JP4115406B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下、「TFT」と略す。)を備えた半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a thin film transistor (hereinafter abbreviated as “TFT”) and a method for manufacturing the same.

近年、大型で高解像度の液晶表示装置や有機EL表示装置、高速で高解像度の密着型イメージセンサー、三次元ICなどへの実現に向けて、ガラス等の絶縁基板上や、絶縁膜上に高性能な半導体素子を形成する試みがなされている。特に、同一基板上に画素部および駆動回路が設けられた液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ(PC)向けのモニターとしてだけでなく、様々な用途に用いられてきており、一般家庭の中に進出し始めている。例えば、CRT(Cathode−ray Tube)のかわりにテレビジョンとして液晶ディスプレイが、また、娯楽として映画を観たりゲームをしたりするための液晶フロントプロジェクターが、一般家庭に導入されるようになり、液晶表示装置の市場規模はかなりの勢いで大きくなってきている。さらに、ガラス基板上にメモリ回路やクロック発生回路等のロジック回路を内蔵したシステムオンパネルの開発もさかんに進められている。   In recent years, high-resolution liquid crystal display devices and organic EL display devices, high-speed, high-resolution contact image sensors, three-dimensional ICs, etc. have been developed on insulating substrates such as glass and insulating films. Attempts have been made to form high performance semiconductor devices. In particular, a liquid crystal display device in which a pixel portion and a driving circuit are provided on the same substrate has been used not only as a monitor for a personal computer (PC) but also in various applications, and has entered the general household. I'm starting. For example, instead of CRT (Cathode-ray Tube), a liquid crystal display is introduced as a television, and a liquid crystal front projector for watching movies and playing games as an entertainment has been introduced into ordinary households. The market size of display devices is growing at a considerable rate. Furthermore, development of a system-on-panel in which a logic circuit such as a memory circuit or a clock generation circuit is built on a glass substrate is being promoted.

高解像度な画像表示を行おうとすると画素に書き込む情報量が増え、さらにその情報は短時間で書き込まれなければ、そのような膨大な情報量を有する高精細な画像を動画表示したりすることは不可能である。そのため、駆動回路に用いられるTFTは、より高速で動作することが求められている。高速動作を可能にするためには、高い電界効果移動度が得られる良好な結晶性を有する結晶質半導体膜を用いてTFTを形成することが求められている。   If you try to display a high-resolution image, the amount of information to be written to the pixels will increase, and if that information is not written in a short time, a high-definition image with such an enormous amount of information can be displayed as a moving image. Impossible. For this reason, the TFT used in the driver circuit is required to operate at a higher speed. In order to enable high-speed operation, it is required to form a TFT using a crystalline semiconductor film having good crystallinity that can provide high field effect mobility.

ガラス基板上に良質な結晶質半導体膜を得る方法として、本発明者らは、非晶質半導体膜に結晶化を促進する作用を有する金属元素(触媒元素)を添加した後、加熱処理を施すことにより、従来より低温・短時間の加熱処理で、結晶の配向性が揃った良好な半導体膜が得られる技術を開発している。   As a method for obtaining a high-quality crystalline semiconductor film on a glass substrate, the present inventors add a metal element (catalyst element) having an action of promoting crystallization to an amorphous semiconductor film, and then perform heat treatment. As a result, we have developed a technology that can provide a good semiconductor film with uniform crystal orientation by low-temperature and short-time heat treatment.

しかし、触媒元素を用いて得られた結晶質ケイ素膜をそのまま半導体層として用いて作製されたTFTには、オフ電流が突発的に増加してしまうという問題がある。結晶質ケイ素膜中では触媒元素が不規則に偏析しており、特に結晶粒界においてこのような偏析が顕著であることが確認されている。この偏析された触媒元素が、電流の逃げ道(リークパス)となり、オフ電流の突発的な増加を引き起こしているのではないかと考えられる。そこで、結晶質ケイ素膜の作製工程の後、触媒元素を半導体膜中から移動させて、半導体膜中の触媒元素濃度を低減させる必要がある。なお、本明細書では、半導体膜あるいは半導体膜のうちの所定の領域(チャネル領域や活性領域)から触媒元素を取り除くことを「ゲッタリング」と称する。   However, a TFT manufactured using a crystalline silicon film obtained by using a catalytic element as a semiconductor layer as it is has a problem that off-current suddenly increases. In the crystalline silicon film, the catalyst element segregates irregularly, and it has been confirmed that such segregation is particularly remarkable at the grain boundary. This segregated catalytic element is considered to be a current escape path (leakage path), causing a sudden increase in off-current. Therefore, it is necessary to reduce the concentration of the catalytic element in the semiconductor film by moving the catalytic element from the semiconductor film after the crystalline silicon film manufacturing process. Note that in this specification, removing a catalytic element from a semiconductor film or a predetermined region (a channel region or an active region) of the semiconductor film is referred to as “gettering”.

ゲッタリングを行うために、従来から様々な方法が提案されている。例えば特許文献1には、触媒元素を用いて結晶化された結晶質ケイ素膜の一部に、ゲッタリング領域として非晶質化された領域(非晶質領域)を形成する方法が開示されている。特許文献1の方法によると、非晶質領域が形成された結晶質ケイ素膜に対して加熱処理を行うことにより、非晶質領域の格子欠陥を利用して、そこに触媒元素を移動(ゲッタリング)させることができる。また、このような非晶質領域を、結晶質ケイ素膜のうち半導体素子形成領域以外に形成する方法と、結晶質ケイ素膜のうちTFTのソース領域またはドレイン領域となる領域をゲッタリング領域として利用する方法とが開示されている。   Various methods have been proposed in the past for performing gettering. For example, Patent Document 1 discloses a method of forming an amorphous region (amorphous region) as a gettering region in a part of a crystalline silicon film crystallized using a catalytic element. Yes. According to the method of Patent Document 1, by performing heat treatment on a crystalline silicon film in which an amorphous region is formed, a catalytic element is moved (getter) to a lattice defect in the amorphous region. Ring). In addition, a method for forming such an amorphous region other than the semiconductor element formation region in the crystalline silicon film, and a region in the crystalline silicon film that becomes a source region or a drain region of the TFT are used as a gettering region. Is disclosed.

しかしながら、結晶質ケイ素膜のうち半導体素子形成領域以外に非晶質ケイ素膜を形成する方法では、ゲッタリングのための工程付加によるプロセスの複雑化および高コスト化が問題となる。ソース領域またはドレイン領域となる領域をゲッタリング領域として利用する方法によると、製造工程が簡略化できるので、上記問題は改善されるが、非晶質領域のままではソース領域やドレイン領域として機能しないため、レーザー光などを用いて非晶質領域を活性化させる付加工程が必要となる。この付加工程で用いるレーザー照射装置は、高価であると共に装置構造が複雑であり、メンテナンス性も良くない。よって、装置面で製造コストが大きくなるので、必要不可欠な工程以外では極力使用したくない装置である。   However, in the method of forming an amorphous silicon film other than the semiconductor element formation region in the crystalline silicon film, the process is complicated and the cost is increased due to the additional process for gettering. According to the method of using a source region or a drain region as a gettering region, the manufacturing process can be simplified, so the above problem is improved. However, the amorphous region does not function as a source region or a drain region. Therefore, an additional step of activating the amorphous region using a laser beam or the like is necessary. The laser irradiation apparatus used in this additional process is expensive, has a complicated apparatus structure, and is not easy to maintain. Therefore, since the manufacturing cost increases in terms of the apparatus, it is an apparatus that should not be used as much as possible except for essential processes.

一方、ゲッタリングのために非晶質領域の格子欠陥を利用する代わりに、触媒元素を移動させる作用を有する周期表第5族Bに属する元素(代表的には、リン、ヒ素等:n型を付与する不純物元素でもある)を利用する方法も提案されている。   On the other hand, instead of using lattice defects in the amorphous region for gettering, an element belonging to Group B of the periodic table having a function of moving a catalytic element (typically phosphorus, arsenic, etc .: n-type) A method of using (which is also an impurity element imparting) has been proposed.

例えば特許文献2は、リンのもつゲッタリング作用に注目し、TFTのチャネル形成領域からソースおよびドレイン領域へ触媒元素を移動させることによりゲッタリングを行う方法が提案されている。この方法では、触媒元素を用いて結晶化させた結晶質ケイ素膜から、TFTの半導体層を形成する。この半導体層を用いてNチャネル型TFTを作製する場合は、ソースおよびドレイン領域にリンをドーピングした後、加熱処理することにより、チャネル形成領域中の触媒元素をソースおよびドレイン領域へ移動させる。一方、Pチャネル型TFTを作製する場合には、ゲッタリングに用いるためのリンと、リンの濃度よりも高い濃度のホウ素とをソースおよびドレイン領域にドーピングする。この後、加熱処理することにより、触媒元素をソースおよびドレイン領域へ移動させる。   For example, Patent Document 2 focuses on the gettering action of phosphorus, and proposes a method of performing gettering by moving a catalytic element from the channel formation region of the TFT to the source and drain regions. In this method, a TFT semiconductor layer is formed from a crystalline silicon film crystallized using a catalytic element. In the case of manufacturing an N-channel TFT using this semiconductor layer, the catalyst element in the channel formation region is moved to the source and drain regions by doping phosphorus in the source and drain regions and then performing heat treatment. On the other hand, in the case of manufacturing a P-channel TFT, the source and drain regions are doped with phosphorus used for gettering and boron with a concentration higher than the concentration of phosphorus. Thereafter, the catalyst element is moved to the source and drain regions by heat treatment.

特許文献2の方法は、レーザ照射装置を用いないため、前述したような装置面の問題は有していない。しかしながら、特許文献2の方法を用いて薄膜トランジスタを量産することは困難である。その理由を以下に説明する。   Since the method of Patent Document 2 does not use a laser irradiation device, it does not have the above-described device problems. However, it is difficult to mass-produce thin film transistors using the method of Patent Document 2. The reason will be described below.

特許文献2の方法では、nチャネル型TFTにおいて、ソース領域およびドレイン領域にドープされたn型を付与する5族Bに属する元素(リン等)は単独でゲッタリング元素として作用するが、pチャネル型TFTにおいて、p型を付与する3族Bに属する元素(ボロン等)はゲッタリング元素として作用しないため、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域にもゲッタリング元素としてn型を付与する5族Bに属する元素を添加する必要がある。すなわち、pチャネル型TFTにおいては、触媒元素に対するゲッタリングのために高濃度にn型不純物元素が添加された領域をp型に反転させる(カウンタードープという)必要がある。TFTの半導体層において、ソース領域およびドレイン領域の電気抵抗は、TFTオン動作時に寄生抵抗となり、TFTの電流値を低下させるため、出来る限り低抵抗であることが望ましい。しかしながら、n型をp型に反転させるためには、n型不純物元素に対して1.5〜3倍以上の濃度のp型不純物元素を添加しなければならない。したがって、ゲッタリング効果を上げるためにn型を付与する5族Bに属する元素の添加量を上げると、p型を付与する3族Bに属する元素の添加量もそれを反転させるために非常に高い濃度にまで上げる必要があり、ドーピング装置の処理能力を大きく圧迫していた。   In the method of Patent Document 2, in an n-channel TFT, an element belonging to Group 5 B imparting n-type doped in a source region and a drain region (phosphorus or the like) alone acts as a gettering element. In a p-type TFT, an element belonging to Group B that imparts p-type (boron or the like) does not act as a gettering element, and therefore n-type is imparted as a gettering element to the source region and drain region of the p-channel TFT. It is necessary to add an element belonging to group B. That is, in a p-channel TFT, it is necessary to invert a region doped with an n-type impurity element at a high concentration to p-type (called counter-doping) in order to getter the catalyst element. In the semiconductor layer of the TFT, the electrical resistance of the source region and the drain region becomes a parasitic resistance when the TFT is turned on, and the current value of the TFT is reduced. However, in order to invert the n-type to the p-type, it is necessary to add a p-type impurity element having a concentration of 1.5 to 3 times the n-type impurity element. Therefore, when the amount of an element belonging to Group B that imparts n-type is increased in order to increase the gettering effect, the amount of an element that belongs to Group B that imparts p-type is also reversed. It was necessary to increase the concentration to a high level, which greatly pressed the processing capacity of the doping apparatus.

また、特許文献3は、触媒元素を用いて結晶化された結晶質ケイ素膜の一部にリンなど5族B元素を選択的に導入し、基板の歪点を超えない温度範囲で加熱処理を行うことによって、5族Bの元素が導入された領域に触媒元素を移動(ゲッタリング)させる方法を開示している。このゲッタリング工程の後、5族Bの元素が導入された領域(ゲッタリング領域)を除去し、5族B元素が導入された以外の領域、すなわち触媒元素が除去された領域を使用して半導体装置の活性領域を形成している。   Further, Patent Document 3 selectively introduces a Group 5 B element such as phosphorus into a part of a crystalline silicon film crystallized using a catalytic element, and performs heat treatment in a temperature range that does not exceed the strain point of the substrate. This discloses a method of moving (gettering) a catalytic element to a region into which a Group 5 B element has been introduced. After this gettering step, the region where the Group 5 B element is introduced (gettering region) is removed, and the region other than the Group 5 B element is introduced, that is, the region where the catalytic element is removed. An active region of the semiconductor device is formed.

特許文献3の方法では、ゲッタリング領域は、結晶質ケイ素膜のうちTFTの半導体層となる領域以外の領域に設けられるので、上述したカウンタードープを行う必要はない。しかしながら、この方法では、ゲッタリングに対する余分な工程が付加されるのに加え、さらにゲッタリング領域を除去するといった工程が増える。その結果、製造プロセスは複雑化し、製造コストは増加する。また、特許文献3の方法によって完成したTFTは、半導体層内にゲッタリング領域を有していない。ゲッタリング領域を完全に取り除いてしまった場合、もしゲッタリング後に残留している触媒元素があると、ゲッタリング後の熱処理工程等で、そのような触媒元素が再度シリサイド化して析出することがある。
特開平8−213317号公報 特開平8−330602号公報 特開平10−270363号公報
In the method of Patent Document 3, the gettering region is provided in a region other than the region that becomes the semiconductor layer of the TFT in the crystalline silicon film, so that it is not necessary to perform the counter-doping described above. However, in this method, an extra step for gettering is added, and further, a step of removing the gettering region is increased. As a result, the manufacturing process becomes complicated and the manufacturing cost increases. Further, the TFT completed by the method of Patent Document 3 does not have a gettering region in the semiconductor layer. When the gettering region has been completely removed, if there is a catalyst element remaining after gettering, such a catalyst element may be re-silicidized and deposited in a heat treatment step after gettering. .
JP-A-8-213317 JP-A-8-330602 Japanese Patent Laid-Open No. 10-270363

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、薄膜トランジスタを備えた半導体装置において、薄膜トランジスタの性能を低下させることなく、結晶質半導体層における活性領域に含まれる触媒元素の濃度を十分に低減することにある。また、そのような装置を、工程数を増やすことなく、かつ低コストに製造することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the concentration of a catalytic element contained in an active region in a crystalline semiconductor layer without reducing the performance of the thin film transistor in a semiconductor device including the thin film transistor. It is to reduce sufficiently. Moreover, it is manufacturing such an apparatus at a low cost without increasing the number of processes.

本発明の半導体装置は、少なくともNチャネル型薄膜トランジスタを備えた半導体装置であって、前記Nチャネル型薄膜トランジスタは、チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を含む結晶質領域を備えた半導体層と、前記半導体層の少なくとも前記チャネル領域、前記ソース領域および前記ドレイン領域上に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チャネル領域に対向するように形成されたゲート電極とを有し、前記半導体層は、前記ソース領域およびドレイン領域よりも高い濃度で触媒元素を含むゲッタリング領域をさらに有し、前記ゲート絶縁膜は前記ゲッタリング領域上には形成されていない、または、前記ゲート絶縁膜が前記ゲッタリング領域上にも形成されており、前記ソース領域および前記ドレイン領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記ゲッタリング領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さよりも大きい。   The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device including at least an N-channel thin film transistor, and the N-channel thin film transistor includes a semiconductor layer including a crystalline region including a channel region, a source region, and a drain region, and the semiconductor A gate insulating film formed on at least the channel region, the source region and the drain region of a layer, and a gate electrode formed so as to face the channel region through the gate insulating film, The semiconductor layer further includes a gettering region containing a catalytic element at a higher concentration than the source region and the drain region, and the gate insulating film is not formed on the gettering region, or the gate insulating film Is also formed on the gettering region, the source region and the drain The thickness of the gate insulating film on frequency is greater than the thickness of the gate insulating film on the gettering region.

本発明の他の半導体装置は、Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタを備えた半導体装置であって、前記Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタはそれぞれ、チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を含む結晶質領域を備えた半導体層と、前記半導体層の少なくとも前記チャネル領域、前記ソース領域および前記ドレイン領域上に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チャネル領域に対向するように形成されたゲート電極とを有し、前記半導体層は、前記ソース領域およびドレイン領域よりも高い濃度で触媒元素を含むゲッタリング領域をさらに有し、前記ゲート絶縁膜は、前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲッタリング領域上には形成されていない、または、前記ゲート絶縁膜が前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲッタリング領域上にも形成されており、前記Nチャネル型TFTにおける前記ソース領域および前記ドレイン領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲッタリング領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さよりも大きい。   Another semiconductor device of the present invention is a semiconductor device including an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor, and each of the N-channel thin film transistor and the P-channel thin film transistor includes a channel region, a source region, and a drain region. A semiconductor layer having a crystalline region, a gate insulating film formed on at least the channel region, the source region, and the drain region of the semiconductor layer, and facing the channel region through the gate insulating film The semiconductor layer further includes a gettering region containing a catalytic element at a higher concentration than the source region and the drain region, and the gate insulating film includes the N-channel thin film transistor Formed on the gettering region in Or the gate insulating film is also formed on the gettering region in the N-channel thin film transistor, and the thickness of the gate insulating film on the source region and the drain region in the N-channel TFT. Is larger than the thickness of the gate insulating film on the gettering region in the N-channel thin film transistor.

ある好ましい実施形態において、前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲート電極の構造は、前記Pチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲート電極の構造と異なっている。   In a preferred embodiment, the structure of the gate electrode in the N-channel thin film transistor is different from the structure of the gate electrode in the P-channel thin film transistor.

ある好ましい実施形態において、前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲート電極は、第1導電層および、前記第1導電層の上に形成され、前記第1導電層のチャネル方向のサイズよりも大きいチャネル方向のサイズを有する第2導電層を含み、前記Pチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲート電極は、第1導電層および、前記第1導電層の上に形成され、前記第1導電層のチャネル方向のサイズと略同一なチャネル方向のサイズを有する第2導電層を含む。   In a preferred embodiment, the gate electrode in the N-channel thin film transistor is formed on the first conductive layer and the first conductive layer, and has a channel direction larger than the channel direction size of the first conductive layer. A second conductive layer having a size, wherein the gate electrode in the P-channel type thin film transistor is formed on the first conductive layer and the first conductive layer, and is approximately equal to a size of the first conductive layer in a channel direction. A second conductive layer having the same channel direction size is included.

ある好ましい実施形態において、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの前記チャネル領域は、前記ゲート電極の前記第1導電層および第2導電層と重なっており、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの前記半導体層のうち、前記ゲート電極の前記第1導電層と重なるが前記第2導電層と重ならない領域は、前記ソースおよび前記ドレイン領域よりも低濃度でN型不純物を含んでいる。   In a preferred embodiment, the channel region of the N-channel thin film transistor overlaps the first conductive layer and the second conductive layer of the gate electrode, and the gate of the semiconductor layer of the N-channel thin film transistor. A region of the electrode that overlaps with the first conductive layer but does not overlap with the second conductive layer contains N-type impurities at a lower concentration than the source and drain regions.

前記Pチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲッタリング領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記Pチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ソース領域およびドレイン領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さと同一であってもよい。   The thickness of the gate insulating film on the gettering region in the P-channel thin film transistor may be the same as the thickness of the gate insulating film on the source and drain regions in the P-channel thin film transistor.

前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲッタリング領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ソース領域およびドレイン領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さと同一であってもよい。   A thickness of the gate insulating film on the gettering region in the N-channel thin film transistor may be the same as a thickness of the gate insulating film on the source region and the drain region of the P-channel thin film transistor.

前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲッタリング領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲッタリング領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さと同一であてもよい。   A thickness of the gate insulating film on the gettering region in the N-channel thin film transistor may be the same as a thickness of the gate insulating film on the gettering region in the P-channel thin film transistor.

前記ゲッタリング領域は、前記薄膜トランジスタの動作時において電子または正孔が移動する領域以外に形成されていることが好ましい。   The gettering region is preferably formed in a region other than a region where electrons or holes move during the operation of the thin film transistor.

前記ゲッタリング領域は、前記チャネル領域と接していないことが好ましい。   The gettering region is preferably not in contact with the channel region.

前記ゲッタリング領域は前記半導体層の外縁部に形成されており、前記薄膜トランジスタは配線により他の薄膜トランジスタと電気的に接続され、前記薄膜とランジスタと前記配線との接続は、前記ソース領域あるいはドレイン領域の少なくとも一部の領域で行われていてもよい。   The gettering region is formed at an outer edge portion of the semiconductor layer, the thin film transistor is electrically connected to another thin film transistor by a wiring, and the thin film, the transistor, and the wiring are connected to each other in the source region or the drain region. It may be performed in at least a part of the area.

前記ゲッタリング領域では、前記ソースおよびドレイン領域、および/または前記チャネル領域よりも、非晶質成分の割合が多く結晶質成分の割合が少ないことが好ましい。   In the gettering region, it is preferable that the proportion of the amorphous component is larger and the proportion of the crystalline component is smaller than that of the source and drain regions and / or the channel region.

前記ゲッタリング領域のラマン分光スペクトルにおける非晶質半導体のTOフォノンピークPaと結晶半導体のTOフォノンピークPcとの比Pa/Pcは、前記ソースおよびドレイン領域、および/または前記チャネル形成領域の比Pa/Pcよりも大きいことが好ましい。   The ratio Pa / Pc between the TO phonon peak Pa of the amorphous semiconductor and the TO phonon peak Pc of the crystalline semiconductor in the Raman spectrum of the gettering region is the ratio Pa of the source and drain regions and / or the channel formation region. It is preferably larger than / Pc.

前記Nチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲッタリング領域は、n型を付与する周期表第5族Bに属する不純物元素を、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの前記ソース領域あるいはドレイン領域よりも高濃度で含むことが好ましい。   The gettering region of the N-channel thin film transistor preferably includes an impurity element belonging to Group B of the periodic table that imparts n-type at a higher concentration than the source region or the drain region of the N-channel thin film transistor. .

前記Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタのゲッタリング領域は、n型を付与する周期表第5族Bに属する不純物元素と、p型を付与する周期表第3族Bに属する不純物元素とを含んでもよい。   The gettering region of the N-channel thin film transistor and the P-channel thin film transistor includes an impurity element belonging to Group B of the Periodic Table imparting n-type and an impurity element belonging to Group B of the Periodic Table imparting p-type. May be included.

前記ゲッタリング領域は、前記n型を付与する不純物元素を1×1019/cm3以上3×1021/cm3以下の濃度で含み、前記p型を付与する不純物元素を1×1019/cm3以上3×1021/cm3以下の濃度で含んでもよい。 The gettering region includes an impurity element imparting the n type conductivity in a concentration of 1 × 10 19 / cm 3 or more 3 × 10 21 / cm 3 or less, 1 impurity element imparting the p-type × 10 19 / It may be contained at a concentration of cm 3 or more and 3 × 10 21 / cm 3 or less.

前記ゲッタリング領域に含まれる前記触媒元素は、Ni、Co、Sn、Pb、Pd、Fe、Cuから選ばれた一種または複数種の元素を含んでもよい。   The catalytic element included in the gettering region may include one or more elements selected from Ni, Co, Sn, Pb, Pd, Fe, and Cu.

前記ゲッタリング領域における前記触媒元素の濃度は5×1018atoms/cm3以上であってもよい。 The concentration of the catalytic element in the gettering region may be 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more.

ある好ましい実施形態において、前記半導体層において少なくともチャネル領域は、結晶の〈111〉晶帯面が配向した領域で主に構成されている。   In a preferred embodiment, at least the channel region in the semiconductor layer is mainly composed of a region in which a <111> crystal zone plane of the crystal is oriented.

前記半導体層において少なくともチャネル領域は、結晶の〈111〉晶帯面が配向した領域で主に構成され、前記〈111〉晶帯面が配向した領域のうちの50%以上が、(110)面配向または(211)面配向した領域であってもよい。   In the semiconductor layer, at least the channel region is mainly composed of a region where the <111> crystal zone plane of the crystal is oriented, and 50% or more of the region where the <111> crystal zone plane is oriented is a (110) plane. It may be an oriented or (211) plane oriented region.

前記半導体層において少なくとも前記チャネル領域は複数の結晶ドメインを有し、前記結晶ドメインのドメイン径は2μm以上10μm以下であってもよい。   In the semiconductor layer, at least the channel region may have a plurality of crystal domains, and the domain diameter of the crystal domains may be 2 μm or more and 10 μm or less.

前記ゲート電極は、W、Ta、Ti、Moから選ばれた元素、または前記元素の合金材料の一種または複数種から形成されていてもよい。   The gate electrode may be formed of one or more elements selected from W, Ta, Ti, and Mo, or alloy materials of the elements.

本発明による半導体装置の製造方法は、Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、結晶化を促進する触媒元素が少なくとも一部に添加された非晶質半導体膜を用意する工程と、前記非晶質半導体膜に対して第1の加熱処理を行うことにより、前記非晶質半導体膜の少なくとも一部を結晶化し、結晶質領域を含む結晶質半導体膜を得る工程と、前記結晶質半導体膜をパターニングすることにより、それぞれが結晶質領域を備えた複数の島状半導体層を形成する工程と、前記島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に第1の導電膜を堆積させる工程と、前記第1の導電膜上に第2の導電膜を堆積させる工程と、前記第1の導電膜と第2の導電膜とをパターニングして、前記第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程と、Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちゲッタリング領域となる領域とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層の全体とが露呈し、Nチャネル型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域となる領域及びNチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極が覆われるように第1のマスクを形成する工程と、前記第1のマスク及びPチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極をマスクとして、それより露呈している領域の前記半導体層に対し、p型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクにより露呈している部分を薄膜化あるいは除去する工程と、前記第1のマスクを除去する工程と、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層全体とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域が露呈し、Pチャネル型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域となる領域及びPチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極が覆われるように第2のマスクを形成する工程と、前記第2のマスク及びNチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極をマスクとして、それより露呈している領域の前記半導体層に対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、第2の加熱処理を行うことにより、前記島状半導体層中の前記触媒元素の少なくとも一部を前記ゲッタリング領域に移動させる工程とを包含する。   A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device including an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor, and an amorphous semiconductor to which a catalytic element for promoting crystallization is added at least partially A step of preparing a film, and performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film, thereby crystallizing at least a part of the amorphous semiconductor film and forming a crystalline semiconductor film including a crystalline region Obtaining a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region by patterning the crystalline semiconductor film; and forming a gate insulating film on the island-like semiconductor layer; A step of depositing a first conductive film on the gate insulating film, a step of depositing a second conductive film on the first conductive film, the first conductive film and the second conductive film, A step of providing a gate electrode having a laminated structure having a stepped cross section by patterning to form a first conductive layer and a second conductive layer having a smaller size in the channel direction than the first conductive layer. And the region of the island-like semiconductor layer that becomes the active layer of the N-channel type thin film transistor is exposed to the region that becomes the gettering region and the whole of the island-like semiconductor layer that becomes the active layer of the P-channel type thin film transistor. Forming a first mask so as to cover a region to be a region and a drain region and a gate electrode of the N-channel thin film transistor, and using the first mask and the gate electrode of the P-channel thin film transistor as a mask; A process of doping an impurity element imparting p-type into the semiconductor layer in the exposed region Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only in the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and the first of the gate insulating films. A step of thinning or removing a portion exposed by the mask, a step of removing the first mask, an entire island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor, and an activity of the P-channel thin film transistor A second mask is formed so that a region to be a gettering region of the island-shaped semiconductor layer to be a layer is exposed, and a region to be a source region and a drain region of the P-channel thin film transistor and the gate electrode of the P-channel thin film transistor are covered. And forming the second mask and the gate electrode of the N-channel thin film transistor. Doping an impurity element imparting n-type to the semiconductor layer in the exposed region as a mask, and performing the second heat treatment, the catalyst element in the island-shaped semiconductor layer And moving at least a part of the gettering region to the gettering region.

本発明による半導体装置の他の製造方法は、Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、結晶化を促進する触媒元素が少なくとも一部に添加された非晶質半導体膜を用意する工程と、前記非晶質半導体膜に対して第1の加熱処理を行うことにより、前記非晶質半導体膜の少なくとも一部を結晶化し、結晶質領域を含む半導体膜を得る工程と、前記半導体膜をパターニングすることにより、それぞれが結晶質領域を備えた複数の島状半導体層を形成する工程と、前記島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に第1の導電膜を堆積させる工程と、前記第1の導電膜上に第2の導電膜を堆積させる工程と、前記第1の導電膜と第2の導電膜とをパターニングして、前記第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程と、Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層の全体を露呈させ、Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちソース領域及びドレイン領域となる領域及びNチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極を覆うように第1のマスクを形成する工程と、前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクにより露呈している部分を薄膜化あるいは除去する工程と、前記第1のマスク及びPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極をマスクとして、それより露呈している領域の前記半導体層に対し、p型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、前記第1のマスクを除去する工程と、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層全体とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域が露呈し、Pチャネル型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域となる領域及びPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極上が覆われるように第2のマスクを形成する工程と、前記第2のマスク及びNチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極をマスクとして、それより露呈している領域の前記半導体層に対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、第2の加熱処理を行うことにより、前記島状半導体層中の前記触媒元素の少なくとも一部を前記ゲッタリング領域に移動させる工程とを包含する。   Another method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor, and is an amorphous material in which a catalytic element for promoting crystallization is added at least partially. Preparing a crystalline semiconductor film; and performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize at least a part of the amorphous semiconductor film, thereby forming a semiconductor film including a crystalline region Obtaining a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region by patterning the semiconductor film; forming a gate insulating film on the island-like semiconductor layer; and A process of depositing a first conductive film on the gate insulating film, a process of depositing a second conductive film on the first conductive film, and a pattern of the first conductive film and the second conductive film. Forming a gate electrode having a laminated structure having a stepped cross section by forming the first conductive layer and a second conductive layer having a smaller size in the channel direction than the first conductive layer. And exposing the entire region of the island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the P-channel thin film transistor and the region serving as the gettering region of the island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the N-channel thin-film transistor, Forming a first mask so as to cover the source and drain regions of the island-shaped semiconductor layer and the gate electrode of the N-channel thin film transistor, and the P-channel exposed by the first mask Etching the first conductive layer using only the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the thin film transistor A step of thinning or removing a portion of the gate insulating film exposed by the first mask, and a gate electrode of the first mask and a P-channel thin film transistor as a mask. A step of doping the semiconductor layer in the region with an impurity element imparting p-type, a step of removing the first mask, an entire island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor, and a P-channel The region that becomes the gettering region of the island-like semiconductor layer that becomes the active layer of the p-channel thin film transistor is exposed, and the region that becomes the source region and drain region of the p-channel thin film transistor and the gate electrode of the p-channel thin film transistor are covered. 2 mask forming process, and a gate for the second mask and the N-channel thin film transistor. The semiconductor layer in the exposed region is doped with an impurity element imparting n-type and a second heat treatment is performed on the semiconductor layer in the island-shaped semiconductor layer using a copper electrode as a mask. Moving at least a portion of the catalytic element to the gettering region.

本発明による半導体装置のさらに他の製造方法は、Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、結晶化を促進する触媒元素が少なくとも一部に添加された非晶質半導体膜を用意する工程と、前記非晶質半導体膜に対して第1の加熱処理を行うことにより、前記非晶質半導体膜の少なくとも一部を結晶化し、結晶質領域を含む半導体膜を得る工程と、前記半導体膜をパターニングすることにより、それぞれが結晶質領域を備えた複数の島状半導体層を形成する工程と、前記島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に第1の導電膜を堆積させる工程と、前記第1の導電膜上に第2の導電膜を堆積させる工程と、前記第1の導電膜と第2の導電膜とをパターニングして、前記第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程と、Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層の全体とが露呈し、Nチャネル型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域となる領域及びNチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極が覆われるように第1のマスクを形成する工程と、前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記第1のマスク及びPチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極をマスクとして、それより露呈している領域の前記半導体層に対し、p型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している部分を薄膜化あるいは除去する工程と、前記第1のマスクを除去する工程と、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層全体とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域が露呈し、Pチャネル型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域となる領域及びPチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極上が覆われるように第2のマスクを形成する工程と前記第2のマスク及びNチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極をマスクとして、それより露呈している領域の前記半導体層に対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、第2の加熱処理を行うことにより、前記島状半導体層中の前記触媒元素の少なくとも一部を前記ゲッタリング領域に移動させる工程とを包含する。   Still another method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor, in which a catalyst element that promotes crystallization is added at least partially. A step of preparing a crystalline semiconductor film, and a semiconductor film including a crystalline region by crystallizing at least a part of the amorphous semiconductor film by performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film Obtaining a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region by patterning the semiconductor film, forming a gate insulating film on the island-like semiconductor layer, and A step of depositing a first conductive film on the gate insulating film; a step of depositing a second conductive film on the first conductive film; and the first conductive film and the second conductive film. Step of providing a gate electrode having a laminated structure having a stepped cross section by forming the first conductive layer and a second conductive layer having a smaller size in the channel direction than the first conductive layer by turning. And the region that becomes the gettering region of the island-shaped semiconductor layer that becomes the active layer of the N-channel thin film transistor and the whole of the island-shaped semiconductor layer that becomes the active layer of the P-channel thin film transistor are exposed, and the source region of the N-channel thin film transistor And a step of forming a first mask so as to cover a region to be a drain region and the gate electrode of the N-channel thin film transistor, and only in the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask; and A step of doping an impurity element imparting p-type to the semiconductor layer in a region exposed from the gate electrode of the gate electrode and the P-channel type thin film transistor, and the first of the gate insulating films A step of thinning or removing a portion exposed from the mask, a step of removing the first mask, an entire island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor, and an activity of the P-channel thin film transistor A second mask is formed so that a region to be a gettering region of the island-shaped semiconductor layer to be a layer is exposed, and a region to be a source region and a drain region of the P-channel thin film transistor and the gate electrode of the P-channel thin film transistor are covered. And the second mask and the gate electrode of the N-channel thin film transistor are masked. The catalyst element in the island-shaped semiconductor layer is obtained by performing a step of doping an impurity element imparting n-type to the semiconductor layer in a region exposed from the semiconductor layer and a second heat treatment. And moving at least a part of the gettering region to the gettering region.

前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程は、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程の後に行われてもよい。   The step of etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only in the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask includes the first mask of the gate insulating film. It may be performed after the step of thinning or removing the exposed region.

前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程とは、同一のエッチング装置内にて連続して行われてもよい。   Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and the first mask of the gate insulating film The step of thinning or removing the exposed region may be performed continuously in the same etching apparatus.

前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同一のエッチング装置内にて連続して行われてもよい。   Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and removing the first mask These may be performed continuously in the same etching apparatus.

前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同一のエッチング装置内にて連続して行われてもよい。   The step of thinning or removing the region of the gate insulating film exposed from the first mask and the step of removing the first mask are performed continuously in the same etching apparatus. May be.

前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同一のエッチング装置内にて連続して行われてもよい。   Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and the first mask of the gate insulating film The step of thinning or removing the exposed region and the step of removing the first mask may be performed continuously in the same etching apparatus.

前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程とは、同時に行われてもよい。   Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and the first mask of the gate insulating film The step of thinning or removing the exposed region may be performed simultaneously.

前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同時に行われる。   Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and removing the first mask Done at the same time.

前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同時に行われてもよい。   The step of thinning or removing the region exposed from the first mask in the gate insulating film and the step of removing the first mask may be performed simultaneously.

前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同時に行われてもよい。   Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and the first mask of the gate insulating film The step of thinning or removing the exposed region and the step of removing the first mask may be performed simultaneously.

ある好ましい実施形態において、前記第1の導電膜と第2の導電膜とをパターニングして、前記第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程は、前記第2の導電膜を第1のテーパー角度を有するようにエッチング加工する工程と、前記第1の導電膜をエッチング加工する工程と、前記第1のテーパー角度を有するようにエッチング加工された第2の導電膜を、さらに選択的にエッチング加工し、第1のテーパー角度よりも大きなテーパー角度となる第2のテーパー角度を有するようにエッチング加工する工程とを包含する。   In a preferred embodiment, the first conductive film and the second conductive film are patterned to form the first conductive layer, and a second conductive layer having a smaller size in the channel direction than the first conductive layer. Forming a gate electrode having a layered structure having a stepped cross section by etching the second conductive film so as to have a first taper angle; and the first conductive film And the second conductive film etched so as to have the first taper angle is further selectively etched to provide a second taper angle larger than the first taper angle. Etching so as to have a taper angle of.

前記第2の導電膜を第1のテーパー角度を有するようにエッチング加工する工程と、前記第1の導電膜をエッチング加工する工程と、前記第1のテーパー角度を有するようにエッチング加工された第2の導電膜を、さらに選択的にエッチング加工し、第1のテーパー角度よりも大きなテーパー角度となる第2のテーパー角度を有するようにエッチング加工する工程とは、エッチング装置内にて連続的に行なわれてもよい。   Etching the second conductive film so as to have a first taper angle; etching the first conductive film; and etching the first conductive film so as to have the first taper angle. The step of etching the conductive film 2 further selectively so as to have a second taper angle larger than the first taper angle is continuously performed in the etching apparatus. It may be done.

前記第2のマスク及びNチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極をマスクとして、それより露呈している領域の前記半導体層に対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程では、前記ゲート電極の前記第2導電層をマスクとし、前記第1導電層を越して、前記ドーピングが行なわれてもよい。   In the step of doping the semiconductor layer in the region exposed by using the second mask and the gate electrode of the N-channel thin film transistor as a mask, the step of doping the gate electrode with the impurity element imparting n-type is performed. The doping may be performed across the first conductive layer using two conductive layers as a mask.

ある好ましい実施形態において、前記第2のマスク及びNチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極をマスクとして、それより露呈している領域の前記半導体層に対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程は、前記ゲート電極の前記第2導電層をマスクとし、前記第1導電層を越して、前記n型を付与する不純物元素を低濃度にドーピングする工程と、前記ゲート電極の前記第1導電層をマスクとして、前記n型を付与する不純物元素を高濃度にドーピングする工程と包含する。   In a preferred embodiment, the step of doping the semiconductor layer in the region exposed from the second mask and the gate electrode of the N-channel thin film transistor with an impurity element imparting n-type, Doping the impurity element imparting the n-type at a low concentration across the first conductive layer using the second conductive layer of the gate electrode as a mask; and masking the first conductive layer of the gate electrode And a step of doping the impurity element imparting the n-type at a high concentration.

前記ゲート電極の前記第2導電層をマスクとし、前記第1導電層を越して、前記n型を付与する不純物元素を低濃度にドーピングする工程と、前記ゲート電極の前記第1導電層をマスクとして、前記n型を付与する不純物元素を高濃度にドーピングする工程とは、同一のドーピング装置内で連続して行われてもよい。   Doping the impurity element imparting the n-type at a low concentration across the first conductive layer using the second conductive layer of the gate electrode as a mask; and masking the first conductive layer of the gate electrode As described above, the step of doping the impurity element imparting n-type at a high concentration may be performed continuously in the same doping apparatus.

前記ゲート電極の前記第2導電層をマスクとし、前記第1導電層を越して、前記n型を付与する不純物元素を低濃度にドーピングする工程と、前記ゲート電極の前記第1導電層をマスクとして、前記n型を付与する不純物元素を高濃度にドーピングする工程とは、同時に行われてもよい。   Doping the impurity element imparting the n-type at a low concentration across the first conductive layer using the second conductive layer of the gate electrode as a mask; and masking the first conductive layer of the gate electrode As described above, the step of doping the impurity element imparting n-type at a high concentration may be performed at the same time.

前記第1の導電膜と第2の導電膜とをパターニングして、前記第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程は、誘導結合型プラズマエッチング法により行なわれてもよい。   By patterning the first conductive film and the second conductive film to form the first conductive layer and a second conductive layer having a smaller size in the channel direction than the first conductive layer, The step of providing the stacked gate electrode having a stepped cross section may be performed by an inductively coupled plasma etching method.

前記第1の導電膜と第2の導電膜とをパターニングして、前記第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程は、リアクティブイオンエッチング法により行なわれてもよい。   By patterning the first conductive film and the second conductive film to form the first conductive layer and a second conductive layer having a smaller size in the channel direction than the first conductive layer, The step of providing a gate electrode having a stacked structure having a stepped cross section may be performed by a reactive ion etching method.

前記ゲッタリング領域は、電子または正孔が移動する領域以外の領域に形成することが好ましい。   The gettering region is preferably formed in a region other than a region where electrons or holes move.

前記ゲッタリング領域は、前記ソース領域またはドレイン領域と接し、前記チャネル領域とは接しないように形成されることが好ましい。   The gettering region is preferably formed so as to be in contact with the source region or the drain region and not to be in contact with the channel region.

前記第2の加熱処理の後、少なくとも前記ソース領域あるいはドレイン領域の一部を含むコンタクト部とコンタクトする配線を形成する工程を更に包含してもよい。   After the second heat treatment, a step of forming a wiring in contact with a contact portion including at least a part of the source region or the drain region may be further included.

前記第2の加熱処理により、前記島状半導体層のうち、少なくとも前記ソース領域およびドレイン領域にドープされた前記n型不純物あるいは/およびp型不純物の活性化を行うことができる。   By the second heat treatment, the n-type impurity and / or the p-type impurity doped in at least the source region and the drain region in the island-like semiconductor layer can be activated.

ある好ましい実施形態において、前記非晶質半導体膜を用意する工程は、開口部を有するマスクを前記非晶質半導体膜上に形成する工程と、前記開口部を通して前記触媒元素を前記非晶質半導体膜の選択された領域に添加する工程とを含む。   In a preferred embodiment, the step of preparing the amorphous semiconductor film includes a step of forming a mask having an opening on the amorphous semiconductor film, and the catalytic element is passed through the opening. Adding to selected areas of the membrane.

前記触媒元素は、Ni、Co、Sn、Pb、Pd、Fe、およびCuからなる群から選択された少なくとも1種の元素を含んでもよい。   The catalyst element may include at least one element selected from the group consisting of Ni, Co, Sn, Pb, Pd, Fe, and Cu.

前記第1の加熱処理の後、前記半導体膜にレーザー光を照射する工程を更に包含してもよい。   A step of irradiating the semiconductor film with laser light may be further included after the first heat treatment.

本発明の電子機器は、上記のいずれかの半導体装置を備える。   An electronic apparatus according to the present invention includes any one of the above semiconductor devices.

ある好ましい実施形態において、前記半導体装置を用いて表示動作が実行される表示部を備える。   In a preferred embodiment, a display unit is provided that performs a display operation using the semiconductor device.

本発明によると、触媒元素を用いて形成された結晶質半導体層の活性領域、特にチャネル形成領域やチャネル形成領域とソース領域またはドレイン領域との接合部に残留する触媒元素を十分に低減できる。特に、Nチャネル型TFTにおいて、ソースおよびドレイン領域の高抵抗化を抑えつつ、ゲッタリング能力に優れたゲッタリング領域を形成できる。従って、高信頼性で高性能な薄膜トランジスタを備えた半導体装置を提供できる。さらに、本発明によれば、上記半導体装置を簡易なプロセスで製造できる。   According to the present invention, catalytic elements remaining in an active region of a crystalline semiconductor layer formed using a catalytic element, particularly a channel forming region and a junction between a channel forming region and a source region or a drain region can be sufficiently reduced. In particular, in an N-channel TFT, it is possible to form a gettering region having excellent gettering capability while suppressing increase in resistance of the source and drain regions. Therefore, a semiconductor device including a highly reliable and high-performance thin film transistor can be provided. Furthermore, according to the present invention, the semiconductor device can be manufactured by a simple process.

ゲッタリングするためのメカニズムとしては、結晶質半導体膜のうちのある領域の触媒元素に対する固溶度を他の領域よりも上げると、触媒元素がその所定の領域に移動するという作用(第1のゲッタリング作用)によるものと、結晶質半導膜の一領域に触媒元素をトラップするような欠陥あるいは局所的な偏析サイトが形成されると、その領域に触媒元素が移動してトラップされる作用(第2のゲッタリング作用)によるものとがある。   As a mechanism for gettering, when the solid solubility of a certain region of the crystalline semiconductor film with respect to the catalytic element is increased as compared with the other region, the catalytic element moves to the predetermined region (the first region) Gettering action) and when a defect or local segregation site that traps the catalytic element is formed in one region of the crystalline semiconductor film, the catalytic element moves and is trapped in that region (Second gettering action).

特許文献2および3に開示される方法のように、触媒元素を移動させる作用を有する周期表第5族Bに属する元素(ゲッタリング元素)を結晶質ケイ素膜に導入すると、ゲッタリング元素が導入された領域での触媒元素に対する固溶度が上がる。すなわち、第1のゲッタリング作用を利用してゲッタリングの移動が行われる。これに対して、特許文献1に開示される方法では、非晶質領域の格子欠陥が触媒元素をトラップする局所的な偏析サイトとなるので、第2のゲッタリング作用を利用したゲッタリングが行われる。また、非晶質領域における触媒元素の自由エネルギーは結晶質領域よりも低いために、触媒元素が非晶質領域へ拡散し易いような性質も持ち合わせている。   As in the methods disclosed in Patent Documents 2 and 3, when an element (gettering element) belonging to Group 5B of the periodic table having the action of moving the catalytic element is introduced into the crystalline silicon film, the gettering element is introduced. The solid solubility with respect to the catalytic element in the selected region is increased. That is, the gettering movement is performed using the first gettering action. On the other hand, in the method disclosed in Patent Document 1, since the lattice defects in the amorphous region become local segregation sites for trapping the catalytic element, gettering using the second gettering action is performed. Is called. In addition, since the free energy of the catalytic element in the amorphous region is lower than that in the crystalline region, the catalytic element easily diffuses into the amorphous region.

ここで、ゲッタリング工程を簡略化するための有効な方法の一つとして、前述のような、TFT半導体層のソース領域またはドレイン領域となる領域に触媒元素を移動させ、チャネル領域から触媒元素を取り除くような方法では、前述の課題に加え、大きな問題点が生じることがわかった。ゲッタリング領域におけるゲッタリング能力を高めるためには、第1のゲッタリング作用および第2のゲッタリング作用を十分に引き出すことが必要である。しかし、結晶質半導体膜のうちTFTのソース領域やドレイン領域となる領域において、ゲッタリング作用を十分に高めることは困難である。なぜなら、ゲッタリング効率を高めるためには、ゲッタリング領域(ソースおよびドレイン領域となる領域)に多量のゲッタリング元素を導入し、さらにその領域を非晶質化させることが有効となるが、このようなプロセスはゲッタリング領域の抵抗値を大きく悪化させる。そのようなゲッタリング領域を、ゲッタリング工程の後にソース領域およびドレイン領域として機能させるのは難しいからである。   Here, as one of effective methods for simplifying the gettering process, the catalytic element is moved to the region to be the source region or the drain region of the TFT semiconductor layer as described above, and the catalytic element is moved from the channel region. In addition to the above-mentioned problems, it has been found that such a method has a big problem. In order to enhance the gettering capability in the gettering region, it is necessary to sufficiently draw out the first gettering action and the second gettering action. However, it is difficult to sufficiently enhance the gettering action in a region that becomes a source region or a drain region of the TFT in the crystalline semiconductor film. This is because, in order to increase the gettering efficiency, it is effective to introduce a large amount of gettering elements into the gettering region (regions to be the source and drain regions) and to make the region amorphous. Such a process greatly deteriorates the resistance value of the gettering region. This is because it is difficult to make such a gettering region function as a source region and a drain region after the gettering step.

ゲッタリング元素を結晶質半導体膜に多量にイオン注入すると、注入された領域の結晶は崩れ非晶質化される。このときの非晶質化は、半導体膜の上面側より開始され、下面側まで完全に非晶質化されてしまうと、その後、加熱処理を行なっても回復しないような状態となる。ソース領域およびドレイン領域をゲッタリング領域として利用する従来の方法では、イオン注入後のゲッタリング領域を、後の加熱処理において、ある程度結晶回復させ、低抵抗化させる必要がある。このため、このような方法では、多量のゲッタリング元素を注入してゲッタリング効率を上げることは難しく、結晶回復できるレベルの注入量に抑えておく必要がある。しかしながら、ゲッタリング元素の注入量が少ないと、ゲッタリング能力が大きく低下するため、ゲッタリング元素の注入量のコントロールが最大の課題となっている。   When a large amount of gettering element is ion-implanted into the crystalline semiconductor film, the crystal in the implanted region breaks down and becomes amorphous. The amorphization at this time is started from the upper surface side of the semiconductor film, and when it is completely amorphized to the lower surface side, it does not recover even if heat treatment is performed thereafter. In the conventional method using the source region and the drain region as the gettering regions, it is necessary to recover the crystal of the gettering region after ion implantation to some extent and lower the resistance in the subsequent heat treatment. For this reason, in such a method, it is difficult to increase the gettering efficiency by injecting a large amount of gettering element, and it is necessary to suppress the injection amount to a level that can recover the crystal. However, if the amount of gettering element implanted is small, the gettering ability is greatly reduced, and therefore, the control of the amount of gettering element implanted is the biggest problem.

上記方法をドライバー一体型の液晶表示装置に実際に適用したところ、基板の一部では、ソース領域、ドレイン領域が非晶質化し高抵抗となって、その部分に形成されたTFTのオン特性が不良となり、ドライバー不良が発生した。また、基板の他の一部では、ゲッタリング元素の導入量が少ないために、ゲッタリング不足が生じ、オフ動作時のリーク電流増大により、ライン欠陥や点欠陥が発生した。このように、プロセスマージンが極めて少なく、到底量産適用できるものではなかった。   When the above method is actually applied to a driver-integrated liquid crystal display device, the source region and the drain region become amorphous in a part of the substrate and become high resistance. It became defective and a driver failure occurred. Further, in other parts of the substrate, the amount of gettering elements introduced is small, resulting in insufficient gettering, and line defects and point defects are generated due to an increase in leakage current during the off operation. As described above, the process margin is extremely small and it cannot be applied to mass production.

特許文献1の方法では、非晶質領域のままではソースおよびドレイン領域として機能しないためレーザー光などを用いて活性化する付加工程が必要としている。但し、上述したように、レーザー照射装置は、高価であると共に装置構造が複雑であり、メンテナンス性も良くないため、結果的に製造コストが大きくなると共に、良品率を低下させる原因にもなる。また、レーザー照射だけでは、チャネル領域とソース領域、ドレイン領域との接合部に生じた結晶欠陥を回復させることができず、信頼性の悪化やオフ動作時のリーク電流の増大などが見られる。また、このようなソース領域およびドレイン領域をそのままゲッタリング領域として利用する従来の方法では、いずれにしても、このチャネル領域とソース・ドレイン領域の接合部はゲッタリング領域と非ゲッタリング領域との境界でもあり、チャネル領域とドレイン領域との接合部に存在する触媒元素の偏析を取り除くことができない。   In the method of Patent Document 1, an amorphous region does not function as a source and drain region, so an additional step of activation using laser light or the like is required. However, as described above, the laser irradiation apparatus is expensive and has a complicated apparatus structure and poor maintainability, resulting in an increase in manufacturing cost and a decrease in the yield rate. In addition, laser irradiation alone cannot recover crystal defects generated at the junctions between the channel region, the source region, and the drain region, leading to deterioration in reliability and an increase in leakage current during off operation. Further, in the conventional method using such a source region and a drain region as a gettering region as they are, the junction between the channel region and the source / drain region is formed between the gettering region and the non-gettering region. It is also a boundary, and segregation of the catalytic element existing at the junction between the channel region and the drain region cannot be removed.

さらに、特許文献1の方法のように、非晶質状態となっているゲッタリング領域(ソース領域およびドレイン領域)を最終的に結晶化してしまうと、その後のゲッタリング作用は小さくなり、加熱処理で一旦移動させた触媒元素が、その後の工程で逆流することがある。また、製造工程内でこのような触媒元素の逆流がないようにしたとしても、TFTの駆動で少なからず熱が発生し、一旦ゲッタリング領域に移動させた触媒元素が、TFT駆動時にチャネル領域へと逆流し、信頼性において問題が生じる場合が見られる。したがって、TFTの活性層においてゲッタリング領域を設ける場合には、その領域はTFT完成時においても同様のゲッタリング状態を維持し、ゲッタリング工程時と同レベルのゲッタリング能力を保つようにしておくことが望ましいことがわかっている。   Further, if the gettering region (source region and drain region) in an amorphous state is finally crystallized as in the method of Patent Document 1, the subsequent gettering action is reduced, and heat treatment is performed. In some cases, the catalytic element once moved in step 1 may flow backward in the subsequent steps. Even if such a backflow of the catalytic element is prevented in the manufacturing process, a considerable amount of heat is generated by driving the TFT, and the catalytic element once moved to the gettering region moves to the channel region when driving the TFT. In some cases, problems occur in reliability. Therefore, when a gettering region is provided in the active layer of the TFT, the region maintains the same gettering state even when the TFT is completed, and keeps the same level of gettering capability as in the gettering step. I know that is desirable.

本発明は、上述したような従来のゲッタリング方法の課題を解決するためになされたものである。以下、図面を参照しながら、本発明による装置の実施形態の構成を説明する。   The present invention has been made to solve the problems of the conventional gettering method as described above. Hereinafter, the configuration of an embodiment of an apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示す半導体装置15は、Nチャネル型の薄膜トランジスタ10nとPチャネル型の薄膜トランジスタ10pとを備えている。これらの薄膜トランジスタ10n、10pはそれぞれ、チャネル領域7n、7p、ソース領域およびドレイン領域9n、9pを含む結晶質領域を備えた半導体層13n、13pと、半導体層13n、13pの少なくともチャネル領域7n、7p、ソース領域およびドレイン領域9n、9pの上に形成されたゲート絶縁膜3と、ゲート絶縁膜3を介してチャネル領域7n、7pに対向するように形成されたゲート電極5n、5pとを有する。Nチャネル型薄膜トランジスタ10nとPチャネル型薄膜トランジスタ10pの半導体層13n、13pは、ソース領域およびドレイン領域9n、9pよりも高濃度で触媒元素を含むゲッタリング領域11n、11pをさらに有している。また、Nチャネル型薄膜トランジスタ10nにおいて、ゲッタリング領域11n、11pの上のゲート絶縁膜3の厚さは、ソース領域およびドレイン領域9n、9pの上のゲート絶縁膜3の厚さよりも小さい。あるいは、Nチャネル型薄膜トランジスタ10nのゲッタリング領域11nの上にはゲート絶縁膜3が形成されていなくてもよい。   A semiconductor device 15 illustrated in FIG. 1 includes an N-channel thin film transistor 10n and a P-channel thin film transistor 10p. Each of these thin film transistors 10n and 10p includes semiconductor layers 13n and 13p having crystalline regions including channel regions 7n and 7p, source regions and drain regions 9n and 9p, and at least channel regions 7n and 7p of the semiconductor layers 13n and 13p. The gate insulating film 3 formed on the source and drain regions 9n and 9p, and the gate electrodes 5n and 5p formed to face the channel regions 7n and 7p with the gate insulating film 3 interposed therebetween. The semiconductor layers 13n and 13p of the N-channel thin film transistor 10n and the P-channel thin film transistor 10p further have gettering regions 11n and 11p containing a catalytic element at a higher concentration than the source and drain regions 9n and 9p. In the N-channel thin film transistor 10n, the thickness of the gate insulating film 3 on the gettering regions 11n and 11p is smaller than the thickness of the gate insulating film 3 on the source and drain regions 9n and 9p. Alternatively, the gate insulating film 3 may not be formed on the gettering region 11n of the N-channel thin film transistor 10n.

なお、半導体装置15は、Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタ10n、10pを備えているが、本発明の半導体装置は少なくともNチャネル型薄膜トランジスタを備えていれば良い。   Although the semiconductor device 15 includes the N-channel and P-channel thin film transistors 10n and 10p, the semiconductor device of the present invention only needs to include at least the N-channel thin film transistor.

このように、本実施形態では、TFTの半導体層13n、13pに、ソース領域およびドレイン領域9n、9pとは別にゲッタリング領域11n、11pを有することを特徴とする。そして、そのゲッタリング領域11nの上に設けられたゲート絶縁膜3の厚さが、ソースおよびドレイン領域9nの上よりも薄くなるよう構成される。すなわち、ゲート絶縁膜3を選択的に薄膜化し、その部分にゲッタリング領域11nを形成する訳である。トップゲート型TFTにおいては、半導体層13n、13pに対する不純物元素の注入は、一般的に上層のゲート絶縁膜3を越して行なわれる。所謂ゲート絶縁膜3に対してのスルードープである。このとき半導体層13n、13pに注入される不純物元素の濃度と、その領域での結晶状態(非晶質化度合い)は、このイオン注入条件(主に加速電圧とドーズ量)とゲート絶縁膜3の厚さによって決まる。   As described above, the present embodiment is characterized in that the semiconductor layers 13n and 13p of the TFT have the gettering regions 11n and 11p in addition to the source and drain regions 9n and 9p. The gate insulating film 3 provided on the gettering region 11n is configured to be thinner than the source and drain regions 9n. That is, the gate insulating film 3 is selectively thinned and the gettering region 11n is formed in that portion. In the top gate type TFT, the impurity element is generally implanted into the semiconductor layers 13n and 13p through the upper gate insulating film 3. This is through doping for the so-called gate insulating film 3. At this time, the concentration of the impurity element implanted into the semiconductor layers 13n and 13p, and the crystal state (amorphization degree) in the region, the ion implantation conditions (mainly acceleration voltage and dose), and the gate insulating film 3 It depends on the thickness.

言い換えると、本実施形態では、半導体層13n、13pのうちソースおよびドレイン領域9n、9pとなる領域以外の領域にゲッタリングのための専用領域11n、11pを設け、半導体層13n、13pの上にゲート絶縁膜3を設ける。このとき、少なくともNチャネル型薄膜トランジスタ10nにおいて、ゲート絶縁膜3のうち、低抵抗が要求されるソースおよびドレイン領域9nの上に位置する部分の厚さが、ゲッタリング能力が要求されるゲッタリング領域11nの上に位置する部分の厚さよりも大きくなるようにゲート絶縁膜3を設け、このゲート絶縁膜越しにスルードーピング処理を行なう。これにより、ゲッタリング領域11nとソースおよびドレイン領域9nとを異なるドーピング状態とすることができる。その結果、ソースおよびドレイン領域9nはゲッタリングに左右されず、実質上分離した工程で形成されるので、低抵抗化を目的としてn型不純物やp型不純物の添加量を最適化できる。また、ゲッタリング領域11nの注入量や非晶質化度合いなども、ソースおよびドレイン領域9nとは別個に、ゲッタリングの目的のみに絞って最適化することができる。   In other words, in this embodiment, dedicated regions 11n and 11p for gettering are provided in regions other than the regions to be the source and drain regions 9n and 9p in the semiconductor layers 13n and 13p, and the semiconductor layers 13n and 13p are provided on the semiconductor layers 13n and 13p. A gate insulating film 3 is provided. At this time, at least in the N-channel type thin film transistor 10n, the thickness of the portion of the gate insulating film 3 located above the source and drain regions 9n where low resistance is required is the gettering region where gettering capability is required. The gate insulating film 3 is provided so as to be larger than the thickness of the portion located on 11n, and through doping treatment is performed over the gate insulating film. Thereby, the gettering region 11n and the source and drain regions 9n can be in different doping states. As a result, the source and drain regions 9n are not affected by gettering and are formed in a substantially separated process, so that the addition amount of n-type impurities and p-type impurities can be optimized for the purpose of reducing resistance. Further, the amount of implantation of the gettering region 11n, the degree of amorphization, and the like can be optimized only for the purpose of gettering, separately from the source and drain regions 9n.

よって、前述のソース/ドレイン領域をゲッタリング領域として利用する従来方法と比べると、本実施形態によるゲッタリング方法は、プロセスの短縮や簡略化はそのままに、プロセスマージンをより広くでき、さらにはゲッタリング能力を大きく高めることができる。また、ドーピング装置のスループットも向上することができる。さらに、ソース/ドレイン領域をゲッタリング領域として用いる従来方法とは異なり、ソース/ドレイン領域9n、9pも非ゲッタリング領域となるので、チャネル領域7n、7pとソース/ドレイン領域9n、9pとの接合部も完璧にゲッタリングが可能であり、TFT特性上問題となっているオフ動作時のリーク電流の増大をほぼ完全に抑えることができ、さらに高い信頼性も同時に確保することができる。   Therefore, as compared with the conventional method using the source / drain regions as the gettering regions, the gettering method according to the present embodiment can increase the process margin while maintaining the shortening and simplification of the process. Ring ability can be greatly increased. In addition, the throughput of the doping apparatus can be improved. Further, unlike the conventional method in which the source / drain regions are used as gettering regions, the source / drain regions 9n, 9p are also non-gettering regions, so that the junction between the channel regions 7n, 7p and the source / drain regions 9n, 9p. The portion can also be completely gettered, the increase in leakage current during off operation, which is a problem in TFT characteristics, can be suppressed almost completely, and higher reliability can be secured at the same time.

Nチャネル型薄膜トランジスタ10nとPチャネル型薄膜トランジスタ10pとは異なるTFT構造を有することが好ましい。以下、その理由を説明する。   The N-channel thin film transistor 10n and the P-channel thin film transistor 10p preferably have different TFT structures. The reason will be described below.

薄膜トランジスタの信頼性の上では、特にNチャネル型TFTにおいては、ソースおよびドレイン領域とチャネル領域との間に低濃度N型不純物領域(LDD領域)を設置し、そこにかかる電界集中を緩和する方法が有効であることが知られている。ホットキャリアによる劣化やオフ動作時のリーク電流抑制等において、ゲッタリングが若干不十分であっても、LDD領域を設けることで、信頼性に対するマージンを拡大できる。このとき、より信頼性を高めるためには、ゲート電極に一部オーバーラップするようにLDD領域を設定する構造(Gate−drain Overlapped LDD;GOLD構造)が特に有効である。しかし、GOLD構造を用いると、薄膜トランジスタの寄生容量が増加し、信号遅延を引き起こす可能性がある。そのため、通常の構造でも十分な信頼性が確保できるPチャネル型TFTでは、GOLD構造を適用しないほうが良い。このようにNチャネル型TFTとPチャネル型TFTとでは最適なTFT構造は異なっている。   In view of the reliability of the thin film transistor, particularly in the case of an N-channel TFT, a method of reducing the concentration of electric field applied to a low-concentration N-type impurity region (LDD region) between the source and drain regions and the channel region. Is known to be effective. Even if gettering is slightly insufficient for deterioration due to hot carriers, leakage current suppression during off operation, etc., the margin for reliability can be expanded by providing the LDD region. At this time, in order to further improve the reliability, a structure (Gate-drain Overlapped LDD; GOLD structure) in which an LDD region is set so as to partially overlap the gate electrode is particularly effective. However, when the GOLD structure is used, the parasitic capacitance of the thin film transistor increases, which may cause a signal delay. Therefore, it is better not to apply the GOLD structure to a P-channel TFT that can secure sufficient reliability even with a normal structure. Thus, the optimum TFT structure differs between the N-channel TFT and the P-channel TFT.

しかしながら、従来の半導体装置では、これらのTFTは通常は同様の工程で形成されるため、TFTの導電型の種類によってTFT構造を変更すると、製造プロセスの複雑化や高コスト化を招いてしまうという問題があった。   However, in a conventional semiconductor device, these TFTs are usually formed in the same process, so changing the TFT structure depending on the type of TFT conductivity type leads to complicated manufacturing processes and high costs. There was a problem.

これに対し、次に説明する実施形態では、Nチャネル型薄膜トランジスタ10nおよびPチャネル型薄膜トランジスタ10pは、互いに異なる構造のゲート電極5n、5pを有しており、これにより、導電型の異なる2種類のTFTの構造を作り分けることができる。   On the other hand, in the embodiment described below, the N-channel type thin film transistor 10n and the P-channel type thin film transistor 10p have gate electrodes 5n and 5p having different structures from each other. Different TFT structures can be created.

例えば、ゲート電極5n、5pは、第1の導電膜から形成された下層と第2の導電膜から形成された上層とからなる二層構造からなっており、Nチャネル型薄膜トランジスタ10nのゲート電極5nでは、下層の第1導電層の幅が上層の第2導電層の幅より大きく、Pチャネル型薄膜トランジスタ10pのゲート電極5pでは、下層の第1導電層の幅と上層の第2導電層の幅とが概略同一であってもよい。このとき、Nチャネル型薄膜トランジスタ10nの半導体層13nのうち、ゲート電極5nの第1導電層とのみ重なる領域は、低濃度にN型不純物が含まれたLDD領域であり、第1導電層および第2導電層と重なる領域は、チャネル領域7nであってもよい。これにより、Nチャネル型薄膜トランジスタ10nにおけるソースおよびドレイン領域9nとチャネル領域7nとの間に、ゲート電極とオーバーラップする低濃度N型不純物領域(LDD領域)を設置できるので、そこにかかる電界集中を緩和できる。また、ホットキャリアによる劣化やオフ動作時のリーク電流抑制等において、ゲッタリングが若干不十分であっても、信頼性に対するマージンの拡大が図れる。一方、Pチャネル型薄膜トランジスタ10pでは、ゲート電極5pにオーバーラップするP型不純物領域が存在しないために、寄生容量の増加による信号遅延を引き起こさない。なお、Pチャネル型薄膜トランジスタ10pは、LDD構造を有していなくても十分な信頼性を確保できる。   For example, the gate electrodes 5n and 5p have a two-layer structure including a lower layer formed from a first conductive film and an upper layer formed from a second conductive film, and the gate electrode 5n of the N-channel thin film transistor 10n. Then, the width of the lower first conductive layer is larger than the width of the upper second conductive layer, and in the gate electrode 5p of the P-channel type thin film transistor 10p, the width of the lower first conductive layer and the width of the upper second conductive layer. And may be substantially the same. At this time, in the semiconductor layer 13n of the N-channel type thin film transistor 10n, a region that overlaps only with the first conductive layer of the gate electrode 5n is an LDD region containing an N-type impurity at a low concentration. The region overlapping the two conductive layers may be the channel region 7n. As a result, a low-concentration N-type impurity region (LDD region) that overlaps the gate electrode can be provided between the source and drain regions 9n and the channel region 7n in the N-channel thin film transistor 10n. Can be relaxed. In addition, a margin for reliability can be expanded even if gettering is slightly insufficient in deterioration due to hot carriers, leakage current suppression during off operation, and the like. On the other hand, in the P-channel type thin film transistor 10p, there is no P-type impurity region overlapping with the gate electrode 5p, so that a signal delay due to an increase in parasitic capacitance is not caused. Note that the P-channel thin film transistor 10p can secure sufficient reliability even if it does not have an LDD structure.

上記構成を有する半導体装置15は、例えば以下のような方法で製造できる。   The semiconductor device 15 having the above configuration can be manufactured, for example, by the following method.

まず、結晶化を促進する触媒元素が少なくとも一部に添加された非晶質半導体膜を用意する。次に、非晶質半導体膜に対して第1の加熱処理を行うことにより、非晶質半導体膜の少なくとも一部を結晶化し、結晶質領域を含む半導体膜を得る。この後、結晶質領域を含む半導体膜をパターニングすることにより、それぞれが結晶質領域を備えた複数の島状半導体層を形成する。次に、島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成した後、ゲート絶縁膜上に第1の導電膜を堆積させ、さらに第1の導電膜上に第2の導電膜を堆積させる。次いで、第1の導電膜と第2の導電膜とをパターニング(エッチング)し、第1導電層および第2導電層を有するゲート電極を形成する。例えば、第1導電層の幅よりも第2導電層の幅が狭くなるような階段状の積層構造を有するゲート電極を形成する。続いて、Nチャネル型TFTの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とPチャネル型TFTの活性層となる島状半導体層の全体とが露呈し、Nチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域となる領域及びゲート電極上が覆われるように第1のマスクを形成する。この第1のマスク及びPチャネル型TFTのゲート電極をマスクとして、半導体層のうちそれらのマスクから露呈している領域に対し、p型を付与する不純物元素をドーピングする。この後、第1のマスクにより露呈しているPチャネル型TFTのゲート電極においてのみ、第2導電層をマスクとして、第1導電層をエッチングする。続いて、ゲート絶縁膜のうち第1のマスクにより露呈している領域をエッチングし、薄膜化あるいは除去した後、第1のマスクを除去する。さらに、Nチャネル型TFTの活性層となる島状半導体層全体とPチャネル型TFTの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域が露呈し、Pチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域となる領域及びゲート電極上が覆われるように第2のマスクを形成する。この第2のマスク及びNチャネル型TFTのゲート電極をマスクとして、半導体層のうちそれらのマスクから露呈している領域に対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする。続いて、第2の加熱処理を行うことにより、島状半導体層中の触媒元素の少なくとも一部をゲッタリング領域に移動させる。   First, an amorphous semiconductor film to which a catalytic element for promoting crystallization is added at least partially is prepared. Next, a first heat treatment is performed on the amorphous semiconductor film, whereby at least part of the amorphous semiconductor film is crystallized to obtain a semiconductor film including a crystalline region. Thereafter, by patterning the semiconductor film including the crystalline region, a plurality of island-like semiconductor layers each having the crystalline region are formed. Next, after forming a gate insulating film over the island-shaped semiconductor layer, a first conductive film is deposited over the gate insulating film, and a second conductive film is deposited over the first conductive film. Next, the first conductive film and the second conductive film are patterned (etched) to form a gate electrode having a first conductive layer and a second conductive layer. For example, a gate electrode having a stepped stacked structure in which the width of the second conductive layer is narrower than the width of the first conductive layer is formed. Subsequently, the region that becomes the gettering region of the island-like semiconductor layer that becomes the active layer of the N-channel TFT and the entire island-like semiconductor layer that becomes the active layer of the P-channel TFT are exposed, and the source of the N-channel TFT is exposed. A first mask is formed so as to cover the region to be the region and the drain region and the gate electrode. Using the first mask and the gate electrode of the P-channel TFT as a mask, a region exposed from the mask of the semiconductor layer is doped with an impurity element imparting p-type. Thereafter, only the gate electrode of the P-channel TFT exposed by the first mask is used to etch the first conductive layer using the second conductive layer as a mask. Subsequently, a region exposed by the first mask in the gate insulating film is etched to reduce the thickness or remove the first mask. Further, the entire island-like semiconductor layer that becomes the active layer of the N-channel TFT and the region that becomes the gettering region of the island-like semiconductor layer that becomes the active layer of the P-channel TFT are exposed, and the source region and drain of the P-channel TFT are exposed. A second mask is formed so as to cover the region to be the region and the gate electrode. Using this second mask and the gate electrode of the N-channel TFT as a mask, an impurity element imparting n-type conductivity is doped into a region of the semiconductor layer exposed from the mask. Subsequently, at least a part of the catalytic element in the island-shaped semiconductor layer is moved to the gettering region by performing a second heat treatment.

なお、本明細書では、TFTの「活性層」は、結晶質半導体膜からなる島状半導体層から形成され、チャネル領域、ソースおよびドレイン領域、ゲッタリング領域、LDD領域などを含む結晶質半導体層を指す。これに対し、TFTの「活性領域」は、結晶質半導体層のうちソースおよびドレイン領域、チャネル領域、LDD領域などを含み、ゲッタリング領域は含まないものとする。   In this specification, an “active layer” of a TFT is formed of an island-shaped semiconductor layer made of a crystalline semiconductor film, and includes a channel region, a source and drain region, a gettering region, an LDD region, and the like. Point to. On the other hand, the “active region” of the TFT includes a source and drain region, a channel region, an LDD region, and the like in the crystalline semiconductor layer, and does not include a gettering region.

本実施形態の装置は上記方法で製造されるので、ゲッタリングの効率化を図るゲート絶縁膜の薄膜化工程と、Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTの構造を作り分ける工程を、相互に利用でき、共通化できる。これにより、本発明による高性能、高信頼性の半導体装置を製造する工程を大幅に簡略化できる。   Since the device of this embodiment is manufactured by the above-described method, the thinning process of the gate insulating film for improving the gettering efficiency and the process of separately forming the structures of the N-channel TFT and the P-channel TFT are mutually used. Can be shared. Thereby, the process of manufacturing a high-performance and high-reliability semiconductor device according to the present invention can be greatly simplified.

ここで、第1のマスク及びPチャネル型TFTのゲート電極をマスクとして、半導体層のうちそれらのマスク露呈している領域に対し、p型を付与する不純物元素をドーピングする工程(工程A)、第1のマスクにより露呈しているPチャネル型TFTのゲート電極においてのみ、第2導電層をマスクとして第1導電層をエッチングする工程(工程B)、ゲート絶縁膜のうち第1のマスクにより露呈している領域をエッチングし、薄膜化あるいは除去する工程(工程C)、および第1のマスクを除去する工程(工程D)の4つの工程は、順序が入れ替わっても特に問題ない。また、工程B、C、Dのいずれか2つあるいは全部を共通化し、同一のエッチング装置内での連続処理、さらには同時処理とすることで、工程上は単一工程と見なすことができ、さらなる工程の簡略化および低コスト化が図れる。   Here, using the first mask and the gate electrode of the P-channel TFT as a mask, a step of doping an impurity element imparting p-type into a region of the semiconductor layer that exposes the mask (step A), A step of etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask (step B) only at the gate electrode of the P-channel TFT exposed by the first mask, and the first mask of the gate insulating film is exposed. There are no particular problems even if the order of the four steps, ie, the step of etching or thinning or removing the region (Step C) and the step of removing the first mask (Step D) are changed. In addition, any two or all of the processes B, C, and D can be shared, and can be regarded as a single process on the process by performing continuous processing in the same etching apparatus, and further simultaneous processing. Further process simplification and cost reduction can be achieved.

また、本実施形態では、Pチャネル型TFTでは、ゲッタリング領域上のゲート絶縁膜の厚さとソース領域およびドレイン領域上のゲート絶縁膜の厚さとは略同一であってもよい。また、Nチャネル型TFTにおけるゲッタリング領域上のゲート絶縁膜の厚さが、Pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域上のゲート絶縁膜の厚さと同一であってもよい。さらに、Nチャネル型TFTにおけるゲッタリング領域上のゲート絶縁膜の厚さが、Pチャネル型TFTのゲッタリング領域上のゲート絶縁膜の厚さと同一であってもよい。   In the present embodiment, in the P-channel TFT, the thickness of the gate insulating film on the gettering region and the thickness of the gate insulating film on the source region and the drain region may be substantially the same. Further, the thickness of the gate insulating film on the gettering region in the N-channel TFT may be the same as the thickness of the gate insulating film on the source region and the drain region of the P-channel TFT. Further, the thickness of the gate insulating film on the gettering region in the N-channel TFT may be the same as the thickness of the gate insulating film on the gettering region of the P-channel TFT.

本実施形態によれば、触媒元素の偏析によるリーク電流の発生を抑制すると共に素子構造の面でも信頼性のマージンを拡大でき、それが不要な寄生容量の増加や工程の付加等のトレードオフの無い形で実現できる。また、触媒元素を用いて結晶化を行った半導体膜は良好な結晶性を示すため、本実施形態におけるTFTは、高い電界効果移動度を得ることができる。   According to the present embodiment, the generation of leakage current due to segregation of catalytic elements can be suppressed, and the margin of reliability can be expanded in terms of device structure, which makes it possible to make tradeoffs such as an increase in unnecessary parasitic capacitance and addition of processes. It can be realized without any form. In addition, since the semiconductor film crystallized using the catalytic element exhibits good crystallinity, the TFT in this embodiment can obtain high field effect mobility.

また、半導体層内におけるゲッタリング領域は、薄膜トランジスタの動作時において電子または正孔が移動する領域以外に配置されるため、前述のように、半導体層内において、ソース/ドレイン領域と完全に目的を分離でき、ゲッタリング領域をゲッタリングの目的のためだけの専用領域として抵抗等に関係なく最適化できる。ただし、ゲッタリング領域は、チャネル形成領域とは隣接しないように形成されることが望ましい。このようにすることで、前述したようにチャネル領域とソースおよびドレイン領域との接合部を完璧にゲッタリングすることが可能になる。   In addition, since the gettering region in the semiconductor layer is disposed in a region other than the region where electrons or holes move during the operation of the thin film transistor, as described above, the gettering region completely serves as the source / drain region in the semiconductor layer. The gettering region can be optimized as a dedicated region only for the purpose of gettering regardless of resistance or the like. However, it is desirable that the gettering region be formed so as not to be adjacent to the channel formation region. In this way, as described above, the junction between the channel region and the source and drain regions can be completely gettered.

ゲッタリング領域は、半導体層の外縁部に形成され、薄膜トランジスタを電気的に接続する配線は、ソース領域あるいはドレイン領域の少なくとも一部の領域(コンタクト部)と接続されていてもよい。あるいは、薄膜トランジスタを電気的に接続する配線は、ゲッタリング領域の一部とソース領域あるいはドレイン領域の一部とを含む領域と接続されていてもよい。このような接続を行うことにより、ゲッタリング領域を介さずに電子あるいはホールのパスを確保することができ、前述のようにゲッタリング領域として専用化でき最適化が図れる。このような配線を有する装置の製造方法は、例えば、第2の加熱処理の後、少なくともソース領域あるいはドレイン領域の一部を含むコンタクト部と接続する配線を形成する工程をさらに含む。   The gettering region may be formed in the outer edge portion of the semiconductor layer, and the wiring for electrically connecting the thin film transistor may be connected to at least a part of the source region or the drain region (contact portion). Alternatively, the wiring for electrically connecting the thin film transistors may be connected to a region including a part of the gettering region and a part of the source region or the drain region. By making such a connection, an electron or hole path can be secured without going through the gettering region, and as described above, the gettering region can be dedicated and optimized. The method for manufacturing a device having such wiring further includes, for example, a step of forming a wiring connected to a contact portion including at least a part of the source region or the drain region after the second heat treatment.

本実施形態では、ゲッタリング元素として、n型を付与する不純物元素とp型を付与する不純物元素とを用いている。これにより、ソース領域及びドレイン領域の形成を同時に兼ねることができ、ゲッタリングのための工程付加が無くなり、製造工程を大幅に短縮できる。本実施形態におけるNチャネル型TFTでは、ゲッタリング領域に含まれるn型を付与する周期表第5族Bに属する不純物元素の濃度は、ソース領域あるいはドレイン領域に含まれるその不純物元素の濃度よりも高い。これは、ゲート絶縁膜の厚さの差により、ソース領域及びドレイン領域とゲッタリング領域とを、相対的に異なるドーピング状態で形成するからある。したがって、半導体層のうちゲッタリング領域以外の領域にもゲッタリング元素(n型不純物)が含まれるものの、ゲート絶縁膜の厚さの差を利用してゲッタリング領域により多量のゲッタリング元素を導入しているので、ゲッタリング領域に他の領域よりも強いゲッタリング作用を持たせることができる。その結果、チャネル領域のみでなくソースおよびドレイン領域をもゲッタリングするものである。   In this embodiment, an impurity element imparting n-type and an impurity element imparting p-type are used as gettering elements. Thus, the source region and the drain region can be formed at the same time, no additional process for gettering is required, and the manufacturing process can be greatly shortened. In the N-channel TFT in this embodiment, the concentration of the impurity element belonging to Group 5B of the periodic table imparting n-type contained in the gettering region is higher than the concentration of the impurity element contained in the source region or the drain region. high. This is because the source and drain regions and the gettering region are formed in relatively different doping states due to the difference in thickness of the gate insulating film. Therefore, although a region other than the gettering region in the semiconductor layer contains a gettering element (n-type impurity), a large amount of gettering element is introduced into the gettering region by utilizing the difference in thickness of the gate insulating film. Thus, the gettering region can have a stronger gettering action than other regions. As a result, not only the channel region but also the source and drain regions are gettered.

また、本実施形態では、Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTのゲッタリング領域に、n型を付与する周期表第5族Bに属する不純物元素と、p型を付与する周期表第3族Bに属する不純物元素とが含まれている。Pチャネル型TFTにおいては、ソースおよびドレイン領域を形成するp型不純物のみではゲッタリング作用を持たないため、ゲッタリング作用を有するn型不純物をゲッタリング元素として利用する。n型不純物元素の場合は、導入領域での触媒元素に対する固溶度が上がり、前述の第1のゲッタリング作用が引き起こされる。ところが、n型不純物元素に加えて、p型不純物元素を同時に用いることで、ゲッタリング元素として効果がさらに大きくなる。ゲッタリング領域に5族B元素だけでなく、3族B元素をドープすると、ゲッタリングメカニズムが変わり、リンのみの場合の第1のゲッタリング作用に加えて、欠陥や局所的歪を利用した第2のゲッタリング作用が優勢になる。これにより、ゲッタリング能力は高められ、より大きなゲッタリング効果が得られる。具体的には、5族Bから選ばれた元素としてP(燐)、3族B元素から選ばれた元素としてB(ホウ素)をそれぞれ用いるとより高い効果が得られる。   In the present embodiment, an impurity element belonging to Group B of the periodic table for imparting n-type and a periodic table of Group B for imparting p-type are provided in the gettering regions of the N-channel TFT and the P-channel TFT. And impurity elements belonging to. In a P-channel TFT, only a p-type impurity forming the source and drain regions does not have a gettering action, and therefore an n-type impurity having a gettering action is used as a gettering element. In the case of an n-type impurity element, the solid solubility with respect to the catalytic element in the introduction region increases, and the first gettering action described above is caused. However, by using a p-type impurity element at the same time in addition to the n-type impurity element, the effect as a gettering element is further increased. When the gettering region is doped not only with the group 5 B element but also with the group 3 B element, the gettering mechanism is changed, and in addition to the first gettering action in the case of phosphorus alone, the first is obtained by utilizing defects and local strains. 2 gettering action becomes dominant. As a result, the gettering ability is increased, and a larger gettering effect can be obtained. Specifically, when P (phosphorus) is used as the element selected from Group 5B and B (boron) is used as the element selected from Group 3B element, a higher effect can be obtained.

ゲッタリング領域におけるn型を付与する不純物元素の濃度は、1×1019〜3×1021/cm3あり、p型を付与する不純物元素の濃度は、1×1019〜3×1021/cm3であることが好ましい。それぞれの不純物元素の濃度が上記範囲内であれば、十分なゲッタリング効率が得られる。これらの濃度が上記範囲以上でも、ゲッタリング効率は飽和しており、余分な処理時間が必要となるだけでメリットは無い。 The concentration of the impurity element imparting n-type in the gettering region, 1 × there 10 19 ~3 × 10 21 / cm 3, the concentration of the impurity element imparting p-type, 1 × 10 19 ~3 × 10 21 / Preferably it is cm 3 . If the concentration of each impurity element is within the above range, sufficient gettering efficiency can be obtained. Even if these concentrations are above the above range, the gettering efficiency is saturated, and there is no merit in that extra processing time is required.

本実施形態におけるゲッタリング領域は、典型的には、半導体層における他の領域(チャネル形成領域、ソース領域およびドレイン領域)と比べて、より多くの非晶質成分とより少ない結晶質成分とを有している。すなわち、ゲッタリング領域を形成するドーピング工程では、島状半導体層のうち薄膜化されたゲート絶縁膜と重なる部分の非晶質化を、ソース領域およびドレイン領域となる領域よりも進行させている。非晶質領域における触媒元素の自由エネルギーは結晶質領域よりも低いために、触媒元素は非晶質領域へ拡散し易い。さらに、非晶質領域では、不対結合手や格子欠陥などが、触媒元素をトラップする偏析サイトを形成するので、偏析サイトに触媒元素を移動させてトラップするといった第2のゲッタリング作用を有している。本実施形態では、TFT半導体層中にソース領域およびドレイン領域とは別にゲッタリング領域を有し、そのゲッタリング領域はTFTのキャリア(電子または正孔)の移動を妨げないように配置されている。従って、ゲッタリング領域が非晶質化し、高抵抗となっても、TFTは全く影響を受けない。その結果、従来は使用が困難であった高いゲッタリング能力を有する非晶質状態のゲッタリング領域を半導体層内に構成することができる。   The gettering region in this embodiment typically includes more amorphous components and less crystalline components than other regions in the semiconductor layer (channel formation region, source region, and drain region). Have. That is, in the doping step for forming the gettering region, the amorphous portion of the island-like semiconductor layer that overlaps the thinned gate insulating film is made to progress more than the region that becomes the source region and the drain region. Since the free energy of the catalytic element in the amorphous region is lower than that in the crystalline region, the catalytic element is likely to diffuse into the amorphous region. Further, in the amorphous region, a dangling bond or a lattice defect forms a segregation site for trapping the catalytic element, and thus has a second gettering action of moving the catalytic element to the segregation site and trapping. is doing. In the present embodiment, the TFT semiconductor layer has a gettering region separately from the source region and the drain region, and the gettering region is arranged so as not to prevent the movement of carriers (electrons or holes) of the TFT. . Therefore, even if the gettering region becomes amorphous and has a high resistance, the TFT is not affected at all. As a result, an amorphous gettering region having a high gettering capability that has been difficult to use in the past can be formed in the semiconductor layer.

ゲッタリング領域と、チャネル形成領域、ソース/ドレイン領域の結晶状態の具体的な測定評価手段として、ラマン分光スペクトルにおける非晶質半導体のTOフォノンピークPaと結晶半導体のTOフォノンピークPcとの比Pa/Pcを用いることが有効である。ケイ素膜からなる半導体層の場合、結晶SiのTOフォノンによるピークPcは、520cm-1近傍に現れ、非晶質SiのTOフォノンによるピークPaは、その状態密度を反映し480cm-1近傍にブロードな形状で現れる。このように、ゲッタリング領域にが、チャネル形成領域やソースおよびドレイン領域よりも大きいPa/Pcを有するように構成すると、高いゲッタリング効率を確保することができ、前述したようなゲッタリング効果を得ることができる。また、上述の製造方法において、ゲッタリング領域におけるPa/Pcを、ソースおよびドレイン領域のPa/Pcよりも大きくなるような状態を形成した後、その状態を第2の加熱処理の後も保持することが望ましい。このような状態を保持したままTFTを完成させると、TFT駆動時においても、ゲッタリング領域は常にゲッタリング工程時と同レベルのゲッタリング能力を保ち、ゲッタリング領域からの触媒元素の逆拡散を防ぎことができ、TFTの信頼性を高めることができる。 As a specific measurement and evaluation means of the crystalline state of the gettering region, the channel formation region, and the source / drain region, the ratio Pa between the TO phonon peak Pa of the amorphous semiconductor and the TO phonon peak Pc of the crystalline semiconductor in the Raman spectrum. It is effective to use / Pc. In the case of a semiconductor layer made of a silicon film, the peak Pc due to TO phonon of crystalline Si appears in the vicinity of 520 cm −1, and the peak Pa due to the TO phonon of amorphous Si broadens in the vicinity of 480 cm −1 reflecting the density of states. Appears in various shapes. As described above, when the gettering region is configured to have a larger Pa / Pc than the channel formation region and the source and drain regions, high gettering efficiency can be ensured, and the gettering effect as described above can be obtained. Obtainable. Further, in the above manufacturing method, after forming a state in which Pa / Pc in the gettering region is larger than Pa / Pc in the source and drain regions, the state is maintained even after the second heat treatment. It is desirable. If the TFT is completed while maintaining this state, the gettering region always maintains the same level of gettering capability as in the gettering process even when driving the TFT, and the back diffusion of the catalytic element from the gettering region is prevented. Therefore, the reliability of the TFT can be improved.

上述した製造方法では、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTとを同時に形成する際、それぞれのTFTのソースおよびドレイン領域を形成する工程(すなわちn型ドーピング工程およびp型ドーピング工程)を上手く利用して、pチャネル型TFTのゲッタリング領域に加えて、nチャネル型TFTのゲッタリング領域をも同時形成する。そのため、製造工程を簡略化できる。前述のように、p型不純物そのものはゲッタリング元素として機能しないが、n型不純物と共に存在すると、強いゲッタリング作用を有する。よって、nチャネル型TFTの半導体層にもn型不純物とp型不純物とがドープされたゲッタリング領域を形成することにより、nチャネル型TFTにおけるゲッタリング能力をより高めることができる。   In the manufacturing method described above, when the n-channel TFT and the p-channel TFT are simultaneously formed, the process of forming the source and drain regions of each TFT (that is, the n-type doping process and the p-type doping process) is utilized well. Thus, in addition to the gettering region of the p-channel TFT, a gettering region of the n-channel TFT is formed simultaneously. Therefore, the manufacturing process can be simplified. As described above, the p-type impurity itself does not function as a gettering element, but has a strong gettering action when present together with an n-type impurity. Therefore, by forming a gettering region doped with n-type impurities and p-type impurities in the semiconductor layer of the n-channel TFT, the gettering capability of the n-channel TFT can be further enhanced.

また、nチャネル型TFTのゲッタリング領域上のゲート絶縁膜は選択的に薄膜化されている。そのため、ゲッタリング領域はソース/ドレイン領域よりも多くのn型不純物が導入され、また、より大きいドーピングダメージを受けるのでより多くの非晶質化や結晶欠陥を生じる。従って、ゲート絶縁膜を選択的に薄膜化することによって、ゲッタリング領域のゲッタリング能力を向上できる。   Further, the gate insulating film on the gettering region of the n-channel TFT is selectively thinned. For this reason, the gettering region is introduced with more n-type impurities than the source / drain regions, and receives more doping damage, resulting in more amorphization and crystal defects. Therefore, the gettering ability of the gettering region can be improved by selectively thinning the gate insulating film.

従来の製造方法では、ゲート絶縁膜を選択的に薄膜化しないので、半導体層にソースおよびドレイン領域とは別にゲッタリング領域を形成していたとしても、ゲッタリング能力をより高めようとしてゲッタリング領域にゲッタリング元素(n型不純物)を多量にドープすると、同量のn型不純物がソースおよびドレイン領域にもドープされてしまう。ゲッタリングを目的とするn型不純物の量は、ソースおよびドレイン領域にとっては過剰である。そのような多量のn型不純物がドープされると、ソースおよびドレイン領域は、低抵抗化されるどころか、そのドーピングダメージにより非晶質化が生じ、非常に高抵抗化する。p型不純物においても同様の問題が生じるが、上記のソースおよびドレイン領域の高抵抗化はn型不純物のドープによる方がより顕著であり、特にnチャネル型TFTで大きな問題となる。   In the conventional manufacturing method, since the gate insulating film is not selectively thinned, even if the gettering region is formed separately from the source and drain regions in the semiconductor layer, the gettering region is intended to increase the gettering capability. If a gettering element (n-type impurity) is doped in a large amount, the same amount of n-type impurity is also doped in the source and drain regions. The amount of n-type impurities intended for gettering is excessive for the source and drain regions. When such a large amount of n-type impurity is doped, the source and drain regions are made amorphous due to the doping damage, rather than being lowered in resistance, and become extremely high in resistance. The same problem occurs in the case of p-type impurities, but the increase in resistance of the source and drain regions is more conspicuous by doping with n-type impurities, and becomes a serious problem particularly in n-channel TFTs.

これに対し、本発明では、ゲート絶縁膜の厚さを、ゲッタリング領域上とソースおよびドレイン領域上とで異ならせることで、それぞれの目的に適したドーピングを同時に行うことができるようになる。すなわち、薄いゲート絶縁膜と重なっているゲッタリング領域には、n型不純物やp型不純物がソースおよびドレイン領域よりも多量にドープされ、そのときのドーピングダメージにより非晶質化が進行し、ゲッタリング領域としてはベストの状態となっている。一方、厚いゲート絶縁膜と重なっているソースおよびドレイン領域では、これらのドーピング時のドーピングダメージが小さく、結晶状態を保ったまま低抵抗化される。   On the other hand, in the present invention, doping suitable for each purpose can be performed simultaneously by making the thickness of the gate insulating film different between the gettering region and the source and drain regions. That is, the gettering region overlapping with the thin gate insulating film is doped with a larger amount of n-type impurity or p-type impurity than the source and drain regions, and amorphization progresses due to doping damage at that time. The ring area is in the best state. On the other hand, in the source and drain regions overlapping with the thick gate insulating film, the doping damage during these dopings is small, and the resistance is reduced while maintaining the crystalline state.

本発明者らは、SIMS(2次イオン質量分析法)によって、ドーピング装置におけるn型不純物のプロファイルデータを得た。図12は、その一例を示すグラフである。   The present inventors obtained profile data of n-type impurities in a doping apparatus by SIMS (secondary ion mass spectrometry). FIG. 12 is a graph showing an example thereof.

図12は、n型不純物としてリンが酸化ケイ素膜中にドーピングされたときの膜厚方向の濃度プロファイルである。図12に示すグラフの横軸は表面からの深さであり、0点が酸化ケイ素膜の最表面である。図12から、表面からの深さが500Å(50nm)の位置におけるリンの濃度は、表面からの深さが1000Å(100nm)の位置におけるリン濃度の約5倍であることがわかる。従って、例えば、ソースおよびドレイン領域上のゲート絶縁膜の厚さを100nmとし、ゲッタリング領域上のゲート絶縁膜の厚さを50nmと薄くし、n型不純物としてリンのドーピングを行なうと、ゲッタリング領域のリンの濃度がソースおよびドレイン領域のリンの濃度の約5倍になる。それだけでなく、上層にあるゲート絶縁膜が薄いために、ゲッタリング領域には、厚いゲート絶縁膜の下にあるソースおよびドレイン領域よりも高い加速電圧でリンイオンが注入される。そのため、ゲッタリング領域では、個々のイオンの衝撃エネルギーが大きく、さらに結晶性が崩れ、非晶質化が進行する。これに対して、ソースおよびドレイン領域では、ゲート絶縁膜が厚いため、リンが過剰に注入されず、また注入時におけるイオンの衝撃エネルギーも低いことから、非晶質化がおこらず、結晶状態を維持することができる。このようにして、簡易に、ゲッタリング領域とソースおよびドレイン領域とを、それぞれの目的に見合った結晶状態に作り分けることができる。   FIG. 12 is a concentration profile in the film thickness direction when phosphorus is doped as an n-type impurity in the silicon oxide film. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 12 is the depth from the surface, and the zero point is the outermost surface of the silicon oxide film. From FIG. 12, it can be seen that the phosphorus concentration at the position where the depth from the surface is 500 mm (50 nm) is about five times the phosphorus concentration at the position where the depth from the surface is 1000 mm (100 nm). Therefore, for example, when the thickness of the gate insulating film on the source and drain regions is set to 100 nm, the thickness of the gate insulating film on the gettering region is reduced to 50 nm, and phosphorus is doped as an n-type impurity, gettering is performed. The concentration of phosphorus in the region is about 5 times the concentration of phosphorus in the source and drain regions. In addition, since the upper gate insulating film is thin, phosphorus ions are implanted into the gettering region at a higher acceleration voltage than the source and drain regions under the thick gate insulating film. Therefore, in the gettering region, the impact energy of individual ions is large, the crystallinity is further lost, and amorphization proceeds. On the other hand, in the source and drain regions, since the gate insulating film is thick, phosphorus is not excessively implanted, and the impact energy of ions at the time of implantation is low. Can be maintained. In this manner, the gettering region and the source and drain regions can be easily formed in a crystalline state suitable for each purpose.

さらに、上述の製造方法によると、ゲッタリング領域上のゲート絶縁膜を薄膜化あるいは除去してゲッタリング能力を高めると共に、触媒元素の残留に対するマージンを拡大して、装置の信頼性を高めることができる。より具体的に説明すると、上述の製造方法では、ゲート絶縁膜上に第1の導電膜、第2の導電膜を堆積させ、第1の導電膜および第2の導電膜をパターニング(エッチング)し、第1の導電膜からなる第1導電層よりも第2の導電膜からなる第2導電層の幅が狭くなるような階段状の積層構造を有するゲート電極を形成している。このような構造のゲート電極を形成することにより、ドーピングの際にLDD領域をゲート電極に対して自己整合的に形成できるようになる。その結果、信頼性の向上あるいはオフ電流の低減に加え、半導体素子としてのサイズの縮小化が図れ、集積度を高めることができる。   Furthermore, according to the manufacturing method described above, the gate insulating film on the gettering region can be thinned or removed to increase the gettering capability, and the margin for remaining catalyst elements can be increased to improve the reliability of the apparatus. it can. More specifically, in the above-described manufacturing method, the first conductive film and the second conductive film are deposited on the gate insulating film, and the first conductive film and the second conductive film are patterned (etched). A gate electrode having a stepped stacked structure is formed such that the width of the second conductive layer made of the second conductive film is narrower than that of the first conductive layer made of the first conductive film. By forming the gate electrode having such a structure, the LDD region can be formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode during doping. As a result, in addition to improving reliability or reducing off-state current, the size of the semiconductor element can be reduced and the degree of integration can be increased.

ここで、第1の導電膜と第2の導電膜をパターニングして階段状の積層構造を有するゲート電極を形成する工程は、第2の導電膜を第1のテーパー角度を有するようにエッチング加工する工程(工程E)と、第1の導電膜をエッチング加工する工程(工程F)と、第1のテーパー角度を有するようにエッチング加工された第2の導電膜を、さらに選択的にエッチング加工し、第1のテーパー角度よりも大きなテーパー角度となる第2のテーパー角度を有するようにエッチング加工する工程(工程G)とを含むことができる。これにより、上記階段状の積層構造を有するゲート電極を、制御性よく簡易に形成できる。   Here, in the step of patterning the first conductive film and the second conductive film to form a gate electrode having a stepped stacked structure, the second conductive film is etched so as to have the first taper angle. Etching the first conductive film (process E), etching the first conductive film (process F), and selectively etching the second conductive film etched to have the first taper angle. And a step (step G) of performing etching so as to have a second taper angle that is larger than the first taper angle. As a result, the gate electrode having the stepped stacked structure can be easily formed with good controllability.

また、上記工程E、FおよびGは、エッチング装置内で連続的に行なわれることが好ましい。これにより、製造プロセスを増やすことなく、上記階段状の積層構造を有するゲート電極を容易に形成できる。また、製造コストを低減できる。   Moreover, it is preferable that the said process E, F, and G is performed continuously within an etching apparatus. Thereby, the gate electrode having the stepped laminated structure can be easily formed without increasing the number of manufacturing processes. Further, the manufacturing cost can be reduced.

前述の製造方法において、第2のマスク及びNチャネル型TFTのゲート電極をマスクとして、半導体層のうちそれらのマスクから露呈している領域に対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程では、ゲート電極の第2導電層をマスクとし、第1導電層を越してドーピングを行なってもよい。あるいは、第2のマスク及びNチャネル型TFTのゲート電極をマスクとして、半導体層のうちそれらのマスクから露呈している領域に対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程は、ゲート電極の第2導電層をマスクとし、第1導電層を越してn型を付与する不純物元素を低濃度にドーピングする工程と、ゲート電極の第1導電層をマスクとして、n型を付与する不純物元素を高濃度にドーピングする工程とを含んでいてもよい。このような工程を行うことにより、第1導電層と第2導電層との導電層のチャネル方向の幅の差(階段部分の長さ)を利用して、ゲート電極とオーバーラップするLDD領域を自己整合的に形成することができる。   In the manufacturing method described above, in the step of doping an impurity element imparting n-type into a region exposed from the mask of the semiconductor layer using the second mask and the gate electrode of the N-channel TFT as a mask. The doping may be performed across the first conductive layer using the second conductive layer of the gate electrode as a mask. Alternatively, using the second mask and the gate electrode of the N-channel TFT as a mask, a step of doping an impurity element imparting n-type into a region exposed from the mask in the semiconductor layer may be performed by Using the second conductive layer as a mask, doping the impurity element imparting n-type over the first conductive layer at a low concentration, and using the first conductive layer of the gate electrode as a mask, the impurity element imparting n-type And a step of doping at a high concentration. By performing such a process, the LDD region overlapping with the gate electrode can be formed by utilizing the difference in the channel width of the conductive layer between the first conductive layer and the second conductive layer (the length of the stepped portion). It can be formed in a self-aligning manner.

ゲート電極の第2導電層をマスクとし、第1導電層を越してn型を付与する不純物元素を低濃度にドーピングする工程と、ゲート電極の第1導電層をマスクとして、n型を付与する不純物元素を高濃度にドーピングする工程とは、同一のドーピング装置内で連続して行うことが望ましい。これにより、ドーピング時の加速電圧をそれぞれの対象の膜厚に設定し、制御性の高い処理を実行でき、その上、実質的な工程の増加を防止できる。   Using the second conductive layer of the gate electrode as a mask, doping the impurity element imparting n-type over the first conductive layer at a low concentration, and applying the n-type using the first conductive layer of the gate electrode as a mask The step of doping the impurity element at a high concentration is preferably performed continuously in the same doping apparatus. Thereby, the acceleration voltage at the time of doping can be set to the film thickness of each object, a process with high controllability can be executed, and a substantial increase in the number of steps can be prevented.

さらに、ゲート電極の第2導電層をマスクとし、第1導電層を越してn型を付与する不純物元素を低濃度にドーピングする工程と、ゲート電極の第1導電層をマスクとして、n型を付与する不純物元素を高濃度にドーピングする工程とは、同時に行われることが望ましい。第1導電層とゲート絶縁膜の厚さのバラツキを小さく抑えることができる場合には、ドーピングの加速電圧を最適値に合わせ込み、プロファイル差を利用し、一度のドーピング工程で、上記2つの工程を同時に行うことが可能である。この場合、プロセスとして最も効率がよく、LDDを作成しない場合と比較しても処理時間の増加は全くない。   Further, the step of doping the impurity element imparting n-type over the first conductive layer with a low concentration using the second conductive layer of the gate electrode as a mask, and the n-type using the first conductive layer of the gate electrode as a mask The step of doping the impurity element to be applied at a high concentration is preferably performed at the same time. When variation in the thicknesses of the first conductive layer and the gate insulating film can be reduced, the doping acceleration voltage is adjusted to the optimum value, and the profile difference is used to perform the above two steps in one doping step. Can be performed simultaneously. In this case, the process is most efficient, and there is no increase in processing time even when compared with the case where no LDD is created.

本実施形態における導電膜をパターニング(エッチング)してゲート電極を形成する工程は、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法、あるいはRIE(リアクティブイオンエッチング)法により行なうことができる。これらのエッチング法を用いると、所定のテーパー角度を有するように導電膜を高精度に加工できる。特に、高いエッチング精度で、積層された第1の導電膜および第2の導電膜を階段状にエッチングすることが可能となるので有利である。   The step of patterning (etching) the conductive film in this embodiment to form a gate electrode can be performed by an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method or an RIE (reactive ion etching) method. When these etching methods are used, the conductive film can be processed with high accuracy so as to have a predetermined taper angle. In particular, the stacked first conductive film and second conductive film can be etched stepwise with high etching accuracy, which is advantageous.

また、第2の加熱処理により、島状半導体層のうち、少なくともソース領域およびドレイン領域にドープされたn型不純物あるいは/およびp型不純物の活性化を行うことが好ましい。このように、第2の加熱処理工程でゲッタリングと活性化とを同時に行うことにより、工程短縮を図り、従来技術での課題であったゲッタリングによる付加工程を省くことができる。結果として、製造プロセスを簡略化でき、かつ製造コストを削減できる。   In addition, it is preferable to activate n-type impurities and / or p-type impurities doped in at least the source region and the drain region in the island-shaped semiconductor layer by the second heat treatment. In this way, by performing gettering and activation simultaneously in the second heat treatment process, the process can be shortened and an additional process by gettering, which was a problem in the prior art, can be omitted. As a result, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

加えて、ゲート電極の材料として、W、Ta、Ti、Moから選ばれた元素、または上記元素を含む合金材料の一種または複数種を用いることが好ましい。本実施形態では、ゲート電極形成後に、ゲッタリングのための第2の加熱処理を行うが、この加熱処理は500℃以上の高温で行う必要である。従って、ゲート電極の材料として、耐熱性の観点から上記に例示したような高融点金属であることが望ましい。   In addition, it is preferable to use an element selected from W, Ta, Ti, and Mo, or one or more kinds of alloy materials containing the above elements as the material of the gate electrode. In this embodiment, after the gate electrode is formed, the second heat treatment for gettering is performed. This heat treatment needs to be performed at a high temperature of 500 ° C. or higher. Therefore, the material for the gate electrode is desirably a refractory metal as exemplified above from the viewpoint of heat resistance.

本実施形態において、上記の非晶質半導体膜を用意する工程は、開口部を有するマスクを非晶質半導体膜上に形成する工程と、開口部を通して触媒元素を非晶質半導体膜の選択された領域に添加する工程とを含んでいてもよい。この場合、非晶質半導体膜に選択的に触媒元素を添加した後、第1の加熱処理において、触媒元素が選択的に添加された領域からその周辺部へと横方向に結晶成長させることにより結晶質半導体膜を形成する。そのため、結晶成長方向がほぼ一方向にそろった良好な結晶質半導体膜を得ることができ、TFTの電流駆動能力をより高めることが可能である。   In this embodiment, the step of preparing the amorphous semiconductor film includes a step of forming a mask having an opening on the amorphous semiconductor film, and a catalyst element selected through the opening. And a step of adding to the region. In this case, after the catalytic element is selectively added to the amorphous semiconductor film, in the first heat treatment, crystal growth is performed in the lateral direction from the region where the catalytic element is selectively added to the periphery thereof. A crystalline semiconductor film is formed. Therefore, it is possible to obtain a good crystalline semiconductor film in which the crystal growth direction is substantially aligned in one direction, and it is possible to further increase the current driving capability of the TFT.

上記触媒元素として、Ni、Co、Sn、Pb、Pd、Fe、Cuから選ばれた一種または複数種の元素を用いることができる。これらから選ばれた一種または複数種類の元素であれば、微量で結晶化を助長する効果を発揮する。   As the catalyst element, one or more elements selected from Ni, Co, Sn, Pb, Pd, Fe, and Cu can be used. One or more elements selected from these exhibit the effect of promoting crystallization in a trace amount.

触媒元素は単独では作用せず、ケイ素膜と結合しシリサイド化することで結晶成長に作用する。このとき、シリサイドの結晶構造が、非晶質ケイ素膜結晶化時に一種の鋳型のように作用し、非晶質ケイ素膜の結晶化を促す。触媒元素としてNiを用いると、Niは2つのSiとNiSi2のシリサイドを形成する。NiSi2は螢石型の結晶構造を示し、その結晶構造は、単結晶ケイ素のダイヤモンド構造と非常に類似したものである。しかも、NiSi2はその格子定数が5.406Åであり、結晶シリコンのダイヤモンド構造における格子定数5.430Åに非常に近い値をもつ。従って、NiSi2は非晶質ケイ素膜を結晶化させるための鋳型として最適である。よって、上記に例示した元素の中でも、特にNiを用いると、最も顕著な結晶化を助長する効果を得ることができる。 The catalytic element does not act alone, but acts on crystal growth by bonding to the silicon film and silicidation. At this time, the crystal structure of the silicide acts as a kind of template during crystallization of the amorphous silicon film, and promotes crystallization of the amorphous silicon film. When Ni is used as the catalyst element, Ni forms a silicide of two Si and NiSi 2 . NiSi 2 exhibits a meteorite-type crystal structure, which is very similar to the diamond structure of single crystal silicon. Moreover, NiSi 2 has a lattice constant of 5.406 、, which is very close to the lattice constant of 5.430 に お け る in the diamond structure of crystalline silicon. Therefore, NiSi 2 is optimal as a template for crystallizing an amorphous silicon film. Therefore, among the elements exemplified above, when Ni is used in particular, the effect of promoting the most remarkable crystallization can be obtained.

本実施形態の装置は、触媒元素を用いて作製された結晶質半導体膜を用いて製造されるので、そのゲッタリング領域には、非晶質半導体膜の結晶化を促進する触媒元素が存在している。ゲッタリング領域に存在する触媒元素の濃度は、例えば5×1018atoms/cm3以上である。このとき、チャネル領域におけるその触媒元素の濃度は、例えば1×1015〜1×1017 atoms/cm3程度の範囲内にまで低減されている。すなわち、ゲッタリング工程によって、チャネル領域における触媒元素の濃度が上記範囲まで低減され、その結果、ゲッタリング領域の触媒元素濃度がチャネル領域の触媒元素濃度よりも2〜4桁上昇する。 Since the apparatus of this embodiment is manufactured using a crystalline semiconductor film manufactured using a catalytic element, a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film exists in the gettering region. ing. The concentration of the catalytic element present in the gettering region is, for example, 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more. At this time, the concentration of the catalytic element in the channel region is reduced, for example, to a range of about 1 × 10 15 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 . That is, the concentration of the catalytic element in the channel region is reduced to the above range by the gettering step, and as a result, the catalytic element concentration in the gettering region is increased by 2 to 4 orders of magnitude compared to the catalytic element concentration in the channel region.

半導体層の少なくともチャネル領域は、その結晶の面配向が主に〈111〉晶帯面で構成されている結晶質半導体膜から形成されることが好ましい。より好ましくは、半導体層の少なくともチャネル領域は、その結晶の面配向が主に〈111〉晶帯面で構成されており、その面配向の割合は、〈111〉晶帯面の中でも、特に(110)面配向と(211)面配向とで全体の50%以上の領域が占められている結晶質半導体膜から形成される。   At least the channel region of the semiconductor layer is preferably formed of a crystalline semiconductor film whose crystal plane orientation is mainly constituted by <111> crystal zone planes. More preferably, at least the channel region of the semiconductor layer has a crystal plane orientation mainly composed of <111> crystal zone planes, and the plane orientation ratio is particularly ( It is formed from a crystalline semiconductor film in which 50% or more of the entire region is occupied by (110) plane orientation and (211) plane orientation.

一般的に触媒元素を用いずに非晶質半導体膜を結晶化させる場合には、半導体膜下地の絶縁体の影響(特に非晶質二酸化ケイ素の場合)で、結晶質半導体膜の面配向は、(111)に向きやすい。これに対して、本実施形態のように非晶質半導体膜に触媒元素を添加して結晶化させる場合には、図13(A)に示すような特異な成長が行われる。図13(A)で、61は下地絶縁体、62は未結晶化領域の非晶質半導体膜、63は結晶質半導体膜、64は結晶成長のドライビングフォースとなっている触媒元素の半導体化合物である。触媒元素化合物64が結晶成長の最前線に存在し、隣接する非晶質領域62を紙面右方向に向かって次々と結晶化していくのであるが、このとき触媒元素化合物64は、〈111〉方向に向かって強く成長する性質がある。その結果、得られる結晶質半導体膜の面方位として、図13(A)に示すように〈111〉晶帯面が現れる。   In general, when an amorphous semiconductor film is crystallized without using a catalytic element, the plane orientation of the crystalline semiconductor film is affected by the influence of the insulator underlying the semiconductor film (especially in the case of amorphous silicon dioxide). , (111). On the other hand, when a catalyst element is added to the amorphous semiconductor film and crystallized as in the present embodiment, unique growth as shown in FIG. 13A is performed. In FIG. 13A, 61 is a base insulator, 62 is an amorphous semiconductor film in an uncrystallized region, 63 is a crystalline semiconductor film, and 64 is a semiconductor compound of a catalytic element serving as a driving force for crystal growth. is there. The catalytic element compound 64 exists at the forefront of crystal growth, and the adjacent amorphous regions 62 are crystallized one after another toward the right side of the drawing. At this time, the catalytic element compound 64 is in the <111> direction. It has the property of growing strongly toward As a result, as the plane orientation of the obtained crystalline semiconductor film, a <111> crystal zone plane appears as shown in FIG.

〈111〉晶帯面を図13(B)に示す。図13(B)において、横軸は(−110)面からの傾斜角度で、縦軸は表面エネルギーである。グループ65は、〈111〉晶帯面となる結晶面である。(100)面および(111)面は〈111〉晶帯面ではないが、比較のために示してある。また、図13(C)には、結晶方位の標準三角形を示す。ここで、〈111〉晶帯面の分布は図13(C)の破線のようになる。数字は代表的な極点の指数である。本実施形態における結晶質半導体膜では、これらの〈111〉晶帯面の中でも、特に(110)面あるいは(211)面が優勢配向となり、これらの面が全体の50%以上を占めるときに優位性が得られる。これらの2つの結晶面は他の面に比べてホール移動度が非常に高く、Nチャネル型TFTに比べ性能の劣るPチャネル型TFTの性能を特に向上でき、半導体回路においてもバランスがとり易いというメリットがある。   The <111> crystal zone plane is shown in FIG. In FIG. 13B, the horizontal axis is the inclination angle from the (−110) plane, and the vertical axis is the surface energy. The group 65 is a crystal plane that becomes a <111> crystal zone plane. The (100) plane and the (111) plane are not <111> crystal zone planes, but are shown for comparison. FIG. 13C shows a standard triangle of crystal orientation. Here, the distribution of the <111> crystal zone plane is as shown by the broken line in FIG. The numbers are typical pole indices. In the crystalline semiconductor film in this embodiment, among these <111> crystal zone planes, the (110) plane or (211) plane is predominantly oriented, and this plane dominates when it accounts for 50% or more of the entire plane. Sex is obtained. These two crystal planes have a very high hole mobility compared to the other planes, can improve the performance of P-channel TFTs that are inferior to N-channel TFTs, and are easily balanced in semiconductor circuits. There are benefits.

本実施形態における触媒元素を利用することにより得られた結晶質半導体膜の面方位分布を図14に示す。図14はEBSP測定による結果で、個々の微小領域に分けてその結晶方位を特定し、それをつなぎ合わせてマッピングしたものである。図14(A)に示すのは、本発明の結晶質半導体膜における面方位分布であり、図14(B)は、図14(A)のデータに基づいて、隣接する各マッピング点間の面方位の傾角が一定値以下(ここでは5°以下)のものを同色で塗り分け、個々の結晶ドメインの分布を浮かび上がらせたものである。また、図14(C)には、先ほど図13(C)で説明した結晶方位の標準三角形を示す。図14(C)からわかるように、本発明による結晶質半導体膜は、概ね〈111〉晶帯面に乗った面配向を示しており、特に(110)面および(211)面に強く配向しているのがわかる。また、図14(B)に示される個々の結晶ドメイン(ほぼ同一の面方位領域)のサイズは、2〜10μmの範囲で分布する。このように、本実施形態の装置では、半導体層を構成する結晶質半導体膜の結晶ドメイン(ほぼ同一の面方位領域)のドメイン径は2〜10μmであることが好ましい。なお、以上の面配向および面配向の割合、結晶ドメインのドメイン径は、EBSP測定により測定された値である。   FIG. 14 shows a plane orientation distribution of the crystalline semiconductor film obtained by using the catalyst element in the present embodiment. FIG. 14 shows the result of EBSP measurement, in which the crystal orientation is specified separately for each minute region, and these are connected and mapped. FIG. 14A shows a plane orientation distribution in the crystalline semiconductor film of the present invention, and FIG. 14B shows a plane between adjacent mapping points based on the data in FIG. Those having an inclination angle of azimuth or less (here, 5 ° or less) are separately painted with the same color, and the distribution of individual crystal domains is highlighted. FIG. 14C shows the standard triangle of the crystal orientation described above with reference to FIG. As can be seen from FIG. 14C, the crystalline semiconductor film according to the present invention shows a plane orientation almost on the <111> crystal zone plane, and is particularly strongly oriented in the (110) plane and the (211) plane. I can see that The size of each crystal domain (substantially the same plane orientation region) shown in FIG. 14B is distributed in the range of 2 to 10 μm. Thus, in the apparatus of this embodiment, it is preferable that the domain diameter of the crystal domain (substantially the same plane orientation region) of the crystalline semiconductor film constituting the semiconductor layer is 2 to 10 μm. The above-described plane orientation, the ratio of plane orientation, and the domain diameter of the crystal domain are values measured by EBSP measurement.

また、本実施形態の装置の製造方法では、第1の加熱処理の後、結晶質半導体膜にレーザー光を照射することが望ましい。結晶質半導体膜にレーザー光を照射すると、結晶質部分および非晶質部分の融点の相違により、結晶粒界部や微小な残留非晶質領域(未結晶化領域)が集中的に処理される。触媒元素を導入して結晶化された結晶質ケイ素膜は、柱状結晶から形成されており、その内部は単結晶状態である。そのため、レーザー光の照射により結晶粒界部が処理されると、基板全面にわたって単結晶状態に近い良質の結晶質半導体膜が得られるので、結晶性が大きく改善される。この結果、TFTのオン特性は大きく向上し、電流駆動能力により優れた半導体装置が実現できる。   In the method for manufacturing the device of this embodiment, it is desirable to irradiate the crystalline semiconductor film with laser light after the first heat treatment. When a crystalline semiconductor film is irradiated with laser light, a crystal grain boundary part and a minute residual amorphous region (uncrystallized region) are intensively processed due to a difference in melting point between the crystalline part and the amorphous part. . A crystalline silicon film crystallized by introducing a catalytic element is formed of columnar crystals, and the inside thereof is in a single crystal state. Therefore, when the crystal grain boundary is processed by laser light irradiation, a high-quality crystalline semiconductor film close to a single crystal state can be obtained over the entire surface of the substrate, so that crystallinity is greatly improved. As a result, the on-characteristics of the TFT are greatly improved, and a semiconductor device superior in current drive capability can be realized.

以下、図面を参照しながら、本発明による装置の構成およびその製造方法の実施形態をより具体的に説明する。   Hereinafter, the configuration of an apparatus according to the present invention and an embodiment of a manufacturing method thereof will be described more specifically with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1〜図4を参照しながら、本発明による第1の実施形態について説明する。本実施形態では、周辺駆動回路が画素用TFTと同一基板上に一体形成されたドライバモノリシックのアクティブマトリクス型液晶表示装置の作製工程について説明する。すなわち、本実施形態では、ガラス基板上に、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTとを相補型に構成したCMOS構造の回路と、画素電極をスイッチング駆動する画素TFT(Nチャネル型)とが同時に形成される。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a manufacturing process of a driver monolithic active matrix liquid crystal display device in which a peripheral drive circuit is integrally formed on the same substrate as a pixel TFT will be described. In other words, in the present embodiment, a CMOS structure circuit in which an n-channel TFT and a p-channel TFT are complemented on a glass substrate and a pixel TFT (N-channel type) that switches the pixel electrode are simultaneously provided. It is formed.

まず、図2(A)に示すように、基板101におけるTFTを形成する表面に、下地膜102、103を形成する。基板101は絶縁性表面を有していればよく、例えば低アルカリガラス基板や石英基板であってもよい。本実施形態では、基板101として低アルカリガラス基板を用いる。この場合、ガラス歪み点よりも10〜20℃程度低い温度で基板101をあらかじめ熱処理しておいても良い。下地膜102、103は基板101からの不純物拡散を防ぐために設けられ、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜または酸化窒化ケイ素膜などであってもよい。本実施形態では、下層の第1下地膜102として、例えばプラズマCVD法でSiH4、NH3、N2Oの材料ガスを用いて酸化窒化ケイ素膜を形成する。また、第2の下地膜103として、第1下地膜102の上に同様にプラズマCVD法によりTEOSおよび酸素を材料ガスとして用いて酸化ケイ素膜を形成する。このとき、第1下地膜(酸化窒化ケイ素膜)102の厚さは、好ましくは25〜400nm、例えば100nmである。また、第2下地膜(酸化ケイ素膜)103の厚さは、好ましくは25〜300nm、例えば100nmである。本実施形態では2層からなる下地膜を形成したが、下地膜は例えば酸化ケイ素膜の単層であってもよい。 First, as shown in FIG. 2A, base films 102 and 103 are formed on a surface of a substrate 101 on which a TFT is to be formed. The substrate 101 only needs to have an insulating surface, and may be, for example, a low alkali glass substrate or a quartz substrate. In this embodiment, a low alkali glass substrate is used as the substrate 101. In this case, the substrate 101 may be heat-treated in advance at a temperature lower by about 10 to 20 ° C. than the glass strain point. The base films 102 and 103 are provided to prevent impurity diffusion from the substrate 101, and may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like. In the present embodiment, a silicon oxynitride film is formed as the lower first base film 102 by using, for example, a plasma gas CVD method using a material gas of SiH 4 , NH 3 , and N 2 O. Further, as the second base film 103, a silicon oxide film is similarly formed on the first base film 102 using TEOS and oxygen as material gases by plasma CVD. At this time, the thickness of the first base film (silicon oxynitride film) 102 is preferably 25 to 400 nm, for example, 100 nm. The thickness of the second base film (silicon oxide film) 103 is preferably 25 to 300 nm, for example, 100 nm. In the present embodiment, a base film composed of two layers is formed, but the base film may be a single layer of a silicon oxide film, for example.

次に、非晶質構造を有するケイ素膜(a−Si膜)104を、プラズマCVD法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。a−Si膜104の厚さは、例えば20〜150nm、好ましくは30〜80nmである。本実施形態では、プラズマCVD法で、厚さが50nmの非晶質ケイ素膜を形成する。さらに、本実施形態では、マルチチャンバー型のプラズマCVD装置を用い、下地膜102、103とa−Si膜104とを大気雰囲気に晒さないで連続形成した。これにより、下地膜103とa−Si膜104との界面(TFTではバックチャネルとなる)の汚染を防ぐことが可能となり、作製するTFTの特性バラツキやしきい値電圧の変動を低減させることができる。   Next, a silicon film (a-Si film) 104 having an amorphous structure is formed by a known method such as a plasma CVD method or a sputtering method. The thickness of the a-Si film 104 is, for example, 20 to 150 nm, preferably 30 to 80 nm. In this embodiment, an amorphous silicon film having a thickness of 50 nm is formed by plasma CVD. Furthermore, in this embodiment, the base films 102 and 103 and the a-Si film 104 are continuously formed without being exposed to the air atmosphere using a multi-chamber plasma CVD apparatus. As a result, it is possible to prevent contamination at the interface between the base film 103 and the a-Si film 104 (which becomes a back channel in a TFT), and to reduce variation in characteristics and threshold voltage of the TFT to be manufactured. it can.

この後、a−Si膜104の表面上に触媒元素(本実施形態ではニッケル)105の微量添加を行う(図2(A))。このニッケル105の微量添加は、ニッケルを溶かせた溶液をa−Si104上に保持した後、スピナーにより溶液を基板101の上に均一に延ばして乾燥させることにより行う。本実施形態では、上記溶液の溶質として酢酸ニッケル、溶媒として水を用いる。また、上記溶液中のニッケル濃度は重量換算で例えば5ppmとなるように調整する。この工程によって添加される触媒元素の量は極微量である。a−Si104の表面における触媒元素濃度は、全反射蛍光X線分析(TRXRF)法により管理され、例えば5×1012 atoms/cm2程度である。 Thereafter, a small amount of a catalytic element (nickel in this embodiment) 105 is added onto the surface of the a-Si film 104 (FIG. 2A). This small amount of nickel 105 is added by holding the solution in which nickel is dissolved on the a-Si 104 and then uniformly extending the solution onto the substrate 101 by a spinner and drying it. In this embodiment, nickel acetate is used as the solute of the solution, and water is used as the solvent. Further, the nickel concentration in the solution is adjusted to be, for example, 5 ppm in terms of weight. The amount of catalytic element added by this process is extremely small. The concentration of the catalytic element on the surface of the a-Si 104 is controlled by a total reflection X-ray fluorescence analysis (TRXRF) method, and is, for example, about 5 × 10 12 atoms / cm 2 .

触媒元素105は、ニッケル(Ni)以外に、鉄(Fe)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)から選ばれた一種または複数種の元素であってもよい。これらの元素よりも触媒効果は小さいが、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)等も触媒元素105として機能する。また、触媒元素105をa−Si膜104に添加する方法としては、触媒元素を含む溶液を塗布する方法以外に、プラズマドーピング法、蒸着法もしくはスパッタ法等の気相法なども利用することができる。触媒元素を含む溶液を塗布する方法によると、触媒元素の添加量を容易に制御でき、またごく微量の触媒元素を容易に添加できるので有利である。   In addition to nickel (Ni), the catalyst element 105 may be one or more selected from iron (Fe), cobalt (Co), tin (Sn), lead (Pb), palladium (Pd), and copper (Cu). It may be an element. Although the catalytic effect is smaller than these elements, ruthenium (Ru), rhodium (Rh), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), etc. also function as the catalytic element 105. Further, as a method for adding the catalytic element 105 to the a-Si film 104, a gas phase method such as a plasma doping method, a vapor deposition method, or a sputtering method may be used in addition to a method of applying a solution containing the catalytic element. it can. The method of applying a solution containing a catalytic element is advantageous because the amount of catalytic element added can be easily controlled and a very small amount of catalytic element can be easily added.

続いて、基板101に不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気にて加熱処理を施す。この加熱処理として、550〜620℃で30分〜4時間のアニール処理を行うことが好ましい。本実施形態では、一例として590℃にて1時間の加熱処理を行う。この加熱処理によって、a−Si膜104の表面に添加されたニッケル105がa−Si膜104に拡散すると共に、シリサイド化が起こり、それを核としてa−Si膜104の結晶化が進行する。その結果、図2(B)に示すように、a−Si膜104は結晶化され、結晶質ケイ素膜104aとなる。なお、ここでは炉を用いた加熱処理により結晶化を行ったが、ランプ等を熱源として用いるRTA(Rapid Thermal Annealing)装置で結晶化を行ってもよい。   Subsequently, the substrate 101 is heat-treated in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere. As this heat treatment, it is preferable to perform an annealing treatment at 550 to 620 ° C. for 30 minutes to 4 hours. In this embodiment, as an example, heat treatment is performed at 590 ° C. for 1 hour. By this heat treatment, nickel 105 added to the surface of the a-Si film 104 is diffused into the a-Si film 104 and silicidation occurs, and the crystallization of the a-Si film 104 proceeds using this as a nucleus. As a result, as shown in FIG. 2B, the a-Si film 104 is crystallized into a crystalline silicon film 104a. Note that although crystallization is performed here by heat treatment using a furnace, crystallization may be performed by an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus using a lamp or the like as a heat source.

なお、加熱処理に先立って、スピン塗布時のa−Si膜104の表面の濡れ性を向上させるため、オゾン水等でa−Si204表面をわずかに酸化させておいてもよい。この後、基板101に不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気にて第1の加熱処理を行う(図5(B))。このとき、530〜600℃で30分〜8時間の条件でアニール処理を行う。本実施例では、一例として、550℃で4時間の加熱処理を行った。この加熱処理において、a−Si膜204の表面に添加されたニッケル205がa−Si膜204中に拡散すると共に、シリサイド化が起こり、それを核としてa−Si膜204の結晶化が進行する。その結果、a−Si膜204は結晶化され、結晶質ケイ素膜204aとなる。なお、ここでは炉を用いた加熱処理により結晶化を行ったが、ランプ等を熱源として用いるRTA(Rapid Thermal Annealing)装置で結晶化を行ってもよい。このようにして得られた結晶質ケイ素膜204aの結晶面配向は、主に〈111〉晶帯面で構成され、その中でも特に(110)面配向と(211)面配向とで全体の50%以上の領域が占められている。また、その結晶ドメイン(ほぼ同一の面方位領域)のドメイン径は、2〜10μmとなっている。   Prior to the heat treatment, the surface of the a-Si 204 may be slightly oxidized with ozone water or the like in order to improve the wettability of the surface of the a-Si film 104 during spin coating. After that, first heat treatment is performed on the substrate 101 in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere (FIG. 5B). At this time, annealing is performed at 530 to 600 ° C. for 30 minutes to 8 hours. In this example, as an example, heat treatment was performed at 550 ° C. for 4 hours. In this heat treatment, nickel 205 added to the surface of the a-Si film 204 is diffused into the a-Si film 204 and silicidation occurs, and the crystallization of the a-Si film 204 proceeds using this as a nucleus. . As a result, the a-Si film 204 is crystallized to become a crystalline silicon film 204a. Note that although crystallization is performed here by heat treatment using a furnace, crystallization may be performed by an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus using a lamp or the like as a heat source. The crystal plane orientation of the crystalline silicon film 204a thus obtained is mainly composed of the <111> crystal zone plane, and among them, (110) plane orientation and (211) plane orientation are 50% of the whole. These areas are occupied. Moreover, the domain diameter of the crystal domain (substantially the same plane orientation region) is 2 to 10 μm.

続いて、図2(C)に示すように、加熱処理により得られた結晶質ケイ素膜104aにレーザー光106を照射することで、この結晶質ケイ素膜104aをさらに再結晶化し、結晶性を向上させた結晶質ケイ素膜104bを形成する。このときのレーザー光としては、XeClエキシマレーザー(波長308nm、パルス幅40nsec)やKrFエキシマレーザー(波長248nm)が適用できる。このときのレーザー光のビームサイズは、基板101表面で長尺形状となるように成型されており、長尺方向に対して垂直方向に順次走査を行うことで、基板全面の再結晶化を行う。このとき、ビームの一部が重なるようにして走査することで、結晶質ケイ素膜104aの任意の一点において、複数回のレーザー照射が行われ、均一性の向上が図れる。このときのレーザー光のエネルギーは、低すぎると結晶性改善効果が小さく、高すぎると前工程で得られた結晶質ケイ素膜104aの結晶状態がリセットされてしまうため、適切な範囲に設定する必要がある。このようにして、固相結晶化により得られた結晶性ケイ素膜104aは、レーザー照射による溶融固化過程により結晶欠陥が低減され、より高品質な結晶性ケイ素膜104bとなる。尚、このレーザー照射工程後においても、レーザー照射前の結晶面配向及び結晶ドメイン状態はそのまま維持され、EBSP測定において大きな変化は見られない。但し、結晶質ケイ素膜104b表面にはリッジが発生しており、その平均表面粗さRaは2〜10nmとなっている。   Subsequently, as shown in FIG. 2C, the crystalline silicon film 104a obtained by the heat treatment is irradiated with a laser beam 106, whereby the crystalline silicon film 104a is further recrystallized and crystallinity is improved. The formed crystalline silicon film 104b is formed. As the laser light at this time, an XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 40 nsec) or a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) can be applied. The beam size of the laser light at this time is shaped to be a long shape on the surface of the substrate 101, and the entire surface of the substrate is recrystallized by sequentially scanning in the direction perpendicular to the long direction. . At this time, scanning is performed so that parts of the beams overlap each other, so that laser irradiation is performed a plurality of times at any one point of the crystalline silicon film 104a, thereby improving uniformity. If the energy of the laser beam at this time is too low, the crystallinity improvement effect is small, and if it is too high, the crystalline state of the crystalline silicon film 104a obtained in the previous step is reset, so it is necessary to set it within an appropriate range. There is. Thus, the crystalline silicon film 104a obtained by solid-phase crystallization is reduced in crystal defects by a melting and solidifying process by laser irradiation, and becomes a higher quality crystalline silicon film 104b. Even after this laser irradiation step, the crystal plane orientation and crystal domain state before laser irradiation are maintained as they are, and no significant change is observed in the EBSP measurement. However, a ridge is generated on the surface of the crystalline silicon film 104b, and the average surface roughness Ra is 2 to 10 nm.

その後、結晶質ケイ素膜104bの不要な部分を除去して素子間分離を行う。本工程により、図2(D)に示すように、後にTFTの活性領域(ソースおよびドレイン領域、チャネル領域)となる島状の結晶質ケイ素膜(半導体層)107n、107p、107gが形成される。半導体層107nは後のnチャネル型TFTとなり、半導体層107pはpチャネル型TFTとなり、半導体層107gは画素TFTとなる。   Thereafter, unnecessary portions of the crystalline silicon film 104b are removed, and element isolation is performed. By this step, as shown in FIG. 2D, island-like crystalline silicon films (semiconductor layers) 107n, 107p, and 107g that will later become active regions (source and drain regions, channel regions) of the TFT are formed. . The semiconductor layer 107n becomes a later n-channel TFT, the semiconductor layer 107p becomes a p-channel TFT, and the semiconductor layer 107g becomes a pixel TFT.

ここで、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTとなる半導体層107n、107pの全面に、しきい値電圧を制御する目的で1×1016〜5×1017/cm3程度の濃度でp型を付与する不純物元素としてボロン(B)を添加してもよい。ボロン(B)の添加はイオンドープ法で実施しても良いし、非晶質シリコン膜を成膜するときに同時に添加しておくこともできる。また、nチャネル型TFTのみのしきい値をコントロールする目的で、pチャネル型TFTの半導体層107pの上をフォトレジストで覆い、nチャネル型TFTの半導体層107nあるいは画素TFTの半導体層107gのみにボロンを低濃度で添加してもよい。なお、ボロンは必ずしも添加する必要でないが、nチャネル型TFTのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるためには、半導体層107nにボロンを添加することが好ましい。 Here, the p-type layer is formed on the entire surface of the semiconductor layers 107n and 107p to be n-channel TFTs and p-channel TFTs at a concentration of about 1 × 10 16 to 5 × 10 17 / cm 3 for the purpose of controlling the threshold voltage. Boron (B) may be added as an impurity element imparting. Boron (B) may be added by an ion doping method, or may be added simultaneously with the formation of an amorphous silicon film. For the purpose of controlling the threshold value of only the n-channel TFT, the p-channel TFT semiconductor layer 107p is covered with a photoresist so that only the n-channel TFT semiconductor layer 107n or the pixel TFT semiconductor layer 107g is covered. Boron may be added at a low concentration. Note that boron is not necessarily added, but boron is preferably added to the semiconductor layer 107n in order to keep the threshold voltage of the n-channel TFT within a predetermined range.

続いて、図3(A)に示すように、これらの半導体層107n、107p、107gを覆うゲート絶縁膜108を形成する。ゲート絶縁膜108は、酸化ケイ素膜(厚さ:20〜150nm)が好ましく、ここでは厚さが100nmの酸化ケイ素膜を用いた。ここでは、酸化ケイ素膜の形成は、TEOS(Tetra Ethoxy Ortho Silicate)を原料とし、酸素とともに基板温度が150〜600℃、好ましくは300〜450℃で、RFプラズマCVD法で分解・堆積することにより行う。酸化ケイ素膜を形成後、ゲート絶縁膜108自身のバルク特性、および結晶性ケイ素膜とゲート絶縁膜108との界面特性を向上するために、不活性ガス雰囲気下、500〜700℃で数分〜数時間のアニールを行ってもよい。また、ゲート絶縁膜108は、他のシリコンを含む絶縁膜の単層であっても良いし、積層構造を有していても良い。   Subsequently, as shown in FIG. 3A, a gate insulating film 108 covering these semiconductor layers 107n, 107p, and 107g is formed. The gate insulating film 108 is preferably a silicon oxide film (thickness: 20 to 150 nm). Here, a silicon oxide film having a thickness of 100 nm is used. Here, the silicon oxide film is formed by using TEOS (Tetra Ethoxy Ortho Silicate) as a raw material, decomposed and deposited by RF plasma CVD method with oxygen at a substrate temperature of 150 to 600 ° C., preferably 300 to 450 ° C. Do. After the formation of the silicon oxide film, in order to improve the bulk characteristics of the gate insulating film 108 itself and the interface characteristics between the crystalline silicon film and the gate insulating film 108, a few minutes at 500 to 700 ° C. in an inert gas atmosphere Annealing for several hours may be performed. The gate insulating film 108 may be a single layer of an insulating film containing other silicon or may have a stacked structure.

次に、ゲート電極を形成するために導電膜(A)109および導電膜(B)110を成膜する。本実施形態では、導電性の窒化物金属膜からなる導電膜(A)109と金属膜からなる導電膜(B)110とを積層する。導電膜(B)110はタンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)からなる群から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜(代表的にはMo−W合金膜、Mo−Ta合金膜)で形成できる。導電膜(A)109は窒化タンタル(TaN)、窒化タングステン(WN)、窒化チタン(TiN)膜、窒化モリブデン(MoN)を用いて形成できる。また、導電膜(A)109の材料として、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを用いても良い。導電膜(B)110の低抵抗化を図るためには、導電膜(B)110における不純物濃度を低減させると良く、特に酸素濃度を30ppm以下まで低減させると良い。例えば、タングステン(W)から形成された導電膜(B)110の場合、酸素濃度を30ppm以下とすると、20μΩcm以下の比抵抗値を実現することができる。   Next, a conductive film (A) 109 and a conductive film (B) 110 are formed to form a gate electrode. In this embodiment, a conductive film (A) 109 made of a conductive nitride metal film and a conductive film (B) 110 made of a metal film are stacked. The conductive film (B) 110 is an element selected from the group consisting of tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), and tungsten (W), an alloy containing the element as a main component, or a combination of the elements. Or an alloy film (typically, a Mo—W alloy film or a Mo—Ta alloy film). The conductive film (A) 109 can be formed using tantalum nitride (TaN), tungsten nitride (WN), titanium nitride (TiN) film, or molybdenum nitride (MoN). Alternatively, tungsten silicide, titanium silicide, or molybdenum silicide may be used as a material for the conductive film (A) 109. In order to reduce the resistance of the conductive film (B) 110, the impurity concentration in the conductive film (B) 110 is preferably reduced, and in particular, the oxygen concentration is preferably reduced to 30 ppm or less. For example, in the case of the conductive film (B) 110 formed from tungsten (W), when the oxygen concentration is 30 ppm or less, a specific resistance value of 20 μΩcm or less can be realized.

導電膜(A)109の厚さは例えば10〜50nm、好ましくは20〜30nmである。また、導電膜(B)110の厚さは例えば200〜400nm、好ましくは250〜350nmである。本実施形態では、導電膜(A)109として、厚さが30nmの窒化タンタル(TaN)膜を、導電膜(B)110として、厚さが350nmのタングステン(W)膜を用いる。これらの導電膜はいずれもスパッタ法で形成する。スパッタ法を用いてこれらの導電膜を形成するとき、スパッタ用のガスのArに適量のXeやKrを加えておくと、形成する導電膜の内部応力を緩和して導電膜の剥離を防止することができる。   The thickness of the conductive film (A) 109 is, for example, 10 to 50 nm, preferably 20 to 30 nm. The conductive film (B) 110 has a thickness of, for example, 200 to 400 nm, preferably 250 to 350 nm. In this embodiment, a tantalum nitride (TaN) film with a thickness of 30 nm is used as the conductive film (A) 109, and a tungsten (W) film with a thickness of 350 nm is used as the conductive film (B) 110. All of these conductive films are formed by sputtering. When these conductive films are formed using a sputtering method, if an appropriate amount of Xe or Kr is added to the sputtering gas Ar, the internal stress of the formed conductive film is relieved and peeling of the conductive film is prevented. be able to.

次いで、図3(A)に示すように、それぞれの半導体層の一部を覆うように、レジストからなるマスク111n、111p、111gを形成し、それぞれのTFTのゲート電極を形成する。   Next, as shown in FIG. 3A, resist masks 111n, 111p, and 111g are formed so as to cover a part of each semiconductor layer, and a gate electrode of each TFT is formed.

まず、導電膜(A)109および導電膜(B)110に対して、第1のエッチング条件で第1のエッチング処理を行う。本実施形態における第1のエッチング条件は次のように設定できる。ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法で、エッチング用ガスとしてCF4とCl2とO2を用い、それぞれのガス流量比を25/25/10(sccm)とする。また、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。第1のエッチングにより、導電膜(B)(W膜)110がパターニングされて、端部がテーパー状となる。これにより、図3(B)に示すように、各半導体層の上に、導電層(B)112n、112p、112gが形成される。 First, a first etching process is performed on the conductive film (A) 109 and the conductive film (B) 110 under a first etching condition. The first etching conditions in this embodiment can be set as follows. In an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, CF 4 , Cl 2, and O 2 are used as etching gases, and the respective gas flow ratios are set to 25/25/10 (sccm). Etching is performed by generating 500 W of RF (13.56 MHz) power to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma. 150 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. By conducting the first etching, the conductive film (B) (W film) 110 is patterned, and the end portion is tapered. As a result, as shown in FIG. 3B, conductive layers (B) 112n, 112p, and 112g are formed on each semiconductor layer.

この後、マスク111n、111p、111gを除去せずに、第2のエッチング条件で第2のエッチングを行う。第2のエッチング条件は例えば次のように設定できる。エッチング用ガスとしてCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約30秒程度行う。基板側にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入して、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。このような条件でCF4とCl2とを混合したガスを用いて導電膜(A)(TaN膜)109をパターニングすると(第2のエッチング)、導電膜(B)からなるゲート電極下層113n、113p、113gが形成される。この状態が図3(B)の状態に相当する。ここで、フォトレジストマスク111n、111p、111gは、上記エッチング工程により膜減りが進み、幅も初期に比べ細くなっている。 Thereafter, the second etching is performed under the second etching condition without removing the masks 111n, 111p, and 111g. The second etching condition can be set as follows, for example. CF 4 and Cl 2 are used as etching gases, the respective gas flow ratios are set to 30/30 (sccm), and 500 W of RF (13.56 MHz) power is supplied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma. For about 30 seconds. 20 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side, and a substantially negative self-bias voltage is applied. When the conductive film (A) (TaN film) 109 is patterned using the gas mixture of CF 4 and Cl 2 under such conditions (second etching), the gate electrode lower layer 113n made of the conductive film (B), 113p and 113g are formed. This state corresponds to the state shown in FIG. Here, the photoresist masks 111n, 111p, and 111g are reduced in thickness by the etching process, and the width is narrower than the initial one.

さらに、マスク111n、111p、111gを除去せずに、第3のエッチング条件で第3のエッチング処理を行う。第3のエッチング条件は例えば次のように設定できる。エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を20/20/20(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入して、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。上記第3のエッチング条件でエッチングを行うと、導電層(A)(W層)112n、112p、112gは異方性をもって選択的にエッチングされる。このとき、ゲート電極下層(TaN層)113n、113p、113gはエッチングされず、W層のみが横方向にエッチングされる。その結果、導電層(A)からゲート電極の上層114n、114p、114gが形成される。ゲート電極の上層(W層)114n、114p、114gの端部は直立し、端部におけるテーパー角度は80〜90°となる。このようにして、図3(C)に示すように、W層114n、114p、114gおよびTaN層113n、113p、113gからなる積層構造を有し、かつ階段状のゲート電極140n、140p、140gが完成する。ここで、画素TFTのゲート電極140gは、TFTオフ動作時のリーク電流を低減する目的から、2つのTFTを直列接続したデュアルゲート構造を有する。すなわち、1つの半導体層107gを覆って、2つのゲート電極140gが形成される。画素TFTのゲート構造は、さらにゲート電極140gの本数(TFTの直列接続数)を増やしたトリプルゲートやクワッドゲート構造であってもよい。 Further, the third etching process is performed under the third etching condition without removing the masks 111n, 111p, and 111g. For example, the third etching condition can be set as follows. CF 4 , Cl 2, and O 2 are used as etching gases, the gas flow ratio is 20/20/20 (sccm), and 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa. To apply a substantially negative self-bias voltage. When etching is performed under the third etching condition, the conductive layers (A) (W layers) 112n, 112p, and 112g are selectively etched with anisotropy. At this time, the gate electrode lower layer (TaN layer) 113n, 113p, 113g is not etched, and only the W layer is etched in the lateral direction. As a result, upper layers 114n, 114p, and 114g of the gate electrode are formed from the conductive layer (A). The ends of the upper layers (W layers) 114n, 114p, and 114g of the gate electrode stand upright, and the taper angle at the ends is 80 to 90 °. In this manner, as shown in FIG. 3C, the gate electrodes 140n, 140p, 140g having a stacked structure including the W layers 114n, 114p, 114g and the TaN layers 113n, 113p, 113g are formed. Complete. Here, the gate electrode 140g of the pixel TFT has a dual gate structure in which two TFTs are connected in series for the purpose of reducing a leakage current when the TFT is turned off. That is, two gate electrodes 140g are formed so as to cover one semiconductor layer 107g. The gate structure of the pixel TFT may be a triple gate or quad gate structure in which the number of gate electrodes 140g (the number of TFTs connected in series) is further increased.

次に、図4(A)に示すように、イオンドーピング法によって、ゲート電極140n、140p、140gをマスクとして半導体層107n、107p、107gに低濃度の不純物(リン)115を注入する。このとき、加速電圧は、ゲート絶縁膜108とゲート電極下層113とに対して設定される。そのため、半導体層107n、108p、107gのうちゲート電極下層113n、113p、113gと重なる部分には、低濃度n型不純物115が注入されない。ドーピングガスとして、フォスフィン(PH3)を用い、加速電圧を40〜80kV、例えば60kV、ドーズ量を1×1012〜1×1014cm-2、例えば1×1013cm-2とする。この工程により、半導体層107n、107p、107gのうち、ゲート電極140n、140p、140gに覆われていない領域116には低濃度のリン115が注入される。 Next, as shown in FIG. 4A, a low-concentration impurity (phosphorus) 115 is implanted into the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g by the ion doping method using the gate electrodes 140n, 140p, and 140g as a mask. At this time, the acceleration voltage is set for the gate insulating film 108 and the gate electrode lower layer 113. Therefore, the low-concentration n-type impurity 115 is not implanted into portions of the semiconductor layers 107n, 108p, and 107g that overlap with the gate electrode lower layers 113n, 113p, and 113g. As the doping gas, phosphine (PH 3 ) is used, the acceleration voltage is set to 40 to 80 kV, for example, 60 kV, and the dose amount is set to 1 × 10 12 to 1 × 10 14 cm −2 , for example, 1 × 10 13 cm −2 . Through this process, low-concentration phosphorus 115 is implanted into the region 116 of the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g that is not covered with the gate electrodes 140n, 140p, and 140g.

次いで、図4(B)に示すように、nチャネル型TFTと画素TFTにおいては、ゲート電極140n、140gを覆い、半導体層107n、107gの外縁部を露出させるようにフォトレジストによるドーピングマスク117n、117gを設ける。このとき、pチャネル型TFTの上方にはマスクは設けられず、TFT全体が露呈されている。   Next, as shown in FIG. 4B, in the n-channel TFT and the pixel TFT, a doping mask 117n made of photoresist covers the gate electrodes 140n and 140g and exposes the outer edges of the semiconductor layers 107n and 107g. 117g is provided. At this time, no mask is provided above the p-channel TFT, and the entire TFT is exposed.

続いて、pチャネル型TFTのゲート電極140pに対して、第4のエッチング処理を行う。第4のエッチングでは、ゲート電極上層(W層)114pをマスクとして、ゲート電極下層(TaN層)113pを選択的にエッチングする。これにより、pチャネル型TFTのゲート電極140pの上層のW層114pと下層のTaN層118pとの幅が同一となるので、pチャネル型TFTはnチャネル型TFTとは異なる形状となる。   Subsequently, a fourth etching process is performed on the gate electrode 140p of the p-channel TFT. In the fourth etching, the gate electrode lower layer (TaN layer) 113p is selectively etched using the gate electrode upper layer (W layer) 114p as a mask. As a result, the width of the upper W layer 114p and the lower TaN layer 118p of the gate electrode 140p of the p-channel TFT becomes the same, so that the p-channel TFT has a different shape from the n-channel TFT.

第4のエッチングにおけるエッチング条件は、例えば次のように設定できる。エッチング用ガスとしてCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とする。また、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し、約30秒程度のエッチングを行う。基板側にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入して、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。このような条件により、ゲート電極下層(TaN層)113pのみを選択的にエッチングできる。 The etching conditions in the fourth etching can be set as follows, for example. CF 4 and Cl 2 are used as etching gases, and the respective gas flow ratios are set to 30/30 (sccm). Further, 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma, and etching is performed for about 30 seconds. 20 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side, and a substantially negative self-bias voltage is applied. Under such conditions, only the gate electrode lower layer (TaN layer) 113p can be selectively etched.

続いて、図4(C)に示すように、pチャネル型TFTのゲート電極に対する第4のエッチング工程で利用したレジストマスク117n、117gと、pチャネル型TFTのゲート電極140pをマスクとして、ゲート絶縁膜108をエッチングすることにより、選択的に薄膜化されたゲート絶縁膜119を形成する。本実施形態では、RIE(リアクティブイオンエッチング)法で、エッチングガスとしてCHF3を用い、例えば約50nmのエッチングを行う。ゲート絶縁膜119の選択エッチングには、通常のプラズマエッチング法やICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法等も適用でき、またエッチングガスとしては、CF4やSF6等の他のフロン系ガスも利用できる。なお、本実施形態では、ドライプロセスでゲート絶縁膜108のエッチングを行なったが、フッ化水素酸等によるウエットエッチングを用いてもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 4C, gate insulation is performed using the resist masks 117n and 117g used in the fourth etching process for the gate electrode of the p-channel TFT and the gate electrode 140p of the p-channel TFT as a mask. By etching the film 108, a gate insulating film 119 which is selectively thinned is formed. In the present embodiment, CHF 3 is used as an etching gas by an RIE (reactive ion etching) method, for example, etching of about 50 nm is performed. For the selective etching of the gate insulating film 119, a normal plasma etching method, an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method, or the like can be applied, and other fluorocarbons such as CF 4 and SF 6 are used as an etching gas. System gases can also be used. In this embodiment, the gate insulating film 108 is etched by a dry process, but wet etching using hydrofluoric acid or the like may be used.

上記工程により、ゲート絶縁膜119のうちマスク117n、117gおよびpチャネル型TFTのゲート電極140pに覆われていない領域が薄膜化される。本実施形態では、この工程におけるエッチング量を例えば50nmとなるように設定したため、選択的に薄膜化された領域のゲート絶縁膜119の厚さは50nm程度である。なお、このときのゲート絶縁膜119のエッチング量は、実施者が便宜決定すればよく、上記開口部のゲート絶縁膜を完全に除去してしまってもよい。   Through the above process, the region of the gate insulating film 119 that is not covered with the masks 117n and 117g and the gate electrode 140p of the p-channel TFT is thinned. In this embodiment, since the etching amount in this step is set to 50 nm, for example, the thickness of the gate insulating film 119 in the selectively thinned region is about 50 nm. Note that the amount of etching of the gate insulating film 119 at this time may be determined conveniently by the practitioner, and the gate insulating film in the opening may be completely removed.

次に、上記工程で利用したレジストマスク117n、117gとpチャネル型TFTのゲート電極140pをマスクとして、各々の半導体層にp型を付与する不純物(ホウ素)120をイオンドーピング法によって注入する。ドーピングガスとして、ジボラン(B26)を用い、加速電圧を40kV〜80kV、例えば60kVとし、ドーズ量は1×1015〜1×1016cm-2、例えば5×1016cm-2とする。この工程により、nチャネル型TFT及び画素TFTの半導体層107n、107gのうち、マスク117n、117gより露呈している領域121n、121gに高濃度にホウ素が注入される。また、pチャネル型TFTの半導体層107pのうち、ゲート電極140pと重なっているチャネル領域123p以外の領域122に高濃度にホウ素120が注入される。領域122は、先の工程で低濃度に注入されているn型不純物のリンを高濃度のp型不純物(ホウ素)で反転させるためp型となる。このときの領域121n、121gおよび領域122におけるp型不純物元素(ホウ素)120の膜中濃度は1×1019〜3×1021/cm3である。 Next, using the resist masks 117n and 117g and the gate electrode 140p of the p-channel TFT used in the above steps as masks, an impurity (boron) 120 imparting p-type is implanted into each semiconductor layer by an ion doping method. Diborane (B 2 H 6 ) is used as a doping gas, the acceleration voltage is 40 kV to 80 kV, for example 60 kV, and the dose is 1 × 10 15 to 1 × 10 16 cm −2 , for example 5 × 10 16 cm −2 . To do. Through this step, boron is implanted at a high concentration into the regions 121n and 121g exposed from the masks 117n and 117g in the semiconductor layers 107n and 107g of the n-channel TFT and the pixel TFT. Further, in the p-channel TFT semiconductor layer 107p, boron 120 is implanted at a high concentration into a region 122 other than the channel region 123p overlapping with the gate electrode 140p. The region 122 is p-type because the n-type impurity phosphorus implanted at a low concentration in the previous step is inverted by a high-concentration p-type impurity (boron). At this time, the concentration in the film of the p-type impurity element (boron) 120 in the regions 121n and 121g and the region 122 is 1 × 10 19 to 3 × 10 21 / cm 3 .

続いて、レジストマスク117n、117gを除去した後、図5(A)に示すように、画素TFTの半導体層107gの上に、ゲート電極140gを一回り大きく覆うように、フォトレジストによるドーピングマスク124gを設ける。また、pチャネル型TFTのゲート電極140pをさらに一回り大きく覆い、半導体層107pの外縁部を露出させるようにフォトレジストによるドーピングマスク124pを設ける。このとき、nチャネル型TFTの上方にはマスクは設けられず、TFT全体が露呈されている。   Subsequently, after removing the resist masks 117n and 117g, as shown in FIG. 5A, a doping mask 124g made of a photoresist is formed on the semiconductor layer 107g of the pixel TFT so as to largely cover the gate electrode 140g. Is provided. Further, a doping mask 124p made of a photoresist is provided so as to cover the gate electrode 140p of the p-channel type TFT further and to expose the outer edge portion of the semiconductor layer 107p. At this time, no mask is provided above the n-channel TFT, and the entire TFT is exposed.

その後、イオンドーピング法によって、レジストマスク124p、124gおよびnチャネル型TFTのゲート電極140nをマスクとしてそれぞれの半導体層107n、107p、107gにn型不純物(リン)125を注入する。本実施形態では、ドーピングガスとして、フォスフィン(PH3)を用いる。また、リン125のドーピングは加速電圧およびドーズ量を変えて2回に分けて行う。1回目のドーピングでは、加速電圧を40〜80kV、例えば60kV、ドーズ量を1×1015〜2×1016cm-2、例えば6×1015cm-2とする。2回目のドーピングでは、加速電圧を80〜100kV、例えば90kV、ドーズ量を5×1012〜5×1014cm-2、例えば1×1014cm-2とする。これらの2回のドーピング工程は、同一のドーピングチャンバー内で連続して行ってもよい。 Thereafter, an n-type impurity (phosphorus) 125 is implanted into each of the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g by ion doping using the resist masks 124p and 124g and the gate electrode 140n of the n-channel TFT as a mask. In the present embodiment, phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas. Further, phosphorus 125 is doped in two steps by changing the acceleration voltage and the dose. In the first doping, the acceleration voltage is set to 40 to 80 kV, for example, 60 kV, and the dose is set to 1 × 10 15 to 2 × 10 16 cm −2 , for example, 6 × 10 15 cm −2 . In the second doping, the acceleration voltage is set to 80 to 100 kV, for example, 90 kV, and the dose amount is set to 5 × 10 12 to 5 × 10 14 cm −2 , for example, 1 × 10 14 cm −2 . These two doping steps may be performed continuously in the same doping chamber.

1回目のドーピング工程により、半導体層107n、107p、107gのうち、ゲート電極140nおよびレジストマスク124p、124gから露呈している領域に高濃度のリンが注入され、高濃度n型不純物領域128n、128g、129n、129p、129gが形成される。このとき、画素TFT半導体層107gのうち、レジストマスク124gに覆われ、高濃度のリンがドーピングされなかった領域128は、低濃度にリンが注入された領域として残り、従来のLDD領域を形成する。これにより、特にオフ動作時のリーク電流を抑制できる。また、画素TFT半導体層107gのうち、ゲート電極140gと重なっている領域はチャネル領域123gとなる。また、pチャネル型TFT半導体層107pのうち、レジストマスク124pに覆われ、高濃度のリンがドーピングされなかった領域122は、ホウ素のみが注入された領域として残り、pチャネル型TFTのソースおよびドレイン領域となる。   In the first doping process, high-concentration phosphorus is implanted into the regions exposed from the gate electrode 140n and the resist masks 124p and 124g in the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g, and the high-concentration n-type impurity regions 128n and 128g. 129n, 129p, and 129g are formed. At this time, in the pixel TFT semiconductor layer 107g, the region 128 that is covered with the resist mask 124g and is not doped with high-concentration phosphorus remains as a region into which low-concentration phosphorus is implanted, thereby forming a conventional LDD region. . Thereby, it is possible to suppress the leakage current particularly during the off operation. In the pixel TFT semiconductor layer 107g, a region overlapping with the gate electrode 140g is a channel region 123g. In the p-channel TFT semiconductor layer 107p, the region 122 covered with the resist mask 124p and not doped with high-concentration phosphorus remains as a region into which only boron is implanted, and the source and drain of the p-channel TFT It becomes an area.

また、2回目のドーピング工程により、nチャネル型TFTの半導体層107nのうち、ゲート電極140nの上層114nと重なっていない領域で、ゲート電極下層113n越しに低濃度のリンが注入されて、低濃度n型不純物領域127が形成される。この2回目のドーピング工程の際、半導体層107nのうち、ゲート電極140nの上層114nと重なっている領域には、ゲート電極上層114nがマスクとなるため、リンは届かず、ドーピングされない。その結果、nチャネル型TFTの半導体層107nにおいて、低濃度にリンが注入された領域は、ゲート電極140nとオーバーラップしたLDD領域127となる。LDD領域127のオーバーラップ長は、ゲート電極下層113nがゲート電極上層114nより露呈している長さで決定されるので、自己整合的にLDD領域が形成される。また、nチャネル型TFT半導体層107nにおいて、ゲート電極の上層104nにマスクされてリンが注入されなかった領域は、後のチャネル形成領域123nとなる。このようにすることで、ホットキャリア耐性を飛躍的に高めることができ、TFTの信頼性を大きく向上できる。   Also, in the second doping step, low concentration phosphorus is implanted through the gate electrode lower layer 113n in the region of the semiconductor layer 107n of the n-channel TFT that does not overlap with the upper layer 114n of the gate electrode 140n. An n-type impurity region 127 is formed. In this second doping step, the region overlying the upper layer 114n of the gate electrode 140n in the semiconductor layer 107n is masked by the upper layer 114n of the gate electrode, so that phosphorus does not reach and is not doped. As a result, in the semiconductor layer 107n of the n-channel TFT, the region where phosphorus is implanted at a low concentration becomes an LDD region 127 overlapping with the gate electrode 140n. Since the overlap length of the LDD region 127 is determined by the length of the gate electrode lower layer 113n exposed from the gate electrode upper layer 114n, the LDD region is formed in a self-aligned manner. Further, in the n-channel TFT semiconductor layer 107n, a region where phosphorus is not implanted by being masked by the upper layer 104n of the gate electrode becomes a later channel formation region 123n. By doing in this way, hot carrier tolerance can be improved greatly and the reliability of TFT can be improved greatly.

本実施形態では、高濃度領域を形成するための低加速電圧、高ドーズ量のドーピング工程を先に行ったが、低濃度領域を形成するためのドーピング工程から行ってもよい。また、本実施形態では、ドーピング工程を2回に分けて行ったが、加速電圧とドーズ量を調整し、ゲート電極の下層の厚さ分のイオンの飛程差を利用して、1回のドーピング工程で高濃度領域と低濃度領域とを作り分けることも可能である。   In this embodiment, the low acceleration voltage and high dose doping step for forming the high concentration region is performed first, but the doping step for forming the low concentration region may be performed. In this embodiment, the doping process is performed twice. However, the acceleration voltage and the dose amount are adjusted, and the ion range difference corresponding to the thickness of the lower layer of the gate electrode is used to perform the doping process once. It is also possible to make a high concentration region and a low concentration region separately in the doping process.

ここで、上述の高濃度のリンをドーピングする工程において、それぞれの半導体層107n、107p、107gのうち、Nチャネル型TFTのゲート電極140nおよびマスク124p、124gに覆われていない領域に、上層のゲート絶縁膜119を越してリンがドーピングされるが、上に存在するゲート絶縁膜119の厚さにより、ゲート絶縁膜が薄膜化された領域とそれ以外の領域とで、リンのドーピングの状態が大きく異なってくる。   Here, in the above-described step of doping with high-concentration phosphorus, an upper layer is formed in each of the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g in a region not covered with the gate electrode 140n of the N-channel TFT and the masks 124p and 124g. Phosphorus is doped through the gate insulating film 119. Depending on the thickness of the gate insulating film 119 existing on the gate insulating film 119, the doping state of phosphorus is different between the region where the gate insulating film is thinned and the other region. It will be very different.

このときのドーピングプロファイルを図12に示す。領域128n、128gにおいては、厚さが100nmのゲート絶縁膜109を越してリンのドーピングが行なわれるため、図12において深さ1000〜1500Å(100〜150nm)の位置が領域128n、128gのケイ素膜中にドーピングされるリンの濃度となる。これに対して、ゲート絶縁膜109が薄膜化された領域129n、129p、129gにおいては、上にあるゲート絶縁膜の厚さが例えば50nmであるので、図12において深さ500〜1000Å(50〜100nm)の位置が領域129n、129p、129gのケイ素膜中にドーピングされるリンの濃度となる。よって、領域128n、128gと、領域129n、129p、129gとでは、同一のドーピング工程であるにもかかわらず、大きな濃度差が生じる。本実施形態では、ゲート絶縁膜119のうち薄膜化された部分と重なっている領域129n、129p、129gにドーピングされるリンの実量は、ゲート絶縁膜119のうち薄膜化されていない部分と重なっている領域128n、128gの5倍以上となっている。それだけでなく、領域129n、129p、129gでは、上層にあるゲート絶縁膜が薄い分、上層にあるゲート絶縁膜が厚い領域128n、128gに比べて相対的に高い加速電圧でリンイオンが半導体層中に注入される。そのため、個々のイオンの衝撃エネルギーが大きく、結晶性が崩れ、より非晶質化されている。これに対して、領域128n、128gでは、ゲート絶縁膜109により注入時におけるイオンの衝撃エネルギーが緩和されるので、非晶質化がおこらず、結晶状態を維持することができる。   The doping profile at this time is shown in FIG. The regions 128n and 128g are doped with phosphorus through the gate insulating film 109 having a thickness of 100 nm. Therefore, the silicon film having the depth of 1000 to 1500 mm (100 to 150 nm) in FIG. The concentration of phosphorus doped therein. On the other hand, in the regions 129n, 129p, and 129g in which the gate insulating film 109 is thinned, the thickness of the upper gate insulating film is, for example, 50 nm. The position of 100 nm) is the concentration of phosphorus doped in the silicon films of the regions 129n, 129p, and 129g. Therefore, a large concentration difference occurs between the regions 128n and 128g and the regions 129n, 129p, and 129g despite the same doping process. In this embodiment, the actual amount of phosphorus doped in the regions 129n, 129p, and 129g that overlap the thinned portion of the gate insulating film 119 overlaps with the portion of the gate insulating film 119 that is not thinned. It is 5 times or more of the areas 128n and 128g. In addition, in the regions 129n, 129p, and 129g, phosphorus ions are contained in the semiconductor layer at a relatively higher acceleration voltage than the regions 128n and 128g where the upper gate insulating film is thicker because the upper gate insulating film is thinner. Injected. For this reason, the impact energy of each ion is large, the crystallinity is broken, and it is made more amorphous. On the other hand, in the regions 128n and 128g, the impact energy of ions at the time of implantation is relaxed by the gate insulating film 109, so that the amorphous state does not occur and the crystalline state can be maintained.

nチャネル型TFTおよび画素TFTにおいて、領域128n、128gは、後のTFTのソースおよびドレイン領域となり、領域129n、129gはゲッタリング領域となる。また、pチャネル型TFTにおいても、nチャネル型TFT、画素TFTのゲッタリング領域129n、129gと同レベルに高濃度の不純物(リン)が注入され、非晶質化した領域129pは、ゲッタリング領域となる。一方、レジストマスク124pに覆われ、高濃度のリンがドーピングされなかった領域は、p型不純物領域として残り、pチャネル型TFTのソースおよびドレイン領域122を形成する。ゲッタリング領域129n、129p、129gは、前工程でのホウ素120に加えて高濃度のリンが合わせてドーピングされた状態となっている。このようにして、簡易に、ゲッタリング領域とソース・ドレイン領域とを、それぞれの目的に見合った状態で作り分けることができる。本実施形態では、ゲッタリング領域129n、129p、129gにおけるn型不純物元素(リン)の膜中濃度は1×1019〜3×1021/cm3となっている。また、nチャネル型TFTのLDD領域127におけるn型不純物元素(リン)の膜中濃度は、1×1017〜1×1019/cm3となっている。このような範囲であるときにLDD領域として機能できる。 In the n-channel TFT and the pixel TFT, the regions 128n and 128g become source and drain regions of the later TFT, and the regions 129n and 129g become gettering regions. Also in the p-channel TFT, a high-concentration impurity (phosphorus) is implanted at the same level as the gettering regions 129n and 129g of the n-channel TFT and the pixel TFT, and the amorphous region 129p is a gettering region. It becomes. On the other hand, the region covered with the resist mask 124p and not doped with high-concentration phosphorus remains as a p-type impurity region, and forms the source and drain regions 122 of the p-channel TFT. The gettering regions 129n, 129p, and 129g are in a state in which high-concentration phosphorus is added in addition to boron 120 in the previous step. In this way, the gettering region and the source / drain region can be easily formed in a state suitable for each purpose. In the present embodiment, the n-type impurity element (phosphorus) concentration in the film in the gettering regions 129n, 129p, and 129g is 1 × 10 19 to 3 × 10 21 / cm 3 . Further, the n-type impurity element (phosphorus) concentration in the LDD region 127 of the n-channel TFT is 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 . When it is in such a range, it can function as an LDD region.

次に、前工程でマスクとして用いたレジスト124p、124gを除去した後、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気にて熱処理を行う。この熱処理工程で、図5(B)に示すように、それぞれの半導体層107n、107p、107gにおけるソースおよびドレイン領域128n、122、128gの外側に形成されたゲッタリング領域129n、129p、129gに高濃度にドーピングされているリンとホウ素が、その領域でのニッケルに対する固溶度を高め、さらにニッケルに対する偏析サイトを形成する。また、領域129n、129p、129gは、上層のゲート絶縁膜薄膜化の効果で、ドーピング時に非晶質化し、ニッケルに対する自由エネルギーが低下しており、結晶欠陥や不対結合手(ダングリングボンド)もニッケルの偏析サイトとして機能する。これらがゲッタリング効果を相乗的に高め、nチャネル型TFTの半導体層107nにおいては、チャネル領域123n、LDD領域127およびソース・ドレイン領域128nに存在しているニッケルを、チャネル領域からLDD領域、さらにソースおよびドレイン領域、そしてゲッタリング領域129nへと、図5(B)の矢印130で示される方向に移動させる。同様に、画素TFTの半導体層107gにおいても、チャネル領域123g、LDD領域126およびソース・ドレイン領域128gに存在しているニッケルを、チャネル領域からLDD領域、さらにソースおよびドレイン領域、そしてゲッタリング領域129gへと、矢印130で示される方向に移動させる。リンのみがドーピングされたソースおよびドレイン領域128n、128gもゲッタリング効果を有するが、リンがより多くドーピングされ非晶質化し、且つホウ素もドーピングされたゲッタリング領域129n、129gの能力が圧倒的に高いので、ゲッタリング領域129n、129gにニッケルが集められる。また、pチャネル型TFTの半導体層107pにおいても、ソース・ドレイン領域の外側に形成されたゲッタリング領域129pが、nチャネルTFTのゲッタリング領域129nと同様に非常に高いゲッタリング能力を有し、チャネル領域123p、ソースおよびドレイン領域122に存在しているニッケルを、チャネル領域からソース・ドレイン領域、そしてゲッタリング領域129pへと、同様に矢印130で示される方向に移動させる。このゲッタリングのための第2の熱処理工程により、ゲッタリング領域129n、129p、129gには、触媒元素が移動してくるため、触媒元素が、5×1018/cm3以上の濃度となる。 Next, after removing the resists 124p and 124g used as masks in the previous step, heat treatment is performed in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere. In this heat treatment step, as shown in FIG. 5B, the gettering regions 129n, 129p, and 129g formed outside the source and drain regions 128n, 122, and 128g in the respective semiconductor layers 107n, 107p, and 107g are high. Phosphorus and boron doped in the concentration increase the solid solubility of nickel in the region, and further form segregation sites for nickel. In addition, the regions 129n, 129p, and 129g are made amorphous at the time of doping due to the effect of thinning the upper gate insulating film, and the free energy with respect to nickel is reduced, and crystal defects and dangling bonds (dangling bonds) Also functions as a nickel segregation site. These synergistically enhance the gettering effect. In the semiconductor layer 107n of the n-channel TFT, nickel existing in the channel region 123n, the LDD region 127, and the source / drain region 128n is changed from the channel region to the LDD region, The source and drain regions and the gettering region 129n are moved in the direction indicated by the arrow 130 in FIG. Similarly, in the semiconductor layer 107g of the pixel TFT, nickel existing in the channel region 123g, the LDD region 126, and the source / drain region 128g is changed from the channel region to the LDD region, further the source and drain regions, and the gettering region 129g. To the direction indicated by the arrow 130. The source and drain regions 128n and 128g doped only with phosphorus also have a gettering effect, but the ability of the gettering regions 129n and 129g doped with more phosphorus and amorphous and doped with boron is overwhelming. Since it is high, nickel is collected in the gettering regions 129n and 129g. Also in the p-channel TFT semiconductor layer 107p, the gettering region 129p formed outside the source / drain regions has a very high gettering capability, similar to the gettering region 129n of the n-channel TFT, Similarly, nickel existing in the channel region 123p, the source and drain regions 122 is moved from the channel region to the source / drain regions and then to the gettering region 129p in the direction indicated by the arrow 130. In the second heat treatment step for gettering, the catalyst element moves to the gettering regions 129n, 129p, and 129g, so that the catalyst element has a concentration of 5 × 10 18 / cm 3 or more.

以上の工程により、TFT半導体層のチャネル形成領域やチャネル形成領域とソース領域またはドレイン領域との接合部において残留している触媒元素をゲッタリングでき、触媒元素の偏析によるリーク電流の発生を抑制することができる。また、TFTの活性層において、ソース領域またはドレイン領域とは別の領域にゲッタリング領域を形成するため、ゲッタリング領域の非晶質化によりTFTのソース領域またはドレイン領域において抵抗が上がってしまうという問題を解決することができる。   Through the above steps, the catalyst element remaining in the channel formation region of the TFT semiconductor layer and the junction between the channel formation region and the source region or drain region can be gettered, and the generation of leakage current due to segregation of the catalyst element is suppressed. be able to. In addition, since the gettering region is formed in a region different from the source region or the drain region in the active layer of the TFT, the resistance increases in the source region or the drain region of the TFT due to the amorphousization of the gettering region. The problem can be solved.

第2の熱処理工程における加熱処理は、一般的な加熱炉を用いて行ってもよいが、RTA(Rapid Thermal Annealing)で行うことがより望ましい。特に、基板表面に高温の不活性ガスを吹き付け、瞬時に昇降温を行う方式のものが適している。具体的には、保持温度を600〜750℃、保持時間を30秒〜20分程度とすることが好ましい。昇温速度および降温速度は、共に100℃/分以上であることが好ましい。   The heat treatment in the second heat treatment step may be performed using a general heating furnace, but is more preferably performed by RTA (Rapid Thermal Annealing). In particular, a system in which high temperature inert gas is blown onto the substrate surface and the temperature is raised and lowered instantaneously is suitable. Specifically, it is preferable that the holding temperature is 600 to 750 ° C. and the holding time is about 30 seconds to 20 minutes. Both the rate of temperature increase and the rate of temperature decrease are preferably 100 ° C./min or more.

なお、この加熱処理工程で、nチャネル型TFTおよび画素TFTのソースおよびドレイン領域128n、128gとLDD領域127、126にドーピングされたn型不純物(リン)と、pチャネル型TFTのソースおよびドレイン領域122にドーピングされたp型不純物(ホウ素)の活性化も同時に行われる。その結果、nチャネル型TFTおよび画素TFTのソース・ドレイン領域128n、128gのシート抵抗値は、0.5〜1kΩ/□程度となり、nチャネル型TFTのLDD領域127のシート抵抗値は、30〜60kΩ/□に、画素TFTのLDD領域126のシート抵抗値は、50〜100kΩ/□となる。また、pチャネル型TFTのソースおよびドレイン領域122のシート抵抗値は、1〜1.5kΩ/□程度である。しかしながら、ゲッタリング領域129n、129p、129gはほぼ非晶質化しているため、上記の加熱処理では結晶回復せず、非晶質成分を有した状態が維持される。ゲッタリング領域129n、129p、129gの抵抗は極めて高いが、これらの領域はTFTにおけるキャリアの移動を妨げないようにソース領域またはドレイン領域とは別の領域として形成されるので、問題とはならない。   In this heat treatment step, n-type impurities (phosphorus) doped in the source and drain regions 128n and 128g and the LDD regions 127 and 126 of the n-channel TFT and the pixel TFT, and the source and drain regions of the p-channel TFT Activation of the p-type impurity (boron) doped in 122 is also performed at the same time. As a result, the sheet resistance value of the source / drain regions 128n and 128g of the n-channel TFT and the pixel TFT is about 0.5 to 1 kΩ / □, and the sheet resistance value of the LDD region 127 of the n-channel TFT is 30 to 30 k. The sheet resistance value of the LDD region 126 of the pixel TFT is 50 to 100 kΩ / □ at 60 kΩ / □. The sheet resistance value of the source and drain regions 122 of the p-channel TFT is about 1 to 1.5 kΩ / □. However, since the gettering regions 129n, 129p, and 129g are almost amorphous, the crystal is not recovered by the above heat treatment, and a state having an amorphous component is maintained. Although the resistances of the gettering regions 129n, 129p, and 129g are extremely high, these regions are not a problem because they are formed as regions different from the source region or the drain region so as not to prevent the carrier movement in the TFT.

第2の熱処理工程後に、レーザーラマン分光法により、それぞれの領域のラマン分光スペクトルにおける非晶質SiのTOフォノンピークPaと結晶SiのTOフォノンピークPcとの比Pa/Pcを測定すると、ゲッタリング領域のPa/Pcはチャネル領域やソースおよびドレイン領域におけるPa/Pcより大きい。この測定は、本実施形態のように透光性のあるガラス基板などを用いる場合には、基板の裏面側から行うこともできる。この熱処理工程後、これ以上の高温工程は行わないため、上記のPa/Pcの関係はTFT完成後も維持される。   After the second heat treatment step, when the ratio Pa / Pc between the amorphous Si TO phonon peak Pa and the crystalline Si TO phonon peak Pc in the Raman spectral spectrum of each region is measured by laser Raman spectroscopy, gettering is performed. The Pa / Pc of the region is larger than Pa / Pc in the channel region and the source and drain regions. This measurement can also be performed from the back side of the substrate when a transparent glass substrate or the like is used as in this embodiment. Since no further high temperature process is performed after this heat treatment process, the above Pa / Pc relationship is maintained even after the TFT is completed.

次いで、図5(C)に示すように、層間絶縁膜を形成する。窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜、または窒化酸化ケイ素膜を400〜1500nm(代表的には500〜1000nm)の厚さで形成する。本実施形態では、厚さが200nmの窒化ケイ素膜131と厚さが700nmの酸化ケイ素膜132とを積層することにより、2層構造の層間絶縁膜を形成する。このような層間絶縁膜は連続して形成できる。例えば、プラズマCVD法を用い、SiH4とNH3を原料ガスとして窒化ケイ素膜131を形成した後、TEOSとO2を原料として酸化ケイ素膜132を形成する。層間絶縁膜は、窒化ケイ素膜131および酸化ケイ素膜132からなる積層膜に限定されるものではなく、他のシリコンを含む絶縁膜を含む単層または積層構造を有していてもよい。また、上層にアクリル等の有機絶縁膜を有していてもよい。 Next, as illustrated in FIG. 5C, an interlayer insulating film is formed. A silicon nitride film, a silicon oxide film, or a silicon nitride oxide film is formed to a thickness of 400 to 1500 nm (typically 500 to 1000 nm). In this embodiment, a silicon nitride film 131 having a thickness of 200 nm and a silicon oxide film 132 having a thickness of 700 nm are stacked to form an interlayer insulating film having a two-layer structure. Such an interlayer insulating film can be formed continuously. For example, after the silicon nitride film 131 is formed using SiH 4 and NH 3 as source gases using a plasma CVD method, the silicon oxide film 132 is formed using TEOS and O 2 as sources. The interlayer insulating film is not limited to the laminated film including the silicon nitride film 131 and the silicon oxide film 132, and may have a single layer or a laminated structure including an insulating film containing other silicon. Moreover, you may have organic insulating films, such as an acryl, in the upper layer.

続いて、300〜500℃で30分〜4時間程度の熱処理を行い、半導体層を水素化する。この水素化工程は、活性領域とゲート絶縁膜との界面へ水素原子を供給し、TFT特性を劣化させる不対結合手(ダングリングボンド)を終端化することにより不活性化させる工程である。本実施形態では、水素を約3%含む窒素雰囲気下で410℃、1時間の熱処理を行う。上記層間絶縁膜(特に窒化ケイ素膜131)に含まれる水素の量が十分である場合には、窒素雰囲気で熱処理を行っても効果が得られる。水素化は、他の手段、例えばプラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を用いて行ってもよい。   Subsequently, a heat treatment is performed at 300 to 500 ° C. for about 30 minutes to 4 hours to hydrogenate the semiconductor layer. This hydrogenation step is a step of deactivating by supplying hydrogen atoms to the interface between the active region and the gate insulating film and terminating dangling bonds that degrade the TFT characteristics. In this embodiment, heat treatment is performed at 410 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere containing about 3% hydrogen. If the amount of hydrogen contained in the interlayer insulating film (particularly the silicon nitride film 131) is sufficient, the effect can be obtained even if heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere. Hydrogenation may be performed using other means, for example, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma).

次に、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムとの二層膜によってTFTの電極および配線133を形成する。窒化チタン膜は、アルミニウムが半導体層に拡散するのを防止する目的のバリア膜として設けられる。このとき、画素TFTにおける、もう一方のドレイン電極には、ITOなど透明導電膜からなる画素電極を設ける。この場合、他方の電極は、ソースバスラインを構成することになり、ソースバスラインを介してビデオ信号が供給され、ゲートバスラインのゲート信号に基づいて画素電極に必要な電荷が書き込まれる。   Next, a contact hole is formed in the interlayer insulating film, and a TFT electrode and a wiring 133 are formed by a two-layer film of a metal material, for example, titanium nitride and aluminum. The titanium nitride film is provided as a barrier film for the purpose of preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. At this time, a pixel electrode made of a transparent conductive film such as ITO is provided on the other drain electrode of the pixel TFT. In this case, the other electrode constitutes a source bus line, a video signal is supplied via the source bus line, and necessary charges are written to the pixel electrode based on the gate signal of the gate bus line.

最後に、350℃、1時間のアニールを行い、図5(C)に示すnチャネル型薄膜トランジスタ134とpチャネル型薄膜トランジスタ135と画素薄膜トランジスタ136とを完成させる。さらに必要に応じて、ゲート電極下層114nおよび上層114pの上にもコンタクトホールを設けて、配線133により必要な電極間を接続する。また、TFTを保護する目的で、それぞれのTFT上に窒化ケイ素膜などからなる保護膜を設けてもよい。   Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 1 hour, and the n-channel thin film transistor 134, the p-channel thin film transistor 135, and the pixel thin film transistor 136 illustrated in FIG. 5C are completed. Further, if necessary, contact holes are provided also on the gate electrode lower layer 114n and the upper layer 114p, and necessary electrodes are connected by the wiring 133. For the purpose of protecting the TFT, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on each TFT.

以上の方法によって作製されたそれぞれのTFTの特性を説明する。nチャネル型薄膜トランジスタ134の電界効果移動度は250〜300cm2/Vs、pチャネル型薄膜トランジスタ135の電界効果移動度は120〜150cm2/Vsと高い。また、nチャネル型薄膜トランジスタ134の閾値電圧は1V程度、pチャネル型薄膜トランジスタ135の閾値電圧は−1.5V程度である。このように、これらのTFTは非常に良好な特性を示す。一方、画素薄膜トランジスタ136では、従来例で頻繁に見られたTFTオフ動作時のリーク電流の異常な増大が全く無く、単位W当たり0.数pA以下と非常に低いリーク電流値を安定して示す。この値は、触媒元素を用いずに作製した従来のTFTと比べても全く差が無いものであり、製造歩留まりを大きく向上することができる。また、繰り返し測定やバイアスや温度ストレスによる耐久性試験を行っても、ほとんど特性劣化は見られず、従来のTFTと比べて非常に高い信頼性を有する。 The characteristics of each TFT manufactured by the above method will be described. The n-channel thin film transistor 134 has a high field effect mobility of 250 to 300 cm 2 / Vs, and the p-channel thin film transistor 135 has a high field effect mobility of 120 to 150 cm 2 / Vs. The threshold voltage of the n-channel thin film transistor 134 is about 1V, and the threshold voltage of the p-channel thin film transistor 135 is about −1.5V. Thus, these TFTs exhibit very good characteristics. On the other hand, in the pixel thin film transistor 136, there is no abnormal increase in leakage current at the time of TFT off operation, which is frequently seen in the conventional example, and 0. A very low leakage current value of several pA or less is stably shown. This value is completely different from that of a conventional TFT manufactured without using a catalyst element, and the manufacturing yield can be greatly improved. Further, even when a durability test by repeated measurement or bias or temperature stress is performed, the characteristics are hardly deteriorated, and the reliability is very high as compared with the conventional TFT.

上記方法で作製したnチャネル型薄膜トランジスタ134とpチャネル型薄膜トランジスタ135とを相補的に構成したCMOS構造回路を用いてドライバ上のインバーターチェーンやリングオシレーター等を形成すると、従来のCMOS構造回路よりも信号遅延が小さく、信頼性が高く、安定した回路特性を示す。また、上記方法で作製した各TFTを液晶表示パネルに適用すると、従来方法で作製したTFTを用いた液晶表示パネルよりも表示むらが少なく、TFTリークによる画素欠陥も極めて少なく、コントラスト比の高い高位の表示が得られる。   When an inverter chain on a driver, a ring oscillator, or the like is formed using a CMOS structure circuit in which an n-channel thin film transistor 134 and a p-channel thin film transistor 135 are complementarily formed by the above method, a signal is generated more than a conventional CMOS structure circuit. Low delay, high reliability, and stable circuit characteristics. In addition, when each TFT manufactured by the above method is applied to a liquid crystal display panel, display unevenness is smaller than that of a liquid crystal display panel using a TFT manufactured by a conventional method, pixel defects due to TFT leakage are extremely small, and a high contrast ratio is high. Is obtained.

(第2実施形態)
本発明による第2の実施形態について説明する。本実施形態では、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTとを相補型に構成したCMOS構造の回路をガラス基板上に作製する工程について説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment according to the present invention will be described. In the present embodiment, a process of manufacturing a circuit having a CMOS structure in which an n-channel TFT and a p-channel TFT are complementary to each other on a glass substrate will be described.

図6および図7は、本実施形態のTFTの作製工程を示す断面図であり、図6(A)〜(G)、図7(A)〜(E)の順に工程が進行する。   6 and 7 are cross-sectional views showing a manufacturing process of the TFT of this embodiment, and the process proceeds in the order of FIGS. 6 (A) to (G) and FIGS. 7 (A) to (E).

前述の第1実施形態と同様の方法で、図6(A)に示すように、ガラス基板201のTFTを形成する表面に、酸化窒化ケイ素膜からなる第1下地膜202と、酸化ケイ素膜からなる第2下地膜203を順次形成し、続いて、厚さが例えば50nmのa−Si膜204を形成する。   As shown in FIG. 6A, the first base film 202 made of a silicon oxynitride film and the silicon oxide film are formed on the surface of the glass substrate 201 on which the TFT is formed, by the same method as in the first embodiment. A second base film 203 is sequentially formed, and then an a-Si film 204 having a thickness of, for example, 50 nm is formed.

次いで、図6(B)に示すように、前述の第1実施形態と同様の方法により、a−Si膜204の表面にニッケル205の微量添加を行う。   Next, as shown in FIG. 6B, a small amount of nickel 205 is added to the surface of the a-Si film 204 by the same method as in the first embodiment.

続いて、第1の加熱処理を行い、a−Si膜204に添加されたニッケル205を触媒として、a−Si膜204を固相状態で結晶化し、結晶質ケイ素膜204aを得る。そして、図6(C)に示すように、前述の第1実施形態と同様の方法で、レーザー光206を照射することにより結晶質ケイ素膜204aの結晶性を向上させ、より高品質な結晶質ケイ素膜204bを得る。   Subsequently, a first heat treatment is performed, and the a-Si film 204 is crystallized in a solid state using the nickel 205 added to the a-Si film 204 as a catalyst to obtain a crystalline silicon film 204a. Then, as shown in FIG. 6C, the crystallinity of the crystalline silicon film 204a is improved by irradiating the laser beam 206 with the same method as in the first embodiment described above, so that a higher quality crystalline material is obtained. A silicon film 204b is obtained.

その後、結晶質ケイ素膜204bの不要な部分を除去して素子間分離を行う。本工程により、図6(D)に示すように、後にnチャネル型TFTとpチャネル型TFTの半導体層となる島状の結晶質ケイ素層207n、207pが形成される。ここで、nチャネル型TFTおよびpチャネル型TFTの半導体層の全面に、あるいはnチャネル型TFTのみに対して、しきい値電圧を制御する目的で、低濃度のp型を付与する不純物元素(Bなど)を添加してもよい。   Thereafter, unnecessary portions of the crystalline silicon film 204b are removed, and element isolation is performed. By this step, as shown in FIG. 6D, island-shaped crystalline silicon layers 207n and 207p, which will be semiconductor layers of n-channel TFTs and p-channel TFTs later, are formed. Here, for the purpose of controlling the threshold voltage over the entire surface of the semiconductor layer of the n-channel TFT and the p-channel TFT or only for the n-channel TFT, an impurity element that imparts a low concentration p-type ( B etc.) may be added.

次に、図6(E)に示すように、前述の第1実施形態と同様の方法で、TFTの半導体層となる島状の結晶質ケイ素層207n、207pを覆うように、厚さが例えば100nmの酸化ケイ素膜をゲート絶縁膜208として成膜する。続いて、スパッタリング法によって高融点メタルからなる導電膜(A)209および導電膜(B)210を形成する。本実施形態では、導電膜(A)209として、厚さが30nmの窒化タンタル(TaN)膜を、導電膜(B)210として、厚さが350nmのタングステン(W)膜を用いる。   Next, as shown in FIG. 6E, for example, the thickness is set to cover the island-shaped crystalline silicon layers 207n and 207p, which are the semiconductor layers of the TFT, by the same method as in the first embodiment. A 100 nm silicon oxide film is formed as the gate insulating film 208. Subsequently, a conductive film (A) 209 and a conductive film (B) 210 made of a refractory metal are formed by sputtering. In this embodiment, a tantalum nitride (TaN) film with a thickness of 30 nm is used as the conductive film (A) 209, and a tungsten (W) film with a thickness of 350 nm is used as the conductive film (B) 210.

次いで、図6(E)に示すように、フォトレジストマスク211n、211pを形成し、第1実施形態と同様の方法により、それぞれのTFTのゲート電極を形成する。まず、第1のエッチング条件で第1のエッチング処理を行う。これにより、導電膜(B)210(W膜)がエッチングされて、その端部がテーパー状になる(導電層(B)212n、212p)。続いて、第2のエッチング条件で第2のエッチング処理を行い、導電膜(A)209(TaN膜)をエッチングする。これにより、図6(F)に示すように、導電膜(B)210から形成され、台形状の断面を有する導電層(B)212n、212pと、導電膜(A)209から形成され、導電層(B)と略同じ幅を有するゲート電極下層213n、213pとが得られる。   Next, as shown in FIG. 6E, photoresist masks 211n and 211p are formed, and gate electrodes of the respective TFTs are formed by the same method as in the first embodiment. First, a first etching process is performed under a first etching condition. As a result, the conductive film (B) 210 (W film) is etched, and the ends thereof are tapered (conductive layers (B) 212n and 212p). Subsequently, a second etching process is performed under a second etching condition to etch the conductive film (A) 209 (TaN film). Thus, as shown in FIG. 6F, the conductive layer (B) 210 is formed from the conductive layers (B) 212n and 212p having a trapezoidal cross section and the conductive layer (A) 209. Gate electrode lower layers 213n and 213p having substantially the same width as the layer (B) are obtained.

さらに、マスク211n、211pを除去せずに、第3のエッチング条件で第3のエッチング処理を行う。これにより、導電層(B)(W層)212n、212pが異方性をもって選択的にエッチングされる。このとき、ゲート電極下層(TaN層)213n、213pはエッチングされず、W層212n、212pのみが横方向にエッチングされる。その結果、図6(G)に示すように、第1のエッチングで形成されたW層212n、212pの端部におけるテーパー部はほぼ直立し、W層(ゲート電極上層)214n、214pおよびTaN層213n、213pの積層構造を有する階段状のゲート電極240n、240pが完成する。   Further, the third etching process is performed under the third etching condition without removing the masks 211n and 211p. Thus, the conductive layers (B) (W layers) 212n and 212p are selectively etched with anisotropy. At this time, the gate electrode lower layers (TaN layers) 213n and 213p are not etched, and only the W layers 212n and 212p are etched in the lateral direction. As a result, as shown in FIG. 6G, the tapered portions at the ends of the W layers 212n and 212p formed by the first etching are almost upright, and the W layers (gate electrode upper layers) 214n and 214p and the TaN layer Stepped gate electrodes 240n and 240p having a stacked structure of 213n and 213p are completed.

次いで、図7(A)に示すように、nチャネル型TFTのゲート電極240nを覆い、半導体層207nの外縁部を露出させるようにフォトレジストによるドーピングマスク215を設ける。このとき、pチャネル型TFTの上方にはマスクを設けず、pチャネル型TFT全体を露呈させる。この状態で、イオンドーピング法によって、レジストマスク215とpチャネル型TFTのゲート電極240pの上層(W層)214pとをマスクとして、半導体層207n、207pにp型を付与する不純物(ホウ素)216を注入する。ドーピングガスとして、ジボラン(B26)を用い、加速電圧を60kV〜90kV、例えば80kVとし、ドーズ量は1×1015〜1×1016cm-2、例えば7×1016cm-2とする。この工程により、nチャネル型TFTの半導体層207nのうち、マスク215より露呈している領域217nに高濃度にホウ素が注入される。pチャネル型TFTの半導体層207pのうち、ゲート電極240pの上層(W層)214pと重ならない領域218に、ゲート絶縁膜208とゲート電極240pの下層(TaN層)213pとを貫通して、ホウ素216が注入される。ここで、ゲート電極の上層(W層)214p下部のホウ素が注入されなかった領域は、後のチャネル領域219pとなる。 Next, as shown in FIG. 7A, a photoresist doping mask 215 is provided so as to cover the gate electrode 240n of the n-channel TFT and expose the outer edge portion of the semiconductor layer 207n. At this time, a mask is not provided above the p-channel TFT, and the entire p-channel TFT is exposed. In this state, an impurity (boron) 216 imparting p-type to the semiconductor layers 207n and 207p is formed by ion doping using the resist mask 215 and the upper layer (W layer) 214p of the gate electrode 240p of the p-channel TFT as a mask. inject. Diborane (B 2 H 6 ) is used as the doping gas, the acceleration voltage is 60 kV to 90 kV, for example 80 kV, and the dose is 1 × 10 15 to 1 × 10 16 cm −2 , for example 7 × 10 16 cm −2 . To do. Through this step, boron is implanted at a high concentration into the region 217n exposed from the mask 215 in the semiconductor layer 207n of the n-channel TFT. Of the semiconductor layer 207p of the p-channel TFT, a region 218 that does not overlap with the upper layer (W layer) 214p of the gate electrode 240p penetrates the gate insulating film 208 and the lower layer (TaN layer) 213p of the gate electrode 240p to form boron. 216 is injected. Here, the region where the boron is not implanted under the upper layer (W layer) 214p of the gate electrode is the later channel region 219p.

ホウ素はリンに比べて原子量が小さいため、イオンの貫通能力が高く、比較的低加速電圧でも、ゲート絶縁膜208とゲート電極240pの下層(TaN層)213pとを貫通してドーピングが行われる。ただし、ホウ素の膜中濃度は、ゲート電極の下層(TaN層)213pと重なっている領域と重なっていない領域とでは差がある。TaN層213pと重なっていない領域のホウ素濃度の方が高くなっているが、TaN層213pと重なる領域(TaN層の下部領域)にも低濃度とは言えないレベルでホウ素が注入されている。よって、この工程により、pチャネル型TFTの半導体層207pのうち、ゲート電極240pの上層(W層)214pと重なっていてホウ素が注入されない領域がチャネル領域219pとなる。また、このときの領域217nと、領域218におけるゲート電極の下層(TaN層)213pと重なっていない領域とのp型不純物元素(ホウ素)の膜中濃度は、1×1019〜3×1021/cm3となっている。 Since boron has a smaller atomic weight than phosphorus, it has a high ion penetration capability, and doping is performed through the gate insulating film 208 and the lower layer (TaN layer) 213p of the gate electrode 240p even at a relatively low acceleration voltage. However, the boron concentration in the film is different between a region overlapping the lower layer (TaN layer) 213p of the gate electrode and a region not overlapping. The boron concentration in the region not overlapping with the TaN layer 213p is higher, but boron is also implanted into the region overlapping with the TaN layer 213p (the lower region of the TaN layer) at a level that cannot be said to be low. Therefore, by this step, a region of the p-channel TFT semiconductor layer 207p that overlaps with the upper layer (W layer) 214p of the gate electrode 240p and is not implanted with boron becomes a channel region 219p. Further, the concentration in the film of the p-type impurity element (boron) in the region 217n and the region not overlapping the gate electrode lower layer (TaN layer) 213p in the region 218 is 1 × 10 19 to 3 × 10 21. / Cm 3 .

続いて、図7(B)に示すように、前述のp型不純物のドーピング工程で利用したレジストマスク215をそのまま利用して、pチャネル型TFTのゲート電極240pのみに対して、第4のエッチング処理と、ゲート絶縁膜208の薄膜化エッチングとを行う。pチャネル型TFTのゲート電極240pに対する第4のエッチング処理では、選択的にゲート電極下層(TaN層)213pを、ゲート電極上層(W層)214pをマスクとしてエッチングする。これにより、pチャネル型TFTのゲート電極240pは、上層(W層)214pの幅と下層(TaN層)221の幅とが同一となり、nチャネル型TFTのゲート電極240nと異なる形状となる。また、ゲート絶縁膜208の薄膜化エッチングにより、マスク215およびpチャネル型TFTのゲート電極240p(214p/213pまたは214p/221)から露呈している領域が選択的に薄膜化される。本実施形態では、薄膜化エッチングにおけるエッチング量を30nm程度となるように調整するので、選択的に薄膜化されたゲート絶縁膜220のうち、薄膜化された領域の厚さは70nm程度になっている。なお、このエッチングにより、マスク215およびpチャネル型TFTのゲート電極240pから露呈している領域にあるゲート絶縁膜208を完全に除去してもよい。エッチング後、レジストマスク215を除去する。   Subsequently, as shown in FIG. 7B, the fourth etching is performed only on the gate electrode 240p of the p-channel TFT by using the resist mask 215 used in the above-described p-type impurity doping step as it is. Processing and thinning etching of the gate insulating film 208 are performed. In the fourth etching process for the gate electrode 240p of the p-channel TFT, the gate electrode lower layer (TaN layer) 213p is selectively etched using the gate electrode upper layer (W layer) 214p as a mask. As a result, the gate electrode 240p of the p-channel TFT has the same width as the upper layer (W layer) 214p and the lower layer (TaN layer) 221 and has a different shape from the gate electrode 240n of the n-channel TFT. Further, by thinning etching of the gate insulating film 208, a region exposed from the mask 215 and the gate electrode 240p (214p / 213p or 214p / 221) of the p-channel TFT is selectively thinned. In this embodiment, since the etching amount in the thin film etching is adjusted to be about 30 nm, the thickness of the thinned region of the selectively thinned gate insulating film 220 is about 70 nm. Yes. Note that the gate insulating film 208 in a region exposed from the mask 215 and the gate electrode 240p of the p-channel TFT may be completely removed by this etching. After the etching, the resist mask 215 is removed.

ここで、前述のpチャネル型TFTのゲート電極240pに対する第4のエッチング処理と、ゲート絶縁膜208の薄膜化エッチングとは、どちらを先に行ってもよい。これにより、得られるゲート絶縁膜220の形状は、ゲート電極240pの下層213pをマスクとして薄膜化されるか、第4のエッチング後のゲート電極下層221をマスクとして薄膜化されるかによって異なるが、このような形状の違いは本発明の目的、作用、効果に影響しない。また、これらの2つのエッチング工程と、レジスト215の除去工程を、同一のエッチング装置内で連続処理してもよい。さらには、これらの3工程のうち一部あるいは全部を、同一の工程として同時処理してもよい。   Here, either the fourth etching process for the gate electrode 240p of the p-channel TFT described above or the thinning etching of the gate insulating film 208 may be performed first. Thereby, the shape of the obtained gate insulating film 220 differs depending on whether the gate insulating film 220 is thinned using the lower layer 213p of the gate electrode 240p as a mask or the thinned gate electrode lower layer 221 after the fourth etching. Such a difference in shape does not affect the object, function, and effect of the present invention. Further, these two etching steps and the removal step of the resist 215 may be continuously performed in the same etching apparatus. Furthermore, some or all of these three steps may be simultaneously processed as the same step.

同時処理する場合、例えば、ゲート絶縁膜208の薄膜化工程とレジストマスクの除去工程とを同時に行ってもよい。このとき、前述のドーピング工程により硬化したレジストマスクのアッシング工程を兼ねて、エッチングガスとして、例えば酸素ガスとCF4ガスとを用いてプラズマエッチング処理を行えばよい。酸素ガスのみを用いてもレジストマスク215を除去できるが、CF4等のフロン系ガスを加えることにより、ゲート絶縁膜208である酸化ケイ素膜をエッチングできる。このときのCF4ガスの導入量により、ゲート絶縁膜208のエッチングレートをコントロールできる。レジストマスク215が除去された後には、レジストマスク215に覆われていた領域にもエッチングが進み出す。これを防ぐためには、エッチング途中の段階で、CF4ガスをストップし、酸素ガスのみのアッシングに切り替えても良い。また、薄膜化工程およびレジストマスク除去工程の他、ゲート電極240pの第4のエッチング処理工程も同時に処理する場合には、例えば、エッチング用ガスにCF4とCl2と酸素とを用い、ICPエッチング法等で行うことができる。このとき、各エッチングガスの流量比により、ゲート電極240pのTaN層213p、ゲート絶縁膜208、レジスト215のエッチングレートを変化させられるため、状況に合わせて最適条件を実施者が便宜決定すればよい。 In the case of simultaneous processing, for example, the step of thinning the gate insulating film 208 and the step of removing the resist mask may be performed simultaneously. At this time, a plasma etching process may be performed using, for example, oxygen gas and CF 4 gas as the etching gas in combination with the ashing process of the resist mask cured by the above-described doping process. Although the resist mask 215 can be removed using only oxygen gas, the silicon oxide film which is the gate insulating film 208 can be etched by adding a fluorocarbon gas such as CF 4 . The etching rate of the gate insulating film 208 can be controlled by the amount of CF 4 gas introduced at this time. After the resist mask 215 is removed, etching also proceeds to the region covered with the resist mask 215. In order to prevent this, the CF 4 gas may be stopped and the ashing using only oxygen gas may be switched during the etching. Further, in the case where the fourth etching process of the gate electrode 240p is simultaneously performed in addition to the thinning process and the resist mask removing process, for example, CF 4 , Cl 2, and oxygen are used as an etching gas, and ICP etching is performed. This can be done by law. At this time, the etching rate of the TaN layer 213p of the gate electrode 240p, the gate insulating film 208, and the resist 215 can be changed depending on the flow rate ratio of each etching gas. .

次に、図7(C)に示すように、また新たに、pチャネル型TFTのゲート電極240pを一回り大きく覆い、半導体層207pの外縁部を露出させるようにフォトレジストによるドーピングマスク222を設ける。このとき、nチャネル型TFTの上方にはマスクは設けられず、TFT全体が露呈されている。その後、イオンドーピング法によって、レジストマスク222およびnチャネル型TFTのゲート電極240nをマスクとしてそれぞれの半導体層207n、207pにn型不純物(リン)223を注入する。ドーピングガスとして、フォスフィン(PH3)を用い、加速電圧を50〜80kV、例えば65kV、ドーズ量を1×1015〜2×1016cm-2、例えば5×1015cm-2とする。 Next, as shown in FIG. 7C, a doping mask 222 made of a photoresist is newly provided so as to cover the gate electrode 240p of the p-channel type TFT a little larger and to expose the outer edge portion of the semiconductor layer 207p. . At this time, no mask is provided above the n-channel TFT, and the entire TFT is exposed. Thereafter, an n-type impurity (phosphorus) 223 is implanted into each of the semiconductor layers 207n and 207p by ion doping using the resist mask 222 and the gate electrode 240n of the n-channel TFT as a mask. As the doping gas, phosphine (PH 3 ) is used, the acceleration voltage is set to 50 to 80 kV, for example, 65 kV, and the dose amount is set to 1 × 10 15 to 2 × 10 16 cm −2 , for example, 5 × 10 15 cm −2 .

このドーピング工程により、半導体層207n、207pのうち、ゲート電極240nおよびレジストマスク222から露呈している領域には、ゲート絶縁膜220を貫通して高濃度のリンが注入され、高濃度n型不純物領域225、226n、226pが形成される。また、nチャネル型TFTの半導体層207nのうちゲート電極240nの上層214nと重なっていない領域に、その下層213n越しに低濃度のリンが注入されて、低濃度n型不純物領域224が形成される。その結果、nチャネル型TFTの半導体層207nのうち低濃度にリンが注入された領域は、ゲート電極240nとオーバーラップしたLDD領域224となる。LDD領域224のゲート電極240nとのオーバーラップ長は、下層213nが上層214nより露呈している長さによって決定される。このように、自己整合的にLDD領域224が形成される。ゲート電極240nの上層204nにマスクされてリンが注入されなかった領域は、後のチャネル形成領域223nとなり、ゲート絶縁膜220のうち薄膜化された領域の下にあり、リンおよびホウ素が注入された領域はゲッタリング領域226nとなり、高濃度にリンのみが注入された領域はソースおよびドレイン領域225となる。また、pチャネル型TFT半導体層207pにおいて、レジストマスク222に覆われ、高濃度のリンがドーピングされなかった領域218は、ホウ素のみが注入された領域として残り、pチャネル型TFTのソースおよびドレイン領域となり、リンおよびホウ素が注入された領域はゲッタリング領域226pとなる。このように、本実施形態では、ドーピング条件を調整することにより、一度のドーピング工程において、LDD領域と、ソースおよびドレイン領域と、ゲッタリング領域とを同時に作り分けることができる。   By this doping step, high concentration phosphorus is implanted through the gate insulating film 220 into a region exposed from the gate electrode 240n and the resist mask 222 in the semiconductor layers 207n and 207p. Regions 225, 226n, and 226p are formed. Further, low concentration phosphorus is implanted into the region of the n-channel TFT semiconductor layer 207n that does not overlap with the upper layer 214n of the gate electrode 240n, thereby forming a low concentration n-type impurity region 224. . As a result, a region in which phosphorus is implanted at a low concentration in the semiconductor layer 207n of the n-channel TFT becomes an LDD region 224 overlapping with the gate electrode 240n. The overlap length of the LDD region 224 with the gate electrode 240n is determined by the length of the lower layer 213n exposed from the upper layer 214n. Thus, the LDD region 224 is formed in a self-aligned manner. The region masked by the upper layer 204n of the gate electrode 240n and not implanted with phosphorus becomes a later channel formation region 223n, which is under the thinned region of the gate insulating film 220 and is implanted with phosphorus and boron. The region becomes the gettering region 226n, and the region where only phosphorus is implanted at a high concentration becomes the source and drain regions 225. In the p-channel TFT semiconductor layer 207p, the region 218 covered with the resist mask 222 and not doped with high-concentration phosphorus remains as a region into which only boron is implanted, and the source and drain regions of the p-channel TFT. Thus, the region into which phosphorus and boron are implanted becomes a gettering region 226p. As described above, in this embodiment, by adjusting the doping conditions, the LDD region, the source and drain regions, and the gettering region can be formed separately in one doping step.

ここで、リン223は、それぞれの半導体層207n、207pに対して、選択的に薄膜化されたゲート絶縁膜220を越してドーピングされる。そのため、半導体層207n、207pの各領域に注入されるリンの濃度は、その領域上に存在するゲート絶縁膜220の厚さに応じて大きく異なる。ゲート絶縁膜220のうち薄膜化された部分の下部にある領域226n、226pでは、ゲート絶縁膜220の厚い部分の下部にある領域225と比べてリンの濃度が高くなるとともに、上層のゲート絶縁膜が薄い分、領域225と比べて相対的に高い加速電圧でリンイオン223が半導体層中に注入されるため、個々のイオンの衝撃エネルギーが大きく、結晶性がより崩れた状態となる。これに対して、領域225では、厚いゲート絶縁膜を介して注入されるため、注入時におけるイオンの衝撃エネルギーが緩和され、良好な結晶状態を維持することができる。   Here, phosphorus 223 is doped through the gate insulating film 220 which is selectively thinned into the respective semiconductor layers 207n and 207p. Therefore, the concentration of phosphorus implanted into each region of the semiconductor layers 207n and 207p varies greatly depending on the thickness of the gate insulating film 220 existing on the regions. In the regions 226n and 226p below the thinned portion of the gate insulating film 220, the concentration of phosphorus is higher than that of the region 225 below the thick portion of the gate insulating film 220, and the upper gate insulating film Since the phosphorus ions 223 are implanted into the semiconductor layer at a relatively higher acceleration voltage than the region 225, the impact energy of each ion is large and the crystallinity is further broken. On the other hand, since the region 225 is implanted through a thick gate insulating film, the impact energy of ions at the time of implantation is relaxed, and a good crystal state can be maintained.

次に、前述の工程でマスクとして用いたレジスト222を除去した後、この基板に対して不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気にて熱処理(第2の熱処理工程)行う。この熱処理工程で、図7(D)に示すように、それぞれの半導体層207n、207pのうちソースおよびドレイン領域225、218の外側に形成されたゲッタリング領域226n、226pに高濃度にドーピングされているリンとホウ素は、ゲッタリング領域226n、226pでのニッケルに対する固溶度を高め、さらにニッケルに対する偏析サイトを形成する。また、ゲッタリング領域226n、226pでは、上層のゲート絶縁膜が薄膜化されているため、ドーピング時に非晶質化し、ニッケルに対する自由エネルギーが低下している。その結果、結晶欠陥や不対結合手(ダングリングボンド)もニッケルの偏析サイトとして機能する。これらがゲッタリング領域226n、226pのゲッタリング効果を相乗的に高める。   Next, after removing the resist 222 used as a mask in the above-described process, this substrate is subjected to heat treatment (second heat treatment process) in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere. In this heat treatment step, as shown in FIG. 7D, the gettering regions 226n and 226p formed outside the source and drain regions 225 and 218 in the respective semiconductor layers 207n and 207p are highly doped. Phosphorus and boron increase the solid solubility of nickel in the gettering regions 226n and 226p, and further form segregation sites for nickel. In the gettering regions 226n and 226p, since the upper gate insulating film is thinned, the gettering regions 226n and 226p become amorphous during doping, and the free energy with respect to nickel is reduced. As a result, crystal defects and dangling bonds also function as nickel segregation sites. These synergistically enhance the gettering effect of the gettering regions 226n and 226p.

nチャネル型TFTの半導体層207nでは、チャネル領域219n、LDD領域224およびソースおよびドレイン領域225に存在しているニッケルを、チャネル領域219nからLDD領域224、さらにソースおよびドレイン領域225、そしてゲッタリング領域226nへと、図7(D)の矢印227で示される方向に移動させる。リンのみがドーピングされたソースおよびドレイン領域225もゲッタリング効果を有するが、より多くのリンがドーピングされて非晶質化し、且つホウ素もドーピングされたゲッタリング領域226nの方が、ソースおよびドレイン領域225よりも圧倒的に高いゲッタリング能力を有するので、ゲッタリング領域226nにニッケルを集めることができる。また、pチャネル型TFTの半導体層207pでも、ソースおよびドレイン領域の外側に形成されたゲッタリング領域226pが、nチャネルTFTのゲッタリング領域226nと同様に高いゲッタリング能力を有し、チャネル領域219p、ソースおよびドレイン領域225に存在しているニッケルを、チャネル領域219pからソースおよびドレイン領域218、そしてゲッタリング領域226pへと、同様に矢印227で示される方向に移動させる。このゲッタリングのための第2の熱処理工程により、ゲッタリング領域226n、226pに触媒元素が移動してくるため、ゲッタリング領域226n、226pにおける触媒元素の濃度は5×1018/cm3以上となる。 In the semiconductor layer 207n of the n-channel TFT, nickel existing in the channel region 219n, the LDD region 224, and the source and drain regions 225 is changed from the channel region 219n to the LDD region 224, further the source and drain regions 225, and the gettering region. Move to 226n in the direction indicated by the arrow 227 in FIG. The source and drain regions 225 doped only with phosphorus also have a gettering effect, but the gettering region 226n doped with more phosphorus and made amorphous and also doped with boron is the source and drain regions. Since it has an overwhelmingly higher gettering capability than 225, nickel can be collected in the gettering region 226n. Also in the p-channel TFT semiconductor layer 207p, the gettering region 226p formed outside the source and drain regions has a high gettering capability like the gettering region 226n of the n-channel TFT, and the channel region 219p. The nickel existing in the source and drain regions 225 is moved from the channel region 219p to the source and drain regions 218 and the gettering region 226p in the same direction as indicated by the arrow 227. The catalyst element moves to the gettering regions 226n and 226p by the second heat treatment step for gettering, and therefore the concentration of the catalyst element in the gettering regions 226n and 226p is 5 × 10 18 / cm 3 or more. Become.

なお、上記第2の熱処理工程で、nチャネル型TFTのソースおよびドレイン領域225とLDD領域224にドーピングされたn型不純物(リン)と、pチャネル型TFTのソースおよびドレイン領域218にドーピングされたp型不純物(ホウ素)の活性化も同時に行われ、低抵抗化される。しかしながら、ゲッタリング領域226n、226pにおける結晶はほぼ非晶質化しているため、上記の加熱処理では結晶回復せず、非晶質成分を含んだ状態となっている。ゲッタリング領域226n、226pの抵抗は極めて高いが、TFTとしてのキャリアの移動を妨げないように、ソース領域またはドレイン領域とは別の領域として形成されるので、問題とはならない。   In the second heat treatment step, n-type impurities (phosphorus) doped in the source and drain regions 225 and LDD regions 224 of the n-channel TFT and the source and drain regions 218 of the p-channel TFT are doped. The activation of the p-type impurity (boron) is also performed at the same time, and the resistance is reduced. However, since the crystals in the gettering regions 226n and 226p are almost amorphous, the crystal is not recovered by the above heat treatment, and contains an amorphous component. Although the resistance of the gettering regions 226n and 226p is extremely high, it is not a problem because it is formed as a region different from the source region or the drain region so as not to prevent the movement of carriers as a TFT.

次いで、図7(E)に示すように、層間絶縁膜を形成する。本実施形態の層間絶縁膜は、厚さが200nmの窒化ケイ素膜228と、厚さが700nmの酸化ケイ素膜229とを積層した2層構造とする。層間絶縁膜を形成後、300〜500℃で1時間程度の熱処理を行うことが好ましい。これにより、上記層間絶縁膜(特に窒化ケイ素膜228)から、半導体層およびゲート絶縁膜の界面へ水素原子が供給され、TFT特性を劣化させる不対結合手(ダングリングボンド)を終端化し不活性化させる。   Next, as illustrated in FIG. 7E, an interlayer insulating film is formed. The interlayer insulating film of this embodiment has a two-layer structure in which a silicon nitride film 228 having a thickness of 200 nm and a silicon oxide film 229 having a thickness of 700 nm are stacked. After the formation of the interlayer insulating film, heat treatment is preferably performed at 300 to 500 ° C. for about 1 hour. As a result, hydrogen atoms are supplied from the interlayer insulating film (especially the silicon nitride film 228) to the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film, terminating dangling bonds (dangling bonds) that deteriorate TFT characteristics, and inactive. Make it.

次に、層間絶縁膜228、229にコンタクトホールを形成して、金属材料、例えば、窒化チタンとアルミニウムの二層膜によってTFTの電極および配線230を形成する。窒化チタン膜は、アルミニウムが半導体層に拡散するのを防止する目的のバリア膜として設けられる。最後に、350℃で、1時間のアニールを行い、図7E)に示すnチャネル型薄膜トランジスタ231とpチャネル型薄膜トランジスタ232とを完成させる。必要に応じて、ゲート電極240n、240pの上にもコンタクトホールを設けて、配線230により必要な電極間を接続する。また、TFTを保護する目的で、それぞれのTFT上に窒化ケイ素膜などからなる保護膜を設けてもよい。   Next, contact holes are formed in the interlayer insulating films 228 and 229, and TFT electrodes and wirings 230 are formed using a two-layer film of a metal material, for example, titanium nitride and aluminum. The titanium nitride film is provided as a barrier film for the purpose of preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. Finally, annealing is performed at 350 ° C. for 1 hour, and the n-channel thin film transistor 231 and the p-channel thin film transistor 232 shown in FIG. 7E) are completed. If necessary, contact holes are provided also on the gate electrodes 240n and 240p, and necessary electrodes are connected by the wiring 230. For the purpose of protecting the TFT, a protective film made of a silicon nitride film or the like may be provided on each TFT.

以上の実施形態にしたがって作製したそれぞれの薄膜トランジスタ231、232の電界効果移動度や閾値電圧は、第1実施形態と同様の良好な特性を示す。   The field-effect mobility and the threshold voltage of each thin film transistor 231 and 232 manufactured according to the above embodiment show good characteristics similar to those of the first embodiment.

本実施形態では、nチャネル型TFTおよびpチャネル型TFTの作製プロセスにおいて、それぞれのソースおよびドレイン領域形成工程を利用して同時にゲッタリング領域の形成とpチャネル型TFTのゲート電極形成とを行うことができるので、ゲッタリング領域形成とpチャネル型TFTのゲート電極形成のための工程(フォトリソ工程、ドーピング工程、アニール工程)を別個に行う必要がない。その結果、製造工程を簡略化でき、半導体装置の製造コストを低減できる。また、良品率を向上できる。そして、本実施形態で作製したnチャネル型薄膜トランジスタ231とpチャネル型薄膜トランジスタ232とを相補的に構成したCMOS構造回路を用いて、インバーターチェーンやリングオシレーター等の回路を形成すると、得られた回路は高い信頼性を有し、安定した回路特性を示す。   In this embodiment, in the fabrication process of the n-channel TFT and the p-channel TFT, the formation of the gettering region and the formation of the gate electrode of the p-channel TFT are simultaneously performed using the respective source and drain region forming steps. Therefore, it is not necessary to separately perform processes (photolithographic process, doping process, annealing process) for forming the gettering region and forming the gate electrode of the p-channel TFT. As a result, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced. In addition, the yield rate can be improved. When a circuit such as an inverter chain or a ring oscillator is formed by using a CMOS structure circuit in which the n-channel thin film transistor 231 and the p-channel thin film transistor 232 that are manufactured in this embodiment are complementarily formed, the obtained circuit is High reliability and stable circuit characteristics.

上記第1実施形態および第2の実施形態では、ゲッタリング領域はソースおよびドレイン領域の外側に配置されていればよい。以下、図8および図9に示す平面図を参照しながら、TFT半導体層におけるゲッタリング領域の配置例を説明する。   In the first and second embodiments, the gettering region only needs to be disposed outside the source and drain regions. Hereinafter, an example of arrangement of gettering regions in the TFT semiconductor layer will be described with reference to plan views shown in FIGS.

第1および第2の実施形態におけるnチャネル型TFT、pチャネル型TFT、画素TFTの半導体層には様々な形状のゲッタリング領域を形成することが可能である。また、nチャネル型TFTの半導体層におけるゲッタリング領域とpチャネル型TFTの半導体層におけるゲッタリング領域との面積を概略等しくし、ゲッタリング領域からチャネル領域までの距離を概略等しくすることで、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTとの触媒元素に対するゲッタリングの効率をより確実に揃えることができる。   Various shapes of gettering regions can be formed in the semiconductor layers of the n-channel TFT, the p-channel TFT, and the pixel TFT in the first and second embodiments. Further, the areas of the gettering region in the semiconductor layer of the n-channel TFT and the gettering region in the semiconductor layer of the p-channel TFT are approximately equal, and the distance from the gettering region to the channel region is approximately equal, The efficiency of gettering with respect to the catalytic elements of the channel type TFT and the p channel type TFT can be more reliably aligned.

なお、nチャネル型TFTの半導体層におけるゲッタリング領域とpチャネル型TFTの半導体層におけるゲッタリング領域との面積を概略等しくするとは、それぞれのTFTにおいて、半導体層(チャネル領域)の幅をW、ゲッタリング領域の面積Sとしたとき、半導体層(チャネル領域)の幅Wおよびゲッタリング領域の面積Sの比S/Wがnチャネル型TFTおよびpチャネル型TFTにおいて概略等しくすることである。   Note that the areas of the gettering region in the semiconductor layer of the n-channel TFT and the gettering region in the semiconductor layer of the p-channel TFT are substantially equal to each other in that the width of the semiconductor layer (channel region) is W, When the area S of the gettering region is defined, the ratio S / W of the width W of the semiconductor layer (channel region) and the area S of the gettering region is approximately equal in the n-channel TFT and the p-channel TFT.

図8(A)〜(D)は、半導体層30およびゲート電極35の構成を例示する平面図である。これらの図において、同じ構成要素には同じ参照符号を付している。半導体層30は、ゲート電極35と重なる領域に形成されるチャネル形成領域と、チャネル形成領域の両側のソースおよびドレイン領域31、32と、ゲッタリング領域とを有している。ソースおよびドレイン領域31、32は、それぞれコンタクト部36、37を有している。本明細書において、各TFTを電気的に接続する配線が半導体層と接続される部分をコンタクト部という。   8A to 8D are plan views illustrating the configuration of the semiconductor layer 30 and the gate electrode 35. In these drawings, the same components are denoted by the same reference numerals. The semiconductor layer 30 has a channel formation region formed in a region overlapping with the gate electrode 35, source and drain regions 31 and 32 on both sides of the channel formation region, and a gettering region. The source and drain regions 31 and 32 have contact portions 36 and 37, respectively. In this specification, a portion where a wiring for electrically connecting each TFT is connected to a semiconductor layer is referred to as a contact portion.

図8(A)に示す構成では、ゲッタリング領域33a、34aは、チャネル形成領域から離れた位置(半導体層の外縁部)に、ゲート電極35と平行方向に延びる長方形状に配置されている。すなわち、長方形の長辺はゲート電極と平行である。また、長方形のコーナー部は半導体層30のコーナー部に掛かる様に配置されている。   In the structure shown in FIG. 8A, the gettering regions 33a and 34a are arranged in a rectangular shape extending in a direction parallel to the gate electrode 35 at a position away from the channel formation region (outer edge portion of the semiconductor layer). That is, the long side of the rectangle is parallel to the gate electrode. In addition, the rectangular corner portion is arranged so as to hang over the corner portion of the semiconductor layer 30.

図8(B)に示す構成では、ゲッタリング領域33b、34bは、ゲート電極35の下部にあるチャネル形成領域から離れた位置(半導体層の外縁部)に、ゲート電極35と垂直方向に延びる長方形状の配置されている。また、長方形のコーナー部は半導体層30のコーナー部に掛かる様に配置されている。   In the structure shown in FIG. 8B, the gettering regions 33 b and 34 b are rectangular shapes extending in a direction perpendicular to the gate electrode 35 at positions away from the channel formation region below the gate electrode 35 (outer edge portion of the semiconductor layer). Arranged. In addition, the rectangular corner portion is arranged so as to hang over the corner portion of the semiconductor layer 30.

図8(C)に示す構成では、ゲッタリング領域33c、34cは、ゲート電極35の下部にあるチャネル形成領域から離れた位置(半導体層の外縁部)に、ゲート電極35と平行方向に延びる長方形と、ゲート電極35と垂直方向に延びる長方形とを組み合わせてできた複雑な形状に配置されている。この形状のコーナー部は半導体層30のコーナー部に掛かる様に配置されている。この場合は、図8(A)または図8(B)の構成よりも、ゲッタリング領域の面積を大きくすることができるので、触媒元素に対するゲッタリング効率をより高められる。   In the configuration shown in FIG. 8C, the gettering regions 33 c and 34 c are rectangular shapes extending in a direction parallel to the gate electrode 35 at positions away from the channel formation region below the gate electrode 35 (outer edge portion of the semiconductor layer). And a complicated shape formed by combining the gate electrode 35 and a rectangle extending in the vertical direction. The corner portion of this shape is arranged so as to hang over the corner portion of the semiconductor layer 30. In this case, since the area of the gettering region can be made larger than in the configuration of FIG. 8A or FIG. 8B, the gettering efficiency for the catalytic element can be further increased.

上記の図8(A)〜(C)の何れの構成においても、ゲッタリング領域は、ソース領域またはドレイン領域31、32にそれぞれ形成されるコンタクト部の間を流れる電流を妨げない位置に配置されている。   In any of the configurations shown in FIGS. 8A to 8C, the gettering region is disposed at a position where the current flowing between the contact portions formed in the source region or the drain regions 31 and 32 is not hindered. ing.

例えば、図8(A)に示すゲッタリング領域33a、34aは、ソース領域31に形成されているコンタクト部36と、ドレイン領域32に形成されているコンタクト部37との間を流れる電流を妨げない位置に配置されている。同様に、図8(B)に示すゲッタリング領域33b、34bは、ソース領域31に接続しているコンタクト部36とドレイン領域32に形成されているコンタクト部37との間を流れる電流を妨げない位置に配置されている。また、図8(C)に示すゲッタリング領域33c、34cは、ソース領域31に形成されているコンタクト部36とドレイン領域32に形成されているコンタクト部37との間を流れる電流を妨げない位置に配置されている。   For example, the gettering regions 33 a and 34 a shown in FIG. 8A do not hinder current flowing between the contact portion 36 formed in the source region 31 and the contact portion 37 formed in the drain region 32. Placed in position. Similarly, the gettering regions 33b and 34b shown in FIG. 8B do not hinder the current flowing between the contact portion 36 connected to the source region 31 and the contact portion 37 formed in the drain region 32. Placed in position. Further, the gettering regions 33c and 34c shown in FIG. 8C do not hinder the current flowing between the contact portion 36 formed in the source region 31 and the contact portion 37 formed in the drain region 32. Is arranged.

図8(D)に示す構成は、図8(C)に示す構成と基本的に同じであるが、ゲッタリング領域33d、34dがコンタクト部36、37の一部に掛かっている点で異なっている。これにより、ゲッタリング領域33d、34dの更なる面積拡大が図られ、ゲッタリング領域33d、34dのゲッタリング効率を向上できる。基本的に、ゲッタリング領域33d、34dがコンタクト部36d、37dの一部に掛かっても問題ないが、ゲッタリング領域とコンタクト部とが重なる面積は最大でもコンタクト部36d、37dの半分以下となる様に留意する必要がある。従って、コンタクト部36d、37dとゲッタリング領域33d、34dとの間の設計距離は、各々の領域形成に対応するフォトリソグラフィ工程で使用する露光装置のアライメント精度を考慮して、好適な設計距離を決める必要がある。   The configuration shown in FIG. 8D is basically the same as the configuration shown in FIG. 8C, but differs in that the gettering regions 33d and 34d are applied to part of the contact portions 36 and 37. Yes. Thereby, the area of the gettering regions 33d and 34d can be further expanded, and the gettering efficiency of the gettering regions 33d and 34d can be improved. Basically, there is no problem if the gettering regions 33d and 34d cover a part of the contact portions 36d and 37d, but the area where the gettering region and the contact portion overlap is at most half or less of the contact portions 36d and 37d. It is necessary to pay attention to. Accordingly, the design distance between the contact portions 36d and 37d and the gettering regions 33d and 34d is a suitable design distance in consideration of the alignment accuracy of the exposure apparatus used in the photolithography process corresponding to each region formation. It is necessary to decide.

なお、本発明の構成は図8(A)〜(D)に示す構成に限定されるものではない。ゲッタリング領域は、ソース領域とドレイン領域との間を流れる電流に影響を与えない(阻害しない)位置であれば任意の位置に配置され得る。   In addition, the structure of this invention is not limited to the structure shown to FIG. 8 (A)-(D). The gettering region can be arranged at any position as long as it does not affect (does not inhibit) the current flowing between the source region and the drain region.

また、図9(A)は、半導体層30の上を複数のゲート電極35が横切り、半導体層30に複数のチャネル形成領域が形成される場合の、半導体層30およびゲート電極35の構成を例示する平面図である。半導体層30はゲート電極35の下部に形成される複数のチャネル形成領域と、その両側のソースおよびドレイン領域31、32と、ゲッタリング領域33e、34e、38eとを有している。ゲッタリング領域33e、34eは、半導体層30の外縁部に配置されており、例えば図8(A)〜(D)に示すゲッタリング領域33a〜d、34a〜dと同様の形状を有している。ゲッタリング領域33e、34eはコンタクト部36、37の一部に掛かっても構わないが、基本的に、ゲッタリング領域とコンタクト部との重なる面積が最大でもコンタクト部36、37の面積の半分以下になる様に留意する。一方。ゲッタリング領域38eは、複数のゲート電極35の間に位置するソース、領域31(またはドレイン領域32)の間に形成されている。ゲッタリング領域38eも、電流の流れを妨げないように配置される。好ましくはゲート電極35の間に形成されるコンタクト部39と重ならないように配置される。   FIG. 9A illustrates the configuration of the semiconductor layer 30 and the gate electrode 35 in the case where a plurality of gate electrodes 35 cross the semiconductor layer 30 and a plurality of channel formation regions are formed in the semiconductor layer 30. FIG. The semiconductor layer 30 has a plurality of channel forming regions formed under the gate electrode 35, source and drain regions 31, 32 on both sides thereof, and gettering regions 33e, 34e, 38e. The gettering regions 33e and 34e are arranged on the outer edge portion of the semiconductor layer 30 and have the same shape as the gettering regions 33a to 33d and 34a to 34d shown in FIGS. Yes. Although the gettering regions 33e and 34e may cover a part of the contact portions 36 and 37, basically, the area where the gettering region and the contact portion overlap is at most less than half the area of the contact portions 36 and 37. Keep in mind that on the other hand. The gettering region 38e is formed between the source and region 31 (or drain region 32) located between the plurality of gate electrodes 35. The gettering region 38e is also arranged so as not to hinder the flow of current. Preferably, they are arranged so as not to overlap with contact portions 39 formed between gate electrodes 35.

また、図9(B)も、半導体層30を複数のゲート電極35が横切り、半導体層30にに複数のチャネル形成領域が形成される場合の構成を示す平面図である。図9(B)に示す構成では、2つのTFTが半導体層30を共有して直列に連結されており、その連結部においてコンタクト部を有しない。すなわち、連結部から電気信号を取り出す必要が無い。このような構成のTFTは、クロックトインバータやラッチ回路等回路で実際に使用される。半導体層30は、ゲート電極35の下部に形成される複数のチャネル形成領域と、その両側のソースおよびドレイン領域31、32と、ゲッタリング領域33f、34f、38fとを有している。ゲッタリング領域33f、34fは、半導体層30の外縁部に配置されており、例えば図8(A)〜(D)に示すゲッタリング領域33a〜d、34a〜dと同様の形状を有している。一方、ゲッタリング領域38fは、複数のゲート電極35の間に形成されたソース領域31(またはドレイン領域32)の間に配置されている。ゲッタリング領域38fは、連結部において、コンタクト部36からコンタクト部37へと流れる電流を少なくとも妨げない位置に配置されている。   FIG. 9B is also a plan view showing a configuration in the case where a plurality of gate electrodes 35 cross the semiconductor layer 30 and a plurality of channel formation regions are formed in the semiconductor layer 30. In the structure shown in FIG. 9B, two TFTs are connected in series while sharing the semiconductor layer 30, and the connecting portion does not have a contact portion. That is, there is no need to take out an electrical signal from the connecting portion. The TFT having such a configuration is actually used in a circuit such as a clocked inverter or a latch circuit. The semiconductor layer 30 has a plurality of channel formation regions formed below the gate electrode 35, source and drain regions 31, 32 on both sides thereof, and gettering regions 33f, 34f, 38f. The gettering regions 33f and 34f are arranged on the outer edge portion of the semiconductor layer 30 and have the same shape as the gettering regions 33a to 33d and 34a to 34d shown in FIGS. Yes. On the other hand, the gettering region 38f is disposed between the source region 31 (or the drain region 32) formed between the plurality of gate electrodes 35. The gettering region 38f is arranged at a position where the current flowing from the contact portion 36 to the contact portion 37 is not hindered at least in the connecting portion.

なお、TFTの半導体層30の形状は、そのTFTに要求される電流量により異なる。図8及び図9に示すようにソースおよびドレイン領域とチャネル領域の幅が同一であるずん胴形となっている場合と、ソースおよびドレイン領域よりもチャネル領域の幅が狭められ、くさび形となっている場合とがあるが、どちらの場合にも同様に本発明を適用できる。   The shape of the TFT semiconductor layer 30 differs depending on the amount of current required for the TFT. As shown in FIGS. 8 and 9, the width of the channel region is narrower than that of the source and drain regions, and the wedge shape is obtained when the source and drain regions and the channel region have the same width. In either case, the present invention can be similarly applied.

また、どのような形状のゲッタリング領域を適用しても、ゲッタリングのための加熱処理により、ゲッタリング領域には触媒元素が移動してくるため、加熱処理後のゲッタリング領域における触媒元素の濃度は典型的には5×1018/cm3以上となる。 In addition, no matter which shape of the gettering region is applied, the catalytic element moves to the gettering region due to the heat treatment for gettering. The concentration is typically 5 × 10 18 / cm 3 or more.

(第3実施形態)
図10を参照しながら、本発明による第3の実施形態について説明する。本実施形態では、第1の実施形態で説明した方法とは異なる方法で非晶質半導体膜の結晶化を行う。図10は、本実施形態での作製工程を示す断面図であり、図10(A)から図10(E)にしたがって作製工程が順次進行する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the amorphous semiconductor film is crystallized by a method different from the method described in the first embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing process in this embodiment, and the manufacturing process sequentially proceeds according to FIGS. 10A to 10E.

まず、第1、第2の実施形態と同様に、基板(本実施形態ではガラス基板)401上に、基板からの不純物拡散を防ぐために、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜または酸化窒化ケイ素膜などの下地膜を形成する。本実施形態では、下層の第1下地膜402として窒化ケイ素膜を形成し、その上に第2下地膜403として酸化ケイ素膜を形成する。次に、厚さが30〜80nmのa−Si膜404を、第1、第2実施形態と同様の方法で形成する。下地絶縁膜402、403と非晶質半導体膜404とを大気解放しないで連続的に形成しても構わない。   First, as in the first and second embodiments, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or the like is formed on a substrate (a glass substrate in this embodiment) 401 in order to prevent impurity diffusion from the substrate. A base film is formed. In this embodiment, a silicon nitride film is formed as the lower first base film 402, and a silicon oxide film is formed thereon as the second base film 403. Next, an a-Si film 404 having a thickness of 30 to 80 nm is formed by the same method as in the first and second embodiments. The base insulating films 402 and 403 and the amorphous semiconductor film 404 may be continuously formed without being released to the atmosphere.

次に、酸化ケイ素膜から形成されたマスク絶縁膜(厚さ:200nm程度)405を形成する。マスク絶縁膜405は、図10(A)に示すように、半導体膜104に触媒元素を添加するための開口部400を有している。   Next, a mask insulating film (thickness: about 200 nm) 405 formed from a silicon oxide film is formed. As shown in FIG. 10A, the mask insulating film 405 has an opening 400 for adding a catalytic element to the semiconductor film 104.

次に、図10(B)に示すように、重量換算で100ppmの触媒元素(本実施形態ではニッケル)を含む水溶液(酢酸ニッケル水溶液)をスピンコート法で塗布して、触媒元素層406を形成する。このとき、マスク絶縁膜405の開口部400において、触媒元素層406は選択的にa−Si膜404と接触し、触媒元素添加領域400sが形成される。   Next, as shown in FIG. 10B, an aqueous solution (nickel acetate aqueous solution) containing 100 ppm of the catalytic element (nickel in this embodiment) in terms of weight is applied by a spin coating method to form the catalytic element layer 406. To do. At this time, in the opening 400 of the mask insulating film 405, the catalytic element layer 406 selectively contacts the a-Si film 404, and a catalytic element addition region 400s is formed.

本実施形態ではスピンコート法を用いてニッケルを添加するが、蒸着法やスパッタ法などにより触媒元素から形成される薄膜(本実施形態の場合はニッケル膜)をa−Si膜404の上に形成することによってニッケルを添加しても良い。   In this embodiment, nickel is added using a spin coating method, but a thin film (nickel film in this embodiment) formed from a catalytic element is formed on the a-Si film 404 by vapor deposition or sputtering. Then, nickel may be added.

次に、500〜650℃(好ましくは550〜600℃)で6〜20時間(好ましくは8〜15時間)の加熱処理を行う。本実施形態では、570℃で14時間の加熱処理を行う。その結果、図10(C)に示すように、触媒元素添加領域400sに結晶核が発生し、触媒元素添加領域400sのa−Si膜404がまず結晶化され、結晶化領域404aとなる。さらにこの結晶化領域404aを起点として概略基板401と平行な方向(矢印407で示した方向)に結晶化が進行し、巨視的な結晶成長方向が揃った結晶質ケイ素膜404bが形成される。このとき、マスク405上に存在するニッケル406は、マスク膜405に阻まれ、下層のa−Si膜404へは到達しない。従って、触媒元素添加領域400sにおいて導入されたニッケルのみによりa−Si膜404の結晶化が行われる。また、横方向への結晶成長が到達しない領域は非晶質領域404cとして残る。但し、レイアウトによっては、隣接した開口部より横方向に結晶成長した領域とぶつかり合って境界が生じる場合もあり、この場合は非晶質領域とはならない。   Next, heat treatment is performed at 500 to 650 ° C. (preferably 550 to 600 ° C.) for 6 to 20 hours (preferably 8 to 15 hours). In this embodiment, a heat treatment is performed at 570 ° C. for 14 hours. As a result, as shown in FIG. 10C, crystal nuclei are generated in the catalytic element addition region 400s, and the a-Si film 404 in the catalytic element addition region 400s is first crystallized to become a crystallization region 404a. Furthermore, crystallization proceeds in a direction parallel to the substrate 401 (direction indicated by an arrow 407) starting from the crystallization region 404a, and a crystalline silicon film 404b having a uniform macroscopic crystal growth direction is formed. At this time, the nickel 406 existing on the mask 405 is blocked by the mask film 405 and does not reach the underlying a-Si film 404. Therefore, the a-Si film 404 is crystallized only by nickel introduced in the catalytic element addition region 400s. A region where the lateral crystal growth does not reach remains as an amorphous region 404c. However, depending on the layout, a boundary may be generated by colliding with a crystal growth region in the lateral direction from an adjacent opening, and in this case, it is not an amorphous region.

マスクとして用いた酸化ケイ素膜405を除去した後、図10(D)で示すように、結晶質シリコン膜404bにレーザー光を照射して、第1、第2の実施形態と同様に、結晶性の改善を行ってもよい。これにより、横方向の結晶成長により得られた結晶質ケイ素膜404bはより高品質化されて、結晶質ケイ素膜404dとなる。   After removing the silicon oxide film 405 used as the mask, as shown in FIG. 10D, the crystalline silicon film 404b is irradiated with laser light, and the crystallinity is the same as in the first and second embodiments. Improvements may be made. Thereby, the crystalline silicon film 404b obtained by the crystal growth in the lateral direction is further improved in quality and becomes a crystalline silicon film 404d.

続いて、横方向に結晶成長した領域の結晶質ケイ素膜404dを所定の形状にエッチングして、後のTFTの半導体層409を形成する。   Subsequently, the crystalline silicon film 404d in the laterally grown region is etched into a predetermined shape to form a semiconductor layer 409 of the later TFT.

本実施形態における結晶化方法は第1および第2の実施形態における結晶化工程に適応することができる。これにより、電流駆動能力の高い高性能なTFTを実現することができる。   The crystallization method in this embodiment can be applied to the crystallization process in the first and second embodiments. As a result, a high-performance TFT having a high current driving capability can be realized.

(第4実施形態)
本実施形態の半導体装置はアクティブマトリクス基板である。図11(A)および(B)は、本実施形態のアクティブマトリクス基板のブロック図を示す。
(Fourth embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is an active matrix substrate. 11A and 11B are block diagrams of the active matrix substrate of this embodiment.

図11(A)には、アナログ駆動を行うための回路構成が示されている。本実施例は、ソース側駆動回路50、画素部51およびゲート側駆動回路52を有している半導体装置について示している。なお、本明細書中において、駆動回路とはソース側処理回路およびゲート側駆動回路を含めた総称を指している。   FIG. 11A shows a circuit configuration for performing analog driving. In this embodiment, a semiconductor device having a source side driver circuit 50, a pixel portion 51, and a gate side driver circuit 52 is shown. Note that in this specification, a drive circuit refers to a generic name including a source side processing circuit and a gate side drive circuit.

ソース側駆動回路50は、シフトレジスタ50a、バッファ50b、サンプリング回路(トランスファゲート)50cを設けている。また、ゲート側駆動回路52は、シフトレジスタ52a、レベルシフタ52b、バッファ52cを設けている。また、必要であればサンプリング回路とシフトレジスタとの間にレベルシフタ回路を設けてもよい。   The source side driving circuit 50 includes a shift register 50a, a buffer 50b, and a sampling circuit (transfer gate) 50c. Further, the gate side driving circuit 52 is provided with a shift register 52a, a level shifter 52b, and a buffer 52c. Further, if necessary, a level shifter circuit may be provided between the sampling circuit and the shift register.

本実施形態では、画素部51は複数の画素からなり、その複数の画素各々がTFT素子を含んでいる。   In the present embodiment, the pixel unit 51 includes a plurality of pixels, and each of the plurality of pixels includes a TFT element.

なお、図示していないが、画素部51を挟んでゲート側駆動回路22の反対側にさらにゲート側駆動回路を設けても良い。   Although not shown, a gate side drive circuit may be further provided on the opposite side of the gate side drive circuit 22 with the pixel portion 51 interposed therebetween.

また、図11(B)には、デジタル駆動を行うための回路構成が示されている。本実施例は、ソース側駆動回路53、画素部54およびゲート側駆動回路55を有している半導体装置について示している。デジタル駆動させる場合は、図10(B)に示すように、サンプリング回路の代わりにラッチ(A)53b、ラッチ(B)53cを設ければよい。ソース側駆動回路53は、シフトレジスタ53a、ラッチ(A)53b、ラッチ(B)53c、D/Aコンバータ53d、バッファ53eを設けている。また、ゲート側駆動回路55は、シフトレジスタ55a、レベルシフタ55b、バッファ55cを設けている。また、必要であればラッチ(B)53cとD/Aコンバータ53dとの間にレベルシフタ回路を設けてもよい。   FIG. 11B shows a circuit configuration for performing digital driving. This embodiment shows a semiconductor device having a source side driver circuit 53, a pixel portion 54, and a gate side driver circuit 55. In the case of digital driving, as shown in FIG. 10B, a latch (A) 53b and a latch (B) 53c may be provided instead of the sampling circuit. The source side driving circuit 53 includes a shift register 53a, a latch (A) 53b, a latch (B) 53c, a D / A converter 53d, and a buffer 53e. The gate side driving circuit 55 includes a shift register 55a, a level shifter 55b, and a buffer 55c. If necessary, a level shifter circuit may be provided between the latch (B) 53c and the D / A converter 53d.

なお、上記構成は、前述の実施形態1〜3に示した製造工程に従って実現することができる。また、本実施形態では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本発明の製造工程に従えば、メモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。   In addition, the said structure is realizable according to the manufacturing process shown in above-mentioned Embodiment 1-3. In this embodiment, only the configuration of the pixel portion and the drive circuit is shown. However, according to the manufacturing process of the present invention, a memory and a microprocessor can be formed.

(第5実施形態)
本実施形態の半導体装置は、上述の実施形態で形成されたCMOS回路や画素部を用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置や有機EL表示装置、およびそのような表示装置を表示部として有する電気器具全てである。
(Fifth embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is an active matrix type liquid crystal display device or organic EL display device using the CMOS circuit or pixel portion formed in the above-described embodiment, and all electric appliances having such a display device as a display portion. It is.

その様な電気器具としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター(リア型またはフロント型)、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。   Such electric appliances include video cameras, digital cameras, projectors (rear type or front type), head mounted displays (goggles type displays), personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.), etc. Is mentioned.

本実施形態では、触媒元素を用いた良好な結晶性を有する結晶質半導体膜を形成することができ、さらに十分に触媒元素をゲッタリングできる。また、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTとで、要求される特性や目的に応じて構造を簡易に作り分けることができる。よって、nチャネル型TFTのホットキャリア耐性を高くし、pチャネル型TFTの寄生容量を抑えたCMOS回路が得られる。その結果、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTとの特性をともに向上させることができるので、信頼性の高い、安定した回路特性を有する、良好なCMOS駆動回路を実現できる。また、オフ動作時のリーク電流が問題となる画素スイッチングTFTや、アナログスイッチ部のサンプリング回路のTFT等でも、触媒元素の偏析によると考えられるリーク電流の発生を十分に抑制することができる。その結果、表示ムラのない良好な表示が可能になる。また表示ムラがない良好な表示であるため、光源を必要以上に使用する必要がなく無駄な消費電力を低減することができる。よって、低消費電力化も可能な電気器具(携帯電話、携帯書籍、ディスプレイ)を実現できる。   In this embodiment, a crystalline semiconductor film having good crystallinity using a catalyst element can be formed, and the catalyst element can be sufficiently gettered. In addition, a structure can be easily made according to required characteristics and purposes by using an n-channel TFT and a p-channel TFT. Accordingly, a CMOS circuit in which the hot carrier resistance of the n-channel TFT is increased and the parasitic capacitance of the p-channel TFT is suppressed can be obtained. As a result, both the characteristics of the n-channel TFT and the p-channel TFT can be improved, so that a reliable CMOS driving circuit having a stable and reliable circuit characteristic can be realized. Further, even in a pixel switching TFT in which a leakage current during an off operation is a problem, a TFT in a sampling circuit of an analog switch unit, etc., generation of a leakage current that is considered to be due to segregation of a catalytic element can be sufficiently suppressed. As a result, a good display without display unevenness is possible. In addition, since the display is good without display unevenness, it is not necessary to use a light source more than necessary, and wasteful power consumption can be reduced. Therefore, an electric appliance (a mobile phone, a portable book, a display) that can reduce power consumption can be realized.

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。また、第5実施形態の電気器具は、第1から第4の実施形態を組み合わせて作製された表示装置を用いて実現することができる。   As described above, the scope of application of the present invention is extremely wide and can be applied to electric appliances in various fields. Moreover, the electric appliance of 5th Embodiment is realizable using the display apparatus produced combining the 1st-4th embodiment.

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible.

例えば、本発明で対象となる半導体膜としては、前述の実施形態で示した純粋なケイ素膜以外に、ゲルマニウムとケイ素との混成膜(シリコン・ゲルマニウム膜)や純粋なゲルマニウム膜も利用できる。   For example, in addition to the pure silicon film shown in the above-described embodiment, a mixed film of germanium and silicon (silicon / germanium film) or a pure germanium film can be used as the semiconductor film targeted by the present invention.

また、ニッケルを導入する方法としては、非晶質ケイ素膜表面にニッケル塩を溶かせた溶液を塗布する方法を採用したが、非晶質ケイ素膜成膜前に下地膜表面にニッケルを導入し、非晶質ケイ素膜下層よりニッケルを拡散させ結晶成長を行わせる方法でもよい。また、ニッケルの導入方法として、その他、様々な手法を用いることができる。例えば、ニッケル塩を溶かせる溶媒としてSOG(スピンオングラス)材料を用い、SiO2膜より拡散させる方法もある。また、スパッタリング法や蒸着法、メッキ法により薄膜形成する方法や、イオンドーピング法により直接導入する方法なども利用できる。 In addition, as a method of introducing nickel, a method of applying a solution in which a nickel salt is dissolved on the surface of the amorphous silicon film was adopted, but before the amorphous silicon film was formed, nickel was introduced on the surface of the base film, Alternatively, nickel may be diffused from the lower layer of the amorphous silicon film to cause crystal growth. Various other methods can be used for introducing nickel. For example, there is a method in which an SOG (spin on glass) material is used as a solvent for dissolving a nickel salt and is diffused from an SiO 2 film. Further, a method of forming a thin film by a sputtering method, a vapor deposition method, a plating method, a method of directly introducing by an ion doping method, or the like can be used.

さらに、前述の実施形態では、ゲッタリング工程でリンを用いたが、それ以外にヒ素、アンチモンを利用しても良い。   Furthermore, in the above-described embodiment, phosphorus is used in the gettering step, but arsenic and antimony may be used in addition to that.

本発明により、触媒元素を用いて作製された良好な結晶性を有する結晶質半導体膜の活性領域、特にチャネル形成領域やチャネル形成領域とソース領域またはドレイン領域との接合部に残留する触媒元素が十分に低減された半導体装置が提供される。   According to the present invention, a catalytic element remaining in an active region of a crystalline semiconductor film having a good crystallinity manufactured using a catalytic element, particularly a channel forming region or a junction between a channel forming region and a source region or a drain region A sufficiently reduced semiconductor device is provided.

本発明では、Nチャネル型TFTにおいて、ゲート絶縁膜を部分的に薄くまたは除去しているので、ソースおよびドレイン領域およびゲッタリング領域に対するn型不純物元素のドーピング条件をそれぞれ最適化できる。従って、ソースおよびドレイン領域の高抵抗化を抑えつつ、ゲッタリング領域のゲッタリング能力を向上できる。   In the present invention, since the gate insulating film is partially thinned or removed in the N-channel TFT, the doping conditions of the n-type impurity element for the source and drain regions and the gettering region can be optimized. Therefore, the gettering capability of the gettering region can be improved while suppressing the increase in resistance of the source and drain regions.

また、nチャネル型TFTおよびpチャネル型TFTの構造を変えることによって、それぞれのTFTに求められる特性を両立させることができる。   Further, by changing the structures of the n-channel TFT and the p-channel TFT, the characteristics required for each TFT can be made compatible.

さらに、本発明によれば、上記半導体装置を、工程を付加すること無く、従来と同等の簡易なプロセスで製造できる。   Furthermore, according to the present invention, the semiconductor device can be manufactured by a simple process equivalent to the conventional one without adding a process.

本発明では、TFTの製造工程においてゲッタリング領域を除去しないので、完成したTFTは、半導体層内にゲッタリング領域を有している。このように、本発明におけるTFTは、製造工程を通じて、また完成後もゲッタリング能力を有しているので、ゲッタリング工程後の如何なる熱処理工程においても、シリサイドの再析出を防止できる。   In the present invention, since the gettering region is not removed in the TFT manufacturing process, the completed TFT has a gettering region in the semiconductor layer. As described above, the TFT in the present invention has gettering ability throughout the manufacturing process and after completion, and therefore, reprecipitation of silicide can be prevented in any heat treatment process after the gettering process.

本発明により十分にゲッタリングされた活性領域を有するTFTを用いれば、リーク電流の発生が抑制され、高い信頼性を有し、且つ特性ばらつきも少ない安定した特性を有する高性能半導体素子、および集積度の高い高性能半導体装置を実現できる。また、そのような高性能半導体素子の製造工程の簡略化と製造コストの低減が図れる。さらに、その製造工程において良品率を大きく向上できる。   If a TFT having an active region sufficiently gettered according to the present invention is used, a high-performance semiconductor device having stable characteristics with reduced leakage current, high reliability and little characteristic variation, and integration High-performance high-performance semiconductor devices can be realized. In addition, the manufacturing process of such a high-performance semiconductor element can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, the yield rate can be greatly improved in the manufacturing process.

本発明は、アクティブマトリクス型の液晶表示装置や有機EL表示装置、密着型イメージセンサー、三次元ICなどに適用できる。本発明をアクティブマトリクス基板やそれを用いた液晶表示装置に適用すると、アクティブマトリクス基板に要求される画素スイッチングTFTのスイッチング特性の向上と、周辺駆動回路部を構成するTFTに要求される高性能化・高集積化とを同時に満足できる。従って、本発明を、同一基板上にアクティブマトリクス部と周辺駆動回路部とを構成するドライバモノリシック型アクティブマトリクス基板に適用すると、モジュールのコンパクト化、高性能化、低コスト化を実現できるので特に有利である。   The present invention can be applied to an active matrix liquid crystal display device, an organic EL display device, a contact image sensor, a three-dimensional IC, and the like. When the present invention is applied to an active matrix substrate and a liquid crystal display device using the same, the switching characteristics of the pixel switching TFT required for the active matrix substrate and the high performance required for the TFT constituting the peripheral drive circuit section are improved.・ We can satisfy high integration at the same time. Therefore, when the present invention is applied to a driver monolithic active matrix substrate in which the active matrix portion and the peripheral drive circuit portion are formed on the same substrate, it is particularly advantageous because the module can be made compact, high performance and low cost. It is.

本発明による実施形態におけるTFTの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of TFT in embodiment by this invention. (A)〜(D)は、本発明による第1の実施形態におけるTFTの製造方法を説明するための工程断面模式図である。(A)-(D) are process cross-sectional schematic diagrams for demonstrating the manufacturing method of TFT in 1st Embodiment by this invention. (A)〜(C)は、本発明による第1の実施形態におけるTFTの製造方法を説明するための工程断面模式図である。(A)-(C) are process cross-sectional schematic diagrams for demonstrating the manufacturing method of TFT in 1st Embodiment by this invention. (A)〜(C)は、本発明による第1の実施形態におけるTFTの製造方法を説明するための工程断面模式図である。(A)-(C) are process cross-sectional schematic diagrams for demonstrating the manufacturing method of TFT in 1st Embodiment by this invention. (A)〜(C)は、本発明による第1の実施形態におけるTFTの製造方法を説明するための工程断面模式図である。(A)-(C) are process cross-sectional schematic diagrams for demonstrating the manufacturing method of TFT in 1st Embodiment by this invention. (A)〜(G)は、本発明による第2の実施形態におけるTFTの製造方法を説明するための工程断面模式図である。(A)-(G) are process cross-sectional schematic diagrams for demonstrating the manufacturing method of TFT in 2nd Embodiment by this invention. (A)〜(E)は、本発明による第2の実施形態におけるTFTの製造方法を説明するための工程断面模式図である。(A)-(E) are process cross-sectional schematic diagrams for demonstrating the manufacturing method of TFT in 2nd Embodiment by this invention. (A)〜(D)は、本発明による第1および第2の実施形態におけるゲッタリング領域の配置例を示す平面図である。(A)-(D) are top views which show the example of arrangement | positioning of the gettering area | region in the 1st and 2nd embodiment by this invention. (A)および(B)は、本発明による第1および第2の実施形態におけるゲッタリング領域の配置例を示す平面図である。(A) And (B) is a top view which shows the example of arrangement | positioning of the gettering area | region in the 1st and 2nd embodiment by this invention. (A)〜(E)は、本発明による第3の実施形態におけるTFTの製造方法を説明するための工程断面模式図である。(A)-(E) are process cross-sectional schematic diagrams for demonstrating the manufacturing method of TFT in 3rd Embodiment by this invention. (A)および(B)は、本発明による第4の実施形態のアクティブマトリクス基板のブロック図である。(A) And (B) is a block diagram of the active matrix substrate of 4th Embodiment by this invention. 酸化ケイ素膜にドープングされたn型不純物の濃度プロファイルを示すグラフである。It is a graph which shows the density | concentration profile of the n-type impurity doped by the silicon oxide film. 非晶質半導体膜に触媒元素を添加して結晶化させた場合における、(A)は結晶成長を示す図であり、(B)は〈111〉晶帯面を示す図であり、(C)は結晶方位の標準三角形を示す図である。(A) is a figure which shows a crystal growth, and (B) is a figure which shows a <111> crystal zone plane, when adding a catalytic element to an amorphous semiconductor film and crystallizing, (C) Is a diagram showing a standard triangle of crystal orientation. (A)及び(B)は触媒元素を利用することにより得られた結晶質半導体膜の面方位分布を示す図であり、(C)は結晶方位の標準三角形を示す図である。(A) And (B) is a figure which shows the surface orientation distribution of the crystalline semiconductor film obtained by utilizing a catalyst element, (C) is a figure which shows the standard triangle of a crystal orientation.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
3 ゲート絶縁膜
5n、5p ゲート電極
7n、7p チャネル領域
9n、9p ソース領域およびドレイン領域
10n、10p 薄膜トランジスタ
11n、11p ゲッタリング領域
13n、13p 半導体層
15 半導体装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 3 Gate insulating film 5n, 5p Gate electrode 7n, 7p Channel region 9n, 9p Source region and drain region 10n, 10p Thin film transistor 11n, 11p Gettering region 13n, 13p Semiconductor layer 15 Semiconductor device

Claims (34)

Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、
結晶化を促進する触媒元素が少なくとも一部に添加された非晶質半導体膜を用意する工程と、
前記非晶質半導体膜に対して第1の加熱処理を行うことにより、前記非晶質半導体膜の少なくとも一部を結晶化し、結晶質領域を含む結晶質半導体膜を得る工程と、
前記結晶質半導体膜をパターニングすることにより、それぞれが結晶質領域を備えた複数の島状半導体層を形成する工程と、
前記島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に第1の導電膜を堆積させる工程と、
前記第1の導電膜上に第2の導電膜を堆積させる工程と、
前記第1の導電膜と前記第2の導電膜とをパターニングして、第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程と、
Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちゲッタリング領域となる領域とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層の全体とが露呈し、Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちソース領域及びドレイン領域となる領域及びNチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極が覆われるように第1のマスクを形成する工程と、
前記第1のマスク及びPチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極をマスクとして、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちゲッタリング領域となる領域と、Pチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちソース領域、ドレイン領域およびゲッタリング領域となる領域とに対し、p型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、
前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、
前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクにより露呈している部分を薄膜化あるいは除去する工程と、
前記第1のマスクを除去する工程と、
前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層全体とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とを露呈させ、Pチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のソース領域及びドレイン領域となる領域及びPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極を覆うように第2のマスクを形成する工程と、
前記第2のマスク及びNチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極をマスクとして、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちソース領域、ドレイン領域およびゲッタリング領域となる領域と、Pチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちゲッタリング領域となる領域とに対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、
第2の加熱処理を行うことにより、前記島状半導体層中の前記触媒元素の少なくとも一部を前記ゲッタリング領域に移動させる工程と
を包含し、
前記n型を付与する不純物元素をドーピングする工程は、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクにより露呈している部分を薄膜化あるいは除去する工程よりも後に行われ、
前記非晶質半導体膜は非晶質ケイ素膜または非晶質シリコン・ゲルマニウム膜であり、前記触媒元素はニッケルであり、前記n型を付与する不純物元素はリンであり、前記p型を付与する不純物元素はホウ素である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor,
Preparing an amorphous semiconductor film to which a catalytic element for promoting crystallization is added at least in part;
Performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize at least a part of the amorphous semiconductor film to obtain a crystalline semiconductor film including a crystalline region;
Forming a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region by patterning the crystalline semiconductor film;
Forming a gate insulating film on the island-like semiconductor layer;
Depositing a first conductive film on the gate insulating film;
Depositing a second conductive film on the first conductive film;
And patterning and wherein the first conductive film second conductive film, by forming a first conductive layer, a second conductive layer having the smaller channel direction size than the first conductive layer, Providing a gate electrode having a laminated structure having a stepped cross section;
Of the island-like semiconductor layer that becomes the active layer of the N-channel thin film transistor, the region that becomes the gettering region and the entire island-like semiconductor layer that becomes the active layer of the P-channel thin film transistor are exposed, and the active layer of the N-channel thin film transistor Forming a first mask so as to cover a region to be a source region and a drain region of the island-shaped semiconductor layer and a gate electrode of an N-channel thin film transistor;
Using the first mask and the gate electrode of the P-channel thin film transistor as a mask, a region serving as a gettering region of an island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor, an active layer of the P-channel thin film transistor, Doping an impurity element imparting p-type into a source region, a drain region, and a region to be a gettering region in the island-shaped semiconductor layer to be formed ;
Etching the first conductive layer using only the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel type thin film transistor exposed by the first mask;
Thinning or removing a portion of the gate insulating film exposed by the first mask;
Removing the first mask;
The entire island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the N-channel thin film transistor and the region serving as the gettering region of the island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the P-channel thin film transistor are exposed to form an active layer of the P-channel thin film transistor. forming a second mask to cover the gate electrode region and the P-channel type thin film transistor comprising a source region and a drain region of the island-like semiconductor layer,
Wherein the gate electrode of the second mask and the N-channel thin film transistor as a mask, the source region of the island-shaped semiconductor layer to be the active layer of the N-channel thin film transistor, a drain region and a gettering region and a region, P-channel Doping an impurity element imparting n-type to a region to be a gettering region of an island-shaped semiconductor layer to be an active layer of a thin film transistor ;
Performing a second heat treatment to move at least a part of the catalytic element in the island-like semiconductor layer to the gettering region ,
The step of doping the impurity element imparting n-type is performed after the step of thinning or removing the portion of the gate insulating film exposed by the first mask,
The amorphous semiconductor film is an amorphous silicon film or an amorphous silicon / germanium film, the catalytic element is nickel, the impurity element imparting n-type is phosphorus, and the p-type is imparted. manufacturing method of the impurity element to a semiconductor device Ru boron der.
Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、
結晶化を促進する触媒元素が少なくとも一部に添加された非晶質半導体膜を用意する工程と、
前記非晶質半導体膜に対して第1の加熱処理を行うことにより、前記非晶質半導体膜の少なくとも一部を結晶化し、結晶質領域を含む結晶質半導体膜を得る工程と、
前記半導体膜をパターニングすることにより、それぞれが結晶質領域を備えた複数の島状半導体層を形成する工程と、
前記島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に第1の導電膜を堆積させる工程と、
前記第1の導電膜上に第2の導電膜を堆積させる工程と、
前記第1の導電膜と前記第2の導電膜とをパターニングして、第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程と、
Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層の全体と露呈、Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちソース領域及びドレイン領域となる領域及びNチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極が覆われるように第1のマスクを形成する工程と、
前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、
前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクにより露呈している部分を薄膜化あるいは除去する工程と、
前記第1のマスク及びPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極をマスクとして、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちゲッタリング領域となる領域と、Pチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちソース領域、ドレイン領域およびゲッタリング領域となる領域とに対し、p型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、
前記第1のマスクを除去する工程と、
前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層全体とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とを露呈させ、Pチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のソース領域及びドレイン領域となる領域及びPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極を覆うように第2のマスクを形成する工程と、
前記第2のマスク及びNチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極をマスクとして、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちソース領域、ドレイン領域およびゲッタリング領域となる領域と、Pチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちゲッタリング領域となる領域とに対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、
第2の加熱処理を行うことにより、前記島状半導体層中の前記触媒元素の少なくとも一部を前記ゲッタリング領域に移動させる工程と
を包含し、
前記n型を付与する不純物元素をドーピングする工程は、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクにより露呈している部分を薄膜化あるいは除去する工程よりも後に行われ、
前記非晶質半導体膜は非晶質ケイ素膜または非晶質シリコン・ゲルマニウム膜であり、前記触媒元素はニッケルであり、前記n型を付与する不純物元素はリンであり、前記p型を付与する不純物元素はホウ素である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor,
Preparing an amorphous semiconductor film to which a catalytic element for promoting crystallization is added at least in part;
Performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize at least a part of the amorphous semiconductor film to obtain a crystalline semiconductor film including a crystalline region;
Forming a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region by patterning the semiconductor film;
Forming a gate insulating film on the island-like semiconductor layer;
Depositing a first conductive film on the gate insulating film;
Depositing a second conductive film on the first conductive film;
And patterning and wherein the first conductive film second conductive film, by forming a first conductive layer, a second conductive layer having the smaller channel direction size than the first conductive layer, Providing a gate electrode having a laminated structure having a stepped cross section;
A region serving as a gettering region of an island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor and an entire island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the P-channel thin film transistor are exposed to become an active layer of the N-channel thin film transistor. Forming a first mask so as to cover a region to be a source region and a drain region of the island-shaped semiconductor layer and the gate electrode of the N-channel thin film transistor;
Etching the first conductive layer using only the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel type thin film transistor exposed by the first mask;
Thinning or removing a portion of the gate insulating film exposed by the first mask;
Using the first mask and the gate electrode of the P-channel thin film transistor as a mask, a region serving as a gettering region and an active layer of the P-channel thin film transistor in the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor source regions of the island-shaped semiconductor layer, to a drain region and a gettering region as a region, a step of doping an impurity element imparting p-type,
Removing the first mask;
The entire island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the N-channel thin film transistor and the region serving as the gettering region of the island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the P-channel thin film transistor are exposed to form an active layer of the P-channel thin film transistor. Forming a second mask so as to cover the source region and drain region of the island-shaped semiconductor layer and the gate electrode of the P-channel thin film transistor;
Using the second mask and the gate electrode of the N-channel thin film transistor as a mask, a region serving as a source region, a drain region, and a gettering region in an island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor, and a P-channel type Doping an impurity element imparting n-type into a region to be a gettering region of an island-shaped semiconductor layer to be an active layer of a thin film transistor ;
Performing a second heat treatment to move at least a part of the catalytic element in the island-like semiconductor layer to the gettering region ,
The step of doping the impurity element imparting n-type is performed after the step of thinning or removing a portion of the gate insulating film exposed by the first mask,
The amorphous semiconductor film is an amorphous silicon film or an amorphous silicon / germanium film, the catalytic element is nickel, the impurity element imparting n-type is phosphorus, and the p-type is imparted. manufacturing method of the impurity element to a semiconductor device Ru boron der.
Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタを備えた半導体装置の製造方法であって、
結晶化を促進する触媒元素が少なくとも一部に添加された非晶質半導体膜を用意する工程と、
前記非晶質半導体膜に対して第1の加熱処理を行うことにより、前記非晶質半導体膜の少なくとも一部を結晶化し、結晶質領域を含む結晶質半導体膜を得る工程と、
前記半導体膜をパターニングすることにより、それぞれが結晶質領域を備えた複数の島状半導体層を形成する工程と、
前記島状半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に第1の導電膜を堆積させる工程と、
前記第1の導電膜上に第2の導電膜を堆積させる工程と、
前記第1の導電膜と前記第2の導電膜とをパターニングして、第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程と、
Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層の全体とが露呈し、Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちソース領域及びドレイン領域となる領域及びNチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極が覆われるように第1のマスクを形成する工程と、
前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、
前記第1のマスク及びPチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極をマスクとして、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちゲッタリング領域となる領域と、Pチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちソース領域、ドレイン領域およびゲッタリング領域となる領域とに対し、p型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、
前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している部分を薄膜化あるいは除去する工程と、
前記第1のマスクを除去する工程と、
前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層全体とPチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とを露呈させ、Pチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のソース領域及びドレイン領域となる領域及びPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極を覆うように第2のマスクを形成する工程と、
前記第2のマスク及びNチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極をマスクとして、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちソース領域、ドレイン領域およびゲッタリング領域となる領域と、Pチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる島状半導体層のうちゲッタリング領域となる領域とに対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程と、
第2の加熱処理を行うことにより、前記島状半導体層中の前記触媒元素の少なくとも一部を前記ゲッタリング領域に移動させる工程と
を包含し、
前記n型を付与する不純物元素をドーピングする工程は、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクにより露呈している部分を薄膜化あるいは除去する工程よりも後に行われ、
前記非晶質半導体膜は非晶質ケイ素膜または非晶質シリコン・ゲルマニウム膜であり、前記触媒元素はニッケルであり、前記n型を付与する不純物元素はリンであり、前記p型を付与する不純物元素はホウ素である半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor,
Preparing an amorphous semiconductor film to which a catalytic element for promoting crystallization is added at least in part;
Performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to crystallize at least a part of the amorphous semiconductor film to obtain a crystalline semiconductor film including a crystalline region;
Forming a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region by patterning the semiconductor film;
Forming a gate insulating film on the island-like semiconductor layer;
Depositing a first conductive film on the gate insulating film;
Depositing a second conductive film on the first conductive film;
And patterning and wherein the first conductive film second conductive film, by forming a first conductive layer, a second conductive layer having the smaller channel direction size than the first conductive layer, Providing a gate electrode having a laminated structure having a stepped cross section;
A region serving as a gettering region of an island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor and an entire island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the P-channel thin film transistor are exposed to become an active layer of the N-channel thin film transistor. Forming a first mask so as to cover a region to be a source region and a drain region of the island-shaped semiconductor layer and the gate electrode of the N-channel thin film transistor;
Etching the first conductive layer using only the second conductive layer as a mask only in the gate electrode of the P-channel type thin film transistor exposed by the first mask;
Using the first mask and the gate electrode of the P-channel thin film transistor as a mask, a region serving as a gettering region of an island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor, an active layer of the P-channel thin film transistor, Doping an impurity element imparting p-type into a source region, a drain region, and a region to be a gettering region in the island-shaped semiconductor layer to be formed ;
Thinning or removing a portion of the gate insulating film exposed from the first mask;
Removing the first mask;
The entire island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the N-channel thin film transistor and the region serving as the gettering region of the island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the P-channel thin film transistor are exposed to form an active layer of the P-channel thin film transistor. forming a second mask to cover the gate electrode region and the P-channel type thin film transistor comprising a source region and a drain region of the island-like semiconductor layer,
Using the second mask and the gate electrode of the N-channel thin film transistor as a mask, a region serving as a source region, a drain region, and a gettering region in an island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor, and a P-channel type to a region which becomes a gettering region of the island-shaped semiconductor layer to be the active layer of the TFT, a step of doping an impurity element imparting n-type,
Including performing a second heat treatment to move at least a part of the catalytic element in the island-shaped semiconductor layer to the gettering region ,
The step of doping the impurity element imparting n-type is performed after the step of thinning or removing a portion of the gate insulating film exposed by the first mask,
The amorphous semiconductor film is an amorphous silicon film or an amorphous silicon / germanium film, the catalytic element is nickel, the impurity element imparting n-type is phosphorus, and the p-type is imparted. manufacturing method of the impurity element to a semiconductor device Ru boron der.
前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程は、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程の後に行われる請求項からのいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The step of etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only in the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask includes the first mask of the gate insulating film. the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, a region that is more exposed is performed after the thinning or removing. 前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程とは、同一のエッチング装置内にて連続して行われる請求項1、2および4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and the first mask of the gate insulating film the step of thinning or removing regions that are more exposed, the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1, 2 and 4 are carried out continuously in the same etching apparatus. 前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同一のエッチング装置内にて連続して行われる請求項1、3および4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and removing the first mask the method of manufacturing a semiconductor apparatus according to any one of claims 1, 3 and 4 are carried out continuously in the same etching apparatus. 前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同一のエッチング装置内にて連続して行われる請求項1、3および4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The step of thinning or removing the region exposed from the first mask in the gate insulating film and the step of removing the first mask are continuously performed in the same etching apparatus. the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1, 3 and 4. 前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同一のエッチング装置内にて連続して行われる請求項またはに記載の半導体装置の製造方法。 Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and the first mask of the gate insulating film a step of thinning or remove areas are more exposed, said the first step of removing the mask, the semiconductor device according to claim 1 or 4 is continuously performed in the same etching apparatus Production method. 前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程とは、同時に行われる請求項1、2および4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and the first mask of the gate insulating film the step of thinning or removing regions that are more exposed, the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1, 2 and 4 are performed simultaneously. 前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同時に行われる請求項またはに記載の半導体装置の製造方法。 Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and removing the first mask the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 3 are carried out simultaneously. 前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同時に行われる請求項1、3および4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 A step of thinning or remove areas are exposed from the first mask of the gate insulating film, wherein the first step of removing the mask, any claims 1, 3 and 4 are performed simultaneously A method for manufacturing the semiconductor device according to claim 1. 前記第1のマスクにより露呈しているPチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極においてのみ、前記第2導電層をマスクとして前記第1導電層をエッチングする工程と、前記ゲート絶縁膜のうち前記第1のマスクより露呈している領域を薄膜化あるいは除去する工程と、前記第1のマスクを除去する工程とは、同時に行われる請求項またはに記載の半導体装置の製造方法。 Etching the first conductive layer using the second conductive layer as a mask only at the gate electrode of the P-channel thin film transistor exposed by the first mask, and the first mask of the gate insulating film a step of thinning or removing regions that are more exposed, wherein the first step of removing the mask, the method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 4 are performed simultaneously. 前記第1の導電膜と前記第2の導電膜とをパターニングして、第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程は、
前記第2の導電膜を第1のテーパー角度を有するようにエッチング加工する工程と、
前記第1の導電膜をエッチング加工する工程と、
前記第1のテーパー角度を有するようにエッチング加工された第2の導電膜を、さらに選択的にエッチング加工し、第1のテーパー角度よりも大きなテーパー角度となる第2のテーパー角度を有するようにエッチング加工する工程と
を包含する請求項から12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
And patterning and wherein the first conductive film second conductive film, by forming a first conductive layer, a second conductive layer having the smaller channel direction size than the first conductive layer, The step of providing a gate electrode having a laminated structure having a stepped cross section is as follows:
Etching the second conductive film to have a first taper angle;
Etching the first conductive film;
The second conductive film etched to have the first taper angle is further selectively etched so as to have a second taper angle that is larger than the first taper angle. the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 12 comprising the step of etching.
前記第2の導電膜を第1のテーパー角度を有するようにエッチング加工する工程と、前記第1の導電膜をエッチング加工する工程と、前記第1のテーパー角度を有するようにエッチング加工された第2の導電膜を、さらに選択的にエッチング加工し、第1のテーパー角度よりも大きなテーパー角度となる第2のテーパー角度を有するようにエッチング加工する工程とは、エッチング装置内にて連続的に行なわれる請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 Etching the second conductive film so as to have a first taper angle; etching the first conductive film; and etching the first conductive film so as to have the first taper angle. The step of etching the conductive film 2 further selectively so as to have a second taper angle larger than the first taper angle is continuously performed in the etching apparatus. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13, which is performed. 前記第2のマスク及びNチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極をマスクとして、それより露呈している領域の前記半導体層に対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程では、前記ゲート電極の前記第2導電層をマスクとし、前記第1導電層を越して、前記ドーピングが行なわれる請求項から14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 In the step of doping the semiconductor layer in the region exposed by using the second mask and the gate electrode of the N-channel thin film transistor as a mask, the step of doping the gate electrode with the impurity element imparting n-type is performed. the second conductive layer as a mask, the past the first conductive layer, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 14 in which the doping is carried out. 前記第2のマスク及びNチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極をマスクとして、それより露呈している領域の前記半導体層に対し、n型を付与する不純物元素をドーピングする工程は、
前記ゲート電極の前記第2導電層をマスクとし、前記第1導電層を越して、前記n型を付与する不純物元素を低濃度にドーピングする工程と、
前記ゲート電極の前記第1導電層をマスクとして、前記n型を付与する不純物元素を高濃度にドーピングする工程と
を包含する請求項から15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
Using the second mask and the gate electrode of the N-channel thin film transistor as a mask, the step of doping an impurity element imparting n-type into the semiconductor layer in a region exposed therefrom,
Doping the impurity element imparting the n-type at a low concentration across the first conductive layer using the second conductive layer of the gate electrode as a mask;
Examples masking the first conductive layer of the gate electrode, a manufacturing method of a semiconductor device according to any of claims 1 to 15 comprising the step of doping the impurity element imparting the n-type high concentration.
前記ゲート電極の前記第2導電層をマスクとし、前記第1導電層を越して、前記n型を付与する不純物元素を低濃度にドーピングする工程と、前記ゲート電極の前記第1導電層をマスクとして、前記n型を付与する不純物元素を高濃度にドーピングする工程とは、同一のドーピング装置内で連続して行われる請求項16に記載の半導体装置の製造方法。 Doping the impurity element imparting the n-type at a low concentration across the first conductive layer using the second conductive layer of the gate electrode as a mask; and masking the first conductive layer of the gate electrode The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16 , wherein the step of doping the impurity element imparting n-type at a high concentration is performed continuously in the same doping apparatus. 前記ゲート電極の前記第2導電層をマスクとし、前記第1導電層を越して、前記n型を付与する不純物元素を低濃度にドーピングする工程と、前記ゲート電極の前記第1導電層をマスクとして、前記n型を付与する不純物元素を高濃度にドーピングする工程とは、同時に行われる請求項16に記載の半導体装置の製造方法。 Doping the impurity element imparting the n-type at a low concentration across the first conductive layer using the second conductive layer of the gate electrode as a mask; and masking the first conductive layer of the gate electrode The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16 , wherein the step of doping the impurity element imparting n-type at a high concentration is performed simultaneously. 前記第1の導電膜と前記第2の導電膜とをパターニングして、第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程は、誘導結合型プラズマエッチング法により行なわれる請求項から18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 And patterning and wherein the first conductive film second conductive film, by forming a first conductive layer, a second conductive layer having the smaller channel direction size than the first conductive layer, step of providing a gate electrode of a laminated structure having a stepped cross-section, a method of manufacturing a semiconductor device according to any of claims 1 18 which is carried out by inductively coupled plasma etching method. 前記第1の導電膜と前記第2の導電膜とをパターニングして、第1導電層と、前記第1導電層よりも小さいチャネル方向のサイズを有する第2導電層とを形成することにより、階段状の断面を有する積層構造のゲート電極を設ける工程は、リアクティブイオンエッチング法により行なわれる請求項から18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 And patterning and wherein the first conductive film second conductive film, by forming a first conductive layer, a second conductive layer having the smaller channel direction size than the first conductive layer, step of providing a gate electrode of a laminated structure having a stepped cross-section, a method of manufacturing a semiconductor device according to any of claims 1 18, which is performed by a reactive ion etching method. 前記ゲッタリング領域は、電子または正孔が移動する領域以外の領域に形成する請求項から20のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The gettering region, method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 20 for electrons or holes are formed in a region other than the region to be moved. 前記ゲッタリング領域は、前記ソース領域またはドレイン領域と接し、前記チャネル領域とは接しないように形成される請求項から21のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The gettering region, the contact with the source region or the drain region, a method of manufacturing a semiconductor device according to any of claims 1 21 which is formed so as not to contact with said channel region. 前記第2の加熱処理の後、少なくとも前記ソース領域あるいはドレイン領域の一部を含むコンタクト部とコンタクトする配線を形成する工程を更に包含する請求項から22のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 After the second heat treatment, the manufacture of a semiconductor device according to any of the contact portion and the further encompasses claim 1 the step of forming a contact wiring 22 including at least a portion of the source region or the drain region Method. 前記第2の加熱処理により、前記島状半導体層のうち、少なくとも前記ソース領域およびドレイン領域にドープされた前記n型を付与する不純物元素および前記p型を付与する不純物元素の活性化を行う請求項から23のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 By the second heat treatment, among the island-shaped semiconductor layer, the activation of the impurity element imparting impurity element and the p-type imparting the n-type doped with at least the source and drain regions according Item 24. A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Items 1 to 23 . 前記非晶質半導体膜を用意する工程は、
開口部を有するマスクを前記非晶質半導体膜上に形成する工程と、
前記開口部を通して前記触媒元素を前記非晶質半導体膜の選択された領域に添加する工程とを含む請求項から24のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The step of preparing the amorphous semiconductor film includes
Forming a mask having an opening on the amorphous semiconductor film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to any of claims 1 24, including the step of adding the catalytic element through the opening to a selected region of the amorphous semiconductor film.
前記第1の加熱処理の後、前記半導体膜にレーザー光を照射する工程を更に包含する請求項から25のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 Wherein after the first heat treatment, the method of manufacturing a semiconductor device according semiconductor film in the laser beam from further comprising claim 1 the step of irradiating the one of 25. 請求項1から26のいずれかに記載の方法によって製造され、Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタを備えた半導体装置であって、
前記Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタはそれぞれ、
チャネル領域、ソース領域およびドレイン領域を含む結晶質領域を備えた半導体層と、
前記半導体層の少なくとも前記チャネル領域、前記ソース領域および前記ドレイン領域上に形成された前記ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネル領域に対向するように形成された前記ゲート電極とを有し、
前記半導体層は、前記触媒元素を含み、
前記Nチャネル型薄膜トランジスタの前記半導体層は、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる前記島状半導体層から形成されており、前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記半導体層は、前記Pチャネル型薄膜トランジスタの活性層となる前記島状半導体層から形成されており
前記ゲッタリング領域は、前記チャネル領域、前記ソース領域および前記ドレイン領域よりも高い濃度で前記触媒元素を含
前記ゲート絶縁膜は、前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲッタリング領域上には形成されていない、または、前記ゲート絶縁膜が前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲッタリング領域上にも形成されており、前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ソース領域および前記ドレイン領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲッタリング領域上の前記ゲート絶縁膜の厚さよりも大きく、
前記Nチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲッタリング領域は、前記Nチャネル型薄膜トランジスタの前記ソース領域あるいはドレイン領域よりも高濃度でリンを含んでおり、
前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲート電極は、前記第1導電層および、前記第1導電層の上に形成され、前記第1導電層のチャネル方向のサイズよりも小さいチャネル方向のサイズを有する前記第2導電層を含み、
前記Pチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲート電極は、前記第1導電層および、前記第1導電層の上に形成され、前記第1導電層のチャネル方向のサイズと略同一なチャネル方向のサイズを有する前記第2導電層を含む半導体装置。
Produced by the method according to any of claims 1 26, a semiconductor device including an N-channel type thin film transistor and P-channel type thin film transistor,
The N-channel thin film transistor and the P-channel thin film transistor are respectively
A semiconductor layer having a crystalline region including a channel region, a source region and a drain region;
At least the channel region of the semiconductor layer, and the gate insulating film formed on said source region and said drain region,
And a said gate electrode formed so as to face the channel region via the gate insulating film,
The semiconductor layer includes the catalytic element,
The semiconductor layer of the N-channel thin film transistor is formed from the island-shaped semiconductor layer that becomes an active layer of the N-channel thin film transistor, and the semiconductor layer of the P-channel thin film transistor is an active layer of the P-channel thin film transistor. Formed from the island-like semiconductor layer to be a layer ,
The gettering region, the channel region, viewed including the catalyst element at a higher concentration than the source region and the drain region,
The gate insulating film is not formed on the gettering region in the N-channel thin film transistor, or the gate insulating film is also formed on the gettering region in the N-channel thin film transistor, the thickness of the gate insulating film on the source region and the drain region in the N-channel type thin film transistor, the N much larger than the thickness of the gate insulating film on the gettering region in the channel thin film transistor,
The gettering region of the N-channel thin film transistor contains phosphorus at a higher concentration than the source region or drain region of the N-channel thin film transistor,
The gate electrode in the N-channel thin film transistor is formed on the first conductive layer and the first conductive layer, and has a size in a channel direction smaller than a size in a channel direction of the first conductive layer. Two conductive layers,
The gate electrode in the P-channel type thin film transistor is formed on the first conductive layer and the first conductive layer, and has a size in the channel direction substantially the same as the size in the channel direction of the first conductive layer. A semiconductor device including a second conductive layer .
前記Nチャネル型薄膜トランジスタの前記チャネル領域は、前記ゲート電極の前記第1導電層および第2導電層と重なっており、
前記Nチャネル型薄膜トランジスタの前記半導体層のうち、前記ゲート電極の前記第1導電層と重なるが前記第2導電層と重ならない領域は、前記ソースおよび前記ドレイン領域よりも低濃度でN型不純物を含んでいる請求項27に記載の半導体装置。
The channel region of the N-channel thin film transistor overlaps the first conductive layer and the second conductive layer of the gate electrode,
Of the semiconductor layer of the N-channel thin film transistor, a region that overlaps the first conductive layer of the gate electrode but does not overlap the second conductive layer has an N-type impurity at a lower concentration than the source and drain regions. 28. The semiconductor device according to claim 27 .
前記ゲッタリング領域では、前記ソースおよびドレイン領域、および前記チャネル領域よりも、非晶質成分の割合が多く結晶質成分の割合が少ない請求項27または28に記載の半導体装置。 Wherein in the gettering region, the semiconductor device according to the source and drain regions, and than the previous SL channel region, claim ratio of the proportion of the amorphous component more crystalline components is small 27 or 28. 前記ゲッタリング領域のラマン分光スペクトルにおける非晶質半導体のTOフォノンピークPaと結晶半導体のTOフォノンピークPcとの比Pa/Pcは、前記ソースおよびドレイン領域、および前記チャネル形成領域の比Pa/Pcよりも大きい請求項27から29のいずれかに記載の半導体装置。 The ratio of the ratio Pa / Pc between the amorphous semiconductor TO phonon peak Pa in the Raman spectrum and crystalline semiconductors TO phonon peak Pc gettering region, said source and drain regions, and before SL channel forming region the semiconductor device according to any one of Pa / Pc claim 27 greater than 29. 前記半導体層において少なくともチャネル領域は、結晶の〈111〉晶帯面が配向した領域で主に構成されている、請求項27から30のいずれかに記載の半導体装置。 At least the channel region in the semiconductor layer, <111> crystal zone planes of the crystal is mainly composed of a region oriented semiconductor device according to any of claims 27 30. 前記半導体層において少なくともチャネル領域は、結晶の〈111〉晶帯面が配向した領域で主に構成され、前記〈111〉晶帯面が配向した領域のうちの50%以上が、(110)面配向または(211)面配向した領域である、請求項27から31のいずれかに記載の半導体装置。 In the semiconductor layer, at least the channel region is mainly composed of a region where the <111> crystal zone plane of the crystal is oriented, and 50% or more of the region where the <111> crystal zone plane is oriented is a (110) plane. a orientation or (211) -oriented regions, the semiconductor device according to any of claims 27 31. 前記半導体層において少なくとも前記チャネル領域は複数の結晶ドメインを有し、前記結晶ドメインのドメイン径は2μm以上10μm以下である、請求項27から32のいずれかに記載の半導体装置。 Wherein at least the channel region in the semiconductor layer has a plurality of crystalline domains, domain diameter of the crystalline domain is 2μm or more 10μm or less, the semiconductor device according to any of claims 27 32. 前記Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極の前記第1導電層は、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化チタンまたは窒化モリブテンから形成され、前記第2導電層は、W、Ta、Ti、Moからなる群から選ばれた元素を含む金属膜、前記元素を主成分とする合金膜、または前記元素を組み合わせた合金膜から形成されている請求項27から33のいずれかに記載の半導体装置。 The first conductive layer of the gate electrode of the N-channel thin film transistor and the P-channel thin film transistor is formed of tungsten nitride, tantalum nitride, titanium nitride, or molybdenum nitride, and the second conductive layer is formed of W, Ta, Ti, 34. The semiconductor device according to claim 27 , wherein the semiconductor device is formed of a metal film containing an element selected from the group consisting of Mo , an alloy film containing the element as a main component, or an alloy film combining the elements. .
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