JP3998899B2 - THIN FILM TRANSISTOR AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THIN FILM TRANSISTOR - Google Patents

THIN FILM TRANSISTOR AND SEMICONDUCTOR DEVICE USING THIN FILM TRANSISTOR Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、薄膜トランジスタ(以下本明細書ではTFTと称する)の構造に関する。またその作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ガラス基板や石英基板上に形成された珪素薄膜を用いて作製されたTFTが知られている。
【0003】
現在実用化されている大部分のTFTは、非晶質珪素膜(アモルファスシリコン膜)を活性層に用いたものである。
【0004】
非晶質珪素膜は、プラズマCVD法を用いて比較的簡単に成膜を行うことができる。
【0005】
アクティブマトリクス型の液晶表示装置の今後の技術トレンドとしては、一枚のガラス基板や石英基板上にアクティブマトリクス回路と該回路を駆動する回路、さらに画像情報や各種情報を取り扱う各種回路を集積化したシステムオンパネルという構成が追及されるものと考えられている。
【0006】
このような構成を実現するには、非晶質珪素膜を用いたTFTでは、その特性が低すぎる。
【0007】
非晶質珪素膜を用いたTFTは、その特性が低く、アクティブマトリクス型の液晶表示装置のアクティブマトリクス回路に利用する程度のことしかできない。
【0008】
具体的には、非晶質珪素膜を用いたTFTはその移動度が1cm2 /Vs以下である。しかも、実用化できるのはNチャネル型だけであり、Pチャネル型は特性が低すぎ実用にならないという問題もある。
【0009】
なお、単結晶珪素ウエハーを利用したMOS型トランジスタの移動度は、1000cm2 /Vs以上あるのが普通である。
【0010】
この問題を解決するために一部で実用化されているのが、結晶性珪素膜を用いたTFTである。
【0011】
結晶性珪素膜を得る方法としては、非晶質珪素膜を加熱により結晶化させる方法が一般的である。
【0012】
例えば、プラズマCVD法や減圧熱CVD法で非晶質珪素膜を成膜し、その膜を800℃〜1000℃程度の温度で数時間加熱することにより、多結晶状態を有した結晶性珪素膜を得ることができる。
【0013】
この方法は、通常のICの作製に必要とされるような高温が利用されるので、高温プロセスと称されている。
【0014】
この方法で得られた結晶性珪素膜を用いたTFTは、Nチャネル型で移動度が100cm2 /Vs程度、Pチャネル型で移動度が60cm2 /Vs程度のものが得られる。
【0015】
この程度の特性を有していると、集積回路を構成する上で必要とされるCMOS回路を作ることができる。また、特性的には及ばないにしても、従来の単結晶シリコンウエハーを利用したICでもって構成されていた回路をTFTでもって構成することも可能となる。
【0016】
しかし、結晶性珪素膜を用いたTFTを作製するには、基板に耐熱性を有するもの(現状では石英に限定される)を用いる必要があり、コスト的に高くなる。(石英基板は高価である)
【0017】
そこで考えられているのは、基板として安価なガラス基板を用い、結晶化の方法を工夫する方法である。
【0018】
この方法は、ガラス基板が耐えるような温度でのプロセスで作製されるので、低温プロセスと称されている。
【0019】
この方法として第1に挙げられるのは、加熱温度をガラス基板が耐える程度のものとし、非晶質珪素膜の結晶化を行う技術である。
【0020】
例えば、ガラス基板上に非晶質珪素膜を成膜し、それを600℃、48時間程度加熱すると結晶性珪素膜を得ることができる。
【0021】
しかし、この方法で得られる結晶性珪素膜を用いたTFTは、満足のゆく特性を示さない。
【0022】
また、加熱時間が長くなるので、作製コストがそれ程低くならないという問題もある。
【0023】
低温プロセスの他の方法としては、レーザー光を照射することにより非晶質珪素膜を結晶性珪素膜へと変成する技術がある。
【0024】
この方法では、ガラス基板がほとんど加熱されないという優位性がある。
【0025】
この方法(レーザープロセスと称される)で得られるTFTは、高温プロセスで得られるTFTに匹敵する特性を得ることができる。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようなシステムオンパネルを実現するには、上述した低温プロセスで得られたTFTでは、まだその特性が低いことが判明している。
【0027】
ここで必要とする技術には、
(1)低温プロセスであること。
(2)レーザープロセスで得られるTFTよりさらに高い特性を得られること。
といったことが要求される。
【0028】
この要求事項を満足する技術として、本出願人らは、非晶質珪素膜の微量の金属元素を導入し、しかる後に加熱処理を行うことにより結晶化させる技術を開発した。この技術は、特開平7−321337号公報に記載されている。
【0029】
方法で得られた結晶性珪素膜を用いたTFTは、極めて高い性能を有したものとなる。しかしこの方法で得られた結晶性珪素膜中には、すくなからず結晶化に利用した金属元素が残留しており、その影響がTFTの特性に及ぶことが懸念される。
【0030】
実際、信頼性や素子毎の特性の均一性といった項目では、従来の特性の低いTFTに比較して劣っていることが確認されている。
【0031】
本発明者らの研究によれば、上記素子特性の信頼性や特性の均一性が低いのは、結晶性珪素膜中に残留する金属元素の影響であることが判明している。
【0032】
本明細書で開示する発明は、上述したある種の金属元素を用いて結晶化させた結晶性珪素膜を用いて作製したTFTにおいて、当該金属元素の影響がTFTの素子特性に悪影響を及ぼすことを抑制する技術を提供することを課題とする。
【0033】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の一つは、
チャネル領域に隣接して配置された高抵抗領域と、
前記高抵抗領域に隣接して配置されたソースまたはドレイン領域と、
を有し、
前記ソースまたはドレイン領域には珪素の結晶化を助長する金属元素が高濃度に含まれており、
前記高抵抗領域には前記金属元素が低濃度に含まれていることを特徴とする。
【0034】
他の発明の構成は、
チャネル領域に隣接して配置された高抵抗領域と、
前記高抵抗領域に隣接して配置されたソースまたはドレイン領域と、
を有し、
前記ソースまたはドレイン領域には珪素の結晶化を助長する金属元素が1×1019原子/cm3 以上の濃度で含まれており、
前記チャネル領域と前記高抵抗領域には前記金属元素が1×1017原子/cm3 以下の濃度で含まれていることを特徴とする。
【0035】
ソースまたはドレイン領域には、当該金属元素が1×1019原子/cm3 以上の濃度で含まれていても特に問題はない。しかし、高抵抗領域(本明細書でいうオフセット領域や低濃度不純物領域)においては、当該金属元素の濃度が1×1017原子/cm3 以下であることが重要である。これは、高抵抗領域中における金属元素の存在は、不要な準位の形成に大きく寄与するからである。また、ソースおよびドレイン領域における金属元素の濃度は、当該領域における欠陥密度よりも大きくて構わない。しかし、高抵抗領域においては、当該金属元素の濃度は当該領域の欠陥密度よりも小さいことが必要である。
【0036】
また他の発明の構成は、ソースまたはドレイン領域には燐がドーピングされており、燐の濃度は当該金属元素の濃度よりも高いことを特徴とする。こうすることで、ソースまたはドレイン領域にニッケル元素をゲッタリングさせる効果をより高く得ることができる。
【0037】
また、他の発明の構成は、ソースまたはドレイン領域はP型であり、かつソース及びドレイン領域には燐がドーピングされていることを特徴とする。
【0038】
珪素の結晶化を助長する金属元素としては、ニッケル(Ni)を用いることがその再現性や効果の点から最も好ましい。
【0039】
また、金属元素としては、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種類のものを用いることができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
低濃度不純物領域やオフセット領域等の高抵抗領域をチャネル領域に隣接して配置した構造において、ソース及びドレイン領域(少なくと一方の領域)をゲッタリングサイトとすることにより、高抵抗領域におけるニッケル濃度を低下させる。
【0041】
ソース/ドレイン領域をゲッタリングサイトとするには、これらの領域に燐をドーピングさせ、燐に当該金属元素をゲッタリングさせる。このゲッタリング効果は、金属元素にニッケルを選択した場合に特に顕著になる。
【0042】
ニッケルに代表される珪素の結晶化を助長する金属元素の存在は、以下の領域において問題となる。
(1)チャネル領域
(2)チャネル領域とそれに隣接する領域との界面及びその近傍
チャネル領域に当該金属元素が存在すると、チャネル本来の機能であるゲイト電極から印加される電界によって、ゲイト絶縁膜側の表面の導電型が変化し、所謂反転層を形成するという機能が阻害される。
【0043】
これは、当該金属元素が存在すると、チャネル領域における禁制体内に不要な準位が多数形成されることに起因する。
【0044】
一般にチャネル領域とチャネル領域に隣接する領域との界面には、IN接合やPN接合部分といった異種導電型同士の接合が形成される。
【0045】
例えば、最も基本的なTFT構造においては、チャネル領域に隣接してソース/ドレイン領域は配置される。この構造では、TFTのOFF動作時において、チャネル領域とソース/ドレイン領域の界面にPN接合が形成される。
【0046】
また、LDD領域に代表されるような低濃度不純物領域をチャネル領域に隣接した配置した構造においては、やはりOFF動作時において、チャネル領域と低濃度不純物領域の界面にPN接合が形成される。
【0047】
またオフセット領域をチャネル領域に隣接して配置した構造においては、やはりOFF動作時において、チャネル領域と低濃度不純物領域の界面にPIまたはNI接合が形成される。
【0048】
一般に当該金属元素が異種導電型の接合部分に存在すると、異種接合部分における本来の半導体接合としての作用や機能が損なわれる。これは、当該金属元素の存在に起因して禁制体中に多数に準位が形成されるからである。
【0049】
例えば、上記異種接合部分において、当該金属元素の存在に起因する不要な準位が形成され、そこを経由してのキャヤリアの移動が生じてしまう。
【0050】
これは、耐圧の低下やリーク電流の増加の要因となる。また、その状態が安定して生じるものではないので、信頼性の低下や素子毎の特性のバラツキといった問題が発生してしまう。
【0051】
本明細書で開示する発明を採用した場合、まずチャネル領域における当該金属元素の濃度を大きく下げることができる。また、チャネル領域に隣接する高抵抗領域における当該金属元素の濃度を大きく低減できる。実験ではSIMSで検出不可能な1×1016原子/cm3 レベルまで低減することもできている。なお、高抵抗領域における当該金属濃度は、1×1017原子/cm3 レベル以下にまで低減できれば、所定の効果を得ることができる。
【0052】
図12に発明を利用した場合に得られるTFTの活性層各部のNi濃度の相対分布を示す。(A)に示すのはTFTの概略の構成であり、(B)に示すのは各部における相対濃度の分布である。
【0053】
(B)に示される矢印は、ゲッタリング工程におけるNiの濃度変化の方向(濃度が高くなるのか、低くなるのか)を示すものである。また、矢印の長さは、濃度変化の割合の大小関係を示すものである。
【0054】
また、HRDというのは、高抵抗領域のことであり、実施例に示す低濃度不純物領域のことである。
【0055】
図12に示すように本明細書で開示する発明を利用することで、低濃度不純物領域やオフセット領域といった高抵抗領域における金属元素の濃度を低減することで、異種導電型の接合が形成される部分における当該金属元素の濃度を大きく低減することができる。
【0056】
そして、耐圧の低下やリーク電流の増加の要因といった問題を解決することができ、さらに信頼性の低下や素子毎の特性のバラツキといった問題を解決することができる。
【0057】
【実施例】
〔実施例1〕
本実施例では、Nチャネル型の薄膜トランジスタを作製する例を示す。図1及び図2に本実施例の作製工程を示す。
【0058】
まず、図1(A)に示すようにガラス基板101上に下地膜として酸化珪素膜102を300nmの厚さに成膜する。ここでは、ガラス基板としてコーニング1737ガラス基板を利用する。
【0059】
次にジシランを原料ガスとした減圧熱CVD法により、非晶質珪素膜103を50nmの厚さに成膜する。
【0060】
次に酸化珪素膜でなるマスク104を形成する。このマスク104は厚さ120nmの酸化珪素膜でなり、105で示す開口が形成されている。
【0061】
この開口105は、図面手前側から奥行き方向に延在する長手形状を有している。
【0062】
マスク104を形成したら所定のニッケル濃度に調整したニッケル酢酸塩溶液を塗布し、106で示されるようにニッケル元素が表面に接して保持された状態が得られる。
【0063】
この状態において、ニッケル元素は開口105が形成された領域において、非晶質珪素膜103の表面に接して保持された状態となる。こうして図1(A)に示すようにニッケル元素が非晶質珪素膜103の表面の一部に選択的に接して保持された状態が得られる。
【0064】
ここでは溶液を用いてニッケル元素を導入する例を示したが、他にイオン注入法を用いるのでもよい。この場合、当該金属元素の導入量を精密に制御することができる。
【0065】
次に図1(A)に示す状態を有する試料に対して、窒素雰囲気中において、570℃、12時間の加熱処理を施す。
【0066】
この工程において、ニッケル元素が開口105が形成された領域から非晶質珪素膜中に拡散し、107で示されるような結晶成長が進行する。
【0067】
この結晶成長は、膜面に平行な方向進行する。また、この結晶成長方向は、開口105の延在する方向に垂直な方向に一致する。また、その成長方向がそろったものとなる。(開口105の端の部分では結晶成長方向は放射状となる)
【0068】
この107で示されるような結晶成長は、100μm以上に渡り行わすことができる。この結晶成長を便宜上横成長と称する。
【0069】
この結晶成長が終了した時点では、膜中には比較的高濃度にニッケル元素が残留している。
【0070】
結晶化が終了したら、珪素膜をパターニングすることにより、図1(C)の108で示されるパターンを得る。このパターンは、後にTFTの活性層を構成するものとなる。
【0071】
ここでは、珪素膜のパターン108は、107で示される横成長が行われた領域を用いて構成するようにする。
【0072】
なお、パターン108の膜厚は、100nm以下、好ましくは50nm以下となるようにする。
【0073】
次にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜109をプラズマCVD法により100nmの厚さに成膜する。こうして図1(C)に示す状態を得る。
【0074】
次にアルミニウムパターン110を形成する。ここでは、まずアルミニウム膜をスパッタ法でもって400nmの厚さに成膜する。そして、さらにそれをレジストマスク100を用いてパターニングすることにより、110で示されるパターンを得る。こうして図1(D)に示す状態を得る。
【0075】
次にレジストマスク100を残存させた状態でアルミニウムパターン110を陽極とした陽極酸化を行う。この工程において、111で示される陽極酸化膜を400nmの厚さに形成する。
【0076】
ここでは、レジストマスク100を残存させた状態で陽極酸化を行う関係上、パターンの側面方向に選択的に陽極酸化が進行し、111で示されるような形状に陽極酸化膜が形成される。
【0077】
ここでは、白金を陰極とし、また電解溶液として3体積%の蓚酸を含んだ水溶液を用いて陽極酸化を行う。また、この陽極酸化膜は、多孔質状(ポーラス状)を有したものとして得られる。
【0078】
次にレジストマスク100を除去し、再度の陽極酸化を行う。ここでは、この112で示される陽極酸化膜を70nmの厚さに成膜する。
【0079】
ここでは、電解溶液として、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ものを用いる。この工程で形成される陽極酸化膜は、緻密なバリア型の膜質を有したものとなる。
【0080】
この工程では、電解溶液が多孔質状の陽極酸化膜111内に侵入する関係から、112で示すされるようにアルミニウムパターン113の周囲に陽極酸化膜が形成される。こうして図1(E)に示す状態を得る。
【0081】
ここで112で示すパターンがゲイト電極及びそこから延在したゲイト配線のパターンとなる。
【0082】
なお、陽極酸化膜112の膜厚分でもって後にチャネル領域に隣接してオフセット領域を形成することができる。
【0083】
しかし、本実施例では、陽極酸化膜112の膜厚が70nmと薄いので、有効に機能するようなオフセット領域は形成されない。よって、ここではオフセット領域の存在は無視することとする。
【0084】
なお、陽極酸化膜112の膜厚を150nm以上とすると、その機能が無視できないオフセット領域が形成される。
【0085】
陽極酸化膜112を形成したら、次に燐のドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。燐のドーズ量は、被ドーピング領域をソース及びドレイン領域とする条件でもって行う。また、このドーピングは、最終的に存在する燐の濃度が、ゲッタリング後のニッケルの濃度よりも大きくなる条件でもって行うことが好ましい。こうすることで、後の工程において、ニッケル元素のゲッタリングをより効果的に行うことができる。
【0086】
この工程においては、図2(A)に示すように114、116の領域に自己整合的に燐のドーピングが行われる。また、115の領域にはドーピングは行われない。
【0087】
なお、ドーピングは、イオン注入法を用いてもよい。いずれにせよ、このドーピング工程は、不純物元素をイオン化し、それを電気的に加速注入する方法を用いることが好ましい。
【0088】
また、ドーピングの前に露呈した酸化珪素膜109を除去してもよい。この場合、図2(A)の114及び116の表面に形成された酸化珪素膜が除去されることになる。
【0089】
図2(A)に示すドーピングの終了後、多孔質状の陽極酸化膜111を除去する。そして再度、燐のドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。
【0090】
この工程では、図2(A)の工程におけるドーズ量に比較して、低ドーズ量でもってドーピングを行う。
【0091】
この工程では、117と119の領域が低濃度不純物領域として形成される。低濃度不純物領域というのは、114及び116の領域に比較すれば、含まれる燐の濃度が低濃度であるということを意味している。
【0092】
また、この工程の結果、118で示されるドーピングが行われなかった領域がTFTのチャネル領域となる。こうして図2(B)に示す状態が得られる。
【0093】
次に窒素雰囲気中において、450℃、2時間の加熱処理を施す。この工程では、ニケッル元素が拡散する過程で燐にゲッタリングされる。そして結果として、114と116の領域及び、117と119の領域、次いで115の領域のニッケル濃度が低くなる。
【0094】
ここで、117、119の領域にも燐が低ドーズ量ながらドーピングされているが、実験によると、ニッケルのゲッタンリングは主に114、116の領域において行われる。
【0095】
燐とニッケルは、NiP、NiP2 、Ni2 P・・・・・というような多様な化合物の形態をなす。また、その結合状態は極めて安定なものであり、450℃程度の加熱温度では安定な状態で存在する。
【0096】
即ち、一旦ニッケルと燐とが結合すると、その状態からまた分解することはない。(少なくとも本実施例のプロセスにおける温度ではない)
【0097】
また、珪素中における燐は800℃程度以上でないと拡散しない。
【0098】
従って、結果として燐が高濃度に存在している114、116の領域にニッケル元素が集中することになる。
【0099】
こうして図2(C)に示すようにニッケル元素が114、116の領域に矢印120、121で示されるように移動した状態が得られる。
【0100】
なお、低濃度不純物領域である117、119の領域へのニケッル元素の移動も存在するが、より高濃度に燐がドーピングされた114、116の領域へのニッケル元素の移動の方が顕著に観察される。
【0101】
図3には、上記加熱処理後におけるニッケル元素と燐元素の分布状態を示す。また、この加熱処理の段階において、不純物イオンの加速注入によって結晶性が破壊された領域114、116、117、119の領域の結晶性の改善が進行する。
【0102】
これは、それらの領域(特に114と116の領域)にニッケル元素が集中することに大きく関係する。
【0103】
即ち、ニッケル元素が集中した領域は、それだけニッケル元素の作用による結晶化が強く促進され、燐イオンのドーピング時に生じた結晶構造の損傷が回復される。
【0104】
特に本実施例に示す構成では、燐が高濃度にドーピングされた領域(即ち、より結晶性が破壊された領域)には、より高濃度に燐イオンが集中するので、この工程における結晶性の改善は効果的に進行する。
【0105】
次にレーザー光の照射を行い、ドーピングされた燐の活性化を行う。ドーピング時に生じた結晶性の損傷のアニールは、上述したように加熱処理によって行うことができる。
【0106】
しかしその温度は450℃と低いためにドーパント(燐)の活性化率は低いものとなってしまう。そこで、本実施例では、加熱に加えてレーザー光の照射を行うことで、ドーパントの活性化を行う。
【0107】
この工程を行うことにより、114及び116の領域をソース及びドレイン領域として機能させることができる。
【0108】
レーザー光の照射が終了したら、図2(D)に示すように窒化珪素膜122をプラズマCVD法により200nmの厚さに成膜する。
【0109】
さらにプラズマCVD法により酸化珪素膜123を400nmの厚さに成膜する。
【0110】
さらにアクリル樹脂膜124を成膜する。アクリル樹脂膜の膜厚は、最小の部分でその厚さが700nmとなるようにする。
【0111】
アクリル以外の材料としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、エポキシ等の材料を用いることができる。
【0112】
本実施例に示す構成を採用した場合、得られるNチャネル型のTFTは、ソース及びドレイン領域に高濃度に燐とニッケルが含まれる。そして、低濃度不純物領域114及び116にはより低濃度に燐が含まれる。
【0113】
また、チャネル領域118と低濃度不純物領域117、119には、ほとんどニッケルは含まれない。
【0114】
この濃度分布の状態に関して図3に示す。このようにニッケルと燐に関して特別な濃度分布を有したTFTが得られる。
【0115】
本実施例に示すTFTは、プロセス温度がガラス基板の耐える600℃程度以下であり、しかもニッケル元素を利用することにより高い結晶性を有した活性層とすることができ、そのことで高い特性を得ることができる。
【0116】
本実施例で得られるTFTの特性は、高温多結晶ポリシリコンTFTを凌ぐものである。
【0117】
また、ニッケル元素をその動作に影響が及ばないソース/ドレイン領域に固定化しているので、高い特性を安定して得ることができる。また、多数のTFTを同時に作製した場合であってもその特性のばらつきを少ないものとすることができる。
【0118】
〔実施例2〕
本実施例は、実施例1に示す作製工程をさらに改良した場合の例である。図4及び図5に本実施例の作製工程を示す。
【0119】
なお、符号が図1と同じものは、図1に示すのとその作製工程や機能は同じである。
【0120】
まず、図4(A)に示すようにガラス基板101上に酸化珪素膜102を成膜し、さらに非晶質珪素膜103を成膜する。
【0121】
次に酸化珪素膜でなるマスク104を形成し、ニッケル酢酸塩溶液を塗布し、106で示されるようにニッケル元素が表面に接して保持された状態を得る。
【0122】
次に加熱処理を施し、107で示されるような横成長を行わす。(図4(B))
【0123】
図4(B)に示す横成長が終了したら、酸化珪素膜でなるマスク104を除去し、再度酸化珪素膜でなるマスク401を配置する。
【0124】
そして、マスク401を用いて燐イオンのドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。
【0125】
この工程において、403の領域に燐のドーピングが行われる。次に加熱処理を行う。この加熱処理は、窒素雰囲気中において600℃、2時間の条件でもって行う。
【0126】
この際、ニッケル元素は403の領域にゲッタリングされる。そして、燐がドーピングされなかった402の領域においては、ニッケル元素の濃度は大きく低下する。
【0127】
上記ゲッタリングの工程が終了したら、酸化珪素膜でなるマスク401を除去し、さらにレジストマスクを配置してパターニングを行い、図4(D)の108で示すパターンを得る。このパターンは、後にTFTの活性層となるパターンである。
【0128】
このパターン108は、マスク401で覆われた402の領域よりもさらに小さくなるパターンとして形成する。
【0129】
これは、ゲッタタリングが行われた領域(402の領域)内を利用して、TFTの活性層パターン108を形成することで、ニッケルの影響をより積極的に排除するためである。
【0130】
活性層のパターン108を形成したら、ゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜109をプラズマCVD法で成膜する。このようにして図4(D)に示す状態を得る。
【0131】
次に図4(E)に示すアルミニウムパターン110をレジストマスク100を用いて形成する。
【0132】
次に図5(A)に示すように多孔質状の陽極酸化膜111と緻密な膜質を有する陽極酸化膜112とを形成する。
【0133】
次にこの状態で燐のドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。プラズマドーピング法以外にはプラズマドーピング法を用いることができる。
【0134】
このドーピングは、後に行われるドーピングよりも高濃度に行うので便宜上ヘビードーピングと称することとする。
【0135】
このドーピングにおいて、114及び116の領域にヘビードーピングが行われる。また115の領域にはドーピングは行われない。
【0136】
次に多孔質状の陽極酸化膜111を除去する。そして再度、燐のドーピングを行う。このドーピングは、先のドーピングに比較して低ドーズ量でもって行う。
【0137】
この工程の結果、低濃度不純物領域117、119が形成される。また、チャネル領域118が形成される。(図5(C))
【0138】
本実施例においては、これらの領域は自己整合的に形成される。
【0139】
次に加熱処理を施し、活性層パターン中に残存するニッケル元素を114及び116の領域に集中させる。即ち、活性層パターン中に残存するニッケル元素を114及び116の領域にゲッタリングさせる。(図5(D))
【0140】
こうして、TFTの動作に問題となるチャネル領域やチャネル領域と低濃度不純物領域との境界付近におけるニッケルの存在をより徹底的に排除することができる。
【0141】
またこの際、ドーピング時に生じた結晶構造の損傷のアニールが同時に行われる。
【0142】
次にレーザー光の照射を行い、ドーパントの活性化を行う。
【0143】
次に図6(A)に示すように窒化珪素膜122と酸化珪素膜123とをプラズマCVD法により成膜する。そしてアクリル樹脂膜124を成膜する。
【0144】
次にコンタクトホールを形成し、ソース電極125及びドレイン電極126とを形成する。こうしてより徹底的にニッケル元素をチャネル領域及び異種導電型の接合を有する領域から排除したNチャネル型のTFTを得ることができる。
【0145】
〔実施例3〕
本実施例では、実施例1に示す構造において、低濃度不純物領域117、119(図2参照)の代わりにオフセット領域を配置した場合の例を示す。
【0146】
本実施例では、図2(B)で示す工程において、低ドーズ量での燐イオンの注入を行わない。即ち、図2(B)におけるドーピングを実施しない。
【0147】
こうした場合、117及び119の領域には燐のドーピングは行われない。そして、この部分の導電型は、基本的にチャネル領域118と同じになる。
【0148】
しかし、この117及び119の領域では、チャネルと異なりゲイト電極からの電界の印加により反転層が形成されることはない。(ゲイト電極からの電界は広がりを有するものであり、厳密にはそう言い切れるものではない。しかし、議論を簡単にするめにここではそう考える)
【0149】
117及び119の領域は、低濃度不純物領域と同様にTFTの動作時において、高抵抗領域として機能する。即ち、チャネル領域とドレイン領域との間に形成される電界強度を緩和し、耐圧やリーク特性を改善する機能を有している。
【0150】
本実施例の場合、117及び119の領域がオフセット領域となる。
【0151】
本実施例に示すTFTの場合においてもチャネル領域、さらにはチャネルとチャネルに隣接する領域との境界及びその近傍における当該金属元素の濃度を低減できる。
【0152】
そして、
・耐圧やリーク電流特性の向上
・信頼性の向上
・素子毎における特性のばらつきの低減
といった効果を得ることができる。
【0153】
〔実施例4〕
本実施例では、実施例1の構成において、図1(E)の緻密な膜質の陽極酸化膜112の膜厚を200nmと厚くし、その厚さでもってオフセット領域を形成する技術に関する。
【0154】
本実施例の場合、オフセット領域は、図2(B)に示すチャネル領域118と低濃度不純物領域117との間、及びチャネル領域118と低濃度不純物領域119との間に形成される。
【0155】
本実施例の場合も図2(C)に示す工程を経るので、チャネル領域におけるニッケル濃度、及びチャネル領域とオフセット領域との界面におけるニッケル濃度を低減することができる。
【0156】
〔実施例5〕
本実施例は、実施例1やその他の実施例に示す構成において、チャネル領域に導電型を付与する不純物をドーピングした場合の例である。
【0157】
一般に薄膜トランジスタの場合は、チャネル領域には特に人為的なドーピングを行わない真性または実質的に真性な半導体が利用される。
【0158】
しかし、しきい値の制御に代表されるような特性の制御のためにチャネル領域の導電型を微妙に制御する技術も知られている。この技術はチャネルドープ技術と称されている。
【0159】
チャネルドープを実施する方法としては、主に以下の2つの手法が採用されている。
(1)イオン注入法やプラズマドーピング法を用いる。
(2)活性層を構成する出発膜中にドーパントをドーピングしておく。
【0160】
本実施例では、(2)に方法を用いる。ここでは、Nチャネル型のTFTを作製することを前提として、チャネルにボロンをドーピングする例を示す。
【0161】
本実施例では、図1(A)に示す段階における非晶質珪素膜103の成膜をジシランとジボランとを原料ガスとして用いた減圧熱CVD法により行う。
【0162】
この際、ジボランの添加量を変化させることで、チャネルドープのドーピング量を変化させることができる。
【0163】
ここではんチャネル型のTFTを作製する場合の例を示したが、Pチャネル型のTFTを作製するのであれば、ドーピングガスとしてフォスフィンを用いる。
【0164】
〔実施例6〕
本実施例では、本明細書で開示する発明を用いてPチャネル型のTFTを作製する場合の例を示す。
【0165】
ニッケルのゲッタリングは、ボロンでは行うことができない。少なくとも燐を用いた場合のような顕著なゲッタリング効果を得ることはできない。
【0166】
従って、本明細書で開示する発明を利用してPチャネル型のTFTを作製する場合には、ニッケルのゲッタリングに利用するための燐のドーピングとソース及びドレイン領域を形成するためのドーパント(この場合はボロン)のドーピングとを別々に行う必要がある。
【0167】
図1及び図2を用いて本実施例の作製工程を示す。まず、実施例1に示した作製工程に従って、図1(E)に示す状態を得る。
【0168】
この状態で燐のドーピングをプラズマドーピング法(またはイオン注入法)でもって行う。この状態では、図7(A)の701及び703に示す領域に燐のドーピングが行われた状態となる。また、702の領域には、燐のドーピングは行われない。
【0169】
ここで、701及び703の領域に燐をドーピングするのは、この領域をゲッタリングサイトとして、702の領域に存在するニッケル元素を除去させるためである。
【0170】
図7(A)に示すドーピングが終了したら、450℃、2時間の加熱処理を窒素雰囲気中で行う。この工程において、702の領域から701及び703の領域に矢印704で示されるようにニッケル元素の移動が行われる。
【0171】
即ち、領域702のニッケル元素が領域701及び703の領域にゲッタリングされる。
【0172】
ここで、加熱温度を450℃とするのは、ゲイト電極にアルミニウムを利用しているからである。ゲイト電極に珪素材料やシリサイド材料、さらには金属材料を用いた場合には、その耐熱性さらは基板の耐熱性に鑑みてさらに高い温度とすることが好ましい。
【0173】
次に図7(C)に示すようにボロンのドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。ドーピングの方法は、イオン注入法であってもよい。
【0174】
この工程におけるドーピングは、705及び707の領域をソース及びドレイン領域とするためのものである。従って、図7(A)に示す工程においてドーピングされた燐よりも高濃度にボロンをドーピングし、N型化した701及び703の領域をP型へと反転させるドーピング条件が必要とされる。
【0175】
図7(C)に示すドーピングが終了したら、多孔質状の陽極酸化膜111を除去する。
【0176】
そして、図7(D)に示すように再度ボロンのドーピングを行う。この工程は、低濃度不純物領域を形成するためのものであるから、(C)の工程でドーピングが行われた705及び707の領域よりも導電型が弱くなるようような条件でもって行う。
【0177】
708及び710の領域は、図7(A)の工程において、燐のドーピングが行われていないので、711や712の領域のように特に導電型を反転させるようなドーピング条件としなくてもよい。
【0178】
ドーピングの終了後、レーザー光の照射を行い、被ドーピング領域に生じたドーピング時における損傷の修復と、ドーパントの活性化とを行う。この工程は加熱によって行ってもよい。
【0179】
このようにして、ソース領域711、ドレイン領域712、チャネル領域709、低濃度不純物領域708及び710を形成する。
【0180】
ここで、ソース領域711及びドレイン領域712にニッケル元素がゲッタリングされた状態となっている。
【0181】
この構成においてもチャネルとチャネルに隣接する領域との境界に存在する接合付近において、ニッケル元素が減少させられたものとなっている。
【0182】
そしてそのことにより、Pチャネル型のTFTにおいて、耐圧の向上、OFF電流の低減、信頼性の向上、素子毎の特性のばらつきの低減、といった効果を得ることができる。
【0183】
本実施例で示すTFTが特徴とするのは、ソース及びドレイン領域には、燐とボロンがドーピングされ、かつボロンの濃度が燐よりも高いことである。
【0184】
また、それに加えてソース及びドレイン領域におけるニッケル濃度が、チャネル領域や低濃度不純物領域よりも大きいことである。
【0185】
〔実施例7〕
本実施例では、実施例6に示す構成を改良した構成を示す。実施例6に示す構成にでは、チャネル領域に隣接して低濃度不純物領域を配置する場合の例を示した。(陽極酸化膜の膜厚分によるオフセット領域の存在は無視する)
【0186】
ここでは、この低濃度不純物領域であった領域をオフセット領域とする場合の例を示す。
【0187】
本実施例では、図6(D)に示す段階において、ボロンのライトドーピングを行わない。こうすると、708及び710の領域にボロンのドーピングが行われず、その領域がオフセット領域となる。
【0188】
なお、本実施例に示す構成を採用しなくてもゲイト電極の周囲に形成される緻密な膜質の陽極酸化膜の膜厚を厚くすれば、チャネル領域に隣接してオフセット領域を形成することができる。
【0189】
〔実施例8〕
本実施例は、他の実施例において、ゲイト電極としてアルミニウムでなくタンタル(Ta)を用いた場合の例である。
【0190】
タンタルを用いた場合も陽極酸化技術を利用することができる。そして陽極酸化膜を利用した低濃度不純物領域の形成やオフセット領域の形成をアルミニウムを用いた場合と同様に行うことができる。
【0191】
またタンタルは、アルミニウムに比較して耐熱性が高いので、例えば図2(C)に示す加熱処理の工程における加熱温度を600℃、2時間というような条件とすることができる。
【0192】
タンタルの融点は2000℃以上であるので、加熱処理温度に関しては、特に考慮を払う必要はない。
【0193】
〔実施例9〕
本実施例は、他の実施例において、ゲイト電極としてアルミニウムでなく導電型を付与した珪素を用いる場合の例である。
【0194】
ここでは、燐またはボロンをドーピングした珪素膜を用いてゲイト電極を構成する。ゲイト電極に珪素材料を用いた場合にも図2(C)に示す加熱処理の工程における加熱温度を600℃、2時間というような条件とすることができる。
【0195】
また、ゲイト電極としては、各種シリサイド材料や金属材料を用いることもできる。
【0196】
ゲイト電極材料に珪素材料やシリサイド材料を用いた場合には、低濃度不純物領域を形成するための手段として、陽極酸化技術に変わるものを用いる必要がある。
【0197】
図8にゲイト電極として珪素材料を用いた場合におけるTFTの作製工程の一例を示す。
【0198】
まず、実施例1に示した図1(A)〜図1(C)の作製工程に従って、図8(A)に示すようにガラス基板101上に下地膜として酸化珪素膜102を成膜し、さらに結晶性珪素膜でなる活性層108を形成する。
【0199】
この状態においては、活性層108中にはニッケル元素が比較的高濃度に含まれている。また、ニッケル元素の分布状態も特に偏ったものではなく、一様なものとなっている。
【0200】
ゲイト絶縁膜109を形成した段階で減圧熱CVD法を用いて燐を高濃度にドーピングした珪素膜を成膜し、それをレジストマスク802を用いてパターニングする。こうして801で示すパターンを得る。この珪素膜でなるパターン801を基にして後にゲイト電極が形成される。こうして図8(A)に示す状態を得る。
【0201】
次に等方性のドライエッチングまたはウェットエッチングを用いて、珪素膜でなるパターン801をエッチングする。この際、レジストマスク802が存在する関係上エッチングは図8(B)に示すようにサイドエッチングとなる。
【0202】
サイドエッチングが終了したら、燐のドーピングを行い803及び805の領域に燐のドーピングを行う。このドーピングは、ソース及びドレイン領域を形成するためと、ゲッタリングサイトを形成するために行う。
【0203】
このドーピングは、後に行われるドーピングに比較して高ドーズ量で行うので、便宜上ヘビードーピングと称する。
【0204】
図8(C)に示すドーピングを終了後、レジストマスク802を除去する。次に再度、燐のドーピングを行う。この際におけるドーピングは、(C)の工程におけるものより低ドーズ量でもって行う。この工程におけるドーピングを便宜上ライトドーピングと称する。
【0205】
この工程において、低濃度不純物領域807及び808が形成される。そして、窒素雰囲気中において、600℃、2時間の加熱処理を施す。この加熱処理は、燐が拡散しない条件でもって、かつできるだけ高い温度で、かつガラス基板101の歪点以下の温度で行う。
【0206】
この工程において、活性層パターン108中に存在していたニッケル元素は、803及び805の領域に集中する。この状態は、807、808、809の領域のニッケル元素が803及び805の領域にゲッタリングされたものと見ることもできる。
【0207】
こうして、図8(C)の804で示される領域はニッケル元素が減少させられたものとなる。
【0208】
次にレジストマスク802を取り除き、(D)に示す状態において燐のドーピングを行う。この工程は、(C)の工程におけるドーピングよりも低ドーズ量でもって行う。この工程におけるドーピングを便宜上ライトドーピングと称する。
【0209】
この工程において、低濃度不純物領域807及び808が自己整合的に形成される。また、チャネル形成領域809も自己整合的に形成される。
【0210】
この後は、実施例1に示すのと同じ工程に従ってTFTを作製すればよい。
【0211】
本実施例に示す作製工程において、(D)に示す工程におけるライトドーピングを行わなければ807及び808の領域をオフセット領域として形成することができる。
【0212】
本実施例に示したように、陽極酸化技術を利用しない方法により低濃度不純物領域やオフセット領域を形成する構造とすれば、本明細書で開示する発明は、ゲイト電極の材料としてアルミニウムやタンタルのような材料を利用した場合のみに限定されるものではない。
【0213】
ただし、本明細書で開示する発明を利用するには、低濃度不純物領域及び/またはオフセット領域が配置された構造であることが必要である。
【0214】
〔実施例10〕
本実施例は、本明細書で開示する発明を逆スタガー型のTFTに利用した場合の例である。
【0215】
図9及び図10に本実施例の作製工程を示す。まず、ガラス基板901上にゲイト電極902を形成する。ここでは、タングテンシリサイドを用いてゲイト電極902を形成する。
【0216】
次にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜903を成膜する。さらに活性層を構成する出発膜として、非晶質珪素膜904を成膜する。こうして図9(A)に示す状態を得る。
【0217】
図9(A)に示す状態を得たら、ニッケルを利用した結晶化を行い結晶性珪素膜900を得る。(図9(B))
【0218】
次にレジストマスク905を配置する。そして燐のドーピングを行い906の領域に選択的に燐がドーピングされた状態とする。(図9(B))
【0219】
次にレジストマスク905を除去する。そして、窒素雰囲気中において、600ど、2時間の加熱処理を行う。この時の加熱温度は、ガラス基板の耐熱性でほぼ律則される。
【0220】
この加熱処理時において、907で示される経路でもって膜中のニッケル元素が906の領域に向かって移動する。即ち、珪素膜中のニッケル元素は、906の領域にゲッタリングされる。(図9(C))
【0221】
次に珪素膜をパターニングし、908で示すパターンを得る。このパターンは、TFTの活性層を構成する。(図9(D))
【0222】
このパターン908は、ゲッタリングサイトとなる906の領域を避けるようにすることが重要である。
【0223】
これは、ゲッタリングサイトには、高濃度でニッケル元素が含まれているからである。
【0224】
即ち、906で示されるようなニッケルのゲッタリングサイトは、完全に除去されるようにすることが重要である。
【0225】
次に図10(A)に示すようにレジストマスク909を配置する。
【0226】
そして、レジストマスク909を用いて、910及び911の領域に燐のドーピングを行う。このドーピングは、ヘビードーピングの条件でもって行う。(図10(B))
【0227】
次に等方性のアッシングにより、レジストマスク909を後退させ、図10(C)の912で示されるようなレジストマスクのパターンを形成する。
【0228】
そしてこの状態で燐のライトドーピングを行う。この工程において、914、915の領域に燐のライトドーピングが行われる。
【0229】
次に窒素雰囲気中において、600℃、2時間の加熱処理を行う。こうすると、主に910及び911の領域になお活性層中に残留しているニッケル元素がゲッタリングされる。
【0230】
次にレジストマスク912を除去し、レーザー光の照射及び/または加熱処理を行い、ドーピングが行われた領域の活性化を行う。
【0231】
こうして、ソース領域910、ドレイン領域911、低濃度不純物領域914及び915、チャネル領域913が形成される。
【0232】
次に層間絶縁膜として、酸化珪素膜916を成膜し、さらに樹脂膜917を成膜する。(図10(D))
【0233】
さらにコンタクトホールを形成して、ソース電極918、ドレイン電極919を形成する。こうしてボトムゲイト型のTFTが完成する。
【0234】
〔実施例11〕
本実施例では、他の実施例において示したニッケルを利用した結晶化の方法とは異なる方法を利用する。
【0235】
図1に示す結晶成長方法は、横成長と呼ばれるもので、その結晶成長方向の軸とニッケルのゲッタリング方向の軸、さらに動作時におけるキャリアの移動方向の軸とを一致させることにより、非常に高い電気的な特性が得られる。
【0236】
しかし、この方法は、結晶化に利用するニッケル元素(その他の金属元素を利用した場合でも同じ)の導入方法が煩雑であり、その分だけ工程が増えてしまうという問題がある。
【0237】
本実施例で示す方法では、非晶質珪素膜を成膜した後に、その表面の全面に対してニッケル元素の導入を行う。(その他の金属元素を用いる場合でも同じ)
【0238】
例えば、図1に示す工程において、酸化珪素膜でなるマスク104を配置せずに、非晶質珪素膜103の表面全体が露呈している段階において、ニッケル酢酸塩溶液を全面に塗布する。
【0239】
こうすることで、マスクを配置する手間を省くこができる。ただし、結晶化が全面において進行するので、横成長の場合程の高い特性を得ることができない。
【0240】
即ち、得られるTFTの特性は、横成長を利用した場合の程ではない。しかし、従来の当該金属元素を用いないで得られる結晶性珪素膜を用いたTFTよりは高い特性を得ることができる。
【0241】
〔実施例12〕
本実施例では、本明細書で開示する発明を利用した半導体装置の例を示す。即ち、本明細書で開示する発明を利用したTFTを用いた半導体装置の例を示す。
【0242】
図11に各種半導体装置の例を示す。これらの半導体装置は、TFTを少なくとも一部に用いている。
【0243】
図11(A)に示すのは、携帯型の情報処理端末である。この情報処理端末は、本体2001にアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイまたはアクティブマトリクス型のELディスプレイを備え、さらに外部から情報を取り込むためのカメラ部2002を備えている。
【0244】
カメラ部2002には、受像部2003と操作スイッチ2004が配置されている。
【0245】
情報処理端末は、今後益々その携帯性を向上させるために薄く、また軽くなるもと考えられている。
【0246】
このような構成においては、アクティブマトリクス型のディスプレイ2005が形成された基板上周辺駆動回路や演算回路や記憶回路がTFTでもって集積化されることが好ましい。
【0247】
図11(B)に示すのは、ヘッドマウントディスプレイである。この装置は、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイやELディスプレイ2102を本体2101に備えている。また、本体2101は、バンド2103で頭に装着できるようになっている。
【0248】
図11(C)に示すのは、投影型の液晶表示装置であって、フロントプロジェクション型と称される装置である。
【0249】
この装置は、本体2201内に備えられた光源原2202からの光を反射型の液晶表示装置2203で光学変調し、光学系2204で拡大してスクリーン2205に画像を投影する機能を有している。
【0250】
このような構成において、光学系2204はコストの関係からなるべく小型化することが求められている。そしてそれに対応して表示装置2203も小型化することが求められている。
【0251】
アクティブマトリクス型のフラットパネルディスプレイを小型化した場合、アクティブマトリクス回路を駆動する周辺駆動回路をもアクティブマトリクス回路と同じ基板上に集積化することが求められる。
【0252】
これは、アクティブマトリクス回路が小型化した場合、周辺駆動回路を構成する回路を外付けのICでもって構成してもそれを装着することが困難になるからである。
【0253】
よって、表示装置2203には、同一の基板上にアクティブマトリクス回路と周辺駆動回路とをTFTでもって集積化する構成が採用される。
【0254】
ここでは、液晶表示装置2503として反射型のものを用いる例を示した。しかし、ここに透過型の液晶表示装置を用いてもよい。この場合、光学系を異なるものとなる。
【0255】
図11(D)に示すのは、携帯電話である。この装置は、本体2301にアクティブマトリクス型の液晶表示装置2304、操作スイッチ2305、音声入力部2303、音声出力部2302、アンテナ2306を備えている。
【0256】
また、最近は、(A)に示す携帯型情報処理端末と(D)に示す携帯電話とを組み合わせたような構成も商品化されている。
【0257】
図11(E)に示すのは、携帯型のビデオカメラである。これは、本体2401に受像部2406、音声入力部2403、操作スイッチ2404、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ2402、バッテリー2405を備えている。
【0258】
図11(F)に示すのは、リアプロジェクシン型の液晶表示装置である。この構成は、本体2501に投影用のスクリーンを備えた構造となっている。表示は、光源2502からの光を偏光ビームスプリッタ2504で分離し、この分離された光を反射型の液晶表示装置2503で光学変調し、この光学変調された画像を反射してリフレクター2505、2506で反射し、それをスクリーン2507に投影するものである。
【0259】
ここでは、液晶表示装置2503として反射型のものを用いる例を示した。しかし、ここに透過型の液晶表示装置を用いてもよい。この場合、光学系を変更すればよい。
【0260】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明を利用することで、特定の金属元素を用いて結晶化させた結晶性珪素膜を用いて作製したTFTにおいて、当該金属元素の影響がTFTの素子特性に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 TFTの作製工程を示す図。
【図2】 TFTの作製工程を示す図。
【図3】 TFTの活性層中におけるニッケルと燐の濃度分布を示す図。
【図4】 TFTの作製工程を示す図。
【図5】 TFTの作製工程を示す図。
【図6】 TFTの作製工程を示す図。
【図7】 TFTの作製工程を示す図。
【図8】 TFTの作製工程を示す図。
【図9】 TFTの作製工程を示す図。
【図10】TFTの作製工程を示す図。
【図11】半導体装置の例を示す図。
【図12】TFTの活性層におけるNi濃度の分布を示す図。
【符号の説明】
101 ガラス基板
102 下地膜(酸化珪素膜)
103 非晶質珪素膜
104 酸化珪素膜でなる
105 開口部
106 表面に接して保持されたニッケル元素
107 結晶成長方向
108 活性層のパターン
109 ゲイト絶縁膜(酸化珪素膜)
110 アルミニウムパターン
100 レジストマスク
111 多孔質状の陽極酸化膜
112 緻密な膜質を有する陽極酸化膜
113 ゲイト電極
114 ソース領域となる高濃度不純物領域
115 ドーピングが行われない領域
116 ドレイン領域となる高濃度不純物領域
117 低濃度不純物領域
118 チャネル領域
119 低濃度不純物領域
120 ニッケル元素の移動方向
121 ニッケル元素の移動方向
122 窒化珪素膜
123 酸化珪素膜
124 アクリル樹脂膜
125 ソース電極
126 ドレイン電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The invention disclosed in this specification relates to a structure of a thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT in this specification). Further, the present invention relates to a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
A TFT manufactured using a silicon thin film formed on a glass substrate or a quartz substrate is known.
[0003]
Most TFTs currently in practical use use an amorphous silicon film (amorphous silicon film) as an active layer.
[0004]
The amorphous silicon film can be formed relatively easily using a plasma CVD method.
[0005]
Future technology trends for active matrix liquid crystal display devices include an active matrix circuit, a circuit that drives the circuit, and various circuits that handle image information and various information on a single glass or quartz substrate. The system-on-panel configuration is considered to be pursued.
[0006]
In order to realize such a configuration, the characteristics of a TFT using an amorphous silicon film are too low.
[0007]
A TFT using an amorphous silicon film has low characteristics and can only be used in an active matrix circuit of an active matrix liquid crystal display device.
[0008]
Specifically, a TFT using an amorphous silicon film has a mobility of 1 cm. 2 / Vs or less. Moreover, only the N channel type can be put into practical use, and the P channel type has a problem that its characteristics are too low to be put into practical use.
[0009]
The mobility of a MOS transistor using a single crystal silicon wafer is 1000 cm. 2 Usually, it is at least / Vs.
[0010]
In order to solve this problem, TFTs using a crystalline silicon film are partly put into practical use.
[0011]
As a method for obtaining a crystalline silicon film, a method of crystallizing an amorphous silicon film by heating is common.
[0012]
For example, an amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method, and the film is heated at a temperature of about 800 ° C. to 1000 ° C. for several hours to obtain a crystalline silicon film having a polycrystalline state. Can be obtained.
[0013]
This method is referred to as a high temperature process because the high temperatures required for normal IC fabrication are utilized.
[0014]
A TFT using a crystalline silicon film obtained by this method is an N-channel type and has a mobility of 100 cm. 2 / Vs, P channel type with mobility of 60cm 2 / Vs is obtained.
[0015]
With such a characteristic, a CMOS circuit required for constituting an integrated circuit can be produced. In addition, a circuit that is configured with an IC using a conventional single crystal silicon wafer can be configured with TFTs, although it does not reach the characteristics.
[0016]
However, in order to manufacture a TFT using a crystalline silicon film, it is necessary to use a substrate having heat resistance (currently limited to quartz), which increases costs. (Quartz substrates are expensive)
[0017]
Therefore, what is considered is a method of devising a crystallization method using an inexpensive glass substrate as the substrate.
[0018]
This method is referred to as a low-temperature process because it is produced by a process at a temperature that the glass substrate can withstand.
[0019]
A first example of this method is a technique for crystallizing an amorphous silicon film by setting the heating temperature to a level that a glass substrate can withstand.
[0020]
For example, a crystalline silicon film can be obtained by forming an amorphous silicon film on a glass substrate and heating it at 600 ° C. for about 48 hours.
[0021]
However, a TFT using a crystalline silicon film obtained by this method does not exhibit satisfactory characteristics.
[0022]
In addition, since the heating time becomes long, there is a problem that the manufacturing cost is not so low.
[0023]
As another method of the low temperature process, there is a technique of transforming an amorphous silicon film into a crystalline silicon film by irradiating laser light.
[0024]
This method has an advantage that the glass substrate is hardly heated.
[0025]
A TFT obtained by this method (referred to as a laser process) can obtain characteristics comparable to those obtained by a high temperature process.
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
In order to realize the system-on-panel as described above, it has been found that the TFT obtained by the above-described low-temperature process still has low characteristics.
[0027]
The technology required here includes
(1) A low temperature process.
(2) A characteristic higher than that obtained by a laser process can be obtained.
Is required.
[0028]
As a technique that satisfies this requirement, the present applicants have developed a technique for crystallizing by introducing a trace amount of a metal element of an amorphous silicon film and then performing a heat treatment. This technique is described in JP-A-7-321337.
[0029]
A TFT using a crystalline silicon film obtained by the method has extremely high performance. However, in the crystalline silicon film obtained by this method, the metal element used for crystallization remains without being exhausted, and there is a concern that the influence may affect the characteristics of the TFT.
[0030]
In fact, it has been confirmed that items such as reliability and uniformity of characteristics for each element are inferior to conventional TFTs having low characteristics.
[0031]
According to the studies by the present inventors, it has been found that the low reliability and uniformity of the device characteristics are due to the influence of metal elements remaining in the crystalline silicon film.
[0032]
In the invention disclosed in this specification, in a TFT manufactured using a crystalline silicon film crystallized using the above-described certain metal element, the influence of the metal element adversely affects the device characteristics of the TFT. It is an object of the present invention to provide a technique for suppressing the problem.
[0033]
[Means for Solving the Problems]
One of the inventions disclosed in this specification is:
A high resistance region disposed adjacent to the channel region;
A source or drain region disposed adjacent to the high resistance region;
Have
The source or drain region contains a high concentration of a metal element that promotes crystallization of silicon,
The high resistance region includes the metal element at a low concentration.
[0034]
Other aspects of the invention are:
A high resistance region disposed adjacent to the channel region;
A source or drain region disposed adjacent to the high resistance region;
Have
The source or drain region contains 1 × 10 5 of a metal element that promotes crystallization of silicon. 19 Atom / cm Three It is contained in the above concentration,
The metal element is 1 × 10 5 in the channel region and the high resistance region. 17 Atom / cm Three It is contained in the following concentrations.
[0035]
In the source or drain region, the metal element is 1 × 10 19 Atom / cm Three Even if it is contained in the above concentration, there is no particular problem. However, in a high resistance region (an offset region or a low concentration impurity region in this specification), the concentration of the metal element is 1 × 10 6. 17 Atom / cm Three It is important that: This is because the presence of the metal element in the high resistance region greatly contributes to the formation of unnecessary levels. Further, the concentration of the metal element in the source and drain regions may be larger than the defect density in the region. However, in the high resistance region, the concentration of the metal element needs to be smaller than the defect density in the region.
[0036]
In another aspect of the invention, the source or drain region is doped with phosphorus, and the concentration of phosphorus is higher than the concentration of the metal element. By doing so, it is possible to obtain a higher effect of gettering the nickel element in the source or drain region.
[0037]
In another aspect of the invention, the source or drain region is P-type and the source and drain regions are doped with phosphorus.
[0038]
As a metal element that promotes crystallization of silicon, nickel (Ni) is most preferably used in terms of reproducibility and effects.
[0039]
As the metal element, one or more kinds selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au can be used.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In a structure in which a high-resistance region such as a low-concentration impurity region or an offset region is arranged adjacent to the channel region, the nickel concentration in the high-resistance region is obtained by using the source and drain regions (at least one region) as gettering sites. Reduce.
[0041]
In order to use the source / drain regions as gettering sites, phosphorus is doped in these regions, and the metal element is gettered into phosphorus. This gettering effect is particularly remarkable when nickel is selected as the metal element.
[0042]
The presence of a metal element that promotes crystallization of silicon typified by nickel poses a problem in the following regions.
(1) Channel region
(2) Interface between channel region and adjacent region and its vicinity
When the metal element is present in the channel region, the electric field applied from the gate electrode, which is the original function of the channel, changes the conductivity type of the surface on the gate insulating film side, thereby inhibiting the function of forming a so-called inversion layer. .
[0043]
This is because when the metal element exists, many unnecessary levels are formed in the forbidden body in the channel region.
[0044]
In general, a junction of different conductivity types such as an IN junction and a PN junction is formed at the interface between the channel region and a region adjacent to the channel region.
[0045]
For example, in the most basic TFT structure, the source / drain regions are disposed adjacent to the channel region. In this structure, a PN junction is formed at the interface between the channel region and the source / drain region when the TFT is turned off.
[0046]
Further, in a structure in which a low concentration impurity region typified by an LDD region is disposed adjacent to the channel region, a PN junction is formed at the interface between the channel region and the low concentration impurity region during the OFF operation.
[0047]
In the structure in which the offset region is disposed adjacent to the channel region, a PI or NI junction is formed at the interface between the channel region and the low concentration impurity region during the OFF operation.
[0048]
In general, when the metal element is present in a junction portion of a different conductivity type, the function and function of the original semiconductor junction at the heterojunction portion is impaired. This is because many levels are formed in the forbidden body due to the presence of the metal element.
[0049]
For example, an unnecessary level due to the presence of the metal element is formed in the heterogeneous junction, and the carrier moves through the level.
[0050]
This causes a decrease in breakdown voltage and an increase in leakage current. In addition, since the state does not occur stably, problems such as a decrease in reliability and variations in characteristics among elements occur.
[0051]
When the invention disclosed in this specification is employed, first, the concentration of the metal element in the channel region can be greatly reduced. In addition, the concentration of the metal element in the high resistance region adjacent to the channel region can be greatly reduced. 1 × 10 which cannot be detected by SIMS in the experiment 16 Atom / cm Three It can also be reduced to the level. The metal concentration in the high resistance region is 1 × 10 17 Atom / cm Three If it can be reduced to a level or less, a predetermined effect can be obtained.
[0052]
FIG. 12 shows the relative distribution of Ni concentration in each part of the active layer of the TFT obtained when the invention is used. (A) shows the schematic configuration of the TFT, and (B) shows the distribution of relative density in each part.
[0053]
The arrow shown in (B) indicates the direction of Ni concentration change (whether the concentration increases or decreases) in the gettering step. The length of the arrow indicates the magnitude relationship of the rate of density change.
[0054]
The HRD means a high resistance region, which is a low concentration impurity region shown in the embodiment.
[0055]
As shown in FIG. 12, by using the invention disclosed in this specification, the concentration of a metal element in a high-resistance region such as a low-concentration impurity region or an offset region is reduced, whereby a heteroconductive junction is formed. The concentration of the metal element in the portion can be greatly reduced.
[0056]
Then, problems such as a decrease in breakdown voltage and an increase factor of leakage current can be solved, and problems such as a decrease in reliability and variation in characteristics of each element can be solved.
[0057]
【Example】
[Example 1]
In this embodiment, an example of manufacturing an N-channel thin film transistor is described. 1 and 2 show a manufacturing process of this embodiment.
[0058]
First, as shown in FIG. 1A, a silicon oxide film 102 is formed to a thickness of 300 nm as a base film over a glass substrate 101. Here, a Corning 1737 glass substrate is used as the glass substrate.
[0059]
Next, an amorphous silicon film 103 is formed to a thickness of 50 nm by low pressure thermal CVD using disilane as a source gas.
[0060]
Next, a mask 104 made of a silicon oxide film is formed. This mask 104 is made of a silicon oxide film having a thickness of 120 nm, and an opening 105 is formed.
[0061]
The opening 105 has a longitudinal shape extending in the depth direction from the front side of the drawing.
[0062]
When the mask 104 is formed, a nickel acetate solution adjusted to a predetermined nickel concentration is applied to obtain a state where the nickel element is held in contact with the surface as indicated by 106.
[0063]
In this state, the nickel element is held in contact with the surface of the amorphous silicon film 103 in the region where the opening 105 is formed. In this way, as shown in FIG. 1A, a state in which the nickel element is selectively held in contact with part of the surface of the amorphous silicon film 103 is obtained.
[0064]
Although an example in which nickel element is introduced using a solution is shown here, an ion implantation method may be used instead. In this case, the amount of the metal element introduced can be precisely controlled.
[0065]
Next, heat treatment is performed on a sample having the state illustrated in FIG. 1A in a nitrogen atmosphere at 570 ° C. for 12 hours.
[0066]
In this step, nickel element diffuses from the region where the opening 105 is formed into the amorphous silicon film, and crystal growth as indicated by 107 proceeds.
[0067]
This crystal growth proceeds in a direction parallel to the film surface. This crystal growth direction coincides with a direction perpendicular to the direction in which the opening 105 extends. In addition, the growth direction is aligned. (The crystal growth direction is radial at the end of the opening 105)
[0068]
The crystal growth as indicated by 107 can be performed over 100 μm or more. This crystal growth is called lateral growth for convenience.
[0069]
When this crystal growth is completed, nickel element remains in the film at a relatively high concentration.
[0070]
When the crystallization is completed, the silicon film is patterned to obtain a pattern indicated by 108 in FIG. This pattern will later constitute the active layer of the TFT.
[0071]
Here, the pattern 108 of the silicon film is configured using a region where the lateral growth indicated by 107 is performed.
[0072]
Note that the film thickness of the pattern 108 is 100 nm or less, preferably 50 nm or less.
[0073]
Next, a silicon oxide film 109 functioning as a gate insulating film is formed to a thickness of 100 nm by plasma CVD. In this way, the state shown in FIG.
[0074]
Next, an aluminum pattern 110 is formed. Here, an aluminum film is first formed to a thickness of 400 nm by sputtering. Further, by patterning it using the resist mask 100, a pattern indicated by 110 is obtained. In this way, the state shown in FIG.
[0075]
Next, anodic oxidation using the aluminum pattern 110 as an anode is performed with the resist mask 100 remaining. In this step, an anodic oxide film 111 is formed to a thickness of 400 nm.
[0076]
Here, because the anodic oxidation is performed with the resist mask 100 remaining, the anodic oxidation selectively proceeds in the side surface direction of the pattern, and an anodic oxide film is formed in a shape as indicated by 111.
[0077]
Here, anodic oxidation is performed using platinum as a cathode and an aqueous solution containing 3% by volume of oxalic acid as an electrolytic solution. Moreover, this anodic oxide film is obtained as having a porous shape (porous shape).
[0078]
Next, the resist mask 100 is removed, and anodic oxidation is performed again. Here, the anodic oxide film 112 is formed to a thickness of 70 nm.
[0079]
Here, an electrolytic solution obtained by neutralizing an ethylene glycol solution containing 3% tartaric acid with aqueous ammonia is used. The anodized film formed in this step has a dense barrier type film quality.
[0080]
In this step, an anodic oxide film is formed around the aluminum pattern 113 as indicated by 112 because the electrolytic solution penetrates into the porous anodic oxide film 111. In this way, the state shown in FIG.
[0081]
Here, the pattern indicated by 112 is the pattern of the gate electrode and the gate wiring extending therefrom.
[0082]
An offset region can be formed adjacent to the channel region later by the thickness of the anodic oxide film 112.
[0083]
However, in this embodiment, since the thickness of the anodic oxide film 112 is as thin as 70 nm, an offset region that functions effectively is not formed. Therefore, the existence of the offset area is ignored here.
[0084]
If the thickness of the anodic oxide film 112 is 150 nm or more, an offset region whose function cannot be ignored is formed.
[0085]
After the anodic oxide film 112 is formed, phosphorus is doped by plasma doping. The phosphorus dose is determined under the condition that the doped region is a source region and a drain region. Further, this doping is preferably performed under the condition that the concentration of phosphorus finally present is higher than the concentration of nickel after gettering. By doing so, gettering of nickel element can be performed more effectively in a later step.
[0086]
In this step, as shown in FIG. 2A, phosphorus is doped in the regions 114 and 116 in a self-aligning manner. In addition, the region 115 is not doped.
[0087]
Note that an ion implantation method may be used for doping. In any case, this doping step preferably uses a method of ionizing an impurity element and electrically accelerating it.
[0088]
Further, the exposed silicon oxide film 109 may be removed before doping. In this case, the silicon oxide film formed on the surfaces 114 and 116 in FIG. 2A is removed.
[0089]
After the doping shown in FIG. 2A, the porous anodic oxide film 111 is removed. Again, phosphorus is doped by plasma doping.
[0090]
In this step, doping is performed with a low dose amount as compared with the dose amount in the step of FIG.
[0091]
In this step, regions 117 and 119 are formed as low concentration impurity regions. The low-concentration impurity region means that the concentration of contained phosphorus is low compared to the regions 114 and 116.
[0092]
Further, as a result of this step, a region where the doping indicated by 118 is not performed becomes a channel region of the TFT. In this way, the state shown in FIG.
[0093]
Next, heat treatment is performed at 450 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. In this process, the nickel element is gettered by phosphorus in the process of diffusing. As a result, the nickel concentrations in the regions 114 and 116, the regions 117 and 119, and then the region 115 are lowered.
[0094]
Here, phosphorus is also doped in the regions 117 and 119 with a low dose, but according to experiments, gettering of nickel is mainly performed in the regions 114 and 116.
[0095]
Phosphorus and nickel are NiP, NiP 2 , Ni 2 Forms of various compounds such as P ... Moreover, the bonding state is extremely stable, and exists in a stable state at a heating temperature of about 450 ° C.
[0096]
That is, once nickel and phosphorus are bonded, they are not decomposed again from that state. (At least not the temperature in the process of this embodiment)
[0097]
Further, phosphorus in silicon does not diffuse unless it is about 800 ° C. or higher.
[0098]
Therefore, as a result, nickel elements are concentrated in the regions 114 and 116 where phosphorus is present in high concentration.
[0099]
In this way, as shown in FIG. 2C, a state in which the nickel element has moved to the regions 114 and 116 as indicated by the arrows 120 and 121 is obtained.
[0100]
The nickel element moves to the low concentration impurity regions 117 and 119, but the nickel element moves to the regions 114 and 116 doped with phosphorus at a higher concentration. Is done.
[0101]
FIG. 3 shows a distribution state of nickel element and phosphorus element after the heat treatment. Further, in this heat treatment stage, the crystallinity of the regions 114, 116, 117, and 119 where the crystallinity is destroyed by accelerated implantation of impurity ions progresses.
[0102]
This is largely related to the concentration of nickel element in those regions (particularly regions 114 and 116).
[0103]
That is, in the region where the nickel element is concentrated, crystallization due to the action of the nickel element is strongly promoted, and the damage to the crystal structure caused during the doping of phosphorus ions is recovered.
[0104]
In particular, in the structure shown in this embodiment, since phosphorus ions are concentrated at a higher concentration in a region where phosphorus is doped at a high concentration (that is, a region where the crystallinity is further destroyed), the crystallinity in this step is reduced. Improvement proceeds effectively.
[0105]
Next, laser light irradiation is performed to activate the doped phosphorus. Annealing of the crystalline damage caused during doping can be performed by heat treatment as described above.
[0106]
However, since the temperature is as low as 450 ° C., the activation rate of the dopant (phosphorus) is low. Therefore, in this embodiment, the dopant is activated by irradiating laser light in addition to heating.
[0107]
By performing this step, the regions 114 and 116 can function as source and drain regions.
[0108]
When the laser light irradiation is completed, a silicon nitride film 122 is formed to a thickness of 200 nm by plasma CVD as shown in FIG.
[0109]
Further, a silicon oxide film 123 is formed to a thickness of 400 nm by plasma CVD.
[0110]
Further, an acrylic resin film 124 is formed. The thickness of the acrylic resin film is set to 700 nm at the minimum portion.
[0111]
As materials other than acrylic, materials such as polyimide, polyamide, polyimide amide, and epoxy can be used.
[0112]
When the structure shown in this embodiment is employed, the obtained N-channel TFT includes phosphorus and nickel in high concentration in the source and drain regions. The low concentration impurity regions 114 and 116 contain phosphorus at a lower concentration.
[0113]
In addition, the channel region 118 and the low-concentration impurity regions 117 and 119 hardly contain nickel.
[0114]
This density distribution state is shown in FIG. Thus, a TFT having a special concentration distribution with respect to nickel and phosphorus can be obtained.
[0115]
The TFT shown in this embodiment has a process temperature of about 600 ° C. or less that can be withstood by a glass substrate, and can be made into an active layer having high crystallinity by utilizing nickel element. Obtainable.
[0116]
The characteristics of the TFT obtained in this example are superior to those of the high-temperature polycrystalline polysilicon TFT.
[0117]
In addition, since the nickel element is fixed in the source / drain regions that do not affect the operation, high characteristics can be stably obtained. Further, even when a large number of TFTs are manufactured at the same time, variation in characteristics can be reduced.
[0118]
[Example 2]
In this example, the manufacturing process shown in Example 1 is further improved. 4 and 5 show a manufacturing process of this embodiment.
[0119]
1 having the same reference numerals as those in FIG. 1 have the same manufacturing process and function as those shown in FIG.
[0120]
First, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 102 is formed over a glass substrate 101, and an amorphous silicon film 103 is further formed.
[0121]
Next, a mask 104 made of a silicon oxide film is formed, and a nickel acetate solution is applied to obtain a state where the nickel element is held in contact with the surface as indicated by 106.
[0122]
Next, heat treatment is performed, and lateral growth as indicated by 107 is performed. (Fig. 4 (B))
[0123]
When the lateral growth shown in FIG. 4B is completed, the mask 104 made of a silicon oxide film is removed, and a mask 401 made of a silicon oxide film is placed again.
[0124]
Then, phosphorus ions are doped by a plasma doping method using the mask 401.
[0125]
In this step, phosphorus is doped in the region 403. Next, heat treatment is performed. This heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 2 hours.
[0126]
At this time, the nickel element is gettered to the region 403. In the region 402 where phosphorus is not doped, the concentration of nickel element is greatly reduced.
[0127]
When the gettering step is completed, the mask 401 made of a silicon oxide film is removed, and a resist mask is further arranged for patterning to obtain a pattern 108 shown in FIG. This pattern is a pattern that later becomes the active layer of the TFT.
[0128]
The pattern 108 is formed as a pattern that is smaller than the area 402 covered with the mask 401.
[0129]
This is because the influence of nickel is more positively eliminated by forming the active layer pattern 108 of the TFT using the region where the gettering has been performed (region 402).
[0130]
After the pattern 108 of the active layer is formed, a silicon oxide film 109 that functions as a gate insulating film is formed by plasma CVD. In this way, the state shown in FIG.
[0131]
Next, an aluminum pattern 110 shown in FIG. 4E is formed using the resist mask 100.
[0132]
Next, as shown in FIG. 5A, a porous anodic oxide film 111 and an anodic oxide film 112 having a dense film quality are formed.
[0133]
Next, in this state, phosphorus is doped by plasma doping. In addition to the plasma doping method, a plasma doping method can be used.
[0134]
Since this doping is performed at a higher concentration than doping performed later, it will be referred to as heavy doping for convenience.
[0135]
In this doping, heavy doping is performed in the regions 114 and 116. In addition, the region 115 is not doped.
[0136]
Next, the porous anodic oxide film 111 is removed. Then, doping of phosphorus is performed again. This doping is performed with a low dose compared to the previous doping.
[0137]
As a result of this step, low-concentration impurity regions 117 and 119 are formed. In addition, a channel region 118 is formed. (Fig. 5 (C))
[0138]
In the present embodiment, these regions are formed in a self-aligned manner.
[0139]
Next, heat treatment is performed to concentrate the nickel element remaining in the active layer pattern in the regions 114 and 116. That is, the nickel element remaining in the active layer pattern is gettered to the regions 114 and 116. (Fig. 5 (D))
[0140]
In this way, it is possible to more thoroughly eliminate the presence of nickel in the vicinity of the channel region and the boundary between the channel region and the low-concentration impurity region, which are problematic for the operation of the TFT.
[0141]
At this time, annealing of crystal structure damage caused during doping is simultaneously performed.
[0142]
Next, laser light irradiation is performed to activate the dopant.
[0143]
Next, as shown in FIG. 6A, a silicon nitride film 122 and a silicon oxide film 123 are formed by a plasma CVD method. Then, an acrylic resin film 124 is formed.
[0144]
Next, contact holes are formed, and a source electrode 125 and a drain electrode 126 are formed. In this way, an N-channel TFT in which nickel element is more thoroughly removed from the channel region and the region having a different conductivity type junction can be obtained.
[0145]
Example 3
In this embodiment, an example in which an offset region is arranged instead of the low-concentration impurity regions 117 and 119 (see FIG. 2) in the structure shown in Embodiment 1 is shown.
[0146]
In this embodiment, phosphorus ions are not implanted at a low dose in the step shown in FIG. That is, the doping in FIG. 2B is not performed.
[0147]
In such a case, the regions 117 and 119 are not doped with phosphorus. The conductivity type of this portion is basically the same as that of the channel region 118.
[0148]
However, in the regions 117 and 119, unlike the channel, no inversion layer is formed by application of an electric field from the gate electrode. (The electric field from the gate electrode is broad and not strictly speaking, but I think so here to simplify the discussion.)
[0149]
The regions 117 and 119 function as high resistance regions during the operation of the TFT as in the low concentration impurity region. In other words, it has a function of relaxing the electric field strength formed between the channel region and the drain region, and improving the breakdown voltage and leakage characteristics.
[0150]
In this embodiment, the areas 117 and 119 are offset areas.
[0151]
Even in the case of the TFT shown in this embodiment, the concentration of the metal element can be reduced in the channel region, the boundary between the channel and the region adjacent to the channel, and the vicinity thereof.
[0152]
And
・ Improved breakdown voltage and leakage current characteristics
・ Improved reliability
・ Reduction of variation in characteristics among elements
Such effects can be obtained.
[0153]
Example 4
The present embodiment relates to a technique of forming the offset region with the thickness of the dense anodic oxide film 112 in FIG.
[0154]
In the case of this embodiment, the offset region is formed between the channel region 118 and the low concentration impurity region 117 and between the channel region 118 and the low concentration impurity region 119 shown in FIG.
[0155]
In the case of this embodiment as well, since the process shown in FIG. 2C is performed, the nickel concentration in the channel region and the nickel concentration at the interface between the channel region and the offset region can be reduced.
[0156]
Example 5
This embodiment is an example where the channel region is doped with an impurity imparting conductivity type in the structure shown in Embodiment 1 or other embodiments.
[0157]
In general, in the case of a thin film transistor, an intrinsic or substantially intrinsic semiconductor that does not perform artificial doping is used for a channel region.
[0158]
However, there is also known a technique for finely controlling the conductivity type of the channel region in order to control characteristics as represented by threshold control. This technique is called channel doping technique.
[0159]
The following two methods are mainly adopted as a method for performing channel doping.
(1) An ion implantation method or a plasma doping method is used.
(2) A dopant is doped in the starting film constituting the active layer.
[0160]
In this embodiment, the method is used in (2). Here, an example in which boron is doped in a channel is shown on the premise that an N-channel TFT is manufactured.
[0161]
In this embodiment, the amorphous silicon film 103 in the stage shown in FIG. 1A is formed by a low pressure thermal CVD method using disilane and diborane as source gases.
[0162]
At this time, the doping amount of the channel dope can be changed by changing the addition amount of diborane.
[0163]
Here, an example of manufacturing a channel type TFT is shown. However, if a P channel type TFT is manufactured, phosphine is used as a doping gas.
[0164]
Example 6
In this example, an example in which a p-channel TFT is manufactured using the invention disclosed in this specification will be described.
[0165]
Nickel gettering cannot be performed with boron. At least a remarkable gettering effect as in the case of using phosphorus cannot be obtained.
[0166]
Therefore, when a P-channel TFT is manufactured using the invention disclosed in this specification, phosphorus doping for use in nickel gettering and dopant for forming source and drain regions (this In this case, boron doping must be performed separately.
[0167]
A manufacturing process of this embodiment will be described with reference to FIGS. First, according to the manufacturing process shown in Example 1, the state shown in FIG.
[0168]
In this state, phosphorus is doped by plasma doping (or ion implantation). In this state, phosphorus is doped in regions 701 and 703 in FIG. 7A. Further, the region 702 is not doped with phosphorus.
[0169]
Here, the reason why the regions 701 and 703 are doped with phosphorus is to remove nickel elements existing in the region 702 by using these regions as gettering sites.
[0170]
After the doping shown in FIG. 7A is completed, heat treatment is performed at 450 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. In this step, the nickel element is moved from the region 702 to the regions 701 and 703 as indicated by arrows 704.
[0171]
That is, the nickel element in the region 702 is gettered to the regions 701 and 703.
[0172]
Here, the heating temperature is set to 450 ° C. because aluminum is used for the gate electrode. In the case where a silicon material, a silicide material, or a metal material is used for the gate electrode, it is preferable that the heat resistance is higher in view of the heat resistance of the substrate.
[0173]
Next, as shown in FIG. 7C, boron is doped by plasma doping. The doping method may be an ion implantation method.
[0174]
The doping in this step is for making the regions 705 and 707 the source and drain regions. Therefore, a doping condition is required in which boron is doped at a higher concentration than phosphorus doped in the step shown in FIG. 7A and the N-type regions 701 and 703 are inverted to P-type.
[0175]
After the doping shown in FIG. 7C is completed, the porous anodic oxide film 111 is removed.
[0176]
Then, boron doping is performed again as shown in FIG. Since this step is for forming a low-concentration impurity region, it is performed under such a condition that the conductivity type is weaker than the regions 705 and 707 doped in the step (C).
[0177]
Since the regions 708 and 710 are not doped with phosphorous in the process of FIG. 7A, the region 708 and 710 do not need to have a doping condition that inverts the conductivity type as in the regions 711 and 712.
[0178]
After the doping is completed, laser light irradiation is performed to repair damage caused during doping in the doped region and activate the dopant. This step may be performed by heating.
[0179]
In this manner, the source region 711, the drain region 712, the channel region 709, and the low concentration impurity regions 708 and 710 are formed.
[0180]
Here, nickel is gettered in the source region 711 and the drain region 712.
[0181]
Also in this configuration, the nickel element is reduced in the vicinity of the junction existing at the boundary between the channel and the region adjacent to the channel.
[0182]
As a result, in a P-channel TFT, it is possible to obtain effects such as an increase in breakdown voltage, a reduction in OFF current, an improvement in reliability, and a reduction in variation in characteristics of each element.
[0183]
A feature of the TFT shown in this embodiment is that the source and drain regions are doped with phosphorus and boron, and the concentration of boron is higher than that of phosphorus.
[0184]
In addition, the nickel concentration in the source and drain regions is higher than that in the channel region and the low concentration impurity region.
[0185]
Example 7
In this embodiment, a configuration obtained by improving the configuration shown in the sixth embodiment is shown. In the configuration shown in the sixth embodiment, an example in which a low-concentration impurity region is disposed adjacent to the channel region is shown. (Ignore the existence of the offset region due to the thickness of the anodized film)
[0186]
Here, an example in which the region that has been the low-concentration impurity region is used as an offset region is shown.
[0187]
In this example, light doping of boron is not performed at the stage shown in FIG. In this case, boron is not doped in the regions 708 and 710, and these regions become offset regions.
[0188]
Even if the structure shown in this embodiment is not adopted, if the thickness of the dense anodic oxide film formed around the gate electrode is increased, an offset region can be formed adjacent to the channel region. it can.
[0189]
Example 8
This embodiment is an example in which tantalum (Ta) is used as the gate electrode instead of aluminum in the other embodiments.
[0190]
Anodization technology can also be used when tantalum is used. Then, the formation of the low concentration impurity region and the offset region using the anodic oxide film can be performed in the same manner as when aluminum is used.
[0191]
Since tantalum has higher heat resistance than aluminum, the heating temperature in the heat treatment step shown in FIG. 2C can be set to 600 ° C. for 2 hours, for example.
[0192]
Since the melting point of tantalum is 2000 ° C. or higher, it is not necessary to pay particular attention to the heat treatment temperature.
[0193]
Example 9
This embodiment is an example in which silicon having a conductivity type is used instead of aluminum as a gate electrode in another embodiment.
[0194]
Here, the gate electrode is formed using a silicon film doped with phosphorus or boron. Even when a silicon material is used for the gate electrode, the heating temperature in the heat treatment step shown in FIG.
[0195]
As the gate electrode, various silicide materials and metal materials can be used.
[0196]
In the case where a silicon material or a silicide material is used as the gate electrode material, it is necessary to use a material that is replaced with an anodic oxidation technique as a means for forming the low concentration impurity region.
[0197]
FIG. 8 shows an example of a TFT manufacturing process when a silicon material is used as the gate electrode.
[0198]
First, according to the manufacturing steps shown in FIGS. 1A to 1C shown in Example 1, a silicon oxide film 102 is formed as a base film on a glass substrate 101 as shown in FIG. Further, an active layer 108 made of a crystalline silicon film is formed.
[0199]
In this state, the active layer 108 contains nickel element at a relatively high concentration. Further, the distribution state of the nickel element is not particularly biased and is uniform.
[0200]
At the stage of forming the gate insulating film 109, a silicon film doped with phosphorus at a high concentration is formed by using a low pressure thermal CVD method and patterned using a resist mask 802. In this way, a pattern indicated by 801 is obtained. A gate electrode is formed later based on the pattern 801 made of the silicon film. In this way, the state shown in FIG.
[0201]
Next, the pattern 801 made of a silicon film is etched by using isotropic dry etching or wet etching. At this time, the etching is side etching as shown in FIG. 8B due to the presence of the resist mask 802.
[0202]
When the side etching is completed, phosphorus doping is performed, and phosphorus is doped in the regions 803 and 805. This doping is performed to form source and drain regions and to form a gettering site.
[0203]
This doping is referred to as heavy doping for convenience because it is performed at a higher dose than the doping performed later.
[0204]
After the doping shown in FIG. 8C is completed, the resist mask 802 is removed. Next, phosphorus is doped again. Doping at this time is performed with a lower dose than in the step (C). The doping in this step is referred to as light doping for convenience.
[0205]
In this step, low concentration impurity regions 807 and 808 are formed. Then, heat treatment is performed at 600 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. This heat treatment is performed under conditions where phosphorus does not diffuse, at a temperature as high as possible, and at a temperature below the strain point of the glass substrate 101.
[0206]
In this step, the nickel element existing in the active layer pattern 108 is concentrated in the regions 803 and 805. This state can also be regarded as nickel elements in the regions 807, 808, and 809 gettered in the regions 803 and 805.
[0207]
Thus, the region indicated by reference numeral 804 in FIG. 8C has a reduced nickel element.
[0208]
Next, the resist mask 802 is removed, and phosphorus is doped in the state shown in FIG. This step is performed with a lower dose than the doping in the step (C). The doping in this step is referred to as light doping for convenience.
[0209]
In this step, low-concentration impurity regions 807 and 808 are formed in a self-aligned manner. A channel formation region 809 is also formed in a self-aligned manner.
[0210]
Thereafter, a TFT may be manufactured according to the same process as shown in the first embodiment.
[0211]
In the manufacturing process shown in this embodiment, the regions 807 and 808 can be formed as offset regions if light doping in the step shown in (D) is not performed.
[0212]
As shown in this embodiment, if a structure in which a low concentration impurity region or an offset region is formed by a method that does not use an anodic oxidation technique, the invention disclosed in this specification is based on aluminum or tantalum as a material of a gate electrode. It is not limited only to the case where such a material is used.
[0213]
However, in order to use the invention disclosed in this specification, the structure needs to have a low-concentration impurity region and / or an offset region.
[0214]
Example 10
This embodiment is an example in which the invention disclosed in this specification is applied to an inverted stagger type TFT.
[0215]
9 and 10 show a manufacturing process of this example. First, the gate electrode 902 is formed on the glass substrate 901. Here, the gate electrode 902 is formed using tangten silicide.
[0216]
Next, a silicon oxide film 903 that functions as a gate insulating film is formed. Further, an amorphous silicon film 904 is formed as a starting film constituting the active layer. In this way, the state shown in FIG.
[0217]
When the state shown in FIG. 9A is obtained, crystallization using nickel is performed to obtain a crystalline silicon film 900. (Fig. 9 (B))
[0218]
Next, a resist mask 905 is disposed. Then, phosphorus is doped so that the region 906 is selectively doped with phosphorus. (Fig. 9 (B))
[0219]
Next, the resist mask 905 is removed. Then, heat treatment is performed at 600 times for 2 hours in a nitrogen atmosphere. The heating temperature at this time is almost governed by the heat resistance of the glass substrate.
[0220]
During this heat treatment, the nickel element in the film moves toward the region 906 along the path indicated by 907. That is, the nickel element in the silicon film is gettered to the region 906. (Fig. 9 (C))
[0221]
Next, the silicon film is patterned to obtain a pattern indicated by 908. This pattern constitutes the active layer of the TFT. (Figure 9 (D))
[0222]
It is important for this pattern 908 to avoid a region 906 that serves as a gettering site.
[0223]
This is because the gettering site contains nickel element at a high concentration.
[0224]
That is, it is important that the nickel gettering sites indicated by 906 are completely removed.
[0225]
Next, a resist mask 909 is arranged as shown in FIG.
[0226]
Then, using the resist mask 909, phosphorus is doped in the regions 910 and 911. This doping is performed under heavy doping conditions. (Fig. 10 (B))
[0227]
Next, the resist mask 909 is retracted by isotropic ashing to form a resist mask pattern as indicated by 912 in FIG.
[0228]
In this state, light doping of phosphorus is performed. In this step, phosphorous light doping is performed in the regions 914 and 915.
[0229]
Next, heat treatment is performed at 600 ° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. In this way, nickel elements still remaining in the active layer mainly in the regions 910 and 911 are gettered.
[0230]
Next, the resist mask 912 is removed, and laser light irradiation and / or heat treatment is performed to activate the doped region.
[0231]
Thus, a source region 910, a drain region 911, low-concentration impurity regions 914 and 915, and a channel region 913 are formed.
[0232]
Next, a silicon oxide film 916 is formed as an interlayer insulating film, and a resin film 917 is further formed. (Figure 10 (D))
[0233]
Further, contact holes are formed, and a source electrode 918 and a drain electrode 919 are formed. Thus, a bottom gate type TFT is completed.
[0234]
Example 11
In this embodiment, a method different from the crystallization method using nickel shown in the other embodiments is used.
[0235]
The crystal growth method shown in FIG. 1 is called lateral growth. By aligning the crystal growth direction axis with the nickel gettering direction axis and the carrier movement direction axis during operation, High electrical characteristics can be obtained.
[0236]
However, this method has a problem that the method of introducing nickel element (which is the same even when other metal elements are used) used for crystallization is complicated, and the number of steps increases accordingly.
[0237]
In the method shown in this embodiment, after an amorphous silicon film is formed, nickel element is introduced into the entire surface. (The same applies when other metal elements are used.)
[0238]
For example, in the process shown in FIG. 1, a nickel acetate solution is applied to the entire surface in a stage where the entire surface of the amorphous silicon film 103 is exposed without disposing the mask 104 made of a silicon oxide film.
[0239]
In this way, the trouble of arranging the mask can be saved. However, since crystallization proceeds on the entire surface, characteristics as high as those in the case of lateral growth cannot be obtained.
[0240]
In other words, the characteristics of the resulting TFT are not as great as when lateral growth is used. However, it is possible to obtain characteristics higher than those of a conventional TFT using a crystalline silicon film obtained without using the metal element.
[0241]
Example 12
In this embodiment, an example of a semiconductor device using the invention disclosed in this specification will be described. That is, an example of a semiconductor device using a TFT using the invention disclosed in this specification is shown.
[0242]
FIG. 11 shows examples of various semiconductor devices. These semiconductor devices use TFTs at least in part.
[0243]
FIG. 11A illustrates a portable information processing terminal. This information processing terminal includes an active matrix type liquid crystal display or an active matrix type EL display in a main body 2001, and further includes a camera unit 2002 for capturing information from the outside.
[0244]
In the camera unit 2002, an image receiving unit 2003 and an operation switch 2004 are arranged.
[0245]
Information processing terminals are considered to become thinner and lighter in order to improve their portability.
[0246]
In such a configuration, it is preferable that the on-substrate peripheral driving circuit, the arithmetic circuit, and the memory circuit on which the active matrix display 2005 is formed are integrated with TFTs.
[0247]
FIG. 11B shows a head mounted display. This apparatus includes an active matrix liquid crystal display or an EL display 2102 in a main body 2101. The main body 2101 can be attached to the head with a band 2103.
[0248]
FIG. 11C shows a projection type liquid crystal display device, which is called a front projection type device.
[0249]
This apparatus has a function of optically modulating light from a light source source 2202 provided in a main body 2201 with a reflective liquid crystal display device 2203, expanding it with an optical system 2204, and projecting an image onto a screen 2205. .
[0250]
In such a configuration, the optical system 2204 is required to be miniaturized as much as possible due to cost. Correspondingly, the display device 2203 is also required to be downsized.
[0251]
When an active matrix type flat panel display is miniaturized, it is required to integrate a peripheral driving circuit for driving the active matrix circuit on the same substrate as the active matrix circuit.
[0252]
This is because when the active matrix circuit is downsized, it is difficult to mount the peripheral drive circuit even if the circuit constituting the peripheral drive circuit is configured with an external IC.
[0253]
Therefore, the display device 2203 employs a structure in which an active matrix circuit and a peripheral driver circuit are integrated with TFTs over the same substrate.
[0254]
Here, an example in which a reflective type is used as the liquid crystal display device 2503 is shown. However, a transmissive liquid crystal display device may be used here. In this case, the optical system is different.
[0255]
A mobile phone is illustrated in FIG. This device includes an active matrix liquid crystal display device 2304, an operation switch 2305, an audio input unit 2303, an audio output unit 2302, and an antenna 2306 in a main body 2301.
[0256]
Recently, a configuration in which the portable information processing terminal shown in (A) and the mobile phone shown in (D) are combined has been commercialized.
[0257]
FIG. 11E illustrates a portable video camera. The main body 2401 includes an image receiving unit 2406, an audio input unit 2403, operation switches 2404, an active matrix liquid crystal display 2402, and a battery 2405.
[0258]
FIG. 11F illustrates a rear projection type liquid crystal display device. In this configuration, the main body 2501 includes a projection screen. In the display, the light from the light source 2502 is separated by the polarization beam splitter 2504, the separated light is optically modulated by the reflective liquid crystal display device 2503, and the optically modulated image is reflected and reflected by the reflectors 2505 and 2506. It is reflected and projected onto the screen 2507.
[0259]
Here, an example in which a reflective type is used as the liquid crystal display device 2503 is shown. However, a transmissive liquid crystal display device may be used here. In this case, the optical system may be changed.
[0260]
【The invention's effect】
By using the invention disclosed in this specification, in a TFT manufactured using a crystalline silicon film crystallized using a specific metal element, the influence of the metal element adversely affects the device characteristics of the TFT. This can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B illustrate a manufacturing process of a TFT. FIGS.
FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a manufacturing process of a TFT. FIGS.
FIG. 3 is a diagram showing a concentration distribution of nickel and phosphorus in an active layer of a TFT.
4A and 4B are diagrams showing a manufacturing process of a TFT.
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating a manufacturing process of a TFT. FIGS.
6A and 6B illustrate a manufacturing process of a TFT.
FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating a manufacturing process of a TFT. FIGS.
FIGS. 8A and 8B are diagrams illustrating a manufacturing process of a TFT. FIGS.
FIGS. 9A and 9B illustrate a manufacturing process of a TFT. FIGS.
10A and 10B illustrate a manufacturing process of a TFT.
FIG 11 illustrates an example of a semiconductor device.
FIG. 12 is a diagram showing a Ni concentration distribution in an active layer of a TFT.
[Explanation of symbols]
101 glass substrate
102 Base film (silicon oxide film)
103 Amorphous silicon film
104 Made of silicon oxide film
105 opening
106 Elemental nickel held in contact with the surface
107 Crystal growth direction
108 Active layer pattern
109 Gate insulating film (silicon oxide film)
110 Aluminum pattern
100 resist mask
111 Porous anodic oxide film
112 Anodized film with dense film quality
113 Gate electrode
114 High-concentration impurity region to be a source region
115 Undoped region
116 High-concentration impurity region to be a drain region
117 Low concentration impurity region
118 channel region
119 Low concentration impurity region
120 Movement direction of nickel element
121 Movement direction of nickel element
122 Silicon nitride film
123 Silicon oxide film
124 Acrylic resin film
125 source electrode
126 Drain electrode

Claims (12)

珪素の結晶化を助長する金属元素を用いて結晶化させた結晶性珪素膜を有し、
前記結晶性珪素膜は、チャネル領域に隣接したボロンを含む低濃度不純物領域と、
前記低濃度不純物領域に隣接した燐およびボロンを含むソース領域またはドレイン領域と、
を有し、
前記ソース領域または前記ドレイン領域に含まれる前記ボロンの濃度は前記燐の濃度よりも高く、
前記ソース領域または前記ドレイン領域における前記金属元素の濃度は1×1019原子/cm以上であり、前記チャネル領域および前記低濃度不純物領域における前記金属元素の濃度は1×1017原子/cm以下であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
A crystalline silicon film crystallized using a metal element that promotes crystallization of silicon;
The crystalline silicon film includes a low-concentration impurity region containing boron adjacent to the channel region;
A source region or a drain region containing phosphorus and boron adjacent to the low concentration impurity region;
Have
The concentration of the boron contained in the source region or the drain region is higher than the concentration of phosphorus,
The concentration of the metal element in the source region or the drain region is a 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more, the concentration of the metal element in the channel region and the low concentration impurity region is 1 × 10 17 atoms / A thin film transistor having a size of cm 3 or less.
珪素の結晶化を助長する金属元素を用いて結晶化させた結晶性珪素膜を有し、
前記結晶性珪素膜は、チャネル領域に隣接したボロンを含む低濃度不純物領域と、
前記低濃度不純物領域に隣接した燐およびボロンを含むソース領域またはドレイン領域と、
を有し、
前記ソース領域または前記ドレイン領域に含まれる前記ボロンの濃度は前記燐の濃度よりも高く、
前記ソース領域または前記ドレイン領域は前記低濃度不純物領域よりも高い濃度でボロンを含み、
前記ソース領域または前記ドレイン領域における前記金属元素の濃度は1×1019原子/cm以上であり、前記チャネル領域および前記低濃度不純物領域における前記金属元素の濃度は1×1017原子/cm以下であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
A crystalline silicon film crystallized using a metal element that promotes crystallization of silicon;
The crystalline silicon film includes a low-concentration impurity region containing boron adjacent to the channel region;
A source region or a drain region containing phosphorus and boron adjacent to the low concentration impurity region;
Have
The concentration of the boron contained in the source region or the drain region is higher than the concentration of phosphorus,
The source region or the drain region contains boron at a higher concentration than the low concentration impurity region,
The concentration of the metal element in the source region or the drain region is a 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more, the concentration of the metal element in the channel region and the low concentration impurity region is 1 × 10 17 atoms / A thin film transistor having a size of cm 3 or less.
請求項1又は請求項2に記載の薄膜トランジスタを用いたことを特徴とするアクティブマトリクス型液晶ディスプレイ。  An active matrix liquid crystal display using the thin film transistor according to claim 1. 請求項1又は請求項2に記載の薄膜トランジスタを用いたことを特徴とするアクティブマトリクス型ELディスプレイ。  An active matrix EL display using the thin film transistor according to claim 1. 請求項3に記載のアクティブマトリクス型液晶ディスプレイを備えた携帯型情報処理端末。  A portable information processing terminal comprising the active matrix type liquid crystal display according to claim 3. 請求項4に記載のアクティブマトリクス型ELディスプレイを備えた携帯型情報処理端末。  A portable information processing terminal comprising the active matrix EL display according to claim 4. 請求項3に記載のアクティブマトリクス型液晶ディスプレイを備えたヘッドマウントディスプレイ。  A head-mounted display comprising the active matrix liquid crystal display according to claim 3. 請求項4に記載のアクティブマトリクス型ELディスプレイを備えたヘッドマウントディスプレイ。  A head mounted display comprising the active matrix EL display according to claim 4. 請求項3に記載のアクティブマトリクス型液晶ディスプレイを備えた携帯電話機。  A mobile phone comprising the active matrix liquid crystal display according to claim 3. 請求項3に記載のアクティブマトリクス型液晶ディスプレイを備えた携帯型ビデオカメラ。  A portable video camera comprising the active matrix type liquid crystal display according to claim 3. 請求項3に記載のアクティブマトリクス型液晶ディスプレイを備えたフロントプロジェクション型液晶表示装置。  A front projection type liquid crystal display device comprising the active matrix type liquid crystal display according to claim 3. 請求項3に記載のアクティブマトリクス型液晶ディスプレイを備えたリアプロジェクション型液晶表示装置。  A rear projection type liquid crystal display device comprising the active matrix type liquid crystal display according to claim 3.
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