JP4626796B2

JP4626796B2 - Electro-optical device manufacturing method and electronic apparatus

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Publication number: JP4626796B2
Application number: JP2002296665A
Authority: JP
Inventors: 光敏宮坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2022-10-09
Also published as: JP2004134533A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、薄膜トランジスタ等の半導体素子を含んで構成される半導体装置及び電気光学装置の製造方法と当該製造方法を用いて製造される半導体装置、電気光学装置及び電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置やＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示装置などの電気光学装置においては、薄膜トランジスタ等の半導体素子を含んで構成される薄膜回路を用いて画素のスイッチングなどを行っている。従来の薄膜トランジスタは、非晶質シリコン膜を用いて、活性領域（チャネル形成領域）を形成している。また、多結晶シリコン膜を用いて活性領域を形成した薄膜トランジスタも実用化されている。多結晶シリコン膜を用いることにより、非晶質シリコン膜を用いた場合に比較して移動度などの電気的特性が向上し、薄膜トランジスタの性能を向上させることができる。
【０００３】
また、薄膜トランジスタの性能を更に向上させるために、大きな結晶粒からなる半導体膜を形成し、薄膜トランジスタの形成領域内に結晶粒界が入り込まないようにする技術が検討されている。例えば、基板上に微細な穴（微細孔）を形成し、この微細孔を結晶成長の起点として半導体膜の結晶化を行うことにより、数μｍ程度のシリコンの結晶粒を形成する技術がいくつかの文献において提案されていた（非特許文献１及び非特許文献２）。これらの技術を用いて形成される、大きな結晶粒を含むシリコン膜を用いて薄膜トランジスタを形成することにより、移動度等の電気的特性に優れた薄膜トランジスタを実現することが可能になる。
【０００４】
【非特許文献１】
「Single Crystal Thin Film Transistors」, IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug.1993 pp257-258
【０００５】
【非特許文献２】
「Advanced Excimer-Laser Crystallization Techniques of Si Thin-Film For Location Control of Large Grain on Glass 」, R.Ishihara等, proc.SPIE 2001, vol.4295, p.14〜23
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の方法では、数μｍ程度の大きな結晶粒を形成することが可能となるものの、得られる結晶粒の面方位については制御されておらず、それぞれの結晶粒の面方位についてランダムな状態となっていた。薄膜トランジスタの電気的特性の更なる向上を図るために、結晶粒の面方位を制御して半導体膜を形成することが可能な製造方法の確立が望まれている。
【０００７】
よって、本発明は、面方位が制御された結晶粒からなる半導体膜を用いて半導体素子を形成することを可能とする半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、電気的特性の良好な半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の製造方法は、基板上に半導体素子を形成する半導体装置の製造方法であって、金属含有物質から成り半導体膜の結晶化を促進する結晶化促進膜を基板上に形成する結晶化促進膜形成工程と、上記基板上に結晶化促進膜を覆うように下地絶縁膜を堆積する下地絶縁膜堆積工程と、結晶化促進膜上の下地絶縁膜に微細孔を開け、当該微細孔の底部に結晶化促進膜を露出させる微細孔形成工程と、下地絶縁膜及び微細孔内に半導体膜を堆積する半導体膜堆積工程と、上記基板に熱処理を施し、半導体膜の微細孔の底部付近を含む領域を固相状態にて結晶化させて結晶成分含有半導体膜を得る熱処理工程と、微細孔内の結晶成分含有半導体膜を起点として半導体膜を溶融結晶化させて結晶性半導体膜を得る溶融結晶化工程と、を含む。
【００１０】
半導体膜の結晶化を行う際の起点としての微細孔内に、金属含有物質からなる結晶化促進材料と半導体膜とを固相状態にて結晶化させて結晶成分含有半導体膜を形成しているので、その後に半導体膜の溶融結晶化を行うことにより、微細孔を略中心とする範囲に結晶粒が大きく、かつ面方位の制御された半導体膜（結晶性半導体膜）を形成することが可能になる。この略単結晶状態と見なせ、かつ面方位も制御された良質な半導体膜を用いて半導体素子を形成することにより、半導体装置の高性能化を図ることが可能になる。
【００１１】
ここで本明細書において「略単結晶」とは、結晶粒が単一である場合のみならずこれに近い状態、すなわち、複数の結晶が組み合わさっていてもその数が少なく、半導体薄膜の性質の観点からほぼ単結晶により形成された半導体薄膜と同等の性質を備えている場合も含む。
【００１２】
また、本発明に係る製造方法は、結晶性半導体膜を使用して半導体素子を形成する素子形成工程を更に含むことが好ましい。ここで本明細書において「半導体素子」とは、各種トランジスタやダイオード、抵抗、インダクタ、キャパシタ、その他の能動素子・受動素子を問わず、Ｎ型やＰ型半導体の組み合わせにより製造可能な素子を含む。また本明細書において「半導体装置」とは、上記半導体素子を含んで構成される装置であり、例えば集積回路等を含む装置である。本発明に係る結晶性半導体膜を用いることにより、電気的特性に優れた半導体素子、半導体装置を得ることが可能となる。
【００１３】
上述した結晶化促進膜は、遮光性を有し、結晶性半導体膜に形成すべき半導体素子の下方に当該半導体素子の少なくとも一部を遮蔽するようにパターニングして形成されることが好ましい。これにより、半導体素子の少なくとも一部（例えば、薄膜トランジスタであれば活性領域等）に対する光の入射を結晶化促進膜によって遮り、半導体膜に光励起による起電力や暗電流の発生を防ぐことが可能となる。
【００１４】
上述した結晶化促進材料はニッケル、鉄、コバルト、白金、パラジウムのうちいずれかを含む物質とすることが好適である。また、結晶化促進材料は珪素化合物（シリサイド）とすることも好適である。このような結晶化促進材料を用いることにより、結晶粒の面方位を効果的に制御することが可能になる。
【００１５】
また、微細孔は孔の深さと孔径との比が２．７５よりも大きくなるように形成することが好ましい。より好ましくは、微細孔は孔の深さと孔径との比が５よりも大きくなるように形成するとよい。更に好ましくは、微細孔は孔の深さと孔径との比が１１よりも大きくなるように形成するとよい。上記した条件で微細孔を形成することにより、微細孔の上部へ表れる結晶粒の結晶方位を特定の方向へ優先的に揃えることが可能となり、半導体膜の結晶化を行う際には、微細孔の上部に表れた結晶粒の面方位に基づいて、半導体膜の面方位を整えることが可能となる。
【００１６】
また、微細孔の孔径は４５ｎｍ以上１９０ｎｍ以下とすることが好ましい。この条件で微細孔を形成することにより、微細孔内で１つの結晶核を優先的に成長させる作用をより確実に得ることが可能となる。
【００１７】
上述した半導体膜堆積工程において堆積される半導体膜は、その膜厚を３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好適である。また当該半導体膜の厚みは微細孔の孔径の０．５２倍以上０．６７倍以下とすることが好適である。このような条件で半導体膜を堆積することにより、溶融結晶化の際に結晶化の進む方向をほぼ半導体膜の膜厚方向と略直交する方向のみにし、他の方向へ結晶化が進みにくくすることが可能となり、結晶性半導体膜のより一層の均質化を図ることができる。
【００１８】
また、半導体膜形成工程において成膜される半導体膜は珪素（シリコン）を主構成元素とすることが好ましい。係る半導体膜としては、例えば非晶質又は多晶質のシリコン膜を用いることが好適である。これにより、微細孔を略中心とした範囲に略単結晶状態であり、かつ面方位の制御された良質なシリコン膜を形成し、この良質なシリコン膜を用いて半導体素子を形成することが可能になる。
【００１９】
上述した熱処理は、３００℃以上５５０℃以下の温度で行うことが好ましい。熱処理の温度の下限を３００℃程度とするのは、半導体膜と結晶化促進材料の化合物を必要十分に形成するためである。また、熱処理の温度の上限を５５０℃程度とするのは以下のような理由による。すなわち、電気光学装置などに用いられる半導体装置を形成する場合には、材料コスト等の観点から、絶縁基板として安価なガラス基板（例えばソーダ石灰ガラス等）を用いることが多い。この場合に、ソーダ石灰ガラス等の一般的に用いられるガラスの軟化点は５５０℃程度であるので、製造プロセス中に加えられる熱によって絶縁基板の軟化を生じないようにするために、絶縁基板に加わる温度の上限を軟化点に対応して５５０℃程度としておく必要があるからである。
【００２０】
また、上記熱処理における処理時間ｔ（秒）は、処理温度Ｔ（℃）、ボルツマン定数ｋ_Ｂ＝８．６１７×１０^−５ｅＶ・Ｋ^−１、ε＝０．７８３ｅＶ、ｔ_０＝１．５９×１０^−３（秒）としたときに、
ｔ≧ｔ_０・ｅｘｐ｛ε／ｋ_Ｂ（Ｔ＋２７３．１６）｝、
の関係を満たすように設定するとよい。これにより、熱処理の処理時間を的確に設定することが可能となる。ここで、上記「処理温度」とは、基本的には、熱処理の対象となる基板の基板温度を示すが、工業的な便宜上、基板に熱を加えるための高温炉等の容器内の温度をもって代用してもよい。この場合には、実験等を行い、雰囲気温度Ｔ（℃）の容器内に基板を置いてからどの程度の時間を経過すると基板温度が雰囲気温度とほぼ同じになるかを予め確かめておき、当該時間が経過して基板温度がほぼＴ（℃）となった時点から、上記計算式により求められる処理時間ｔ（秒）の計測を開始するとよい。
【００２１】
また、半導体膜の溶融結晶化はレーザ照射によって行うことが好適である。これにより、溶融結晶化を効率よく行うことが可能となる。用いるレーザとしては、エキシマレーザ、固体レーザ、ガスレーザなど種々のものが考えられる。
【００２２】
また、上記溶融結晶化は、微細孔以外の領域にある半導体膜が膜厚方向全域に渡って溶融する条件にて行われることが好ましい。また当該溶融結晶化は、微細孔内にある結晶成分含有半導体膜が膜厚方向全域に渡って溶融しない条件にて行われることが更に好ましい。このような条件を満たすことにより、半導体膜の溶融結晶化をより良好に行うことが可能となる。
【００２３】
また本発明は、上述した製造方法を用いて製造される半導体装置でもある。具体的には、本発明に係る半導体装置は、絶縁基板上に形成された半導体素子を含む半導体装置であって、当該半導体素子はこの半導体素子の配置位置から広がって溶融結晶化した、少なくとも半導体素子の素子領域に相当する大きさの大結晶粒の結晶性半導体膜を用いて形成されており、当該結晶性半導体膜は半導体素子の配置位置に応じて絶縁基板上に形成された微細孔を起点として結晶化が行われ、当該微細孔の底部には金属含有物質からなり半導体膜の結晶化を促進する結晶化促進膜が配置されている。
【００２４】
上述した本発明に係る半導体装置は、特に電気光学装置に用いて好適である。具体的には、本発明に係る半導体装置を所望の配置状態（例えばマトリクス状）に配設し、画素を駆動する駆動素子として用いて電気光学装置を構成することにより、性能のよい電気光学装置を得ることが可能となる。そして、このような電気光学装置を用いることにより、品質のよい電子機器を構成することが可能になる。
【００２５】
ここで本明細書において「電気光学装置」とは、本発明に係る半導体装置を備え、電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変化させる電気光学素子を備えた装置一般をいい、自ら光を発するものと外部からの光の透過を制御するもの双方を含む。例えば、電気光学素子として、液晶素子、電気泳動粒子が分散した分散媒体を有する電気泳動素子、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、電界の印加により発生した電子を発光板に当てて発光させる電気放出素子を備えた表示装置等をいう。
【００２６】
また本明細書において「電子機器」とは、本発明に係る半導体装置を備えた一定の機能を有する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。その構成には特に限定がないが、例えば、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ（携帯型情報端末）、電子手帳、ＩＣカード、電光掲示板、宣伝広告用ディスプレイ等が含まれる。
【００２７】
また、本発明は、複数の電気光学素子と当該電気光学素子のそれぞれを駆動するための複数の半導体素子とを含む電気光学装置の製造方法であって、金属含有物質から成り半導体膜の結晶化を促進する結晶化促進膜を基板上に形成する結晶化促進膜形成工程と、上記基板上に結晶化促進膜を覆うように下地絶縁膜を堆積する下地絶縁膜堆積工程と、結晶化促進膜上の下地絶縁膜に微細孔を開け、当該微細孔の底部に結晶化促進膜を露出させる微細孔形成工程と、下地絶縁膜及び微細孔内に半導体膜を堆積する半導体膜堆積工程と、基板に熱処理を施し、半導体膜の微細孔の底部付近を含む領域を固相状態にて結晶化させて結晶成分含有半導体膜を得る熱処理工程と、微細孔内の結晶成分含有半導体膜を起点として半導体膜を溶融結晶化させて結晶性半導体膜を得る溶融結晶化工程と、当該結晶性半導体膜を用いて半導体素子を形成する素子形成工程と、基板上に当該半導体素子によって駆動されるべき電気光学素子を形成する電気光学素子形成工程と、を含む。そして、上記結晶化促進膜として遮光性を有するものを用いており、当該結晶化促進膜は、電気光学素子のそれぞれにより形成される複数の表示領域の相互間を遮光すると共に半導体素子の少なくとも一部への光入射を抑制する遮光膜として機能するようにパターニングして形成される。
【００２８】
半導体膜の結晶化を行う際の起点としての微細孔内に、金属含有物質からなる結晶化促進材料と半導体膜とを固相状態にて結晶化させて結晶成分含有半導体膜を形成しているので、その後に半導体膜の溶融結晶化を行うことにより、微細孔を略中心とする範囲に結晶粒が大きく、かつ面方位の制御された半導体膜（結晶性半導体膜）を形成することが可能になる。この略単結晶状態と見なせ、かつ面方位も制御された良質な半導体膜を用いることにより特性のよい半導体素子を形成することが可能となり、当該半導体素子を用いて電気光学装置を構成することにより、電気光学装置の高性能化を図ることが可能になる。また、結晶化促進膜として遮光性を有するものを用いるようにし、各表示領域の相互間を遮光して画素間の光漏れを防ぐための遮光膜を兼ねるようにパターニングしているので、製造工程を簡略化することが可能となる。また、結晶化促進膜により遮光膜の機能を兼ねていることから、半導体膜の結晶性を向上させるために結晶化促進膜を設けることによる構造の複雑化を回避することが可能となる。更には、遮光性を有する結晶化促進膜によって半導体素子の少なくとも一部（例えば、薄膜トランジスタであれば活性領域等）に対する光の入射を抑制するように構成しているので、半導体膜に光励起による起電力や暗電流の発生を防ぐことが可能となる。
【００２９】
上述した微細孔形成工程において、微細孔は半導体素子のそれぞれが形成されるべき領域内又は当該領域近傍にのみ形成されることが好ましい。これにより、所望の領域（すなわち半導体素子を形成したい領域）に対して的確に結晶性半導体膜を形成することが可能となる。
【００３０】
また、上記結晶化促進膜は表示領域の縁辺部近傍を覆うように形成されることが好ましい。これにより、表示領域の縁辺部及びその近傍において生じやすい出射光の乱れによる悪影響を回避することが可能となる。
【００３１】
なお、本発明に係る電気光学装置の製造方法における好適な諸条件、具体的には、（１）結晶化促進膜として好適なもの、（２）微細孔の形状（孔の深さと孔径との比など）、（３）半導体膜堆積構成において堆積される半導体膜の膜厚や膜材料、（４）熱処理の温度や処理時間、（５）半導体膜の溶融結晶化の方法、等については、上述した本発明に係る半導体装置の製造方法において説明した内容と同様である。
【００３２】
また、本発明は上記製造方法によって製造される電気光学装置を含んで構成される電子機器である。本発明に係る電気光学装置を用いることにより、品質のよい電子機器を構成することが可能になる。なお本明細書における「電気光学装置」及び「電子機器」の内容については上述した通りである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３４】
＜第１の実施形態＞
図１及び図２は、第１の実施形態の半導体装置の製造方法について説明する図である。
【００３５】
（結晶化促進膜形成工程）
図１（ａ）に示すように、ガラス等の絶縁材料からなる基板１０上に、金属含有物質からなり半導体膜の結晶化を促進する性質を有する結晶化促進膜としてのニッケル膜１１を形成する。ニッケル膜１１はプラズマ化学気相堆積法（ＰＥＣＶＤ法）、低圧化学気相堆積法（ＬＰＣＶＤ法）、スパッタリング法等の物理気相堆積法によって成膜可能である。なお、金属含有物質として、コバルト、白金、パラジウム及びタングステンのうち何れかを含む物質、あるいは珪素化合物（シリサイド）を用いてもよい。基板１０を構成する絶縁材料もガラスに限定されるものではない。
【００３６】
また結晶化促進膜は、遮光性を有するものを用いて、その上側に形成される半導体素子の少なくとも一部を遮蔽するようにパターニングして形成されることが望ましく、本実施形態でもそのようにしてニッケル膜１１をパターニングしている。ニッケル膜１１と半導体素子との位置関係については後述する。かかる構成とすることにより、半導体素子の少なくとも一部（例えば、薄膜トランジスタであれば活性領域等）に対する光の入射を結晶化促進膜によって遮り、半導体膜に光励起による起電力や暗電流の発生を防ぐことが可能となる。
【００３７】
（下地絶縁膜堆積工程）
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１０及びニッケル膜１１を覆うようにして下地絶縁膜としての酸化シリコン膜１２を堆積する。酸化シリコン膜１２はＰＥＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法、スパッタリング法等により成膜可能である。例えば本実施形態では、ＰＥＣＶＤ法により厚さ１００ｎｍ程度の酸化シリコン膜１２を堆積する。
【００３８】
（微細孔形成工程）
次に、図１（ｃ）に示すように、ニッケル膜１１上の酸化シリコン膜１２に微細孔１３を開け、当該微細孔１３の底部にニッケル膜１１の一部を露出させる。この微細孔１３は、１つの結晶核のみを優先的に成長させる役割を担うためのものである。以降の説明ではこの微細孔を「グレイン・フィルタ」と称することとする。グレイン・フィルタ１３は、例えばグレイン・フィルタ１３の形成位置を露出させる開口部を有するフォトレジスト膜（図示せず）を酸化シリコン膜１２上に形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして用いて反応性イオンエッチングを行い、その後、酸化シリコン膜１２上のフォトレジスト膜を除去することによって形成することができる。また、グレイン・フィルタ１３は円筒状に形成することが好適であるが、円筒状以外の形状（例えば、円錐状、角柱状、角錐状など）としてもよい。
【００３９】
ここで、グレイン・フィルタ１３の孔径は４５ｎｍ〜１９０ｎｍとすることが好適である。また、グレイン・フィルタ１３の孔径は、後に酸化シリコン膜１２上に形成される半導体膜（本実施形態ではシリコン膜）の膜厚の１．５〜１．９倍となるように形成することが好適である。例えば本実施形態では、シリコン膜の膜厚を５０ｎｍとし、グレイン・フィルタ１３の孔径を７５ｎｍ（＝５０ｎｍ×１．５）とする。また本実施形態では、グレイン・フィルタ１３の深さを８２５ｎｍとしている。グレイン・フィルタ１３の寸法をこのような値とする理由については後述する。
【００４０】
（半導体膜堆積工程）
次に、図１（ｄ）に示すように、酸化シリコン膜１２上およびグレイン・フィルタ１３内にシリコン（珪素）を主構成元素とする半導体膜を形成する。本実施形態では半導体膜として非晶質（又は多結晶）のシリコン膜１４を形成する。このシリコン膜１４は、ＬＰＣＶＤ法などの成膜法によって３０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の膜厚に形成することが好適である。
【００４１】
別の観点からは、本工程において堆積されるシリコン膜１４の厚みは上記グレイン・フィルタ１３の孔径の０．５２倍以上０．６７倍以下であることが望ましい。例えば、上記したようにグレイン・フィルタ１３の孔径を７５ｎｍとした場合には、シリコン膜１４の厚みは３９ｎｍ〜５０ｎｍ程度の範囲が好適となる。
【００４２】
（熱処理工程）
次に、図２（ａ）に示すように、酸化シリコン膜１２及びシリコン膜１４が形成された基板１０に対して熱処理を加え、グレイン・フィルタ１３の底部付近を含む領域を固相状態にて結晶化させて、結晶成分含有半導体膜（本例ではシリコンとニッケルの化合物ＮｉＳｉ_２）を得る。この熱処理は３００℃〜５５０℃程度の温度にて行うことが好適である。熱処理の温度の下限を３００℃程度とするのは、結晶成分含有半導体膜を必要十分に形成するためである。また、熱処理の温度の上限を５５０℃程度とするのは以下のような理由による。すなわち、材料コスト等の観点からは基板１０として安価なガラス基板（例えばソーダ石灰ガラス等）を用いることが多い。この場合に、一般的に用いられるガラスの軟化点が５５０℃程度であるので、製造中に加えられる熱によって基板１０の軟化を生じないようにするために、基板１０に加わる温度の上限を軟化点に対応して５５０℃程度より低くする必要があるからである。以上のような理由から、本実施形態では、熱処理を行う際に好適な温度として、３００℃〜５５０℃という範囲を採用している。
【００４３】
また、熱処理時の処理温度と処理時間の関係についても、本願発明者による詳細な検討によって好適な条件が見いだされている。以下に、熱処理の好適条件を説明する。熱処理を行う際の処理時間ｔ（秒）は、処理温度Ｔ（℃）、ボルツマン定数ｋ_Ｂ＝８．６１７×１０^−５ｅＶ・Ｋ^−１、ε＝０．７８３ｅＶ、ｔ_０＝１．５９×１０^−３（秒）としたときに、
ｔ≧ｔ_０・ｅｘｐ｛ε／ｋ_Ｂ（Ｔ＋２７３．１６）｝ …（１）、
の関係を満たすように設定するとよい。
【００４４】
図３は、上記（１）式に基づいて、熱処理時の処理温度Ｔ（℃）と処理時間ｔ（秒）の関係を示した図（グラフ）である。例えば処理温度を３００℃とした場合には、処理時間を１２２０６秒（約３時間２３分）以上とすればよいことが分かる。同様に処理温度を４００℃とした場合には、処理時間を１１５８秒（約１９分）以上とすればよいことが分かる。処理温度を５００℃とした場合には、処理時間を２０２秒以上とすればよいことが分かる。処理温度を５５０℃とした場合には、処理時間を９９秒以上とすればよいことが分かる。また、生産性等の観点からは、処理時間は３００００秒（約８時間）以下とすることが実用的である。このような観点から、熱処理の処理時間ｔは、図３において斜線により示すような範囲内で設定することが好適である。
【００４５】
（溶融結晶化工程）
次に、図２（ｂ）に示すようにシリコン膜１４に対してレーザ照射を行うことにより、グレイン・フィルタ１３内の結晶成分含有半導体膜を起点としてシリコン膜１４を溶融結晶化させて結晶性半導体膜を形成する。これにより、図２（ｃ）に示すようにグレイン・フィルタ１３を中心とした結晶性半導体膜、具体的には大粒径の結晶粒からなる略単結晶のシリコン膜１８が形成される。この溶融結晶化の際に、グレイン・フィルタ１３内に形成されたシリコンとニッケルの化合物が結晶の面方位を整える作用を奏することにより、シリコン膜１８の面方位を特定の方向にほぼ制御することが可能になる。
【００４６】
上述したレーザ照射は、例えば波長３０８ｎｍ、パルス幅２０ｎｍ〜３０ｎｓのＸｅＣｌパルスエキシマレーザを用いて、エネルギー密度が０．４〜１．５Ｊ／ｃｍ^２程度となるようにして行うことが好適である。このような条件でレーザ照射を行うことにより、照射したレーザはそのほとんどがシリコン膜１４の表面付近で吸収される。これはＸｅＣｌパルスエキシマレーザの波長（３０８ｎｍ）における非晶質シリコンの吸収係数が０．１３９ｎｍ^−１と比較的に大きいためである。このようにしてレーザ照射の条件を適宜に選択することにより、グレイン・フィルタ１３内にある結晶成分含有半導体膜が膜厚方向全域に渡ってほとんど溶融せずに非溶融状態の部分が残り、グレイン・フィルタ１３以外の領域にあるシリコン膜１４が膜厚方向全域に渡って溶融するようにする。これにより、レーザ照射後のシリコンの結晶成長はグレイン・フィルタ１３の底部近傍で先に始まり、シリコン膜１４の表面付近、すなわち略完全溶融状態の部分へ進行する。グレイン・フィルタ１３の底部ではいくつかの結晶粒が発生する。このとき、グレイン・フィルタ１３の断面寸法（本実施形態では、円の直径）を１個の結晶粒と同程度か少し小さい程度にしておくことにより、グレイン・フィルタ１３の上部（開口部）には１個の結晶粒のみが到達するようになる。これにより、シリコン膜１４の略完全溶融状態の部分ではグレイン・フィルタ１３の上部に到達した１個の結晶粒を核として結晶成長が進行するようになる。
【００４７】
図４は、上記したような溶融結晶化を行うために好適なグレイン・フィルタ１３の形状について説明する図である。グレイン・フィルタ１３は、深さｈと径ｒの比ｈ／ｒが２．７５よりも大きくなるように形成することが好ましい。すなわち、グレイン・フィルタ１３の中心軸（図示のｚ軸）からグレイン・フィルタ１３の側壁方向へ見た角度をφとおくと、ｈ／ｒ＞２．７５とした場合には、角度φが２０°より小さくなる。グレイン・フィルタ１３内において、シリコン結晶粒の結晶方位は（１１１）面がｚ軸方向に向かうようになる。また、（１１１）面と（３３１）面とは約２２°の角度を持っている。このため、ｈ／ｒ＞２．７５としてφ＜２０°となるようにしてグレイン・フィルタ１３を形成することにより、（１１１）面と約２２°の角度を持つ（３３１）面はグレイン・フィルタ１３の側壁へ向かって成長するようになる。これにより、グレイン・フィルタ１３の上部のシリコン結晶粒は（１１１）面が優先的に表れるようになり、シリコン膜の結晶化を行う際にはこの（１１１）面に基づいて面方位を整えることができる。
【００４８】
また、ｈ／ｒ＞５としてグレイン・フィルタ１３を形成した場合には、上述した角度φが１１°より小さくなり、グレイン・フィルタ１３を略中心として形成されるシリコン結晶粒の面方位のずれをさらに抑制することが可能となる。具体的には、本願発明者によれば、複数のグレイン・フィルタ１３に基づいて形成される複数のシリコン結晶粒の相互間の面方位のずれは平均して１０°以下となることが確かめられている。
【００４９】
さらに、ｈ／ｒ＞１１としてグレイン・フィルタ１３を形成した場合には、上述した角度φが５°より小さくなりグレイン・フィルタ１３を略中心として形成されるシリコン結晶粒の面方位のずれをより一層抑制することが可能となる。具体的には、本願発明者によれば、複数のグレイン・フィルタ１３に基づいて形成される複数のシリコン結晶粒の相互間の面方位のずれは平均して５°以下となることが確かめられている。このような検討結果に基づいて、本実施形態では、グレイン・フィルタ１３の深さｈを径ｒ（＝７５ｎｍ）の１１倍の８２５ｎｍにしている。
【００５０】
（素子形成工程）
上述したようにしてシリコン膜１４の溶融結晶化を行うことにより、グレイン・フィルタ１３を略中心として、略単結晶状態であり、かつ面方位が制御されたシリコン膜１８を形成することができる。このようにして得られた略単結晶のシリコン膜１８を用いることにより、高性能な半導体素子（例えば薄膜トランジスタや薄膜ダイオード等）を形成することができる。
【００５１】
次に、薄膜トランジスタを例にして、本発明に係る結晶性半導体膜（シリコン膜１８）を用いて半導体素子を形成する際の工程を説明する。本発明に係る結晶性半導体膜を薄膜トランジスタの活性領域に用いることにより、オフ電流が少なく移動度の大きい高性能な薄膜トランジスタを形成することができる。
【００５２】
図５は、薄膜トランジスタの形成工程について説明する図である。まず、図５（ａ）に示すように、シリコン膜１８をパターニングし、薄膜トランジスタの形成に不要となる部分を除去して整形する。
【００５３】
次に、図５（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜１２およびシリコン膜１８の上面に電子サイクロトロン共鳴ＰＥＣＶＤ法（ＥＣＲ−ＰＥＣＶＤ法）またはＰＥＣＶＤ法等の成膜法によって酸化シリコン膜２０を形成する。この酸化シリコン膜２０は薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として機能する。
【００５４】
次に、図５（ｃ）に示すように、スパッタリング法などの成膜法によってタンタル、アルミニウム等の導電体薄膜を形成した後にパターニングを行うことによってゲート電極２２及びゲート配線膜（図示せず）を形成する。そして、このゲート電極２２をマスクとしてドナーまたはアクセプタとなる不純物元素を打ち込む、いわゆる自己整合イオン打ち込みを行うことによりシリコン膜１８にソース領域２４、ドレイン領域２５及び活性領域２６を形成する。例えば本実施形態では、不純物元素としてリン（Ｐ）を打ち込み、その後、ＸｅＣｌエキシマレーザを４００ｍＪ／ｃｍ^２程度のエネルギー密度に調整して照射して不純物元素を活性化することによってＮ型の薄膜トランジスタを形成する。なお、レーザ照射の代わりに２５０℃〜４００℃程度の温度で熱処理を行うことにより不純物元素の活性化を行ってもよい。
【００５５】
次に、図５（ｄ）に示すように、酸化シリコン膜２０およびゲート電極２２の上面に、ＰＥＣＶＤ法などの成膜法によって、５００ｎｍ程度の膜厚の酸化シリコン膜２８を形成する。次に酸化シリコン膜２０、２８のそれぞれを貫通してソース領域２４及びドレイン領域２５のそれぞれに至るコンタクトホールを形成し、これらのコンタクトホール内にスパッタリング法などの成膜法によってアルミニウム、タングステン等の導電体を埋め込んでパターニングすることにより、ソース電極３０及びドレイン電極３２を形成する。これにより、図５（ｄ）に示すように金属含有物質からなり半導体膜の結晶化を促進する結晶化促進膜としてのニッケル膜１１がグレイン・フィルタ１３の底部に配置され、当該グレイン・フィルタ１３を起点として溶融結晶化が行われて形成されたシリコン膜１８を用いて活性領域２６が形成された薄膜トランジスタＴが得られる。
【００５６】
図６は、薄膜トランジスタＴを上面側から見た平面図である。同図では、主にゲート電極２２、ソース領域２４、ドレイン領域２５及び活性領域２６について着目し、他の構成要素については省略して薄膜トランジスタＴの平面図が示されている。図６及び上述した図５（ｄ）に示すように、薄膜トランジスタＴは、少なくとも活性領域２６とドレイン領域２５の境界領域（ドレイン端領域）とニッケル膜１１の一部とが上下方向で重なるようにして各要素の配置が設定されている。更に本実施形態では活性領域２６とソース領域２４の境界領域についてもニッケル膜１１の一部と上下方向で重なるようにして配置されている。このような配置とすることにより、ニッケル膜１１は基板１０の下面側から入射する光がドレイン端などに照射されることを回避する遮光膜としても機能することとなり、ドレイン端などへの光照射による電流の発生を防止することが可能となる。
【００５７】
このように本実施形態では、非晶質のシリコン膜１４の溶融結晶化を行う際の起点としてのグレイン・フィルタ１３内に、金属含有物質からなる結晶化促進膜としてのニッケル膜１１を露出させておき、グレイン・フィルタ１３内のシリコン膜１４を固相状態にて結晶化させることによりニッケルとシリコンとの化合物（結晶成分含有半導体膜）を形成している。これにより、シリコン膜１４の溶融結晶化を行う際に、グレイン・フィルタ１３を略中心とする範囲に結晶粒が大きく、かつ面方位の制御された略単結晶のシリコン膜１８（結晶性半導体膜）を形成することが可能になる。この結晶粒径が大きく面方位も制御された良質なシリコン膜１８を用いて薄膜トランジスタＴを形成しているので、薄膜トランジスタの高性能化を図ることが可能になる。このような本実施形態に係る薄膜トランジスタは、例えば電気光学装置などの各種装置に用いて好適である。
【００５８】
なお、本第１の実施形態では、半導体素子の具体例として薄膜トランジスタについて説明していたが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、他にも薄膜ダイオードなど各種の半導体素子について本発明を適用することが可能である。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明を適用した一実施形態の電気光学装置の製造方法について説明を行う。上述したように電気光学装置とは電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変化させる電気光学素子を備えた装置一般をいい、例えば液晶表示装置やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置などを含む。以下では、電気光学装置の一例として液晶表示装置を採り上げて説明を行う。
【００６０】
図７乃至図１０は、第２の実施形態の製造方法について説明する図である。
【００６１】
（結晶化促進膜形成工程）
図７（ａ）は本実施形態に係る液晶表示装置の画素駆動用の半導体素子（例えば薄膜トランジスタ等）が形成されるべき基板１０の部分的な平面図を示しており、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＡ−Ａ’断面図を示している。図７に示すように、基板１０上に金属含有物質からなり半導体膜の結晶化を促進する性質を有する結晶化促進膜としてのニッケル膜１１ａを形成する。ニッケル膜１１ａの成膜方法は第１の実施形態の場合と同様である。また金属含有物質として、コバルト、白金、パラジウム及びタングステンのうち何れかを含む物質、あるいは珪素化合物（シリサイド）を用いてもよい。
【００６２】
ここで、結晶化促進膜は、遮光性を有するように形成されており、複数の表示領域４０の相互間を遮光すると共に複数の素子形成領域４２のそれぞれに形成されるべき各半導体素子の少なくとも一部への光入射を抑制する遮光膜として機能するようにパターニングして形成される。ニッケル膜１１ａと表示領域４０及び半導体素子の位置関係については後ほどさらに詳細に説明する。
【００６３】
（下地絶縁膜堆積工程、微細孔形成工程）
次に、図８に示すように、基板１０及びニッケル膜１１ａを覆うようにして下地絶縁膜としての酸化シリコン膜１２を堆積し、その後この酸化シリコン膜１２にグレイン・フィルタ１３を開け、当該グレイン・フィルタ１３の底部にニッケル膜１１ａの一部を露出させる。酸化シリコン膜１２の成膜方法やグレイン・フィルタ１３の形成方法の好適な例については上述した第１の実施形態と同様である。
【００６４】
ここで、本実施形態におけるグレイン・フィルタ１３は、図８に示すように複数の半導体素子（本例では薄膜トランジスタ）のそれぞれが形成されるべき領域（素子形成領域４０）内又は当該領域近傍にのみ形成される。これにより、所望の領域（すなわち半導体素子を形成したい領域）に対して的確に結晶性半導体膜を形成することが可能となる。
【００６５】
次に、上述した第１の実施形態と同様にして半導体膜堆積工程、熱処理工程及び溶融結晶化工程のそれぞれを行い、基板１０上に結晶性に優れたシリコン膜（結晶化半導体膜）を形成する。その後、基板１０上に形成されたシリコン膜を用いて薄膜トランジスタを形成する（素子形成工程）。なお、半導体膜堆積工程等の各工程の具体的な内容については上述した第１の実施形態の場合と同様であるためにここでは説明を省略する。これにより、図９に示すように各表示領域４０に対応して複数の薄膜トランジスタＴが形成される。
【００６６】
（電気光学素子形成工程）
次に、図１０に示すように、基板１０上に各薄膜トランジスタＴによって駆動されるべき複数の電気光学素子を形成する。本実施形態では電気光学素子として液晶表示素子が形成される。具体的には、図１０に示すように、薄膜トランジスタＴが形成された基板１０上に絶縁膜４４を形成して平坦化し、当該絶縁膜４４上に画素電極４６を形成する。この画素電極４６は、上述した表示領域４０とほぼ同形状であって、縁辺部４６ａとその近傍がニッケル膜１１ａによって遮蔽されるようにパターニングして形成される。換言すると、本実施形態におけるニッケル膜１１ａは、電気光学素子形成工程において形成される画素電極４６の形状に合わせて、当該画素電極４６の縁辺部４６ａ及びその近傍を遮蔽することが可能なようにパターニングがなされて各表示領域４０が開口されている。
【００６７】
次に、対向電極４８及びカラーフィルタ５０が形成された対向基板５２を基板１０と所定間隔（例えば５〜１０μｍ程度）だけ離間させて貼り合わせる。この貼り合わせは、対向基板５２側のカラーフィルタ５０と基板１０側の画素電極４６とを正確に位置合わせして行われる。その後、基板１０と対向基板５２の間に液晶５４を注入し、封止を行うことにより液晶表示装置が完成する。当該液晶表示装置において、画素電極４６、対向電極４８及び液晶５４によって液晶素子（電気光学素子）が構成されており、外部から入射して表示領域４０を通過する光の透過量が当該液晶素子によって制御される。またニッケル膜１１ａは、各表示領域４０の相互間を遮蔽して当該領域からの光漏れを防止するとともに、薄膜トランジスタＴへの光照射を抑制する遮光膜として機能する。
【００６８】
このように本実施形態では、非晶質のシリコン膜１４の溶融結晶化を行う際の起点としてのグレイン・フィルタ１３内に、金属含有物質からなる結晶化促進膜としてのニッケル膜１１ａを露出させておき、グレイン・フィルタ１３内のシリコン膜１４を固相状態にて結晶化させることによりニッケルとシリコンとの化合物（結晶成分含有半導体膜）を形成している。これにより、シリコン膜１４の溶融結晶化を行う際に、グレイン・フィルタ１３を略中心とする範囲に結晶粒が大きく、かつ面方位の制御された略単結晶のシリコン膜１８（結晶性半導体膜）を形成することが可能になる。この結晶粒径が大きく面方位も制御された良質なシリコン膜１８を用いて薄膜トランジスタＴを形成しているので、特性のよい薄膜トランジスタを得ることが可能となり、当該薄膜トランジスタを用いて電気光学装置を構成するので電気光学装置の高性能化を図ることが可能になる。また、結晶化促進膜として遮光性を有するものを用いるようにし、各表示領域４０の相互間を遮光して画素間の光漏れを防ぐための遮光膜を兼ねるようにパターニングしているので、製造工程を簡略化することが可能となる。また、結晶化促進膜により遮光膜の機能を兼ねていることから、半導体膜の結晶性を向上させるために結晶化促進膜を設けることによる構造の複雑化を回避することが可能となる。更には、遮光性を有する結晶化促進膜によって薄膜トランジスタの活性領域等に対する光の入射を抑制するように構成しているので、光励起による起電力や暗電流の発生を防ぐことが可能となる。
【００６９】
なお、上述した説明では電気光学装置の一例として液晶表示装置を採り上げていたが、有機ＥＬ表示装置など他の電気光学装置に対しても同様にして本発明を適用可能である。
【００７０】
図１１は、本発明を適用した有機ＥＬ表示装置について説明する図である。当該有機ＥＬ表示装置は、電気光学素子としての複数の有機ＥＬ素子を含んで構成されるものである。具体的には、図１１に示すように、薄膜トランジスタＴが形成された基板１１０上に絶縁膜１１２を形成して平坦化し、当該絶縁膜１１２上に画素電極１１４を形成する。本実施形態では、基板１１０の裏面側に光を出射する構造を採用しており、当該画素電極１１４はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜等の透明導電膜によって構成される。次に当該画素電極１１４を露出するバンク（隔壁）１１８を形成する。当該バンク１１８は例えばポリイミド膜によって構成される。次にこのバンク１１８に囲まれた領域に、インクジェット法等の手法を用いて正孔注入層１２０と発光層１２２を形成する。正孔注入層１２０は、例えばＰＥＤＯＴ（Polyethylene Dioxythiophene）−ＰＳＳ（Polystyrene Sulphonate）によって構成される。また発光層１２２は、例えば共役系ポリマーの１つであるＰＰＶ（poly(p-phenylenevinylene)）によって構成される。その後、発光層１２２上にスパッタリング法等の方法によって対向電極１２４を形成することにより有機ＥＬ表示装置が完成する。当該有機ＥＬ表示装置において、画素電極１１４、正孔注入層１２０、発光層１２２及び対向電極１２４によって一の発光素子（電気光学素子）が構成されている。そして、発光層１２２の形成領域がほぼ表示領域に対応している。
【００７１】
また、図１１に示すように、薄膜トランジスタＴの形成時に用いられるニッケル膜１１１は、各発光層１２２（すなわち表示領域）の相互間を遮蔽して当該領域からの光漏れを防止するとともに、薄膜トランジスタＴへの光照射を抑制する遮光膜として機能する。換言すると、本実施形態におけるニッケル膜１１１は、電気光学素子形成工程において形成される発光層１２２の形状に合わせて、当該発光層１２２の縁辺部１２２ａ及びその近傍を遮蔽することが可能なようにパターニングがなされている。
【００７２】
なお、本第２の実施形態では、本発明に係る電気光学装置の具体例として液晶表示装置及び有機ＥＬ表示装置について説明していたが、これら以外の電気光学装置においても本発明を適用することが可能である。
【００７３】
＜第３の実施形態＞
上述した実施形態に係る電気光学装置（表示装置）は種々の電子機器に適用可能である。
【００７４】
図１２は、電気光学装置を適用可能な電子機器の例を示す図である。
【００７５】
図１２（ａ）は携帯電話への適用例であり、当該携帯電話２３０は、アンテナ部２３１、音声出力部２３２、音声入力部２３３、操作部２３４、および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は表示部として利用可能である。
【００７６】
図１２（ｂ）はビデオカメラへの適用例であり、当該ビデオカメラ２４０は、受像部２４１、操作部２４２、音声入力部２４３、および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は、ファインダや表示部として利用可能である。
【００７７】
図１２（ｃ）は携帯型パーソナルコンピュータ（いわゆるＰＤＡ）への適用例であり、当該コンピュータ２５０は、カメラ部２５１、操作部２５２、および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は、表示部として利用可能である。
【００７８】
図１２（ｄ）はヘッドマウントディスプレイへの適用例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ２６０は、バンド２６１、光学系収納部２６２および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００７９】
図１２（ｅ）はリア型プロジェクターへの適用例であり、当該プロジェクター２７０は、筐体２７１に、光源２７２、合成光学系２７３、ミラー２７４、２７５、スクリーン２７６、および本発明に係る電気光学装置１００を備えている。このように本発明に係る電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００８０】
図１２（ｆ）はフロント型プロジェクターへの適用例であり、当該プロジェクター２８０は、筐体２８２に光学系２８１および本発明に係る電気光学装置１００を備え、画像をスクリーン２８３に表示可能になっている。このように本発明に係る電気光学装置は画像表示源として利用可能である。
【００８１】
本発明に係る電気光学装置１００は、上述した例に限らずアクティブ型あるいはパッシブマトリクス型の、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などを適用可能なあらゆる電子機器に適用可能である。例えば、この他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなどにも活用することができる。
【００８２】
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の製造方法について説明する図である。
【図２】第１の実施形態の製造方法について説明する図である。
【図３】熱処理時の処理温度と処理時間の関係を示した図である。
【図４】グレイン・フィルタの好適な形状について説明する図である。
【図５】薄膜トランジスタの形成工程について説明する図である。
【図６】薄膜トランジスタを上面側から見た平面図である。
【図７】第２の実施形態の製造方法について説明する図である。
【図８】第２の実施形態の製造方法について説明する図である。
【図９】第２の実施形態の製造方法について説明する図である。
【図１０】第２の実施形態の製造方法について説明する図である。
【図１１】本発明を適用した有機ＥＬ表示装置について説明する図である。
【図１２】電気光学装置を適用可能な電子機器の例を示す図である。
【符号の説明】
１０…基板、１１…ニッケル膜（結晶化促進膜）、１２…酸化シリコン膜（下地絶縁膜）、１３…グレイン・フィルタ（微細孔）、１４…非晶質のシリコン膜（半導体膜）、１８…略単結晶のシリコン膜（結晶性半導体膜）、１００…電気光学装置、Ｔ…薄膜トランジスタ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device and an electro-optical device including a semiconductor element such as a thin film transistor, and a semiconductor device, an electro-optical device, and an electronic apparatus manufactured using the manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In an electro-optical device such as a liquid crystal display device or an EL (electroluminescence) display device, pixels are switched using a thin film circuit including a semiconductor element such as a thin film transistor. In a conventional thin film transistor, an active region (channel formation region) is formed using an amorphous silicon film. A thin film transistor in which an active region is formed using a polycrystalline silicon film has also been put into practical use. By using a polycrystalline silicon film, electrical characteristics such as mobility are improved as compared with the case of using an amorphous silicon film, and the performance of the thin film transistor can be improved.
[0003]
In order to further improve the performance of the thin film transistor, a technique for forming a semiconductor film made of large crystal grains and preventing a crystal grain boundary from entering the formation region of the thin film transistor has been studied. For example, there are several techniques for forming silicon crystal grains of several μm by forming fine holes (fine holes) on a substrate and crystallizing a semiconductor film using the fine holes as a starting point for crystal growth. (Non-patent document 1 and non-patent document 2). By forming a thin film transistor using a silicon film containing large crystal grains formed using these techniques, a thin film transistor excellent in electrical characteristics such as mobility can be realized.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
"Single Crystal Thin Film Transistors", IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN Aug. 1993 pp257-258
[0005]
[Non-Patent Document 2]
`` Advanced Excimer-Laser Crystallization Techniques of Si Thin-Film For Location Control of Large Grain on Glass '', R.Ishihara et al., Proc.SPIE 2001, vol.4295, p.14-23
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional method described above, large crystal grains of about several μm can be formed, but the plane orientation of the obtained crystal grains is not controlled, and the plane orientation of each crystal grain is in a random state. It was. In order to further improve the electrical characteristics of the thin film transistor, it is desired to establish a manufacturing method capable of forming a semiconductor film by controlling the crystal plane orientation.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device, which enables a semiconductor element to be formed using a semiconductor film made of crystal grains whose surface orientation is controlled.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device with good electrical characteristics.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a manufacturing method of the present invention is a manufacturing method of a semiconductor device in which a semiconductor element is formed on a substrate, and includes a crystallization promoting film made of a metal-containing material and promoting crystallization of a semiconductor film. A step of forming a crystallization promoting film on the substrate; a step of depositing a base insulating film on the substrate so as to cover the crystallization promoting film; and a micropore in the base insulating film on the crystallization promoting film. Forming a micropore, exposing the crystallization promoting film to the bottom of the micropore, a semiconductor film deposition step for depositing a semiconductor film in the base insulating film and the microhole, and subjecting the substrate to a heat treatment, A heat treatment step for crystallizing a region including the vicinity of the bottom of the micropore in a solid state to obtain a crystal component-containing semiconductor film, and melting and crystallizing the semiconductor film starting from the crystal component-containing semiconductor film in the micropore Melting to obtain a crystalline semiconductor film Including of a step.
[0010]
A crystal component-containing semiconductor film is formed by crystallizing a crystallization promoting material made of a metal-containing substance and a semiconductor film in a solid state in a micropore as a starting point for crystallization of the semiconductor film. Therefore, it is possible to form a semiconductor film (crystalline semiconductor film) in which the crystal grains are large and the plane orientation is controlled in the range centered on the fine hole by performing melt crystallization of the semiconductor film thereafter. become. By forming a semiconductor element using a high-quality semiconductor film which can be regarded as a substantially single crystal state and whose plane orientation is controlled, it is possible to improve the performance of the semiconductor device.
[0011]
Here, in the present specification, “substantially single crystal” means not only a single crystal grain but also a state close to this, that is, the number of crystals combined is small, and the properties of the semiconductor thin film In view of the above, the case where the semiconductor thin film has properties equivalent to those of a semiconductor thin film formed from a single crystal is also included.
[0012]
Moreover, it is preferable that the manufacturing method according to the present invention further includes an element forming step of forming a semiconductor element using a crystalline semiconductor film. Here, in the present specification, the “semiconductor element” includes various transistors, diodes, resistors, inductors, capacitors, and other elements that can be manufactured by a combination of N-type and P-type semiconductors, regardless of active elements and passive elements. . In this specification, a “semiconductor device” is a device including the semiconductor element, for example, a device including an integrated circuit or the like. By using the crystalline semiconductor film according to the present invention, a semiconductor element and a semiconductor device having excellent electrical characteristics can be obtained.
[0013]
The above-described crystallization promoting film preferably has a light shielding property and is formed by patterning so as to shield at least a part of the semiconductor element below the semiconductor element to be formed on the crystalline semiconductor film. This makes it possible to block the incidence of light on at least a part of the semiconductor element (for example, the active region in the case of a thin film transistor) by the crystallization promoting film, and to prevent the semiconductor film from generating electromotive force or dark current due to photoexcitation. Become.
[0014]
The crystallization promoting material described above is preferably a substance containing any of nickel, iron, cobalt, platinum, and palladium. The crystallization promoting material is preferably a silicon compound (silicide). By using such a crystallization promoting material, it becomes possible to effectively control the plane orientation of the crystal grains.
[0015]
The fine holes are preferably formed so that the ratio of the hole depth to the hole diameter is larger than 2.75. More preferably, the fine holes are formed so that the ratio of the hole depth to the hole diameter is larger than 5. More preferably, the fine holes are formed so that the ratio of the hole depth to the hole diameter is larger than 11. By forming micropores under the above conditions, it becomes possible to preferentially align the crystal orientation of the crystal grains appearing above the micropores in a specific direction. When crystallizing a semiconductor film, the micropores The plane orientation of the semiconductor film can be adjusted on the basis of the plane orientation of the crystal grains appearing on the upper part.
[0016]
Moreover, it is preferable that the hole diameter of a micropore shall be 45 nm or more and 190 nm or less. By forming micropores under these conditions, it is possible to more reliably obtain the action of preferentially growing one crystal nucleus in the micropore.
[0017]
The semiconductor film deposited in the above-described semiconductor film deposition step preferably has a thickness of 30 nm to 100 nm. The thickness of the semiconductor film is preferably 0.52 times or more and 0.67 times or less the hole diameter of the fine holes. By depositing the semiconductor film under such conditions, the direction of crystallization during melt crystallization is made only in a direction substantially perpendicular to the film thickness direction of the semiconductor film, and crystallization is difficult to proceed in other directions. This makes it possible to further homogenize the crystalline semiconductor film.
[0018]
Moreover, it is preferable that the semiconductor film formed in the semiconductor film forming step has silicon (silicon) as a main constituent element. As such a semiconductor film, for example, an amorphous or polycrystalline silicon film is preferably used. As a result, it is possible to form a high-quality silicon film having a substantially single crystal state and a controlled plane orientation within a range centered on the fine hole, and to form a semiconductor element using this high-quality silicon film. become.
[0019]
The heat treatment described above is preferably performed at a temperature of 300 ° C. or higher and 550 ° C. or lower. The reason why the lower limit of the heat treatment temperature is about 300 ° C. is that the semiconductor film and the compound of the crystallization promoting material are formed sufficiently and sufficiently. Moreover, the upper limit of the temperature of heat processing shall be about 550 degreeC for the following reasons. That is, when a semiconductor device used for an electro-optical device or the like is formed, an inexpensive glass substrate (for example, soda lime glass) is often used as an insulating substrate from the viewpoint of material cost. In this case, since the softening point of commonly used glass such as soda lime glass is about 550 ° C., in order to prevent the insulating substrate from being softened by heat applied during the manufacturing process, This is because the upper limit of the applied temperature needs to be about 550 ° C. corresponding to the softening point.
[0020]
In addition, the processing time t (second) in the heat treatment is the processing temperature T (° C.) and the Boltzmann constant k. _B = 8.617 × 10 ^-5 eV ・ K ^-1 , Ε = 0.783 eV, t ₀ = 1.59 × 10 ^-3 (Seconds)
t ≧ t ₀ ・ Exp {ε / k _B (T + 273.16)},
It is better to set so as to satisfy the relationship. This makes it possible to accurately set the heat treatment time. Here, the “processing temperature” basically indicates the substrate temperature of the substrate to be heat-treated. For industrial convenience, the temperature in a container such as a high-temperature furnace for heating the substrate is used. You may substitute. In this case, an experiment or the like is performed, and it is confirmed in advance how much time has passed since the substrate was placed in a container having an ambient temperature T (° C.), and the substrate temperature becomes substantially the same as the ambient temperature. The measurement of the processing time t (seconds) obtained by the above calculation formula may be started from the point in time when the substrate temperature becomes approximately T (° C.).
[0021]
In addition, it is preferable that the semiconductor film be melt-crystallized by laser irradiation. This makes it possible to efficiently perform melt crystallization. Various lasers such as an excimer laser, a solid-state laser, and a gas laser can be considered.
[0022]
The melt crystallization is preferably performed under the condition that the semiconductor film in the region other than the micropores is melted over the entire film thickness direction. Further, the melt crystallization is more preferably performed under the condition that the crystal component-containing semiconductor film in the micropores does not melt over the entire thickness direction. By satisfying such a condition, it becomes possible to perform melt crystallization of the semiconductor film better.
[0023]
The present invention is also a semiconductor device manufactured using the manufacturing method described above. Specifically, a semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device including a semiconductor element formed on an insulating substrate, and the semiconductor element spreads from the arrangement position of the semiconductor element and is melt-crystallized. A crystalline semiconductor film having a large crystal grain size corresponding to the element region of the element is formed, and the crystalline semiconductor film has fine holes formed on the insulating substrate in accordance with the arrangement position of the semiconductor element. Crystallization is performed as a starting point, and a crystallization promoting film made of a metal-containing material and promoting crystallization of the semiconductor film is disposed at the bottom of the micropore.
[0024]
The above-described semiconductor device according to the present invention is particularly suitable for use in an electro-optical device. Specifically, an electro-optical device having good performance is provided by arranging the semiconductor device according to the present invention in a desired arrangement state (for example, in a matrix) and using the driving device for driving pixels as an electro-optical device. Can be obtained. By using such an electro-optical device, it is possible to configure a high-quality electronic device.
[0025]
Here, in the present specification, the “electro-optical device” refers to a general device including the semiconductor device according to the present invention and including an electro-optical element that emits light by electrical action or changes the state of light from the outside. Includes both those that emit light themselves and those that control the transmission of light from the outside. For example, as an electro-optical element, a liquid crystal element, an electrophoretic element having a dispersion medium in which electrophoretic particles are dispersed, an EL (electroluminescence) element, and an electroluminescent element that emits light by applying electrons generated by applying an electric field to a light emitting plate. A display device provided.
[0026]
In this specification, the “electronic device” means a general device having a certain function including the semiconductor device according to the present invention, and includes, for example, an electro-optical device and a memory. The configuration is not particularly limited, but for example, a mobile phone, a video camera, a personal computer, a head mounted display, a rear or front projector, a fax machine with a display function, a digital camera finder, a portable TV, a DSP device , PDAs (portable information terminals), electronic notebooks, IC cards, electronic bulletin boards, advertising displays, and the like.
[0027]
The present invention also relates to a method of manufacturing an electro-optical device including a plurality of electro-optical elements and a plurality of semiconductor elements for driving each of the electro-optical elements, the method comprising: crystallization of a semiconductor film made of a metal-containing material A crystallization promoting film forming step for forming a crystallization promoting film on the substrate, a base insulating film deposition step for depositing a base insulating film so as to cover the crystallization promoting film on the substrate, and a crystallization promoting film Forming a microhole in the upper base insulating film and exposing the crystallization promoting film at a bottom of the microhole, a semiconductor film deposition process for depositing a semiconductor film in the base insulating film and the microhole, and a substrate A heat treatment step of crystallizing a region including the vicinity of the bottom of the micropore in the semiconductor film in a solid state to obtain a crystal component-containing semiconductor film, and a semiconductor starting from the crystal component-containing semiconductor film in the micropore Let the film melt crystallize A melt crystallization step for obtaining a crystalline semiconductor film, an element formation step for forming a semiconductor element using the crystalline semiconductor film, and an electro-optic element for forming an electro-optic element to be driven by the semiconductor element on a substrate Forming step. The crystallization promoting film has a light-shielding property, and the crystallization promoting film shields between a plurality of display regions formed by each of the electro-optic elements and at least one of the semiconductor elements. It is formed by patterning so as to function as a light-shielding film that suppresses light incidence to the part.
[0028]
A crystal component-containing semiconductor film is formed by crystallizing a crystallization promoting material made of a metal-containing substance and a semiconductor film in a solid state in a micropore as a starting point for crystallization of the semiconductor film. Therefore, it is possible to form a semiconductor film (crystalline semiconductor film) in which the crystal grains are large and the plane orientation is controlled in the range centered on the fine hole by performing melt crystallization of the semiconductor film thereafter. become. It is possible to form a semiconductor element with good characteristics by using a high-quality semiconductor film which can be regarded as a substantially single crystal state and whose plane orientation is controlled, and an electro-optical device is configured using the semiconductor element. As a result, the electro-optical device can be improved in performance. In addition, since a film having a light-shielding property is used as the crystallization promoting film and is patterned so as to serve as a light-shielding film for preventing light leakage between pixels by shielding light between the display regions. Can be simplified. In addition, since the crystallization promoting film also serves as a light shielding film, it is possible to avoid the complexity of the structure due to the provision of the crystallization promoting film in order to improve the crystallinity of the semiconductor film. Furthermore, since the crystallization promoting film having a light shielding property is configured to suppress the incidence of light to at least a part of the semiconductor element (for example, an active region in the case of a thin film transistor), the semiconductor film is caused by light excitation. It becomes possible to prevent generation of electric power and dark current.
[0029]
In the fine hole forming step described above, the fine holes are preferably formed only in or near the region where each semiconductor element is to be formed. Accordingly, it is possible to accurately form a crystalline semiconductor film in a desired region (that is, a region where a semiconductor element is desired to be formed).
[0030]
The crystallization promoting film is preferably formed so as to cover the vicinity of the edge of the display region. As a result, it is possible to avoid an adverse effect caused by the disturbance of the emitted light that tends to occur at the edge of the display area and in the vicinity thereof.
[0031]
It should be noted that preferred conditions in the method of manufacturing an electro-optical device according to the present invention, specifically, (1) those suitable as a crystallization promoting film, and (2) the shape of the micropores (the depth of the pores Ratio, etc.), (3) the thickness and film material of the semiconductor film deposited in the semiconductor film deposition configuration, (4) the temperature and processing time of the heat treatment, (5) the method of melt crystallization of the semiconductor film, etc. The contents are the same as those described in the above-described method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
[0032]
According to another aspect of the invention, there is provided an electronic apparatus including the electro-optical device manufactured by the manufacturing method. By using the electro-optical device according to the present invention, a high-quality electronic device can be configured. The contents of “electro-optical device” and “electronic device” in this specification are as described above.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0034]
<First Embodiment>
FIG. 1 and FIG. 2 are views for explaining the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment.
[0035]
(Crystallization promotion film forming process)
As shown in FIG. 1A, a nickel film 11 is formed on a substrate 10 made of an insulating material such as glass as a crystallization promoting film made of a metal-containing substance and having a property of promoting crystallization of a semiconductor film. . The nickel film 11 can be formed by physical vapor deposition such as plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), or sputtering. Note that as the metal-containing substance, a substance containing any of cobalt, platinum, palladium, and tungsten, or a silicon compound (silicide) may be used. The insulating material constituting the substrate 10 is not limited to glass.
[0036]
Further, it is desirable that the crystallization promoting film is formed by patterning so as to shield at least a part of the semiconductor element formed on the upper side using a light-shielding film. The nickel film 11 is patterned. The positional relationship between the nickel film 11 and the semiconductor element will be described later. By adopting such a configuration, the incidence of light on at least a part of the semiconductor element (for example, an active region in the case of a thin film transistor) is blocked by the crystallization promoting film, thereby preventing electromotive force and dark current from being generated by photoexcitation in the semiconductor film. It becomes possible.
[0037]
(Base insulating film deposition process)
Next, as shown in FIG. 1B, a silicon oxide film 12 as a base insulating film is deposited so as to cover the substrate 10 and the nickel film 11. The silicon oxide film 12 can be formed by PECVD, LPCVD, sputtering, or the like. For example, in this embodiment, the silicon oxide film 12 having a thickness of about 100 nm is deposited by PECVD.
[0038]
(Micropore formation process)
Next, as shown in FIG. 1C, a fine hole 13 is formed in the silicon oxide film 12 on the nickel film 11, and a part of the nickel film 11 is exposed at the bottom of the fine hole 13. The fine holes 13 are for preferentially growing only one crystal nucleus. In the following description, this fine hole is referred to as a “grain filter”. The grain filter 13 is formed, for example, by forming a photoresist film (not shown) having an opening that exposes the formation position of the grain filter 13 on the silicon oxide film 12 and using the photoresist film as a mask. It can be formed by performing ion etching and then removing the photoresist film on the silicon oxide film 12. The grain filter 13 is preferably formed in a cylindrical shape, but may have a shape other than the cylindrical shape (for example, a cone shape, a prism shape, a pyramid shape, etc.).
[0039]
Here, the pore diameter of the grain filter 13 is preferably 45 nm to 190 nm. Further, the hole diameter of the grain filter 13 may be formed to be 1.5 to 1.9 times the film thickness of a semiconductor film (silicon film in the present embodiment) to be formed on the silicon oxide film 12 later. Is preferred. For example, in this embodiment, the film thickness of the silicon film is 50 nm, and the hole diameter of the grain filter 13 is 75 nm (= 50 nm × 1.5). In the present embodiment, the depth of the grain filter 13 is 825 nm. The reason why the dimension of the grain filter 13 is set to such a value will be described later.
[0040]
(Semiconductor film deposition process)
Next, as shown in FIG. 1D, a semiconductor film containing silicon (silicon) as a main constituent element is formed on the silicon oxide film 12 and in the grain filter 13. In this embodiment, an amorphous (or polycrystalline) silicon film 14 is formed as a semiconductor film. The silicon film 14 is preferably formed to a thickness of about 30 nm to 100 nm by a film forming method such as LPCVD.
[0041]
From another point of view, it is desirable that the thickness of the silicon film 14 deposited in this step is not less than 0.52 times and not more than 0.67 times the hole diameter of the grain filter 13. For example, when the hole diameter of the grain filter 13 is set to 75 nm as described above, the thickness of the silicon film 14 is preferably in the range of about 39 nm to 50 nm.
[0042]
(Heat treatment process)
Next, as shown in FIG. 2A, heat treatment is performed on the substrate 10 on which the silicon oxide film 12 and the silicon film 14 are formed, and the region including the vicinity of the bottom of the grain filter 13 is in a solid state. Crystallized component-containing semiconductor film (in this example, a compound of silicon and nickel, NiSi) ₂ ) This heat treatment is preferably performed at a temperature of about 300 ° C to 550 ° C. The reason why the lower limit of the temperature of the heat treatment is about 300 ° C. is to form the crystal component-containing semiconductor film as necessary and sufficient. Moreover, the upper limit of the temperature of heat processing shall be about 550 degreeC for the following reasons. That is, from the viewpoint of material cost and the like, an inexpensive glass substrate (for example, soda lime glass) is often used as the substrate 10. In this case, since the glass used generally has a softening point of about 550 ° C., the upper limit of the temperature applied to the substrate 10 is softened in order to prevent the substrate 10 from being softened by heat applied during manufacture. This is because the temperature needs to be lower than about 550 ° C. corresponding to the point. For the reasons described above, in the present embodiment, a range of 300 ° C. to 550 ° C. is employed as a suitable temperature when performing the heat treatment.
[0043]
In addition, with regard to the relationship between the treatment temperature and the treatment time during heat treatment, suitable conditions have been found by detailed examination by the inventors of the present application. Below, the suitable conditions of heat processing are demonstrated. The processing time t (second) for the heat treatment is the processing temperature T (° C.) and the Boltzmann constant k. _B = 8.617 × 10 ^-5 eV ・ K ^-1 , Ε = 0.783 eV, t ₀ = 1.59 × 10 ^-3 (Seconds)
t ≧ t ₀ ・ Exp {ε / k _B (T + 273.16)} (1),
It is better to set so as to satisfy the relationship.
[0044]
FIG. 3 is a graph (graph) showing the relationship between the treatment temperature T (° C.) and the treatment time t (seconds) during the heat treatment based on the above equation (1). For example, when the processing temperature is 300 ° C., it is understood that the processing time may be 12206 seconds (about 3 hours 23 minutes) or more. Similarly, when the processing temperature is 400 ° C., it is understood that the processing time may be 1158 seconds (about 19 minutes) or more. It can be seen that when the processing temperature is 500 ° C., the processing time may be 202 seconds or longer. It can be seen that when the treatment temperature is 550 ° C., the treatment time may be 99 seconds or more. From the viewpoint of productivity and the like, it is practical to set the processing time to 30000 seconds (about 8 hours) or less. From such a point of view, it is preferable to set the heat treatment time t within a range shown by hatching in FIG.
[0045]
(Melt crystallization process)
Next, as shown in FIG. 2B, the silicon film 14 is irradiated with a laser to melt and crystallize the silicon film 14 starting from the crystal component-containing semiconductor film in the grain filter 13 to obtain crystallinity. A semiconductor film is formed. Thereby, as shown in FIG. 2C, a crystalline semiconductor film centered on the grain filter 13, specifically, a substantially single crystal silicon film 18 made of large crystal grains is formed. During the melt crystallization, the surface orientation of the silicon film 18 is substantially controlled in a specific direction by the action of the silicon and nickel compound formed in the grain filter 13 adjusting the crystal orientation. Is possible.
[0046]
The above-described laser irradiation uses, for example, an XeCl pulse excimer laser having a wavelength of 308 nm and a pulse width of 20 nm to 30 ns, and an energy density of 0.4 to 1.5 J / cm. ² It is suitable to carry out so that it may become a grade. By performing laser irradiation under such conditions, most of the irradiated laser is absorbed near the surface of the silicon film 14. This is because the absorption coefficient of amorphous silicon at the wavelength (308 nm) of a XeCl pulse excimer laser is 0.139 nm. ^-1 This is because it is relatively large. By appropriately selecting the laser irradiation conditions in this way, the crystal component-containing semiconductor film in the grain filter 13 is hardly melted over the entire region in the film thickness direction, and a non-molten portion remains. The silicon film 14 in the region other than the filter 13 is melted over the entire film thickness direction. As a result, the crystal growth of silicon after the laser irradiation starts first near the bottom of the grain filter 13 and proceeds to the vicinity of the surface of the silicon film 14, that is, the substantially completely melted portion. Several crystal grains are generated at the bottom of the grain filter 13. At this time, the cross-sectional dimension of the grain filter 13 (in this embodiment, the diameter of a circle) is set to be approximately the same as or slightly smaller than one crystal grain, so that the upper part (opening) of the grain filter 13 is formed. Will reach only one crystal grain. As a result, in the substantially completely melted portion of the silicon film 14, crystal growth proceeds with one crystal grain reaching the upper portion of the grain filter 13 as a nucleus.
[0047]
FIG. 4 is a diagram for explaining the shape of the grain filter 13 suitable for performing the melt crystallization as described above. The grain filter 13 is preferably formed so that the ratio h / r of the depth h to the diameter r is greater than 2.75. That is, when the angle seen from the central axis (the z-axis in the figure) of the grain filter 13 toward the side wall of the grain filter 13 is φ, when h / r> 2.75, the angle φ is 20 Less than °. Within the grain filter 13, the crystal orientation of the silicon crystal grains is such that the (111) plane is directed in the z-axis direction. The (111) plane and the (331) plane have an angle of about 22 °. Therefore, by forming the grain filter 13 so that φ <20 ° with h / r> 2.75, the (331) plane having an angle of about 22 ° with the (111) plane is the grain filter. It grows toward 13 side walls. As a result, the (111) plane of the silicon crystal grains above the grain filter 13 appears preferentially, and the plane orientation is adjusted based on the (111) plane when the silicon film is crystallized. Can do.
[0048]
Further, when the grain filter 13 is formed with h / r> 5, the above-mentioned angle φ is smaller than 11 °, and the deviation of the plane orientation of the silicon crystal grains formed with the grain filter 13 as a substantially center is reduced. Further suppression is possible. Specifically, according to the inventors of the present application, it was confirmed that the deviation of the plane orientation between the plurality of silicon crystal grains formed based on the plurality of grain filters 13 on average was 10 ° or less. ing.
[0049]
Further, when the grain filter 13 is formed with h / r> 11, the above-mentioned angle φ is smaller than 5 °, and the deviation of the plane orientation of the silicon crystal grains formed with the grain filter 13 substantially at the center is further increased. Further suppression is possible. Specifically, according to the inventors of the present application, it has been confirmed that the deviation of the plane orientation between the plurality of silicon crystal grains formed based on the plurality of grain filters 13 is 5 ° or less on average. ing. Based on such examination results, in this embodiment, the depth h of the grain filter 13 is set to 825 nm, which is 11 times the diameter r (= 75 nm).
[0050]
(Element formation process)
By performing melt crystallization of the silicon film 14 as described above, it is possible to form the silicon film 18 having a substantially single crystal state and a controlled plane orientation, with the grain filter 13 being substantially at the center. By using the substantially single crystal silicon film 18 thus obtained, a high-performance semiconductor element (for example, a thin film transistor or a thin film diode) can be formed.
[0051]
Next, taking a thin film transistor as an example, a process for forming a semiconductor element using the crystalline semiconductor film (silicon film 18) according to the present invention will be described. By using the crystalline semiconductor film according to the present invention for an active region of a thin film transistor, a high-performance thin film transistor with low off-state current and high mobility can be formed.
[0052]
FIG. 5 is a diagram illustrating a thin film transistor forming process. First, as shown in FIG. 5A, the silicon film 18 is patterned, and a portion unnecessary for forming a thin film transistor is removed and shaped.
[0053]
Next, as shown in FIG. 5B, a silicon oxide film 20 is formed on the upper surfaces of the silicon oxide film 12 and the silicon film 18 by a film forming method such as an electron cyclotron resonance PECVD method (ECR-PECVD method) or a PECVD method. To do. This silicon oxide film 20 functions as a gate insulating film of the thin film transistor.
[0054]
Next, as shown in FIG. 5C, a gate electrode 22 and a gate wiring film (not shown) are formed by patterning after forming a conductive thin film such as tantalum or aluminum by a film forming method such as sputtering. Form. Then, a source region 24, a drain region 25, and an active region 26 are formed in the silicon film 18 by performing so-called self-aligned ion implantation by implanting an impurity element serving as a donor or acceptor using the gate electrode 22 as a mask. For example, in this embodiment, phosphorus (P) is implanted as the impurity element, and then XeCl excimer laser is applied at 400 mJ / cm. ² An N-type thin film transistor is formed by adjusting the energy density to a certain level and irradiating to activate the impurity element. Note that the impurity element may be activated by performing heat treatment at a temperature of about 250 ° C. to 400 ° C. instead of laser irradiation.
[0055]
Next, as shown in FIG. 5D, a silicon oxide film 28 having a thickness of about 500 nm is formed on the upper surfaces of the silicon oxide film 20 and the gate electrode 22 by a film forming method such as a PECVD method. Next, contact holes that penetrate each of the silicon oxide films 20 and 28 to reach the source region 24 and the drain region 25 are formed, and aluminum, tungsten, or the like is formed in these contact holes by a film forming method such as sputtering. The source electrode 30 and the drain electrode 32 are formed by embedding and patterning the conductor. As a result, as shown in FIG. 5D, a nickel film 11 made of a metal-containing material and serving as a crystallization promoting film that promotes crystallization of the semiconductor film is disposed at the bottom of the grain filter 13. As a starting point, a thin film transistor T in which an active region 26 is formed using a silicon film 18 formed by melt crystallization is obtained.
[0056]
FIG. 6 is a plan view of the thin film transistor T viewed from the upper surface side. In the figure, the gate electrode 22, the source region 24, the drain region 25, and the active region 26 are mainly focused, and other components are omitted, and a plan view of the thin film transistor T is shown. As shown in FIG. 6 and FIG. 5D, the thin film transistor T has at least a boundary region (drain end region) between the active region 26 and the drain region 25 and a part of the nickel film 11 overlapping in the vertical direction. The arrangement of each element is set. Further, in the present embodiment, the boundary region between the active region 26 and the source region 24 is also arranged so as to overlap a part of the nickel film 11 in the vertical direction. By adopting such an arrangement, the nickel film 11 also functions as a light-shielding film that prevents light incident from the lower surface side of the substrate 10 from being irradiated to the drain end and the like, and light irradiation to the drain end and the like is performed. It is possible to prevent current from being generated.
[0057]
As described above, in the present embodiment, the nickel film 11 as the crystallization promoting film made of the metal-containing material is exposed in the grain filter 13 as a starting point when the amorphous silicon film 14 is melt-crystallized. The silicon film 14 in the grain filter 13 is crystallized in a solid phase to form a compound of nickel and silicon (crystal component-containing semiconductor film). As a result, when the silicon film 14 is melted and crystallized, a substantially single-crystal silicon film 18 (crystalline semiconductor film) in which the crystal grains are large and the plane orientation is controlled in a range centered on the grain filter 13. ) Can be formed. Since the thin film transistor T is formed using the high-quality silicon film 18 having a large crystal grain size and a controlled surface orientation, it is possible to improve the performance of the thin film transistor. Such a thin film transistor according to the present embodiment is suitable for use in various devices such as an electro-optical device.
[0058]
In the first embodiment, a thin film transistor has been described as a specific example of a semiconductor element. However, the scope of application of the present invention is not limited to this, and other various semiconductor elements such as a thin film diode are also included. The present invention can be applied.
[0059]
<Second Embodiment>
Next, a method for manufacturing an electro-optical device according to an embodiment to which the present invention is applied will be described. As described above, an electro-optical device is a general device including an electro-optical element that emits light by an electrical action or changes the state of light from the outside. For example, a liquid crystal display device, an EL (electroluminescence) display device, or the like is used. Including. Hereinafter, a liquid crystal display device will be described as an example of an electro-optical device.
[0060]
7 to 10 are diagrams for explaining the manufacturing method of the second embodiment.
[0061]
(Crystallization promotion film forming process)
FIG. 7A is a partial plan view of the substrate 10 on which a pixel driving semiconductor element (for example, a thin film transistor or the like) of the liquid crystal display device according to the present embodiment is to be formed, and FIG. The AA 'sectional view shown in Drawing 7 (a) is shown. As shown in FIG. 7, a nickel film 11a is formed on a substrate 10 as a crystallization promoting film made of a metal-containing material and having a property of promoting crystallization of a semiconductor film. The method of forming the nickel film 11a is the same as that in the first embodiment. Further, as the metal-containing substance, a substance containing any of cobalt, platinum, palladium and tungsten, or a silicon compound (silicide) may be used.
[0062]
Here, the crystallization promoting film is formed so as to have a light shielding property, shields light between the plurality of display regions 40, and at least each of the semiconductor elements to be formed in each of the plurality of element formation regions 42. It is formed by patterning so as to function as a light shielding film that suppresses light incident on a part. The positional relationship between the nickel film 11a, the display region 40, and the semiconductor element will be described in more detail later.
[0063]
(Base insulating film deposition process, micropore formation process)
Next, as shown in FIG. 8, a silicon oxide film 12 is deposited as a base insulating film so as to cover the substrate 10 and the nickel film 11a. Thereafter, a grain filter 13 is opened on the silicon oxide film 12, and the grain A part of the nickel film 11 a is exposed at the bottom of the filter 13. Suitable examples of the method for forming the silicon oxide film 12 and the method for forming the grain filter 13 are the same as those in the first embodiment described above.
[0064]
Here, as shown in FIG. 8, the grain filter 13 in the present embodiment is only in or near the region (element formation region 40) in which each of a plurality of semiconductor elements (thin film transistors in this example) is to be formed. It is formed. Accordingly, it is possible to accurately form a crystalline semiconductor film in a desired region (that is, a region where a semiconductor element is desired to be formed).
[0065]
Next, each of the semiconductor film deposition step, the heat treatment step, and the melt crystallization step is performed in the same manner as in the first embodiment described above to form a silicon film (crystallized semiconductor film) having excellent crystallinity on the substrate 10. To do. Thereafter, a thin film transistor is formed using the silicon film formed on the substrate 10 (element forming step). Note that the specific contents of each process such as the semiconductor film deposition process are the same as those in the first embodiment described above, and thus the description thereof is omitted here. As a result, a plurality of thin film transistors T are formed corresponding to each display region 40 as shown in FIG.
[0066]
(Electro-optic element formation process)
Next, as shown in FIG. 10, a plurality of electro-optic elements to be driven by the thin film transistors T are formed on the substrate 10. In the present embodiment, a liquid crystal display element is formed as an electro-optical element. Specifically, as shown in FIG. 10, an insulating film 44 is formed and planarized on the substrate 10 on which the thin film transistor T is formed, and a pixel electrode 46 is formed on the insulating film 44. The pixel electrode 46 has substantially the same shape as the display region 40 described above, and is formed by patterning so that the edge portion 46a and the vicinity thereof are shielded by the nickel film 11a. In other words, the nickel film 11a in the present embodiment can shield the edge portion 46a of the pixel electrode 46 and the vicinity thereof in accordance with the shape of the pixel electrode 46 formed in the electro-optic element forming step. Patterning is performed to open each display area 40.
[0067]
Next, the counter substrate 52 on which the counter electrode 48 and the color filter 50 are formed is bonded to the substrate 10 with a predetermined distance (for example, about 5 to 10 μm). This bonding is performed by accurately aligning the color filter 50 on the counter substrate 52 side and the pixel electrode 46 on the substrate 10 side. Thereafter, liquid crystal 54 is injected between the substrate 10 and the counter substrate 52, and sealing is performed to complete the liquid crystal display device. In the liquid crystal display device, a liquid crystal element (electro-optical element) is configured by the pixel electrode 46, the counter electrode 48, and the liquid crystal 54, and the transmission amount of light incident from the outside and passing through the display region 40 is reduced by the liquid crystal element. Be controlled. The nickel film 11a functions as a light-shielding film that shields the display areas 40 from each other to prevent light leakage from the areas and suppresses light irradiation to the thin film transistor T.
[0068]
As described above, in the present embodiment, the nickel film 11a as the crystallization promoting film made of the metal-containing material is exposed in the grain filter 13 as a starting point when the amorphous silicon film 14 is melt-crystallized. The silicon film 14 in the grain filter 13 is crystallized in a solid phase to form a compound of nickel and silicon (crystal component-containing semiconductor film). As a result, when the silicon film 14 is melted and crystallized, a substantially single-crystal silicon film 18 (crystalline semiconductor film) in which the crystal grains are large and the plane orientation is controlled in a range centered on the grain filter 13. ) Can be formed. Since the thin film transistor T is formed using the high-quality silicon film 18 having a large crystal grain size and a controlled plane orientation, it is possible to obtain a thin film transistor with good characteristics, and an electro-optical device is configured using the thin film transistor. Therefore, it is possible to improve the performance of the electro-optical device. In addition, since a film having a light shielding property is used as the crystallization promoting film, the patterning is performed so as to serve as a light shielding film for shielding light between the display regions 40 and preventing light leakage between pixels. The process can be simplified. In addition, since the crystallization promoting film also serves as a light shielding film, it is possible to avoid the complexity of the structure due to the provision of the crystallization promoting film in order to improve the crystallinity of the semiconductor film. In addition, since the light-shielding crystallization promoting film is configured to suppress the incidence of light to the active region of the thin film transistor, it is possible to prevent the generation of electromotive force and dark current due to photoexcitation.
[0069]
In the above description, the liquid crystal display device is taken as an example of the electro-optical device, but the present invention can be similarly applied to other electro-optical devices such as an organic EL display device.
[0070]
FIG. 11 is a diagram for explaining an organic EL display device to which the present invention is applied. The organic EL display device includes a plurality of organic EL elements as electro-optical elements. Specifically, as illustrated in FIG. 11, the insulating film 112 is formed over the substrate 110 over which the thin film transistor T is formed, and the pixel electrode 114 is formed over the insulating film 112. In the present embodiment, a structure in which light is emitted to the back surface side of the substrate 110 is employed, and the pixel electrode 114 is formed of a transparent conductive film such as an ITO (Indium Tin Oxide) film. Next, a bank (partition wall) 118 exposing the pixel electrode 114 is formed. The bank 118 is made of, for example, a polyimide film. Next, a hole injection layer 120 and a light emitting layer 122 are formed in a region surrounded by the bank 118 by using a method such as an inkjet method. The hole injection layer 120 is made of, for example, PEDOT (Polyethylene Dioxythiophene) -PSS (Polystyrene Sulphonate). The light emitting layer 122 is made of, for example, PPV (poly (p-phenylenevinylene)), which is one of conjugated polymers. Thereafter, the counter electrode 124 is formed on the light emitting layer 122 by a method such as sputtering, thereby completing the organic EL display device. In the organic EL display device, the pixel electrode 114, the hole injection layer 120, the light emitting layer 122, and the counter electrode 124 constitute one light emitting element (electro-optical element). The formation region of the light emitting layer 122 substantially corresponds to the display region.
[0071]
Further, as shown in FIG. 11, the nickel film 111 used when forming the thin film transistor T shields the light emitting layers 122 (that is, the display regions) from each other to prevent light leakage from the regions, and the thin film transistor T. It functions as a light-shielding film that suppresses light irradiation to the surface. In other words, the nickel film 111 in this embodiment can shield the edge portion 122a of the light emitting layer 122 and the vicinity thereof in accordance with the shape of the light emitting layer 122 formed in the electro-optic element forming step. Patterning is performed.
[0072]
In the second embodiment, the liquid crystal display device and the organic EL display device have been described as specific examples of the electro-optical device according to the invention. However, the invention is also applied to other electro-optical devices. Is possible.
[0073]
<Third Embodiment>
The electro-optical device (display device) according to the above-described embodiment can be applied to various electronic apparatuses.
[0074]
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an electronic apparatus to which the electro-optical device can be applied.
[0075]
FIG. 12A shows an application example to a mobile phone, and the mobile phone 230 includes an antenna unit 231, an audio output unit 232, an audio input unit 233, an operation unit 234, and the electro-optical device 100 according to the invention. ing. As described above, the electro-optical device according to the invention can be used as a display unit.
[0076]
FIG. 12B shows an application example to a video camera. The video camera 240 includes an image receiving unit 241, an operation unit 242, an audio input unit 243, and the electro-optical device 100 according to the invention. As described above, the electro-optical device according to the invention can be used as a finder or a display unit.
[0077]
FIG. 12C shows an application example to a portable personal computer (so-called PDA). The computer 250 includes a camera unit 251, an operation unit 252, and the electro-optical device 100 according to the present invention. As described above, the electro-optical device according to the invention can be used as a display unit.
[0078]
FIG. 12D shows an application example to a head-mounted display. The head-mounted display 260 includes a band 261, an optical system storage unit 262, and the electro-optical device 100 according to the present invention. As described above, the electro-optical device according to the present invention can be used as an image display source.
[0079]
FIG. 12E shows an application example to a rear projector. The projector 270 includes a housing 271, a light source 272, a composite optical system 273, mirrors 274 and 275, a screen 276, and the electro-optical device according to the invention. 100. As described above, the electro-optical device according to the present invention can be used as an image display source.
[0080]
FIG. 12F shows an application example to a front type projector. The projector 280 includes an optical system 281 and the electro-optical device 100 according to the present invention in a housing 282, and can display an image on a screen 283. Yes. As described above, the electro-optical device according to the present invention can be used as an image display source.
[0081]
The electro-optical device 100 according to the present invention is not limited to the above-described example, and can be applied to any electronic apparatus to which an active type or passive matrix type liquid crystal display device or organic EL display device can be applied. For example, in addition to this, it can also be used for a fax machine with a display function, a finder for a digital camera, a portable TV, an electronic notebook, an electric bulletin board, a display for advertisements, and the like.
[0082]
The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a manufacturing method according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a manufacturing method according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a processing temperature and a processing time during heat treatment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a preferred shape of a grain filter.
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating a process for forming a thin film transistor. FIGS.
FIG. 6 is a plan view of a thin film transistor viewed from the upper surface side.
FIG. 7 is a diagram illustrating a manufacturing method according to a second embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a manufacturing method according to the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram illustrating a manufacturing method according to the second embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a manufacturing method according to the second embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating an organic EL display device to which the present invention is applied.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of an electronic apparatus to which the electro-optical device can be applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Board | substrate, 11 ... Nickel film (crystallization promotion film), 12 ... Silicon oxide film (underlying insulating film), 13 ... Grain filter (micropore), 14 ... Amorphous silicon film (semiconductor film), 18 ... A substantially single crystal silicon film (crystalline semiconductor film), 100 ... electro-optical device, T ... thin film transistor

Claims

A method of manufacturing an electro-optical device including a plurality of electro-optical elements and a plurality of semiconductor elements for driving each of the electro-optical elements,
A crystallization promoting film forming step of forming on the substrate a crystallization promoting film made of a metal-containing material and promoting crystallization of the semiconductor film;
A base insulating film deposition step of depositing a base insulating film so as to cover the crystallization promoting film on the substrate;
Forming a microhole in the base insulating film on the crystallization promoting film, and exposing the crystallization promoting film to a bottom of the microhole;
A semiconductor film deposition step of depositing a semiconductor film in the base insulating film and the micropores;
A heat treatment step of performing a heat treatment on the substrate to obtain a crystal component-containing semiconductor film by crystallizing a region including the vicinity of the bottom of the micropore in the semiconductor film in a solid state;
A melt crystallization step of obtaining a crystalline semiconductor film by melt crystallization of the semiconductor film starting from the crystalline component-containing semiconductor film in the micropores;
An element forming step of forming the semiconductor element using the crystalline semiconductor film;
Forming an electro-optic element to be driven by the semiconductor element on the substrate; and
The crystallization promoting film has a light shielding property, shields light between a plurality of display regions formed by each of the electro-optic elements, and suppresses light incidence to at least a part of the semiconductor element. It is formed by patterning to function as
The fine holes opened in the base insulating film are formed so that the ratio of the depth to the hole diameter is larger than 2.75, and the hole diameter is 45 nm or more and 190 nm or less,
The heat treatment time t (seconds) is as follows: treatment temperature T (° C.), Boltzmann constant k _B = 8.617 × 10 ⁻⁵ eV · K ⁻¹ , ε = 0.833 eV , t ₀ = 1.59 × 10 ^-3 (seconds), t ≧ t ₀ · exp {ε / k _B (T + 273.16)} ,
The melt crystallization is performed by laser irradiation, the semiconductor film in a region other than the micropores is melted over the entire film thickness direction, and the crystal component-containing semiconductor film in the micropores is filmed in the entire film thickness direction. A method for manufacturing an electro-optical device, which is performed under conditions that do not melt .

In the fine hole forming step, the fine pores are formed only in a region in or near the region to each of which is formed of the semiconductor device, method of manufacturing an electro-optical device according to claim 1.

Manufacturing method of the crystallization promoting film is formed to cover the edge portion near the display area, an electro-optical device according to claim 1 or 2.

An electronic apparatus including the electro-optical device manufactured by the manufacturing method according to claim 1 .