JP4176366B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜トランジスタ(以下、TFTという)で構成された回路を有する半導体装置の作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置およびその様な電気光学装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【0002】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【0003】
【従来の技術】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜(厚さ数〜数百nm程度)を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはICや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。
【0004】
TFTに好適に用いられる結晶質半導体膜の材料はシリコンである。結晶構造を有するシリコン膜(以下、結晶質シリコン膜という)は、プラズマCVD法や減圧CVD法により、ガラスまたは石英などの基板上に堆積した非晶質シリコン膜を、加熱処理、或いはレーザー光の照射(以下、本明細書中においてレーザー処理という)により結晶化したものが適用されてきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法で作製される結晶質シリコン膜は、その結晶方位面がランダムに存在し、特定の結晶方位に対する配向率が低かった。配向率が低い場合、異なる方位の結晶がぶつかる結晶粒界で、格子の連続性を保持することが殆ど不可能となり、不対結合手が多く形成されることを推定できる。粒界にできる不対結合手はキャリア(電子・ホール)の捕獲中心となり、輸送特性を低下させている。即ち、キャリアが散乱されたりトラップされたりするため、このような結晶質半導体膜でTFTを作製しても高い電界効果移動度を有するTFTを期待することができない。
【0006】
また、結晶構造を有するシリコン膜、即ち、ポリシリコン膜中には歪みや欠陥等が多く存在している。これらはキャリアのトラップとして働き、電気的特性を悪化させる。従って、TFTのチャネル形成領域でも、歪みの存在形態や、格子欠陥の体積などは特性の変動を生じさせる大きな原因の一つとなる。
【0007】
本発明は、このような問題点を解決する手段を提供することを目的とし、非晶質半導体膜を結晶化して得られる結晶質半導体膜の配向率を高めるとともに、歪みを緩和し、そのような結晶質半導体膜を用いたTFTを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、非晶質半導体膜の形成時、または形成後において半導体膜中に希ガス、代表的にはアルゴンを含ませて結晶化させることによって膜の配向率を高めることができ、且つ、結晶化前と比較して結晶化後の半導体膜中に存在する歪みを緩和させることを特徴としている。
【0009】
また、本発明の結晶化は、シリコンの結晶化を助長する金属元素を導入し、従来よりも低い温度の加熱処理で結晶質シリコン膜を作製する。そして、後に行うレーザー光の照射で膜中の希ガスを除去または低減することを特徴としている。
【0010】
結晶方位の分布は、反射電子回折パターン(EBSP:Electron Backscatter diffraction Pattern)により求めればよい。EBSPは走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscopy)に専用の検出器を設け、一次電子の後方散乱から結晶方位を分析する手法である。結晶構造を持った試料に電子線が入射すると、後方にも非弾性散乱が起こり、その中には試料中でブラッグ回折による結晶方位に特有の線状パターン(一般に菊地像と呼ばれる)も合わせて観察される。EBSPは検出器スクリーンに映った菊地像を解析することにより試料の結晶方位を求めている。試料の電子線の当たる位置を移動させつつ方位解析を繰り返す(マッピング測定)ことで、面状の試料について結晶方位または配向の情報を得ることができる。マッピング測定により各結晶粒の結晶方位がすべて求まると、膜に対する結晶配向の状態を統計的に表示できる。
【0011】
本発明者らは、以下に示す実験を行った。
【0012】
(実験)
まず、ガラス基板上に下地絶縁膜(酸化窒化シリコン膜、膜厚150nm)を形成し、その上にプラズマCVD法により膜厚54nmの非晶質シリコン膜を形成した試料を用意した。次いで、イオンドーピング法により非晶質シリコン膜にアルゴンを添加した。この時のイオンドーピングの条件は、加速電圧を30kV、ドーズ量を2×1015/cm2とし、膜中に含まれるアルゴンの濃度が約3×1020/cm3となるよう設定した。次いで、ニッケルを重量換算で100ppm含む溶液を塗布した後、500℃、1時間の熱処理を行った後、さらに600℃、8時間の熱処理を行って結晶化させて結晶構造を有するシリコン膜を形成した。こうして得られた結晶構造を有するシリコン膜における結晶方位の分布をEBSPにより調べた。
【0013】
図14にEBSPから求められる逆極点の図を示す。逆極点図は多結晶体の優先配向を表示する際によく用いられるもので、試料のある特定の面(ここでは膜表面)が、どの格子面に一致しているかを集合的に表示したものである。なお、図14の扇形状の枠は一般に標準三角形と呼ばれるもので、この中に立方晶系における全ての指数が含まれている。また、この図中における長さは、結晶方位における角度に対応している。たとえば{001}と{101}の間は45度、{101}と{111}の間は35.26度、{111}と{001}の間は54.74度である。
【0014】
また、図14は、マッピングにおける全測定点を標準三角形内にプロットしたものであり、{101}付近と{111}付近とで点の密度が濃くなっていることから、特定の指数(ここでは{101}と{111})に優先配向していることが読み取れる。
【0015】
このように特定の指数に優先配向している事がわかった場合、その指数近傍にどの程度の結晶粒が集まっているか、その割合を数値化することで、優先配向の度合いをよりイメージしやすくなる。図14に示した逆極点図において{101}からのずれ角10度の範囲に存在する点数の全体に対する割合を配向率として示すことができる。
【0016】
こうして得られる配向率は、反射電子線回折パターン法で検出される{101}面の前記シリコン膜の表面となす角が10度以内である割合が16%であり、かつ、{111}面の前記半導体膜の表面となす角が10度以内である割合が14%であり、かつ、{001}面の前記半導体膜の表面となす角が10度以内である割合が1%であった。即ち、{001}面と比べれば、結晶の配向率は{101}面と{111}面とにより強く配向している。
【0017】
また、歪みについての情報は、X線回折法により求めればよい。X線回折法では、回折角2θをスキャンしながら回折強度の測定を行う。このとき強度がピークとなった2θの測定からブラッグの式(2d sinθ=λ、λはX線の波長)格子面間隔dを求めることができる。ここで2θスキャンを遅くしてピーク位置を精密に求めると、格子に加わっている歪みについての情報も得ることができる。
【0018】
本明細書で開示する発明の構成は、
絶縁表面上に非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成する第1工程と、
前記非晶質構造を有する第1の半導体膜に希ガス元素を添加する第2工程と、
前記非晶質構造を有する第1の半導体膜に金属元素を添加する第3工程と、
前記第1の半導体膜を加熱処理した後、レーザー光を照射して結晶化を行い、結晶構造を有する第1の半導体膜を形成する第4工程と、
前記結晶構造を有する第1の半導体膜の表面にバリア層を形成する第5の工程と、
前記バリア層上に希ガス元素を含む第2の半導体膜を形成する第6工程と、
前記第2の半導体膜に前記金属元素をゲッタリングして結晶構造を有する第1の半導体膜中の前記金属元素を除去または低減する第7工程と、
前記第2の半導体膜を除去する第8工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0019】
上記構成において、前記バリア層を形成する工程は、レーザー光の照射により前記結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化した後、さらにオゾンを含む溶液で前記結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する工程であることを特徴としている。
【0020】
また、上記構成において、前記第2工程の際、前記非晶質構造を有する第1の半導体膜の膜中に希ガス元素を1×1017/cm3以上、好ましくは1×1020/cm3〜3×1020/cm3の濃度範囲で添加することを特徴としている。
【0021】
また、上記構成において、前記第4の工程におけるレーザー光の照射で第1の半導体膜中に含まれる希ガス元素は、除去または低減されることを特徴としている。
【0022】
また、上記各構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザである。代表的には、前記レーザは、連続発振またはパルス発振のYAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ti:サファイアレーザから選ばれた一種または複数種である。或いは、上記各構成において、前記レーザは連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Arレーザ、Krレーザから選ばれた一種または複数種である。
【0023】
レーザー光により第1の半導体膜中に含まれる希ガス元素は、除去または低減されることを確認する実験を行った。図15にTXRFによるAr/Si濃度比を示す。実験では成膜時にArを含ませたアモルファスシリコン膜を用いて成膜直後に測定した結果と、Niを重量換算で10ppm含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布したサンプルをそれぞれ用意して580℃、6時間の熱処理(SPC)後に測定した結果と、その後、エキシマレーザー光を照射(LC)した後に測定した結果とを図15中の○印で示している。また、Niを重量換算で100ppm含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布したサンプルをそれぞれ用意して550℃、8時間の熱処理(SPC)後に測定した結果と、その後、エキシマレーザー光を照射(LC)した後に測定した結果とを図15中の△印で示している。図15からレーザー光照射によって、半導体膜中に含まれる希ガス元素は、大幅に除去または低減されることが読み取れる。
【0024】
また、他の発明の構成は、
絶縁表面上に非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成する第1工程と、
前記非晶質構造を有する第1の半導体膜に希ガス元素を添加する第2工程と、
前記非晶質構造を有する第1の半導体膜に金属元素を添加する第3工程と、
前記第1の半導体膜を加熱処理した後、レーザー光を照射して結晶化を行い、結晶構造を有する第1の半導体膜を形成する第4工程と、
前記結晶構造を有する第1の半導体膜に希ガス元素を選択的に添加して、希ガス元素を含む領域を形成する第5工程と、
前記希ガス元素を含む領域に前記金属元素をゲッタリングして結晶構造を有する第1の半導体膜中の前記金属元素を選択的に除去または低減する第6工程と、
前記希ガス元素を含む領域を除去する第7工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0025】
また、上記構成において、前記第2工程の際、前記非晶質構造を有する第1の半導体膜の膜中に希ガス元素を1×1017/cm3以上、好ましくは1×1020/cm3〜3×1020/cm3の濃度範囲で添加することを特徴としている。
【0026】
また、上記構成において、前記第4の工程におけるレーザー光の照射で第1の半導体膜中に含まれる希ガス元素は、除去または低減されることを特徴としている。
【0027】
また、上記各構成において、前記第2の半導体膜は、希ガス元素を含む雰囲気中で半導体をターゲットとするスパッタ法により形成することを特徴としている。また、希ガス元素を含む雰囲気中でリンまたはボロンを含む半導体をターゲットとするスパッタ法により形成してもよい。また、上記各構成において、前記第2の半導体膜は、希ガス元素を含む雰囲気中で成膜を行うPCVD法により形成してもよい。
【0028】
また、上記各構成において、前記第6工程は、加熱処理、或いは、前記半導体膜に強光を照射する処理であることを特徴としている。また、前記第6工程は、加熱処理を行い、且つ、前記半導体膜に強光を照射する処理であってもよい。
【0029】
また、上記各構成において、前記強光は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光であることを特徴としている。
【0030】
また、上記各構成において、前記第6の工程を行う際、第2の半導体膜に含まれる希ガス元素の濃度は、結晶構造を有する第1の半導体膜に含まれる希ガス元素の濃度よりも高く設定することが好ましい。
【0031】
また、成膜時に希ガス元素を含ませて非晶質構造を有する半導体膜を形成した後、結晶化を助長させる金属元素を用いて結晶化させてもよく、本発明の他の構成は、
絶縁表面上に希ガス元素を含み、非晶質構造を有する半導体膜を形成する第1工程と、
前記非晶質構造を有する半導体膜に金属元素を添加する第2工程と、
前記第1の半導体膜を加熱処理した後、レーザー光を照射して結晶化を行い、結晶構造を有する半導体膜を形成する第3工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【0032】
また、成膜時に希ガス元素を含ませて非晶質構造を有する半導体膜を形成した後、結晶化を助長させる金属元素を用いて結晶化させ、さらにゲッタリングを行ってもよく、本発明の他の構成は、
絶縁表面上に希ガス元素を含み、非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成する第1工程と、
前記非晶質構造を有する第1の半導体膜に金属元素を添加する第2工程と、
前記第1の半導体膜を加熱処理した後、レーザー光を照射して結晶化を行い、結晶構造を有する第1の半導体膜を形成する第3工程と、
前記結晶構造を有する第1の半導体膜の表面にバリア層を形成する第4の工程と、
前記バリア層上に希ガス元素を含む第2の半導体膜を形成する第5工程と、
前記第2の半導体膜に前記金属元素をゲッタリングして結晶構造を有する第1の半導体膜中の前記金属元素を除去または低減する第6工程と、
前記第2の半導体膜を除去する第7工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0033】
また、上記構成においても、前記第2の半導体膜は、希ガス元素を含む雰囲気中で半導体をターゲットとするスパッタ法により形成してもよいし、希ガス元素を含む雰囲気中で成膜を行うPCVD法により形成してもよい。また、希ガス元素を含む雰囲気中でリンまたはボロンを含む半導体をターゲットとするスパッタ法により形成してもよい。
【0034】
また、上記構成において、前記第2の半導体膜の形成工程を行う際、第2の半導体膜に含まれる希ガス元素の濃度は、結晶構造を有する第1の半導体膜に含まれる希ガス元素の濃度よりも高く設定することが好ましい。
【0035】
また、上記各構成において、前記金属元素はFe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【0036】
また、上記各構成において、前記希ガス元素はHe、Ne、Ar、Kr、Xeから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【0037】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、以下に説明する。
【0038】
本発明は、絶縁表面上に非晶質半導体膜を形成するプロセスと、前記非晶質半導体膜に希ガス元素を添加するプロセスと、結晶化を助長する金属元素を添加するプロセスと、加熱処理により第1の結晶化を行うプロセスと、レーザー光の照射により第2の結晶化を行うプロセスとを有している。
【0039】
なお、加熱処理とは、炉を用いた熱処理であってもよいし、ランプ光源から強光を照射する処理であってもよいし、熱処理と同時に強光を照射してもよい。
【0040】
また、上記プロセスにより得られた結晶構造を有する半導体膜から金属元素を除去または低減することが望ましい。こうして得られる結晶構造を有する半導体膜を所望の形状にパターニングしてTFTの活性層に用いる。
【0041】
以下に本発明を用いた代表的なTFTの作製手順を簡略に図1及び図2を用いて示す。
【0042】
(実施の形態1)
図1(A)中、100は、絶縁表面を有する基板、101はブロッキング層となる絶縁膜、102は非晶質構造を有する半導体膜である。
【0043】
図1(A)において、基板100はガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0044】
まず、基板100上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜(SiOxy)等の絶縁膜から成る下地絶縁膜101を形成する。代表的な一例は下地絶縁膜101として2層構造から成り、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第1酸化窒化シリコン膜を50〜100nm、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第2酸化窒化シリコン膜を100〜150nmの厚さに積層形成する構造が採用される。また、下地絶縁膜101の一層として膜厚10nm以下の窒化シリコン膜(SiN膜)、或いは第2酸化窒化シリコン膜(SiNxy膜(X≫Y))を用いることが好ましい。ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、半導体膜と接する下地絶縁膜を窒化シリコン膜とすることは極めて有効である。また、第1酸化窒化シリコン膜、第2酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した3層構造を用いてもよい。
【0045】
次いで、下地絶縁膜101上に非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成する。第1の半導体膜は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマCVD法や減圧CVD法、或いはスパッタ法で10〜100nmの厚さに形成する。後の結晶化で良質な結晶構造を有する半導体膜を得るためには、非晶質構造を有する第1の半導体膜の膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を5×1018/cm3(二次イオン質量分析法(SIMS)にて測定した原子濃度)以下に低減させておくと良い。これらの不純物は後の結晶化を妨害する要因となり、また、結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理(電界研磨処理)やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のCVD装置を用いることが望ましい。
【0046】
次いで、第1の半導体膜102に希ガス元素をイオンドーピング法またはイオン注入法により添加する。(図1(A))希ガス元素としてはヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用いる。ここでは、これら不活性気体をイオンソースとして用い、イオンドープ法或いはイオン注入法で半導体膜に注入する例を示す。ここでは、希ガス元素の濃度を1×1017/cm3以上、好ましくは1×1020/cm3〜3×1020/cm3となるよう第1の半導体膜に添加する。これら不活性気体のイオンを注入する意味は、第1の半導体膜の格子間に当該イオンを注入することで歪みを緩和することである。特に、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)などシリコンより原子半径の大きな元素を用いた時に顕著に得られる。
【0047】
また、ここでは、第1の半導体膜の成膜後に希ガスを添加した例を示したが、成膜時に希ガス元素が含まれるように第1の半導体膜を形成してもよい。例えば、シランを含む反応ガスにアルゴンガスを混合してPCVD法により第1の半導体膜を形成すればよい。また、希ガス元素を含む雰囲気下でスパッタ法により成膜することによって、希ガス元素を膜中に含み、且つ、非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成してもよい。
【0048】
次いで、非晶質構造を有する第1の半導体膜を結晶化させるが、膜中に希ガス元素を含ませたことによって、結晶化が困難なものとなる。そこで、本発明では結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がる結晶構造を有する半導体膜を形成する。まず、希ガス元素を含み、且つ非晶質構造を有する第1の半導体膜102の表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素(ここでは、ニッケル)を重量換算で1〜100ppm含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層103を形成する。(図1(B))塗布によるニッケル含有層103の形成方法以外の他の手段として、スパッタ法、蒸着法、またはプラズマ処理により極薄い膜を形成する手段を用いてもよい。また、ここでは、全面に塗布する例を示したが、マスクを形成して選択的にニッケル含有層を形成してもよい。
【0049】
次いで加熱処理を行い、結晶化を行う。(図1(C))ここでは、脱水素化のための熱処理(450℃〜500℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(550℃〜650℃で4〜24時間)を行う。また、強光の照射により結晶化を行う場合は、赤外光、可視光、または紫外光のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることが可能であるが、代表的には、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いる。ランプ光源は、1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1回〜10回繰り返し、半導体膜が瞬間的に600〜1000℃程度になるよう加熱すればよい。なお、必要であれば、強光を照射する前に非晶質構造を有する第1の半導体膜102に含有する水素を放出させる熱処理を行ってもよい。また、熱処理と強光の照射とを同時に行って結晶化を行ってもよい。生産性を考慮すると、結晶化は強光の照射により結晶化を行うことが望ましい。なお、ここではシリコンの結晶化を助長する金属元素としてニッケルを用いた結晶化技術を用いたが、他の公知の結晶化技術、例えば固相成長法やレーザー結晶化法を用いてもよい。
【0050】
次いで、結晶化率(膜の全体積における結晶成分の割合)を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、結晶構造を有する第1の半導体膜104に対してレーザー光を照射する。レーザー光を照射した際、表面に薄い酸化膜(図示しない)が形成される。また、レーザー光を照射した際、第1の半導体膜膜中の希ガス元素が除去または低減される。このレーザー光には波長400nm以下のエキシマレーザー光や、YAGレーザーの第2高調波、第3高調波を用いる。
【0051】
このようにして得られる第1の半導体膜104の配向率は高く、歪みも緩和されている。
【0052】
なお、ここではパルスレーザーを用いた例を示したが、連続発振のレーザーを用いてもよく、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高調波〜第4高調波を適用するのが好ましい。代表的には、Nd:YVO4レーザー(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を適用すればよい。連続発振のレーザーを用いる場合には、出力10Wの連続発振のYVO4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換する。また、共振器の中にYVO4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そして、10〜2000cm/s程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射すればよい。
【0053】
なお、ここではシリコンの結晶化を助長する金属元素としてニッケルを用いた熱結晶化を行った後にレーザー光を照射する技術を用いたが、ニッケルを添加することなく、連続発振のレーザー(YVO4レーザーの第2高調波)でアモルファスシリコン膜を結晶化させてもよい。
【0054】
また、金属元素を添加した後、熱処理を行って得られる第1の半導体膜104には、金属元素(ここではニッケル)が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、1×1019/cm3を越える濃度で残存している。勿論、このような状態でもTFTをはじめ各種半導体素子を形成することが可能であるが、以降に示す方法で当該元素を除去する。
【0055】
上記結晶化後のレーザー光の照射により形成された酸化膜では、不十分であるため、さらに、オゾン含有水溶液(代表的にはオゾン水)で酸化膜(ケミカルオキサイドと呼ばれる)を形成して合計1〜10nmの酸化膜からなるバリア層105を形成し、このバリア層105上に希ガス元素を含む第2の半導体膜106を形成する。(図2(A))なお、ここでは、結晶構造を有する第1の半導体膜104に対してレーザー光を照射した場合に形成される酸化膜もバリア層105の一部と見なしている。このバリア層105は、後の工程で第2の半導体膜106のみを選択的に除去する際にエッチングストッパーとして機能する。また、オゾン含有水溶液に代えて、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理しても同様にケミカルオキサイドを形成することができる。また、他のバリア層105の形成方法としては、酸素雰囲気下の紫外線の照射でオゾンを発生させて前記結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化して形成してもよい。また、他のバリア層105の形成方法としては、プラズマCVD法やスパッタ法や蒸着法などで1〜10nm程度の酸化膜を堆積してバリア層としても良い。また、他のバリア層105の形成方法としては、クリーンオーブンを用い、200〜350℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成しても良い。なお、上記方法のいずれか一の方法、またはそれらの方法を組み合わせて形成されたバリア層105は、後のゲッタリングで第1の半導体膜中のニッケルが第2の半導体膜に移動可能な膜質または膜厚とすることが必要である。
【0056】
ここでは、希ガス元素を含む第2の半導体膜106をスパッタ法またはプラズマCVD法等にて形成し、ゲッタリングサイトを形成する。希ガス元素としてはヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用いる。中でも安価なガスであるアルゴン(Ar)が好ましい。ここでは希ガス元素を含む雰囲気でシリコンからなるターゲットを用い、第2の半導体膜を形成する。膜中に不活性気体である希ガス元素イオンを含有させる意味は二つある。一つはダングリングボンドを形成し半導体膜に歪みを与えることであり、他の一つは半導体膜の格子間に歪みを与えることである。半導体膜の格子間に歪みを与えるにはアルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)などシリコンより原子半径の大きな元素を用いた時に顕著に得られる。また、膜中に希ガス元素を含有させることにより、格子歪だけでなく、不対結合手も形成させてゲッタリング作用に寄与する。なお、希ガス元素を1×1019/cm3〜1×1022/cm3、好ましくは、1×1020/cm3〜1×1021/cm3、より好ましくは5×1020/cm3の濃度で含み、ゲッタリング効果が得られる半導体膜を成膜すればよい。
【0057】
また、一導電型の不純物元素であるリンを含むターゲットを用いて第2の半導体膜を形成した場合、希ガス元素によるゲッタリングに加え、リンのクーロン力を利用してゲッタリングを行うことができる。
【0058】
また、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、第2の半導体膜106に含まれる酸素濃度は、第1の半導体膜に含まれる酸素濃度より高い濃度、例えば5×1018/cm3以上とすることが望ましい。
【0059】
次いで、加熱処理を行い、第1の半導体膜中における金属元素(ニッケル)の濃度を低減、あるいは除去するゲッタリングを行う。(図2(B))ゲッタリングを行う加熱処理としては、強光を照射する処理または熱処理を行えばよい。このゲッタリングにより、図2(B)中の矢印の方向(即ち、基板側から第2の半導体膜表面に向かう方向)に金属元素が移動し、バリア層105で覆われた第1の半導体膜104に含まれる金属元素の除去、または金属元素の濃度の低減が行われる。金属元素がゲッタリングの際に移動する距離は、少なくとも第1の半導体膜の厚さ程度の距離であればよく、比較的短時間でゲッタリングを完遂することができる。ここでは、ニッケルが第1の半導体膜104に偏析しないよう全て第2の半導体膜106に移動させ、第1の半導体膜104に含まれるニッケルがほとんど存在しない、即ち膜中のニッケル濃度が1×1018/cm3以下、望ましくは1×1017/cm3以下になるように十分ゲッタリングする。
【0060】
また、このゲッタリングの加熱処理の条件によっては、ゲッタリングと同時に第1の半導体膜の結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修する、即ち結晶性の改善を行うことができる。
【0061】
本明細書において、ゲッタリングとは、被ゲッタリング領域(ここでは第1の半導体膜)にある金属元素が熱エネルギーにより放出され、拡散によりゲッタリングサイトに移動することを指している。従って、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温であるほど短時間でゲッタリングが進むことになる。
【0062】
強光を照射する処理を用いる場合は、加熱用のランプ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、瞬間的には600〜1000℃、好ましくは700〜750℃程度に半導体膜が加熱されるようにする。
【0063】
また、熱処理で行う場合は、窒素雰囲気中で450〜800℃、1〜24時間、例えば550℃にて14時間の熱処理を行えばよい。また、熱処理に加えて強光を照射してもよい。
【0064】
次いで、バリア層105をエッチングストッパーとして、106で示した第2の半導体膜のみを選択的に除去した後、バリア層105を除去し、第1の半導体膜104を公知のパターニング技術を用いて所望の形状の半導体層107を形成する。(図2(C))第2の半導体膜106のみを選択的にエッチングする方法としては、ClF3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド(化学式 (CH34NOH)を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことができる。また、第2の半導体膜106を除去した後、バリア層の表面をTXRFでニッケル濃度を測定したところ、ニッケルが高濃度で検出されるため、バリア層105は除去することが望ましく、フッ酸を含むエッチャントにより除去すれば良い。また、バリア層を除去した後、レジストからなるマスクを形成する前に、オゾン水で表面に薄い酸化膜を形成することが望ましい。
【0065】
次いで、半導体層107の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜108となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。この表面洗浄とゲート絶縁膜の形成は、大気にふれさせずに連続的に行うことが望ましい。
【0066】
次いで、ゲート絶縁膜108の表面を洗浄した後、ゲート電極109を形成する。次いで、半導体にn型を付与する不純物元素(P、As等)、ここではリンを適宜添加して、ソース領域110及びドレイン領域111を形成する。添加した後、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザー光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜300℃の雰囲気中において、表面または裏面からYAGレーザーの第2高調波を照射して不純物元素を活性化させることは非常に有効である。YAGレーザーはメンテナンスが少ないため好ましい活性化手段である。
【0067】
以降の工程は、層間絶縁膜113を形成し、水素化を行って、ソース領域、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース電極114、ドレイン電極115を形成してTFT(nチャネル型TFT)を完成させる。(図2(D))
【0068】
こうして得られたTFTのチャネル形成領域112に含まれる金属元素の濃度は1×1017/cm3未満とすることができる。
【0069】
また、本発明は図2(D)のTFT構造に限定されず、必要があればチャネル形成領域とドレイン領域(またはソース領域)との間にLDD領域を有する低濃度ドレイン(LDD:Lightly Doped Drain)構造としてもよい。この構造はチャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域を設けたものであり、この領域をLDD領域と呼んでいる。さらにゲート絶縁膜を介してLDD領域をゲート電極と重ねて配置させた、いわゆるGOLD(Gate-drain Overlapped LDD)構造としてもよい。
【0070】
また、ここではnチャネル型TFTを用いて説明したが、n型不純物元素に代えてp型不純物元素を用いることによってpチャネル型TFTを形成することができることは言うまでもない。
【0071】
また、ここではトップゲート型TFTを例として説明したが、TFT構造に関係なく本発明を適用することが可能であり、例えばボトムゲート型(逆スタガ型)TFTや順スタガ型TFTに適用することが可能である。
【0072】
また、ここで示した工程順序は、一例にすぎず特に限定されない。例えば、ここでは第1の半導体膜に希ガス元素を添加した後、金属元素を添加した例を示したが、第1の半導体膜に金属元素を添加した後、希ガス元素を添加してもよい。
【0073】
(実施の形態2)
ここでは、実施の形態1とは異なるゲッタリング方法を用いた例を示す。なお、本実施の形態は、実施の形態1と途中まで同一工程であり、その詳細な説明は省略することとする。
【0074】
まず、実施の形態1と同様にして図1(C)の状態を得る。
【0075】
次いで、マスクを形成して選択的に希ガス元素を添加する。ここでは結晶質半導体膜上に100〜200nmの厚さの酸化珪素膜を形成する。酸化珪素膜の作製方法は限定されないが、例えば、オルトケイ酸テトラエチル(Tetraethyl Ortho Silicate:TEOS)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させ形成する。
【0076】
次いで、酸化珪素膜上にレジストからなるマスク207を形成する。このマスクによってパターニングし、TFTの半導体層となる部分を覆う酸化珪素からなる絶縁層206を形成した後、半導体膜に希ガス元素を添加してゲッタリングサイト208を形成する。(図3(A))ここでは、イオンドーピング法またはイオン注入法を用い、半導体膜に添加される希ガス元素の濃度を1×1020〜5×1021/cm3とすることが望ましい。この時、レジストからなるマスクをそのまま残した状態で希ガス元素のドーピングを行ってもよいし、レジストからなるマスク207を除去した後、希ガス元素のドーピングを行ってもよい。希ガス元素のドーピング後は、レジストからなるマスクを除去する。また、希ガス元素に加え、周期表15族元素または周期表13族元素を添加してもよい。
【0077】
次いで、ゲッタリングを行う。(図3(B))ゲッタリングは窒素雰囲気中で450〜800℃、1〜24時間、例えば550℃にて14時間の熱処理を行うと、ゲッタリングサイト208に金属元素を偏析させることができる。このゲッタリングにより、絶縁層206で覆われた半導体膜に含まれる金属元素を除去、または金属元素の濃度を低減する。また、熱処理に代えて強光を照射してもよい。また、熱処理に加えて強光を照射してもよい。ただし、ゲッタリングの加熱手段に、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いるRTA法を用いる場合、半導体膜の加熱温度が400℃〜550℃となるように強光を照射することが望ましい。
【0078】
ゲッタリングが終わったら、上記マスクをそのまま用いてゲッタリングサイトを除去して、金属元素が低減された領域からなる所望の形状を有する半導体層209を形成し、最後に酸化珪素からなる絶縁層を除去する。(図3(C))絶縁層206を除去する際、半導体層209の表面もわずかにエッチングすることが望ましい。
【0079】
また、レジストからなるマスクを形成した段階で、酸化珪素膜を通過させて希ガス元素のドーピングを行ってゲッタリングサイトを形成してもよい。この場合には、ドーピング後マスクを除去してゲッタリングした後、酸化珪素膜を除去し、その後、半導体膜のうち、希ガス元素が添加された領域(ゲッタリングサイト)のみを選択的に除去して半導体層を形成する。エッチャントとしてダッシュ液、サト液、セコ液等を用いれば、希ガス元素が添加された領域は非晶質化されているため、結晶質半導体膜である領域(希ガスが添加されていない)と選択的にエッチングすることができる。
【0080】
以降の工程は、実施の形態1と同一の工程によりTFTを完成させる。(図3(D))
【0081】
また、本実施の形態は実施の形態1と組み合わせることが可能である。また、他の公知のゲッタリング技術と組み合わせることが可能である。
【0082】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【0083】
(実施例)
[実施例1]
本発明の実施例を図4〜図6を用いて説明する。ここでは、同一基板上に画素部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のTFT(nチャネル型TFT及びpチャネル型TFT)を同時に作製する方法について詳細に説明する。
【0084】
まず、上記実施の形態で示した方法でガラス基板1100上に下地絶縁膜1101を形成し、結晶構造を有する第1の半導体膜を得た後、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層1102〜1106を形成する。
【0085】
なお、半導体層1102〜1106を形成するまでの詳細な説明は、上記実施の形態1に示してあるので簡略して以下に説明する。
【0086】
本実施例では、ガラス基板上に設ける下地絶縁膜1101として2層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造を用いても良い。下地絶縁膜1101の一層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第1酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)を膜厚50nmで形成する。次いで、下地絶縁膜1101のニ層目としては、プラズマCVD法を用い、SiH4及びN2Oを反応ガスとして成膜される第2酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を膜厚100nmで形成する。
【0087】
次いで、下地絶縁膜1101上にプラズマCVD法を用いた非晶質シリコン膜を50nmの膜厚で形成する。次いで、重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布する。塗布に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。
【0088】
次いで、イオンドーピング法により非晶質シリコン膜に希ガス元素(ここではアルゴン)を添加する。非晶質シリコン膜中に希ガス元素を1×1017/cm3以上、好ましくは1×1020/cm3〜3×1020/cm3の濃度範囲で添加する。結晶化を行う前にアルゴンを膜中に含ませることによって膜の配向率を高め、結晶化後、膜中に存在する歪みを緩和させる。
【0089】
次いで、合計21本のタングステンハロゲンランプを用いたマルチタスク型のランプアニール装置で700℃、110秒の強光の照射を行って結晶構造を有するシリコン膜を得た。なお、ランプアニール装置で700℃以下であれば、半導体膜が瞬間的に加熱されるのみであり、基板1100の形状における変化量はほとんどない。ここではランプアニール装置を用いて結晶化を行ったが、炉を用いた熱処理で結晶化を行ってもよい。
【0090】
次いで、結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためのレーザー光(XeCl:波長308nm)の照射を行う。レーザー光には波長400nm以下のエキシマレーザ光や、YAGレーザの第2高調波、第3高調波を用いる。いずれにしても、繰り返し周波数10〜1000Hz程度のパルスレーザー光を用い、当該レーザー光を光学系にて100〜400mJ/cm2に集光し、90〜95%のオーバーラップ率をもって照射し、シリコン膜表面を走査させればよい。なお、ここでのレーザー光の照射は、膜中の希ガス元素(ここではアルゴン)を除去または低減する上で非常に重要である。次いで、レーザー光の照射により形成された酸化膜に加え、オゾン水で表面を120秒処理して合計1〜5nmの酸化膜からなるバリア層を形成する。
【0091】
次いで、バリア層上にスパッタ法にてゲッタリングサイトとなるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を膜厚150nmで形成する。本実施例のスパッタ法による成膜条件は、成膜圧力を0.3Paとし、ガス(Ar)流量を50(sccm)とし、成膜パワーを3kWとし、基板温度を150℃とする。なお、上記条件での非晶質シリコン膜に含まれるアルゴン元素の原子濃度は、3×1020/cm3〜6×1020/cm3、酸素の原子濃度は1×1019/cm3〜3×1019/cm3である。その後、ランプアニール装置を用いて650℃、3分の熱処理を行いゲッタリングする。
【0092】
次いで、バリア層をエッチングストッパーとして、ゲッタリングサイトであるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去する。なお、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、酸化膜からなるバリア層をゲッタリング後に除去することが望ましい。
【0093】
次いで、得られた結晶構造を有するシリコン膜(ポリシリコン膜とも呼ばれる)の表面にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、レジストからなるマスクを形成し、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層を形成する。半導体層を形成した後、レジストからなるマスクを除去する。
【0094】
また、半導体層を形成した後、TFTのしきい値(Vth)を制御するためにp型あるいはn型を付与する不純物元素を添加してもよい。なお、半導体に対してp型を付与する不純物元素には、ボロン(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)など周期律第13族元素が知られている。なお、半導体に対してn型を付与する不純物元素としては周期律15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)が知られている。
【0095】
次いで、フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時にシリコン膜の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜1107となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。本実施例では、プラズマCVD法により115nmの厚さで酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)で形成する。
【0096】
次いで、図4(A)に示すように、ゲート絶縁膜1107上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜1108aと、膜厚100〜400nmの第2の導電膜1108bと、膜厚20〜100nmの第3の導電膜1108cを積層形成する。本実施例では、ゲート絶縁膜1107上に膜厚50nmのタングステン膜、膜厚500nmのアルミニウムとチタンの合金(Al−Ti)膜、膜厚30nmのチタン膜を順次積層した。
【0097】
第1〜第3の導電膜を形成する導電性材料としてはTa、W、Ti、Mo、Al、Cuから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成する。また、第1〜第3の導電膜としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。例えば、第1の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第2の導電膜のアルミニウムとチタンの合金(Al−Ti)膜に代えてアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜を用いてもよいし、第3の導電膜のチタン膜に代えて窒化チタン膜を用いてもよい。また、3層構造に限定されず、例えば、窒化タンタル膜とタングステン膜との2層構造であってもよい。
【0098】
次に、図4(B)に示すように光露光工程によりレジストからなるマスク1110〜1115を形成し、ゲート電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。第1のエッチング処理では第1及び第2のエッチング条件で行う。エッチングにはICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用いると良い。ICPエッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することによって所望のテーパー形状に膜をエッチングすることができる。なお、エッチング用ガスとしては、Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4などを代表とする塩素系ガスまたはCF4、SF6、NF3などを代表とするフッ素系ガス、またはO2を適宜用いることができる。
【0099】
用いるエッチング用ガスに限定はないが、ここではBCl3とCl2とO2とを用いることが適している。それぞれのガス流量比を65/10/5(sccm)とし、1.2Paの圧力でコイル型の電極に450WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して117秒のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも300WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第1のエッチング条件によりAl膜及びTi膜をエッチングして第1の導電層の端部をテーパー形状とする。
【0100】
この後、第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/25/10(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約30秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件ではAl膜、Ti膜、及びW膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【0101】
この第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層、第2の導電層、及び第3の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は15〜45°となる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層と第3の導電層とから成る第1の形状の導電層1117〜1122(第1の導電層1117a〜1122aと第2の導電層1117b〜1122bと第3の導電層1117c〜1122c)を形成する。1116はゲート絶縁膜であり、第1の形状の導電層1117〜1122で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0102】
次に、レジストからなるマスク1110〜1115を除去せずに図4(C)に示すように第2のエッチング処理を行う。エッチング用ガスにBCl3とCl2を用い、それぞれのガス流量比を20/60(sccm)とし、1.2Paの圧力でコイル型の電極に600WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側(試料ステージ)には100WのRF(13.56MHz)電力を投入する。この第3のエッチング条件により第2導電層及び第3導電層をエッチングする。こうして、上記第3のエッチング条件によりチタンを微量に含むアルミニウム膜及びチタン膜を異方性エッチングして第2の形状の導電層1124〜1129(第1の導電層1124a〜1129aと第2の導電層1124b〜1129bと第3の導電層1124c〜1129c)を形成する。1123はゲート絶縁膜であり、第2の形状の導電層1124〜1129で覆われない領域は若干エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0103】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第1のドーピング処理を行い、半導体層にn型を付与する不純物元素を添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、もしく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1.5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとして行う。n型を付与する不純物元素として、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いる。この場合、第2形状の導電層1124〜1128がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第1の不純物領域1130〜1134が形成される。第1の不純物領域1130〜1134には1×1016〜1×1017/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。
【0104】
なお、本実施例ではレジストからなるマスクを除去せずに第1のドーピング処理を行ったが、レジストからなるマスクを除去した後、第1のドーピング処理を行ってもよい。
【0105】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、図5(A)に示すようにレジストからなるマスク1135、1136を形成し第2のドーピング処理を行う。マスク1135は駆動回路のnチャネル型TFTの一つを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域を保護するマスクであり、マスク1136は画素部のTFTを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域を保護するマスクである。
【0106】
第2のドーピング処理におけるイオンドープ法の条件はドーズ量を1.5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとしてリン(P)をドーピングする。ここでは、第2形状の導電層1124〜1128及びゲート絶縁膜1123の膜厚の差を利用して各半導体層に不純物領域を行う。勿論、マスク1135、1136で覆われた領域にはリン(P)は添加されない。こうして、第2の不純物領域1180〜1182と第3の不純物領域1137〜1141が形成される。第3の不純物領域1137〜1141には1×1020〜1×1021/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加されている。また、第2の不純物領域はゲート絶縁膜の膜厚差により第3の不純物領域よりも低濃度に形成され、1×1018〜1×1019/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加されることになる。
【0107】
次いで、レジストからなるマスク1135、1136を除去した後、新たにレジストからなるマスク1142〜1144を形成して図5(B)に示すように第3のドーピング処理を行う。この第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTを形成する半導体層にp型の導電型を付与する不純物元素が添加された第4の不純物領域1147及び第5の不純物領域1145、1146を形成する。第4の不純物領域は第2形状の導電層と重なる領域に形成されるものであり、1×1018〜1×1020/cm3の濃度範囲でp型を付与する不純物元素が添加されるようにする。また、第5の不純物領域1145、1146には1×1020〜1×1021/cm3の濃度範囲でp型を付与する不純物元素が添加されるようにする。尚、第5の不純物領域1146には先の工程でリン(P)が添加された領域であるが、p型を付与する不純物元素の濃度がその1.5〜3倍添加されていて導電型はp型となっている。
【0108】
なお、第5の不純物領域1148、1149及び第4の不純物領域1150は画素部において保持容量を形成する半導体層に形成される。
【0109】
以上までの工程でそれぞれの半導体層にn型またはp型の導電型を有する不純物領域が形成される。第2の形状の導電層1124〜1127はゲート電極となる。また、第2の形状の導電層1128は画素部において保持容量を形成する一方の電極となる。さらに、第2の形状の導電層1129は画素部においてソース配線を形成する。
【0110】
次いで、ほぼ全面を覆う絶縁膜(図示しない)を形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚50nmの酸化シリコン膜を形成した。勿論、この絶縁膜は酸化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【0111】
次いで、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法(RTA法)、或いはYAGレーザーまたはエキシマレーザーを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処理、或いはこれらの方法のうち、いずれかと組み合わせた方法によって行う。ただし、本実施例では、第2の導電層としてアルミニウムを主成分とする材料を用いているので、活性化工程において第2の導電層が耐え得る熱処理条件とすることが重要である。
【0112】
上記活性化処理と同時に、結晶化の際に触媒として使用したニッケルが高濃度のリンを含む第3の不純物領域1137、1139、1140、及び第5の不純物領域1146、1149にゲッタリングされ、主にチャネル形成領域となる半導体層中のニッケル濃度が低減される。その結果、チャネル形成領域を有するTFTはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な特性を達成することができる。なお、本実施例では半導体層を形成する段階で上記実施の形態1に示した方法により1度目のゲッタリングが行われているので、ここでのリンによるゲッタリングは2度目のゲッタリングとなる。また、1度目のゲッタリングで十分ゲッタリングができている場合には、特に2度目のゲッタリングを行う必要はない。
【0113】
また、本実施例では、上記活性化の前に絶縁膜を形成した例を示したが、上記活性化を行った後、絶縁膜を形成する工程としてもよい。
【0114】
次いで、窒化シリコン膜からなる第1の層間絶縁膜1151を形成して熱処理(300〜550℃で1〜12時間の熱処理)を行い、半導体層を水素化する工程を行う。(図5(C))この工程は第1の層間絶縁膜1151に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。酸化シリコン膜からなる絶縁膜(図示しない)の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。ただし、本実施例では、第2の導電層としてアルミニウムを主成分とする材料を用いているので、水素化する工程において第2の導電層が耐え得る熱処理条件とすることが重要である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
【0115】
次いで、第1の層間絶縁膜1151上に有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜1152を形成する。本実施例では膜厚1.6μmのアクリル樹脂膜を形成する。次いで、ソース配線1127に達するコンタクトホールと各不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。本実施例では複数のエッチング処理を順次行う。本実施例では第1の層間絶縁膜をエッチングストッパーとして第2の層間絶縁膜をエッチングした後、絶縁膜(図示しない)をエッチングストッパーとして第1の層間絶縁膜をエッチングしてから絶縁膜(図示しない)をエッチングした。
【0116】
その後、Al、Ti、Mo、Wなどを用いて配線及び画素電極を形成する。これらの電極及び画素電極の材料は、AlまたはAgを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。こうして、ソースまたはドレイン配線1153〜1158、ゲート配線1160、接続配線1159、画素電極1161が形成される。
【0117】
以上の様にして、nチャネル型TFT401、pチャネル型TFT402、nチャネル型TFT403を有する駆動回路406と、nチャネル型TFT404、保持容量405とを有する画素部407を同一基板上に形成することができる。(図6)本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【0118】
駆動回路406のnチャネル型TFT401(第2のnチャネル型TFT)はチャネル形成領域1162、ゲート電極を形成する第2の形状の導電層1124と一部が重なる第2の不純物領域1163とソース領域またはドレイン領域として機能する第3の不純物領域1164を有している。pチャネル型TFT402にはチャネル形成領域1165、ゲート電極を形成する第2の形状の導電層1125と一部が重なる第4不純物領域1166とソース領域またはドレイン領域として機能する第4の不純物領域1167を有している。nチャネル型TFT403(第2のnチャネル型TFT)にはチャネル形成領域1168、ゲート電極を形成する第2の形状の導電層1126と一部が重なる第2の不純物領域1169とソース領域またはドレイン領域として機能する第3の不純物領域1170を有している。このようなnチャネル型TFT及びpチャネル型TFTによりシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成することができる。特に、駆動電圧が高いバッファ回路には、ホットキャリア効果による劣化を防ぐ目的から、nチャネル型TFT401または403の構造が適している。
【0119】
画素部407の画素TFT404(第1のnチャネル型TFT)にはチャネル形成領域1171、ゲート電極を形成する第2の形状の導電層1128の外側に形成される第1の不純物領域1172とソース領域またはドレイン領域として機能する第3の不純物領域1173を有している。また、保持容量405の一方の電極として機能する半導体層には第4の不純物領域1176、第5の不純物領域1177が形成されている。保持容量405は、絶縁膜(ゲート絶縁膜と同一膜)を誘電体として、第2形状の電極1129と、半導体層1106とで形成されている。
【0120】
また、画素電極を透明導電膜で形成すると、フォトマスクは1枚増えるものの、透過型の表示装置を形成することができる。
【0121】
[実施例2]
実施例1では、ゲート電極構造を3層構造とした例を示したが、ゲート電極構造を2層構造とした例を示す。なお、本実施例は、ゲート電極以外は実施例1と同一であるため、異なっている点のみを説明する。
【0122】
本実施例では、本実施例では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜と、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜を積層形成する。TaN膜はスパッタ法で形成し、Taのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、W膜は、Wのターゲットを用いたスパッタ法で形成する。また、W膜に代えて、WとMoからなる合金膜を用いてもよい。
【0123】
本実施例では、実施例1と同様に、ICPエッチング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することによって所望のテーパー形状に膜をエッチングすることができる。なお、エッチング用ガスとしては、Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4などを代表とする塩素系ガスまたはCF4、SF6、NF3などを代表とするフッ素系ガス、またはO2を適宜用いることができる。
【0124】
実施例1と同様に第1のエッチング処理では第1及び第2のエッチング条件で行う。第1のエッチング条件として、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/25/10(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。第1のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は200.39nm/min、TaNに対するエッチング速度は80.32nm/minであり、TaNに対するWの選択比は約2.5である。また、この第1のエッチング条件によって、Wのテーパー角は、約26°となる。
【0125】
この後、レジストからなるマスクを除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約30秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。第2のエッチング条件でのWに対するエッチング速度は58.97nm/min、TaNに対するエッチング速度は66.43nm/minである。
【0126】
上記第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は15〜45°とすればよい。
【0127】
また、実施例1と同様に第2のエッチング処理を行う。ここでは、エッチング用ガスにSF6とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を24/12/24(sccm)とし、1.3Paの圧力でコイル型の電極に700WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを25秒行った。基板側(試料ステージ)にも10WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。第2のエッチング処理でのWに対するエッチング速度は227.3nm/min、TaNに対するエッチング速度は32.1nm/minであり、TaNに対するWの選択比は7.1であり、ゲート絶縁膜である酸化窒シリコン膜(SiON)に対するエッチング速度は33.7nm/minである。この第2のエッチング処理によりWのテーパー角は70°となった。
【0128】
実施例1に比べ、本実施例により形成されるゲート電極は、W膜とTaN膜との積層で形成されているため、電気抵抗値が高いものの、耐熱性が高いため、活性化や水素化の処理条件に左右されないという利点を有している。
【0129】
[実施例3]
本実施例では、実施例1で作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図7を用いる。
【0130】
まず、実施例1に従い、図6の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図6のアクティブマトリクス基板上に配向膜を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサを所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【0131】
次いで、対向基板を用意する。この対向基板には、着色層、遮光層が各画素に対応して配置されたカラーフィルタが設けられている。また、駆動回路の部分にも遮光層を設けた。このカラーフィルタと遮光層とを覆う平坦化膜を設けた。次いで、平坦化膜上に透明導電膜からなる対向電極を画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜を形成し、ラビング処理を施した。
【0132】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材で貼り合わせる。シール材にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って2枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにしてアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、公知の技術を用いて偏光板等を適宜設けた。そして、公知の技術を用いてFPCを貼りつけた。
【0133】
こうして得られた液晶モジュールの構成を図7の上面図を用いて説明する。
【0134】
アクティブマトリクス基板801の中央には、画素部804が配置されている。画素部804の上側には、ソース信号線を駆動するためのソース信号線駆動回路802が配置されている。画素部804の左右には、ゲート信号線を駆動するためのゲート信号線駆動回路803が配置されている。本実施例に示した例では、ゲート信号線駆動回路803は画素部に対して左右対称配置としているが、これは片側のみの配置でも良く、液晶モジュールの基板サイズ等を考慮して、設計者が適宜選択すれば良い。ただし、回路の動作信頼性や駆動効率等を考えると、図7に示した左右対称配置が望ましい。
【0135】
各駆動回路への信号の入力は、フレキシブルプリント基板(Flexible Print Circuit:FPC)805から行われる。FPC805は、基板801の所定の場所まで配置された配線に達するように、層間絶縁膜および樹脂膜にコンタクトホールを開口し、接続電極809を形成した後、異方性導電膜等を介して圧着される。本実施例においては、接続電極はITOを用いて形成した。
【0136】
駆動回路、画素部の周辺には、基板外周に沿ってシール剤807が塗布され、あらかじめアクティブマトリクス基板上に形成されたスペーサ810によって一定のギャップ(基板801と対向基板806との間隔)を保った状態で、対向基板806が貼り付けられる。その後、シール剤807が塗布されていない部分より液晶素子が注入され、封止剤808によって密閉される。以上の工程により、液晶モジュールが完成する。
【0137】
また、ここでは全ての駆動回路を基板上に形成した例を示したが、駆動回路の一部に数個のICを用いてもよい。
【0138】
[実施例4]
実施例1では画素電極が反射性を有する金属材料で形成された反射型の表示装置の例を示したが、本実施例では画素電極を透光性を有する導電膜で形成した透過型の表示装置の例を示す。
【0139】
層間絶縁膜を形成する工程までは実施例1と同じであるので、ここでは省略する。実施例1に従って層間絶縁膜を形成した後、透光性を有する導電膜からなる画素電極601を形成する。透光性を有する導電膜としては、ITO(酸化インジウム酸化スズ合金)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In23―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)等を用いればよい。
【0140】
その後、層間絶縁膜600にコンタクトホールを形成する。次いで、画素電極と重なる接続電極602を形成する。この接続電極602は、コンタクトホールを通じてドレイン領域と接続されている。また、この接続電極と同時に他のTFTのソース電極またはドレイン電極も形成する。
【0141】
また、ここでは全ての駆動回路を基板上に形成した例を示したが、駆動回路の一部に数個のICを用いてもよい。
【0142】
以上のようにしてアクティブマトリクス基板が形成される。このアクティブマトリクス基板を用い、実施例3に従って液晶モジュールを作製し、バックライト604、導光板605を設け、カバー606で覆えば、図8にその断面図の一部を示したようなアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。なお、カバーと液晶モジュールは接着剤や有機樹脂を用いて貼り合わせる。また、基板と対向基板を貼り合わせる際、枠で囲んで有機樹脂を枠と基板との間に充填して接着してもよい。また、透過型であるので偏光板603は、アクティブマトリクス基板と対向基板の両方に貼り付ける。
【0143】
[実施例5]
本実施例では、EL(Electro Luminescence)素子を備えた発光表示装置を作製する例を図9に示す。
【0144】
図9(A)は、ELモジュールを示す上面図、図9(B)は図9(A)をA−A’で切断した断面図である。絶縁表面を有する基板900(例えば、ガラス基板、結晶化ガラス基板、もしくはプラスチック基板等)に、画素部902、ソース側駆動回路901、及びゲート側駆動回路903を形成する。これらの画素部や駆動回路は、上記実施例に従えば得ることができる。また、918はシール材、919はDLC膜であり、画素部および駆動回路部はシール材918で覆われ、そのシール材は保護膜919で覆われている。さらに、接着材を用いてカバー材920で封止されている。熱や外力などによる変形に耐えるためカバー材920は基板900と同じ材質のもの、例えばガラス基板を用いることが望ましく、サンドブラスト法などにより図9(B)に示す凹部形状(深さ3〜10μm)に加工する。さらに加工して乾燥剤921が設置できる凹部(深さ50〜200μm)を形成することが望ましい。また、多面取りでELモジュールを製造する場合、基板とカバー材とを貼り合わせた後、CO2レーザー等を用いて端面が一致するように分断してもよい。
【0145】
なお、908はソース側駆動回路901及びゲート側駆動回路903に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)909からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基盤(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
【0146】
次に、断面構造について図9(B)を用いて説明する。基板900上に絶縁膜910が設けられ、絶縁膜910の上方には画素部902、ゲート側駆動回路903が形成されており、画素部902は電流制御用TFT711とそのドレインに電気的に接続された画素電極912を含む複数の画素により形成される。また、ゲート側駆動回路903はnチャネル型TFT913とpチャネル型TFT714とを組み合わせたCMOS回路を用いて形成される。
【0147】
これらのTFT(911、913、914を含む)は、上記実施例に従って作製すればよい。
【0148】
画素電極912は発光素子(EL素子)の陽極として機能する。また、画素電極912の両端にはバンク915が形成され、画素電極912上にはEL層916および発光素子の陰極917が形成される。
【0149】
EL層916としては、発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせてEL層(発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層)を形成すれば良い。例えば、低分子系有機EL材料や高分子系有機EL材料を用いればよい。また、EL層として一重項励起により発光(蛍光)する発光材料(シングレット化合物)からなる薄膜、または三重項励起により発光(リン光)する発光材料(トリプレット化合物)からなる薄膜を用いることができる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機EL材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【0150】
陰極917は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線908を経由してFPC909に電気的に接続されている。さらに、画素部902及びゲート側駆動回路903に含まれる素子は全て陰極917、シール材918、及び保護膜919で覆われている。
【0151】
なお、シール材918としては、できるだけ可視光に対して透明もしくは半透明な材料を用いるのが好ましい。また、シール材918はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。
【0152】
また、シール材918を用いて発光素子を完全に覆った後、すくなくとも図9に示すようにDLC膜等からなる保護膜919をシール材918の表面(露呈面)に設けることが好ましい。また、基板の裏面を含む全面に保護膜を設けてもよい。ここで、外部入力端子(FPC)が設けられる部分に保護膜が成膜されないように注意することが必要である。マスクを用いて保護膜が成膜されないようにしてもよいし、CVD装置でマスキングテープとして用いるテフロン(登録商標)等のテープで外部入力端子部分を覆うことで保護膜が成膜されないようにしてもよい。
【0153】
以上のような構造で発光素子をシール材918及び保護膜で封入することにより、発光素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素等のEL層の酸化による劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得ることができる。
【0154】
また、画素電極を陽極(Pt、Cr、W、Niなど)とし、EL層と、透光性を有する陰極(薄い金属層(AgMgやAlLi)と透明導電膜との積層(ITOまたはZnO)を積層して図9とは逆方向に発光する構成としてもよい。また、画素電極を陰極とし、EL層と陽極を積層して図9とは逆方向に発光する構成としてもよい。図10にその一例を示す。なお、上面図は同一であるので省略する。
【0155】
図10に示した断面構造について以下に説明する。基板1000としては、ガラス基板や石英基板の他にも、半導体基板または金属基板も使用することができる。基板1000上に絶縁膜1010が設けられ、絶縁膜1010の上方には画素部1002、ゲート側駆動回路1003が形成されており、画素部1002は電流制御用TFT1011とそのドレインに電気的に接続された画素電極1012を含む複数の画素により形成される。また、ゲート側駆動回路1003はnチャネル型TFT1013とpチャネル型TFT1014とを組み合わせたCMOS回路を用いて形成される。
【0156】
画素電極1012は発光素子の陰極として機能する。また、画素電極1012の両端にはバンク1015が形成され、画素電極1012上にはEL層1016および発光素子の陽極1017が形成される。
【0157】
陽極1017は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線1008を経由してFPC1009に電気的に接続されている。さらに、画素部1002及びゲート側駆動回路1003に含まれる素子は全て陽極1017、シール材1018、及びDLC等からなる保護膜1019で覆われている。また、カバー材1021と基板1000とを接着剤で貼り合わせた。また、カバー材には凹部を設け、乾燥剤1021を設置する。
【0158】
なお、シール材1018としては、できるだけ可視光に対して透明もしくは半透明な材料を用いるのが好ましい。また、シール材1018はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。
【0159】
また、図10では、画素電極を陰極とし、EL層と陽極を積層したため、発光方向は図10に示す矢印の方向となっている。
【0160】
なお、本実施例は実施例1、実施の形態1、または実施の形態2と組み合わせることが可能である。
【0161】
[実施例6]
本発明を実施して形成された駆動回路や画素部は様々なモジュール(アクティブマトリクス型液晶モジュール、アクティブマトリクス型ELモジュール、アクティブマトリクス型ECモジュール)に用いることができる。即ち、それらを表示部に組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。
【0162】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、プロジェクタ、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図11〜図13に示す。
【0163】
図11(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2001、画像入力部2002、表示部2003、キーボード2004等を含む。本発明を表示部2003に適用することができる。
【0164】
図11(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示部2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106等を含む。本発明を表示部2102に適用することができる。
【0165】
図11(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205等を含む。本発明は表示部2205に適用できる。
【0166】
図11(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示部2302、アーム部2303等を含む。本発明は表示部2302に適用することができる。
【0167】
図11(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体2401、表示部2402、スピーカ部2403、記録媒体2404、操作スイッチ2405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示部2402に適用することができる。
【0168】
図11(F)はデジタルカメラであり、本体2501、表示部2502、接眼部2503、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)等を含む。本発明を表示部2502に適用することができる。
【0169】
図12(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置2601、スクリーン2602等を含む。本発明は投射装置2601の一部を構成する液晶モジュール2808に適用することができる。
【0170】
図12(B)はリア型プロジェクターであり、本体2701、投射装置2702、ミラー2703、スクリーン2704等を含む。本発明は投射装置2702の一部を構成する液晶モジュール2808に適用することができる。
【0171】
なお、図12(C)は、図12(A)及び図12(B)中における投射装置2601、2702の構造の一例を示した図である。投射装置2601、2702は、光源光学系2801、ミラー2802、2804〜2806、ダイクロイックミラー2803、プリズム2807、液晶モジュール2808、位相差板2809、投射光学系2810で構成される。投射光学系2810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図12(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0172】
また、図12(D)は、図12(C)中における光源光学系2801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系2801は、リフレクター2811、光源2812、レンズアレイ2813、2814、偏光変換素子2815、集光レンズ2816で構成される。なお、図12(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0173】
ただし、図12に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及びELモジュールでの適用例は図示していない。
【0174】
図13(A)は携帯電話であり、本体2901、音声出力部2902、音声入力部2903、表示部2904、操作スイッチ2905、アンテナ2906、画像入力部(CCD、イメージセンサ等)2907等を含む。本発明を表示部2904に適用することができる。
【0175】
図13(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体3001、表示部3002、3003、記憶媒体3004、操作スイッチ3005、アンテナ3006等を含む。本発明は表示部3002、3003に適用することができる。
【0176】
図13(C)はディスプレイであり、本体3101、支持台3102、表示部3103等を含む。本発明は表示部3103に適用することができる。
【0177】
ちなみに図13(C)に示すディスプレイは中小型または大型のもの、例えば5〜20インチの画面サイズのものである。また、このようなサイズの表示部を形成するためには、基板の一辺が1mのものを用い、多面取りを行って量産することが好ましい。
【0178】
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の作製方法に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例1〜5のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【0179】
【発明の効果】
本発明により膜の配向率を高めることができ、且つ、結晶化前と比較して結晶化後の膜中に存在する歪みを緩和させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1を示す工程図である。
【図2】 TFTの作製工程を示す図。(実施の形態1)
【図3】 TFTの作製工程を示す図。(実施の形態2)
【図4】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図5】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図6】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図7】 液晶モジュールの外観を示す上面図である。
【図8】 液晶表示装置の断面図の一例を示す図である。
【図9】 ELモジュールの上面および断面を示す図である。
【図10】 ELモジュールの断面を示す図である。
【図11】 電子機器の一例を示す図である。
【図12】 電子機器の一例を示す図である。
【図13】 電子機器の一例を示す図である。
【図14】 EBSP法により求められる本発明の結晶構造を有するシリコン膜(アルゴンを含む)の逆極点図である。
【図15】 TXRFによるAr/Si濃度比を示す図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a circuit including thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs). For example, the present invention relates to an electro-optical device typified by a liquid crystal display panel and an electronic apparatus in which such an electro-optical device is mounted as a component.
[0002]
Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all semiconductor devices.
[0003]
[Prior art]
In recent years, a technique for forming a thin film transistor (TFT) using a semiconductor thin film (having a thickness of about several to several hundred nm) formed on a substrate having an insulating surface has attracted attention. Thin film transistors are widely applied to electronic devices such as ICs and electro-optical devices, and development of switching devices for image display devices is urgently required.
[0004]
The material of the crystalline semiconductor film suitably used for the TFT is silicon. A silicon film having a crystalline structure (hereinafter referred to as a crystalline silicon film) is obtained by subjecting an amorphous silicon film deposited on a substrate such as glass or quartz to a heat treatment or a laser beam by a plasma CVD method or a low pressure CVD method. Those crystallized by irradiation (hereinafter referred to as laser treatment in the present specification) have been applied.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the crystalline silicon film produced by the above-described conventional method has crystal orientation planes at random, and the orientation rate with respect to a specific crystal orientation is low. When the orientation rate is low, it is almost impossible to maintain the continuity of the lattice at the grain boundary where crystals of different orientations collide, and it can be estimated that many dangling bonds are formed. The unpaired bond that can be formed at the grain boundary becomes a trapping center for carriers (electrons and holes), which deteriorates the transport properties. That is, since carriers are scattered or trapped, a TFT having a high field effect mobility cannot be expected even if a TFT is manufactured using such a crystalline semiconductor film.
[0006]
Further, a silicon film having a crystal structure, that is, a polysilicon film, has many strains and defects. These act as carrier traps and deteriorate electrical characteristics. Therefore, even in the TFT channel formation region, the existence form of strain, the volume of lattice defects, and the like are one of the major causes of characteristic fluctuations.
[0007]
An object of the present invention is to provide a means for solving such problems, and to increase the orientation rate of a crystalline semiconductor film obtained by crystallizing an amorphous semiconductor film and to reduce strain. An object of the present invention is to provide a TFT using a crystalline semiconductor film.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention can increase the orientation rate of the film by crystallizing a rare gas, typically argon, in the semiconductor film during or after the formation of the amorphous semiconductor film, and Compared with before crystallization, strain present in the semiconductor film after crystallization is relieved.
[0009]
In the crystallization according to the present invention, a metal element that promotes crystallization of silicon is introduced, and a crystalline silicon film is formed by a heat treatment at a temperature lower than that in the past. Then, the rare gas in the film is removed or reduced by laser light irradiation performed later.
[0010]
The distribution of crystal orientation may be obtained by a backscattered electron diffraction pattern (EBSP). EBSP is a technique in which a scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscopy) is provided with a dedicated detector, and crystal orientation is analyzed from backscattering of primary electrons. When an electron beam is incident on a sample with a crystal structure, inelastic scattering occurs also in the back, including the linear pattern (generally called Kikuchi image) that is unique to the crystal orientation in the sample due to Bragg diffraction. Observed. The EBSP obtains the crystal orientation of the sample by analyzing the Kikuchi image reflected on the detector screen. By repeating the orientation analysis (mapping measurement) while moving the position where the electron beam hits the sample, information on the crystal orientation or orientation can be obtained for the planar sample. When all the crystal orientations of each crystal grain are obtained by mapping measurement, the crystal orientation state with respect to the film can be statistically displayed.
[0011]
The inventors conducted the following experiment.
[0012]
(Experiment)
First, a sample was prepared in which a base insulating film (a silicon oxynitride film, a film thickness of 150 nm) was formed over a glass substrate, and an amorphous silicon film with a film thickness of 54 nm was formed thereon by a plasma CVD method. Next, argon was added to the amorphous silicon film by ion doping. The ion doping conditions at this time are as follows: acceleration voltage is 30 kV, and dose is 2 × 10. 15 / Cm 2 And the concentration of argon contained in the film is about 3 × 10 20 / Cm Three Was set to be. Next, after applying a solution containing 100 ppm of nickel in terms of weight, a heat treatment is performed at 500 ° C. for 1 hour, followed by further heat treatment at 600 ° C. for 8 hours to form a silicon film having a crystal structure. did. The distribution of crystal orientation in the silicon film having the crystal structure thus obtained was examined by EBSP.
[0013]
FIG. 14 shows a diagram of reverse poles obtained from EBSP. The reverse pole figure is often used to display the preferred orientation of a polycrystal, and it is a collective indication of which lattice plane a specific surface of the sample (here, the film surface) matches. It is. Note that the fan-shaped frame in FIG. 14 is generally called a standard triangle, and includes all indexes in the cubic system. In addition, the length in this figure corresponds to the angle in the crystal orientation. For example, 45 degrees between {001} and {101}, 35.26 degrees between {101} and {111}, and 54.74 degrees between {111} and {001}.
[0014]
FIG. 14 is a plot of all the measurement points in the mapping within a standard triangle. Since the density of points is high near {101} and {111}, a specific index (here, It can be seen that the preferential orientation is {101} and {111}).
[0015]
In this way, when it is found that a specific index is preferentially oriented, it is easier to imagine the degree of preferential orientation by quantifying the ratio of how many grains are gathered near that index. Become. In the inverse pole figure shown in FIG. 14, the ratio of the number of points existing in the range of the deviation angle of 10 degrees from {101} can be shown as the orientation rate.
[0016]
The orientation ratio obtained in this way is such that the ratio of the angle formed with the surface of the silicon film of the {101} plane detected by the backscattered electron diffraction pattern method is within 10 degrees is 16%, and the {111} plane The ratio of the angle formed with the surface of the semiconductor film within 10 degrees was 14%, and the ratio formed with the angle of the {001} plane with the surface of the semiconductor film within 10 degrees was 1%. That is, as compared with the {001} plane, the orientation ratio of the crystal is more strongly oriented in the {101} plane and the {111} plane.
[0017]
Information about distortion may be obtained by an X-ray diffraction method. In the X-ray diffraction method, the diffraction intensity is measured while scanning the diffraction angle 2θ. At this time, Bragg's equation (2d sin θ = λ, λ is the wavelength of X-rays) and the lattice plane distance d can be obtained from the measurement of 2θ at which the intensity reaches a peak. Here, if the 2θ scan is delayed and the peak position is accurately obtained, information on the distortion applied to the grating can also be obtained.
[0018]
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
A first step of forming a first semiconductor film having an amorphous structure on an insulating surface;
A second step of adding a rare gas element to the first semiconductor film having the amorphous structure;
A third step of adding a metal element to the first semiconductor film having the amorphous structure;
A fourth step of forming a first semiconductor film having a crystal structure by performing crystallization by irradiating a laser beam after heat-treating the first semiconductor film;
A fifth step of forming a barrier layer on the surface of the first semiconductor film having the crystal structure;
A sixth step of forming a second semiconductor film containing a rare gas element on the barrier layer;
A seventh step of removing or reducing the metal element in the first semiconductor film having a crystal structure by gettering the metal element to the second semiconductor film;
And an eighth step of removing the second semiconductor film.
[0019]
In the above structure, the step of forming the barrier layer oxidizes the surface of the semiconductor film having the crystal structure by laser light irradiation, and then oxidizes the surface of the semiconductor film having the crystal structure with a solution containing ozone. It is a process.
[0020]
In the above structure, in the second step, a rare gas element is added in the film of the first semiconductor film having the amorphous structure to 1 × 10 10. 17 / Cm Three Or more, preferably 1 × 10 20 / Cm Three ~ 3x10 20 / Cm Three It is characterized by adding in the concentration range of.
[0021]
In the above structure, the rare gas element contained in the first semiconductor film is removed or reduced by laser light irradiation in the fourth step.
[0022]
In each of the above configurations, the laser is a continuous wave or pulsed solid laser. Typically, the laser is a continuous wave or pulsed YAG laser, YVO, Four Laser, YLF laser, YAlO Three One or more types selected from lasers, glass lasers, ruby lasers, alexandride lasers, and Ti: sapphire lasers. Alternatively, in each of the above-described configurations, the laser is one or more selected from a continuous wave or pulsed excimer laser, an Ar laser, and a Kr laser.
[0023]
An experiment was conducted to confirm that the rare gas element contained in the first semiconductor film is removed or reduced by the laser light. FIG. 15 shows the Ar / Si concentration ratio by TXRF. In the experiment, 580 ° C. was prepared by preparing a sample obtained by applying an amorphous silicon film containing Ar at the time of film formation immediately after film formation and a sample obtained by applying a nickel acetate salt solution containing 10 ppm of Ni in terms of weight with a spinner. The results measured after 6 hours of heat treatment (SPC) and the results measured after irradiation (LC) with excimer laser light are indicated by ◯ marks in FIG. In addition, each sample prepared by applying a nickel acetate solution containing Ni at 100 ppm by weight with a spinner was prepared and measured after heat treatment (SPC) at 550 ° C. for 8 hours, and then irradiated with excimer laser light (LC) The result of measurement after the measurement is indicated by Δ in FIG. It can be seen from FIG. 15 that the rare gas element contained in the semiconductor film is significantly removed or reduced by laser light irradiation.
[0024]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A first step of forming a first semiconductor film having an amorphous structure on an insulating surface;
A second step of adding a rare gas element to the first semiconductor film having the amorphous structure;
A third step of adding a metal element to the first semiconductor film having the amorphous structure;
A fourth step of forming a first semiconductor film having a crystal structure by performing crystallization by irradiating a laser beam after heat-treating the first semiconductor film;
A fifth step of selectively adding a rare gas element to the first semiconductor film having the crystal structure to form a region containing the rare gas element;
A sixth step of selectively removing or reducing the metal element in the first semiconductor film having a crystal structure by gettering the metal element in a region containing the rare gas element;
And a seventh step of removing the region containing the rare gas element.
[0025]
In the above structure, in the second step, a rare gas element is added in the film of the first semiconductor film having the amorphous structure to 1 × 10 10. 17 / Cm Three Or more, preferably 1 × 10 20 / Cm Three ~ 3x10 20 / Cm Three It is characterized by adding in the concentration range of.
[0026]
In the above structure, the rare gas element contained in the first semiconductor film is removed or reduced by laser light irradiation in the fourth step.
[0027]
In each of the above structures, the second semiconductor film is formed by sputtering using a semiconductor as a target in an atmosphere containing a rare gas element. Alternatively, a sputtering method using a semiconductor containing phosphorus or boron as a target may be formed in an atmosphere containing a rare gas element. In each of the above structures, the second semiconductor film may be formed by a PCVD method in which film formation is performed in an atmosphere containing a rare gas element.
[0028]
In each of the above structures, the sixth step is a heat treatment or a treatment of irradiating the semiconductor film with intense light. In addition, the sixth step may be a process of performing a heat treatment and irradiating the semiconductor film with intense light.
[0029]
In each of the above structures, the intense light is light emitted from a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high pressure sodium lamp, or a high pressure mercury lamp.
[0030]
In each of the above structures, when the sixth step is performed, the concentration of the rare gas element contained in the second semiconductor film is higher than the concentration of the rare gas element contained in the first semiconductor film having a crystal structure. It is preferable to set a high value.
[0031]
Further, after forming a semiconductor film having an amorphous structure by including a rare gas element at the time of film formation, crystallization may be performed using a metal element that promotes crystallization.
A first step of forming a semiconductor film containing a rare gas element on the insulating surface and having an amorphous structure;
A second step of adding a metal element to the semiconductor film having an amorphous structure;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a third step of forming a semiconductor film having a crystal structure by crystallization by irradiating a laser beam after heat treatment of the first semiconductor film.
[0032]
In addition, after forming a semiconductor film having an amorphous structure by including a rare gas element during film formation, crystallization may be performed using a metal element that promotes crystallization, and further gettering may be performed. Other configurations are
A first step of forming a first semiconductor film containing a rare gas element on the insulating surface and having an amorphous structure;
A second step of adding a metal element to the first semiconductor film having the amorphous structure;
A third step of forming a first semiconductor film having a crystal structure by performing crystallization by irradiating a laser beam after heat-treating the first semiconductor film;
A fourth step of forming a barrier layer on the surface of the first semiconductor film having the crystal structure;
A fifth step of forming a second semiconductor film containing a rare gas element on the barrier layer;
A sixth step of removing or reducing the metal element in the first semiconductor film having a crystal structure by gettering the metal element to the second semiconductor film;
And a seventh step of removing the second semiconductor film.
[0033]
In the above structure, the second semiconductor film may be formed by a sputtering method using a semiconductor as a target in an atmosphere containing a rare gas element, or may be formed in an atmosphere containing a rare gas element. You may form by PCVD method. Alternatively, a sputtering method using a semiconductor containing phosphorus or boron as a target may be formed in an atmosphere containing a rare gas element.
[0034]
In the above structure, when the second semiconductor film formation step is performed, the concentration of the rare gas element contained in the second semiconductor film is set to be that of the rare gas element contained in the first semiconductor film having a crystal structure. It is preferable to set it higher than the concentration.
[0035]
In each of the above structures, the metal element is one or more selected from Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au.
[0036]
In each of the above structures, the rare gas element is one or a plurality selected from He, Ne, Ar, Kr, and Xe.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0038]
The present invention includes a process for forming an amorphous semiconductor film over an insulating surface, a process for adding a rare gas element to the amorphous semiconductor film, a process for adding a metal element that promotes crystallization, and heat treatment The first crystallization process and the second crystallization process by laser light irradiation.
[0039]
Note that the heat treatment may be a heat treatment using a furnace, a treatment of irradiating strong light from a lamp light source, or irradiating strong light simultaneously with the heat treatment.
[0040]
Further, it is desirable to remove or reduce the metal element from the semiconductor film having a crystal structure obtained by the above process. The semiconductor film having the crystal structure thus obtained is patterned into a desired shape and used for the active layer of the TFT.
[0041]
Hereinafter, a typical TFT manufacturing procedure using the present invention will be briefly described with reference to FIGS.
[0042]
(Embodiment 1)
In FIG. 1A, 100 is a substrate having an insulating surface, 101 is an insulating film serving as a blocking layer, and 102 is a semiconductor film having an amorphous structure.
[0043]
In FIG. 1A, a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like can be used as the substrate 100. Alternatively, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless steel substrate with an insulating film formed thereon may be used. Alternatively, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature in this step may be used.
[0044]
First, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film (SiO x N y A base insulating film 101 made of an insulating film is formed. A typical example has a two-layer structure as the base insulating film 101, and SiH Four , NH Three And N 2 A first silicon oxynitride film formed using O as a reaction gas is formed in a thickness of 50 to 100 nm, SiH. Four And N 2 A structure in which a second silicon oxynitride film formed using O as a reaction gas is formed to a thickness of 100 to 150 nm is employed. Further, as a layer of the base insulating film 101, a silicon nitride film (SiN film) having a thickness of 10 nm or less, or a second silicon oxynitride film (SiN) x O y It is preferable to use a film (X >> Y). Since nickel tends to move to a region having a high oxygen concentration during gettering, it is extremely effective to use a silicon nitride film as the base insulating film in contact with the semiconductor film. Alternatively, a three-layer structure in which a first silicon oxynitride film, a second silicon oxynitride film, and a silicon nitride film are sequentially stacked may be used.
[0045]
Next, a first semiconductor film having an amorphous structure is formed over the base insulating film 101. A semiconductor material containing silicon as a main component is used for the first semiconductor film. Typically, an amorphous silicon film, an amorphous silicon germanium film, or the like is applied, and the film is formed to a thickness of 10 to 100 nm by a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a sputtering method. In order to obtain a semiconductor film having a good crystal structure by subsequent crystallization, the concentration of impurities such as oxygen and nitrogen contained in the first semiconductor film having an amorphous structure is set to 5 × 10 5. 18 /cm Three It may be reduced to (atomic concentration measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS)) or less. These impurities interfere with subsequent crystallization, and also increase the density of capture centers and recombination centers even after crystallization. Therefore, it is desirable not only to use a high-purity material gas but also to use an ultrahigh vacuum-compatible CVD apparatus equipped with a mirror surface treatment (electropolishing treatment) in the reaction chamber and an oil-free vacuum exhaust system.
[0046]
Next, a rare gas element is added to the first semiconductor film 102 by an ion doping method or an ion implantation method. (FIG. 1A) As the rare gas element, one or more selected from helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) are used. Here, an example in which these inert gases are used as an ion source and implanted into a semiconductor film by an ion doping method or an ion implantation method is shown. Here, the concentration of the rare gas element is set to 1 × 10. 17 /cm Three Or more, preferably 1 × 10 20 /cm Three ~ 3x10 20 /cm Three Is added to the first semiconductor film. The meaning of implanting these inert gas ions is to alleviate strain by implanting the ions between the lattices of the first semiconductor film. In particular, it is remarkably obtained when an element having a larger atomic radius than silicon, such as argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe), or the like is used.
[0047]
Although an example in which a rare gas is added after the first semiconductor film is formed is shown here, the first semiconductor film may be formed so that a rare gas element is included in the film formation. For example, argon gas may be mixed with a reaction gas containing silane and the first semiconductor film may be formed by a PCVD method. Alternatively, the first semiconductor film containing the rare gas element in the film and having an amorphous structure may be formed by forming the film by sputtering in an atmosphere containing the rare gas element.
[0048]
Next, the first semiconductor film having an amorphous structure is crystallized. However, since the rare gas element is included in the film, crystallization becomes difficult. Therefore, in the present invention, a metal element that promotes crystallization is selectively added, and heat treatment is performed to form a semiconductor film having a crystal structure that spreads from the added region. First, the surface of the first semiconductor film 102 containing a rare gas element and having an amorphous structure contains 1 to 100 ppm in terms of weight of a metal element (here, nickel) having a catalytic action for promoting crystallization. The nickel-containing layer 103 is formed by applying a nickel acetate salt solution with a spinner. (FIG. 1B) As a means other than the method for forming the nickel-containing layer 103 by coating, a means for forming an extremely thin film by sputtering, vapor deposition, or plasma treatment may be used. Although an example in which the coating is performed on the entire surface is shown here, a nickel-containing layer may be selectively formed by forming a mask.
[0049]
Next, heat treatment is performed for crystallization. Here, after heat treatment for dehydrogenation (450 ° C. to 500 ° C., 1 hour), heat treatment for crystallization (550 ° C. to 650 ° C. for 4 to 24 hours) is performed. . When crystallization is performed by irradiation with strong light, any one of infrared light, visible light, ultraviolet light, or a combination thereof can be used. Typically, a halogen lamp, a metal halide, or the like is used. Light emitted from a lamp, xenon arc lamp, carbon arc lamp, high pressure sodium lamp, or high pressure mercury lamp is used. The lamp light source is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, and the semiconductor film may be heated to 600 to 1000 ° C. instantaneously. Note that if necessary, heat treatment for releasing hydrogen contained in the first semiconductor film 102 having an amorphous structure may be performed before irradiation with strong light. In addition, crystallization may be performed by simultaneously performing heat treatment and irradiation with strong light. In consideration of productivity, it is desirable to perform crystallization by irradiation with strong light. Although a crystallization technique using nickel as a metal element for promoting crystallization of silicon is used here, other known crystallization techniques such as a solid phase growth method and a laser crystallization method may be used.
[0050]
Next, the first semiconductor film 104 having a crystal structure is irradiated with laser light in order to increase the crystallization rate (the ratio of the crystal component in the entire volume of the film) and repair defects remaining in the crystal grains. . When laser light is irradiated, a thin oxide film (not shown) is formed on the surface. Further, when the laser beam is irradiated, the rare gas element in the first semiconductor film is removed or reduced. As this laser light, excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, and second harmonic and third harmonic of YAG laser are used.
[0051]
The first semiconductor film 104 obtained in this way has a high orientation rate and relaxed strain.
[0052]
Although an example using a pulse laser is shown here, a continuous wave laser may be used, and in order to obtain a crystal with a large grain size when crystallizing an amorphous semiconductor film, continuous wave is possible. It is preferable to use a solid-state laser and apply the second to fourth harmonics of the fundamental wave. Typically, Nd: YVO Four A second harmonic (532 nm) or a third harmonic (355 nm) of a laser (fundamental wave 1064 nm) may be applied. When a continuous wave laser is used, a continuous wave YVO with an output of 10 W Four Laser light emitted from the laser is converted into a harmonic by a non-linear optical element. Also, YVO in the resonator Four There is also a method of emitting harmonics by inserting a crystal and a nonlinear optical element. Then, it is preferably formed into a rectangular or elliptical laser beam on the irradiation surface by an optical system, and irradiated to the object to be processed. The energy density at this time is 0.01 to 100 MW / cm. 2 Degree (preferably 0.1-10 MW / cm 2 )is required. Then, irradiation may be performed by moving the semiconductor film relative to the laser light at a speed of about 10 to 2000 cm / s.
[0053]
Here, a technique of irradiating laser light after performing thermal crystallization using nickel as a metal element for promoting crystallization of silicon is used. However, a continuous wave laser (YVO) is used without adding nickel. Four The amorphous silicon film may be crystallized by the second harmonic of the laser.
[0054]
In addition, the metal element (in this case, nickel) remains in the first semiconductor film 104 obtained by performing heat treatment after adding the metal element. Although it is not uniformly distributed in the film, if it is an average concentration, it is 1 × 10 19 /cm Three Remaining at a concentration exceeding Of course, various semiconductor elements including TFT can be formed even in such a state, but the element is removed by the method described below.
[0055]
Since the oxide film formed by the laser light irradiation after crystallization is insufficient, an oxide film (called chemical oxide) is further formed with an aqueous solution containing ozone (typically ozone water). A barrier layer 105 made of an oxide film with a thickness of 1 to 10 nm is formed, and a second semiconductor film 106 containing a rare gas element is formed on the barrier layer 105. Note that here, an oxide film formed when the first semiconductor film 104 having a crystal structure is irradiated with laser light is also regarded as a part of the barrier layer 105. The barrier layer 105 functions as an etching stopper when only the second semiconductor film 106 is selectively removed in a later step. Also, chemical oxide can be formed in the same manner by treating with an aqueous solution in which sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or the like and hydrogen peroxide are mixed instead of the ozone-containing aqueous solution. As another method for forming the barrier layer 105, ozone may be generated by ultraviolet irradiation in an oxygen atmosphere to oxidize the surface of the semiconductor film having the crystal structure. As another method for forming the barrier layer 105, an oxide film of about 1 to 10 nm may be deposited by a plasma CVD method, a sputtering method, an evaporation method, or the like to form a barrier layer. As another method for forming the barrier layer 105, a thin oxide film may be formed by heating to about 200 to 350 ° C. using a clean oven. Note that the barrier layer 105 formed by any one of the above methods or a combination of these methods has a film quality that allows nickel in the first semiconductor film to move to the second semiconductor film by subsequent gettering. Or it is necessary to set it as a film thickness.
[0056]
Here, the second semiconductor film 106 containing a rare gas element is formed by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like to form a gettering site. As the rare gas element, one or more selected from helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) are used. Among them, argon (Ar) which is an inexpensive gas is preferable. Here, a second semiconductor film is formed using a target made of silicon in an atmosphere containing a rare gas element. There are two meanings of including a rare gas element ion which is an inert gas in the film. One is to form a dangling bond to give distortion to the semiconductor film, and the other is to give distortion to the lattice of the semiconductor film. Distortion between the lattices of the semiconductor film can be obtained remarkably when an element having an atomic radius larger than that of silicon such as argon (Ar), krypton (Kr), or xenon (Xe) is used. Further, by containing a rare gas element in the film, not only lattice distortion but also dangling bonds are formed, contributing to the gettering action. The rare gas element is 1 × 10 19 /cm Three ~ 1x10 twenty two /cm Three , Preferably 1 × 10 20 /cm Three ~ 1x10 twenty one /cm Three , More preferably 5 × 10 20 /cm Three A semiconductor film that has a high concentration and can obtain a gettering effect may be formed.
[0057]
In addition, in the case where the second semiconductor film is formed using a target including phosphorus which is an impurity element of one conductivity type, gettering may be performed using the Coulomb force of phosphorus in addition to gettering using a rare gas element. it can.
[0058]
In addition, since nickel tends to move to a region having a high oxygen concentration during gettering, the oxygen concentration contained in the second semiconductor film 106 is higher than the oxygen concentration contained in the first semiconductor film, For example 5 × 10 18 / Cm Three It is desirable to set it above.
[0059]
Next, heat treatment is performed, and gettering for reducing or removing the concentration of the metal element (nickel) in the first semiconductor film is performed. (FIG. 2B) As the heat treatment for performing gettering, a treatment for irradiating strong light or heat treatment may be performed. By this gettering, the metal element moves in the direction of the arrow in FIG. 2B (that is, the direction from the substrate side to the surface of the second semiconductor film), and the first semiconductor film covered with the barrier layer 105 The metal element contained in 104 is removed or the concentration of the metal element is reduced. The distance that the metal element travels during gettering may be at least as long as the thickness of the first semiconductor film, and the gettering can be completed in a relatively short time. Here, all the nickel is moved to the second semiconductor film 106 so as not to be segregated in the first semiconductor film 104, and the nickel contained in the first semiconductor film 104 is hardly present, that is, the nickel concentration in the film is 1 ×. 10 18 / Cm Three Below, desirably 1 × 10 17 / Cm Three Getter enough to get:
[0060]
Depending on the conditions of the heat treatment for the gettering, the crystallization rate of the first semiconductor film can be increased at the same time as the gettering, and defects remaining in the crystal grains can be repaired, that is, the crystallinity can be improved. .
[0061]
In this specification, gettering means that a metal element in a gettering region (here, the first semiconductor film) is released by thermal energy and moves to a gettering site by diffusion. Accordingly, the gettering depends on the processing temperature, and the gettering proceeds in a shorter time as the temperature is higher.
[0062]
When using the process of irradiating strong light, the lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times. The emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the semiconductor film is instantaneously heated to 600 to 1000 ° C., preferably about 700 to 750 ° C.
[0063]
In the case where the heat treatment is performed, the heat treatment may be performed in a nitrogen atmosphere at 450 to 800 ° C. for 1 to 24 hours, for example, at 550 ° C. for 14 hours. Moreover, you may irradiate strong light in addition to heat processing.
[0064]
Next, using the barrier layer 105 as an etching stopper, only the second semiconductor film indicated by 106 is selectively removed, and then the barrier layer 105 is removed and the first semiconductor film 104 is formed using a known patterning technique. The semiconductor layer 107 having the shape is formed. (FIG. 2C) As a method of selectively etching only the second semiconductor film 106, ClF Three Dry etching without plasma by hydrazine, tetraethylammonium hydroxide (chemical formula (CH Three ) Four NOH) can be performed by wet etching with an alkaline solution such as an aqueous solution containing NOH). Further, after removing the second semiconductor film 106, when the nickel concentration was measured on the surface of the barrier layer by TXRF, since nickel was detected at a high concentration, the barrier layer 105 is desirably removed, and hydrofluoric acid is removed. What is necessary is just to remove with the etchant containing. Further, it is desirable to form a thin oxide film on the surface with ozone water after removing the barrier layer and before forming a resist mask.
[0065]
Next, after cleaning the surface of the semiconductor layer 107 with an etchant containing hydrofluoric acid, an insulating film containing silicon as a main component and serving as the gate insulating film 108 is formed. The surface cleaning and the formation of the gate insulating film are desirably performed continuously without exposure to the atmosphere.
[0066]
Next, after cleaning the surface of the gate insulating film 108, a gate electrode 109 is formed. Next, an impurity element imparting n-type conductivity (P, As, or the like), here phosphorus, is added as appropriate to the semiconductor, so that the source region 110 and the drain region 111 are formed. After the addition, heat treatment, intense light irradiation, or laser light irradiation is performed to activate the impurity element. Simultaneously with activation, plasma damage to the gate insulating film and plasma damage to the interface between the gate insulating film and the semiconductor layer can be recovered. In particular, in an atmosphere of room temperature to 300 ° C., it is very effective to activate the impurity element by irradiating the second harmonic of the YAG laser from the front surface or the back surface. A YAG laser is a preferred activation means because it requires less maintenance.
[0067]
In the subsequent steps, an interlayer insulating film 113 is formed, hydrogenation is performed, contact holes reaching the source region and the drain region are formed, a source electrode 114 and a drain electrode 115 are formed, and a TFT (n-channel TFT) is formed. To complete. (Fig. 2 (D))
[0068]
The concentration of the metal element contained in the channel formation region 112 of the TFT thus obtained is 1 × 10 17 / Cm Three Less than.
[0069]
Further, the present invention is not limited to the TFT structure of FIG. 2D, and if necessary, a lightly doped drain (LDD) having an LDD region between a channel formation region and a drain region (or source region). ) Structure may be used. In this structure, a region to which an impurity element is added at a low concentration is provided between a channel formation region and a source region or a drain region formed by adding an impurity element at a high concentration, and this region is referred to as an LDD region. I'm calling. Further, a so-called GOLD (Gate-drain Overlapped LDD) structure in which an LDD region is disposed so as to overlap with a gate electrode through a gate insulating film may be employed.
[0070]
Although an n-channel TFT has been described here, it goes without saying that a p-channel TFT can be formed by using a p-type impurity element instead of an n-type impurity element.
[0071]
Although the top gate type TFT has been described as an example here, the present invention can be applied regardless of the TFT structure. For example, it can be applied to a bottom gate type (reverse stagger type) TFT or a forward stagger type TFT. Is possible.
[0072]
Moreover, the process order shown here is only an example and is not particularly limited. For example, here, an example in which a rare gas element is added to the first semiconductor film and then a metal element is added is shown; however, a metal element is added to the first semiconductor film and then a rare gas element is added. Good.
[0073]
(Embodiment 2)
Here, an example using a gettering method different from that in the first embodiment will be described. Note that this embodiment is the same as the first embodiment, and the detailed description thereof will be omitted.
[0074]
First, the state shown in FIG. 1C is obtained in the same manner as in the first embodiment.
[0075]
Next, a mask is formed and a rare gas element is selectively added. Here, a silicon oxide film having a thickness of 100 to 200 nm is formed over the crystalline semiconductor film. A method for forming the silicon oxide film is not limited. For example, tetraethyl orthosilicate (TEOS) and O 2 The reaction pressure is 40 Pa, the substrate temperature is 300 to 400 ° C., and the high frequency (13.56 MHz) power density is 0.5 to 0.8 W / cm. 2 To discharge and form.
[0076]
Next, a resist mask 207 is formed on the silicon oxide film. After patterning with this mask and forming an insulating layer 206 made of silicon oxide covering a portion to be a semiconductor layer of the TFT, a rare gas element is added to the semiconductor film to form a gettering site 208. Here, an ion doping method or an ion implantation method is used, and the concentration of a rare gas element added to the semiconductor film is set to 1 × 10. 20 ~ 5x10 twenty one / Cm Three Is desirable. At this time, the rare gas element may be doped while the resist mask is left as it is, or the rare gas element may be doped after the resist mask 207 is removed. After doping with the rare gas element, the resist mask is removed. Further, in addition to a rare gas element, a periodic table group 15 element or a periodic table group 13 element may be added.
[0077]
Next, gettering is performed. (FIG. 3B) When gettering is performed in a nitrogen atmosphere at 450 to 800 ° C. for 1 to 24 hours, for example, 550 ° C. for 14 hours, metal elements can be segregated at the gettering site 208. . By this gettering, the metal element contained in the semiconductor film covered with the insulating layer 206 is removed or the concentration of the metal element is reduced. Moreover, you may irradiate strong light instead of heat processing. Moreover, you may irradiate strong light in addition to heat processing. However, when the RTA method using light emitted from a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high-pressure sodium lamp, or a high-pressure mercury lamp is used as the heating means for gettering, the heating temperature of the semiconductor film is It is desirable to irradiate strong light so that it may become 400 to 550 degreeC.
[0078]
After the gettering is completed, the gettering site is removed using the mask as it is to form a semiconductor layer 209 having a desired shape including a region where the metal element is reduced, and finally an insulating layer made of silicon oxide is formed. Remove. (FIG. 3C) When the insulating layer 206 is removed, the surface of the semiconductor layer 209 is desirably slightly etched.
[0079]
Alternatively, the gettering site may be formed by doping a rare gas element through a silicon oxide film when a resist mask is formed. In this case, after doping, the mask is removed and gettering is performed, and then the silicon oxide film is removed. Thereafter, only the region (gettering site) to which the rare gas element is added is selectively removed from the semiconductor film. Thus, a semiconductor layer is formed. If a dash liquid, a saturated liquid, a Seco liquid, or the like is used as an etchant, the region to which the rare gas element is added is amorphized, so that the region is a crystalline semiconductor film (no rare gas is added). It can be selectively etched.
[0080]
Subsequent steps complete the TFT by the same steps as those in the first embodiment. (Fig. 3 (D))
[0081]
Further, this embodiment mode can be combined with Embodiment Mode 1. It can also be combined with other known gettering techniques.
[0082]
The present invention having the above-described configuration will be described in more detail with the following examples.
[0083]
(Example)
[Example 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a method for simultaneously manufacturing a pixel portion and TFTs (n-channel TFT and p-channel TFT) of a driver circuit provided around the pixel portion on the same substrate will be described in detail.
[0084]
First, the base insulating film 1101 is formed over the glass substrate 1100 by the method described in the above embodiment to obtain a first semiconductor film having a crystal structure, and then etched into a desired shape to be separated into islands. The formed semiconductor layers 1102 to 1106 are formed.
[0085]
Note that the detailed description up to the formation of the semiconductor layers 1102 to 1106 is described in Embodiment Mode 1 and will be briefly described below.
[0086]
In this embodiment, a two-layer structure is used as the base insulating film 1101 provided over the glass substrate. However, a single layer film of the insulating film or a structure in which two or more layers are stacked may be used. As the first layer of the base insulating film 1101, a plasma CVD method is used, and SiH Four , NH Three And N 2 A first silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 27%, N = 24%, H = 17%) formed with O as a reaction gas is formed with a film thickness of 50 nm. Next, as the second layer of the base insulating film 1101, a plasma CVD method is used, and SiH Four And N 2 A second silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) formed with O as a reaction gas is formed with a film thickness of 100 nm.
[0087]
Next, an amorphous silicon film using a plasma CVD method is formed with a thickness of 50 nm over the base insulating film 1101. Next, a nickel acetate salt solution containing 10 ppm of nickel by weight is applied by a spinner. Instead of coating, a method of spreading nickel element over the entire surface by sputtering may be used.
[0088]
Next, a rare gas element (here, argon) is added to the amorphous silicon film by an ion doping method. 1 × 10 of rare gas element in the amorphous silicon film 17 / Cm Three Or more, preferably 1 × 10 20 / Cm Three ~ 3x10 20 / Cm Three Add in the concentration range of. Argon is included in the film before crystallization to increase the orientation ratio of the film, and after crystallization, the strain existing in the film is reduced.
[0089]
Next, irradiation with intense light at 700 ° C. for 110 seconds was performed with a multi-task type lamp annealing apparatus using a total of 21 tungsten halogen lamps to obtain a silicon film having a crystal structure. Note that if the temperature is 700 ° C. or less with a lamp annealing apparatus, the semiconductor film is only heated instantaneously and there is almost no change in the shape of the substrate 1100. Although crystallization is performed using a lamp annealing apparatus here, crystallization may be performed by heat treatment using a furnace.
[0090]
Next, irradiation with laser light (XeCl: wavelength 308 nm) is performed to increase the crystallization rate and repair defects remaining in the crystal grains. As the laser light, excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, and second harmonic and third harmonic of a YAG laser are used. In any case, pulse laser light having a repetition frequency of about 10 to 1000 Hz is used, and the laser light is 100 to 400 mJ / cm in the optical system. 2 And the surface of the silicon film may be scanned by irradiating with an overlap rate of 90 to 95%. Note that the laser irradiation here is very important in removing or reducing a rare gas element (in this case, argon) in the film. Next, in addition to the oxide film formed by laser light irradiation, the surface is treated with ozone water for 120 seconds to form a barrier layer made of an oxide film having a total thickness of 1 to 5 nm.
[0091]
Next, an amorphous silicon film containing an argon element serving as a gettering site is formed with a thickness of 150 nm on the barrier layer by a sputtering method. The film formation conditions by the sputtering method of this embodiment are as follows: the film formation pressure is 0.3 Pa, the gas (Ar) flow rate is 50 (sccm), the film formation power is 3 kW, and the substrate temperature is 150 ° C. Note that the atomic concentration of the argon element contained in the amorphous silicon film under the above conditions is 3 × 10 20 / Cm Three ~ 6 × 10 20 / Cm Three The atomic concentration of oxygen is 1 × 10 19 / Cm Three ~ 3x10 19 / Cm Three It is. Thereafter, heat treatment is performed at 650 ° C. for 3 minutes using a lamp annealing apparatus to perform gettering.
[0092]
Next, the amorphous silicon film containing an argon element as a gettering site is selectively removed using the barrier layer as an etching stopper, and then the barrier layer is selectively removed with dilute hydrofluoric acid. Note that during gettering, nickel tends to move to a region with a high oxygen concentration, and thus it is desirable to remove the barrier layer made of an oxide film after gettering.
[0093]
Next, after forming a thin oxide film with ozone water on the surface of the obtained silicon film having a crystal structure (also called a polysilicon film), a mask made of resist is formed and etched into a desired shape to form islands. A separated semiconductor layer is formed. After the semiconductor layer is formed, the resist mask is removed.
[0094]
Further, after forming the semiconductor layer, an impurity element imparting p-type or n-type conductivity may be added in order to control the threshold value (Vth) of the TFT. As impurity elements imparting p-type to a semiconductor, periodic group 13 elements such as boron (B), aluminum (Al), and gallium (Ga) are known. Note that as an impurity element imparting n-type conductivity to a semiconductor, an element belonging to Group 15 of the periodic table, typically phosphorus (P) or arsenic (As) is known.
[0095]
Next, the oxide film is removed with an etchant containing hydrofluoric acid, and at the same time, the surface of the silicon film is washed, and then an insulating film containing silicon as a main component to be the gate insulating film 1107 is formed. In this embodiment, a silicon oxynitride film (composition ratio: Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) is formed to a thickness of 115 nm by plasma CVD.
[0096]
Next, as illustrated in FIG. 4A, a first conductive film 1108a with a thickness of 20 to 100 nm, a second conductive film 1108b with a thickness of 100 to 400 nm, and a thickness of 20 to 20 are formed over the gate insulating film 1107. A third conductive film 1108c having a thickness of 100 nm is stacked. In this embodiment, a 50-nm-thick tungsten film, a 500-nm-thick aluminum and titanium alloy (Al—Ti) film, and a 30-nm-thick titanium film are sequentially stacked over the gate insulating film 1107.
[0097]
As the conductive material for forming the first to third conductive films, an element selected from Ta, W, Ti, Mo, Al, and Cu, or an alloy material or a compound material containing the element as a main component is formed. A semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used as the first to third conductive films. For example, tungsten nitride may be used instead of tungsten of the first conductive film, or an alloy of aluminum and silicon (Al—Si) instead of the aluminum and titanium alloy (Al—Ti) film of the second conductive film. ) Film may be used, or a titanium nitride film may be used instead of the titanium film of the third conductive film. Moreover, it is not limited to a three-layer structure, For example, the two-layer structure of a tantalum nitride film and a tungsten film may be sufficient.
[0098]
Next, as shown in FIG. 4B, resists 1110 to 1115 are formed by a light exposure process, and a first etching process for forming gate electrodes and wirings is performed. The first etching process is performed under the first and second etching conditions. For etching, an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method may be used. Using the ICP etching method, the film is formed into a desired taper shape by appropriately adjusting the etching conditions (the amount of power applied to the coil-type electrode, the amount of power applied to the substrate-side electrode, the electrode temperature on the substrate side, etc.) Can be etched. As an etching gas, Cl 2 , BCl Three , SiCl Four , CCl Four Chlorine gas or CF represented by Four , SF 6 , NF Three Fluorine gas such as O 2 Can be used as appropriate.
[0099]
The etching gas used is not limited, but here BCl Three And Cl 2 And O 2 It is suitable to use. Each gas flow rate ratio is 65/10/5 (sccm), 450 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1.2 Pa, plasma is generated, and etching is performed for 117 seconds. Do. 300 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. The Al film and the Ti film are etched under the first etching condition, and the end portion of the first conductive layer is tapered.
[0100]
After that, the second etching condition is changed and the etching gas is changed to CF. Four And Cl 2 And O 2 Each gas flow rate ratio is 25/25/10 (sccm), and 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma for about 30 seconds. Etch to a certain degree. 20 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. CF Four And Cl 2 Under the second etching conditions in which the Al is mixed, the Al film, Ti film, and W film are etched to the same extent. Note that in order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, it is preferable to increase the etching time at a rate of about 10 to 20%.
[0101]
In the first etching process, the first conductive layer, the second conductive layer, and the third conductive layer are formed by the effect of the bias voltage applied to the substrate side by making the shape of the resist mask suitable. The end of the layer is tapered. The angle of this taper portion is 15 to 45 °. Thus, the first shape conductive layers 1117 to 1122 (the first conductive layers 1117a to 1122a and the second conductive layers) including the first conductive layer, the second conductive layer, and the third conductive layer are formed by the first etching process. Conductive layers 1117b to 1122b and third conductive layers 1117c to 1122c) are formed. Reference numeral 1116 denotes a gate insulating film. A region which is not covered with the first shape conductive layers 1117 to 1122 is etched and thinned by about 20 to 50 nm.
[0102]
Next, a second etching process is performed as shown in FIG. 4C without removing the resist masks 1110 to 1115. BCl as etching gas Three And Cl 2 Each gas flow rate ratio is 20/60 (sccm), 600 W RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1.2 Pa, and plasma is generated to perform etching. 100 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the substrate side (sample stage). The second conductive layer and the third conductive layer are etched under the third etching condition. In this manner, the aluminum film and the titanium film containing a small amount of titanium under the third etching condition are anisotropically etched to form the second shape conductive layers 1124 to 1129 (the first conductive layers 1124a to 1129a and the second conductive layer). Layers 1124b to 1129b and third conductive layers 1124c to 1129c) are formed. Reference numeral 1123 denotes a gate insulating film. A region not covered with the second shape conductive layers 1124 to 1129 is slightly etched to form a thinned region.
[0103]
Then, a first doping process is performed without removing the resist mask, and an impurity element imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layer. The doping process may be performed by ion doping or ion implantation. The condition of the ion doping method is that the dose is 1.5 × 10 14 atoms / cm 2 The acceleration voltage is set to 60 to 100 keV. Typically, phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the impurity element imparting n-type conductivity. In this case, the second shape conductive layers 1124 to 1128 serve as a mask for the impurity element imparting n-type, and the first impurity regions 1130 to 1134 are formed in a self-aligning manner. The first impurity regions 1130 to 1134 have 1 × 10 16 ~ 1x10 17 /cm Three An impurity element imparting n-type is added in a concentration range of.
[0104]
In this embodiment, the first doping process is performed without removing the resist mask, but the first doping process may be performed after the resist mask is removed.
[0105]
Next, after removing the resist mask, resist masks 1135 and 1136 are formed as shown in FIG. 5A, and a second doping process is performed. A mask 1135 is a mask for protecting a channel formation region of a semiconductor layer that forms one of n-channel TFTs of a driver circuit and a peripheral region thereof, and a mask 1136 is a channel formation region of a semiconductor layer that forms a TFT of a pixel portion. And a mask for protecting the surrounding area.
[0106]
The condition of the ion doping method in the second doping process is that the dose is 1.5 × 10 5. 15 atoms / cm 2 Then, phosphorus (P) is doped with an acceleration voltage of 60 to 100 keV. Here, an impurity region is formed in each semiconductor layer by using a difference in film thickness between the second shape conductive layers 1124 to 1128 and the gate insulating film 1123. Of course, phosphorus (P) is not added to the regions covered with the masks 1135 and 1136. Thus, second impurity regions 1180 to 1182 and third impurity regions 1137 to 1141 are formed. The third impurity regions 1137 to 1141 have 1 × 10 20 ~ 1x10 twenty one /cm Three An impurity element imparting n-type is added in a concentration range of. The second impurity region is formed at a lower concentration than the third impurity region due to a difference in film thickness of the gate insulating film, and is 1 × 10 6. 18 ~ 1x10 19 /cm Three An impurity element imparting n-type is added in a concentration range of.
[0107]
Next, after removing the resist masks 1135 and 1136, new resist masks 1142 to 1144 are formed, and a third doping process is performed as shown in FIG. 5B. By the third doping treatment, the fourth impurity region 1147 and the fifth impurity regions 1145 and 1146 to which an impurity element imparting p-type conductivity is added are formed in the semiconductor layer forming the p-channel TFT. . The fourth impurity region is formed in a region overlapping with the second shape conductive layer, and is 1 × 10 6. 18 ~ 1x10 20 /cm Three An impurity element imparting p-type is added in a concentration range of. The fifth impurity regions 1145 and 1146 have 1 × 10 20 ~ 1x10 twenty one /cm Three An impurity element imparting p-type is added in a concentration range of. Note that the fifth impurity region 1146 is a region to which phosphorus (P) is added in the previous step, but the concentration of the impurity element imparting p-type is added 1.5 to 3 times its conductivity type. Is p-type.
[0108]
Note that the fifth impurity regions 1148 and 1149 and the fourth impurity region 1150 are formed in a semiconductor layer which forms a storage capacitor in the pixel portion.
[0109]
Through the above steps, impurity regions having n-type or p-type conductivity are formed in each semiconductor layer. The second shape conductive layers 1124 to 1127 serve as gate electrodes. In addition, the second shape conductive layer 1128 serves as one electrode forming a storage capacitor in the pixel portion. Further, the second shape conductive layer 1129 forms a source wiring in the pixel portion.
[0110]
Next, an insulating film (not shown) that covers substantially the entire surface is formed. In this example, a 50 nm-thickness silicon oxide film was formed by plasma CVD. Of course, this insulating film is not limited to the silicon oxide film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a laminated structure.
[0111]
Next, a step of activating the impurity element added to each semiconductor layer is performed. This activation step may be a rapid thermal annealing method (RTA method) using a lamp light source, a method of irradiating a YAG laser or an excimer laser from the back surface, a heat treatment using a furnace, or a combination thereof. By different methods. However, in this embodiment, since the material mainly composed of aluminum is used as the second conductive layer, it is important to set the heat treatment conditions that the second conductive layer can withstand in the activation process.
[0112]
Simultaneously with the activation treatment, nickel used as a catalyst during crystallization is gettered to the third impurity regions 1137, 1139, and 1140 and the fifth impurity regions 1146 and 1149 containing high-concentration phosphorus. In addition, the nickel concentration in the semiconductor layer that becomes the channel formation region is reduced. As a result, a TFT having a channel formation region has a low off-current value and good crystallinity, so that high field-effect mobility can be obtained and good characteristics can be achieved. Note that in this example, the first gettering is performed by the method described in Embodiment Mode 1 at the stage of forming the semiconductor layer, so that the gettering by phosphorus here is the second gettering. . In addition, when the gettering is sufficiently performed by the first gettering, it is not particularly necessary to perform the second gettering.
[0113]
Further, in this embodiment, an example in which an insulating film is formed before the activation is shown, but an insulating film may be formed after the activation.
[0114]
Next, a first interlayer insulating film 1151 made of a silicon nitride film is formed and subjected to a heat treatment (heat treatment at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours) to hydrogenate the semiconductor layer. (FIG. 5C) This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the first interlayer insulating film 1151. The semiconductor layer can be hydrogenated regardless of the presence of an insulating film (not shown) made of a silicon oxide film. However, in this embodiment, since the material containing aluminum as a main component is used as the second conductive layer, it is important to set the heat treatment conditions that the second conductive layer can withstand in the hydrogenation step. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.
[0115]
Next, a second interlayer insulating film 1152 made of an organic insulating material is formed over the first interlayer insulating film 1151. In this embodiment, an acrylic resin film having a thickness of 1.6 μm is formed. Next, a contact hole reaching the source wiring 1127 and a contact hole reaching each impurity region are formed. In this embodiment, a plurality of etching processes are sequentially performed. In this embodiment, after etching the second interlayer insulating film using the first interlayer insulating film as an etching stopper, the first interlayer insulating film is etched using the insulating film (not shown) as an etching stopper, and then the insulating film (illustrated). Not etched).
[0116]
Thereafter, wirings and pixel electrodes are formed using Al, Ti, Mo, W, or the like. As materials for these electrodes and pixel electrodes, it is desirable to use a material having excellent reflectivity such as a film mainly composed of Al or Ag, or a laminated film thereof. Thus, source or drain wirings 1153 to 1158, a gate wiring 1160, a connection wiring 1159, and a pixel electrode 1161 are formed.
[0117]
As described above, the driver circuit 406 including the n-channel TFT 401, the p-channel TFT 402, and the n-channel TFT 403, and the pixel portion 407 including the n-channel TFT 404 and the storage capacitor 405 can be formed over the same substrate. it can. (FIG. 6) In this specification, such a substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience. In this specification, such a substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.
[0118]
An n-channel TFT 401 (second n-channel TFT) of the driver circuit 406 includes a channel formation region 1162, a second impurity region 1163 partially overlapping with a second shape conductive layer 1124 forming a gate electrode, and a source region. Alternatively, the third impurity region 1164 functioning as a drain region is provided. The p-channel TFT 402 includes a channel formation region 1165, a fourth impurity region 1166 that partially overlaps with the second shape conductive layer 1125 that forms the gate electrode, and a fourth impurity region 1167 that functions as a source region or a drain region. Have. The n-channel TFT 403 (second n-channel TFT) includes a channel formation region 1168, a second impurity region 1169 that partially overlaps with the second shape conductive layer 1126 that forms the gate electrode, and a source or drain region. The third impurity region 1170 functioning as A shift register circuit, a buffer circuit, a level shifter circuit, a latch circuit, or the like can be formed using such an n-channel TFT and a p-channel TFT. In particular, the structure of the n-channel TFT 401 or 403 is suitable for a buffer circuit having a high driving voltage in order to prevent deterioration due to the hot carrier effect.
[0119]
A pixel TFT 404 (first n-channel TFT) in the pixel portion 407 includes a channel formation region 1171, a first impurity region 1172 formed outside a second shape conductive layer 1128 that forms a gate electrode, and a source region. Alternatively, the third impurity region 1173 functioning as a drain region is provided. A fourth impurity region 1176 and a fifth impurity region 1177 are formed in the semiconductor layer functioning as one electrode of the storage capacitor 405. The storage capacitor 405 is formed of a second shape electrode 1129 and a semiconductor layer 1106 using an insulating film (the same film as the gate insulating film) as a dielectric.
[0120]
In addition, when the pixel electrode is formed using a transparent conductive film, a transmissive display device can be formed although the number of photomasks is increased by one.
[0121]
[Example 2]
In Example 1, an example in which the gate electrode structure has a three-layer structure is shown, but an example in which the gate electrode structure has a two-layer structure is shown. Since this embodiment is the same as the first embodiment except for the gate electrode, only differences will be described.
[0122]
In this embodiment, in this embodiment, a first conductive film made of a TaN film with a thickness of 30 nm and a second conductive film made of a W film with a thickness of 370 nm are stacked. The TaN film is formed by sputtering, and is sputtered in a nitrogen-containing atmosphere using a Ta target. The W film is formed by sputtering using a W target. In place of the W film, an alloy film made of W and Mo may be used.
[0123]
In this example, as in Example 1, the ICP etching method was used, and the etching conditions (the amount of power applied to the coil-type electrode, the amount of power applied to the electrode on the substrate side, the electrode temperature on the substrate side, etc.) The film can be etched into a desired taper shape by appropriately adjusting. As an etching gas, Cl 2 , BCl Three , SiCl Four , CCl Four Chlorine gas or CF represented by Four , SF 6 , NF Three Fluorine gas such as O 2 Can be used as appropriate.
[0124]
Similar to the first embodiment, the first etching process is performed under the first and second etching conditions. As the first etching condition, CF is used as an etching gas. Four And Cl 2 And O 2 The gas flow ratio is 25/25/10 (sccm) and 500 W RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma and perform etching. 150 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. Under the first etching conditions, the etching rate with respect to W is 200.39 nm / min, the etching rate with respect to TaN is 80.32 nm / min, and the selection ratio of W with respect to TaN is about 2.5. Further, the taper angle of W is about 26 ° under this first etching condition.
[0125]
Then, the resist mask is not removed and the second etching condition is changed, and the etching gas is changed to CF. Four And Cl 2 The gas flow ratio is 30/30 (sccm), and 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma and etching for about 30 seconds. I do. 20 W of RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. CF Four And Cl 2 Under the second etching condition in which is mixed, the W film and the TaN film are etched to the same extent. The etching rate for W under the second etching conditions is 58.97 nm / min, and the etching rate for TaN is 66.43 nm / min.
[0126]
In the first etching process, the shape of the mask made of resist is made suitable, and the end portions of the first conductive layer and the second conductive layer are tapered due to the effect of the bias voltage applied to the substrate side. It becomes. The angle of the tapered portion may be 15 to 45 °.
[0127]
The second etching process is performed in the same manner as in the first embodiment. Here, SF is used as the etching gas. 6 And Cl 2 And O 2 The gas flow ratio is 24/12/24 (sccm), and 700 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1.3 Pa to generate plasma and perform etching. 25 seconds. 10 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. In the second etching process, the etching rate with respect to W is 227.3 nm / min, the etching rate with respect to TaN is 32.1 nm / min, the selection ratio of W with respect to TaN is 7.1, and the oxide that is the gate insulating film The etching rate for the silicon nitride film (SiON) is 33.7 nm / min. By this second etching process, the taper angle of W became 70 °.
[0128]
Compared to Example 1, the gate electrode formed in this example is formed by stacking a W film and a TaN film, and thus has a high electrical resistance value, but has high heat resistance. This has the advantage that it is not affected by the processing conditions.
[0129]
[Example 3]
In this embodiment, a process for manufacturing an active matrix liquid crystal display device from the active matrix substrate manufactured in Embodiment 1 will be described below. FIG. 7 is used for the description.
[0130]
First, after obtaining the active matrix substrate in the state of FIG. 6 according to Example 1, an alignment film is formed on the active matrix substrate of FIG. 6 and a rubbing process is performed. In this embodiment, before the alignment film is formed, columnar spacers for maintaining the distance between the substrates are formed at desired positions by patterning an organic resin film such as an acrylic resin film. Further, instead of the columnar spacers, spherical spacers may be scattered over the entire surface of the substrate.
[0131]
Next, a counter substrate is prepared. The counter substrate is provided with a color filter in which a colored layer and a light shielding layer are arranged corresponding to each pixel. Further, a light shielding layer was also provided in the drive circuit portion. A flattening film covering the color filter and the light shielding layer was provided. Next, a counter electrode made of a transparent conductive film was formed on the planarizing film in the pixel portion, an alignment film was formed on the entire surface of the counter substrate, and a rubbing process was performed.
[0132]
Then, the active matrix substrate on which the pixel portion and the driving circuit are formed and the counter substrate are bonded together with a sealant. A filler is mixed in the sealing material, and two substrates are bonded to each other with a uniform interval by the filler and the columnar spacer. Thereafter, a liquid crystal material is injected between both substrates and completely sealed with a sealant (not shown). A known liquid crystal material may be used as the liquid crystal material. In this way, an active matrix liquid crystal display device is completed. If necessary, the active matrix substrate or the counter substrate is divided into a desired shape. Furthermore, a polarizing plate or the like was appropriately provided using a known technique. And FPC was affixed using the well-known technique.
[0133]
The structure of the liquid crystal module thus obtained will be described with reference to the top view of FIG.
[0134]
A pixel portion 804 is disposed at the center of the active matrix substrate 801. A source signal line driver circuit 802 for driving the source signal line is disposed above the pixel portion 804. On the left and right sides of the pixel portion 804, gate signal line driving circuits 803 for driving the gate signal lines are arranged. In the example shown in this embodiment, the gate signal line driver circuit 803 is symmetrically arranged with respect to the pixel portion, but this may be arranged only on one side, and the designer may consider the substrate size of the liquid crystal module and the like. May be appropriately selected. However, considering the operation reliability and driving efficiency of the circuit, the symmetrical arrangement shown in FIG. 7 is desirable.
[0135]
Input of signals to each drive circuit is performed from a flexible printed circuit (FPC) 805. The FPC 805 opens contact holes in the interlayer insulating film and the resin film so as to reach the wiring arranged up to a predetermined place on the substrate 801, forms a connection electrode 809, and then performs pressure bonding via an anisotropic conductive film or the like. Is done. In this example, the connection electrode was formed using ITO.
[0136]
A sealant 807 is applied around the periphery of the driving circuit and the pixel portion along the outer periphery of the substrate, and a predetermined gap (a distance between the substrate 801 and the counter substrate 806) is maintained by a spacer 810 formed in advance on the active matrix substrate. In this state, the counter substrate 806 is attached. Thereafter, a liquid crystal element is injected from a portion where the sealant 807 is not applied and sealed with the sealant 808. The liquid crystal module is completed through the above steps.
[0137]
Although an example in which all the drive circuits are formed on the substrate is shown here, several ICs may be used as part of the drive circuit.
[0138]
[Example 4]
In Example 1, an example of a reflective display device in which a pixel electrode is formed of a reflective metal material is shown. However, in this embodiment, a transmissive display in which a pixel electrode is formed of a light-transmitting conductive film. An example of an apparatus is shown.
[0139]
The steps up to the step of forming the interlayer insulating film are the same as those in the first embodiment, and are omitted here. After an interlayer insulating film is formed according to Embodiment 1, a pixel electrode 601 made of a light-transmitting conductive film is formed. As the light-transmitting conductive film, ITO (indium tin oxide alloy), indium oxide zinc oxide alloy (In 2 O Three —ZnO), zinc oxide (ZnO), or the like may be used.
[0140]
Thereafter, contact holes are formed in the interlayer insulating film 600. Next, a connection electrode 602 which overlaps with the pixel electrode is formed. The connection electrode 602 is connected to the drain region through a contact hole. In addition, the source electrode or drain electrode of another TFT is formed simultaneously with this connection electrode.
[0141]
Although an example in which all the drive circuits are formed on the substrate is shown here, several ICs may be used as part of the drive circuit.
[0142]
An active matrix substrate is formed as described above. Using this active matrix substrate, a liquid crystal module is manufactured in accordance with Embodiment 3, provided with a backlight 604 and a light guide plate 605, and covered with a cover 606, an active matrix type as shown in FIG. A liquid crystal display device is completed. Note that the cover and the liquid crystal module are bonded together using an adhesive or an organic resin. In addition, when the substrate and the counter substrate are bonded to each other, the organic resin may be filled between the frame and the substrate by being surrounded by a frame and bonded. Further, since it is a transmissive type, the polarizing plate 603 is attached to both the active matrix substrate and the counter substrate.
[0143]
[Example 5]
In this embodiment, an example of manufacturing a light-emitting display device including an EL (Electro Luminescence) element is shown in FIG.
[0144]
9A is a top view showing the EL module, and FIG. 9B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 9A. A pixel portion 902, a source side driver circuit 901, and a gate side driver circuit 903 are formed over a substrate 900 (eg, a glass substrate, a crystallized glass substrate, or a plastic substrate) having an insulating surface. These pixel portions and driving circuits can be obtained according to the above embodiment. Reference numeral 918 denotes a sealing material, and 919 denotes a DLC film. The pixel portion and the drive circuit portion are covered with a sealing material 918, and the sealing material is covered with a protective film 919. Further, it is sealed with a cover material 920 using an adhesive. In order to withstand deformation due to heat or external force, the cover material 920 is preferably made of the same material as that of the substrate 900, for example, a glass substrate. To process. Further, it is desirable to form a recess (depth 50 to 200 μm) where the desiccant 921 can be installed by processing. In addition, when manufacturing an EL module by multi-chamfering, after bonding the substrate and the cover material, the CO 2 You may cut | disconnect so that an end surface may correspond using a laser etc.
[0145]
Reference numeral 908 denotes wiring for transmitting signals input to the source side driver circuit 901 and the gate side driver circuit 903, and receives a video signal and a clock signal from an FPC (flexible printed circuit) 909 serving as an external input terminal. Although only the FPC is shown here, a printed wiring board (PWB) may be attached to the FPC. The light-emitting device in this specification includes not only a light-emitting device body but also a state in which an FPC or a PWB is attached thereto.
[0146]
Next, a cross-sectional structure is described with reference to FIG. An insulating film 910 is provided over the substrate 900, and a pixel portion 902 and a gate side driver circuit 903 are formed above the insulating film 910. The pixel portion 902 is electrically connected to the current control TFT 711 and its drain. The pixel electrode 912 is formed by a plurality of pixels. The gate side driver circuit 903 is formed using a CMOS circuit in which an n-channel TFT 913 and a p-channel TFT 714 are combined.
[0147]
These TFTs (including 911, 913, and 914) may be manufactured according to the above embodiment.
[0148]
The pixel electrode 912 functions as an anode of the light emitting element (EL element). A bank 915 is formed on both ends of the pixel electrode 912, and an EL layer 916 and a cathode 917 of a light emitting element are formed on the pixel electrode 912.
[0149]
As the EL layer 916, an EL layer (a layer for emitting light and moving carriers therefor) may be formed by freely combining a light-emitting layer, a charge transport layer, or a charge injection layer. For example, a low molecular organic EL material or a high molecular organic EL material may be used. In addition, a thin film made of a light emitting material (singlet compound) that emits light (fluorescence) by singlet excitation or a thin film made of a light emitting material (phosphorescence) that emits light (phosphorescence) by triplet excitation can be used as the EL layer. It is also possible to use an inorganic material such as silicon carbide for the charge transport layer or the charge injection layer. As these organic EL materials and inorganic materials, known materials can be used.
[0150]
The cathode 917 also functions as a wiring common to all pixels, and is electrically connected to the FPC 909 via the connection wiring 908. Further, all elements included in the pixel portion 902 and the gate side driver circuit 903 are covered with a cathode 917, a sealant 918, and a protective film 919.
[0151]
Note that as the sealant 918, a material that is as transparent or translucent as possible to visible light is preferably used. Further, the sealant 918 is desirably a material that does not transmit moisture and oxygen as much as possible.
[0152]
In addition, after completely covering the light emitting element with the sealant 918, it is preferable to provide a protective film 919 made of a DLC film or the like on the surface (exposed surface) of the sealant 918 at least as shown in FIG. Further, a protective film may be provided on the entire surface including the back surface of the substrate. Here, it is necessary to pay attention so that a protective film is not formed on the portion where the external input terminal (FPC) is provided. The protective film may be prevented from being formed using a mask, or the protective film may not be formed by covering the external input terminal portion with a tape such as Teflon (registered trademark) used as a masking tape in a CVD apparatus. Also good.
[0153]
By encapsulating the light-emitting element with the sealing material 918 and the protective film with the above structure, the light-emitting element can be completely shut off from the outside, and a substance that promotes deterioration due to oxidation of the EL layer such as moisture or oxygen from the outside. Can be prevented from entering. Therefore, a highly reliable light-emitting device can be obtained.
[0154]
Further, the pixel electrode is an anode (Pt, Cr, W, Ni, etc.), and an EL layer and a light-transmitting cathode (a thin metal layer (AgMg or AlLi) and a transparent conductive film (ITO or ZnO)) 9 may be configured to emit light in a direction opposite to that in FIG 9. In addition, the pixel electrode may be used as a cathode, and an EL layer and an anode may be stacked to emit light in the direction opposite to that in FIG. An example of this is shown here, and the top view is the same and is omitted.
[0155]
The cross-sectional structure shown in FIG. 10 will be described below. As the substrate 1000, a semiconductor substrate or a metal substrate can be used in addition to a glass substrate or a quartz substrate. An insulating film 1010 is provided over the substrate 1000, and a pixel portion 1002 and a gate side driver circuit 1003 are formed above the insulating film 1010. The pixel portion 1002 is electrically connected to the current control TFT 1011 and its drain. The pixel electrode 1012 is formed by a plurality of pixels. The gate side driver circuit 1003 is formed using a CMOS circuit in which an n-channel TFT 1013 and a p-channel TFT 1014 are combined.
[0156]
The pixel electrode 1012 functions as a cathode of the light emitting element. A bank 1015 is formed at both ends of the pixel electrode 1012, and an EL layer 1016 and an anode 1017 of a light emitting element are formed on the pixel electrode 1012.
[0157]
The anode 1017 also functions as a wiring common to all pixels, and is electrically connected to the FPC 1009 through the connection wiring 1008. Further, all elements included in the pixel portion 1002 and the gate side driver circuit 1003 are covered with an anode 1017, a sealant 1018, and a protective film 1019 made of DLC or the like. Further, the cover material 1021 and the substrate 1000 were bonded together with an adhesive. Further, the cover material is provided with a recess, and a desiccant 1021 is provided.
[0158]
Note that as the sealant 1018, it is preferable to use a material that is as transparent or translucent as possible to visible light. The sealing material 1018 is desirably a material that does not transmit moisture and oxygen as much as possible.
[0159]
In FIG. 10, since the pixel electrode is a cathode and the EL layer and the anode are stacked, the light emission direction is the direction of the arrow shown in FIG.
[0160]
Note that this embodiment can be combined with the first embodiment, the first embodiment, or the second embodiment.
[0161]
[Example 6]
The driver circuit and the pixel portion formed by implementing the present invention can be used for various modules (active matrix liquid crystal module, active matrix EL module, active matrix EC module). That is, the present invention can be implemented in all electronic devices in which they are incorporated in the display portion.
[0162]
Such electronic devices include video cameras, digital cameras, head mounted displays (goggles type displays), car navigation systems, projectors, car stereos, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.), etc. Can be mentioned. Examples of these are shown in FIGS.
[0163]
FIG. 11A illustrates a personal computer, which includes a main body 2001, an image input portion 2002, a display portion 2003, a keyboard 2004, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2003.
[0164]
FIG. 11B shows a video camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an audio input portion 2103, operation switches 2104, a battery 2105, an image receiving portion 2106, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2102.
[0165]
FIG. 11C illustrates a mobile computer, which includes a main body 2201, a camera unit 2202, an image receiving unit 2203, operation switches 2204, a display unit 2205, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2205.
[0166]
FIG. 11D shows a goggle type display, which includes a main body 2301, a display portion 2302, an arm portion 2303, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2302.
[0167]
FIG. 11E shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 2401, a display portion 2402, a speaker portion 2403, a recording medium 2404, an operation switch 2405, and the like. This player uses a DVD (Digital Versatile Disc), CD, or the like as a recording medium, and can perform music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet. The present invention can be applied to the display portion 2402.
[0168]
FIG. 11F illustrates a digital camera, which includes a main body 2501, a display portion 2502, an eyepiece portion 2503, operation switches 2504, an image receiving portion (not shown), and the like. The present invention can be applied to the display portion 2502.
[0169]
FIG. 12A illustrates a front projector, which includes a projection device 2601, a screen 2602, and the like. The present invention can be applied to a liquid crystal module 2808 that constitutes a part of the projection device 2601.
[0170]
FIG. 12B illustrates a rear projector, which includes a main body 2701, a projection device 2702, a mirror 2703, a screen 2704, and the like. The present invention can be applied to the liquid crystal module 2808 that constitutes a part of the projection device 2702.
[0171]
FIG. 12C is a diagram showing an example of the structure of the projection devices 2601 and 2702 in FIGS. 12A and 12B. The projection devices 2601 and 2702 include a light source optical system 2801, mirrors 2802, 2804 to 2806, a dichroic mirror 2803, a prism 2807, a liquid crystal module 2808, a phase difference plate 2809, and a projection optical system 2810. Projection optical system 2810 includes an optical system including a projection lens. Although the present embodiment shows a three-plate type example, it is not particularly limited, and for example, a single-plate type may be used. Further, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the optical path indicated by an arrow in FIG. Good.
[0172]
FIG. 12D illustrates an example of the structure of the light source optical system 2801 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 2801 includes a reflector 2811, a light source 2812, lens arrays 2813 and 2814, a polarization conversion element 2815, and a condenser lens 2816. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 12D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarizing function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the light source optical system.
[0173]
However, the projector shown in FIG. 12 shows a case where a transmissive electro-optical device is used, and an application example in a reflective electro-optical device and an EL module is not shown.
[0174]
FIG. 13A shows a mobile phone, which includes a main body 2901, an audio output portion 2902, an audio input portion 2903, a display portion 2904, operation switches 2905, an antenna 2906, an image input portion (CCD, image sensor, etc.) 2907, and the like. The present invention can be applied to the display portion 2904.
[0175]
FIG. 13B illustrates a portable book (electronic book), which includes a main body 3001, display portions 3002 and 3003, a storage medium 3004, operation switches 3005, an antenna 3006, and the like. The present invention can be applied to the display portions 3002 and 3003.
[0176]
FIG. 13C shows a display, which includes a main body 3101, a support base 3102, a display portion 3103, and the like. The present invention can be applied to the display portion 3103.
[0177]
Incidentally, the display shown in FIG. 13C is a medium or small size display, for example, a screen size of 5 to 20 inches. Further, in order to form a display portion having such a size, it is preferable to use a substrate having a side of 1 m and perform mass production by performing multiple chamfering.
[0178]
As described above, the applicable range of the present invention is so wide that the present invention can be applied to methods for manufacturing electronic devices in various fields. Moreover, the electronic apparatus of a present Example is realizable even if it uses the structure which consists of what combination of Examples 1-5.
[0179]
【The invention's effect】
According to the present invention, the orientation ratio of the film can be increased, and distortion existing in the film after crystallization can be reduced as compared with that before crystallization.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram showing a first embodiment.
FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a manufacturing process of a TFT. FIGS. (Embodiment 1)
FIG. 3 is a view showing a manufacturing process of a TFT. (Embodiment 2)
4A and 4B are diagrams illustrating a manufacturing process of an AM-LCD.
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating a manufacturing process of an AM-LCD. FIGS.
6A and 6B are diagrams illustrating a manufacturing process of an AM-LCD.
FIG. 7 is a top view showing an external appearance of a liquid crystal module.
FIG. 8 illustrates an example of a cross-sectional view of a liquid crystal display device.
FIG. 9 is a view showing a top surface and a cross section of an EL module.
FIG. 10 is a view showing a cross section of an EL module.
FIG. 11 illustrates an example of an electronic device.
FIG. 12 illustrates an example of an electronic device.
FIG. 13 illustrates an example of an electronic device.
FIG. 14 is a reverse pole figure of a silicon film (including argon) having a crystal structure of the present invention obtained by the EBSP method.
FIG. 15 is a diagram showing an Ar / Si concentration ratio by TXRF.

Claims (16)

絶縁表面上にHe、Ne、Ar、Kr、又はXeの希ガス元素を1×1017/cm以上の濃度で含む非晶質構造を有する第1のシリコン膜を形成し、
前記非晶質構造を有する第1のシリコン膜にNiを1〜100ppm含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布した後、
前記第1のシリコン膜を550℃〜650℃で4時間〜24時間の加熱処理することによって結晶化して、結晶構造を有する第2のシリコン膜を形成し、
前記結晶構造を有する第2のシリコン膜にレーザー光を照射し、
前記結晶構造を有する第2のシリコン膜の表面にバリア層を形成し、
前記バリア層上にHe、Ne、Ar、Kr、又はXeの希ガス元素を前記第1のシリコン膜中に含まれる希ガス元素の濃度よりも高い濃度で含む第3のシリコン膜を形成し、
窒素雰囲気中で450℃〜800℃で1時間〜24時間の加熱処理することによって、前記第3のシリコン膜に前記Niをゲッタリングし、
前記第3のシリコン膜を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a first silicon film having an amorphous structure containing a rare gas element of He, Ne, Ar, Kr, or Xe at a concentration of 1 × 10 17 / cm 3 or more on an insulating surface;
After applying a nickel acetate salt solution containing 1 to 100 ppm of Ni to the first silicon film having the amorphous structure,
The first silicon film is crystallized by heat treatment at 550 ° C. to 650 ° C. for 4 hours to 24 hours to form a second silicon film having a crystal structure,
Irradiating the second silicon film having the crystal structure with laser light,
Forming a barrier layer on the surface of the second silicon film having the crystal structure;
Forming a third silicon film containing a rare gas element of He, Ne, Ar, Kr, or Xe at a concentration higher than the concentration of the rare gas element contained in the first silicon film on the barrier layer;
By performing heat treatment at 450 ° C. to 800 ° C. for 1 hour to 24 hours in a nitrogen atmosphere, the third silicon film is gettered with Ni,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third silicon film is removed.
絶縁表面上に非晶質構造を有する第1のシリコン膜を形成し、
前記非晶質構造を有する第1のシリコン膜にHe、Ne、Ar、Kr、又はXeの希ガス元素を1×1017/cm以上の濃度で添加し、
前記非晶質構造を有する第1のシリコン膜にNiを1〜100ppm含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布した後、
前記第1のシリコン膜を550℃〜650℃で4時間〜24時間の加熱処理することによって結晶化して、結晶構造を有する第2のシリコン膜を形成し、
前記結晶構造を有する第2のシリコン膜にレーザー光を照射し、
前記結晶構造を有する第2のシリコン膜の表面にバリア層を形成し、
前記バリア層上にHe、Ne、Ar、Kr、又はXeの希ガス元素を前記第1のシリコン膜中に含まれる希ガス元素の濃度よりも高い濃度で含む第3のシリコン膜を形成し、
窒素雰囲気中で450℃〜800℃で1時間〜24時間の加熱処理することによって、前記第3のシリコン膜に前記Niをゲッタリングし、
前記第3のシリコン膜を除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a first silicon film having an amorphous structure on an insulating surface;
A rare gas element of He, Ne, Ar, Kr, or Xe is added to the first silicon film having an amorphous structure at a concentration of 1 × 10 17 / cm 3 or more;
After applying a nickel acetate salt solution containing 1 to 100 ppm of Ni to the first silicon film having the amorphous structure,
The first silicon film is crystallized by heat treatment at 550 ° C. to 650 ° C. for 4 hours to 24 hours to form a second silicon film having a crystal structure,
Irradiating the second silicon film having the crystal structure with laser light,
Forming a barrier layer on the surface of the second silicon film having the crystal structure;
Forming a third silicon film containing a rare gas element of He, Ne, Ar, Kr, or Xe at a concentration higher than the concentration of the rare gas element contained in the first silicon film on the barrier layer;
By performing heat treatment at 450 ° C. to 800 ° C. for 1 hour to 24 hours in a nitrogen atmosphere, the third silicon film is gettered with Ni,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third silicon film is removed.
請求項1または請求項2において、
前記レーザー光は連続発振またはパルス発振の固体レーザーであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 1 or claim 2,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the laser light is a continuous wave or pulsed solid laser.
請求項1または請求項2において、
前記レーザー光は波長400nm以下のエキシマレーザー光であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 1 or claim 2,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the laser light is excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less.
請求項1または請求項2において、
前記レーザー光はYAGレーザーの第2高調波または第3高調波であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 1 or claim 2,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the laser beam is a second harmonic or a third harmonic of a YAG laser.
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記ゲッタリングを行う前において、前記結晶構造を有する第2のシリコン膜中には、前記Niが1×1019/cmより高い濃度で含まれてい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 thru | or 5,
Before the gettering, the second silicon film having the crystal structure contains the Ni at a concentration higher than 1 × 10 19 / cm 3. .
請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記第3のシリコン膜の酸素濃度は、前記第1のシリコン膜の酸素濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an oxygen concentration of the third silicon film is higher than an oxygen concentration of the first silicon film.
請求項7において、
前記第3のシリコン膜の酸素濃度は、1×1018/cm以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 7,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third silicon film has an oxygen concentration of 1 × 10 18 / cm 3 or more.
請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
前記第3のシリコン膜中に含まれる希ガス元素の濃度は、1×1019/cm〜1×1022/cmの濃度範囲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 thru | or 8,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the concentration of a rare gas element contained in the third silicon film is in a concentration range of 1 × 10 19 / cm 3 to 1 × 10 22 / cm 3 .
請求項1乃至請求項9のいずれか一において、
前記バリア層は、オゾンを含む溶液で前記結晶構造を有する第2のシリコン膜の表面を酸化して形成され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 thru | or 9,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the barrier layer is formed by oxidizing a surface of the second silicon film having the crystal structure with a solution containing ozone.
請求項1乃至請求項9のいずれか一において、
前記バリア層は、酸素雰囲気下の紫外線の照射でオゾンを発生させて前記結晶構造を有する第2のシリコン膜の表面を酸化して形成され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 thru | or 9,
The method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the barrier layer is formed by generating ozone by irradiation with ultraviolet rays in an oxygen atmosphere to oxidize the surface of the second silicon film having the crystal structure.
請求項1乃至請求項9のいずれか一において、
前記バリア層は、前記レーザー光の照射により前記結晶構造を有する第2のシリコン膜の表面を酸化した後、さらにオゾンを含む溶液で前記結晶構造を有する第2のシリコン膜の表面を酸化して形成され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 thru | or 9,
The barrier layer oxidizes the surface of the second silicon film having the crystal structure by irradiation with the laser beam, and then oxidizes the surface of the second silicon film having the crystal structure with a solution containing ozone. A method for manufacturing a semiconductor device, which is characterized by being formed.
請求項1乃至請求項12のいずれか一において、
前記第3のシリコン膜は、希ガス元素を含む雰囲気中でシリコンをターゲットとするスパッタ法により形成され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 12,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the third silicon film is formed by a sputtering method using silicon as a target in an atmosphere containing a rare gas element.
絶縁表面上にHe、Ne、Ar、Kr、又はXeの希ガス元素を1×1017/cm以上の濃度で含む非晶質構造を有するシリコン膜を形成し、
前記非晶質構造を有するシリコン膜にNiを1〜100ppm含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布した後、
前記シリコン膜を550℃〜650℃で4時間〜24時間の加熱処理することによって結晶化して、結晶構造を有するシリコン膜を形成し、
前記結晶構造を有するシリコン膜にレーザー光を照射し、
前記結晶構造を有するシリコン膜にHe、Ne、Ar、Kr、又はXeの希ガス元素を1×1020/cm〜5×1021/cmの濃度範囲で選択的に添加して、希ガス元素を含む領域を形成し、
窒素雰囲気中で450℃〜800℃で1時間〜24時間の加熱処理することによって、前記希ガス元素を含む領域に前記Niをゲッタリングした後、
前記希ガス元素を含む領域を除去することを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
A silicon film having an amorphous structure containing a rare gas element of He, Ne, Ar, Kr, or Xe at a concentration of 1 × 10 17 / cm 3 or more is formed on the insulating surface;
After applying a nickel acetate salt solution containing 1 to 100 ppm of Ni to the silicon film having an amorphous structure,
The silicon film is crystallized by heat treatment at 550 ° C. to 650 ° C. for 4 hours to 24 hours to form a silicon film having a crystal structure,
Irradiating a laser beam to the silicon film having the crystal structure,
A rare gas element of He, Ne, Ar, Kr, or Xe is selectively added to the silicon film having the crystal structure in a concentration range of 1 × 10 20 / cm 3 to 5 × 10 21 / cm 3 , Forming a region containing gas elements,
After gettering the Ni into the region containing the rare gas element by heat treatment at 450 ° C. to 800 ° C. for 1 hour to 24 hours in a nitrogen atmosphere,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising removing a region containing the rare gas element.
絶縁表面上に非晶質構造を有するシリコン膜を形成し、
前記非晶質構造を有するシリコン膜にHe、Ne、Ar、Kr、又はXeの希ガス元素を1×1017/cm以上の濃度で添加し、
前記非晶質構造を有するシリコン膜にNiを1〜100ppm含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布した後、
前記シリコン膜を550℃〜650℃で4時間〜24時間の加熱処理することによって結晶化して、結晶構造を有するシリコン膜を形成し、
前記結晶構造を有するシリコン膜にレーザー光を照射し、
前記結晶構造を有するシリコン膜にHe、Ne、Ar、Kr、又はXeの希ガス元素を1×1020/cm〜5×1021/cmの濃度範囲で選択的に添加して、希ガス元素を含む領域を形成し、
窒素雰囲気中で450℃〜800℃で1時間〜24時間の加熱処理することによって、前記希ガス元素を含む領域に前記Niをゲッタリングした後、
前記希ガス元素を含む領域を除去することを有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a silicon film having an amorphous structure on the insulating surface;
Was added the He silicon film having an amorphous structure, Ne, Ar, Kr, or a rare gas element Xe at 1 × 10 17 / cm 3 or more concentrations,
After applying a nickel acetate salt solution containing 1 to 100 ppm of Ni to the silicon film having an amorphous structure,
The silicon film is crystallized by heat treatment at 550 ° C. to 650 ° C. for 4 hours to 24 hours to form a silicon film having a crystal structure,
Irradiating a laser beam to the silicon film having the crystal structure,
A rare gas element of He, Ne, Ar, Kr, or Xe is selectively added to the silicon film having the crystal structure in a concentration range of 1 × 10 20 / cm 3 to 5 × 10 21 / cm 3 , Forming a region containing gas elements,
After gettering the Ni into the region containing the rare gas element by heat treatment at 450 ° C. to 800 ° C. for 1 hour to 24 hours in a nitrogen atmosphere,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising removing a region containing the rare gas element.
請求項14または請求項15において、
前記希ガス元素を含む領域を除去した後、前記結晶構造を有するシリコン膜の表面もエッチングすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 14 or claim 15,
After removal of the region including the rare gas element, a method for manufacturing a semiconductor device characterized by also etching the surface of the silicon film having a crystalline structure.
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