JP3600229B2 - Method for manufacturing field effect transistor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ等の電界効果型トランジスタおよびその製造方法、並びにその電界効果型トランジスタを用いた表示装置の製造方法およびその表示装置に関する。特に薄膜トランジスタ等の電界効果型トランジスタのゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極を、同一の出発膜をフォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることによって同時に形成する薄膜トランジスタ等の電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の薄膜トランジスタの製造プロセスの例を以下に示す。ガラス基板上方にアモルファスシリコン膜を形成し、そのアモルファスシリコン膜を結晶化して結晶性シリコン膜とし、その結晶性シリコン膜をパターニングして島状とし、その島状の結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成し、そのゲート絶縁膜上に形成した導電膜をパターニングしてゲート電極を形成し、そのゲート電極をマスクにして上記島状の結晶性シリコン膜にイオンドーピング法によって不純物を導入してソース領域およびドレイン領域を形成し、上記ゲート電極および島状の結晶性シリコン膜上に第1の層間絶縁膜を形成し、その第1の層間絶縁膜に上記ソース領域およびドレイン領域に達する孔(コンタクトホール)をパターニングによって開孔し、その後上記ソース領域およびドレイン領域と接続する導電膜を形成しこれをパターニングしてソース電極およびドレイン電極を形成するというプロセスを経て製造されている。上記プロセスについては公知である(例えば、特許文献1参照。)。この公知技術によって製造された薄膜トランジスタを表示装置の画素部に適用する場合、ソース電極およびドレイン電極上に第2の層間絶縁膜を形成し、その第2の層間絶縁膜にそのソース電極またはドレイン電極に達する孔をパターニングによって開孔し、さらに透明導電膜を形成しこれをパターニングして画素電極を形成する。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−330602号公報 (図1(A)〜(F)、実施例1)
【0004】
このように従来のプロセスでは、ゲート電極を形成した後に、ソース電極およびドレイン電極を形成する。すなわち、ゲート電極の形成と、ソース電極およびドレイン電極の形成とは別々におこなうのが通常である。そのため、上記従来のプロセスでは、ソース電極およびドレイン電極を形成するまでのパターニング工程は4回であって、その際に用いるフォトマスクの枚数は4枚である。画素電極を形成するまでのパターニング工程は、さらに2回増加して6回となり、その際に用いるフォトマスクの枚数は6枚となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
現在、薄膜トランジスタ等の電界効果型トランジスタの製造およびその電界効果型トランジスタを用いた表示装置の製造において、スループット(単位時間あたりに処理できる数量)の向上、歩留まり(製造ラインへの投入数に対する完成良品の割合)の向上が強く求められている。
【0006】
しかしながら、従来のプロセスでは工程数が多いため、電界効果型トランジスタおよび表示装置の製造に要する時間を短縮することが容易ではなく、また歩留まりの向上を実現させることが難しかった。例えば、基板に収縮が生じる、または他の原因によって、その後のパターニング工程によって形成される微細なパターンの位置がズレてしまうことがある。このように生じたパターンの位置のズレは、不良品の発生の原因となり、歩留まりを低下させる。一例を挙げると、ソース電極およびドレイン電極を形成するため、パターニングによって孔(コンタクトホール)を形成する際、その孔の位置が、本来開孔しなければならないソース領域およびドレイン領域からズレてしまうのである。
【0007】
一回のパターニング工程によってパターンの位置がズレてしまっても、そのズレはわずかで許容範囲であって、完成した表示装置の動作に悪影響を与える程度のものではない場合がある。しかしながらパターニング工程の回数を重ねることによって、わずかなパターンの位置のズレが増幅されて大きくなり、不良品が発生する確率を高めてしまう。
【0008】
本発明の目的は、パターニング工程の回数を減らすことによって歩留まりを向上させ、フォトマスクの枚数を削減し、複数の工程を1つの工程にまとめることによって工程数を削減し、製造時間を短縮することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、結晶性半導体の表面を酸化剤の水溶液、例えばオゾンの水溶液または過酸化水素の水溶液を用いて上記結晶性半導体の表面を酸化させて酸化膜を形成し、その酸化膜をエッチングストッパーとして、同一の出発膜から電界効果型トランジスタのゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を同時に形成することを特徴とする。更に上記ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を形成後、不活性気体中800℃以上で所定の時間加熱することを特徴とする。上記不活性気体とは、アルゴン等の希ガス又は窒素である。
【0010】
また本発明は、電界効果型トランジスタの製造方法であって、結晶性半導体上に第1の絶縁膜を形成し、その第1の絶縁膜をパターニングしてその結晶性半導体の一部上にゲート絶縁膜を形成し、酸化剤の水溶液、例えばオゾンの水溶液または過酸化水素の水溶液を用いて上記結晶性半導体の表面を酸化させて酸化膜を形成し、その酸化膜上および上記ゲート絶縁膜上にN型不純物を含む半導体層を有する導電膜を形成し、その導電膜をパターニングしてゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を上記結晶性半導体をエッチングすることなく同時に形成し、そのゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極をマスクにして上記結晶性半導体にN型不純物を導入する。この時点では、上記ソース電極およびドレイン電極と上記結晶性半導体との間には酸化膜が存在し、その酸化膜はSiOX(0<X<2)およびSiO2を有する。その後、上記結晶性半導体、酸化膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を不活性気体、例えば窒素中800℃〜1050℃で30分〜4時間加熱する。その加熱により、上記ソース電極およびドレイン電極に含まれるN型不純物を上記結晶性半導体へ拡散させると共に、N型不純物を活性化させることができる。またその加熱により、上記ソース電極と結晶性半導体との接触抵抗、および上記ドレイン電極と結晶性半導体との接触抵抗は小さくなる。また、上記N型不純物を含む半導体層に換えてP型不純物を含む半導体層を用い、上記結晶性半導体にN型不純物を導入するのに換えてP型不純物を導入してもよい。
【0011】
本発明において、酸化剤の水溶液、例えばオゾンの水溶液または過酸化水素の水溶液を用いて結晶性半導体の表面を酸化させて形成した酸化膜は、導電膜からゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を同時に形成する際のエッチングストッパーとなるため、その結晶性半導体までエッチングされない。上記酸化膜を形成する際に用いる、オゾンおよび過酸化水素は、水溶性であり、他の物質を酸化させる酸化剤であることが知られている。また、上記導電膜としては、加熱処理の温度よりも高い融点の材料を用いなければならない。N型不純物を含む結晶性シリコン上に、銅、パラジウム、クロム、コバルト、チタン、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン等の融点が800℃以上である金属のいずれか、または珪化コバルト、珪化チタン、珪化モリブデン、珪化ニオブ、珪化タンタル、珪化タングステン等の金属珪化物を積層して上記導電膜を構成してもよい。さらに窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン等の金属窒化物と組み合わせた構成でもよい。
【0012】
本発明において、結晶性半導体とは、単結晶または多結晶半導体で薄膜に限定されない。結晶性半導体として薄膜を用いる場合、基板上方に半導体膜を形成し、その半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜としたものを用いることができる。本発明では、800℃〜1050℃の温度での加熱処理を行うため、使用できる基板は、石英基板、シリコン基板、ステンレス基板等の、加熱処理によって変形することのない基板でなければならない。
【0013】
本発明において、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を形成するための導電膜を形成する前に、ゲート絶縁膜をマスクとして結晶性半導体にN型不純物を導入し、上記ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を形成した後、上記結晶性半導体に再度N型不純物を導入し、800℃〜1050℃の温度での加熱処理をおこなう方法を採用することができる。この場合、N型不純物に換えてP型不純物を導入してもよい。またこの場合、上記導電膜を構成する材料として、N型不純物またはP型不純物を含む半導体を必ずしも用いる必要はない。
【0014】
上記電界効果型トランジスタの製造方法を、その電界効果型トランジスタを用いた表示装置の製造に採用することができる。表示装置の例として、アクティブマトリクス駆動の液晶ディスプレイ、および発光素子を用いたアクティブマトリクス駆動のディスプレイが挙げられる。
【0015】
更に本発明は、上記電界効果型トランジスタの製造方法を用いて製造した電界効果型トランジスタであって、その電界効果型トランジスタは、基板上方に形成された島状の結晶性半導体膜と、その島状の結晶性半導体膜の一部上に形成されたゲート絶縁膜と、上記島状の結晶性半導体膜上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、上記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極を有し、上記島状の結晶性半導体膜はソース領域とドレイン領域と低濃度不純物領域(LDD領域)とチャネル領域とを有し、上記ソース電極とソース領域との間および上記ドレイン電極とドレイン領域との間にはSiOX(0<X<2)を有する。
【0016】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)本発明の実施の形態1について、図1(A)〜(E)、図2(A)〜(E)、および図10(A),(B)を用いて説明する。
【0017】
図1(A)に示すように、基板101上に第1の絶縁膜102を100〜1000nm形成する。第1の絶縁膜102としては、SiH4、N2O、およびNH3を原料に用いたCVD法によって形成される窒化酸化シリコン膜、SiH4およびN2Oを原料に用いたCVD法によって形成される酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒素を含む酸化シリコン膜、窒化シリコン膜のいずれでもよく、これらの膜の中から2種類以上組み合わせて重ねて形成しても良い。また、基板101は、石英基板、シリコン基板、またはステンレス基板を用いる。石英基板を用いる場合、第1の絶縁膜102を形成しなくてもよい。
【0018】
次に、基板101上または第1の絶縁膜102上に半導体膜103を30〜80nmの厚さに形成する。半導体膜103としては、シリコン膜、ゲルマニウム膜、シリコンおよびゲルマニウムを含む膜のいずれでもよい。半導体膜の膜厚に関しては、30nm〜80nmの範囲内において薄くするほど、薄膜トランジスタのオフ電流を減少させる効果がある。
【0019】
次に、半導体膜103を公知の方法で結晶化する。結晶化の手段として、電気炉で加熱処理することによる固相成長、パルス発振または連続発振の気体レーザーまたは固体レーザーを照射するレーザー結晶化、RTA(Rapid Thermal Annealing)のいずれを用いてもよい。また、固相成長の際に、半導体膜の結晶化を促進させる元素、例えばニッケルを半導体膜103に添加して加熱処理する方法を用いると、加熱温度を下げ、また加熱時間を短縮することができるので効果的であるが、結晶化後に半導体膜103中に含まれるニッケルをゲッタリングして極力除去しなければならない。
【0020】
現在、半導体膜の結晶化の手段として、レーザー結晶化が盛んに研究されており、結晶化に用いるレーザーについて、以下に詳細に述べる。
【0021】
気体レーザーとして、エキシマレーザー、Arレーザー、Krレーザー等が挙げられ、固体レーザーとして、YAGレーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ti:サファイアレーザー等が挙げられる。
【0022】
固体レーザーとしては、Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmがドーピングされたYAG、YVO4、YLF、YAlO3などの結晶を使ったレーザーが適用される。当該レーザーの基本波は、ドーピングする材料によって異なり、1μm前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【0023】
半導体膜の結晶化に際し、大粒径の結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第2高調波、第3高調波、第4高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Nd:YVO4レーザー(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)、第3高調波(355nm)を適用する。
【0024】
出力10Wの連続発振のYVO4レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換する。また、共振器の中にYVO4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面において矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は0.1〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、0.5〜2000cm/s程度の速度でレーザー光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射する。
【0025】
こうして結晶化した半導体膜103を、図1(B)に示すように、フォトリソグラフィ法によってパターニングして、島状の結晶性半導体膜104を形成する。このパターニングで、第1のフォトマスクを用いる。
【0026】
次に、図1(C)に示すように、基板101または第1の絶縁膜102上および結晶性半導体膜104上に、第2の絶縁膜105を20〜130nmの厚さで形成する。第2の絶縁膜105としては、SiH4およびN2Oを原料に用いたCVD法によって形成される酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒素を含む酸化シリコン膜、窒化シリコン膜のいずれでもよく、これらの膜の中から2種類以上組み合わせて重ねて形成してもよい。そして第2の絶縁膜105を、図1(D)に示すように、フォトリソグラフィ法によってパターニングして結晶性半導体膜104の表面の一部を露出させ、ゲート絶縁膜となる島状の第2の絶縁膜106を形成する。このパターニングで、第2のフォトマスクを用いる。なお、第2の絶縁膜105をパターニングする前に、結晶性半導体膜104全体にP型不純物、例えばホウ素を導入してもよい。これは後にチャネル領域となる部分にP型不純物を導入するために行われ、いわゆるチャネルドープと呼称される公知の方法である。
【0027】
次に、第2の絶縁膜106を形成する際に露出させた、島状の結晶性半導体膜104の表面から自然酸化膜を希フッ酸溶液で除去した後、該表面を酸化させることによって、図1(E)に示すように酸化膜107を形成する。酸化膜107は、酸化させたい表面にスピンコート法により酸化剤の水溶液を塗布することによって形成する。具体的には、結晶性半導体膜104および第2の絶縁膜106が少なくとも形成された基板101を回転させながら、結晶性半導体膜104の表面に、オゾン(O3)の水溶液(以下、本明細書ではオゾン水という)を室温にて30〜120秒間流し続ける。オゾンは常温、常圧では気体で、水溶性であり、強い酸化作用を示す。オゾン水の溶媒として用いる水は、微細なゴミや不純物を除去した純水を用い、オゾン水の濃度としては8〜15mg/lのものを用いる。その後、該表面を純水で洗浄してオゾン水を洗い流し、それから窒素を吹きつけながら基板101を回転させて乾燥させる。
【0028】
このようにして形成された酸化膜107は極めて薄いものであるため、その正確な膜厚を測定するのは容易ではないが、0.7〜2.0nmの範囲となる。なお、オゾン水を流す時間(処理時間)を変化させても、形成される酸化膜の膜厚に大きな変化はなく、30〜120秒の間では、酸化膜の厚さは0.7〜2.0nmの範囲である。
【0029】
オゾン水による酸化膜の組成を調べるため、14mg/lのオゾン水をシリコンウエハーの表面((100)面)に、室温にて60秒間流すことによって形成した酸化膜について、試料表面の元素の化学結合状態を特定することができるESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)またはXPS(X−ray Photoelectron Spectroscopy)と呼称される分析装置で、Si2pのスペクトルを測定した。その結果、結合エネルギーが96〜106eVの範囲に2つのピークが見られた。一つはSi4+のピークであり、もう一つはSiのピークである。Siのピークは、酸化膜の膜厚が薄いためにシリコンウエハーから検出されたものである。Si4+のピークはSi1+、Si2+、およびSi3+の小さなピークを含んでいるため、ガウス関数とローレンツ関数による波形分解を行った。そしてこれらのピーク形状をもとに、シリコンの酸化状態を解析した。その結果、Si1+、Si2+、Si3+、およびSi4+の合計を100%としたとき、Si1+が8.8%、Si2+が8.8%、Si3+が6.4%、Si4+が76.0%の割合となった。ここで、Si1+、Si2+、およびSi3+をサブオキサイドという。サブオキサイドは、シリコンが酸素と十分反応せずに一部シリコンと結合したまま残ってしまった状態を意味している。Si4+が100%であってサブオキサイドが0%であれば、酸化膜は十分に酸化され安定なSiO2から成るということができる。オゾン水によってシリコンウエハーの表面に形成された酸化膜については、SiOX(0<X<2)およびSiO2から成る酸化珪素膜と表現することができる。また、この酸化膜の膜厚を分光エリプソメトリ(Spectro−Ellipsometry)と呼称される分析装置で測定したところ、0.81nmであった。
【0030】
比較例として、シリコンウエハー上にTEOSと呼称されるSi(OC2H5)4およびO2を原料として用いたCVD法で形成した酸化シリコン膜を、ESCAでSi2pのスペクトルを測定した。そして、オゾン水によって形成した酸化膜と同様の分析を行った。その結果、Si1+、Si2+、Si3+、およびSi4+の合計を100%としたとき、Si1+が1.8%、Si2+が0.9%、Si3+が4.6%、Si4+が92.7%の割合となった。すなわち、オゾン水によって形成した酸化膜よりも、CVD法で形成した酸化シリコン膜の方がよりSiO2の割合が高いことがわかった。
【0031】
次に、図2(A)に示すように、導電膜108を基板101上(または第1の絶縁膜102上)、酸化膜107上、および島状の第2の絶縁膜106上に全面に200〜500nm形成する。導電膜108としては、成膜温度を500℃以上としたCVD法によりN型不純物を含む結晶性シリコン膜を形成する。形成された結晶性シリコン膜は、1×1019〜5×1021cm−3のN型不純物を含んでいる。N型不純物としては、例えばリンが挙げられる。導電膜108を多層構造としてもよい。すなわちN型不純物を含む結晶性シリコン層上にさらに、チタン、モリブデン、タングステン、珪化モリブデン、珪化タングステン等の耐熱性を有する材料でなる層を形成することによって、導電膜108を低抵抗化させてもよい。N型不純物を含む結晶性シリコン層とチタン、モリブデン、またはタングステン層との間に、更に窒化チタン、窒化モリブデン、または窒化タングステン層を設けると、N型不純物を含む結晶性シリコン層とチタン、モリブデン、またはタングステン層との間の相互拡散を防止できる。
【0032】
次に、図2(B)に示すように、ゲート電極109、ソース電極110およびドレイン電極111を、導電膜108をフォトリソグラフィ法によってパターニングすることによって同時に形成する。その際、酸化膜107がエッチングストッパーとなり、結晶性半導体膜104はエッチングされない。このパターニングで、第3のフォトマスクを用いる。
【0033】
次に、結晶性半導体膜104にN型不純物、例えばリンを導入する。導入方法は質量分離を伴うイオン注入法、質量分離を伴わないイオンドーピング法のいずれでもよいが、イオンドーピング法ではN型不純物の他に水素も導入されてしまう。N型不純物を導入する際、結晶性半導体膜104のうち、酸化膜107のみに覆われた第1の領域、および第2の絶縁膜106のみに覆われた第2の領域にN型不純物が導入され、ゲート電極109の下部領域にはN型不純物が導入されないようにする。その結果、N型不純物の濃度は、第2の領域の方が第1の領域よりも小さく、第2の領域は低濃度不純物領域(LDD領域)112となる。第1の領域はソース領域113およびドレイン領域114の一部となる。ゲート電極109の下部にあって、低濃度不純物領域(LDD領域)112に挟まれた領域はチャネル領域115となる。1回のみのN型不純物の導入で、低濃度不純物領域(LDD領域)112と、ソース領域113およびドレイン領域114の一部となる第1の領域を形成してもよいが、そうすると、第1の領域に導入されるN型不純物の濃度が、ソース領域およびドレイン領域を形成するには低くなることが考えられる。その場合、N型不純物の導入を2回に分けて行う必要がある。具体的には、1回目の導入では、第2の絶縁膜106の下までN型不純物が導入されるように高加速で、しかも低ドーズ量で低濃度不純物領域(LDD領域)112を形成し、2回目の導入では、1回目の導入よりも低加速、高ドーズ量でソース領域113およびドレイン領域114の一部となる第1の領域を形成する。1回目の導入と2回目の導入の順序を逆にしてもよい。
【0034】
上記のようにしてN型不純物を導入した後の状態では、ソース電極110およびドレイン電極111と結晶性半導体膜104との間には、依然として酸化膜107が存在する。酸化膜107の膜厚は前述のとおり0.7〜2.0nmと極めて薄いものであるが、ソース電極110およびドレイン電極111と結晶性半導体膜104との間の接触抵抗が大きく好ましくない。酸化膜107は、ゲート電極109、ソース電極110、およびドレイン電極111の形成が完了した時点で、不要な存在となる。したがって、酸化膜から酸素が抜けて格子欠陥が多数形成された膜に変化しても、膜としての形態を成さない状態となっても構わず、むしろその方が好ましい。
【0035】
そこで、ソース電極110およびドレイン電極111と結晶性半導体膜104との接触抵抗を小さくし、電気的接続を良好とするため、少なくとも結晶性半導体膜104、酸化膜107、ソース電極110、およびドレイン電極111を窒素中、800〜1050℃で加熱する。当該加熱の際の雰囲気は窒素に限定されず、不活性気体であればよい。加熱時間としては30分〜4時間とする。加熱温度が800℃ならば2〜4時間が好ましく、950℃ならば30分程度でよい。なお、スループットの向上のため、必要以上に加熱時間を延長すべきではない。また加熱温度の上限は、基板101の種類、導電膜108を構成する材料、および加熱手段によって決まる。基板101にステンレスを用いる場合、加熱温度および加熱時間によっては、ステンレスの脆化または耐蝕性を損なうことがあることに留意すべきである。
【0036】
当該800〜1050℃での加熱によって、酸化膜107の特性が変化してエッチングストッパーとしては機能しなくなる。さらに、N型不純物導入によって生じた結晶性珪素膜104の損傷は修復され、非晶質の部分および半導体膜103を結晶化する際に結晶化が不十分だった領域の結晶性を更に高めることができ、ソース電極110およびドレイン電極111に含まれるリンが結晶性半導体膜104へ拡散する。この拡散によって、結晶性半導体膜104のソース電極110およびドレイン電極111の下部領域にもリンが導入された不純物領域が形成され、該不純物領域と既にリンが導入されている前記第1の領域とを合わせて、ソース領域113およびドレイン領域114となる。
【0037】
本出願の発明者は、酸化膜107の特性が変化する理由を次のように考察する。800〜1050℃の加熱によって酸化膜107はエッチングストッパーとして機能しなくなることからみて、酸化膜107から酸素が脱離し、酸化膜107を構成するSiOX(0<X≦2)は、「X」の値が小さくなり、「X=0」の場合も含むようになる。そのため、N型不純物が拡散しやすくなり、ソース電極110およびドレイン電極111と結晶性半導体膜104との電気的な接続は改善される。
【0038】
加熱処理によって接触抵抗が変化することを明らかにするための実験をおこなった。まず、図10(A)に断面を示す、抵抗測定用の試料を作製した。図10(A)の1001は石英基板、1002はリンを含む島状の結晶性シリコン膜、1003は酸化膜、1004は電極を示している。酸化膜1003は結晶性シリコン膜1002の表面をオゾン水による処理で酸化して形成したものであり、電極1004はリンを含む結晶性シリコン層1005と窒化タングステン層1006とタングステン層1007を順に積層して形成したものである。実際の抵抗測定用の試料は、結晶性シリコン膜1002が電極1004に覆われた部分(結晶性シリコン膜1002と電極1004とが酸化膜1003を介して隣接する部分)が、1000個連続して構成されたものであり、図10(A)はその試料の断面の一部のみを示している。
【0039】
こうして作製した試料について、更に950℃で30分の加熱処理をおこなった場合を条件1、当該加熱処理をおこなわなかった場合を条件2として、条件1および条件2それぞれに対し8点ずつ接触抵抗を測定し、プロットした結果を図10(B)に示す。条件1の場合の接触抵抗は1×105Ω〜1×106Ωの範囲にあり、条件2の場合の接触抵抗は1×108Ω〜1×1013Ωの範囲にある。この結果は、加熱処理をおこなった条件1の方が、加熱処理をおこなわなかった条件2よりも接触抵抗が小さくなり、しかも8点の接触抵抗のばらつきが小さくなるという、加熱処理による効果を示している。なお、前述のようにこの試料は、結晶性シリコン膜1002が電極1004に覆われた部分が1000個連続して構成されているため、直列接続した1000段の抵抗とみなすことができる。したがって、結晶性シリコン膜1002が電極1004に覆われた部分1つあたりの接触抵抗は、図10(B)に示す値の1000分の1に相当することに注意しなければならない。すなわち、結晶性シリコン膜1002が電極1004に覆われた部分1つあたりの接触抵抗は、条件1の場合1×102〜1×103Ωの範囲であり、条件2の場合1×105Ω〜1×1010Ωの範囲であることになる。
【0040】
次に、図2(C)に示すように、第3の絶縁膜116を100〜1000nm形成する。第3の絶縁膜としては、SiH4およびN2Oを原料に用いたCVD法によって形成される酸化窒化シリコン膜、SiH4、N2O、およびNH3を原料に用いたCVD法によって形成される窒化酸化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒素を含む酸化シリコン膜、窒化シリコン膜のいずれでもよく、またこれらの膜の中から2種類以上組み合わせて重ねて形成してもよい。その後、結晶性半導体膜104、ゲート電極109、ソース電極110、およびドレイン電極111中に含まれているN型不純物を活性化させるために、窒素中で、800〜1050℃、30分〜2時間加熱する。その際、窒素雰囲気中に水素が添加されていてもよく、窒素中で加熱処理した後に、窒素と水素を含む雰囲気中で1時間程度加熱してもよい。酸化膜107の特性を変化させるために行った800〜1050℃での加熱によって、N型不純物が十分に活性化されているならば、ここでのN型不純物を活性化させるための窒素中での加熱を省略してもよい。また、第3の絶縁膜116を形成する前に窒素中800〜1050℃で30分〜4時間の加熱処理をおこなわないかわりに、第3の絶縁膜116を形成した後に窒素中800〜1050℃で30分〜4時間の加熱処理をおこなってもよい。その場合、第3の絶縁膜116は、加熱処理の際のパッシベーション膜として機能する。
【0041】
次に、図2(D)に示すように、平坦な表面を得るために、第3の絶縁膜116上に第4の絶縁膜117を形成する。第4の絶縁膜117としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン(BCB)等の有機樹脂膜、またはSOG(Spin On Glass)と呼称される塗布法によって形成される酸化シリコン膜を用いればよい。酸化シリコン膜等の無機絶縁膜の表面を、公知の化学的機械的研磨法(CMP)によって研磨して第4の絶縁膜117としてもよい。それから、第3の絶縁膜116および第4の絶縁膜117を、フォトリソグラフィ法によってパターニングして、ドレイン電極111(またはソース電極110)に達する孔118を形成する。このパターニングで、第4のフォトマスクを用いる。
【0042】
次に、図2(E)に示すように、透明導電膜を第4の絶縁膜117の全面に50〜150nm形成した後、公知のフォトリソグラフィ法によってパターニングして、画素電極119を形成する。透明導電膜としては、酸化錫、インジウムティンオキサイド(ITO)と呼称される酸化インジウムと酸化錫から成る化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛から成る化合物のいずれでもよい。このパターニングで、第5のフォトマスクを用いる。
【0043】
本実施の形態では、ソース電極110およびドレイン電極111が形成されるまでのプロセスで、パターニング回数は3回であり、3枚のフォトマスクを使用する。一方、[従来の技術]の項目で述べたプロセスでは、ソース電極およびドレイン電極の形成までのパターニング回数は4回であり、4枚のフォトマスクを使用する。したがって本実施の形態では、従来技術よりもパターニング工程を1回、フォトマスクを1枚削減することができる。また、本実施の形態では、ゲート電極109、ソース電極110およびドレイン電極111を1枚のフォトマスクのみを使用して同時に形成するので、次のような効果を有する。すなわち、ゲート電極109とソース電極110との間隙、およびゲート電極109とドレイン電極111との間隙を、容易に変更することができる。その間隙の最小値はデザインルールによって決まるが、マージンを考慮する必要なくその間隙をデザインルール上可能な限り小さくすることができる。したがって、トランジスタのサイズを小さくし、トランジスタの集積化を高めることができる。更に、ソース電極110がソース領域113を覆う部分の面積、およびドレイン電極111がドレイン領域114を覆う部分の面積を、最適な電気特性が得られるように容易に変更することができる。
【0044】
(実施の形態2)本発明の実施の形態1では、ゲート電極109、ソース電極110およびドレイン電極111を形成するための導電膜108として、N型不純物を含む結晶性シリコン膜を用いるが、本実施の形態では、導電膜としてN型不純物を含む結晶性シリコン膜を用いなくてもよい。本実施の形態は、導電膜108を形成する前に、第2の絶縁膜106をマスクとして結晶性半導体膜104にN型不純物またはP型不純物を導入する点で、本発明の実施の形態1と相違する。本実施の形態は、図1(A)〜(D)に対応するプロセスは本発明の実施の形態1と共通であるので、図1(D)より後のプロセスのみ、図3(A)〜(E)を用いて以下に説明する。
【0045】
図1(D)まで形成後、島状の第2の絶縁膜106をマスクにしてN型不純物、例えばリンを結晶性半導体膜104に導入する。この際、第2の絶縁膜106に覆われた部分にはN型不純物は導入されず、第2の絶縁膜106に覆われない部分に不純物が導入され、ソース領域313およびドレイン領域314が形成される。N型不純物の導入方法は質量分離を伴うイオン注入法、質量分離を伴わないイオンドーピング法のいずれでもよい。なお、本実施の形態では、N型不純物のかわりにP型不純物、例えばホウ素を用いることもできる。その後、本発明の実施の形態1と同一の方法によって、図3(A)に示すように酸化膜307を形成する。
【0046】
次に、図3(A)に示すように、導電膜308を基板101上または第1の絶縁膜102上、酸化膜307上、および第2の絶縁膜106上に全面に200〜500nm形成する。導電膜308としては、銅、パラジウム、クロム、コバルト、チタン、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン等のいずれでもよく、さらに窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、珪化コバルト、珪化チタン、珪化モリブデン、珪化ニオブ、珪化タンタル、珪化タングステン等と組み合わせた構成でもよい。また本発明の実施の形態1と同様に、本実施の形態でも、導電膜308を構成する材料の少なくとも一部として、N型不純物を含む結晶性シリコンを用いることができる。
【0047】
次に、図3(B)に示すように、導電膜308をフォトリソグラフィ法によってパターニングし、ゲート電極309、ソース電極310、およびドレイン電極311を同時に形成する。その際、酸化膜307がエッチングストッパーとなり、結晶性半導体膜104はエッチングされない。
【0048】
次に、再度、N型不純物、例えばリンを結晶性半導体膜104の、第2の絶縁膜106のみに覆われた領域に導入し、ソース領域313およびドレイン領域314よりN型不純物濃度の低い低濃度不純物領域(LDD領域)312を形成する。ゲート電極309の下部にあって、低濃度不純物領域(LDD領域)312に挟まれた領域にはN型不純物が導入されず、チャネル領域315となる。N型不純物のかわりに、P型不純物を用いることもできる。それから、少なくとも結晶性半導体膜104、酸化膜307、ソース電極310、およびドレイン電極311を窒素中、800〜1050℃で、30分〜4時間加熱する。当該加熱の際の雰囲気は窒素に限定されず、不活性気体であればよい。当該加熱により、ソース電極310とソース領域313との接触抵抗、およびドレイン電極311とドレイン領域314との接触抵抗が小さくなる。
【0049】
次に、図3(C)に示すように、第3の絶縁膜316を100〜1000nm形成する。第3の絶縁膜316としては、SiH4およびN2Oを原料に用いたCVD法によって形成される酸化窒化珪素膜、SiH4、N2O、およびNH3を原料に用いたCVD法によって形成される窒化酸化珪素膜、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜のいずれでもよく、またこれらの膜の中から2種類以上組み合わせて重ねて形成してもよい。また、第3の絶縁膜316を形成する前に窒素中800〜1050℃で30分〜4時間の加熱処理をおこなわないかわりに、第3の絶縁膜316を形成した後に窒素中800〜1050℃で30分〜4時間の加熱処理をおこなってもよい。
【0050】
次に、図3(D)に示すように、第3の絶縁膜316上に平坦化用の第4の絶縁膜317を1000〜4000nm形成する。第4の絶縁膜317としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン(BCB)、または塗布法によって形成される酸化シリコン膜(SOG)を用いる。それから、第3の絶縁膜316および第4の絶縁膜317をフォトリソグラフィ法によってパターニングして、ドレイン電極311(またはソース電極310)に達する孔318を形成する。
【0051】
次に、図3(E)に示すように、透明導電膜を第4の絶縁膜317の全面に形成した後フォトリソグラフィ法によってパターニングして、画素電極319を形成する。透明導電膜としては、酸化錫、インジウムティンオキサイド(ITO)と呼称される酸化インジウムと酸化錫から成る化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛から成る化合物のいずれでもよい。
【0052】
本発明の実施の形態1と同様に本実施の形態でも、ソース電極310およびドレイン電極311の形成までのプロセスで、パターニング工程は3回であり、3枚のフォトマスクを使用する。したがって従来技術よりもパターニング工程を1回、フォトマスクを1枚削減することができる。また、ゲート電極309、ソース電極310およびドレイン電極311を1枚のフォトマスクのみを使用して同時に形成するので、次のような効果を有する。すなわち、ゲート電極309とソース電極310との間隙、およびゲート電極309とドレイン電極311との間隙をデザインルール上可能な限り小さくすることができる。したがって、トランジスタのサイズを小さくし、トランジスタの集積化を高めることができる。更に、ソース電極310がソース領域313を覆う部分の面積、およびドレイン電極311がドレイン領域314を覆う部分の面積を、最適な電気特性が得られるように容易に変更することができる。
【0053】
(実施の形態3)本発明の実施の形態1では酸化膜107を形成するためにオゾン水を用いるが、本実施の形態では過酸化水素(H2O2)の水溶液(以下、本明細書では過酸化水素水という)を用いる。本発明の実施の形態1と異なる点のみについて以下に説明する。
【0054】
結晶性半導体膜104および第2の絶縁膜106が少なくとも形成された基板101を回転させながら、結晶性半導体膜104の表面に、室温または80℃の過酸化水素水を30〜600秒間流し続ける。過酸化水素水としては、30〜35wt%、例えば31wt%の濃度の溶液を用いる。過酸化水素は常温、常圧では液体で、水溶性であり、酸化作用を示す。溶媒として用いる水はオゾン水の場合と同様の純水を用いる。
【0055】
本実施の形態で形成される酸化膜も本発明の実施の形態1と同様に極めて薄いものであるため、その正確な膜厚を測定するのは容易ではないが、室温での処理の場合0.7〜1.5nm、80℃での処理の場合1.0〜2.0nmの範囲となる。なお、過酸化水素水を流す時間(処理時間)を変化させても、形成される酸化膜の膜厚に大きな変化はない。
【0056】
以後のプロセスは本発明の実施の形態1と同一であるが、導電膜108としては、実施の形態2に示すように、銅、パラジウム、クロム、コバルト、チタン、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン等のいずれか、さらに窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、珪化コバルト、珪化チタン、珪化モリブデン、珪化ニオブ、珪化タンタル、珪化タングステン等と組み合わせた構成とし、N型不純物を含む結晶性シリコン膜を使わなくてもよい。その場合は、実施の形態2に示すプロセスに従えばよい。
【0057】
(実施の形態4)本発明の実施の形態1では基板101上に第1の絶縁膜102を形成するが、本実施の形態では、基板101と第1の絶縁膜102との間に遮光膜を設ける。本発明の実施の形態1と異なる点のみについて、図4(A)〜(C)を用いて以下に説明する。
【0058】
図4(A)に示すように、基板101上に遮光膜400を100〜300nm形成する。遮光膜400は、後に形成する結晶性半導体膜104に光が照射されないようにするために設けるのであり、少なくとも結晶性半導体膜104のチャネル領域と重なるように島状にパターニングされて成る。遮光膜400として、クロム、タングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、チタン、珪化チタン、珪化モリブデン、珪化ニオブ、珪化タンタル、珪化タングステン等の膜を用いればよい。また、N型不純物を含む結晶性シリコン膜上に珪化タングステン等の金属珪化物膜を重ねた、いわゆるポリサイド構造でもよい。遮光膜400が導電性を有する膜であれば、ゲート電極としても機能させることができる。
【0059】
次に、実施の形態1と同様、図4(B)に示すように、第1の絶縁膜102、島状の結晶性半導体膜104、第2の絶縁膜105を形成し、結晶性半導体膜104にチャネルドープのためP型不純物を導入する。第1の絶縁膜102を形成する際、遮光膜400の膜厚よりも第1の絶縁膜102の膜厚を厚く形成し、公知の化学的機械的研磨法(CMP)により第1の絶縁膜102の表面を研磨し、平坦化させてもよい。
【0060】
次に、図4(C)に示すように、第2の絶縁膜105および第1の絶縁膜102をフォトリソグラフィ法によってパターニングして、孔401を開孔する。この孔401は、後に形成するゲート電極109と遮光膜400とを電気的に接続させるために形成するものであり、結晶性半導体膜104には開孔しない。またこの孔は、遮光膜400が導電性を有さない膜であれば開孔しない。それから、第2の絶縁膜105をフォトリソグラフィ法によってパターニングして、島状の第2の絶縁膜106を形成する。
【0061】
以後のプロセスは本発明の実施の形態1と同様であり、図1(E)および図2(A)〜(E)に従えばよい。酸化膜107の形成方法として実施の形態3に示したように過酸化水素水を用いてもよい。また導電膜108を形成する際には、孔401を完全に埋めるように形成しなければならない。導電膜108としては、実施の形態2に示すように、銅、パラジウム、クロム、コバルト、チタン、モリブデン、ニオブ、タンタル、タングステン等のいずれか、さらに窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、珪化コバルト、珪化チタン、珪化モリブデン、珪化ニオブ、珪化タンタル、珪化タングステン等と組み合わせた構成とし、N型不純物を含む結晶性シリコン膜を使わなくてもよい。その場合は、実施の形態2に示すプロセスに従えばよい。
【0062】
上記本発明の実施の形態をより具体化した実施例を以下に示す。
【0063】
【実施例】
(実施例1)本実施例では、本発明の実施の形態1および4を採用した、アクティブマトリクス駆動の液晶ディスプレイ(AMLCD)の製造方法を図5(A)〜(E)、図6(A)〜(D)、および図7(A)〜(C)に従って説明する。まず、図5(A)に示すように、石英基板501上に、結晶性シリコン膜および珪化タングステン膜を、公知の方法によって形成する。本実施例では、SiH4およびPH3を原料に用い、成膜温度を600℃としたLPCVD法によって結晶性シリコン膜を形成し、その上にタングステンとシリコンから成るターゲットをアルゴンイオンでスパッタリングして珪化タングステン膜を形成する。珪化タングステン膜は他の方法、例えばWF6およびSiH2Cl2を原料に用いたCVD法により形成してもよい。それから、前記結晶性シリコン膜と前記珪化タングステン膜をフォトリソグラフィ法によってパターニングして、第1の遮光膜502を形成する。
【0064】
次に、図5(B)に示すように、遮光膜502上に酸化窒化シリコン膜503を、SiH4およびN2Oを原料として用いたプラズマCVD法によって形成し、さらに成膜温度を800℃とし反応室内を減圧状態に保持したLPCVD法によって酸化シリコン膜504を形成する。ここで、酸化窒化シリコン膜503は、次に酸化シリコン膜504を形成する際に用いるLPCVD装置が、遮光膜502を構成する材料で汚染されることを防止するために形成するのである。もしLPCVD装置が汚染される心配がなければ、酸化窒化シリコン膜503は無くてもよい。酸化窒化シリコン膜503および酸化シリコン膜504は、本発明の実施の形態1および実施の形態4においては第1の絶縁膜102に相当する。それから酸化シリコン膜504上にLPCVD法によってシリコン膜505を形成する。
【0065】
次に、シリコン膜の結晶化を促進させる元素であるニッケルを含む溶液、本実施例では酢酸ニッケル溶液を、スピンコート法を用いて、石英基板501を回転させながらシリコン膜505上に塗布し、その後石英基板501を回転させながら余分な酢酸ニッケル溶液を除去し乾燥させる。それから、シリコン膜505に含まれる水素を膜から放出させるため、電気炉にて450℃で1時間加熱する。さらに電気炉にて600℃、12時間加熱することによって、シリコン膜505を結晶化させる。
【0066】
シリコン膜505を結晶化する方法として、次のような方法を用いてもよい。即ち、矩形状に成形した固体レーザー(Nd:YVO4レーザーの第2高調波(532nm))をシリコン膜505に照射する。波長532nmの光は、石英基板501にほとんど吸収されず、シリコン膜505に吸収される性質を有する。電気炉にて加熱することによって結晶化させるよりも、レーザー照射にて結晶化させる方が、シリコン膜の結晶化に要する時間を短縮することができる。また、その場合はニッケルを含む溶液を塗布する工程、および次に説明するゲッタリング工程を省略してもよい。
【0067】
次に、結晶化したシリコン膜505中に含まれるニッケルをゲッタリングし、除去しなければならない。まず、結晶化したシリコン膜505上に、成膜温度を400℃としたLPCVD法によって酸化シリコン膜を形成し、これをフォトリソグラフィ法によってパターニングして、図5(C)に示すようなマスク506を形成する。このマスク506は、結晶化したシリコン膜505の一部のみにリンを導入するためのものである。
【0068】
次に、結晶化したシリコン膜505に、マスク506上からリンを10kV、2×1015cm−2の条件でイオンドーピングにより導入し、領域507にリンが導入される。その後、窒素中で700℃、12時間加熱すると、結晶化したシリコン膜505中のニッケルが移動し、領域507に集まる。
【0069】
次に、図5(D)に示すように、マスク506をエッチングして除去し、さらにフォトリソグラフィ法によって結晶化したシリコン膜505をパターニングし、島状の結晶性シリコン膜508を形成する。その際、領域507は完全に除去される。また、結晶性シリコン膜508は、遮光膜502と完全に重なるようにする。
【0070】
次に、図5(E)に示すように、SiH4およびN2Oを原料に用いたプラズマCVD法によって酸化窒化シリコン膜509を形成する。それから、結晶性シリコン膜508全面に、60kV、3.6×1013cm−2の条件でホウ素を導入することによって、チャネルドープを行う。
【0071】
次に、図6(A)に示すように、酸化窒化シリコン膜503、酸化シリコン膜504、および酸化窒化シリコン膜509に、遮光膜502まで達する孔510を開孔するため、フォトリソグラフィ法によってパターニングする。孔510は、結晶性シリコン膜508には開孔されない。それから、酸化窒化シリコン膜509をフォトリソグラフィ法によってパターニングして、島状のゲート絶縁膜511を形成する。
【0072】
次に、図6(B)に示すように、結晶性シリコン膜508の表面に酸化シリコン膜512を形成する。酸化シリコン膜512の形成方法は、本発明の実施の形態1に示した方法を用いる。即ち、ゲート絶縁膜511を形成する際に露出させた、結晶性シリコン膜508の表面から自然酸化膜を希フッ酸溶液で除去し、それからスピンコート法により、遮光膜502、酸化窒化シリコン膜503、酸化シリコン膜504、結晶性シリコン膜508、およびゲート絶縁膜511が形成された石英基板501を回転させながら、結晶性シリコン膜508の表面に、濃度14mg/lのオゾン水を室温にて60秒間流し続ける。その後、純水で該表面を洗浄してオゾン水を洗い流し、それから窒素を吹きつけながら基板501を回転させて乾燥させる。形成される酸化シリコン膜512は、Si1+、Si2+、Si3+、およびSi4+を有する。言い換えればSiOX(0<X<2)およびSiO2を有する。
【0073】
次に、図6(C)に示すように、SiH4およびPH3を原料とし成膜温度を600℃としたLPCVD法によって、酸化シリコン膜504上、酸化シリコン膜512上、およびゲート絶縁膜511上に、リンを含む結晶性シリコン膜513を形成する。
【0074】
次に、図6(D)に示すように、リンを含む結晶性シリコン膜513をフォトリソグラフィ法によってパターニングし、ゲート電極514、ソース電極515およびドレイン電極516を同時に形成する。パターニングの際のエッチング方法としては、アルカリ溶液によるウエットエッチングを用いる。酸化シリコン膜512はエッチングストッパーとして機能するので、結晶性シリコン膜508はエッチングされない。
【0075】
次に、結晶性シリコン膜508にイオンドーピング法によってリンを導入する。最初に、低濃度不純物領域(LDD領域)517を形成するため、結晶性シリコン膜508のうち、ゲート絶縁膜511のみに覆われた領域に、60kV、5×1013cm−2の条件でリンを導入する。それから、ソース領域519およびドレイン領域520を形成するため、結晶性シリコン膜508のうち、酸化シリコン膜512のみに覆われた領域に50kV、2×1015cm−2の条件でリンを導入する。ゲート電極514の下部にあって、低濃度不純物領域(LDD領域)517に挟まれた領域にはリンが導入されず、チャネル領域518となる。なお、ゲート絶縁膜511の形成後であって酸化シリコン膜512を形成する前に、ソース領域519およびドレイン領域520を形成するために、結晶性シリコン膜508にリンを導入してもよい。その場合は、低濃度不純物領域(LDD領域)517を形成後に行われる、ソース領域519およびドレイン領域520を形成するためのリンの導入工程は不要である。
【0076】
上記のようにしてリンを導入した後の状態では、ソース領域519とソース電極515との間およびドレイン領域520とドレイン電極516との間には、依然として酸化シリコン膜512が存在する。しかも、ソース領域519のソース電極515に覆われた部分およびドレイン領域520のドレイン電極516に覆われた部分には、ソース領域、ドレイン領域を形成できる濃度のリンは導入されていない。したがって、電気炉にて、窒素中、950℃、30分間、少なくとも結晶性シリコン膜508、酸化シリコン膜512、ソース電極515、およびドレイン電極516が形成された基板501を加熱し、ソース電極515およびドレイン電極516からソース領域519およびドレイン領域520へリンを拡散させる。当該加熱によって、ソース領域519とソース電極515との接触抵抗、およびドレイン領域520とドレイン電極516との接触抵抗は小さくなる。
【0077】
次に、図7(A)に示すように、SiH4およびN2Oを原料に用いたプラズマCVD法によって酸化窒化シリコン膜を形成し、これを層間絶縁膜521とする。その後、結晶性シリコン膜508、ゲート電極514、ソース電極515、およびドレイン電極516中に含まれているN型不純物を活性化させるために、窒素中で、950℃、30分加熱する。それから、水素中で、350℃、1時間加熱し、結晶性シリコン膜508、ゲート電極514、ソース電極515、およびドレイン電極516を構成するシリコン中のダングリングボンド(点欠陥の一種)を水素によってターミネイト(terminate)する。
【0078】
次に、図7(B)に示すように、層間絶縁膜521上に、平坦化膜522としてアクリル樹脂膜を形成する。アクリル樹脂膜のかわりに、ポリイミド樹脂膜、ベンゾシクロブテン(BCB)膜、塗布法により形成される酸化シリコン膜(SOG)でもよい。
【0079】
次に、図7(C)に示すように、第2の遮光膜523を形成するため、アルミニウムとチタンの合金から成る膜をスパッタリングによって成膜し、これをフォトリソグラフィ法によってパターニングする。本実施例では、第2の遮光膜523として、遮光性と導電性を有するなら、アルミニウムとチタンの合金のかわりに、クロム等の金属膜、導電性高分子(導電性を示す高分子物質)、電気伝導性樹脂(樹脂に金属、炭素等の導電性物質を混合したもの)を形成してもよい。第2の遮光膜523上に絶縁膜524を形成するため、SiH4、N2O、およびNH3を原料に用いたプラズマCVD法によって窒化酸化シリコン膜を形成する。そして、第1の層間絶縁膜521、平坦化膜522、および絶縁膜524を、フォトリソグラフィ法によりパターニングしてドレイン電極516(またはソース電極515)に達する孔を形成する。それから、絶縁膜524上にITOから成る透明導電膜をスパッタリング法で形成し、パターニングして画素電極525を形成する。本実施例では、透明導電膜としてITOでなく、酸化錫、または酸化インジウムと酸化亜鉛から成る化合物を用いることもできる。
【0080】
図7(C)から明らかなように、導電膜である第2の遮光膜523および画素電極525と、それらの間にある絶縁膜524によって容量が形成される。
【0081】
以上、本実施例で説明したプロセスにより、アクティブマトリクス液晶ディスプレイの、TFTが形成される側の基板上に画素電極を形成するまで完了する。その後、公知の方法によって液晶ディスプレイを完成させればよい。
【0082】
(実施例2)本実施例では、本発明の実施例1に示した結晶化したシリコン膜505中に含まれるニッケルをゲッタリングする他の方法を示す。本実施例が本発明の実施例1と異なる点のみについて、以下に説明する。
【0083】
本実施例は、図5(B)に示すシリコン膜505に酢酸ニッケル溶液を塗布し、そのシリコン膜505を加熱することによって結晶化させるまでは、本発明の実施例1と同一である。
【0084】
次に、結晶化したシリコン膜505の表面から自然酸化膜を希フッ酸溶液で除去し、オゾン水を用いて、本発明の実施例1と同一の方法によって、図8(A)に示すような酸化膜806を形成する。それから、酸化シリコン膜806上に非晶質シリコン膜807をLPCVD法によって形成し、該非晶質シリコン膜807に希ガス元素であるアルゴンを導入する。アルゴンのかわりに、ヘリウム、ネオン、クリプトン、またはキセノンを用いてもよい。
【0085】
次に、電気炉で550℃、4時間加熱する。この加熱によって、結晶化したシリコン膜505に含まれるニッケルが、酸化シリコン膜806を通過して、アルゴンが導入された非晶質シリコン膜807へ移動し、ゲッタリングされるのである。加熱温度は550℃以上であってもよく、その上限は、使用する炉の性能と、基板の種類によって決まる。また加熱温度を高くすれば、加熱時間を4時間より短くしてもゲッタリングが可能である。
【0086】
次に、非晶質シリコン膜807を、アルカリ溶液を用いたウエットエッチングにより除去する。その際、酸化シリコン膜806がエッチングストッパーとして機能するので、結晶化したシリコン膜505はエッチングされない。こうして、結晶化したシリコン膜505中のニッケルの濃度を1×1017cm−3以下に減少させることができる。
【0087】
次に、図8(B)に示すように、結晶化したシリコン膜505をフォトリソグラフィ法によってパターニングして、島状の結晶性シリコン膜808とする。酸化シリコン膜806は島状の結晶性シリコン膜808の上面のみに存在し、側面には存在しない。
【0088】
次に、本発明の実施例1と同様の方法により、図8(C)に示すように、孔810および島状のゲート絶縁膜811を形成する。パターニングによって島状のゲート絶縁膜811を形成する際、酸化シリコン膜806のゲート絶縁膜811に覆われない部分はエッチングされてしまう。したがって、再度オゾン水を用いて、本発明の実施例1と同一の方法によって、図8(D)に示すような酸化シリコン膜812を形成する。
【0089】
以後のプロセスは、本発明の実施例1と同様であるから、図6(7C)〜(D)および図7(A)〜(C)に従えばよい。
【0090】
(実施例3)本実施例では、本発明の実施の形態1および2を採用して製造した、発光素子を用いたアクティブマトリクス駆動のディスプレイを示す。
【0091】
図9は、ディスプレイの画素部の断面図である。通常、1画素につき、ゲート信号線とソース信号線に接続するスイッチング用TFTおよび発光素子と接続する電流制御用(駆動用ともいう)TFTを1個ずつ設けるのであるが、図9では電流制御用TFTのみを示す。駆動用TFTはNチャネル型でもPチャネル型でもよいが、本実施例ではPチャネル型TFTとする。
【0092】
石英基板901上に、第1の絶縁膜902と島状の結晶性シリコン膜903と第2の絶縁膜である島状のゲート絶縁膜904とを有し、ゲート電極905、ソース電極906、およびドレイン電極907を有する。ゲート電極905、ソース電極906、およびドレイン電極907は、同一の導電材料から成る。島状の結晶性シリコン膜903はP型不純物であるボロンを含む、ソース領域、ドレイン領域、および低濃度不純物領域(LDD領域)を有し、ソース電極906と該ソース領域との間およびドレイン電極907と該ドレイン領域との間には図示しないSiOX(0<X<2)を有する。SiOX(0<X<2)は膜状であっても膜としての形態をなさない状態であってもよい。
【0093】
さらに、ゲート電極905、ソース電極906、およびドレイン電極907を覆って設けられた第3の絶縁膜908および平坦化膜909を有し、ドレイン電極907には、仕事関数の大きい透明導電膜(ITO)から成る陽極910が接続されており、その上に第4の絶縁膜911を有する。第4の絶縁膜911は、陽極910の表面の一部を露出させるために開孔されている。
【0094】
さらに、陽極910に接し、かつ第4の絶縁膜911上に、発光体を含む有機化合物層912、および仕事関数の小さい金属または合金(MgとAgとの合金)から成る陰極913を有する。陽極910、発光体を含む有機化合物層912、および陰極913を合わせて発光素子となる。本実施例における、発光素子を用いたアクティブマトリクス駆動のディスプレイは、発光素子から石英基板901方向へ光が放射される、下面放射型である。
【0095】
(実施例4)本実施例では、本発明によって製造された表示装置を組み込んだ、各種製品の例を示す。表示装置は、アクティブマトリクス駆動の液晶ディスプレイ、または発光素子を用いたアクティブマトリクス駆動のディスプレイである。
【0096】
特に図示しないが、本発明によって製造された表示装置は、ノート型のパーソナルコンピュータ、携帯電話機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯情報端末(PDA)、テレビ受像機、車載用ナビゲーションシステム、ヘッドマウントディスプレイ等の電子機器の表示部に適用される。また本発明は、フロントプロジェクターまたはリアプロジェクターに組み込まれた表示装置に適用される。
【0097】
【発明の効果】
本発明は、半導体膜の表面をオゾン水または過酸化水素水で処理することによって形成される酸化膜に注目したことを発端とする。当該酸化膜をエッチングストッパーとすることによって、電界効果型トランジスタのゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を、1枚のフォトマスクを用いて、1回のパターニングのみで、同時に形成することができる。したがって、ゲート電極とソース電極との間隙、およびゲート電極とドレイン電極との間隙を可能な限り小さくでき、更にソース電極がソース領域を覆う部分の面積、およびドレイン電極がドレイン領域を覆う部分の面積を容易に変更することができる。また本発明は、ソース電極をソース領域と、ドレイン電極をドレイン領域と接続させるために、層間絶縁膜に開孔するためのパターニングは必要ない。ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を形成後、800℃以上の高温で所定の時間加熱処理することにより、上記酸化膜が残存していても、ソース電極とソース領域との電気的接続、ドレイン電極とドレイン領域との電気的接続が良好となる。
【0098】
本発明によれば、パターニング工程の回数、およびフォトマスクの枚数を削減することができ、スループットおよび歩留まりを向上させることができる。そして、本発明は、アクティブマトリクス駆動の液晶ディスプレイまたは発光素子を用いたアクティブマトリクス駆動のディスプレイを電子機器の表示部、または電子機器内に組み込んだ、各種製品に適用することができる。
【0099】
なお、本発明は図1〜図9に示したような結晶性半導体膜を用いた薄膜トランジスタに限定して適用されるものではなく、シリコン基板に形成する電界効果型トランジスタにも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1を説明する断面図
【図2】本発明の実施の形態1を説明する断面図
【図3】本発明の実施の形態2を説明する断面図
【図4】本発明の実施の形態4を説明する断面図
【図5】本発明の実施例1を説明する断面図
【図6】本発明の実施例1を説明する断面図
【図7】本発明の実施例1を説明する断面図
【図8】本発明の実施例2を説明する断面図
【図9】本発明の実施例3を説明する断面図
【図10】本発明の加熱処理による効果を示す図
【符号の説明】
101 石英基板
102 第1の絶縁膜
103 半導体膜
104 島状の結晶性半導体膜
105 第2の絶縁膜
106 島状の第2の絶縁膜(ゲート絶縁膜)
107 酸化膜
108 導電膜
109 ゲート電極
110 ソース電極
111 ドレイン電極
112 低濃度不純物領域(LDD領域)
113 ソース領域
114 ドレイン領域
115 チャネル領域
116 第3の絶縁膜
117 第4の絶縁膜
118 孔
119 画素電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a field effect transistor such as a thin film transistor and a method for manufacturing the same, and a method for manufacturing a display device using the field effect transistor and the display device. In particular, the present invention relates to a field-effect transistor such as a thin-film transistor in which a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode of a field-effect transistor such as a thin-film transistor are simultaneously formed by patterning the same starting film by using a photolithography method and a method for manufacturing the same. .
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional thin film transistor manufacturing process is described below. An amorphous silicon film is formed above a glass substrate, and the amorphous silicon film is crystallized into a crystalline silicon film, and the crystalline silicon film is patterned into islands, and gate insulating is performed on the island-shaped crystalline silicon film. A film is formed, a conductive film formed on the gate insulating film is patterned to form a gate electrode, and impurities are introduced into the island-shaped crystalline silicon film by an ion doping method using the gate electrode as a mask. Forming a source region and a drain region, forming a first interlayer insulating film on the gate electrode and the island-shaped crystalline silicon film, and forming a hole (a hole) reaching the source region and the drain region in the first interlayer insulating film; The contact hole is opened by patterning, and then a conductive film connected to the source and drain regions is formed. It is produced through a process of forming a source electrode and a drain electrode by patterning the. The above process is known (for example, refer to Patent Document 1). When a thin film transistor manufactured by this known technique is applied to a pixel portion of a display device, a second interlayer insulating film is formed on a source electrode and a drain electrode, and the source electrode or the drain electrode is formed on the second interlayer insulating film. Is formed by patterning, a transparent conductive film is further formed, and this is patterned to form a pixel electrode.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-8-330602 (FIGS. 1A to 1F, Example 1)
[0004]
As described above, in the conventional process, after the gate electrode is formed, the source electrode and the drain electrode are formed. That is, the formation of the gate electrode and the formation of the source electrode and the drain electrode are usually performed separately. Therefore, in the above-described conventional process, the patterning process until the formation of the source electrode and the drain electrode is performed four times, and the number of photomasks used at that time is four. The number of patterning steps until the formation of the pixel electrode is further increased two times to six, and the number of photomasks used at that time is six.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
At present, in the production of field-effect transistors such as thin-film transistors and the production of display devices using the field-effect transistors, the throughput (the number that can be processed per unit time) is improved, and the yield (the number of finished products corresponding to the number of products put into a production line) is improved. Is strongly demanded.
[0006]
However, in the conventional process, since the number of steps is large, it is not easy to shorten the time required for manufacturing the field-effect transistor and the display device, and it is difficult to improve the yield. For example, the position of a fine pattern formed in a subsequent patterning step may be shifted due to shrinkage of the substrate or other causes. Such a shift in the position of the pattern causes the occurrence of a defective product and lowers the yield. For example, when a hole (contact hole) is formed by patterning to form a source electrode and a drain electrode, the position of the hole is shifted from the source region and the drain region which should be opened. is there.
[0007]
Even if the position of the pattern is shifted by one patterning step, the shift is slight and allowable, and may not be a degree that adversely affects the operation of the completed display device. However, by increasing the number of times of the patterning process, a slight shift in the position of the pattern is amplified and increased, and the probability of occurrence of a defective product is increased.
[0008]
An object of the present invention is to improve the yield by reducing the number of patterning steps, reduce the number of photomasks, reduce the number of steps by combining a plurality of steps into one step, and shorten the manufacturing time. It is.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an oxide film is formed by oxidizing the surface of the crystalline semiconductor using an aqueous solution of an oxidizing agent, for example, an aqueous solution of ozone or an aqueous solution of hydrogen peroxide. The feature is that the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode of the field effect transistor are formed simultaneously from the same starting film. Further, the method is characterized in that after forming the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode, heating is performed in an inert gas at 800 ° C. or higher for a predetermined time. The inert gas is a rare gas such as argon or nitrogen.
[0010]
The present invention also relates to a method for manufacturing a field effect transistor, comprising forming a first insulating film on a crystalline semiconductor, patterning the first insulating film, and forming a gate on a part of the crystalline semiconductor. An insulating film is formed, and the surface of the crystalline semiconductor is oxidized using an aqueous solution of an oxidizing agent, for example, an aqueous solution of ozone or an aqueous solution of hydrogen peroxide to form an oxide film, on the oxide film and on the gate insulating film. Forming a conductive film having a semiconductor layer containing an N-type impurity, patterning the conductive film to form a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode simultaneously without etching the crystalline semiconductor; Using the source electrode and the drain electrode as a mask, an N-type impurity is introduced into the crystalline semiconductor. At this point, an oxide film exists between the source and drain electrodes and the crystalline semiconductor, and the oxide film is formed of
[0011]
In the present invention, an oxide film formed by oxidizing the surface of a crystalline semiconductor using an aqueous solution of an oxidizing agent, for example, an aqueous solution of ozone or an aqueous solution of hydrogen peroxide, forms a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode from a conductive film. Since it serves as an etching stopper for simultaneous formation, the crystalline semiconductor is not etched. It is known that ozone and hydrogen peroxide used for forming the oxide film are water-soluble and are oxidizing agents that oxidize other substances. In addition, a material having a melting point higher than the temperature of the heat treatment must be used for the conductive film. Any of metals having a melting point of 800 ° C. or more, such as copper, palladium, chromium, cobalt, titanium, molybdenum, niobium, tantalum, and tungsten, or cobalt silicide, titanium silicide, or silicide on crystalline silicon containing N-type impurities. The conductive film may be formed by stacking metal silicides such as molybdenum, niobium silicide, tantalum silicide, and tungsten silicide. Further, a configuration in which a metal nitride such as titanium nitride, tantalum nitride, and tungsten nitride is combined may be used.
[0012]
In the present invention, a crystalline semiconductor is a single crystal or polycrystalline semiconductor and is not limited to a thin film. In the case where a thin film is used as the crystalline semiconductor, a semiconductor film can be used in which a semiconductor film is formed over a substrate and the semiconductor film is crystallized to be a crystalline semiconductor film. In the present invention, since the heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C. to 1050 ° C., a substrate that can be used must be a substrate that is not deformed by the heat treatment, such as a quartz substrate, a silicon substrate, and a stainless steel substrate.
[0013]
In the present invention, before forming a conductive film for forming a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, an N-type impurity is introduced into a crystalline semiconductor using a gate insulating film as a mask, and the gate electrode, the source electrode, After the formation of the drain electrode, a method of introducing an N-type impurity into the crystalline semiconductor again and performing a heat treatment at a temperature of 800 ° C. to 1050 ° C. can be adopted. In this case, a P-type impurity may be introduced instead of the N-type impurity. In this case, it is not always necessary to use a semiconductor containing an N-type impurity or a P-type impurity as a material for forming the conductive film.
[0014]
The above method for manufacturing a field-effect transistor can be employed for manufacturing a display device using the field-effect transistor. Examples of the display device include an active matrix driven liquid crystal display and an active matrix driven display using a light emitting element.
[0015]
Further, the present invention is a field-effect transistor manufactured by using the method for manufacturing a field-effect transistor, wherein the field-effect transistor includes an island-shaped crystalline semiconductor film formed above a substrate, A gate insulating film formed on a portion of the crystalline semiconductor film, a source electrode and a drain electrode formed on the crystalline semiconductor film, and a gate electrode formed on the gate insulating film The island-shaped crystalline semiconductor film has a source region, a drain region, a low-concentration impurity region (LDD region), and a channel region, and is provided between the source electrode and the source region and between the source electrode and the drain electrode. SiO between the region X (0 <X <2).
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1E, 2A to 2E, and 10A and 10B. .
[0017]
As shown in FIG. 1A, a first
[0018]
Next, a
[0019]
Next, the
[0020]
At present, laser crystallization is being actively studied as a means of crystallizing a semiconductor film, and a laser used for crystallization is described in detail below.
[0021]
Examples of the gas laser include an excimer laser, an Ar laser, and a Kr laser, and examples of the solid laser include a YAG laser, a glass laser, a ruby laser, an alexandrite laser, and a Ti: sapphire laser.
[0022]
As a solid-state laser, YAG, YVO doped with Cr, Nd, Er, Ho, Ce, Co, Ti or Tm is used. 4 , YLF, YAlO 3 A laser using a crystal such as is applied. The fundamental wave of the laser depends on the material to be doped, and a laser beam having a fundamental wave of about 1 μm is obtained. Harmonics with respect to the fundamental wave can be obtained by using a nonlinear optical element.
[0023]
In order to obtain a crystal having a large grain size during crystallization of a semiconductor film, it is necessary to use a solid-state laser capable of continuous oscillation and apply the second, third, and fourth harmonics of a fundamental wave. preferable. Typically, Nd: YVO 4 A second harmonic (532 nm) and a third harmonic (355 nm) of a laser (a fundamental wave of 1064 nm) are applied.
[0024]
Continuous oscillation YVO with output 10W 4 The laser light emitted from the laser is converted into a harmonic by a nonlinear optical element. In addition, YVO 4 There is also a method of emitting a harmonic by putting a crystal and a nonlinear optical element. Then, the laser light is preferably shaped into a rectangular or elliptical laser beam on the irradiation surface by an optical system, and the laser light is irradiated on the object to be processed. The energy density at this time is 0.1 to 100 MW / cm 2 Degree (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2 )is necessary. Then, the semiconductor film is irradiated while being moved relatively to the laser light at a speed of about 0.5 to 2000 cm / s.
[0025]
The crystallized
[0026]
Next, as shown in FIG. 1C, a second
[0027]
Next, after removing the natural oxide film from the surface of the island-shaped
[0028]
Since the
[0029]
In order to examine the composition of the oxide film due to ozone water, the chemical composition of the elements on the sample surface was determined for an oxide film formed by flowing 14 mg / l ozone water over the surface ((100) surface) of a silicon wafer at room temperature for 60 seconds. The spectrum of Si2p was measured by an analyzer called ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) or XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) capable of specifying the bonding state. As a result, two peaks were observed in a binding energy range of 96 to 106 eV. One is Si 4+ And the other is a Si peak. The Si peak was detected from the silicon wafer because the thickness of the oxide film was small. Si 4+ Peak is Si 1+ , Si 2+ , And Si 3+ Therefore, the waveform was decomposed by the Gaussian function and the Lorentz function. The oxidation state of silicon was analyzed based on these peak shapes. As a result, Si 1+ , Si 2+ , Si 3+ , And Si 4+ When the total of 1+ Is 8.8%, Si 2+ Is 8.8%, Si 3+ Is 6.4%, Si 4+ Was 76.0%. Where Si 1+ , Si 2+ , And Si 3+ Is called a suboxide. Suboxide means a state in which silicon does not sufficiently react with oxygen and remains partially bonded to silicon. Si 4+ Is 100% and the suboxide is 0%, the oxide film is sufficiently oxidized and
[0030]
As a comparative example, Si (OC, called TEOS) was formed on a silicon wafer. 2 H 5 ) 4 And O 2 The silicon oxide film formed by the CVD method using as a raw material was measured for the spectrum of Si2p by ESCA. Then, the same analysis as that of the oxide film formed by the ozone water was performed. As a result, Si 1+ , Si 2+ , Si 3+ , And Si 4+ When the total of 1+ 1.8%, Si 2+ Is 0.9%, Si 3+ Is 4.6%, Si 4+ Was 92.7%. That is, the silicon oxide film formed by the CVD method is more SiO 2 than the oxide film formed by the ozone water. 2 Was found to be high.
[0031]
Next, as shown in FIG. 2A, a
[0032]
Next, as shown in FIG. 2B, a
[0033]
Next, an N-type impurity, for example, phosphorus is introduced into the
[0034]
After the introduction of the N-type impurity as described above, the
[0035]
Therefore, in order to reduce the contact resistance between the
[0036]
By the heating at 800 to 1050 ° C., the characteristics of the
[0037]
The inventor of the present application considers the reason why the characteristics of the
[0038]
An experiment was conducted to clarify that the contact resistance changes due to the heat treatment. First, a sample for resistance measurement whose cross section is shown in FIG. In FIG. 10A,
[0039]
The contact resistance of each of the thus prepared samples was set to 8 when the heat treatment was further performed at 950 ° C. for 30 minutes as Condition 1 and when the heat treatment was not performed as
[0040]
Next, as shown in FIG. 2C, a third
[0041]
Next, as shown in FIG. 2D, a fourth
[0042]
Next, as shown in FIG. 2E, a transparent conductive film is formed over the entire surface of the fourth insulating
[0043]
In this embodiment mode, the number of times of patterning is three in the process until the
[0044]
(Embodiment 2) In Embodiment 1 of the present invention, a crystalline silicon film containing an N-type impurity is used as the
[0045]
1D, an N-type impurity, for example, phosphorus is introduced into the
[0046]
Next, as shown in FIG. 3A, a
[0047]
Next, as shown in FIG. 3B, the
[0048]
Next, an N-type impurity, for example, phosphorus is introduced again into the region of the
[0049]
Next, as shown in FIG. 3C, a third
[0050]
Next, as shown in FIG. 3D, a fourth
[0051]
Next, as shown in FIG. 3E, a
[0052]
In this embodiment as well as in the first embodiment of the present invention, in the process up to the formation of the
[0053]
(Embodiment 3) In Embodiment 1 of the present invention, ozone water is used to form
[0054]
While rotating the
[0055]
Since the oxide film formed in the present embodiment is also extremely thin similarly to the first embodiment of the present invention, it is not easy to accurately measure the film thickness. In the case of processing at 0.7 to 1.5 nm and 80 ° C., the range is 1.0 to 2.0 nm. Note that there is no significant change in the thickness of the formed oxide film even when the time (treatment time) for flowing the hydrogen peroxide solution is changed.
[0056]
Subsequent processes are the same as those of the first embodiment of the present invention. However, as shown in the second embodiment, the
[0057]
(Embodiment 4) In Embodiment 1 of the present invention, a first
[0058]
As shown in FIG. 4A, a light-shielding
[0059]
Next, as in Embodiment 1, as illustrated in FIG. 4B, a first
[0060]
Next, as shown in FIG. 4C, the second
[0061]
Subsequent processes are the same as those in Embodiment 1 of the present invention, and may be performed in accordance with FIG. 1E and FIGS. 2A to 2E. As a method for forming
[0062]
An example in which the above-described embodiment of the present invention is made more concrete is shown below.
[0063]
【Example】
Example 1 In this example, a method for manufacturing an active matrix driven liquid crystal display (AMLCD) employing Embodiments 1 and 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. 5A to 5E and 6A. ) To (D) and FIGS. 7A to 7C. First, as shown in FIG. 5A, a crystalline silicon film and a tungsten silicide film are formed over a
[0064]
Next, as shown in FIG. 5B, a
[0065]
Next, a solution containing nickel which is an element for accelerating crystallization of the silicon film, in this embodiment, a nickel acetate solution is applied onto the
[0066]
As a method for crystallizing the
[0067]
Next, nickel contained in the crystallized
[0068]
Next, phosphorus is applied to the crystallized
[0069]
Next, as shown in FIG. 5D, the
[0070]
Next, as shown in FIG. 4 And N 2 A
[0071]
Next, as shown in FIG. 6A, a
[0072]
Next, as shown in FIG. 6B, a
[0073]
Next, as shown in FIG. 4 And PH 3 Is used as a raw material, a
[0074]
Next, as shown in FIG. 6D, the
[0075]
Next, phosphorus is introduced into the
[0076]
After the phosphorus is introduced as described above, the
[0077]
Next, as shown in FIG. 4 And N 2 A silicon oxynitride film is formed by a plasma CVD method using O as a raw material, and this is used as an
[0078]
Next, as shown in FIG. 7B, an acrylic resin film is formed as a
[0079]
Next, as shown in FIG. 7C, in order to form the second light-shielding
[0080]
As is clear from FIG. 7C, a capacitor is formed by the second light-blocking
[0081]
As described above, the processes described in this embodiment are completed until the pixel electrodes are formed on the substrate of the active matrix liquid crystal display on which the TFT is formed. Thereafter, the liquid crystal display may be completed by a known method.
[0082]
[0083]
This embodiment is the same as the first embodiment of the present invention until a nickel acetate solution is applied to the
[0084]
Next, the natural oxide film is removed from the surface of the crystallized
[0085]
Next, heating is performed at 550 ° C. for 4 hours in an electric furnace. By this heating, nickel contained in the crystallized
[0086]
Next, the
[0087]
Next, as shown in FIG. 8B, the crystallized
[0088]
Next, as shown in FIG. 8C, a
[0089]
Subsequent processes are the same as those in the first embodiment of the present invention, and thus may be performed according to FIGS. 6 (7C) to 6 (D) and FIGS.
[0090]
(Embodiment 3) In this embodiment, an active matrix driven display using a light emitting element manufactured by employing
[0091]
FIG. 9 is a cross-sectional view of a pixel portion of the display. Usually, one switching TFT connected to the gate signal line and the source signal line and one current control (also referred to as drive) TFT connected to the light emitting element are provided for each pixel. Only the TFT is shown. The driving TFT may be an N-channel type or a P-channel type. In this embodiment, the driving TFT is a P-channel type TFT.
[0092]
On a
[0093]
Further, a third
[0094]
Further, an
[0095]
Embodiment 4 In this embodiment, examples of various products incorporating the display device manufactured according to the present invention will be described. The display device is an active matrix driven liquid crystal display or an active matrix driven display using light emitting elements.
[0096]
Although not particularly shown, the display device manufactured according to the present invention includes a notebook personal computer, a mobile phone, a digital camera, a video camera, a personal digital assistant (PDA), a television receiver, an in-vehicle navigation system, a head mounted display, and the like. This is applied to the display unit of the electronic device. Further, the present invention is applied to a display device incorporated in a front projector or a rear projector.
[0097]
【The invention's effect】
The present invention is based on the observation of an oxide film formed by treating the surface of a semiconductor film with ozone water or hydrogen peroxide solution. With the use of the oxide film as an etching stopper, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode of the field-effect transistor can be formed simultaneously with only one patterning using one photomask. Therefore, the gap between the gate electrode and the source electrode and the gap between the gate electrode and the drain electrode can be made as small as possible, and furthermore, the area of the portion where the source electrode covers the source region and the area of the portion where the drain electrode covers the drain region. Can be easily changed. Further, in the present invention, patterning for opening a hole in the interlayer insulating film is not necessary for connecting the source electrode to the source region and the drain electrode to the drain region. After forming the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode, by performing heat treatment at a high temperature of 800 ° C. or higher for a predetermined time, even if the oxide film remains, electrical connection between the source electrode and the source region, The electrical connection between the electrode and the drain region is improved.
[0098]
According to the present invention, the number of patterning steps and the number of photomasks can be reduced, and throughput and yield can be improved. The present invention can be applied to various products in which an active matrix driven liquid crystal display or an active matrix driven display using a light-emitting element is incorporated in a display portion of an electronic device or in an electronic device.
[0099]
The present invention is not limited to a thin film transistor using a crystalline semiconductor film as shown in FIGS. 1 to 9, but is also applied to a field effect transistor formed on a silicon substrate. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a sectional
FIG. 4 is a sectional view illustrating Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view illustrating Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view illustrating Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view illustrating a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view illustrating a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the effect of the heat treatment of the present invention.
[Explanation of symbols]
101 quartz substrate
102 First insulating film
103 semiconductor film
104 island-shaped crystalline semiconductor film
105 Second insulating film
106 island-shaped second insulating film (gate insulating film)
107 oxide film
108 conductive film
109 Gate electrode
110 source electrode
111 drain electrode
112 Low concentration impurity region (LDD region)
113 source area
114 Drain region
115 channel area
116 third insulating film
117 fourth insulating film
118 holes
119 pixel electrode
Claims (8)
前記第1の絶縁膜をパターニングして前記結晶性半導体の一部上にゲート絶縁膜を形成し、
オゾン水又は過酸化水素水を用いて前記結晶性半導体の表面を酸化させて酸化膜を形成し、
前記酸化膜上および前記ゲート絶縁膜上にN型不純物を含む半導体層を有する導電膜を形成し、
前記酸化膜を前記結晶性半導体がエッチングされないためのエッチングストッパーとし、前記導電膜をパターニングしてゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を同時に形成し、
前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極をマスクにして前記結晶性半導体にN型不純物を導入し、
前記結晶性半導体、前記酸化膜、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極を不活性気体中800℃〜1050℃で30分〜4時間加熱することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。Forming a first insulating film on the crystalline semiconductor,
Patterning the first insulating film to form a gate insulating film on a portion of the crystalline semiconductor;
Oxidizing the surface of the crystalline semiconductor using ozone water or hydrogen peroxide to form an oxide film,
Forming a conductive film having a semiconductor layer containing an N-type impurity on the oxide film and the gate insulating film;
The oxide film is used as an etching stopper for preventing the crystalline semiconductor from being etched, and the conductive film is patterned to form a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode simultaneously,
Introducing an N-type impurity into the crystalline semiconductor using the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode as a mask,
The electric field wherein the crystalline semiconductor, the oxide film, the gate insulating film, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are heated in an inert gas at 800 ° C. to 1050 ° C. for 30 minutes to 4 hours. Manufacturing method of effect type transistor.
前記半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜をパターニングして島状の結晶性半導体膜を形成し、
前記島状の結晶性半導体膜上に第1の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜をパターニングして前記島状の結晶性半導体膜の一部上にゲート絶縁膜を形成し、
オゾン水又は過酸化水素水を用いて前記島状の結晶性半導体膜の表面を酸化させて酸化膜を形成し、
前記基板上、前記酸化膜上、および前記ゲート絶縁膜上にN型不純物を含む半導体層を有する導電膜を形成し、
前記酸化膜を前記島状の結晶性半導体膜がエッチングされないためのエッチングストッパーとし、前記導電膜をパターニングしてゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を同時に形成し、
前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極をマスクにして前記島状の結晶性半導体膜にN型不純物を導入し、
前記島状の結晶性半導体膜、前記酸化膜、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極が少なくとも形成された前記基板を不活性気体中800℃〜1050℃で30分〜4時間加熱することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。Forming a semiconductor film on the substrate,
Crystallizing the semiconductor film to form a crystalline semiconductor film,
Patterning the crystalline semiconductor film to form an island-shaped crystalline semiconductor film,
Forming a first insulating film on the island-shaped crystalline semiconductor film;
Patterning the first insulating film to form a gate insulating film on a part of the island-shaped crystalline semiconductor film;
Oxidizing the surface of the island-shaped crystalline semiconductor film using ozone water or hydrogen peroxide water to form an oxide film,
Forming a conductive film having a semiconductor layer containing an N-type impurity on the substrate, the oxide film, and the gate insulating film;
The oxide film is used as an etching stopper for preventing the island-shaped crystalline semiconductor film from being etched, and the conductive film is patterned to form a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode simultaneously,
N-type impurities are introduced into the island-shaped crystalline semiconductor film using the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode as a mask,
The substrate on which at least the island-shaped crystalline semiconductor film, the oxide film, the gate insulating film, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are formed is heated at 800 ° C. to 1050 ° C. for 30 minutes in an inert gas. A method for manufacturing a field-effect transistor, comprising heating for 4 to 4 hours.
前記第1の絶縁膜をパターニングして前記結晶性半導体の一部上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜をマスクにして前記結晶性半導体にN型不純物を導入し、
オゾン水又は過酸化水素水を用いて前記結晶性半導体の表面を酸化させて酸化膜を形成し、
前記酸化膜上および前記ゲート絶縁膜上に導電膜を形成し、
前記酸化膜を前記結晶性半導体がエッチングされないためのエッチングストッパーとし、前記導電膜をパターニングしてゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を同時に形成し、
前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極をマスクにして前記結晶性半導体にN型不純物を導入し、
前記結晶性半導体、前記酸化膜、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極を不活性気体中800℃〜1050℃で30分〜4時間加熱することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。Forming a first insulating film on the crystalline semiconductor,
Patterning the first insulating film to form a gate insulating film on a portion of the crystalline semiconductor;
N-type impurities are introduced into the crystalline semiconductor using the gate insulating film as a mask,
Oxidizing the surface of the crystalline semiconductor using ozone water or hydrogen peroxide to form an oxide film,
Forming a conductive film on the oxide film and the gate insulating film;
The oxide film is used as an etching stopper for preventing the crystalline semiconductor from being etched, and the conductive film is patterned to form a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode simultaneously,
Introducing an N-type impurity into the crystalline semiconductor using the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode as a mask,
The electric field wherein the crystalline semiconductor, the oxide film, the gate insulating film, the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are heated in an inert gas at 800 ° C. to 1050 ° C. for 30 minutes to 4 hours. Manufacturing method of effect type transistor.
前記半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜をパターニングして島状の結晶性半導体膜を形成し、
前記島状の結晶性半導体膜上に第1の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜をパターニングして前記島状の結晶性半導体膜の一部上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜をマスクにして前記島状の結晶性半導体膜にN型不純物を導入し、
オゾン水又は過酸化水素水を用いて前記島状の結晶性半導体膜の表面を酸化させて酸化膜を形成し、
前記基板上、前記酸化膜上、および前記ゲート絶縁膜上に導電膜を形成し、
前記酸化膜を前記島状の結晶性半導体膜がエッチングされないためのエッチングストッパーとし、前記導電膜をパターニングしてゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を同時に形成し、
前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極をマスクにして前記島状の結晶性半導体膜にN型不純物を導入し、
前記島状の結晶性半導体膜、前記酸化膜、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極、前記ソース電極、および前記ドレイン電極が少なくとも形成された前記基板を不活性気体中800℃〜1050℃で30分〜4時間加熱することを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。Forming a semiconductor film on the substrate,
Crystallizing the semiconductor film to form a crystalline semiconductor film,
Patterning the crystalline semiconductor film to form an island-shaped crystalline semiconductor film,
Forming a first insulating film on the island-shaped crystalline semiconductor film;
Patterning the first insulating film to form a gate insulating film on a part of the island-shaped crystalline semiconductor film;
N-type impurities are introduced into the island-shaped crystalline semiconductor film using the gate insulating film as a mask,
Oxidizing the surface of the island-shaped crystalline semiconductor film using ozone water or hydrogen peroxide water to form an oxide film,
Forming a conductive film on the substrate, the oxide film, and the gate insulating film;
The oxide film is used as an etching stopper for preventing the island-shaped crystalline semiconductor film from being etched, and the conductive film is patterned to form a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode simultaneously,
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