JP3612486B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、絶縁表面上に形成された薄膜トランジスタを有する半導体集積回路を構成する半導体装置の作製方法に関するものである。本発明において、絶縁表面とは、絶縁基板や、その上に形成された絶縁被膜、あるいは半導体や金属材料上に形成された絶縁被膜のことである。本発明は、特に、アルミニウムを主成分とする金属材料をゲイト電極・配線材料として用いた集積回路で、液晶ディスプレー等に用いられるアクティブマトリクス回路等の半導体集積回路を含む半導体装置の作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、薄膜トランジスタ(TFT)は、単結晶半導体集積回路技術を援用して、自己整合法(セルフアライン法)を用いて作製されてきた。この方法は、半導体被膜上にゲイト絶縁膜を介してゲイト電極を形成し、このゲイト電極をマスクとして、前記半導体被膜中に不純物を導入するものである。不純物を導入する手段としては、熱拡散法、イオン注入法、プラズマドーピング法、レーザードーピング法が用いられる。
【0003】
従来、TFTは、ゲイト電極材料として、単結晶半導体集積回路技術を援用して、ドーピングによって導電率を高めたシリコンを用いていた。これは耐熱性が高く、高温処理をおこなう場合には理想的な材料であった。しかしながら、近年になると、シリコンゲイトを用いることが適切でないことが明らかになった。
第1は、導電率が低いということである。これは、それまで比較的、小さな面積のデバイスにおいては目立たなかったが、液晶ディスプレーが大型化するにつれて、アクティブマトリクス回路も大型化し、しかも、デザインルール(ゲイト配線の幅)が据え置かれたために、顕著になった。
【0004】
第2は基板材料に関連する問題で、デバイスの大型化に伴って、用いられる基板材料が石英やシリコンウェハーのような耐熱性の高い高価な材料ではなく、コーニング社の7059番ガラスやNHテクノグラス社のNA−35、NA−45等の硼珪酸ガラスのように、安価だが耐熱性に劣る低廉な材料を用いる必要が生じた。シリコンゲイトの形成には少なくとも650℃以上の熱処理が必要であるので、このような材料を基板とすることは適切ではなかった。
【0005】
このような問題から、シリコンゲイトに代えてアルミニウムゲイトを用いることが必要とされた。この場合、純粋なアルミニウムを用いてもよいが、耐熱性が極端に劣るために、通常はシリコンや銅、スカンジウム(Sc)等の材料が微量添加される。それでも、アルミニウムは耐熱性の点で問題があるので、例えば、イオン注入等の加速したイオンを利用したドーピング工程の後の不純物の活性化には熱アニールを用いることはできず、レーザー照射のような光アニールが用いられた。その際も、アルミニウムゲイトが光照射によって、ダメージを受けないように照射する光の強度等は大きな制約が課せられた。
【0006】
鏡面を有するアルミニウム自体は紫外線から赤外線まで、広い波長域にわたって、光を反射するのであるが、例えば、フラッシュランプ・アニールでは、光照射の持続時間が長いため、シリコン膜等に吸収された光によってシリコン膜が昇温し、それが熱伝導によってアルミニウムに伝わり、アルミニウムが溶融・変形するので適切でなかった。レーザー・アニールでも、連続発振のレーザー光を照射する方式でも同様の問題が生じた。極めて短いパルス発振のレーザーを照射する場合にはシリコン膜に吸収された光はシリコン膜のアニールのみに使用され、アルミニウムは昇温せず、利用することができた。
【0007】
図4に示すのは、上記の思想に基づいたアルミニウムゲイトを有する薄膜トランジスタの作製工程である。まず、基板401上に下地絶縁膜402を堆積し、さらに、島状の結晶性半導体領域403、404を形成する。そして、これを覆って、ゲイト絶縁膜として機能する絶縁膜405を形成する。(図4(A))
【0008】
そして、アルミニウムを主成分とする材料を用いてゲイト電極・配線406、407を形成する。(図4(B))
次に、ゲイト電極・配線406、407をマスクとして、イオン注入法、イオンドーピング法等の手段によって、自己整合的に不純物(例えば、燐(P)や硼素(B))を注入し、不純物領域408、409を形成する。ここでは、不純物領域408には燐が注入され、同408には硼素が注入されるので、前者はN型、後者はP型になるとする。(図4(C))
【0009】
その後、上面からパルスレーザー光を照射することによって不純物の導入された領域の活性化をおこなう。(図4(D))
最後に、層間絶縁物411を堆積し、各不純物領域にコンタクトホールを形成して、これに接続する電極・配線412〜416を形成して、薄膜トランジスタが完成する。(図4(E))
【0010】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、上記に示した方法では、不純物領域とチャネル形成領域(ゲイト電極の直下の半導体領域で不純物領域に挟まれている部分)の境界(例えば、図4(D)において、410で示す)は工程上、十分な処理を受けていないので、電気的に不安定であり、長時間の使用においてはリーク電流の増大等の問題が生じ、信頼性が低下することが明らかになった。
すなわち、工程から明らかなように、ゲイト電極が形成された後は、不純物が導入されることも、レーザーが照射されることもないので、実質的に、チャネル形成領域の結晶性は変化しない。
【0011】
一方、チャネル形成領域に隣接する不純物領域は、最初、チャネル形成領域と同じ結晶性を有しているが、不純物導入の過程で結晶性が破壊される。不純物領域は後のレーザー照射工程によって回復されるが、当初の結晶性と同じ状態を再現することは難しく、特に、不純物領域の中でも活性領域に接する部分は、レーザー照射の際に影となる可能性が高く、十分な活性化がおこなえない。すなわち、不純物領域と活性領域の結晶性が不連続であり、このためトラップ準位等が発生しやすい。特に、不純物の導入方法として高速イオンを照射する方式を採用した場合には、不純物イオンが散乱によって、ゲイト電極部の下に回り込み、その部分の結晶性を破壊する。そして、このようなゲイト電極部の下の領域は、ゲイト電極部が影となってレーザー等によって活性化することが不可能であった。
【0012】
ゲイト絶縁膜についても同様であった。すなわち、チャネル形成領域の上のゲイト絶縁膜は、初期の状態を保っているのに対し、不純物領域上のゲイト絶縁膜は、不純物導入、レーザー照射等の工程によって大きく変化し、その境界部分では多くのトラップ準位が発生した。
【0013】
この問題点を解決する一つの方法は、裏面からレーザー等の光照射をおこなって、活性化することである。この方法では、ゲイト配線が影とならないので、活性領域と不純物領域の境界も十分に活性化される。しかし、この場合には基板材料が光を透過することが必要であり、多くのガラス基板は、300nm以下の紫外光を透過することは難しいので、例えば、量産性に優れたKrFエキシマーレーザー(波長248nm)は利用できない。
【0014】
また、このようなレーザー照射の工程においては、アルミニウムが瞬間的ではあるにせよ、高温に加熱されることにより、アルミニウム結晶の異常成長(ヒロック)が発生した。特に、垂直方向への異常成長は上部配線とのショートの原因となった。
この他に、不純物のドーピング法としてイオンドーピング法を用いる場合には別の問題があった。イオンドーピング法とは、ドーピングすべき不純物を含む気体(例えば、燐であればフォスフィン(PH)、硼素であればジボラン(B))を放電させて、発生したイオンを高い電圧で引き出して照射する方法である。
【0015】
この方法は、イオン注入法に比較すると簡便な方法で、大面積処理に向いているが、質量を分離しないので、さまざまなイオンが照射されることとなる。特に、水素イオンは、原子状、分子状あわせて非常に多量に照射される。このような水素イオンはゲイト電極近傍(図4の領域410の上方のゲイト絶縁膜)のゲイト絶縁膜中に存在すると電圧印加によって特性の変動をもたらした。特に、図4の方法では、ゲイト絶縁膜に注入された水素を十分に離脱せしめる処置をおこなえないということが問題であった。
【0016】
本発明は、かかる問題点を顧みてなされたものであり、活性領域と不純物領域の結晶性の連続性を達成することによって、信頼性の高い薄膜トランジスタを作製する方法を提唱し、さらに、このような薄膜トランジスタを集積化した高性能の薄膜半導体集積回路を提唱することを課題とする。
【0017】
【問題を解決するための手段】
本発明は、熱アニール処理、あるいは、レーザーもしくはフラッシュランプ等の強力な光源より発せられる光エネルギーを照射する光アニール処理によって、不純物領域およびゲイト絶縁膜に加えてチャネル形成領域までをも活性化せしめることにより、上記の問題を解決する。
【0018】
本発明の基本的な構成は、以下のようなものである。まず、結晶性を有する島状の半導体領域上に不純物領域を形成するためのマスクとして機能する材料を形成したのち、これをマスクとしてイオンドーピング等の手段により、ドーピング不純物を半導体被膜中に導入する。マスクとして用いるべき材料としては、絶縁性のものではポリイミド等の有機材料や酸化珪素、窒化珪素等の珪素を含有するものが、また、導電性材料としてはアルミニウム、タンタル、チタン等の金属、窒化タンタル、窒化チタン等の導電性金属窒化物が好ましい。半導体領域とマスクが直接に接触することを避けたい場合には、間に酸化珪素や窒化珪素の被膜を形成すればよい。
【0019】
次に、このマスクを除去して、ゲイト絶縁膜として機能する絶縁膜を形成する。その後、熱アニールもしくは光アニール処理により、ドーピングされた不純物の活性化のみならず、ゲイト絶縁膜とチャネル形成領域の界面特性、チャネル形成領域と不純物領域の境界の特性を改善せしめる。この際には、光アニール単独、もしくは熱アニール単独でも、光アニールと熱アニールを併用してもよい。
熱アニール処理において、アニール温度は、650℃以下とする。また、光アニール処理において、レーザーを用いる場合には、KrFレーザー(波長248nm)、XeClレーザー(308nm)、ArFレーザー(193nm)、XeFレーザー(353nm)等の各種エキシマーレーザーや、Nd:YAGレーザー(1064nm)およびその第2、第3、第4高調波、炭酸ガスレーザー、アルゴンイオンレーザー、銅蒸気レーザー等を用いればよい。
【0020】
また、非コヒーレントな光源も低廉であり利用しやすい。例えば、キセノンランプ、クリプトンアークランプ、ハロゲンランプ等である。これらの光処理においては、半導体領域の上方からの照射だけでなく、裏面からの照射も、上方と裏面の双方から照射することも可能である。
また、これらの熱アニールあるいは光アニール処理に際しては、ハロゲン元素を含有する雰囲気(塩化水素、塩素、三塩化エチレン、フッ化水素、弗素、三フッ化窒素等を含有する雰囲気)や酸化性の雰囲気(酸素や各種酸化窒素、オゾン等を含有する雰囲気)でおこなうと効果的である。
【0021】
なお、ゲイト電極を形成する場合には、ゲイト電極と不純物領域との関係をオフセットゲイトとすることもオーバーラップゲイトとすることも任意である。オフセットゲイトとすれば、TFTのリーク電流を低減させることができる。ただし、オフセットゲイトの場合はTFTをオンとしたときの電流が少ないので、動作速度の点で不利であるので、通常はオフセットゲイトが、アクティブマトリクス回路の画素のスイッチングTFTやサンプリングTFTにのみ用い、その他の論理回路は若干のオーバーラップゲイトとするとよい。オーバーラップゲイトは寄生容量が存在するので高速動作では不利であるが、アクティブマトリクス回路程度の駆動においては問題はない。
【0022】
なお、このようにして形成したゲイト電極・配線の全部もしくは一部について、その上面および側面を陽極酸化して、耐圧の高い酸化アルミニウム被膜を形成すると、上部配線との短絡を防止することができる。特に配線の交差の多い、アクティブマトリクス回路においては、このように上面に陽極酸化被膜を形成すれば、層間短絡を防止することができる。また、酸化アルミニウムは誘電率が高いので、上部配線との間に容量(キャパシター)を形成することもできる。陽極酸化は、通常、電解溶液中で電気化学的におこなわれるが、公知のプラズマ陽極酸化法のように、減圧プラズマ雰囲気においておこなってもよいことはいうまでもない。
【0023】
【作用】
本発明では、ドーピングされた不純物の活性化のための熱アニールや光アニールをおこなう際にはゲイト電極・配線は形成されていないので、図4に示されるような従来のセルフアライン的なドーピングに比較して、熱アニールや光アニールの許容範囲が広くなる。例えば、従来の技術では使用できなかった熱アニールやフラッシュランプアニールを利用できるようになる。
また、熱アニール処理においては、不純物領域、チャネル形成領域、ゲイト絶縁膜が均等に加熱されるので、それらの境界部における不連続性は発生しない。同様に、光アニール処理の場合においても、ゲイト電極が存在しないので影によって不連続性が生じることもない。
【0024】
また、光アニールや熱アニールをハロゲンを含有する雰囲気もしくは酸化性の雰囲気でおこなうと、特に、ゲイト絶縁膜や半導体領域中に残存する水素原子を置換する効果が認められる。ゲイト絶縁膜やチャネル形成領域では高い電界が発生し、その際に水素原子が珪素−水素、あるいは酸素−水素という形で存在すると、電界によって水素が離脱し、特性の経時変化をもたらすこととなる。水素の代わりにハロゲン、特に弗素や塩素が存在すると、珪素−ハロゲン、酸素−ハロゲンの結合は非常に強いので、容易には離脱せず、特性が安定する。
【0025】
加えて、不純物のドーピング手段としてイオンドーピング法を用いる場合には、ゲイト絶縁膜を有しない状態でイオンドーピングをおこなうため、ゲイト絶縁膜に水素イオンが注入されることがなく、極めて安定な特性が得られる。
さらに、交差部を有する回路においては、ゲイト電極の上面および側面を陽極酸化すれば、ヒロックの発生による上部配線とのショートも防止できる。特に、電気的に耐圧の高い陽極酸化物被膜が得られるということがアルミニウムの特徴であり、従来のシリコンゲイトでは達成しえなかった特色である。
【0026】
【実施例】
〔実施例1〕 図1に本実施例を示す。本実施例は、絶縁基板上に交差部を有する薄膜トランジスタ回路を形成する工程を示したものである。基板101は、ガラス基板で、例えば、コーニング7059等の無アルカリ硼珪酸ガラス基板である。これに下地の酸化膜として酸化珪素膜102を堆積した。酸化珪素膜の堆積方法は、例えば、スパッタ法や化学的気相成長法(CVD法)を使用できる。ここでは、TEOS(テトラ・エトキシ・シラン)と酸素を材料ガスとして用いて、プラズマCVD法によって成膜をおこなった。基板温度は200〜400℃とした。この下地酸化珪素膜の厚さは、500〜2000Åとした。
【0027】
次いで、アモルファスシリコン膜を堆積した。アモルファスシリコン膜の堆積方法としては、プラズマCVD法や減圧CVD法が用いられる。ここでは、モノシラン(SiH)を材料ガスとして、プラズマCVD法によってアモルファスシリコン膜を堆積した。アモルファスシリコン膜の厚さは、1000〜15000Åとした。そして、この膜を600℃で72時間アニールすることで結晶化させた。このようにして得た結晶性シリコン膜をエッチングして、島状シリコン領域103を形成した。
【0028】
その後、プラズマCVD法によって、全面に窒化珪素膜を厚さ1000〜6000Å、例えば、3000Å形成した。この厚さは、ドーピングの際にマスクとして機能するに十分な厚さが選択される。そして、この窒化珪素膜をエッチングして、ドーピングのマスク104を形成した。(図1(A))
【0029】
この状態でイオンドーピング法によって硼素イオンのドーピングをおこなった。これは、ジボラン(B)を水素で希釈したガスを放電させて得たイオンを高電圧で引き出して、基板に照射するものである。イオンの加速電圧はシリコン領域の厚さによって変更されるが、典型的にはシリコン領域が1000Åの場合には、10〜30kVが適当である。本実施例では20kVとした。また、ドーズ量は、1×1014〜6×1015原子/cm、例えば、5×1014原子/cmとした。こうして、P型不純物領域105を形成した。なお、図で示した不純物領域の範囲は、名目的なもので、実際にはイオンの散乱等によって回り込みがあることはいうまでもない。(図1(B))
【0030】
次に、フォトレジストマスク104を除去し、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜106を厚さ800〜1500Å、例えば、1200Å形成した。ここではその作製方法は、下地酸化珪素膜102と同じ方法を採用した。そして、600℃で12〜48時間、例えば、24時間アニールすることによって、ドーピングされた不純物の活性化とゲイト絶縁膜とシリコン領域の界面特性の改善をおこなった。なお、この工程においてゲイト絶縁膜106から過剰な水素を離脱せしめることができた。(図1(C))
【0031】
その後、スパッタ法によって厚さ3000〜8000Å、例えば、5000Åのアルミニウム膜(1〜5重量%のシリコンを含有する)を成膜し、これをエッチングして、アルミニウムゲイト電極・配線107、108、109を形成した。この際、ゲイト電極108はオフセットとなるようにした。オフセットの幅xは0.3〜2μmとした。また、ゲイト配線109は不純物領域上に形成されたため、TFTのゲイト電極としては機能せず、キャパシターの一方の電極として機能した。さらに、ゲイト配線107は、他のゲイト電極・配線108、109と電気的につながっていた。(図1(D))
【0032】
そして、ゲイト電極・配線107〜109に電流を通じて陽極酸化をおこない、その状面および側面に緻密な陽極酸化物(酸化アルミニウム)被膜110、111、112を厚さ1000〜2500Å形成した。陽極酸化は、アンモニアでpH=7前後に調整した1〜5%のクエン酸のエチレングリコール溶液中に基板を浸し、アクティブマトリクス回路の全てのゲイト配線を正極とし、印加する電圧を1〜5V/分で昇圧することによっておこなった。
【0033】
このようにして形成される陽極酸化物被膜は、バリヤ型陽極酸化物と称され、耐圧に優れている。耐圧としては、最高印加電圧の80%が保証される。このゲイト電極上の陽極酸化物は、上部配線との短絡を防止するためのものであるので、その目的に適切な厚さが選択されればよい。なお、この陽極酸化の工程によって、ゲイト電極の側面が後退するので、オフセット幅は、やや拡がり、y(>x)となる。(図1(E))
【0034】
その後、TEOSを材料ガスとしたプラズマCVD法によって層間絶縁物として酸化珪素膜113を厚さ2000〜10000Å、例えば、5000Å形成し、これにコンタクトホールを形成した。そして、金属等の材料、例えば、厚さ1000Åの窒化チタンと厚さ5000Åのアルミニウムの多層膜を形成し、これをエッチングして電極・配線114を不純物領域に形成した。上部配線114は、図に示すように、ゲイト配線107と交差した。しかしながら、交差部115は、層間絶縁物113に加えて、陽極酸化物110も存在するため上下ショート等の不良は抑制された。(図1(F))
【0035】
最後に、パッシベーション膜として厚さ2000〜6000Å、例えば、3000Åの窒化珪素膜116をプラズマCVD法によって形成し、これと酸化珪素膜113をエッチングして、不純物領域105に対してコンタクトホールを形成した。そして、透明導電膜(例えば、インディウム錫酸化物膜)を形成し、これをエッチングして、画素電極117を形成した。(図1(G))
【0036】
以上の工程によって、オフセットゲイト構造のPチャネル型TFT118を形成することができた。また、TFT118に隣接して容量119(これはゲイト絶縁膜106を誘電体とする)も形成できた。本実施例において、TFT118は、アクティブマトリクス回路の画素のスイッチング素子あるいはサンプリングTFTに用いられるTFTを表している。
【0037】
〔実施例2〕 図2に本実施例を示す。本実施例は、アモルファスシリコンの結晶化に際して結晶化促進の触媒元素を添加する以外は、ドーピングの工程までは実施例1と同様であるので、ドーピング工程までの工程に関しては、図1(A)および(B)を参照されたい。
まず、実施例1と同様に下地酸化膜を形成した基板上にアモルファスシリコン膜を厚さ300〜1000Å、例えば、500Å成膜した。そして、表面に薄い酢酸ニッケル膜もしくはニッケル膜を形成したのち、窒素もしくはアルゴン雰囲気において、500〜580℃で2〜8時間アニールすることにより、アモルファスシリコンを結晶化せしめた。この際、ニッケルは、結晶化を促進する触媒として機能する。このようにして得た結晶性シリコン膜をエッチングして、島状シリコン領域を形成した。
【0038】
その後、プラズマCVD法によって、全面に酸化珪素膜を厚さ1000〜6000Å、例えば、3000Å形成した。そして、この酸化珪素膜をエッチングして、ドーピングのマスクを形成した。そして、Nチャネル型TFTを形成する領域をフォトレジストのマスクで覆った。
この状態でイオンドーピング法によって硼素イオンのドーピングをおこなった。ドーピングガスとして水素希釈したジボラン(B)を用いた。イオンの加速電圧は、5〜30kV、例えば、10kVとした。また、ドーズ量は1×1014〜6×1015原子/cm、例えば、2×1014原子/cmとした。こうして、P型不純物領域202、203を形成した。
【0039】
同様に、イオンドーピング法によって燐イオンのドーピングをおこなった。ドーピングガスは、水素希釈のフォスフィン(PH)をもちいた。イオンの加速電圧は、5〜30kV、例えば、10kVとした。また、ドーズ量は1×1014〜6×1015原子/cm、例えば、5×1014原子/cmとした。こうして、N型不純物領域201を形成した。
【0040】
次に、マスク201〜203を除去し、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜204を厚さ800〜1500Å、例えば、1200Å形成した。そして、KrFエキシマーレーザー(波長248nm)を照射することによって、ドーピングされた不純物の活性化とゲイト絶縁膜とシリコン領域の界面特性の改善をおこなった。レーザーのエネルギーとしては、250〜450mJ/cm、ショット数は、2〜50ショットが適当であった。また、レーザー照射時には、基板を250〜550℃に加熱すると、より効果的に活性化できた。
【0041】
エネルギー密度およびショット数は、シリコン膜に依存するので、用いるシリコン膜の密度、結晶化度、ドーピング量等の特性に合わせて、最適なものを選択すればよい。典型的には、燐がドープされたものでドーズ量が2×1014原子/cm、基板温度250℃、レーザーエネルギー300mJ/cmで500〜1000Ω/□のシート抵抗が得られた。なお、図から明らかなように、本実施例では、不純物領域と活性領域の境界もレーザーによって照射されるので、従来の作製プロセス(図4参照)で問題となった境界の部分の劣化による信頼性の低下は著しく減少した。
【0042】
なお、本実施例のようにニッケル等の触媒元素を用いて結晶化をおこなうとアモルファスシリコン状態のままの領域が取り残されることが観察されるのであるが、上記のレーザー照射の工程によって、これらの残留したアモルファスシリコン領域も完全に結晶化することができた。
また、本実施例において、ゲイト絶縁膜は、イオンドーピング工程の後で成膜されるため、ゲイト絶縁膜に過剰な水素が含まれることはなく、また、過剰な水素が存在した場合は、上記のレーザー照射の工程で除去できた。このため、特性変動(劣化)が抑制された。
この工程の後、再び、500〜600℃で熱アニールをおこなってもよい。(図2(A))
【0043】
その後、スパッタ法によって厚さ3000〜8000Å、例えば、5000Åのアルミニウム膜(0.1〜0.5重量%のスカンジウムを含有する)を成膜した。後の工程(多孔質陽極酸化物形成工程)において、アルミニウム膜とフォトレジストマスクとの密着性を高めるために、厚さ100〜300Å程度の陽極酸化膜をアルミニウム表面に形成してもよい。その場合は、アンモニアでpH=7前後に調整した1〜5%のクエン酸のエチレングリコール溶液中に基板を浸し、アルミニウム膜全体に5〜20Vの電圧を印加すればよい。
【0044】
次に、これをエッチングして、アルミニウムゲイト電極・配線205、206、207、208を形成した。この際、ゲイト電極・配線205、206、207は、いずれも不純物領域201、202、203に対して、1μm程度のオーバーラップとなるようにした。また、ゲイト配線208は、不純物領域上に形成されたため、TFTのゲイト電極としては機能せず、キャパシターの一方の電極として機能した。また、この状態で、ゲイト電極205、206は、ゲイト電極207、208とは完全に電気的に絶縁されている。なお、上記のパターニング・エッチング工程に用いたフォトレジストのマスク209、210、211、212は、そのまま残しておいた。(図2(B))
【0045】
そして、ゲイト電極・配線207、208に電解溶液中で電流を印加することによってゲイト電極の側面に多孔質の陽極酸化物213、214を形成した。この陽極酸化工程は、3〜20%のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性の水溶液を用いておこなった。この場合には、10〜30V程度の低電圧で0.5μm以上、例えば、2μmの厚い陽極酸化物を形成した。陽極酸化物の幅は陽極酸化時間に依存した。この際、ゲイト電極・配線205、206には電流が印加されなかったので陽極酸化はおこらなかった。(図2(C))
【0046】
この結果、当初、ゲイト電極205〜207は不純物領域に対して、いずれも1μm程度オーバーラップの状態であったのであるが、ゲイト電極207のみが陽極酸化によって、その表面が2μm後退してしまったために、一転して、1μmのオフセット状態となってしまった。このように、陽極酸化を利用することによって、安定してオフセット幅を制御することができる。
【0047】
その後、フォトレジストのマスク209〜212を剥離し、改めて、アクティブマトリクス回路以外の領域をフォトレジスト215で覆った。そして、ゲイト電極・配線212、213に電流を通じて陽極酸化をおこない、多孔質陽極酸化物213、214の内側とゲイト電極・配線207、208の上面に緻密なバリヤ型陽極酸化物(酸化アルミニウム)被膜216、217を厚さ1000〜2500Å形成した。陽極酸化は、アンモニアでpH=7前後に調整した1〜5%のクエン酸のエチレングリコール溶液中に基板を浸し、アクティブマトリクス回路の全てのゲイト配線を正極とし、印加する電圧を1〜5V/分で昇圧することによっておこなった。なお、アクティブマトリクス回路領域以外は、フォトレジスト215でマスクされており、また、アクティブマトリクス回路とは、電気的に絶縁されていたため、陽極酸化はおこなわれなかった。(図2(D))
【0048】
その後、フォトレジスト215を除去し、TEOSを材料ガスとしたプラズマCVD法によって層間絶縁物として酸化珪素膜218を厚さ2000〜1000Å、例えば、5000Å形成し、これにコンタクトホールを形成した。そして、厚さ5000Åのアルミニウム膜を形成し、これをエッチングして電極・配線219〜224を不純物領域やゲイト配線に形成した。図ではシリコン領域上のゲイト電極上にコンタクトが形成されている様子が示されているが、実際には、シリコン領域以外のゲイト配線上にコンタクトが形成される。(図2(E))
【0049】
最後に、パッシベーション膜として厚さ2000〜6000Å、例えば、3000Åの窒化珪素膜225をプラズマCVD法によって形成し、これと酸化珪素膜218をエッチングして、不純物領域203に対してコンタクトホールを形成した。そして、透明導電膜(例えば、インディウム錫酸化物膜)を形成し、これをエッチングして、画素電極226を形成した。(図2(F))
【0050】
以上の工程によって、Nチャネル型TFT227、Pチャネル型TFT228、229を形成することができた。また、TFT229に隣接して容量230(これはゲイト絶縁膜204を誘電体とする)も形成できた。本実施例では、TFT229はアクティブマトリクス回路の画素のスイッチング素子あるいはサンプリングTFTに用いられるTFTを表しており、TFT227、228はその他の論理回路に用いられるTFTを表している。
【0051】
図5は本実施例で示したTFTを用いて構成されるアクティブマトリクス回路とそのドライバー回路、その他の回路を基板504上に形成した場合のブロック図を示す。本実施例で示したTFT227、228はそのうちのX/Yデコーダー・ドライバーやCPU、各種メモリーの論理回路に使用される。一方、TFT229は、アクティブマトリクス回路の画素のスイッチングTFT501やドライバー回路のサンプリングTFT、各種メモリーのマトリクス素子として用いられる。また、容量230は、アクティブマトリクス回路の画素セル502の補助容量503や、各種メモリー回路の記憶素子い用いられる。
【0052】
〔実施例3〕 図3に本実施例を示す。まず、基板(コーニング7059)上に下地の酸化珪素膜を形成し、さらに、島状のアモルファスシリコン膜を厚さ300〜1000Å、例えば、500Å成膜した。そして、レーザー照射によってアモルファスシリコン膜の結晶化をおこなった。
【0053】
レーザーは、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を使用し、レーザーのエネルギー密度は、250〜450mJ/cmとした。レーザー照射の際、基板は、350〜450℃に加熱した。レーザーのショット数は、2〜10ショットとした。レーザーのエネルギー密度、ショット数、温度は、アモルファスシリコン膜の膜質に依存するので、膜質によって最適な値を選択すればよい。また、本実施例では、パルスレーザーを用いたが、アルゴンイオンレーザーのごとき連続発振レーザーを用いてもよい。このようにして得た結晶性シリコン膜をエッチングして、島状シリコン領域を形成した。
【0054】
その後、プラズマCVD法によって、全面に窒化珪素膜301を厚さ500Å堆積した。続いて、同じくプラズマCVD法によって、全面に酸化珪素膜を厚さ3000Å形成した。そして、この酸化珪素膜をエッチングして、ドーピングのマスク302、303、304を形成した。さらに、Nチャネル型TFTを形成する領域をフォトレジストのマスク305で覆った。
【0055】
この状態でイオンドーピング法によって硼素イオンのドーピングをおこなった。ドーピングガスとして水素希釈したジボラン(B)を用いた。イオンの加速電圧は、10〜50kV、例えば、20kVとした。窒化珪素膜301が存在する分だけ、加速電圧は、高くする必要がある。また、ドーズ量は1×1014〜6×1015原子/cm、例えば、3×1015原子/cmとした。こうして、P型不純物領域306、307を形成した。(図3(A))
【0056】
フォトレジストマスク305を除去した後、再び、イオンドーピング法によって燐イオンのドーピングをおこなった。ドーピングガスは水素希釈のフォスフィン(PH)をもちいた。イオンの加速電圧は、10〜50kV、例えば、20kVとした。また、ドーズ量は1×1014〜6×1015原子/cm、例えば、1×1015原子/cmとした。この際には、燐は全面に注入されたが、燐のドーズ量が先のドーピングの硼素のドーズ量よりも小さいので、先に形成されたP型不純物領域306、307の導電型は相変わらずP型であった。こうして、N型不純物領域309を形成した。(図3(B)))
【0057】
次に、フォトレジストマスク308およびマスク302〜304、窒化珪素膜301を除去し、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜310を厚さ800〜1500Å、例えば、1200Å形成した。そして、ハロゲンランプ光を瞬間的にを照射することによって、ドーピングされた不純物の活性化とゲイト絶縁膜とシリコン領域の界面特性の改善をおこなった。
【0058】
ランプから放射される光の強度は、モニターの単結晶シリコンウェハー上の温度が800〜1300℃、代表的には900〜1200℃の間にあるように調整した。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ熱電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフィードバックさせた。昇温は、一定で速度は50〜200℃/秒、降温は自然冷却で20〜100℃であった。
【0059】
特に、真性または実質的に真性の非晶質珪素は可視光、特に0.5μm未満の波長の光ではよく吸収され、光を熱に変換できるが、本発明の光は0.5〜4μmの波長の光を照射する。この波長は、結晶化させた真性または実質的に真性(燐またはホウ素が1017cm−3以下)の珪素膜に対し、有効に光を吸収し、熱に変換できる。また、10μm以上の波長の遠赤外光は、ガラス基板に吸収され、加熱されるが、4μm以下の波長が大部分の場合はガラスの加熱が極めて少ない。すなわち、結晶化された珪素膜をさらに結晶化させるには、0.5〜4μmの波長が有効である。
【0060】
なお、図から明らかなように、本実施例では、基板の上下から光を照射したので従来の作製プロセス(図4参照)で問題となった境界の部分の劣化による信頼性の低下は著しく減少した。(図3(C))
その後、500〜600℃の温度で、2〜48時間、例えば、550℃で4時間の熱アニールをおこなった。そして、スパッタ法によって厚さ3000〜8000Å、例えば、5000Åのアルミニウム膜(1〜5重量%のスカンジウムを含有する)を成膜し、これをエッチングして、アルミニウムゲイト電極・配線311、312、313、314を形成した。
【0061】
この際、実施例2と同様に、アクティブマトリクス回路以外の領域をフォトレジスト315で覆っって、ゲイト電極・配線313、314に電流を通じて陽極酸化をおこない、酸化アルミニウム被膜を厚さ1000〜2500Å、ゲイト電極・配線313、314の上面および側面にはバリヤ型の陽極酸化物被膜を形成した。
【0062】
また、この際、ゲイト電極・配線311、312は不純物領域309、306に対してオーバーラップとなるようにした。一方、ゲイト電極・配線303は、オフセットとなるようにしたが、実施例2とは異なって、不純物領域307の一方(画素電極を形成する方)は、オフセットとし、他方は、オーバーラップとなるようにした。また、ゲイト配線314は、不純物領域上に形成されたため、TFTのゲイト電極としては機能せず、キャパシターの一方の電極として機能した。(図3(D))
【0063】
その後、フォトレジスト315を除去し、TEOSを材料ガスとしたプラズマCVD法によって層間絶縁物として酸化珪素膜316を厚さ5000Å形成し、これにコンタクトホールを形成した。そして、厚さ5000Åのアルミニウム膜を形成し、これをエッチングして電極・配線317〜322を不純物領域やゲイト配線に形成した。(図3(E))
【0064】
最後に、パッシベーション膜として厚さ3000Åの窒化珪素膜323をプラズマCVD法によって形成し、これと酸化珪素膜316をエッチングして、不純物領域307に対してコンタクトホールを形成した。そして、透明導電膜(例えば、インディウム錫酸化物膜)を形成し、これをエッチングして、画素電極324を形成した。(図3(F))
【0065】
以上の工程によって、Nチャネル型TFT325、Pチャネル型TFT326、327を形成することができた。また、TFT327に隣接して容量328(これはゲイト絶縁膜310を誘電体とする)も形成できた。本実施例では、TFT327はアクティブマトリクス回路の画素のスイッチング素子あるいはサンプリングTFTに用いられるTFTを表しており、TFT325、326はその他の論理回路に用いられるTFTを表している。
【0066】
【発明の効果】
本発明によって、アルミニウムを主成分とする材料によってゲイト電極・配線を構成する不良の少ない薄膜半導体集積回路を形成することができた。本実施例によるTFTは、650℃以下の低温プロセスによるものでありながら、信頼性に優れ、劣化の程度の少ないものであった。具体的には、ソースを接地し、ドレインもしくはゲイトの一方もしくは双方に+20V以上、もしくは−20V以下の電位を加えた状態で10時間以上放置した場合でもトランジスタの特性には大きな影響はなかった。以上のように、本発明は工業上有益な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す。(実施例1参照)
【図2】本発明の実施例を示す。(実施例2参照)
【図3】本発明の実施例を示す。(実施例3参照)
【図4】従来の技術の例を示す。
【図5】本発明を用いた集積回路のブロック図を示す。
【符号の説明】
101・・・・・・・・・・・ 基板
102・・・・・・・・・・・ 下地酸化膜
103・・・・・・・・・・・ 島状半導体領域
104・・・・・・・・・・・ ドーピングマスク
105・・・・・・・・・・・ P型不純物領域
106・・・・・・・・・・・ ゲイト絶縁膜
108・・・・・・・・・・・ ゲイト電極
107、109・・・・・・・ ゲイト配線
110、111、112・・・ 陽極酸化物被膜
113・・・・・・・・・・・ 層間絶縁物
114・・・・・・・・・・・ 上部配線・電極
115・・・・・・・・・・・ 配線交差部
116・・・・・・・・・・・ パッシベーション膜
117・・・・・・・・・・・ 画素電極
118・・・・・・・・・・・ Pチャネル型TFT
119・・・・・・・・・・・ 容量
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device constituting a semiconductor integrated circuit having a thin film transistor formed over an insulating surface. In the present invention, the insulating surface refers to an insulating substrate, an insulating film formed thereon, or an insulating film formed on a semiconductor or metal material. The present invention particularly relates to an integrated circuit using a metal material mainly composed of aluminum as a gate electrode / wiring material, and includes a semiconductor integrated circuit such as an active matrix circuit used for a liquid crystal display or the like. How to make About.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a thin film transistor (TFT) has been manufactured using a self-alignment method (self-alignment method) with the aid of single crystal semiconductor integrated circuit technology. In this method, a gate electrode is formed on a semiconductor film via a gate insulating film, and impurities are introduced into the semiconductor film using the gate electrode as a mask. As a means for introducing impurities, a thermal diffusion method, an ion implantation method, a plasma doping method, or a laser doping method is used.
[0003]
Conventionally, a TFT uses silicon whose conductivity is increased by doping using a single crystal semiconductor integrated circuit technology as a gate electrode material. This has high heat resistance and was an ideal material for high temperature processing. However, in recent years, it has become clear that using silicon gates is not appropriate.
The first is that the conductivity is low. This has not been conspicuous in devices with a relatively small area until now, but as the liquid crystal display has increased in size, the active matrix circuit has also increased in size, and the design rule (the width of the gate wiring) has been deferred. Became prominent.
[0004]
The second problem is related to the substrate material. As the device becomes larger, the substrate material used is not an expensive material with high heat resistance such as quartz or silicon wafer, but Corning 7059 glass or NH techno. It has become necessary to use inexpensive materials that are inexpensive but inferior in heat resistance, such as glass silicate glass such as NA-35 and NA-45. Since the heat treatment of at least 650 ° C. is necessary for forming the silicon gate, it is not appropriate to use such a material as a substrate.
[0005]
Because of these problems, it has been necessary to use aluminum gate instead of silicon gate. In this case, pure aluminum may be used, but since the heat resistance is extremely inferior, usually a small amount of a material such as silicon, copper, or scandium (Sc) is added. Nevertheless, since aluminum has a problem in terms of heat resistance, for example, thermal annealing cannot be used for activation of impurities after a doping process using accelerated ions such as ion implantation, as in laser irradiation. Light annealing was used. Even at that time, the light intensity, etc., to be irradiated so that the aluminum gate was not damaged by the light irradiation was severely restricted.
[0006]
Aluminum with a mirror surface itself reflects light over a wide wavelength range from ultraviolet to infrared. For example, in flash lamp annealing, the duration of light irradiation is long, so the light absorbed by the silicon film, etc. The temperature of the silicon film increased, and it was transferred to the aluminum by heat conduction, and the aluminum melted and deformed. Similar problems occur with laser annealing and with continuous-wave laser irradiation. In the case of irradiation with an extremely short pulsed laser, the light absorbed by the silicon film was used only for annealing the silicon film, and aluminum could be used without increasing the temperature.
[0007]
FIG. 4 shows a manufacturing process of a thin film transistor having an aluminum gate based on the above idea. First, a base insulating film 402 is deposited over a substrate 401, and island-shaped crystalline semiconductor regions 403 and 404 are formed. Then, an insulating film 405 functioning as a gate insulating film is formed so as to cover this. (Fig. 4 (A))
[0008]
Then, the gate electrodes / wirings 406 and 407 are formed using a material mainly composed of aluminum. (Fig. 4 (B))
Next, an impurity (for example, phosphorus (P) or boron (B)) is implanted in a self-aligned manner by means such as ion implantation or ion doping using the gate electrodes / wirings 406 and 407 as a mask, thereby forming an impurity region. 408 and 409 are formed. Here, since phosphorus is implanted into the impurity region 408 and boron is implanted into the impurity region 408, the former is assumed to be N-type and the latter is assumed to be P-type. (Fig. 4 (C))
[0009]
Thereafter, the region into which the impurity is introduced is activated by irradiating a pulse laser beam from the upper surface. (Fig. 4 (D))
Finally, an interlayer insulator 411 is deposited, contact holes are formed in the respective impurity regions, and electrodes / wirings 412 to 416 connected thereto are formed, thereby completing the thin film transistor. (Fig. 4 (E))
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method described above, the boundary between the impurity region and the channel formation region (the portion sandwiched between the impurity regions in the semiconductor region immediately below the gate electrode) (for example, indicated by 410 in FIG. 4D) is Since it was not subjected to sufficient treatment in the process, it was found that it was electrically unstable, and problems such as an increase in leakage current occurred when used for a long time, resulting in a decrease in reliability.
That is, as is apparent from the process, after the gate electrode is formed, impurities are not introduced and laser irradiation is not performed, so that the crystallinity of the channel formation region is not substantially changed.
[0011]
On the other hand, the impurity region adjacent to the channel formation region initially has the same crystallinity as the channel formation region, but the crystallinity is destroyed in the process of impurity introduction. The impurity region is recovered by a later laser irradiation process, but it is difficult to reproduce the same state as the original crystallinity, and in particular, the portion of the impurity region that contacts the active region may become a shadow during laser irradiation. Highly active and cannot be fully activated. That is, the crystallinity of the impurity region and the active region is discontinuous, so that trap levels are likely to occur. In particular, when a method of irradiating high-speed ions is adopted as an impurity introduction method, the impurity ions wrap around under the gate electrode portion due to scattering and destroy the crystallinity of that portion. The area under the gate electrode portion cannot be activated by a laser or the like, with the gate electrode portion being a shadow.
[0012]
The same applies to the gate insulating film. That is, the gate insulating film on the channel formation region maintains the initial state, whereas the gate insulating film on the impurity region changes greatly due to the process of impurity introduction, laser irradiation, etc. Many trap levels were generated.
[0013]
One method for solving this problem is to activate by irradiating with light such as laser from the back side. In this method, since the gate wiring is not shaded, the boundary between the active region and the impurity region is sufficiently activated. However, in this case, it is necessary for the substrate material to transmit light, and it is difficult for many glass substrates to transmit ultraviolet light of 300 nm or less. For example, a KrF excimer laser (wavelength excellent in mass productivity) 248 nm) is not available.
[0014]
Further, in such a laser irradiation process, although aluminum is instantaneous, it is heated to a high temperature to cause an abnormal growth (hillock) of aluminum crystals. In particular, the abnormal growth in the vertical direction caused a short circuit with the upper wiring.
In addition, there is another problem when the ion doping method is used as the impurity doping method. The ion doping method refers to a gas containing impurities to be doped (for example, phosphine (PH for PH). 3 ), Diborane (B 2 H 6 )) Is discharged, and the generated ions are extracted and irradiated at a high voltage.
[0015]
This method is simpler than the ion implantation method and is suitable for large-area processing, but does not separate the mass, so that various ions are irradiated. In particular, hydrogen ions are irradiated in a very large amount, both atomic and molecular. When such hydrogen ions are present in the gate insulating film in the vicinity of the gate electrode (the gate insulating film above the region 410 in FIG. 4), the characteristics are changed by voltage application. In particular, the method shown in FIG. 4 has a problem in that it cannot perform a treatment for sufficiently releasing hydrogen injected into the gate insulating film.
[0016]
The present invention has been made in view of such problems, and proposes a method of manufacturing a highly reliable thin film transistor by achieving continuity of crystallinity between an active region and an impurity region. It is an object to propose a high-performance thin film semiconductor integrated circuit in which various thin film transistors are integrated.
[0017]
[Means for solving problems]
The present invention activates not only the impurity region and the gate insulating film but also the channel formation region by a thermal annealing treatment or a light annealing treatment that irradiates light energy emitted from a powerful light source such as a laser or a flash lamp. To solve the above problem.
[0018]
The basic configuration of the present invention is as follows. First, a material functioning as a mask for forming an impurity region is formed over an island-shaped semiconductor region having crystallinity, and a doping impurity is introduced into the semiconductor film by means of ion doping or the like using the material as a mask. . The material to be used as a mask is an insulating material containing an organic material such as polyimide or silicon oxide or silicon nitride, and the conductive material is a metal such as aluminum, tantalum, or titanium, or nitride. Conductive metal nitrides such as tantalum and titanium nitride are preferred. When it is desired to avoid direct contact between the semiconductor region and the mask, a silicon oxide or silicon nitride film may be formed therebetween.
[0019]
Next, the mask is removed, and an insulating film functioning as a gate insulating film is formed. Thereafter, thermal annealing or light annealing treatment improves not only the activation of the doped impurities, but also the interface characteristics between the gate insulating film and the channel forming region and the characteristics between the channel forming region and the impurity region. In this case, light annealing alone or heat annealing alone or light annealing and heat annealing may be used in combination.
In the thermal annealing treatment, the annealing temperature is set to 650 ° C. or lower. In addition, when a laser is used in the optical annealing treatment, various excimer lasers such as a KrF laser (wavelength 248 nm), a XeCl laser (308 nm), an ArF laser (193 nm), a XeF laser (353 nm), an Nd: YAG laser ( 1064 nm) and the second, third, and fourth harmonics thereof, a carbon dioxide laser, an argon ion laser, a copper vapor laser, and the like may be used.
[0020]
Incoherent light sources are also inexpensive and easy to use. For example, a xenon lamp, a krypton arc lamp, a halogen lamp, and the like. In these light treatments, not only irradiation from the upper side of the semiconductor region but also irradiation from the back surface can be performed from both the upper and back surfaces.
In addition, in these thermal annealing or optical annealing treatments, an atmosphere containing a halogen element (an atmosphere containing hydrogen chloride, chlorine, ethylene trichloride, hydrogen fluoride, fluorine, nitrogen trifluoride, etc.) or an oxidizing atmosphere It is effective when performed in an atmosphere containing oxygen, various nitrogen oxides, ozone, or the like.
[0021]
When forming the gate electrode, the relationship between the gate electrode and the impurity region can be either an offset gate or an overlap gate. If the offset gate is used, the leakage current of the TFT can be reduced. However, in the case of the offset gate, since the current when the TFT is turned on is small, it is disadvantageous in terms of operation speed. Therefore, the offset gate is usually used only for the switching TFT and sampling TFT of the pixel of the active matrix circuit. Other logic circuits should have a slight overlap gate. Overlap gates are disadvantageous in high-speed operation because of the presence of parasitic capacitance, but there is no problem in driving as much as an active matrix circuit.
[0022]
If all or part of the gate electrodes / wirings thus formed are anodized on the top and side surfaces to form an aluminum oxide film having a high withstand voltage, a short circuit with the upper wiring can be prevented. . In particular, in an active matrix circuit having many wiring crossings, if an anodized film is formed on the upper surface in this way, an interlayer short circuit can be prevented. Further, since aluminum oxide has a high dielectric constant, a capacitor (capacitor) can be formed between the upper wiring and the upper wiring. Anodization is usually performed electrochemically in an electrolytic solution, but it goes without saying that it may be performed in a reduced-pressure plasma atmosphere as in the known plasma anodization method.
[0023]
[Action]
In the present invention, when performing thermal annealing or optical annealing for activating the doped impurities, the gate electrode / wiring is not formed. Therefore, the conventional self-aligned doping as shown in FIG. In comparison, the allowable range of thermal annealing and optical annealing is widened. For example, it becomes possible to use thermal annealing or flash lamp annealing that could not be used in the prior art.
In the thermal annealing process, the impurity region, the channel formation region, and the gate insulating film are heated evenly, so that no discontinuity occurs at the boundary between them. Similarly, even in the case of the optical annealing treatment, there is no discontinuity due to the shadow because there is no gate electrode.
[0024]
Further, when light annealing or thermal annealing is performed in an atmosphere containing halogen or an oxidizing atmosphere, an effect of substituting hydrogen atoms remaining in the gate insulating film or the semiconductor region is recognized. A high electric field is generated in the gate insulating film and the channel formation region, and if hydrogen atoms exist in the form of silicon-hydrogen or oxygen-hydrogen at that time, the hydrogen is released by the electric field, resulting in a change in characteristics over time. . When halogen, particularly fluorine or chlorine, is present instead of hydrogen, the silicon-halogen and oxygen-halogen bond is very strong and does not easily dissociate, thus stabilizing the characteristics.
[0025]
In addition, when ion doping is used as an impurity doping means, ion doping is performed without the gate insulating film, so that hydrogen ions are not implanted into the gate insulating film, and extremely stable characteristics are obtained. can get.
Further, in a circuit having an intersection, if the upper surface and side surfaces of the gate electrode are anodized, a short circuit with the upper wiring due to generation of hillocks can be prevented. In particular, it is a feature of aluminum that an anodic oxide film having a high electrical withstand voltage can be obtained, which is a feature that cannot be achieved by conventional silicon gates.
[0026]
【Example】
Example 1 FIG. 1 shows this example. This embodiment shows a process of forming a thin film transistor circuit having an intersection on an insulating substrate. The substrate 101 is a glass substrate, for example, a non-alkali borosilicate glass substrate such as Corning 7059. A silicon oxide film 102 was deposited thereon as a base oxide film. As a deposition method of the silicon oxide film, for example, a sputtering method or a chemical vapor deposition method (CVD method) can be used. Here, a film was formed by a plasma CVD method using TEOS (tetra-ethoxy-silane) and oxygen as material gases. The substrate temperature was 200 to 400 ° C. The thickness of the underlying silicon oxide film was 500 to 2000 mm.
[0027]
Next, an amorphous silicon film was deposited. As a method for depositing the amorphous silicon film, a plasma CVD method or a low pressure CVD method is used. Here, monosilane (SiH 4 ) As a material gas, an amorphous silicon film was deposited by plasma CVD. The thickness of the amorphous silicon film was 1000-15000 mm. Then, this film was crystallized by annealing at 600 ° C. for 72 hours. The crystalline silicon film thus obtained was etched to form island silicon regions 103.
[0028]
Thereafter, a silicon nitride film having a thickness of 1000 to 6000 mm, for example, 3000 mm, was formed on the entire surface by plasma CVD. This thickness is chosen to be sufficient to function as a mask during doping. Then, the silicon nitride film was etched to form a doping mask 104. (Fig. 1 (A))
[0029]
In this state, boron ions were doped by an ion doping method. This is diborane (B 2 H 6 The ions obtained by discharging a gas diluted with hydrogen are extracted at a high voltage and irradiated onto the substrate. The accelerating voltage of ions is changed depending on the thickness of the silicon region. Typically, 10 to 30 kV is appropriate when the silicon region is 1000 mm. In this embodiment, the voltage is 20 kV. Also, the dose amount is 1 × 10 14 ~ 6 × 10 15 Atom / cm 2 For example, 5 × 10 14 Atom / cm 2 It was. Thus, the P-type impurity region 105 was formed. Incidentally, the range of the impurity region shown in the figure is nominal, and it goes without saying that there is actually a wraparound due to ion scattering or the like. (Fig. 1 (B))
[0030]
Next, the photoresist mask 104 was removed, and a silicon oxide film 106 functioning as a gate insulating film was formed to a thickness of 800 to 1500 mm, for example, 1200 mm. Here, the same manufacturing method as that of the base silicon oxide film 102 is employed. Then, annealing was performed at 600 ° C. for 12 to 48 hours, for example, 24 hours, thereby activating the doped impurities and improving the interface characteristics between the gate insulating film and the silicon region. In this step, excess hydrogen could be released from the gate insulating film 106. (Figure 1 (C))
[0031]
Thereafter, an aluminum film (containing 1 to 5% by weight of silicon) having a thickness of 3000 to 8000 mm, for example, 5000 mm is formed by sputtering, and this is etched to form aluminum gate electrodes / wirings 107, 108, and 109. Formed. At this time, the gate electrode 108 was offset. The offset width x was set to 0.3 to 2 μm. Further, since the gate wiring 109 was formed on the impurity region, it did not function as the gate electrode of the TFT but functioned as one electrode of the capacitor. Further, the gate wiring 107 is electrically connected to the other gate electrodes / wirings 108 and 109. (Figure 1 (D))
[0032]
Then, the gate electrodes / wirings 107 to 109 were subjected to anodic oxidation through current, and dense anodic oxide (aluminum oxide) films 110, 111, and 112 were formed on the surfaces and side surfaces thereof to a thickness of 1000 to 2500 mm. In anodic oxidation, the substrate is immersed in an ethylene glycol solution of 1 to 5% citric acid adjusted to about pH = 7 with ammonia, all the gate wirings of the active matrix circuit are used as positive electrodes, and the applied voltage is 1 to 5 V / This was done by boosting in minutes.
[0033]
The anodic oxide film thus formed is referred to as a barrier type anodic oxide and has an excellent breakdown voltage. As the breakdown voltage, 80% of the maximum applied voltage is guaranteed. Since the anodic oxide on the gate electrode is for preventing a short circuit with the upper wiring, an appropriate thickness may be selected for that purpose. In addition, since the side surface of the gate electrode is retracted by this anodic oxidation step, the offset width is slightly expanded to y (> x). (Figure 1 (E))
[0034]
Thereafter, a silicon oxide film 113 having a thickness of 2000 to 10,000 mm, for example, 5000 mm was formed as an interlayer insulator by plasma CVD using TEOS as a material gas, and contact holes were formed in the silicon oxide film 113. Then, a multilayer film of a material such as a metal, for example, a titanium nitride film having a thickness of 1000 mm and an aluminum film having a thickness of 5000 mm was formed, and this was etched to form an electrode / wiring 114 in the impurity region. The upper wiring 114 intersects with the gate wiring 107 as shown in the figure. However, since the intersection 115 includes the anodic oxide 110 in addition to the interlayer insulator 113, defects such as upper and lower shorts are suppressed. (Fig. 1 (F))
[0035]
Finally, a silicon nitride film 116 having a thickness of 2000 to 6000 mm, for example, 3000 mm, is formed as a passivation film by plasma CVD, and this and the silicon oxide film 113 are etched to form a contact hole for the impurity region 105. . Then, a transparent conductive film (for example, indium tin oxide film) was formed and etched to form a pixel electrode 117. (Fig. 1 (G))
[0036]
Through the above steps, a P-channel TFT 118 having an offset gate structure could be formed. In addition, a capacitor 119 (which has the gate insulating film 106 as a dielectric) can be formed adjacent to the TFT 118. In this embodiment, a TFT 118 represents a TFT used as a switching element or a sampling TFT of a pixel of an active matrix circuit.
[0037]
Embodiment 2 FIG. 2 shows this embodiment. This example is the same as Example 1 up to the doping step, except that a catalyst element for promoting crystallization is added at the time of crystallization of amorphous silicon. Therefore, the steps up to the doping step are shown in FIG. See and (B).
First, an amorphous silicon film having a thickness of 300 to 1000 mm, for example, 500 mm, was formed on a substrate on which a base oxide film was formed in the same manner as in Example 1. Then, after forming a thin nickel acetate film or nickel film on the surface, amorphous silicon was crystallized by annealing at 500 to 580 ° C. for 2 to 8 hours in a nitrogen or argon atmosphere. At this time, nickel functions as a catalyst for promoting crystallization. The crystalline silicon film thus obtained was etched to form island silicon regions.
[0038]
Thereafter, a silicon oxide film having a thickness of 1000 to 6000 mm, for example, 3000 mm, was formed on the entire surface by plasma CVD. Then, this silicon oxide film was etched to form a doping mask. The region for forming the N-channel TFT was covered with a photoresist mask.
In this state, boron ions were doped by an ion doping method. Diborane diluted with hydrogen as a doping gas (B 2 H 6 ) Was used. The acceleration voltage of ions was 5 to 30 kV, for example, 10 kV. The dose is 1 × 10 14 ~ 6 × 10 15 Atom / cm 2 For example, 2 × 10 14 Atom / cm 2 It was. Thus, P-type impurity regions 202 and 203 were formed.
[0039]
Similarly, phosphorus ions were doped by an ion doping method. The doping gas is hydrogen diluted phosphine (PH 3 ). The acceleration voltage of ions was 5 to 30 kV, for example, 10 kV. The dose is 1 × 10 14 ~ 6 × 10 15 Atom / cm 2 For example, 5 × 10 14 Atom / cm 2 It was. In this way, an N-type impurity region 201 was formed.
[0040]
Next, the masks 201 to 203 were removed, and a silicon oxide film 204 functioning as a gate insulating film was formed to a thickness of 800 to 1500 mm, for example, 1200 mm. Then, irradiation with a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) activated the doped impurities and improved the interface characteristics between the gate insulating film and the silicon region. The energy of the laser is 250 to 450 mJ / cm. 2 The appropriate number of shots was 2 to 50 shots. Further, when the substrate was heated to 250 to 550 ° C. during laser irradiation, it could be activated more effectively.
[0041]
Since the energy density and the number of shots depend on the silicon film, an optimum one may be selected in accordance with characteristics such as the density, crystallinity, and doping amount of the silicon film to be used. Typically, phosphorus is doped with a dose of 2 × 10 14 Atom / cm 2 , Substrate temperature 250 ° C, laser energy 300mJ / cm 2 A sheet resistance of 500 to 1000 Ω / □ was obtained. As is apparent from the figure, in this embodiment, the boundary between the impurity region and the active region is also irradiated by the laser, so that the reliability due to the deterioration of the boundary portion which has become a problem in the conventional manufacturing process (see FIG. 4). Sexual decline was significantly reduced.
[0042]
It should be noted that when crystallization is performed using a catalyst element such as nickel as in this example, it is observed that regions in an amorphous silicon state are left behind. The remaining amorphous silicon region could be completely crystallized.
In this embodiment, since the gate insulating film is formed after the ion doping process, the gate insulating film does not contain excessive hydrogen, and if excessive hydrogen is present, It was removed by the laser irradiation process. For this reason, characteristic variation (deterioration) was suppressed.
After this step, thermal annealing may be performed again at 500 to 600 ° C. (Fig. 2 (A))
[0043]
Thereafter, an aluminum film (containing 0.1 to 0.5% by weight of scandium) having a thickness of 3000 to 8000 mm, for example, 5000 mm was formed by sputtering. In a later step (porous anodic oxide forming step), an anodic oxide film having a thickness of about 100 to 300 mm may be formed on the aluminum surface in order to improve the adhesion between the aluminum film and the photoresist mask. In that case, the substrate may be immersed in an ethylene glycol solution of 1 to 5% citric acid adjusted to about pH = 7 with ammonia, and a voltage of 5 to 20 V may be applied to the entire aluminum film.
[0044]
Next, this was etched to form aluminum gate electrodes / wirings 205, 206, 207 and 208. At this time, the gate electrodes / wirings 205, 206, and 207 are all overlapped with the impurity regions 201, 202, and 203 by about 1 μm. Further, since the gate wiring 208 was formed on the impurity region, it did not function as the gate electrode of the TFT but functioned as one electrode of the capacitor. In this state, the gate electrodes 205 and 206 are completely electrically insulated from the gate electrodes 207 and 208. The photoresist masks 209, 210, 211, and 212 used in the patterning / etching process were left as they were. (Fig. 2 (B))
[0045]
Then, porous anodic oxides 213 and 214 were formed on the side surfaces of the gate electrode by applying a current to the gate electrodes / wirings 207 and 208 in an electrolytic solution. This anodizing step was performed using 3 to 20% of an acidic aqueous solution of citric acid or succinic acid, phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid or the like. In this case, a thick anodic oxide of 0.5 μm or more, for example, 2 μm, was formed at a low voltage of about 10 to 30V. The width of the anodic oxide depended on the anodic oxidation time. At this time, no current was applied to the gate electrodes / wirings 205 and 206, so no anodic oxidation occurred. (Fig. 2 (C))
[0046]
As a result, the gate electrodes 205 to 207 initially overlap each other by about 1 μm with respect to the impurity region. However, only the gate electrode 207 is retreated by 2 μm due to anodic oxidation. In other words, the offset state was 1 μm. Thus, the offset width can be controlled stably by utilizing anodization.
[0047]
Thereafter, the photoresist masks 209 to 212 were removed, and the region other than the active matrix circuit was covered with the photoresist 215 again. Then, the gate electrodes / wirings 212 and 213 are anodized through current, and a dense barrier type anodic oxide (aluminum oxide) coating is formed on the inside of the porous anodic oxides 213 and 214 and the upper surfaces of the gate electrodes / wirings 207 and 208. 216 and 217 were formed with a thickness of 1000 to 2500 mm. In anodization, the substrate is immersed in an ethylene glycol solution of 1 to 5% citric acid adjusted to about pH = 7 with ammonia, all the gate wirings of the active matrix circuit are used as positive electrodes, and the applied voltage is 1 to 5 V / This was done by boosting in minutes. It should be noted that the areas other than the active matrix circuit area were masked with a photoresist 215 and were electrically insulated from the active matrix circuit, so that anodization was not performed. (Fig. 2 (D))
[0048]
Thereafter, the photoresist 215 was removed, and a silicon oxide film 218 having a thickness of 2000 to 1000 例 え ば, for example, 5000 と し て was formed as an interlayer insulator by plasma CVD using TEOS as a material gas, and a contact hole was formed in this. Then, an aluminum film having a thickness of 5000 mm was formed, and this was etched to form electrodes / wirings 219 to 224 in the impurity region and the gate wiring. Although the figure shows a state in which a contact is formed on the gate electrode on the silicon region, in practice, a contact is formed on the gate wiring other than the silicon region. (Figure 2 (E))
[0049]
Finally, a silicon nitride film 225 having a thickness of 2000 to 6000 mm, for example, 3000 mm, is formed as a passivation film by plasma CVD, and this and the silicon oxide film 218 are etched to form a contact hole in the impurity region 203. . Then, a transparent conductive film (for example, an indium tin oxide film) was formed and etched to form a pixel electrode 226. (Fig. 2 (F))
[0050]
Through the above steps, an N-channel TFT 227 and P-channel TFTs 228 and 229 can be formed. Further, a capacitor 230 (which has the gate insulating film 204 as a dielectric) can be formed adjacent to the TFT 229. In this embodiment, the TFT 229 represents a TFT used for a pixel switching element or a sampling TFT of an active matrix circuit, and the TFTs 227 and 228 represent TFTs used for other logic circuits.
[0051]
FIG. 5 shows a block diagram in the case where an active matrix circuit constituted by using the TFT shown in this embodiment, a driver circuit thereof, and other circuits are formed on a substrate 504. The TFTs 227 and 228 shown in this embodiment are used for logic circuits of the X / Y decoder / driver, CPU, and various memories. On the other hand, the TFT 229 is used as a pixel switching TFT 501 of an active matrix circuit, a sampling TFT of a driver circuit, and matrix elements of various memories. The capacitor 230 is used as an auxiliary capacitor 503 of the pixel cell 502 of the active matrix circuit or a storage element of various memory circuits.
[0052]
Example 3 This example is shown in FIG. First, a base silicon oxide film was formed on a substrate (Corning 7059), and an island-shaped amorphous silicon film was formed to a thickness of 300 to 1000 mm, for example, 500 mm. Then, the amorphous silicon film was crystallized by laser irradiation.
[0053]
The laser uses a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec), and the energy density of the laser is 250 to 450 mJ / cm. 2 It was. During the laser irradiation, the substrate was heated to 350 to 450 ° C. The number of laser shots was 2 to 10 shots. Since the energy density, the number of shots, and the temperature of the laser depend on the film quality of the amorphous silicon film, optimal values may be selected depending on the film quality. In this embodiment, a pulse laser is used, but a continuous wave laser such as an argon ion laser may be used. The crystalline silicon film thus obtained was etched to form island silicon regions.
[0054]
Thereafter, a 500 nm thick silicon nitride film 301 was deposited on the entire surface by plasma CVD. Subsequently, a silicon oxide film having a thickness of 3000 mm was formed on the entire surface by plasma CVD. Then, this silicon oxide film was etched to form doping masks 302, 303, and 304. Further, a region for forming the N-channel TFT was covered with a photoresist mask 305.
[0055]
In this state, boron ions were doped by an ion doping method. Diborane diluted with hydrogen as a doping gas (B 2 H 6 ) Was used. The acceleration voltage of ions was 10 to 50 kV, for example, 20 kV. The acceleration voltage needs to be increased as much as the silicon nitride film 301 exists. The dose is 1 × 10 14 ~ 6 × 10 15 Atom / cm 2 For example, 3 × 10 15 Atom / cm 2 It was. Thus, P-type impurity regions 306 and 307 were formed. (Fig. 3 (A))
[0056]
After removing the photoresist mask 305, phosphorus ions were doped again by an ion doping method. The doping gas is hydrogen diluted phosphine (PH 3 ). The acceleration voltage of ions was 10 to 50 kV, for example, 20 kV. The dose is 1 × 10 14 ~ 6 × 10 15 Atom / cm 2 For example, 1 × 10 15 Atom / cm 2 It was. At this time, phosphorus was implanted into the entire surface. However, since the dose amount of phosphorus is smaller than the dose amount of boron in the previous doping, the conductivity type of the P-type impurity regions 306 and 307 formed earlier is still P.sub.2. It was a mold. In this way, an N-type impurity region 309 was formed. (Fig. 3 (B))
[0057]
Next, the photoresist mask 308 and the masks 302 to 304 and the silicon nitride film 301 were removed, and a silicon oxide film 310 functioning as a gate insulating film was formed to a thickness of 800 to 1500 mm, for example, 1200 mm. Then, by instantaneously irradiating the halogen lamp light, the doped impurities were activated and the interface characteristics between the gate insulating film and the silicon region were improved.
[0058]
The intensity of light emitted from the lamp was adjusted so that the temperature on the single crystal silicon wafer of the monitor was between 800 and 1300 ° C, typically between 900 and 1200 ° C. Specifically, the temperature of the thermocouple embedded in the silicon wafer was monitored, and this was fed back to the infrared light source. The temperature increase was constant, the speed was 50 to 200 ° C./second, and the temperature decrease was 20 to 100 ° C. by natural cooling.
[0059]
In particular, intrinsic or substantially intrinsic amorphous silicon is well absorbed by visible light, particularly light with a wavelength of less than 0.5 μm, and can convert light into heat, but the light of the present invention is 0.5-4 μm. Irradiate light of wavelength. This wavelength can be crystallized intrinsic or substantially intrinsic (phosphorus or boron is 10 17 cm -3 Can effectively absorb light and convert it into heat. Further, far-infrared light having a wavelength of 10 μm or more is absorbed by the glass substrate and heated, but when the wavelength of 4 μm or less is most, heating of the glass is extremely small. That is, a wavelength of 0.5 to 4 μm is effective for further crystallizing the crystallized silicon film.
[0060]
As is clear from the figure, in this example, since light was irradiated from above and below the substrate, the decrease in reliability due to the deterioration of the boundary portion that was a problem in the conventional manufacturing process (see FIG. 4) was significantly reduced. did. (Figure 3 (C))
Thereafter, thermal annealing was performed at a temperature of 500 to 600 ° C. for 2 to 48 hours, for example, at 550 ° C. for 4 hours. Then, an aluminum film (containing 1 to 5% by weight of scandium) having a thickness of 3000 to 8000 mm, for example, 5000 mm is formed by sputtering, and this is etched to form aluminum gate electrodes / wirings 311, 312, 313. 314 was formed.
[0061]
At this time, as in Example 2, the region other than the active matrix circuit was covered with the photoresist 315, and the gate electrodes / wirings 313 and 314 were anodized through current, and the aluminum oxide film had a thickness of 1000 to 2500 mm, Barrier-type anodic oxide films were formed on the top and side surfaces of the gate electrodes / wirings 313 and 314.
[0062]
At this time, the gate electrodes / wirings 311 and 312 overlap with the impurity regions 309 and 306. On the other hand, the gate electrode / wiring 303 is offset, but unlike the second embodiment, one of the impurity regions 307 (the one that forms the pixel electrode) is offset and the other is the overlap. I did it. Further, since the gate wiring 314 was formed on the impurity region, it did not function as the gate electrode of the TFT but functioned as one electrode of the capacitor. (Fig. 3 (D))
[0063]
Thereafter, the photoresist 315 was removed, and a silicon oxide film 316 having a thickness of 5000 mm was formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method using TEOS as a material gas, and a contact hole was formed therein. Then, an aluminum film having a thickness of 5000 mm was formed and etched to form electrodes / wirings 317 to 322 in the impurity region and the gate wiring. (Figure 3 (E))
[0064]
Finally, a silicon nitride film 323 having a thickness of 3000 mm was formed as a passivation film by plasma CVD, and this and the silicon oxide film 316 were etched to form a contact hole in the impurity region 307. Then, a transparent conductive film (for example, indium tin oxide film) was formed and etched to form a pixel electrode 324. (Fig. 3 (F))
[0065]
Through the above steps, an N-channel TFT 325 and P-channel TFTs 326 and 327 can be formed. In addition, a capacitor 328 (which has the gate insulating film 310 as a dielectric) can be formed adjacent to the TFT 327. In this embodiment, the TFT 327 represents a TFT used for a pixel switching element or a sampling TFT of an active matrix circuit, and the TFTs 325 and 326 represent TFTs used for other logic circuits.
[0066]
【The invention's effect】
According to the present invention, it was possible to form a thin film semiconductor integrated circuit with few defects that constitutes a gate electrode / wiring with a material mainly composed of aluminum. Although the TFT according to this example is based on a low-temperature process of 650 ° C. or less, it has excellent reliability and has little deterioration. Specifically, even when the source was grounded and left for 10 hours or more with a potential of +20 V or more or −20 V or less applied to one or both of the drain and gate, the transistor characteristics were not significantly affected. As described above, the present invention is an industrially useful invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. (See Example 1)
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. (See Example 2)
FIG. 3 shows an embodiment of the present invention. (See Example 3)
FIG. 4 shows an example of a conventional technique.
FIG. 5 shows a block diagram of an integrated circuit using the present invention.
[Explanation of symbols]
101 ..... PCB
102 .... Base oxide film
103 ... Island-like semiconductor region
104 ..... Doping mask
105 ... P-type impurity region
106 ..... Gate insulating film
108 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Gate electrode
107, 109 ... Gate wiring
110, 111, 112 ... anodic oxide coating
113 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Interlayer insulator
114 ... upper wiring and electrodes
115 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Wiring intersection
116 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Passivation film
117 ..... Pixel electrode
118 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ P-channel TFT
119 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Capacity

Claims (3)

絶縁表面上にアモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜上にニッケルを含む膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜をアニール処理して、結晶性シリコン膜を形成し、
前記結晶性シリコン膜をパターニングして、第1の結晶性シリコン膜、第2の結晶性シリコン膜、および第3の結晶性シリコン膜を形成し、
前記第1の結晶性シリコン膜、第2の結晶性シリコン膜、および第3の結晶性シリコン膜に第1のマスク、第2のマスク、および第3のマスクをそれぞれ形成し、
前記第1のマスクによって前記第1の結晶性シリコン膜の一部にN型の不純物を添加し、
前記第2のマスクおよび第3のマスクによって前記第2の結晶性シリコン膜および第3の結晶性シリコン膜の一部にP型の不純物を添加し、
前記第1のマスク、第2のマスク、および第3のマスクを除去し、
前記第1の結晶性シリコン膜、第2の結晶性シリコン膜、および第3の結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記N型不純物が添加された第1の結晶性シリコン膜、前記P型不純物が添加された第2の結晶性シリコン膜第3の結晶性シリコン膜、および前記ゲート絶縁膜をアニール処理し、
前記ゲート絶縁膜を介して、第1の結晶性シリコン膜上方に第1のゲート電極と、第2の結晶性シリコン膜上方に第2のゲート電極と、前記第3の結晶性シリコン膜上方に互いに絶縁された第3のゲート電極およびゲート配線と、を形成し、
前記第1のゲート電極は、第1の結晶性シリコン膜のうち前記N型の不純物を添加した領域と前記ゲート絶縁膜を介して重なっており、
前記第2のゲート電極は、第2の結晶性シリコン膜のうち前記P型の不純物を添加した領域と前記ゲート絶縁膜を介して重なっており、
前記第3のゲート電極は、第3の結晶性シリコン膜のうち前記P型の不純物を添加した領域と前記ゲート絶縁膜を介して重なっておらず、
前記ゲート配線、前記ゲート絶縁膜、および第3の結晶性シリコン膜のうち前記P型の不純物が添加された領域によって、補助容量が形成され、
前記第1の結晶性シリコン膜、ゲート絶縁膜、第1のゲート電極を有する第1の薄膜トランジスタ、および前記第2の結晶性シリコン膜、ゲート絶縁膜、第2のゲート電極を有する第2の薄膜トランジスタによって、論理回路が形成され、 前記第3の結晶性シリコン膜、ゲート絶縁膜、第3のゲート電極を有する第3の薄膜トランジスタによって、画素のスイッチング素子が形成されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
An amorphous silicon film is formed on the insulating surface,
Forming a film containing nickel on the amorphous silicon film;
Annealing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film;
Patterning the crystalline silicon film to form a first crystalline silicon film, a second crystalline silicon film, and a third crystalline silicon film;
Forming a first mask, a second mask, and a third mask on the first crystalline silicon film, the second crystalline silicon film, and the third crystalline silicon film, respectively;
An N-type impurity is added to a part of the first crystalline silicon film by the first mask;
Adding a P-type impurity to a part of the second crystalline silicon film and the third crystalline silicon film by the second mask and the third mask;
Removing the first mask, the second mask, and the third mask;
Forming a gate insulating film on the first crystalline silicon film, the second crystalline silicon film, and the third crystalline silicon film;
First crystalline silicon film in which the N-type impurity is added, a second crystalline silicon film where the P-type impurity is added, a third crystalline silicon film, and annealing the gate insulating film And
Via the gate insulating film, a first gate electrode above the first crystalline silicon film, a second gate electrode above the second crystalline silicon film, and above the third crystalline silicon film Forming a third gate electrode and a gate wiring insulated from each other ;
The first gate electrode overlaps the region of the first crystalline silicon film to which the N-type impurity is added via the gate insulating film,
The second gate electrode overlaps the region of the second crystalline silicon film to which the P-type impurity is added via the gate insulating film,
The third gate electrode does not overlap the region of the third crystalline silicon film to which the P-type impurity is added via the gate insulating film,
An auxiliary capacitance is formed by the region to which the P-type impurity is added in the gate wiring, the gate insulating film, and the third crystalline silicon film,
A first thin film transistor having the first crystalline silicon film, a gate insulating film, and a first gate electrode, and a second thin film transistor having the second crystalline silicon film, the gate insulating film, and the second gate electrode A logic circuit is formed, and a switching element of a pixel is formed by a third thin film transistor having the third crystalline silicon film, a gate insulating film, and a third gate electrode Manufacturing method.
絶縁表面上にアモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜上にニッケルを含む膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜をアニール処理して、結晶性シリコン膜を形成し、
前記結晶性シリコン膜をパターニングして、第1の結晶性シリコン膜、第2の結晶性シリコン膜、および第3の結晶性シリコン膜を形成し、
前記第1の結晶性シリコン膜、第2の結晶性シリコン膜、および第3の結晶性シリコン膜に第1のマスク、第2のマスク、および第3のマスクをそれぞれ形成し、
前記第1のマスクによって前記第1の結晶性シリコン膜の一部にN型の不純物を添加し、
前記第2のマスクおよび第3のマスクによって前記第2の結晶性シリコン膜および第3の結晶性シリコン膜の一部にP型の不純物を添加し、
前記第1のマスク、第2のマスク、および第3のマスクを除去し、
前記第1の結晶性シリコン膜、第2の結晶性シリコン膜、および第3の結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記N型不純物が添加された第1の結晶性シリコン膜、前記P型不純物が添加された第2の結晶性シリコン膜第3の結晶性シリコン膜、および前記ゲート絶縁膜をハロゲン元素を含む雰囲気でアニール処理し、
前記ゲート絶縁膜を介して、第1の結晶性シリコン膜上方に第1のゲート電極と、第2の結晶性シリコン膜上方に第2のゲート電極と、前記第3の結晶性シリコン膜上方に互いに絶縁された第3のゲート電極およびゲート配線と、を形成し、
前記第1のゲート電極は、第1の結晶性シリコン膜のうち前記N型の不純物を添加した領域と前記ゲート絶縁膜を介して重なっており、
前記第2のゲート電極は、第2の結晶性シリコン膜のうち前記P型の不純物を添加した領域と前記ゲート絶縁膜を介して重なっており、
前記第3のゲート電極は、第3の結晶性シリコン膜のうち前記P型の不純物を添加した領域と前記ゲート絶縁膜を介して重なっておらず、
前記ゲート配線、前記ゲート絶縁膜、および第3の結晶性シリコン膜のうち前記P型の不純物が添加された領域によって、補助容量が形成され、
前記第1の結晶性シリコン膜、ゲート絶縁膜、第1のゲート電極を有する第1の薄膜トランジスタ、および前記第2の結晶性シリコン膜、ゲート絶縁膜、第2のゲート電極を有する第2の薄膜トランジスタによって、論理回路が形成され、 前記第3の結晶性シリコン膜、ゲート絶縁膜、第3のゲート電極を有する第3の薄膜トランジスタによって、画素のスイッチング素子が形成されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
An amorphous silicon film is formed on the insulating surface,
Forming a film containing nickel on the amorphous silicon film;
Annealing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film;
Patterning the crystalline silicon film to form a first crystalline silicon film, a second crystalline silicon film, and a third crystalline silicon film;
Forming a first mask, a second mask, and a third mask on the first crystalline silicon film, the second crystalline silicon film, and the third crystalline silicon film, respectively;
An N-type impurity is added to a part of the first crystalline silicon film by the first mask;
Adding a P-type impurity to a part of the second crystalline silicon film and the third crystalline silicon film by the second mask and the third mask;
Removing the first mask, the second mask, and the third mask;
Forming a gate insulating film on the first crystalline silicon film, the second crystalline silicon film, and the third crystalline silicon film;
First crystalline silicon film in which the N-type impurity is added, the P-type second crystalline silicon film doped with an impurity of the third crystalline silicon film, and the gate insulating film a halogen element Annealing in an atmosphere containing
Via the gate insulating film, a first gate electrode above the first crystalline silicon film, a second gate electrode above the second crystalline silicon film, and above the third crystalline silicon film Forming a third gate electrode and a gate wiring insulated from each other ;
The first gate electrode overlaps the region of the first crystalline silicon film to which the N-type impurity is added via the gate insulating film,
The second gate electrode overlaps the region of the second crystalline silicon film to which the P-type impurity is added via the gate insulating film,
The third gate electrode does not overlap the region of the third crystalline silicon film to which the P-type impurity is added via the gate insulating film,
An auxiliary capacitance is formed by the region to which the P-type impurity is added in the gate wiring, the gate insulating film, and the third crystalline silicon film,
A first thin film transistor having the first crystalline silicon film, a gate insulating film, and a first gate electrode, and a second thin film transistor having the second crystalline silicon film, the gate insulating film, and the second gate electrode A logic circuit is formed, and a switching element of a pixel is formed by a third thin film transistor having the third crystalline silicon film, a gate insulating film, and a third gate electrode Manufacturing method.
絶縁表面上にアモルファスシリコン膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜上にニッケルを含む膜を形成し、
前記アモルファスシリコン膜をアニール処理して、結晶性シリコン膜を形成し、
前記結晶性シリコン膜をパターニングして、第1の結晶性シリコン膜、第2の結晶性シリコン膜、および第3の結晶性シリコン膜を形成し、
前記第1の結晶性シリコン膜、第2の結晶性シリコン膜、および第3の結晶性シリコン膜に第1のマスク、第2のマスク、および第3のマスクをそれぞれ形成し、
前記第1のマスクによって前記第1の結晶性シリコン膜の一部にN型の不純物を添加し、
前記第2のマスクおよび第3のマスクによって前記第2の結晶性シリコン膜および第3の結晶性シリコン膜の一部にP型の不純物を添加し、
前記第1のマスク、第2のマスク、および第3のマスクを除去し、
前記第1の結晶性シリコン膜、第2の結晶性シリコン膜、および第3の結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成し、
前記N型不純物が添加された第1の結晶性シリコン膜、前記P型不純物が添加された第2の結晶性シリコン膜第3の結晶性シリコン膜、および前記ゲート絶縁膜を酸化性の雰囲気でアニール処理し、
前記ゲート絶縁膜を介して、第1の結晶性シリコン膜上方に第1のゲート電極と、第2の結晶性シリコン膜上方に第2のゲート電極と、前記第3の結晶性シリコン膜上方に互いに絶縁された第3のゲート電極およびゲート配線と、を形成し、
前記第1のゲート電極は、第1の結晶性シリコン膜のうち前記N型の不純物を添加した領域と前記ゲート絶縁膜を介して重なっており、
前記第2のゲート電極は、第2の結晶性シリコン膜のうち前記P型の不純物を添加した領域と前記ゲート絶縁膜を介して重なっており、
前記第3のゲート電極は、第3の結晶性シリコン膜のうち前記P型の不純物を添加した領域と前記ゲート絶縁膜を介して重なっておらず、
前記ゲート配線、前記ゲート絶縁膜、および第3の結晶性シリコン膜のうち前記P型の不純物が添加された領域によって、補助容量が形成され、
前記第1の結晶性シリコン膜、ゲート絶縁膜、第1のゲート電極を有する第1の薄膜トランジスタ、および前記第2の結晶性シリコン膜、ゲート絶縁膜、第2のゲート電極を有する第2の薄膜トランジスタによって、論理回路が形成され、 前記第3の結晶性シリコン膜、ゲート絶縁膜、第3のゲート電極を有する第3の薄膜トランジスタによって、画素のスイッチング素子が形成されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
An amorphous silicon film is formed on the insulating surface,
Forming a film containing nickel on the amorphous silicon film;
Annealing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film;
Patterning the crystalline silicon film to form a first crystalline silicon film, a second crystalline silicon film, and a third crystalline silicon film;
Forming a first mask, a second mask, and a third mask on the first crystalline silicon film, the second crystalline silicon film, and the third crystalline silicon film, respectively;
An N-type impurity is added to a part of the first crystalline silicon film by the first mask;
Adding a P-type impurity to a part of the second crystalline silicon film and the third crystalline silicon film by the second mask and the third mask;
Removing the first mask, the second mask, and the third mask;
Forming a gate insulating film on the first crystalline silicon film, the second crystalline silicon film, and the third crystalline silicon film;
First crystalline silicon film in which the N-type impurity is added, the P-type second crystalline silicon film doped with an impurity of the third crystalline silicon film, and oxidizing the gate insulating film Annealing in the atmosphere of
Via the gate insulating film, a first gate electrode above the first crystalline silicon film, a second gate electrode above the second crystalline silicon film, and above the third crystalline silicon film Forming a third gate electrode and a gate wiring insulated from each other ;
The first gate electrode overlaps the region of the first crystalline silicon film to which the N-type impurity is added via the gate insulating film,
The second gate electrode overlaps the region of the second crystalline silicon film to which the P-type impurity is added via the gate insulating film,
The third gate electrode does not overlap the region of the third crystalline silicon film to which the P-type impurity is added via the gate insulating film,
An auxiliary capacitance is formed by the region to which the P-type impurity is added in the gate wiring, the gate insulating film, and the third crystalline silicon film,
A first thin film transistor having the first crystalline silicon film, a gate insulating film, and a first gate electrode, and a second thin film transistor having the second crystalline silicon film, the gate insulating film, and the second gate electrode A logic circuit is formed, and a switching element of a pixel is formed by a third thin film transistor having the third crystalline silicon film, a gate insulating film, and a third gate electrode Manufacturing method.
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