JP4421242B2 - Method for manufacturing crystalline semiconductor film, method for manufacturing thin film transistor having crystalline semiconductor film, and method for manufacturing semiconductor device having crystalline semiconductor film - Google Patents
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Description
本発明は結晶粒界の発生位置を制御するための結晶性半導体膜、具体的には結晶性珪素膜の作製方法に関する。さらに本発明は、該結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタ(TFT)、該TFTを有する半導体装置の作製方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a crystalline semiconductor film, specifically a crystalline silicon film, for controlling the generation position of a crystal grain boundary. Furthermore, the present invention relates to a thin film transistor (TFT) having the crystalline semiconductor film and a method for manufacturing a semiconductor device having the TFT.
従来の結晶性半導体膜の作製方法には、基板上に絶縁膜を形成し、絶縁膜の面内の所定位置に四角錐状の穴を形成し、非晶質珪素膜を形成し、レーザを照射して穴を中心とした領域を略単結晶状態の珪素膜を半導体膜として使用する薄膜トランジスタを形成したものがある(特許文献1参照)。 In a conventional method for manufacturing a crystalline semiconductor film, an insulating film is formed on a substrate, a quadrangular pyramid hole is formed at a predetermined position in the surface of the insulating film, an amorphous silicon film is formed, and a laser is used. There is a type in which a thin film transistor is formed using a silicon film having a substantially single crystal state as a semiconductor film in a region centered on a hole by irradiation (see Patent Document 1).
また、多結晶シリコン膜の大粒径化に伴う特性のばらつきをなくす製法として、非晶質シリコン膜を固相結晶化する前に、その膜に優先的に結晶核が発生する領域を選択的に形成するものがある(特許文献2参照)。 In addition, as a manufacturing method that eliminates the variation in characteristics associated with the increase in the grain size of a polycrystalline silicon film, a region where crystal nuclei are preferentially generated in the amorphous silicon film is selected prior to solid phase crystallization. (See Patent Document 2).
その半導体膜の結晶性を高める方法として、半導体膜にニッケル元素(Ni)を代表とする結晶性を促進させる金属元素を添加、成膜又は塗布しその後加熱処理を施し、結晶性半導体膜を形成する結晶化方法が行われている(例えば、特許文献3参照)。このような結晶化の工程において、Niを代表とする結晶化を促進する金属元素を用いることで、大粒径の結晶性半導体膜が得られ、粒界における原子配列の連続性が保たれる確率が高く、粒内欠陥が少ない結晶性半導体膜が得られている。 As a method for increasing the crystallinity of the semiconductor film, a metal element typified by nickel element (Ni) is added to the semiconductor film, and the film is formed or applied, and then subjected to heat treatment to form a crystalline semiconductor film. A crystallization method has been performed (see, for example, Patent Document 3). In such a crystallization process, by using a metal element that promotes crystallization, such as Ni, a crystalline semiconductor film having a large grain size can be obtained, and the continuity of atomic arrangement at the grain boundary can be maintained. A crystalline semiconductor film with high probability and few intragranular defects has been obtained.
しかし、特許文献1、及び2に開示される結晶性珪素膜の作製方法では、結晶粒、特に結晶粒界の発生位置の制御が不十分であった。そのような結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタ(TFTとも表記する)を形成すると、結晶粒界による移動度の低下、及びTFTの電気特性のバラツキを招いてしまう。 However, in the method for producing a crystalline silicon film disclosed in Patent Documents 1 and 2, control of the generation position of crystal grains, particularly crystal grain boundaries, is insufficient. When a thin film transistor (also referred to as a TFT) is formed using such a crystalline semiconductor film, mobility due to a grain boundary and variation in electrical characteristics of the TFT are caused.
さらに特許文献1、及び2に開示される結晶性珪素膜の作製方法から、特許文献3に開示されるように結晶粒の結晶の配向性(単に配向性と表記する)を制御した結晶性半導体膜を用いる場合、該配向性を考慮した結晶性半導体膜を作製することは難しかった。 Further, from the method for producing a crystalline silicon film disclosed in Patent Documents 1 and 2, a crystalline semiconductor in which crystal orientation of crystal grains (simply referred to as orientation) is controlled as disclosed in Patent Document 3 In the case of using a film, it has been difficult to produce a crystalline semiconductor film in consideration of the orientation.
そこで本発明は、結晶粒や結晶粒界の発生位置制御を行う結晶性半導体膜の新たな作製方法を提供することを課題とする。特に結晶粒の配向性が制御された結晶性半導体膜の作製方法を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a new method for manufacturing a crystalline semiconductor film in which generation positions of crystal grains and crystal grain boundaries are controlled. In particular, an object is to provide a method for manufacturing a crystalline semiconductor film in which the orientation of crystal grains is controlled.
上記課題を鑑み本発明は、選択的に形成される結晶化を促進する金属元素(以下、金属元素と表記する)の位置を制御し、金属元素が形成された領域を種結晶領域として結晶性半導体膜を形成することを特徴とする。例えば絶縁膜に形成される開口部の形成位置を制御し、開口部の底面に非晶質半導体膜の金属元素を形成し、開口部及び絶縁膜を覆うように非晶質半導体膜を形成し、金属元素により非晶質半導体膜の結晶化が早くなる、つまり低温で結晶化が開始する領域を種結晶領域として結晶性半導体膜を形成することを特徴とする。開口部の形状は、点状、線状、矩形状、又はそれらの組み合わせからなる形状とすることができる。また開口部の端面に、テーパをつけても構わない。 In view of the above problems, the present invention controls the position of a selectively formed metal element that promotes crystallization (hereinafter referred to as a metal element), and uses the region where the metal element is formed as a seed crystal region for crystallinity. A semiconductor film is formed. For example, the formation position of the opening formed in the insulating film is controlled, the metal element of the amorphous semiconductor film is formed on the bottom surface of the opening, and the amorphous semiconductor film is formed so as to cover the opening and the insulating film. The crystalline semiconductor film is formed using a region where the crystallization of the amorphous semiconductor film is accelerated by the metal element, that is, a region where crystallization starts at a low temperature is used as a seed crystal region. The shape of the opening can be a point, a line, a rectangle, or a combination thereof. Further, the end face of the opening may be tapered.
本発明により開口部の配置、つまり種結晶領域の配置を制御することができる。 According to the present invention, the arrangement of the openings, that is, the arrangement of the seed crystal regions can be controlled.
本発明の具体的な構成例は、絶縁膜を形成し、前記絶縁膜に開口部を形成し、前記開口部の底面に結晶化を促進する金属元素を形成し、前記開口部及び前記絶縁膜を覆って、非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜を加熱することにより、結晶性半導体膜を形成する。 According to a specific configuration example of the present invention, an insulating film is formed, an opening is formed in the insulating film, a metal element that promotes crystallization is formed on a bottom surface of the opening, and the opening and the insulating film are formed. A crystalline semiconductor film is formed by forming an amorphous semiconductor film and heating the amorphous semiconductor film.
金属元素により配向性の制御を行うことが可能となるように結晶化するように、開口部の深さは、0.5〜1.5μmとする。さらに開口部の直径を、0.1〜100μm、好ましくは0.1〜1μmとする。 The depth of the opening is set to 0.5 to 1.5 μm so that the orientation can be controlled by the metal element. Furthermore, the diameter of the opening is 0.1 to 100 μm, preferably 0.1 to 1 μm.
なお本発明において、金属元素はニッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、銀(Ag)インジウム(In)、スズ(Sn)などであり、これらから選ばれた一種又は複数種を用いることができうる。 In the present invention, the metal elements are nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), palladium (Pd), platinum (Pt), copper (Cu), gold (Au), silver (Ag) indium (In ), Tin (Sn), etc., and one or more selected from these may be used.
金属元素を有する半導体膜の作製方法は、スピンコーティング法やディップ法といった塗布方法により金属元素を有する溶液(水溶液や酢酸溶液を含む)を塗布する。また、イオン注入法により金属元素のイオンを注入したり、金属元素を含有する水蒸気雰囲気中で加熱したり、スパッタリング法により、金属元素を有する半導体膜を形成してもよい。 As a method for manufacturing a semiconductor film containing a metal element, a solution (including an aqueous solution and an acetic acid solution) containing the metal element is applied by a coating method such as a spin coating method or a dip method. Alternatively, metal element ions may be implanted by an ion implantation method, heated in a water vapor atmosphere containing the metal element, or a semiconductor film containing the metal element may be formed by a sputtering method.
さらに選択的に開口部の底面に金属元素を有する水溶液を形成する場合、前記開口部の底面は前記金属元素を有する水溶液に対する濡れ性を高め、前記絶縁膜の上面、つまり表面は前記金属元素を有する水溶液に対する濡れ性を低めるとよい。濡れ性を高めるためには、例えば珪素を有する酸化膜を開口部に形成すると好ましく、濡れ性を低めるためには、例えば珪素膜を絶縁膜の上面に形成すると好ましい。 Further, in the case where an aqueous solution containing a metal element is selectively formed on the bottom surface of the opening, the bottom surface of the opening improves wettability with respect to the aqueous solution containing the metal element, and the upper surface, that is, the surface of the insulating film is formed of the metal element. It is preferable to reduce wettability with respect to the aqueous solution. In order to improve wettability, for example, an oxide film containing silicon is preferably formed in the opening, and in order to reduce wettability, for example, a silicon film is preferably formed on the upper surface of the insulating film.
また本発明の別の構成例は、開口部の直径をより小さくするため第1の絶縁膜を形成し、エッチング法を用いて、前記第1の絶縁膜に第1の開口部を形成し、CVD法を用いて、前記第1の開口部の直径を狭めるように第2の絶縁膜を形成することにより第2の開口部を形成し、前記第2の開口部の底面に結晶化を促進する金属元素を形成し、前記第2の開口部及び前記第2の絶縁膜を覆って、非晶質半導体膜を形成し、前記非晶質半導体膜を加熱することにより、結晶性半導体膜を形成する。 In another configuration example of the present invention, a first insulating film is formed to reduce the diameter of the opening, and the first opening is formed in the first insulating film by using an etching method. Using a CVD method, a second insulating film is formed so as to reduce the diameter of the first opening, thereby forming the second opening, and crystallization is promoted on the bottom surface of the second opening. Forming a metal element, covering the second opening and the second insulating film, forming an amorphous semiconductor film, and heating the amorphous semiconductor film, thereby forming a crystalline semiconductor film Form.
また選択的に金属元素を形成するため、メタルマスク等を用いて金属元素をイオンドープ等してもよい In order to selectively form a metal element, the metal element may be ion-doped using a metal mask or the like.
また本発明は、金属元素の濃度を低減、又は金属元素を除去するためにゲッタリング工程を行ってもよい。ゲッタリング工程は、結晶性半導体膜を形成した後に行えばよい。 In the present invention, a gettering step may be performed in order to reduce the concentration of the metal element or remove the metal element. The gettering step may be performed after the crystalline semiconductor film is formed.
非晶質半導体膜への加熱は、加熱炉、レーザ、ランプアニール、又はそれらを組み合わせて行えばよい。加熱炉で加熱した後に、レーザ照射することにより、半導体膜の結晶成長を助長させることができる。このように非晶質半導体膜を加熱すると、開口部、つまり種結晶領域から結晶化が行われ、結晶性半導体膜を形成することができる。 The amorphous semiconductor film may be heated by a heating furnace, laser, lamp annealing, or a combination thereof. Crystal growth of the semiconductor film can be promoted by laser irradiation after heating in a heating furnace. When the amorphous semiconductor film is heated in this manner, crystallization is performed from the opening, that is, the seed crystal region, and a crystalline semiconductor film can be formed.
また本発明の結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタのチャネル形成領域(単に、チャネル形成領域と表記する)を形成することを特徴とする。TFTのチャネル形成領域、不純物領域を有する活性層(単に活性層と表記する)をパターニングするとき、活性層から種結晶領域を除去すると好ましい。金属元素は薄膜トランジスタの電気特性等(TFT特性とも表記する)に悪影響を及ぼすからである。またさらに活性層に種結晶領域を有する場合であっても、不純物領域下に種結晶領域を配置すればよい。すなわち、少なくともチャネル形成領域に種結晶領域を有さないようにパターニングすればよい。 In addition, a channel formation region of a thin film transistor including the crystalline semiconductor film of the present invention (simply referred to as a channel formation region) is formed. When patterning a TFT channel formation region and an active layer having an impurity region (simply referred to as an active layer), it is preferable to remove the seed crystal region from the active layer. This is because the metal element adversely affects the electrical characteristics and the like (also referred to as TFT characteristics) of the thin film transistor. Further, even if the active layer has a seed crystal region, the seed crystal region may be disposed under the impurity region. That is, patterning may be performed so that at least the channel formation region has no seed crystal region.
そしてさらに一つの種結晶領域から結晶成長する本発明により、少なくともチャネル形成領域は粒界を含まない結晶性半導体膜、又は少なくともチャネル形成領域に含まれる粒界が対応粒界となる結晶性半導体膜とすることができる。対応粒界とは、粒界における原子配列の連続性が保たれる特徴があり、例として双晶粒界がある。この双晶粒界は、原子配列は不連続である通常の結晶粒界(単に結晶粒界と表記する)と比較すると、TFT特性に悪影響を与えにくい。そのため、半導体膜は双晶粒界を有しても構わないが、少なくとも結晶粒界を有さないようにパターニングする必要がある。また半導体膜、特にチャネル形成領域が不規則に結晶粒界を有してしまうと、TFT特性に悪影響、特にTFT特性のバラツキが生じてしまい好ましくない。そのため、種結晶領域からの結晶成長させ、結晶粒界の発生位置、つまり結晶粒界の配置を制御する。さらにチャネル形成領域において、キャリアの移動方向を横切るように双晶粒界があると移動度の向上に関して好ましくないことがある。そのため、双晶粒界と、チャネル形成領域における電流の流れる方向とが沿うように、つまり平行となるようにパターニングするとより好ましい。 Further, according to the present invention in which crystal growth is performed from one seed crystal region, a crystalline semiconductor film in which at least a channel formation region does not include a grain boundary, or a crystalline semiconductor film in which at least a grain boundary included in the channel formation region becomes a corresponding grain boundary It can be. The corresponding grain boundary is characterized in that the continuity of the atomic arrangement at the grain boundary is maintained, and an example is a twin grain boundary. This twin grain boundary is unlikely to adversely affect the TFT characteristics as compared with a normal crystal grain boundary in which atomic arrangement is discontinuous (simply referred to as a crystal grain boundary). Therefore, the semiconductor film may have twin grain boundaries, but it is necessary to pattern the semiconductor film so that it does not have at least crystal grain boundaries. In addition, if the semiconductor film, particularly the channel formation region has irregular crystal grain boundaries, the TFT characteristics are adversely affected, particularly the TFT characteristics vary, which is not preferable. Therefore, the crystal is grown from the seed crystal region and the generation position of the crystal grain boundary, that is, the arrangement of the crystal grain boundary is controlled. Furthermore, in the channel formation region, if there are twin grain boundaries so as to cross the carrier moving direction, it may not be preferable for improving the mobility. Therefore, it is more preferable to pattern so that the twin grain boundary and the direction in which the current flows in the channel formation region are aligned, that is, parallel.
なお、結晶性半導体膜において、一つの種結晶領域から結晶成長する範囲を結晶粒と表記する。すなわち本発明の結晶粒は、複数の粒界を有することがない。また本発明の結晶粒は、複数の双晶、双晶粒界を有していることはある。 Note that in a crystalline semiconductor film, a range of crystal growth from one seed crystal region is referred to as a crystal grain. That is, the crystal grains of the present invention do not have a plurality of grain boundaries. Further, the crystal grains of the present invention may have a plurality of twins and twin grain boundaries.
このような結晶粒に、単数、又は複数のTFTを設けることにより、電気特性の揃ったTFTを形成することができる。さらに該TFTを用いることにより、高品質な半導体装置を形成することができる。 By providing one or a plurality of TFTs in such crystal grains, TFTs with uniform electrical characteristics can be formed. Further, by using the TFT, a high-quality semiconductor device can be formed.
本発明は、選択的に金属元素を添加する、例えば絶縁膜に開口部を設けることにより選択的に金属元素を添加するという簡便な方法により、種結晶領域を形成することができる。また本発明は、種結晶領域、つまり結晶の配置を制御して結晶性半導体膜を形成することができる。また本発明により結晶粒界の配置を制御して結晶性半導体膜を形成することができる。 In the present invention, the seed crystal region can be formed by a simple method of selectively adding a metal element, for example, selectively adding a metal element by providing an opening in an insulating film. In the present invention, a crystalline semiconductor film can be formed by controlling the seed crystal region, that is, the arrangement of crystals. Further, according to the present invention, a crystalline semiconductor film can be formed by controlling the arrangement of crystal grain boundaries.
このように結晶性半導体膜を結晶粒界の配置を制御して形成することができるため、結晶粒界を有さないようにチャネル形成領域をパターニングすることができる。その結果、バラツキの少ないTFT、特に画素部に設けられる駆動用TFTを得ることができる。またさらに、キャリア移動の妨げとなる結晶粒界がなく、さらに双晶粒界と、キャリアの移動方向とが沿うように半導体膜をパターニングするため、極めて高い移動を有するTFTを提供することができる。 As described above, since the crystalline semiconductor film can be formed by controlling the arrangement of crystal grain boundaries, the channel formation region can be patterned so as not to have crystal grain boundaries. As a result, a TFT with little variation, in particular, a driving TFT provided in the pixel portion can be obtained. Furthermore, since the semiconductor film is patterned so that there is no crystal grain boundary that hinders carrier movement and the twin grain boundary is aligned with the carrier movement direction, a TFT having extremely high movement can be provided. .
このようなTFTを有するTFTにより、品質の高い半導体装置を製造することが可能となる。 A TFT having such a TFT makes it possible to manufacture a high-quality semiconductor device.
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that in all the drawings for describing the embodiments, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.
(実施の形態1)
本実施の形態では、具体的な結晶性半導体膜の作製方法について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a specific method for manufacturing a crystalline semiconductor film is described.
まず図1(A)に示すように、絶縁表面を有する基板100上に下地膜101を形成する。基板100には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、ステンレス基板等を用いることができる。また、PET、PES、PENに代表されるプラスチックや、アクリル等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に他の基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
First, as illustrated in FIG. 1A, a
下地膜101は基板100中に含まれるNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施の形態では、プラズマCVD法を用いて窒化酸化珪素膜を10〜400nm(好ましくは50〜300nm)の膜厚になるように形成する。なお下地膜401は積層構造を有してもよく、例えば酸化窒化珪素膜を10〜200nm(好ましくは50〜100nm)、酸化窒化シリコン膜を50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の順に積層してもよい。
The
ガラス基板、ステンレス基板またはプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がさして問題とならない場合は、必ずしも設ける必要はない。 When using a substrate that contains alkali metal or alkaline earth metal, such as a glass substrate, stainless steel substrate, or plastic substrate, it is effective to provide a base film from the viewpoint of preventing impurity diffusion. In the case where diffusion of impurities does not cause any problem, such as a quartz substrate, it is not necessarily provided.
下地膜101上に絶縁膜103を形成する。絶縁膜103は、プラズマCVD法、又はスパッタリング法を用いて珪素を有する絶縁膜を0.5〜1.5μmの膜厚になるように形成する。本実施の形態では、プラズマCVD法により酸化珪素膜を1.0μmの膜厚で形成する。絶縁膜103は酸化珪素膜以外に窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜から形成してもよい。次いで絶縁膜103に、マスクを用いてドライエッチング法、又はウェットエッチング法により開口部130を形成する。本実施の形態では、レジストマスクを用いてドライエッチング法により開口部を形成する。開口部の直径は、0.1〜100μmであればよい。開口部の直径が小さくなるにつれ、結晶の配向性制御が高められ好ましい。
An insulating
図1(B)に示すように、開口部に金属元素を形成する。なお本実施の形態は金属元素にNiを用いる場合で説明する。 As shown in FIG. 1B, a metal element is formed in the opening. Note that this embodiment will be described using Ni as a metal element.
例えば、にスピンコーティング法やディップ法といった塗布方法によりNi溶液(水溶液や酢酸溶液を含む)を塗布し、Niを含む膜(但し、極めて薄いため膜として観測できない場合もある)を開口部に形成する。また、イオン注入法によりNiイオンを開口部へ注入したり、Niを含有する水蒸気雰囲気中で加熱したり、ターゲットをNi材料としてArプラズマでスパッタリングして、Niを開口部へ形成してもよい。 For example, a Ni solution (including an aqueous solution and an acetic acid solution) is applied by a coating method such as spin coating or dip coating, and a film containing Ni (however, it is extremely thin and may not be observed as a film) is formed in the opening. To do. Alternatively, Ni may be formed in the opening by injecting Ni ions into the opening by ion implantation, heating in a water vapor atmosphere containing Ni, or sputtering with Ar plasma using a Ni material as a target. .
上記塗布法により、金属元素を開口部へ形成する場合、開口部の底面131の表面の濡れ性を改善し、水溶液を行き渡らせるため、少なくとも開口部に対して濡れ性を高めるとよい。例えば酸素雰囲気中でのUV光の照射、熱酸化法、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水又は過酸化水素による処理等により、開口部、少なくとも底面に酸化膜を10〜50Åに成膜することが望ましい。
When the metal element is formed in the opening by the above-described coating method, the wettability of the
また開口部が設けられていない絶縁膜の表面132は、金属元素を有する水溶液が塗布されないように濡れ性を低めるとよい。例えば、絶縁膜103形成後、珪素膜を形成すると、絶縁膜の表面は金属元素を有する水溶液に対する濡れ性を低めることができる。
In addition, the
本実施の形態では、絶縁膜103上にマスクを形成し、過酸化水素水により、開口部の底面131及び側面133に酸化膜を形成後、Ni酢酸塩10ppmを含有した水溶液をスピンコーティング法により塗布することにより開口部に金属元素105を形成する。またスピンコーティングの回転速度の制御、例えば回転速度を徐々に高めることにより、開口部が設けられていない絶縁膜の表面に塗布されたNi酢酸塩は除去される。このように金属元素105が形成された領域は種結晶領域104となる。
In this embodiment mode, a mask is formed over the insulating
図1(C)に示すように、非晶質半導体膜106をスパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等により、絶縁膜103上からの膜厚が50〜200nmとなるように形成する。また非晶質半導体は珪素を主成分とする半導体膜だけではなくゲルマニウムを有するシリコン(シリコンゲルマニウムと表記する)からなる半導体膜を用いることができ、シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は0.01〜4.5atomic%程度であることが好ましい。本実施の形態ではプラズマCVD法を用いて珪素を主成分とする半導体膜(非晶質珪素膜とも表記する)106を膜厚100nmとなるように形成する。
As shown in FIG. 1C, an
その後、非晶質半導体膜106を結晶化するために加熱処理を行う。加熱処理とは、加熱炉、レーザ照射、又はレーザ光の代わりにランプから発する光の照射(以下、ランプアニールと表記する)等を用いることができる。
Thereafter, heat treatment is performed to crystallize the
加熱炉を用いる場合、徐々に高温となるように温度を500〜550℃の範囲で多段階に設定するとよい。例えば、縦型炉を用いて500℃で1時間熱処理後、550℃4時間で熱処理を行う。 When using a heating furnace, the temperature may be set in multiple stages in the range of 500 to 550 ° C. so that the temperature gradually increases. For example, heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours after heat treatment at 500 ° C. for 1 hour using a vertical furnace.
またレーザ照射を用いる場合、線状に加工したパルス発振型のエキシマレーザー光を用いたり、連続発振型レーザ(CWレーザとも表記する)であるアルゴンレーザー光やエキシマレーザー光を用いることもできる。 When laser irradiation is used, a pulsed excimer laser beam processed into a linear shape, an argon laser beam or an excimer laser beam which is a continuous wave laser (also referred to as a CW laser) can be used.
またランプアニールを用いる場合、赤外光(例えば波長1.2μm)を照射することができる。 When lamp annealing is used, infrared light (for example, a wavelength of 1.2 μm) can be irradiated.
このような結晶化を行う場合、さらに基板を250〜500℃程度に加熱しておくとでき好ましい。特に、非晶質半導体膜106を先端から横方向に結晶成長させるとき、基板と非晶質半導体膜106とに温度差がない方がより長く結晶成長が行われる。
In the case of performing such crystallization, it is preferable that the substrate is further heated to about 250 to 500 ° C. In particular, when the
以上のような加熱炉、レーザ照射又はランプアニールによる加熱を組み合わせて用いてもよい。例えば、加熱炉を用いて加熱処理を行った後、レーザ照射やランプアニールを行うことができる。その結果、結晶成長を助長することができ、より大きな粒径をもつ結晶粒を形成することができる。 A combination of the above heating furnace, laser irradiation or heating by lamp annealing may be used. For example, after performing a heat treatment using a heating furnace, laser irradiation or lamp annealing can be performed. As a result, crystal growth can be promoted, and crystal grains having a larger grain size can be formed.
このとき金属元素が形成された開口部において、非晶質半導体膜の結晶化の始まる温度が低下しているため、最初に結晶化が始まる。さらに金属元素により非晶質半導体膜106は、配向性が制御されるように結晶成長する。このようにして開口部に形成された非晶質半導体膜106は、配向性が制御された種結晶領域となる。
At this time, since the temperature at which the crystallization of the amorphous semiconductor film starts decreasing in the opening where the metal element is formed, crystallization starts first. Further, the
このような結晶成長を行う非晶質半導体膜106の結晶粒115の模式図を図3に示す。種結晶領域104中心として、結晶粒115は等方向に結晶成長し、隣接する結晶粒とぶつかるところまで成長する。そのため、要求される結晶粒の大きさに基づき、開口部を形成する間隔を決定することができる。例えば、およそ一辺が10μmの結晶粒を得たい場合、開口部が形成される種結晶領域を10μmの間隔で格子状に形成すればよい。また、種結晶領域の間隔を異ならせることにより、結晶粒の形状を長方形やその他の矩形状とすることができる。またさらに、絶縁膜103に傷を付けることにより、結晶成長の終点を制御することができ、いろいろな形状の結晶粒を形成することができる。
FIG. 3 is a schematic diagram of the
以上のような結晶化工程後、つまり金属元素が不要となった後、金属元素を低減、又は除去するためにゲッタリング工程を施すと好ましい。具体的には不活性元素、例えばArが添加された非晶質半導体膜をゲッタリングシンクとして形成し、加熱処理を行うゲッタリング工程を施す。ゲッタリングシンクとなる非晶質半導体膜は、Siを有するターゲットを用いたスパッタリング法、又はCVD法により形成することができる。例えばスパッタリング装置において、高周波電源を動作させ、ターゲットに高周波を印加し、さらに永久磁石を用いて磁場をかけるとよい。 After the crystallization process as described above, that is, after the metal element becomes unnecessary, it is preferable to perform a gettering process in order to reduce or remove the metal element. Specifically, an amorphous semiconductor film to which an inert element such as Ar is added is formed as a gettering sink, and a gettering step is performed in which heat treatment is performed. The amorphous semiconductor film serving as a gettering sink can be formed by a sputtering method using a Si-containing target or a CVD method. For example, in a sputtering apparatus, a high frequency power source is operated, a high frequency is applied to the target, and a magnetic field is applied using a permanent magnet.
なおゲッタリングシンクとなる非晶質半導体膜を形成する場合、濡れ性を向上させ、膜剥がれが生じないように酸化膜を形成すると好ましい。酸化膜は、オゾン水、又は硫酸、塩酸又は硝酸等の過酸化水素水を混同させた水溶液で処理することにより形成される薄い膜(ケミカルオキサイド)を用いることができる。他の方法としては、酸素雰囲気中でのプラズマ処理や、酸素含有雰囲気中で紫外線照射することによりオゾンを発生させて酸化処理を行ってもよい。 Note that when an amorphous semiconductor film serving as a gettering sink is formed, it is preferable to form an oxide film so that wettability is improved and film peeling does not occur. As the oxide film, a thin film (chemical oxide) formed by treatment with ozone water or an aqueous solution mixed with hydrogen peroxide such as sulfuric acid, hydrochloric acid, or nitric acid can be used. As another method, the plasma treatment in an oxygen atmosphere or the oxidation treatment may be performed by generating ozone by irradiating ultraviolet rays in an oxygen-containing atmosphere.
このようにゲッタリングシンクとなる非晶質半導体膜を形成した後、加熱処理を施す。すると、金属元素が拡散し、不活性元素が添加された非晶質半導体膜へ捕獲される。その後、ゲッタリングシンクとなる非晶質半導体膜を、フッ酸等により除去する。 After the amorphous semiconductor film to be a gettering sink is thus formed, heat treatment is performed. Then, the metal element diffuses and is captured by the amorphous semiconductor film to which the inert element is added. Thereafter, the amorphous semiconductor film serving as a gettering sink is removed with hydrofluoric acid or the like.
以上のようにして種結晶領域を中心として結晶成長が行われた結晶化された半導体膜106(結晶性半導体膜と表記する)を形成することができる。 As described above, a crystallized semiconductor film 106 (referred to as a crystalline semiconductor film) in which crystal growth is performed around the seed crystal region can be formed.
次いで結晶性半導体膜をパターニングして薄膜トランジスタを形成する工程を説明する。 Next, a process of forming a thin film transistor by patterning the crystalline semiconductor film will be described.
図2(A)に示すように、結晶性半導体膜106を所定の形状にパターニングして、島状の半導体膜107を形成する。このとき、少なくともチャネル形成領域に種結晶領域が入らないようにパターニングするとよい。
As shown in FIG. 2A, the
このとき一つの種結晶から成長した結晶粒に対応粒界が含まれる場合がある。対応粒界はTFT特性に与える影響が小さいため、半導体膜107は対応粒界を含んでも構わない。但し、キャリアの移動方向が対応粒界と概ね平行であることが望ましい。
At this time, a crystal grain grown from one seed crystal may include a corresponding grain boundary. Since the corresponding grain boundary has little influence on the TFT characteristics, the
ここで、結晶粒115を有する結晶性半導体膜106のパターニング例を説明する。図9は上面からみた結晶性半導体膜106のパターニング形状を示す。
Here, a patterning example of the
図9(A)に示すように、種結晶領域104を除くように、結晶性半導体膜106のパターニングして、島状の半導体膜107を形成する(図中のパターニング箇所170)。金属元素を有する半導体膜102と非晶質半導体膜103は、金属元素が残留している可能性があり、TFT特性に悪影響を及ぼす可能性を排除するためである。
As shown in FIG. 9A, the
さらに、双晶の結晶成長方向、つまり双晶粒界とチャネル形成領域の電流が流れる方向とを沿うように、結晶性半導体膜107を、種結晶領域を中心として対角線状にパターニングすると好ましい。すなわち種結晶領域が等間隔に配置されている場合、種結晶領域を斜めに結ぶ線に沿うようにチャネル形成領域を配置すると表現することができる。チャネル形成領域は双晶粒界を含まない、又はキャリアの移動方向と、双晶粒界の方向とが平行であると、TFTの移動度を向上でき好ましいからである。すなわちチャネル形成領域においてキャリアの移動方向は双晶粒界を横切らない方が、TFTの移動度を向上でき好ましいからである。
Furthermore, it is preferable that the
また少なくともチャネル形成領域に種結晶領域104が入らないようにパターニングすればよく、図9(B)に示すように不純物領域に種結晶領域104が配置されてしまう場合が考えられる。すなわち、不純物領域であるソース領域又はドレイン領域が種結晶領域上方に形成されるように、島状の半導体膜107を形成する場合もある(図中のパターニング箇所170)。この場合も、結晶成長方向とチャネル形成領域の電流が流れる方向とを沿うように、結晶化された半導体膜107のパターニングすると好ましい。
Further, patterning may be performed so that the
なお結晶粒は隣接する結晶粒とぶつかるまで放射状に結晶成長し、ぶつかる領域に結晶粒界が形成される。そのため、結晶粒は正方形状に形成されるだけではなく、長方形状、その他の矩形状に形成することができることは上述したとおりである。すなわち、種結晶領域を配置する間隔により結晶粒の形状を制御することができる。例えば、図9(C)に示すように、種結晶領域104の上下間隔を左右間隔より大きくする場合、上下方向に長軸を有する長方形状の結晶粒115を形成することができる。
The crystal grains grow radially until they hit adjacent crystal grains, and a crystal grain boundary is formed in the area where the crystal grains hit. Therefore, as described above, the crystal grains can be formed not only in a square shape but also in a rectangular shape and other rectangular shapes. That is, the shape of the crystal grains can be controlled by the interval at which the seed crystal regions are arranged. For example, as shown in FIG. 9C, when the vertical interval of the
さらに図9(C)に示すように、放射状に結晶成長する方向、つまり双晶粒界が存在するならば結晶成長するであろう方向と、チャネル形成領域の電流が流れる方向とを沿うように、つまり平行となるようにパターニングし、島状の半導体膜107を形成するとより好ましい(図中のパターニング箇所170)。上述したように双晶粒界はTFT特性に影響を与えにくいが、対応粒界とチャネル形成領域の電流が流れる方向とを沿うようにパターニングすることにより、TFTの移動度を向上させることができるからである。
Further, as shown in FIG. 9C, the direction of crystal growth radially, that is, the direction of crystal growth if twin grain boundaries exist and the direction of current flow in the channel formation region are aligned. That is, it is more preferable that the island-shaped
また双晶粒界と、チャネル形成領域の電気が流れる方向とが斜めとなるように配置してもよい。 Further, the twin grain boundaries and the direction in which the electricity flows in the channel formation region may be inclined.
次いで図2(B)に示すように、パターニングされた島状の半導体膜107の表面を、フッ酸を含むエッチャントで洗浄し、半導体膜107を覆うようにゲート絶縁膜108を形成する。ゲート絶縁膜108はプラズマCVD法、ECR−CVD法、LPCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを20〜150nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施の形態では、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%)を形成する。なおゲート絶縁膜108は酸化窒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よい。
Next, as shown in FIG. 2B, the surface of the patterned island-shaped
その後、ゲート絶縁膜108上に導電膜を形成し、該導電膜をパターニングし、 パターニングされた半導体膜107上にゲート電極109を形成する。また、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LPCVD法やPCVD法により形成してゲート電極としてもよい。ゲート電極は単層構造、又は積層構造を有する。積層構造の場合、不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜と、導電膜を積層してもよい。本実施の形態では、膜厚50nmの窒化タンタル膜、膜厚370nmのタングステン膜を順次積層した導電膜をパターニングしてゲート電極109を形成する。
After that, a conductive film is formed over the
次いで図2(C)に示すように、ゲート電極109をマスクとして不純物元素を添加する。本実施の形態では、B(ボロン)を添加してソース領域、及びドレイン領域となる不純物領域110、P(リン)を添加してソース領域、及びドレイン領域となる不純物領域111を形成する。このとき、ソース領域、ドレイン領域へ金属元素を捕獲するようなゲッタリング工程を行ってもよい。その後好ましくは、ゲート電極109、及びゲート絶縁膜108を覆って、パッシバーション膜を設けるとよい。そして、無機材料、又は有機材料を用いて層間絶縁膜112を形成する。特に、珪素(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む、または置換基にフッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち少なくとも1種を有する材料、いわゆるシロキサンから層間絶縁膜112を形成するとよい。
Next, as shown in FIG. 2C, an impurity element is added using the
図2(D)に示すように、不純物領域110、111と接続する配線(ソース配線、ドレイン配線に相当)113を形成する。配線113は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)もしくはシリコン(Si)の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜を用いればよい。本実施の形態では、チタン膜/チタンーアルミニウム合金膜/チタン膜(Ti/Al−Si/Ti)をそれぞれ100/350/100nmに積層したのち、所望の形状にパターニング及びエッチングして配線113を形成する。
As shown in FIG. 2D, wirings (corresponding to source wiring and drain wiring) 113 connected to the
以上のようにして、結晶性、及び結晶位置が制御された結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタを形成することができる。なお結晶、つまり種結晶領域位置を制御することにより結晶粒界の配置を制御することができる。 As described above, a thin film transistor including a crystalline semiconductor film in which crystallinity and crystal position are controlled can be formed. The arrangement of crystal grain boundaries can be controlled by controlling the position of the crystal, that is, the seed crystal region.
そして、以上のように形成された薄膜トランジスタを有する半導体装置を作製することができる。半導体装置は、集積回路や半導体表示装置であって、特に液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)等の半導体表示装置の画素部及び駆動回路部に薄膜トランジスタを用いることができる。特に発光装置において、有機発光素子からの光が、封止基板側へ射出される上面出射、基板側へ射出される下面出射、封止基板及び基板側へ射出される両面出射の構造を用いることができる。 Then, a semiconductor device having the thin film transistor formed as described above can be manufactured. A semiconductor device is an integrated circuit or a semiconductor display device. In particular, a liquid crystal display device, a light emitting device including a light emitting element represented by an organic light emitting element in each pixel, a DMD (Digital Micromirror Device), a PDP (Plasma Display Panel). A thin film transistor can be used for a pixel portion and a driver circuit portion of a semiconductor display device such as a field emission display (FED). In particular, in a light emitting device, a structure in which light from an organic light emitting element is emitted from an upper surface emitted to the sealing substrate side, emitted from the lower surface emitted to the substrate side, and emitted from the sealing substrate and the substrate side is used. Can do.
特に種結晶領域の間隔により結晶粒を小さくすることができるため、集積回路を有するCPUの薄膜トランジスタのように、チャネルサイズが小さい薄膜トランジスタに好適である。 In particular, since the crystal grains can be reduced by the distance between the seed crystal regions, the thin film transistor is suitable for a thin film transistor having a small channel size such as a thin film transistor of a CPU having an integrated circuit.
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態2と異なる方法により結晶性半導体膜を形成する方法を説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a method for forming a crystalline semiconductor film by a method different from that in Embodiment Mode 2 will be described.
図4(A)に示すように、実施の形態1と同様に、基板100上に、下地膜101、絶縁膜103、絶縁膜上に珪素膜115、を形成し、開口部を形成する。但し、本実施の形態では開口部を線状に形成する。開口部にはスピンコーティング法により金属元素105を形成する。本実施の形態では、開口部にNi酢酸塩10ppmを含有した水溶液をスピンコーティング法により塗布することにより開口部に金属元素105を形成する。このとき、開口部の底面には下地膜101として形成された珪素を有する絶縁膜、例えば、酸化珪素膜が形成されているため、Ni酢酸塩に対する濡れ性が高められている。一方、絶縁膜103の表面には、珪素膜115が形成されているため、Ni酢酸塩に対する濡れ性が低められ、はじくようになっている。
As shown in FIG. 4A, as in Embodiment Mode 1, a
図4(B)に示すように、実施の形態1と同様に、非晶質半導体膜106を形成する。そして、実施の形態1と同様に加熱処理を行って結晶性半導体膜を形成する。本実施の形態では、連続発振型レーザ(CWレーザ)116を用いる。CWレーザは非晶質半導体膜106を種結晶領域から横方向に結晶成長させるの好適だからである。特に図4(C)に示す図4(B)に対応する斜視図のように、深さ150、幅151、長さ152を有する種結晶領域となる線状の開口部に対し、CWレーザ116の幅が開口部の長さ152と同程度となる場合、一度の走査により結晶化を行うことができる。その結果レーザの重なる領域による、不均一な結晶化領域が低減されて好ましい。なおレーザの幅は、例えばエキシマレーザー、YAGレーザ又はYVO4レーザ等の第2高調波を用い、一台のレーザ発振器を用いる場合200μm〜300μm、二台のレーザ発振器を用いる場合400μm〜600μmとすることができる。
As shown in FIG. 4B, an
その後のパターニング等の工程は、実施の形態1を参照すればよいため、説明を省略する。 Since subsequent steps such as patterning may refer to the first embodiment, description thereof is omitted.
以上のようにして、結晶性、及び結晶位置が制御された結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタを形成することができる。なお結晶、つまり種結晶領域位置を制御することにより結晶粒界の配置を制御することができる。 As described above, a thin film transistor including a crystalline semiconductor film in which crystallinity and crystal position are controlled can be formed. The arrangement of crystal grain boundaries can be controlled by controlling the position of the crystal, that is, the seed crystal region.
そして、以上のように形成された薄膜トランジスタを有する半導体装置を作製することができる。半導体装置は、集積回路や半導体表示装置であって、特に液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)等の半導体表示装置の画素部及び駆動回路部に薄膜トランジスタを用いることができる。 Then, a semiconductor device having the thin film transistor formed as described above can be manufactured. A semiconductor device is an integrated circuit or a semiconductor display device. In particular, a liquid crystal display device, a light emitting device including a light emitting element represented by an organic light emitting element in each pixel, a DMD (Digital Micromirror Device), a PDP (Plasma Display Panel). A thin film transistor can be used for a pixel portion and a driver circuit portion of a semiconductor display device such as a field emission display (FED).
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態1、2と異なる方法により、選択的に金属元素を形成する方法について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a method for selectively forming a metal element by a method different from those in Embodiments 1 and 2 will be described.
図9(A)に示すように、基板100上に、下地膜101、絶縁膜103を形成し、ドライエッチング法により絶縁膜に開口部を形成する。開口部を覆うように第2の絶縁膜120を、CVD法、例えばプラズマCVD法により形成する。すると、開口部内に、より直径、又は幅が小さくなる第2の開口部が形成される。
As shown in FIG. 9A, a
その後、実施の形態1と同様に金属元素105を形成し、結晶化し、結晶性半導体膜を形成することができる。
After that, as in Embodiment Mode 1, the
このように、開口部の直径、又は幅を精度よく小さくすることができる。その結果、金属元素105と、非晶質半導体膜106とが接する領域が小さくなり、より配向性が制御された種結晶領域を形成することができる。さらに複数の配向性を有する種結晶が形成される場合、絶縁膜103の高さを制御することにより一つの配向性を有する種結晶のみとすることもできる。
In this way, the diameter or width of the opening can be accurately reduced. As a result, a region where the
また図9(B)に示すように、基板100上に、下地膜101を形成し、下地膜上にマスク121を配置し、イオン注入等により金属元素105を形成する。マスクは、例えばレジストからなるマスクやメタルマスクを用いることができる。
As shown in FIG. 9B, a
次いで、マスク121を除去し、非晶質半導体膜106を形成する。マスクを除去するため、金属元素の形成方法はスピンコーティング法といった塗布法より、イオン注入等の金属元素を固定するような方法を用いると好ましい。
Next, the
その後、実施の形態1と同様に結晶化して結晶性半導体膜を形成することができる。 After that, crystallization can be performed similarly to Embodiment Mode 1 to form a crystalline semiconductor film.
このように小さなスリット幅を形成することのできるマスクを用いて、選択的に金属元素を添加することもできる。その結果、絶縁膜103を不要とすることができる。
A metal element can be selectively added using a mask capable of forming such a small slit width. As a result, the insulating
以上のようにして、結晶性、及び結晶位置が制御された結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタを形成することができる。なお結晶、つまり種結晶領域位置を制御することにより結晶粒界の配置を制御することができる。 As described above, a thin film transistor including a crystalline semiconductor film in which crystallinity and crystal position are controlled can be formed. The arrangement of crystal grain boundaries can be controlled by controlling the position of the crystal, that is, the seed crystal region.
そして、以上のように形成された薄膜トランジスタを有する半導体装置を作製することができる。半導体装置は、集積回路や半導体表示装置であって、特に液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)等の半導体表示装置の画素部及び駆動回路部に薄膜トランジスタを用いることができる。 Then, a semiconductor device having the thin film transistor formed as described above can be manufactured. A semiconductor device is an integrated circuit or a semiconductor display device. In particular, a liquid crystal display device, a light emitting device including a light emitting element represented by an organic light emitting element in each pixel, a DMD (Digital Micromirror Device), a PDP (Plasma Display Panel). A thin film transistor can be used for a pixel portion and a driver circuit portion of a semiconductor display device such as a field emission display (FED).
(実施の形態4)
本実施の形態では、画素部に形成する薄膜トランジスタの具体的な作製方法について説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, a specific method for manufacturing a thin film transistor formed in a pixel portion will be described.
図5(A)には、発光素子を有する画素部の上面図例を示す。信号線201と、走査線203に接続されたスイッチング用トランジスタ204と、スイッチング用トランジスタ204に接続され、発光素子を駆動するための駆動用トランジスタ205と、駆動用トランジスタ205のゲート・ソース間に設けられた容量素子206と、駆動用トランジスタ205の他端に接続される電源線202を有する。
FIG. 5A illustrates an example of a top view of a pixel portion having a light emitting element. A
図5(B)には、図5(A)に対応する画素部の上面図を示す。上記実施の形態により得られた結晶性半導体膜107、走査線、及びゲート電極となる導電膜109、信号線、ソース配線、及びドレイン配線となる配線113、層間絶縁膜に形成される配線用のコンタクトホール210を示す。
FIG. 5B is a top view of the pixel portion corresponding to FIG. The
このような画素部において、図5(C)に示すように一画素の中心部に種結晶領域104を形成し、種結晶領域から放射状へ双晶を成長させ、一つの結晶粒115を形成する。そして図5(C)に示すように、一つの結晶粒115からスイッチング用TFT204と、駆動用TFT205の半導体膜をパターニングする。このとき種結晶領域104を中心とし、一つの結晶粒において、一方の結晶粒界側にスイッチング用TFT204、他の結晶粒界側に駆動用TFT205を形成している。そのため、双晶粒界は、スイッチング用TFT204、及び駆動用TFT205の電流の流れる方向に沿うようにパターニングされないことになってしまう。しかし、上述したように双晶粒界はTFT特性に悪影響を与えにくいので図5(C)のようなレイアウトでもよい。
In such a pixel portion, as shown in FIG. 5C, a
また図5(D)に示すように、一画素の端部に線状の種結晶領域104を形成し、種結晶領域から線状に延在する方向と垂直な方向に結晶成長させ、一つの結晶粒115を形成する。そして、図5(D)に示すように、一つの結晶粒115からスイッチング用TFT204と、駆動用TFT205の半導体膜をパターニングする。図5(D)は図5(C)と異なり、結晶成長の方向は、線状の種結晶領域の線状に延在する方向と垂直な方向である。そのため、各TFTのレイアウトの自由度が向上する。そのため、スイッチング用TFT204の電流の流れる方向と、結晶成長の方向とを沿うようにパターニングするとより好ましい。
Further, as shown in FIG. 5D, a linear
このとき駆動用TFTのチャネル長を長くすると、飽和領域で確実に動作することができる。飽和領域で動作させると、経時劣化によるさらに駆動用TFT間のバラツキを低減することができ好ましい。具体的には、駆動用TFTの半導体膜を、矩形状を繰り返したいわゆるジグザグ状態にパターニングすればよい。 At this time, if the channel length of the driving TFT is increased, the operation can be reliably performed in the saturation region. It is preferable to operate in the saturation region because variation between driving TFTs due to deterioration with time can be further reduced. Specifically, the semiconductor film of the driving TFT may be patterned in a so-called zigzag state in which a rectangular shape is repeated.
図6には、図5(C)とは異なるレイアウトで半導体膜をパターニングする場合を説明する。特に双晶粒界と、スイッチング用TFT204、及び駆動用TFT205の電流の流れる方向とが沿うようなレイアウト例を示す。
FIG. 6 illustrates a case where a semiconductor film is patterned with a layout different from that in FIG. In particular, a layout example is shown in which the twin grain boundaries are aligned with the direction of current flow in the switching
図6(A)には、図5(C)と同様に画素部の上面図を示し、スイッチング用TFT204と、駆動用TFT205の配置を示す。また、種結晶領域104と、種結晶領域から成長した結晶粒115を示す。そしてそれらTFTと種結晶領域の位置関係は、種結晶領域104から放射状に結晶成長した双晶粒界と、スイッチング用TFT204、及び駆動用TFT205の電流の流れる方向とが沿うようになっている。すなわち、種結晶領域の直左側にスイッチング用TFT204を配置し、種結晶領域の直下側に駆動用TFT205を配置している。その結果、双晶粒界と、スイッチング用TFT204、及び駆動用TFT205の電流の流れる方向とが沿うため、TFTの移動度を向上させることができる。
FIG. 6A shows a top view of the pixel portion as in FIG. 5C and shows the arrangement of the switching
図6(B)には、一つの種結晶領域104から形成された結晶粒115内に、4つのスイッチング用TFT204と、4つの駆動用TFT205を有している。またそれら複数のTFTの電流の流れる方向と、双晶粒界とを沿わすため、種結晶領域104を中心として点対称に複数のTFTが設けられている。
In FIG. 6B, there are four switching
特に、表示装置の高精細化がすすむと、スイッチング用TFT204、駆動用TFT205の配置間隔、つまり画素間隔が狭くなってくる。そのような場合、一つの種結晶領域から成長した結晶粒内に、複数のスイッチング用TFT204、駆動用TFT205を有することができ、いわゆるサブミクロンTFTの形成に好適である。
In particular, when the definition of the display device is increased, the arrangement interval of the switching
また図7には線状の種結晶領域を有し、図5(D)と異なるレイアウトで半導体膜をパターニングする場合を説明する。図5(D)は図5(C)と異なり、結晶成長の方向は、種結晶領域104の線状に延在する方向と垂直な方向であることは上述したとおりである。そのため図7に示すように、スイッチング用TFT204の電流の流れる方向と、結晶成長の方向とを沿うようにパターニングするとより好ましい。
FIG. 7 illustrates a case where a semiconductor film is patterned with a linear seed crystal region and a layout different from that in FIG. 5D is different from FIG. 5C in that the crystal growth direction is a direction perpendicular to the linear extending direction of the
以上のようにして、結晶性、及び結晶位置が制御された結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタを有する画素部を形成することができる。なお結晶位置を制御することにより結晶粒界の配置を制御することができる。 As described above, a pixel portion including a thin film transistor including a crystalline semiconductor film in which crystallinity and crystal position are controlled can be formed. Note that the arrangement of crystal grain boundaries can be controlled by controlling the crystal position.
本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the above embodiment.
(実施の形態5)
本実施の形態では、信号線駆動回路や走査線駆動回路を有する駆動回路部に適応する場合を説明する。
(Embodiment 5)
In this embodiment, a case where the present invention is applied to a driver circuit portion including a signal line driver circuit and a scan line driver circuit will be described.
例えば、図8には駆動回路部に設けられるアナログスイッチを示す。図8(A)に示すようにアナログスイッチは、pチャネル型TFT301とnチャネル型TFT302とが接続されたスイッチSW1と、pチャネル型TFT303とnチャネル型TFT304とが接続されたスイッチSW2とを有する。SW1と、SW2とは信号(Signal)が入力される配線と、該信号の反転信号(Signalb)が入力される配線とにそれぞれ接続されている。またpチャネル型TFTとnチャネル型TFTの一方の接続箇所には入力電圧(Vin)が印加され、他方の接続箇所から信号の組み合わせにより該電圧が出力される(Vout)。
For example, FIG. 8 shows an analog switch provided in the drive circuit unit. As shown in FIG. 8A, the analog switch includes a switch SW1 in which a p-
図8(B)には、図8(A)に対応する画素部の上面図を示す。上記実施の形態により得られた結晶性半導体膜107、ゲート電極となる導電膜109、ソース配線、及びドレイン配線となる配線113、層間絶縁膜に形成される配線用のコンタクトホール310を示す。
FIG. 8B is a top view of the pixel portion corresponding to FIG. A
このようなアナログスイッチにおいて、図8(C)に示すように、nチャネル型TFT301、303との間に種結晶領域104を形成する。またpチャネル型TFT302、304との間に種結晶領域を形成する。それら種結晶領域から結晶成長させ、結晶粒115を形成する。そして各TFTの電流の流れる方向は、種結晶領域から結晶成長する双晶粒界と概ね沿うように形成することができる。その結果、各TFTの移動を向上させることができる。また一つの結晶粒から同一極性のTFTをパターニングしているため、アナログスイッチの特性バラツキを低減することができる。
In such an analog switch, a
また図8(D)に示すように、nチャネル型TFT301と、pチャネル型TFT302の近傍に線状の種結晶領域104をそれぞれ形成する。それら線状の種結晶領域から、種結晶領域の線状に延在する方向と垂直な方向に結晶成長させ、結晶粒115を形成する。そして各TFTの電流の流れる方向は、図8(C)と比較して種結晶領域から結晶成長する双晶粒界に沿うように形成することができる。その結果、各TFTの移動をより向上させることができる。また一つの結晶粒から同一極性のTFTをパターニングしているため、アナログスイッチの特性バラツキを低減することができる。
Further, as shown in FIG. 8D, a linear
以上のようにして、結晶性、及び結晶位置が制御された結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタを有するアナログスイッチを形成することができる。なお結晶位置を制御することにより結晶粒界の配置を制御することができる。 As described above, an analog switch including a thin film transistor including a crystalline semiconductor film in which crystallinity and crystal position are controlled can be formed. Note that the arrangement of crystal grain boundaries can be controlled by controlling the crystal position.
本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the above embodiment.
(実施の形態6)
本実施の形態では、上記実施の形態を用いた結晶性半導体膜からパネルを形成する方法について説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, a method for forming a panel from a crystalline semiconductor film using any of the above embodiments is described.
図11(A)には、上記実施の形態に基づいて形成される結晶性半導体膜の斜視図を示す。絶縁表面を有する基板100上に下地膜101を形成し、下地膜101上に絶縁膜103を形成し、絶縁膜103に開口部130形成する。開口部130に金属元素を形成し、種結晶領域を形成する。図14(A)において、種結晶領域を強調して記載したため種結晶領域の間隔は実際と異なる。実際の種結晶領域が設けられる間隔は上記実施の形態を参照すればよい。
FIG. 11A is a perspective view of a crystalline semiconductor film formed based on the above embodiment mode. A
図11(B)に示すように、絶縁膜103上に非晶質半導体膜106を形成し、上記実施の形態に基づいて結晶化を行う。その結果、結晶及び結晶粒界が制御された結晶性半導体膜を得ることができる。なお本実施の形態では、結晶及び結晶粒界が制御された結晶性半導体膜を用いて、画素部、信号線駆動回路、及び走査線駆動回路を形成する。そのため図11(B)において、画素部となる領域(画素部領域)160、信号線駆動回路となる領域(信号線駆動回路領域)161、走査線駆動回路となる領域(走査線駆動回路領域)162を一点鎖線により示す。また画素部、信号線駆動回路、及び走査線駆動回路の形成箇所は本実施の形態に限定されず、画素部に対して対称な位置に複数の信号線駆動回路、或いは画素部に対して対称な位置に複数の走査線駆動回路を形成してもよい。
As shown in FIG. 11B, an
そして図11(C)に示すように、結晶化された半導体膜をパターニングして島状の半導体膜107を形成する。このとき、種結晶領域を除去するようにパターニングすると好ましい。
Then, as shown in FIG. 11C, the crystallized semiconductor film is patterned to form an island-shaped
そして図11(A)(B)(C)に示すように形成された結晶性半導体膜にTFTの作製工程を施し、画素部、信号線駆動回路、及び走査線駆動回路を有するパネルを形成する。 Then, a TFT manufacturing process is performed on the crystalline semiconductor film formed as shown in FIGS. 11A, 11B, and 11C to form a panel having a pixel portion, a signal line driver circuit, and a scan line driver circuit. .
以上のようにして、結晶性、及び結晶位置が制御された結晶性半導体膜を有する薄膜トランジスタを有するパネルを形成することができる。なお結晶位置を制御することにより結晶粒界の配置を制御することができる。 As described above, a panel including a thin film transistor including a crystalline semiconductor film in which crystallinity and crystal position are controlled can be formed. Note that the arrangement of crystal grain boundaries can be controlled by controlling the crystal position.
本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment can be freely combined with the above embodiment.
(実施の形態7)
本実施の形態では、上記実施の形態に示したパネルFPCを介してプリント基板上に形成されたコントロール回路、電源回路、I/F等を含むICを実装して完成するモジュール、及びそのシステムについて説明する。
(Embodiment 7)
In this embodiment, a module that is completed by mounting an IC including a control circuit, a power supply circuit, an I / F, and the like formed on a printed circuit board through the panel FPC shown in the above embodiment, and a system thereof explain.
図13には、モジュールのシステムについて説明する。 FIG. 13 illustrates a module system.
モジュール外部の電源回路930から映像信号処理回路909へ電源が供給される。モジュール外部の電源回路930とは、電子機器に搭載される配線基板上に形成された電源回路である。また映像信号処理回路909は、インターフェース(I/F)部908から信号が入力される。さらに映像信号処理回路909はビデオRAM910と相互に信号のやりとりを行う。そして、映像信号処理回路909からコントロール回路901へ信号が入力される。コントロール回路901は電源回路902から電源が供給される。階調電源911を介して入力され、コントロール回路901には映像信号処理回路909から信号が入力され、電源回路902から電源が供給される。コントロール回路901から走査線駆動回路904、及び信号線駆動回路905へ信号が入力される。また階調電源911から、信号線駆動回路905へ電源が供給される。走査線駆動回路904、及び信号線駆動回路905と同一基板900上に設けられた画素部903へ走査線駆動回路904、及び信号線駆動回路905から信号が入力される。
Power is supplied from the power supply circuit 930 outside the module to the video signal processing circuit 909. The power circuit 930 outside the module is a power circuit formed on a wiring board mounted on an electronic device. The video signal processing circuit 909 receives a signal from an interface (I / F)
なお発光素子を有する発光装置において、階調電源911は陰極へ電圧を印加する電源となる。また液晶素子を有する液晶表示装置において、階調電源911は液晶層に電圧を印加する電極、いわゆる対向電極へ電圧を印加する電源となる。 Note that in a light-emitting device having a light-emitting element, the gradation power source 911 is a power source for applying a voltage to the cathode. In a liquid crystal display device having a liquid crystal element, the gradation power source 911 is a power source that applies a voltage to an electrode that applies a voltage to the liquid crystal layer, that is, a so-called counter electrode.
モジュールは、画素部903、走査線駆動回路904、信号線駆動回路905、コントロール回路901、階調電源911、電源回路902、映像信号処理回路909、ビデオRAM910、I/F部908を含むシステムを有する。
The module includes a system including a pixel portion 903, a scanning line drive circuit 904, a signal line drive circuit 905, a
図12にコントロール回路901及び電源回路902がパネル800に実装されたモジュールの外観図を示す。パネルには、基板900上に形成された、発光素子又は液晶素子が各画素に設けられた画素部903と、前記画素部903が有する画素を選択する走査線駆動回路904と、選択された画素にビデオ信号を供給する信号線駆動回路905とが設けられている。このとき、画素部903、走査線駆動回路904、又は信号線駆動回路905とが有する半導体素子は、上記実施の形態のように結晶性及び結晶位置を制御して形成された結晶性半導体膜を有することができる。
FIG. 12 shows an external view of a module in which the
なお、必ずしも走査線駆動回路904、及び信号線駆動回路905を同一基板に形成する必要はなく、例えば走査線駆動回路904のみを同一基板に形成し、信号線駆動回路905をICチップにより形成し、実装してもよい。 Note that the scan line driver circuit 904 and the signal line driver circuit 905 are not necessarily formed over the same substrate. For example, only the scan line driver circuit 904 is formed over the same substrate, and the signal line driver circuit 905 is formed using an IC chip. May be implemented.
またプリント基板907にはコントロール回路901、電源回路902が設けられており、コントロール回路901または電源回路902から出力された各種信号及び電源電圧は、FPC906を介して画素部903、走査線駆動回路904、信号線駆動回路905に供給される。
The printed
プリント基板907の電源電圧及び各種信号は、複数の入力端子が配置されたインターフェース(I/F)部908を介して供給される。
The power supply voltage and various signals of the printed
なお、本実施の形態ではパネルにプリント基板907がFPC906を用いて実装されているが、必ずしもこの構成に限定されない。COG(Chip on Glass)方式を用い、コントロール回路901、電源回路902をパネルに直接実装させるようにしても良い。
Note that in this embodiment mode, the printed
また、プリント基板907において、引きまわしの配線間に形成される容量や配線自体が有する抵抗等によって、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりすることがある。そこで、プリント基板907にコンデンサ、バッファ等の各種素子を設けて、電源電圧や信号にノイズがのったり、信号の立ち上がりが鈍ったりするのを防ぐようにしても良い。
Further, in the printed
以上のようにして、結晶性、及び結晶位置が制御された結晶性半導体膜を有するパネルを有するモジュールを形成することができる。なお結晶位置を制御することにより結晶粒界の配置を制御することができる。 As described above, a module including a panel including a crystalline semiconductor film in which crystallinity and crystal position are controlled can be formed. Note that the arrangement of crystal grain boundaries can be controlled by controlling the crystal position.
本実施の形態は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment mode can be freely combined with the above embodiment modes.
(実施の形態8)
本実施の形態では、実施の形態7と異なるモジュールの形態を説明する。
(Embodiment 8)
In this embodiment, a module form different from that of the seventh embodiment will be described.
図14に示すモジュールの形態は、基板900上に、コントロール回路901、映像信号処理回路909、ビデオRAM910を形成することを特徴とする。すなわち、上記実施の形態により結晶性及び結晶位置を制御して形成された結晶性半導体膜を有するTFTにより基板900上に、コントロール回路901、映像信号処理回路909、ビデオRAM910を形成する。その他の構成は、図12と同様であるため説明を省略する。
The feature of the module shown in FIG. 14 is that a
なお、図14に示したモジュールの形態のシステムは、図13に示すシステムにおいてコントロール回路901、映像信号処理回路909、ビデオRAM910が基板900上に設けられたシステムとなる。
14 is a system in which a
このように、コントロール回路901、映像信号処理回路909、ビデオRAM910を基板900上に一体形成することにより、モジュールを小型化、軽量化することができる。またさらに、その他の回路、例えば階調電源911を基板900上に形成してもよい。
Thus, by integrally forming the
以上のように、を有する多様な構成を有するモジュールを形成することができる。 As described above, modules having various configurations including the above can be formed.
本実施の形態は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment mode can be freely combined with the above embodiment modes.
(実施の形態9)
本発明を適用して作製される電子機器の一例として、デジタルカメラ、カーオーディオなどの音響再生装置、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(携帯電話、携帯型ゲーム機等)、家庭用ゲーム機などの記録媒体を備えた画像再生装置などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図15に示す。
(Embodiment 9)
As an example of an electronic device manufactured by applying the present invention, a digital camera, a sound reproduction device such as a car audio, a notebook personal computer, a game device, a portable information terminal (a mobile phone, a portable game machine, etc.), a home use An image reproducing device including a recording medium such as a game machine may be used. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.
図15(A)は携帯端末のうちの携帯電話機であり、本体2101、筐体2102、表示部2103、音声入力部2104、音声出力部2105、操作キー2106、アンテナ2107等を含む。表示部2103は、画素部及び駆動回路部を有するモジュールが設けられている。画素部は、発光素子又は液晶素子を有し、本発明の結晶性、及び結晶位置を制御して形成された結晶性半導体膜を有するように形成されたTFTを有する。また駆動回路部に、本発明の結晶位置を制御して形成された結晶性半導体膜を有するように形成されたTFTを設けてもよい。またさらに表示部2103を多面取りにより形成することにより、携帯電話機のコストを低減することができる。 FIG. 15A illustrates a mobile phone among mobile terminals, which includes a main body 2101, a housing 2102, a display portion 2103, an audio input portion 2104, an audio output portion 2105, operation keys 2106, an antenna 2107, and the like. The display portion 2103 is provided with a module having a pixel portion and a driver circuit portion. The pixel portion includes a light emitting element or a liquid crystal element, and includes a TFT formed so as to have a crystalline semiconductor film formed by controlling the crystallinity and crystal position of the present invention. Further, a TFT formed so as to have a crystalline semiconductor film formed by controlling the crystal position of the present invention may be provided in the driver circuit portion. Furthermore, the cost of the cellular phone can be reduced by forming the display portion 2103 by multi-cavity.
図15(B)はモバイルコンピュータであり、本体2201、表示部2202、スライタス2203、操作ボタン2204、外部インターフェース2205等を含む。表示部2202は、画素部及び駆動回路部を有するモジュールが設けられている。画素部は、発光素子又は液晶素子を有し、本発明の結晶性、及び結晶位置を制御して形成された結晶性半導体膜を有するように形成されたTFTを有する。また駆動回路部に、本発明の結晶位置を制御して形成された結晶性半導体膜を有するように形成されたTFTを設けてもよい。またさらに表示部2202を多面取りにより形成することにより、モバイルコンピュータのコストを低減することができる。
FIG. 15B illustrates a mobile computer, which includes a
図15(C)はシート型の携帯電話機であり、本体2301、表示部2303、音声入力部2304、音声出力部2305、スイッチ2306、外部接続ポート2307等を含む。外部接続ポート2307を介して、別途用意したイヤホン2308を接続することができる。表示部2303には、センサを備えたタッチパネル式の表示画面が用いられており、表示部2303に表示されたタッチパネル式操作キー2309に触れることで、一連の操作を行うことができる。表示部2303は、画素部及び駆動回路部を有するモジュールが設けられている。画素部は、発光素子又は液晶素子を有し、本発明の結晶性、及び結晶位置を制御して形成された結晶性半導体膜を有するように形成されたTFTを有する。また駆動回路部に、本発明の結晶位置を制御して形成された結晶性半導体膜を有するように形成されたTFTを設けてもよい。またさらに表示部2303を多面取りにより形成することにより、シート型の携帯電話機のコストを低減することができる。
FIG. 15C shows a sheet-type mobile phone, which includes a main body 2301, a display portion 2303, an audio input portion 2304, an
上記した以外の電子機器である、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置(いわゆるDVD表示装置等)、ゴーグル型ディスプレイ、ビデオカメラ等における画素部、及び駆動回路部に結晶性及び結晶位置を制御して形成された結晶性半導体膜を有するように形成されたTFTを設けることができる。 Crystals in a display device, a notebook personal computer, an image reproducing device (so-called DVD display device or the like) provided with a recording medium, a goggle type display, a video camera, and a driving circuit portion are electronic devices other than those described above. A TFT formed so as to have a crystalline semiconductor film formed by controlling the property and the crystal position can be provided.
本実施の形態は、上記の実施の形態と自由に組み合わせることができる。 This embodiment mode can be freely combined with the above embodiment modes.
(実施の形態10)
本実施の形態では、結晶及び結晶粒界を制御する結晶方法により得られた薄膜トランジスタを有するCPUの構成についてブロック図を用いて説明する。
(Embodiment 10)
In this embodiment, a structure of a CPU including a thin film transistor obtained by a crystal method for controlling crystals and crystal grain boundaries will be described with reference to block diagrams.
図16に示すCPUは、基板600上に、演算回路(ALU:Arithmetic logic unit)601、演算回路用の制御部(ALU Controller)602、命令解析部(Instruction Decoder)603、割り込み制御部(Interrupt Controller)604、タイミング制御部(Timing Controller)605、レジスタ(Register)606、レジスタ制御部(Register Controller)607、バスインターフェース(Bus I/F)608、書き換え可能なROM609、ROMインターフェース(ROM I/F)620とを主に有している。またROM609及びROM I/F620は、別チップに設けても良い。
The CPU shown in FIG. 16 has an arithmetic circuit (ALU) 601, an arithmetic circuit controller (ALU Controller) 602, an instruction analyzer (Instruction Decoder) 603, an interrupt controller (Interrupt Controller) on a
勿論、図16に示すCPUは、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際のCPUはその用途によって多種多様な構成を有している。 Needless to say, the CPU illustrated in FIG. 16 is just an example in which the configuration is simplified, and an actual CPU may have various configurations depending on the application.
以上のような各種回路を、上記実施の形態に示した結晶及び結晶粒界を制御する結晶方法により形成された薄膜トランジスタ、特にガラス基板上に形成された薄膜トランジスタを用いて構成することができる。 Various circuits as described above can be formed using the thin film transistor formed by the crystal method for controlling the crystal and crystal grain boundary described in the above embodiment mode, particularly the thin film transistor formed on the glass substrate.
Bus I/F608を介してCPUに入力された命令は、Instruction Decoder603に入力され、デコードされた後、ALU Controller602、Interrupt Controller604、Register Controller607、Timing Controller605に入力される。
An instruction input to the CPU via the bus I /
ALU Controller602、Interrupt Controller604、Register Controller607、Timing Controller605は、デコードされた命令に基づき、各種制御を行う。具体的にALU Controller602は、ALU601の動作を制御するための信号を生成する。また、Interrupt Controller604は、CPUのプログラム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状態から判断し、処理する。Register Controller607は、Register606のアドレスを生成し、CPUの状態に応じてRegister606の読み出しや書き込みを行う。
The
またTiming Controller605は、ALU601、ALU Controller602、Instruction Decoder603、Interrupt Controller604、Register Controller607の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばTiming Controller605は、基準クロック信号CLK1(621)を元に、内部クロック信号CLK2(622)を生成する内部クロック生成部を備えており、クロック信号CLK2を上記各種回路に供給する。
The
特に薄膜トランジスタのゲート電極のチャネル長方向の長さ(いわゆるゲート長)を小さくすることにより、駆動電圧の低下が期待できる。 In particular, a reduction in driving voltage can be expected by reducing the length of the gate electrode of the thin film transistor in the channel length direction (so-called gate length).
結晶及び結晶粒界を制御する結晶方法により形成されたガラス基板上の薄膜トランジスタにより、廉価な機械だけで実現できる低コストなCPUを提供することができる。 A thin-film transistor on a glass substrate formed by a crystal method for controlling crystals and crystal grain boundaries can provide a low-cost CPU that can be realized only by an inexpensive machine.
Claims (10)
前記絶縁膜に開口部を形成し、
前記開口部の底面に結晶化を促進する金属元素を形成し、
前記開口部及び前記絶縁膜を覆って、非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜を加熱することにより、前記開口部から結晶成長した結晶性半導体膜を形成し、
前記開口部の底面に酸化膜を形成することにより前記金属元素に対する濡れ性を高めさせ、前記絶縁膜の上面に珪素膜を形成することにより前記金属元素に対する濡れ性を低めさせることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。 Forming an insulating film,
Forming an opening in the insulating film;
Forming a metal element that promotes crystallization on the bottom surface of the opening,
An amorphous semiconductor film is formed to cover the opening and the insulating film,
By heating the amorphous semiconductor film, a crystalline semiconductor film grown from the opening is formed,
And wherein the allowed increase the wettability to the metal element, causes lower wettability to the metal element by forming a silicon film on the upper surface of the insulating film by forming an oxide film on the bottom surface of the opening A method for manufacturing a crystalline semiconductor film.
エッチング法を用いて、前記第1の絶縁膜に第1の開口部を形成し、
CVD法を用いて、前記第1の開口部の直径を狭めるように第2の絶縁膜を形成することにより第2の開口部を形成し、
前記第2の開口部の底面に結晶化を促進する金属元素を形成し、
前記第2の開口部及び前記第2の絶縁膜を覆って、非晶質半導体膜を形成し、
前記非晶質半導体膜を加熱することにより、前記第2の開口部から結晶成長した結晶性半導体膜を形成し、
前記第2の開口部の底面に酸化膜を形成することにより前記金属元素に対する濡れ性を高めさせ、前記第2の絶縁膜の上面に珪素膜を形成することにより前記金属元素に対する濡れ性を低めさせることを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。 Forming a first insulating film;
An etching method is used to form a first opening in the first insulating film,
Using the CVD method, the second opening is formed by forming the second insulating film so as to narrow the diameter of the first opening,
Forming a metal element that promotes crystallization on the bottom surface of the second opening;
An amorphous semiconductor film is formed to cover the second opening and the second insulating film;
By heating the amorphous semiconductor film, a crystalline semiconductor film grown from the second opening is formed,
Let enhance wettability to the metal element by forming an oxide film on the bottom surface of the second opening, by forming a silicon film on the upper surface of the front Stories second insulating film wettability to the metal element A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, characterized by lowering.
前記結晶性半導体膜上にゲッタリングシンクを形成し、加熱することにより前記金属元素の濃度を低減することを特徴とする結晶性半導体膜の作製方法。A method for manufacturing a crystalline semiconductor film, wherein a gettering sink is formed over the crystalline semiconductor film and the concentration of the metal element is reduced by heating.
前記金属元素が形成された領域を除去するように前記結晶性半導体膜をパターニングし、
前記パターニングされた結晶性半導体膜上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をマスクとして前記パターニングされた結晶性半導体膜に不純物元素を添加して不純物領域を形成し、
前記不純物領域に接続される導電膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 A method for manufacturing a thin film transistor using the crystalline semiconductor film according to any one of claims 1 to 3 ,
Patterning the crystalline semiconductor film to remove the region where the metal element is formed;
Forming a gate electrode on the patterned crystalline semiconductor film through a gate insulating film;
An impurity region is formed by adding an impurity element to the patterned crystalline semiconductor film using the gate electrode as a mask,
A method for manufacturing a thin film transistor, comprising forming a conductive film connected to the impurity region.
前記結晶成長した結晶性半導体膜の結晶粒界を除去するように前記結晶性半導体膜をパターニングすることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 In claim 4 ,
A method of manufacturing a thin film transistor, wherein the crystalline semiconductor film is patterned so as to remove a crystal grain boundary of the crystalline semiconductor film that has grown.
スイッチング用薄膜トランジスタと駆動用薄膜トランジスタを有する画素部において、
前記スイッチング用薄膜トランジスタ、及び前記駆動用薄膜トランジスタのチャネル形成領域における電流の流れる方向と、前記結晶性半導体膜の結晶成長の方向とを沿うように前記結晶性半導体膜をパターニングすることを特徴とする半導体装置の作製方法。 A method for manufacturing a semiconductor device having the thin film transistor according to claim 4 or 5 ,
In the pixel portion having the switching thin film transistor and the driving thin film transistor,
A semiconductor characterized by patterning the crystalline semiconductor film so as to follow a direction of current flow in a channel formation region of the switching thin film transistor and the driving thin film transistor and a direction of crystal growth of the crystalline semiconductor film Device fabrication method.
スイッチング用薄膜トランジスタと駆動用薄膜トランジスタを有する画素部において、
前記金属元素が形成された開口部を線状に形成し、前記線状の開口部から結晶成長した結晶性半導体膜を、前記スイッチング用薄膜トランジスタ、及び前記駆動用薄膜トランジスタのチャネル形成領域における電流の流れる方向と、前記結晶性半導体膜の結晶成長の方向とを沿うように、パターニングすることを特徴とする半導体装置の作製方法。 A method for manufacturing a semiconductor device having the thin film transistor according to claim 4 or 5 ,
In the pixel portion having the switching thin film transistor and the driving thin film transistor,
An opening in which the metal element is formed is formed in a linear shape, and a current flows in a channel formation region of the switching thin film transistor and the driving thin film transistor through the crystalline semiconductor film grown from the linear opening. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that patterning is performed so that a direction and a direction of crystal growth of the crystalline semiconductor film are aligned.
スイッチング用薄膜トランジスタと駆動用薄膜トランジスタを有する画素部において、
前記金属元素が形成された開口部を点状に形成し、前記点状の開口部を中心として複数のスイッチング用薄膜トランジスタと駆動用薄膜トランジスタを点対称に配置し、
前記スイッチング用薄膜トランジスタ、及び前記駆動用薄膜トランジスタのチャネル形成領域における電流の流れる方向と、前記結晶性半導体膜の結晶成長の方向とを沿うように前記結晶性半導体膜をパターニングすることを特徴とする半導体装置の作製方法。 A method for manufacturing a semiconductor device having the thin film transistor according to claim 4 or 5 ,
In the pixel portion having the switching thin film transistor and the driving thin film transistor,
The opening formed with the metal element is formed in a dot shape, and a plurality of switching thin film transistors and driving thin film transistors are arranged symmetrically with respect to the pointed opening.
A semiconductor characterized by patterning the crystalline semiconductor film so as to follow a direction of current flow in a channel formation region of the switching thin film transistor and the driving thin film transistor and a direction of crystal growth of the crystalline semiconductor film Device fabrication method.
前記スイッチング用薄膜トランジスタ、及び前記駆動用薄膜トランジスタのチャネル形成領域における電流の流れる方向と、前記結晶性半導体膜の双晶粒界とを沿うように前記結晶性半導体膜をパターニングすることを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of Claims 6 thru | or 8 ,
A semiconductor characterized by patterning the crystalline semiconductor film so as to follow a direction of current flow in a channel formation region of the switching thin film transistor and the driving thin film transistor and a twin grain boundary of the crystalline semiconductor film Device fabrication method.
複数のnチャネル型薄膜トランジスタと、複数のpチャネル型薄膜トランジスタを有するアナログスイッチを含む駆動回路部において、
前記複数のnチャネル型薄膜トランジスタは前記結晶性半導体膜の同一の結晶粒から形成し、
前記複数のpチャネル型薄膜トランジスタは前記結晶性半導体膜の同一の結晶粒から形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 A method for manufacturing a semiconductor device having the thin film transistor according to claim 4 or 5 ,
In a driving circuit portion including an analog switch having a plurality of n-channel thin film transistors and a plurality of p-channel thin film transistors,
The plurality of n-channel thin film transistors are formed from the same crystal grains of the crystalline semiconductor film,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the plurality of p-channel thin film transistors are formed from the same crystal grain of the crystalline semiconductor film.
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