JP3865145B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、結晶性を有する薄膜半導体を用いた半導体装置の作製方法に関する。特に、プレーナー型薄膜トランジスタの作製方法に関する。
また、前記半導体装置を利用した液晶表示装置の作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ガラスやプラスチック等の耐熱性の弱い基板上に優れたスイッチング機能を有する電界効果薄膜トランジスタ(TFT)を形成する技術が発達してきた。その理由は、アモルファスシリコン(a−Si)薄膜やポリシリコン(p−Si)薄膜の形成温度が技術の発達に伴い低くなった事による。
【0003】
現在は、アモルファスシリコン薄膜を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置が平面表示装置の主流となって電子産業の巨大な分野の一つとなりつつある。
【0004】
アクティブマトリクス型液晶表示装置とは、マトリクス状に配置された数百万個もの各画素のそれぞれにTFTを配置し、各画素電極に出入りする電荷をTFTのスイッチング機能により制御するものである。
【0005】
また、ポリシリコン薄膜を用いたTFTは電界効果移動度が高く動作速度が速いため、周辺駆動回路を内蔵した一体化型液晶表示装置を構築することが可能である。
【0006】
従って、ポリシリコン薄膜を用いた液晶表示装置は次世代の高性能インテリジェント表示システムを実現する技術として認識され、この技術により将来ガラス上に電子システム(システム・オン・ガラス)を構築できるとされている。
【0007】
しかし、一方でシリコン膜特有の問題も抱えている。アモルファスシリコン薄膜や低温ポリシリコン薄膜はダングリングボンドや結晶粒界による欠陥準位密度が高いため、TFT作製に際して活性層の水素終端を目的とした水素化処理工程が必要である。
【0008】
現在、水素化工程はTFTの電気特性(例えば、移動度、しきい値電圧、オフ電流、サブスレッショルド係数など)を改善するための有効な手段として一般的に普及している。水素化は大別して2種類の方法に分けられる。
【0009】
一つは熱処理によるものであり、被処理基板を水素雰囲気中、300 〜450 ℃の温度範囲で数十分〜数時間加熱することで水素を薄膜中に熱拡散させる方法である。
【0010】
この方法による場合、水素化時間を短縮して装置コストを下げる為に100 % のH2 雰囲気で常圧熱処理を行なうのが望ましいが、水素が非常に活性である(一定の濃度と環境温度を超えると爆発する)ため、水素濃度に関する工業安全基準は3〜4%以下に厳しく制限されている。
【0011】
そのため、不活性ガスで希釈した水素雰囲気で水素化する方法や数百torrの減圧下で水素化する方法が提案されているが、どちらも水素化効率が低く工業的実用性が問われる。
【0012】
また、水素は分子状のまま活性層内部へ拡散してゆくため、欠陥準位等を終端する確率(水素化効率)があまり良くないという問題もある。
【0013】
また、もう一つはプラズマ処理によるものであり、反応ガスであるH2 、H2 +O2 、NH3 等をプラズマ放電によって分解させ、生成した原子状水素を薄膜中に注入する方法である。
【0014】
この場合、水素化効率は良いがプラズマダメージや静電破壊の問題があるうえ、最適な水素化条件が得られにくいという問題がある。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
本明細書で開示する発明は、効率の良い水素化方法を用いた半導体装置の作製方法を提案することを課題とする。そして、水素化効果を上げることによってTFTの電気特性を改善することを課題とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記問題点を踏まえて従来の水素化を分析し、問題点を解決するキーポイントを以下のように考えた。
【0017】
(1)水素の拡散係数は拡散する材質によって異なるため、従来のように外部から水素を拡散させる水素化方法では上層部の材質によって活性層への水素到達量が大きく変化してしまう。従って、TFT作製過程の早期に水素終端させておくことが重要となる。
【0018】
(2)TFT作製過程の早期に活性層を水素終端しても350 ℃程度に加熱されるだけで水素が一定の確率で活性層から離脱するため、常に離脱した水素を補う供給源が必要となる。
【0019】
そこで、本発明の構成は、
絶縁表面を有する基体上に半導体装置を作製する過程において、
前記半導体装置を構成する活性層の下方に所定量の水素を含む領域を形成する第1の工程と、
前記水素を加熱処理により前記半導体装置内部へ拡散せしめる第2の工程と、
を少なくとも有し、
前記第1の工程により形成される領域を水素供給源として前記第2の工程により前記半導体装置の水素化を行うことを特徴とする。
【0020】
即ち、予め活性層の下方に他の領域よりも高濃度に水素を含む領域を形成しておき、そこを水素供給源として内部から水素終端を行う方法である。この水素終端は300 〜450 ℃の温度範囲の加熱処理によって水素供給源から水素を熱拡散させて行われる。
【0021】
この際、水素のイオン注入は後にチャネルとなる領域にダメージを与えないように行う方が良い。例えば、順スタガや順プレーナ型TFTであればゲイト電極形成後、逆スタガや逆プレーナ型TFTであれば活性層形成前が良い。
【0022】
このため、水素イオン注入はある程度の打ち込み深さが要求されるので、イオンドーピング法を用いるのが望ましい。その時、ドーズ量は1E15〜1E17個/cm2 となるように調節する。
【0023】
また、イオンドーピング法によって注入された水素は他の原子との衝突によりエネルギーを与えられ原子状の水素イオンとして存在するため、活性層を効率よく水素終端することが出来る。
【0024】
また、水素終端のための加熱処理は水素イオンの供給源が活性層の下方に存在するため、処理雰囲気によらず安定した水素化効率を確保できる。さらに、この加熱処理は処理雰囲気によらないため、300 〜450 ℃の温度範囲で行われる他のプロセスと兼ねて行うことも可能である。
【0025】
他の発明の構成は、
絶縁表面を有する基体上に半導体装置を作製する過程において、
前記半導体装置を構成する活性層の下方に所定量の水素を含む領域を形成する第1の工程と、
前記活性層の上方に窒化珪素膜でなる層間絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記水素を加熱処理により前記半導体装置内部へ拡散せしめる第3の工程と、
を少なくとも有し、
前記第1の工程により形成される領域を水素供給源として前記第3の工程により前記半導体装置の水素化を行うことを特徴とする。
【0026】
水素の拡散係数は拡散する材質によって異なるため、従来のように外部から水素を拡散させる水素化方法では上層部の材質によって活性層への水素到達量が大きく変化してしまう。例えば、本発明者の経験では、層間絶縁膜に窒化珪素膜を用いるとそこで水素が遮断されて活性層まで到達するのが困難になる。
【0027】
しかし、活性層の上方に窒化珪素膜を成膜する前に水素終端を行ってしまうと、後の工程において350 ℃程度に加熱されるだけで水素が一定の確率で活性層から離脱してしまうという問題が生じる。
【0028】
本発明では活性層の下方に水素イオンの供給源が存在するため、窒化珪素膜などに遮られることなく、安定した水素化効率を確保できる。さらに、供給源からの水素イオンにより常に離脱した水素を補うことが可能である。
【0029】
また、水素イオンは半導体装置内部から拡散してゆくため、窒化珪素膜等を層間絶縁膜として用いると、水素イオンを半導体装置外部へと逃がさないバリア膜を兼ねる利点が生じる。
【0030】
従って、デバイス構造内は通常の水素化方法を用いて作製されたTFTよりも高濃度の水素イオンが存在する。特に、窒化珪素膜のようにバリア膜として機能する場合は、その下面の水素イオン濃度が高くなる傾向にある。
【0031】
以上の構成でなる本発明についての詳細を、以下に記載する実施例を用いて説明することとする。
【0032】
【実施例】
〔実施例1〕
本実施例では、本発明を利用した薄膜トランジスタ(TFT)の作製工程例を図1に示す。なお、本実施例では順プレーナ型TFTを作製する例を示すが、本発明はこれに限らず逆プレーナ型、順スタガ型、逆スタガ型TFT等にも応用することが出来る。
【0033】
まず、コーニング7059等に代表されるガラス基板101を用意する。勿論、石英基板や絶縁表面を有した半導体材料を用いても構わない。なお、ガラス基板を用いる場合、予めそのガラス基板の歪み点付近の温度で熱処理を行っておくと、後の加熱工程においてガラスが縮むのを抑制することが出来る。
【0034】
次に、酸化珪素膜でなる下地膜102を2000Åの厚さに成膜する。下地膜102の成膜はスパッタ法やプラズマCVD法によれば良い。その上に、図示しない200 〜500 Åの厚さの非晶質珪素(アモルファスシリコン)膜をプラズマCVD法や減圧熱CVD法により形成する。本実施例では、プラズマCVD法により500 Åの厚さに成膜する。
【0035】
なお、本実施例ではアモルファスシリコン薄膜を用いたTFTを作製する例を示すが、本発明はポリシリコン薄膜を用いたTFTにも応用できる。後者の場合、次に記載する結晶化工程を行う必要はない。
【0036】
次に、図示しない非晶質珪素膜を適当な結晶化方法により結晶化する。この結晶化は550 〜650 ℃、1 〜24hrの加熱処理や、193 、248 、308nm の波長を持つ紫外線レーザー光の照射で行う。この時、両方法を併用しても良いし、結晶化の際に結晶化を助長する元素( 例えばNi)を添加しても良い。
【0037】
次に、前記非晶質珪素膜を結晶化して得られた結晶性珪素(ポリシリコン)膜をパターニングして、島状の半導体層でなる活性層103を形成する。
【0038】
その上に、1200Åの厚さのSiOX NY で示される酸化窒化珪素膜104をプラズマCVD法により成膜する。この酸化窒化珪素膜104は後にゲイト絶縁膜として機能する。なお、酸化珪素膜や窒化珪素膜を用いても良い。
【0039】
次に、0.2 重量%のスカンジウムを添加したアルミニウム膜105をDCスパッタ法により4000Åの厚さに成膜する。スカンジウムの添加はアルミニウム膜表面にヒロックやウィスカーが発生するのを抑制する効果がある。このアルミニウム膜104は、後にゲイト電極として機能する。
【0040】
また、アルミニウム膜の代わりに他の金属系材料、例えば、Mo、Ti、Ta、Cr等を用いても良いし、ポリシリコンやシリサイド系材料のような導電性を有する膜を用いても構わない。
【0041】
次に、電解溶液中でアルミニウム膜105を陽極として陽極酸化を行う。電解溶液としては、3%の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、PH=6.92に調整したものを使用する。
また、白金を陰極として化成電流5mA、到達電圧10Vとして処理する。
【0042】
こうして形成される図示しない緻密な陽極酸化膜は、後にフォトレジストとの密着性を高める効果がある。また、電圧印加時間を制御することで膜厚を制御することができる。(図1(A))
【0043】
こうして、図1(A)の状態が得られたら、アルミニウム膜105をパターニングして後のゲイト電極の原型を形成する。そして、2度目の陽極酸化を行い、多孔質の陽極酸化膜106を形成する。電解溶液は3%のシュウ酸水溶液とし、白金を陰極として化成電流2〜3mA、到達電圧8Vとして処理する。
【0044】
この時陽極酸化は基板に対して平行な方向に進行する。また、電圧印加時間を制御することで多孔質の陽極酸化膜106の長さを制御できる。
【0045】
さらに、専用の剥離液でフォトレジストを除去した後、3度目の陽極酸化を行い、図1(B)の状態を得る。
【0046】
この時、電解溶液は3%の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、PH=6.92に調整したものを使用する。そして、白金を陰極として化成電流5〜6mA、到達電圧100Vとして処理する。
【0047】
この際形成される陽極酸化膜107は、非常に緻密、かつ、強固である。そのため、ド−ピング工程などの後工程で生じるダメージからゲイト電極108を保護する効果を持つ。また、強固な陽極酸化膜107はエッチングされにくいため、コンタクトホールを形成する際にエッチング時間が長くなる問題がある。そのため、1000Å以下の厚さにするのが望ましい。
【0048】
次に、図1(B)に示す様に基板全面に対してイオンドーピング法により水素イオンの注入を行う。この際、ゲイト電極108の面積が基板全体と比べて小さいため、水素イオンの注入深さを計算する時ゲイト電極108の影響を考慮する必要はない。本実施例ではこのイオン注入工程を以下の条件で行う。
ドーピングガス:100% H2
印加電力:20〜100W
加速電圧:40〜100KeV
ドーズ量:1E15〜1E17個/cm2
処理温度:室温
【0049】
なお、上記条件により形成された水素イオンを高濃度に含む領域は、後の水素化工程(水素イオンを熱拡散させる加熱処理工程のこと)において水素イオンの供給源となるため、ドーズ量は5E15個/cm2 以上であるのが望ましい。
【0050】
また、処理温度は室温に限るものではなく、基板を加熱してイオン注入を行うことも出来る。しかしその場合、室温で処理を行ってもイオン注入による基板の自己温度上昇があるため、200 ℃程度まで自然に加熱される場合もある。従って、基板を加熱しながら処理する場合は自己温度上昇と水素の離脱温度とを考慮して450 ℃以上に加熱されないように注意する必要がある。
【0051】
また、注入された水素イオンは350 ℃程度の温度で加熱されるだけでも活性化して基板から離脱してゆく。従って、後にイオン注入するP(リン)やB(ボロン)を活性化する際、特にレーザー照射による活性化を行う際は活性層が熱を吸収して高温になるため水素離脱が激しい。
【0052】
そのため、水素イオンは必ず活性層103よりも深い位置にピークを持って分布するように調節する。また、酸化珪素でなる下地膜102中の水素含有量が高すぎると膜質が劣化してしまうため、好ましくはガラス基板101と下地膜102との界面よりも深い位置が良い。
【0053】
また、水素イオン注入を行なうと水素イオンの衝突により基板の自己温度上昇を引き起こされ、次の不純物注入は基板が加熱された状態でのドーピング(ホットドーピング)となる。従って、ホットドーピングにより不純物の活性化工程に必要なエネルギーが低減される二次的作用が期待できる。
【0054】
次に、図1(B)に示す構造のまま活性層103に不純物を注入する。例えば、Nチャネル型TFTを作製するならば不純物としてP(リン)を、Pチャネル型TFTを作製するならば不純物としてB(ボロン)用いれば良い。本実施例では、Nチャネル型TFTを作製する場合を示す。
【0055】
まず、図1(B)の状態で1度目のイオン注入を行う。なお、P(リン)の注入は加速電圧60〜90kV、ドーズ量0.2 〜5 ×1015原子/cm2 で行う。本実施例では、加速電圧80kV、ドーズ量1×1015原子/cm2 とする。
【0056】
すると、ゲイト電極108、多孔質の陽極酸化膜106がマスクとなり、後にソース/ドレインとなる領域109、110が自己整合的に形成される。(図1(C))
【0057】
次に、図1(C)に示す様に、多孔質の陽極酸化膜106を除去して、2度目のイオン注入を行う。なお、2度目のP(リン)の注入は加速電圧60〜90kV、ドーズ量0.1 〜5 ×1014原子/cm2 で行う。本実施例では、加速電圧80kV、ドーズ量1×1014原子/cm2 とする。
【0058】
すると、ゲイト電極108がマスクとなり、ソース領域109、ドレイン領域110と比較して不純物濃度の低い、低濃度不純物領域111、112が自己整合的に形成される。また同時に、ゲイト電極108の直下は不純物が全く注入されないため、TFTのチャネルとして機能する領域113が自己整合的に形成される。
【0059】
このようにして形成される低濃度不純物領域(LDD領域とも呼ぶ)112は、チャネル領域113とドレイン領域110との間に高電界が形成されるのを抑制する効果を持つ。
【0060】
こうして、図1(C)に示す状態が得られる。この状態が得られたら、次にKrFエキシマレ−ザ−光の照射及び熱アニ−ルを行う。本実施例では、レ−ザ−光のエネルギ−密度は250 〜300mJ/cm2 とし、熱アニ−ルは300 〜450 ℃1hrで行う。この工程により、イオンド−ピング工程で損傷を受けた、活性層103の結晶性を改善することができる。
【0061】
次に、層間絶縁膜114として窒化珪素膜をプラズマCVD法により3000〜5000Åの厚さに成膜する。層間絶縁膜114は望ましくは窒化珪素膜が良いが、酸化珪素膜であっても構わない。また、層間絶縁膜114を多層構造としても差し支えない。(図1(D))
【0062】
層間絶縁膜114を成膜したら、ここで前工程で注入した水素イオンの熱拡散工程を行なう。この工程は従来の水素化工程と同じ目的を果たすものである。熱処理はN2 雰囲気(または5%以下のH2 雰囲気)で350 ℃2hr の処理とする。また、処理室内は大気圧とする。
【0063】
特に、加熱処理をH2 雰囲気で行えば水素化効率が上がるうえ、ガラス基板上に堆積された薄膜の応力を緩和されるという効果がある。従って、従来効率の低かった常圧、低水素濃度の水素化条件であっても付加価値をも含めた十分な効果を得ることが出来る。
【0064】
また、本実施例の水素化工程では水素の供給源が基板内部にあるため、実質的に処理雰囲気には依存しない。従って、300 〜450 ℃の温度範囲で行われる他のプロセスと兼ねて行うことも可能である。
【0065】
例えば、前述の層間絶縁膜114の成膜温度が300 〜450 ℃であり、処理時間を考慮しても十分水素イオンの熱拡散を行えるのであれば、敢えて別途に熱拡散工程を設ける必要はなくなる。
【0066】
ただし、層間絶縁膜を成膜した後に水素化を行なった方が層間絶縁膜の内側から水素が供給されるので、従来のように層間絶縁膜(特に窒化珪素膜)に遮断されて水素が入りにくくなるような事がない。即ち、逆に層間絶縁膜に遮断されて外側へ水素が逃げない利点を有するようになる。
【0067】
水素化工程を終了したら、層間絶縁膜114にコンタクトホールを形成し、アルミニウムを主成分とする材料とチタンとの積層膜でソース配線115、ドレイン配線116、ゲイト配線117を形成する。
【0068】
以上の工程を経て、図1(D)に示す様なTFTが作製される。本発明による水素化は基板内部から供給する水素が活性な原子状態であるため、従来の分子状水素による水素化に比べ水素終端の効率が非常に良い。
【0069】
本実施例によって作製した構造のTFTは以下に示すような優れた電気特性を示すものである。
電界効果移動度:N-CH TFTで100 〜150cm2/Vs 、P-CH TFTで60〜80cm2/Vs
しきい値電圧:N-CH TFTで1 〜2V、P-CH TFTで-2〜-3V
サブスレッショルド係数:0.2 〜0.4V/decade
オフ電流:10pA以下
【0070】
また、水素供給源を基板内部に内包しているため、熱による劣化を低減することが可能となる。例えば、完成したTFTに400 ℃1hr の熱処理を加えても、移動度およびしきい値の変化量は2%以内である。
【0071】
〔実施例2〕
本実施例は水素イオン注入工程と一導電性を付与する不純物(リンまたはボロン)のドーピングを同時に行なう例を示すものである。TFTの作製工程は殆ど実施例1と同じであるので、変更点のみを記載する。
【0072】
例えば、Nチャネル型TFTを作製する場合、不純物としてP(リン)を用いる。この時、ドーピングガスとしてホスフィン(PH3 )など組成に水素を含むものを用いることで不純物と同時に水素を注入することができる。
【0073】
また、ドーピングガスを希釈するガスとしてH2 を用いれば高濃度の水素イオンを容易に基板に注入することが可能となる。また、希釈の割合を調節することで、イオン注入される水素濃度を制御することも可能である。
【0074】
上記のようなガスを用いたイオン注入においては、不純物イオンに比べて水素イオンの方がはるかに軽いため、不純物イオンよりも深い位置にピークを持つように注入される。
【0075】
なお、不純物および水素イオンのイオン注入条件は実施例1で示した条件に従えば良いが、イオン注入条件や希釈ガス濃度等を変えることで所望の濃度となるように水素イオンの注入を行なえば良い。
【0076】
本実施例によれば、水素イオン注入工程と不純物ドーピング工程とを同時に処理することができるので、大幅な工程簡略化が図れる。また、イオン注入の際に生じるデバイスへのダメージも低減される。
【0077】
〔実施例3〕
本実施例は本発明を利用して作製したTFTを備えたアクティブマトリクス型液晶表示装置を構成した例を示すものである。画素領域に配置される画素TFTと周辺駆動回路に配置される回路TFTの作製工程の概略を図2を用いて説明する。
【0078】
まず、コーニング7059等に代表されるガラス基板201を用意する。勿論、石英基板や絶縁表面を有した半導体材料を用いても構わない。次に、酸化珪素膜でなる下地膜202を2000Åの厚さに成膜する。下地膜202の成膜はスパッタ法やプラズマCVD法によれば良い。
【0079】
その上に、図示しない200 〜500 Åの厚さの非晶質珪素膜をプラズマCVD法や減圧熱CVD法により形成する。本実施例では、プラズマCVD法により500 Åの厚さに成膜する。
【0080】
次に、図示しない非晶質珪素膜を適当な結晶化方法により結晶化する。この結晶化は550 〜650 ℃、1 〜24hrの加熱処理や、193 、248 、308nm の波長を持つ紫外線レーザー光の照射で行う。この時、両方法を併用しても良いし、結晶化の際に結晶化を助長する元素( 例えばNi)を添加しても良い。
【0081】
次に、前記非晶質珪素膜を結晶化して得られた結晶性珪素膜をパターニングして、島状の半導体層でなる活性層203、204を形成する。
【0082】
その上に、1200Åの厚さのSiOX NY で示される酸化窒化珪素膜205をプラズマCVD法により成膜する。この酸化窒化珪素膜205は後にゲイト絶縁膜として機能する。なお、酸化珪素膜や窒化珪素膜を用いても良い。
【0083】
次に、0.2 wt%のスカンジウムを添加したアルミニウム膜206をDCスパッタ法により4000Åの厚さに成膜する。スカンジウムの添加はアルミニウム膜表面にヒロックやウィスカーが発生するのを抑制する効果がある。このアルミニウム膜206は、後にゲイト電極として機能する。
【0084】
また、アルミニウム膜の代わりに他の金属系材料、例えば、Mo、Ti、Ta、Cr等を用いても良いし、ポリシリコンやシリサイド系材料のような導電性を有する膜を用いても構わない。
【0085】
次に、電解溶液中でアルミニウム膜206を陽極として陽極酸化を行う。電解溶液としては、3%の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、PH=6.92に調整したものを使用する。
また、白金を陰極として化成電流5mA、到達電圧10Vとして処理する。
【0086】
こうして形成される図示しない緻密な陽極酸化膜は、後にフォトレジストとの密着性を高める効果がある。また、電圧印加時間を制御することで膜厚を制御することができる。(図2(A))
【0087】
こうして、図2(A)の状態が得られたら、アルミニウム膜206をパターニングして、後のゲイト電極の原型を形成する。そして、2度目の陽極酸化を行い、多孔質の陽極酸化膜207、208を形成する。(図2(B))
電解溶液は3%のシュウ酸水溶液とし、白金を陰極として化成電流2〜3mA、到達電圧8Vとして処理する。
【0088】
この時陽極酸化は基板に対して平行な方向に進行する。また、電圧印加時間を制御することで多孔質の陽極酸化膜207、208の長さを制御できる。
【0089】
さらに、専用の剥離液でフォトレジストを除去した後、3度目の陽極酸化を行う。この時、電解溶液は3%の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、PH=6.92に調整したものを使用する。そして、白金を陰極として化成電流5〜6mA、到達電圧100Vとして処理する。
【0090】
この際形成される陽極酸化膜209、210は、非常に緻密、かつ、強固である。そのため、ド−ピング工程などの後工程で生じるダメージからゲイト電極211、212を保護する効果を持つ。また、強固な陽極酸化膜209、210はエッチングされにくいため、コンタクトホールを形成する際にエッチング時間が長くなる問題がある。そのため、1000Å以下の厚さにするのが望ましい。
【0091】
次に、図2(B)に示す様に基板全面に対してイオンドーピング法により水素イオンの注入を行う。本実施例では実施例1で説明した条件で、水素イオン注入とP(リン)またはB(ボロン)注入を分けて行なう。勿論、実施例2のように同時に行なっても構わないが、その場合、次の不純物注入工程を行なう必要はない。
【0092】
水素イオンの注入が終了したら、イオンドーピング法により活性層203、204に不純物を注入する。例えば、Nチャネル型TFTを作製するならば不純物としてP(リン)を、Pチャネル型TFTを作製するならば不純物としてB(ボロン)用いれば良い。
【0093】
イオン注入条件は実施例1で既に詳細な説明を行なったので、本実施例においては省略することにする。このイオン注入によって図2(C)に示す状態が得られる。
【0094】
図2(C)に示す様に、回路TFTのソース/ドレイン領域213、214、低濃度不純物領域215、216、チャネル形成領域217および画素TFTのソース/ドレイン領域218、219、低濃度不純物領域220、221、チャネル形成領域222が自己整合的に形成される。
【0095】
図2(C)に示す状態が得られたら、次にKrFエキシマレ−ザ−光の照射及び熱アニ−ルを行う。本実施例では、レ−ザ−光のエネルギ−密度は250 〜300mJ/cm2 とし、熱アニ−ルは300 〜450 ℃1hrで行う。この工程により、イオンド−ピング工程で損傷を受けた活性層203、204の結晶性を改善することができる。
【0096】
次に、第1の層間絶縁膜223として窒化珪素膜(酸化珪素膜でもよい)をプラズマCVD法により3000〜5000Åの厚さに成膜する。この層間絶縁膜223は多層構造としても差し支えない。(図2(D))
【0097】
層間絶縁膜223を成膜したら、ここで前工程で注入した水素イオンの熱拡散工程を行なう。この工程は従来の水素化工程と同じ目的を果たすものである。熱処理は実施例1と同様、N2 雰囲気(または3%のH2 雰囲気)で350 ℃2hr の処理とする。また、処理室内は大気圧とする。
【0098】
水素化工程を終了したら、回路TFTのソース領域213、ゲイト電極211、ドレイン領域214および画素TFTのソース領域218、、ゲイト電極212上の層間絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成する。
【0099】
そして、アルミニウムを主成分とする材料とチタンとの積層膜で回路TFTのソース配線224、ゲイト配線225、ゲイト配線226および画素TFTのソース配線227、ドレイン配線228を形成する。
【0100】
次に、第2の層間絶縁膜229として窒化珪素膜(酸化珪素膜でもよい)をプラズマCVD法により3000〜5000Åの厚さに成膜する。この層間絶縁膜229は多層構造としても差し支えない。(図2(E))
【0101】
第2の層間絶縁膜229を成膜したら、画素TFTのドレイン領域219上の層間絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成し、透明導電性膜でなる画素電極230を形成する。このようにして、図2(E)に示すような回路TFTおよび画素TFTが形成される。
【0102】
以上で説明した回路TFTおよび画素TFTを配置したアクティブマトリクス型液晶表示装置の概略図を図3に示す。図3において301はガラス基板、302は水平走査回路、303は垂直走査回路である。
【0103】
画像信号は外部から入力端子304を通して取り込まれ、水平・垂直走査回路302、303により制御される画素TFTをスイッチング素子として画素電極に送られる。そして、画素電極と対向基板との間に挟み込まれた液晶の電気光学特性を変化させて画素領域304に画像表示を行う。なお、306は対向基板へ所定の電圧を印加するためのコモン電極である。
【0104】
図3で示す装置は概略上記説明したような動作で画像表示を行うものであり、周辺回路の動作周波数は3MHz以上、表示部のコントラスト比は100以上を示すコンパクトで高性能なパネルである。
【0105】
また、本実施例によって作製した画素TFTは従来の画素TFTと比較して、顕著な電気特性の向上を確認することができる。発明者が確認した電気特性データ(横軸はゲイト電圧、縦軸はドレイン電流)を図4に示す。なお、図4(A)は従来の水素化方法を用いたTFT、図4(B)は本発明による水素化方法を用いたTFTの電気特性データである。
【0106】
図4(A)と比較すると、図4(B)におけるドレイン電流はゲイト電圧がほぼ0Vの時に立ち上がる理想的な特性を示し、その立ち上がり方も急峻(サブスレッショルド係数が良いことを意味する)である。
【0107】
図4(A)に示すデータはしきい値電圧が5.86Vであるのに対し、図4(B)に示すデータはしきい値が1.72Vと小さい。この事は画像表示を行う際の消費電力が低減されていることを意味する。また、サブスレッショルド係数が0.94 V/decade (図4(A)の場合)から0.37 V/decade (図4(B)の場合)へと大幅に改善されたので、画像の応答速度の向上が実現できる。
【0108】
【発明の効果】
本発明によれば、水素イオンを注入した後に活性層の結晶性を改善し、その水素イオンを熱拡散させて欠陥準位などの水素終端(水素化)を行なうため、水素化工程に伴う基板へのダメージを無くすことが可能となる。さらに、活性層から水素が離脱しても直ちに供給源から補われるので、常に安定した電気特性を得ることが出来る。
【0109】
また、層間絶縁膜を成膜した後に水素化を行なっても層間絶縁膜の内側から水素が供給されるので、従来のように層間絶縁膜(特に窒化珪素膜)に遮断されて水素が入りにくくなるような事がない。逆に、層間絶縁膜に遮断されて外側へ水素が逃げない利点を有するようになる。
【0110】
さらに、本発明による水素化は基板内部から供給する水素が活性な原子状態であるため、従来の分子状水素による水素化に比べ水素終端の効率が非常に良い。
【0111】
従って、本発明により従来よりも優れた電気特性を示すTFTを作製することが可能となった。そして、この技術により作製したTFTを用いてより高性能な液晶表示装置を構成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図2】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図3】 周辺駆動回路一体型液晶表示装置を示す図。
【図4】 TFTの電気特性を示す図。
【符号の説明】
101 ガラス基板
102 下地膜
103 活性層
104 ゲイト絶縁膜
105 アルミニウム膜
106 多孔質の陽極酸化膜
107 強固な陽極酸化膜
108 ゲイト電極
109 ソース領域
110 ドレイン領域
111、112 低濃度不純物領域
113 チャネル形成領域
114 層間絶縁膜
115 ソース配線
116 ドレイン配線
117 ゲイト配線
223 第1の層間絶縁膜
229 第2の層間絶縁膜
230 画素電極
301 ガラス基板
302 水平走査回路
303 垂直走査回路
304 入力端子
305 画素領域
306 コモン電極
Claims (7)
- 絶縁表面を有する基体上に半導体装置を作製する過程において、
前記基体上にポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜を用いた活性層を形成する第1の工程と、
前記半導体装置を構成する前記活性層の下方に、水素からなるドーピングガスを用いたイオンドーピング法により所定量の水素を含む領域を形成する第2の工程と、
前記活性層の上方に窒化珪素膜でなる層間絶縁膜を形成する第3の工程と、
前記水素を加熱処理により前記活性層へ拡散せしめる第4の工程と、を有し、
前記第2の工程は前記基体全面に対して水素イオンが注入され且つ当該水素イオンは前記活性層よりも深い位置にピークを持って分布するように行われ、
前記第2の工程により形成される領域を水素供給源として前記第4の工程により前記半導体装置の水素化を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 絶縁表面を有する基体上に半導体装置を作製する過程において、
前記基体上にポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜を用いた活性層を形成する第1の工程と、
前記半導体装置を構成する前記活性層の下方に、水素からなるドーピングガスを用いたイオンドーピング法により所定量の水素を含む領域を形成する第2の工程と、
前記活性層の上方に窒化珪素膜でなる層間絶縁膜を形成する第3の工程と、
前記水素を加熱処理により前記活性層へ拡散せしめる第4の工程と、
前記活性層に対して一導電性を付与する不純物イオンを注入する第5の工程と、を有し、
前記第2の工程は前記基体全面に対して水素イオンが注入され且つ当該水素イオンは前記活性層よりも深い位置にピークを持って分布するように行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 絶縁表面を有する基体上に半導体装置を作製する過程において、
前記基体上にポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜を用いた活性層を形成する第1の工程と、
前記半導体装置を構成する前記活性層の下方に、水素からなるドーピングガスを用いたイオンドーピング法により所定量の水素を含む領域を形成する第2の工程と、
前記活性層の上方に層間絶縁膜を300〜450℃の成膜温度で形成すると共に、前記水素を前記活性層へ拡散せしめる第3の工程と、を有し、
前記第2の工程は前記基体全面に対して水素イオンが注入され且つ当該水素イオンは前記活性層よりも深い位置にピークを持って分布するように行われ、
前記第2の工程により形成される領域を水素供給源として前記第3の工程により前記半導体装置の水素化を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 絶縁表面を有する基体上に半導体装置を作製する過程において、
前記基体上にポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜を用いた活性層を形成する第1の工程と、
前記半導体装置を構成する前記活性層の下方に、水素からなるドーピングガスを用いたイオンドーピング法により所定量の水素を含む領域を形成する第2の工程と、
前記活性層の上方に層間絶縁膜を300〜450℃の成膜温度で形成すると共に、前記水素を前記活性層へ拡散せしめる第3の工程と、
前記活性層に対して一導電性を付与する不純物イオンを注入する第4の工程と、を有し、
前記第2の工程は前記基体全面に対して水素イオンが注入され且つ当該水素イオンは前記活性層よりも深い位置にピークを持って分布するように行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至4のいずれか一において、第2の工程はドーズ量1E15〜1E17個/cm2で水素イオンを注入する工程であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項1又は2において、第4の工程は300〜450℃の温度範囲で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
- 請求項1乃至4のいずれか一において、前記所定量の水素を含む領域は基体内部に形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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