JP2012243778A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device manufacturing method obtained by devising a processing method for a channel formation region of a semiconductor layer, in which a channel formation region is to be formed and a region on the opposite side and neighborhood.SOLUTION: A semiconductor device manufacturing method comprises performing at least a first etching and a second etching on a part of a laminated semiconductor films in which an amorphous semiconductor film is provided at least on a crystalline semiconductor film. The first etching is performed with remaining a part of the amorphous semiconductor film. The second etching is performed to expose, after removing a coating film on the amorphous semiconductor film, a part of the crystalline semiconductor film provided on the laminated semiconductor films under a condition that an etching rate for the amorphous semiconductor film is high and an etching rate for the crystalline semiconductor film is low.

Description

本発明は、半導体装置の作製方法に関する。なお、本明細書において、半導体装置とは、半導体素子自体または半導体素子を含むものをいい、このような半導体素子として、例えばトランジスタ(薄膜トランジスタなど)が挙げられる。液晶表示装置などの表示装置も半導体装置に含まれる。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. Note that in this specification, a semiconductor device refers to a semiconductor element itself or a device including a semiconductor element, and examples of such a semiconductor element include a transistor (such as a thin film transistor). A display device such as a liquid crystal display device is also included in the semiconductor device.

近年、半導体装置は、人間の生活に欠かせないものとなっている。このような半導体装置に含まれる薄膜トランジスタは、基板上に薄膜を形成し、該薄膜をエッチングなどにより所望の形状に加工することで作製される。このような薄膜素子の作製方法は、例えば、液晶表示装置(例えば、液晶テレビ)に適用されている。   In recent years, semiconductor devices have become indispensable for human life. A thin film transistor included in such a semiconductor device is manufactured by forming a thin film on a substrate and processing the thin film into a desired shape by etching or the like. Such a method for manufacturing a thin film element is applied to, for example, a liquid crystal display device (for example, a liquid crystal television).

従来の液晶テレビの薄膜トランジスタには、半導体膜として非晶質シリコン膜が用いられることが多い。これは、非晶質シリコン膜により形成された薄膜トランジスタが、比較的作りやすい構造とされているからである。   A thin film transistor of a conventional liquid crystal television often uses an amorphous silicon film as a semiconductor film. This is because a thin film transistor formed of an amorphous silicon film has a relatively easy structure.

しかしながら、昨今の動画事情(例えば、3D映画鑑賞や3Dスポーツ観戦など)から、非晶質シリコン膜を用いた液晶テレビでは、動画の鮮明さを表現する事が困難になり、高速に応答する薄膜トランジスタの開発が進められている。そのため、キャリア移動度の高い微結晶シリコン膜の開発が進められている。微結晶シリコン膜を用いた薄膜トランジスタが開示されている先行技術文献として、例えば、特許文献1が挙げられる。   However, due to recent movie situations (for example, watching 3D movies, watching 3D sports, etc.), it is difficult to express the clarity of a movie on a liquid crystal television using an amorphous silicon film, and a thin film transistor that responds at high speed. Development is underway. Therefore, development of a microcrystalline silicon film with high carrier mobility has been advanced. As a prior art document in which a thin film transistor using a microcrystalline silicon film is disclosed, for example, Patent Document 1 is cited.

薄膜トランジスタの電気的特性は、チャネル形成領域が形成される層のチャネル形成領域と逆側近傍(バックチャネルと呼ばれる部分。以下、「バックチャネル部」と記す。)の状態に大きく左右される。例えば、特許文献1では、微結晶シリコン膜上に非晶質シリコン膜が設けられたチャネルエッチ型薄膜トランジスタのバックチャネル部を形成した後にレジストマスクを除去し、その後更にバックチャネル部をエッチングすることでオフ電流を小さくする薄膜トランジスタの作製方法が開示されている。   The electrical characteristics of the thin film transistor are greatly affected by the state in the vicinity of the side opposite to the channel formation region of the layer in which the channel formation region is formed (a portion called a back channel; hereinafter referred to as a “back channel portion”). For example, in Patent Document 1, by forming a back channel portion of a channel etch type thin film transistor in which an amorphous silicon film is provided over a microcrystalline silicon film, the resist mask is removed, and then the back channel portion is further etched. A method for manufacturing a thin film transistor in which off-state current is reduced is disclosed.

特開2009−081422号公報JP 2009-084222 A

しかし、微結晶シリコン膜上に非晶質シリコン膜が設けられたチャネルエッチ型薄膜トランジスタにおいて微結晶シリコン膜が露出し、且つ非晶質シリコン膜が除去されるように加工を行うことは難しい。微結晶シリコン膜と非晶質シリコン膜は、その結晶構造は異なるが、主成分が同一だからである。   However, it is difficult to perform processing so that the microcrystalline silicon film is exposed and the amorphous silicon film is removed in the channel etch type thin film transistor in which the amorphous silicon film is provided over the microcrystalline silicon film. This is because the microcrystalline silicon film and the amorphous silicon film have different crystal structures but have the same main component.

本発明の一態様は、バックチャネル部の形成を工夫することで、電気的特性を改善した(特に、オフ電流を小さくした)半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device in which electrical characteristics are improved (particularly, off-state current is reduced) by devising formation of a back channel portion.

本発明の一態様は、電気的特性を改善した(特に、オフ電流を小さくした)半導体装置を提供することを課題とする。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with improved electrical characteristics (particularly with reduced off-state current).

本発明の一態様は、第1の半導体層と第2の半導体層が積層された状態で第1の半導体層上に第2の半導体層が残存しないようにバックチャネル部が設けられた半導体装置を作製するに際し、第1の半導体層及び第2の半導体層に対するエッチングレートの高い条件によりレジストマスクが残存した状態で第1のエッチングを行い、その後レジストマスクを除去した後に第2のエッチングを行う半導体装置の作製方法である。ここで、第2のエッチングは、前記第1のエッチング時に形成された(またはレジストマスクを除去されたとき若しくは大気に暴露されたときに形成された)被覆膜を除去する工程と、第1の半導体層に対するエッチングレートが低い条件により行う工程と、をこの順に行うことを特徴とする。   One embodiment of the present invention is a semiconductor device in which a back channel portion is provided so that the second semiconductor layer does not remain over the first semiconductor layer in a state where the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are stacked. In the manufacturing process, the first etching is performed in a state where the resist mask remains under a condition with a high etching rate with respect to the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and then the second etching is performed after removing the resist mask. A method for manufacturing a semiconductor device. Here, the second etching is a step of removing the coating film formed during the first etching (or formed when the resist mask is removed or exposed to the atmosphere), And the step of performing under the condition that the etching rate for the semiconductor layer is low is performed in this order.

ここで、例えば、第1のエッチングは塩素系ガスにより行い、第2のエッチングの被覆膜を除去する工程はフッ素系ガスにより行い、第2のエッチングの第1の半導体層に対するエッチングレートが低い条件により行う工程は、水素ガスにより行う。被覆膜を除去する工程で用いるガスは、成膜装置内に導入できるものを用いるとよく、チャンバー内をクリーニングするために用いられるガスを用いることが好ましい。兼用できるからである。   Here, for example, the first etching is performed with a chlorine-based gas, the step of removing the coating film of the second etching is performed with a fluorine-based gas, and the etching rate of the second etching with respect to the first semiconductor layer is low. The process performed according to conditions is performed with hydrogen gas. The gas used in the step of removing the coating film may be a gas that can be introduced into the film forming apparatus, and a gas used for cleaning the inside of the chamber is preferably used. This is because they can be used together.

なお、本明細書において、「膜」とは、CVD法(プラズマCVD法などを含む。)またはスパッタリング法などにより、被形成面の全面に形成されたものをいう。一方で、「層」とは、「膜」が加工されたもの、または被形成面の全面に形成された状態で加工されないものをいう。ただし、「膜」と「層」を特に区別することなく用いることがあるものとする。   Note that in this specification, “film” refers to a film formed over the entire surface by a CVD method (including a plasma CVD method) or a sputtering method. On the other hand, the “layer” refers to a “film” that has been processed or a film that has not been processed in a state where it is formed on the entire surface of the formation surface. However, “film” and “layer” may be used without particular distinction.

なお、本明細書中において、「エッチングマスク」とは、該エッチングマスク下に形成された膜がエッチングされることを防止するために形成されるマスク層をいう。エッチングマスクとしては、例えばレジストマスクが挙げられる。   Note that in this specification, an “etching mask” refers to a mask layer formed to prevent a film formed under the etching mask from being etched. Examples of the etching mask include a resist mask.

本発明の一態様によれば、半導体装置の電気的特性を改善することができる。特に、バックチャネル部の形状及び不純物などに起因する電気的特性の低下を改善することができる。   According to one embodiment of the present invention, electrical characteristics of a semiconductor device can be improved. In particular, it is possible to improve a decrease in electrical characteristics due to the shape of the back channel portion and impurities.

本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。10A to 10D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device which is one embodiment of the present invention. 本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。10A to 10D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device which is one embodiment of the present invention. 本発明の一態様である半導体装置の作製方法を説明する図。10A to 10D illustrate a method for manufacturing a semiconductor device which is one embodiment of the present invention. 本発明の一態様である半導体装置を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device which is one embodiment of the present invention. 本発明の一態様である半導体装置(電子機器)を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device (electronic device) which is one embodiment of the present invention. 本発明の一態様である半導体装置(電子機器)を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device (electronic device) which is one embodiment of the present invention. 本発明の一態様である半導体装置(電子機器)を説明する図。6A and 6B illustrate a semiconductor device (electronic device) which is one embodiment of the present invention.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様である半導体装置及びその作製方法について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a semiconductor device which is one embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described.

基板100上に第1の導電膜102を形成し、第1の導電膜102上に第1のエッチングマスク104を形成する(図1(A))。第1のエッチングマスク104を用いて第1の導電膜102を加工することでゲート電極106を形成する。   A first conductive film 102 is formed over the substrate 100, and a first etching mask 104 is formed over the first conductive film 102 (FIG. 1A). The gate electrode 106 is formed by processing the first conductive film 102 using the first etching mask 104.

基板100は、絶縁性基板である。基板100としては、例えば、ガラス基板、石英基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板などを用いることができる。なお、基板100は、必ずしも透光性基板でなくてもよい。   The substrate 100 is an insulating substrate. As the substrate 100, for example, a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or a plastic substrate having heat resistance enough to withstand the processing temperature of the manufacturing process can be used. Note that the substrate 100 is not necessarily a light-transmitting substrate.

第1の導電膜102は、導電性材料(例えば金属材料、または一導電型の不純物元素が添加された半導体材料など)を用いて、例えば、スパッタリング法により形成する。なお、第1の導電膜102は、単層で形成してもよいし、複数の膜を積層して形成してもよい。   The first conductive film 102 is formed using a conductive material (eg, a metal material or a semiconductor material to which an impurity element of one conductivity type is added), for example, by a sputtering method. Note that the first conductive film 102 may be formed as a single layer or a stack of a plurality of films.

第1のエッチングマスク104としては、例えば、レジストマスクを形成すればよいが、エッチング工程においてマスクとして用いることができるものであれば特定のものに限定されない。   For example, a resist mask may be formed as the first etching mask 104, but is not limited to a specific one as long as it can be used as a mask in an etching process.

ゲート電極106は、走査線も構成する。   The gate electrode 106 also constitutes a scanning line.

なお、ゲート電極106の形成は図示した構成に限定されず、液滴吐出法(例えば、インクジェット法)などを用いて選択的に形成されていてもよい。ゲート電極106の形成に液滴吐出法(例えば、インクジェット法)などを用いると、第1のエッチングマスク104の形成工程と除去工程が不要となり、また、マスクの枚数が一枚減り、好ましい。   Note that the formation of the gate electrode 106 is not limited to the structure illustrated in the drawing, and the gate electrode 106 may be selectively formed using a droplet discharge method (for example, an inkjet method) or the like. It is preferable to use a droplet discharge method (for example, an ink jet method) or the like for forming the gate electrode 106 because the first etching mask 104 is not formed and removed, and the number of masks is reduced by one.

次に、第1のエッチングマスク104を除去してゲート電極106上にゲート絶縁層108を形成する(図1(B))。   Next, the first etching mask 104 is removed, and a gate insulating layer 108 is formed over the gate electrode 106 (FIG. 1B).

ゲート絶縁層108は、例えば、プラズマCVD法を用いて絶縁性材料(例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは酸化シリコンなど)膜を形成すればよい。なお、ゲート絶縁層108は、単層で形成してもよいし、複数の層を積層して形成してもよい。ここでは、例えば、窒化シリコン層上に酸化窒化シリコン層が積層された2層の積層構造とするとよい。   For the gate insulating layer 108, an insulating material (eg, silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, or silicon oxide film) may be formed using a plasma CVD method, for example. Note that the gate insulating layer 108 may be a single layer or a stack of a plurality of layers. Here, for example, a two-layer structure in which a silicon oxynitride layer is stacked over a silicon nitride layer is preferable.

なお、「窒化酸化シリコン」とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、好ましくは、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)及び水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward scattering Spectrometry)を用いて測定した場合に、組成範囲として酸素が5〜30原子%、窒素が20〜55原子%、シリコンが25〜35原子%、水素が10〜30原子%の範囲で含まれるものをいう。   Note that “silicon nitride oxide” has a nitrogen content higher than that of oxygen, and is preferably Rutherford Backscattering Spectroscopy (RBS) and Hydrogen Forward Scattering (HFS). When measured using Hydrogen Forward Scattering Spectrometry), the composition range is 5 to 30 atomic% for oxygen, 20 to 55 atomic% for nitrogen, 25 to 35 atomic% for silicon, and 10 to 30 atomic% for hydrogen. It means what is included.

なお、「酸化窒化シリコン」とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、好ましくは、RBS及びHFSを用いて測定した場合に、組成範囲として酸素が50〜70原子%、窒素が0.5〜15原子%、シリコンが25〜35原子%、水素が0.1〜10原子%の範囲で含まれるものをいう。   Note that “silicon oxynitride” has a composition containing more oxygen than nitrogen, and preferably has a composition range of 50 to 70 oxygen when measured using RBS and HFS. The term “atom percent” includes nitrogen in the range of 0.5 to 15 atom%, silicon in the range of 25 to 35 atom%, and hydrogen in the range of 0.1 to 10 atom%.

ただし、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を100原子%としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が前記範囲内に含まれるものとする。   However, when the total of atoms constituting silicon oxynitride or silicon nitride oxide is 100 atomic%, the content ratio of nitrogen, oxygen, silicon, and hydrogen is included in the above range.

なお、ゲート絶縁層108上に結晶性半導体膜を形成する場合には、ゲート絶縁層108に対して酸素を含むガスによりプラズマ処理を行うことが好ましい。ここで、酸素を含むガスとしては、例えば、NOガスが挙げられる。ゲート絶縁層108に対して酸素を含むガスによりプラズマ処理を行うことで、ゲート絶縁層108上に形成される結晶性半導体膜の結晶性を良好なものとすることができる。 Note that in the case where a crystalline semiconductor film is formed over the gate insulating layer 108, plasma treatment is preferably performed on the gate insulating layer 108 with a gas containing oxygen. Here, examples of the gas containing oxygen include N 2 O gas. By performing plasma treatment on the gate insulating layer 108 with a gas containing oxygen, the crystallinity of the crystalline semiconductor film formed over the gate insulating layer 108 can be improved.

次に、ゲート絶縁層108上に第1の半導体膜110、第2の半導体膜112及び不純物半導体膜114をこの順に積層して形成し、不純物半導体膜114上に第2のエッチングマスク116を形成する(図1(C))。   Next, a first semiconductor film 110, a second semiconductor film 112, and an impurity semiconductor film 114 are stacked in this order over the gate insulating layer 108, and a second etching mask 116 is formed over the impurity semiconductor film 114. (FIG. 1C).

第1の半導体膜110は、大部分が結晶性である半導体膜である。結晶性半導体としては、例えば、微結晶半導体が挙げられる。ここで、微結晶半導体とは、非晶質と結晶構造(単結晶、多結晶を含む。)の中間的な構造の半導体をいう。微結晶半導体は、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質な半導体であり、結晶粒径が2nm以上200nm以下、好ましくは10nm以上80nm以下、より好ましくは20nm以上50nm以下の柱状または針状の結晶粒が基板表面に対して法線方向に成長している半導体である。このため、柱状または針状の結晶粒の界面には、粒界が形成されることもある。なお、ここでの結晶粒径は、基板表面に対して平行な面における結晶粒の最大直径である。また、結晶粒は、非晶質半導体領域と、単結晶とみなせる微小結晶である結晶子を有する。なお、結晶粒は双晶を有する場合もある。   The first semiconductor film 110 is a semiconductor film that is mostly crystalline. An example of the crystalline semiconductor is a microcrystalline semiconductor. Here, a microcrystalline semiconductor refers to a semiconductor having an intermediate structure between amorphous and crystalline structures (including single crystal and polycrystal). A microcrystalline semiconductor is a semiconductor having a third state which is stable in terms of free energy, is a crystalline semiconductor having a short-range order and lattice distortion, and has a crystal grain size of 2 nm to 200 nm, preferably 10 nm. A semiconductor in which columnar or needle-like crystal grains having a size of 80 nm or more and more preferably 20 nm or more and 50 nm or less are grown in a normal direction with respect to the substrate surface. For this reason, a grain boundary may be formed at the interface between columnar or needle-like crystal grains. Here, the crystal grain size is the maximum diameter of crystal grains in a plane parallel to the substrate surface. In addition, the crystal grain includes an amorphous semiconductor region and a crystallite which is a microcrystal that can be regarded as a single crystal. Note that the crystal grains may have twins.

微結晶半導体としては、微結晶シリコンを用いればよい。微結晶半導体の一である微結晶シリコンでは、そのラマンスペクトルのピークが単結晶シリコンを示す520cm−1よりも低波数側にシフトしている。すなわち、単結晶シリコンを示す520cm−1と非晶質シリコンを示す480cm−1の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手(ダングリングボンド)を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。さらに、He、Ar、Kr、またはNeなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し、良好な微結晶半導体膜が得られる。 As the microcrystalline semiconductor, microcrystalline silicon may be used. In microcrystalline silicon which is one of microcrystalline semiconductors, the peak of its Raman spectrum is shifted to a lower wave number side than 520 cm −1 indicating single crystal silicon. That is, the peak of the Raman spectrum of microcrystalline silicon is between 520 cm −1 indicating single crystal silicon and 480 cm −1 indicating amorphous silicon. In addition, at least 1 atomic% or more of hydrogen or halogen is contained to terminate dangling bonds (dangling bonds). Further, by adding a rare gas element such as He, Ar, Kr, or Ne to further promote lattice distortion, stability is improved and a favorable microcrystalline semiconductor film can be obtained.

なお、結晶性半導体膜に含まれる酸素及び窒素の濃度(二次イオン質量分析法による測定値)を低くし、好ましくはこれらの濃度を1×1018cm−3未満とすると、結晶性を高めることができる。 Note that when the concentrations of oxygen and nitrogen (measured by secondary ion mass spectrometry) contained in the crystalline semiconductor film are lowered and preferably these concentrations are less than 1 × 10 18 cm −3 , the crystallinity is increased. be able to.

なお、結晶性半導体膜は、2段階の成膜処理により形成することが好ましく、2段階の成膜処理において、例えば、第1段階では500Pa程度の圧力下で厚さ5nm程度の微結晶シリコン膜を形成し、第2段階では5000Pa程度の圧力下で所望の厚さの微結晶シリコン膜を形成するとよい。第2段階では第1段階よりもシランの流量比を小さくし、高希釈な条件とするとよい。   Note that the crystalline semiconductor film is preferably formed by a two-stage film formation process. In the two-stage film formation process, for example, in the first stage, a microcrystalline silicon film having a thickness of about 5 nm under a pressure of about 500 Pa. In the second stage, a microcrystalline silicon film having a desired thickness may be formed under a pressure of about 5000 Pa. In the second stage, the flow rate ratio of silane is preferably smaller than that in the first stage so that the conditions are highly diluted.

第2の半導体膜112は、バッファ層として機能し、大部分が非晶質である半導体膜である。好ましくは、非晶質半導体と微小半導体結晶粒を有し、従来の非晶質半導体と比較して、一定光電流法(CPM:Constant Photocurrent Method)やフォトルミネッセンス分光測定で測定されるUrbach端のエネルギーが小さく、欠陥吸収スペクトル量が少ない半導体膜である。このような半導体膜は、従来の非晶質半導体膜と比較して欠陥が少なく、価電子帯のバンド端(移動度端)における準位のテイル(裾)の傾きが急峻である秩序性の高い半導体膜である。   The second semiconductor film 112 is a semiconductor film that functions as a buffer layer and is mostly amorphous. Preferably, it has an amorphous semiconductor and a small semiconductor crystal grain, and has an Urbach edge measured by a constant photocurrent method (CPM) or photoluminescence spectroscopy as compared with a conventional amorphous semiconductor. It is a semiconductor film with low energy and a small amount of defect absorption spectrum. Such a semiconductor film has fewer defects than a conventional amorphous semiconductor film, and has an orderly structure in which the level tail at the band edge (mobility edge) of the valence band is steep. It is a high semiconductor film.

第2の半導体膜112には、ハロゲンや窒素を含んでいてもよい。窒素が含まれる場合には、NH基またはNH基として含まれていてもよい。 The second semiconductor film 112 may contain halogen or nitrogen. When nitrogen is contained, it may be contained as an NH group or NH 2 group.

なお、ここで、第1の半導体膜110と第2の半導体膜112の界面領域は、微結晶半導体領域と、当該微結晶半導体領域の間に充填される非晶質半導体領域と、を有する。具体的には、第1の半導体膜110から錐形状に伸びた微結晶半導体領域と、第2の半導体膜112と同様の「非晶質半導体を含む膜」と、により構成される。   Note that here, the interface region between the first semiconductor film 110 and the second semiconductor film 112 includes a microcrystalline semiconductor region and an amorphous semiconductor region filled between the microcrystalline semiconductor regions. Specifically, a microcrystalline semiconductor region extending in a conical shape from the first semiconductor film 110 and a “film containing an amorphous semiconductor” similar to the second semiconductor film 112 are formed.

また、第2の半導体膜112によりバッファ層が設けられるため、トランジスタのオフ電流を小さくすることができる。そして、前記界面領域において、錐形状に伸びた微結晶半導体領域を有するため、縦方向(厚さ方向)の抵抗、すなわち、第2の半導体膜112と、不純物半導体膜114により構成されるソース領域またはドレイン領域と、の間の抵抗を低くすることができ、トランジスタのオン電流を高めることができる。すなわち、従来の非晶質半導体を適用した場合と比較すると、オフ電流を十分に低減させつつ、オン電流の低下をも抑制することができ、トランジスタのスイッチング特性を高くすることができる。   In addition, since the buffer layer is provided by the second semiconductor film 112, the off-state current of the transistor can be reduced. Since the interface region has a microcrystalline semiconductor region extending in a conical shape, resistance in the vertical direction (thickness direction), that is, a source region including the second semiconductor film 112 and the impurity semiconductor film 114 Alternatively, resistance between the drain region and the drain region can be reduced, and the on-state current of the transistor can be increased. That is, as compared with the case where a conventional amorphous semiconductor is applied, a decrease in on-state current can be suppressed while sufficiently reducing off-state current, and switching characteristics of the transistor can be improved.

前記微結晶半導体領域は、第1の半導体膜110から第2の半導体膜112に向かって先端が細くなる錐形状の結晶粒により大部分が構成されているとよい。または、第1の半導体膜110から第2の半導体膜112に向かって幅が広がる結晶粒により大部分が構成されていてもよい。   The microcrystalline semiconductor region is preferably mainly constituted by cone-shaped crystal grains whose tips are narrowed from the first semiconductor film 110 toward the second semiconductor film 112. Alternatively, most of the crystal grains may have a width that increases from the first semiconductor film 110 toward the second semiconductor film 112.

また、前記界面領域において、微結晶半導体領域が第1の半導体膜110から第2の半導体膜112に向かって先端が細くなる錐形状に伸びた結晶粒である場合には、第1の半導体膜110側のほうが、第2の半導体膜112側と比較して、微結晶半導体領域の占める割合が高い。微結晶半導体領域は、第1の半導体膜110の表面から厚さ方向に成長するが、原料ガスにおいて堆積性ガス(例えば、シラン)に対する水素の流量が小さく(すなわち、希釈率が低く)、または窒素を含む原料ガスの濃度が高いと、微結晶半導体領域における結晶成長が抑制され、結晶粒が錐形状になり、堆積されて形成される半導体は、大部分が非晶質半導体となる。   In addition, in the interface region, when the microcrystalline semiconductor region is a crystal grain extending in a cone shape whose tip is narrowed from the first semiconductor film 110 toward the second semiconductor film 112, the first semiconductor film The proportion of the microcrystalline semiconductor region is higher on the 110 side than on the second semiconductor film 112 side. The microcrystalline semiconductor region grows in the thickness direction from the surface of the first semiconductor film 110, but the flow rate of hydrogen with respect to the deposition gas (eg, silane) in the source gas is small (that is, the dilution rate is low), or When the concentration of the source gas containing nitrogen is high, crystal growth in the microcrystalline semiconductor region is suppressed, the crystal grains have a cone shape, and the deposited semiconductor is mostly an amorphous semiconductor.

なお、前記界面領域は、窒素、特にNH基若しくはNH基を含有することが好ましい。これは、微結晶半導体領域に含まれる結晶の界面、微結晶半導体領域と非晶質半導体領域の界面において、窒素、特にNH基若しくはNH基がシリコン原子のダングリングボンドと結合すると、欠陥を低減し、キャリアが流れやすくなるためである。このため、窒素、好ましくはNH基若しくはNH基を1×1020cm−3乃至1×1021cm−3の濃度で含有させると、シリコン原子のダングリングボンドを窒素、好ましくはNH基若しくはNH基で架橋しやすくなり、キャリアがより流れやすくなる。この結果、結晶粒界や欠陥におけるキャリアの移動を促進する結合ができ、前記界面領域のキャリア移動度が向上する。そのため、トランジスタの電界効果移動度が向上する。 Incidentally, the interface region, nitrogen, it is particularly preferable to contain an NH group or an NH 2 group. This is because defects at the interface of the crystal included in the microcrystalline semiconductor region, the interface between the microcrystalline semiconductor region and the amorphous semiconductor region, and nitrogen, particularly NH groups or NH 2 groups, are bonded to dangling bonds of silicon atoms. This is because the number of carriers is reduced and the carrier flows easily. Therefore, when nitrogen, preferably NH group or NH 2 group, is contained at a concentration of 1 × 10 20 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , dangling bonds of silicon atoms are nitrogen, preferably NH groups or easily cross-linked with an NH 2 group, the carrier is more easily flow. As a result, bonds that promote the movement of carriers at the grain boundaries and defects can be formed, and the carrier mobility in the interface region can be improved. Therefore, the field effect mobility of the transistor is improved.

なお、前記界面領域の酸素濃度を低減させることにより、微結晶半導体領域と非晶質半導体領域の界面または結晶粒間の界面における欠陥密度を低減させ、キャリアの移動を阻害する結合を低減させることができる。   Note that by reducing the oxygen concentration in the interface region, the defect density at the interface between the microcrystalline semiconductor region and the amorphous semiconductor region or the interface between crystal grains can be reduced, and bonds that inhibit carrier movement can be reduced. Can do.

不純物半導体膜114は、一導電型を付与する不純物元素を添加した半導体により形成する。トランジスタがn型である場合には、一導電型を付与する不純物元素を添加した半導体として、例えば、PまたはAsを添加したシリコンが挙げられる。または、トランジスタがp型である場合には、一導電型を付与する不純物元素として、例えば、Bを添加することも可能である。しかし、トランジスタはn型とすることが好ましい。そのため、ここでは、一例として、Pを添加したシリコンを用いる。なお、不純物半導体膜114は、非晶質半導体により形成してもよいし、微結晶半導体などの結晶性半導体により形成してもよい。   The impurity semiconductor film 114 is formed using a semiconductor to which an impurity element imparting one conductivity type is added. In the case where the transistor is n-type, a semiconductor to which an impurity element imparting one conductivity type is added includes, for example, silicon to which P or As is added. Alternatively, in the case where the transistor is a p-type, for example, B can be added as an impurity element imparting one conductivity type. However, the transistor is preferably n-type. Therefore, here, silicon added with P is used as an example. Note that the impurity semiconductor film 114 may be formed using an amorphous semiconductor or a crystalline semiconductor such as a microcrystalline semiconductor.

第2のエッチングマスク116は、第1のエッチングマスク104と同様の材料及び同様の方法により形成することができる。   The second etching mask 116 can be formed using a material and a method similar to those of the first etching mask 104.

次に、第2のエッチングマスク116を用いて第1の半導体膜110、第2の半導体膜112及び不純物半導体膜114を加工することで半導体積層体118を形成し、その後第2のエッチングマスク116を除去する(図1(D))。   Next, the first semiconductor film 110, the second semiconductor film 112, and the impurity semiconductor film 114 are processed using the second etching mask 116 to form the semiconductor stacked body 118, and then the second etching mask 116 is formed. Is removed (FIG. 1D).

なお、ここで、半導体積層体118の側壁に絶縁化処理を行うことが好ましい。なぜなら、完成したトランジスタの第1の半導体層138と、次に形成する積層導電膜126により形成されるソース電極及びドレイン電極が接すると、オフ電流が増大してしまうことが多いからである。ここで絶縁化処理としては、半導体積層体118の側壁を酸素プラズマ若しくは窒素プラズマに曝す処理、または半導体積層体118の側壁が露出された状態で絶縁膜を形成し、該絶縁膜を異方性の高いエッチング方法により基板100の表面に垂直な方向のエッチングを行うことで、半導体積層体118の側壁に接してサイドウォール絶縁層を形成する処理が挙げられる。   Here, it is preferable to perform an insulating process on the sidewall of the semiconductor stacked body 118. This is because when the first semiconductor layer 138 of the completed transistor is in contact with the source electrode and the drain electrode formed by the stacked conductive film 126 to be formed next, off-state current often increases. Here, as the insulating treatment, an insulating film is formed in a state in which the side wall of the semiconductor stacked body 118 is exposed to oxygen plasma or nitrogen plasma, or the side wall of the semiconductor stacked body 118 is exposed, and the insulating film is made anisotropic. A process of forming a sidewall insulating layer in contact with the sidewall of the semiconductor stacked body 118 by performing etching in a direction perpendicular to the surface of the substrate 100 by a high etching method can be given.

次に、ゲート絶縁層108上に半導体積層体118を覆って第2の導電膜120、第3の導電膜122及び第4の導電膜124をこの順に積層して積層導電膜126を形成し、第4の導電膜124上に第3のエッチングマスク128を形成する(図2(A))。   Next, a second conductive film 120, a third conductive film 122, and a fourth conductive film 124 are stacked in this order so as to cover the semiconductor stacked body 118 over the gate insulating layer 108, thereby forming a stacked conductive film 126. A third etching mask 128 is formed over the fourth conductive film 124 (FIG. 2A).

第2の導電膜120、第3の導電膜122及び第4の導電膜124は、導電性材料(例えば金属材料、または一導電型の不純物元素が添加された半導体材料など)を用いて、例えば、スパッタリング法により形成する。例えば、第2の導電膜120としてチタン膜を形成し、第3の導電膜122としてアルミニウム膜を形成し、第4の導電膜124としてチタン膜を形成すればよい。なお、第2の導電膜120、第3の導電膜122及び第4の導電膜124のそれぞれは、単層で形成してもよいし、複数の膜を積層して形成してもよい。   The second conductive film 120, the third conductive film 122, and the fourth conductive film 124 are formed using a conductive material (eg, a metal material or a semiconductor material to which an impurity element of one conductivity type is added), for example, And formed by sputtering. For example, a titanium film may be formed as the second conductive film 120, an aluminum film may be formed as the third conductive film 122, and a titanium film may be formed as the fourth conductive film 124. Note that each of the second conductive film 120, the third conductive film 122, and the fourth conductive film 124 may be formed as a single layer or a stack of a plurality of films.

なお、ここで積層導電膜126は単層導電膜であってもよいし、図示した3層のものに限定されず、2層であってもよい。   Here, the laminated conductive film 126 may be a single-layer conductive film, or is not limited to the illustrated three layers, and may be two layers.

第3のエッチングマスク128は、第1のエッチングマスク104及び第2のエッチングマスク116と同様の材料及び同様の方法により形成することができる。   The third etching mask 128 can be formed using a material and a method similar to those of the first etching mask 104 and the second etching mask 116.

次に、第3のエッチングマスク128を用いて積層導電膜126を加工することで、ソース電極130A及びドレイン電極130Bを形成し、さらには半導体積層体118を加工(第1のエッチング工程と呼ぶ。)することで、エッチングされた半導体積層体132を形成する(図2(B))。   Next, the stacked conductive film 126 is processed using the third etching mask 128 to form the source electrode 130A and the drain electrode 130B, and the semiconductor stacked body 118 is processed (referred to as a first etching step). ) To form an etched semiconductor stacked body 132 (FIG. 2B).

第1のエッチング工程は、積層導電膜126及び半導体積層体118をエッチングすることができる方法により行えばよい。ここで、例えば第1のエッチング工程は、塩素系ガスを用いて行えばよく、例えば、三塩化ホウ素ガスと塩素ガスの混合ガスを用いることが好ましい。ただし、これに限定されず、塩素ガスのみを用いてもよい。または、積層導電膜126をエッチングすることができる他のガスを用いてもよい。   The first etching step may be performed by a method capable of etching the stacked conductive film 126 and the semiconductor stacked body 118. Here, for example, the first etching step may be performed using a chlorine-based gas. For example, it is preferable to use a mixed gas of boron trichloride gas and chlorine gas. However, the present invention is not limited to this, and only chlorine gas may be used. Alternatively, another gas that can etch the stacked conductive film 126 may be used.

なお、ソース電極130A及びドレイン電極130Bは、少なくとも信号線、ソース電極またはドレイン電極を構成する。   Note that the source electrode 130A and the drain electrode 130B constitute at least a signal line, a source electrode, or a drain electrode.

なお、ソースとドレインは各々の電位により入れ替わるものであるため、ソース電極130Aとドレイン電極130Bが逆であってもよい。   Note that since the source and the drain are switched depending on each potential, the source electrode 130A and the drain electrode 130B may be reversed.

なお、エッチングされた半導体積層体132は、エッチングされた部分に第2の半導体膜112が残存しており、第1の半導体層138が露出されていない。   Note that in the etched semiconductor stacked body 132, the second semiconductor film 112 remains in the etched portion, and the first semiconductor layer 138 is not exposed.

次に、第3のエッチングマスク128を除去する(図2(C))。   Next, the third etching mask 128 is removed (FIG. 2C).

ここで、第3のエッチングマスク128がレジストマスクである場合には、第3のエッチングマスク128の除去は、酸素ガスを用いたアッシング及びレジスト剥離液による剥離のいずれか一方または双方を用いて行う。エッチングされた半導体積層体132が露出された状態で第3のエッチングマスク128を除去するため、エッチングされた半導体積層体132が露出された部分には被覆膜134が形成される。   Here, in the case where the third etching mask 128 is a resist mask, the third etching mask 128 is removed by using one or both of ashing using oxygen gas and peeling using a resist stripping solution. . In order to remove the third etching mask 128 in a state where the etched semiconductor stacked body 132 is exposed, a coating film 134 is formed in a portion where the etched semiconductor stacked body 132 is exposed.

ここで、被覆膜134は、前記第1のエッチング時、または酸素ガスを用いたアッシング及びレジスト剥離液による剥離時に形成されるものであるため、酸化シリコンが主成分であることが多い。   Here, since the coating film 134 is formed at the time of the first etching or at the time of ashing using an oxygen gas and stripping with a resist stripping solution, silicon oxide is often the main component.

次に、ソース電極130A及びドレイン電極130Bをマスクとして用いてエッチングされた半導体積層体132を更に加工(第2のエッチング工程と呼ぶ。)することで、積層半導体層136を形成する。積層半導体層136では、ソース電極130A及びドレイン電極130Bと重畳しない部分では第1の半導体層138が露出されている。積層半導体層136は、第1の半導体層138のほかに、第2の半導体層140A及び第2の半導体層140B並びにソース領域142A及びドレイン領域142Bを有する(図3(A))。   Next, the semiconductor stacked body 132 etched using the source electrode 130A and the drain electrode 130B as a mask is further processed (referred to as a second etching step), whereby the stacked semiconductor layer 136 is formed. In the stacked semiconductor layer 136, the first semiconductor layer 138 is exposed in a portion that does not overlap with the source electrode 130A and the drain electrode 130B. In addition to the first semiconductor layer 138, the stacked semiconductor layer 136 includes a second semiconductor layer 140A, a second semiconductor layer 140B, a source region 142A, and a drain region 142B (FIG. 3A).

積層半導体層136は、チャネル形成領域に露出された第1の半導体層138を有する。   The stacked semiconductor layer 136 includes a first semiconductor layer 138 exposed in the channel formation region.

第1の半導体層138が露出されると、バックチャネル部が露出され、チャネル形成領域においてこれと絶縁層を介して重畳して設けられたバックゲート電極からの電界を十分なものとすることができる。   When the first semiconductor layer 138 is exposed, the back channel portion is exposed, and the electric field from the back gate electrode provided to overlap with the channel forming region with the insulating layer interposed therebetween may be sufficient. it can.

第2の半導体層140A及び第2の半導体層140Bは、バッファ層として機能する。このようにバッファ層が設けられていることで、オフ電流を小さくすることができる。   The second semiconductor layer 140A and the second semiconductor layer 140B function as a buffer layer. By providing the buffer layer in this manner, off current can be reduced.

ソース領域142A及びドレイン領域142Bは、第2の半導体層140A及び第2の半導体層140Bのそれぞれとソース電極130A及びドレイン電極130Bのそれぞれの界面で電気的特性が良好な状態で接続されるために設けられているものであり、好ましくは界面をオーミック接触とする。   The source region 142A and the drain region 142B are connected to each other with favorable electrical characteristics at the interfaces of the second semiconductor layer 140A and the second semiconductor layer 140B and the source electrode 130A and the drain electrode 130B, respectively. Preferably, the interface is in ohmic contact.

第2のエッチング工程は、被覆膜134を除去する工程と、ソース電極130A及びドレイン電極130Bと重畳しない部分の第1の半導体膜の部分を残存させつつ第2の半導体膜の部分を除去する工程と、を有する。また、第2のエッチング工程には、パッシベーション層144となる絶縁膜を形成する工程までを大気暴露せずに同一のチャンバー内で行うことが可能な方法を採用する。   In the second etching step, the coating film 134 is removed, and the second semiconductor film portion is removed while the portions of the first semiconductor film that do not overlap with the source electrode 130A and the drain electrode 130B remain. And a process. In the second etching step, a method is employed in which the steps up to the step of forming the insulating film to be the passivation layer 144 can be performed in the same chamber without being exposed to the atmosphere.

被覆膜134を除去する工程は、フッ素系ガスにより行えばよく、例えば、六フッ化硫黄ガス、フッ素ガス、フッ化カルボニルガスにより行えばよい。ここで、好ましくは、三フッ化窒素ガスにより行う。三フッ化窒素ガスはチャンバー内をクリーニングするために用いられるガスであり、これと兼用できるからである。   The step of removing the coating film 134 may be performed using a fluorine-based gas, for example, sulfur hexafluoride gas, fluorine gas, or carbonyl fluoride gas. Here, preferably, nitrogen trifluoride gas is used. This is because the nitrogen trifluoride gas is a gas used for cleaning the inside of the chamber and can also be used as this.

ソース電極130A及びドレイン電極130Bと重畳しない部分の第1の半導体膜の部分を残存させつつ第2の半導体膜の部分を除去する工程は、水素ガスにより行えばよい。水素ガスを用いてエッチングを行うことで、ソース電極130A及びドレイン電極130Bと重畳しない部分の第1の半導体膜の部分を残存させつつ第2の半導体膜の部分を除去することができる。   The step of removing the second semiconductor film while leaving the portion of the first semiconductor film that does not overlap with the source electrode 130A and the drain electrode 130B may be performed with hydrogen gas. By etching using hydrogen gas, the portion of the second semiconductor film can be removed while the portion of the first semiconductor film that does not overlap with the source electrode 130A and the drain electrode 130B remains.

このように、第2のエッチング工程をフッ素系ガスにより行う被覆膜134を除去する工程と、フッ素系ガスと水素ガスにより行う第1の半導体膜の部分を残存させつつ第2の半導体膜の部分を除去する工程とすることで、第1の半導体膜の部分を十分に残存させ、且つ第2の半導体膜の部分を十分に除去することができる。   As described above, the step of removing the coating film 134 in which the second etching step is performed with the fluorine-based gas, and the portion of the first semiconductor film that is performed with the fluorine-based gas and the hydrogen gas are left while the second semiconductor film is formed. By the step of removing the portion, the portion of the first semiconductor film can be sufficiently left and the portion of the second semiconductor film can be sufficiently removed.

ここで、例えば被覆膜134が酸化シリコン膜である場合に、被覆膜134を除去する工程を行わない場合には、水素ガスによるエッチングが困難であるが、被覆膜134を除去する工程を行うことで第1の半導体膜の部分を十分に残存させ、且つ第2の半導体膜の部分を十分に除去することができる。   Here, for example, when the coating film 134 is a silicon oxide film, if the process of removing the coating film 134 is not performed, etching with hydrogen gas is difficult, but the process of removing the coating film 134 is performed. By performing the step, a part of the first semiconductor film can be sufficiently left and a part of the second semiconductor film can be sufficiently removed.

なお、ここで用いるガスにはアルゴンガスなどの希ガスが含まれていてもよい。アルゴンガスなどの希ガスにより水素の濃度を調整することができ、エッチングレートを調整することができる。   Note that the gas used here may contain a rare gas such as an argon gas. The concentration of hydrogen can be adjusted with a rare gas such as argon gas, and the etching rate can be adjusted.

このように第1の半導体膜の部分を残存させつつ第2の半導体膜の部分を除去することができる。   In this manner, the second semiconductor film portion can be removed while the first semiconductor film portion remains.

ここで、第1の半導体層138が露出された状態で水プラズマに暴露することが好ましい。または、水プラズマに代えて水素ガスと酸素ガスの混合ガスにより生じさせたプラズマを用いてもよい。ここで、本工程時には第1の半導体層138が露出された部分には第2の半導体膜の部分が残存していないため、トランジスタの電気的特性を良好にすることができる。   Here, it is preferable that the first semiconductor layer 138 is exposed to water plasma in a state where the first semiconductor layer 138 is exposed. Alternatively, plasma generated by a mixed gas of hydrogen gas and oxygen gas may be used instead of water plasma. Here, in this step, the portion of the second semiconductor film is not left in the portion where the first semiconductor layer 138 is exposed, so that the electrical characteristics of the transistor can be improved.

次に、大気暴露せずに同一のチャンバー内で、ゲート絶縁層108上に、積層半導体層136、ソース電極130A及びドレイン電極130Bを覆って絶縁膜(図示しない)を形成し、該絶縁膜上に第4のエッチングマスク146を形成し、第4のエッチングマスク146を用いて該絶縁膜を加工することで開口部148を有するパッシベーション層144を形成する(図3(B))。   Next, an insulating film (not shown) is formed on the gate insulating layer 108 so as to cover the stacked semiconductor layer 136, the source electrode 130A, and the drain electrode 130B in the same chamber without being exposed to the atmosphere. Then, a fourth etching mask 146 is formed, and the insulating film is processed using the fourth etching mask 146, whereby a passivation layer 144 having an opening 148 is formed (FIG. 3B).

パッシベーション層144は、少なくとも第1の半導体層138が露出されたバックチャネル部が汚染されることを防止する。パッシベーション層144となる絶縁膜は、例えばゲート絶縁層108と同様の材料及び方法により形成すればよい。   The passivation layer 144 prevents at least the back channel portion where the first semiconductor layer 138 is exposed from being contaminated. The insulating film to be the passivation layer 144 may be formed using the same material and method as the gate insulating layer 108, for example.

第4のエッチングマスク146は、第1のエッチングマスク104、第2のエッチングマスク116及び第3のエッチングマスク128と同様の材料及び同様の方法により形成することができる。   The fourth etching mask 146 can be formed using a material and a method similar to those of the first etching mask 104, the second etching mask 116, and the third etching mask 128.

開口部148は、ソース電極130A及びドレイン電極130Bのいずれか一方と重畳する部分に設けられている。   The opening 148 is provided in a portion overlapping with either the source electrode 130A or the drain electrode 130B.

次に、第4のエッチングマスク146を除去して第5の導電膜(図示しない)を形成し、該第5の導電膜上に第5のエッチングマスク152を形成し、第5のエッチングマスク152を用いて該第5の導電膜を加工することでバックゲート電極150A及び画素電極150Bを形成する(図3(C))。   Next, the fourth etching mask 146 is removed, a fifth conductive film (not shown) is formed, a fifth etching mask 152 is formed over the fifth conductive film, and the fifth etching mask 152 is formed. A back gate electrode 150A and a pixel electrode 150B are formed by processing the fifth conductive film using (FIG. 3C).

第5の導電膜は、透光性を有する導電性高分子(導電性ポリマーともいう。)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した第5の導電膜は、シート抵抗が10000Ω/□以下であり、且つ波長550nmにおける透光率が70%以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。なお、導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、またはアニリン、ピロール及びチオフェンの2種以上の共重合体若しくはその誘導体などが挙げられる。   The fifth conductive film can be formed using a conductive composition including a light-transmitting conductive polymer (also referred to as a conductive polymer). The fifth conductive film formed using the conductive composition preferably has a sheet resistance of 10,000 Ω / □ or less and a light transmittance of 70% or more at a wavelength of 550 nm. Moreover, it is preferable that the resistivity of the conductive polymer contained in the conductive composition is 0.1 Ω · cm or less. Note that a so-called π-electron conjugated conductive polymer can be used as the conductive polymer. For example, polyaniline or a derivative thereof, polypyrrole or a derivative thereof, polythiophene or a derivative thereof, or a copolymer of two or more of aniline, pyrrole, and thiophene or a derivative thereof can be given.

または、第5の導電膜は、例えば、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物などを用いて形成することができる。   Alternatively, the fifth conductive film is formed using, for example, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium tin oxide, It can be formed using indium zinc oxide, indium tin oxide to which silicon oxide is added, or the like.

なお、図示していないが、パッシベーション層144と第5の導電膜の間に、スピンコーティング法などにより形成された有機樹脂層が設けられていてもよい。   Although not illustrated, an organic resin layer formed by a spin coating method or the like may be provided between the passivation layer 144 and the fifth conductive film.

バックゲート電極150Aは、画素トランジスタに設けられるバックゲートを構成する。   The back gate electrode 150A constitutes a back gate provided in the pixel transistor.

画素電極150Bは、画素トランジスタに接続される画素電極を構成することから、透光性を有する材料により形成するとよい。   Since the pixel electrode 150B forms a pixel electrode connected to the pixel transistor, the pixel electrode 150B is preferably formed using a light-transmitting material.

このように、バックゲート電極150A及び画素電極150Bを同一の層として同一の工程により形成すると工程が簡略化するため好ましいが、これに限定されず、異なる層として異なる工程により形成してもよい。   As described above, it is preferable to form the back gate electrode 150A and the pixel electrode 150B as the same layer by the same process because the process is simplified, but the invention is not limited thereto, and the back gate electrode 150A and the pixel electrode 150B may be formed by different processes as different layers.

第5のエッチングマスク152は、第1のエッチングマスク104、第2のエッチングマスク116、第3のエッチングマスク128及び第4のエッチングマスク146と同様の材料及び同様の方法により形成することができる。   The fifth etching mask 152 can be formed using a material and a method similar to those of the first etching mask 104, the second etching mask 116, the third etching mask 128, and the fourth etching mask 146.

なお、バックゲート電極150A及び画素電極150Bは、液滴吐出法(例えば、インクジェット法)などを用いて選択的に形成されていてもよい。バックゲート電極150A及び画素電極150Bの形成に液滴吐出法(例えば、インクジェット法)などを用いると、第5のエッチングマスク152の形成工程と除去工程が不要となり、また、マスクの枚数が一枚減り、好ましい。   Note that the back gate electrode 150A and the pixel electrode 150B may be selectively formed using a droplet discharge method (for example, an inkjet method) or the like. When a droplet discharge method (for example, an ink jet method) or the like is used for forming the back gate electrode 150A and the pixel electrode 150B, the formation process and the removal process of the fifth etching mask 152 are unnecessary, and the number of masks is one. Reduced and preferred.

その後、第5のエッチングマスク152を除去する。このようにして画素トランジスタを作製することができる。   Thereafter, the fifth etching mask 152 is removed. In this way, a pixel transistor can be manufactured.

本発明の一態様により、チャネル形成領域となる第1の半導体層を必要な厚さだけ残存させつつ、チャネル形成領域となる部分に第2の半導体膜の部分が残存していない状態とすることができる。   According to one embodiment of the present invention, the first semiconductor layer to be a channel formation region is left in a necessary thickness, and the second semiconductor film portion is not left in the portion to be a channel formation region. Can do.

図4には、本発明の一態様である半導体装置を示す。図4に示す半導体装置は、基板100上に設けられたゲート電極106と、ゲート電極106を覆って設けられたゲート絶縁層108と、ゲート絶縁層108上に設けられチャネル形成領域部分の第1の半導体層138が露出された積層半導体層136と、ゲート絶縁層108及び積層半導体層136上に設けられたソース電極130A及びドレイン電極130Bと、ゲート絶縁層108上に、積層半導体層136、ソース電極130A及びドレイン電極130Bを覆って設けられ、開口部148を有するパッシベーション層144と、パッシベーション層144上に、第1の半導体層138が露出された部分と重畳して設けられたバックゲート電極150Aと、パッシベーション層144上に設けられ、開口部148においてドレイン電極130Bと接続されている画素電極150Bと、を有する。   FIG. 4 illustrates a semiconductor device which is one embodiment of the present invention. 4 includes a gate electrode 106 provided over a substrate 100, a gate insulating layer 108 provided so as to cover the gate electrode 106, and a first channel formation region portion provided over the gate insulating layer 108. The semiconductor device illustrated in FIG. The stacked semiconductor layer 136 from which the semiconductor layer 138 is exposed, the source electrode 130A and the drain electrode 130B provided on the gate insulating layer 108 and the stacked semiconductor layer 136, and the stacked semiconductor layer 136 and the source on the gate insulating layer 108 A passivation layer 144 provided so as to cover the electrode 130A and the drain electrode 130B and having an opening 148, and a back gate electrode 150A provided on the passivation layer 144 so as to overlap with a portion where the first semiconductor layer 138 is exposed. And a drain electrode in the opening 148 Having a pixel electrode 150B which is connected to 30B.

本発明の一態様によれば、積層半導体層136が有する第1の半導体層138とパッシベーション層144の界面の汚染などが抑制され、且つ第1の半導体層138の厚さが十分なものとなるため、オフ電流を抑制しつつオン電流を十分なものとすることができる。さらには、第1の半導体層138が露出された部分と重畳してバックゲート電極150Aが設けられているため、バックゲート電極の電界によりオン電流を更に大きくすることができる。   According to one embodiment of the present invention, contamination of the interface between the first semiconductor layer 138 and the passivation layer 144 included in the stacked semiconductor layer 136 is suppressed, and the thickness of the first semiconductor layer 138 is sufficient. Therefore, the on-current can be sufficient while suppressing the off-current. Further, since the back gate electrode 150A is provided so as to overlap with the exposed portion of the first semiconductor layer 138, the on-state current can be further increased by the electric field of the back gate electrode.

以上説明したように、本発明の一態様である半導体装置を作製することができる。   As described above, the semiconductor device which is one embodiment of the present invention can be manufactured.

(実施の形態2)
実施の形態1で説明したように作製した薄膜トランジスタを適用した半導体装置としては、電子ペーパーが挙げられる。電子ペーパーは、情報を表示するものであればあらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。例えば、電子ペーパーを用いて、電子書籍(電子ブック)、ポスター、デジタルサイネージ、PID(Public Information Display)、電車などの乗り物の車内広告、クレジットカード等の各種カードにおける表示等に適用することができる。電子機器の一例を図5に示す。
(Embodiment 2)
As a semiconductor device to which the thin film transistor manufactured as described in Embodiment 1 is applied, electronic paper can be given. Electronic paper can be used for electronic devices in various fields as long as they display information. For example, it can be applied to electronic books (electronic books), posters, digital signage, PID (Public Information Display), advertisements in vehicles such as trains, displays on various cards such as credit cards, etc. using electronic paper. . An example of the electronic device is illustrated in FIG.

図5は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍200は、筐体202および筐体204の2つの筐体で構成されている。筐体202および筐体204は、軸部214により一体とされており、該軸部214を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍と同様に取り扱うことが可能となる。   FIG. 5 illustrates an example of an electronic book. For example, the electronic book 200 includes two housings, a housing 202 and a housing 204. The housing 202 and the housing 204 are integrated by a shaft portion 214 and can be opened and closed with the shaft portion 214 as an axis. With this configuration, it can be handled in the same way as a paper book.

筐体202には表示部206及び光電変換装置208が組み込まれ、筐体204には表示部210及び光電変換装置212が組み込まれている。表示部206及び表示部210は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部(図5では表示部206)に文章を表示し、左側の表示部(図5では表示部210)に画像を表示することができる。   A display portion 206 and a photoelectric conversion device 208 are incorporated in the housing 202, and a display portion 210 and a photoelectric conversion device 212 are incorporated in the housing 204. The display unit 206 and the display unit 210 may be configured to display a continuation screen or may be configured to display different screens. By adopting a configuration that displays different screens, for example, a sentence can be displayed on the right display unit (display unit 206 in FIG. 5) and an image can be displayed on the left display unit (display unit 210 in FIG. 5). .

また、図5では、筐体202に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体202において、電源216、操作キー218、スピーカ220などを備えている。操作キー218により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子(イヤホン端子、USB端子、またはACアダプタおよびUSBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍200は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。   FIG. 5 shows an example in which the housing 202 includes an operation unit and the like. For example, the housing 202 includes a power source 216, operation keys 218, a speaker 220, and the like. The page can be turned with the operation key 218. Note that a keyboard, a pointing device, or the like may be provided on the same surface as the display portion of the housing. In addition, an external connection terminal (such as an earphone terminal, a USB terminal, or a terminal that can be connected to various cables such as an AC adapter and a USB cable), a recording medium insertion unit, and the like may be provided on the back and side surfaces of the housing. . Further, the electronic book 200 may have a configuration having a function as an electronic dictionary.

また、電子書籍200は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。   In addition, the electronic book 200 may be configured to transmit and receive information wirelessly. It is also possible to adopt a configuration in which desired book data or the like is purchased and downloaded from an electronic book server wirelessly.

(実施の形態3)
実施の形態1で説明したように作製した薄膜トランジスタを適用した半導体装置としては、電子ペーパー以外にもさまざまな電子機器(遊技機も含む)が挙げられる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
(Embodiment 3)
As a semiconductor device to which the thin film transistor manufactured as described in Embodiment 1 is applied, various electronic devices (including game machines) can be used in addition to electronic paper. Examples of the electronic device include a television device (also referred to as a television or a television receiver), a monitor for a computer, a digital camera, a digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone (also referred to as a mobile phone or a mobile phone device). ), Large game machines such as portable game machines, portable information terminals, sound reproducing devices, and pachinko machines.

図6(A)は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置222は、筐体224に表示部226が組み込まれている。表示部226により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド228により筐体224を支持した構成を示している。   FIG. 6A illustrates an example of a television device. In the television device 222, a display portion 226 is incorporated in a housing 224. The display unit 226 can display an image. Here, a configuration in which the housing 224 is supported by the stand 228 is shown.

テレビジョン装置222の操作は、筐体224が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機234により行うことができる。リモコン操作機234が備える操作キー232により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部226に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機234に、当該リモコン操作機234から出力する情報を表示する表示部230を設ける構成としてもよい。   The television device 222 can be operated with an operation switch provided in the housing 224 or a separate remote controller 234. Channels and volume can be operated with operation keys 232 provided on the remote controller 234, and an image displayed on the display unit 226 can be operated. The remote controller 234 may be provided with a display unit 230 that displays information output from the remote controller 234.

なお、テレビジョン装置222は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。   Note that the television set 222 is provided with a receiver, a modem, and the like. General TV broadcasts can be received by a receiver, and connected to a wired or wireless communication network via a modem, so that it can be unidirectional (sender to receiver) or bidirectional (sender and receiver). It is also possible to perform information communication between each other or between recipients).

図6(B)は、デジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム236は、筐体238に表示部240が組み込まれている。表示部240は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。   FIG. 6B illustrates an example of a digital photo frame. For example, the digital photo frame 236 includes a display portion 240 incorporated in a housing 238. The display unit 240 can display various images. For example, by displaying image data captured by a digital camera or the like, the display unit 240 can function in the same manner as a normal photo frame.

なお、デジタルフォトフレーム236は、操作部、外部接続用端子(USB端子、USBケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など)、記録媒体挿入部などを備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部240に表示させることができる。   Note that the digital photo frame 236 includes an operation unit, an external connection terminal (a terminal that can be connected to various cables such as a USB terminal and a USB cable), a recording medium insertion unit, and the like. These configurations may be incorporated on the same surface as the display portion, but it is preferable to provide them on the side surface or the back surface because the design is improved. For example, a memory storing image data captured by a digital camera can be inserted into the recording medium insertion unit of the digital photo frame to capture the image data, and the captured image data can be displayed on the display unit 240.

また、デジタルフォトフレーム236は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。 The digital photo frame 236 may be configured to transmit and receive information wirelessly. A configuration may be employed in which desired image data is captured and displayed wirelessly.

図7は携帯型のコンピュータの一例を示す斜視図である。   FIG. 7 is a perspective view illustrating an example of a portable computer.

図7の携帯型のコンピュータは、上部筐体242と下部筐体244とを接続するヒンジユニットを閉状態として表示部246を有する上部筐体242と、キーボード248を有する下部筐体244とを重ねた状態とすることができ、持ち運ぶことが便利であるとともに、使用者がキーボード入力する場合には、ヒンジユニットを開状態として、表示部246を見て入力操作を行うことができる。   The portable computer in FIG. 7 overlaps an upper housing 242 having a display portion 246 with a hinge unit connecting the upper housing 242 and the lower housing 244 closed and a lower housing 244 having a keyboard 248. When the user performs keyboard input, the hinge unit can be opened and an input operation can be performed while viewing the display unit 246.

また、下部筐体244はキーボード248の他に入力操作を行うポインティングデバイス252を有する。また、表示部246をタッチ入力パネルとすれば、表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。また、下部筐体244はCPUやハードディスク等の演算機能部を有している。また、下部筐体244は他の機器、例えばUSBの通信規格に準拠した通信ケーブルが差し込まれる外部接続ポート250を有している。   In addition to the keyboard 248, the lower housing 244 has a pointing device 252 that performs an input operation. When the display portion 246 is a touch input panel, an input operation can be performed by touching part of the display portion. Further, the lower housing 244 has a calculation function unit such as a CPU and a hard disk. The lower housing 244 has an external connection port 250 into which another device, for example, a communication cable compliant with the USB communication standard is inserted.

上部筐体242には更に上部筐体242内部にスライドさせて収納可能な表示部254を有しており、広い表示画面を実現することができる。また、収納可能な表示部254の画面の向きを使用者は調節できる。また、収納可能な表示部254をタッチ入力パネルとすれば、収納可能な表示部の一部に触れることで入力操作を行うこともできる。   The upper housing 242 further includes a display portion 254 that can be slid and housed inside the upper housing 242 so that a wide display screen can be realized. Further, the user can adjust the orientation of the screen of the display unit 254 that can be stored. Further, when the storable display unit 254 is a touch input panel, an input operation can be performed by touching a part of the storable display unit.

表示部246または収納可能な表示部254は、液晶表示パネル、有機発光素子または無機発光素子などの発光表示パネルなどの映像表示装置を用いる。   The display portion 246 or the storable display portion 254 uses a video display device such as a liquid crystal display panel, a light emitting display panel such as an organic light emitting element or an inorganic light emitting element.

また、図7の携帯型のコンピュータは、受信機などを備えた構成として、テレビ放送を受信して映像を表示部に表示することができる。また、上部筐体242と下部筐体244とを接続するヒンジユニットを閉状態としたまま、表示部254をスライドさせて画面全面を露出させ、画面角度を調節して使用者がテレビ放送を見ることもできる。この場合には、ヒンジユニットを閉状態として表示部246を表示させず、さらにテレビ放送を表示するだけの回路の起動のみを行うため、最小限の消費電力とすることができ、バッテリー容量の限られている携帯型のコンピュータにおいて有用である。   In addition, the portable computer in FIG. 7 includes a receiver and the like, and can receive a television broadcast and display an image on a display portion. In addition, with the hinge unit connecting the upper housing 242 and the lower housing 244 closed, the display unit 254 is slid to expose the entire screen, and the screen angle is adjusted to allow the user to watch TV broadcasting. You can also. In this case, since the hinge unit is closed and the display unit 246 is not displayed, and only the circuit that only displays the television broadcast is activated, the power consumption can be minimized, and the battery capacity can be limited. It is useful in portable computers that are used.

本実施例では、被覆膜134を除去したとしても、被覆膜134の除去から水素ガスプラズマ処理を行うまでの間に大気暴露されると、水素ガスプラズマによるエッチングが進行しにくいことを明らかにする。   In this embodiment, even if the coating film 134 is removed, it is clear that etching by hydrogen gas plasma is difficult to proceed if exposed to the atmosphere between the removal of the coating film 134 and the hydrogen gas plasma treatment. To.

まず、基板100上に図1(B)に示すようにゲート電極106を形成し、ゲート電極106を覆ってゲート絶縁層108を形成した。   First, the gate electrode 106 was formed over the substrate 100 as illustrated in FIG. 1B, and the gate insulating layer 108 was formed to cover the gate electrode 106.

ここで、ゲート絶縁層108は窒化シリコンにより形成した。窒化シリコンを形成するプラズマCVD法の詳細な条件は下記の通りである。
モノシラン(SiH)ガス流量=15sccm
アンモニア(NH)ガス流量=500sccm
窒素(N)ガス流量=180sccm
水素(H)ガス流量=200sccm
反応室内圧力=100Pa
上部電極と下部電極の間隔=26mm
高周波電力周波数=13.56MHz
高周波電力=200W
上部電極の温度=200℃
下部電極の温度=300℃
Here, the gate insulating layer 108 is formed of silicon nitride. The detailed conditions of the plasma CVD method for forming silicon nitride are as follows.
Monosilane (SiH 4 ) gas flow rate = 15 sccm
Ammonia (NH 3 ) gas flow rate = 500 sccm
Nitrogen (N 2 ) gas flow rate = 180 sccm
Hydrogen (H 2 ) gas flow rate = 200 sccm
Reaction chamber pressure = 100 Pa
Distance between upper electrode and lower electrode = 26 mm
High frequency power frequency = 13.56 MHz
High frequency power = 200W
Upper electrode temperature = 200 ° C.
Lower electrode temperature = 300 ° C.

次に、ゲート絶縁層108の表面にプラズマ処理を行った。プラズマ処理の詳細な条件は下記の通りである。
一酸化二窒素(NO)ガス流量=400sccm
反応室内圧力=60Pa
上部電極と下部電極の間隔=30mm
高周波電力周波数=13.56MHz
高周波電力=900W
上部電極の温度=200℃
下部電極の温度=300℃
Next, plasma treatment was performed on the surface of the gate insulating layer 108. The detailed conditions of the plasma treatment are as follows.
Nitrous oxide (N 2 O) gas flow rate = 400 sccm
Reaction chamber pressure = 60 Pa
Distance between upper electrode and lower electrode = 30 mm
High frequency power frequency = 13.56 MHz
High frequency power = 900W
Upper electrode temperature = 200 ° C.
Lower electrode temperature = 300 ° C.

次に、表面にプラズマ処理を行ったゲート絶縁層108上に第1の半導体膜110、第2の半導体膜112及び不純物半導体膜114を形成した。   Next, a first semiconductor film 110, a second semiconductor film 112, and an impurity semiconductor film 114 were formed over the gate insulating layer 108 whose surface was subjected to plasma treatment.

第1の半導体膜110は、2段階の形成処理により形成した。2段階の形成処理において、第1段階では厚さ5nmの微結晶シリコン膜を形成し、第2段階では厚さ65nmの微結晶シリコン膜を形成した。ここで、プラズマCVD法の詳細な条件は下記の通りである。
<第1段階>
モノシラン(SiH)ガス流量=2.7sccm
アルゴン(Ar)ガス流量=3000sccm
水素(H)ガス流量=3000sccm
反応室内圧力=10kPa
上部電極と下部電極の間隔=7mm
高周波電力周波数=13.56MHz
高周波電力=200W
下部電極の温度=300℃
<第2段階>
モノシラン(SiH)ガス流量=2sccm
水素(H)ガス流量=3000sccm
反応室内圧力=10kPa
上部電極と下部電極の間隔=7mm
高周波電力周波数=13.56MHz
高周波電力=700W
下部電極の温度=300℃
The first semiconductor film 110 was formed by a two-step formation process. In the two-stage formation process, a microcrystalline silicon film having a thickness of 5 nm was formed in the first stage, and a microcrystalline silicon film having a thickness of 65 nm was formed in the second stage. Here, the detailed conditions of the plasma CVD method are as follows.
<First stage>
Monosilane (SiH 4 ) gas flow rate = 2.7 sccm
Argon (Ar) gas flow rate = 3000 sccm
Hydrogen (H 2 ) gas flow rate = 3000 sccm
Reaction chamber pressure = 10 kPa
Distance between upper electrode and lower electrode = 7 mm
High frequency power frequency = 13.56 MHz
High frequency power = 200W
Lower electrode temperature = 300 ° C.
<Second stage>
Monosilane (SiH 4 ) gas flow rate = 2 sccm
Hydrogen (H 2 ) gas flow rate = 3000 sccm
Reaction chamber pressure = 10 kPa
Distance between upper electrode and lower electrode = 7 mm
High frequency power frequency = 13.56 MHz
High frequency power = 700W
Lower electrode temperature = 300 ° C.

次に、第1の半導体膜110上に第2の半導体膜112を厚さ80nmとなるように形成した。ここで、プラズマCVD法の詳細な条件は以下の通りである。
モノシラン(SiH)ガス流量=25sccm
水素希釈アンモニアガス流量=100sccm
アルゴン(Ar)ガス流量=750sccm
水素(H)ガス流量=650sccm
反応室内圧力=1250Pa
上部電極と下部電極の間隔=15mm
高周波電力周波数=13.56MHz
高周波電力=150W
上部電極の温度=200℃
下部電極の温度=300℃
Next, a second semiconductor film 112 was formed over the first semiconductor film 110 so as to have a thickness of 80 nm. Here, the detailed conditions of the plasma CVD method are as follows.
Monosilane (SiH 4 ) gas flow rate = 25 sccm
Hydrogen diluted ammonia gas flow rate = 100 sccm
Argon (Ar) gas flow rate = 750 sccm
Hydrogen (H 2 ) gas flow rate = 650 sccm
Reaction chamber pressure = 1250 Pa
Distance between upper electrode and lower electrode = 15 mm
High frequency power frequency = 13.56 MHz
High frequency power = 150W
Upper electrode temperature = 200 ° C.
Lower electrode temperature = 300 ° C.

なお、ここで、水素希釈アンモニアガスとは、アンモニアガスを水素ガスにより体積比で1000ppmまで希釈したガスをいう。   Here, the hydrogen-diluted ammonia gas refers to a gas obtained by diluting ammonia gas to 1000 ppm by volume with hydrogen gas.

次に、第2の半導体膜112上に不純物半導体膜114を厚さ50nmとなるように形成した。ここで、プラズマCVD法の詳細な条件は以下の通りである。
モノシラン(SiH)ガス流量=90sccm
モノシラン希釈ホスフィンガス流量=10sccm
水素(H)ガス流量=500sccm
反応室内圧力=170Pa
上部電極と下部電極の間隔=25mm
高周波電力周波数=13.56MHz
高周波電力=30W
上部電極の温度=200℃
下部電極の温度=300℃
Next, the impurity semiconductor film 114 was formed to a thickness of 50 nm over the second semiconductor film 112. Here, the detailed conditions of the plasma CVD method are as follows.
Monosilane (SiH 4 ) gas flow rate = 90 sccm
Monosilane diluted phosphine gas flow rate = 10 sccm
Hydrogen (H 2 ) gas flow rate = 500 sccm
Reaction chamber pressure = 170 Pa
Spacing between upper electrode and lower electrode = 25 mm
High frequency power frequency = 13.56 MHz
High frequency power = 30W
Upper electrode temperature = 200 ° C.
Lower electrode temperature = 300 ° C.

なお、ここで、モノシラン希釈ホスフィンガスとは、ホスフィンガスをモノシランガスにより体積比で5パーセントまで希釈したガスをいう。   Here, the monosilane diluted phosphine gas refers to a gas obtained by diluting phosphine gas with monosilane gas to 5 percent by volume.

次に、第1の半導体膜110、第2の半導体膜112及び不純物半導体膜114上に任意のパターンを有するレジストマスクを形成し、第1の半導体膜110、第2の半導体膜112及び不純物半導体膜114をエッチングして半導体積層体118を形成した。   Next, a resist mask having an arbitrary pattern is formed over the first semiconductor film 110, the second semiconductor film 112, and the impurity semiconductor film 114, and the first semiconductor film 110, the second semiconductor film 112, and the impurity semiconductor are formed. The semiconductor layer 118 was formed by etching the film 114.

その後、該レジストマスクを除去し、半導体積層体118上に積層導電膜126に代えて単層のチタン膜をスパッタリング法により厚さ300nmで形成した。ここで、スパッタリング法の詳細な条件は以下の通りである。
アルゴン(Ar)ガス流量=30sccm
反応室内圧力=0.4Pa
チタンターゲットと基板の間隔=185mm
電力=2000W
Thereafter, the resist mask was removed, and a single layer titanium film was formed with a thickness of 300 nm on the semiconductor stacked body 118 by a sputtering method instead of the stacked conductive film 126. Here, the detailed conditions of the sputtering method are as follows.
Argon (Ar) gas flow rate = 30 sccm
Reaction chamber pressure = 0.4 Pa
Distance between titanium target and substrate = 185mm
Power = 2000W

このように単層のチタン膜を形成した後に、該チタン膜上に任意のパターンを有するレジストマスク(少なくとも一部が半導体積層体118と重畳)を形成し、該レジストマスクを用いてチタン膜と半導体積層体118をエッチングした。ここで、該エッチングはICPにより行った。エッチングの詳細な条件は下記の通りである。
三塩化ホウ素(BCl)ガス流量=60sccm
塩素(Cl)ガス流量=20sccm
反応室内圧力=1.9Pa
上部電極と下部電極の間隔=122mm
高周波電力周波数=13.56MHz
高周波電力=450W
上部電極と下部電極の間のバイアス電力=100W
上部電極の温度=100℃
下部電極の温度=70℃
After the single-layer titanium film is formed in this way, a resist mask having an arbitrary pattern (at least partly overlaps with the semiconductor stacked body 118) is formed on the titanium film, and the titanium film is formed using the resist mask. The semiconductor stacked body 118 was etched. Here, the etching was performed by ICP. The detailed etching conditions are as follows.
Boron trichloride (BCl 3 ) gas flow rate = 60 sccm
Chlorine (Cl 2 ) gas flow rate = 20 sccm
Reaction chamber pressure = 1.9 Pa
Distance between upper electrode and lower electrode = 122 mm
High frequency power frequency = 13.56 MHz
High frequency power = 450W
Bias power between upper electrode and lower electrode = 100 W
Upper electrode temperature = 100 ° C.
Lower electrode temperature = 70 ° C.

そして、エッチング後、酸素プラズマによるアッシングを行い、さらにはレジスト剥離液を用いてレジストマスクを剥離する。   Then, after etching, ashing with oxygen plasma is performed, and further the resist mask is stripped using a resist stripping solution.

ここで、エッチング時にレジストマスクと重畳していなかった部分の残存した膜の合計の厚さを分光エリプソメーターで計測すると、80nmであった。そのため、該エッチングにより第2の半導体膜112の一部と不純物半導体膜114は除去され、試料に残存した膜は、第2の半導体膜112の一部と第1の半導体膜110であり、第1の半導体膜110は露出されておらず、エッチング時にレジストマスクと重畳していなかった部分では、残存した膜の最上層は第2の半導体膜112の一部であるといえる。   Here, when the total thickness of the remaining film in the portion that did not overlap with the resist mask during etching was measured with a spectroscopic ellipsometer, it was 80 nm. Therefore, part of the second semiconductor film 112 and the impurity semiconductor film 114 are removed by the etching, and the film remaining in the sample is part of the second semiconductor film 112 and the first semiconductor film 110. In the portion where the first semiconductor film 110 is not exposed and does not overlap with the resist mask at the time of etching, it can be said that the uppermost layer of the remaining film is a part of the second semiconductor film 112.

次に、試料に対して、下記の条件で三フッ化窒素ガスによりプラズマ処理を行った。プラズマ処理の詳細な条件は下記の通りである。
三フッ化窒素(NF)ガス流量=20sccm
アルゴン(Ar)ガス流量=300sccm
反応室内圧力=10Pa
上部電極と下部電極の間隔=46mm
高周波電力周波数=13.56MHz
高周波電力=30W
上部電極の温度=200℃
下部電極の温度=300℃
処理時間=120秒
Next, the sample was subjected to plasma treatment with nitrogen trifluoride gas under the following conditions. The detailed conditions of the plasma treatment are as follows.
Nitrogen trifluoride (NF 3 ) gas flow rate = 20 sccm
Argon (Ar) gas flow rate = 300 sccm
Reaction chamber pressure = 10 Pa
Distance between upper electrode and lower electrode = 46mm
High frequency power frequency = 13.56 MHz
High frequency power = 30W
Upper electrode temperature = 200 ° C.
Lower electrode temperature = 300 ° C.
Processing time = 120 seconds

次に、基板を大気暴露し、大気暴露された試料に対して水素ガスによりプラズマ処理を行った。プラズマ処理の詳細な条件は下記の通りである。
水素(H)ガス流量=1000sccm
反応室内圧力=1000Pa
上部電極と下部電極の間隔=7mm
高周波電力周波数=13.56MHz
高周波電力=100W
上部電極の温度=200℃
下部電極の温度=300℃
処理時間=300秒
Next, the substrate was exposed to the atmosphere, and a plasma treatment was performed on the exposed sample with hydrogen gas. The detailed conditions of the plasma treatment are as follows.
Hydrogen (H 2 ) gas flow rate = 1000 sccm
Reaction chamber pressure = 1000 Pa
Distance between upper electrode and lower electrode = 7 mm
High frequency power frequency = 13.56 MHz
High frequency power = 100W
Upper electrode temperature = 200 ° C.
Lower electrode temperature = 300 ° C.
Processing time = 300 seconds

このようにして水素ガスによるプラズマ処理まで行った試料の合計の厚さを分光エリプソメーターで計測すると、80nmであった。   Thus, when the total thickness of the sample subjected to the plasma treatment with hydrogen gas was measured with a spectroscopic ellipsometer, it was 80 nm.

従って、被覆膜134を除去したとしても、被覆膜134の除去から水素ガスプラズマ処理を行うまでの間に大気暴露されると、水素ガスプラズマによるエッチングが進行しにくいといえる。   Therefore, even if the coating film 134 is removed, it can be said that etching by hydrogen gas plasma does not proceed easily when exposed to the atmosphere between the removal of the coating film 134 and the hydrogen gas plasma treatment.

100 基板
102 第1の導電膜
104 第1のエッチングマスク
106 ゲート電極
108 ゲート絶縁層
110 第1の半導体膜
112 第2の半導体膜
114 不純物半導体膜
116 第2のエッチングマスク
118 半導体積層体
120 第2の導電膜
122 第3の導電膜
124 第4の導電膜
126 積層導電膜
128 第3のエッチングマスク
130A ソース電極
130B ドレイン電極
132 エッチングされた半導体積層体
134 被覆膜
136 積層半導体層
138 第1の半導体層
140A 第2の半導体層
140B 第2の半導体層
142A ソース領域
142B ドレイン領域
144 パッシベーション層
146 第4のエッチングマスク
148 開口部
150A バックゲート電極
150B 画素電極
152 第5のエッチングマスク
200 電子書籍
202 筐体
204 筐体
206 表示部
208 光電変換装置
210 表示部
212 光電変換装置
214 軸部
216 電源
218 操作キー
220 スピーカ
222 テレビジョン装置
224 筐体
226 表示部
228 スタンド
230 表示部
232 操作キー
234 リモコン操作機
236 デジタルフォトフレーム
238 筐体
240 表示部
242 上部筐体
244 下部筐体
246 表示部
248 キーボード
250 外部接続ポート
252 ポインティングデバイス
254 表示部
100 substrate 102 first conductive film 104 first etching mask 106 gate electrode 108 gate insulating layer 110 first semiconductor film 112 second semiconductor film 114 impurity semiconductor film 116 second etching mask 118 semiconductor stacked body 120 second Conductive film 122 third conductive film 124 fourth conductive film 126 laminated conductive film 128 third etching mask 130A source electrode 130B drain electrode 132 etched semiconductor laminated body 134 coating film 136 laminated semiconductor layer 138 first Semiconductor layer 140A Second semiconductor layer 140B Second semiconductor layer 142A Source region 142B Drain region 144 Passivation layer 146 Fourth etching mask 148 Opening 150A Back gate electrode 150B Pixel electrode 152 Fifth etching mask 200 Electronic book 02 Case 204 Case 206 Display unit 208 Photoelectric conversion device 210 Display unit 212 Photoelectric conversion device 214 Shaft unit 216 Power supply 218 Operation key 220 Speaker 222 Television device 224 Case 226 Display unit 228 Stand 230 Display unit 232 Operation key 234 Remote control Controller 236 Digital photo frame 238 Case 240 Display unit 242 Upper case 244 Lower case 246 Display unit 248 Keyboard 250 External connection port 252 Pointing device 254 Display unit

Claims (7)

少なくとも結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜が設けられた積層半導体膜の一部に対して、
少なくとも第1のエッチングと第2のエッチングを行い、
前記第1のエッチングは、前記非晶質半導体膜の一部を残存させつつ行い、
前記第2のエッチングは、前記非晶質半導体膜上の前記第1のエッチング時に形成された被覆膜を除去した後に、前記非晶質半導体膜に対するエッチングレートが高く、且つ前記結晶性半導体膜に対するエッチングレートが低い条件により行い、
前記積層半導体膜に設けられた前記結晶性半導体膜の一部を露出させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
For at least a part of a stacked semiconductor film in which an amorphous semiconductor film is provided over a crystalline semiconductor film,
Performing at least a first etch and a second etch,
The first etching is performed while leaving a part of the amorphous semiconductor film,
The second etching has a high etching rate with respect to the amorphous semiconductor film after removing the coating film formed during the first etching on the amorphous semiconductor film, and the crystalline semiconductor film Performed under conditions with low etching rate for
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising exposing a part of the crystalline semiconductor film provided in the stacked semiconductor film.
少なくとも結晶性半導体膜上に非晶質半導体膜が設けられた積層半導体膜の第1の領域上にエッチングマスクを形成し、
少なくとも第1のエッチングと第2のエッチングにより、第2の領域の前記結晶性半導体膜を露出させ、
前記第1のエッチングは、前記非晶質半導体膜の一部を残存させつつ行い、
前記第2のエッチングは、前記非晶質半導体膜上の前記第1のエッチング時に形成された被覆膜を除去した後に、前記非晶質半導体膜に対するエッチングレートが高く、且つ前記結晶性半導体膜に対するエッチングレートが低い条件により行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming an etching mask over at least a first region of the stacked semiconductor film in which the amorphous semiconductor film is provided over the crystalline semiconductor film;
Exposing the crystalline semiconductor film in the second region by at least the first etching and the second etching;
The first etching is performed while leaving a part of the amorphous semiconductor film,
The second etching has a high etching rate with respect to the amorphous semiconductor film after removing the coating film formed during the first etching on the amorphous semiconductor film, and the crystalline semiconductor film A method for manufacturing a semiconductor device, which is performed under a condition where an etching rate with respect to is low.
請求項1または請求項2において、
前記第1のエッチングは塩素系ガスにより行い、
前記第2のエッチングはフッ素系ガスにより行った後に、水素を含むガスにより行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 1 or claim 2,
The first etching is performed with a chlorine-based gas,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second etching is performed using a fluorine-based gas and then a gas containing hydrogen.
請求項3において、
前記塩素系ガスは、三塩化ホウ素ガスと塩素ガスの混合ガスであり、
前記フッ素系ガスは、三フッ化窒素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 3,
The chlorine gas is a mixed gas of boron trichloride gas and chlorine gas,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the fluorine-based gas is nitrogen trifluoride.
請求項3または請求項4において、
前記水素を含むガスにアルゴンガスが含まれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 3 or claim 4,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the gas containing hydrogen contains an argon gas.
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記結晶性半導体膜は、微結晶半導体膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the crystalline semiconductor film is a microcrystalline semiconductor film.
請求項6において、
前記微結晶半導体膜は微結晶シリコンであり、
前記非晶質半導体膜は非晶質シリコンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 6,
The microcrystalline semiconductor film is microcrystalline silicon;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the amorphous semiconductor film is amorphous silicon.
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