JP4712156B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
Method for manufacturing semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4712156B2 JP4712156B2 JP2000134349A JP2000134349A JP4712156B2 JP 4712156 B2 JP4712156 B2 JP 4712156B2 JP 2000134349 A JP2000134349 A JP 2000134349A JP 2000134349 A JP2000134349 A JP 2000134349A JP 4712156 B2 JP4712156 B2 JP 4712156B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- region
- tft
- concentration
- semiconductor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶性半導体膜を用いて半導体装置を作製する方法に関する。なお、本発明の半導体装置は、薄膜トランジスタやMOSトランジスタなどの素子だけでなく、これら絶縁ゲート型半導体素子で構成された半導体回路を有する電子機器や、アクティブマトリクス基板でなる電気光学表示装置(代表的には、液晶表示装置、EL表示装置)を備えたパーソナルコンピュータやデジタルカメラ等の電子機器をもその範疇とする。
【0002】
【従来の技術】
現在、半導体膜を用いた半導体素子として、薄膜トランジスタ(TFT)が知られている。TFTは、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素部のスイッチング素子として用いられている。近年半導体層に非晶質シリコン膜よりも高移動度の多結晶シリコン膜を用いてTFTを製造できるようになり、TFTの高移動度化がすすんだ。この結果、画素部だけでなくドライバ回路を同一基板上に作製することが可能になった。
【0003】
従来、多結晶シリコン膜を形成するには、CVD法で基板温度を高くして多結晶シリコン膜を直接成膜する方法と、非晶質シリコンをCVD法やスパッタ法で成膜し、600〜1100℃の温度で20〜48時間加熱して固相状態で結晶化する方法や、エキシマレーザーを照射して非晶質シリコン膜を溶融し再結晶化する方法が知られている。基板に直接多結晶シリコン膜を成膜するよりも、非晶質シリコン膜を結晶化した多結晶シリコン膜のほうが結晶粒が大きく、作製した半導体素子の特性も良好である。
【0004】
加熱処理によって結晶化する場合、ガラス基板を用いると、結晶化のプロセス温度の上限は600℃程度になり、結晶化工程に長時間要することになる。また600℃という温度はシリコンを結晶化する最低の温度に近く、500℃以下になると、工業的な時間で結晶化させることは不可能である。
【0005】
結晶化時間を短縮するには、高い歪点を有する石英基板を用いて、加熱温度を1000℃程度に上げればよいが、石英基板はガラス基板に比較して非常に高価であり、大面積化は困難である。一方ガラス基板は安価であり大面積化が容易という長所をもつが、耐熱性が低いという短所をもつ。アクティブマトリクス型の液晶表示装置に広く用いられるコーニング7059ガラスはガラス歪点が593℃であり、600℃以上の温度で数時間の加熱することは、基板が反ったり、撓んだりすることが危惧される。このためコーニング7059ガラスのようなガラス基板が利用できるように、結晶化プロセスの低温化、時短化が要求されている。
【0006】
エキシマレーザーによる結晶化技術はプロセスの低温化、時短化を可能にした技術の1つである。エキシマレーザー光は基板に熱的な影響を殆ど与えずに、1000℃前後の熱アニールに匹敵するエネルギーを短時間で半導体膜に与えることができ、また高い結晶性の半導体膜を形成することができる。しかしながら、エキシマレーザーは照射面のエネルギー分布がばらついているため、得られた結晶性半導体膜の結晶性を均一にすることが困難であり、TFT素子ごとの特性を均一にすることに困難が伴う。
【0007】
そこで、本出願人は加熱処理を用いつつ結晶化温度を低温化するための技術を鋭意研究して、その成果を特開平6−232059号公報、特開平7−321339号公報等に開示している。上記公報の技術は、結晶化を促進する金属元素を僅かに非晶質シリコン膜に添加した状態で熱アニールして、結晶性シリコン膜を得るものである。本結晶化技術によって、450〜600℃、4〜12時間の熱アニールで結晶性シリコンを形成することが可能になった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この結晶化技術では結晶化を促進するために使用した金属元素が結晶性シリコン膜に残存しているという問題がある。金属元素はシリコン膜の半導体特性を損なうため、TFTの特性の安定性、信頼性を損なう原因となる。
【0009】
この問題を解消するため、本発明者は結晶性シリコン膜から結晶化促進元素を除去する技術(ゲッタリング技術)を開発し、特開平10-270363号に開示している。その技術とは、結晶性シリコン膜にリンを選択的に添加して熱アニールすることものである。熱アニールよって、リンが添加されていない領域のニッケルはリン添加領域へと拡散し、この領域で捕獲され、この結果臨画添加されていない領域の金属元素濃度が低下する。熱アニール温度はガラス基板が耐え得る600℃以下とすることができた。しかし処理時間が十数時間要するという欠点がある。またリン添加領域を形成するため、素子形成可能な領域が制限されてしまい、高集積化を阻む原因となっている。
【0010】
本発明の目的は、上述した問題点を解消して、金属元素を用いて結晶性シリコン膜を形成する技術において、金属元素の除去を高効率化し、また高集積化も実現するための技術を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解消するために、本発明では、結晶化を促進する金属元素を用いて半導体膜を結晶化した後、結晶化した半導体膜に選択的に15族元素、具体的にはリン又はアンチモンを添加し熱アニールし、15族元素が添加されなかった領域中に含まれる金属元素を15族元素を添加した領域に拡散させて、捕獲する(ゲッタリングする)。
【0012】
金属元素を減少させるべき領域(被ゲッタリング領域)から、金属元素を吸い取り捕獲する15族元素を添加した領域(ゲッタリング領域)が離れているほど、金属元素の拡散距離が長くなるため、除去に時間を要することとなる。そのため、本発明では、ゲッタリング領域を被ゲッタリング領域にできるだけ近づけることを特徴の1つとする。
【0013】
本発明において、結晶化を促進する金属元素を用いて結晶化される半導体は非晶質部分を有する半導体である。半導体とは、具体的にはシリコンを主成分とする半導体、またはゲルマニウムを主成分とする半導体、またはシリコンとゲルマニウムの化合物半導体であり、その結晶性は非晶質、微結晶である。微結晶とは数nm〜数十nmの大きさの結晶粒を含む微結晶と非晶質の混相である。また、半導体膜は10〜150nmの厚さに成膜すればよく、プラズマCVD法、減圧CVD法等の化学的気相法や、スパッタ法等の物理的気相法で成膜する。
【0014】
結晶化を促進する金属元素とは、特にシリコンの結晶化を促進する触媒的な作用を持つ元素であり、Ni、Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選んだ1つの元素又は複数の元素を用いることができる。Ni(ニッケル)が結晶化を促進する効果が最も高い。
【0015】
結晶化を促進する金属元素を半導体膜に導入するには、イオンドーピング法、イオン注入法、拡散法等によって金属元素を半導体膜に添加する方法を用いることができる。あるいは、金属元素を含む膜を半導体膜の上面又は下面に形成してもよい。金属元素を含む膜を形成するには、CVD法、スパッタリング法、蒸着法、スピナーなどを用いた塗布法を用いればよい。上記金属元素を含む膜は、当該金属元素膜や、その金属化合物でなる膜、典型的にはシリサイドでなる膜を形成すればよい。例えば、金属元素にNiを用いた場合には、ニッケル膜やニッケルシリサイド膜を成膜すればよい。
【0016】
また、塗布法を用いる場合には、臭化ニッケルや、酢酸ニッケル、蓚酸ニッケル、炭酸ニッケル、塩化ニッケル、沃化ニッケル、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル等のニッケル塩を溶質とし、水、アルコール、酸、アンモニアを溶媒とする溶液、又はニッケル元素を溶質とし、ベンゼン、トルエン、キシレン、四塩化炭素、クロロホルム、エーテルから選ばれた溶媒とする溶液を用いることができる。あるいは、ニッケルが完全に溶解していなくとも、ニッケルが溶媒中に分散したエマルジョンの如き材料を用いてもよい。
【0017】
または酸化膜形成用の溶液にニッケル単体あるいはニッケルの化合物を分散させ、ニッケルを含有した酸化膜を形成する方法でもよい。このような溶液としては、東京応化工業株式会社のOCD(Ohka Diffusion Source)を用いることができる。このOCD溶液を用いれば、被形成面上に塗布し、200℃程度で焼成することで、簡単に酸化シリコン膜を形成できる。他の金属元素についても同様である。
【0018】
ここで、金属元素を含む膜の成膜と半導体膜の成膜はどちらが先でも良く、半導体膜を先に成膜すれば、結晶化促進する金属元素を含む膜は半導体膜の上に形成され、後にすれば結晶化促進する金属元素を含む膜は半導体膜の下に形成されることになる。
【0019】
金属元素を含む膜は半導体膜に接して形成される場合でだけでなく、半導体膜と金属元素膜を含む膜の間に数nm〜10nm程度の厚さの酸化膜や、自然酸化膜等が存在してもよい。下記に述べる半導体膜の結晶化工程において、金属元素を含む膜から半導体膜内に、金属元素が拡散できる状態であればよく、酸化膜や、自然酸化膜の厚さが数nm〜10nm程度であれは、結晶化に問題はない。
【0020】
非晶質部分を含む半導体膜を結晶化するには、熱アニール、光アニールにより半導体膜を加熱して、金属元素をシリコンやゲルマニウムを反応させつつ、金属元素を半導体膜内を移動(核酸)させる。金属元素は移動しつつ、非晶質状態にある分子鎖に触媒的な作用を及ぼし、半導体膜を結晶化させる。金属元素の作用に関して、本出願人は特開平6-244103号公報、特開平6-244104号公報等で開示している。
【0021】
金属元素と接しているシリコンは金属元素と結合し、シリサイドが形成される。そして、シリサイドと非晶質状態のシリコン結合が反応して、結晶化が進行することが分かった。これは、結晶化促進する金属元素とシリコンの原子間距離が単結晶シリコンの原子間距離に非常に近いためであり、Ni−Si間距離が単結晶Si−Si間距離と最も近く、0.6%ほど短い。
【0022】
Niを用いて非晶質シリコン膜を結晶化させる反応をモデル化すると、Si[a]−Ni(シリサイド)+Si[b]−Si[c](非晶質)
→Si[a]−Si[b](結晶性)+Ni−Si[c](シリサイド)という反応式で表すことができる。反応式において、[a]、[b]、[c]という指標はSi原子位置を表している。
【0023】
この反応式は、シリサイド中のNi原子が非晶部分のシリコンのSi[b]原子と置換するために、Si[a]−Si[b]間距離が単結晶とほぼ同じになることを示している。また、Niが半導体膜内を拡散しつつ、結晶成長させていることを示している。
【0024】
結晶化反応を進行させるためのエネルギーを与えるには、加熱炉において450℃以上の熱アニールを行えばよい。熱アニール温度の上限は650℃とする。650℃を越えると、結晶化を促進する金属元素と反応しない部分でも半導体膜の結晶化が進行してしまい、結晶粒を大きくすることができず、また粒径もばらついてしまう。
【0025】
また、加熱炉内での加熱処理と同等に固相成長させるな方法として、赤外光を照射する光アニールを用いることができる。赤外光による光アニールとしては、波長0.6〜4μm、より好ましくは0.8〜1.4μmにピークをもつ赤外光を数十〜数百秒照射するRTA法が知られている。赤外光に対する吸収係数が高いため、赤外光の照射によって半導体膜は800〜1100℃に短時間で加熱される。しかし、RTA法は照射時間が長くなるため、基板に熱が吸収されて易く、ガラス基板を用いる場合には基板の反りに注意が必要である。
【0026】
ところで、上記の結晶化のモデルを示す反応式は、結晶化が終了した時点で、NiはSiと結合した状態で、移動した終端(又は、結晶成長の先端)に局在していることを示している。つまりNiSix で表されるシリサイド化した状態で結晶化後の膜内に不規則に分布している。このようなシリサイドの存在は、FPM(50%HFと50%H2 O2 を1:1で混合したエッチャント)で、結晶化したシリコン膜を30秒程度でエッチングすることにより確認できる。エッチングによってシリサイドがあった部分は穴となる。
【0027】
本発明では、結晶化された半導体膜内に存在する金属元素を除去(ゲッタリング)するために、15族元素を半導体膜に選択的に添加して熱アニールすることにより、15族元素が添加されなかった領域の金属元素濃度を減少させる。アニール温度は500〜850℃、より好ましくは550〜650℃とし、アニール時間は1〜12時間とする。
【0028】
結晶化を促進する金属元素を低減させる領域(被ゲッタリング領域)は、チャネル形成領域となる領域を少なくとも含んでいる。チャネル形成領域の特性によって、スイッチング特性や移動度の値が大きく左右される。チャネル形成領域中に結晶化促進する金属元素が残存したままであると半導体の特性が損なわれ、素子の安定性や信頼性を損なう原因となる。
【0029】
更に、被ゲッタリング領域に、チャネル形成領域となる領域に加えて、チャネル形成領域と接合する低濃度不純物領域を含ませることは好ましい。低濃度不純物領域は逆バイアス電圧を印加したときのリーク電流を低減させたり、ホットキャリヤによる劣化を抑制するために形成する領域である。そのため、低濃度不純物領域に残存する結晶化促進する金属元素を減少させることにより、リーク電流の低減に関して、安定性、信頼性のある素子を作製することが可能である。なお、低濃度不純物領域とは、ソース/ドレインの導電型を決める不純物の濃度が、ソース領域やドレイン領域よりも低い領域であって、その不純物濃度は1×1016〜1×1019atoms/cm3である。
【0030】
ゲッタリング領域に添加する15族元素の濃度は、半導体膜内に残存する結晶化を促進する金属元素の濃度の10倍程度とする。金属元素濃度が1018〜1020atoms/cm3オーダーであると、再現性よく結晶化が行える。このオーダーで結晶化を促進する金属元素が残存するため、ゲッタリング領域のリン又はアンチモンの濃度は1019〜1022atoms/cm3のオーダーであればよい。リン(P)、アンチモン(As)は、シリコンやゲルマニウムでなる半導体にn型の導電型を付与するためn型不純物であり、上記の濃度範囲でゲッタリング領域に含まれるため、リン又はアンチモンを添加した半導体でなるゲッタリング領域は半導体素子のn型不純物領域として用いることができる。
【0031】
そこで、本発明では、半導体素子の半導体膜に金属元素を捕獲するためのリン又はアンチモンを添加した領域が含まれるようにする。この構成によって、ゲッタリング領域がチャネル形成領域に近づくことなると同時に、半導体膜において素子形成可能な領域が広がるため、集積化が容易になる。
【0032】
例えば、nチャネル型TFTにおいて、n型のソース領域またはドレイン領域の少なくとも一方に、ゲッタリング領域となる15族元素添加領域が含まれるようにすればよい。ゲッタリング領域は少なくともソース領域となる領域又はドレイン領域となる領域の大きさがあれば、チャネル形成領域及び低濃度不純物領域内の金属元素を十分除去することができる。もちろんゲッタリング領域が広ければ広いほど、熱アニールを低温化、時短化できる。
【0033】
リン、アンチモンを半導体膜に添加するには、質量分離を伴わないプラズマドーピング法や質量分離を伴うイオン注入法等の気相法が挙げられる。このような添加方法を用いた場合、元素が添加された領域の結晶性は損なわれる。上述したように、金属元素をゲッタリングするために利用した領域は、半導体素子の半導体膜に設けられたn型の高濃度不純物領域やp型の高濃度不純物領域に含まれるため、これらの結晶性を回復する(再結晶化させる)必要がある。本発明は、結晶性を回復する工程を、金属元素をゲッタリングするための熱アニール工程と兼ねるため、500〜650℃程度の熱アニールによって、n型の不純物領域が再結晶化できるようにリン、アンチモンを添加する。
【0034】
添加する不純物の濃度が高くなるほど結晶性が損なわれるため、その再結晶化しにくくなる。このため本発明では、再結晶化するように、ゲッタリング領域において、半導体膜の厚さ方向のリン又はアンチモンの濃度分布を規定した。図1は本発明のゲッタリング領域の15族元素の深さ方向の濃度プロファイル(深さ方向の濃度分布)の一例であり、縦軸は濃度を示し、横軸は半導体膜の深さを示し、半導体膜の表面をゼロにとっている。
【0035】
金属元素をゲッタリングでき、かつソースやドレインとして機能できるように、15族元素の濃度の最大値を5×1019atoms/cm3以上とし、具体的には1×1020〜1×1022atoms/cm3 の範囲にある。同時に、再結晶化させるために、深さ(下地膜との界面からの厚さ)5nm以上にわたって、代表的には5nm〜20nmにわたって、濃度が1×1020atoms/cm3 以下となるようにする。即ち、ゲッタリング領域において、1×1020atoms/cm3 以下となる層(図1において、斜線で示す領域)の厚さdが5nm以上、代表的には5nm〜20nm存在すればよい。
15族元素濃度が1×1020atoms/cm3以下の部分は、半導体の結晶性が大きく損なわれていないため、この部分を核にして、ゲッタリング領域全体を再結晶化をすることができる。また結晶核として機能させるため、この領域の厚さdを5nm以上、5nm〜20nmとする。
【0036】
更に本発明では、ゲッタリング領域にはリンのような15族元素だけでなく、13族元素をも添加することにより、リンやアンチモンのみよりも高いゲッタリング効果が得られることが判明している。本発明人は、このゲッタリング技術を特開平11-54760号に開示している。13族元素を15族元素よりも高濃度に添加することにより、より高いゲッタリング効果が得られる。しかし13族元素の濃度が15族元素よりも低い場合には、金属元素をゲッタリングすることができなかった。また13族元素のみでも金属元素をゲッタリングすることができなかった。13族元素の濃度が15族元素よりも高い半導体は、p型の導電型を示す半導体であり、半導体素子のp型不純物領域として利用できる。
【0037】
このため、pチャネル型TFTのソース領域またはドレイン領域の少なくとも一方が、金属元素をゲッタリングするためのp型の不純物領域を含むようにすることができる。p型のソース/ドレインを形成するために使用される13族元素はボロンであり、ゲッタリングの効果が高い。
【0038】
本発明でゲッタリング領域として用いるp型不純物領域はリン(又はアンチモン)ともにボロンが添加されているが、ボロンの原子量は、シリコンやゲルマニウムよりも小さいため、ボロンのドーピングによって、結晶化された半導体膜の結晶性はあまり損なわれないと考えられる。そのため、ゲッタリング領域のボロンの濃度プロファイルは、ゲッタリング効果が得られるように、15族元素よりも高濃度であればよい。他方、15族元素の濃度プロファイルは、図1を用いて説明したn型不純物領域おける15族元素の濃度プロファイルの条件を満たすようにする。
【0039】
リン、アンチモン、ボロンの濃度プロファイルを測定するには、SIMS(質量二次イオン分析)を用いればよい。図2はSIMSによって測定したリン、ボロンの濃度プロファイルを示す。図2は、ゲッタリング領域に用いるp型のシリコン膜におけるリン、ボロンの濃度プロファイルの一例であり、シリコン膜の厚さはおよそ50nm程度である。リン、ボロンはイオンドーピング法で添加された。ドーピングガスには、リンはホスフィンを用い、ボロンはジボランを用いた。いずれのガスも水素で希釈されている。加速電圧はリン、ボロンとも10keVであり、設定ドーズ量はリンは1.5×1013ions/cm2 、ボロンは7.8×1014ions/cm2とした。
【0040】
ゲッタリングのための熱アニールにより、15族元素が添加されなかった領域は金属元素が除去される。例えば金属元素としてニッケルを使用した場合、ゲッタリング後に、上述したFPM処理を行ったが、15族元素が添加されなかった領域に穴が発生しなくなった。またSIMSによる測定では金属元素の濃度を5×1017atoms/cm3 以下、更に2×1017atoms/cm3 以下にまで低減することができる。
【0041】
なお、現状ではSIMSによる検出下限が2×1017atoms/cm3 程度であるため、それ以下の濃度を調べることはできない。しかしながら、本明細書に示すゲッタリング工程によって、少なくとも1×1014〜1×1015atoms/cm3 程度にまで、結晶化促進する金属元素は低減されるものと推定される。このように金属元素が低減された半導体でチャネル形成領域を構成することにより、TFTの信頼性を高めることができる。
【0042】
他方、金属元素をゲッタリングしたn型の不純物領域やp型の不純物領域は、金属元素の濃度が1×1018atoms/cm3 以上、1×1018〜1×1021atoms/cm3 となる。金属濃度はSIMSによる測定値の最大値で定義される。
【0043】
例えば結晶化を促進する金属元素がNi、ゲッタリング領域にリン(P)を添加したn型不純物領域を用いた場合には、n型不純物領域にゲッタリングされたニッケルはNiP1 、NiP2 Ni2 ・・・という結合状態で存在する。この結合状態は非常に安定であるため、金属元素をゲッタリングした領域がソース領域やドレイン領域に含まれていても、TFTの動作にほとんど影響しない。
【0044】
さらに、金属元素をゲッタリングしたn型又はp型の不純物領域は上述した濃度プロファイルで15族元素、13族元素が添加されているため、500〜650℃の熱アニールにより、結晶性が回復される。
【0045】
また本発明において、結晶化促進する金属元素の低減するための熱アニールの前に、結晶化した結晶性半導体膜にレーザー光又はレーザー光と同等の強度をもつ強光(例えば、ハロゲンランプから発する赤外光線や、紫外線ランプから発する紫外光)を用いたによる光アニールを行うことによって、この熱アニールを低温化、時短化することができる。
【0046】
金属元素はNiSix の如く、分子と結合した状態で半導体膜内に分布している。光アニールのエネルギーにより分子の結合が断たれて、結晶化促進する金属元素は原子状態にされる、あるいは分子の結合エネルギーが低下されるため、半導体膜内に残存している金属元素は結晶性半導体膜内を移動しやすい状態となると考えられる。
【0047】
【発明の実施の形態】
図を用いて、本発明の実施形態を説明する。
【0048】
[実施形態1]
図3、図4を用いて、本実施形態を説明する。本実施形態はnチャネル型TFTの製造工程に関するものであり、ソース領域となる領域及びドレイン領域となるn型の高濃度不純物領域をゲッタリング領域に用いる。
【0049】
図3(A)に示すように、基板10を用意し、基板10表面に下地膜11を形成する。基板10には、絶縁性基板、例えばガラス基板、石英基板、セラミック(結晶性ガラスともいう)等、単結晶シリコン基板、Cu基板、Ta 、W、Mo、Ti、Cr等の高融点金属材料又はこれら金属元素を含む合金や化合物(例えば、窒化タンタル等の窒素系合金や、タングステンシリサイド等の珪化物)からなる基板等の導電性基板を用いることができる。
【0050】
下地膜11は、半導体素子内に基板から不純物が拡散するのを防ぐ機能や、基板10上に形成される半導体膜や金属膜の密着性を高め、剥離を防止する機能を有する。下地膜11には、CVD法などで成膜した酸化シリコン膜や、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の無機絶縁膜が使用できる。例えば、単結晶シリコン基板を使用した場合には、熱酸化によってその表面を酸化して下地膜を形成することができる。また、石英基板や単結晶シリコン基板などの耐熱性基板を用いた場合には、非晶質シリコン膜を成膜して熱酸化してもよい。
【0051】
更に、下地膜11として、タングステン、クロム、タンタル等の高融点金属の被膜や、窒化アルミニウム、窒化ボロン、DLC(Diamond Like Carbon)、アルミナ等の高い伝導度を有する被膜を上記の無機絶縁膜で被覆した多層膜を用いてもよい。この場合には、半導体装置で発生した熱が下地膜11によって放射されるため、半導体装置の動作が安定になる。
【0052】
下地膜11表面に接して非晶質部分を有する半導体膜を成膜する。ここでは、減圧CVD法で非晶質シリコン膜12を55nmの厚さに成膜する。(図3(A))
【0053】
次に、非晶質部分を有する半導体膜に結晶化促進する金属元素を導入する。ここでは、金属元素としてニッケルを用い、スピナーを用いた塗布法によって非晶質シリコン膜12表面にニッケルを含む膜13を形成する。
【0054】
スピナーによって、ニッケル酢酸塩溶液を非晶質シリコン膜12表面に塗布し、この状態を数分間保持する。スピナーを用いて乾燥することによって、金属元素を含む膜としてニッケルを含む膜13が形成される。ニッケルを含む膜13は必ずしも完全な膜とは限らないが、膜状でなくても問題はなく、ニッケル酢酸塩溶液のニッケルの濃度は1ppm以上、より好ましくは10ppm以上であれば実用になる。
【0055】
ここでは、ニッケル酢酸塩溶液を塗布する前に、非晶質シリコン膜表面の濡れ性をよくするため、UV光を照射してごく薄い数nm程度の酸化シリコン膜を形成する。酸化シリコン膜が薄いため、ニッケルを含む膜13からニッケルが酸化シリコン膜を通過して非晶質シリコンと反応させることが可能である。(図3(B))
【0056】
加熱炉において、ニッケルが導入された非晶質シリコン膜12を熱アニールして結晶化させて、結晶性シリコン膜14を形成する。ここでは、窒素雰囲気において、550℃、8時間熱アニールする。非晶質シリコン膜12の表面全体にニッケル元素が接するため、ニッケルは基板表面にほぼ垂直にシリコン膜表面から下地膜へ向かって移動する。シリコン膜12はニッケルの移動に伴って結晶化が進行し、その方向に結晶が成長する。(図3(C))
【0057】
次に、結晶性シリコン膜14において、TFTのソース領域及びドレイン領域となる領域を含む領域に、15族元素、ここではリン(P)を添加する。図3(D)において、点線で囲まれた矩形の領域18がTFTの半導体層となる素子形成領域である。
【0058】
ここでは、素子形成領域18において、半導体層のチャネル形成領域及び低濃度不純物領域となる領域をマスク15で覆う。マスク15としては、酸化シリコン、窒化シリコン酸窒化シリコン膜等の無機絶縁膜、レジストなどが使用できるが、チャネル形成領域と接することになるため無機絶縁膜が好ましい。ここでは厚さ100nmの酸化シリコン膜を成膜し、パターニングしてマスク15を形成する。ここでマスク15を形成する前に、結晶性シリコン膜14をエキシマレーザーにより光アニールする。
【0059】
イオンドーピング装置によって、選択的にリンを添加して、結晶性シリコン膜14にリン添加領域16を形成する。リンの濃度プロファイルが先に図1を用いて説明したプロファイルに含まれようにするため、ドーピング条件はドーピングガスに水素で5%に希釈したホスフィンを用い、加速電圧10kV、設定ドーズ量1.5×1014ions/cm2 とする。ここで、リンが添加されなかった領域を便宜上、非添加領域17と呼ぶ。(図3(D))
【0060】
次に、結晶性シリコン膜14を熱アニールして、非添加領域17のニッケルをリン添加領域16にゲッタリングさせる。ここでは、アニール温度600℃、アニール時間8時間とする。熱アニールにより、非添加領域17内のニッケルは、矢印で示すようにリン添加領域に向かって移動し、リン添加領域16のリンと結合する。非添加領域17のニッケル濃度は2×1017atoms/cm3 以下になる。更に熱アニールにより、リン添加領域16はドーピング時に損傷した結晶性が回復され、添加されたリンが活性化される。(図4(A))
【0061】
マスク15を除去した後、結晶性シリコン膜14を島状にパターニングし、島状半導体膜を形成する。なお、ゲッタリングのための熱アニールの前にマスクを除去してもよい。リン添加領域16はTFTのn型不純物領域20、21になるようにパターニングされ、非添加領域17は、チャネル形成領域及び低濃度不純物領域が形成される領域23となる。(図4(B))
【0062】
次に、島状半導体膜19を覆って、ゲート絶縁膜24を形成し、ゲート絶縁膜24上にゲート配線25をマスクにして、島状半導体膜19にリンを添加して低濃度不純物領域を形成する。ドーピングガスは水素で5%に希釈したホスフィンを用いる。イオンドーピング装置を用い、加速電圧90kV、設定ドース量3×1013ions/cm2とした。
【0063】
ドーピングの結果、自己整合的に、ソース領域26、ドレイン領域27、チャネル形成領域28、低濃度不純物領域29、30が形成される。このドーピング工程では、低濃度不純物領域29、30において、リンが1016〜1019atoms/cm3のオーダーで添加される。このため、ソース/ドレイン領域26、27のリンの濃度プロファイルは、n型不純物領域20、21とあまり変化せず、再結晶化可能な濃度プロファイルの条件が保たれる。
【0064】
ドーピング後、エキシマレーザーを照射して、ソース/ドレイン領域26、27、低濃度不純物領域29、30に添加したリンを活性化する。そして、層間絶縁膜31を形成し、ここにソース/ドレイン領域26、27に達するコンタクトホールを形成し、ソース配線32、ドレイン配線33を形成する。(図4(D))
【0065】
[実施形態2]
図5を用いて、本実施形態を説明する。本実施形態は、実施形態1において、ニッケルの導入方法を変更したものであり、後は、実施形態1と同様である。
【0066】
基板50表面に下地膜51を形成する。非晶質部分を含む半導体膜として、減圧熱CVD法により非晶質シリコン膜を形成する。非晶質シリコン膜の膜厚は55nmとする。
【0067】
非晶質シリコン膜52上に120nm厚の酸化シリコン膜を成膜し、開口部を形成しマスク53とする。マスクの開口部がニッケルの添加領域を規定する。マスク53としてはレジストや、酸化シリコン膜を用いることができる。
【0068】
次に重量換算で10ppm のニッケルを含むニッケル酢酸塩をエタノールに溶かした溶液をスピンコート法により塗布し、乾燥させて、ニッケルを含む膜54を形成する。(図5(A))
【0069】
次に、窒素雰囲気において、570℃、8時間熱アニールして、非晶質シリコン膜52を結晶化させ、結晶性シリコン膜56を形成する。非晶質シリコン膜52において、開口部で露出されていると領域55でニッケルとシリコンの反応が開始する。熱アニールによって、この領域55を基点にして、ニッケルが矢印で模式的に示すように、シリコン膜52内を拡散しつつ、結晶化させる。ここでは570℃、8時間の加熱処理を行い、ニッケルを含有する結晶性半導体膜56を形成する。(図5(B))
【0070】
このように、シリコンの結晶化は領域55で反応したニッケルシリサイドから優先的に進行し、基板50の表面に対してほぼ平行に結晶成長するため、結晶粒を大きく成長させることができると共に、結晶成長方向が揃い全体的な結晶性に優れる。
【0071】
TEM(透過型電子顕微鏡法)観察によると、結晶性シリコン膜56において結晶粒は棒状または偏平棒状であり、これらの結晶粒の方位が殆ど揃っていた。これら結晶粒の殆ど全てが概略{110}配向であり、<100>軸、<111>軸の方向は各結晶粒同士で同じであり、<110>軸が結晶粒間で2°ほど僅かに揺らいでいる。このように、結晶軸の方位が揃っているために、結晶粒界での原子の結合がスムーズになり、不対結合が少ない。
【0072】
従来の多結晶シリコンは結晶粒ごとに、結晶軸の方向は不規則であるため、粒界において結合できない原子が多数存在する。この点で、本実施形態の結晶性シリコン膜と、従来の多結晶シリコン膜の結晶構造は全く異なっている。結晶性シリコン膜は結晶粒界において、殆どの原子の結合がとぎれることがなく、二つの結晶粒が極めて整合性よく接合しているため、結晶粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に起因するトラップ準位が非常に発生しにくくなっている。
【0073】
マスク53を除去した後、リンを選択的に添加するためのマスク58を形成する。本実施形態では、マスク58は素子形成領域61よりも広く、帯状に形成した。もちろんマスク58はチャネル形成領域と低濃度不純物領域となる部分を覆っている。また領域55はニッケルが最初に添加されるため高濃度にニッケルが残存するため、素子形成領域61に含まれないようにすることが望まれる。
【0074】
イオンドーピング装置によって、リンを添加し、リン添加領域を選択的に形成する。ドーピング条件はドーピングガスに水素で5%に希釈したホスフィンを用い、加速電圧10kV、設定ドーズ量1.5×1013ions/cm2 とする。ここで、リンが添加されなかった領域を便宜上非添加領域60と呼ぶ。(図5(C))
【0075】
そして、リン添加領域59を形成した後、600℃で12時間の熱アニールして、非添加領域60に含まれるニッケルをリン添加領域59にゲッタリングさせる。(図5(C))
【0076】
ゲッタリングのための熱アニール後、シリコン膜を島状にパターニングして、島状半導体膜61を形成する。島状半導体膜61はニッケルを高濃度に含むたリン添加領域56でなるn型不純物領域63、64と、ニッケル濃度が低下された添加非添加領域60でなる領域65とでなる。領域65にTFTのチャネル形成領域と低濃度不純物領域を形成すればよい。(図5(D))
【0077】
[実施形態3]
本実施形態を図6、図7を用いて説明する。本実施形態はnチャネル型TFTとpチャネル型TFTを同一基板上に形成し、CMOS回路を作製する工程に関するものであり、各TFTのソース/ドレイン領域を金属元素をゲッタリングするための領域に用いた例を示す。
【0078】
基板100上に下地膜101として300nm厚の酸化シリコン膜を形成し、実施形態1又は2の方法に従って結晶性シリコン膜102を形成する。リンを選択的に添加するためのマスク103を120nm厚の酸化シリコン膜で形成する。そして、イオンドーピング装置によって、リンを結晶性シリコンに添加し、リン添加領域102aを形成する。リンが添加されなかった領域102bを非添加領域102bとする。非添加領域102bはTFTのチャネル形成領域となる領域が含まれ、nチャネル型TFTの場合には低濃度不純物領域となる領域も含まれている。
【0079】
リンの濃ドーピング条件はドーピングガスに水素で5%に希釈したホスフィンを用い、加速電圧10kV、設定ドーズ量1.5×1013ions/cm2とする。
【0080】
結晶性シリコン膜102を島状にパターニングして、島状半導体膜105、106を形成する。島状半導体膜105、106はニッケルを高濃度に含むリン添加領域102aでなるn型不純物領域107〜110と、ニッケル濃度が低下された添加非添加領域102bでなる領域105、106でなる。ニッケル濃度が低下された領域105には、nチャネル型TFTのチャネル形成領域と低濃度不純物領域が形成すれる。また領域106には、pチャネル型TFTのチャネル形成領域と、ソース/ドレイン領域となるp型の高濃度不純物領域が形成される。(図6(B))
【0081】
次に、プラズマCVD法により、SiH4とN2Oを原料ガスにして、酸窒化シリコン膜でなるゲート絶縁膜111を形成する。島状半導体膜105に低濃度不純物を形成するためのマスク112をレジストにより形成する。低濃度不純物領域を形成するため、ドーピングガスに水素で5%に希釈したホスフィンを用い、加速電圧90kV、設定ドーズ量5.4×1011ions/cm2とする。島状半導体膜105に、ソース領域113、ドレイン領域114、チャネル形成領域115、低濃度不純物領域116、117が自己整合的に形成される。(図6(C))
【0082】
マスク112を除去した後、ゲート絶縁膜111上に、スパッタ法により窒化タンタル膜、タンタル膜の積層膜を形成し、パターニングしてゲート配線119を形成する。ゲート配線119はnチャネル型とpチャネル型TFTで共通であり、nチャネル型の低濃度不純物116、117と一部重なるように形成する。また、ゲート配線119を形成する前に、島状半導体膜105、106をエキシマレーザーで光アニールする。(図6(D))
【0083】
島状半導体膜106にボロンを添加するためのマスク120をレジストで形成する。ドーピングガスに水素で5%に希釈されたジボランを用いる。加速電圧10kV、設定ドーズ量を7.8×1014ions/cm2とする。
【0084】
p型の高濃度不純物領域121、122、チャネル形成領域123が自己整合的に形成される。領域121がソース領域となり、領域122がドレイン領域となる。領域121a、122aにはリンとボロン双方が添加され、ゲッタリング領域として機能する。領域121b、122bはボロンのみが添加されている。(図7(A))
【0085】
マスク120を除去し、600℃、8時間熱アニールをする。熱アニールによって、チャネル形成領域115、低濃度不純物領域116、117のニッケルは矢印で示すように、ソース領域113、ドレイン領域114へ拡散し、そこでゲッタリングされる。また、チャネル形成領域123のニッケルはソース領域121、ドレイン領域122へ拡散していき、領域121a、122bにゲッタリングされる。(図7(B))
【0086】
酸化シリコン膜でなる層間絶縁膜124を形成する。層間絶縁膜124にコンタクトホールを形成した後、電極材料としてチタン/アルミ/チタンからなる積層膜を形成し、パターニングして、配線125〜127を形成する。ここでは、配線127によってnチャネル型TFTとpチャネル型TFTを接続してCMOS回路を形成する。(図7(C))
【0087】
[実施形態4]
図8〜図10を用いて、本実施形態はアクティブマトリクス型液晶表示装置に関し、画素部と、画素部のTFTを駆動するための駆動回路を同一基板に形成したアクティブマトリクス基板の作製方法を説明する。ただし、説明を簡単にするために、駆動回路では、シフトレジスタ回路、バッファ回路等の基本回路であるCMOS回路と、サンプリング回路を形成するnチャネル型TFTの作製工程を説明する。
【0088】
ガラス基板200表面に、厚さ50nmの酸窒化シリコン膜、厚さ150nmの酸化シリコン膜を積層した下地膜を形成する。下地膜201の上に厚さ50nmの、非晶質シリコン膜202をプラズマCVD法で成膜する。非晶質シリコン膜202表面をUV光で酸化した後、スピナーによりニッケル酢酸溶液を塗布し乾燥させ、ニッケルを含む膜203を形成する。(図8(A))
【0089】
600℃、8時間熱アニールして、非晶質シリコン膜202を結晶化して結晶性シリコン膜204を形成する。熱アニールにより、膜203のニッケルを非晶質シリコン膜202のシリコンが反応してニッケルシリサイドを形成しつつ、ニッケルが下地膜201に向かって拡散して、結晶化が促進される。
【0090】
結晶性シリコン膜204上に保護膜205を形成する。保護膜205は100〜200nm(好ましくは130〜170nm)の厚さの窒化酸化シリコン膜または酸化シリコン膜で形成する。保護膜205はドーピング時に結晶性シリコン膜204が直接プラズマに曝されないようにするためと、微妙な濃度制御を可能にするための意味がある。
【0091】
保護膜205の上にレジストでなるマスク206を形成する。保護膜205を介してボロンを選択的に添加する。イオンドーピング装置によって、ジボラン(B2H6)を質量分離しないでプラズマ励起して、ボロンを添加した。ボロンは1×1015〜1×1018atoms/cm3代表的には5×1016〜5×1017atoms/cm3)の濃度で添加する。(図8(C))この工程はnチャネル型TFTのしきい値電圧を制御するために、半導体にp型の導電性を付与する不純物をチャネルとなる領域に添加する工程であり、チャネルドープとよばれる工程である。(図8(C))
【0092】
マスク206を除去し、新たにレジストでなるマスク208を形成した。そして、リンを添加してn型の低濃度不純物領域209〜211を形成する。これらの低濃度不純物領域209〜211はCMOS回路およびサンプリング回路のnチャネル型TFTのLDD領域となる。イオンドーピング装置において、5%に希釈したホスフィンをプラズマ励起して添加する。ドーピングの条件は低濃度不純物領域209〜211のリンの濃度が2×1016〜5×1019atoms/cm3代表的には5×1017〜5×1018atoms/cm3)となるようにすればよい。(図8(D))
【0093】
マスク207、保護膜205を除去し、レーザー光により光アニールを行う。パルス発振型エキシマレーザー光を線状に整形して、照射する。レーザーアニール条件は、励起ガスとしてKrFガスを用い、処理温度を室温、パルス発振周波数を30Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜300mJ/cm2(代表的には150〜250mJ/cm2)とする。(図8(E))
【0094】
光アニールは添加されたリン、ボロンを活性化すると共に、ドーピング時に非晶質化した半導体膜を再結晶化するためであり、結晶性シリコン膜204に残存するニッケルが拡散しやすいようにするためである。
【0095】
次に、結晶性シリコン膜204を島状にパターニングして、島状の半導体膜212〜215を形成する。半導体膜212、213はCMOS回路を構成し、半導体膜214はサンプリング回路のnチャネル型TFTを構成し、半導体膜215は画素部のnチャネル型TFTを構成する。(図8(F))
【0096】
次に、半導体膜212〜215を覆ってゲート絶縁膜216を形成する。ゲート絶縁膜216として、プラズマCVD法でN2OとSiH4を原料とした酸窒化シリコン膜を115nmの厚さに成膜する。(図9(A))
【0097】
スパッタ法により、ゲート絶縁膜216上に50nm厚の窒化タングステン(WN)膜217、厚さ350nmのタングステン膜218を積層して成膜する。なお、図示しないが、窒化タングステン膜217の下にシリコン膜を2〜20nm程度の厚さで形成しておくことは有効である。シリコン膜により窒化タングステン膜の密着性の向上と、酸化防止を図ることができる。
【0098】
窒化タングステン膜217とタングステン膜218を一括でエッチングして、400nm厚のゲート配線219〜221を形成する。CMOS回路に形成されるゲート配線219は半導体膜213のn型低濃度不純物領域209と部分的に重なるように形成し、サンプリング回路のTFTのゲート配線220はn型低濃度不純物領域210、211と部分的に重なるように形成する。(図9(C))
【0099】
ゲート配線219〜220をマスクにしてリンを添加して、n型の低濃度不純物領域222〜227を自己整合的に形成する。低濃度不純物領域222〜227において、リンの濃度はn型の低濃度不純物領域209〜210の1/2〜1/10(代表的には1/3〜1/4)の濃度とする。ただし、前述のチャネルドープ工程で添加されたボロン濃度よりも5〜10倍高い濃度とする。これは、先に領域224〜227は予めボロンが添加されているため、n型の導電型を付与するためである。具体的には1×1016〜5×1018atoms/cm3、典型的には3×1017〜3×1018atoms/cm3とする。このドーピング工程ではゲート配線で隠された部分を除いて、島状半導体膜に1×1016〜5×1018atoms/cm3の濃度でリンが添加される。(図9(D))
【0100】
ゲート配線219〜221をマスクにして、ゲート絶縁膜216を自己整合的にエッチングする。エッチングはドライエッチング法を用い、エッチングガスとしてはCHF3ガスを用いた。但し、エッチングガスはこれに限定する必要はない。こうしてゲート配線下にゲート絶縁膜228〜230が形成された。(図9(E))
【0101】
このように活性層を露出させることによって、次に不純物元素の添加工程を行う際に加速電圧を低くすることができる。そのため、また必要なドーズ量が少なくて済むのでスループットが向上する。ゲート絶縁膜をエッチングしないで残し、スルードーピングによって不純物領域を形成してもよい。
【0102】
次に、レジストマスク231を形成し、リンを添加して、nチャネル型TFTのソース/ドレイン領域を形成する。水素で希釈したホスフィンを用いたイオンドープ法により、n型の高濃度不純物領域233〜241を形成する。ドーピング条件は加速電圧10kV、設定ドーズ量を1.5×1013ions/cm2とする。
【0103】
このリンのドーピング工程で作製されたn型の高濃度不純物領域は、TFTのチャネル形成領域および低濃度不純物領域に含まれるニッケルをゲッタリングするためのゲッタリング領域として機能する。(図9(F))
【0104】
次に、マスク231を除去し、新たにマスク242を形成する。水素で希釈したジボランをイオンドーピング装置によってプラズマ励起して、ボロンを半導体膜に添加する。半導体膜212にp型の高濃度不純物領域243、244を形成する。ボロンのドーピング条件は、加速電圧10kV、設定ドーズ量を7.8×1014ions/cm2とする。(図10(A))
【0105】
マスク242を除去した後、プラズマCVD法でSiH4、N2O、NH3を原料ガスとし、200nm厚の窒化酸化シリコン膜(窒素濃度が25〜50atomic%)を成膜し、第1層間絶縁膜245とする。そして窒素雰囲気中において600℃、6時間熱アニールする。各TFTの半導体膜に添加されたリン、ボロンが活性化される共に、各TFTのチャネル形成領域、低濃度不純物領域に残存するニッケルが、矢印で示すように、高濃度にリンとボロンを含むp型の不純物領域243a、244a、リンを高濃度に含むn型の不純物領域236〜241に拡散し、捕獲される。更に、この熱アニールにより、半導体膜に添加されたリン、ボロンが活性化されると共に、ドーピングにより損傷した結晶性が回復し、再結晶化される。(図10(B))
【0106】
さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜450℃で1〜12時間の熱処理を行い、島状半導体膜を水素化する工程を行った。この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
【0107】
活性化及びゲッタリングのための熱アニールの終了後、第1層間絶縁膜245の上に、800nm厚の酸化シリコン膜をプラズマCVD法により成膜し、第2層間絶縁膜246とする。こうして第1層間絶縁膜(窒化酸化シリコン膜)245と第2層間絶縁膜(酸化シリコン膜)246との積層膜でなる1μm厚の層間絶縁膜を形成する。
【0108】
層間絶縁膜245、246に各TFTのソース領域またはドレイン領域に達するコンタクトホールが形成され、ソース配線248〜251と、ドレイン配線252〜255を形成する。なお、図示されていないがCMOS回路を形成するためにドレイン配線252、253は同一配線として接続されている。これら配線はTi膜を100nm、Tiを含むアルミニウム膜300nm、Ti膜150nmをスパッタ法で連続して形成した3層膜で形成する。
【0109】
パッシベーション膜256として、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜で50〜500nm(代表的には200〜300nm)の厚さで形成する。有機樹脂からなる第3層間絶縁膜257を約1μmの厚さに形成する。有機樹脂としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)等を使用することができる。有機樹脂膜を用いることの利点は、成膜方法が簡単である点や、比誘電率が低いので、寄生容量を低減できる点、平坦性に優れる点などが上げられる。なお上述した以外の有機樹脂膜や有機系SiO化合物などを用いることもできる。ここでは、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用い、300℃で焼成して形成する。
【0110】
画素部において、第3層間絶縁膜257上に1wt%のチタンを含有させたアルミニウム膜を125nmの厚さに成膜し、パターニングして遮蔽膜258を形成する。なお、本明細書中では、光と電磁波を遮るという意味で遮蔽膜という語を用いる。
【0111】
チタンを含有させたアルミニウム膜により、遮蔽膜だけでなく他の接続配線を形成することも可能である。例えば、制御回路内で回路間をつなぐ接続配線を形成できる。ただし、その場合は遮蔽膜または接続配線を形成する材料を成膜する前に、予め第3層間絶縁膜にコンタクトホールを形成しておく必要がある。
【0112】
次に、遮蔽膜258の表面に陽極酸化法またはプラズマ酸化法(本実施形態では陽極酸化法)により20〜100nm(好ましくは30〜50nm)の厚さの酸化アルミニウム259を形成する。まず十分にアルカリイオン濃度の小さい酒石酸エチレングリコール溶液を調合する。これは15%の酒石酸アンモニウム水溶液とエチレングリコールとを2:8で混合した溶液であり、これにアンモニア水を加え、pHが7±0.5となるように調節する。そして、この溶液中に陰極となる白金電極を設け、遮蔽膜258が形成されている基板を溶液に浸し、遮蔽膜258を陽極として、一定(数mA〜数十mA)の直流電流を流して、遮蔽膜258の表面には厚さ約50nmの酸化アルミニウム259を形成する。陽極酸化によって遮蔽膜258の膜厚は90nmとなる。
【0113】
次に、第3層間絶縁膜257、パッシベーション膜256にドレイン配線255に達するコンタクトホールを形成し、画素電極260を形成する。なお、画素電極261、262はそれぞれ隣接する別の画素の画素電極である。画素電極260〜262は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用い、反射型の液晶表示装置とする場合には金属膜を用いれば良い。ここでは透過型の液晶表示装置とするために、酸化インジウム・スズ(ITO)膜を110nmの厚さにスパッタ法で形成する。
【0114】
また、この時、画素電極260と遮蔽膜258とがアルミナ259を介して重なり、保持容量263を形成している。なお、遮蔽膜258をフローティング状態(電気的に孤立した状態)か固定電位、好ましくはコモン電位(ソース配線に入力される画像信号の中間電位)に設定しておくことが望ましい。
【0115】
こうして同一基板上に、駆動回路と画素回路とを有したアクティブマトリクス基板が完成する。なお、図10(C)においては、駆動回路にはpチャネル型TFT301、nチャネル型TFT302、303が形成され、画素部にはnチャネル型TFTでなる画素TFT304が形成された。
【0116】
駆動回路のpチャネル型TFT301の島状半導体膜には、チャネル形成領域311、p型の高濃度不純物領域でなるソース領域312、ドレイン領域313が形成されている。ソース/ドレイン領域312、313はゲッタリング領域となるリンとボロンを含む領域を含み、この領域にはゲッタリングされたニッケルが5×1018atoms/cm3以上(代表的には1×1019〜5×1020atoms/cm3)濃度で存在する。
【0117】
駆動回路のnチャネル型TFT302の島状半導体膜には、チャネル形成領域314、ソース領域315、ドレイン領域316、そしてチャネル形成領域のドレイン領域側)に、ゲート絶縁膜を介してゲート配線と重なった領域317(このような領域をLov領域という。なお、ovはoverlapの意で付した。)が形成されている。
【0118】
また、nチャネル型TFT303の島状半導体膜には、チャネル形成領域318、ソース領域319、ドレイン領域320、チャネル形成領域の両側にn型の低濃度不純物領域321、322が形成されている。領域321、322はゲート絶縁膜を介してゲート配線と重なった領域(Lov領域)と、ゲート配線と重ならない領域(本明細書中ではこのような領域をLoff領域という。なお、offはoffsetの意で付した。)とでなる。
【0119】
また、画素部のTFT304の島状半導体膜には、チャネル形成領域323、324、n型の高濃度不純物領域325〜327、ゲート配線と重ならない領域でなる(Loff領域)n型の低濃度不純物領域328〜331が形成される。
【0120】
本実施形態では、画素回路および制御回路が要求する回路仕様に応じて、各回路を形成するTFTの構造を最適化し、半導体装置の動作性能および信頼性を向上させることができる。具体的には、nチャネル型TFTは回路仕様に応じてn型の低濃度不純物領域の配置を異ならせ、Lov領域またはLoff領域を使い分けることによって、同一基板上に高速動作またはホットキャリア対策を重視したTFTと、低オフ電流動作を重視したTFTとを作製することを可能にする。
【0121】
例えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置の場合、nチャネル型TFT302のこ構造は、高速動作を重視するシフトレジスタ回路、分周波回路、信号分割回路、レベルシフタ回路、バッファ回路などの制御回路に適している。即ち、チャネル形成領域の片側(ドレイン領域側)のみにLov領域を配置することで、できるだけ抵抗成分を低減させつつホットキャリア対策を重視した構造となっている。これは上記回路群の場合、ソース領域とドレイン領域の機能が変わらず、キャリア(電子)の移動する方向が一定だからである。但し、必要に応じてチャネル形成領域の両側に接合するように、Lov領域を形成することもできる。
【0122】
また、nチャネル型TFT303の構造はホットキャリア対策と低オフ電流動作の双方を重視するサンプリング回路(サンプルホールド回路)に適している。即ち、Lov領域を配置することでホットキャリア対策とし、さらにLoff領域を配置することで低オフ電流動作を実現する。また、サンプリング回路はソース領域とドレイン領域の機能が反転してキャリアの移動方向が180°変わるため、ゲート配線を中心に線対称となるような構造としなければならない。なお、TFTに求められる特性によっては、Lov領域のみとすることもある。
【0123】
また、画素部のnチャネル型TFT304の構造は低オフ電流動作を重視した画素回路、サンプリング回路(サンプルホールド回路)に適している。即ち、オフ電流値を増加させる要因となりうるLov領域を配置せず、Loff領域のみを配置することで低オフ電流動作を実現している。また、制御回路のn型の低濃度不純物領域よりも、リン濃度が低い低濃度不純物領域をLoff領域として用いることで、オン電流値が多少低下しても、徹底的にオフ電流値を低減することが可能である。
【0124】
また、チャネル長3〜7μmに対してnチャネル型TFT302のLov領域317の長さ(幅)は0.5〜3.0μm、代表的には1.0〜1.5μmとすれば良い。また、nチャネル型TFT303のLov領域の長さ(幅)は0.5〜3.0μm、代表的には1.0〜1.5μm、Loff領域の長さ(幅)は1.0〜3.5μm、代表的には1.5〜2.0μmとすれば良い。また、画素TFT304に設けられるLoff領域329〜330の長さ(幅)は0.5〜3.5μm、代表的には2.0〜2.5μmとすれば良い。
【0125】
また、本実施形態では保持容量の誘電体として比誘電率が7〜9と高いアルミナ膜を用いたことで、必要な容量を形成するための面積を少なくすることを可能とする。さらに、本実施形態のように画素TFT上に形成される遮蔽膜を保持容量の一方の電極とすることで、アクティブマトリクス型液晶表示装置の画像表示部の開口率を向上させることができた。
【0126】
なお、本発明は本実施形態に示した保持容量の構造に限定される必要はない。例えば、本出願人による特開平11−133463号や特願平10−254097号に記載された保持容量の構造を用いることもできる。
【0127】
[実施形態5] 本実施形態では、アクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶パネルを作製する工程を説明する。
【0128】
図11に示すように、実施形態4の作製工程に従って作製したアクティブマトリクス基板に対し、配向膜401を形成する。本実施形態では配向膜としてポリイミド膜を用いた。また、対向基板402には、対向電極403と、配向膜404とを形成する。なお、対向基板には必要に応じてカラーフィルターや遮蔽膜を形成しても良い。
【0129】
次に、配向膜にラビング処理を施して液晶分子がある一定のプレチルト角を持って配向するようにする。そして、画素回路と、制御回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とを、公知のセル組み工程によってシール材やスペーサ(共に図示せず)などを介して貼りあわせた。その後、両基板の間に液晶405を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。液晶には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図11に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【0130】
次に、このアクティブマトリクス型液晶表示装置の構成を、図12の斜視図を用いて説明する。尚、図12は、図8〜図10の断面構造図と対応付けるため、共通の符号を付している。アクティブマトリクス基板は、ガラス基板101上に形成された、画素回路601と、走査(ゲート)信号制御回路602と、画像(ソース)信号制御回路603で構成される。画素回路の画素TFT304はnチャネル型TFTであり、周辺に設けられる制御回路はCMOS回路を基本として構成されている。走査信号制御回路602と、画像信号制御回路603はそれぞれゲート配線124とソース配線152で画素回路601に接続されている。また、FPC604が接続された外部入出力端子605から制御回路の入出力端子までの接続配線606、607が設けられている。
【0131】
[実施形態6] 図13は、実施形態4で示したアクティブマトリクス基板の回路構成の一例を示す。本実施形態のアクティブマトリクス基板は、画像信号制御回路701、走査信号制御回路(A)707、走査信号制御回路(B)711、プリチャージ回路712、画素回路706を有している。なお、本明細書中において、制御回路とは画像信号処理回路701および走査信号制御回路707を含めた総称である。
【0132】
画像信号制御回路701は、シフトレジスタ回路702、レベルシフタ回路703、バッファ回路704、サンプリング回路705を備えている。また、走査信号制御回路(A)707は、シフトレジスタ回路708、レベルシフタ回路709、バッファ回路710を備えている。走査信号制御回路(B)711も同様な構成である。
【0133】
ここでシフトレジスタ回路702、708は駆動電圧が5〜16V(代表的には10V)であり、回路を形成するCMOS回路に使われるnチャネル型TFTは実施形態4でしめしたのTFT302の構造が適している。
【0134】
また、レベルシフタ回路703、709、バッファ回路704、710は、駆動電圧は14〜16Vと高くなるが、シフトレジスタ回路と同様に、実施形態4で示したnチャネル型TFT302を含むCMOS回路が適している。なお、ゲート配線をダブルゲート構造、トリプルゲート構造といったマルチゲート構造とすることは、各回路の信頼性を向上させる上で有効である。
【0135】
また、サンプリング回路705は駆動電圧が14〜16Vであるが、ソース領域とドレイン領域が反転する上、オフ電流値を低減する必要があるので、実施形態4で示したnチャネル型TFT303を含むCMOS回路が適している。なお、図10(C)ではnチャネル型TFTしか図示されていないが、実際にサンプリング回路を形成する時はnチャネル型TFTとpチャネル型TFTとを組み合わせて形成することになる。
【0136】
また、画素回路706は駆動電圧が14〜16Vであり、サンプリング回路705よりもさらにオフ電流値が低いことを要求するので、Lov領域を配置しない構造とすることが望ましく、図10(C)のnチャネル型TFT304を画素TFTとして用いることが望ましい。
【0137】
なお、本実施形態の構成は、実施形態1に示した作製工程に従ってTFTを作製することによって容易に実現することができる。また、本実施形態では画素回路と制御回路の構成のみ示しているが、実施形態1の作製工程に従えば、その他にも信号分割回路、分周波回路、D/Aコンバータ回路、オペアンプ回路、γ補正回路、さらにはメモリ回路やマイクロプロセッサ回路などの信号処理回路(論理回路と言っても良い)を同一基板上に形成することも可能である。
【0138】
このように本発明は、同一基板上に画素回路と該画素回路を制御するための制御回路とを少なくとも含む半導体装置、例えば同一基板上に信号処理回路、制御回路および画素回路とを具備した半導体装置を実現しうる。
【0139】
[実施形態7] 上記実施例によって作製された液晶表示装置には、TN液晶以外にも様々な液晶を用いることが可能である。例えば、1998, SID, "Characteristics and Driving Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability" by H. Furue et al.や、1997, SID DIGEST, 841, "A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time" by T. Yoshida et al.や、1996, J. Mater. Chem. 6(4), 671-673, "Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to displays" by S. Inui et al.や、米国特許第5594569 号に開示された液晶を用いることが可能である。
【0140】
ある温度域において反強誘電相を示す液晶を反強誘電性液晶という。反強誘電性液晶を有する混合液晶には、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答特性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶と呼ばれるものがある。この無しきい値反強誘電性混合液晶は、V字型の電気光学応答特性を示すものがあり、その駆動電圧が約±2.5V程度(セル厚約1μm〜2μm)のものも見出されている。
【0141】
ここで、V字型の電気光学応答を示す無しきい値反強誘電性混合液晶の印加電圧に対する光透過率の特性を示す例を図14に示す。図14に示すグラフの縦軸は透過率(任意単位)、横軸は印加電圧である。なお、液晶表示装置の入射側の偏光板の透過軸は、液晶表示装置のラビング方向にほぼ一致する無しきい値反強誘電性混合液晶のスメクティック層の法線方向とほぼ平行に設定されている。また、出射側の偏光板の透過軸は、入射側の偏光板の透過軸に対してほぼ直角(クロスニコル)に設定されている。
【0142】
図14に示されるように、このような無しきい値反強誘電性混合液晶を用いると、低電圧駆動かつ階調表示が可能となることがわかる。
【0143】
このような低電圧駆動の無しきい値反強誘電性混合液晶をアナログドライバを有する液晶表示装置に用いた場合には、画像信号のサンプリング回路の電源電圧を、例えば、5V〜8V程度に抑えることが可能となる。よって、ドライバの動作電源電圧を下げることができ、液晶表示装置の低消費電力化および高信頼性が実現できる。
【0144】
また、このような低電圧駆動の無しきい値反強誘電性混合液晶をデジタルドライバを有する液晶表示装置に用いた場合にも、D/A変換回路の出力電圧を下げることができるので、D/A変換回路の動作電源電圧を下げることができ、ドライバの動作電源電圧を低くすることができる。よって、液晶表示装置の低消費電力化および高信頼性が実現できる。
【0145】
よって、このような低電圧駆動の無しきい値反強誘電性混合液晶を用いることは、比較的LDD領域(低濃度不純物領域)の幅が小さなTFT(例えば、0nm〜500nm又は0nm〜200nm)を用いる場合においても有効である。
【0146】
また、一般に、無しきい値反強誘電性混合液晶は自発分極が大きく、液晶自体の誘電率が高い。このため、無しきい値反強誘電性混合液晶を液晶表示装置に用いる場合には、画素に比較的大きな保持容量が必要となってくる。よって、自発分極が小さな無しきい値反強誘電性混合液晶を用いるのが好ましい。また、液晶表示装置の駆動方法を線順次駆動とすることにより、画素への階調電圧の書き込み期間(ピクセルフィードピリオド)を長くし、保持容量が小くてもそれを補うようにしてもよい。
【0147】
なお、このような無しきい値反強誘電性混合液晶を用いることによって低電圧駆動が実現されるので、液晶表示装置の低消費電力が実現される。
【0148】
なお、図14に示すような電気光学特性を有する液晶であれば、いかなるものも本発明の液晶表示装置の表示媒体として用いることができる。
【0149】
[実施形態8] 実施形態4のTFTの作製方法はアクティブマトリクス型ELディスプレイの作製に適用することも可能である。その例を図15〜図17に示す。
【0150】
本実施形態では、本発明を用いてEL(エレクトロルミネセンス)表示装置を作製した例について説明する。なお、図15(A)は本発明のEL表示装置の上面図であり、図15(B)はその断面図である。
【0151】
図15(A)において、4001は基板、4002は画素部、4003はソース側駆動回路、4004はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線4005を経てFPC(フレキシブルプリントサーキット)4006に至り、外部機器へと接続される。
【0152】
このとき、画素部4002、ソース側駆動回路4003及びゲート側駆動回路4004を囲むようにして第1シール材4101、カバー材4102、充填材4103及び第2シール材4104が設けられている。
【0153】
また、図15(B)は図15(A)をA−A’で切断した断面図に相当し、基板4001の上にソース側駆動回路4003に含まれる駆動TFT(但し、ここではnチャネル型TFTとpチャネル型TFTを図示している。)4201及び画素部4002に含まれる電流制御用TFT(EL素子への電流を制御するTFT)4202が形成されている。
【0154】
本実施形態では、駆動TFT4201には図11のpチャネル型TFTまたはnチャネル型TFTと同じ構造のTFTが用いられ、電流制御用TFT4202には図11のpチャネル型TFTと同じ構造のTFTが用いられる。また、画素部4002には電流制御用TFT4202のゲートに接続された保持容量(図示せず)が設けられる。
【0155】
駆動TFT4201及び画素TFT4202の上には樹脂材料でなる層間絶縁膜(平坦化膜)4301が形成され、その上に画素TFT4202のドレインと電気的に接続する画素電極(陽極)4302が形成される。画素電極4302としては仕事関数の大きい透明導電膜が用いられる。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。
【0156】
そして、画素電極4302の上には絶縁膜4303が形成され、絶縁膜4303は画素電極4302の上に開口部が形成されている。この開口部において、画素電極4302の上にはEL(エレクトロルミネッセンス)層4304が形成される。EL層4304は公知の有機EL材料または無機EL材料を用いることができる。また、有機EL材料には低分子系(モノマー系)材料と高分子系(ポリマー系)材料があるがどちらを用いても良い。
【0157】
EL層4304の形成方法は公知の蒸着技術もしくは塗布法技術を用いれば良い。また、EL層の構造は正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。
【0158】
EL層4304の上には周期表の1族または2族に属する元素を含む導電膜(代表的にはアルミニウム、銅もしくは銀に、アルカリ金属元素もしくはアルカリ土類金属元素を含ませた導電膜)からなる陰極4305が形成される。また、陰極4305とEL層4304の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空中で両者を連続成膜するか、EL層4304を窒素または希ガス雰囲気で形成し、酸素や水分に触れさせないまま陰極4305を形成するといった工夫が必要である。本実施形態ではマルチチャンバー方式(クラスターツール方式)の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【0159】
そして陰極4305は4306で示される領域において配線4005に電気的に接続される。配線4005は陰極4305に所定の電圧を与えるための配線であり、異方導電性フィルム4307を介してFPC4006に電気的に接続される。
【0160】
以上のようにして、画素電極(陽極)4302、EL層4304及び陰極4305からなるEL素子が形成される。このEL素子は、第1シール材4101及び第1シール材4101によって基板4001に貼り合わされたカバー材4102で囲まれ、充填材4103により封入されている。
【0161】
カバー材4102としては、ガラス材、金属材(代表的にはステンレス材)、セラミックス材、プラスチック材(プラスチックフィルムも含む)を用いることができる。プラスチック材としては、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PVF(ポリビニルフルオライド)フィルム、マイラーフィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをPVFフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【0162】
但し、EL素子からの光の放射方向がカバー材側に向かう場合にはカバー材は透明でなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような透明物質を用いる。
【0163】
また、充填材4103としては紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。この充填材4103の内部に吸湿性物質(好ましくは酸化バリウム)もしくは酸素を吸着しうる物質を設けておくとEL素子の劣化を抑制できる。
【0164】
また、充填材4103の中にスペーサを含有させてもよい。このとき、スペーサを酸化バリウムで形成すればスペーサ自体に吸湿性をもたせることが可能である。また、スペーサを設けた場合、スペーサからの圧力を緩和するバッファ層として陰極4305上に樹脂膜を設けることも有効である。
【0165】
また、配線4005は異方導電性フィルム4307を介してFPC4006に電気的に接続される。配線4005は画素部4002、ソース側駆動回路4003及びゲート側駆動回路4004に送られる信号をFPC4006に伝え、FPC4006により外部機器と電気的に接続される。
【0166】
また、本実施形態では第1シール材4101の露呈部及びFPC4006の一部を覆うように第2シール材4104を設け、EL素子を徹底的に外気から遮断する構造となっている。こうして図15(B)の断面構造を有するEL表示装置となる。
【0167】
ここで画素部のさらに詳細な断面構造を図16に、上面構造を図17(A)に、回路図を図17(B)に示す。図16、図17(A)及び図17(B)では共通の符号を用いるので互いに参照すれば良い。
【0168】
図16において、基板4401上に設けられたスイッチング用TFT4402は図11のnチャネル型TFT304を用いて形成される。従って、TFT4402の構造に関してはnチャネル型TFT304の説明を参照すれば良い。また、4403で示される配線は、スイッチング用TFT4402のゲート電極4404a、4404bを電気的に接続するゲート配線である。
【0169】
なお、本実施形態ではチャネル形成領域が2つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは3つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【0170】
また、スイッチング用TFT4402のドレイン配線4405は電流制御用TFT4406のゲート電極4407に電気的に接続されている。なお、電流制御用TFT4406は図11のpチャネル型TFT301を用いて形成される。従って、構造の説明はpチャネル型TFT301の説明を参照すれば良い。なお、本実施形態ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【0171】
スイッチング用TFT4402及び電流制御用TFT4406の上には第1パッシベーション膜4408が設けられ、その上に樹脂からなる平坦化膜4409が形成される。平坦化膜4409を用いてTFTによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成されるEL層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、EL層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【0172】
また、4410は透明導電膜からなる画素電極(EL素子の陽極)であり、電流制御用TFT4406のドレイン配線4411に電気的に接続される。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。
【0173】
画素電極4410の上にはEL層4411が形成される。なお、図16では一画素しか図示していないが、本実施形態ではR(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応したEL層を作り分けている。また、本実施形態では蒸着法により低分子系有機EL材料を形成している。具体的には、正孔注入層として20nm厚の銅フタロシアニン(CuPc)膜を設け、その上に発光層として70nm厚のトリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体(Alq3)膜を設けた積層構造としている。Alq3にキナクリドン、ペリレンもしくはDCM1といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【0174】
但し、以上の例はEL層として用いることのできる有機EL材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせてEL層(発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層)を形成すれば良い。例えば、本実施形態では低分子系有機EL材料をEL層として用いる例を示したが、高分子系有機EL材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機EL材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【0175】
次に、EL層4411の上には導電膜からなる陰極4412が設けられる。本実施形態の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のMgAg膜(マグネシウムと銀との合金膜)を用いても良い。陰極材料としては、周期表の1族もしくは2族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【0176】
この陰極4412まで形成された時点でEL素子4413が完成する。なお、ここでいうEL素子4413は、画素電極(陽極)4410、EL層4411及び陰極4412で形成されたコンデンサを指す。
【0177】
次に、本実施形態における画素の上面構造を図17(A)を用いて説明する。スイッチング用TFT4402のソースはソース配線4415に接続され、ドレインはドレイン配線4405に接続される。また、ドレイン配線4405は電流制御用TFT4406のゲート電極4407に電気的に接続される。また、電流制御用TFT4406のソースは電流供給線4416に電気的に接続され、ドレインはドレイン配線4417に電気的に接続される。また、ドレイン配線4417は点線で示される画素電極(陽極)4418に電気的に接続される。
【0178】
このとき、4419で示される領域には保持容量が形成される。保持容量4419は、電流供給線4416と電気的に接続された半導体膜4420、ゲート絶縁膜と同一層の絶縁膜(図示せず)及びゲート電極4407との間で形成される。また、ゲート電極4407、第1層間絶縁膜と同一の層(図示せず)及び電流供給線4416で形成される容量も保持容量として用いることが可能である。
【0179】
〔実施形態9〕
本実施形態では、実施形態8とは異なる画素構造を有したEL表示装置について説明する。説明には図18を用いる。なお、図17と同一の符号が付してある部分については実施形態8の説明を参照すれば良い。
【0180】
図18では電流制御用TFT4501として図11のnチャネル型TFT302と同一構造のTFTを用いる。勿論、電流制御用TFT4501のゲート電極4502はスイッチング用TFT4402のドレイン配線4405に電気的に接続されている。また、電流制御用TFT4501のドレイン配線4503は画素電極4504に電気的に接続されている。
【0181】
本実施形態では、導電膜からなる画素電極4504がEL素子の陰極として機能する。具体的には、アルミニウムとリチウムとの合金膜を用いるが、周期表の1族もしくは2族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【0182】
画素電極4504の上にはEL層4505が形成される。なお、図18では一画素しか図示していないが、本実施形態ではG(緑)に対応したEL層を蒸着法及び塗布法(好ましくはスピンコーティング法)により形成している。具体的には、電子注入層として20nm厚のフッ化リチウム(LiF)膜を設け、その上に発光層として70nm厚のPPV(ポリパラフェニレンビニレン)膜を設けた積層構造としている。
【0183】
次に、EL層4505の上には透明導電膜からなる陽極4506が設けられる。本実施形態の場合、透明導電膜として酸化インジウムと酸化スズとの化合物もしくは酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物からなる導電膜を用いる。
【0184】
この陽極4506まで形成された時点でEL素子4507が完成する。なお、ここでいうEL素子4507は、画素電極(陰極)4504、EL層4505及び陽極4506で形成されたコンデンサを指す。
【0185】
EL素子に加える電圧が10V以上といった高電圧の場合には、電流制御用TFT4501においてホットキャリア効果による劣化が顕在化してくる。このような場合に、電流制御用TFT4501として本発明の構造のnチャネル型TFTを用いることは有効である。
【0186】
また、本実施形態の電流制御用TFT4501はゲート電極4502とLDD領域4509との間にゲート容量と呼ばれる寄生容量を形成する。このゲート容量を調節することで図17(A)、(B)に示した保持容量4418と同等の機能を持たせることも可能である。特に、EL表示装置をデジタル駆動方式で動作させる場合においては、保持容量のキャパシタンスがアナログ駆動方式で動作させる場合よりも小さくて済むため、ゲート容量で保持容量を代用しうる。
【0187】
なお、EL素子に加える電圧が10V以下、好ましくは5V以下となった場合、上記ホットキャリア効果による劣化はさほど問題とならなくなるため、図18においてLDD領域4509を省略した構造のnチャネル型TFTを用いても良い。
【0188】
[実施形態10] 本実施形態では、実施形態8もしくは実施形態9に示したEL表示装置の画素部に用いることができる画素構造の例を図19(A)〜(C)に示す。なお、本実施形態において、4601はスイッチング用TFT4602のソース配線、4603はスイッチング用TFT4602のゲート配線、4604は電流制御用TFT、4605はコンデンサ、4606、4608は電流供給線、4607はEL素子とする。
【0189】
図19(A)は、二つの画素間で電流供給線4606を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線4606を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0190】
また、図19(B)は、電流供給線4608をゲート配線4603と平行に設けた場合の例である。なお、図19(B)では電流供給線4608とゲート配線4603とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電流供給線4608とゲート配線4603とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0191】
また、図19(C)は、図19(B)の構造と同様に電流供給線4608をゲート配線4603と平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線4608を中心に線対称となるように形成する点に特徴がある。また、電流供給線4608をゲート配線4603のいずれか一方と重なるように設けることも有効である。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0192】
[実施形態11] 本実施形態では、本発明を実施したEL表示装置の画素構造の例を図20(A)、(B)に示す。なお、本実施形態において、4701はスイッチング用TFT4702のソース配線、4703はスイッチング用TFT4702のゲート配線、4704は電流制御用TFT、4705はコンデンサ(省略することも可能)、4706は電流供給線、4707は電源制御用TFT、4709は電源制御用ゲート配線、4708はEL素子とする。電源制御用TFT4707の動作については特願平11−341272号を参照すると良い。
【0193】
また、本実施形態では電源制御用TFT4707を電流制御用TFT4704とEL素子4708との間に設けているが、電源制御用TFT4707とEL素子4708との間に電流制御用TFT4704が設けられた構造としても良い。また、電源制御用TFT4707は電流制御用TFT4704と同一構造とするか、同一の活性層で直列させて形成するのが好ましい。
【0194】
また、図20(A)は、二つの画素間で電流供給線4706を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線4706を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0195】
また、図20(B)は、ゲート配線4703と平行に電流供給線4710を設け、ソース配線4701と平行に電源制御用ゲート配線4711を設けた場合の例である。なお、図20(B)では電流供給線4710とゲート配線4703とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電流供給線4710とゲート配線4703とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0196】
[実施形態12] 本実形態では、本発明を実施したEL表示装置の画素構造の例を図21(A)、(B)に示す。なお、本実施形態において、4801はスイッチング用TFT4802のソース配線、4803はスイッチング用TFT4802のゲート配線、4804は電流制御用TFT、4805はコンデンサ(省略することも可能)、4806は電流供給線、4807は消去用TFT、4808は消去用ゲート配線、4809はEL素子とする。消去用TFT4807の動作については特願平11−338786号を参照すると良い。
【0197】
消去用TFT4807のドレインは電流制御用TFT4804のゲートに接続され、電流制御用TFT4804のゲート電圧を強制的に変化させることができるようになっている。なお、消去用TFT4807はnチャネル型TFTとしてもpチャネル型TFTとしても良いが、オフ電流を小さくできるようにスイッチング用TFT4802と同一構造とすることが好ましい。
【0198】
また、図21(A)は、二つの画素間で電流供給線4806を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線4806を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電流供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0199】
また、図21(B)は、ゲート配線4803と平行に電流供給線4810を設け、ソース配線4801と平行に消去用ゲート配線4811を設けた場合の例である。なお、図21(B)では電流供給線4810とゲート配線4803とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電流供給線4810とゲート配線4803とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0200】
[実施形態13] 本発明のEL表示装置は画素内にいくつのTFTを設けた構造としても良い。例えば、四つ乃至六つまたはそれ以上のTFTを設けても構わない。本発明はEL表示装置の画素構造に限定されずに実施することが可能である。
【0201】
[実施形態14] 本発明を用いて作製されたアクティブマトリクス型表示装置、例えば、実施形態5で示した液晶パネルや実施形態8〜15で示した有機ELディスプレイを表示媒体として搭載した電子機器全てに本発明を適用することができる。
【0202】
そのような電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター(リア型またはフロント型)、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図22及び図23に示す。
【0203】
図22(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2001、画像入力部2002、表示装置2003、キーボード2004で構成される。本願発明を画像入力部2002、表示装置2003やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0204】
図22(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示装置2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106で構成される。本願発明を表示装置2102、音声入力部2103やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0205】
図22(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示装置2205で構成される。本願発明は表示装置2205やその他の信号制御回路に適用できる。
【0206】
図22(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示装置2302、アーム部2303で構成される。本発明は表示装置2302やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0207】
図22(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体2401、表示装置2402、スピーカ部2403、記録媒体2404、操作スイッチ2405、外部入力部(図示しない)で構成される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Digital Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示装置2402やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0208】
図22(F)はデジタルカメラであり、本体2501、表示装置2502、接眼部2503、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)で構成される。本願発明を表示装置2502やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0209】
図23(A)はフロント型プロジェクターであり、光源光学系及び表示装置2601、スクリーン2602で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0210】
図23(B)はリア型プロジェクターであり、本体2701、光源光学系及び表示装置2702、ミラー2703、スクリーン2704で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0211】
なお、図23(C)は、図23(A)及び図23(B)中における光源光学系及び表示装置2601、2702の構造の一例を示した図である。光源光学系及び表示装置2601、2702は、光源光学系2801、ミラー2802、2804〜2806、ダイクロイックミラー2803、光学系2807、表示装置2808、位相差板2809、投射光学系2810で構成される。投射光学系2810は、投射レンズを備えた複数の光学レンズで構成される。本実施例は表示装置2808を三つ使用する三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図23(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等を設けてもよい。
【0212】
また、図23(D)は、図23(C)中における光源光学系2801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系2801は、リフレクター2811、光源2812、レンズアレイ2813、2814、偏光変換素子2815、集光レンズ2816で構成される。なお、図23(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等を設けてもよい。
【0213】
図23には三板式のプロジェクターの例を示したが、単板式でもよい。この場合は、液晶パネルにカラーフィルタを形成してカラー表示を行えばよい。
【0214】
【発明の効果】
本発明により、金属元素を用いて非晶質部分を有する半導体膜を結晶化するため、非常に結晶性が優れた膜が形成できるため、電解効果移動度の高いTFTを作製することができる。また結晶化に用いた金属元素をゲッタリングさせるため、TFTの信頼性、安定性が優れる。また、金属元素をゲッタリングするための領域を、ソースやドレインとして機能するn型やp型の不純物領域に含むようにしたため、素子の集積化が容易になる。また、ゲッタリング領域のリン、アンチモンの濃度プロファイルを規定することにより、各位実に再結晶化させることができるため、歩留まりの向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のn型不純物領域(ゲッタリング領域)の15族元素の濃度分布図。
【図2】 本発明のゲッタリング領域のリン、ボロンの濃度分布図。
【図3】 本発明のTFTの作製工程を示す断面図。
【図4】 本発明のTFTの作製工程を示す断面図。
【図5】 本発明のTFTの作製工程を示す断面図。
【図6】 本発明のTFTの作製工程を示す断面図。
【図7】 本発明のTFTの作製工程を示す断面図。
【図8】 本発明のTFTの作製工程を示す断面図。
【図9】 本発明のTFTの作製工程を示す断面図。
【図10】 本発明のTFTの作製工程を示す断面図。
【図11】 本発明の液晶パネルの断面図。
【図12】 モジュール化された液晶パネルの概略の斜視図。
【図13】 アクティブマトリクス基板のブロック図。
【図14】 無しきい値反強誘電性混合液晶の特性図
【図15】 本発明のEL表示装置の上面図及び断面図。
【図16】 本発明のEL表示装置の画素部の断面図。
【図17】 本発明のEL表示装置の画素部の上面図、およびその回路図。
【図18】 本発明のEL表示装置の断面図。
【図19】 本発明のEL表示装置の画素部の回路図。
【図20】 本発明のEL表示装置の画素部の回路図。
【図21】 本発明のEL表示装置の画素部の回路図。
【図22】 電子機器の応用例。
【図23】 プロジェクターへの応用例。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using a crystalline semiconductor film. Note that the semiconductor device of the present invention is not limited to an element such as a thin film transistor or a MOS transistor, but also an electronic apparatus having a semiconductor circuit formed of these insulated gate semiconductor elements, or an electro-optic display device including an active matrix substrate (typically The category also includes electronic devices such as personal computers and digital cameras equipped with liquid crystal display devices and EL display devices.
[0002]
[Prior art]
Currently, a thin film transistor (TFT) is known as a semiconductor element using a semiconductor film. The TFT is used as a switching element in the pixel portion of the active matrix liquid crystal display device. In recent years, a TFT can be manufactured using a polycrystalline silicon film having a higher mobility than an amorphous silicon film as a semiconductor layer, and the mobility of the TFT has been increased. As a result, not only the pixel portion but also the driver circuit can be manufactured on the same substrate.
[0003]
Conventionally, in order to form a polycrystalline silicon film, a method of directly forming a polycrystalline silicon film by raising the substrate temperature by a CVD method and a method of forming amorphous silicon by a CVD method or a sputtering method, There are known a method of crystallizing in a solid phase by heating at a temperature of 1100 ° C. for 20 to 48 hours, and a method of melting and recrystallizing an amorphous silicon film by irradiation with an excimer laser. The polycrystalline silicon film obtained by crystallizing the amorphous silicon film has larger crystal grains than the polycrystalline silicon film formed directly on the substrate, and the characteristics of the manufactured semiconductor element are also good.
[0004]
When crystallization is performed by heat treatment, when a glass substrate is used, the upper limit of the crystallization process temperature is about 600 ° C., and the crystallization process takes a long time. Further, the temperature of 600 ° C. is close to the lowest temperature for crystallizing silicon, and if it becomes 500 ° C. or less, it cannot be crystallized in industrial time.
[0005]
In order to shorten the crystallization time, it is sufficient to use a quartz substrate having a high strain point and raise the heating temperature to about 1000 ° C. However, the quartz substrate is very expensive compared to the glass substrate, and the area is increased. It is difficult. On the other hand, glass substrates have the advantages of being inexpensive and easy to increase in area, but having the disadvantage of low heat resistance. Corning 7059 glass widely used in active matrix liquid crystal display devices has a glass strain point of 593 ° C., and heating at a temperature of 600 ° C. or higher for several hours may cause the substrate to warp or bend. It is. For this reason, the crystallization process is required to have a low temperature and a short time so that a glass substrate such as Corning 7059 glass can be used.
[0006]
Crystallization technology using an excimer laser is one of the technologies that enables process temperature reduction and time reduction. Excimer laser light can give a semiconductor film energy in a short period of time comparable to thermal annealing at around 1000 ° C. with little thermal effect on the substrate, and can form a highly crystalline semiconductor film. it can. However, since the excimer laser varies in energy distribution on the irradiated surface, it is difficult to make the crystallinity of the obtained crystalline semiconductor film uniform, and it is difficult to make the characteristics of each TFT element uniform. .
[0007]
Therefore, the present applicant has intensively studied a technique for lowering the crystallization temperature using heat treatment, and disclosed the results in JP-A-6-232059, JP-A-7-321339, and the like. Yes. The technique of the above publication obtains a crystalline silicon film by thermal annealing in a state where a metal element for promoting crystallization is slightly added to an amorphous silicon film. With this crystallization technique, it has become possible to form crystalline silicon by thermal annealing at 450 to 600 ° C. for 4 to 12 hours.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, this crystallization technique has a problem that the metal element used for promoting crystallization remains in the crystalline silicon film. Since the metal element impairs the semiconductor characteristics of the silicon film, it becomes a cause of impairing the stability and reliability of the TFT characteristics.
[0009]
In order to solve this problem, the present inventor has developed a technique (gettering technique) for removing a crystallization promoting element from a crystalline silicon film, and disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-270363. That technique is to selectively add phosphorus to the crystalline silicon film and perform thermal annealing. By thermal annealing, nickel in the region where phosphorus is not added diffuses into the phosphorus-added region and is captured in this region, and as a result, the metal element concentration in the region where the additive is not added is lowered. The thermal annealing temperature could be 600 ° C. or lower that the glass substrate can withstand. However, there is a drawback that the processing time is more than 10 hours. In addition, since the phosphorus-added region is formed, a region where an element can be formed is limited, which prevents high integration.
[0010]
An object of the present invention is to provide a technique for solving the above-described problems and improving the removal efficiency of a metal element and realizing high integration in a technique of forming a crystalline silicon film using a metal element. It is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, in the present invention, after crystallizing a semiconductor film using a metal element that promotes crystallization, a
[0012]
Since the diffusion distance of the metal element becomes longer as the region (gettering region) added with the
[0013]
In the present invention, a semiconductor crystallized using a metal element that promotes crystallization is a semiconductor having an amorphous portion. The semiconductor is specifically a semiconductor containing silicon as a main component, a semiconductor containing germanium as a main component, or a compound semiconductor of silicon and germanium, and its crystallinity is amorphous or microcrystalline. The microcrystal is a mixed phase of microcrystal and amorphous including crystal grains having a size of several nm to several tens of nm. The semiconductor film may be formed to a thickness of 10 to 150 nm, and is formed by a chemical vapor phase method such as a plasma CVD method or a low pressure CVD method, or a physical vapor phase method such as a sputtering method.
[0014]
The metal element that promotes crystallization is an element having a catalytic action that particularly promotes crystallization of silicon. From Ni, Fe, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au. One selected element or a plurality of elements can be used. Ni (nickel) has the highest effect of promoting crystallization.
[0015]
In order to introduce a metal element that promotes crystallization into the semiconductor film, a method of adding the metal element to the semiconductor film by an ion doping method, an ion implantation method, a diffusion method, or the like can be used. Alternatively, a film containing a metal element may be formed on the upper surface or the lower surface of the semiconductor film. In order to form a film containing a metal element, a coating method using a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, a spinner, or the like may be used. The metal element film may be a metal element film, a film made of the metal compound thereof, typically a film made of silicide. For example, when Ni is used for the metal element, a nickel film or a nickel silicide film may be formed.
[0016]
In the case of using the coating method, nickel bromide, nickel acetate, nickel oxalate, nickel carbonate, nickel chloride, nickel iodide, nickel nitrate, nickel sulfate, etc. as a solute, water, alcohol, acid, A solution containing ammonia as a solvent or a solution containing nickel element as a solute and a solvent selected from benzene, toluene, xylene, carbon tetrachloride, chloroform and ether can be used. Alternatively, a material such as an emulsion in which nickel is dispersed in a solvent may be used even if nickel is not completely dissolved.
[0017]
Alternatively, a method of forming an oxide film containing nickel by dispersing nickel alone or a nickel compound in a solution for forming an oxide film may be used. As such a solution, Oka (Ohka Diffusion Source) manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd. can be used. If this OCD solution is used, a silicon oxide film can be easily formed by coating on the surface to be formed and baking at about 200 ° C. The same applies to other metal elements.
[0018]
Here, either the film containing the metal element or the semiconductor film may be formed first. If the semiconductor film is formed first, the film containing the metal element that promotes crystallization is formed on the semiconductor film. After that, a film containing a metal element that promotes crystallization is formed under the semiconductor film.
[0019]
The film containing the metal element is not only formed in contact with the semiconductor film, but an oxide film having a thickness of about several nm to 10 nm, a natural oxide film, or the like is provided between the semiconductor film and the film containing the metal element film. May be present. In the crystallization process of the semiconductor film described below, it is sufficient that the metal element can be diffused from the film containing the metal element into the semiconductor film. The thickness of the oxide film or the natural oxide film is about several nm to 10 nm. That is no problem with crystallization.
[0020]
In order to crystallize a semiconductor film including an amorphous part, the semiconductor film is heated by thermal annealing or light annealing, and the metal element moves within the semiconductor film while reacting silicon or germanium (nucleic acid). Let While the metal element moves, it exerts a catalytic action on the molecular chain in an amorphous state to crystallize the semiconductor film. Regarding the action of the metal element, the present applicant discloses in Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-244103 and 6-244104.
[0021]
Silicon in contact with the metal element is bonded to the metal element, and silicide is formed. It was found that the crystallization proceeds due to the reaction between the silicide and the amorphous silicon bond. This is because the interatomic distance between the metal element that promotes crystallization and silicon is very close to the interatomic distance of single crystal silicon, and the Ni—Si distance is closest to the single crystal Si—Si distance. 6% shorter.
[0022]
When the reaction of crystallizing an amorphous silicon film using Ni is modeled, Si [a] -Ni (silicide) + Si [b] -Si [c] (amorphous)
→ Si [a] -Si [b] (crystallinity) + Ni-Si [c] (silicide). In the reaction formula, the indices [a], [b], and [c] represent Si atom positions.
[0023]
This reaction formula shows that the Ni [a] -Si [b] distance is almost the same as that of the single crystal because the Ni atom in the silicide is replaced with the Si [b] atom of the amorphous silicon. ing. Further, it is shown that Ni is crystal-grown while diffusing in the semiconductor film.
[0024]
In order to give energy for advancing the crystallization reaction, thermal annealing at 450 ° C. or higher may be performed in a heating furnace. The upper limit of the thermal annealing temperature is 650 ° C. When the temperature exceeds 650 ° C., the crystallization of the semiconductor film proceeds even in a portion that does not react with the metal element that promotes crystallization, and the crystal grains cannot be increased, and the grain size also varies.
[0025]
Further, as a method for solid phase growth equivalent to the heat treatment in the heating furnace, light annealing that irradiates infrared light can be used. As light annealing using infrared light, an RTA method is known in which infrared light having a peak at a wavelength of 0.6 to 4 μm, more preferably 0.8 to 1.4 μm, is irradiated for several tens to several hundreds of seconds. Since the absorption coefficient for infrared light is high, the semiconductor film is heated to 800 to 1100 ° C. in a short time by irradiation with infrared light. However, in the RTA method, since the irradiation time becomes long, heat is easily absorbed by the substrate. When a glass substrate is used, attention must be paid to the warpage of the substrate.
[0026]
By the way, the reaction formula showing the above crystallization model shows that when crystallization is completed, Ni is bonded to Si and is localized at the terminal end (or the tip of crystal growth). Show. That is, NiSi x In the silicidated state represented by the formula, the film is irregularly distributed in the crystallized film. The presence of such silicide is due to FPM (50% HF and 50% H 2 O 2 Can be confirmed by etching the crystallized silicon film in about 30 seconds. A portion where silicide is formed by etching becomes a hole.
[0027]
In the present invention, in order to remove (getter) the metal element present in the crystallized semiconductor film, the
[0028]
A region where a metal element that promotes crystallization is reduced (a gettering region) includes at least a region that serves as a channel formation region. Switching characteristics and mobility values are greatly affected by the characteristics of the channel formation region. If the metal element that promotes crystallization remains in the channel formation region, the characteristics of the semiconductor are impaired, which causes the stability and reliability of the device to be impaired.
[0029]
Further, it is preferable that the gettering region includes a low-concentration impurity region that is bonded to the channel formation region in addition to the region to be the channel formation region. The low-concentration impurity region is a region formed in order to reduce a leakage current when a reverse bias voltage is applied or to suppress deterioration due to hot carriers. Therefore, by reducing the metal element that promotes crystallization remaining in the low-concentration impurity region, it is possible to manufacture an element that is stable and reliable with respect to reduction of leakage current. Note that the low concentration impurity region is a region in which the impurity concentration that determines the conductivity type of the source / drain is lower than that of the source region or the drain region, and the impurity concentration is 1 × 10 6. 16 ~ 1x10 19 atoms / cm Three It is.
[0030]
The concentration of the
[0031]
Therefore, in the present invention, a region to which phosphorus or antimony for capturing a metal element is added is included in the semiconductor film of the semiconductor element. With this configuration, the gettering region approaches the channel formation region, and at the same time, the region in which the element can be formed in the semiconductor film is widened, so that integration is facilitated.
[0032]
For example, in an n-channel TFT, at least one of an n-type source region and a drain region may include a
[0033]
In order to add phosphorus and antimony to the semiconductor film, a gas phase method such as a plasma doping method without mass separation or an ion implantation method with mass separation can be given. When such an addition method is used, the crystallinity of the region to which the element is added is impaired. As described above, the region used for gettering the metal element is included in the n-type high-concentration impurity region and the p-type high-concentration impurity region provided in the semiconductor film of the semiconductor element. It is necessary to restore the property (recrystallization). In the present invention, since the step of recovering crystallinity is combined with the step of thermal annealing for gettering the metal element, phosphorus annealing is performed so that the n-type impurity region can be recrystallized by thermal annealing at about 500 to 650 ° C. Add antimony.
[0034]
Since the crystallinity is impaired as the concentration of the impurity to be added becomes higher, the recrystallization becomes difficult. Therefore, in the present invention, the concentration distribution of phosphorus or antimony in the thickness direction of the semiconductor film is defined in the gettering region so as to be recrystallized. FIG. 1 is an example of the concentration profile (concentration distribution in the depth direction) of the
[0035]
The maximum concentration of the
[0036]
Furthermore, in the present invention, it has been found that a gettering effect higher than that of only phosphorus or antimony can be obtained by adding not only a
[0037]
Therefore, at least one of the source region and the drain region of the p-channel TFT can include a p-type impurity region for gettering the metal element. The
[0038]
In the p-type impurity region used as a gettering region in the present invention, boron is added to both phosphorus (or antimony), but since the atomic weight of boron is smaller than that of silicon or germanium, a crystallized semiconductor is formed by doping boron. It is considered that the crystallinity of the film is not significantly impaired. Therefore, the boron concentration profile in the gettering region may be higher than that of the
[0039]
SIMS (mass secondary ion analysis) may be used to measure the concentration profiles of phosphorus, antimony, and boron. FIG. 2 shows phosphorus and boron concentration profiles measured by SIMS. FIG. 2 shows an example of the phosphorus and boron concentration profiles in the p-type silicon film used for the gettering region. The thickness of the silicon film is about 50 nm. Phosphorus and boron were added by an ion doping method. As the doping gas, phosphine was used for phosphorus and diborane was used for boron. Both gases are diluted with hydrogen. The acceleration voltage is 10 keV for both phosphorus and boron, and the set dose is 1.5 × 10 5 for phosphorus. 13 ions / cm 2 Boron is 7.8 × 10 14 ions / cm 2 It was.
[0040]
By the thermal annealing for gettering, the metal element is removed from the region where the
[0041]
Currently, the lower limit of detection by SIMS is 2 × 10. 17 atoms / cm Three Therefore, it is not possible to examine the concentration below that. However, the gettering process described herein at least 1 × 10 14 ~ 1x10 15 atoms / cm Three It is estimated that the metal elements that promote crystallization are reduced to a certain extent. By forming the channel formation region using a semiconductor with reduced metal elements in this manner, the reliability of the TFT can be increased.
[0042]
On the other hand, in an n-type impurity region or a p-type impurity region gettered with a metal element, the concentration of the metal element is 1 × 10 5. 18 atoms / cm Three 1 × 10 18 ~ 1x10 twenty one atoms / cm Three It becomes. The metal concentration is defined by the maximum value measured by SIMS.
[0043]
For example, when a metal element that promotes crystallization is Ni and an n-type impurity region in which phosphorus (P) is added to the gettering region is used, nickel gettered in the n-type impurity region is NiP. 1 , NiP 2 Ni 2 ... exists in a combined state. Since this bonding state is very stable, even if a region where the metal element is gettered is included in the source region or the drain region, the operation of the TFT is hardly affected.
[0044]
Further, since the n-type or p-type impurity region gettered with the metal element is doped with the
[0045]
In the present invention, the laser light or strong light having the same intensity as the laser light (e.g., emitted from a halogen lamp) is applied to the crystallized crystalline semiconductor film before the thermal annealing for reducing the metal element for promoting crystallization. By performing light annealing using infrared light or ultraviolet light emitted from an ultraviolet lamp, this thermal annealing can be performed at a low temperature and with a shorter time.
[0046]
Metal element is NiSi x As described above, they are distributed in the semiconductor film in a state of being bonded to molecules. The molecular bond is broken by the energy of light annealing, and the metal element that promotes crystallization is put into an atomic state, or the molecular bond energy is lowered, so the metal element remaining in the semiconductor film is crystalline. It is considered that the semiconductor film is easily moved.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0048]
[Embodiment 1]
The present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. This embodiment relates to a manufacturing process of an n-channel TFT, and an n-type high-concentration impurity region serving as a source region and a drain region is used as a gettering region.
[0049]
As shown in FIG. 3A, a
[0050]
The
[0051]
Further, as the
[0052]
A semiconductor film having an amorphous part is formed in contact with the surface of the
[0053]
Next, a metal element that promotes crystallization is introduced into the semiconductor film having an amorphous portion. Here, nickel is used as the metal element, and a
[0054]
A nickel acetate solution is applied to the surface of the amorphous silicon film 12 by a spinner, and this state is maintained for several minutes. By drying using a spinner, a
[0055]
Here, before applying the nickel acetate solution, in order to improve the wettability of the surface of the amorphous silicon film, a very thin silicon oxide film of about several nm is formed by irradiation with UV light. Since the silicon oxide film is thin, nickel can pass through the silicon oxide film and react with amorphous silicon from the
[0056]
In the heating furnace, the amorphous silicon film 12 introduced with nickel is thermally annealed to crystallize to form a
[0057]
Next, in the
[0058]
Here, in the element formation region 18, a region that becomes a channel formation region and a low concentration impurity region of the semiconductor layer is covered with a
[0059]
A
[0060]
Next, the
[0061]
After removing the
[0062]
Next, a gate insulating film 24 is formed so as to cover the island-shaped semiconductor film 19, and phosphorus is added to the island-shaped semiconductor film 19 using the
[0063]
As a result of doping, a
[0064]
After doping, excimer laser irradiation is performed to activate phosphorus added to the source /
[0065]
[Embodiment 2]
The present embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in the nickel introduction method, and the rest is the same as the first embodiment.
[0066]
A base film 51 is formed on the surface of the substrate 50. As a semiconductor film including an amorphous portion, an amorphous silicon film is formed by a low pressure thermal CVD method. The film thickness of the amorphous silicon film is 55 nm.
[0067]
A 120 nm thick silicon oxide film is formed on the amorphous silicon film 52 and an opening is formed as a
[0068]
Next, a solution in which nickel acetate containing nickel of 10 ppm by weight is dissolved in ethanol is applied by spin coating and dried to form a
[0069]
Next, thermal annealing is performed at 570 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere to crystallize the amorphous silicon film 52 and form a crystalline silicon film 56. When the amorphous silicon film 52 is exposed at the opening, the reaction between nickel and silicon starts in the
[0070]
As described above, the crystallization of silicon proceeds preferentially from the nickel silicide reacted in the
[0071]
According to TEM (transmission electron microscopy) observation, the crystal grains in the crystalline silicon film 56 were rod-shaped or flat rod-shaped, and the orientations of these crystal grains were almost uniform. Almost all of these crystal grains are roughly {110} oriented, the directions of the <100> axis and the <111> axis are the same for each crystal grain, and the <110> axis is slightly less than 2 ° between the crystal grains. It is shaking. Thus, since the orientations of the crystal axes are uniform, the bonding of atoms at the crystal grain boundary becomes smooth and there are few unpaired bonds.
[0072]
Since conventional polycrystalline silicon has irregular crystal axis directions for each crystal grain, there are many atoms that cannot be bonded at grain boundaries. In this respect, the crystalline structure of the crystalline silicon film of this embodiment is completely different from that of the conventional polycrystalline silicon film. The crystalline silicon film has almost no atomic bonds at the crystal grain boundary, and the two crystal grains are joined together with extremely good consistency, so that the crystal lattice is continuously connected at the crystal grain boundary, resulting in crystal defects. It is very difficult to generate trap levels due to the above.
[0073]
After removing the
[0074]
Phosphorus is added by an ion doping apparatus to selectively form a phosphorus addition region. The doping conditions are phosphine diluted to 5% with hydrogen as doping gas,
[0075]
Then, after forming the phosphorus-added
[0076]
After thermal annealing for gettering, the silicon film is patterned into an island shape to form an island-shaped semiconductor film 61. The island-like semiconductor film 61 is made up of n-
[0077]
[Embodiment 3]
This embodiment will be described with reference to FIGS. This embodiment relates to a process for forming a CMOS circuit by forming an n-channel TFT and a p-channel TFT on the same substrate, and the source / drain region of each TFT is made a region for gettering a metal element. An example used is shown.
[0078]
A 300 nm-thick silicon oxide film is formed as a
[0079]
Phosphorous concentration is carried out using phosphine diluted to 5% with hydrogen as a doping gas, an acceleration voltage of 10 kV, and a set dose of 1.5 × 10. 13 ions / cm 2 And
[0080]
The crystalline silicon film 102 is patterned into an island shape to form island-
[0081]
Next, SiH is performed by plasma CVD. Four And N 2 A
[0082]
After the
[0083]
A mask 120 for adding boron to the island-shaped semiconductor film 106 is formed using a resist. Diborane diluted to 5% with hydrogen is used as a doping gas. Acceleration voltage 10kV, set dose amount 7.8 × 10 14 ions / cm 2 And
[0084]
The p-type high
[0085]
The mask 120 is removed and thermal annealing is performed at 600 ° C. for 8 hours. By thermal annealing, nickel in the
[0086]
An interlayer insulating
[0087]
[Embodiment 4]
8 to 10, this embodiment relates to an active matrix liquid crystal display device, and describes a method for manufacturing an active matrix substrate in which a pixel portion and a driving circuit for driving TFTs in the pixel portion are formed on the same substrate. To do. However, in order to simplify the description, in the driver circuit, a manufacturing process of a CMOS circuit which is a basic circuit such as a shift register circuit and a buffer circuit and an n-channel TFT forming a sampling circuit will be described.
[0088]
A base film in which a silicon oxynitride film having a thickness of 50 nm and a silicon oxide film having a thickness of 150 nm are stacked is formed on the surface of the
[0089]
Thermal annealing is performed at 600 ° C. for 8 hours to crystallize the amorphous silicon film 202 to form a crystalline silicon film 204. By thermal annealing, nickel in the film 203 reacts with silicon in the amorphous silicon film 202 to form nickel silicide, while nickel diffuses toward the base film 201 to promote crystallization.
[0090]
A protective film 205 is formed over the crystalline silicon film 204. The protective film 205 is formed using a silicon nitride oxide film or a silicon oxide film having a thickness of 100 to 200 nm (preferably 130 to 170 nm). The protective film 205 is meaningful to prevent the crystalline silicon film 204 from being directly exposed to plasma during doping and to enable fine concentration control.
[0091]
A mask 206 made of a resist is formed on the protective film 205. Boron is selectively added through the protective film 205. Diborane (B 2 H 6 Was excited by plasma without mass separation, and boron was added. Boron is 1 × 10 15 ~ 1x10 18 atoms / cm Three Typically 5 × 10 16 ~ 5x10 17 atoms / cm Three ). (FIG. 8C) This step is a step of adding an impurity imparting p-type conductivity to a semiconductor to a channel region in order to control the threshold voltage of the n-channel TFT. This process is called. (Fig. 8 (C))
[0092]
The mask 206 was removed, and a resist
[0093]
The mask 207 and the protective film 205 are removed, and light annealing is performed with laser light. Pulsed excimer laser light is shaped into a line and irradiated. The laser annealing conditions are as follows: KrF gas is used as the excitation gas, the processing temperature is room temperature, the pulse oscillation frequency is 30 Hz, and the laser energy density is 100 to 300 mJ / cm. 2 (Typically 150-250mJ / cm 2 ). (Fig. 8 (E))
[0094]
The optical annealing is for activating the added phosphorus and boron and for recrystallizing the amorphous semiconductor film at the time of doping, so that nickel remaining in the crystalline silicon film 204 can be easily diffused. It is.
[0095]
Next, the crystalline silicon film 204 is patterned into an island shape to form island-shaped
[0096]
Next, a
[0097]
A 50-nm-thick tungsten nitride (WN)
[0098]
The
[0099]
Using the gate wirings 219 to 220 as masks, phosphorus is added to form n-type low
[0100]
The
[0101]
By exposing the active layer in this way, the acceleration voltage can be lowered in the next impurity element addition step. As a result, the throughput is improved because the required dose is small. The gate insulating film may be left without etching, and the impurity region may be formed by through doping.
[0102]
Next, a resist
[0103]
The n-type high-concentration impurity region produced in this phosphorus doping process functions as a gettering region for gettering nickel contained in the channel formation region and the low-concentration impurity region of the TFT. (Fig. 9 (F))
[0104]
Next, the
[0105]
After removing the
[0106]
Further, a heat treatment was performed at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen to perform a step of hydrogenating the island-shaped semiconductor film. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with thermally excited hydrogen. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.
[0107]
After the thermal annealing for activation and gettering is completed, a silicon oxide film having a thickness of 800 nm is formed on the first
[0108]
Contact holes reaching the source region or drain region of each TFT are formed in the
[0109]
As the
[0110]
In the pixel portion, an aluminum film containing 1 wt% titanium is formed on the third
[0111]
It is possible to form not only the shielding film but also other connection wirings by the aluminum film containing titanium. For example, a connection wiring that connects the circuits in the control circuit can be formed. However, in that case, it is necessary to form a contact hole in the third interlayer insulating film in advance before forming the material for forming the shielding film or the connection wiring.
[0112]
Next, an
[0113]
Next, a contact hole reaching the
[0114]
At this time, the
[0115]
Thus, an active matrix substrate having a drive circuit and a pixel circuit is completed on the same substrate. In FIG. 10C, a p-channel TFT 301 and n-
[0116]
A
[0117]
The island-shaped semiconductor film of the n-channel TFT 302 in the driver circuit overlaps with the gate wiring through the gate insulating film on the
[0118]
In the island-shaped semiconductor film of the n-
[0119]
The island-shaped semiconductor film of the
[0120]
In this embodiment, the structure of the TFT forming each circuit can be optimized according to the circuit specifications required by the pixel circuit and the control circuit, and the operation performance and reliability of the semiconductor device can be improved. Specifically, n-channel TFTs place high importance on high-speed operation or hot carrier countermeasures on the same substrate by changing the arrangement of n-type low-concentration impurity regions according to circuit specifications and using Lov regions or Loff regions. This makes it possible to manufacture TFTs and TFTs that emphasize low-off current operation.
[0121]
For example, in the case of an active matrix liquid crystal display device, this structure of the n-channel TFT 302 is suitable for a control circuit such as a shift register circuit, a frequency dividing circuit, a signal dividing circuit, a level shifter circuit, or a buffer circuit that places importance on high speed operation. . That is, by arranging the Lov region only on one side (drain region side) of the channel formation region, a structure in which the resistance component is reduced as much as possible and the hot carrier countermeasure is emphasized. This is because in the case of the above circuit group, the functions of the source region and the drain region are not changed and the direction in which carriers (electrons) move is constant. However, the Lov region can be formed so as to be bonded to both sides of the channel formation region as necessary.
[0122]
The structure of the n-
[0123]
The structure of the n-
[0124]
The length (width) of the
[0125]
Further, in the present embodiment, an alumina film having a high relative dielectric constant of 7 to 9 is used as the dielectric of the storage capacitor, thereby making it possible to reduce the area for forming the necessary capacitance. Furthermore, by using the shielding film formed on the pixel TFT as one electrode of the storage capacitor as in this embodiment, the aperture ratio of the image display unit of the active matrix liquid crystal display device can be improved.
[0126]
Note that the present invention is not necessarily limited to the structure of the storage capacitor shown in this embodiment. For example, the storage capacitor structure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-133463 and Japanese Patent Application No. 10-254097 by the applicant can be used.
[0127]
[Embodiment 5] In this embodiment, a process for manufacturing an active matrix liquid crystal panel from an active matrix substrate will be described.
[0128]
As shown in FIG. 11, an alignment film 401 is formed on an active matrix substrate manufactured according to the manufacturing process of Embodiment 4. In this embodiment, a polyimide film is used as the alignment film. Further, a counter electrode 403 and an alignment film 404 are formed over the counter substrate 402. Note that a color filter or a shielding film may be formed on the counter substrate as necessary.
[0129]
Next, the alignment film is rubbed so that the liquid crystal molecules are aligned with a certain pretilt angle. Then, the active matrix substrate on which the pixel circuit and the control circuit were formed and the counter substrate were bonded to each other through a sealing material, a spacer (both not shown) and the like by a known cell assembling process. Thereafter, liquid crystal 405 is injected between both substrates and completely sealed with a sealant (not shown). A known liquid crystal material may be used for the liquid crystal. Thus, the active matrix type liquid crystal display device shown in FIG. 11 is completed.
[0130]
Next, the configuration of the active matrix liquid crystal display device will be described with reference to the perspective view of FIG. Note that FIG. 12 is denoted by the same reference numeral in order to correspond to the cross-sectional structure diagrams of FIGS. The active matrix substrate includes a
[0131]
Embodiment 6 FIG. 13 shows an example of a circuit configuration of the active matrix substrate shown in Embodiment 4. The active matrix substrate of this embodiment includes an image signal control circuit 701, a scanning signal control circuit (A) 707, a scanning signal control circuit (B) 711, a precharge circuit 712, and a pixel circuit 706. In this specification, the control circuit is a generic name including the image signal processing circuit 701 and the scanning
[0132]
The image signal control circuit 701 includes a shift register circuit 702, a level shifter circuit 703, a buffer circuit 704, and a sampling circuit 705. The scanning signal control circuit (A) 707 includes a
[0133]
Here, the
[0134]
In addition, the
[0135]
The sampling circuit 705 has a driving voltage of 14 to 16 V. However, since the source region and the drain region are inverted and the off-current value needs to be reduced, the CMOS including the n-
[0136]
Further, since the pixel circuit 706 requires a driving voltage of 14 to 16 V and a lower off-current value than the sampling circuit 705, the pixel circuit 706 preferably has a structure in which the Lov region is not disposed, as illustrated in FIG. It is desirable to use the n-
[0137]
Note that the structure of this embodiment mode can be easily realized by manufacturing a TFT in accordance with the manufacturing process shown in Embodiment Mode 1. Further, in the present embodiment, only the configuration of the pixel circuit and the control circuit is shown. However, according to the manufacturing process of the first embodiment, in addition, a signal dividing circuit, a frequency divider circuit, a D / A converter circuit, an operational amplifier circuit, γ It is also possible to form a correction circuit, and further a signal processing circuit (also referred to as a logic circuit) such as a memory circuit or a microprocessor circuit on the same substrate.
[0138]
As described above, the present invention provides a semiconductor device including at least a pixel circuit and a control circuit for controlling the pixel circuit on the same substrate, for example, a semiconductor including a signal processing circuit, a control circuit, and a pixel circuit on the same substrate. An apparatus can be realized.
[0139]
[Embodiment 7] Various liquid crystals can be used in addition to the TN liquid crystal in the liquid crystal display device manufactured by the above example. For example, 1998, SID, "Characteristics and Driving Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability" by H. Furue et al., 1997, SID DIGEST, 841, "A Full -Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time "by T. Yoshida et al., 1996, J. Mater. Chem. 6 (4), 671-673," Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to The liquid crystal disclosed in "displays" by S. Inui et al. or US Pat. No. 5,945,569 can be used.
[0140]
A liquid crystal exhibiting an antiferroelectric phase in a certain temperature range is called an antiferroelectric liquid crystal. Among mixed liquid crystals having antiferroelectric liquid crystals, there is a so-called thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal that exhibits electro-optic response characteristics in which transmittance continuously changes with respect to an electric field. This thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal has a V-shaped electro-optic response characteristic, and a drive voltage of about ± 2.5 V (cell thickness of about 1 μm to 2 μm) is also found. ing.
[0141]
Here, FIG. 14 shows an example of the light transmittance characteristics of the thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal exhibiting a V-shaped electro-optic response with respect to the applied voltage. The vertical axis of the graph shown in FIG. 14 is the transmittance (arbitrary unit), and the horizontal axis is the applied voltage. The transmission axis of the polarizing plate on the incident side of the liquid crystal display device is set to be substantially parallel to the normal direction of the smectic layer of the thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal that substantially coincides with the rubbing direction of the liquid crystal display device. . Further, the transmission axis of the output-side polarizing plate is set to be substantially perpendicular (crossed Nicols) to the transmission axis of the incident-side polarizing plate.
[0142]
As shown in FIG. 14, it can be seen that when such a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal is used, low voltage driving and gradation display are possible.
[0143]
When such a low-voltage thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal is used in a liquid crystal display device having an analog driver, the power supply voltage of the image signal sampling circuit is suppressed to about 5V to 8V, for example. Is possible. Therefore, the operating power supply voltage of the driver can be lowered, and low power consumption and high reliability of the liquid crystal display device can be realized.
[0144]
Further, even when such a low-voltage thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal is used in a liquid crystal display device having a digital driver, the output voltage of the D / A conversion circuit can be lowered. The operating power supply voltage of the A conversion circuit can be lowered, and the operating power supply voltage of the driver can be lowered. Therefore, low power consumption and high reliability of the liquid crystal display device can be realized.
[0145]
Therefore, using such a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal driven at a low voltage makes it possible to use a TFT (for example, 0 nm to 500 nm or 0 nm to 200 nm) having a relatively small LDD region (low concentration impurity region). It is also effective when used.
[0146]
In general, the thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal has a large spontaneous polarization, and the dielectric constant of the liquid crystal itself is high. For this reason, when a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal is used in a liquid crystal display device, a relatively large storage capacitor is required for the pixel. Therefore, it is preferable to use a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal having a small spontaneous polarization. Further, the driving method of the liquid crystal display device may be line-sequential driving, so that the period of writing the gradation voltage to the pixel (pixel feed period) may be lengthened to compensate for the small storage capacity. .
[0147]
In addition, since low voltage drive is implement | achieved by using such a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal, the low power consumption of a liquid crystal display device is implement | achieved.
[0148]
Any liquid crystal having electro-optical characteristics as shown in FIG. 14 can be used as the display medium of the liquid crystal display device of the present invention.
[0149]
[Embodiment 8] The method for manufacturing a TFT of Embodiment 4 can be applied to manufacture of an active matrix EL display. Examples thereof are shown in FIGS.
[0150]
In this embodiment, an example in which an EL (electroluminescence) display device is manufactured using the present invention will be described. 15A is a top view of the EL display device of the present invention, and FIG. 15B is a cross-sectional view thereof.
[0151]
In FIG. 15A,
[0152]
At this time, a
[0153]
FIG. 15B corresponds to a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 15A. A driving TFT included in the source
[0154]
In the present embodiment, a TFT having the same structure as the p-channel TFT or n-channel TFT in FIG. 11 is used as the driving
[0155]
An interlayer insulating film (planarization film) 4301 made of a resin material is formed on the driving
[0156]
An insulating
[0157]
As a method for forming the
[0158]
A conductive film containing an element belonging to Group 1 or 2 of the periodic table (typically, a conductive film in which an alkali metal element or an alkaline earth metal element is included in aluminum, copper, or silver) over the EL layer 4304
[0159]
The
[0160]
As described above, an EL element including the pixel electrode (anode) 4302, the
[0161]
As the
[0162]
However, when the emission direction of light from the EL element is directed toward the cover material, the cover material must be transparent. In that case, a transparent material such as a glass plate, a plastic plate, a polyester film or an acrylic film is used.
[0163]
As the
[0164]
Further, the
[0165]
The
[0166]
In this embodiment, the
[0167]
Here, a more detailed cross-sectional structure of the pixel portion is shown in FIG. 16, a top structure is shown in FIG. 17A, and a circuit diagram is shown in FIG. In FIG. 16, FIG. 17 (A), and FIG.
[0168]
In FIG. 16, a switching
[0169]
In this embodiment, a double gate structure in which two channel formation regions are formed is used, but a single gate structure in which one channel formation region is formed or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed may be used.
[0170]
Further, the
[0171]
A
[0172]
[0173]
An
[0174]
However, the above example is an example of an organic EL material that can be used as an EL layer, and is not necessarily limited to this. An EL layer (a layer for emitting light and moving carriers therefor) may be formed by freely combining a light-emitting layer, a charge transport layer, or a charge injection layer. For example, in the present embodiment, an example in which a low molecular weight organic EL material is used as the EL layer is shown, but a high molecular weight organic EL material may be used. It is also possible to use an inorganic material such as silicon carbide for the charge transport layer or the charge injection layer. As these organic EL materials and inorganic materials, known materials can be used.
[0175]
Next, a
[0176]
When the
[0177]
Next, the top surface structure of the pixel in this embodiment is described with reference to FIG. The source of the switching
[0178]
At this time, a storage capacitor is formed in the region indicated by 4419. The
[0179]
[Embodiment 9]
In this embodiment, an EL display device having a pixel structure different from that in Embodiment 8 will be described. FIG. 18 is used for the description. In addition, what is necessary is just to refer description of Embodiment 8 about the part to which the code | symbol same as FIG. 17 is attached | subjected.
[0180]
In FIG. 18, a TFT having the same structure as that of the n-channel TFT 302 in FIG. Needless to say, the
[0181]
In this embodiment, the
[0182]
An
[0183]
Next, an
[0184]
When the
[0185]
When the voltage applied to the EL element is a high voltage of 10 V or more, the current control TFT 4501 becomes prominent due to the hot carrier effect. In such a case, it is effective to use an n-channel TFT having the structure of the present invention as the current control TFT 4501.
[0186]
Further, the current control TFT 4501 of this embodiment forms a parasitic capacitance called a gate capacitance between the
[0187]
Note that when the voltage applied to the EL element is 10 V or less, preferably 5 V or less, the deterioration due to the hot carrier effect is not a serious problem. Therefore, an n-channel TFT having a structure in which the
[0188]
[Embodiment 10] In this embodiment, examples of a pixel structure that can be used for the pixel portion of the EL display device described in Embodiment 8 or Embodiment 9 are illustrated in FIGS. In this embodiment, 4601 is a source wiring of the switching
[0189]
FIG. 19A shows an example in which the
[0190]
FIG. 19B illustrates an example in which the
[0191]
In FIG. 19C, a
[0192]
[Embodiment Mode 11] In this embodiment mode, an example of a pixel structure of an EL display device in which the present invention is implemented is shown in FIGS. In this embodiment, 4701 is a source wiring of the switching
[0193]
In this embodiment, the
[0194]
FIG. 20A shows an example in which the
[0195]
FIG. 20B shows an example in which a
[0196]
[Embodiment 12] In this embodiment, an example of a pixel structure of an EL display device in which the present invention is implemented is shown in FIGS. In this embodiment, 4801 is a source wiring of the switching
[0197]
The drain of the erasing
[0198]
FIG. 21A illustrates an example in which the
[0199]
FIG. 21B shows an example in which a
[0200]
[Embodiment 13] The EL display device of the present invention may have a structure in which any number of TFTs are provided in a pixel. For example, four to six or more TFTs may be provided. The present invention can be practiced without being limited to the pixel structure of an EL display device.
[0201]
[Embodiment 14] An active matrix display device manufactured by using the present invention, for example, all electronic devices in which the liquid crystal panel shown in
[0202]
Such electronic devices include video cameras, digital cameras, projectors (rear type or front type), head mounted displays (goggles type displays), car navigation systems, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones or electronic books). Etc.). Examples of these are shown in FIGS.
[0203]
FIG. 22A illustrates a personal computer, which includes a main body 2001, an image input portion 2002, a display device 2003, and a
[0204]
FIG. 22B illustrates a video camera, which includes a main body 2101, a display device 2102, an
[0205]
FIG. 22C illustrates a mobile computer, which includes a main body 2201, a camera unit 2202, an
[0206]
FIG. 22D illustrates a goggle type display which includes a
[0207]
FIG. 22E shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) in which a program is recorded. The main body 2401, a
[0208]
FIG. 22F illustrates a digital camera which includes a main body 2501, a
[0209]
FIG. 23A illustrates a front projector, which includes a light source optical system, a
[0210]
FIG. 23B shows a rear projector, which includes a main body 2701, a light source optical system and
[0211]
Note that FIG. 23C is a diagram illustrating an example of the structure of the light source optical system and the
[0212]
FIG. 23D shows an example of the structure of the light source optical system 2801 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 2801 includes a reflector 2811, a light source 2812, lens arrays 2813 and 2814, a polarization conversion element 2815, and a condenser lens 2816. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 23D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, an IR film, and the like in the light source optical system.
[0213]
FIG. 23 shows an example of a three-plate projector, but a single-plate projector may be used. In this case, color display may be performed by forming a color filter on the liquid crystal panel.
[0214]
【The invention's effect】
According to the present invention, since a semiconductor film having an amorphous portion is crystallized using a metal element, a film with extremely excellent crystallinity can be formed, so that a TFT with high electrolytic effect mobility can be manufactured. In addition, since the metal element used for crystallization is gettered, the reliability and stability of the TFT are excellent. In addition, since the region for gettering the metal element is included in the n-type or p-type impurity region functioning as a source or drain, the integration of the elements is facilitated. In addition, by defining the phosphorus and antimony concentration profiles in the gettering region, each crystal can be recrystallized effectively, leading to an improvement in yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a concentration distribution chart of a
FIG. 2 is a concentration distribution diagram of phosphorus and boron in the gettering region of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a TFT of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a TFT of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a TFT of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a TFT of the present invention.
7 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a TFT of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a TFT of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a TFT of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a TFT of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a liquid crystal panel of the present invention.
FIG. 12 is a schematic perspective view of a modularized liquid crystal panel.
FIG. 13 is a block diagram of an active matrix substrate.
FIG. 14 is a characteristic diagram of thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal.
15A and 15B are a top view and a cross-sectional view of an EL display device of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a pixel portion of an EL display device of the present invention.
FIG. 17 is a top view of a pixel portion of an EL display device of the present invention and a circuit diagram thereof.
FIG. 18 is a cross-sectional view of an EL display device of the present invention.
FIG. 19 is a circuit diagram of a pixel portion of an EL display device of the present invention.
FIG. 20 is a circuit diagram of a pixel portion of an EL display device of the present invention.
FIG. 21 is a circuit diagram of a pixel portion of an EL display device of the present invention.
FIG. 22 shows an application example of an electronic device.
FIG. 23 shows an application example to a projector.
Claims (1)
下地膜を形成し、
前記下地膜上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜に半導体の結晶化を促進する金属元素を導入し、加熱処理を行うことにより前記半導体膜を結晶化し、
前記半導体膜において、前記薄膜トランジスタのチャネル形成領域及び低濃度不純物領域となる領域にマスクを形成した後、15族元素をドーピングすることにより、前記15族元素の濃度の最大値が5×1019atoms/cm3以上であり、かつ厚さ方向において前記15族元素の濃度が1×1020atoms/cm3以下である不純物領域を、前記下地膜との界面から厚さ5nm以上20nm以下で形成し、
前記半導体膜に加熱処理を行うことにより、前記金属元素が前記チャネル形成領域から前記不純物領域へとゲッタリングされ、前記チャネル形成領域の前記金属元素の濃度が5×1017atoms/cm3以下かつ、前記不純物領域は前記金属元素の濃度が1×1018atoms/cm3以上とな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 a thin film transistor,
Forming a base film,
Forming a semiconductor film on the base film;
Introducing a metal element that promotes crystallization of the semiconductor into the semiconductor film, and performing heat treatment to crystallize the semiconductor film,
Wherein the semiconductor film, after forming a mask in a region to be a channel formation region and the low concentration impurity regions of the thin film transistor, by doping the Group 15 element, the maximum value of the concentration of the group 15 element is 5 × 10 19 atoms / cm 3 or more, and the impurity regions concentration of the group 15 element is 1 × 10 20 atoms / cm 3 or less in the thickness direction, is formed below the base film with a thickness of 5nm or 20nm from the interface ,
By performing heat treatment on the semiconductor film, the metal element is gettered from the channel formation region to the impurity region, and the concentration of the metal element in the channel formation region is 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less and The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the impurity region has a concentration of the metal element of 1 × 10 18 atoms / cm 3 or more.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000134349A JP4712156B2 (en) | 1999-05-10 | 2000-05-08 | Method for manufacturing semiconductor device |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12917999 | 1999-05-10 | ||
JP11-129179 | 1999-05-10 | ||
JP1999129179 | 1999-05-10 | ||
JP2000134349A JP4712156B2 (en) | 1999-05-10 | 2000-05-08 | Method for manufacturing semiconductor device |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001028338A JP2001028338A (en) | 2001-01-30 |
JP2001028338A5 JP2001028338A5 (en) | 2008-01-24 |
JP4712156B2 true JP4712156B2 (en) | 2011-06-29 |
Family
ID=26464658
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000134349A Expired - Fee Related JP4712156B2 (en) | 1999-05-10 | 2000-05-08 | Method for manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4712156B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101301219B1 (en) | 2011-12-26 | 2013-08-28 | 연세대학교 산학협력단 | A thin film transistor and a making method thereof |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7679131B1 (en) * | 1999-08-31 | 2010-03-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device, manufacturing method thereof, and electronic device |
KR100770269B1 (en) * | 2006-05-18 | 2007-10-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | Fabricating method of thin film transistor |
KR100770268B1 (en) * | 2006-05-18 | 2007-10-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | Fabricating method of pmos thin film transistor |
KR100770266B1 (en) | 2006-11-10 | 2007-10-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | Organic light emitting diode display device and manufacturing of the same |
JP7220775B2 (en) * | 2019-03-20 | 2023-02-10 | 株式会社ジャパンディスプレイ | detector |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3539821B2 (en) * | 1995-03-27 | 2004-07-07 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for manufacturing semiconductor device |
JP3696710B2 (en) * | 1997-01-28 | 2005-09-21 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for manufacturing semiconductor device |
JPH10223531A (en) * | 1997-02-07 | 1998-08-21 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Manufacturing method for semiconductor device |
JP3544280B2 (en) * | 1997-03-27 | 2004-07-21 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for manufacturing semiconductor device |
JP3844566B2 (en) * | 1997-07-30 | 2006-11-15 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for manufacturing semiconductor device |
-
2000
- 2000-05-08 JP JP2000134349A patent/JP4712156B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101301219B1 (en) | 2011-12-26 | 2013-08-28 | 연세대학교 산학협력단 | A thin film transistor and a making method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001028338A (en) | 2001-01-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6062497B2 (en) | Liquid crystal display | |
US9910334B2 (en) | Semiconductor device and fabrication method thereof | |
US6878968B1 (en) | Semiconductor device | |
JP5656335B2 (en) | Semiconductor device | |
US6936844B1 (en) | Semiconductor device having a gate wiring comprising laminated wirings | |
JP5552553B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2000340798A (en) | Electro-optical device and preparation thereof | |
JP2000349298A (en) | Electrooptic device and manufacture thereof | |
JP2000315798A (en) | Semiconductor device and its manufacture | |
JP4531177B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP4712156B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP4850763B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP4896286B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP4776773B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP4641586B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP4700159B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JP2001274412A (en) | Method of manufacturing semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070508 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071122 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100607 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100615 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100720 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100817 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101103 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20101111 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110111 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110223 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110315 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110323 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140401 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |