JP4115441B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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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プする。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, when 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、レーザー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 type TFT, an element belonging to Group 3 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 a P-channel TFT. It is necessary to add an element belonging to group B. That is, in the P-channel TFT, it is necessary to invert the region added with the n-type impurity element at a high concentration to the 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.

一般的に、特許文献2に開示される方法のように、ソース領域またはドレイン領域をゲッタリング領域として利用する方法では、触媒元素によって半導体素子の特性が低下する可能性がある。例えばTFT素子において、確率的にTFTオフ時のリーク電流が大きい不良TFTが出現する。そのようなTFTにおける不良の原因を解析すると、チャネル形成領域とドレイン領域などのゲッタリング領域との接合部、すなわちゲッタリング領域と非ゲッタリング領域との境界部に、触媒元素によるシリサイド化合物が存在していることが確認されている。つまり、触媒元素によってTFTオフ動作時にリーク電流が増大してしまう現象は、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によって引き起こされることが判明している。従って、ソース領域またはドレイン領域をゲッタリング領域として利用すると、製造工程を簡略できる一方で、触媒元素によるTFTオフ動作時においてリーク電流が増大する問題を根本的に解決することは難しい。   In general, in a method in which a source region or a drain region is used as a gettering region, as in the method disclosed in Patent Document 2, the characteristics of a semiconductor element may be deteriorated by a catalytic element. For example, in a TFT element, a defective TFT having a large leak current when the TFT is off appears. Analyzing the cause of defects in such TFTs, there is a silicide compound due to the catalytic element at the junction between the channel formation region and the gettering region such as the drain region, that is, at the boundary between the gettering region and the non-gettering region. Has been confirmed. That is, it has been found that the phenomenon that the leakage current increases when the TFT is turned off by the catalytic element is caused by segregation of the catalytic element present at the junction between the channel region and the drain region. Therefore, when the source region or the drain region is used as the gettering region, the manufacturing process can be simplified, but it is difficult to fundamentally solve the problem of increasing the leakage current at the time of the TFT off operation by the catalytic element.

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

このように、従来の方法によると、量産性に優れた実用的なプロセスによって、良好な結晶質半導体膜を得るために非晶質半導体膜に添加される触媒元素に起因する素子特性の低下を十分に抑制できなかった。   As described above, according to the conventional method, the device characteristics deteriorate due to the catalytic element added to the amorphous semiconductor film in order to obtain a good crystalline semiconductor film by a practical process excellent in mass productivity. It was not able to suppress enough.

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1つの薄膜トランジスタを備えた半導体装置であって、前記少なくとも1つの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、前記ゲート絶縁膜のうち少なくとも前記ゲート電極と前記半導体層との間に位置する部分は、第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に形成され、前記第1絶縁膜と組成または密度の異なる第2絶縁膜とを含む積層構造を有しており、前記ゲート絶縁膜は前記ゲッタリング領域上にも形成されており、前記ゲッタリング領域上の前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート絶縁膜のうち少なくとも前記ゲート電極と前記半導体層との間に位置する部分よりも薄い。   The semiconductor device of the present invention is a semiconductor device including at least one thin film transistor, and the at least one 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 layer A gate insulating film formed on at least the channel region, the source region, and the drain region, and a gate electrode formed to face the channel region with the gate insulating film interposed therebetween, The layer further includes a gettering region containing a catalytic element at a higher concentration than the source region and the drain region, and at least a portion of the gate insulating film located between the gate electrode and the semiconductor layer is a first layer. 1 insulating film and formed on the first insulating film and having a different composition or density from the first insulating film The gate insulating film is also formed on the gettering region, and the gate insulating film on the gettering region is at least of the gate insulating film. It is thinner than the portion located between the gate electrode and the semiconductor layer.

ある好ましい実施形態において、前記ゲッタリング領域上の前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート絶縁膜のうち前記ソースおよびドレイン領域上の前記ゲート絶縁膜よりも薄い。   In a preferred embodiment, the gate insulating film on the gettering region is thinner than the gate insulating film on the source and drain regions in the gate insulating film.

前記ゲッタリング領域上の前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート絶縁膜のうち少なくとも前記ゲート電極と前記半導体層との間に位置する部分よりも、少なくとも一層以上少ない絶縁膜から構成されていてもよい。   The gate insulating film on the gettering region may be formed of an insulating film that is at least one or more fewer than at least a portion of the gate insulating film located between the gate electrode and the semiconductor layer.

前記ゲッタリング領域上の前記ゲート絶縁膜は、前記ソースおよびドレイン領域上の前記ゲート絶縁膜よりも、少なくとも一層以上少ない絶縁膜から構成されていてもよい。   The gate insulating film on the gettering region may be composed of an insulating film that is at least one layer lower than the gate insulating film on the source and drain regions.

ある好ましい実施形態において、前記ゲート絶縁膜のうち少なくとも前記ゲート電極と前記半導体層との間に位置する部分は、前記第1および第2絶縁膜からなる二層構造を有しており、前記第1絶縁膜は、前記半導体層のうち少なくとも前記チャネル領域、前記ソース領域、前記ドレイン領域および前記ゲッタリング領域上に形成されており、前記第2絶縁膜は前記ゲッタリング領域上に形成されていない、または、前記第2絶縁膜は前記ゲッタリング領域上に形成されており、前記ゲッタリング領域上の前記第2絶縁膜は、前記第2絶縁膜のうち前記ゲート電極と前記半導体層との間に位置する部分よりも薄い。   In a preferred embodiment, at least a portion of the gate insulating film located between the gate electrode and the semiconductor layer has a two-layer structure including the first and second insulating films. The first insulating film is formed on at least the channel region, the source region, the drain region, and the gettering region of the semiconductor layer, and the second insulating film is not formed on the gettering region. Alternatively, the second insulating film is formed on the gettering region, and the second insulating film on the gettering region is between the gate electrode and the semiconductor layer in the second insulating film. Thinner than the part located in

前記ソースおよびドレイン領域上の前記ゲート絶縁膜は、前記第1および第2絶縁膜からなる二層構造を有していることが好ましい。   The gate insulating film on the source and drain regions preferably has a two-layer structure composed of the first and second insulating films.

好ましくは、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜は、酸化ケイ素または窒化ケイ素から形成されており、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜におけるケイ素の組成率は互いに異なる。   Preferably, the first insulating film and the second insulating film are made of silicon oxide or silicon nitride, and the composition ratios of silicon in the first insulating film and the second insulating film are different from each other.

前記第1絶縁膜は酸化ケイ素を主成分として含み、前記第2絶縁膜は窒化ケイ素を主成分として含んでいてもよい。   The first insulating film may contain silicon oxide as a main component, and the second insulating film may contain silicon nitride as a main component.

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いてもよい。   The catalyst 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以上であることが好ましい。 The concentration of the catalytic element in the gettering region is preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or more.

前記ゲッタリング領域は、前記半導体層のうち前記少なくとも1つの薄膜トランジスタの動作時に電子または正孔が移動する領域以外の領域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 operation of the at least one thin film transistor in the semiconductor layer.

好ましくは、前記ゲッタリング領域は、少なくとも前記チャネル領域とは接しないように形成される。   Preferably, the gettering region is formed so as not to contact at least the channel region.

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いてもよい。   The gettering region may include 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.

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いてもよい。 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ことが好ましい。   In the semiconductor layer, at least the channel region is preferably mainly composed of a region in which the <111> crystal zone plane of the crystal is oriented.

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.

前記半導体層の前記チャネル領域と前記ソースおよびドレイン領域との間に、低濃度不純物領域をさらに備えていてもよい。   A low concentration impurity region may be further provided between the channel region of the semiconductor layer and the source and drain regions.

ある好ましい実施形態において、前記少なくとも1つの薄膜トランジスタはNチャネル型薄膜トランジスタである。   In a preferred embodiment, the at least one thin film transistor is an N-channel thin film transistor.

前記ゲッタリング領域は、前記ソース領域あるいはドレイン領域よりも高い濃度でn型を付与する周期表第5族Bに属する不純物元素を含んでもよい。   The gettering region may include 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.

ある好ましい実施形態において、Pチャネル型薄膜トランジスタをさらに備え、前記P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、前記ゲート絶縁膜のうち前記ゲート電極と前記半導体層との間に位置する部分は、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜を含む積層構造を有し、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は、前記Nチャネル型および前記Pチャネル型薄膜トランジスタにおける前記ゲート絶縁膜のうち前記ゲート電極と前記半導体層との間に位置する部分よりも薄い。   In a preferred embodiment, the P channel thin film transistor further includes a semiconductor layer including a crystalline region including a channel region, a source region, and a drain region, and a gate formed on the semiconductor layer. An insulating film; and a gate electrode formed so as to face the channel region with the gate insulating film interposed therebetween, wherein the semiconductor layer contains a catalytic element at a higher concentration than the source region and the drain region. A ring region, and a portion of the gate insulating film located between the gate electrode and the semiconductor layer has a stacked structure including the first insulating film and the second insulating film; In the thin film transistor, the gate insulating film on the gettering region is formed of the N channel type and the P channel. Thinner than the portion located between the semiconductor layer and the gate electrode of the gate insulating film in the mold the thin-film transistor.

ある好ましい実施形態では、前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜のうち少なくとも前記ゲート電極と前記半導体層との間に位置する部分は、前記第1および第2絶縁膜からなる二層構造を有しており、前記第1絶縁膜は、前記半導体層のうち少なくとも前記チャネル領域、前記ソース領域、前記ドレイン領域および前記ゲッタリング領域上に形成されており、前記Pチャネル型薄膜トランジスタにおいて、前記第2絶縁膜は、前記ゲッタリング領域、前記ソース領域、および前記ドレイン領域上に形成されていない、または、前記第2絶縁膜は前記ゲッタリング領域、前記ソース領域、および前記ドレイン領域上に形成されており、前記ゲッタリング領域、前記ソースおよび前記ドレイン領域上の前記第2絶縁膜は、前記第2絶縁膜のうち前記ゲート電極と前記半導体層との間に位置する部分よりも薄い。   In a preferred embodiment, in the N-channel and P-channel thin film transistors, at least a portion of the gate insulating film located between the gate electrode and the semiconductor layer is composed of the first and second insulating films. The first insulating film is formed on at least the channel region, the source region, the drain region, and the gettering region of the semiconductor layer, and the P-channel thin film transistor has a two-layer structure. The second insulating film is not formed on the gettering region, the source region, and the drain region, or the second insulating film is formed on the gettering region, the source region, and the drain region. Formed on the gettering region, the source and the drain region Of the second insulating film is thinner than the portion located between the semiconductor layer and the gate electrode of the second insulating film.

本発明の半導体装置の製造方法は、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、結晶質領域を備えた島状半導体層を形成する工程と、前記島状半導体層上に、組成または密度の互いに異なる2層の絶縁膜を含む積層絶縁膜を形成する工程と、前記積層絶縁膜のうち、前記島状半導体層の少なくともゲッタリング領域となる領域上に位置する部分を薄膜化することによって、ゲッタリング領域となる領域上でチャネル領域となる領域上よりも薄いゲート絶縁膜を形成する工程と前記島状半導体層のうち少なくとも前記ゲッタリング領域となる領域に、ゲッタリング能力を有するゲッタリング元素を添加する工程と、前記島状半導体層に対して第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 for manufacturing a semiconductor device of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a thin film transistor, the step of preparing an amorphous semiconductor film to which a catalytic element for promoting crystallization is added at least partially, 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; and the crystalline semiconductor By patterning the film, a step of forming an island-shaped semiconductor layer having a crystalline region and a stacked insulating film including two insulating films having different compositions or densities are formed on the island-shaped semiconductor layer. Forming a channel on a region to be a gettering region by thinning a portion of the stacked insulating film located on at least a region to be a gettering region of the island-shaped semiconductor layer A step of forming a gate insulating film thinner than a region to be a region, a step of adding a gettering element having a gettering capability to at least a region to be the gettering region in the island-shaped semiconductor layer, and the island-shaped region Performing a second heat treatment on the semiconductor layer to move at least a part of the catalytic element in the island-shaped semiconductor layer to the gettering region.

前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記積層絶縁膜のうち、前記島状半導体層の少なくともゲッタリング領域となる領域上に位置する部分の少なくとも最上層を除去する工程を含んでもよい。   The step of forming the gate insulating film may include a step of removing at least an uppermost layer of a portion of the stacked insulating film located on a region to be a gettering region of the island-shaped semiconductor layer.

前記ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記積層絶縁膜のうち少なくとも最下層を除去せずに残してもよい。   In the step of forming the gate insulating film, at least the lowermost layer of the stacked insulating film may be left without being removed.

ある好ましい実施形態において、前記積層絶縁膜を形成する工程は、前記半導体層上に下層絶縁膜を形成する工程と、前記下層絶縁膜上に、前記下層絶縁膜における組成または密度と異なる組成または密度を有する上層絶縁膜を形成する工程とを含み、前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記上層絶縁膜のうち、前記島状半導体層の少なくともゲッタリング領域となる領域上に位置する部分を薄膜化あるいは除去する工程を含む。   In a preferred embodiment, the step of forming the laminated insulating film includes a step of forming a lower insulating film on the semiconductor layer, and a composition or density different from the composition or density of the lower insulating film on the lower insulating film. Forming a gate insulating film, wherein the step of forming the gate insulating film includes forming a thin film on a portion of the upper insulating film that is located on a region serving as a gettering region of the island-shaped semiconductor layer. Or a step of removing or removing.

前記上層絶縁膜のうち、前記島状半導体層の少なくともゲッタリング領域となる領域上に位置する部分を薄膜化あるいは除去する工程は、前記下層絶縁膜をエッチングストッパーとして行われることが好ましい。   The step of thinning or removing at least the portion of the island-like semiconductor layer located on the region that becomes the gettering region of the upper insulating film is preferably performed using the lower insulating film as an etching stopper.

ある好ましい実施形態において、前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記島状半導体層のゲッタリング領域となる領域上でソースおよびドレイン領域となる領域上よりも薄いゲート絶縁膜を形成する工程であり、前記島状半導体層のうちソースおよびドレイン領域となる領域に、前記ゲート絶縁膜を介して不純物元素を添加する工程(A)をさらに含み、前記島状半導体層のうち少なくとも前記ゲッタリング領域となる領域に、ゲッタリング能力を有するゲッタリング元素を添加する工程は、前記島状半導体層のうち前記ゲッタリング領域となる領域に、前記ゲート絶縁膜を介して前記不純物元素を前記ゲッタリング元素として添加する工程(B)を含み、前記工程(A)および(B)は、同一のエッチング装置内で同一のマスクを用いて行われる。   In a preferred embodiment, the step of forming the gate insulating film is a step of forming a thinner gate insulating film on a region to be a gettering region of the island-like semiconductor layer than on a region to be a source and drain region. A step (A) of adding an impurity element to the source and drain regions of the island-shaped semiconductor layer through the gate insulating film, and including at least the gettering region of the island-shaped semiconductor layer; The step of adding a gettering element having a gettering capability to the region to be formed includes the step of adding the impurity element as the gettering element to the region to be the gettering region of the island-like semiconductor layer through the gate insulating film. Including the step (B) of adding, the steps (A) and (B) using the same mask in the same etching apparatus. Divide.

本発明の他の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下層絶縁膜および前記下層絶縁膜と組成または密度の異なる上層絶縁膜をこの順で形成することにより、前記下層および上層絶縁膜を含む積層絶縁膜を形成する工程と、前記積層絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、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のうちゲッタリング領域となる領域と前記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を露呈し、前記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前記Nチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極を覆う第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、前記積層絶縁膜を介してp型を付与する不純物元素をドープする工程と、前記上層絶縁膜のうち、前記第1のマスクおよび前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極より露呈している領域を除去または薄膜化することにより、下層絶縁膜から形成される第1絶縁膜と上層絶縁膜から形成される第2絶縁膜とを含むゲート絶縁膜を形成する工程と、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前記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を露呈し、前記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を覆う第2のマスクを形成する工程と、前記島状半導体層のうち前記第2のマスクから露呈している領域に、ゲート絶縁膜を介してn型を付与する不純物元素をドープすることにより、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に前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型および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に前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程と、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 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 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 and include a crystalline region A step of obtaining a film; a step of patterning the crystalline semiconductor film to form a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region; and a lower insulating film and the lower layer on the island-like semiconductor layer Forming a laminated insulating film including the lower and upper insulating films by forming an upper insulating film having a composition or density different from that of the insulating film in this order; and the laminated insulating film A step of forming a gate electrode, 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. Forming a first mask that exposes and covers the source and drain regions of the N-channel thin film transistor and the gate electrode of the N-channel thin film transistor; and the first mask and the P-channel thin film transistor Using the gate electrode as a mask, the step of doping the semiconductor layer in a region exposed from the gate electrode with an impurity element imparting p-type through the stacked insulating film, and the first insulating layer out of the first insulating layer The region exposed from the mask and the gate electrode of the P-channel thin film transistor is removed. Forming a gate insulating film including a first insulating film formed from a lower insulating film and a second insulating film formed from an upper insulating film by thinning, and an active layer of the N-channel thin film transistor A region serving as a gettering region of the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the P-channel thin film transistor and a region serving as a source region and a drain region of the P-channel thin film transistor, and a P-channel Forming a second mask covering the gate electrode of the thin film transistor, and an impurity imparting n-type to the region exposed from the second mask in the island-like semiconductor layer through the gate insulating film By doping the element, the N-channel thin film transistor is formed on the island-shaped semiconductor layer that becomes the active layer of the N-channel thin film transistor. And forming a gettering region in each of the N-channel type and P-channel type thin film transistors in an island-like semiconductor layer that becomes an active layer of the N-channel type and P-channel type thin film transistors. And a step of moving at least part of the catalytic element in the island-shaped semiconductor layer to the gettering region by performing a second heat treatment.

本発明のさらに他の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下層絶縁膜および前記下層絶縁膜と組成または密度の異なる上層絶縁膜をこの順で形成することにより、前記下層および上層絶縁膜を含む積層絶縁膜を形成する工程と、前記積層絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、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のうちゲッタリング領域となる領域と前記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を露呈し、前記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前記Nチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極を覆う第1のマスクを形成する工程と、前記上層絶縁膜のうち、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から露呈している領域を除去または薄膜化することにより、下層絶縁膜から形成される第1絶縁膜と上層絶縁膜から形成される第2絶縁膜とを含むゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1のマスクおよび前記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、前記第1絶縁膜を介して、前記島状半導体層にp型を付与する不純物元素をドープする工程と、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前記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を露呈し、前記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を覆う第2のマスクを形成する工程と、前記島状半導体層のうち前記第2のマスクから露呈している領域に、ゲート絶縁膜を介してn型を付与する不純物元素をドープすることにより、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に前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型および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に前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程と、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 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, in which a catalyst element that promotes crystallization is added at least partially. Preparing a crystalline semiconductor film, and performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film, thereby crystallizing at least a part of the amorphous semiconductor film and including a crystalline region Obtaining a semiconductor film; patterning the crystalline semiconductor film to form a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region; a lower insulating film on the island-like semiconductor layer; and Forming a laminated insulating film including the lower layer and the upper insulating film by forming an upper insulating film having a composition or density different from that of the lower insulating film in this order; A step of forming a gate electrode on the edge film; and a region of the island-like semiconductor layer that becomes an active layer of the N-channel thin film transistor, a region that becomes a gettering region, and A step of forming a first mask that exposes the whole and covers a region to be a source region and a drain region of the N-channel thin film transistor and a gate electrode of the N-channel thin film transistor; The first insulating film formed from the lower insulating film and the second insulating film formed from the upper insulating film by removing or thinning the region exposed from the gate electrode of the mask 1 and the P-channel thin film transistor Forming a gate insulating film including the first mask and the P-channel thin film transistor A step of doping the island-shaped semiconductor layer with an impurity element imparting p-type to the island-shaped semiconductor layer through the first insulating film using a gate electrode as a mask; and the entire island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor; A region that becomes a gettering region of an island-shaped semiconductor layer that becomes an active layer of the P-channel thin film transistor is exposed, and a region that becomes 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. A step of forming a second mask, and doping an impurity element imparting n-type through a gate insulating film into a region exposed from the second mask in the island-like semiconductor layer, A source region in the N-channel thin film transistor is formed on the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor. Forming a drain region and a gettering region in each of the N-channel and P-channel thin film transistors in an island-like semiconductor layer that is an active layer of the N-channel and P-channel thin film transistors; And a step of moving at least a part of the catalytic element in the island-shaped semiconductor layer to the gettering region by performing the heat treatment.

本発明のさらに他の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下層絶縁膜および前記下層絶縁膜と組成または密度の異なる上層絶縁膜をこの順で形成することにより、前記下層および上層絶縁膜を含む積層絶縁膜を形成する工程と、前記積層絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、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のうちゲッタリング領域となる領域と前記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、前記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前記Nチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極を覆う第1のマスクを形成する工程と、前記第1のマスクおよび前記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、前記積層絶縁膜を介して、前記島状半導体層にp型を付与する不純物元素をドープする工程と、前記上層絶縁膜のうち、前記第1のマスク及び前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極から露呈している領域を除去または薄膜化することにより、下層絶縁膜から形成される第1絶縁膜と上層絶縁膜から形成される第2絶縁膜とを含むゲート絶縁膜を形成する工程と、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、前記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を露呈し、前記Nチャネル型薄膜トランジスタのLDD領域となる領域と、前記Pチャネル型薄膜トランジスタのソースおよびドレイン領域となる領域と、前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極とを覆う第2のマスクを形成する工程と、前記島状半導体層のうち前記第2のマスクから露呈している領域に、ゲート絶縁膜を介してn型を付与する不純物元素をドープすることにより、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に前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型および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に前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程と、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 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, in which a catalyst element that promotes crystallization is added at least partially. Preparing a crystalline semiconductor film, and performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film, thereby crystallizing at least a part of the amorphous semiconductor film and including a crystalline region Obtaining a semiconductor film; patterning the crystalline semiconductor film to form a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region; a lower insulating film on the island-like semiconductor layer; and Forming a laminated insulating film including the lower layer and the upper insulating film by forming an upper insulating film having a composition or density different from that of the lower insulating film in this order; A step of forming a gate electrode on the edge film; and a region of the island-like semiconductor layer that becomes an active layer of the N-channel thin film transistor, a region that becomes a gettering region, and an island-like semiconductor layer that becomes an active layer of the P-channel thin film transistor Forming a first mask that is entirely exposed to cover a source region and a drain region of the N-channel thin film transistor and a gate electrode of the N-channel thin film transistor; and the first mask and the P-channel A step of doping an impurity element imparting p-type to the island-like semiconductor layer through the stacked insulating film using the gate electrode of a thin film transistor as a mask, and the first mask of the upper insulating film, The region exposed from the gate electrode of the P-channel thin film transistor is removed or thinned. Forming a gate insulating film including a first insulating film formed from a lower insulating film and a second insulating film formed from an upper insulating film, and an island-shaped semiconductor serving as an active layer of the N-channel thin film transistor A region serving as a source region, a drain region, and a gettering region in the layer, and a region serving as a gettering region in the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the P-channel thin film transistor, Forming a second mask covering a region to be an LDD region, a region to be a source and drain region of the P-channel thin film transistor, and the gate electrode of the P-channel thin film transistor; and Among them, an impurity element imparting n-type is provided to the region exposed from the second mask through a gate insulating film. Doping forms the source and drain regions of the N-channel thin film transistor in the island-like semiconductor layer that becomes the active layer of the N-channel thin film transistor, and also becomes the active layer of the N-channel and P-channel thin film transistors. A step of forming a gettering region in each of the N-channel and P-channel thin film transistors in the island-shaped semiconductor layer, and a second heat treatment, thereby performing at least a part of the catalytic element in the island-shaped semiconductor layer Moving to the gettering region.

本発明のさらに他の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下層絶縁膜および前記下層絶縁膜と組成または密度の異なる上層絶縁膜をこの順で形成することにより、前記下層および上層絶縁膜を含む積層絶縁膜を形成する工程と、前記積層絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、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のうちゲッタリング領域となる領域と前記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、前記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前記Nチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極を覆う第1のマスクを形成する工程と、前記上層絶縁膜のうち、前記第1のマスク及び前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極から露呈している領域を除去または薄膜化することにより、下層絶縁膜から形成される第1絶縁膜と上層絶縁膜から形成される第2絶縁膜とを含むゲート絶縁膜を形成する工程と、前記第1のマスクおよび前記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、前記第1絶縁膜を介して、前記島状半導体層にp型を付与する不純物元素をドープする工程と、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、前記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を露呈し、前記Nチャネル型薄膜トランジスタのLDD領域となる領域と、前記Pチャネル型薄膜トランジスタのソースおよびドレイン領域となる領域と、前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極とを覆う第2のマスクを形成する工程と、前記島状半導体層のうち前記第2のマスクから露呈している領域に、ゲート絶縁膜を介してn型を付与する不純物元素をドープすることにより、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に前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型および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に前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程と、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 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, in which a catalyst element that promotes crystallization is added at least partially. Preparing a crystalline semiconductor film, and performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film, thereby crystallizing at least a part of the amorphous semiconductor film and including a crystalline region Obtaining a semiconductor film; patterning the crystalline semiconductor film to form a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region; a lower insulating film on the island-like semiconductor layer; and Forming a laminated insulating film including the lower layer and the upper insulating film by forming an upper insulating film having a composition or density different from that of the lower insulating film in this order; A step of forming a gate electrode on the edge film; and a region of the island-like semiconductor layer that becomes an active layer of the N-channel thin film transistor, a region that becomes a gettering region, and an island-like semiconductor layer that becomes an active layer of the P-channel thin film transistor A step of forming a first mask that covers the entire region and serves as a source region and a drain region of the N-channel thin film transistor and a gate electrode of the N-channel thin film transistor; The first insulating film formed from the lower insulating film and the second insulating film formed from the upper insulating film are removed by removing or thinning the region exposed from the gate electrode of the first mask and the P-channel thin film transistor. Forming a gate insulating film including a film, the first mask, and the P-channel thin film transistor Doping an impurity element imparting p-type to the island-like semiconductor layer through the first insulating film using the gate electrode as a mask, and an island-like semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor Among them, a region that becomes a source region, a drain region, and a gettering region, and a region that becomes a gettering region in an island-like semiconductor layer that becomes an active layer of the P-channel thin film transistor are exposed, and an LDD region of the N-channel thin film transistor Forming a second mask that covers a region to be, a region to be a source and drain region of the P-channel thin film transistor, and the gate electrode of the P-channel thin film transistor; An impurity element imparting n-type conductivity is exposed to the region exposed from the second mask through the gate insulating film. Doping forms the source and drain regions of the N-channel thin film transistor in the island-like semiconductor layer that becomes the active layer of the N-channel thin film transistor, and also becomes the active layer of the N-channel and P-channel thin film transistors. A step of forming a gettering region in each of the N-channel and P-channel thin film transistors in the island-shaped semiconductor layer, and a second heat treatment, thereby performing at least a part of the catalytic element in the island-shaped semiconductor layer Moving to the gettering region.

ある好ましい実施形態において、前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記上層絶縁膜に対するエッチング速度が前記下層絶縁膜に対するエッチング速度よりも大きくなるようなエッチング条件で、前記上層絶縁膜をエッチングする工程を含む。   In a preferred embodiment, the step of forming the gate insulating film includes the step of etching the upper insulating film under an etching condition such that an etching rate for the upper insulating film is higher than an etching rate for the lower insulating film. Including.

前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記下層絶縁膜をエッチングストッパー膜として用いて前記上層絶縁膜をエッチングする工程を含んでもよい。   The step of forming the gate insulating film may include a step of etching the upper insulating film using the lower insulating film as an etching stopper film.

前記積層絶縁膜を形成する工程は、酸化ケイ素を主成分とする下層絶縁膜を形成する工程と、窒化ケイ素を主成分とする上層絶縁膜を形成する工程とを含んでもよい。   The step of forming the laminated insulating film may include a step of forming a lower insulating film mainly composed of silicon oxide and a step of forming an upper insulating film mainly composed of silicon nitride.

前記積層絶縁膜を形成する工程は、前記下層絶縁膜を形成した後、大気中に曝すこと無く前記上層絶縁膜を形成する工程を含んでもよい。   The step of forming the laminated insulating film may include a step of forming the upper insulating film without exposing to the atmosphere after forming the lower insulating film.

前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程は、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及びドレイン領域となる領域に比べて、前記Nチャネル型及び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で、より結晶破壊が進んで非晶質化されやすいドーピング条件にて前記n型を付与する不純物元素をドープする工程を含むことが好ましい。   The steps of forming a source region and a drain region in the N-channel type thin film transistor and forming a gettering region in each of the N-channel type and P-channel type thin film transistors include an island-shaped semiconductor that becomes an active layer of the N-channel type thin film transistor Compared to the regions that become the source region and the drain region in the layer, in the island-shaped semiconductor layer that becomes the active layer of the N-channel and P-channel thin film transistors, the region that becomes the gettering region is more susceptible to crystal breakdown. It is preferable to include a step of doping the impurity element imparting the n-type under doping conditions that are easily crystallized.

前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程は、前記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に比べて、前記Nチャネル型及びPチャネル型薄膜トランジスタのゲッタリング領域では、ラマン分光スペクトルの非晶質半導体の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が大きくなるように、前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域と、前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域とを形成する工程であってもよい。   The steps of forming a source region and a drain region in the N-channel type thin film transistor and forming a gettering region in each of the N-channel type and P-channel type thin film transistors are compared with the source region and the drain region of the N-channel type thin film transistor. In the gettering region of the N-channel and P-channel thin film transistors, 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 is increased. A step of forming a source region and a drain region in the N-channel thin film transistor and a gettering region in each of the N-channel and P-channel thin film transistors may be formed.

第2の加熱処理工程の後でも、前記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に比べて、前記Nチャネル型及びPチャネル型薄膜トランジスタのゲッタリング領域では、ラマン分光スペクトルの非晶質半導体の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が大きい状態が保持されることが好ましい。   Even after the second heat treatment step, in the gettering region of the N-channel and P-channel thin film transistors, the amorphous semiconductor TO of the Raman spectrum is compared with the source and drain regions of the N-channel thin film transistor. It is preferable that the state where the ratio Pa / Pc between the phonon peak Pa and the TO phonon peak Pc of the crystalline semiconductor is large is maintained.

前記ゲッタリング領域は、前記島状半導体層のうち電子または正孔が移動する領域以外の領域に形成されることが好ましい。   The gettering region is preferably formed in a region other than a region where electrons or holes move in the island-like semiconductor layer.

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、前記チャネル領域および前記LDD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 and the LDD region.

前記第2の加熱処理工程の後、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に電気的に接続され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 step, a step of forming a wiring electrically connected to a contact portion including at least a part of the source region or the drain region may be further included.

前記第2の加熱処理工程により、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もできる。   In the second heat treatment step, at least the n-type impurity and / or the p-type impurity doped in at least the source region and the drain region of the island-shaped semiconductor layer can be activated.

ある好ましい実施形態において、前記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 an amorphous semiconductor film to which at least a part of the catalyst element for promoting crystallization is added includes the step of forming a mask having an opening on the amorphous semiconductor film. And adding the catalytic element to a selected region of the amorphous semiconductor film through the opening.

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の加熱処理工程の後、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 step.

本発明の電子機器は、上記半導体装置を備える。また、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ていてもよい。   An electronic apparatus according to the present invention includes the semiconductor device. In addition, a display unit that performs a display operation using the semiconductor device may be provided.

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いため、上記液晶表示装置の量産に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, and the on-characteristic of the TFT formed in that part is high. A failure occurred 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, since the process margin is extremely small, it cannot be applied to mass production of the liquid crystal display device.

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、本発明による好ましい実施形態の半導体装置を説明する。なお、本明細書における「半導体装置」は、半導体層を活性層として有する薄膜トランジスタを備えていればよく、薄膜トランジスタ、アクティブリクス基板、液晶表示装置などを含む。   The present invention has been made to solve the problems of the conventional gettering method as described above. Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the “semiconductor device” in this specification only includes a thin film transistor including a semiconductor layer as an active layer, and includes a thin film transistor, an active substrate, a liquid crystal display device, and the like.

本実施形態の半導体装置は、図1に示す薄膜トランジスタ10を備えている。薄膜トランジスタ10は、基板1の上に形成され、チャネル領域7と、ソース領域およびドレイン領域9と、ゲッタリング領域11とを含む結晶質領域を有する半導体層13と、半導体層13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7に対向するように形成されたゲート電極5とを有する。ゲート絶縁膜3は、半導体層13のうち少なくともチャネル領域7と、ソース領域およびドレイン領域9と、ゲッタリング領域11とを覆っている。本実施形態では、ゲート絶縁膜3のうち少なくともゲート電極5と半導体層13との間に位置する部分は、組成または密度の互いに異なる二層を含む複数の絶縁膜で構成され、かつ、ゲッタリング領域11の上のゲート絶縁膜3は、ゲート絶縁膜3のうち少なくともゲート電極5と半導体層13との間に位置する部分よりも薄いことを特徴としている。好ましくは、ゲッタリング領域11の上のゲート絶縁膜3の厚さは、ソースおよびドレイン領域9の上のゲート絶縁膜3の厚さよりも小さい。   The semiconductor device of this embodiment includes the thin film transistor 10 shown in FIG. The thin film transistor 10 is formed on the substrate 1, and is formed on the semiconductor layer 13 having a crystalline region including the channel region 7, the source and drain regions 9, and the gettering region 11, and the semiconductor layer 13. And a gate electrode 5 formed so as to face the channel region 7 with the gate insulating film 3 interposed therebetween. The gate insulating film 3 covers at least the channel region 7, the source and drain regions 9, and the gettering region 11 in the semiconductor layer 13. In the present embodiment, at least a portion of the gate insulating film 3 located between the gate electrode 5 and the semiconductor layer 13 is composed of a plurality of insulating films including two layers having different compositions or densities, and gettering is performed. The gate insulating film 3 on the region 11 is characterized in that it is thinner than at least a portion of the gate insulating film 3 located between the gate electrode 5 and the semiconductor layer 13. Preferably, the thickness of the gate insulating film 3 on the gettering region 11 is smaller than the thickness of the gate insulating film 3 on the source and drain regions 9.

薄膜トランジスタ10では、ゲート絶縁膜3は、半導体層13を覆う第1絶縁膜3aと、第1絶縁膜3aの上に形成され、少なくともチャネル領域7を覆う第2絶縁膜3bとから構成される二層構造を有しているが、組成または密度の互いに異なる2層を含んでいればよく、3層以上の積層構造を有していてもよい。   In the thin film transistor 10, the gate insulating film 3 includes a first insulating film 3 a that covers the semiconductor layer 13, and a second insulating film 3 b that is formed on the first insulating film 3 a and covers at least the channel region 7. Although it has a layer structure, it is sufficient if it includes two layers having different compositions or densities, and it may have a laminated structure of three or more layers.

本実施形態では、薄膜トランジスタ10の半導体層13に、ソース領域およびドレイン領域9とは別にゲッタリング領域11を有している。また、そのゲッタリング領域11の上に設けられたゲート絶縁膜3の厚さは、チャネル領域7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11を形成している。トップゲート型TFTにおいては、半導体層13に対する不純物元素の注入は、一般的にゲート絶縁膜3を越して行なわれる。いわゆるゲート絶縁膜3に対してのスルードープである。このとき、半導体層13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)とは、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。   In the present embodiment, the gettering region 11 is provided in the semiconductor layer 13 of the thin film transistor 10 in addition to the source region and the drain region 9. Further, the thickness of the gate insulating film 3 provided on the gettering region 11 is configured to be thinner than that on the channel region 7. That is, the gate insulating film 3 is selectively thinned, and the gettering region 11 is formed in that portion. In the top gate TFT, the impurity element is implanted into the semiconductor layer 13 generally over the 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 layer 13 and the crystal state (amorphization degree) in the region are determined according to 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13のうちソースおよびドレイン領域9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11を設け、半導体層13の上にゲート絶縁膜3を設ける。このとき、例えば、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9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11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と、ゲッタリング領域11とソースおよびドレイン領域9とを異なるドーピング状態とすることができる。   In other words, in the present embodiment, a dedicated region 11 for gettering is provided in a region other than the regions to be the source and drain regions 9 in the semiconductor layer 13, and the gate insulating film 3 is provided on the semiconductor layer 13. At this time, for example, the thickness of the portion of the gate insulating film 3 located on the source and drain regions 9 requiring low resistance is located on the gettering region 11 requiring gettering capability. When the gate insulating film 3 is provided so as to be larger than the thickness of the portion, and through doping treatment is performed through the gate insulating film, the gettering region 11 and the source and drain regions 9 can be in different doping states.

本実施形態では、ゲッタリング領域11は、半導体層13において、薄膜トランジスタ10の動作時に電子または正孔が移動する領域(活性領域)以外に形成されている。また、ゲッタリング領域11は、少なくともチャネル領域7とは隣接しない位置に形成されている。   In the present embodiment, the gettering region 11 is formed in the semiconductor layer 13 other than the region (active region) where electrons or holes move during the operation of the thin film transistor 10. Further, the gettering region 11 is formed at a position not adjacent to at least the channel region 7.

なお、本明細書において、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-like 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.

これにより、薄膜トランジスタ10の動作時に電子または正孔が移動する領域であるソースおよびドレイン領域9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11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9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。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。   As a result, the source and drain regions 9, which are regions where electrons or holes move during the operation of the thin film transistor 10, are not affected by gettering and are formed in a substantially separated process. It is possible to optimize the addition amount of the type impurity and the p-type impurity. Also, the implantation amount and the degree of amorphization of the gettering region 11 can be optimized only for the purpose of gettering, separately from the source and drain regions 9. 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.

さらに、ソースおよび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、ソースおよびドレイン領域9も非ゲッタリング領域となるので、チャネル領域7とソースおよびドレイン領域9との接合部のゲッタリングを、従来方法よりも良好に実効できるので、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。   Further, unlike the conventional method in which the source and drain regions are used as gettering regions, the source and drain regions 9 are also non-gettering regions, so that gettering at the junction between the channel region 7 and the source and drain regions 9 is performed. Since it can be carried out better than the conventional method, it is possible to almost completely suppress an increase in leakage current during off operation, which is a problem in TFT characteristics, and at the same time, it is possible to ensure higher reliability.

本実施形態では、前述したように、少なくともチャネル領域7に対応する領域のゲート絶縁膜3が、組成あるいは密度が異なる二層以上の絶縁膜で構成されている。また、ゲッタリング領域11の上のゲート絶縁膜3は、チャネル領域7のゲート絶縁膜3よりも薄い。例えば、ゲート絶縁膜3のうちゲッタリング領域11の上に位置する部分が、チャネル領域7の上に位置する部分よりも一層以上少ない層から構成されていてもよいし、あるいは、ゲート絶縁膜3のうちゲッタリング領域11の上に位置する部分が、ソース領域およびドレイン領域9の上に位置する部分よりも一層以上少ない層から構成されていてもよい。   In the present embodiment, as described above, at least the gate insulating film 3 in the region corresponding to the channel region 7 is composed of two or more insulating films having different compositions or densities. The gate insulating film 3 on the gettering region 11 is thinner than the gate insulating film 3 in the channel region 7. For example, the portion of the gate insulating film 3 that is located on the gettering region 11 may be composed of a layer that is less than the portion that is located on the channel region 7 or the gate insulating film 3. Of these, the portion located on the gettering region 11 may be composed of a layer that is more or less than the portion located on the source region and the drain region 9.

薄膜トランジスタ10を備えた半導体装置は、例えば次のような方法で製造できる。   A semiconductor device provided with the thin film transistor 10 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に対して第1の加熱処理を行う。これにより、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。次いで、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、結晶質領域を備えた島状半導体層を形成する。続いて、島状半導体層上に、組成あるいは密度が互いに異なる複数の絶縁膜を積層させることにより、積層構造を有する絶縁膜(積層絶縁膜)を形成する。   First, a first heat treatment is performed on an amorphous semiconductor film to which a catalyst element that promotes crystallization is added at least partially. Thereby, at least a part of the amorphous semiconductor film is crystallized to obtain a semiconductor film including a crystalline region. Next, by patterning the semiconductor film including the crystalline region, an island-shaped semiconductor layer including the crystalline region is formed. Subsequently, a plurality of insulating films having different compositions or densities are stacked on the island-shaped semiconductor layer, thereby forming an insulating film (laminated insulating film) having a stacked structure.

上記積層絶縁膜のうち、少なくとも島状半導体層においてゲッタリング領域となる領域の上に位置する部分を選択的にエッチングして薄膜化する。このとき、積層構造を有する絶縁膜のうち、ゲッタリング領域となる領域上に位置する少なくとも最上層の絶縁膜はエッチング除去されることが好ましい。また、積層構造を有する絶縁膜のうち、少なくとも最下層の絶縁膜はエッチングされずに、ゲッタリング領域となる領域上に残ることが好ましい。このようにして、ゲッタリング領域上で他の領域上よりも薄いゲート絶縁膜が形成される。   Of the stacked insulating film, at least a portion of the island-like semiconductor layer located above the region to be a gettering region is selectively etched to be thinned. At this time, it is preferable that at least an uppermost insulating film located on a region serving as a gettering region among the insulating films having a stacked structure is removed by etching. In addition, it is preferable that at least a lowermost insulating film of the insulating film having a stacked structure is not etched and remains on a region serving as a gettering region. In this way, a thinner gate insulating film is formed on the gettering region than on other regions.

この後、島状半導体層のうち少なくともゲッタリング領域に、ゲッタリング能力を持つゲッタリング元素をドープする。次いで、島状半導体層に対して第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。   Thereafter, at least a gettering region of the island-like semiconductor layer is doped with a gettering element having gettering ability. Next, by performing a second heat treatment on the island-shaped semiconductor layer, at least a part of the catalyst element in the island-shaped semiconductor layer is moved to the gettering region.

上述したように、本実施形態では、ゲッタリング領域上の厚さが、ソース領域およびドレイン領域上の厚さよりも小さいゲート絶縁膜を形成するが、そのためには、ゲッタリング領域上のゲート絶縁膜を局所的に薄くするためのエッチング工程が必要である。このとき、本出願人による未公開の特願2004−56358号明細書で提案しているように、単層構造を有する絶縁膜に対して選択的なエッチングを行おうとすると、基板間および基板面内におけるエッチング量のバラツキを避けることができず、ゲッタリング領域上に位置するゲート絶縁膜の厚さは大きく変動してしまうおそれがある。ゲッタリング領域上のゲート絶縁膜の厚さが変動すると、ゲッタリング領域に入るゲッタリング元素の量およびゲッタリング領域の結晶状態が変動し、ゲッタリング能力が変動する。その結果、安定したゲッタリング処理を行うことは難しいという問題がある。   As described above, in this embodiment, the gate insulating film having a thickness on the gettering region smaller than the thickness on the source region and the drain region is formed. For this purpose, the gate insulating film on the gettering region is formed. An etching process for locally thinning the film is necessary. At this time, as proposed in the unpublished Japanese Patent Application No. 2004-56358 specification by the present applicant, if selective etching is performed on an insulating film having a single-layer structure, the distance between the substrates and the substrate surface are reduced. The variation in the etching amount cannot be avoided, and the thickness of the gate insulating film located on the gettering region may vary greatly. When the thickness of the gate insulating film on the gettering region varies, the amount of gettering elements entering the gettering region and the crystal state of the gettering region vary, and the gettering capability varies. As a result, there is a problem that it is difficult to perform stable gettering processing.

これに対し、本実施形態では、密度あるいは組成が互いに異なる二層以上の積層構造を有する絶縁膜に対して、上記のような選択的なエッチングを行う。よって、絶縁膜を構成するそれぞれの層をエッチングする際のエッチング速度を変えることにより、除去しようとする層の下層をエッチングストッパーとして用いることができる。その結果、ゲッタリング領域上のゲート絶縁膜の厚さを均一に制御できるので、ゲッタリング領域の能力が強化されると共に安定化され、常に安定したゲッタリング効果が得られるようになる。   On the other hand, in this embodiment, the selective etching as described above is performed on an insulating film having a laminated structure of two or more layers having different densities or compositions. Therefore, the lower layer of the layer to be removed can be used as an etching stopper by changing the etching rate when each layer constituting the insulating film is etched. As a result, the thickness of the gate insulating film on the gettering region can be controlled uniformly, so that the capability of the gettering region is enhanced and stabilized, and a stable gettering effect can be always obtained.

本実施形態におけるゲート絶縁膜の最もシンプルな構成は、ゲート絶縁膜が二層構造を有する場合であり、簡略な製造プロセスで十分に高い効果を得ることができる。二層構造を有するゲート絶縁膜は、下層絶縁膜および上層絶縁膜からなる積層絶縁膜を形成した後、上層絶縁膜のうち、島状半導体層の少なくとも後にゲッタリング領域となる領域上に位置する部分を選択的に除去あるいは薄膜化することによって得られる。好ましくは、下層絶縁膜をエッチングストッパーとして用いて、ゲッタリング領域上に位置する上層絶縁膜をエッチングする。   The simplest configuration of the gate insulating film in this embodiment is a case where the gate insulating film has a two-layer structure, and a sufficiently high effect can be obtained with a simple manufacturing process. The gate insulating film having a two-layer structure is located on a region to be a gettering region at least after the island-shaped semiconductor layer in the upper insulating film after forming a laminated insulating film composed of a lower insulating film and an upper insulating film. It can be obtained by selectively removing or thinning the portion. Preferably, the upper insulating film located on the gettering region is etched using the lower insulating film as an etching stopper.

これにより、ゲート絶縁膜のうち少なくともチャネル領域に対応する部分は、組成あるいは密度が互いに異なる二層の絶縁膜で構成されており、ゲッタリング領域に対応する部分は、チャネル領域に対応する領域を構成する絶縁膜のうち下層の絶縁膜のみで構成された薄膜トランジスタを製造できる。なお、ゲート絶縁膜のうちソース領域およびドレイン領域に対応する部分は、チャネル領域に対応する部分のゲート絶縁膜と同様、組成あるいは密度が異なる二層の絶縁膜で構成されていることが好ましい。   Thereby, at least a portion corresponding to the channel region of the gate insulating film is configured by two layers of insulating films having different compositions or densities, and a portion corresponding to the gettering region is a region corresponding to the channel region. A thin film transistor including only the lower insulating film among the insulating films can be manufactured. Note that the portion of the gate insulating film corresponding to the source region and the drain region is preferably composed of two layers of insulating films having different compositions or densities, like the portion of the gate insulating film corresponding to the channel region.

ここで、本実施形態における薄膜トランジスタは、半導体層のチャネル形成領域とソース領域あるいはドレイン領域との接合部に、低濃度不純物領域(LDD領域)を備えていてもよい。LDD領域は、接合部にかかる電界集中を緩和し、オフ動作時のリーク電流の低減やホットキャリア耐性の向上のために設けられる。このような場合でも、チャネル領域とLDD領域との接合部、およびLDD領域とソースおよびドレイン領域との接合部を十分にゲッタリングすることができる。   Here, the thin film transistor in this embodiment may include a low concentration impurity region (LDD region) at the junction between the channel formation region of the semiconductor layer and the source or drain region. The LDD region is provided to alleviate electric field concentration applied to the junction, to reduce leakage current during off operation and to improve hot carrier resistance. Even in such a case, the junction between the channel region and the LDD region and the junction between the LDD region and the source and drain regions can be sufficiently gettered.

本実施形態の半導体装置は、上述してきたような薄膜トランジスタ(TFT)を少なくとも1つ備えていればよく、例えば複数のTFTを備えていてもよい。例えば、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとが相補的に構成された装置であってもよく、そのような装置はCMOS回路に好適に用いられ得る。そのような半導体装置では、Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTのゲート絶縁膜のうちゲート電極と半導体層との間に位置する部分(典型的には、それぞれのTFTにおけるチャネル領域上のゲート絶縁膜)と、チャネル領域上のゲート絶縁膜とは、組成あるいは密度が異なる二層あるいは二層以上の絶縁膜で構成されている。Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTの半導体層はいずれもゲッタリング領域を有し、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は、Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTのゲート絶縁膜のうちゲート電極と半導体層との間に位置する部分よりも薄い。   The semiconductor device of the present embodiment only needs to include at least one thin film transistor (TFT) as described above, and may include, for example, a plurality of TFTs. For example, a device in which an N-channel TFT and a P-channel TFT are configured to be complementary may be used, and such a device can be suitably used for a CMOS circuit. In such a semiconductor device, a portion of a gate insulating film of an N-channel TFT and a P-channel TFT that is located between a gate electrode and a semiconductor layer (typically, gate insulation on a channel region in each TFT). The film) and the gate insulating film on the channel region are composed of two or more insulating films having different compositions or densities. The semiconductor layers of the N-channel TFT and the P-channel TFT each have a gettering region, and the gate insulating film on the gettering region in the N-channel TFT is a gate insulating film of the N-channel TFT and the P-channel TFT. Is thinner than the portion located between the gate electrode and the semiconductor layer.

Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTのゲート絶縁膜のうちゲート電極と半導体層との間に位置する部分が、第1絶縁膜およびその上に形成された第2絶縁膜からなる二層構造を有する場合、前記Pチャネル型TFTにおけるゲッタリング領域、ソース領域およびドレイン領域上のゲート絶縁膜は、ゲート絶縁膜のうち上記部分よりも薄くてもよく、例えば、第1絶縁膜のみから構成されていてもよい。   Of the gate insulating films of the N-channel TFT and the P-channel TFT, a portion located between the gate electrode and the semiconductor layer has a two-layer structure including the first insulating film and the second insulating film formed thereon. In the case where the gate insulating film is provided, the gate insulating film on the gettering region, the source region, and the drain region in the P-channel TFT may be thinner than the above portion of the gate insulating film. May be.

本実施形態では、ソース領域およびドレイン領域の低抵抗化と、ゲッタリング領域におけるゲッタリング能力の確保とを両立させることが好ましいが、Nチャネル型TFTの場合、これらを両立することは難しい。Nチャネル型TFTでは、N型不純物として一般的にリンを用いるが、リンの質量は、P型不純物として一般的に用いられるホウ素の質量よりも大きいため、リンを半導体層にドープする際に半導体層へのダメージが大きく、結晶破壊を引き起こすおそれがある。前述のように、ゲッタリング領域においては、結晶破壊が生じることは望ましいが、ソース領域およびドレイン領域においては、結晶破壊が起こると、後の活性化アニールで結晶が回復せずに高抵抗化してしまい、ソースおよびドレイン領域として機能できなくなる可能性もある。このため、Pチャネル型TFTとNチャネル型TFTとを組み合わせた構造を有する半導体装置を作製する場合には、ゲッタリング領域上のゲート絶縁膜を選択的に薄くする構成をNチャネル型TFTに積極的に適用することによって、ソース領域およびドレイン領域を低抵抗化し、かつ、ゲッタリング領域におけるゲッタリング能力を確保するとともに、製造プロセスの簡略化を図ることが好ましい。   In the present embodiment, it is preferable to achieve both lowering the resistance of the source region and the drain region and ensuring the gettering capability in the gettering region, but it is difficult to achieve both in the case of an N-channel TFT. In an N-channel TFT, phosphorus is generally used as an N-type impurity. However, since the mass of phosphorus is larger than the mass of boron generally used as a P-type impurity, when a semiconductor layer is doped with phosphorus, a semiconductor is used. Damage to the layer is significant and may cause crystal destruction. As described above, it is desirable that crystal breakage occurs in the gettering region. However, when crystal breakage occurs in the source region and the drain region, the crystal does not recover by subsequent activation annealing, and the resistance increases. As a result, the source and drain regions may not function. Therefore, in the case of manufacturing a semiconductor device having a structure in which a P-channel TFT and an N-channel TFT are combined, a configuration in which the gate insulating film on the gettering region is selectively thinned is positively applied to the N-channel TFT. Therefore, it is preferable to reduce the resistance of the source region and the drain region, to ensure the gettering capability in the gettering region, and to simplify the manufacturing process.

上記構成をNチャネル型TFTに適用した半導体装置は、例えば以下のような方法(第1の方法)で製造できる。   A semiconductor device in which the above structure is applied to an N-channel TFT can be manufactured by, for example, the following method (first 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て結晶質領域を含む半導体膜を得る。得られた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。次いで、島状半導体層上に、下層絶縁膜、上層絶縁膜をこの順で形成して積層構造を有する積層絶縁膜を形成する。   First, at least a part of the amorphous semiconductor film is crystallized by performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to which a catalytic element that promotes crystallization is added at least partly. A semiconductor film including a region is obtained. By patterning the obtained semiconductor film, a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region are formed. Next, a lower insulating film and an upper insulating film are formed in this order on the island-shaped semiconductor layer to form a stacked insulating film having a stacked structure.

この積層絶縁膜上にゲート電極を形成した後、Nチャネル型TFT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となる島状半導体層全体とが露呈し、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。続いて、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、それより露呈している領域の半導体層に対し、積層絶縁膜(上層絶縁膜/下層絶縁膜)越しにp型を付与する不純物元素をドープする。   After the gate electrode is formed on the stacked insulating film, the region serving as the gettering region of the island-shaped semiconductor layer serving as the N-channel TFT and the entire island-shaped semiconductor layer serving as the P-channel TFT are exposed, and the N-channel type is exposed. A first mask is formed so as to cover a region to be a source region and a drain region of the TFT and a gate electrode. Subsequently, using the first mask and the gate electrode of the P-channel TFT as a mask, the p-type is applied to the semiconductor layer in the exposed region through the laminated insulating film (upper insulating film / lower insulating film) Doping with impurity elements.

この後、第1のマスク及びPチャネル型TFTのゲート電極より露呈している領域における上層絶縁膜をエッチングにより除去する。これにより、ゲート絶縁膜が得られる。   Thereafter, the upper insulating film in the region exposed from the first mask and the gate electrode of the P-channel TFT is removed by etching. Thereby, a gate insulating film is obtained.

次に、Nチャネル型TFTとなる島状半導体層全体とPチャネル型TFTとなる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とが露呈し、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。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、それより露呈している領域における半導体層に対し、Nチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域では、ゲート絶縁膜(第2絶縁膜/第1絶縁膜)越しに、Nチャネル型TFTのゲッタリング領域およびPチャネル型TFTのゲッタリング領域では、第1絶縁膜越しに、それぞれn型を付与する不純物元素をドープする。この後、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。   Next, the entire island-shaped semiconductor layer to be the N-channel TFT and the region to be the gettering region of the island-shaped semiconductor layer to be the P-channel TFT are exposed, and the regions to be the source and drain regions of the P-channel TFT A second mask is formed so as to cover the gate electrode. Using the second mask and the gate electrode of the N-channel TFT as a mask, the gate insulating film (second insulating film / In the gettering region of the N-channel TFT and the gettering region of the P-channel TFT, the impurity element imparting n-type is doped through the first insulating film. Thereafter, by performing a second heat treatment, at least a part of the catalyst element in the island-shaped semiconductor layer is moved to the gettering region.

上記第1の方法では、Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTのソースおよびドレイン領域を形成するためのN型不純物またはP型不純物をドープする工程と、ゲッタリング領域を形成するドーピング工程とを同時に行うことによって、工程簡略化を図っている。また、ドーピング時に用いたマスクをそのまま利用し、絶縁膜のエッチングを行うことで、ゲッタリングのための工程を付加することなく、プロセスを簡略化できる。   In the first method, the step of doping N-type impurities or P-type impurities for forming the source and drain regions of the N-channel TFT and P-channel TFT and the doping step of forming the gettering region are performed simultaneously. By doing so, the process is simplified. In addition, by using the mask used at the time of doping as it is and etching the insulating film, the process can be simplified without adding a step for gettering.

第1の方法の代わりに、以下の方法(第2の方法)を用いてもよい。   Instead of the first method, the following method (second method) may be used.

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て結晶質領域を含む半導体膜を得る。得られた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。島状半導体層上に、下層絶縁膜および上層絶縁膜をこの順で形成することによって、積層絶縁膜を形成する。   First, at least a part of the amorphous semiconductor film is crystallized by performing a first heat treatment on the amorphous semiconductor film to which a catalytic element that promotes crystallization is added at least partly. A semiconductor film including a region is obtained. By patterning the obtained semiconductor film, a plurality of island-like semiconductor layers each having a crystalline region are formed. A laminated insulating film is formed by forming a lower insulating film and an upper insulating film in this order on the island-like semiconductor layer.

次いで、積層絶縁膜上にゲート電極を形成した後、Nチャネル型TFT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となる島状半導体層全体とが露呈し、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。続いて、第1のマスク及びPチャネル型TFTのゲート電極より露呈している領域の上層絶縁膜をエッチングにより除去する。これにより、ゲート絶縁膜が得られる。   Next, after forming a gate electrode over the stacked insulating film, a region serving as a gettering region of the island-shaped semiconductor layer serving as the N-channel TFT and an entire island-shaped semiconductor layer serving as the P-channel TFT are exposed, and the N-channel A first mask is formed so as to cover a region to be a source region and a drain region of the type TFT and a gate electrode. Subsequently, the upper insulating film exposed from the first mask and the gate electrode of the P-channel TFT is removed by etching. Thereby, a gate insulating film is obtained.

この後、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、それより露呈している領域における半導体層に対し、第1絶縁膜越しにp型を付与する不純物元素をドープする。   Thereafter, using the first mask and the gate electrode of the P-channel TFT as a mask, the semiconductor layer in the exposed region is doped with an impurity element imparting p-type through the first insulating film.

次いで、Nチャネル型TFTとなる島状半導体層全体とPチャネル型TFTとなる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とが露呈し、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。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、それより露呈している領域における半導体層に対し、Nチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域では、ゲート絶縁膜(第2絶縁膜/第1絶縁膜)越しに、Nチャネル型TFTのゲッタリング領域およびPチャネル型TFTのゲッタリング領域では、第1絶縁膜越しに、それぞれn型を付与する不純物元素をドープする。この後、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。   Next, the entire island-shaped semiconductor layer serving as the N-channel TFT and the region serving as the gettering region of the island-shaped semiconductor layer serving as the P-channel TFT are exposed, and the region serving as the source region and drain region of the P-channel TFT, and A second mask is formed so as to cover the gate electrode. Using the second mask and the gate electrode of the N-channel TFT as a mask, the gate insulating film (second insulating film / In the gettering region of the N-channel TFT and the gettering region of the P-channel TFT, the impurity element imparting n-type is doped through the first insulating film. Thereafter, by performing a second heat treatment, at least a part of the catalyst element in the island-shaped semiconductor layer is moved to the gettering region.

上述した2つの製造方法のうち、第1の方法では、p型不純物のドーピング後に絶縁膜の選択的なエッチングを行うが、第2の方法では、絶縁膜の選択的なエッチングを行った後、p型不純物のドーピングを行う。第2の方法によると、p型不純物を半導体層にドープする際に、ゲート絶縁膜の厚さが選択的に小さいため、半導体層の所定の領域には、ゲート絶縁膜の下層の第1絶縁膜のみを通してドープされる。従って、p型不純物ドーピング時の加速電圧を小さく設定でき、製造装置としてのマージンが大きくなる。   Of the two manufacturing methods described above, in the first method, the insulating film is selectively etched after p-type impurity doping. In the second method, after the insulating film is selectively etched, Doping with p-type impurities is performed. According to the second method, when the p-type impurity is doped into the semiconductor layer, the thickness of the gate insulating film is selectively small. Therefore, the first insulation under the gate insulating film is formed in a predetermined region of the semiconductor layer. Doped only through the membrane. Therefore, the acceleration voltage at the time of p-type impurity doping can be set small, and the margin as a manufacturing apparatus becomes large.

第1および第の方法の他、以下のような方法(第3の方法、第4の方法)を用いることもできる。   In addition to the first and second methods, the following methods (third method and fourth method) can also be used.

第3の方法では、上述した方法と同様の方法で、複数の島状半導体層、積層絶縁膜、およびゲート電極を形成する。次いで、Nチャネル型TFT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となる島状半導体層全体とが露呈し、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。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、それより露呈している領域における半導体層に対し、積層絶縁膜(第2絶縁膜/第1絶縁膜)越しにp型を付与する不純物元素をドープする。   In the third method, the plurality of island-shaped semiconductor layers, the stacked insulating film, and the gate electrode are formed by the same method as described above. Next, a region to be a gettering region of an island-shaped semiconductor layer to be an N-channel TFT and an entire island-shaped semiconductor layer to be a P-channel TFT are exposed, and a region to be a source region and a drain region of the N-channel TFT and A first mask is formed so as to cover the gate electrode. Using the first mask and the gate electrode of the P-channel TFT as a mask, p-type is applied to the semiconductor layer in the exposed region through the stacked insulating film (second insulating film / first insulating film). Doping with impurity elements.

この後、第1のマスク及びPチャネル型TFTのゲート電極より露呈している領域の上層絶縁膜をエッチングによって除去する。これにより、ゲート絶縁膜が形成される。   Thereafter, the upper insulating film exposed from the first mask and the gate electrode of the P-channel TFT is removed by etching. Thereby, a gate insulating film is formed.

次に、Nチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域及びゲッタリング領域となる領域と、Pチャネル型TFTとなる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とが露呈し、Nチャネル型TFTのLDD領域となる領域と、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とが覆われるように第2のマスクを形成する。第2のマスクより露呈している領域の半導体層に対し、Nチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域では、ゲート絶縁膜(第2絶縁膜/第1絶縁膜)越しに、Nチャネル型TFTのゲッタリング領域およびPチャネル型TFTのゲッタリング領域では、第1絶縁膜越しに、それぞれn型を付与する不純物元素をドープする。この後、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。   Next, a region that becomes a source region and a drain region and a gettering region of the N-channel TFT and a region that becomes a gettering region of the island-shaped semiconductor layer that becomes the P-channel TFT are exposed, and the LDD of the N-channel TFT is exposed. A second mask is formed so as to cover the region, the region serving as the source region and drain region of the P-channel TFT, and the gate electrode. With respect to the semiconductor layer in the region exposed from the second mask, the source region and drain region of the N-channel TFT have the N-channel TFT over the gate insulating film (second insulating film / first insulating film). In the gettering region and the gettering region of the P-channel TFT, an impurity element imparting n-type is doped through the first insulating film. Thereafter, by performing a second heat treatment, at least a part of the catalyst element in the island-shaped semiconductor layer is moved to the gettering region.

第4の方法では、上述した方法と同様の方法で、複数の島状半導体層、積層絶縁膜、およびゲート電極を形成する。次いで、Nチャネル型TFT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となる島状半導体層全体とが露呈し、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。第1のマスク及びPチャネル型TFTのゲート電極より露呈している領域の上層絶縁膜をエッチングによって除去する。これにより、ゲート絶縁膜が得られる。   In the fourth method, the plurality of island-shaped semiconductor layers, the stacked insulating film, and the gate electrode are formed by the same method as described above. Next, a region to be a gettering region of an island-shaped semiconductor layer to be an N-channel TFT and an entire island-shaped semiconductor layer to be a P-channel TFT are exposed, and a region to be a source region and a drain region of the N-channel TFT and A first mask is formed so as to cover the gate electrode. The upper insulating film in the region exposed from the first mask and the gate electrode of the P-channel TFT is removed by etching. Thereby, a gate insulating film is obtained.

この後、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、それより露呈している領域の半導体層に対し、第1絶縁膜越しにp型を付与する不純物元素をドープする。続いて、Nチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域及びゲッタリング領域となる領域と、Pチャネル型TFTとなる島状半導体層のゲッタリング領域となる領域とが露呈し、Nチャネル型TFTのLDD領域となる領域と、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とが覆われるように第2のマスクを形成する。第2のマスクより露呈している領域の半導体層に対し、Nチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域では、ゲート絶縁膜(第2絶縁膜/第1絶縁膜)越しに、Nチャネル型TFTのゲッタリング領域およびPチャネル型TFTのゲッタリング領域では、第1絶縁膜越しに、それぞれn型を付与する不純物元素をドープする。その後、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。   Thereafter, using the first mask and the gate electrode of the P-channel TFT as a mask, the semiconductor layer in the exposed region is doped with an impurity element imparting p-type through the first insulating film. Subsequently, the source and drain regions and the gettering region of the N-channel TFT and the region of the island-like semiconductor layer that becomes the P-channel TFT are exposed, and the LDD of the N-channel TFT is exposed. A second mask is formed so as to cover the region, the region serving as the source region and drain region of the P-channel TFT, and the gate electrode. With respect to the semiconductor layer in the region exposed from the second mask, the source region and drain region of the N-channel TFT have the N-channel TFT over the gate insulating film (second insulating film / first insulating film). In the gettering region and the gettering region of the P-channel TFT, an impurity element imparting n-type is doped through the first insulating film. After that, by performing a second heat treatment, at least a part of the catalyst element in the island-shaped semiconductor layer is moved to the gettering region.

第3および第4の方法では、Nチャネル型TFTにLDD領域を形成している。LDD領域は、ゲッタリング領域を形成するマスクを利用して、ゲッタリング領域と同時に形成されるので、工程を増やすことなく、Nチャネル型TFTのオフ電流を下げ、信頼性を高めることが可能になる。   In the third and fourth methods, the LDD region is formed in the N-channel TFT. Since the LDD region is formed at the same time as the gettering region using a mask for forming the gettering region, it is possible to reduce the off-current of the N-channel TFT and increase the reliability without increasing the number of steps. Become.

上記で例示した第1〜第4の方法によって得られる半導体装置では、N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は、Nチャネル型TFTやPチャネル型TFTにおけるゲート絶縁膜のうちゲート電極と半導体層との間に位置する部分と同様に、組成あるいは密度が互いに異なる2層の絶縁膜で構成されている。また、P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およびソース領域およびドレイン領域上のゲート絶縁膜は、Nチャネル型TFTやPチャネル型TFTにおけるゲート絶縁膜のうちゲート電極と半導体層との間に位置する部分の下層の絶縁膜(第1絶縁膜)のみで構成されている。   In the semiconductor device obtained by the first to fourth methods exemplified above, the gate insulating film on the source region and the drain region of the N-channel TFT is the gate insulating film in the N-channel TFT or P-channel TFT. Similar to the portion located between the gate electrode and the semiconductor layer, it is composed of two insulating films having different compositions or densities. In addition, the gate insulating film on the gettering region and the gate insulating film on the source region and the drain region in the P-channel TFT are formed between the gate electrode and the semiconductor layer in the gate insulating film in the N-channel TFT and the P-channel TFT. It is comprised only by the lower layer insulating film (1st insulating film) of the part located in between.

なお、積層絶縁膜のうち上層絶縁膜を選択的にエッチングする工程において、上層絶縁膜が完全に除去されるまでエッチングを行うと、上述したように、ゲッタリング領域上には第1絶縁膜のみからなるゲート絶縁膜が形成されるが、上層絶縁膜に対する上記エッチング工程によって上層絶縁膜のうちゲッタリング領域上に位置する部分を薄膜化してもよく、その場合でも、ゲッタリング領域上でソースおよびドレイン領域上よりも薄いゲート絶縁膜を形成できる。   In the step of selectively etching the upper insulating film in the laminated insulating film, if etching is performed until the upper insulating film is completely removed, only the first insulating film is formed on the gettering region as described above. In this case, the portion of the upper insulating film located on the gettering region may be thinned by the above etching process for the upper insulating film. A gate insulating film thinner than that on the drain region can be formed.

このように、本実施形態の半導体装置やその製造方法において、N型不純物は、それ自体がゲッタリング元素として作用する。そのため、特にNチャネル型TFTを有する半導体装置を製造する方法では、ゲッタリング元素を添加する工程と、ソースおよびドレイン領域を形成するN型不純物のドーピング工程とを、同一のマスクを用いて同一の元素をドープすることによって行うことができる。なお、Pチャネル型TFTにおいては、P型不純物だけではゲッタリング能力を持たないので、P型不純物のドーピング工程とは別個に、ゲッタリング領域へのN型不純物の注入工程を行う必要がある。   Thus, in the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the N-type impurity itself acts as a gettering element. Therefore, in particular, in a method of manufacturing a semiconductor device having an N-channel TFT, the step of adding a gettering element and the step of doping an N-type impurity for forming source and drain regions are performed using the same mask. This can be done by doping with an element. Note that a P-channel TFT does not have a gettering capability only with a P-type impurity, and therefore it is necessary to perform an N-type impurity implantation step into the gettering region separately from the P-type impurity doping step.

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型不純物元素およびP型不純物元素の両方がドープされることが好ましい。すなわち、ゲッタリング領域には、ゲッタリング元素として、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ことが好ましい。ゲッタリング領域がn型不純物元素のみを含む場合でも、n型不純物元素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、ゲッタリング領域が、n型不純物元素に加えてp型不純物元素も含んでいると、ゲッタリング元素としての効果がさらに大きくなる。詳しく説明すると、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、リンのみの場合の前記第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。従って、ゲッタリング能力が高められ、より大きなゲッタリング効果が得られる。ゲッタリング元素は特に限定されないが、5族B元素からP(燐)を選択し、3族B元素からB(ホウ素)を選択すれば最も高いゲッタリング効果が得られる。また、これらの元素は、ソースおよびドレイン領域にドープされる不純物元素としても用いられるため、ゲッタリング元素としてこれらの元素を選択すると、ゲッタリング元素を添加するため工程と不純物ドープによってソース領域およびドレイン領域を形成する工程とを兼ねたドーピング工程を行うことができる。従って、ゲッタリング元素を添加する工程を別個に付加する必要がなくなり、製造プロセスを大幅に短縮ができる。   In this embodiment, it is preferable that both the N-type impurity element and the P-type impurity element are doped in the gettering regions of the N-channel TFT and the P-channel TFT. That is, the gettering region includes, as gettering elements, 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. Preferably it is. Even when the gettering region contains only the n-type impurity element, the solid solubility of the catalyst element in the n-type impurity element introduction region is increased, and the first gettering action described above is caused. However, when the gettering region includes a p-type impurity element in addition to the n-type impurity element, the effect as the gettering element is further increased. More specifically, 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 changes, and in addition to the first gettering action in the case of only phosphorus, defects and local strains are obtained. The second gettering action using the dominates. Therefore, the gettering ability is enhanced and a larger gettering effect can be obtained. Although the gettering element is not particularly limited, the highest gettering effect can be obtained by selecting P (phosphorus) from the group 5 B element and selecting B (boron) from the group 3 B element. In addition, since these elements are also used as impurity elements doped in the source and drain regions, when these elements are selected as gettering elements, the source regions and drains are added by a process and impurity doping to add the gettering elements. A doping step that also serves as a step of forming a region can be performed. Therefore, it is not necessary to add a step of adding a gettering element separately, and the manufacturing process can be greatly shortened.

ゲッタリング領域には、n型を付与する不純物元素が1×1019/cm3以上3×1021/cm3以下の濃度で含まれ、かつ、p型を付与する不純物元素が1×1019/cm3以上3×1021/cm3以下の濃度で含まれていることが好ましい。不純物元素の濃度を上記範囲内に調整することにより、高いゲッタリング効率が得られる。不純物元素の濃度を上記範囲よりも高くしてもよいが、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点で不利である。 The gettering region contains an impurity element imparting n-type at a concentration of 1 × 10 19 / cm 3 or more and 3 × 10 21 / cm 3 or less, and an impurity element imparting p-type is 1 × 10 19. It is preferably contained at a concentration of not less than / cm 3 and not more than 3 × 10 21 / cm 3 . By adjusting the concentration of the impurity element within the above range, high gettering efficiency can be obtained. Although the concentration of the impurity element may be higher than the above range, the gettering efficiency is saturated, which is disadvantageous in that extra processing time is required.

また、本実施形態の半導体装置では、Nチャネル型TFTのゲッタリング領域には、n型を付与する周期表第5族Bに属する不純物元素が、そのNチャネル型薄膜トランジスタのソース領域あるいはドレイン領域よりも高濃度で含まれていることが好ましい。本実施形態では、Nチャネル型TFTでは、ゲート絶縁膜の厚さの差を利用して、ソース領域及びドレイン領域のドーピング状態と、ゲッタリング領域のドーピング状態とを互いに異ならせている。従って、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であるn型不純物がドープされるが、より薄いゲート絶縁膜を介してゲッタリング元素がドープされるゲッタリング領域には、それよりも厚いゲート絶縁膜を介してドープされる他の領域よりも多量のゲッタリング元素が導入される。その結果、ゲッタリング領域は強いゲッタリング作用を発揮し、ソースおよびドレイン領域のゲッタリングをも行うことが可能になる。   In the semiconductor device of this embodiment, an impurity element belonging to Group 5B of the periodic table imparting n-type is introduced into the gettering region of the N-channel TFT from the source region or the drain region of the N-channel thin film transistor. Is preferably contained at a high concentration. In this embodiment, in the N-channel TFT, the doping state of the source region and the drain region and the doping state of the gettering region are made different from each other by utilizing the difference in thickness of the gate insulating film. Therefore, an n-type impurity which is a gettering element is doped in a region other than the gettering region in the semiconductor layer, but the gettering region doped with the gettering element through a thinner gate insulating film includes A larger amount of gettering element is introduced than other regions doped through the thicker gate insulating film. As a result, the gettering region exhibits a strong gettering action, and the gettering of the source and drain regions can also be performed.

また、ゲッタリング領域では、チャネル形成領域、ソース領域あるいはドレイン領域に比べて、非晶質成分が多く結晶質成分が少ないことが好ましい。このようなゲッタリング領域を形成するためには、n型不純物元素をドープする工程を、Nチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域に比べて、Nチャネル型TFT及びPチャネル型TFTのゲッタリング領域の方が、より結晶破壊が進み、非晶質化するようなドーピング条件にて行われることが好ましい。   In the gettering region, it is preferable that the amorphous component is large and the crystalline component is small compared to the channel formation region, the source region, or the drain region. In order to form such a gettering region, the step of doping an n-type impurity element is performed in a gettering region of an N-channel TFT and a P-channel TFT as compared with a source region and a drain region of an N-channel TFT. It is preferable that the etching is performed under doping conditions such that the crystal breakage further progresses and becomes amorphous.

従って、ゲッタリング領域を形成するための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の下に位置する部分(すなわちゲッタリング領域となる部分)における非晶質化を、ソース領域およびドレイン領域となる部分における非晶質化よりも進行させることが好ましい。非晶質化が十分に進んだ領域(非晶質領域)では結晶質領域よりも触媒元素の自由エネルギーが低いので、触媒元素は非晶質領域へ拡散し易いからである。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し、そこに触媒元素を移動させてトラップさせるという第2のゲッタリング作用が引き起こされる。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ため、ゲッタリング領域が非晶質化して高抵抗となっても、それに伴ってTFT特性が低下することはない。よって、従来よりも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。   Therefore, in the doping step for forming the gettering region, the amorphous state in the portion of the island-like semiconductor layer located under the thinned gate insulating film (that is, the portion that becomes the gettering region) is changed into the source. It is preferable to proceed more than the amorphization in the portion to be the region and the drain region. This is because the free energy of the catalytic element is lower than the crystalline region in the region where the amorphization is sufficiently advanced (amorphous region), and thus the catalytic element is likely to diffuse into the amorphous region. Further, in the amorphous region, a second gettering action is caused in which a dangling bond or a lattice defect forms a segregation site for trapping the catalytic element, and the catalytic element is moved and trapped there. 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 characteristics are not lowered accordingly. Therefore, an amorphous gettering region having higher gettering capability than the conventional one can be formed in the semiconductor layer.

半導体層の各領域における結晶状態は、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を求めることによって評価できる。半導体層がケイ素(Si)膜を用いて形成されている場合、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て480cm-1近傍にブロードな形状で現れる。ゲッタリング領域におけるラマン分光スペクトルの非晶質半導体の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、チャネル形成領域およびソース・ドレイン領域における比Pa/Pcよりも大きくなるように制御すると、高いゲッタリング効率を確保することができるので有利である。なお、本実施形態の製造方法では、ゲッタリング領域におけるラマン分光スペクトルの非晶質半導体の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がソース領域およびドレイン領域における比Pa/Pcよりも大きい状態となるように各領域を形成した後、前述した第2の加熱処理を行った後も、上記の状態が保持されていることが望ましい。上記の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、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つことが可能になり、ゲッタリング領域からの触媒元素の逆拡散を防止できるので、半導体装置の信頼性を高めることができる。 The crystalline state in each region of the semiconductor layer can be evaluated by determining 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. When the semiconductor layer is formed using a silicon (Si) film, a peak Pc due to TO phonon of crystalline Si appears in the vicinity of 520 cm −1, and a peak Pa due to TO phonon of amorphous Si indicates its state density. Reflecting, it appears in a broad shape in the vicinity of 480 cm −1 . 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 spectroscopy spectrum in the gettering region is larger than the ratio Pa / Pc in the channel formation region and the source / drain regions. Such control is advantageous because high gettering efficiency can be ensured. In the manufacturing method of the present embodiment, 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 in the gettering region is the ratio Pa in the source region and the drain region. It is desirable that the above state be maintained even after the second heat treatment described above is performed after each region is formed so as to be larger than / Pc. If the TFT is completed while maintaining the above state, it becomes possible to always maintain the same level of gettering ability as in the gettering process even when driving the TFT, and the reverse diffusion of the catalytic element from the gettering region can be prevented. Therefore, the reliability of the semiconductor device can be improved.

本実施形態では、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に、それぞれのソースおよびドレイン領域を形成するためのn型ドーピング工程とp型ドーピング工程とを利用して、Pチャネル型TFTに加えて、Nチャネル型TFTにもゲッタリング領域を同時形成することが好ましく、これによって製造工程を大幅に簡略化できる。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、半導体層中にn型不純物と共に存在することによって、強いゲッタリング作用を有する。このため、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と、Nチャネル型TFTにおけるゲッタリング能力をより高められる。また、Nチャネル型TFTのゲッタリング領域には、上層にあるゲート絶縁膜が選択的に薄膜化されているため、ソースおよびドレイン領域に比べてより多くのn型不純物が導入され、その上、結晶へのドーピングダメージが大きく非晶質化が進んでおり、結晶欠陥も多く生成される。そのため、さらに高いゲッタリング能力を実現できる。   In the present embodiment, when an N-channel TFT and a P-channel TFT are formed simultaneously, an n-type doping process and a p-type doping process for forming respective source and drain regions are used to form a P-channel. In addition to the type TFT, it is preferable to form a gettering region in the N-channel type TFT at the same time, which can greatly simplify the manufacturing process. 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 the n-type impurity in the semiconductor layer. Therefore, when a gettering region doped with n-type impurities and p-type impurities is formed in the semiconductor layer of the N-channel TFT, the gettering capability of the N-channel TFT can be further enhanced. In addition, since the upper gate insulating film is selectively thinned in the gettering region of the N-channel TFT, more n-type impurities are introduced as compared with the source and drain regions. The doping damage to the crystal is large and the amorphization is progressing, and many crystal defects are generated. Therefore, higher gettering capability can be realized.

従来の半導体装置によると、ゲッタリング領域上のゲート絶縁膜が選択的に薄膜化されていないので、TFT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た場合でも、ゲッタリング能力を高める目的でゲッタリング元素であるn型不純物をゲッタリング領域に多量にドープすると、ソースおよびドレイン領域にも同量のn型不純物がドープされてしまう。このように、ソースおよびドレイン領域に過剰な量の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では、抵抗が下がるどころか、そのドーピングダメージにより非晶質化が生じて極めて高抵抗化する。p型不純物をドープする場合でも同様であるが、ドーピングダメージによる高抵抗化は、n型不純物をドープする場合の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。   According to the conventional semiconductor device, since the gate insulating film on the gettering region is not selectively thinned, even when the gettering region is formed separately from the source and drain regions in the TFT semiconductor layer, the gettering capability is improved. If the gettering region is doped with a large amount of n-type impurity, which is a gettering element, for the purpose of increasing, the same amount of n-type impurity is also doped in the source and drain regions. As described above, when an excessive amount of n-type impurity is doped in the source and drain regions, the resistance in the source and drain regions is not lowered, but amorphization occurs due to the doping damage, resulting in extremely high resistance. The same applies to the case of doping with a p-type impurity, but the increase in resistance due to doping damage is more conspicuous in the case of doping with an n-type impurity, and becomes a big problem particularly in an N-channel TFT.

これに対し、本実施形態では、ゲッタリング領域上のゲート絶縁膜の厚さとソースおよびドレイン領域上のゲート絶縁膜の厚さとを異ならせることにより、それぞれの領域において目的に応じたドーピングを行うことが可能になる。ゲッタリング領域上のゲート絶縁膜は薄いので、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、その結果、ドーピングダメージにより非晶質化が進行し、高いゲッタリング能力を発揮できる状態となっている。一方、ソースおよびドレイン領域上のゲート絶縁膜は厚いので、ソースおよびドレイン領域では、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で低抵抗化を実現できる。   On the other hand, in this embodiment, the gate insulating film on the gettering region and the gate insulating film on the source and drain regions are made different in thickness, so that doping corresponding to the purpose is performed in each region. Is possible. Since the gate insulating film on the gettering region is thin, the gettering region is more heavily doped with n-type impurities and p-type impurities than the source and drain regions, and as a result, amorphousization proceeds due to doping damage. The high gettering ability can be exhibited. On the other hand, since the gate insulating film on the source and drain regions is thick, doping damage at the time of doping is small in the source and drain regions, and low resistance can be realized 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プ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.

本実施形態では、積層絶縁膜をエッチングする際に、第1のマスク及びPチャネル型TFTのゲート電極より露呈している領域の上層絶縁膜をエッチングによって除去する工程を、上層絶縁膜のエッチング速度が下層絶縁膜のエッチング速度よりも大きくなるような条件下で行うことが好ましい。これにより、単層の絶縁膜を選択的に薄膜化する場合と比べて、厚さばらつきを抑えた信頼性の高いゲート絶縁膜を形成できる。このとき、上層絶縁膜のエッチング速度に対する下層絶縁膜のエッチング速度の比率、エッチング選択比が高ければ高いほど、上層絶縁膜のみをエッチングし、下層絶縁膜をエッチングせずに残すための制御性が向上する。より好ましくは、上記上層絶縁膜をエッチングにより除去する工程において、下層絶縁膜をエッチングストッパー膜として用いる。下層絶縁膜がエッチングストッパーとして機能すれば、下層絶縁膜をほぼ完全に残すことができるので、ゲッタリング領域上のゲート絶縁膜の厚さは下層絶縁膜の厚さと略同じになり、ゲート絶縁膜の厚さを安定して制御できる。   In this embodiment, when etching the laminated insulating film, the step of removing the upper insulating film in the region exposed from the first mask and the gate electrode of the P-channel TFT by etching is performed by the etching rate of the upper insulating film. Is preferably performed under such conditions that the etching rate is higher than the etching rate of the lower insulating film. Accordingly, a highly reliable gate insulating film with reduced thickness variation can be formed as compared with a case where a single-layer insulating film is selectively thinned. At this time, the ratio of the etching rate of the lower insulating film to the etching rate of the upper insulating film, the higher the etching selectivity, the higher the controllability for etching only the upper insulating film and leaving the lower insulating film without etching. improves. More preferably, in the step of removing the upper insulating film by etching, the lower insulating film is used as an etching stopper film. If the lower insulating film functions as an etching stopper, the lower insulating film can be almost completely left, so that the thickness of the gate insulating film on the gettering region is substantially the same as the thickness of the lower insulating film. Can be controlled stably.

本実施形態におけるゲート絶縁膜は2以上の層から構成されている。ゲート絶縁膜の各層は酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜を用いて形成されていることが好ましい。これらの膜を用いると、ゲート絶縁膜に要求される信頼性、電気特性、カバレッジ等の条件を満足できる。その場合、ゲート絶縁膜を構成する少なくとも2層において、ケイ素の組成率(すなわち酸素および/または窒素の組成率)が互いに異なると、上述したようなエッチングを行う際に有利である。   The gate insulating film in this embodiment is composed of two or more layers. Each layer of the gate insulating film is preferably formed using a silicon oxide film or a silicon nitride film. When these films are used, conditions such as reliability, electrical characteristics, and coverage required for the gate insulating film can be satisfied. In that case, when the composition ratio of silicon (that is, the composition ratio of oxygen and / or nitrogen) in at least two layers constituting the gate insulating film is different from each other, it is advantageous when performing etching as described above.

あるいは、ゲート絶縁膜は、酸化ケイ素を主成分とする膜と、窒化ケイ素を主成分とする膜とを含む多層構造を有していてもよい。好ましくは、酸化ケイ素を主成分とする第1絶縁膜と、窒化ケイ素を主成分とする第2絶縁膜とを含む二層構造を有する。チャネル領域と接する第1絶縁膜として酸化ケイ素膜を用いると、高い電気特性が得られるので望ましい。また、第2絶縁膜として窒化ケイ素膜を用いると、窒化ケイ素膜は酸化ケイ素膜に比べて1.5〜2倍の誘電率を有することから、ゲート絶縁膜の誘電率を高くできるので、より高いTFT特性が得られる。また、窒化ケイ素膜中に含まれる水素が、ケイ素膜(半導体層)中の結晶欠陥やダングリングボンドなどをターミネートし、結晶特性を向上させる効果もある。   Alternatively, the gate insulating film may have a multilayer structure including a film mainly containing silicon oxide and a film mainly containing silicon nitride. Preferably, it has a two-layer structure including a first insulating film mainly composed of silicon oxide and a second insulating film mainly composed of silicon nitride. It is preferable to use a silicon oxide film as the first insulating film in contact with the channel region because high electrical characteristics can be obtained. Further, when a silicon nitride film is used as the second insulating film, the silicon nitride film has a dielectric constant 1.5 to 2 times that of the silicon oxide film, so that the dielectric constant of the gate insulating film can be increased. High TFT characteristics can be obtained. In addition, hydrogen contained in the silicon nitride film terminates crystal defects and dangling bonds in the silicon film (semiconductor layer), and has an effect of improving crystal characteristics.

上述したようなゲート絶縁膜を形成する場合、まず、半導体層上に積層絶縁膜を形成するが、このとき、積層絶縁膜を構成する複数の層は、大気中に曝すことなく、連続して形成されることが望ましい。ゲート絶縁膜を二層以上で構成することによるデメリットとして、その積層界面での汚染等による界面準位の形成等があるが、積層絶縁膜を形成する工程において、例えば下層絶縁膜を形成した後、大気中に曝すこと無く、上層絶縁膜を連続して形成すると、下層絶縁膜と上層絶縁膜との界面を清浄に保つことができ、界面準位の発生を防止できる。また、製造装置面から見ても、タクトを短縮できるので有利である。   When forming the gate insulating film as described above, first, a laminated insulating film is formed on the semiconductor layer. At this time, a plurality of layers constituting the laminated insulating film are continuously exposed to the atmosphere without being exposed to the atmosphere. It is desirable to be formed. Disadvantages of having two or more layers of the gate insulating film include the formation of interface states due to contamination at the laminated interface, etc. In the process of forming the laminated insulating film, for example, after forming the lower insulating film If the upper insulating film is continuously formed without being exposed to the atmosphere, the interface between the lower insulating film and the upper insulating film can be kept clean, and the generation of interface states can be prevented. Moreover, since it can shorten a tact also when it sees from a manufacturing apparatus surface, it is advantageous.

本実施形態では、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される。また、ゲッタリング領域は、薄膜トランジスタのソース領域またはドレイン領域と隣接し、チャネル領域あるいはLDD領域とは隣接しないような位置に形成することが好ましい。より好ましくは、ゲッタリング領域は、半導体層の外縁部に形成され、複数の薄膜トランジスタを電気的に接続する配線と半導体層との接続は、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で行われる。さらには、複数の薄膜トランジスタを電気的に接続する配線と半島体層の接続は、ゲッタリング領域の一部を含む領域と、ソース領域および/またはドレイン領域とで行われてもよい。このような接続を行なうことにより、薄膜トランジスタにおいて、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るので、前述のようにゲッタリング領域として専用化および最適化できる。このような構成を有する半導体装置は、上述した第2の加熱処理の後に、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部分とコンタクトする配線を形成することによって製造できる。   In the present embodiment, the gettering region is formed in a region other than a region where electrons or holes move. The gettering region is preferably formed at a position adjacent to the source region or drain region of the thin film transistor and not adjacent to the channel region or LDD region. More preferably, the gettering region is formed in the outer edge portion of the semiconductor layer, and the wiring for electrically connecting the plurality of thin film transistors and the semiconductor layer are connected in at least a part of the source region or the drain region. . Further, the wiring for electrically connecting the plurality of thin film transistors and the peninsula layer may be connected to each other in a region including a part of the gettering region and a source region and / or a drain region. By making such connections, the thin film transistor can secure an electron or hole path without going through the gettering region, and can be dedicated and optimized as the gettering region as described above. A semiconductor device having such a structure can be manufactured by forming a wiring in contact with a portion including at least a part of the source region or the drain region after the above-described second heat treatment.

また、本実施形態では、ゲッタリングのための第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型不純物および/またはp型不純物の活性化を行うことが好ましい。この第2の加熱処理工程により、ゲッタリングと活性化とを同時に行うことができるので、製造工程を短縮でき、また、従来の製造工程では必須であったゲッタリングのための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、製造コストを削減できる。   In this embodiment, the second heat treatment for gettering activates n-type impurities and / or p-type impurities doped in at least the source region and the drain region of the island-like semiconductor layer. Is preferred. This second heat treatment step allows gettering and activation to be performed at the same time, so that the manufacturing process can be shortened and an additional step for gettering, which is essential in the conventional manufacturing process, can be omitted. Can do. As a result, the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

上述したように、本実施形態では、ゲッタリングのための第2の加熱処理(温度:例えば500℃以上)をゲート電極形成後に行う必要があるので、ゲート電極の材料として、耐熱性の観点から高融点金属を用いることが望ましい。具体的には、ゲート電極は、W、Ta、Ti、Moから選ばれた元素、またはそれらの元素を含む合金材料の一種または複数種から形成されていることが好ましい。   As described above, in the present embodiment, the second heat treatment for gettering (temperature: for example, 500 ° C. or more) needs to be performed after the formation of the gate electrode. It is desirable to use a refractory metal. Specifically, the gate electrode is preferably formed of one or more kinds of elements selected from W, Ta, Ti, and Mo, or alloy materials containing these elements.

本実施形態おける結晶質半導体膜は、以下のようにして好適に形成できる。まず、非晶質半導体膜上に、開口部を有するマスクを形成する。次いで、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。このようにして、触媒元素が選択的に添加された非晶質半導体膜が得られる。この非晶質半導体膜に対して第1の加熱処理を行うと、非晶質半導体膜のうち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が進む。これにより、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が形成される。このような方法で結晶質半導体膜を形成すると、TFTの電流駆動能力をより高めることができるので有利である。   The crystalline semiconductor film in this embodiment can be suitably formed as follows. First, a mask having an opening is formed over the amorphous semiconductor film. Next, a catalytic element is added to the selected region of the amorphous semiconductor film through the opening. In this way, an amorphous semiconductor film to which a catalytic element is selectively added is obtained. When the first heat treatment is performed on the amorphous semiconductor film, crystal growth proceeds in the lateral direction from the region where the catalytic element is selectively added in the amorphous semiconductor film to the periphery thereof. As a result, a good crystalline semiconductor film in which the crystal growth direction is aligned in almost one direction is formed. Forming the crystalline semiconductor film by such a method is advantageous because the current driving capability of the TFT can be further increased.

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1×1015〜1×1017atoms/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)は、下地絶縁体61の上に形成された非晶質半導体膜の結晶成長を示す図である。図示するように、触媒元素の半導体化合物64は、非晶質半導体膜における未結晶化領域62の結晶成長のドライビングフォースとなる。すなわち、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結晶質半導体膜63が形成されていくのであるが、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. FIG. 13A is a diagram illustrating crystal growth of an amorphous semiconductor film formed over the base insulator 61. As shown in the figure, the catalytic compound semiconductor compound 64 serves as a driving force for crystal growth of the uncrystallized region 62 in the amorphous semiconductor film. That is, the catalytic element compound 64 is present at the forefront of crystal growth, and the adjacent amorphous regions 62 are crystallized one after another toward the right side of the drawing sheet, so that the crystalline semiconductor film 63 is formed. Sometimes the catalytic element compound 64 has a property of growing strongly in the <111> direction. 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、本実施形態の半導体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 semiconductor device manufacturing method 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.

このように、本実施形態によると、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、特に画素部のスイッチング素子や駆動回路のサンプリング素子やメモリ素子のように、オフ動作時の低リーク電流が要求されるTFTで良好な特性が得られるようになる。また、触媒元素を用いて結晶化させ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を、高い電界効果移動度を必要とする駆動回路の素子として用いる場合にも良好な特性を得ることができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of a leakage current due to segregation of the catalytic element. Good characteristics can be obtained in a TFT requiring a leakage current. In addition, since a semiconductor film crystallized using a catalytic element exhibits good crystallinity, good characteristics can be obtained even when the TFT according to this embodiment is used as an element of a drive circuit that requires high field effect mobility. Can be obtained.

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2〜図5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 according to 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. That is, in the present embodiment, a CMOS structure circuit in which an N-channel TFT and a P-channel TFT are configured in a complementary manner on a glass substrate and a pixel TFT (N-channel type) for switching and driving a 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SiH、NH、NO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 this embodiment, a silicon oxynitride film is formed as a lower first base film 102 by using, for example, a material gas of SiH 4 , NH 3 , and N 2 O by a plasma CVD method. 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−Si膜104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−Si膜104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5×1012atoms/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 a solution in which nickel is dissolved on the a-Si film 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 film 104 is managed 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2(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104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104の結晶化が進行する。その結果、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。このようにして得られた結晶質ケイ素膜104a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. 2B). 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 104 is diffused into the a-Si film 204 and silicidation occurs, and the crystallization of the a-Si film 104 proceeds using this as a nucleus. . As a result, the a-Si film 104 is crystallized to become 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. The crystal plane orientation of the crystalline silicon film 104a 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ことにより、図3(A)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, so that an island that will later become an active region (source and drain regions, channel region) of the TFT, as shown in FIG. 3A. Crystalline silicon films (semiconductor layers) 107n, 107p, and 107g 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 an N-channel TFT and a P-channel TFT 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 semiconductor layer 107p of the P-channel TFT is covered with a photoresist, and only the semiconductor layer 107n of the N-channel TFT or the semiconductor layer 107g of the pixel TFT 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(B)に示すように、これらの半導体層107n、107p、107gを覆う絶縁膜109aおよび絶縁膜109bをこの順に形成し、二層構造の積層絶縁膜108を形成する。積層絶縁膜108の合計厚さは20〜150nmであることが好ましい。例えば、絶縁膜109aは、厚さが10〜100nmである酸化ケイ素膜であり、絶縁膜109bは、厚さが10〜100nmである窒化ケイ素膜である。ここでは、絶縁膜109aとして、厚さが50nmの酸化ケイ素膜を用い、絶縁膜109bとして厚さが50nmの窒化ケイ素膜を用いる。従って、本実施形態における積層絶縁膜108の合計厚さは100nmである。なお、積層絶縁膜108は2層以上の積層構造を有していればよく、3層以上の多層構造を有していても良い。また、積層絶縁膜108を構成する各層の材料として、酸化ケイ素や窒化ケイ素以外のシリコンを含む絶縁膜を用いても良い。   Subsequently, as illustrated in FIG. 3B, an insulating film 109a and an insulating film 109b covering these semiconductor layers 107n, 107p, and 107g are formed in this order, and a stacked insulating film 108 having a two-layer structure is formed. The total thickness of the laminated insulating film 108 is preferably 20 to 150 nm. For example, the insulating film 109a is a silicon oxide film having a thickness of 10 to 100 nm, and the insulating film 109b is a silicon nitride film having a thickness of 10 to 100 nm. Here, a silicon oxide film with a thickness of 50 nm is used as the insulating film 109a, and a silicon nitride film with a thickness of 50 nm is used as the insulating film 109b. Therefore, the total thickness of the laminated insulating film 108 in this embodiment is 100 nm. Note that the stacked insulating film 108 only needs to have a stacked structure of two or more layers, and may have a multilayer structure of three or more layers. Alternatively, an insulating film containing silicon other than silicon oxide or silicon nitride may be used as a material for each layer included in the stacked insulating film 108.

酸化ケイ素膜109a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ことができる。また、窒化ケイ素膜109の形成は、モノシラン(SiH4)とアンモニア(NH3)を原料ガスとし、窒素および水素をキャリアガスとして、酸化ケイ素膜109aの形成と同様に基板温度300〜450℃で、RFプラズマCVD法にて分解・堆積することにより行うことができる。本実施形態では、マルチチャンバー型のプラズマCVD装置を用いて、基板101をチャンバー内に設置し、大気雰囲気に晒すことなく、酸化ケイ素膜109aおよび窒化ケイ素膜109bを続けて形成する。これにより、これらの絶縁膜109aおよび109bの積層界面の汚染を防ぐことが可能となり、作製しようとするTFTの特性バラツキやしきい値電圧の変動を抑えることができる。   The silicon oxide film 109a is formed by using TEOS (Tetra Ethoxy Ortho Silicate) as a raw material and decomposing / depositing the substrate with oxygen at 150 to 600 ° C., preferably 300 to 450 ° C. by RF plasma CVD. Can do. The silicon nitride film 109 is formed using monosilane (SiH 4) and ammonia (NH 3) as source gases and nitrogen and hydrogen as carrier gases at a substrate temperature of 300 to 450 ° C. as in the formation of the silicon oxide film 109 a. It can be performed by decomposing and depositing by plasma CVD. In this embodiment, using a multi-chamber plasma CVD apparatus, the substrate 101 is placed in the chamber, and the silicon oxide film 109a and the silicon nitride film 109b are continuously formed without being exposed to the air atmosphere. As a result, it is possible to prevent contamination of the laminated interface between these insulating films 109a and 109b, and to suppress variations in characteristics and threshold voltage of the TFT to be manufactured.

積層絶縁膜108を形成した後、絶縁膜108のバルク特性を向上させるとともに、半導体層107n、107pおよび107gと、絶縁膜108との界面特性を向上させるために、不活性ガス雰囲気下、500〜700℃の温度で数分〜数時間のアニールを行ってもよい。このようにして得られた酸化ケイ素膜109aの比誘電率は3.9程度であり、窒化ケイ素膜109bの比誘電率は6.8程度である。従って、積層絶縁膜108の合計厚さは100nmであるが、容量から見積もられる電気的な厚さは、酸化ケイ素膜単層の場合の0.7〜0.8倍となるので、TFTの電気特性を実質的に向上できる。   After the stacked insulating film 108 is formed, in order to improve the bulk characteristics of the insulating film 108 and to improve the interface characteristics between the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g and the insulating film 108, 500 to 500 under an inert gas atmosphere. Annealing may be performed at a temperature of 700 ° C. for several minutes to several hours. The relative dielectric constant of the silicon oxide film 109a thus obtained is about 3.9, and the relative dielectric constant of the silicon nitride film 109b is about 6.8. Therefore, although the total thickness of the laminated insulating film 108 is 100 nm, the electrical thickness estimated from the capacitance is 0.7 to 0.8 times that in the case of a single layer of silicon oxide film. The characteristics can be substantially improved.

次に、スパッタリング法で高融点メタルを堆積して導電膜を形成し、これをパターニングすることにより、図3(C)に示すようなゲート電極110n、110pおよび110gを形成する。高融点メタルとして、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(代表的にはMo−W合金、Mo−Ta合金)を用いることができる。あるいは、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。本実施形態では、高融点メタルとしてタングステン(W)を用い、厚さが300〜600nm、例えば450nmのゲート電極110n、110pおよび110gを形成する。このとき、これらのゲート電極の低抵抗化を図るために、ゲート電極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ことによって、ゲート電極の比抵抗値を20μΩcm以下に抑えることができる。   Next, a refractory metal is deposited by sputtering to form a conductive film, which is patterned to form gate electrodes 110n, 110p, and 110g as shown in FIG. As a refractory metal, 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 an alloy combining the elements (Typically, a Mo—W alloy or a Mo—Ta alloy) can be used. Alternatively, tungsten silicide, titanium silicide, or molybdenum silicide may be used. In the present embodiment, tungsten (W) is used as the refractory metal, and the gate electrodes 110n, 110p, and 110g having a thickness of 300 to 600 nm, for example, 450 nm are formed. At this time, in order to reduce the resistance of these gate electrodes, it is preferable to reduce the impurity concentration in the gate electrodes. In particular, by reducing the oxygen concentration to 30 ppm or less, the specific resistance value of the gate electrode is suppressed to 20 μΩcm or less. be able to.

上記金属膜のパターニングは、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用いて行うことができる。具体的には、エッチング用ガスとしてCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/25/10(sccm)に調整し、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)の電力を投入することによってプラズマを生成してエッチングを行う。また、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。 The patterning of the metal film can be performed using an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method. Specifically, CF 4 , Cl 2, and O 2 are used as etching gases, the respective gas flow ratios are adjusted to 25/25/10 (sccm), and 500 W is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa. Etching is performed by generating plasma by applying power of RF (13.56 MHz). Further, 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.

本実施形態では、画素TFTのゲート電極110gは、TFTオフ動作時のリーク電流低減の目的から、2つのTFTを直列接続したデュアルゲート構造を有しているため、島状の結晶質ケイ素膜(半導体層)107gの上に2本のゲート電極110gが形成されている。画素TFTのゲート構造は、デュアルゲート構造の他に、さらにゲート電極の本数(TFTの直列接続数)を増やしたトリプルゲート構造やクワッドゲート構造であってもよい。   In the present embodiment, the gate electrode 110g 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 at the time of TFT off operation. Two gate electrodes 110g are formed on (semiconductor layer) 107g. The gate structure of the pixel TFT may be a triple gate structure or a quad gate structure in which the number of gate electrodes (the number of TFTs connected in series) is further increased in addition to the dual gate structure.

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110n、110pおよび110gをマスクとして、半導体層107n、107pおよび107gに低濃度の不純物(リン)111を注入する。このとき、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40〜100kV、例えば80kV、ドーズ量を1×1012〜1×1014cm-2、例えば1×1013cm-2とする。これにより、半導体層107n、107pおよび107gのうち、ゲート電極110n、110pおよび110gで覆われていない領域112n、112p、112gに低濃度でリン111が注入される。また、半導体層107n、107pおよび107gのうち、ゲート電極110n、110pおよび110gでゲート電極に覆われ、リンが注入されなかった領域は、それぞれ、後のドライバ部Nチャネル型TFT、Pチャネル型TFT、および画素TFTにおける、チャネル領域113n、113pおよび113gとなる。 Next, as shown in FIG. 4A, a low concentration impurity (phosphorus) 111 is implanted into the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g by ion doping using the gate electrodes 110n, 110p, and 110g as a mask. At this time, phosphine (PH 3 ) is used as a doping gas, the acceleration voltage is 40 to 100 kV, for example 80 kV, and the dose amount is 1 × 10 12 to 1 × 10 14 cm −2 , for example 1 × 10 13 cm −2 . To do. As a result, phosphorus 111 is implanted at a low concentration into the regions 112n, 112p, and 112g of the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g that are not covered with the gate electrodes 110n, 110p, and 110g. Of the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g, the regions covered with the gate electrodes 110n, 110p, and 110g and not implanted with phosphorus are the driver unit N-channel TFT and P-channel TFT, respectively. And the channel regions 113n, 113p, and 113g in the pixel TFT.

続いて、図4(B)に示すように、後のNチャネル型TFTと画素TFTにおけるゲート電極110nおよび110gを覆い、かつ、半導体層107nおよび107gの外縁部を露出させるように、フォトレジストによるマスク114nおよび114gを設ける。このとき、後のPチャネル型TFTにおける半導体層107pの上方にはマスクを形成しないため、Pチャネル型TFTを形成しようとする領域全体は露呈されている。   Subsequently, as shown in FIG. 4B, a photoresist is used so as to cover the gate electrodes 110n and 110g in the subsequent N-channel TFT and the pixel TFT and to expose the outer edge portions of the semiconductor layers 107n and 107g. Masks 114n and 114g are provided. At this time, since a mask is not formed above the semiconductor layer 107p in the subsequent P-channel TFT, the entire region where the P-channel TFT is to be formed is exposed.

この状態で、レジストマスク114nおよび114gと、後のPチャネル型TFTにおけるゲート電極110pとをマスクとして、各々の半導体層にp型を付与する不純物(ホウ素)115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〜100kV、例えば75kVとし、ドーズ量は1×1015〜1×1016cm-2、例えば5×1016cm-2とする。これにより、後のNチャネル型TFT及び画素TFTにおける半導体層107n、107gのうち、マスク114nおよび114gより露呈している領域(外縁部)116nおよび116gに、高濃度にホウ素が注入される。また、後のPチャネル型TFTにおける半導体層107pのうち、ゲート電極110pで覆われていない領域(チャネル領域113p以外の領域)116pに高濃度にホウ素115が注入される。領域116pでは、高濃度のp型不純物(ホウ素)によって、先の工程で低濃度に注入されているn型不純物のリンを反転させるので、導電型がp型となる。このときの領域116n、116gと領域116pにおけるp型不純物元素(ホウ素)115の膜中濃度は1×1019〜3×1021/cm3である。 In this state, using the resist masks 114n and 114g and the gate electrode 110p in the later P-channel TFT as a mask, an impurity (boron) 115 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 set to 40 kV to 100 kV, for example, 75 kV, and the dose amount is 1 × 10 15 to 1 × 10 16 cm −2 , for example, 5 × 10 16 cm −2 . To do. Thus, boron is implanted at a high concentration into the regions (outer edge portions) 116n and 116g exposed from the masks 114n and 114g in the semiconductor layers 107n and 107g in the subsequent N-channel TFT and pixel TFT. Further, boron 115 is implanted at a high concentration into a region (a region other than the channel region 113p) 116p that is not covered with the gate electrode 110p in the semiconductor layer 107p in the subsequent P-channel TFT. In the region 116p, the n-type impurity phosphorus implanted at a low concentration in the previous step is inverted by the high-concentration p-type impurity (boron), so that the conductivity type becomes p-type. At this time, the concentration in the film of the p-type impurity element (boron) 115 in the regions 116n and 116g and the region 116p is 1 × 10 19 to 3 × 10 21 / cm 3 .

次に、図4(C)に示すように、p型不純物元素(ホウ素)のドーピング工程で使用したレジストマスク114n、114gと、Pチャネル型TFTのゲート電極110pとをマスクとして、積層絶縁膜108のうち上層(窒化ケイ素膜)109bのみをエッチングする。本実施形態では、本エッチング工程をICPエッチング法によって行う。具体的には、エッチングガスとしてCF4とO2とを用い、それぞれのガス流量比を20/40(sccm)に設定した状態で、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。このような条件では、酸化ケイ素膜109aに対する窒化ケイ素膜109bのエッチング選択比は5〜10程度であり、下層の酸化ケイ素膜109aでエッチングを制御良く停止させることができる。また、剥き出しとなっているPチャネル型TFTのゲート電極110pが若干エッチングされる場合もあるが、問題とならないレベルのエッチング量である。なお、このエッチング(絶縁膜の選択エッチング)工程は、ICPエッチング法以外にも、通常のプラズマエッチング法やRIE(リアクティブイオンエッチング)法等によって行うこともでき、また、エッチングガスとしてSF6等の他のフロン系ガスを利用してもよい。 Next, as shown in FIG. 4C, using the resist masks 114n and 114g used in the p-type impurity element (boron) doping step and the gate electrode 110p of the P-channel TFT as a mask, the stacked insulating film 108 is formed. Of these, only the upper layer (silicon nitride film) 109b is etched. In this embodiment, this etching process is performed by the ICP etching method. Specifically, CF4 and O2 are used as etching gases, and the respective gas flow ratios are set to 20/40 (sccm), and 500 W RF (13.56 MHz) is applied to a coil-type electrode at a pressure of 1 Pa. Apply power and apply a substantially negative self-bias voltage. Under such conditions, the etching selectivity of the silicon nitride film 109b to the silicon oxide film 109a is about 5 to 10, and the etching can be stopped with good control by the lower silicon oxide film 109a. Further, although the exposed gate electrode 110p of the P-channel TFT may be slightly etched, the etching amount is at a level that does not cause a problem. This etching (selective etching of insulating film) step can be performed by a normal plasma etching method, an RIE (reactive ion etching) method, or the like other than the ICP etching method, and SF 6 or the like as an etching gas. Other fluorocarbon gases may be used.

上記のように窒化ケイ素膜109bを選択的にエッチングした結果、窒化ケイ素膜109bから、各TFTにおけるゲート絶縁膜の上層となる第2絶縁膜117n、117p、117gが得られる。このエッチング工程では、下層の酸化ケイ素膜109aは、エッチングに対するエッチストッパーとして働くので、ほとんどエッチングされず、そのまま残る。これにより、第2絶縁膜117n、117pおよび117gと、酸化ケイ素膜(第1絶縁膜)109aとからなるゲート絶縁膜108n、108pおよび108gが得られる。   As a result of the selective etching of the silicon nitride film 109b as described above, second insulating films 117n, 117p, and 117g, which are upper layers of the gate insulating film in each TFT, are obtained from the silicon nitride film 109b. In this etching process, the underlying silicon oxide film 109a functions as an etch stopper for etching, and therefore remains almost unetched. As a result, gate insulating films 108n, 108p and 108g composed of the second insulating films 117n, 117p and 117g and the silicon oxide film (first insulating film) 109a are obtained.

この後、レジストマスク114nおよび114gを除去する。レジストマスク114nおよび114pの除去は、酸素プラズマアッシングを用いても良い。その場合、レジストマスク114nおよび114pの除去を上記選択的エッチング工程と連続して同一エッチング装置内で行うと、製造工程を簡略化でき、タクトを短縮できるので有利である。   Thereafter, resist masks 114n and 114g are removed. Removal of the resist masks 114n and 114p may be performed using oxygen plasma ashing. In that case, it is advantageous to remove the resist masks 114n and 114p in the same etching apparatus in succession to the selective etching process because the manufacturing process can be simplified and the tact time can be shortened.

続いて、図5(A)に示すように、フォトレジストによって新たなドーピングマスク118gおよび118pを形成する。ドーピングマスク118gは、画素TFTの半導体層107gにおけるゲート電極110gを一回り大きく覆うように設けられ、ドーピングマスク118pは、Pチャネル型TFTにおけるゲート電極110pを一回り大きく覆い、かつ、半導体層107pの外縁部を露出させるように設けられる。Nチャネル型TFTにおける半導体層107nの上方にはマスクは形成されない。   Subsequently, as shown in FIG. 5A, new doping masks 118g and 118p are formed using a photoresist. The doping mask 118g is provided so as to cover the gate electrode 110g in the semiconductor layer 107g of the pixel TFT, and the doping mask 118p covers the gate electrode 110p in the P-channel TFT. Provided to expose the outer edge. A mask is not formed above the semiconductor layer 107n in the N-channel TFT.

この後、イオンドーピング法によって、ドーピングマスク118p、118gおよびNチャネル型TFTのゲート電極110nをマスクとして、それぞれの半導体層107n、107pおよび107gにn型不純物(リン)119を注入する。ここでは、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1×1015〜2×1016cm-2、例えば6×1015cm-2とする。このドーピング工程により、半導体層107n、107p、107gにおけるゲート電極110nおよびレジストマスク118p、118gから露呈している領域に、リンが高濃度で注入されて、高濃度n型不純物領域が形成される。 Thereafter, n-type impurities (phosphorus) 119 are implanted into the respective semiconductor layers 107n, 107p and 107g by ion doping using the doping masks 118p and 118g and the gate electrode 110n of the N-channel TFT as a mask. Here, phosphine (PH 3 ) is used as the doping gas, the acceleration voltage is 40 to 80 kV, for example 60 kV, and the dose amount is 1 × 10 15 to 2 × 10 16 cm −2 , for example 6 × 10 15 cm −2 . To do. By this doping step, phosphorus is implanted at a high concentration into the regions exposed from the gate electrode 110n and the resist masks 118p and 118g in the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g, so that a high concentration n-type impurity region is formed.

上記のn型不純物ドーピング工程によって、画素TFTの半導体層107gのうち、ゲート電極110gで覆われていないがレジストマスク118gで覆われ、高濃度のリンがドープされなかった領域120は、低濃度にリンが注入されて、画素TFTにおけるLDD領域となる。画素TFTがLDD領域を有していると、特にオフ動作時のリーク電流を抑制できるので有利である。なお、上述したように、画素TFTの半導体層107gのうち、ゲート電極110gで覆われた領域は、チャネル領域113gである。また、半導体層107gのうち、ゲート絶縁膜の上層(第2絶縁膜)117gで覆われた領域はソースおよびドレイン領域122gとなり、第1絶縁膜109aで覆われているが第2絶縁膜117gで覆われていない領域は、上記ドーピング工程で高濃度のホウ素がドープされた結果、ゲッタリング領域123gとなる。   In the n-type impurity doping process, the region 120 of the pixel TFT semiconductor layer 107g that is not covered with the gate electrode 110g but is covered with the resist mask 118g and not doped with high-concentration phosphorus is reduced in concentration. Phosphorus is implanted to form an LDD region in the pixel TFT. If the pixel TFT has an LDD region, it is advantageous because leakage current can be suppressed particularly during the off operation. Note that, as described above, the region covered with the gate electrode 110g in the semiconductor layer 107g of the pixel TFT is the channel region 113g. In addition, in the semiconductor layer 107g, a region covered with the upper layer (second insulating film) 117g of the gate insulating film becomes a source and drain region 122g, which is covered with the first insulating film 109a, but is covered with the second insulating film 117g. The uncovered region becomes a gettering region 123g as a result of doping with a high concentration of boron in the doping step.

同様に、ドライバNチャネル型TFTの半導体層107nのうち、ゲート電極110nで覆われ、高濃度のリンがドープされなかった領域は、前述したようにチャネル領域113nとなる。また、第2絶縁膜117gで覆われた領域はソースおよびドレイン領域122nとなり、第1絶縁膜109aで覆われているが第2絶縁膜117gで覆われていない領域は、上記ドーピング工程で高濃度のホウ素がドープされた結果は、ゲッタリング領域123nとなる。   Similarly, in the semiconductor layer 107n of the driver N-channel TFT, the region covered with the gate electrode 110n and not doped with high-concentration phosphorus becomes the channel region 113n as described above. Further, the region covered with the second insulating film 117g becomes the source and drain regions 122n, and the region covered with the first insulating film 109a but not covered with the second insulating film 117g has a high concentration in the doping step. The result of doping with boron is a gettering region 123n.

さらに、Pチャネル型TFTの半導体層107pのうち、ゲート電極110pで覆われていないがドーピングマスク118pで覆われ、高濃度のリンがドープされなかった領域121は、図4(B)に示すp型不純物ドーピング工程でホウ素が高濃度で注入されているので、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となる。また、半導体層107pのうちドーピングマスク118pで覆われていない領域は、上記n型不純物ドーピング工程で高濃度のリンが注入された結果、ゲッタリング領域123pとなる。   Further, in the P-channel TFT semiconductor layer 107p, a region 121 which is not covered with the gate electrode 110p but covered with the doping mask 118p and is not doped with high-concentration phosphorus is shown in FIG. 4B. Since boron is implanted at a high concentration in the type impurity doping step, it remains as a p-type impurity region and becomes the source and drain regions of the P-channel TFT. Further, a region of the semiconductor layer 107p that is not covered with the doping mask 118p becomes a gettering region 123p as a result of the high concentration phosphorus implantation in the n-type impurity doping step.

このように、高濃度のリンをドープする工程では、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110nとマスク118p、118gとに覆われていない領域に、リンがゲート絶縁膜108n、108pおよび108gを介してドープされる。このとき、ゲート絶縁膜のうち第2絶縁膜(窒化ケイ素膜)および第1絶縁膜(酸化ケイ素膜)の二層を介してドープされるか、あるいはゲート絶縁膜のうち第1絶縁膜(酸化ケイ素膜)のみを介してドープされるかによって、リンのドーピングの状態が大きく異なってくる。   As described above, in the step of doping high concentration phosphorus, phosphorus is not applied to the regions of the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g that are not covered with the gate electrode 110n of the N-channel TFT and the masks 118p and 118g. Doping is performed through the gate insulating films 108n, 108p and 108g. At this time, the gate insulating film is doped through two layers of the second insulating film (silicon nitride film) and the first insulating film (silicon oxide film), or the first insulating film (oxidized film) of the gate insulating film. The state of phosphorus doping varies greatly depending on whether it is doped only through the silicon film.

それぞれのドーピングの状態について、図12に示すリンのドーピングプロファイルを参照しながら、以下に詳しく説明する。図12において、横軸はドーピング深さ、縦軸はリン濃度を示す。上記のドーピング工程では、領域122n、122gに対するリンのドーピングは、合計厚さが100nmである2層の絶縁膜を介して行なわれるため、領域122n、122gにドープされるリン濃度は、図12における深さが1000〜1500Å(100〜150nm)のときのリン濃度と等しくなる。これに対し、領域123n、123p、123gに対するリンのドーピングは、厚さが50nmであるゲート絶縁膜下層(第1絶縁膜)109aのみを介して行われるので、領域123n、123p、123gにドープされるリン濃度は、図12における深さが500〜1000Å(50〜100nm)のときのリン濃度と等しくなる。よって、領域122nおよび122gのリン濃度と、領域123n、123pおよび123gのリン濃度との間で、大きな濃度差が生じる。本実施形態では、第1絶縁膜109aのみで覆われた領域123n、123p、123gにドープされるリンの実量は、第1絶縁膜109aおよび第2絶縁膜117n、117gで覆われた領域122n、122gにドープされるリンの実量の5倍以上となる。その上、第1絶縁膜109aのみで覆われた領域123n、123p、123gでは、上層のゲート絶縁膜が薄いため、第1絶縁膜109aおよび第2絶縁膜117n、117gで覆われた領域122n、122g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。従って、個々のイオンの衝撃エネルギーが大きく、結晶性が崩れて、より非晶質化されやすい。一方、領域122n、122gでは、厚いゲート絶縁膜によって、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、非晶質化がおこりにくく、結晶状態が維持される。   The respective doping states will be described in detail below with reference to the phosphorus doping profile shown in FIG. In FIG. 12, the horizontal axis represents the doping depth and the vertical axis represents the phosphorus concentration. In the above doping step, the doping of phosphorus into the regions 122n and 122g is performed through two layers of insulating films having a total thickness of 100 nm. Therefore, the phosphorus concentration doped into the regions 122n and 122g is as shown in FIG. It becomes equal to the phosphorus concentration when the depth is 1000 to 1500 mm (100 to 150 nm). In contrast, the doping of phosphorus into the regions 123n, 123p, and 123g is performed only through the gate insulating film lower layer (first insulating film) 109a having a thickness of 50 nm, so that the regions 123n, 123p, and 123g are doped. The phosphorus concentration is equal to the phosphorus concentration when the depth in FIG. 12 is 500 to 1000 mm (50 to 100 nm). Therefore, a large concentration difference occurs between the phosphorus concentrations in the regions 122n and 122g and the phosphorus concentrations in the regions 123n, 123p, and 123g. In this embodiment, the actual amount of phosphorus doped in the regions 123n, 123p, and 123g covered only with the first insulating film 109a is the region 122n covered with the first insulating film 109a and the second insulating films 117n and 117g. More than 5 times the actual amount of phosphorus doped into 122 g. In addition, since the upper gate insulating film is thin in the regions 123n, 123p, and 123g covered only with the first insulating film 109a, the regions 122n covered with the first insulating film 109a and the second insulating films 117n and 117g, Compared to 122 g, phosphorus ions are implanted into the semiconductor layer at a relatively high acceleration voltage. Therefore, the impact energy of each ion is large, the crystallinity is broken, and it becomes easier to become amorphous. On the other hand, in the regions 122n and 122g, the impact energy of ions at the time of implantation is relieved by the thick gate insulating film, so that the amorphous state hardly occurs and the crystalline state is maintained.

このようにして、ゲッタリング能力が必要とされる領域と、ソースおよびドレイン領域として低抵抗が必要とされる領域とを、簡易に、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。得られたゲッタリング領域123n、123p、123gにおけるn型不純物元素(リン)の膜中濃度は1×1019〜3×1021/cm3である。また、画素TFTのLDD領域120におけるn型不純物元素(リン)の膜中濃度は、1×1017〜1×1019/cm3である。リン濃度が上記範囲であれば、LDD領域として優れた機能を発揮できる。 In this manner, a region where gettering capability is required and a region where low resistance is required as the source and drain regions can be easily created in a state suitable for each purpose. The n-type impurity element (phosphorus) concentration in the film in the obtained gettering regions 123n, 123p, 123g is 1 × 10 19 to 3 × 10 21 / cm 3 . Further, the n-type impurity element (phosphorus) concentration in the LDD region 120 of the pixel TFT is 1 × 10 17 to 1 × 10 19 / cm 3 . When the phosphorus concentration is in the above range, an excellent function as an LDD region can be exhibited.

次に、上記n型不純物ドーピング工程で用いたドーピングマスク118p、118gを除去した後、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気にて第2の加熱処理を行う。この加熱処理によって、図5(B)に示すように、それぞれの半導体層107n、107p、107gの活性領域に存在する触媒元素(ニッケル)が、ソースおよびドレイン領域122n、122p、122gの外側に形成されたゲッタリング領域123n、123p、123gに移動する。   Next, after removing the doping masks 118p and 118g used in the n-type impurity doping step, a second heat treatment is performed in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere. By this heat treatment, as shown in FIG. 5B, a catalytic element (nickel) present in the active region of each semiconductor layer 107n, 107p, 107g is formed outside the source and drain regions 122n, 122p, 122g. The gettering regions 123n, 123p, and 123g are moved.

ゲッタリング領域123n、123p、123gでは、高濃度でリンおよびホウ素が含まれているため、ニッケルに対する固溶度が高く、さらにニッケルに対する偏析サイトが形成されやすい。また、上層のゲート絶縁膜が薄膜化されているため、上述のドーピング時に非晶質化され、ニッケルに対する自由エネルギーが低下している。そのため、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。これらによって、ゲッタリング領域123n、123p、123gにおけるゲッタリング効果は相乗的に高められている。   Since the gettering regions 123n, 123p, and 123g contain phosphorus and boron at a high concentration, the solid solubility in nickel is high, and segregation sites for nickel are easily formed. Further, since the upper gate insulating film is thinned, it becomes amorphous during the above-described doping, and the free energy for nickel is reduced. For this reason, crystal defects and dangling bonds (dangling bonds) also function as nickel segregation sites. As a result, the gettering effects in the gettering regions 123n, 123p, and 123g are synergistically enhanced.

従って、第2加熱処理によって、Nチャネル型TFTの半導体層107nのうち、チャネル領域113nやソースおよびドレイン領域122nに存在しているニッケルを、チャネル領域113nからソースおよびドレイン領域112n、そしてゲッタリング領域123nへと、図5(B)の矢印124で示される方向に移動させることができる。同様に、画素TFTの半導体層107gのうち、チャネル領域113g、LDD領域120、およびソースおよびドレイン領域122gに存在しているニッケルを、チャネル領域113gからLDD領域120、さらにソースおよびドレイン領域112g、そしてゲッタリング領域123gへと、矢印124で示される方向に移動させることができる。リンのみがドープされたソースおよびドレイン領域122n、122gもゲッタリング効果を有するが、より多量のリンがドープされて非晶質化し、かつホウ素もドープされたゲッタリング領域123n、123gのゲッタリング能力の方が圧倒的に高いので、ニッケルはゲッタリング領域123n、123gに集められる。さらに、Pチャネル型TFTの半導体層107pにおいても、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123pは、NチャネルTFTのゲッタリング領域123nと同様に非常に高いゲッタリング能力を有するので、チャネル領域113pやソースおよびドレイン領域121に存在しているニッケルを、チャネル領域113pからソース・ドレイン領域121、そしてゲッタリング領域123pへと矢印124で示される方向に移動させる。   Therefore, by the second heat treatment, nickel existing in the channel region 113n and the source and drain regions 122n in the semiconductor layer 107n of the N-channel TFT is transferred from the channel region 113n to the source and drain regions 112n and the gettering region. 123n can be moved in the direction indicated by the arrow 124 in FIG. Similarly, in the semiconductor layer 107g of the pixel TFT, nickel existing in the channel region 113g, the LDD region 120, and the source and drain region 122g is changed from the channel region 113g to the LDD region 120, and further the source and drain regions 112g, and The gettering region 123g can be moved in the direction indicated by the arrow 124. The source and drain regions 122n and 122g doped with only phosphorus also have a gettering effect, but the gettering ability of the gettering regions 123n and 123g doped with a larger amount of phosphorus to become amorphous and also doped with boron Since it is overwhelmingly higher, nickel is collected in the gettering regions 123n and 123g. Further, also in the semiconductor layer 107p of the P-channel TFT, the gettering region 123p formed outside the source and drain regions has a very high gettering capability like the gettering region 123n of the N-channel TFT. Nickel existing in the channel region 113p and the source and drain regions 121 is moved from the channel region 113p to the source / drain regions 121 and the gettering region 123p in the direction indicated by the arrow 124.

第2の加熱処理工程、すなわちゲッタリング工程により、ゲッタリング領域123n、123pおよび123gに触媒元素が移動してくるため、これらのゲッタリング領域における触媒元素の濃度は、例えば5×1018/cm3以上となる。 Since the catalytic element moves to the gettering regions 123n, 123p, and 123g by the second heat treatment step, that is, the gettering step, the concentration of the catalytic element in these gettering regions is, for example, 5 × 10 18 / cm. 3 or more.

第2の加熱処理には一般的な加熱炉を用いてもよいが、好ましくはRTA(Rapid Thermal annealing)を用いる。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RTAが好適に用いられる。具体的には、保持温度が600〜750℃、保持時間が30秒〜20分程度である条件で行う。昇温速度および降温速度は、いずれも100℃/分以上に設定されることが好ましい。   A general heating furnace may be used for the second heat treatment, but RTA (Rapid Thermal annealing) is preferably used. In particular, an RTA of a system in which a high temperature inert gas is sprayed on the substrate surface and the temperature is raised and lowered instantaneously is preferably used. Specifically, the holding temperature is 600 to 750 ° C. and the holding time is about 30 seconds to 20 minutes. It is preferable that both the temperature increase rate and the temperature decrease rate are set to 100 ° C./min or more.

なお、この加熱処理工程によって、ソースおよびドレイン領域122n、122gとLDD領域120とにドープされたn型不純物(リン)が活性化され、また、Pチャネル型TFTのソースおよびドレイン領域121にドープされたp型不純物(ホウ素)も活性化される。その結果、Nチャネル型TFTおよび画素TFTにおけるソースおよびドレイン領域122n、122gのシート抵抗値は、0.5〜1kΩ/□程度となり、画素TFTのLDD領域120のシート抵抗値は、50〜100kΩ/□になる。また、Pチャネル型TFTのソースおよびドレイン領域121のシート抵抗値は、1〜1.5kΩ/□程度となる。しかしながら、ゲッタリング領域123n、123pおよび123gでは、結晶がほぼ非晶質化しているため、ゲッタリングのための加熱処理によって結晶回復せず、非晶質成分がそのまま保持される。これらのゲッタリング領域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、ゲッタリング領域の抵抗が高いことがTFT特性を低下させることはない。   In this heat treatment step, the n-type impurity (phosphorus) doped in the source and drain regions 122n and 122g and the LDD region 120 is activated, and the source and drain regions 121 of the P-channel TFT are doped. The p-type impurity (boron) is also activated. As a result, the sheet resistance value of the source and drain regions 122n and 122g in the N-channel TFT and the pixel TFT is about 0.5 to 1 kΩ / □, and the sheet resistance value of the LDD region 120 of the pixel TFT is 50 to 100 kΩ / It becomes □. The sheet resistance value of the source and drain regions 121 of the P-channel TFT is about 1 to 1.5 kΩ / □. However, in the gettering regions 123n, 123p, and 123g, since the crystals are almost amorphous, the crystal is not recovered by the heat treatment for gettering, and the amorphous component is held as it is. Although the resistance of these gettering regions is extremely high, it is formed as a region different from the source region or the drain region so as not to hinder the movement of carriers as a TFT. The characteristic is not deteriorated.

第2の加熱工程後に、レーザーラマン分光法により、半導体層の各領域におけるラマン分光スペクトルの非晶質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、ゲッタリング領域における比Pa/Pcがチャネル領域やソース/ドレイン領域における比Pa/Pcよりも大きいことがわかる。この測定は、基板101として透光性のあるガラス基板などを用いている場合、基板101の裏面側より行うこともできる。第2の加熱処理工程後、これよりも高温での処理は行われなれないため、各領域におけるPa/Pcの関係はTFT完成後も維持される。   After the second heating step, by measuring the ratio Pa / Pc between the amorphous Si TO phonon peak Pa and the crystalline Si TO phonon peak Pc of the Raman spectrum in each region of the semiconductor layer by laser Raman spectroscopy, It can be seen that the ratio Pa / Pc in the gettering region is larger than the ratio Pa / Pc in the channel region and the source / drain regions. This measurement can also be performed from the back side of the substrate 101 when a transparent glass substrate or the like is used as the substrate 101. After the second heat treatment step, processing at a temperature higher than this cannot be performed, so the Pa / Pc relationship in each region is maintained even after the TFT is completed.

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のゲッタリングを行うことができ、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の活性領域において、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の抵抗が上がってしまうという問題を解決できる。   Through the above steps, the remaining catalyst element can be gettered at the channel formation region of the TFT semiconductor layer or at the junction between the channel formation region and the source region or drain region, and leakage current due to segregation of the catalyst element can be reduced. Occurrence can be suppressed. Further, since the gettering region is formed in a region different from the source region or the drain region in the active region of the TFT, the resistance of the source region or the drain region of the TFT increases due to the amorphousization of the gettering region. Can solve the problem.

次いで、図5(C)に示すように、層間絶縁膜126と電極および配線127を形成する。層間絶縁膜126は、窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜または窒化酸化ケイ素膜を用いて形成できる。層間絶縁膜126の厚さは400〜1500nm(代表的には500〜1000nm)であることが好ましい。本実施形態では、厚さが200nmの窒化ケイ素膜125aと厚さが700nmの酸化ケイ素膜125bとをこの順で積層した二層構造の層間絶縁膜126を形成する。ここでは、プラズマCVD法を用いて、SiH4およびNH3を原料ガスとして窒化ケイ素膜125aを形成した後、連続して、TEOSおよびO2を原料として酸化ケイ素膜125bを形成する。層間絶縁膜126の材料や構成は上記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用いて形成されてもよいし、単層または積層構造を有していてもよい。また、シリコンを含む絶縁膜上にアクリル等の有機絶縁膜を設けた構成を有していてもよい。 Next, as illustrated in FIG. 5C, an interlayer insulating film 126, electrodes, and wirings 127 are formed. The interlayer insulating film 126 can be formed using a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a silicon nitride oxide film. The thickness of the interlayer insulating film 126 is preferably 400 to 1500 nm (typically 500 to 1000 nm). In this embodiment, an interlayer insulating film 126 having a two-layer structure in which a silicon nitride film 125a having a thickness of 200 nm and a silicon oxide film 125b having a thickness of 700 nm are stacked in this order is formed. Here, after the silicon nitride film 125a is formed using SiH 4 and NH 3 as source gases by plasma CVD, the silicon oxide film 125b is continuously formed using TEOS and O 2 as raw materials. The material and configuration of the interlayer insulating film 126 are not limited to the above, and may be formed using an insulating film containing other silicon, or may have a single layer or a stacked structure. Alternatively, an organic insulating film such as acrylic may be provided over an insulating film containing silicon.

層間絶縁膜126を形成した後、300〜500℃の温度で30分〜4時間程度の熱処理を行い、半導体層107n、107pおよび107gを水素化する工程を行うことが好ましい。水素化工程では、半導体層の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って不活性化させる。本実施形態では、水素を約3%含む窒素雰囲気下、410℃の温度で1時間の熱処理を行う。層間絶縁膜126(特に窒化ケイ素膜125)に含まれる水素の量が十分であれば、窒素雰囲気で熱処理を行っても水素化の効果が得られる。あるいは、プラズマにより励起された水素を用いてプラズマ水素化を行ってもよい。   After the formation of the interlayer insulating film 126, it is preferable to perform a process of hydrogenating the semiconductor layers 107n, 107p, and 107g by performing a heat treatment at a temperature of 300 to 500 ° C. for about 30 minutes to 4 hours. In the hydrogenation process, hydrogen atoms are supplied to the interface between the active region of the semiconductor layer and the gate insulating film, and the dangling bonds that degrade the TFT characteristics are terminated to be deactivated. In this embodiment, heat treatment is performed for 1 hour at a temperature of 410 ° C. in a nitrogen atmosphere containing about 3% hydrogen. If the amount of hydrogen contained in the interlayer insulating film 126 (especially the silicon nitride film 125) is sufficient, the effect of hydrogenation can be obtained even if heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere. Alternatively, plasma hydrogenation may be performed using hydrogen excited by plasma.

各TFTの電極および配線127は、層間絶縁膜126にコンタクトホールを形成した後、コンタクトホール内部および層間絶縁膜126の上に金属材料を堆積することによって形成できる。本実施形態では、窒化チタン膜とアルミニウム膜とからなる二層膜によって電極および配線127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ことを防止するためのバリア膜として設けられる。このとき、画素TFTのドレイン電極は、ITOなど透明導電膜からなる画素電極と接続させる。他方の電極(ソース電極)はソースバスラインを構成し、この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。   The electrode and wiring 127 of each TFT can be formed by forming a contact hole in the interlayer insulating film 126 and then depositing a metal material inside the contact hole and on the interlayer insulating film 126. In this embodiment, the electrodes and the wiring 127 are formed by a two-layer film made of a titanium nitride film and an aluminum film. The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer. At this time, the drain electrode of the pixel TFT is connected to a pixel electrode made of a transparent conductive film such as ITO. The other electrode (source electrode) constitutes a source bus line, and a video signal is supplied through this source bus line, and a necessary charge is written to the pixel electrode based on the gate signal of the gate bus line.

最後に、350℃の温度で1時間のアニールを行うと、図5(C)に示すように、Nチャネル型薄膜トランジスタ128、Pチャネル型薄膜トランジスタ129および画素薄膜トランジスタ130が完成する。さらに必要に応じて、ゲート電極110nおよび110pの上にもコンタクトホールを設けて、配線127を介して所望の電極とゲート電極110n、110pとのを接続してもよい。また、TFTを保護する目的で、それぞれのTFTの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, when annealing is performed at a temperature of 350 ° C. for 1 hour, an N-channel thin film transistor 128, a P-channel thin film transistor 129, and a pixel thin film transistor 130 are completed as shown in FIG. Further, if necessary, a contact hole may be provided also on the gate electrodes 110n and 110p, and a desired electrode and the gate electrodes 110n and 110p may be connected through the wiring 127. 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128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129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128の閾値電圧は1V程度、Pチャネル型薄膜トランジスタ129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130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 128 has a high field effect mobility of 250 to 300 cm 2 / Vs, and the P-channel thin film transistor 129 has a high field effect mobility of 120 to 150 cm 2 / Vs. The threshold voltage of the N-channel thin film transistor 128 is about 1V, and the threshold voltage of the P-channel thin film transistor 129 is about −1.5V. Thus, these TFTs exhibit very good characteristics. On the other hand, in the pixel thin film transistor 130, there is no abnormal increase in leakage current at the time of TFT off operation, which is frequently seen in the conventional example. 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, a ring oscillator, or the like on a driver is formed using a CMOS structure circuit in which the N-channel type thin film transistor 134 and the P-channel type thin film transistor 135 which are manufactured by the above method are complementarily formed, 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)
図6および図7を参照しながら、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、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構造の回路を形成する。
(Second Embodiment)
A second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a circuit having a CMOS structure in which an N-channel TFT and a P-channel TFT are configured to be complementary is formed on a glass substrate.

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。次いで、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。   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. Next, 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(B)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. 6B, the crystallinity of the crystalline silicon film 204a is improved by irradiating the laser beam 206 by the same method as in the first embodiment, and 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(C)に示すように、後にNチャネル型TFTおよび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(半導体層)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207n、207pの全面に、あるいはNチャネル型TFTの半導体層207nのみに対して、しきい値電圧を制御するためにp型を付与する不純物元素(Bなど)を低濃度で添加してもよい。   Thereafter, unnecessary portions of the crystalline silicon film 204b are removed, and element isolation is performed. By this step, as shown in FIG. 6C, island-like crystalline silicon layers (semiconductor layers) 207n and 207p, which will be semiconductor layers of N-channel TFTs and P-channel TFTs later, are formed. Here, p-type is applied to the entire surface of the semiconductor layers 207n and 207p of the N-channel TFT and the P-channel TFT or only to the semiconductor layer 207n of the N-channel TFT in order to control the threshold voltage. An impurity element (such as B) may be added at a low concentration.

次に、前述の第1実施形態と同様の方法で、TFTの半導体層207n、207pを覆うように、絶縁膜209aおよび絶縁膜209bをこの順に形成し、二層構造の積層絶縁膜208を形成する。ここでは、絶縁膜209aとして、厚さが50nmの酸化ケイ素膜を用い、絶縁膜209bとして厚さが50nmの窒化ケイ素膜を用いる。従って、本実施形態における積層絶縁膜208の合計厚さは100nmである。なお、積層絶縁膜208を構成する各絶縁膜の厚さは上記に限定されず、適宜決定できる。   Next, an insulating film 209a and an insulating film 209b are formed in this order so as to cover the semiconductor layers 207n and 207p of the TFT in the same manner as in the first embodiment described above, and a laminated insulating film 208 having a two-layer structure is formed. To do. Here, a silicon oxide film with a thickness of 50 nm is used as the insulating film 209a, and a silicon nitride film with a thickness of 50 nm is used as the insulating film 209b. Therefore, the total thickness of the laminated insulating film 208 in this embodiment is 100 nm. Note that the thickness of each insulating film included in the stacked insulating film 208 is not limited to the above, and can be determined as appropriate.

続いて、図3(C)を参照しながら説明した方法と同様の方法で、スパッタリング法で高融点メタルを堆積して導電膜を形成し、これをパターニングすることにより、図6(D)に示すようなゲート電極210nおよび210pを形成する。本実施形態では、高融点メタルとしてタングステン(W)を用い、厚さが300〜600nm、例えば450nmのゲート電極210nおよび210pを形成する。   Subsequently, a refractory metal is deposited by a sputtering method to form a conductive film by a method similar to the method described with reference to FIG. Gate electrodes 210n and 210p as shown are formed. In the present embodiment, tungsten (W) is used as the refractory metal, and the gate electrodes 210n and 210p having a thickness of 300 to 600 nm, for example, 450 nm are formed.

次に、イオンドーピング法によって、ゲート電極210n、210pをマスクとして半導体層207n、207pに低濃度でn型不純物(リン)211を注入する。これにより、半導体層207nおよび207pのうち、ゲート電極210nおよび210pに覆われていない領域212nおよび212pに、低濃度でリン211が注入される。半導体層207nおよび207pのうちゲート電極で覆われ、低濃度でリンが注入されない領域は、後のNチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTにおけるチャネル領域213nおよび213pとなる。   Next, an n-type impurity (phosphorus) 211 is implanted into the semiconductor layers 207n and 207p at a low concentration by ion doping using the gate electrodes 210n and 210p as a mask. Thereby, phosphorus 211 is implanted at a low concentration into regions 212n and 212p of semiconductor layers 207n and 207p that are not covered with gate electrodes 210n and 210p. The regions of the semiconductor layers 207n and 207p that are covered with the gate electrode and are not implanted with phosphorus at a low concentration are channel regions 213n and 213p in the later N-channel TFT and P-channel TFT.

次いで、図6(E)に示すように、Nチャネル型TFTのゲート電極210nを覆い、かつ、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レジストマスク214を形成する。このとき、Pチャネル型TFTの半導体層207p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。この後、図4(C)を参照しながら説明した方法と同様の方法で、レジストマスク214nと、Pチャネル型TFTのゲート電極210pとをマスクして、積層絶縁膜208における上層の窒化ケイ素膜209bのみをエッチングする。その結果、窒化ケイ素膜209bから、各TFTにおけるゲート絶縁膜の上層となる第2絶縁膜217nおよび217pが得られる。このエッチング工程では、下層の酸化ケイ素膜209aは、エッチングに対するエッチストッパーとして働くので、ほとんどエッチングされず、そのまま残る。これにより、第2絶縁膜217nおよび217pと、酸化ケイ素膜(第1絶縁膜)209aとからなるゲート絶縁膜208nおよび208pが得られる。   Next, as shown in FIG. 6E, a resist mask 214 made of a photoresist is formed so as to cover the gate electrode 210n of the N-channel TFT and to expose the outer edge portion of the semiconductor layer 207n. At this time, no mask is provided above the semiconductor layer 207p of the P-channel TFT, and the entire TFT is exposed. Thereafter, in the same manner as described with reference to FIG. 4C, the resist mask 214n and the gate electrode 210p of the P-channel TFT are masked to form an upper silicon nitride film in the stacked insulating film 208. Only 209b is etched. As a result, second insulating films 217n and 217p, which are upper layers of the gate insulating film in each TFT, are obtained from the silicon nitride film 209b. In this etching process, the lower silicon oxide film 209a functions as an etch stopper for etching, and therefore remains almost unetched. Thereby, gate insulating films 208n and 208p composed of the second insulating films 217n and 217p and the silicon oxide film (first insulating film) 209a are obtained.

続いて、図7(A)に示すように、上記エッチング工程で使用したレジストマスク214をそのまま用いて、各々の半導体層207nおよび207pにp型を付与する不純物(ホウ素)215をイオンドーピング法によって注入する。ホウ素のドーピングは、ドーピングガスとしてジボラン(B26)を用い、加速電圧が30kV〜70kV、例えば55kVとし、ドーズ量が1×1015〜1×1016cm-2、例えば5×1016cm-2である条件下で行う。本実施形態では、このドーピング工程の前に窒化ケイ素膜209bのエッチングを行っているので、このドーピング工程では、酸化ケイ素膜209aのみを越してホウ素がドープされる。従って、本工程の加速電圧は、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の二層を越してドープされる第1実施形態のドーピング工程(図4(B))における加速電圧よりも低く設定される。 Subsequently, as shown in FIG. 7A, using the resist mask 214 used in the etching step as it is, impurities (boron) 215 imparting p-type to each of the semiconductor layers 207n and 207p are ion-doped. inject. Boron doping uses diborane (B 2 H 6 ) as a doping gas, an acceleration voltage of 30 kV to 70 kV, for example 55 kV, and a dose of 1 × 10 15 to 1 × 10 16 cm −2 , for example 5 × 10 16. Performed under conditions of cm −2 . In this embodiment, since the silicon nitride film 209b is etched before this doping step, boron is doped through only the silicon oxide film 209a in this doping step. Therefore, the accelerating voltage in this step is set lower than the accelerating voltage in the doping step (FIG. 4B) of the first embodiment in which doping is performed through two layers of the silicon nitride film and the silicon oxide film.

上記p型不純物ドーピング工程によって、Nチャネル型TFTの半導体層207nのうちマスク214から露呈している領域216nに高濃度にホウ素が注入され、Pチャネル型TFTの半導体層207pのうちゲート電極210pで覆われたチャネル領域213p以外の領域216pに高濃度にホウ素215が注入される。その結果、領域216pでは、高濃度のp型不純物(ホウ素)が、先の工程で低濃度に注入されているn型不純物のリンを反転させるので、導電型がp型となる。   By the p-type impurity doping step, boron is implanted at a high concentration into the region 216n exposed from the mask 214 in the semiconductor layer 207n of the N-channel TFT, and the gate electrode 210p in the semiconductor layer 207p of the P-channel TFT. Boron 215 is implanted at a high concentration into the region 216p other than the covered channel region 213p. As a result, in the region 216p, the high-concentration p-type impurity (boron) inverts the n-type impurity phosphorus implanted at a low concentration in the previous step, so that the conductivity type becomes p-type.

次に、レジストマスク214を除去した後、図7(B)に示すように、フォトレジストによって新たなドーピングマスク218nおよび218pを形成する。ドーピングマスク218nは、Nチャネル型TFTのゲート電極210nを一回り大きく覆うように設けられ、ドーピングマスク218pは、Pチャネル型TFTのゲート電極210pをさらに一回り大きく覆い、かつ、半導体層207pの外縁部を露出させるように設けられる。   Next, after removing the resist mask 214, new doping masks 218n and 218p are formed of photoresist as shown in FIG. The doping mask 218n is provided so as to greatly cover the gate electrode 210n of the N-channel TFT, and the doping mask 218p further covers the gate electrode 210p of the P-channel TFT more than once, and the outer edge of the semiconductor layer 207p. It is provided so that a part may be exposed.

その後、イオンドーピング法によって、レジストマスク218n、218p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)219を注入する。このn型不純物ドーピング工程により、半導体層207n、207pのうちレジストマスク218n、218pから露呈している領域にリンが高濃度で注入され、高濃度n型不純物領域が形成される。   Thereafter, n-type impurities (phosphorus) 219 are implanted into the semiconductor layers 207n and 207p by ion doping using the resist masks 218n and 218p as masks. By this n-type impurity doping step, phosphorus is implanted at a high concentration into the regions exposed from the resist masks 218n and 218p in the semiconductor layers 207n and 207p, thereby forming high-concentration n-type impurity regions.

上記のn型不純物ドーピング工程によって、Nチャネル型TFTの半導体層207nのうち、ゲート電極210nで覆われていないがレジストマスク218nで覆われ、高濃度のリンがドープされなかった領域220は、低濃度にリンが注入されたLDD領域となる。LDD領域が形成されると、特にオフ動作時のリーク電流を抑制できると共にホットキャリア劣化等に対する信頼性を高めることができる。また、上述したように、半導体層207nのうちゲート電極210nで覆われた領域は、チャネル領域213nとなる。さらに、半導体層207nのうちレジストマスク218nで覆われていないがゲート絶縁膜上層(第1絶縁膜)209aで覆われた領域はソースおよびドレイン領域222となり、半導体層207nの外縁部(第1絶縁膜209aで覆われていない領域)は、高濃度のホウ素がドープされたゲッタリング領域223nとなる。   By the n-type impurity doping step, the region 220 of the N-channel TFT semiconductor layer 207n that is not covered with the gate electrode 210n but is covered with the resist mask 218n and is not doped with high-concentration phosphorus is low. It becomes an LDD region in which phosphorus is implanted at a concentration. When the LDD region is formed, it is possible to suppress a leakage current particularly during an off operation and to improve reliability against hot carrier deterioration and the like. Further, as described above, the region covered with the gate electrode 210n in the semiconductor layer 207n becomes the channel region 213n. Further, a region of the semiconductor layer 207n that is not covered with the resist mask 218n but is covered with the gate insulating film upper layer (first insulating film) 209a becomes a source and drain region 222, and an outer edge portion (first insulating layer) of the semiconductor layer 207n. The region not covered with the film 209a is a gettering region 223n doped with high-concentration boron.

同様に、Pチャネル型TFT半導体層207pのうち、ゲート電極210pで覆われていないがレジストマスク218pで覆われ、高濃度のリンがドープされなかった領域221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。また、半導体層207pのうち、レジストマスク218pから露呈し、高濃度でリンが注入された領域223pはゲッタリング領域となる。   Similarly, in the P-channel TFT semiconductor layer 207p, a region 221 that is not covered with the gate electrode 210p but covered with the resist mask 218p and not doped with high-concentration phosphorus is a region into which only boron is implanted. The rest are the source and drain regions of the P-channel TFT. Further, in the semiconductor layer 207p, a region 223p exposed from the resist mask 218p and implanted with phosphorus at a high concentration becomes a gettering region.

このように、高濃度のリンをドープする工程では、それぞれの半導体層207n、207pのうちマスク218p、218gで覆われていない領域に、リンがゲート絶縁膜208nおよび208pを介してドープされる。このとき、第1実施形態で説明したように、ゲート絶縁膜のうち第2絶縁膜(窒化ケイ素膜)および第1絶縁膜(酸化ケイ素膜)の二層を介してドープされるか、あるいはゲート絶縁膜のうち第1絶縁膜(酸化ケイ素膜)のみを介してドープされるかによって、リンのドーピングの状態が大きく異なり、同一のドーピング工程によって不純物濃度等が互いに異なる領域を形成することが可能になる。   As described above, in the step of doping high-concentration phosphorus, phosphorus is doped through the gate insulating films 208n and 208p into regions of the semiconductor layers 207n and 207p that are not covered with the masks 218p and 218g. At this time, as described in the first embodiment, the gate insulating film is doped through two layers of the second insulating film (silicon nitride film) and the first insulating film (silicon oxide film), or the gate. Depending on whether the insulating film is doped only through the first insulating film (silicon oxide film), it is possible to form regions having different impurity concentrations and the like by the same doping process, depending on the doping state of phosphorus. become.

次に、ドーピングマスク218n、218pを除去した後、不活性雰囲気下、例えば窒素雰囲気にて第2の加熱処理を行う。この加熱処理工程で、図7(C)に示すように、それぞれの半導体層207n、207pの活性領域に存在する触媒元素(ニッケル)を、ソースおよびドレイン領域222、221の外側に形成されたゲッタリング領域223n、223pに移動させることができる。   Next, after removing the doping masks 218n and 218p, second heat treatment is performed in an inert atmosphere, for example, in a nitrogen atmosphere. In this heat treatment step, as shown in FIG. 7C, the catalytic element (nickel) present in the active regions of the respective semiconductor layers 207n and 207p is converted into getters formed outside the source and drain regions 222 and 221. It can be moved to the ring regions 223n and 223p.

ゲッタリング領域223n、223pでは、高濃度でリンおよびホウ素が含まれているため、ニッケルに対する固溶度が高く、さらにニッケルに対する偏析サイトが形成されやすい。また、上層のゲート絶縁膜が薄膜化されているため、上述のドーピング時に非晶質化され、ニッケルに対する自由エネルギーが低下している。そのため、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。これらによって、ゲッタリング領域223n、223pにおけるゲッタリング効果は相乗的に高められている。   In the gettering regions 223n and 223p, phosphorus and boron are contained at a high concentration, so that the solid solubility with respect to nickel is high, and segregation sites with respect to nickel are easily formed. Further, since the upper gate insulating film is thinned, it becomes amorphous during the above-described doping, and the free energy for nickel is reduced. For this reason, crystal defects and dangling bonds (dangling bonds) also function as nickel segregation sites. As a result, the gettering effect in the gettering regions 223n and 223p is synergistically enhanced.

従って、第2の加熱処理によって、Nチャネル型TFTの半導体層207nのうち、チャネル領域213nやソースおよびドレイン領域222nに存在しているニッケルを、チャネル領域213nからソースおよびドレイン領域212n、そしてゲッタリング領域223nへと、図7(C)の矢印224で示される方向に移動させることができる。同様に、Pチャネル型TFTの半導体層207pにおいても、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223pは、NチャネルTFTのゲッタリング領域223nと同様に非常に高いゲッタリング能力を有するので、チャネル領域213pやソースおよびドレイン領域221に存在しているニッケルを、チャネル領域213pからソースおよびドレイン領域221、そしてゲッタリング領域223pへと矢印224で示される方向に移動させる。   Therefore, nickel existing in the channel region 213n and the source and drain regions 222n in the semiconductor layer 207n of the N-channel TFT is transferred from the channel region 213n to the source and drain regions 212n and the gettering by the second heat treatment. The region 223n can be moved in a direction indicated by an arrow 224 in FIG. Similarly, also in the semiconductor layer 207p of the P-channel TFT, the gettering region 223p formed outside the source and drain regions has a very high gettering capability like the gettering region 223n of the N-channel TFT. Then, nickel existing in the channel region 213p and the source and drain regions 221 is moved in the direction indicated by the arrow 224 from the channel region 213p to the source and drain regions 221 and the gettering region 223p.

なお、この加熱処理工程によって、ソースおよびドレイン領域222とLDD領域220とにドープされたn型不純物(リン)が活性化され、また、Pチャネル型TFTのソースおよびドレイン領域221にドープされたp型不純物(ホウ素)も活性化される。しかしながら、ゲッタリング領域223nおよび223pでは、結晶がほぼ非晶質化しているため、ゲッタリングのための加熱処理によって結晶回復せず、非晶質成分がそのまま保持される。これらのゲッタリング領域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、ゲッタリング領域の抵抗が高いことがTFT特性を低下させることはない。   This heat treatment process activates the n-type impurity (phosphorus) doped in the source and drain regions 222 and the LDD region 220, and p-type doping in the source and drain regions 221 of the P-channel TFT. Type impurities (boron) are also activated. However, in the gettering regions 223n and 223p, since the crystal is almost amorphous, the crystal is not recovered by the heat treatment for gettering, and the amorphous component is held as it is. Although the resistance of these gettering regions is extremely high, it is formed as a region different from the source region or the drain region so as not to hinder the movement of carriers as a TFT. The characteristic is not deteriorated.

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の活性領域において、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 region 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.

次いで、図7(D)に示すように、層間絶縁膜226と電極および配線227を形成する。層間絶縁膜226は、窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜または窒化酸化ケイ素膜を用いて形成できる。本実施形態では、第1実施形態と同様に、厚さが200nmの窒化ケイ素膜225aと厚さが700nmの酸化ケイ素膜225bとをこの順で積層した二層構造の層間絶縁膜226を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 7D, an interlayer insulating film 226, electrodes, and wirings 227 are formed. The interlayer insulating film 226 can be formed using a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a silicon nitride oxide film. In the present embodiment, as in the first embodiment, an interlayer insulating film 226 having a two-layer structure in which a silicon nitride film 225a having a thickness of 200 nm and a silicon oxide film 225b having a thickness of 700 nm are stacked in this order is formed. .

層間絶縁膜226を形成した後、300〜500℃の温度で30分〜4時間程度の熱処理を行い、半導体層207nおよび207pを水素化する工程を行うことが好ましい。水素化工程では、半導体層の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って不活性化させる。本実施形態では、水素を約3%含む窒素雰囲気下、410℃の温度で1時間の熱処理を行う。層間絶縁膜226(特に窒化ケイ素膜225)に含まれる水素の量が十分であれば、窒素雰囲気で熱処理を行っても水素化の効果が得られる。あるいは、プラズマにより励起された水素を用いてプラズマ水素化を行ってもよい。   After forming the interlayer insulating film 226, it is preferable to perform a step of hydrogenating the semiconductor layers 207n and 207p by performing heat treatment at a temperature of 300 to 500 ° C. for about 30 minutes to 4 hours. In the hydrogenation process, hydrogen atoms are supplied to the interface between the active region of the semiconductor layer and the gate insulating film, and the dangling bonds that degrade the TFT characteristics are terminated to be deactivated. In this embodiment, heat treatment is performed for 1 hour at a temperature of 410 ° C. in a nitrogen atmosphere containing about 3% hydrogen. If the amount of hydrogen contained in the interlayer insulating film 226 (particularly the silicon nitride film 225) is sufficient, the effect of hydrogenation can be obtained even if heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere. Alternatively, plasma hydrogenation may be performed using hydrogen excited by plasma.

各TFTの電極および配線227は、層間絶縁膜226にコンタクトホールを形成した後、窒化チタン膜とアルミニウム膜とからなる二層膜によって電極および配線227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ことを防止するためのバリア膜として設けられる。   The electrode and wiring 227 of each TFT are formed by forming a contact hole in the interlayer insulating film 226 and then forming the electrode and wiring 227 with a two-layer film composed of a titanium nitride film and an aluminum film. The titanium nitride film is provided as a barrier film for preventing aluminum from diffusing into the semiconductor layer.

最後に、350℃の温度で1時間のアニールを行うと、図7(D)に示すように、Nチャネル型薄膜トランジスタ228おとびPチャネル型薄膜トランジスタ229が完成する。さらに必要に応じて、ゲート電極210nおよび210pの上にもコンタクトホールを設けて、配線227を介して所望の電極とゲート電極210n、210pとのを接続してもよい。また、TFTを保護する目的で、それぞれのTFTの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, when annealing is performed at a temperature of 350 ° C. for 1 hour, an N-channel thin film transistor 228 and a P-channel thin film transistor 229 are completed as shown in FIG. 7D. Further, if necessary, a contact hole may be provided also on the gate electrodes 210n and 210p, and a desired electrode and the gate electrodes 210n and 210p may be connected through the wiring 227. 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の電界効果移動度や閾値電圧は、第1実施形態の方法で作製された各TFTと同程度の良好な特性を示す。   The field effect mobility and the threshold voltage of each TFT manufactured by the above method show good characteristics similar to those of each TFT manufactured by the method of the first embodiment.

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、半導体層のうち活性領域以外の領域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 embodiment and the second embodiment, the gettering region may be disposed in a region other than the active region in the semiconductor layer. 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 made approximately equal, and the distance from the gettering region to the channel region is made approximately equal. The efficiency of gettering with respect to the catalytic element 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 to make the area 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 approximately equal to each other, the width of the semiconductor layer (channel region) in each TFT is W, When the area S of the gettering region is taken, the ratio S / W of the width W of the semiconductor layer (channel region) and the area S of the gettering region is made substantially 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36、37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36、37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36、37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 even if the gettering regions 33d and 34d cover a part of the contact portions 36 and 37, but the area where the gettering region and the contact portion overlap is at most half or less of the contact portions 36 and 37. It is necessary to pay attention to. Accordingly, the design distance between the contact portions 36 and 37 and the gettering regions 33d and 34d is set to 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および第2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。
(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 and second embodiments.

まず、第1および第2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の非晶質半導体膜(a−Si膜)404を、第1および第2実施形態と同様の方法で形成する。下地絶縁膜402、403とa−Si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. Forms a basement film. 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 amorphous semiconductor film (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 a-Si 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、a−Si膜404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 a-Si film 404.

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408を照射して、第1および第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 a mask, as shown in FIG. 10D, the crystalline silicon film 404b is irradiated with a laser beam 408, and the crystal is crystallized as in the first and second embodiments. Sexual improvement 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、図10(E)に示すように、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, as shown in FIG. 10E, the crystalline silicon film 404d in the region where the crystal is grown in the lateral direction is etched into a predetermined shape, thereby forming 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. FIGS. 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。本実施形態の半導体装置は、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。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. The semiconductor device of this embodiment includes a source side drive circuit 50, a pixel unit 51, and a gate side drive circuit 52. 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。本実施形態の半導体装置は、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。デジタル駆動させる場合は、図11(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. The semiconductor device of this embodiment includes a source side drive circuit 53, a pixel portion 54, and a gate side drive circuit 55. In the case of digital driving, as shown in FIG. 11B, 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. Therefore, 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 good CMOS driving circuit having a highly reliable and stable 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.

特に、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 particular, in the N-channel TFT, the gate insulating film is partially thinned or removed, so that 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を備えた半導体装置に適用すると、それぞれのTFTの構造を要求される特性に応じて変えることができるので有利である。   Further, when applied to a semiconductor device including an N-channel TFT and a P-channel TFT, it is advantageous because the structure of each TFT can be changed according to required characteristics.

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などの装置、さらにはそのような装置を備えた電子機器に適用できる。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 devices such as an active matrix liquid crystal display device, an organic EL display device, a contact image sensor, and a three-dimensional IC, and an electronic device including such a device. 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.

本発明による好ましい実施形態における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 preferable embodiment by this invention. (A)〜(C)は、本発明による第1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)〜(E)は、本発明による第2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2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 2nd Embodiment by this invention. (A)〜(D)は、本発明による第1および第2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 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 1st and 2nd embodiment by this invention. (A)〜(E)は、本発明による第3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
3a 第1絶縁膜
3b 第2絶縁膜
5 ゲート電極
7 チャネル領域
9 ソース領域およびドレイン領域
10 薄膜トランジスタ
11 ゲッタリング領域
13 半導体層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 3 Gate insulating film 3a 1st insulating film 3b 2nd insulating film 5 Gate electrode 7 Channel region 9 Source region and drain region 10 Thin film transistor 11 Gettering region 13 Semiconductor layer

Claims (32)

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、結晶質領域を備えた島状半導体層を形成する工程と、
前記島状半導体層上に、下層絶縁膜と、前記下層絶縁膜に接し、前記下層絶縁膜と組成または密度の異なる上層絶縁膜とをこの順で形成することにより、前記下層および上層絶縁膜を含む積層絶縁膜を形成する工程と、
前記上層絶縁膜のうち、前記島状半導体層のゲッタリング領域となる領域上に位置する部分を除去することにより、下層絶縁膜から形成される第1絶縁膜と上層絶縁膜から形成される第2絶縁膜とを含み、前記ゲッタリング領域となる領域上でソースおよびドレイン領域となる領域上よりも薄いゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜を介して、前記島状半導体層のうち少なくとも前記ゲッタリング領域となる領域に、ゲッタリング能力を有するゲッタリング元素を添加することにより、ゲッタリング領域を形成する工程と、
前記島状半導体層に対して第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る、半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device including a 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 an island-like semiconductor layer having a crystalline region by patterning the crystalline semiconductor film;
The island-shaped semiconductor layer, and the lower insulating film, in contact with the lower insulating film, by forming the different upper insulating film of the composition or density and the lower insulating film in this order, wherein the lower and upper insulating film Forming a laminated insulating film including:
Among the upper insulating film, Ri by the removing the portion located on the region to be the gate Ttaringu region of the island-shaped semiconductor layer is formed from the first insulating film and an upper insulating film formed from the lower insulating film a step of second insulating and a film, to form the thin gate insulating film than the region to be the source and drain regions over the area where the gettering region that,
Forming a gettering region by adding a gettering element having a gettering capability to at least a region to be the gettering region of the island-like semiconductor layer through the gate insulating film ;
Including performing a second heat treatment on the island-shaped semiconductor layer to move at least a part of the catalytic element in the island-shaped semiconductor layer to the gettering region ,
The method of manufacturing a semiconductor device , wherein the amorphous semiconductor film is an amorphous silicon film or an amorphous silicon / germanium film, and the catalytic element is nickel .
前記上層絶縁膜のうち、前記島状半導体層の少なくともゲッタリング領域となる領域上に位置する部分を除去する工程は、前記下層絶縁膜をエッチングストッパーとして行われる請求項に記載の半導体装置の製造方法。 Wherein among the upper insulating film, the step of divided portions located on the region to be the least gettering region of the island-shaped semiconductor layer, a semiconductor device according to claim 1 carried out the lower insulating film as an etching stopper Manufacturing method. 記島状半導体層のうちソースおよびドレイン領域となる領域に、前記ゲート絶縁膜を介してn型を付与する不純物元素またはp型を付与する不純物元素を添加する工程(A)をさらに含み、
前記島状半導体層のうち少なくとも前記ゲッタリング領域となる領域に、ゲッタリング能力を有するゲッタリング元素を添加する工程は、前記島状半導体層のうち前記ゲッタリング領域となる領域に、前記ゲート絶縁膜を介して前記n型を付与する不純物元素またはp型を付与する不純物元素を前記ゲッタリング元素として添加する工程(B)を含み、
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り、前記工程(A)および(B)は、同時に行われる請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。
In a region to be a source and drain region of the previous SL island-shaped semiconductor layer, further comprising a step (A) adding an impurity element imparting impurity element or a p-type imparting n-type through the gate insulating film,
The step of adding a gettering element having a gettering capability to at least a region to be the gettering region of the island-shaped semiconductor layer includes the step of insulating the gate insulating region into the region to be the gettering region of the island-shaped semiconductor layer. Adding the impurity element imparting the n-type or the impurity element imparting the p-type as the gettering element via the film,
The impurity element imparting n-type is phosphorus, the impurity element imparting the p-type is boron, the step (A) and (B), the semiconductor device according to claim 1 or 2 are performed simultaneously Manufacturing method.
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下層絶縁膜と、前記下層絶縁膜に接し、前記下層絶縁膜と組成または密度の異なる上層絶縁膜をこの順で形成することにより、前記下層および上層絶縁膜を含む積層絶縁膜を形成する工程と、
前記積層絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
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のうちゲッタリング領域となる領域と前記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を露呈し、前記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前記Nチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極を覆う第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、前記積層絶縁膜を介してp型を付与する不純物元素をドープする工程と、
前記上層絶縁膜のうち、前記第1のマスクおよび前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極より露呈している領域を除去することにより、下層絶縁膜から形成される第1絶縁膜と上層絶縁膜から形成される第2絶縁膜とを含むゲート絶縁膜を形成する工程と、
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前記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を露呈し、前記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を覆う第2のマスクを形成する工程と、
前記島状半導体層のうち前記第2のマスクから露呈している領域に、ゲート絶縁膜を介してn型を付与する不純物元素をドープすることにより、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に前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型および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に前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程と、
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;
The lower insulating film and the upper insulating film are formed in this order by forming a lower insulating film on the island-shaped semiconductor layer and an upper insulating film in contact with the lower insulating film and having a different composition or density in this order. Forming a laminated insulating film;
Forming a gate electrode on the laminated insulating film;
Of the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor, a region serving as a gettering region and the entire island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the P-channel thin film transistor are exposed, and the N-channel thin film transistor Forming a first mask that covers a region to be a source region and a drain region and a gate electrode of the N-channel thin film transistor;
Using the first mask and the gate electrode of the P-channel thin film transistor as a mask, doping the impurity element imparting p-type through the stacked insulating film to the semiconductor layer in the exposed region When,
Wherein among the upper insulating film, the Rukoto to be removed by dividing the region are exposed from the gate electrode of said first mask and said P-channel thin film transistor, the first insulating film and an upper insulating formed from lower insulating film Forming a gate insulating film including a second insulating film formed from the film;
Exposing the entire island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor and a region serving as a gettering region of the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the P-channel thin film transistor; Forming a second mask covering a region to be a drain region and the gate electrode of a P-channel thin film transistor;
An island which becomes an active layer of the N-channel thin film transistor is formed by doping an impurity element imparting n-type through a gate insulating film into a region exposed from the second mask in the island-shaped semiconductor layer. A source region and a drain region in the N-channel thin film transistor are formed in the N-shaped semiconductor layer, and each of the N-channel and P-channel thin film transistors is formed in an island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel and P-channel thin film transistors. Forming a gettering region in
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 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下層絶縁膜と、前記下層絶縁膜に接し、前記下層絶縁膜と組成または密度の異なる上層絶縁膜をこの順で形成することにより、前記下層および上層絶縁膜を含む積層絶縁膜を形成する工程と、
前記積層絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
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のうちゲッタリング領域となる領域と前記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を露呈し、前記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前記Nチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極を覆う第1のマスクを形成する工程と、
前記上層絶縁膜のうち、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から露呈している領域を除去することにより、下層絶縁膜から形成される第1絶縁膜と上層絶縁膜から形成される第2絶縁膜とを含むゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のマスクおよび前記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、前記第1絶縁膜を介して、前記島状半導体層にp型を付与する不純物元素をドープする工程と、
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前記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を露呈し、前記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を覆う第2のマスクを形成する工程と、
前記島状半導体層のうち前記第2のマスクから露呈している領域に、ゲート絶縁膜を介してn型を付与する不純物元素をドープすることにより、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に前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型および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に前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程と、
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;
A lower insulating film on the island-shaped semiconductor layer, in contact with the lower insulating film, different and upper insulating film compositions or density and the lower insulating film by forming in this order, including the lower and the upper insulating film Forming a laminated insulating film;
Forming a gate electrode on the laminated insulating film;
Of the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor, a region serving as a gettering region and the entire island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the P-channel thin film transistor are exposed, and the N-channel thin film transistor Forming a first mask that covers a region to be a source region and a drain region and a gate electrode of the N-channel thin film transistor;
Wherein among the upper insulating film, the Rukoto to be removed by dividing the region are exposed from the gate electrode of said first mask and P-channel thin film transistor, the first insulating film and an upper insulating film formed from the lower insulating film Forming a gate insulating film including a second insulating film formed from:
Doping the island-like semiconductor layer with an impurity element imparting p-type through the first insulating film using the first mask and the gate electrode of the P-channel thin film transistor as a mask;
Exposing the entire island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor and a region serving as a gettering region of the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the P-channel thin film transistor; Forming a second mask covering a region to be a drain region and the gate electrode of a P-channel thin film transistor;
An island which becomes an active layer of the N-channel thin film transistor is formed by doping an impurity element imparting n-type through a gate insulating film into a region exposed from the second mask in the island-shaped semiconductor layer. A source region and a drain region in the N-channel thin film transistor are formed in the N-shaped semiconductor layer, and each of the N-channel and P-channel thin film transistors is formed in an island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel and P-channel thin film transistors. Forming a gettering region in
And 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 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下層絶縁膜と、前記下層絶縁膜に接し、前記下層絶縁膜と組成または密度の異なる上層絶縁膜をこの順で形成することにより、前記下層および上層絶縁膜を含む積層絶縁膜を形成する工程と、
前記積層絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
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のうちゲッタリング領域となる領域と前記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、前記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前記Nチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極を覆う第1のマスクを形成する工程と、
前記第1のマスクおよび前記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、前記積層絶縁膜を介して、前記島状半導体層にp型を付与する不純物元素をドープする工程と、
前記上層絶縁膜のうち、前記第1のマスク及び前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極から露呈している領域を除去することにより、下層絶縁膜から形成される第1絶縁膜と上層絶縁膜から形成される第2絶縁膜とを含むゲート絶縁膜を形成する工程と、
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、前記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を露呈し、前記Nチャネル型薄膜トランジスタのLDD領域となる領域と、前記Pチャネル型薄膜トランジスタのソースおよびドレイン領域となる領域と、前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極とを覆う第2のマスクを形成する工程と、
前記島状半導体層のうち前記第2のマスクから露呈している領域に、ゲート絶縁膜を介してn型を付与する不純物元素をドープすることにより、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に前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型および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に前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程と、
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;
A lower insulating film on the island-shaped semiconductor layer, in contact with the lower insulating film, different and upper insulating film compositions or density and the lower insulating film by forming in this order, including the lower and the upper insulating film Forming a laminated insulating film;
Forming a gate electrode on the laminated insulating film;
Of the island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the N-channel thin film transistor, the region serving as the gettering region and the whole of the island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the P-channel thin film transistor are exposed. Forming a first mask that covers a region to be a source region and a drain region and a gate electrode of the N-channel thin film transistor;
Using the first mask and the gate electrode of the P-channel thin film transistor as a mask, doping an impurity element imparting p-type to the island-like semiconductor layer through the stacked insulating film;
Wherein among the upper insulating film, the Rukoto to be removed by dividing the region are exposed from the gate electrode of said first mask and said P-channel thin film transistor, the first insulating film and an upper insulating formed from lower insulating film Forming a gate insulating film including a second insulating film formed from the film;
Of the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor, a region serving as a source region, a drain region, and a gettering region, and of the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the P-channel thin film transistor, A region that becomes an LDD region of the N-channel thin film transistor, a region that becomes a source and drain region of the P-channel thin film transistor, and a second electrode that covers the gate electrode of the P-channel thin film transistor. Forming a mask;
An island which becomes an active layer of the N-channel thin film transistor is formed by doping an impurity element imparting n-type through a gate insulating film into a region exposed from the second mask in the island-shaped semiconductor layer. A source region and a drain region in the N-channel thin film transistor are formed in the N-shaped semiconductor layer, and each of the N-channel and P-channel thin film transistors is formed in an island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel and P-channel thin film transistors. Forming a gettering region in
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 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下層絶縁膜と、前記下層絶縁膜に接し、前記下層絶縁膜と組成または密度の異なる上層絶縁膜をこの順で形成することにより、前記下層および上層絶縁膜を含む積層絶縁膜を形成する工程と、
前記積層絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
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のうちゲッタリング領域となる領域と前記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、前記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前記Nチャネル型薄膜トランジスタのゲート電極を覆う第1のマスクを形成する工程と、
前記上層絶縁膜のうち、前記第1のマスク及び前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極から露呈している領域を除去することにより、下層絶縁膜から形成される第1絶縁膜と上層絶縁膜から形成される第2絶縁膜とを含むゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のマスクおよび前記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、前記第1絶縁膜を介して、前記島状半導体層にp型を付与する不純物元素をドープする工程と、
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、前記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を露呈し、前記Nチャネル型薄膜トランジスタのLDD領域となる領域と、前記Pチャネル型薄膜トランジスタのソースおよびドレイン領域となる領域と、前記Pチャネル型薄膜トランジスタの前記ゲート電極とを覆う第2のマスクを形成する工程と、
前記島状半導体層のうち前記第2のマスクから露呈している領域に、ゲート絶縁膜を介してn型を付与する不純物元素をドープすることにより、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に前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型および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に前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程と、
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;
A lower insulating film on the island-shaped semiconductor layer, in contact with the lower insulating film, different and upper insulating film compositions or density and the lower insulating film by forming in this order, including the lower and the upper insulating film Forming a laminated insulating film;
Forming a gate electrode on the laminated insulating film;
Of the island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the N-channel thin film transistor, the region serving as the gettering region and the whole of the island-shaped semiconductor layer serving as the active layer of the P-channel thin film transistor are exposed. Forming a first mask that covers a region to be a source region and a drain region and a gate electrode of the N-channel thin film transistor;
Wherein among the upper insulating film, the Rukoto to be removed by dividing the region are exposed from the gate electrode of said first mask and said P-channel thin film transistor, the first insulating film and an upper insulating formed from lower insulating film Forming a gate insulating film including a second insulating film formed from the film;
Doping the island-like semiconductor layer with an impurity element imparting p-type through the first insulating film using the first mask and the gate electrode of the P-channel thin film transistor as a mask;
Of the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel thin film transistor, a region serving as a source region, a drain region, and a gettering region, and of the island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the P-channel thin film transistor, A region that becomes an LDD region of the N-channel thin film transistor, a region that becomes a source and drain region of the P-channel thin film transistor, and a second electrode that covers the gate electrode of the P-channel thin film transistor. Forming a mask;
An island which becomes an active layer of the N-channel thin film transistor is formed by doping an impurity element imparting n-type through a gate insulating film into a region exposed from the second mask in the island-shaped semiconductor layer. A source region and a drain region in the N-channel thin film transistor are formed in the N-shaped semiconductor layer, and each of the N-channel and P-channel thin film transistors is formed in an island-shaped semiconductor layer serving as an active layer of the N-channel and P-channel thin film transistors. Forming a gettering region in
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 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.
前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記上層絶縁膜に対するエッチング速度が前記下層絶縁膜に対するエッチング速度よりも大きくなるようなエッチング条件で、前記上層絶縁膜をエッチングする工程を含む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 gate forming an insulating film, the upper layer with respect to the insulating film by etching conditions such as the etching rate greater than the etching rate for the lower insulating film, according to claim 4 to 7 comprising the step of etching the upper insulating film A method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the above. 前記ゲート絶縁膜を形成する工程は、前記下層絶縁膜をエッチングストッパー膜として用いて前記上層絶縁膜をエッチングする工程を含む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 method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 4 to 8 including the step of etching the upper insulating film by using the lower insulating film as an etching stopper film for forming the gate insulating film. 前記積層絶縁膜を形成する工程は、酸化ケイ素を主成分とする下層絶縁膜を形成する工程と、窒化ケイ素を主成分とする上層絶縁膜を形成する工程とを含む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 forming the multilayer insulating film, forming a lower insulating film mainly containing silicon oxide, one of claims 4 and a step of forming an upper insulating film mainly containing silicon nitride 9 A method for manufacturing the semiconductor device according to claim 1. 前記積層絶縁膜を形成する工程は、前記下層絶縁膜を形成した後、大気中に曝すこと無く前記上層絶縁膜を形成する工程を含む請求項から10のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the multilayer insulating film, after forming the lower insulating film, manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 4 to 10 comprising the step of forming the upper insulating film without exposure to the atmosphere Method. 前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程は、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及びドレイン領域となる領域に比べて、前記Nチャネル型及び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で、より結晶破壊が進んで非晶質化されやすいドーピング条件にて前記n型を付与する不純物元素をドープする工程を含む請求項から11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The steps of forming a source region and a drain region in the N-channel type thin film transistor and forming a gettering region in each of the N-channel type and P-channel type thin film transistors include an island-shaped semiconductor that becomes an active layer of the N-channel type thin film transistor Compared to the regions that become the source region and the drain region in the layer, in the island-shaped semiconductor layer that becomes the active layer of the N-channel and P-channel thin film transistors, the region that becomes the gettering region is more susceptible to crystal breakdown. the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 4 to 11, comprising the step of doping the impurity element imparting the n-type at amorphization is susceptible doping conditions. 前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域を形成するとともに、前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域を形成する工程は、前記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に比べて、前記Nチャネル型及びPチャネル型薄膜トランジスタのゲッタリング領域では、ラマン分光スペクトルの非晶質半導体の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が大きくなるように、前記Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるソース領域およびドレイン領域と、前記Nチャネル型およびPチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれにおけるゲッタリング領域とを形成する工程である請求項から12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The steps of forming a source region and a drain region in the N-channel type thin film transistor and forming a gettering region in each of the N-channel type and P-channel type thin film transistors are compared with the source region and the drain region of the N-channel type thin film transistor. In the gettering region of the N-channel and P-channel thin film transistors, 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 is increased. a source region and a drain region in the N-channel thin film transistor, claim 4 to 12 is a step of forming a gettering region in each of said N-channel and P-channel thin film transistor The method of manufacturing a semiconductor device according. 第2の加熱処理工程の後でも、前記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に比べて、前記Nチャネル型及びPチャネル型薄膜トランジスタのゲッタリング領域では、ラマン分光スペクトルの非晶質半導体の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が大きい状態が保持される請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 Even after the second heat treatment step, in the gettering region of the N-channel and P-channel thin film transistors, the amorphous semiconductor TO of the Raman spectrum is compared with the source and drain regions of the N-channel thin film transistor. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13 , wherein a state in which a ratio Pa / Pc between the phonon peak Pa and the TO phonon peak Pc of the crystalline semiconductor is large is maintained. 前記ゲッタリング領域は、前記島状半導体層のうち電子または正孔が移動する領域以外の領域に形成される請求項から14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The gettering region, method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 14 in which electrons or holes of the island-like semiconductor layer is 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15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 to 15 which is formed so as not to contact with said channel area. 前記第2の加熱処理工程の後、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に電気的に接続される配線を形成する工程を更に包含する請求項から16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 After the second heat treatment step, according to any one of further comprising claim 1 forming an electrically connected to the wiring to the contact portion 16, including at least a portion of the source region or the drain region Semiconductor device manufacturing method. 前記第2の加熱処理工程により、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p型を付与する不純物元素の活性化を行う請求項から14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 By the second heat treatment step, among the island-shaped semiconductor layer, the activation of the impurity element imparting impurity element contact and p-type which imparts the n-type doped with at least the source region and the drain region the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 4 14. 前記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18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The step of preparing an amorphous semiconductor film to which at least a part of the catalyst element for promoting crystallization is added,
Forming a mask having an opening on the amorphous semiconductor film;
The method of manufacturing a semiconductor device according to any of claims 1 18, including the step of adding the catalyst element to a selected region of the amorphous semiconductor film through the opening.
前記第1の加熱処理工程の後、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19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 step, a method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the semiconductor film from further comprising claim 1 the step of irradiating a laser beam to 19. 請求項1から3のいずれかに記載の方法によって製造され、少なくとも1つの薄膜トランジスタを備えた半導体装置であって、
前記少なくとも1つの薄膜トランジスタは、
前記島状半導体層から形成され、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ゲート電極とを有し、
前記半導体層は、前記触媒元素を含んでおり、
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み、
前記ゲート絶縁膜のうち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位置する部分は、前記第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に前記第1絶縁膜に接して形成され、前記第1絶縁膜と組成または密度の異なる前記第2絶縁膜とを含む二層以上の絶縁膜から構成され、
前記ゲート絶縁膜のうち前記ゲッタリング領域上に位置する部分は、前記第1絶縁膜を含み、かつ、前記第2絶縁膜を含まない半導体装置。
A semiconductor device manufactured by the method according to claim 1 and including at least one thin film transistor,
The at least one thin film transistor comprises:
A semiconductor layer formed of the island-like semiconductor layer and 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,
A gate electrode formed to face the channel region through the gate insulating film,
The semiconductor layer contains the catalytic element,
The gettering region, the channel region, viewed including the catalyst element at a higher concentration than the source region and the drain region,
At least the channel region, a portion located in said source region and said drain region of said gate insulating film includes a first insulating film formed in contact with the first insulating film on the first insulating film, It is composed of two or more insulating films including the first insulating film and the second insulating film having a different composition or density ,
Portion positioned on the gettering region of the gate insulating film includes a first insulating film, and a semiconductor device which does not include the second insulating film.
前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜は、それぞれ、酸化ケイ素または窒化ケイ素から形成されており、前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜におけるケイ素の組成率は互いに異なる請求項21に記載の半導体装置。 The first insulating film and the second insulating film, respectively, are formed of silicon oxide or silicon nitride, wherein said first composition ratio of silicon in the insulating film and the second insulating film are different claim 21 Semiconductor device. 前記第1絶縁膜は酸化ケイ素を主成分として含み、前記第2絶縁膜は窒化ケイ素を主成分として含んでいる請求項21または22に記載の半導体装置。 23. The semiconductor device according to claim 21 , wherein the first insulating film contains silicon oxide as a main component, and the second insulating film contains silicon nitride as a main component. 前記ゲッタリング領域は、前記半導体層のうち前記少なくとも1つの薄膜トランジスタの動作時に電子または正孔が移動する領域以外の領域に形成されている請求項21から23のいずれかに記載の半導体装置。 The gettering region, the semiconductor device according to any one of the at least one charge electrons or holes during the operation of the thin film transistor is formed in a region other than the region that moves in claim 21 to 23 among the semiconductor layer. 前記ゲッタリング領域は、少なくとも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21から24のいずれかに記載の半導体装置。 The gettering region, the semiconductor device according to any of claims 21 24 in which is formed so as not to contact with at least the channel region. 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21から25のいずれかに記載の半導体装置。 Wherein in the gettering region, the source and drain regions, and than the previous SL channel region, the semiconductor device according to claim 21 a small percentage of the proportion of the amorphous component more crystalline components 25 . 前記ゲッタリング領域は、リンおよびホウ素を含む請求項21から26のいずれかに記載の半導体装置。 27. The semiconductor device according to claim 21, wherein the gettering region includes phosphorus and boron . 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21から27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 21 27. 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21から28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 21 28. 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る請求項21から29のいずれかに記載の半導体装置。 Wherein the gate electrode, W, Ta, Ti, a semiconductor device according to any one of element selected from Mo or claim 21, which is formed from one or more of the alloy material of the element, 29. 前記半導体層の前記チャネル領域と前記ソースおよびドレイン領域との間に、低濃度不純物領域をさらに備えた請求項21から30のいずれかに記載の半導体装置。 Wherein the channel region of the semiconductor layer and between the source and drain regions, the semiconductor device according to yet claim 21 30 having a low concentration impurity region. 請求項4から14、18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前記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Nチャネル型薄膜トランジスタにおいて、
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
前記ゲート絶縁膜のうち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位置する部分は、前記第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に前記第1絶縁膜に接して形成され、前記第1絶縁膜と組成または密度の異なる前記第2絶縁膜を含む二層以上の絶縁膜から構成され、
前記ゲート絶縁膜のうち前記ゲッタリング領域上に位置する部分は、前記第1絶縁膜を含み、かつ、前記第2絶縁膜を含んでおらず、
前記Pチャネル型薄膜トランジスタにおいて、
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み、
前記ゲート絶縁膜のうち少なくとも前記チャネル領域上に位置する部分は、前記第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜上に前記第1絶縁膜に接して形成され、前記第1絶縁膜と組成または密度の異なる前記第2絶縁膜とを含む二層以上の絶縁膜から構成され、
前記ゲート絶縁膜のうち前記ソース領域、前記ドレイン領域および前記ゲッタリング領域上に位置する部分は、前記第1絶縁膜を含み、かつ、前記第2絶縁膜を含まない半導体装置。
A semiconductor device manufactured by the method according to claim 4 and comprising an N-channel thin film transistor and a P-channel 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;
The gate insulating film formed on at least the channel region, the source region, and the drain region of the semiconductor layer;
The gate electrode formed to face the channel region through 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,
In the N-channel thin film transistor,
The gettering region, the channel region, viewed including the catalyst element at a higher concentration than the source region and the drain region,
Of the gate insulating film, at least portions located on the channel region, the source region, and the drain region are formed on the first insulating film and on the first insulating film in contact with the first insulating film, It is composed of two or more insulating films including the first insulating film and the second insulating film having a different composition or density ,
A portion of the gate insulating film located on the gettering region includes the first insulating film and does not include the second insulating film,
In the P-channel type thin film transistor,
The gettering region includes the catalytic element at a higher concentration than the channel region, the source region, and the drain region,
At least a portion of the gate insulating film located on the channel region is formed on the first insulating film and on the first insulating film in contact with the first insulating film. It is composed of two or more insulating films including the second insulating film having different densities,
A portion of the gate insulating film located on the source region, the drain region, and the gettering region includes the first insulating film and does not include the second insulating film .
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