JP3889636B2 - Manufacturing method of semiconductor device and manufacturing method of liquid crystal display device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device and manufacturing method of liquid crystal display device Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に半導体素子を備えた半導体装置の製造方法、及び液晶を駆動するスイッチング素子を備えた液晶表示装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、アクティブマトリクス方式LCD(Liquid Crystal Display:液晶表示装置)の画素駆動素子として透明絶縁基板上に形成されたp−Si膜を能動層として用いた薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下、「TFT」と称する。)の開発が進められている。
【0003】
多結晶シリコン(Poly Silicon Thin Film:以下、「p−Si」と称する。)TFTは、非晶質シリコン(Amorphous Silicon:以下、「a−Si」と称する。)膜を能動層としたa−SiTFTに比べ、電界移動度が大きく駆動能力が高いという利点を有するため、p−SiTFTを用いれば高性能のLCDを実現できる上に、画素部だけでなく周辺駆動回路までを同一基板上に一体に形成することができる。
【0004】
このようなp−SiTFTにおいて、能動層としてのp−Si膜にソース領域及びドレイン領域を形成するために、両領域にイオン注入を行った後にその活性化のために熱処理を行っている。
【0005】
図13に従来のソース領域及びドレイン領域のイオン注入後の活性化工程の工程断面図を示す。
【0006】
工程A(図13(a)):絶縁基板1上に、高融点金属からなるゲート電極2を形成し、そのゲート電極2の上に、絶縁性薄膜3、4及びa−Si膜を形成する。そのa−Si膜をレーザにて溶融再結晶化することにより、p−Si膜6を形成する。次いでそのp−Si膜6の上に、SiO2膜を全面に形成し、ホトリソ技術及びドライエッチング技術によりストッパ7を形成する。そのストッパ7をマスクとして、前記p−Si膜6にイオン注入を行う。そうすることにより、p−Si膜6にソース領域6s及びドレイン領域6dを形成する。
【0007】
この後に、注入したイオンを活性化させるために加熱処理を施す。
【0008】
加熱処理には、RTA法や、加熱炉による加熱法等がある。
【0009】
RTA(Rapid Thermal Annealing:短時間アニール)法は、ランプを用いたランプRTA法と、レーザ法、例えばエキシマレーザを用いたELA(Excimer Laser Annealing:エキシマレーザアニール)法とがある。
【0010】
ELA法ではレーザ光のビームサイズが0.5mm×150mm程度と比較的小さいためスループットが小さい。また、発振波長が短いため、ゲート電極材料にも吸収されやすく、また発振パルスの時間幅が10〜30nsと比較的短いため膜の昇温されている時間が極めて短いので充分な活性化ができない。十分な活性化を行うためには、p−Si膜を昇温する必要があることから、ゲート電極の材料、サイズ及びパターン密度の影響を受けやすく、特にトップゲート型構造の場合には、ゲート電極を溶かしたりアブレーションにより飛ばしてしまう可能性がある。
【0011】
また、ランプを用いたRTA法を用いた場合には、発光波長が比較的ブロードであるキセノンアークランプのランプ光を幅10mm×長さ400mm以上の大きなビームにて用いていることから、材料による光の吸収効率の差が出にくく、また照射時間が比較的長いためELAほどp−Si膜を昇温する必要がない。このため、スループットが高く且つゲート電極構造の影響を受けにくい。
【0012】
しかしながら、RTA法を用いて半導体層の活性化を行う場合、照射ビームのサイズが大きく照射時間も長いことから、半導体層を形成したガラス基板の温度も非常に高くなるため、ランプの出力を大きくしすぎると光照射部分の基板温度が高くなり、照射部分以外との温度差が大きくなりすぎて熱歪みによる基板割れが生じるという欠点があった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記の従来の欠点に鑑みて為されたものであり、熱歪みによる基板割れを防止するとともに、スループットが高い半導体装置の製造方法及び液晶表示装置の製造方法を提供することを課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の半導体装置の製造方法は、RTA法にて基板上に形成された半導体素子を加熱する半導体装置の製造方法において、前記RTA法による前記基板の加熱処理前に、異なる加熱温度に設定された複数の予備加熱手段にて順次前記基板を段階的に昇温するように加熱するものである。
【0015】
請求項2に記載の半導体装置の製造方法は、請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、更に前記複数の予備加熱手段を、順に温度が高くなるように設定された複数の予備加熱基板とするものである。
【0016】
請求項3に記載の半導体装置の製造方法は、請求項1もしくは2に記載の半導体装置の製造方法において、更に前記RTA法による前記基板の加熱処理後に、段階的に降温するように配置した冷却手段にて順次前記基板を冷却するものである。
【0017】
請求項4に記載の液晶表示装置の製造方法は、RTA法にて基板上の液晶を駆動するスイッチング素子を形成する液晶表示装置の製造方法において、前記RTA法による前記基板の加熱処理前に、異なる加熱温度に設定された複数の予備加熱手段にて順次前記基板を段階的に昇温するように加熱するものである。
【0018】
請求項5に記載の液晶表示装置の製造方法は、請求項4に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記複数の予備加熱手段を、順に温度が高くなるように設定された複数の予備加熱基板とするものである。
【0019】
請求項6に記載の液晶表示装置の製造方法は、請求項4もしくは5に記載の液晶表示装置の製造方法において、前記RTA法による前記基板の加熱処理後に、段階的に降温するように配置した冷却手段にて順次前記基板を冷却するものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
<第1の実施の形態>
本発明の半導体装置の製造方法及び液晶表示装置の製造方法について以下に説明する。
【0021】
図1乃至図3に本発明の半導体装置の製造方法の製造工程断面図を示す。
【0022】
工程1(図1(a)):石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁基板1上に、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)などの高融点金属からなる金属膜2をスパッタ法を用いて1500Å形成し、ホトリソグラフィ技術及びRIE(Reactive Ion Etch ing:活性化イオンエッチング)法によるドライエッチング技術を用いて所定形状に加工して、ゲート電極2を形成する。
【0023】
工程2(図1(b)):そのゲート電極2の上に、絶縁性薄膜としてSiO2膜3及びSiN膜4をこの順に常圧CVD法または減圧CVD法を用いて形成温度350℃で、それぞれ膜厚1300、500Å形成する。その絶縁性薄膜の上に、減圧CVD法にてモノシランガスを熱分解して550℃以下の温度でa−Si膜5を400Å形成する。
【0024】
工程3(図1(a)):前記a−Si膜5の表面にKrFエキシマレーザビームを走査しながら照射してアニール処理を行って、a−Si膜5を溶融再結晶化することにより、p−Si膜6を形成する。
【0025】
このときのレーザー照射条件は、アニール雰囲気:1E(−4)Pa以下、基板温度:室温乃至600℃、照射エネルギー密度:100乃至500mJ/cm2、走査速度:1乃至10mm/sec(実際には、0.1乃至100mm/secの範囲の走査速度の設定が可能)である。
【0026】
レーザービームとしては、波長λ=308nmのXeClエキシマレーザーを使用してもよく、また、波長λ=193nmのArFエキシマレーザーを使用してもよい。このときのレーザー照射条件は、いずれもアニール雰囲気:1E(−4)Pa以下、基板温度:室温乃至600℃、照射エネルギー密度:100乃至500mJ/cm2、走査速度:1乃至10mm/sec(実際には、0.1乃至100mm/secの範囲の走査速度の設定が可能)である。
【0027】
上述のいずれのレーザービームを用いても、照射エネルギー密度及び照射回数に比例して、p−Siの粒径は大きくなるので、所望の大きさの粒径が得られるように、エネルギー密度を調整すればよい。
【0028】
本実施例では、エキシマレーザアニールに、高スループットレーザ照射法を用いた。
【0029】
図5において、201はKrFエキシマレーザ、202はこのレーザ201からのレーザビームを反射する反射鏡、203は反射鏡201からのレーザビームを所定の状態に加工し、基板に照射するレーザビーム制御光学系である。
【0030】
このような構成において、高スループットレーザ照射法とは、レーザビーム制御光学系203によってシート状(150mm×0.5mm)に加工されたレーザビームを、複数パルスの重ね合わせにより照射する方法で、ステージ走査とパルスレーザ照射を完全に同期させ、きわめて高精度な重複でレーザを照射することによりスループットを高めるものである。
【0031】
工程4(図1(d)):前記p−Si膜6の上に、CVD法にて、SiO2膜7を全面に形成し、その上にレジスト膜8を全面に形成した後、前記絶縁基板1側(図1(d)において、図の下方向)から露光する、いわゆるセルフアラインの背面露光によって前記ゲート電極2によって遮光される部分にのみレジスト膜8を残す。
【0032】
工程5(図2(e)):そして、RIE法によるドライエッチング技術により、レジスト膜8で覆っていない領域のSiO2膜7を除去して、SiO2によるストッパ9を形成する。このストッパ9は、後のLDD構造を形成する際のイオンドーピングによるイオンを遮蔽するためのマスクとして機能する。
【0033】
そのストッパ9をマスクとして、前記p−Si膜6に対してP型またはN型のイオンを注入する。
【0034】
即ち、形成すべきTFTのタイプに応じて、ストッパ9に覆われていないp−Si膜6にP型またはN型のイオンを注入する。
【0035】
Pチャネル型のTFTを形成する場合には、ボロン(B)等のP型イオンを注入し、Nチャネル型のTFTを形成する場合には、リン(P)等のN型イオンを注入する。これにより、能動層であるp−Si膜6のストッパ9で覆われた部分がチャネル領域6cとなり、その両側の部分がソース領域6s及びドレイン領域6dとなる。
【0036】
工程6(図2(f)):ソース領域6s及びドレイン領域6dが形成されたp−Si膜6にランプを用いたRTA法による急速アニールを行う。
【0037】
基板のRTA法によるアニールにより、ソース領域6s及びドレイン領域6d内の不純物イオンが活性化される。そして、ストッパ9及びゲート電極2の両側に所定の幅を残してp−Si膜6を島状にパターニングし、各TFTを分離独立させる。このとき、周辺領域のp−Si膜6及びSiO2膜10も同時に除去する。
【0038】
ランプを用いたRTA法による急速あにーるについて説明する。
【0039】
図6に本発明のランプを用いたRTA法による急速アニール装置を示す。
【0040】
同図に示す如く、シート状の光を発する光源は、キセノン(Xe)アークランプ301とそれを覆って設けられた反射鏡302を備えたものを1組として、これを上下に相対向して設けられている。
【0041】
基板1は、同図右から左に向かってローラー303により、搬送速度15mm/secで搬送される。また基板1は予め基板を加熱する第1、第2及び第3のプレヒート(予備加熱)基板304、305、306によって順次加熱される。これらの各プレヒート基板304、305、306は、基板1の熱歪みによるひび割れが発生しないようにするために、順にプレヒート基板温度が高くなるように設定してある。これらの各プレヒート基板の温度は、基板1に歪みが入ったり割れたりしない温度に設定すればよい。具体的には、本実施例においては、第1のプレヒート基板304が400℃、第2のプレヒート基板305が480℃、第3のプレヒート基板306が580℃に設定してある。
【0042】
第3のプレヒート基板306を通過した後、前記キセノンアークランプ(幅10mm×長さ400mm)301により急速アニールが行われる。
【0043】
このときのRTA法による加熱条件は、光源:Xeアークランプ、雰囲気:N2、加熱時間:0.5乃至1秒で、加熱温度は650℃である。
【0044】
RTAを施した後に、図中において更に右に搬送された基板1は、急速加熱後の急激な基板の冷却によるひび割れが発生しないようにするための補助ヒート基板307で一旦580℃まで降温した後に自然冷却される。もちろん、上述の如く、RTAを施す前と同様にRTAを施した後も、段階的に温度を低くした冷却基板307、308、309を複数設けてRTAを施した基板を搬送ローラー303で順に搬送して冷却することも可能である。具体的には、RTAを施した直後の第1の冷却基板307の温度が580℃、次の第2の冷却基板308が480℃、更に次の第3の冷却基板309の温度を400℃に設定してもよい。
【0045】
工程7(図2(g)):p−Si膜6上にSiO2膜10及び窒化シリコン(SiN)膜11をCVD法を用いて積層し、SiO2膜10及びSiN膜11の2層からなる層間絶縁膜12を形成する。SiO2膜10の厚みは500Å、SiN膜11の厚みは3000Åである。SiO2膜10及びSiN膜11を形成した後、窒素雰囲気中で1時間、400℃で加熱し、SiN膜11内に含まれる水素イオンをp−Si膜6へ導入する。これにより、p−Si膜6内の結晶欠陥が水素イオンで埋められる。
【0046】
工程8(図2(h)):前記ソース領域6s及びドレイン領域6dに対応した位置に層間絶縁膜12を貫通する第1のコンタクトホール13を前記p−Si層6に到達するように形成し、この第1のコンタクトホール13部分に、アルミニウム等の金属からなるソース電極14s及びドレイン電極14dを形成する。このソース電極14s及びドレイン電極14dの形成は、例えば、第1のコンタクトホール13が形成されたSiN膜11上にスパッタリングしたアルミニウムをパターニングすることで形成される。
【0047】
こうして、半導体素子であるp−SiTFTが形成される。
【0048】
以下に、このp−SiTFTを用いた液晶表示装置について説明する。
【0049】
図3に、液晶表示装置の製造方法を説明する製造工程図を示す。
【0050】
上述の工程8までの工程によって作製されたp−SiTFTに更に以下の工程を加えることにより液晶表示装置を作製する。
【0051】
工程9(図3(i)):ソース電極14s及びドレイン電極14dが形成された層間絶縁膜12及び各電極上に平坦化膜15を形成して表面を平坦化する。この平坦化膜15は、アクリル樹脂溶液を塗布し、焼成してアクリル樹脂層26を形成してなっており、このアクリル樹脂層は、ストッパ9やソース電極14s、ドレイン電極14dによる凹凸を埋めて表面を平坦化することができる。
【0052】
さらに、ソース電極14s上に前記平坦化膜15であるアクリル樹脂層を貫通する第2のコンタクトホール16を形成し、この第2のコンタクトホール16部分に、ソース電極14sに接続されてアクリル樹脂層上に広がる表示電極17を形成する。この表示電極17は、第2のコンタクトホール16が形成された平坦化膜15上に透明導電膜、例えばITO(Indium Thin Oxide:酸化インジウム錫)を積層し、そして、その透明導電膜上にレジスト膜を塗布した後、所定の電極パターンを形成し、エッチングガスとして、HBrガス及びCl2を用いてドライエッチング法、例えばRIE法によって露出した透明導電膜をエッチングすることにより形成される。
【0053】
工程10(図3(j)):表示電極17及び平坦化膜15上に、ポリイミド、SiO2等からなり、液晶を配向させる配向膜18を、印刷法またはスピンナー法にて形成する。
【0054】
こうして、液晶を駆動させるTFTをスイッチング素子とした液晶表示装置の片側のTFT基板が完成する。
【0055】
次に、図4に液晶表示装置の一部断面図を示す。
【0056】
同図に示す如く、石英ガラスまたは無アルカリガラスからなる絶縁基板である対向電極基板20上に、順にITO膜等の透明導電膜からなる対向電極21を基板全面に形成した後、その上に液晶を配向するためのポリイミド、SiO2等からなる配向膜22を形成する。
【0057】
こうして、上述のTFT基板1に対向した位置に対向電極基板20を設け、TFT基板と対向電極基板との間であってそれらの周辺に、接着性を有する樹脂からなるシール剤23を用いて両基板を接着し、両基板間に液晶24を充填して液晶表示装置が完成する。
<第2の実施の形態>
以下に、本発明の半導体装置の製造方法及び液晶表示装置の製造方法を、トップゲート型の半導体装置に用いた場合について説明する。
【0058】
図7及び図8に本発明の半導体装置の製造方法を説明する製造工程図を示す。
【0059】
まず、半導体装置の製造方法について説明する。
【0060】
工程1(図7(a)):石英ガラス、無アルカリガラス等からなる絶縁基板31上に、絶縁性薄膜であるSiO2膜32及びSiN膜33をこの順に常圧CVD法または減圧CVD法を用いて形成温度350℃で、それぞれ膜厚1300、500Å形成する。その絶縁性薄膜の上に、減圧CVD法にてモノシランガスを熱分解して550℃以下の温度でa−Si膜34を400Å形成する。
【0061】
そして、そのa−Si膜34の表面にKrFエキシマレーザビームを走査しながら照射してアニール処理を行って、a−Si膜34を溶融再結晶化することにより、p−Si膜を形成する。このp−Si膜35がp−SiTFTの能動層となる。
【0062】
このときのレーザー照射条件は、アニール雰囲気:1E(−4)Pa以下、基板温度:室温乃至600℃、照射エネルギー密度:100乃至500mJ/cm2、走査速度:1乃至10mm/sec(実際には、0.1乃至100mm/secの範囲の走査速度の設定が可能)である。
【0063】
レーザービームとしては、波長λ=308nmのXeClエキシマレーザーを使用してもよく、また、波長λ=193nmのArFエキシマレーザーを使用してもよい。このときのレーザー照射条件は、いずれもアニール雰囲気:1E(−4)Pa以下、基板温度:室温乃至600℃、照射エネルギー密度:100乃至500mJ/cm2、走査速度:1乃至10mm/sec(実際には、0.1乃至100mm/secの範囲の走査速度の設定が可能)である。
【0064】
上述のいずれのレーザービームを用いても、照射エネルギー密度及び照射回数に比例して、p−Siの粒径は大きくなるので、所望の大きさの粒径が得られるように、エネルギー密度を調整すればよい。
【0065】
工程2(図7(b)):前記p−Si膜35の上に、CVD法にて、SiO2からなるゲート絶縁膜36を全面に形成し、ホトリソ技術及びRIE法によるドライエッチング技術により、SiO2膜及び前記p−si膜を所定の形状に加工する。
【0066】
工程3(図7(c)):前記ゲート絶縁膜36上に、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)などの高融点金属からなる金属膜37をスパッタ法を用いて1500Å形成し、ホトリソグラフィ技術及びRIE法によるドライエッチング技術を用いて所定形状に加工してゲート電極37を形成する。
【0067】
なお、このゲート電極形成と同時に、このゲート電極に繋がっておりゲート信号を供給するゲート信号ラインも形成する(図示せず)。
【0068】
前記ゲート電極37をマスクとして、前記p−Si膜35に対してP型またはN型のイオンを注入する。
【0069】
即ち、形成すべきTFTのタイプに応じて、ゲート電極37に覆われていないp−Si膜35にP型またはN型のイオンを注入する。
【0070】
Pチャネル型のTFTを形成する場合には、ボロン(B)等のP型イオンを注入し、Nチャネル型のTFTを形成する場合には、リン(P)等のN型イオンを注入する。これにより、ゲート電極の下層のp−Si膜17のうち、ゲート電極直下はチャネル領域35cとなり、ゲート電極両側の部分がソース領域35s及びドレイン領域35dとなる。
【0071】
工程5(図8(d))そして、ソース領域35s及びドレイン領域35dが形成されたp−Si膜35にランプを用いたRTA法による急速アニールを行う。
【0072】
前述の図6に示す如く、シート状の光を発する光源は、キセノン(Xe)アークランプとそれを覆って設けられた反射鏡を備えたものを1組として、これを上下に相対向して設けられている。
【0073】
基板は、同図右から左に向かってローラーにより、搬送速度15mm/secで搬送される。また基板は予め基板を加熱する第1、第2及び第3のプレヒート(予備加熱)基板によって順次加熱される。これらの各プレヒート基板は、基板の冷却によるひび割れが発生しないようにするために、順にプレヒート基板温度が高くなるように設定してある。具体的には、第1のプレヒート基板が400℃、第2のプレヒート基板が480℃、第3のプレヒート基板が580℃に設定してある。
【0074】
第3のプレヒート基板を通過した後、前記アークキセノンランプ(幅10mm×長さ400mm)により急速アニールが行われる。
【0075】
このときのRTA法による加熱条件は、光源:Xeアークランプ、雰囲気:N2、加熱時間:0.5乃至1秒で、加熱温度は650℃である。
【0076】
RTAを施した後に、図中において更に右に搬送された基板は、急速加熱後の急激な基板の冷却によるひび割れが発生しないようにするための補助ヒート基板で580℃に加熱された後に自然冷却される。もちろん、上述の如く、RTAを施す前と同様に段階的に温度を低くした基板を複数設けて順に冷却することも可能である。
【0077】
基板のRTA法によるアニールにより、ソース領域35s及びドレイン領域35d内の不純物イオンが活性化される。
【0078】
工程6(図8(e)):その後、p−Si膜35を含む基板全面に、SiO2膜38及びSiN膜39をCVD法を用いて積層し、SiO2膜38及びSiN膜39の2層からなる層間絶縁膜を形成する。SiO2膜38の厚みは500Å、SiN膜39の厚みは3000Åである。SiO2膜38及びSiN膜39を形成した後、窒素雰囲気中で1時間、400℃で加熱し、SiN膜38内に含まれる水素イオンをp−Si膜35へ導入する。これにより、p−Si膜25内の結晶欠陥が水素イオンで埋められる。
【0079】
工程7(図8(f)):前記ソース領域35s及びドレイン領域35dに対応した位置に層間絶縁膜を貫通する第1のコンタクトホール40を前記p−Si層35に到達するよう形成し、この第1のコンタクトホール40部分に、アルミニウム等の金属からなるソース電極41s及びドレイン電極41dを形成する。このソース電極41s及びドレイン電極41dの形成は、例えば、第1のコンタクトホール40が形成されたSiN膜上にスパッタリングしたアルミニウムをパターニングすることで形成される。
【0080】
こうして、半導体素子であるp−SiTFTが形成される。
【0081】
以下に、このp−SiTFTを用いた液晶表示装置について説明する。
【0082】
図9に、液晶表示装置の製造方法を説明する製造工程図を示す。
【0083】
上述の工程7までの工程によって作製されたp−SiTFTに更に以下の工程を加えることにより液晶表示装置を作製することができる。
【0084】
工程8(図9):ソース電極41s及びドレイン電極41dが形成された層間絶縁膜及び各電極上に平坦化膜を形成して表面を平坦化する。この平坦化膜42は、アクリル樹脂溶液を塗布し、焼成してアクリル樹脂層を形成してなっており、このアクリル樹脂層26は、ゲート電極37やソース電極41s、ドレイン電極41dによる凹凸を埋めて表面を平坦化することができる。
【0085】
さらに、ソース電極41s上に前記平坦化膜であるアクリル樹脂層を貫通する第2のコンタクトホール43を形成し、この第2のコンタクトホール43部分に、ソース電極41sに接続されてアクリル樹脂層上に広がる表示電極44を形成する。この表示電極28は、第2のコンタクトホール43が形成されたアクリル樹脂層上に透明導電膜、例えばITOを積層し、そして、その透明導電膜上にレジスト膜を塗布した後、所定の電極パターンを形成し、エッチングガスとして、HBrガス及びCl2ガスを用いてドライエッチング法、例えばRIE法によって露出した透明導電膜をエッチングすることにより形成される。
【0086】
表示電極及び平坦化膜上に、ポリイミド、SiO2等からなり、液晶を配向させる配向膜45を、印刷法またはスピンナー法にて形成する。
【0087】
こうして、液晶表示装置の片側のTFT基板が完成する。
【0088】
次に、図10に液晶表示装置の一部断面図を示す。
【0089】
同図に示す如く、石英ガラスまたは無アルカリガラスからなる絶縁基板である対向電極基板46上に、順にITO膜等の透明導電膜からなる対向電極47を基板全面に形成した後、その上に液晶を配向するためのポリイミド、SiO2等からなる配向膜48を形成する。
【0090】
こうして、上述のTFT基板に対向した位置に対向電極基板を設け、TFT基板と対向電極基板との間であってそれらの周辺に、接着性を有する樹脂からなるシール剤を用いて両基板を接着し、両基板間に液晶50を充填して液晶表示装置が完成する。
【0091】
以下に、上述の本発明の第1及び第2の実施の形態におけるアクティブマトリクス型LCDに適用した場合のブロック構成について説明する。
【0092】
図11にアクティブマトリクス型LCDに適用した場合のブロック構成図を示す。
【0093】
表示画素部100には各走査線(ゲート配線)G1・・・Gn,Gn+1・・・Gmと各データ配線(ドレイン線)D1・・・Dn,Dn+1・・・Dmとが配置されている。各ゲート配線とデータ配線とはそれぞれ直交し、その直交部分に表示画素101が設けられている。そして、各ゲート配線はゲートドライバ102に接続されゲート信号(走査信号)が印加されるようになっている。また各ドレイン配線はドレインドライバ(データドライバ)103に接続され、データ信号(ビデオ信号)が印加されるようになっている。これらのドライバ102、103によって周辺駆動回路104が構成されている。
【0094】
そして、各ドライバ102、103のうち少なくともいずれか一方を表示画素部100と同一基板上に形成したLCDは一般にドライバ一体型(ドライバ内蔵型)LCDと呼ばれている。なお、ゲートドライバが表示画素部100の両端に設けられている場合もある。また、ドレインドライバ103が表示画素部100の両端に設けられている場合もある。
【0095】
この周辺駆動回路104のスイッチング用素子にも前記p−SiTFTと同等の製造方法で作製したp−SiTFTを用いており、p−SiTFTの作製に並行して、同一基板上に形成される。なお、この周辺駆動回路用のp−SiTFTは、LDD構造ではなく、通常のシングルドレイン構造を採用している(もちろんLDD構造であってもよい)。
【0096】
また、この周辺駆動回路のp−SiTFTは、CMOS構造に形成することにより、各ドライバとしての寸法の縮小化を実現している。
【0097】
図12にゲート配線Gnとドレイン配線Dnとの直交部分に設けられている表示画素101の等価回路を示す。
【0098】
表示画素101は画素駆動素子としてのTFT、液晶セルLC、補助容量Csから構成される。ゲート配線GnにはTFTのゲートが接続され、ドレイン配線DnにはTFTのドレインが接続されている。そして、TFTのソースには、液晶セルLCの表示電極(画素電極)と補助容量(付加容量)Csとが接続されている。
【0099】
この液晶セルLCと補助容量Csとにより、信号蓄積素子が構成される。液晶セルLCの共通電極(表示電極の反対側の電極)には電圧Vcomが印加されている。一方、補助容量Csにおいて、TFTのソースと接続される側の反対側の電極には定電圧VRが印加されている。この液晶セルLCの共通電極は、文字通り全ての表示画素101に対して共通した電極となっている。なお、補助容量Csにおいて、TFTのソースと接続される側の反対側の電極は、隣のゲート配線Gn+1と接続されている場合もある。
【0100】
このように構成された表示画素101において、ゲート配線Gnを正電圧にしてTFTのゲートに正電圧を印加すると、TFTがオンとなる。すると、ドレイン配線Dnに印加されたデータ信号で、液晶セルLCの静電容量と補助容量Csとが充電される。反対に、ゲート配線Gnを負電圧にしてTFTのゲートに負電圧を印加すると、TFTがオフとなり、その時点でドレイン配線Dnに印加されていた電圧が、液晶セルLCの静電容量と補助容量Csとによって保持される。このように、画素へ書き込みたいデータ信号をドレイン配線Dnを与えてゲート配線の電圧を制御することにより、表示画素に任意のデータ信号を保持させておくことができる。その表示画素の保持しているデータ信号に応じて液晶セルLCの透過率が変化し、表示画素が表示される。
【0101】
ここで、表示画素の特性として重要なものに、書き込み特性と保持特性とがある。書き込み特性に対して要求されるのは、表示画素部の仕様から定められた単位時間内に、信号蓄積素子(液晶セルLCおよび補助容量Cs)に対して所望のビデオ信号電圧を充分に書き込むことができるかどうかという点である。また、保持特性に対して要求されるのは、信号蓄積素子に一旦書き込んだビデオ信号電圧を必要な時間だけ保持することができるかという点である。
【0102】
補助容量Csが設けられているのは、信号蓄積素子の静電容量を増大させて書き込み特性及び保持特性を向上させるためである。即ち、液晶セルLCは、その構造上、静電容量の増大には限界がある。そこで、補助容量Csによって液晶セルLCの静電容量の不足分を補うわけである。
【0103】
【発明の効果】
請求項1に記載の半導体装置の製造方法によれば、RTA法にて基板上に半導体素子を形成する半導体装置の製造方法において、前記RTA法による前記基板の加熱処理前に、段階的に昇温するように配置した複数の予備加熱基板にて順次前記基板を予備加熱するものであるので、RTAを施す急激な基板温度の変化による基板の熱歪みによる割れの発生を抑制することができるとともに、スループットの向上が図れる。
【0104】
請求項2に記載の半導体装置の製造方法は、請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、予備加熱手段が順に温度が高くなるように設定された複数の予備加熱基板であるので、スループットの向上が図れる。
【0105】
請求項3に記載の半導体装置の製造方法は、請求項1もしくは2に記載の半導体装置の製造方法において、更に前記RTA法による前記基板の加熱処理後に、段階的に降温するように配置した複数の冷却基板にて順次前記基板を冷却するものであるので、基板の熱歪みによる割れの発生を抑制することができる。
【0106】
請求項4に記載の液晶表示装置の製造方法は、RTA法にて基板上に液晶を駆動するスイッチング素子を形成する液晶表示装置の製造方法において、前記RTA法による前記基板の加熱処理前に、段階的に昇温するように配置した複数の予備加熱基板にて順次前記基板を予備加熱するものであるので、基板の熱歪みによる割れの発生を抑制することができるとともに、スループットの向上が図れる。
【0107】
請求項5に記載の半導体装置の製造方法は、請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、予備加熱手段が順に温度が高くなるように設定された複数の予備加熱基板であるので、スループットの向上が図れる。
【0108】
請求項6に記載の液晶表示装置の製造方法は、更に前記RTA法による前記基板の加熱処理後に、段階的に降温するように配置した複数の冷却基板にて順次前記基板を冷却するものであるので、基板の熱歪みによる割れの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図5】本発明の半導体装置の製造方法に用いるレーザ照射装置の斜視図である。
【図6】本発明のRTAを施すRTA装置の断面である。
【図7】本発明の第2の実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図9】本発明の第2の実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態を示す製造工程断面図である。
【図11】本発明の液晶表示装置の製造方法によって製造した液晶表示装置のブロック構成図である。
【図12】本発明の液晶表示装置の製造方法によって製造した液晶表示装置の等価回路図である。
【図13】従来の半導体装置の製造工程を示す製造工程断面図である。
【符号の説明】
1 絶縁基板
301 キセノンアークランプ
302 搬送ローラー
304 プレヒート基板
305 プレヒート基板
306 プレヒート基板
307 冷却基板
308 冷却基板
309 冷却基板
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a semiconductor element on a substrate, and a method for manufacturing a liquid crystal display device including a switching element for driving liquid crystal.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a thin film transistor (hereinafter referred to as “TFT”) using a p-Si film formed on a transparent insulating substrate as a pixel driving element of an active matrix LCD (Liquid Crystal Display) as an active layer. Development) is underway.
[0003]
A polycrystalline silicon (Poly Silicon Thin Film: hereinafter referred to as “p-Si”) TFT is an a- having an amorphous silicon (hereinafter referred to as “a-Si”) film as an active layer. Compared to SiTFT, it has the advantage of high electric field mobility and high driving capability. Therefore, if p-SiTFT is used, a high-performance LCD can be realized, and not only the pixel unit but also the peripheral drive circuit are integrated on the same substrate. Can be formed.
[0004]
In such a p-Si TFT, in order to form a source region and a drain region in a p-Si film as an active layer, a heat treatment is performed for activation after ion implantation is performed in both regions.
[0005]
FIG. 13 is a process cross-sectional view of an activation process after ion implantation of a conventional source region and drain region.
[0006]
Step A (FIG. 13A): A gate electrode 2 made of a refractory metal is formed on an insulating substrate 1, and insulating thin films 3 and 4 and an a-Si film are formed on the gate electrode 2. . A p-Si film 6 is formed by melting and recrystallizing the a-Si film with a laser. Next, an SiO2 film is formed on the entire surface of the p-Si film 6, and a stopper 7 is formed by a photolithography technique and a dry etching technique. Ions are implanted into the p-Si film 6 using the stopper 7 as a mask. By doing so, the source region 6 s and the drain region 6 d are formed in the p-Si film 6.
[0007]
Thereafter, heat treatment is performed to activate the implanted ions.
[0008]
Examples of the heat treatment include an RTA method and a heating method using a heating furnace.
[0009]
RTA (Rapid Thermal Annealing) methods include a lamp RTA method using a lamp and a laser method, for example, an ELA (Excimer Laser Annealing) method using an excimer laser.
[0010]
In the ELA method, the beam size of the laser light is relatively small, about 0.5 mm × 150 mm, so that the throughput is small. In addition, since the oscillation wavelength is short, it is easily absorbed by the gate electrode material, and since the time width of the oscillation pulse is relatively short as 10 to 30 ns, the time during which the temperature of the film is raised is extremely short so that sufficient activation cannot be performed. . Since it is necessary to raise the temperature of the p-Si film in order to perform sufficient activation, it is easily affected by the material, size, and pattern density of the gate electrode. There is a possibility that the electrode is melted or blown off by ablation.
[0011]
In addition, when the RTA method using a lamp is used, the xenon arc lamp light having a relatively broad emission wavelength is used in a large beam having a width of 10 mm and a length of 400 mm or more. It is difficult to produce a difference in light absorption efficiency, and since the irradiation time is relatively long, it is not necessary to raise the temperature of the p-Si film as much as ELA. Therefore, the throughput is high and the gate electrode structure is not easily affected.
[0012]
However, when the semiconductor layer is activated by using the RTA method, since the irradiation beam size is large and the irradiation time is long, the temperature of the glass substrate on which the semiconductor layer is formed becomes very high. If it is too much, the substrate temperature at the light irradiated portion becomes high, and the temperature difference from the portion other than the irradiated portion becomes too large, causing a substrate crack due to thermal strain.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described conventional drawbacks, and provides a method for manufacturing a semiconductor device and a method for manufacturing a liquid crystal display device that prevent substrate cracking due to thermal distortion and has high throughput. Let it be an issue.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is heated by a semiconductor device formed on the substrate by an RTA method, and the heating temperature is different before the heat treatment of the substrate by the RTA method. The substrate is heated so that the temperature of the substrate is raised step by step by a plurality of preheating means set in the above.
[0015]
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of preheating means are further provided with a plurality of preheating substrates set so that the temperature becomes higher in order. It is what.
[0016]
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2, further comprising cooling that is arranged so that the temperature is lowered stepwise after the heat treatment of the substrate by the RTA method. The substrate is sequentially cooled by means.
[0017]
The method for manufacturing a liquid crystal display device according to claim 4 is a method for manufacturing a liquid crystal display device in which a switching element for driving liquid crystal on a substrate is formed by an RTA method, and before the heat treatment of the substrate by the RTA method, A plurality of preheating means set to different heating temperatures are used to heat the substrate so that the temperature is raised stepwise.
[0018]
The method of manufacturing a liquid crystal display device according to claim 5 is the method of manufacturing a liquid crystal display device according to claim 4, wherein the plurality of preheating units are configured to have a plurality of preheatings set so that the temperature becomes higher in order. It is a substrate.
[0019]
The method for manufacturing a liquid crystal display device according to claim 6 is the method for manufacturing a liquid crystal display device according to claim 4 or 5, wherein the temperature is lowered stepwise after the heat treatment of the substrate by the RTA method. The substrate is sequentially cooled by a cooling means.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
A method for manufacturing a semiconductor device and a method for manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention will be described below.
[0021]
1 to 3 are sectional views showing the steps of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention.
[0022]
Step 1 (FIG. 1A): A metal film 2 made of a refractory metal such as chromium (Cr) or molybdenum (Mo) is sputtered on an insulating substrate 1 made of quartz glass, non-alkali glass or the like. 1500 Å is formed and processed into a predetermined shape by using a photolithography technique and a dry etching technique by RIE (Reactive Ion Etching) method to form the gate electrode 2.
[0023]
Step 2 (FIG. 1B): An SiO2 film 3 and a SiN film 4 are formed as insulating thin films on the gate electrode 2 in this order using an atmospheric pressure CVD method or a low pressure CVD method at a formation temperature of 350 ° C., respectively. A film thickness of 1300 and 500 mm is formed. On the insulating thin film, a monosilane gas is thermally decomposed by a low pressure CVD method to form 400 a-Si films 5 at a temperature of 550 ° C. or lower.
[0024]
Step 3 (FIG. 1 (a)): The surface of the a-Si film 5 is irradiated with a KrF excimer laser beam while scanning and annealed to melt and recrystallize the a-Si film 5. A p-Si film 6 is formed.
[0025]
The laser irradiation conditions at this time are as follows: annealing atmosphere: 1E (−4) Pa or less, substrate temperature: room temperature to 600 ° C., irradiation energy density: 100 to 500 mJ / cm 2, scanning speed: 1 to 10 mm / sec (in practice, The scanning speed in the range of 0.1 to 100 mm / sec can be set).
[0026]
As the laser beam, an XeCl excimer laser with a wavelength λ = 308 nm may be used, or an ArF excimer laser with a wavelength λ = 193 nm may be used. The laser irradiation conditions at this time are as follows: annealing atmosphere: 1E (−4) Pa or less, substrate temperature: room temperature to 600 ° C., irradiation energy density: 100 to 500 mJ / cm 2, scanning speed: 1 to 10 mm / sec (actually Can set a scanning speed in the range of 0.1 to 100 mm / sec).
[0027]
Regardless of the laser beam mentioned above, the particle size of p-Si increases in proportion to the irradiation energy density and the number of irradiations, so the energy density is adjusted so that the desired particle size can be obtained. do it.
[0028]
In this embodiment, a high-throughput laser irradiation method is used for excimer laser annealing.
[0029]
In FIG. 5, 201 is a KrF excimer laser, 202 is a reflecting mirror that reflects the laser beam from the laser 201, and 203 is a laser beam control optics that processes the laser beam from the reflecting mirror 201 into a predetermined state and irradiates the substrate. It is a system.
[0030]
In such a configuration, the high-throughput laser irradiation method is a method in which a laser beam processed into a sheet (150 mm × 0.5 mm) by the laser beam control optical system 203 is irradiated by superimposing a plurality of pulses. Scanning and pulsed laser irradiation are completely synchronized, and the laser beam is irradiated with extremely high accuracy to increase the throughput.
[0031]
Step 4 (FIG. 1 (d)): A SiO2 film 7 is formed on the entire surface of the p-Si film 6 by CVD, and a resist film 8 is formed on the entire surface thereof. The resist film 8 is left only in a portion shielded by the gate electrode 2 by so-called self-aligned back exposure, which is exposed from one side (the lower direction in FIG. 1D).
[0032]
Step 5 (FIG. 2E): Then, the SiO2 film 7 in the region not covered with the resist film 8 is removed by a dry etching technique based on the RIE method to form a stopper 9 made of SiO2. This stopper 9 functions as a mask for shielding ions by ion doping when forming the LDD structure later.
[0033]
Using the stopper 9 as a mask, P-type or N-type ions are implanted into the p-Si film 6.
[0034]
That is, depending on the type of TFT to be formed, P-type or N-type ions are implanted into the p-Si film 6 not covered with the stopper 9.
[0035]
When forming a P-channel TFT, P-type ions such as boron (B) are implanted, and when forming an N-channel TFT, N-type ions such as phosphorus (P) are implanted. As a result, the portion of the p-Si film 6 that is the active layer covered with the stopper 9 becomes the channel region 6c, and the portions on both sides thereof become the source region 6s and the drain region 6d.
[0036]
Step 6 (FIG. 2F): Rapid annealing is performed by the RTA method using a lamp on the p-Si film 6 in which the source region 6s and the drain region 6d are formed.
[0037]
The impurity ions in the source region 6s and the drain region 6d are activated by annealing the substrate by the RTA method. Then, the p-Si film 6 is patterned in an island shape leaving a predetermined width on both sides of the stopper 9 and the gate electrode 2, and the TFTs are separated and independent. At this time, the p-Si film 6 and the SiO2 film 10 in the peripheral region are also removed at the same time.
[0038]
The rapid annealing by the RTA method using a lamp will be described.
[0039]
FIG. 6 shows a rapid annealing apparatus by the RTA method using the lamp of the present invention.
[0040]
As shown in the figure, a light source that emits sheet-like light is a pair of a xenon (Xe) arc lamp 301 and a reflecting mirror 302 provided so as to cover it. Is provided.
[0041]
The substrate 1 is transported at a transport speed of 15 mm / sec by a roller 303 from the right to the left in FIG. The substrate 1 is sequentially heated by first, second and third preheating (preheating) substrates 304, 305 and 306 that heat the substrate in advance. Each of the preheat substrates 304, 305, and 306 is set so that the preheat substrate temperature sequentially increases in order to prevent the substrate 1 from cracking due to thermal distortion. The temperature of each of these preheat substrates may be set to a temperature at which the substrate 1 is not distorted or cracked. Specifically, in this embodiment, the first preheat substrate 304 is set to 400 ° C., the second preheat substrate 305 is set to 480 ° C., and the third preheat substrate 306 is set to 580 ° C.
[0042]
After passing through the third preheat substrate 306, rapid annealing is performed by the xenon arc lamp (width 10 mm × length 400 mm) 301.
[0043]
The heating conditions by the RTA method at this time are light source: Xe arc lamp, atmosphere: N2, heating time: 0.5 to 1 second, and heating temperature is 650 ° C.
[0044]
After the RTA, the substrate 1 conveyed further to the right in the figure is once lowered to 580 ° C. by the auxiliary heat substrate 307 for preventing cracks due to rapid cooling of the substrate after rapid heating. Naturally cooled. Of course, as described above, after the RTA is performed as in the case before the RTA is performed, a plurality of cooling substrates 307, 308, and 309 whose temperatures are lowered stepwise are provided, and the substrates subjected to the RTA are sequentially transported by the transport roller 303. It is also possible to cool it. Specifically, the temperature of the first cooling substrate 307 immediately after the RTA is 580 ° C., the second cooling substrate 308 is 480 ° C., and the temperature of the next third cooling substrate 309 is 400 ° C. It may be set.
[0045]
Step 7 (FIG. 2G): An SiO 2 film 10 and a silicon nitride (SiN) film 11 are stacked on the p-Si film 6 by using the CVD method, and an interlayer composed of two layers of the SiO 2 film 10 and the SiN film 11 is formed. An insulating film 12 is formed. The thickness of the SiO2 film 10 is 500 mm, and the thickness of the SiN film 11 is 3000 mm. After forming the SiO 2 film 10 and the SiN film 11, heating is performed at 400 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to introduce hydrogen ions contained in the SiN film 11 into the p-Si film 6. Thereby, the crystal defects in the p-Si film 6 are filled with hydrogen ions.
[0046]
Step 8 (FIG. 2H): A first contact hole 13 penetrating the interlayer insulating film 12 is formed so as to reach the p-Si layer 6 at a position corresponding to the source region 6s and the drain region 6d. A source electrode 14s and a drain electrode 14d made of a metal such as aluminum are formed in the first contact hole 13 portion. The source electrode 14s and the drain electrode 14d are formed, for example, by patterning sputtered aluminum on the SiN film 11 in which the first contact hole 13 is formed.
[0047]
Thus, a p-Si TFT which is a semiconductor element is formed.
[0048]
A liquid crystal display device using this p-Si TFT will be described below.
[0049]
FIG. 3 is a manufacturing process diagram illustrating a method for manufacturing a liquid crystal display device.
[0050]
A liquid crystal display device is manufactured by further adding the following steps to the p-Si TFT manufactured by the steps up to step 8 described above.
[0051]
Step 9 (FIG. 3I): The interlayer insulating film 12 on which the source electrode 14s and the drain electrode 14d are formed and the planarizing film 15 are formed on each electrode to planarize the surface. The flattening film 15 is formed by applying an acrylic resin solution and baking it to form an acrylic resin layer 26. The acrylic resin layer fills unevenness due to the stopper 9, the source electrode 14s, and the drain electrode 14d. The surface can be planarized.
[0052]
Further, a second contact hole 16 that penetrates the acrylic resin layer that is the planarizing film 15 is formed on the source electrode 14s, and the acrylic resin layer is connected to the source electrode 14s in the second contact hole 16 portion. A display electrode 17 extending upward is formed. The display electrode 17 is formed by laminating a transparent conductive film, for example, ITO (Indium Thin Oxide) on the planarizing film 15 in which the second contact hole 16 is formed, and a resist is formed on the transparent conductive film. After coating the film, a predetermined electrode pattern is formed, and the transparent conductive film exposed by dry etching, for example, RIE, is etched using HBr gas and Cl2 as etching gases.
[0053]
Step 10 (FIG. 3 (j)): An alignment film 18 made of polyimide, SiO2, or the like and orienting liquid crystal is formed on the display electrode 17 and the planarizing film 15 by a printing method or a spinner method.
[0054]
Thus, a TFT substrate on one side of the liquid crystal display device using the TFT for driving the liquid crystal as a switching element is completed.
[0055]
Next, FIG. 4 shows a partial cross-sectional view of the liquid crystal display device.
[0056]
As shown in the figure, a counter electrode 21 made of a transparent conductive film such as an ITO film is sequentially formed on a counter electrode substrate 20 which is an insulating substrate made of quartz glass or non-alkali glass, and then a liquid crystal is formed thereon. An alignment film 22 made of polyimide, SiO 2 or the like is formed.
[0057]
In this way, the counter electrode substrate 20 is provided at a position facing the TFT substrate 1 described above, and both are formed between the TFT substrate and the counter electrode substrate using the sealing agent 23 made of resin having adhesive properties around the TFT substrate and the counter electrode substrate. The substrates are bonded and the liquid crystal 24 is filled between the substrates to complete the liquid crystal display device.
<Second Embodiment>
The case where the semiconductor device manufacturing method and the liquid crystal display device manufacturing method of the present invention are used in a top gate type semiconductor device will be described below.
[0058]
7 and 8 show manufacturing process diagrams for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
[0059]
First, a method for manufacturing a semiconductor device will be described.
[0060]
Step 1 (FIG. 7A): An insulating thin film of SiO2 film 32 and SiN film 33 are formed in this order on an insulating substrate 31 made of quartz glass, non-alkali glass, or the like by using an atmospheric pressure CVD method or a low pressure CVD method. The film thickness is 1300 and 500 mm, respectively, at a forming temperature of 350 ° C. On the insulating thin film, monosilane gas is thermally decomposed by a low pressure CVD method to form 400 a-Si films 34 at a temperature of 550 ° C. or lower.
[0061]
Then, the surface of the a-Si film 34 is irradiated with a KrF excimer laser beam while scanning to perform annealing treatment, and the a-Si film 34 is melted and recrystallized to form a p-Si film. This p-Si film 35 becomes an active layer of the p-Si TFT.
[0062]
The laser irradiation conditions at this time are as follows: annealing atmosphere: 1E (−4) Pa or less, substrate temperature: room temperature to 600 ° C., irradiation energy density: 100 to 500 mJ / cm 2, scanning speed: 1 to 10 mm / sec (in practice, The scanning speed in the range of 0.1 to 100 mm / sec can be set).
[0063]
As the laser beam, an XeCl excimer laser with a wavelength λ = 308 nm may be used, or an ArF excimer laser with a wavelength λ = 193 nm may be used. The laser irradiation conditions at this time are as follows: annealing atmosphere: 1E (−4) Pa or less, substrate temperature: room temperature to 600 ° C., irradiation energy density: 100 to 500 mJ / cm 2, scanning speed: 1 to 10 mm / sec (actually Can set a scanning speed in the range of 0.1 to 100 mm / sec).
[0064]
Regardless of the laser beam mentioned above, the particle size of p-Si increases in proportion to the irradiation energy density and the number of irradiations, so the energy density is adjusted so that the desired particle size can be obtained. do it.
[0065]
Step 2 (FIG. 7B): A gate insulating film 36 made of SiO2 is formed on the entire surface of the p-Si film 35 by the CVD method, and the SiO2 film is dry etched by the photolithography technique and the RIE technique. The film and the p-si film are processed into a predetermined shape.
[0066]
Step 3 (FIG. 7 (c)): A metal film 37 made of a refractory metal such as chromium (Cr) or molybdenum (Mo) is formed on the gate insulating film 36 by a sputtering method to form a photolithography technique. Then, the gate electrode 37 is formed by processing into a predetermined shape using a dry etching technique by the RIE method.
[0067]
Simultaneously with the formation of the gate electrode, a gate signal line connected to the gate electrode and supplying a gate signal is also formed (not shown).
[0068]
P-type or N-type ions are implanted into the p-Si film 35 using the gate electrode 37 as a mask.
[0069]
That is, depending on the type of TFT to be formed, P-type or N-type ions are implanted into the p-Si film 35 not covered with the gate electrode 37.
[0070]
When forming a P-channel TFT, P-type ions such as boron (B) are implanted, and when forming an N-channel TFT, N-type ions such as phosphorus (P) are implanted. Thereby, in the p-Si film 17 under the gate electrode, the channel region 35c is directly below the gate electrode, and the portions on both sides of the gate electrode are the source region 35s and the drain region 35d.
[0071]
Step 5 (FIG. 8D) Then, rapid annealing is performed on the p-Si film 35 in which the source region 35s and the drain region 35d are formed by an RTA method using a lamp.
[0072]
As shown in FIG. 6 described above, the light source that emits sheet-like light is a pair of xenon (Xe) arc lamps and a reflector provided so as to cover the xenon (Xe) arc lamp. Is provided.
[0073]
The substrate is transported at a transport speed of 15 mm / sec by rollers from the right to the left in FIG. The substrate is sequentially heated by first, second and third preheating (preheating) substrates that heat the substrate in advance. Each of these preheat substrates is set so that the preheat substrate temperature sequentially increases in order to prevent cracking due to cooling of the substrate. Specifically, the first preheat substrate is set to 400 ° C., the second preheat substrate is set to 480 ° C., and the third preheat substrate is set to 580 ° C.
[0074]
After passing through the third preheat substrate, rapid annealing is performed by the arc xenon lamp (width 10 mm × length 400 mm).
[0075]
The heating conditions by the RTA method at this time are light source: Xe arc lamp, atmosphere: N2, heating time: 0.5 to 1 second, and heating temperature is 650 ° C.
[0076]
After the RTA is applied, the substrate conveyed further to the right in the figure is naturally cooled after being heated to 580 ° C. with an auxiliary heat substrate to prevent cracking due to rapid substrate cooling after rapid heating. Is done. Of course, as described above, it is also possible to provide a plurality of substrates whose temperatures are lowered stepwise in the same manner as before the RTA and cool them in order.
[0077]
By annealing the substrate by the RTA method, impurity ions in the source region 35s and the drain region 35d are activated.
[0078]
Step 6 (FIG. 8E): Thereafter, a SiO 2 film 38 and a SiN film 39 are stacked on the entire surface of the substrate including the p-Si film 35 by using the CVD method, and the two layers of the SiO 2 film 38 and the SiN film 39 are formed. An interlayer insulating film is formed. The thickness of the SiO2 film 38 is 500 mm, and the thickness of the SiN film 39 is 3000 mm. After the SiO 2 film 38 and the SiN film 39 are formed, heating is performed at 400 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere to introduce hydrogen ions contained in the SiN film 38 into the p-Si film 35. Thereby, the crystal defects in the p-Si film 25 are filled with hydrogen ions.
[0079]
Step 7 (FIG. 8F): A first contact hole 40 penetrating the interlayer insulating film is formed at a position corresponding to the source region 35s and the drain region 35d so as to reach the p-Si layer 35. A source electrode 41 s and a drain electrode 41 d made of a metal such as aluminum are formed in the first contact hole 40 portion. The source electrode 41s and the drain electrode 41d are formed by, for example, patterning sputtered aluminum on the SiN film in which the first contact hole 40 is formed.
[0080]
Thus, a p-Si TFT which is a semiconductor element is formed.
[0081]
A liquid crystal display device using this p-Si TFT will be described below.
[0082]
FIG. 9 is a manufacturing process diagram illustrating a method for manufacturing a liquid crystal display device.
[0083]
A liquid crystal display device can be manufactured by further adding the following steps to the p-Si TFT manufactured by the steps up to step 7 described above.
[0084]
Step 8 (FIG. 9): A flattening film is formed on the interlayer insulating film on which the source electrode 41s and the drain electrode 41d are formed and on each electrode to flatten the surface. The flattening film 42 is formed by applying an acrylic resin solution and baking to form an acrylic resin layer. The acrylic resin layer 26 fills the unevenness caused by the gate electrode 37, the source electrode 41s, and the drain electrode 41d. To flatten the surface.
[0085]
Further, a second contact hole 43 penetrating the acrylic resin layer, which is the planarizing film, is formed on the source electrode 41s, and the second contact hole 43 is connected to the source electrode 41s on the acrylic resin layer. A display electrode 44 is formed to spread. The display electrode 28 is formed by laminating a transparent conductive film, for example, ITO on the acrylic resin layer in which the second contact holes 43 are formed, and applying a resist film on the transparent conductive film, followed by a predetermined electrode pattern. The transparent conductive film exposed by dry etching, for example, RIE, is etched using HBr gas and Cl2 gas as etching gas.
[0086]
On the display electrode and the planarizing film, an alignment film 45 made of polyimide, SiO2, or the like and orienting liquid crystal is formed by a printing method or a spinner method.
[0087]
Thus, a TFT substrate on one side of the liquid crystal display device is completed.
[0088]
Next, FIG. 10 shows a partial cross-sectional view of the liquid crystal display device.
[0089]
As shown in the figure, a counter electrode 47 made of a transparent conductive film such as an ITO film is sequentially formed on a counter electrode substrate 46, which is an insulating substrate made of quartz glass or non-alkali glass, and then a liquid crystal is formed thereon. An alignment film 48 made of polyimide, SiO 2 or the like is formed.
[0090]
Thus, the counter electrode substrate is provided at a position facing the above-described TFT substrate, and the both substrates are bonded to each other between the TFT substrate and the counter electrode substrate using a sealing agent made of an adhesive resin. Then, the liquid crystal 50 is filled between the substrates to complete the liquid crystal display device.
[0091]
A block configuration when applied to the active matrix LCD in the first and second embodiments of the present invention will be described below.
[0092]
FIG. 11 is a block diagram when applied to an active matrix LCD.
[0093]
In the display pixel unit 100, scanning lines (gate wirings) G1,... Gn, Gn + 1,... Gm and data wirings (drain lines) D1,. Each gate line and the data line are orthogonal to each other, and the display pixel 101 is provided in the orthogonal part. Each gate wiring is connected to the gate driver 102 and a gate signal (scanning signal) is applied thereto. Each drain wiring is connected to a drain driver (data driver) 103 so that a data signal (video signal) is applied. These drivers 102 and 103 constitute a peripheral drive circuit 104.
[0094]
An LCD in which at least one of the drivers 102 and 103 is formed on the same substrate as the display pixel unit 100 is generally called a driver integrated type (driver built-in type) LCD. Note that gate drivers may be provided at both ends of the display pixel unit 100. In some cases, the drain driver 103 is provided at both ends of the display pixel unit 100.
[0095]
A p-Si TFT manufactured by a manufacturing method equivalent to the p-Si TFT is used as the switching element of the peripheral drive circuit 104, and is formed on the same substrate in parallel with the manufacture of the p-Si TFT. Note that this p-Si TFT for the peripheral drive circuit adopts an ordinary single drain structure instead of an LDD structure (of course, an LDD structure may also be used).
[0096]
Further, the p-Si TFT of this peripheral drive circuit is formed in a CMOS structure, thereby realizing a reduction in dimensions as each driver.
[0097]
FIG. 12 shows an equivalent circuit of the display pixel 101 provided in the orthogonal portion between the gate line Gn and the drain line Dn.
[0098]
The display pixel 101 includes a TFT as a pixel driving element, a liquid crystal cell LC, and an auxiliary capacitor Cs. The gate of the TFT is connected to the gate wiring Gn, and the drain of the TFT is connected to the drain wiring Dn. A display electrode (pixel electrode) and an auxiliary capacitor (additional capacitor) Cs of the liquid crystal cell LC are connected to the source of the TFT.
[0099]
The liquid crystal cell LC and the auxiliary capacitor Cs constitute a signal storage element. A voltage Vcom is applied to the common electrode (electrode opposite to the display electrode) of the liquid crystal cell LC. On the other hand, in the auxiliary capacitor Cs, a constant voltage VR is applied to the electrode on the side opposite to the side connected to the source of the TFT. The common electrode of the liquid crystal cell LC is literally a common electrode for all the display pixels 101. In the auxiliary capacitor Cs, the electrode on the side opposite to the side connected to the TFT source may be connected to the adjacent gate line Gn + 1.
[0100]
In the display pixel 101 configured as described above, when the gate line Gn is set to a positive voltage and a positive voltage is applied to the gate of the TFT, the TFT is turned on. Then, the electrostatic capacity and the auxiliary capacity Cs of the liquid crystal cell LC are charged by the data signal applied to the drain wiring Dn. On the other hand, when the gate wiring Gn is set to a negative voltage and a negative voltage is applied to the gate of the TFT, the TFT is turned off, and the voltage applied to the drain wiring Dn at that time is the capacitance and auxiliary capacitance of the liquid crystal cell LC. Held by Cs. In this way, by applying the drain wiring Dn to the data signal to be written to the pixel and controlling the voltage of the gate wiring, the display pixel can hold an arbitrary data signal. The transmittance of the liquid crystal cell LC changes according to the data signal held by the display pixel, and the display pixel is displayed.
[0101]
Here, there are a writing characteristic and a holding characteristic as important characteristics of the display pixel. What is required for the writing characteristics is that a desired video signal voltage is sufficiently written to the signal storage elements (the liquid crystal cell LC and the auxiliary capacitor Cs) within a unit time determined from the specification of the display pixel unit. Is whether or not Also, what is required for the holding characteristic is that the video signal voltage once written in the signal storage element can be held for a necessary time.
[0102]
The auxiliary capacitor Cs is provided in order to increase the electrostatic capacity of the signal storage element and improve the writing characteristics and the holding characteristics. That is, the liquid crystal cell LC has a limit in increasing the capacitance because of its structure. Therefore, the auxiliary capacitance Cs compensates for the lack of capacitance of the liquid crystal cell LC.
[0103]
【The invention's effect】
According to the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, in the method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor element is formed on a substrate by an RTA method, the temperature is increased stepwise before the heat treatment of the substrate by the RTA method. Since the substrate is sequentially preheated by a plurality of preheated substrates arranged to be heated, it is possible to suppress the occurrence of cracking due to thermal distortion of the substrate due to a rapid change in the substrate temperature to which RTA is applied. Throughput can be improved.
[0104]
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the preheating means is a plurality of preheating substrates set so as to increase in temperature in order. Can be improved.
[0105]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to the first or second aspect, further comprising: a plurality of semiconductor devices arranged so that the temperature is lowered stepwise after the heat treatment of the substrate by the RTA method. Since the above-mentioned cooling substrate sequentially cools the substrate, it is possible to suppress the occurrence of cracks due to thermal distortion of the substrate.
[0106]
The method for manufacturing a liquid crystal display device according to claim 4 is a method for manufacturing a liquid crystal display device in which a switching element for driving liquid crystal is formed on a substrate by an RTA method, and before the heat treatment of the substrate by the RTA method, Since the substrate is sequentially pre-heated by a plurality of pre-heating substrates arranged so as to increase the temperature stepwise, the generation of cracks due to the thermal strain of the substrate can be suppressed and the throughput can be improved. .
[0107]
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5 is the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the preheating means is a plurality of preheating substrates set so that the temperature becomes higher in order. Can be improved.
[0108]
The method for manufacturing a liquid crystal display device according to claim 6 further includes cooling the substrate sequentially with a plurality of cooling substrates arranged so as to decrease in temperature after the heating treatment of the substrate by the RTA method. Therefore, the generation of cracks due to the thermal strain of the substrate can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a manufacturing process cross-sectional view illustrating a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a manufacturing process cross-sectional view showing the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a manufacturing process sectional view showing the first embodiment of the invention;
FIG. 4 is a manufacturing process sectional view showing the first embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a perspective view of a laser irradiation apparatus used in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an RTA apparatus for performing the RTA of the present invention.
FIG. 7 is a manufacturing process sectional view showing a second embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a manufacturing process sectional view showing a second embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a manufacturing process sectional view showing a second embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a manufacturing process sectional view showing a second embodiment of the present invention;
FIG. 11 is a block diagram of a liquid crystal display device manufactured by the method for manufacturing a liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a liquid crystal display device manufactured by the method for manufacturing a liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 13 is a manufacturing process sectional view showing a manufacturing process of a conventional semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1 Insulating substrate
301 Xenon arc lamp
302 Transport roller
304 Preheat substrate
305 Preheat substrate
306 Preheat substrate
307 Cooling substrate
308 Cooling substrate
309 Cooling substrate

Claims (2)

ガラス基板上に形成された非晶質シリコンをELA法にて結晶化して半導体素子の活性層を形成し、前記活性層を所定の形状に加工し、高融点金属のみからなるゲート電極を形成した後、ランプRTA法にて加熱して活性化する半導体装置の製造方法において、前記ランプRTA法による前記基板の加熱処理前に、異なる加熱温度に設定された複数の予備加熱手段にて順次前記基板を段階的に昇温するように加熱し、前記ランプRTA法による加熱処理後に、段階的に降温するように配置した複数の冷却手段にて順次前記基板を冷却する一連の処理を一回行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。Amorphous silicon formed on a glass substrate is crystallized by an ELA method to form an active layer of a semiconductor element, the active layer is processed into a predetermined shape, and a gate electrode made of only a refractory metal is formed. Thereafter, in a method of manufacturing a semiconductor device that is activated by heating by a lamp RTA method, the substrate is sequentially formed by a plurality of preheating means set at different heating temperatures before the substrate is heated by the lamp RTA method. The substrate is heated so that the temperature is raised stepwise, and after the heat treatment by the lamp RTA method, a series of treatments for sequentially cooling the substrate is performed once by a plurality of cooling means arranged so as to lower the temperature stepwise. A method for manufacturing a semiconductor device. ガラス基板上に形成された非晶質シリコンをELA法にて結晶化して液晶を駆動するスイッチング素子の活性層を形成し、前記活性層を所定の形状に加工しし、高融点金属のみからなるゲート電極を形成した後、ランプRTA法にて加熱して活性化する液晶表示装置の製造方法において、前記ランプRTA法による前記基板の加熱処理前に、異なる加熱温度に設定された複数の予備加熱手段にて順次前記基板を段階的に昇温するように加熱し、前記ランプRTA法による加熱処理後に、段階的に降温するように配置した複数の冷却手段にて順次前記基板を冷却する一連の処理を一回行なうことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。Amorphous silicon formed on a glass substrate is crystallized by an ELA method to form an active layer of a switching element that drives a liquid crystal, the active layer is processed into a predetermined shape, and is made of only a refractory metal. In a method of manufacturing a liquid crystal display device that is activated by heating by a lamp RTA method after forming a gate electrode, a plurality of preheatings set at different heating temperatures before the heat treatment of the substrate by the lamp RTA method The substrate is heated by the means so as to raise the temperature stepwise, and after the heat treatment by the lamp RTA method, the substrate is sequentially cooled by a plurality of cooling means arranged to lower the temperature stepwise . A method of manufacturing a liquid crystal display device, wherein the treatment is performed once .
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