JP4128428B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP4128428B2
JP4128428B2 JP2002326047A JP2002326047A JP4128428B2 JP 4128428 B2 JP4128428 B2 JP 4128428B2 JP 2002326047 A JP2002326047 A JP 2002326047A JP 2002326047 A JP2002326047 A JP 2002326047A JP 4128428 B2 JP4128428 B2 JP 4128428B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
film
semiconductor layer
gate insulating
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002326047A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004165221A (en
JP2004165221A5 (en
Inventor
健吾 秋元
哲司 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2002326047A priority Critical patent/JP4128428B2/en
Publication of JP2004165221A publication Critical patent/JP2004165221A/en
Publication of JP2004165221A5 publication Critical patent/JP2004165221A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4128428B2 publication Critical patent/JP4128428B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ(TFT)に代表される絶縁ゲート型電界効果トランジスタ及びその作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置や発光装置などの表示装置は、携帯機器向けの需要の増加から、活発に開発が進められている。絶縁体上に多結晶半導体(ポリシリコン)により形成されたトランジスタを用いて、画素や駆動回路を形成する技術は、小型化及び低消費電力化に大きく貢献するため、活発に開発が進められている。
【0003】
その一例として、薄膜トランジスタのサイズを大きくしたり、歪み点が700度以下のガラス基板の損傷を懸念したりすることなく、ソース領域及びドレイン領域の活性化の効率を高めるため、トップゲート型のトランジスタを構成する多結晶シリコンの下部に金属膜を配置しているものがある(例えば、特許文献1参照)。またアニール工程にRTA(rapid thermal anneal)を採用することで、生産性及び表示品質を向上させるために、トップゲート型のトランジスタを構成する多結晶シリコンの下部にRTA用の多結晶シリコン膜を配置しているものがある(例えば、特許文献2参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2001-102585号公報
【特許文献2】
特開平5-53143号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
薄膜トランジスタを構成するゲート絶縁膜や半導体に対する熱処理の手法として、短時間に高温でアニールを行う瞬間熱アニール(RTA)がある。しかし、RTAを行う際、基板温度は700℃を要するため、基板全体を加熱すると、ガラス基板等の熱的に脆弱な基板はそりなどの損傷が生じてしまう。そこで本発明は、熱処理の工程にRTAを用いても、熱的に脆弱な基板に影響を及ぼさない薄膜トランジスタ及びその作製方法の提供を課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の課題を解決するために、本発明においては以下の手段を講じる。
【0007】
本発明は、所望の箇所にのみ加熱処理を行うランプ(代表的にはハロゲンランプ)を用いた瞬間熱アニール(RTA、局所加熱)を行う。さらに本発明は、熱を吸収する金属層や非晶質半導体を基板上に設けた後に、瞬間熱アニールを行う。そうすると、薄膜トランジスタの半導体及びゲート絶縁膜は約700度に加熱されるが、基板の温度は約400度となり、基板の損傷を防止することができる。また本発明は、ゲート絶縁膜に対する加熱処理と、半導体に添加された不純物元素の活性化処理又は半導体に添加された金属元素のゲッタリング工程の2つの処理を同時にRTAを用いて行う。さらに、RTAは短時間で行うことができるため、本発明により、生産性の向上が期待される。
【0008】
本発明は、不活性ガスを使用し、構成が簡単であるスパッタリング装置を用いてゲート絶縁膜を作製する。さらに本発明は、所望の絶縁耐圧が得られる程度にゲート絶縁膜を厚く形成し、TFTを構成する半導体とゲート電極の間の容量を減りにくくするために、各々の層に用いる薄膜の誘電率を考慮して、TFTとして所望の容量が得られるように設定する。具体的には、ゲート絶縁膜を2層構造とし、該2層からなるゲート絶縁膜はスパッタリング法で連続的に形成する。そして、ゲート電極/ゲート絶縁膜の1層目として窒化珪素膜(誘電率:約7.5)/ゲート絶縁膜の2層目として酸化珪素膜(誘電率:約3.5)/活性層の順に積層形成する。そして、このゲート絶縁膜に、上記の瞬間熱アニールを行うことで、そのCV特性(容量の電圧依存性)が改善され、ヒステリシスがよくなり、信頼性が向上する。
【0009】
本発明は、絶縁表面上に金属層を形成し、前記金属層と重なるようにゲート電極を形成する。前記ゲート電極上に窒化珪素膜及び酸化珪素膜をスパッタリング法により連続的に形成し、前記酸化珪素膜上に前記ゲート電極と重なるように半導体を形成し、前記半導体にマスクを用いて不純物元素を添加する。その後、前記窒化珪素膜及び前記酸化珪素膜並びに前記不純物元素が添加された半導体に瞬間熱アニールを行うことを特徴とする。
【0010】
本発明は、絶縁表面上にゲート電極を形成し、前記ゲート電極上に窒化珪素膜及び酸化珪素膜をスパッタリング法により連続的に形成する。前記酸化珪素膜上に前記ゲート電極と重なるように第1非晶質半導体を形成し、前記第1非晶質半導体に金属元素を添加して加熱することにより結晶性半導体を形成し、前記結晶質半導体上に第2非晶質半導体を形成する。その後、前記窒化珪素膜及び前記酸化珪素膜、並びに前記結晶質半導体及び前記第2非晶質半導体に瞬間熱アニールを行って、前記結晶質半導体に含まれる金属元素を前記第2非晶質半導体に偏析させるゲッタリングを行うことを特徴とする。
【0011】
本発明は、絶縁表面上にゲート電極を形成し、前記ゲート電極上に窒化珪素膜及び酸化珪素膜をスパッタリング法により連続的に形成する。前記酸化珪素膜上に前記ゲート電極と重なるように非晶質半導体を形成し、前記窒化珪素膜及び前記酸化珪素膜並びに前記非晶質半導体に瞬間熱アニールを行うことを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
本発明の実施の形態について、図1〜3を用いて説明する。ここでは、本発明の薄膜トランジスタの作製方法を用いて、CMOS回路で構成される駆動回路と、Nチャネル型TFT(スイッチング用)及びPチャネル型TFT(駆動用)を有する画素部とを同一基板上に形成する作製工程について説明する。
【0013】
基板200は、ガラス基板等を用いる(図2(A))。なお、本発明は、熱的に脆弱な基板に悪影響を及ぼさないことを特徴とする作製方法であるため、そのような基板を用いるのが好適である。本形態ではガラス基板200を用いた。
【0014】
基板200上に、W-Si、Ag、TaNなどのRTAの処理温度に耐えうる耐熱性に優れた性質の金属を、所望の形状になるように所定のパターニング及びエッチングを行って、金属層202〜205を50〜500nmの厚さに形成する。本形態では、金属層202〜205として、W-SiをWのターゲットを用いたスパッタリング法で、200nmの厚さに形成した。このときの上面図を図2(D)に示す。この金属層202〜205は、後に形成される半導体層を覆う形状となる。金属層202〜205を設けることにより、後に形成される半導体層に入射される光を遮断するため、リーク電流の発生を抑制する効果が得られる。またリーク電流の発生を抑制することで、クロストークの発生も抑制することができる。
【0015】
そして、金属層202〜205を覆うように、絶縁膜から成る下地膜206を形成する。下地膜206を2層構造で形成する場合には、公知の方法(スパッタリング法、プラズマCVD法など)を用いて、下地膜206の1層目を10〜200nmの厚さに形成し、2層目を50〜200nmの厚さに形成する。本形態では、スパッタリング法を用いて、下地膜206の1層目として窒化酸化珪素膜を50nmの厚さに形成し、2層目として酸化窒化珪素膜を50nmの厚さに形成し、その後、CMP法などの公知の方法で表面を平坦化した。なお下地膜206は2層構造に限らず、単層又は3層以上積層させた構造でも良い。但し、下地膜206は、寄生容量を小さくするために、誘電率が小さい材料で膜厚を厚く設定することが好ましい。
【0016】
そして、下地膜206上に、W-Si、Ag、TaNなどのRTAの処理温度に耐えうる耐熱性に優れた性質の金属を、所望の形状になるように所定のパターニング及びエッチングを行って、ゲート電極207〜210を50〜500nmの厚さに形成する(図2(B))。本形態では、ゲート電極207〜210として、W-SiをWのターゲットを用いたスパッタリング法で、200nmの厚さに形成した。このときの上面図を図2(E)に示す。
【0017】
続いて、ゲート電極207〜210上にゲート絶縁膜211を形成する。ゲート絶縁膜211はスパッタリング法を用いて、膜厚を30〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本形態では、ゲート絶縁膜211を2層構造とし、1層目として窒化珪素膜211aを30nm形成し、2層目として酸化珪素膜211bを20nm形成した。
本発明では、このようにゲート絶縁膜211をスパッタリング法により作製する。スパッタ装置はAr等の不活性ガスを使用しており、その構成が簡単であるため、プラズマCVD法(CVD装置)を用いる場合と比較して、装置の維持に労力がかからない。
また、絶縁耐圧を向上させるためには、一般的にゲート絶縁膜を厚く形成することが好ましい。一方、半導体とゲート電極の間の容量は、ゲート絶縁膜に採用する薄膜の誘電率とその膜厚に依存する。つまり、ゲート絶縁膜の厚さは、絶縁耐圧と容量の兼ね合いから設定される。そこで本発明は、所望の絶縁耐圧が得られる程度にゲート絶縁膜を厚く形成する。さらに本発明は、TFTを構成する半導体とゲート電極の間の容量を減りにくくするために、誘電率において、酸化珪素膜(SiO2、約3.5)よりも高い窒化珪素膜(SiN、約7.5)を酸化珪素膜の下層になるように、積層して形成する。そうすると、絶縁耐圧を向上させ、且つ容量を充分なものとすることができる。
つまり、酸化珪素膜の誘電率は約3.8に対し、窒化珪素膜の誘電率は約7.5であるので、酸化珪素膜で形成するゲート絶縁膜に窒化珪素膜を含有させることで、実質的にはゲート絶縁膜の薄膜化を図るのと同等の効果を得ることができる。また、ゲートリークを低減することが可能となり、スケーリング則に基づいた素子の微細化に対し、有利な効果を得ることができる。さらに、緻密な窒化珪素膜をゲート絶縁膜の構成部材として用いることにより、外部から侵入する不純物を素子する保護膜として機能させることができ、ゲート絶縁膜と半導体との間で清浄な界面を形成することができる。すなわち、水素を含有せず、熱処理により固定電荷を含まない緻密なゲート絶縁膜を形成することが可能であることは、トランジスタの特性安定化に寄与する。また、窒化珪素膜と酸化珪素膜は、スパッタリング法を用いて連続的に成膜することができるため、微粒子などの物理的汚染や周辺環境からの化学汚染を防ぐことができる。
【0018】
なおゲート絶縁膜22は2層構造に限らず、3層以上の構造にしてもよいし、また酸化珪素膜、窒化珪素膜以外の材料を用いて構成してもよいが、各々の層に用いる薄膜の誘電率を考慮して、TFTとして所望の容量が得られるように設定する。
【0019】
次いで、ゲート絶縁膜211上に半導体層214〜217を形成する(図2(C))。半導体層214〜217は、まず公知の方法(スパッタリング法、LPCVD法、プラズマCVD法等)により25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで半導体膜を成膜する。次いで前記半導体膜を公知の結晶化法(レーザ結晶化法、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法等)を用いて結晶化させる。そして、得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体層214〜217を形成する。なお前記半導体膜としては、非晶質半導体膜、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜又は非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜などを用いても良い。
【0020】
本形態では、プラズマCVD法を用いて、膜厚50nmの非晶質珪素膜を成膜した。その後、ニッケルを含む溶液を非晶質珪素膜上に保持させ、この非晶質珪素膜に脱水素化(500℃、1時間)を行った後、熱結晶化(550℃、4時間)を行って結晶質珪素膜を形成した。その後、フォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理によって半導体層214〜217を形成した。このときの上面図を図2(F)に示す。
【0021】
なお、レーザ結晶化法で結晶質半導体膜を作製する場合のレーザは、連続発振またはパルス発振の気体レーザ又は固体レーザを用いれば良い。前者の気体レーザとしては、エキシマレーザ、YAGレーザ等が挙げられ、後者の固体レーザとしては、Cr、Nd等がドーピングされたYAG、YVO4等の結晶を使ったレーザ等が挙げられる。なお非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径に結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第2〜第4高調波を適用するのが好ましい。上記レーザを用いる場合には、レーザ発振器から放射されたレーザビームを光学系で線状に集光して、半導体膜に照射すると良い。結晶化の条件は適宜設定されるが、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数300Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜700mJ/cm2(好ましくは200〜300mJ/cm2)とすると良い。またYAGレーザを用いる場合には、その第2高調波を用いてパルス発振周波数1〜300Hzとし、レーザーエネルギー密度を300〜1000mJ/cm2(好ましくは350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm(好ましくは幅400μm)で線状に集光したレーザ光を基板全面に渡って照射し、このときの線状ビームの重ね合わせ率(オーバーラップ率)を50〜98%として行っても良い。
【0022】
但し、本形態では、結晶化を助長する金属元素を用いて非晶質珪素膜の結晶化を行ったため、前記金属元素が結晶質珪素膜中に残留している。そのため、前記結晶質珪素膜上に50〜100nmの非晶質珪素膜を形成し、加熱処理(RTA法、ファーネスアニール炉を用いた熱アニール等)を行って、該非晶質珪素膜中に前記金属元素を拡散させ、前記非晶質珪素膜は加熱処理後にエッチングを行って除去する。その結果、前記結晶質珪素膜中の金属元素の含有量を低減または除去することができる。また半導体層214〜217を形成後、TFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピング(チャネルドーピング)を行ってもよい。
【0023】
次いで、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク218を形成し、第1のドーピング処理を行い、半導体層214〜217にN型を付与する不純物元素を低濃度に添加する(図3(A))。第1のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014/cm2とし、加速電圧を40〜80keVとして行う。またN型を付与する不純物元素としては、15族に属する元素を用いれば良く、代表的にはリン(P)又は砒素(As)を用いる。本形態では、イオンドープ法でドーズ量を5.0×1013/cm2、加速電圧を50keV、N型を付与する不純物元素としてP(リン)を用いて、自己整合的に不純物領域219〜222を形成した。このとき、第1の不純物領域219〜222には1×1018〜1×1020/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素が添加された。
【0024】
続いてレジストからなるマスク218を除去した後、新たにレジストからなるマスク223を形成して、第1のドーピング処理よりも高い加速電圧で第2のドーピング処理を行う(図3(B))。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜3×1015/cm2とし、加速電圧を60〜120keVとして行う。本形態では、ドーズ量を3.0×1015/cm2とし、加速電圧を65keVの条件下でドーピング処理を行った結果、不純物領域224、225には1×1019〜5×1021/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素が添加された。また、不純物元素が全く添加されない領域又は微量の不純物元素が添加された領域(本発明では総称してチャネル形成領域とよぶ)226、227が形成された。
【0025】
次いで、レジストからなるマスク223を除去した後、新たにレジストからなるマスク228を形成する(図3(C))。その後、第3のドーピング処理を行い、Pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に、前記第1の導電型とは反対の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域を形成する。本形態では、レジストからなるマスク228を不純物元素に対するマスクとして用いて、P型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に不純物領域229、230を形成した。また、ドーズ量が1×1016/cm2、加速電圧が80keVの条件下で、ジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で形成した。本ドーピング処理によって、P型を付与する不純物元素の濃度が1×1019〜5×1021atoms/cm3となるようにドーピング処理された。またチャネル形成領域246、247が形成された。
【0026】
なお、ドーピング処理を行う条件を適宜変えて、2回以上の複数回のドーピング処理で所望の不純物領域を形成しても良い。
【0027】
次いで図3(D)に示すように、レジストからなるマスク228を除去し、ゲート絶縁膜211に対する加熱処理及び半導体層に添加された不純物元素の活性化処理を同時に行う。本処理は、好適には600〜800度の温度、1〜240秒程度の短時間でRTA法を用いて行う。このとき、各々の材料の熱の吸収率の相違から、半導体層及びゲート絶縁膜は約700度に加熱されるが、基板200の温度は約400度となるため、該基板200の損傷を抑制することができる。また、1〜240秒程度の急速加熱を行うことで、前記温度範囲であっても歪み点が700度以下の熱的に脆弱なガラス基板に対しても同質の効果を得ると共に熱による歪みを抑えることが可能となる。また、TFTが形成された部分のみにRTAを行えばよいため、一度に加熱する領域を小さくすることができ、基板の損傷を抑制することができる。
またゲート絶縁膜に対する熱処理により、膜中に取り込まれた微少なシリコンクラスターを酸化もしくは窒化させ、また内部歪みを緩和して膜中欠陥密度、界面欠陥密度を低減させることができる。
さらに、金属層201〜205は熱を蓄積する作用を有するため、半導体層には金属層201〜205からも効率的に熱が供給されて、活性化の効率を高めることができる。さらに、本処理により、スパッタリング法でゲート絶縁膜が作製されたTFTであっても、そのCV特性(容量の電圧依存性)が改善され、ヒステリシスがよくなり、信頼性が向上する。このCV特性の改善については、本出願人の出願である特願2002-226056号を参照するとよい。
なお、本RTAの工程は、ゲート絶縁膜211を形成後(図2(B))に行って、当該ゲート絶縁膜211の熱処理のみを行ってもよい。またゲート絶縁膜211及び半導体214〜217を形成後(図2(C))に行って、当該ゲート絶縁膜211及び半導体214〜217の熱処理を同時に行ってもよい。
また、半導体214〜217上に無機の材料からなる第1層間絶縁膜を形成した後に行ってもよい。そうすると、無機の材料からなる層間絶縁膜中の水素を用いて、半導体層の水素化を同時に行うことができる。
【0028】
そして、絶縁膜からなる第1の層間絶縁膜231を形成する(図3(E))。この第1の層間絶縁膜231としては、プラズマCVD法またはスパッタリング法を用い、厚さを100〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本形態では、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化窒化珪素膜231を形成した。
【0029】
第1の層間絶縁膜231上に、第2の層間絶縁膜232を形成する。第2の層間絶縁膜232としては、CVD法によって形成された酸化珪素膜、SOG(Spin On Glass)法又はスピンコート法によって塗布された酸化珪素膜、アクリル等の有機絶縁膜又は非感光性の有機絶縁膜が0.7〜5μm(好ましくは2〜4μm)の厚さで形成する。本形態では、CVD法で膜厚1.6μmのアクリル膜50を形成した。なお第2の層間絶縁膜232は、基板200上に形成されたTFTによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。
【0030】
次に、第2の層間絶縁膜232上に、第3の層間絶縁膜233を形成する。第3の層間絶縁膜233は、スパッタリング法で、窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を0.1〜0.2μmの厚さで形成する。本形態では、スパッタリング法で、窒化珪素膜233を0.1μmの厚さで形成した。
【0031】
第1乃至第3層間絶縁膜231〜233を設けることにより、酸素や空気中の水分をはじめ各種イオン性の不純物の侵入を阻止するブロッキング作用を得ることができる。
【0032】
そして、ドライエッチング又はウエットエッチングを用い、コンタクトホールを形成する(図1(A))。本形態では、第1乃至第3の層間絶縁膜231〜233をエッチングし、不純物領域224、225、229、230に達するコンタクトホールを形成した。
【0033】
次いで、各不純物領域と電気的に接続される配線234〜240を形成する。本形態では、配線234〜240は、膜厚100nmのTi膜、膜厚350nmのAl膜、膜厚100nmのTi膜をスパッタリング法で連続形成して積層し、所望の形状にパターニング及びエッチングを行って形成した。なお、三層構造に限らず、二層以下の構造、四層以上の積層構造にしてもよい。また配線の材料としては、Al、Tiに限らず、他の導電膜を用いても良い。
【0034】
以上の工程により、Nチャネル型TFT242とPチャネル型TFT243からなるCMOS回路を有する駆動回路部と、Nチャネル型TFT(スイッチング用TFT)244と、Pチャネル型TFT(駆動用TFT)245とを有する画素部を同一基板上に形成することができる。
【0035】
駆動回路部のNチャネル型TFT242は、ゲート電極207と重なるチャネル形成領域226、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域224を有する。このNチャネル型TFT242と配線235で接続されCMOS回路を形成するPチャネル型TFT243は、ゲート電極208と重なるチャネル形成領域246、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域229を有する。
【0036】
画素部のNチャネル型TFT244は、ゲート電極209と重なるチャネル形成領域227、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域225を有する。また、Pチャネル型TFT245は、ゲート電極210と重なるチャネル形成領域247、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域230を有する。
【0037】
本発明では、各TFT242〜245の半導体層の下部には、金属層が設けられている。そのため、しきい値電圧が安定化し、基板上の複数のトランジスタにおけるしきい値電圧のバラツキを緩和することができる。
【0038】
本形態では、ゲート絶縁膜の熱処理と半導体に添加された不純物元素の活性化処理を、瞬間熱アニール(RTA)を用いて同時に行う。RTAを行う際には、金属層により熱が吸収され、また所望の箇所にのみ瞬間熱アニールを行うため、基板に悪影響を及ぼさずに熱処理を行うことができる。上記構成を有する本発明により、生産性を向上させることができる。
【0039】
(実施の形態2)
本発明の実施の形態について、図1、4、5を用いて説明する。ここでは、CMOS回路で構成される駆動回路と、スイッチング用TFT及び駆動用TFTを有する画素部とが同一基板上に形成される作製工程について説明する。
【0040】
基板300は、ガラス基板等を用いる(図4(A))。なお、本発明は、熱的に脆弱な基板に悪影響を及ぼさないことを特徴とする作製方法であるため、そのような基板を用いるのが好適である。本形態ではガラス基板300を用いた。
【0041】
基板300上に、W-Si、Ag、TaNなどのRTAの処理温度に耐えうる耐熱性に優れた性質の金属を、所望の形状になるように所定のパターニング及びエッチングを行って、ゲート電極302〜305を50〜500nmの厚さに形成する。本形態では、ゲート電極302〜305として、W-SiをWのターゲットを用いたスパッタリング法で、200nmの厚さに形成した。このときの上面図を図4(E)に示す。
【0042】
次いで、ゲート電極302〜305を覆うゲート絶縁膜306を形成する。ゲート絶縁膜306はスパッタリング法を用いて、膜厚を30〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本形態では、ゲート絶縁膜306の1層目として窒化珪素膜306aを30nm形成し、2層目として酸化珪素膜306bを20nm形成した。このように、ゲート絶縁膜306として、窒化珪素膜306aと酸化珪素膜306bを積層した構成とすることで生ずる効果は、形態1に記載した通りであるので、ここでは省略する。
【0043】
なおゲート絶縁膜306は2層構造に限らず、3層以上の構造にしてもよいし、また酸化珪素膜、窒化珪素膜以外の材料を用いて構成してもよいが、各々の層に用いる薄膜の誘電率を考慮して、TFTとして所望の容量が得られるように設定する。
【0044】
続いて、ゲート絶縁膜306上に非晶質珪素膜307を形成する(図4(B))。本形態では、プラズマCVD法を用いて、膜厚55nmの非晶質珪素膜を成膜した。その後、ニッケルを含む溶液308を非晶質珪素膜上に保持させ、この非晶質珪素膜に脱水素化(500℃、1時間)を行った後、熱結晶化(550℃、4時間)を行って結晶質珪素膜を形成した。
【0045】
なお、本形態では、結晶化を助長する金属元素を用いて非晶質珪素膜の結晶化を行ったため、前記金属元素が結晶質珪素膜中に残留している。そのため、前記結晶質珪素膜上に絶縁膜を5〜500nmの厚さで形成し、次いで絶縁膜上に非晶質珪素膜を5〜500nmの厚さで積層形成する。その後、所望の形状になるように、パターン加工して、結晶質珪素311〜314、絶縁層309a〜309d及び非晶質珪素310a〜310dを積層形成する(図4(C))。本形態では、結晶質珪素311〜314上に、絶縁層としても酸化珪素309a〜309dを50nmの厚さで形成し、次いでアルゴンを含む非晶質珪素(ゲッタリングサイトとして用いる)310a〜310dを150nmの厚さで形成した。その後、基板300上において、所望の箇所にのみ瞬間熱アニール(RTA)を行って、非晶質珪素310a〜310d中に金属元素を拡散(偏析)させるゲッタリング処理とゲート絶縁膜306に対する加熱処理の2つの処理を同時に行う。本処理により、結晶質珪素311〜314中の金属元素の含有量を低減または除去することができる。そして、酸化珪素309a〜309d及び非晶質珪素310a〜310dは、RTA後にエッチングを行って除去する。
なお本RTAでは、非晶質珪素膜310a〜310dがRTAの光を吸収することを利用して、ゲート絶縁膜304の熱処理を同時に行うものである。但し、非晶質珪素膜310は、高温で加熱すると結晶化してしまい、ゲッタリング特性が低下するため、適切な処理温度と、絶縁膜309の膜厚を適切な値に設定することで、ゲッタリング処理と熱処理とを同時に行うことが出来る。
また、本RTA処理は、好適には600〜800度の温度、1〜240秒程度の短時間でRTA法を用いて行う。このとき、各々の材料の熱の吸収率の相違から、半導体層及びゲート絶縁膜は約700度に加熱されるが、基板300の温度は約400度となるため、該基板300の損傷を抑制することができる。また、1〜240秒程度の急速加熱を行うことで、前記温度範囲であっても歪み点が700度以下の熱的に脆弱なガラス基板に対しても同質の効果を得ると共に熱による歪みを抑えることが可能となる。また、TFTが形成された部分のみにRTAを行えばよいため、一度に加熱する領域を小さくすることができ、基板の損傷を抑制することができる。
またゲート絶縁膜に対する熱処理により、膜中に取り込まれた微少なシリコンクラスターを酸化もしくは窒化させ、また内部歪みを緩和して膜中欠陥密度、界面欠陥密度を低減させることができる。
【0046】
その後、フォトリソグラフィ法を用いたパターニングによって半導体層311〜314を形成した(図4(D))。このときの上面図を図4(F)に示す。なお半導体層311〜314を形成した後、TFTのしきい値を制御するために微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピング(チャネルドーピング)を行ってもよい。
【0047】
なお半導体層311〜314としては、非晶質半導体膜に限らず、微結晶半導体膜、結晶質半導体膜又は非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を形成してもよい。
【0048】
次いで、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク315を形成し、第1のドーピング処理を行い、半導体層311〜314にN型を付与する不純物元素を低濃度に添加する(図5(A))。第1のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行えば良い。本形態では、イオンドープ法でドーズ量を5.0×1013/cm2、加速電圧を50keV、N型を付与する不純物元素としてP(リン)を用いて、自己整合的に不純物領域316〜319を形成した。このとき、不純物領域316〜319には、1×1018〜1×1020/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素が添加された。
【0049】
続いてレジストからなるマスク315を除去した後、新たにレジストからなるマスク320を形成して、第1のドーピング処理よりも高い加速電圧で第2のドーピング処理を行う(図5(B))。本形態では、ドーズ量を3.0×1015/cm2とし、加速電圧を65keVの条件下でドーピング処理を行った結果、不純物領域321、322には1×1019〜5×1021/cm3の濃度範囲でN型を付与する不純物元素が添加された。また、チャネル形成領域323、324が形成された。
【0050】
次いで、レジストからなるマスク320を除去した後、新たにレジストからなるマスク325を形成する(図5(C))。その後、第3のドーピング処理を行う。本形態では、レジストからなるマスク325を不純物元素に対するマスクとして用いて、P型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に不純物領域326、327を形成した。また、ドーズ量が1×1016/cm2、加速電圧が80keVの条件下で、ジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で形成した。本処理によって、P型を付与する不純物元素の濃度が1×1019〜5×1021atoms/cm3となるようにドーピング処理された。またチャネル形成領域328、329が形成された。
【0051】
なお、ドーピング処理を行う条件を適宜変えて、2回以上の複数回のドーピング処理で所望の不純物領域を形成しても良い。
【0052】
次いで、加熱処理(熱処理)を行って、半導体層の結晶性の回復、半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。この加熱処理はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法などの公知の方法を用いて行う。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃の条件下で行えばよい。本形態では、ファーネスアニール炉を用いて、410℃1時間の加熱処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザアニール法又はRTA法を用いてもよい。
【0053】
次いで、レジストからなるマスク325を除去し、絶縁膜からなる第1の層間絶縁膜330を形成する(図5(D))。この第1の層間絶縁膜330としては、本形態では、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化窒化珪素膜330を形成した。
【0054】
第1の層間絶縁膜330上に、第2の層間絶縁膜331を形成する。本形態では、第2の層間絶縁膜331として、CVD法で膜厚1.6μmのアクリル膜103を形成した。なお第2の層間絶縁膜331には、基板上300に形成されたTFTによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。
【0055】
次いで、第2の層間絶縁膜331上に、第3の層間絶縁膜332を形成する。第3の層間絶縁膜332としては、本形態では、スパッタリング法で、窒化珪素膜51を0.1μmの厚さで形成した。
【0056】
次いで、ドライエッチング又はウエットエッチングを用い、コンタクトホールを形成する(図1(B))。本形態では、第1乃至第3の層間絶縁膜330〜332をエッチングし、不純物領域321、322、326、327に達するコンタクトホールを形成した。
【0057】
次いで、各不純物領域と電気的に接続される配線333〜339を形成する。本形態では、配線333〜339は、膜厚100nmのTi膜、膜厚350nmのAl膜、膜厚100nmのTi膜をスパッタリング法で連続形成して積層し、所望の形状にパターニング及びエッチングして形成した。なお、三層構造に限らず、二層以下の構造又は四層以上の積層構造にしてもよい。また配線の材料としては、AlとTiに限らず、他の導電膜を用いても良い。
【0058】
以上の工程により、Nチャネル型TFT340とPチャネル型TFT341からなるCMOS回路を有する駆動回路部と、Nチャネル型TFT(スイッチング用TFT)342とPチャネル型TFT(駆動用TFT)343とを有する画素部を同一基板上に形成することができる
【0059】
駆動回路部のNチャネル型TFT340は、ゲート電極302と重なるチャネル形成領域323、ソース領域又はドレイン領域として機能する不純物領域321を有する。このNチャネル型TFT340と配線334で接続されCMOS回路を形成するPチャネル型TFT341は、ゲート電極303と重なるチャネル形成領域328、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域326を有する。
【0060】
画素部のNチャネル型TFT342は、ゲート電極304と重なるチャネル形成領域324、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域322を有する。また、Pチャネル型TFT343は、ゲート電極305と重なるチャネル形成領域329、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域327を有する。
【0061】
本形態では、ゲート絶縁膜の熱処理と結晶質半導体に添加された不純物元素のゲッタリング処理を、瞬間熱アニール(RTA)を用いて同時に行う。RTAを行う際には、非晶質半導体により熱が吸収され、また所望の箇所にのみ瞬間熱アニールを行うため、基板に悪影響を及ぼさずに熱処理を行うことができる。上記構成を有する本発明により、生産性を向上させることができる。
【0062】
本形態は、実施の形態1と自由に組み合わせることができる。
【0063】
(実施の形態3)
上記の形態2では、図4(B)に示すように、非晶質珪素膜307を成膜後、金属元素を含む溶液308を塗布して、珪素膜の結晶化を促進する工程を用いた。しかし、下記に述べる他の方法を用いてもよい。
【0064】
まず、図4(A)に示すように、基板300上に下地膜301を形成し、下地膜301上にゲート電極302〜305を形成する。その後、ゲート電極302〜305を覆うようにゲート絶縁膜306を形成する。次いで、ゲート絶縁膜306に接するように非晶質珪素膜を成膜する。そして、非晶質珪素膜を所望の形状にパターン加工後、当該非晶質珪素膜及びゲート絶縁膜306にRTAを行う。そうすると、非晶質珪素膜の結晶化処理とゲート絶縁膜309の加熱処理とを同時に行うことができる。このとき、非晶質珪素膜により熱が吸収され、且つ所望の箇所にのみ瞬間熱アニールを行うため、基板に悪影響を及ぼさずに熱処理を行うことができる。その後の工程は、上記の形態2(図5(A)〜(D))に示す通りに行えばよい。
【0065】
本形態は、実施の形態1、2と自由に組み合わせることができる。
【0066】
(実施の形態4)
本発明の実施の形態について、図6、7を用いて説明する。本形態では、本発明のTFTを用いて表示装置を作成した場合の断面構造について説明する。
【0067】
上述の実施の形態1に示した作製工程により、絶縁表面上に駆動回路部及び画素部に配置されるTFTを形成後(図1(A))、駆動用TFT245の配線239と電気的に接続されるように、透明導電膜からなる第1の電極125を形成する。透明導電膜としては仕事関数の大きい材質を用いて作製することが望ましく、一例としては、酸化インジウムと酸化スズの化合物(ITO)、酸化インジウムと酸化亜鉛の化合物、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム、窒化チタンなどが挙げられる。本形態では第1の電極125として、スパッタリング法で、0.1μmの厚さでITO膜を形成した。
【0068】
本形態では、配線239を形成後、該配線239に電気的に接続されるように透明導電膜を形成する方法を示したが、他の方法で形成してもよい。例えば、透明導電膜を形成し、該透明導電膜をパターン加工した後、TFTの配線239を形成してもよい。そのときの断面構造を図6(D)に示す。また、TFTの配線239を形成した後、絶縁膜を形成し、その後配線239に達するように絶縁膜にコンタクトホールを開口する。そして、配線239と電気的に接続されるように透明導電膜を形成してもよい。そのときの断面構造を図6(E)に示す。
【0069】
次いで、第1の電極125の端面を覆うように絶縁膜128を形成する。絶縁膜128を形成する材料は特に限定されず、無機又は有機の材料で形成することができるが、感光性の有機物を使用して形成すると、開口部の形状が発光層を蒸着する際に段切れなどが起こりにくいものとなるため好ましい。例えば、絶縁膜128の材料としてネガ型の感光性樹脂を用いた場合、図7(A)のように、絶縁膜128の上端部に第1の曲率半径を有する曲面、絶縁膜128の下端部に第2の曲率半径を有する曲面を有するように形成される。第1及び第2の曲率半径は、0.2μm〜3μm、また前記開口部の壁面のITOに対する角度は35°以上とすることが好ましい。また、ポジ型の感光性樹脂を用いた場合、開口部の形状は図7(B)のように絶縁膜の上端部は曲率半径を有する曲面となる。また、絶縁膜128の開口部をドライエッチングで作製した場合は図7(C)に示すような形状となる。
【0070】
その後、PVA(ポリビニルアルコール)系の多孔質体を用いて拭い、ゴミ等の除去を行う。本形態では、PVAの多孔質体を用いた拭浄により、ITOや絶縁膜をエッチングしたときに発生する微粉(ゴミ)の除去を行った。
【0071】
次いで、第1の電極125と接するように発光層126を形成する。発光層126は、蒸着法、塗布法(スピンコート法、インクジェット法など)により形成される。本形態では、蒸着装置を用いて、蒸着源を移動させながら蒸着を行った。例えば、真空度が5×10-3Torr(0.665Pa)以下、好ましくは10-4〜10-6Torrまで真空排気された成膜室で蒸着を行った。蒸着の際、抵抗加熱により、予め有機化合物は気化されており、蒸着時にシャッターが開くことによって基板の方向へ飛散する。つまり、気化された有機化合物は、上方に飛散し、メタルマスクに設けられた開口部を通って基板に蒸着され、発光層256が形成された。
【0072】
なお、発光層126の蒸着前処理に、全体にPEDOTを塗布し、ベークを行ってもよい。このとき、PEDOTはITOとの濡れ性が良くないため、一旦PEDOTを塗布後、水洗し、再度PEDOTを塗布することが好ましい。その後、常圧で加熱を行って水分を飛ばしてから、減圧雰囲気で加熱を行う。
【0073】
本発明は、発光素子を構成する第1及び第2の電極間に設けられる一つ又は複数の層を総称して発光層126とよぶ。発光層126は、低分子系有機化合物材料、高分子系有機化合物材料、或いは、両者を適宣組み合わせて形成することが可能である。また、電子輸送性材料と正孔輸送性材料を適宜混合させた混合層、又はそれぞれの接合界面に混合領域を形成した混合接合を形成しても良い。また、有機系の材料のほかに無機系の発光材料を使用しても良い。さらに、発光層126の構造も特に限定されず、低分子材料からなる層を積層した構造、高分子材料からなる層と低分子材料からなる層とを積層した構造でもよい。
【0074】
続いて発光層126上に、第2の電極127を形成する。第2の電極127は、仕事関数の小さい金属(Li、Mg、Cs)を含む薄膜、Li、Mg等を含む薄膜上に積層した透明導電膜との積層膜で形成する。膜厚は陰極として作用するように適宜設定すればよいが、0.01〜1μm程度の厚さに公知の方法(電子ビーム蒸着法など)で形成する。但し、電子ビーム蒸着法を用いる場合、加速電圧が高すぎると放射線を発生し、TFTにダメージを与えてしまう。しかし、加速電圧が低すぎても成膜速度が下がり、生産性が低下する。そのため、第2の電極127を陰極として作用しうる膜厚より過剰には成膜しないようにする。第2の電極127が薄いと、成膜速度が遅くても生産性に大きな影響は現れない。しかしながら、陰極の膜厚が薄いことで高抵抗化してしまう問題も発生するが、陰極上に低抵抗金属であるAlなどを抵抗加熱蒸着やスパッタリング法などで形成し、積層構造とすることで解決する。本形態では、第2の電極127として電子ビーム蒸着法でAl-Liを0.1μmの厚さで形成した。
【0075】
次に、絶縁膜128及び第2の電極127上に、保護膜129を成膜する。保護膜129は、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、DLC膜、窒化炭素膜、RFスパッタリング法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。またその膜厚は、10〜200nm程度とするのが望ましい。本形態では、スパッタリング法を用いて、窒化珪素膜を100nmの厚さで形成した。
【0076】
これまでの工程において形成された、第1の電極125、発光層126及び第2の電極127の積層体が発光素子130に相当する。第1の電極125は陽極、第2の電極127は陰極に相当する。本発明では、発光素子130の励起状態には一重項励起と三重項励起があるが、発光はどちらの励起状態を経てもよい。
【0077】
図6(B)には発光素子を用いた表示装置における一画素の上面図を示す。図6(B)には、画素電極125まで形成した状態を示す。図6(B)の上面図において、A-B-Cに対応した断面図が図6(A)に相当する。また図6(C)は、図6(B)に対応した一画素の回路図を示す。図6(B)(C)において、204及び205は金属層、121はソース線、122はゲート線、123は電源線、124は容量素子、125は第1の電極(画素電極)、244はスイッチング用TFT、245は駆動用TFTに相当する。
【0078】
本形態では基板200側(底面)から発光素子30から発せられる光を取り出す、所謂下面出射を行う場合を示した。しかし、基板200の表面から光を取り出す、所謂上面出射を行うようにしてもよい。その場合、第1の電極125を陰極、第2の電極127を陽極に相当するように形成し、さらに第2の電極127は透明材料で形成するとよい。また、駆動用TFT245はNチャネル型TFTで形成することが好ましい。なお、駆動用TFT245の導電型は適宜変更しても構わないが、容量素子124は該駆動用TFT245のゲート・ソース間電圧を保持するように配置する。なお本形態では、本発明の薄膜トランジスタと発光素子を用いた発光装置の場合を示したが、液晶表示装置などの他の表示装置に用いてもよい。
【0079】
本形態は、実施の形態1、2と自由に組み合わせることができる。
【0080】
(実施の形態5)
本発明の実施の形態について、図8を用いて説明する。図8は、TFTが形成された基板をシーリング材によって封止することによって形成された表示パネルの上面図であり、図8(B)は図8(A)のB-B’における断面図、図8(C)(D)は図8(A)のA-A’における断面図である。なお図8(C)はTFT基板の方向に光を発する下面出射を行う表示パネル、図8(D)は対向基板の方向に光を発する上面出射を行う表示パネルの断面図である。
【0081】
図8(A)〜(D)において、基板401上には、画素部(表示部)402、該画素部402を囲むように設けられた信号線駆動回路403、走査線駆動回路404a、404bが配置され、これらを囲むようにしてシール材406が設けられている。画素部402の構造については、上述の実施の形態及びその説明を参照すれば良い。シール材406としては、ガラス材、金属材(代表的にはステンレス材)、セラミックス材、プラスチック材(プラスチックフィルムも含む)が用いられる。
【0082】
このシール材406は、信号線駆動回路403、走査線駆動回路404a、404bの一部に重畳させて設けても良い。
図8(C)に示した表示パネルでは、シール材406を用いてシーリング材407が設けられ、基板401、シール材406及びシーリング材407によって密閉空間408が形成される。シーリング材407には予め凹部の中に吸湿剤(酸化バリウムもしくは酸化カルシウム等)409が設けられ、上記密閉空間408の内部において、水分や酸素等を吸着して清浄な雰囲気に保ち、発光素子の劣化を抑制する役割を果たす。この凹部は目の細かいメッシュ状のカバー材410で覆われている。カバー材410は空気や水分は通すが、吸湿剤409は通さない。なお、密閉空間408は、窒素もしくはアルゴン等の希ガスで充填しておけばよく、不活性であれば樹脂もしくは液体で充填することも可能である。
また図8(D)の表示パネルでは、シール材406を用いて透明な対向基板421が設けられ、基板401、対向基板421及びシール材406によって密閉空間422が形成される。対向基板421には、カラーフィルタ420と該カラーフィルタを保護する保護膜423が設けられる。画素部402に配置された発光素子から発せられる光は、該カラーフィルタ420を介して外部に放出され、表示パネルでは多色表示を行う。密閉空間422は、不活性な樹脂もしくは液体などで充填される。なお、多色表示を行う際には、発光層がRGBの各々の色を発するように設定するか、白色発光をする発光層を設けた画素を配置しカラーフィルタや色変換層を用いるように設定してもよい。
【0083】
基板401上には、信号線駆動回路403及び走査線駆動回路404a、404bに信号を伝達するための入力端子部411が設けられ、該入力端子部411へはFPC412を介してビデオ信号等のデータ信号が伝達される。入力端子部411の断面は、図8(B)に示す通りであり、走査線もしくは信号線と同時に形成された配線からなる入力配線413とFPC412側に設けられた配線415とを、導電体416を分散させた樹脂417を用いて電気的に接続してある。なお、導電体416としては、球状の高分子化合物に金もしくは銀といったメッキ処理を施したものを用いれば良い。
【0084】
本形態では、発光素子を用いた発光パネルに本発明を適用した例を示したが、液晶表示素子を用いた液晶パネルに本発明を適用してもよい。
【0085】
本形態は、実施の形態1〜3と自由に組み合わせることができる。
【0086】
(実施の形態6)
本発明が適用される電子機器として、ビデオカメラ、ディジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図9に示す。
【0087】
図9(A)は発光装置であり、筐体2001、支持台2002、表示部2003、スピーカー部2004、ビデオ入力端子2005等を含む。本発明は表示部2003に適用することができる。発光装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、発光装置は、パソコン用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【0088】
図9(B)はディジタルスチルカメラであり、本体2101、表示部2102、受像部2103、操作キー2104、外部接続ポート2105、シャッター2106等を含む。本発明は、表示部2102に適用することができる。
【0089】
図9(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体2201、筐体2202、表示部2203、キーボード2204、外部接続ポート2205、ポインティングマウス2206等を含む。本発明は、表示部2203に適用することができる。
【0090】
図9(D)はモバイルコンピュータであり、本体2301、表示部2302、スイッチ2303、操作キー2304、赤外線ポート2305等を含む。本発明は、表示部2302に適用することができる。
【0091】
図9(E)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体2401、筐体2402、表示部A2403、表示部B2404、記録媒体(DVD等)読み込み部2405、操作キー2406、スピーカー部2407等を含む。表示部A2403は主として画像情報を表示し、表示部B2404は主として文字情報を表示するが、本発明は表示部A、B2403、2404に適用することができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【0092】
図9(F)はゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)であり、本体2501、表示部2502、アーム部2503を含む。本発明は、表示部2502に適用することができる。
【0093】
図9(G)はビデオカメラであり、本体2601、表示部2602、筐体2603、外部接続ポート2604、リモコン受信部2605、受像部2606、バッテリー2607、音声入力部2608、操作キー2609等を含む。本発明は、表示部2602に適用することができる。
【0094】
図9(H)は携帯電話であり、本体2701、筐体2702、表示部2703、音声入力部2704、音声出力部2705、操作キー2706、外部接続ポート2707、アンテナ2708等を含む。本発明は、表示部2703に適用することができる。なお、表示部2703は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電流を抑えることができる。
【0095】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また本実施の形態の電子機器には、実施の形態1〜5に示したいずれの構成を用いても良い。
【0096】
【発明の効果】
本発明は、所望の箇所にのみ加熱処理を行うランプ(代表的にはハロゲンランプ)を用いた瞬間熱アニール(RTA、局所加熱)を行う。さらに本発明は、熱を吸収する金属層や非晶質半導体を基板上に設けた後に、瞬間熱アニールを行う。そうすると、薄膜トランジスタの半導体及びゲート絶縁膜は約700度に加熱されるが、基板の温度は約400度となり、基板の損傷を防止することができる。また本発明は、ゲート絶縁膜に対する加熱処理と、半導体に添加された不純物元素の活性化処理又は半導体に添加された金属元素のゲッタリング工程の2つの処理を同時にRTAを用いて行う。さらに、RTAは短時間で行うことができるため、本発明により、生産性の向上が期待される。
【0097】
また本発明は、不活性ガスを使用し、構成が簡単であるスパッタリング装置を用いてゲート絶縁膜を作製する。さらに本発明は、所望の絶縁耐圧が得られる程度にゲート絶縁膜を厚く形成し、TFTを構成する半導体とゲート電極の間の容量を減りにくくするために、各々の層に用いる薄膜の誘電率を考慮して、TFTとして所望の容量が得られるように設定する。具体的には、ゲート絶縁膜を2層構造とし、該2層からなるゲート絶縁膜はスパッタリング法で連続的に形成する。そして、ゲート電極/ゲート絶縁膜の1層目として窒化珪素膜(誘電率:約7.5)/ゲート絶縁膜の2層目として酸化珪素膜(誘電率:約3.5)/活性層の順に積層形成する。そして、このゲート絶縁膜に、上記の瞬間熱アニールを行うことで、そのCV特性(容量の電圧依存性)が改善され、ヒステリシスがよくなり、信頼性が向上する。
【0098】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の薄膜トランジスタの断面構造を示す図。
【図2】 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図3】 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図4】 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図5】 本発明の薄膜トランジスタの作製工程を示す図。
【図6】 本発明の薄膜トランジスタの断面構造を示す図。
【図7】 本発明の薄膜トランジスタの断面構造を示す図。
【図8】 表示パネルを示す図。
【図9】 電子機器を示す図。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an insulated gate field effect transistor typified by a thin film transistor (TFT) and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
In recent years, display devices such as liquid crystal display devices and light-emitting devices have been actively developed due to an increase in demand for portable devices. The technology for forming pixels and driving circuits using transistors formed of polycrystalline semiconductor (polysilicon) on an insulator greatly contributes to miniaturization and low power consumption, and is being actively developed. Yes.
[0003]
As an example, a top-gate transistor can be used to increase the efficiency of activation of the source region and the drain region without increasing the size of the thin film transistor and without worrying about damage to the glass substrate having a strain point of 700 degrees or less. There is one in which a metal film is disposed under the polycrystalline silicon constituting (see, for example, Patent Document 1). In addition, by adopting RTA (rapid thermal anneal) in the annealing process, an RTA polycrystalline silicon film is placed under the polycrystalline silicon that constitutes the top gate type transistor in order to improve productivity and display quality. (For example, refer to Patent Document 2).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-102585 A
[Patent Document 2]
JP-A-5-53143
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As a method of heat treatment for a gate insulating film or a semiconductor constituting a thin film transistor, there is instantaneous thermal annealing (RTA) in which annealing is performed at a high temperature in a short time. However, when performing RTA, the substrate temperature needs to be 700 ° C. Therefore, when the entire substrate is heated, a thermally fragile substrate such as a glass substrate is damaged such as warpage. Therefore, an object of the present invention is to provide a thin film transistor that does not affect a thermally fragile substrate and a manufacturing method thereof even when RTA is used in a heat treatment step.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems of the prior art, the following measures are taken in the present invention.
[0007]
In the present invention, instantaneous thermal annealing (RTA, local heating) is performed using a lamp (typically a halogen lamp) that performs heat treatment only at a desired location. Furthermore, in the present invention, instantaneous thermal annealing is performed after a metal layer or an amorphous semiconductor that absorbs heat is provided on a substrate. Then, the semiconductor and the gate insulating film of the thin film transistor are heated to about 700 degrees, but the temperature of the substrate becomes about 400 degrees, and damage to the substrate can be prevented. In the present invention, two processes of a heat treatment for the gate insulating film and an activation process for the impurity element added to the semiconductor or a gettering step for the metal element added to the semiconductor are simultaneously performed using RTA. Furthermore, since RTA can be performed in a short time, the present invention is expected to improve productivity.
[0008]
In the present invention, a gate insulating film is formed using a sputtering apparatus which uses an inert gas and has a simple configuration. Furthermore, the present invention provides a dielectric constant of a thin film used for each layer in order to form a gate insulating film thick enough to obtain a desired withstand voltage and to make it difficult to reduce the capacitance between the semiconductor constituting the TFT and the gate electrode. Is set so that a desired capacitance can be obtained as a TFT. Specifically, the gate insulating film has a two-layer structure, and the two-layer gate insulating film is continuously formed by a sputtering method. The first layer of the gate electrode / gate insulating film is a silicon nitride film (dielectric constant: about 7.5) / the second layer of the gate insulating film is a silicon oxide film (dielectric constant: about 3.5) / active layer Laminate sequentially. Then, by performing the instantaneous thermal annealing on the gate insulating film, its CV characteristics (capacitance voltage dependency) are improved, the hysteresis is improved, and the reliability is improved.
[0009]
In the present invention, a metal layer is formed on an insulating surface, and a gate electrode is formed so as to overlap the metal layer. A silicon nitride film and a silicon oxide film are continuously formed on the gate electrode by a sputtering method, a semiconductor is formed on the silicon oxide film so as to overlap the gate electrode, and an impurity element is formed on the semiconductor using a mask. Added. Thereafter, instantaneous thermal annealing is performed on the silicon nitride film, the silicon oxide film, and the semiconductor to which the impurity element is added.
[0010]
In the present invention, a gate electrode is formed on an insulating surface, and a silicon nitride film and a silicon oxide film are continuously formed on the gate electrode by a sputtering method. A first amorphous semiconductor is formed on the silicon oxide film so as to overlap with the gate electrode, a metal element is added to the first amorphous semiconductor and heated to form a crystalline semiconductor, and the crystal A second amorphous semiconductor is formed on the quality semiconductor. Thereafter, instantaneous thermal annealing is performed on the silicon nitride film, the silicon oxide film, the crystalline semiconductor, and the second amorphous semiconductor to convert the metal element contained in the crystalline semiconductor into the second amorphous semiconductor. It is characterized by performing gettering that causes segregation.
[0011]
In the present invention, a gate electrode is formed on an insulating surface, and a silicon nitride film and a silicon oxide film are continuously formed on the gate electrode by a sputtering method. An amorphous semiconductor is formed on the silicon oxide film so as to overlap the gate electrode, and instantaneous thermal annealing is performed on the silicon nitride film, the silicon oxide film, and the amorphous semiconductor.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, by using the method for manufacturing a thin film transistor of the present invention, a driver circuit formed of a CMOS circuit and a pixel portion having an N-channel TFT (for switching) and a P-channel TFT (for driving) are formed over the same substrate. A manufacturing process to be formed will be described.
[0013]
As the substrate 200, a glass substrate or the like is used (FIG. 2A). Note that since the present invention is a manufacturing method which does not adversely affect a thermally fragile substrate, it is preferable to use such a substrate. In this embodiment, the glass substrate 200 is used.
[0014]
On the substrate 200, a metal having an excellent heat resistance capable of withstanding the RTA processing temperature such as W—Si, Ag, and TaN is subjected to predetermined patterning and etching so as to have a desired shape, and the metal layer 202. -205 is formed to a thickness of 50-500 nm. In this embodiment, as the metal layers 202 to 205, W—Si is formed to a thickness of 200 nm by a sputtering method using a W target. A top view at this time is shown in FIG. The metal layers 202 to 205 have a shape that covers a semiconductor layer to be formed later. By providing the metal layers 202 to 205, light incident on a semiconductor layer to be formed later is blocked, so that an effect of suppressing generation of leakage current can be obtained. Further, the occurrence of crosstalk can be suppressed by suppressing the generation of leakage current.
[0015]
Then, a base film 206 made of an insulating film is formed so as to cover the metal layers 202 to 205. In the case of forming the base film 206 with a two-layer structure, the first layer of the base film 206 is formed to a thickness of 10 to 200 nm using a known method (sputtering method, plasma CVD method, etc.). The eyes are formed to a thickness of 50 to 200 nm. In this embodiment, a sputtering method is used to form a silicon nitride oxide film with a thickness of 50 nm as the first layer of the base film 206, a silicon oxynitride film with a thickness of 50 nm as the second layer, The surface was flattened by a known method such as a CMP method. Note that the base film 206 is not limited to a two-layer structure, and may be a single layer or a structure in which three or more layers are stacked. However, the base film 206 is preferably set to have a large film thickness with a material having a low dielectric constant in order to reduce parasitic capacitance.
[0016]
Then, on the base film 206, a metal having excellent heat resistance that can withstand the RTA processing temperature such as W-Si, Ag, and TaN is subjected to predetermined patterning and etching so as to have a desired shape. Gate electrodes 207 to 210 are formed to a thickness of 50 to 500 nm (FIG. 2B). In this embodiment, as the gate electrodes 207 to 210, W—Si is formed to a thickness of 200 nm by a sputtering method using a W target. A top view at this time is shown in FIG.
[0017]
Subsequently, a gate insulating film 211 is formed over the gate electrodes 207 to 210. The gate insulating film 211 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 30 to 200 nm by a sputtering method. In this embodiment, the gate insulating film 211 has a two-layer structure, the silicon nitride film 211a is formed as a first layer with a thickness of 30 nm, and the silicon oxide film 211b is formed as a second layer with a thickness of 20 nm.
In the present invention, the gate insulating film 211 is thus produced by the sputtering method. Since the sputtering apparatus uses an inert gas such as Ar and has a simple configuration, it requires less labor to maintain the apparatus as compared with the case where a plasma CVD method (CVD apparatus) is used.
In order to improve the withstand voltage, it is generally preferable to form a thick gate insulating film. On the other hand, the capacitance between the semiconductor and the gate electrode depends on the dielectric constant of the thin film employed for the gate insulating film and its film thickness. That is, the thickness of the gate insulating film is set based on the balance between the withstand voltage and the capacity. Therefore, the present invention forms the gate insulating film thick enough to obtain a desired withstand voltage. Furthermore, in the present invention, in order to make it difficult to reduce the capacitance between the semiconductor constituting the TFT and the gate electrode, a silicon oxide film (SiO 2 , About 3.5), a silicon nitride film (SiN, about 7.5) is laminated and formed so as to be a lower layer of the silicon oxide film. Then, the withstand voltage can be improved and the capacity can be sufficient.
That is, the dielectric constant of the silicon oxide film is about 3.8, whereas the dielectric constant of the silicon nitride film is about 7.5. Therefore, by including the silicon nitride film in the gate insulating film formed of the silicon oxide film, Substantially the same effect as achieving a thinner gate insulating film can be obtained. In addition, gate leakage can be reduced, and an advantageous effect can be obtained for miniaturization of elements based on the scaling law. In addition, by using a dense silicon nitride film as a component of the gate insulating film, it can function as a protective film for impurities entering from the outside, forming a clean interface between the gate insulating film and the semiconductor. can do. That is, the ability to form a dense gate insulating film that does not contain hydrogen and does not contain fixed charges by heat treatment contributes to stabilization of transistor characteristics. In addition, since the silicon nitride film and the silicon oxide film can be continuously formed by a sputtering method, physical contamination such as fine particles and chemical contamination from the surrounding environment can be prevented.
[0018]
Note that the gate insulating film 22 is not limited to a two-layer structure, and may have a structure of three or more layers, or may be configured using a material other than a silicon oxide film or a silicon nitride film, but is used for each layer. In consideration of the dielectric constant of the thin film, the TFT is set so as to obtain a desired capacitance.
[0019]
Next, semiconductor layers 214 to 217 are formed over the gate insulating film 211 (FIG. 2C). For the semiconductor layers 214 to 217, first, a semiconductor film is formed to a thickness of 25 to 80 nm (preferably 30 to 60 nm) by a known method (sputtering method, LPCVD method, plasma CVD method, or the like). Next, the semiconductor film is crystallized by using a known crystallization method (a laser crystallization method, a thermal crystallization method using an RTA or a furnace annealing furnace, a thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization, or the like). Then, the obtained crystalline semiconductor film is patterned into a desired shape to form semiconductor layers 214 to 217. Note that as the semiconductor film, a compound semiconductor film having an amorphous structure such as an amorphous semiconductor film, a microcrystalline semiconductor film, a crystalline semiconductor film, or an amorphous silicon germanium film may be used.
[0020]
In this embodiment mode, an amorphous silicon film with a thickness of 50 nm is formed by plasma CVD. Thereafter, a solution containing nickel is held on the amorphous silicon film, and after dehydrogenation (500 ° C., 1 hour) is performed on the amorphous silicon film, thermal crystallization (550 ° C., 4 hours) is performed. A crystalline silicon film was formed. After that, semiconductor layers 214 to 217 were formed by a patterning process using a photolithography method. A top view at this time is shown in FIG.
[0021]
Note that when a crystalline semiconductor film is formed by a laser crystallization method, a continuous-wave or pulsed gas laser or solid-state laser may be used. Examples of the former gas laser include an excimer laser, a YAG laser, and the like. Examples of the latter solid-state laser include YAG, YVO doped with Cr, Nd, and the like. Four A laser using a crystal such as In order to obtain a crystal with a large grain size in crystallization of the amorphous semiconductor film, it is preferable to use a solid-state laser capable of continuous oscillation and apply the second to fourth harmonics of the fundamental wave. In the case of using the above laser, the semiconductor film may be irradiated with a laser beam emitted from a laser oscillator in a linear shape by an optical system. The conditions for crystallization are appropriately set. When an excimer laser is used, the pulse oscillation frequency is 300 Hz, and the laser energy density is 100 to 700 mJ / cm. 2 (Preferably 200 to 300 mJ / cm 2 ) When a YAG laser is used, the second harmonic is used to set the pulse oscillation frequency to 1 to 300 Hz and the laser energy density to 300 to 1000 mJ / cm. 2 (Preferably 350 to 500 mJ / cm 2 ) Then, a laser beam condensed in a linear shape with a width of 100 to 1000 μm (preferably a width of 400 μm) is irradiated over the entire surface of the substrate, and the superposition ratio (overlap ratio) of the linear beam at this time is 50 to 98%. You can go.
[0022]
However, in this embodiment, since the amorphous silicon film is crystallized using a metal element that promotes crystallization, the metal element remains in the crystalline silicon film. Therefore, an amorphous silicon film having a thickness of 50 to 100 nm is formed on the crystalline silicon film, and heat treatment (RTA method, thermal annealing using a furnace annealing furnace, etc.) is performed, and the amorphous silicon film Metal elements are diffused, and the amorphous silicon film is removed by etching after the heat treatment. As a result, the content of the metal element in the crystalline silicon film can be reduced or removed. In addition, after forming the semiconductor layers 214 to 217, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) may be doped (channel doping) in order to control the threshold value of the TFT.
[0023]
Next, a resist mask 218 is formed by photolithography, and first doping treatment is performed, and an impurity element imparting N-type conductivity is added to the semiconductor layers 214 to 217 at a low concentration (FIG. 3A). ). The first doping process may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. The condition of the ion doping method is a dose of 1 × 10 13 ~ 5x10 14 /cm 2 The acceleration voltage is 40 to 80 keV. As an impurity element imparting N-type conductivity, an element belonging to Group 15 may be used, and typically phosphorus (P) or arsenic (As) is used. In this embodiment, the dose amount is 5.0 × 10 5 by ion doping. 13 /cm 2 The impurity regions 219 to 222 were formed in a self-aligning manner using an acceleration voltage of 50 keV and P (phosphorus) as an impurity element imparting N-type conductivity. At this time, the first impurity regions 219 to 222 have 1 × 10 18 ~ 1x10 20 /cm Three An impurity element imparting N-type was added in a concentration range of.
[0024]
Subsequently, after removing the resist mask 218, a resist mask 223 is newly formed, and a second doping process is performed at an acceleration voltage higher than that of the first doping process (FIG. 3B). The condition of the ion doping method is a dose of 1 × 10 13 ~ 3x10 15 /cm 2 The acceleration voltage is set to 60 to 120 keV. In this embodiment, the dose amount is 3.0 × 10 15 /cm 2 As a result of performing the doping process under the condition of the acceleration voltage of 65 keV, the impurity regions 224 and 225 have 1 × 10 19 ~ 5x10 twenty one /cm Three An impurity element imparting N-type was added in a concentration range of. In addition, regions where no impurity element is added or regions where a small amount of impurity element is added (collectively referred to as channel formation regions in the present invention) 226 and 227 are formed.
[0025]
Next, after the resist mask 223 is removed, a resist mask 228 is newly formed (FIG. 3C). Thereafter, a third doping process is performed to form an impurity region in which an impurity element imparting a conductivity type opposite to the first conductivity type is added to the semiconductor layer which is an active layer of the P-channel TFT. In this embodiment mode, a resist mask 228 is used as a mask for the impurity element, an impurity element imparting p-type conductivity is added, and impurity regions 229 and 230 are formed in a self-aligning manner. The dose is 1 × 10 16 /cm 2 Under the condition that the acceleration voltage is 80 keV, diborane (B 2 H 6 ) Using an ion doping method. By this doping treatment, the concentration of the impurity element imparting P-type is 1 × 10 19 ~ 5x10 twenty one atoms / cm Three It was doped so as to be. In addition, channel formation regions 246 and 247 were formed.
[0026]
Note that a desired impurity region may be formed by two or more times of doping treatment by appropriately changing the conditions for performing the doping treatment.
[0027]
Next, as shown in FIG. 3D, the resist mask 228 is removed, and the heat treatment for the gate insulating film 211 and the activation treatment of the impurity element added to the semiconductor layer are performed at the same time. This treatment is preferably performed using the RTA method at a temperature of 600 to 800 degrees C. for a short time of about 1 to 240 seconds. At this time, the semiconductor layer and the gate insulating film are heated to about 700 ° C. due to the difference in heat absorption rate of each material, but the temperature of the substrate 200 becomes about 400 ° C., so that damage to the substrate 200 is suppressed. can do. In addition, by performing rapid heating for about 1 to 240 seconds, even in the above temperature range, the same effect can be obtained even for a thermally fragile glass substrate having a strain point of 700 degrees or less and distortion due to heat can be obtained. It becomes possible to suppress. In addition, since it is sufficient to perform RTA only on the portion where the TFT is formed, a region to be heated at a time can be reduced, and damage to the substrate can be suppressed.
Further, by heat treatment on the gate insulating film, minute silicon clusters taken into the film can be oxidized or nitrided, and internal strain can be relaxed to reduce the defect density in the film and the interface defect density.
Furthermore, since the metal layers 201 to 205 have a function of accumulating heat, heat is efficiently supplied to the semiconductor layers also from the metal layers 201 to 205, so that the activation efficiency can be increased. Furthermore, this process improves the CV characteristics (capacitance voltage dependency) of the TFT in which the gate insulating film is formed by the sputtering method, improves the hysteresis, and improves the reliability. For improvement of the CV characteristics, Japanese Patent Application No. 2002-226056 filed by the present applicant may be referred to.
Note that the RTA process may be performed after the gate insulating film 211 is formed (FIG. 2B), and only the heat treatment of the gate insulating film 211 may be performed. Alternatively, after the gate insulating film 211 and the semiconductors 214 to 217 are formed (FIG. 2C), the gate insulating film 211 and the semiconductors 214 to 217 may be subjected to heat treatment at the same time.
Alternatively, the step may be performed after a first interlayer insulating film made of an inorganic material is formed over the semiconductors 214 to 217. Then, hydrogen in the interlayer insulating film made of an inorganic material can be used to hydrogenate the semiconductor layer at the same time.
[0028]
Then, a first interlayer insulating film 231 made of an insulating film is formed (FIG. 3E). The first interlayer insulating film 231 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 100 to 200 nm using a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment mode, a silicon oxynitride film 231 having a thickness of 100 nm is formed by a plasma CVD method.
[0029]
A second interlayer insulating film 232 is formed on the first interlayer insulating film 231. As the second interlayer insulating film 232, a silicon oxide film formed by a CVD method, a silicon oxide film applied by an SOG (Spin On Glass) method or a spin coating method, an organic insulating film such as acrylic, or a non-photosensitive film The organic insulating film is formed with a thickness of 0.7 to 5 μm (preferably 2 to 4 μm). In this embodiment, the acrylic film 50 having a film thickness of 1.6 μm is formed by the CVD method. Note that the second interlayer insulating film 232 is preferably a film having excellent flatness because it has a strong meaning of alleviating unevenness due to the TFT formed over the substrate 200 and flattening.
[0030]
Next, a third interlayer insulating film 233 is formed on the second interlayer insulating film 232. As the third interlayer insulating film 233, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film is formed with a thickness of 0.1 to 0.2 μm by a sputtering method. In this embodiment, the silicon nitride film 233 is formed with a thickness of 0.1 μm by a sputtering method.
[0031]
By providing the first to third interlayer insulating films 231 to 233, it is possible to obtain a blocking action that prevents intrusion of various ionic impurities including oxygen and moisture in the air.
[0032]
Then, contact holes are formed by dry etching or wet etching (FIG. 1A). In this embodiment mode, the first to third interlayer insulating films 231 to 233 are etched to form contact holes reaching the impurity regions 224, 225, 229, and 230.
[0033]
Next, wirings 234 to 240 electrically connected to the impurity regions are formed. In this embodiment, the wirings 234 to 240 are formed by continuously forming a Ti film with a thickness of 100 nm, an Al film with a thickness of 350 nm, and a Ti film with a thickness of 100 nm by sputtering, and patterning and etching into a desired shape. Formed. Note that the structure is not limited to a three-layer structure, and may be a structure having two or less layers or a stacked structure having four or more layers. The wiring material is not limited to Al and Ti, and other conductive films may be used.
[0034]
Through the above steps, a driving circuit portion having a CMOS circuit including an N-channel TFT 242 and a P-channel TFT 243, an N-channel TFT (switching TFT) 244, and a P-channel TFT (driving TFT) 245 are provided. The pixel portion can be formed over the same substrate.
[0035]
The N-channel TFT 242 in the driver circuit portion includes a channel formation region 226 that overlaps with the gate electrode 207 and an impurity region 224 that functions as a source region or a drain region. A P-channel TFT 243 that is connected to the N-channel TFT 242 with a wiring 235 to form a CMOS circuit has a channel formation region 246 that overlaps with the gate electrode 208 and an impurity region 229 that functions as a source region or a drain region.
[0036]
The N-channel TFT 244 in the pixel portion includes a channel formation region 227 that overlaps with the gate electrode 209 and an impurity region 225 that functions as a source region or a drain region. The P-channel TFT 245 includes a channel formation region 247 that overlaps with the gate electrode 210 and an impurity region 230 that functions as a source region or a drain region.
[0037]
In the present invention, a metal layer is provided below the semiconductor layer of each of the TFTs 242-245. Therefore, the threshold voltage is stabilized, and variations in threshold voltage among a plurality of transistors on the substrate can be reduced.
[0038]
In this embodiment mode, the heat treatment of the gate insulating film and the activation treatment of the impurity element added to the semiconductor are performed simultaneously using rapid thermal annealing (RTA). When RTA is performed, heat is absorbed by the metal layer, and since instantaneous thermal annealing is performed only on a desired portion, heat treatment can be performed without adversely affecting the substrate. Productivity can be improved by this invention which has the said structure.
[0039]
(Embodiment 2)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a manufacturing process in which a driver circuit including a CMOS circuit and a pixel portion including a switching TFT and a driving TFT are formed over the same substrate will be described.
[0040]
A glass substrate or the like is used for the substrate 300 (FIG. 4A). Note that since the present invention is a manufacturing method which does not adversely affect a thermally fragile substrate, it is preferable to use such a substrate. In this embodiment, a glass substrate 300 is used.
[0041]
On the substrate 300, a metal having excellent heat resistance that can withstand the RTA processing temperature such as W-Si, Ag, and TaN is subjected to predetermined patterning and etching so as to have a desired shape, and the gate electrode 302 is formed. ˜305 is formed to a thickness of 50˜500 nm. In this embodiment, as the gate electrodes 302 to 305, W—Si is formed to a thickness of 200 nm by a sputtering method using a W target. A top view at this time is shown in FIG.
[0042]
Next, a gate insulating film 306 that covers the gate electrodes 302 to 305 is formed. The gate insulating film 306 is formed with an insulating film containing silicon with a thickness of 30 to 200 nm by a sputtering method. In this embodiment mode, a silicon nitride film 306a is formed with a thickness of 30 nm as the first layer of the gate insulating film 306, and a silicon oxide film 306b is formed with a thickness of 20 nm as the second layer. As described above, the effect produced by stacking the silicon nitride film 306a and the silicon oxide film 306b as the gate insulating film 306 is as described in Embodiment Mode 1, and thus is omitted here.
[0043]
Note that the gate insulating film 306 is not limited to a two-layer structure, and may have a structure of three or more layers. Alternatively, the gate insulating film 306 may be formed using a material other than a silicon oxide film and a silicon nitride film. In consideration of the dielectric constant of the thin film, the TFT is set so as to obtain a desired capacitance.
[0044]
Subsequently, an amorphous silicon film 307 is formed over the gate insulating film 306 (FIG. 4B). In this embodiment, an amorphous silicon film having a thickness of 55 nm is formed by plasma CVD. Thereafter, the solution 308 containing nickel is held on the amorphous silicon film, dehydrogenation (500 ° C., 1 hour) is performed on the amorphous silicon film, and then thermal crystallization (550 ° C., 4 hours). To form a crystalline silicon film.
[0045]
In this embodiment, since the amorphous silicon film is crystallized using a metal element that promotes crystallization, the metal element remains in the crystalline silicon film. Therefore, an insulating film is formed with a thickness of 5 to 500 nm on the crystalline silicon film, and then an amorphous silicon film is laminated and formed with a thickness of 5 to 500 nm on the insulating film. After that, patterning is performed so as to obtain a desired shape, and crystalline silicon 311 to 314, insulating layers 309a to 309d, and amorphous silicon 310a to 310d are stacked (FIG. 4C). In this embodiment, silicon oxides 309a to 309d having a thickness of 50 nm are formed over the crystalline silicon 311 to 314 as insulating layers, and then amorphous silicon containing argon (used as gettering sites) 310a to 310d is formed. It was formed with a thickness of 150 nm. After that, instantaneous thermal annealing (RTA) is performed only on a desired portion on the substrate 300, and gettering treatment for diffusing (segregating) metal elements in the amorphous silicon 310a to 310d and heat treatment for the gate insulating film 306 are performed. These two processes are performed simultaneously. By this treatment, the content of the metal element in the crystalline silicon 311 to 314 can be reduced or removed. Silicon oxides 309a to 309d and amorphous silicon 310a to 310d are removed by etching after RTA.
In this RTA, the amorphous silicon films 310a to 310d absorb the light of RTA, and the gate insulating film 304 is heat-treated at the same time. However, since the amorphous silicon film 310 is crystallized when heated at a high temperature and the gettering characteristics are deteriorated, the gettering characteristics are lowered. Ring treatment and heat treatment can be performed simultaneously.
The RTA treatment is preferably performed using the RTA method at a temperature of 600 to 800 degrees and a short time of about 1 to 240 seconds. At this time, the semiconductor layer and the gate insulating film are heated to about 700 ° C. due to the difference in heat absorption rate of each material, but the temperature of the substrate 300 becomes about 400 ° C., so that damage to the substrate 300 is suppressed. can do. In addition, by performing rapid heating for about 1 to 240 seconds, even in the above temperature range, the same effect can be obtained even for a thermally fragile glass substrate having a strain point of 700 degrees or less and distortion due to heat can be obtained. It becomes possible to suppress. In addition, since it is sufficient to perform RTA only on the portion where the TFT is formed, a region to be heated at a time can be reduced, and damage to the substrate can be suppressed.
Further, by heat treatment on the gate insulating film, minute silicon clusters taken into the film can be oxidized or nitrided, and internal strain can be relaxed to reduce the defect density in the film and the interface defect density.
[0046]
After that, semiconductor layers 311 to 314 were formed by patterning using a photolithography method (FIG. 4D). A top view at this time is shown in FIG. Note that after the semiconductor layers 311 to 314 are formed, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) may be doped (channel doping) in order to control the threshold value of the TFT.
[0047]
Note that the semiconductor layers 311 to 314 are not limited to an amorphous semiconductor film, and a compound semiconductor film having an amorphous structure such as a microcrystalline semiconductor film, a crystalline semiconductor film, or an amorphous silicon germanium film may be formed. Good.
[0048]
Next, a resist mask 315 is formed by photolithography, a first doping process is performed, and an impurity element imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layers 311 to 314 at a low concentration (FIG. 5A). ). The first doping process may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. In this embodiment, the dose amount is 5.0 × 10 5 by ion doping. 13 /cm 2 Impurity regions 316 to 319 were formed in a self-aligning manner using an acceleration voltage of 50 keV and P (phosphorus) as an impurity element imparting N-type conductivity. At this time, the impurity regions 316 to 319 have 1 × 10 18 ~ 1x10 20 /cm Three An impurity element imparting N-type was added in a concentration range of.
[0049]
Subsequently, after removing the resist mask 315, a new resist mask 320 is formed, and a second doping process is performed at a higher acceleration voltage than the first doping process (FIG. 5B). In this embodiment, the dose amount is 3.0 × 10 15 /cm 2 As a result of performing the doping process under the condition of the acceleration voltage of 65 keV, the impurity regions 321 and 322 are 1 × 10 19 ~ 5x10 twenty one /cm Three An impurity element imparting N-type was added in a concentration range of. In addition, channel formation regions 323 and 324 are formed.
[0050]
Next, after removing the resist mask 320, a resist mask 325 is newly formed (FIG. 5C). Thereafter, a third doping process is performed. In this embodiment mode, a resist mask 325 is used as a mask for the impurity element, an impurity element imparting p-type conductivity is added, and impurity regions 326 and 327 are formed in a self-aligning manner. The dose is 1 × 10 16 /cm 2 Under the condition that the acceleration voltage is 80 keV, diborane (B 2 H 6 ) Using an ion doping method. By this treatment, the concentration of the impurity element imparting P-type is 1 × 10. 19 ~ 5x10 twenty one atoms / cm Three It was doped so as to be. In addition, channel formation regions 328 and 329 were formed.
[0051]
Note that a desired impurity region may be formed by two or more times of doping treatment by appropriately changing the conditions for performing the doping treatment.
[0052]
Next, heat treatment (heat treatment) is performed to recover the crystallinity of the semiconductor layer and to activate the impurity element added to the semiconductor layer. This heat treatment is performed using a known method such as a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. The thermal annealing method may be performed at 400 to 700 ° C. in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less. In this embodiment, heat treatment is performed at 410 ° C. for 1 hour using a furnace annealing furnace. In addition to the thermal annealing method, a laser annealing method or an RTA method may be used.
[0053]
Next, the resist mask 325 is removed, and a first interlayer insulating film 330 made of an insulating film is formed (FIG. 5D). As the first interlayer insulating film 330, in this embodiment, a silicon oxynitride film 330 having a thickness of 100 nm is formed by a plasma CVD method.
[0054]
A second interlayer insulating film 331 is formed on the first interlayer insulating film 330. In this embodiment, the acrylic film 103 having a thickness of 1.6 μm is formed as the second interlayer insulating film 331 by a CVD method. Note that the second interlayer insulating film 331 is preferably a film having excellent flatness because it has a strong meaning of alleviating unevenness due to the TFT formed on the substrate 300 and flattening.
[0055]
Next, a third interlayer insulating film 332 is formed over the second interlayer insulating film 331. As the third interlayer insulating film 332, in this embodiment, the silicon nitride film 51 is formed with a thickness of 0.1 μm by a sputtering method.
[0056]
Next, contact holes are formed by dry etching or wet etching (FIG. 1B). In this embodiment mode, the first to third interlayer insulating films 330 to 332 are etched to form contact holes reaching the impurity regions 321, 322, 326, and 327.
[0057]
Next, wirings 333 to 339 electrically connected to the impurity regions are formed. In this embodiment, the wirings 333 to 339 are formed by continuously forming a Ti film with a thickness of 100 nm, an Al film with a thickness of 350 nm, and a Ti film with a thickness of 100 nm by sputtering, and patterning and etching into a desired shape. Formed. Note that the structure is not limited to a three-layer structure, and may be a structure having two or less layers or a stacked structure having four or more layers. The wiring material is not limited to Al and Ti, and other conductive films may be used.
[0058]
Through the above steps, a pixel having a drive circuit portion having a CMOS circuit composed of an N-channel TFT 340 and a P-channel TFT 341, an N-channel TFT (switching TFT) 342, and a P-channel TFT (drive TFT) 343. Can be formed on the same substrate
[0059]
The N-channel TFT 340 in the driver circuit portion includes a channel formation region 323 that overlaps with the gate electrode 302 and an impurity region 321 that functions as a source region or a drain region. A P-channel TFT 341 that is connected to the N-channel TFT 340 through a wiring 334 to form a CMOS circuit has a channel formation region 328 that overlaps with the gate electrode 303 and an impurity region 326 that functions as a source region or a drain region.
[0060]
The N-channel TFT 342 in the pixel portion includes a channel formation region 324 that overlaps with the gate electrode 304 and an impurity region 322 that functions as a source region or a drain region. In addition, the P-channel TFT 343 includes a channel formation region 329 that overlaps with the gate electrode 305 and an impurity region 327 that functions as a source region or a drain region.
[0061]
In this embodiment mode, the heat treatment of the gate insulating film and the gettering treatment of the impurity element added to the crystalline semiconductor are simultaneously performed using rapid thermal annealing (RTA). When RTA is performed, heat is absorbed by the amorphous semiconductor, and since instantaneous thermal annealing is performed only on a desired portion, heat treatment can be performed without adversely affecting the substrate. Productivity can be improved by this invention which has the said structure.
[0062]
This embodiment can be freely combined with Embodiment 1.
[0063]
(Embodiment 3)
In the above embodiment 2, as shown in FIG. 4B, after the amorphous silicon film 307 is formed, a solution containing a metal element 308 is applied to promote crystallization of the silicon film. . However, other methods described below may be used.
[0064]
First, as illustrated in FIG. 4A, a base film 301 is formed over a substrate 300, and gate electrodes 302 to 305 are formed over the base film 301. Thereafter, a gate insulating film 306 is formed so as to cover the gate electrodes 302 to 305. Next, an amorphous silicon film is formed so as to be in contact with the gate insulating film 306. Then, after patterning the amorphous silicon film into a desired shape, RTA is performed on the amorphous silicon film and the gate insulating film 306. Then, the crystallization process of the amorphous silicon film and the heat treatment of the gate insulating film 309 can be performed at the same time. At this time, heat is absorbed by the amorphous silicon film, and instantaneous thermal annealing is performed only at a desired location, so that heat treatment can be performed without adversely affecting the substrate. The subsequent steps may be performed as shown in the above-described embodiment 2 (FIGS. 5A to 5D).
[0065]
This embodiment can be freely combined with Embodiments 1 and 2.
[0066]
(Embodiment 4)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment mode, a cross-sectional structure in the case where a display device is formed using the TFT of the present invention will be described.
[0067]
After the TFTs arranged in the driver circuit portion and the pixel portion are formed over the insulating surface by the manufacturing process described in Embodiment Mode 1 (FIG. 1A), the TFT is electrically connected to the wiring 239 of the driver TFT 245. As described above, the first electrode 125 made of a transparent conductive film is formed. As the transparent conductive film, it is desirable to use a material having a high work function. For example, indium oxide and tin oxide compound (ITO), indium oxide and zinc oxide compound, zinc oxide, tin oxide, indium oxide And titanium nitride. In this embodiment, an ITO film with a thickness of 0.1 μm is formed as the first electrode 125 by a sputtering method.
[0068]
In this embodiment mode, after the wiring 239 is formed, the transparent conductive film is formed so as to be electrically connected to the wiring 239. However, another method may be used. For example, after forming a transparent conductive film and patterning the transparent conductive film, the TFT wiring 239 may be formed. A cross-sectional structure at that time is shown in FIG. Further, after the TFT wiring 239 is formed, an insulating film is formed, and then a contact hole is opened in the insulating film so as to reach the wiring 239. A transparent conductive film may be formed so as to be electrically connected to the wiring 239. A cross-sectional structure at that time is shown in FIG.
[0069]
Next, an insulating film 128 is formed so as to cover the end surface of the first electrode 125. The material for forming the insulating film 128 is not particularly limited, and the insulating film 128 can be formed using an inorganic or organic material. However, when the insulating film 128 is formed using a photosensitive organic material, the shape of the opening is different from that formed when the light emitting layer is deposited. This is preferable because it is difficult for cutting and the like to occur. For example, when a negative photosensitive resin is used as the material of the insulating film 128, a curved surface having a first radius of curvature at the upper end portion of the insulating film 128 and the lower end portion of the insulating film 128 as shown in FIG. Are formed to have a curved surface having a second radius of curvature. The first and second radii of curvature are preferably 0.2 μm to 3 μm, and the angle of the wall surface of the opening with respect to ITO is preferably 35 ° or more. When a positive photosensitive resin is used, the shape of the opening is a curved surface having a radius of curvature at the upper end of the insulating film as shown in FIG. Further, when the opening of the insulating film 128 is formed by dry etching, the shape is as shown in FIG.
[0070]
Then, it wipes using a PVA (polyvinyl alcohol) type porous body and removes dust and the like. In this embodiment, fine powder (dust) generated when the ITO or insulating film is etched is removed by wiping using a PVA porous material.
[0071]
Next, the light-emitting layer 126 is formed so as to be in contact with the first electrode 125. The light emitting layer 126 is formed by a vapor deposition method or a coating method (such as a spin coating method or an ink jet method). In this embodiment, vapor deposition was performed using the vapor deposition apparatus while moving the vapor deposition source. For example, the degree of vacuum is 5 × 10 -3 Torr (0.665 Pa) or less, preferably 10 -Four -10 -6 Deposition was performed in a deposition chamber evacuated to Torr. At the time of vapor deposition, the organic compound is vaporized in advance by resistance heating, and is scattered in the direction of the substrate by opening the shutter at the time of vapor deposition. That is, the vaporized organic compound was scattered upward and deposited on the substrate through the opening provided in the metal mask, whereby the light emitting layer 256 was formed.
[0072]
In addition, you may apply | coat PEDOT to the whole and perform baking for the vapor deposition pre-processing of the light emitting layer 126. FIG. At this time, since PEDOT does not have good wettability with ITO, it is preferable to apply PEDOT once, wash with water, and apply PEDOT again. Then, after heating at normal pressure to remove moisture, heating is performed in a reduced pressure atmosphere.
[0073]
In the present invention, one or a plurality of layers provided between the first and second electrodes constituting the light emitting element are collectively referred to as a light emitting layer 126. The light-emitting layer 126 can be formed using a low molecular weight organic compound material, a high molecular weight organic compound material, or an appropriate combination of both. Alternatively, a mixed layer in which an electron transporting material and a hole transporting material are appropriately mixed, or a mixed junction in which a mixed region is formed at each joint interface may be formed. In addition to organic materials, inorganic light emitting materials may be used. Further, the structure of the light emitting layer 126 is not particularly limited, and may be a structure in which layers made of a low molecular material are laminated, or a structure in which a layer made of a polymer material and a layer made of a low molecular material are laminated.
[0074]
Subsequently, a second electrode 127 is formed over the light emitting layer 126. The second electrode 127 is formed using a thin film including a metal (Li, Mg, Cs) having a small work function and a stacked film including a transparent conductive film stacked over a thin film including Li, Mg, or the like. The film thickness may be appropriately set so as to act as a cathode, but is formed to a thickness of about 0.01 to 1 μm by a known method (electron beam evaporation method or the like). However, when the electron beam evaporation method is used, if the acceleration voltage is too high, radiation is generated and the TFT is damaged. However, even if the acceleration voltage is too low, the film forming speed is lowered and productivity is lowered. Therefore, the second electrode 127 is not formed excessively than the film thickness that can function as a cathode. When the second electrode 127 is thin, the productivity is not greatly affected even when the deposition rate is low. However, although the problem of high resistance due to the thin film thickness of the cathode also occurs, it can be solved by forming a low resistance metal Al or the like on the cathode by resistance heating vapor deposition or sputtering method, etc. to form a laminated structure. To do. In this embodiment, Al—Li is formed to a thickness of 0.1 μm as the second electrode 127 by an electron beam evaporation method.
[0075]
Next, a protective film 129 is formed over the insulating film 128 and the second electrode 127. As the protective film 129, a film that hardly transmits a substance that causes deterioration of the light-emitting element such as moisture or oxygen as compared with other insulating films is used. Typically, it is desirable to use a DLC film, a carbon nitride film, a silicon nitride film formed by an RF sputtering method, or the like. The film thickness is preferably about 10 to 200 nm. In this embodiment mode, the silicon nitride film is formed with a thickness of 100 nm by a sputtering method.
[0076]
A stacked body of the first electrode 125, the light emitting layer 126, and the second electrode 127 formed in the steps up to here corresponds to the light emitting element 130. The first electrode 125 corresponds to an anode, and the second electrode 127 corresponds to a cathode. In the present invention, the excited state of the light emitting element 130 includes singlet excitation and triplet excitation, but light emission may pass through either excited state.
[0077]
FIG. 6B is a top view of one pixel in a display device using a light-emitting element. FIG. 6B shows a state where up to the pixel electrode 125 is formed. In the top view of FIG. 6B, a cross-sectional view corresponding to ABC is equivalent to FIG. FIG. 6C shows a circuit diagram of one pixel corresponding to FIG. 6B and 6C, reference numerals 204 and 205 denote metal layers, 121 a source line, 122 a gate line, 123 a power supply line, 124 a capacitor, 125 a first electrode (pixel electrode), and 244 Switching TFTs 245 correspond to driving TFTs.
[0078]
In this embodiment mode, a case where so-called bottom emission is performed in which light emitted from the light emitting element 30 is extracted from the substrate 200 side (bottom surface) is shown. However, so-called top emission, in which light is extracted from the surface of the substrate 200, may be performed. In that case, the first electrode 125 may be formed to correspond to a cathode, the second electrode 127 may be formed to correspond to an anode, and the second electrode 127 may be formed using a transparent material. The driving TFT 245 is preferably formed using an N-channel TFT. Note that the conductivity type of the driving TFT 245 may be changed as appropriate, but the capacitor element 124 is disposed so as to hold the gate-source voltage of the driving TFT 245. Note that this embodiment mode shows the case of a light-emitting device using the thin film transistor and the light-emitting element of the present invention; however, the present invention may be used for other display devices such as a liquid crystal display device.
[0079]
This embodiment can be freely combined with Embodiments 1 and 2.
[0080]
(Embodiment 5)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a top view of a display panel formed by sealing a substrate on which a TFT is formed with a sealing material, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. 8C and 8D are cross-sectional views taken along line AA ′ of FIG. 8C is a cross-sectional view of a display panel that emits light from the bottom surface that emits light in the direction of the TFT substrate, and FIG. 8D is a cross-sectional view of a display panel that emits light from the top surface that emits light in the direction of the counter substrate.
[0081]
8A to 8D, on a substrate 401, a pixel portion (display portion) 402, a signal line driver circuit 403 and scan line driver circuits 404a and 404b provided so as to surround the pixel portion 402 are provided. The sealing material 406 is provided so as to surround them. For the structure of the pixel portion 402, the above embodiment and the description thereof may be referred to. As the sealing material 406, a glass material, a metal material (typically a stainless steel material), a ceramic material, or a plastic material (including a plastic film) is used.
[0082]
The sealant 406 may be provided so as to overlap with part of the signal line driver circuit 403 and the scan line driver circuits 404a and 404b.
In the display panel illustrated in FIG. 8C, a sealing material 407 is provided using a sealing material 406, and a sealed space 408 is formed by the substrate 401, the sealing material 406, and the sealing material 407. The sealing material 407 is previously provided with a hygroscopic agent (barium oxide, calcium oxide, or the like) 409 in the recess, and adsorbs moisture, oxygen, or the like inside the sealed space 408 to maintain a clean atmosphere. Plays a role in suppressing deterioration. This recess is covered with a fine mesh-like cover material 410. The cover material 410 allows air and moisture to pass but does not allow the moisture absorbent 409 to pass. Note that the sealed space 408 may be filled with a rare gas such as nitrogen or argon, and may be filled with a resin or a liquid if inactive.
8D, a transparent counter substrate 421 is provided using a sealant 406, and a sealed space 422 is formed by the substrate 401, the counter substrate 421, and the sealant 406. The counter substrate 421 is provided with a color filter 420 and a protective film 423 for protecting the color filter. Light emitted from the light-emitting elements arranged in the pixel portion 402 is emitted to the outside through the color filter 420, and the display panel performs multicolor display. The sealed space 422 is filled with an inert resin or liquid. When performing multicolor display, the light emitting layer is set to emit each color of RGB, or a pixel provided with a light emitting layer that emits white light is disposed and a color filter or a color conversion layer is used. It may be set.
[0083]
An input terminal portion 411 for transmitting a signal to the signal line driver circuit 403 and the scanning line driver circuits 404a and 404b is provided on the substrate 401. Data such as a video signal is input to the input terminal portion 411 via the FPC 412. A signal is transmitted. A cross section of the input terminal portion 411 is as shown in FIG. 8B. An input wiring 413 including a wiring formed simultaneously with a scanning line or a signal line and a wiring 415 provided on the FPC 412 side are connected to a conductor 416. Is electrically connected using a resin 417 in which is dispersed. Note that the conductor 416 may be a spherical polymer compound that is plated with gold or silver.
[0084]
In this embodiment mode, an example in which the present invention is applied to a light-emitting panel using a light-emitting element is described; however, the present invention may be applied to a liquid crystal panel using a liquid crystal display element.
[0085]
This embodiment can be freely combined with Embodiments 1 to 3.
[0086]
(Embodiment 6)
As an electronic device to which the present invention is applied, a video camera, a digital camera, a goggle type display (head mounted display), a navigation system, a sound reproduction device (car audio, audio component, etc.), a notebook type personal computer, a game machine, portable information Plays back a recording medium such as a terminal (mobile computer, mobile phone, portable game machine or electronic book), and a recording medium (specifically, Digital Versatile Disc (DVD)) and displays the image. And the like). Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.
[0087]
FIG. 9A illustrates a light-emitting device, which includes a housing 2001, a support base 2002, a display portion 2003, a speaker portion 2004, a video input terminal 2005, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2003. Since the light-emitting device is a self-luminous type, a backlight is not necessary and a display portion thinner than a liquid crystal display can be obtained. Note that the light emitting device includes all display devices for displaying information such as for personal computers, for receiving TV broadcasts, and for displaying advertisements.
[0088]
FIG. 9B shows a digital still camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an image receiving portion 2103, operation keys 2104, an external connection port 2105, a shutter 2106, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2102.
[0089]
FIG. 9C illustrates a laptop personal computer, which includes a main body 2201, a housing 2202, a display portion 2203, a keyboard 2204, an external connection port 2205, a pointing mouse 2206, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2203.
[0090]
FIG. 9D illustrates a mobile computer, which includes a main body 2301, a display portion 2302, a switch 2303, operation keys 2304, an infrared port 2305, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2302.
[0091]
FIG. 9E illustrates a portable image reproducing device (specifically, a DVD reproducing device) provided with a recording medium, which includes a main body 2401, a housing 2402, a display portion A2403, a display portion B2404, and a recording medium (DVD or the like). A reading unit 2405, operation keys 2406, a speaker unit 2407, and the like are included. Although the display portion A 2403 mainly displays image information and the display portion B 2404 mainly displays character information, the present invention can be applied to the display portions A, B 2403, and 2404. Note that an image reproducing device provided with a recording medium includes a home game machine and the like.
[0092]
FIG. 9F illustrates a goggle type display (head mounted display), which includes a main body 2501, a display portion 2502, and an arm portion 2503. The present invention can be applied to the display portion 2502.
[0093]
FIG. 9G shows a video camera, which includes a main body 2601, a display portion 2602, a housing 2603, an external connection port 2604, a remote control receiving portion 2605, an image receiving portion 2606, a battery 2607, an audio input portion 2608, operation keys 2609, and the like. . The present invention can be applied to the display portion 2602.
[0094]
FIG. 9H illustrates a mobile phone, which includes a main body 2701, a housing 2702, a display portion 2703, an audio input portion 2704, an audio output portion 2705, operation keys 2706, an external connection port 2707, an antenna 2708, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2703. Note that the display portion 2703 can suppress current consumption of the mobile phone by displaying white characters on a black background.
[0095]
As described above, the applicable range of the present invention is so wide that it can be used for electronic devices in various fields. In addition, any of the configurations described in Embodiments 1 to 5 may be used for the electronic device of this embodiment.
[0096]
【The invention's effect】
In the present invention, instantaneous thermal annealing (RTA, local heating) is performed using a lamp (typically a halogen lamp) that performs heat treatment only at a desired location. Furthermore, in the present invention, instantaneous thermal annealing is performed after a metal layer or an amorphous semiconductor that absorbs heat is provided on a substrate. Then, the semiconductor and the gate insulating film of the thin film transistor are heated to about 700 degrees, but the temperature of the substrate becomes about 400 degrees, and damage to the substrate can be prevented. In the present invention, two processes of a heat treatment for the gate insulating film and an activation process for the impurity element added to the semiconductor or a gettering step for the metal element added to the semiconductor are simultaneously performed using RTA. Furthermore, since RTA can be performed in a short time, the present invention is expected to improve productivity.
[0097]
Further, in the present invention, a gate insulating film is manufactured using a sputtering apparatus that uses an inert gas and has a simple configuration. Furthermore, the present invention provides a dielectric constant of a thin film used for each layer in order to form a gate insulating film thick enough to obtain a desired withstand voltage and to make it difficult to reduce the capacitance between the semiconductor constituting the TFT and the gate electrode. Is set so that a desired capacitance can be obtained as a TFT. Specifically, the gate insulating film has a two-layer structure, and the two-layer gate insulating film is continuously formed by a sputtering method. The first layer of the gate electrode / gate insulating film is a silicon nitride film (dielectric constant: about 7.5) / the second layer of the gate insulating film is a silicon oxide film (dielectric constant: about 3.5) / active layer Laminate sequentially. Then, by performing the instantaneous thermal annealing on the gate insulating film, its CV characteristics (capacitance voltage dependency) are improved, the hysteresis is improved, and the reliability is improved.
[0098]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a thin film transistor of the present invention.
FIGS. 2A to 2C illustrate a manufacturing process of a thin film transistor of the present invention. FIGS.
FIGS. 3A to 3C illustrate a manufacturing process of a thin film transistor of the present invention. FIGS.
4A to 4C illustrate a manufacturing process of a thin film transistor of the present invention.
FIGS. 5A and 5B illustrate a manufacturing process of a thin film transistor of the present invention. FIGS.
6 is a cross-sectional view of a thin film transistor of the present invention. FIG.
7 is a cross-sectional view of a thin film transistor of the present invention. FIG.
FIG. 8 shows a display panel.
FIG 9 illustrates an electronic device.

Claims (4)

歪点が700℃以下であるガラス基板上に金属層を形成し、
前記金属層上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に前記金属層と重なるようにゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に窒化珪素でなる第1のゲート絶縁膜と、酸化珪素でなる第2のゲート絶縁膜と、をスパッタリング法により連続的に形成し、
前記第2のゲート絶縁膜上に前記ゲート電極と重なるように第1の非晶質半導体層を形成し、
前記第1の非晶質半導体層に金属元素を添加して加熱することにより結晶質半導体層を形成し、
前記結晶質半導体層上に第2の非晶質半導体層を形成し、
前記第1のゲート絶縁膜及び前記第2のゲート絶縁膜、並びに前記結晶質半導体層及び前記第2の非晶質半導体層に局所的にRTAにより600〜800℃の温度で1〜240秒加熱処理を行って、
前記結晶質半導体層に含まれる前記金属元素を前記第2の非晶質半導体層に拡散させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a metal layer on a glass substrate having a strain point of 700 ° C. or lower,
Forming an insulating film on the metal layer;
Forming a gate electrode on the insulating film so as to overlap the metal layer;
A first gate insulating film made of silicon nitride and a second gate insulating film made of silicon oxide are continuously formed on the gate electrode by a sputtering method,
Forming a first amorphous semiconductor layer on the second gate insulating film so as to overlap the gate electrode;
Forming a crystalline semiconductor layer by adding and heating a metal element to the first amorphous semiconductor layer;
Forming a second amorphous semiconductor layer on the crystalline semiconductor layer;
The first gate insulating film and the second gate insulating film, and the crystalline semiconductor layer and the second amorphous semiconductor layer are locally heated by RTA at a temperature of 600 to 800 ° C. for 1 to 240 seconds. Process,
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by diffusing the metal element contained in the crystalline semiconductor layer into the second amorphous semiconductor layer.
歪点が700℃以下であるガラス基板上に、珪化タングステン、銀、窒化タンタルのいずれか一を用いて金属層を形成し、
前記金属層と重なるようにゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に窒化珪素でなる第1のゲート絶縁膜と、酸化珪素でなる第2のゲート絶縁膜と、をスパッタリング法により連続的に形成し、
前記第2のゲート絶縁膜上に前記ゲート電極と重なるように第1の非晶質半導体層を形成し、
前記第1の非晶質半導体層に金属元素を添加して加熱することにより結晶質半導体層を形成し、
前記結晶質半導体層上に第2の非晶質半導体層を形成し、
前記第1のゲート絶縁膜及び前記第2のゲート絶縁膜、並びに前記結晶質半導体層及び前記第2の非晶質半導体層に局所的にRTAにより600〜800℃の温度で1〜240秒加熱処理を行って、
前記結晶質半導体層に含まれる前記金属元素を前記第2の非晶質半導体層に拡散させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
On a glass substrate having a strain point of 700 ° C. or lower, a metal layer is formed using any one of tungsten silicide, silver, and tantalum nitride ,
Forming a gate electrode so as to overlap the metal layer;
A first gate insulating film made of silicon nitride and a second gate insulating film made of silicon oxide are continuously formed on the gate electrode by a sputtering method,
Forming a first amorphous semiconductor layer on the second gate insulating film so as to overlap the gate electrode;
Forming a crystalline semiconductor layer by adding and heating a metal element to the first amorphous semiconductor layer;
Forming a second amorphous semiconductor layer on the crystalline semiconductor layer;
The first gate insulating film and the second gate insulating film, and the crystalline semiconductor layer and the second amorphous semiconductor layer are locally heated by RTA at a temperature of 600 to 800 ° C. for 1 to 240 seconds. Process,
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by diffusing the metal element contained in the crystalline semiconductor layer into the second amorphous semiconductor layer.
歪点が700℃以下であるガラス基板上に、珪化タングステン、銀、窒化タンタルのいずれか一を用いて金属層を形成し、
前記金属層上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に前記金属層と重なるようにゲート電極を形成し、
前記ゲート電極上に窒化珪素でなる第1のゲート絶縁膜と、酸化珪素でなる第2のゲート絶縁膜と、をスパッタリング法により連続的に形成し、
前記第2のゲート絶縁膜上に前記ゲート電極と重なるように第1の非晶質半導体層を形成し、
前記第1の非晶質半導体層に金属元素を添加して加熱することにより結晶質半導体層を形成し、
前記結晶質半導体層上に第2の非晶質半導体層を形成し、
前記第1のゲート絶縁膜及び前記第2のゲート絶縁膜、並びに前記結晶質半導体層及び前記第2の非晶質半導体層に局所的にRTAにより600〜800℃の温度で1〜240秒加熱処理を行って、
前記結晶質半導体層に含まれる前記金属元素を前記第2の非晶質半導体層に拡散させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
On a glass substrate having a strain point of 700 ° C. or lower, a metal layer is formed using any one of tungsten silicide, silver, and tantalum nitride ,
Forming an insulating film on the metal layer;
Forming a gate electrode on the insulating film so as to overlap the metal layer;
A first gate insulating film made of silicon nitride and a second gate insulating film made of silicon oxide are continuously formed on the gate electrode by a sputtering method,
Forming a first amorphous semiconductor layer on the second gate insulating film so as to overlap the gate electrode;
Forming a crystalline semiconductor layer by adding and heating a metal element to the first amorphous semiconductor layer;
Forming a second amorphous semiconductor layer on the crystalline semiconductor layer;
The first gate insulating film and the second gate insulating film, and the crystalline semiconductor layer and the second amorphous semiconductor layer are locally heated by RTA at a temperature of 600 to 800 ° C. for 1 to 240 seconds. Process,
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by diffusing the metal element contained in the crystalline semiconductor layer into the second amorphous semiconductor layer.
請求項1乃至請求項のいずれか一項において、前記金属元素はニッケルであることを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of claims 1 to 3, the method for manufacturing a semiconductor device, wherein the metal element is nickel.
JP2002326047A 2002-11-08 2002-11-08 Method for manufacturing semiconductor device Expired - Fee Related JP4128428B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002326047A JP4128428B2 (en) 2002-11-08 2002-11-08 Method for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002326047A JP4128428B2 (en) 2002-11-08 2002-11-08 Method for manufacturing semiconductor device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2004165221A JP2004165221A (en) 2004-06-10
JP2004165221A5 JP2004165221A5 (en) 2005-12-02
JP4128428B2 true JP4128428B2 (en) 2008-07-30

Family

ID=32805095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002326047A Expired - Fee Related JP4128428B2 (en) 2002-11-08 2002-11-08 Method for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4128428B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5663214B2 (en) * 2009-07-03 2015-02-04 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for manufacturing semiconductor device
KR101791812B1 (en) * 2009-09-04 2017-10-30 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Manufacturing method of semiconductor device
JP5528475B2 (en) * 2009-12-29 2014-06-25 シャープ株式会社 Active matrix substrate and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004165221A (en) 2004-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9362307B2 (en) Thin film transistor, electronic device having the same, and method for manufacturing the same
JP4994513B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3989763B2 (en) Semiconductor display device
JP5079154B2 (en) Display device
JP4798907B2 (en) Semiconductor device
JP4338934B2 (en) Wiring fabrication method
JP2018036661A (en) Display device
JP4993938B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
KR20030082385A (en) Semiconductor display device
KR100549761B1 (en) Semiconductor display device, manufacturing method thereof and active matrix display device
JP4651922B2 (en) EL display device
JP5360756B2 (en) Organic electroluminescent display device and manufacturing method thereof
JP2003084687A (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
JP2005150105A (en) Display device and manufacturing method thereof
JP4387090B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4128428B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP4986351B2 (en) Semiconductor device
JP2007123297A (en) Semiconductor device and its fabrication process
JP3980960B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device and light emitting device
JP4421197B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2004061825A6 (en) Manufacturing method of semiconductor device and light emitting device
JP2004327977A (en) Thin film transistor and method for manufacturing the same
JP4293412B2 (en) Method for producing crystalline silicon film
JP2003298069A (en) Semiconductor display device, its manufacturing method, and active-matrix display device
JP5386626B2 (en) Display device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051014

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051014

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060307

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071016

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071213

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080129

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080208

A911 Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20080407

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080513

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080514

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110523

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110523

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110523

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120523

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120523

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130523

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130523

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140523

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees