JP3907898B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、非晶質半導体薄膜を結晶化して形成された結晶質半導体膜を利用した半導体装置の作製方法に関するものであり、特に薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)等の半導体装置およびその作製方法に関する。本発明の半導体装置は、薄膜トランジスタ(TFT)やMOSトランジスタ等の素子だけでなく、これら絶縁ゲート型トランジスタで構成された半導体回路を有する表示装置やイメージセンサ等の電気光学装置をも含むものである。加えて、本発明の半導体装置は、これらの表示装置および電気光学装置を搭載した電子機器をも含むものである。
【0002】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ(以下、TFTと呼ぶ)は透明なガラス基板に形成することができるので、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が積極的に進められてきた。アクティブマトリクス型表示装置はマトリクス状に配置された複数の画素によって液晶にかかる電界をマトリクス状に制御し、高精細な画像表示を実現するものである。結晶質半導体膜を利用したTFTは高移動度が得られるので、同一基板上に機能回路を集積させて高精細な画像表示を実現することが可能とされている。
【0003】
アクティブマトリクス型表示装置は画面の解像度が高精細になるに従い、画素だけでも100万個のTFTが必要になってくる。さらに機能回路を付加すると、それ以上の数のTFTが必要となり、液晶表示装置を安定に動作させるためには、個々のTFTの信頼性を確保して安定に動作させる必要があった。
【0004】
実際の液晶表示装置(液晶パネルともいう)に要求される仕様は厳しく、全ての画素が正常に動作するためには画素、ドライバともに高い信頼性が確保されなければならない。特に、ドライバ回路で異常が発生すると一列(または一行)の画素が動作不良になり線欠陥と呼ばれる不良を招くことにつながる。
【0005】
また、ポリシリコン膜を利用したTFTは信頼性の面でまだまだLSIなどに用いられるMOSFET(単結晶半導体基板上に形成されたトランジスタ)に及ばないとされている。そして、この弱点が克服されない限り、TFTでLSI回路を形成することは困難であるとの見方が強まっている。
【0006】
本出願人は、MOSFETには信頼性の面で三つの有利点があると考えた。そしてその理由として次のような推論をした。図13(A)に示したのはMOSFETの概略図である。1は単結晶シリコン基板に形成されたドレイン領域、2はLDD(ライトドープトドレイン)領域である。また、3はフィールド絶縁膜であり、ゲート配線4の直下はゲート絶縁膜5である。
【0007】
この時、信頼性の面で三つの有利点があると考えた。まず第1の有利点は、LDD領域2からドレイン領域1に向かって不純物濃度に勾配がみられる点である。図13(B)に示すように、従来のMOSFETはLDD領域2からドレイン領域1に向かうにつれて次第に不純物濃度が高くなる。この勾配が信頼性を高めるのに効果があると考えた。
【0008】
次に第2の有利点は、LDD領域2とゲート配線4とがオーバーラップしている点である。このような構造としてはGOLD(Gate Overlapped Light-doped Drain)やLTAID(Large-Tilt-Angle Implanted Drain)などが知られている。こうすることでLDD領域2の不純物濃度を低減することが可能となり、電界の緩和効果が大きくなってホットキャリア耐性が高まる。
【0009】
次に第3の有利点は、LDD領域2とゲート配線4との間にある程度の距離が存在する点である。これはフィールド絶縁膜3がゲート配線直下に潜り込むような形で形成されることによる。即ち、オーバーラップ部分のみゲート絶縁膜の膜厚が厚くなった状態となるので、効果的な電界緩和が期待できる。
【0010】
このように、従来のMOSFETはTFTと比較するといくつかの利点をもち、その結果、高い信頼性を有すると考えられる。
【0011】
また、こういったMOSFETの利点をTFTに応用しようという試みもなされている。例えば、「M.Hatano,H.Akimoto,and T.Sakai,IEDM97 TECHNICAL DIGEST,p523-526,1997」ではシリコンで形成したサイドウォールを用いてGOLD構造を実現している。
【0012】
しかしながら、同論文に公開された構造では通常のLDD構造に比べてオフ電流(TFTがオフ状態にある時に流れる電流)が大きくなってしまうという問題があり、そのための対策が必要であった。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
以上示してきたように、本出願人はTFTとMOSFETとを比較した時に、TFTの構造上の問題が信頼性(特にホットキャリア耐性)に影響していると考えた。
【0014】
本願発明はそのような問題点を克服するための技術であり、MOSFETと同等またはそれ以上の信頼性を誇るTFTを実現することを課題とする。そして、そのようなTFTで回路を形成した半導体回路を有する信頼性の高い半導体装置を実現することを課題とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明に係る薄膜トランジスタは、チャネル形成領域が形成される半導体層にソース領域またはドレイン領域として機能するn型又はp型の第1の不純物領域ほかに、チャネル形成領域と第1の不純物領域の間に2種類の第1の不純物領域と同じ導電型を示す不純物領域(第2、第3の不純物領域)を有する。これら第2、第3の不純物領域はその導電型を決める不純物濃度が第1の不純物領域よりも低く、高抵抗領域として機能する。
【0016】
第2の不純物領域はゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なったGOLD構造の低濃度不純物領域であり、ホットキャリア耐性を高める作用を有する。他方、第3の不純物領域はゲート電極と重ならない低濃度不純物領域であり、オフ電流の増加を防ぐ作用を有する。
【0017】
なお、本明細書中、ゲート電極とはゲート絶縁膜を挟んで半導体層と交差している電極であって、半導体層に電界を印可して空乏層を形成するための電極である。即ち、ゲート配線において、ゲート絶縁膜を挟んで半導体層と交差している部分がゲート電極である。
【0018】
本明細書で開示する本発明の構成は、
半導体層と、前記半導体層に接して形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層と交差するゲート電極とを有する薄膜トランジスタを有する半導体装置であって、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜に接して積層された第1の導電層、第2の導電層、第3の導電層とでなる多層膜で形成され、
前記半導体層は、チャネル形成領域と、前記チャネル形成領域を挟んで形成された導電型を有する1対の不純物領域を有し、
前記1対の不純物領域は前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と部分的に重なっていることを特徴とする半導体装置である。
【0019】
また、他の本発明の構成は、
半導体層と、前記半導体層に接して形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層と交差するゲート電極とを有する薄膜トランジスタを有する半導体装置であって、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜に接して積層された第1の導電層、第2の導電層、第3の導電層とでなる多層膜で形成され、
前記半導体層は、チャネル形成領域と、
導電型を有する第1の不純物領域と、
前記チャネル形成領域と前記第1の不純物領域に挟まれ、かつ前記チャネル形成領域に接する第2の不純物領域と、
前記第1の不純物領域と前記第2の不純物領域に挟まれた第3の不純物領域とを有し、
前記第2の不純物領域及び前記第3の不純物領域は、前記第1の不純物領域と同じ導電型であり、
前記導電型の不純物の濃度が前記第1の不純物領域よりも低く、
前記第2の不純物領域は前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と重なり、
前記第3の不純物領域は前記第ゲート電極と重ならないことを特徴とする半導体装置である。
【0020】
また、他の本発明の構成は、
nチャネル型薄膜トランジスタとpチャネル型薄膜トランジスタでなるCMOS回路を含む半導体装置であって、
前記CMOS回路は、前記nチャネル型の薄膜トランジスタの半導体層と前記pチャネル型の薄膜トランジスタの半導体層とにゲート絶縁膜を介して交差するゲート配線を有し、
前記ゲート配線は、前記ゲート絶縁膜に接して積層された第1の導電層、第2の導電層、第3の導電層とでなる多層膜で形成され、
前記nチャネル型の薄膜トランジスタの半導体層は、チャネル形成領域と、
第1のn型不純物領域と、
前記チャネル形成領域と前記第1のn型不純物領域に挟まれ、かつ前記チャネル形成領域に接する第2のn型不純物領域と、
前記第1のn型不純物領域と前記第2のn型不純物領域に挟まれた第3のn型不純物領域とを有し、
前記第2のn型不純物領域及び前記第3のn型不純物領域は、前記第1のn型不純物領域よりもn型の不純物の濃度が低く、
前記第2のn型不純物領域は前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート配線と重なり、
前記第3のn型不純物領域は前記第ゲート配線と重ならないことを特徴とする半導体装置である。
【0021】
また、本願発明を実施する上での作製方法に関する本発明の構成は、
半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に接して絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に接し、かつ前記半導体層と交差する第1のフォトレジストマスクを形成する工程と、
前記第1のフォトレジストマスクを介して、所定の導電型の不純物を前記半導体層に添加する第1の添加工程と、
前記絶縁膜を介して前記半導体層と交差するゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆って、前記ゲート電極よりもチャネル長方向の幅が広い第2のフォトレジストマスクを形成する工程と、
前記第2のフォトレジストマスクを介して、前記導電型の不純物を前記半導体層に添加する第2の添加工程と、
を有し、
第1の導電層、第2の導電層、第3の導電層の順序で前記絶縁膜側から積層した多層膜で前記ゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0022】
【本発明の実施の形態】
本実施の形態を図1〜図3を用いて説明する。ここでは、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTを相補的に組み合わせてなるCMOS回路を作製する例を示す。
【0023】
まず、絶縁表面を有する基板101を用意する。基板101としては、ガラス基板、石英基板等の絶縁性基板を用いることができる。そして、基板からの不純物の拡散を防止してTFTの電気特性を向上させるために酸化シリコン膜等からなる下地絶縁膜(以下、下地膜と呼ぶ)102を設ける。ただし、TFTの電気特性を向上する必要がなければ下地膜を設けない構成としても構わない。
【0024】
次いで、非晶質半導体膜を成膜する。非晶質半導体膜としては、珪素を含む非晶質半導体膜、例えば非晶質珪素膜、微結晶を有する非晶質珪素膜、微結晶珪素膜、非晶質ゲルマニウム膜、Six Ge1-x (0<X<1)で示される非晶質シリコンゲルマニウム膜またはこれらの積層膜を10〜100nm、より好ましくは15〜60nmの膜厚範囲で用いることができる。
【0025】
次いで、非晶質半導体膜の結晶化処理を行い、結晶質半導体膜を形成する。ただし、非晶質半導体膜の水素濃度が数十%と高い場合は、結晶化処理前に水素濃度の低減処理(400〜500℃の熱処理)を行うことが好ましい。結晶化処理としては、公知のレーザー結晶化技術または熱結晶化の技術を用いることができる。
【0026】
その後、公知のパターニング技術により所望の形状を有する半導体層201、202を形成する。次いで、前記半導体層を覆って、酸化珪素膜等からなるゲート絶縁膜103を形成する。(図2(A))
【0027】
次いで、フォトマスクを用いてnチャネル型TFTの一部(チャネル形成領域となる領域)またはpチャネル型TFTを覆うフォトレジストマスク203、204を形成する。そして、フォトレジストマスク203、204をマスクとして半導体層にn型を付与する不純物元素を添加する工程を行ない、不純物領域(n- 領域)205を形成する。(図2(B))不純物元素の添加方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法を用いることができる。n型を付与する不純物はドナーとなる不純物であり、シリコン、ゲルマニウムに対しては13族元素であり、典型的にはりん(P)、ひ素(As)である。また、フォトレジストマスク203で覆われて図2(B)の添加工程で不純物が添加されない領域104は、nチャネル型TFTのチャネル形成領域となる。また、フォトレジストマスク203は、後で形成されるゲート電極の幅よりもチャネル長方向の幅が狭い。この工程により後に形成されるゲート電極の下に不純物領域(n- 領域)を形成する。
【0028】
次いで、フォトレジストマスク203、204を除去して、不純物領域(n- 領域)205に添加された不純物の活性化工程(熱処理またはレーザーアニール処理等)を行い、活性化された不純物領域(n- 領域)200を形成する。(図2(C))特に、ここで活性化工程を行う必要はないが、ゲート電極を形成する前であるので、ゲート電極の耐熱温度を考慮に入れることなく、後で形成されるゲート電極と重なる不純物領域の活性化が行える。
【0029】
次いで、ゲート絶縁膜上に三層構造を有するゲート電極206を形成する。(図2(D))ゲート電極206は、スパッタ法等を用いて導電膜を積層形成した後、公知のパターニング技術により形成する。また、ゲート電極の長さ(線幅)は、0.1〜10μm(代表的には0.2〜5μm)とする。ただし、後の工程で陽極酸化を行うため、全てのゲート配線を1つの配線に接続しておく必要がある。
【0030】
本発明においては、ゲート電極206を三層構造とし、その第1の導電層206aをTa(タンタル)を主成分(組成比が50%以上)とする材料で構成し、第2の導電層206bをAl(アルミニウム)を主成分とする材料で構成し、第3の導電層206cをTa(タンタル)を主成分とする材料で構成することを特徴としている。例えば、第1の導電層206a/第2の導電層206b/第3の導電層206cとしては、Ta/Al/Ta、Ta/Al/TaN等の組み合わせを選択することができる。
【0031】
第1の導電層206aと第3の導電層206cとの間に、第2の導電層206bを挟む三層構造とすると、第2の導電層は上部に接して第3の導電層が設けられ、下部に接して第1の導電層が設けられるため、ヒロック等が発生することを防止できる。また、第1の導電層206a及び第3の導電層206cの主成分であるタンタルは、耐熱性が高く、第3の導電層206bを構成するアルミニウム元素の拡散を防止するブロッキング層となる。また、第3の導電層206cは、上層配線とのショートを防止するブロッキング層となる。
【0032】
次いで、陽極酸化工程を行ない、第1の導電層105aの側部、第2の導電層105bの側部、及び第3の導電層105cの上部及び側部に陽極酸化膜107を形成する。(図2(E))陽極酸化は、中性の電解溶液中で行われ、例えば酒石酸を含んだエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和した電解溶液(液温10℃)を使用し、ゲート配線を陽極、白金を陰極として陽極酸化が行われる。この陽極酸化で得られる陽極酸化膜107は緻密な膜質を有するため、ドーピング工程や熱処理を加えても、膜剥がれやヒロック等が発生することを防止できる。特に、本発明においては、第2の導電層は耐熱性が低いアルミニウムを主成分とする材料からなっているが、側面に緻密な陽極酸化膜(アルミナ膜)が設けられるためゲート電極の耐熱性が向上し、非常に有効である。なお、ゲート電極に十分な耐熱性を持たせるため必要なアルミナ膜の膜厚は、10nm以上、好ましくは30nm以上である。
【0033】
次いで、nチャネル型TFTの一部及びpチャネル型TFTを覆うフォトレジストマスク208、209を設ける。このフォトレジストマスク208は、ゲート電極の幅よりもチャネル長方向の幅が広い。また、このフォトレジストマスク208によって、第1の不純物領域(n+ 領域)の長さが決定される。そして、このフォトレジストマスク208をマスクとして再び半導体層201にn型の不純物を添加する。こうして、第1の不純物領域(n+ 領域)210が形成される。(図3(A))
【0034】
また、図3(A)の添加工程でリンが添加されなかった領域のうち、ゲート電極105と重なっている(オーバーラップ)している領域は第2の不純物領域となり、ゲート電極105と重なっていない領域は第3の不純物領域となる。
【0035】
なお、n- 領域である第2の不純物領域及び第3の不純物領域のリンの濃度は、n+ 領域である第1の不純物領域よりも低い。
【0036】
次いで、フォトレジストマスク208、209を除去し、nチャネル型TFTを覆うフォトレジストマスク211を設ける。そして、ゲート電極105をマスクとして半導体層202にp型の不純物を添加する。添加方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法を用いることができる。p型の不純物はアクセプターとなる不純物であり、シリコン、ゲルマニウムに対しては15族元素であり、典型的には、ボロン(B)である。こうして、第1の不純物領域(p+ 領域)212が形成される。(図3(B))
【0037】
次いで、添加されたn型の不純物及びp型の不純物を活性化させるための熱活性化工程を行い、活性化された第1の不純物領域(n+ 領域)109及び第1の不純物領域(p+ 領域)110を形成する。(図3(C))
【0038】
次いで、陽極酸化を行うために1つの配線に接続されているゲート配線をエッチングにより分断し、所望の形状のゲート配線及びゲート電極を形成する。
【0039】
次いで、nチャネル型TFT及びpチャネル型TFTを覆って酸化珪素膜等からなる層間絶縁膜111を形成する。(図3(D))
【0040】
次いで、ゲート絶縁膜103、層間絶縁膜111を選択的にエッチングして、第1の不純物領域109、110に達するコンタクトホールを形成する。次いで、ソース配線(ソース電極を含む)112、114ドレイン配線(ドレイン電極を含む)113を形成する。(図3(E))最後に水素雰囲気中で熱処理を行い、全体を水素化してnチャネル型TFT及びpチャネル型TFTが完成する。
【0041】
なお、ゲート配線と取り出し電極とのコンタクトを形成するためのコンタクトホールを形成する必要があるが、本発明のゲート配線の上部は、第3の導電層(タンタル)の陽極酸化膜で覆われているため、フッ素系のドライエッチングで容易に除去することができる。
【0042】
上記作製方法によって形成された本発明に係る薄膜トランジスタは、半導体層に2種類の低濃度不純物領域、即ち、ゲート電極と重なっている(オーバーラップ)している領域(第2の不純物領域)と、ゲート電極と重なっていない領域(第3の不純物領域)を有することで、MOSFETに匹敵する、さらにはそれ以上の信頼性を有する。
【0043】
(本発明の薄膜トランジスタの利点)
本発明のTFTは第2の不純物領域(ゲートオーバーラップ型のLDD領域)と第3の不純物領域(非ゲートオーバーラップ型のLDD領域)という2種類のLDD領域(低濃度不純物領域とも言う)を半導体層に形成することに特徴がある。
【0044】
図12を用いて、本発明の優位性を従来のTFTの特性と比較して説明する。図12(A)、(B)はLDD領域のないnチャネル型TFTとその電気特性(ゲート電圧Vg対ドレイン電流Id特性)である。同様に、図12(C)、(D)は通常のLDD構造の場合を、図12(E)、(F)はいわゆるGOLD構造の場合を、そして図12(G)、(H)には本発明のnチャネル型TFTの場合を示す。
【0045】
なお、図12中においてn+はソース領域またはドレイン領域を、channel はチャネル形成領域を、n-はゲートオーバーラップ型のLDD領域(n-は第2の不純物領域)、nは非ゲートオーバーラップ型のLDD領域(nは第3の不純物領域)を指す。また、Idはドレイン電流、Vgはゲート電圧である。
【0046】
図12(A)、(B)に示すようにLDDがない場合、オフ電流は高く、オン電流(TFTがオン状態にある時のドレイン電流)やオフ電流が劣化しやすい。
【0047】
一方、非ゲートオーバーラップ型のLDDを形成することで、オフ電流はかなり抑えられ、オン電流もオフ電流も劣化が抑制できる。しかしながら、オン電流の劣化を完全に抑えられているわけではない。(図12(C)、(D))
【0048】
LDD領域とゲート電極とがオーバーラップしたオーバーラップ型のLDDのみを持つTFT構造(図12(E)、(F))であるが、この構造は従来のLDD構造においてオン電流の劣化を抑制することに重点を置いた構造となっている。
【0049】
この場合、オン電流の劣化を十分に抑えることができる反面、通常の非オーバーラップ型のLDD構造よりもややオフ電流が高いという問題を持つ。従来例で述べた論文はこの構造を採用しており、本発明はこのオフ電流が高いという問題を認識した上で、解決するための構造を模索したのである。
【0050】
そして、本発明の構造は図12(G)、(H)に示すように、ゲート電極とオーバーラップさせたLDD領域(第2の不純物領域)と、ゲート電極とオーバーラップしないLDD領域(第3の不純物領域)を半導体層に形成した。この構造を採用することで、オン電流の劣化を抑制する効果をそのままに、オフ電流を低減することが可能となった。
【0051】
本出願人は図12(E)、(F)に示したような構造の場合に何故オフ電流が高くなってしまうかを次のように推測した。nチャネル型TFTがオフ状態にある時、ゲート電極にはマイナス数十ボルトといった負の電圧が印加される。その状態でドレイン領域にプラス数十ボルトの正の電圧がかかってしまうと、ゲート絶縁膜のドレイン側端部に非常に大きな電界が形成される。
【0052】
この時、LDD領域にはホールが誘起されて、ドレイン領域、LDD領域、チャネル形成領域をつなぐ少数キャリアによる電流経路が形成されてしまう。この電流経路がオフ電流の増加を招くと予想される。
【0053】
本出願人は、このような電流経路を途中で遮断するために、ゲート電極とオーバーラップしない位置に別の抵抗体、即ち第3の不純物領域を形成する必要があると考えた。本発明はこのような構成を有する薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタを用いた回路に関するものである。
【0054】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明するが、特にこれらの実施例に限定されないことは勿論である。
【0055】
[実施例1] 以下、図1〜5を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0056】
本願発明を利用した半導体素子からなる半導体回路を備えた半導体装置について、その構造の一例を説明する。本発明にかかる半導体装置は、同一基板上に周辺駆動回路部と画素マトリクス回路部とを備えている。本実施例では図示を容易にするため、周辺駆動回路部の一部を構成するCMOS回路を図1に示し、画素マトリクス回路部の一部を構成する画素TFT(nチャネル型TFT)とを図4に示した。
【0057】
図1(B)は図1(A)の上面図に相当する図であり、図1(B)において、点線A−A’で切断した部分が、図1(A)のCMOS回路の断面構造に相当する。また、図1(C)はCMOS回路の簡略な回路図である。
【0058】
図1(A)において、いずれのTFT(薄膜トランジスタ)も基板101上に設けられた下地膜102上に結晶質半導体膜からなる半導体層が所定の形状にパターニング形成されている。
【0059】
CMOS回路のnチャネル型のTFTは、半導体層として、チャネル形成領域104と、前記チャネル形成領域の両側に接して設けられたLDD領域(本明細書中では低濃度不純物領域またはn- 領域ともいう)108と、前記LDD領域108に接して設けられた第1の不純物領域(n+ 領域)109とから成っている。第1の不純物領域(n+ 領域)109は、TFTのソース領域またはドレイン領域として機能する。さらにチャネル形成領域104上にはゲート絶縁膜103が設けられ、前記チャネル形成領域の上方において前記ゲート絶縁膜上に接してゲート電極105が設けられている。このゲート電極105の表面には、陽極酸化膜107が設けられており、その上を覆って層間絶縁膜111が設けられている。そして、n+ 領域109にソース配線112またはドレイン配線113が接続されている。さらに、その上を覆ってパッシベーション膜(図示しない)が設けられている。
【0060】
図1(A)に示したように、本実施例のnチャネル型のTFTは、ゲート絶縁膜103を介してLDD領域108の全域がゲート電極に重なっているのではなく、その一部のみが重なっている。即ち、LDD領域は、ゲート電極と重なっている部分(ゲート電圧が印加される部分)と、重なっていない部分(ゲート電圧が印加されない部分)とが複合された状態を実現している。
【0061】
この構成を図1(D)に示す。なお、図1(D)の符号は図1(A)の符号に対応している。図1(D)に示すように、LDD領域108は、ゲート電極105とゲート絶縁膜103を介して重なっている部分(Gate-overlapped LDD 領域108a )と重なっていない部分(non-Gate-overlapped LDD 領域108b )とに区別される。
【0062】
本願発明では、Gate-overlapped LDD 領域108a の長さを0.1〜2μm(代表的には0.3〜1.5μm)とし、non-Gate-overlapped LDD 領域108b (図1(D)のXに相当する)を0.1〜2μm(代表的には0.3〜1μm)とするのが好ましいと考えている。
【0063】
なお、LDD領域108は、0.2〜4μm、代表的には0.6〜2.5μmの長さを有し、n型を付与する不純物元素(周期律表の15族に属する元素、代表的にはリン又は砒素)の濃度が1×1016〜1×1019atoms/cm3 、代表的には1×1017〜5×1018atoms/cm3 である。本明細書中では、n型を付与する不純物元素が1×1016〜1×1019atoms/cm3 の濃度で含まれている不純物領域をn- 領域と呼ぶ。
【0064】
また、第1の不純物領域(n+ 領域)109の不純物濃度は、1×1019〜1×1021atoms/cm3 、代表的には1×1020〜5×1020atoms/cm3 とすれば良い。本明細書中では、n型を付与する不純物元素が1×1019〜1×1021atoms/cm3 の濃度で含まれている不純物領域をn+ 領域と呼ぶ。
【0065】
また、チャネル形成領域104は真性な半導体層、またはあらかじめ1×1016〜5×1018atoms/cm3 の濃度でボロンが添加された半導体層で構成される。このボロンはしきい値電圧を制御するために添加されるものであり、同様の効果が得られるものであれば他の元素で代用することもできる。
【0066】
一方、pチャネル型TFTの場合には、半導体層として第1の不純物領域(p+ 領域)110とチャネル形成領域100とが設けられている。本明細書中では、p型を付与する不純物元素が1×1019〜1×1021atoms/cm3 の濃度で含まれている不純物領域をp+ 領域と呼ぶ。pチャネル型TFTはこうしたLDD構造となる低濃度不純物領域は設けないものとする。勿論、低濃度不純物領域を設ける構造としても良いが、pチャネル型TFTはもともと信頼性が高いため、オン電流を稼いでnチャネル型TFTとの特性バランスをとった方が好ましい。特に、CMOS回路に適用する場合には、この特性のバランスをとることが重要である。但し、LDD構造をpチャネル型TFTに適用しても何ら問題はない。そして、p+ 領域110にソース配線114またはドレイン配線113が接続されている。さらに、その上を覆って窒化珪素膜等からなるパッシベーション膜(図示しない)が設けられている。pチャネル型TFTは半導体層及び配線以外は、nチャネル型TFTと同一構造である。
【0067】
また、図4(A)は図4(B)の上面図に相当する図であり、図4(A)において、点線A−A’で切断した部分が、図4(B)の画素マトリクス回路の断面構造に相当する。
【0068】
図4(A)及び(B)に示した画素マトリクス回路に形成されたnチャネル型TFTについては、層間絶縁膜を設ける部分まで、CMOS回路のnチャネル型TFTと基本的には同一構造である。なお、図4の層間絶縁膜410は図1(A)の層間絶縁膜111に相当する。図4中、400は101に相当する基板、401は102に相当する下地膜、402及び406は第1の不純物領域、404はチャネル形成領域、403及び405はLDD領域、408は105に相当するゲート電極、409は107に相当する陽極酸化膜である。
【0069】
そして、第1の不純物領域に接続される配線411、412を設け、その上を覆って、パッシベーション膜413を設け、その上に第2の層間絶縁膜414と、ブラックマスク415とが形成される。さらに、その上に第3の層間絶縁膜416が形成され、ITO、SnO2 等の透明導電膜からなる画素電極417が接続される。ブラックマスクは画素TFTを覆い、且つ画素電極と保持容量を形成している。
【0070】
本実施例では一例として透過型のLCDを作製したが特に限定されない。例えば、画素電極の材料として反射性を有する金属材料を用い、画素電極のパターニングの変更、または幾つかの工程の追加/削除を適宜行えば反射型のLCDを作製することが可能である。
【0071】
なお、本実施例では、画素マトリクス回路の画素TFTのゲート配線をダブルゲート構造としているが、オフ電流のバラツキを低減するために、トリプルゲート構造等のマルチゲート構造としても構わない。また、開口率を向上させるためにシングルゲート構造としてもよい。
【0072】
以上示したように本願発明はTFTの構造において、三層構造のゲート電極を設けたものであり、図1(D)で示すようにゲート電極105は、第1の導電層105a、第2の導電層105b、第3の導電層105cからなる三層膜で構成される。
【0073】
そして、半導体層に2種類の低濃度不純物領域、即ち、ゲート電極と重なっている(オーバーラップ)している領域(第2の不純物領域108a)と、ゲート電極と重なっていない領域(第3の不純物領域108b)を有する構造に特徴があり、また、その作製方法に特徴がある。
【0074】
以下にCMOS回路を一例としてその作製方法を図2、図3、及び図5に示す。
【0075】
まず、基板101には、例えばコーニング社の1737ガラス基板に代表される無アルカリガラス基板を用いた。そして、基板101のTFTが形成される絶縁表面に、酸化シリコン膜でなる下地膜102を200nmの厚さに形成した。
【0076】
次に、この下地膜102の上に膜厚50nmの非晶質珪素膜503をプラズマCVD法で形成した。(図5(A))形成された非晶質珪素膜の含有水素量にもよるが、本実施例では、500℃、2時間の加熱処理を行ない、非晶質珪素膜の含有水素量を5atoms %以下とした。
【0077】
次に、非晶質珪素膜503に結晶化処理を行って結晶質珪素膜505とした。本実施例では、パルス発振型のKrFエキシマレーザー光を線状に集光して非晶質珪素膜503に照射し、結晶質珪素膜505を形成した。(図5(B))
【0078】
こうして形成された結晶質珪素膜505をパターニングして、島状の半導体層(活性層ともいう)201、202を形成した。
【0079】
次に、半導体層201、202を覆って、ゲート絶縁膜103を形成した。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚100nmの窒化酸化珪素膜を形成した。(図2(A))
【0080】
次に、フォトレジスト膜をパターニングして、pチャネル型TFTを形成する領域を覆うフォトレジストマスク204及びnチャネル型TFTの一部を覆うフォトレジストマスク203を形成し、フォトレジストマスク203、204をマスクとして半導体層201にn型を付与する不純物の添加を行った。本実施例では、n型を付与する不純物としてリンを用い、フォスフィン(PH3 )を用いたイオンドープ法によりゲート絶縁膜を通して半導体層201に不純物の添加を行った。こうして形成された不純物領域205は、後に図3(A)に示すnチャネル型TFTのLDD領域108を形成することになる。この領域のリンの濃度を本実施例では1×1018atoms/cm3 とした。
【0081】
また、フォトレジストマスク203の真下にあたる領域にはリンが添加されず、フォトレジストマスク203によってnチャネル型TFTのチャネル形成領域104が画定した。(図2(B))
【0082】
次に、フォトレジストマスク203、204を除去して活性化処理を行い、活性化された不純物領域200を形成した。(図2(C))半導体層中に添加された不純物元素は、レーザーアニール法や、熱処理により活性化させる必要があった。この活性化工程は、ソース領域・ドレイン領域を形成する不純物添加の工程の後実施してもよいが、この段階で熱処理により活性化させることは効果的であった。
【0083】
そして、図示しないがゲート絶縁膜103の表面に第1の導電膜/第2の導電膜/第3の導電膜の三層構造からなる積層膜を100〜1000nmの厚さで形成した。本実施例では、タンタル(膜厚20nm)/アルミニウム(膜厚200nm)/タンタル(膜厚100nm)とした。なお、第1の導電膜の厚さとしては、5〜50nm、第2の導電膜の厚さとしては、5〜300nm、第3の導電膜の厚さとしては、5〜300nmとすればよい。
【0084】
そして、公知のパターニング技術により、ゲート絶縁膜を介してn- 領域上に重なるように、第1の導電層206a/第2の導電層206b/第3の導電層206cの三層構造からなるゲート電極206を形成した。(図2(D))この時、ゲート電極は、以降の陽極酸化工程のために全部接続した状態で形成する。なお、図示しないが、ドライエッチングによりゲート配線のパターニングを行う際、ゲート絶縁膜も多少エッチングされる。
【0085】
次に、陽極酸化法により、ゲート電極105(105a〜c)の表面に緻密な膜質を有する陽極酸化膜107が形成された。(図2(E))この時の陽極酸化は、3%の酒石酸を含んだエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和した電解溶液(液温10℃)を使用し、ゲート配線を陽極、白金を陰極として行った。なお、図2(E)では陽極酸化膜107を簡略化して単層膜として図示しているが、実際には第2の導電層の側部にアルミニウムの陽極酸化膜が形成され、第3の導電層の上面及び側部にタンタルの陽極酸化膜が形成され、第1の導電層の側部にタンタルの陽極酸化膜が形成されている。ただし、第2の導電膜の上面に酸化膜が形成しないように、陽極酸化工程を行っても第3の導電層が残存する陽極酸化条件を適宜調節することが必要である。
【0086】
次に、フォトレジスト膜をパターニングして、pチャネル型TFTを形成する領域を覆うフォトレジストマスク209及びnチャネル型TFTの一部を覆うフォトレジストマスク208を形成し、フォトレジストマスク208、209をマスクとして半導体層に2回目のn型を付与する不純物の添加を行った。ここでは、前述の添加工程と同様に、ゲート絶縁膜を通してその下の半導体層にリンを添加した。こうして形成された第1の不純物領域210は、後に示すnチャネル型TFTのソース領域またはドレイン領域を形成することになる。この領域のリンの濃度を本実施例では5×1020atoms/cm3 とした。
【0087】
こうして、フォトレジストマスク208によって、第1の不純物領域210及びLDD領域108が画定した。(図3(A))
【0088】
次に、フォトレジストマスク208、209を除去した後、フォトレジスト膜をパターニングして、nチャネル型TFTを形成する領域を覆うフォトレジストマスク211を形成し、ゲート電極をマスクとして半導体層202のみにp型を付与する不純物の添加を行った。本実施例では、p型を付与する不純物としてボロン(B)を用い、ジボラン(B2 H6 )を用いたイオンドープ法によりゲート絶縁膜を通して半導体層202に不純物の添加を行った。こうして形成された第1の不純物領域212は、後に示すpチャネル型TFTのソース領域またはドレイン領域となる。この領域のボロンの濃度を本実施例では5×1020atoms/cm3 とした。
【0089】
また、ゲート電極の真下にあたる領域にはボロンが添加されず、pチャネル型TFTのチャネル形成領域100が画定した。(図3(B))
【0090】
本実施例では、n+ 領域を形成するための不純物添加工程の後にp+ 領域を形成するための不純物添加工程を行ったが、工程順序を変更し、p+ 領域を形成するための不純物添加工程の後に、n+ 領域を形成するための不純物添加工程を行ってもよい。
【0091】
次いで、フォトレジストマスク211を除去し、半導体層に添加されたn型またはp型を付与する不純物元素を有効に作用させるための活性化工程を行った。(図3(C))本実施例では窒素雰囲気中において、500℃、2時間の加熱処理を行ない活性化を行った。本実施例では、ゲート電極を構成する第2の導電層にアルミニウムを用いたが、第2の導電層は第1の導電層と第3の導電層に挟まれ、第2の導電層の側部は緻密な陽極酸化膜で覆われているため、ヒロックの発生やアルミニウム元素の他の領域への拡散等を防ぐことができた。
【0092】
次いで、陽極酸化を行うために1つの配線に接続されているゲート配線をエッチングにより分断し、所望の形状のゲート配線及びゲート電極を形成した。
【0093】
次に層間絶縁膜111を1μmの厚さに形成した。本実施例では、図示しないが、最初に窒化珪素膜を50nm形成し、さらに酸化珪素膜を950nm形成した2層構造とした。(図3(D))
【0094】
層間絶縁膜111を形成したら、次にパターニングでそれぞれのTFTの第1の不純物領域(ソース領域またはドレイン領域)109、110に達するコンタクトホールを形成した。そして、このコンタクトホールの形成と同一工程または別工程によって、ゲート配線と上層配線(図示しない)とを接続するためのコンタクトホール(図示しない)を形成する。そして、ソース配線(またはソース電極)112、114とドレイン配線(またはドレイン電極)113と上層配線(図示しない)を形成した。図示していないが、本実施例ではこの配線112〜114をチタン膜(膜厚100nm)、チタンを含むアルミニウム膜(膜厚300nm)、チタン膜(膜厚150nm)をスパッタ法で連続して形成した3層構造の膜をパターニングして形成した。(図3(E))
【0095】
次に、水素雰囲気中で熱処理を行い、全体を水素化する。この段階で図1(A)に示されるCMOS回路(nチャネル型TFT及びpチャネル型TFT)が完成した。
【0096】
図3(E)の状態が形成されたら、0.2〜0.4μmのパッシベーション膜(窒化珪素膜)413を形成した。パッシベーション膜を形成した後、さらに有機樹脂からなる第2の層間絶縁膜414を約2μmの厚さに形成した。本実施例では、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用い、300℃に焼成して形成した。
【0097】
次に、チタン膜でブラックマスク415を形成し、その上に第3の層間絶縁膜416を形成した。そして、第2の層間絶縁膜と第3の層間絶縁膜とを選択的にエッチングしてドレイン配線412に達するコンタクトホールを形成し、画素電極417を形成した。こうして画素マトリクス回路が完成した。
【0098】
このようにして、図4(B)の状態が形成されたら、配向膜(本実施例ではポリイミド)を形成した。対向側の基板には透明導電膜と配向膜とを形成した。この配向膜は形成された後、ラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角をもって平行配向するようにした。
【0099】
上記の工程を経て、画素マトリクス回路と、CMOS回路とが形成された基板と対向基板とを公知のセル組み工程によってシール材やスペーサなどを介して貼り合わせた。その後、両基板の間に液晶材料を注入して封止剤により完全に封止した。こうして液晶パネルが完成した。
【0100】
[実施例2] 本実施例では、実施例1において半導体層201、202として用いる結晶質半導体膜を、触媒元素を用いた熱結晶化法により形成する例を示す。触媒元素を用いる場合、特開平7−130652号公報、特開平8−78329号公報で開示された技術を用いることが望ましい。
【0101】
ここで、特開平7−130652号公報に開示されている技術を本願発明に適用する場合の例を図6に示す。まず基板601に酸化シリコン膜602を設け、その上に非晶質珪素膜(アモルファスシリコンとも呼ぶ)603を形成した。さらに、重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布してニッケル含有層604を形成した。(図6(A))
【0102】
次に、500℃、1時間の脱水素工程の後、500〜650℃で4〜24時間(本実施例では550℃、14時間)の熱処理を行い、結晶質珪素膜605を形成した。こうして得られた結晶質珪素膜(ポリシリコンとも呼ぶ)605は非常に優れた結晶性を有した。(図6(B))
【0103】
また、特開平8−78329号公報で開示された技術は、触媒元素を選択的に添加することによって、非晶質半導体膜の選択的な結晶化を可能としたものである。同技術を本願発明に適用した場合について、図7で説明する。
【0104】
まず、ガラス基板701に酸化シリコン膜702を設け、その上に非晶質珪素膜703、酸化シリコン膜704を連続的に形成した。
【0105】
次に酸化シリコン膜704をパターニングして、選択的に開孔部705を形成し、その後、重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布した。これにより、ニッケル含有層706が形成され、ニッケル含有層706は開孔部705の底部のみで非晶質珪素膜702と接触した。(図7(A))
【0106】
次に、500〜650℃で4〜24時間(本実施例では580℃、14時間)の熱処理を行い、結晶質珪素膜707を形成した。この結晶化の過程では、ニッケルが接した非晶質珪素膜の部分が最初に結晶化し、そこから横方向へと結晶化が進行する。こうして形成された結晶質珪素膜707は棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的にはある特定の方向性をもって成長しているため、結晶性が揃っているという利点がある。
【0107】
尚、上記2つの技術において使用可能な触媒元素は、ニッケル(Ni)の以外にも、ゲルマニウム(Ge)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、といった元素を用いても良い。
【0108】
以上のような技術を用いて結晶質半導体膜(結晶質珪素膜や結晶質シリコンゲルマニウム膜などを含む)を形成し、パターニングを行えば、TFTの半導体層を形成することができる。本実施例の技術を用いて、結晶質半導体膜から作製されたTFTは、優れた特性が得られるが、そのため高い信頼性を要求されていた。しかしながら、本願発明のTFT構造を採用することで、本実施例の技術を最大限に生かしたTFTを作製することが可能となった。
【0109】
[実施例3] 本実施例は、実施例1で用いられる半導体層201、202を形成する方法として、実施例2のように非晶質半導体膜を初期膜として前記触媒元素を用いて結晶質半導体膜を形成した後で、その触媒元素を結晶質半導体膜から除去する工程を行った例を示す。本実施例ではその方法として、特開平10−135468号公報または特開平10−135469号公報に記載された技術を用いた。
【0110】
同公報に記載された技術は、非晶質半導体膜の結晶化に用いた触媒元素を結晶化後にリンのゲッタリング作用を用いて除去する技術である。同技術を用いることで、結晶質半導体膜中の触媒元素の濃度を1×1017atoms/cm3 以下、好ましくは1×1016atoms/cm3 にまで低減することができる。
【0111】
本実施例の構成について図8を用いて説明する。ここではコーニング社の1737基板に代表される無アルカリガラス基板を用いた。図8(A)では、実施例2で示した結晶化の技術を用いて、下地膜802、結晶質珪素膜803が形成された状態を示している。そして、結晶質珪素膜803の表面にマスク用の酸化珪素膜804が150nmの厚さに形成され、パターニングにより開孔部が設けられ、結晶質珪素膜を露出させた領域を設けてある。そして、リンを添加する工程を実施して、結晶質珪素膜にリンが添加された領域805が設けられた。
【0112】
この状態で、窒素雰囲気中で550〜800℃、5〜24時間(本実施例では600℃、12時間)の熱処理を行うと、結晶質珪素膜にリンが添加された領域805がゲッタリングサイトとして働き、結晶質珪素膜803に残存していた触媒元素はリンが添加された領域805に移動させることができた。
【0113】
そして、マスク用の酸化珪素膜804と、リンが添加された領域805とをエッチングして除去することにより、結晶化の工程で使用した触媒元素の濃度を1×1017atoms/cm3 以下にまで低減された結晶質珪素膜を得ることができた。この結晶質珪素膜はそのまま実施例1で示した本願発明のTFTの半導体層として使用することができた。
【0114】
[実施例4] 本実施例では、実施例1で示した本願発明のTFTを作製する工程において、半導体層201、202とゲート絶縁膜103を形成する他の実施形態を示す。
【0115】
ここでは、少なくとも700〜1100℃程度の耐熱性を有する基板が必要であり、石英基板901が用いられた。そして実施例2及び実施例3で示した技術を用い、結晶質半導体膜が形成され、これをTFTの活性層にするために、島状にパターニングして半導体層902、903を形成した。そして、半導体層902、903を覆って、ゲート絶縁膜904を、酸化珪素を主成分とする膜で形成した。本実施例では、プラズマCVD法で窒化酸化珪素膜を70nmの厚さで形成した。(図9(A))
【0116】
そして、ハロゲン(代表的には塩素)と酸素を含む雰囲気中で熱処理を行った。本実施例では、950℃、30分とした。尚、処理温度は700〜1100℃の範囲で選択すれば良く、処理時間も10分から8時間の間で選択すれば良かった。(図9(B))
【0117】
その結果、本実施例の条件では、半導体層902、903とゲート絶縁膜904との界面で熱酸化膜が形成され、ゲート絶縁膜907が形成された。
【0118】
以上の工程で作製されたゲート絶縁膜907は、絶縁耐圧が高く半導体層905、906とゲート絶縁膜907の界面は非常に良好なものであった。本願発明のTFTの構成を得るためには、以降の工程は実施例1に従えば良い。
【0119】
勿論、本実施例に実施例2や実施例3を組み合わせることは実施者が適宜決定すれば良い。
【0120】
〔実施例5〕 本実施例では、本願発明によって作製された液晶表示装置の例を図10に示す。画素TFT(画素スイッチング素子)の作製方法やセル組工程は公知の手段を用いれば良いので詳細な説明は省略する。
【0121】
図10は、本実施例のアクティブマトリクス型液晶パネルの概略図である。図10に示すようにアクティブマトリクス基板と対向基板とが対向し、これらの基板間に液晶が挟まれている。アクティブマトリクス基板はガラス基板1000上に形成された画素マトリクス回路1001、走査線駆動回路1002、信号線駆動回路1003を有する。
【0122】
走査線駆動回路1002、信号線駆動回路1003はそれぞれ走査線1030、信号線1040によって画素マトリクス回路1001に接続されている。これら駆動回路1002、1003はCMOS回路で主に構成されている。
【0123】
画素マトリクス回路1001の行ごとに走査線1030が形成され、列ごとに信号線1040が形成されている。走査線1030、信号線1040の交差部近傍には、画素TFT1010が形成されている。画素TFT1010のゲート電極は走査線1030に接続され、ソースは信号線1040に接続されている。更に、ドレインには画素電極1060、保持容量1070が接続されている。
【0124】
対向基板1080はガラス基板全面にITO膜等の透明導電膜が形成されている。透明導電膜は画素マトリクス回路1001の画素電極1060に対する対向電極であり、画素電極、対向電極間に形成された電界によって液晶材料が駆動される。対向基板1080には必要であれば配向膜や、ブラックマトリクスや、カラーフィルタが形成されている。
【0125】
アクティブマトリクス基板側のガラス基板にはFPC1031を取り付ける面を利用してICチップ1032、1033が取り付けられている。これらのICチップ1032、1033はビデオ信号の処理回路、タイミングパルス発生回路、γ補正回路、メモリ回路、演算回路などの回路をシリコン基板上に形成して構成される。
【0126】
さらに、本実施例では液晶表示装置を例に挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示装置であればEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置やEC(エレクトロクロミックス)表示装置に本願発明を適用することも可能であることは言うまでもない。
【0127】
また、本願発明を用いて作製できる液晶表示装置は透過型か反射型かは問わない。どちらを選択するのも実施者の自由である。この様に本願発明はあらゆるアクティブマトリクス型の電気光学装置(半導体装置)に対して適用することが可能である。
【0128】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例1〜実施例4のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。
【0129】
〔実施例6〕 本願発明は従来のIC技術全般に適用することが可能である。即ち、現在市場に流通している全ての半導体回路に適用できる。例えば、ワンチップ上に集積化されたRISCプロセッサ、ASICプロセッサ等のマイクロプロセッサに適用しても良いし、液晶用ドライバー回路(D/Aコンバータ、γ補正回路、信号分割回路等)に代表される信号処理回路や携帯機器(携帯電話、PHS、モバイルコンピュータ)用の高周波回路に適用しても良い。
【0130】
さらに、従来のMOSFET上に層間絶縁膜を形成し、その上に本願発明を用いて半導体回路を作製したような三次元構造の半導体装置を実現することも可能である。このように本願発明は現在LSIが用いられている全ての半導体装置に適用することが可能である。即ち、SIMOX、Smart−Cut(SOITEC社の登録商標)、ELTRAN(キャノン株式会社の登録商標)などのSOI構造(単結晶半導体薄膜を用いたTFT構造)に本願発明を適用してもよい。
【0131】
また、マイクロプロセッサ等の半導体回路は様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能する。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュータ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙げられる。また、車両(自動車や電車等)の制御用コンピュータなども挙げられる。本願発明はその様な半導体装置に対しても適用可能である。
【0132】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例1〜実施例5のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。
【0133】
〔実施例7〕 本願発明の電気光学装置(半導体装置)は、様々な電子機器の表示部または液晶表示装置として利用される。その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、プロジェクションTV、ゴーグルディスプレイ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯型情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図11、図14、図15に示す。
【0134】
図11(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2001、画像入力部2002、表示部2003、キーボード2004等を含む。本発明を画像入力部2002、表示部2003やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0135】
図11(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示部2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106等を含む。本発明を表示部2102やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0136】
図11(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205等を含む。本発明は表示部2205やその他の信号制御回路に適用できる。
【0137】
図11(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示部2302、アーム部2303等を含む。本発明は表示部2302やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0138】
図11(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体2401、表示部2402、スピーカ部2403、記録媒体2404、操作スイッチ2405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示部2402やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0139】
図11(F)はデジタルカメラであり、本体2501、表示部2502、接眼部2503、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)等を含む。本願発明を表示部2502やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0140】
図14(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置2601、スクリーン2602等を含む。本発明は投射装置2601の一部を構成する液晶表示装置2808やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0141】
図14(B)はリア型プロジェクターであり、本体2701、投射装置2702、ミラー2703、スクリーン2704等を含む。本発明は投射装置2702の一部を構成する液晶表示装置2808やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0142】
なお、図14(C)は、図14(A)及び図14(B)中における投射装置2601、2702の構造の一例を示した図である。投射装置2601、2702は、光源光学系2801、ミラー2802、2804〜2806、ダイクロイックミラー2803、プリズム2807、液晶表示装置2808、位相差板2809、投射光学系2810で構成される。投射光学系2810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図14(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0143】
また、図14(D)は、図14(C)中における光源光学系2801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系2801は、リフレクター2811、光源2812、2813、2814、偏光変換素子2815、集光レンズ2816で構成される。なお、図14(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0144】
ただし、図14に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及びEL表示装置での適用例は図示していない。
【0145】
図15(A)は携帯電話であり、本体2901、音声出力部2902、音声入力部2903、表示部2904、操作スイッチ2905、アンテナ2906等を含む。本願発明を音声出力部2902、音声入力部2903、表示部2904やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0146】
図15(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体3001、表示部3002、3003、記憶媒体3004、操作スイッチ3005、アンテナ3006等を含む。本発明は表示部3002、3003やその他の信号回路に適用することができる。
【0147】
図15(C)はディスプレイであり、本体3101、支持台3102、表示部3103等を含む。本発明は表示部3103に適用することができる。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角10インチ以上(特に30インチ以上)のディスプレイには有利である。
【0148】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
【0149】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例1〜実施例4のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。また、実施例5、6に示した電気光学装置や半導体回路をその様に組み合わせて用いても良い。
【0150】
【発明の効果】
本発明を用いることで、あらゆる半導体装置に用いられるnチャネル型TFTの信頼性を高めることが可能となった。その結果、TFTで作製されたCMOS回路を含む半導体装置、また、具体的には液晶表示装置の画素マトリクス回路や、その周辺に設けられる駆動回路の信頼性を高めることができた。延いては、nチャネル型TFTを回路に含む半導体回路や上記液晶表示装置を部品として組み込んだ電子機器の信頼性も向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1のCMOS回路の上面図及び断面図の説明図である。
【図2】 実施例1のTFTの作製工程の説明図である。
【図3】 実施例1のTFTの作製工程の説明図である。
【図4】 実施例1の画素マトリクス回路の上面図及び断面図の説明図である。
【図5】 実施例1の結晶化工程の説明図であり、基板断面図である。
【図6】 実施例2の結晶化工程の説明図であり、基板断面図である。
【図7】 実施例2の結晶化工程の説明図であり、基板断面図である。
【図8】 実施例3のゲッタリング工程の説明図であり、基板断面図である。
【図9】 実施例4のゲッタリング工程の説明図であり、基板断面図である。
【図10】 実施例5のアクティブマトリクス基板の構成を示す図である。
【図11】 実施例7の電子機器の説明図である。
【図12】 各種TFT構造における電気特性の特徴を示す図である。
【図13】 従来のMOSFETの概略図
【図14】 実施例7の電子機器の説明図である。
【図15】 実施例7の電子機器の説明図である。
Claims (6)
- 半導体層を形成し、
前記半導体層に接して絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜に接する第1のフォトレジストマスクを形成し、
前記第1のフォトレジストマスクを用いて、所定の導電型の不純物を1×10 16 〜1×10 19 atoms/cm 3 の濃度で前記半導体層に添加し、チャネル形成領域と第1の不純物領域とを形成し、
前記第1のフォトレジストマスクを除去し、
前記絶縁膜を介して前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ、前記第1の不純物領域と部分的に重なり、前記絶縁膜側から第1の導電層、第2の導電層および第3の導電層の順序で積層するゲート電極を形成し、
前記ゲート電極を覆って、前記ゲート電極の幅よりもチャネル長方向の幅が広い第2のフォトレジストマスクを形成し、
前記第2のフォトレジストマスクを用いて、前記導電型の不純物を1×10 19 〜1×10 21 atoms/cm 3 の濃度で前記半導体層に添加し、前記第1の不純物領域の不純物濃度よりも高い不純物濃度となる第2の不純物領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1において、
前記ゲート電極を形成する前に、前記第1の不純物領域を活性化す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、
前記第1のフォトレジストマスクは、前記ゲート電極の幅よりもチャネル長方向の幅が狭いことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記第1の導電層は、タンタルを主成分とする膜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乃至4のいずれか一において、
前記第2の導電層は、アルミニウムを主成分とする膜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乃至5のいずれか一において、
前記第3の導電層は、タンタルを主成分とする膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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