JP2762219B2 - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

半導体装置およびその作製方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アクティブマトリクス
型の液晶表示装置の構成に関する。
【0002】
【従来の技術】画素電極にTFT(薄膜トランジスタ)
を配置し、画素電極のスイッチングを行なうアクティブ
マトリクス型の液晶表示装置が知られている。またさら
に画素電極に配置されたTFTを駆動するための周辺回
路領域をも同一基板上に形成する一体化された構成も提
案されている。
【0003】このような画素領域と周辺回路領域とが一
体化されたアクティブマトリクス型の液晶表示装置にお
いては、それぞれの領域において必要とするTFTの特
性は異ならせる必要がある。
【0004】各画素に配置されるTFTは、画素電極に
電荷を保持させる機能が必要とされる。従って大きな移
動度は要求されないが、OFF電流が小さいことが必要
とされる。
【0005】一方、周辺回路領域に配置されるTFT
は、画素領域に配置されたTFTをドライブするための
ものとなるので、大きなON電流を流すことができ、高
移動度を有することが必要とされる。、
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、アクティブ
マトリクス型の液晶表示装置において、同一基板上に形
成される画素領域用のTFTと周辺回路領域用のTFT
とをその必要とする特性を同一工程で得ることを課題と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、アクティブマ
トリクス型の液晶表示装置において、画素領域と周辺回
路領域とに配置されるTFTとを異なる結晶状態の結晶
性珪素膜で構成したことを特徴とする。そして本発明は
上記構成を実現するために、周辺回路領域を構成する結
晶性珪素膜にレーザー光または強光を照射したものを用
いることを特徴とする。
【0008】結晶性珪素膜を得る方法としては、加熱に
よって非晶質珪素膜を結晶化させる方法が知られている
が、本発明においては、非晶質珪素の結晶化を助長する
元素を非晶質珪素膜に導入することによって、550
℃、4時間程度の加熱工程によって結晶化させる方法を
採用することを特徴とする。
【0009】結晶化を助長する触媒元素としては、N
i、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、Sn、Pd
P、As、Sbから選ばれた一種または複数種類の元素
を用いることができる。またVIII族、IIIb族、IVb族、
Vb族元素から選ばれた一種または複数種類の元素を用い
ることもできる。
【0010】
【実施例】
〔実施例1〕本実施例は、アクティブマトリクス型の液
晶表示装置において、周辺回路領域と画素領域に結晶性
珪素膜を用いたTFTを配置した構成に関する。上記周
辺回路領域および画素領域に形成されるTFTは、結晶
化を助長する触媒元素を添加することによって基板垂直
な方向に結晶成長が行われた結晶性珪素膜を用いた構成
を有する。また、周辺回路領域に形成された結晶性珪素
膜はレーザー光または強光の照射によって結晶化がさら
に助長されており、より大きなON電流を探すことがで
き、またより大きな移動度を有する構成となっている。
【0011】図2および図3に本実施例の作製工程を示
す。図2に示すのは周辺回路用にTFTの作製工程図で
あり、図3に示すのは画素領域に形成されるTFTの作
製工程図である。それぞれの図において符号の同一なも
のは同一の箇所を示す。またそれぞれの作製工程は互い
に対応する。図1は本実施例で作製されるアクティブ型
の液晶表示装置を上面から見た概要図である。本実施例
で示す周辺領域用のTFTと画素領域用のTFTとは、
図1に示すような状態で同一基板上に形成される。図1
には、周辺回路領域A、Bとその冗長回路であるA’、
B’が示されている。この冗長回路A’、B’は、周辺
回路領域A、Bに欠陥が存在する場合に利用される。
【0012】まず、基板201を洗浄し、TEOS(テ
トラ・エトキシ・シラン)と酸素を原料ガスとしてプラ
ズマCVD法によって厚さ2000Åの酸化珪素の下地
膜202を形成する。
【0013】そして、プラズマCVD法によって、厚さ
500〜1500Å、例えば1000Åの真性(I型)
の非晶質珪素膜203を成膜する。そして結晶化を助長
する触媒元素であるニッケル元素を含んだ溶液(ここで
は酢酸塩溶液)205塗布する。酢酸溶液中におけるニ
ッケルの濃度は10ppmである。なお、酢酸溶液の塗
布前に極薄い酸化膜(数十Å以下)を形成し、酢酸溶液
の濡れ性を改善することは効果的である。
【0014】ここでは触媒元素を含有した溶液を塗布す
ることにより、非晶質珪素膜にその結晶化を助長する触
媒元素であるニッケルを導入したが、プラズマ処理や蒸
着法やスパッタ法やCVD法によってニッケル膜または
ニッケルを含有する膜を形成するこによって、ニッケル
を導入するのでもよい。
【0015】この後、窒素雰囲気下で500〜620
℃、例えば550℃、4時間の加熱アニールを行い、珪
素膜203の結晶化を行う。この際、ニッケルと珪素膜
が接触した部分ニッケルが拡散していき、結晶化が起こ
る。そして結晶化は、基板に対して概略垂直な方向に行
われることになる。(図2(A)、図3(A))
【0016】上記加熱処理による結晶化工程の後にさら
にレーザー光216の照射により珪素膜203の結晶性
を高める。この工程は、図2(B)に示すように周辺回
路領域のTFTを構成する珪素膜のみに対して行なう。
レーザー光は、KrFエキシマレーザー(波長248n
m、パルス幅20nsec)を用い、250mJ/cm
2 のエネルギー密度で2ショト行なう。またレーザー光
としては他のレーザー光を用いてもよい。このレーザー
光の照射は基板を400℃に加熱して行う。これは、レ
ーザー光の照射によるアニール効果をさらに高めるため
である。
【0017】この工程は、強光の照射によるものでもよ
い。例えば波長1.2μmの赤外光を照射することによ
って行なうことができる。赤外光の照射は、数分間で高
温加熱処理したものと同等の効果を得ることができる。
【0018】結晶化が終了した状態において、珪素膜中
にニッケル濃度は約1018/cm3であった。そして、
珪素膜203をパターニング後、ドライエッチングし
て、島状の活性層領域208を形成する。
【0019】その後、100体積%の水蒸気を含む10
気圧、500〜600℃の、代表的には550℃の雰囲
気中において、1時間放置することによって、活性層
(珪素膜)208の表面を酸化させ、酸化珪素膜209
を形成する。酸化珪素膜の厚さは1000Åとする。熱
酸化によって酸化珪素膜209を形成したのち、基板
を、アンモニア雰囲気(1気圧、100%)、400℃
に保持させる。そして、この状態で基板に対して、波長
0.6〜4μm、例えば、0.8〜1.4μmにピーク
をもつ赤外光を30〜180秒照射し、酸化珪素膜20
9に対して窒化処理を施す。なおこの際、雰囲気に0.
1〜10%のHClを混入してもよい。
【0020】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000Å、例えば6000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜する。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極210を形成する。(図2(C)、図3
(C))
【0021】さらに、このアルミニウムの電極の表面を
陽極酸化して、表面に酸化物層211を形成する。この
陽極酸化は、酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコ
ール溶液中で行う。得られる酸化物層211の厚さは2
000Åである。なお、この酸化物211は、後のイオ
ンドーピング工程において、オフセットゲイト領域を形
成する厚さとなるので、オフセットゲイト領域の長さを
上記陽極酸化工程で決めることができる。(図2
(D)、図3(D))
【0022】次に、イオンドーピング法(プラズマドー
ピング法とも言う)によって、活性層領域(ソース/ド
レイン、チャネルを構成する)にゲイト電極部、すなわ
ちゲイト電極210とその周囲の酸化層211をマスク
として、自己整合的にN導電型を付与する不純物(ここ
では燐)を添加する。ドーピングガスとして、フォスフ
ィン(PH3 )を用い、加速電圧を60〜90kV、例
えば80kVとする。ドーズ量は1×1015〜8×10
15cm-2、例えば、4×1015cm-2とする。この結
果、N型の不純物領域212と213を形成することが
できる。図からも明らかなように不純物領域とゲイト電
極とは距離xだけ放れたオフセット状態となる。このよ
うなオフセット状態は、特にゲイト電極に逆電圧(Nチ
ャネルTFTの場合はマイナス)を印加した際のリーク
電流(オフ電流ともいう)を低減する上で有効である。
特に、本実施例のようにアクティブマトリクスの画素を
制御するTFTにおいては良好な画像を得るために画素
電極に蓄積された電荷が逃げないようにリーク電流が低
いことが望まれるので、オフセットを設けることは有効
である。
【0023】その後、レーザー光の照射によってアニー
ルを行う。レーザー光としては、KrFエキシマレーザ
ー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いる
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2
例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10
ショット、例えば2ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。(図2(E)、
図3(E))
【0024】続いて、厚さ6000Åの酸化珪素膜21
4を層間絶縁物としてプラズマCVD法によって形成す
る。さらに、スピンコーティング法によって透明なポリ
イミド膜215を形成し、表面を平坦化する。
【0025】そして、図3(F)に示すように画素領域
に形成されるTFTの出力の一端に連結されるITO電
極300を形成する。このITO電極300は画素電極
として機能する。
【0026】次に層間絶縁物214、215にコンタク
トホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタンと
アルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線21
7、218を形成する。この時図3(F)に示す如く画
素領域に形成されるTFTの一方の電極218を画素電
極であるITO電極300に接続させる。
【0027】最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、
30分のアニールを行い、アクティブマトリクスの画素
回路と該画素回路を駆動する周辺駆動回路を同時に形成
させる。(図2(F)、図3(F))
【0028】
【発明の効果】本発明の如くアクティブマトリクス型の
液晶表示装置の画素領域と周辺回路領域とに形成さえる
TFTを結晶化を助長する触媒元素の導入によって結晶
化させ、さらに周辺回路領域に形成されるTFTを構成
する結晶性珪素膜に対してレーザー光または強光を照射
することによって、周辺回路領域に適したTFTを選択
的に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 アクティブマトリクス型の液晶表示装置の概
要を示す。
【図2】 TFTの作製工程を示す。
【図3】 TFTの作製工程を示す。
【符号の説明】
201・・・・ガラス基板 202・・・・下地膜(酸化珪素膜) 203・・・・非晶質珪素膜 205・・・・酢酸塩溶液 208・・・・活性層 209・・・・酸化珪素膜(ゲイト絶縁膜) 210・・・・ゲイト電極 211・・・・陽極酸化物層 212・・・・ソース/ドレイン領域 213・・・・ドレイン/ソース領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−194518(JP,A) 特開 昭64−45162(JP,A) 特開 平2−140915(JP,A) 特開 平3−280420(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/786 G02F 1/136 500 H01L 21/20 H01L 21/336 H01L 27/12

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁表面を有する基板上に形成された結
    晶性珪素膜であって、 前記結晶性珪素膜は、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、
    Au、In、As、Sbから選ばれた一種または複数種
    類の結晶化を助長する触媒元素が添加されており、 前記結晶性珪素膜は基板に概略垂直な方向に結晶成長が
    成されており、 前記結晶性珪素膜を用いてアクティブマトリクス型の液
    晶表示装置の画素領域に配置されるTFTと周辺回路領
    域に配置されるTFTとが形成されており、 前記周辺回路領域に配置されたTFTを構成する結晶性
    珪素膜は、レーザー光または強光を照射することにより
    その結晶性が高められていることを特徴とする半導体装
    置。
  2. 【請求項2】 アクティブマトリクス型の液晶表示装置
    を構成する基板において、 前記基板の表面には、画素領域に配置されるTFTと周
    辺回路領域に配置されるTFTとが形成されており、 前記画素領域に配置されるTFTと前記周辺回路領域に
    配置されるTFTとは、Ni、Pd、Pt、Cu、A
    g、Au、In、As、Sbから選ばれた一種または複
    数種類の触媒元素が添加された領域を結晶化させた結晶
    性珪素膜を用いて構成されており、 前記周辺回路領域の結晶性珪素膜はレーザー光または強
    光の照射によりその結晶性が高められていることを特徴
    とする半導体装置。
  3. 【請求項3】 絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜
    を形成する工程と、 前記非晶質珪素膜の結晶化を助長するNi、Pd、P
    t、Cu、Ag、Au、In、As、Sbから選ばれた
    一種または複数種類の触媒元素を前記非晶質珪素膜に直
    接または間接的に接して設ける工程と、 前記非晶質珪素膜を加熱処理し、前記触媒元素が直接ま
    たは間接的に接して設けられた領域を結晶化させる工程
    と、 該工程において結晶成長が行なわれた領域の一部にレー
    ザー光または強光を照射する工程と、 該工程においてレーザー光が照射された領域の結晶性珪
    素膜を用いてアクティブマトリクス型の液晶表示装置の
    周辺回路部分に配置されるTFTを作製する工程と、 を有する半導体装置の作製方法。
  4. 【請求項4】 絶縁表面を有する基板上に配置された複
    数のTFTを有し、 前記TFTは、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、
    In、As、Sbから選ばれた一種または複数種類の
    晶化を助長する触媒元素が添加され、基板に概略垂直な
    方向に結晶成長した結晶性珪素膜で構成されており、 前記TFTの一部はアクティブマトリクス型の液晶表示
    装置の画素領域に配置され、 前記TFTの他の一部はアクティブマトリクス型の液晶
    表示装置の周辺回路領域に配置され、 前記周辺回路領域に配置されたTFTを構成する結晶性
    珪素膜はレーザー光または強光の照射によってその結晶
    性が高められていることを特徴とする半導体装置。
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