JP4785258B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する金属元素を効果的に除去する方法を用いた薄膜トランジスタ(以下TFTという)で構成された回路を有する半導体装置の作製方法に関する。例えば、画素部と駆動回路を同一の基板に設けたアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される電気光学装置およびそのような電気光学装置を部品として搭載した電子機器に関する。
【0002】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、TFTとしての単体素子のみならずTFTを用いて形成される電気光学装置、そのような電気光学装置を部品として搭載した電子機器、半導体回路は全て半導体装置である。
【0003】
【従来の技術】
各種集積回路に利用されているものとして、半導体薄膜を用いたTFTがある。半導体薄膜には非晶質シリコン膜や結晶性シリコン膜があるが、非晶質シリコン膜は形成が容易であるため生産性に優れているもののTFTの電気的特性が低いため動作速度が遅く、周辺の駆動回路を一体化したアクティブマトリクス型液晶表示装置に利用したり、各種集積回路を構成したりすることができない。そのため、より特性の良い結晶性シリコン膜が用いられる。
【0004】
結晶性シリコン膜を作製する方法として、熱アニール法とレーザーアニール法がある。しかし、熱アニール法は600℃以上の高温プロセスが必要とされるために安価で大面積化が可能なガラス基板に適用できず、かつ処理時間が長いという問題点がある。また、レーザーアニール法は基板に熱的ダメージを与えることがないプロセスを実現できるものの結晶性の均一性や再現性さらには結晶化度など満足できるものが得られないという問題点がある。このような問題点を解決するための1つの手段として、所定の金属元素を用いて結晶化を助長させる方法がある。
【0005】
上記の方法には、熱アニールを用いつつ結晶化温度をガラス基板に適用可能な600℃以下に低温化した技術として本出願人により特開平7−130652号公報などに開示されている方法がある。この方法は、非晶質シリコン膜にNiに代表される金属元素を導入して熱アニールする方法で、良好な結晶性を有する結晶性シリコン膜が得られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
所定の金属元素を用いて結晶化を助長する方法を用いた場合、結晶化はこの金属元素の拡散、移動に伴って進行するため、結晶化を助長する金属元素が結晶性シリコン膜中に残留する。その結果、結晶性シリコン膜表面近傍に析出して接合リークを生じさせる他、深い準位を形成してキャリアの再結合、生成中心となるためTFTの電気的特性の安定性や信頼性を損なうという問題が生じる。そのため、この金属元素を除去あるいは低減させる技術としてゲッタリングによる種々の技術が開発されている。
【0007】
ゲッタリングの方法には、例えば、非晶質シリコン膜を金属元素により結晶化させて結晶性シリコン膜とさせた後デバイス領域となる場所を酸化膜などのマスク層で覆い、デバイス領域以外にゲッタリングに効果的なPなどの15族元素を高濃度にドーピングしてゲッタリングを促す領域(以下、ゲッタリングサイトと示す)とする方法や、同様にデバイス領域となる場所をマスキングし、その上にPなどの15族元素を高濃度含んだシリコン膜を形成しゲッタリングサイトとする方法がある。しかし、これらの方法はマスク層となる膜の形成、パターニング工程を必要とするため、マスク数が増加し製造コストの増加を招くとともに生産性が低下する。
【0008】
また別な方法として、例えばデバイスのソース、ドレイン領域をゲッタリングサイトとする方法がある。この方法では、ゲッタリングのためのパターニングが不要であるためマスク数を削減できるが、ゲッタリングサイトが容積的に限られてしまうためややゲッタリング効率が落ち、また、p-ch TFTにもドナーとなるPなどの15族元素をドーピングするため、アクセプターとなるイオンを過剰にドーピングしなけらばならず、製造コストの増加及び生産性の低下の原因となる。
【0009】
本明細書で開示する発明は、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する金属元素を利用して得られる結晶性シリコン膜を用いて作製されるTFTにおいて、その特性に当該金属元素の悪影響が及ぶことを抑制するとともに、製造コストの低下と生産性の増加が得られる技術を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の一つは、
絶縁表面上にソース領域、ドレイン領域および前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に挟まれるチャネル形成領域を有する結晶性シリコン膜と、
前記結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極と、
前記ゲート電極上に層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上にリンを含有したシリコン膜と、
前記周期表の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜上に導電層とを有する半導体装置において、
前記周期表の15族に属する不純物元素を含有するシリコン膜は前記層間絶縁膜につくられたコンタクトホールで結晶性シリコン膜のソース領域またはドレイン領域と接し、
かつ前記周期表の15族に属する不純物元素を含有するシリコン膜は前記結晶性シリコン膜の形成に要した金属元素が偏析していることを特徴とする半導体装置である。
【0011】
他の発明の構成は、
絶縁表面上にゲート電極と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上にソース領域及びドレイン領域と前記ソース領域と前記ドレイン領域との間に挟まれるチャネル形成領域を有する結晶性シリコン膜と、
前記結晶性シリコン膜上に保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜上に層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に周期表の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜と、
前記周期表の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜上に導電層とを有する半導体装置において、
前記周期表の15族に属する不純物元素を含有するシリコン膜は前記層間絶縁膜につくられたコンタクトホールで結晶性シリコン膜のソース領域またはドレイン領域と接し、
かつ前記周期表の15族に属する不純物元素を含有するシリコン膜は前記結晶性シリコン膜の形成に要した金属元素が偏析していることを特徴とする半導体装置である。
【0012】
他の発明の構成は、
絶縁表面上に非晶質シリコン膜を形成する第1の工程と、
前記非晶質シリコン膜の結晶化を助長する金属元素を添加し前記非晶質シリコン膜を結晶成長させ結晶性シリコン膜を形成する第2の工程と、
前記結晶性シリコン膜上にゲート絶縁膜を形成する第3の工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第4の工程と、
前記結晶性シリコン膜の選択された領域に不純物元素を添加してソース領域およびドレイン領域を形成する第5の工程と、
前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成する第6の工程と、
前記層間絶縁膜に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を形成する第7の工程と、
前記コンタクトホール及び前記層間絶縁膜上に周期表の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜を形成する第8の工程と、
熱アニールにより前記結晶性シリコン膜中に含まれる前記金属元素のゲッタリングを行う第9の工程と
前記周期表の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜上に導電膜を形成する第10の工程と、
を有する半導体装置の作製方法である。
【0013】
他の発明の構成は、
前記絶縁表面上にゲート電極を形成する第1の工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記ゲート絶縁膜上に非晶質シリコン膜を形成する第3の工程と、
前記非晶質シリコン膜の結晶化を助長する金属元素を添加し前記非晶質シリコン膜を結晶成長させ結晶性シリコン膜を形成する第4の工程と、
前記結晶性シリコン膜上に保護絶縁膜を形成する第5の工程と、
前記結晶性シリコン膜の選択された領域に不純物元素を添加してソース領域およびドレイン領域を形成する第6の工程と、
前記保護絶縁膜上に層間絶縁膜を形成する第7の工程と、
前記保護絶縁膜及び前記層間絶縁膜に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を形成する第8の工程と、
前記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及び前記層間絶縁膜上に周期表の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜を形成する第9の工程と、
熱アニールより前記結晶性シリコン膜中に含まれる前記金属元素のゲッタリングを行う第10の工程と
前記周期表の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜上に導電膜を形成する第11の工程と、
を有する半導体装置の作製方法である。
【0014】
上記4つの発明の構成において、周期表の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜は、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を通じて熱アニールにより非晶質シリコン膜の結晶化を助長する金属元素のゲッタリングサイトとして機能する。
【0015】
上記4つの発明の構成において、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する金属元素としてNiを用いることが好ましいことが本出願人による発明で判明している。一般に、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する金属元素としてFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au、Ge、Pb、Inから選ばれた一種類または複数種類の元素を用いることができる。
【0016】
上記4つの発明の構成において、周期表の15族に属する不純物元素は、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する金属元素をゲッタリングするための元素である。非晶質シリコン膜の結晶化を助長する金属元素としてニッケル(Ni)を選択し、ゲッタリング元素としてリン(P)を選択した場合、ゲッタリングを効果的に行うことができる。
【0017】
また、周期表の15族に属する不純物元素としてリンを選択した場合、このリンを含有したシリコン膜中のリン濃度は1×1019atoms/cm3以上である。p-chTFTにおいては、半導体層の不純物領域と前記シリコン膜とはPN接合を形成するが、前記不純物領域および前記シリコン中に含まれる不純物元素濃度が高いため、また、多結晶珪素膜中に内在する多数の結晶欠陥のために、半導体層の不純物領域とこのリンを含有したシリコン膜が接するコンタクトホール部でトンネル接合が形成され、十分低いコンタクト抵抗を得ることが出来る。
【0018】
結晶化を助長するための金属元素の導入は、イオン注入法、溶液を用いた拡散法、固体を用いた拡散法、スパッタ法やCVD法で成膜した膜から拡散させる方法、プラズマ処理法、ガス吸着法などの方法を用いることができる。また、ゲッタリング元素であるリンを含んだシリコン膜には、プラズマCVD(P-CVD)装置、減圧CVD(LP-CVD)装置、スパッタ装置などで成膜されるものが適用できる。
【0019】
また、上記4つの発明の構成において、熱アニールは非晶質シリコン膜の結晶化を助長する金属元素のゲッタリングを進行させると同時に、ソース、ドレイン領域を形成するためにドーピングされた不純物元素を活性化させることができ、ゲッタリングの進行及び不純物元素の活性化に要する熱処理工程を一括で行える。
【0020】
また、上記4つの発明の構成において、リンを含有したシリコン膜はリンを含有したシリコン膜上に導電膜を形成した後、導電膜によりセルフアラインでパターニングして、配線として機能させる。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1に発明の具体的な構成例を示す。
すなわち、基板101上に下地絶縁膜102が形成され、
下地絶縁膜102上に結晶性シリコン膜103が形成され、
チャネル形成領域103a、ソース領域またはドレイン領域103bを有する結晶性シリコン膜103、および下地絶縁膜102上にゲート絶縁膜104が形成され、
ゲート絶縁膜104上にゲート電極105が形成され、
ゲート電極105およびゲート絶縁膜104上に層間絶縁膜107が形成され、
層間絶縁膜107およびゲート絶縁膜104に結晶性シリコン膜のソース領域またはドレイン領域103bに達するコンタクトホールが形成され、
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及び層間絶縁膜107上に周期表の15族に属する不純物元素を含むシリコン膜106が形成され、周期表の15族に属する不純物元素を含むシリコン膜106上に導電膜108が形成され、
最終的に周期表の15族に属する不純物元素を含むシリコン膜106を下層にもつソース電極あるいはドレイン電極109が形成される構成となっている。
なお、本明細書において、基板表面と基板上に形成された絶縁膜の表面とを絶縁表面と称することとする。
【0022】
結晶性シリコン膜は下地絶縁膜102上に非晶質シリコン膜を形成し、結晶化を助長する金属元素を前記非晶質シリコン膜中に導入し熱アニールすることによって形成される。そのため、結晶性シリコン膜には結晶化を助長した金属元素が含まれている。また、シリコン膜106に含まれる周期表の15族に属する不純物元素は、熱アニールにより結晶化を助長した金属元素をゲッタリングする作用を持つ。
【0023】
そこで、周期表の15族に属する不純物元素を含むシリコン膜106を形成後に熱アニールを行うと、結晶性シリコン膜のソース領域又はドレイン領域103bに達するコンタクトホール(以下、それぞれソースコンタクト、ドレインコンタクトと示す)を通して、結晶化を助長する金属元素はシリコン膜106中のゲッタリング作用のあるリンにより、効果的に結晶性シリコン膜から除去される。また、周期表の15族に属する不純物元素を含むシリコン膜106形成後に熱アニールを行うことにより、基板全体にシリコン膜106が存在するため基板全体がゲッタリングサイトとなり、ソース、ドレイン領域をゲッタリングサイトとする方法と比較してゲッタリング効率が高くなる。その後、周期表の15族に属する不純物元素を含むシリコン膜106は導電膜108と共にソース電極またはドレイン電極109として機能する。
【0024】
本構成の特徴はソースコンタクト及びドレインコンタクトに接して周期表の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜を形成しこれをゲッタリングサイトとするため、従来用いられてきた酸化膜などのマスク層の形成工程やパターニング工程が不要となることにある。それにより、製造コストの低下や生産性の向上を図ることができる。
【0025】
なお、本構成は一例であり、この構成のみに限定されるものではなく、ソースコンタクト及びドレインコンタクトを通じて周期表の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜をゲッタリングサイトにし、非晶質シリコン膜の結晶化を助長した金属元素をゲッタリングするということが本発明の意図するところである。
【0026】
【実施例】
[実施例1]
本実施例では、TFTの活性層とする結晶性シリコン膜の作製方法として特開平7−130652号公報で開示されている金属元素を用いる結晶化法を応用し、CMOS回路を形成するのに必要なnチャネル型TFT(n-ch TFT)とpチャネル型TFT(p-ch TFT)を同一基板上に作製する方法について、工程に従って図2〜図5を用いて説明する
【0027】
図2(A)で示すように、基板201上に下地絶縁膜202a、202bを成膜して下地絶縁層を形成する。基板201にはバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いる。このようなガラス基板は熱処理時の温度により数ppm〜数十ppm程度収縮するため、ガラス歪み点よりも10〜20℃低い温度であらかじめ熱処理しておいても良い。また、このようなガラス基板には微量にナトリウムなどのアルカリ金属元素といった不純物元素が含まれ、このような元素が活性層内に侵入してTFTの電気的特性に影響を及ぼすことがあるため、このような元素に対するブロッキング層として下地絶縁膜202a、202bを設ける。下地絶縁膜としては、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜が適用されるが、窒化シリコン膜は不純物元素のブロッキング効果が高いという利点があるがトラップ準位が多いという欠点があり、酸化シリコン膜はバンドギャップが広く絶縁性が高くトラップ準位が低いという利点があるが不純物元素のブロッキング性が低い。そのため、窒化シリコン膜を基板側、酸化シリコン膜を活性層側に設けることによって両者の利点を活かした下地絶縁層を形成することができる。ここでは例えば、下地絶縁膜202aに窒素成分の高い酸化窒化シリコン膜を、下地絶縁膜202bに酸素成分の高い酸化窒化シリコン膜を配置する構成にする。下地絶縁膜202aはSiH4、NH3、N2Oから10〜100nm(好ましくは20〜60nm)の厚さで形成し、下地絶縁膜202bはSiH4、N2Oから10〜200nm(好ましくは20〜100nm)の厚さで形成する。
【0028】
なお、本実施例では、ガラス基板を用いているため下地絶縁膜を形成しているが、石英基板やセラミック基板もしくは金属基板を用いてもよい。なお、半導体膜に不純物元素が拡散することのない基板を用いる場合には、下地絶縁膜を形成する必要はない。
【0029】
これらの膜は従来の平行平板型のプラズマCVD法を用いて形成する。酸化窒化シリコン膜202aはSiH4を10SCCM、NH3を100SCCM、N2Oを20SCCM反応室に導入し、基板温度400℃、反応圧力0.3Torr、放電電力密度0.41W/cm2、放電周波数60MHzという条件で成膜した。この酸化窒化シリコン膜202aを成膜した後、ゴミ対策など膜を安定して供給するためにチャンバーをクリーニングしてもよい。その間、酸化窒化シリコン膜202aを成膜した基板はチャンバー外に出されるため、クリーンルーム環境の影響をうけ、汚染元素であるリンや炭素が202a表面に付着することがある。そこで、N2Oプラズマ処理を行い202a表面に付着したリンや炭素を効果的に除去してもよい。これにより、汚染元素の活性層への移動に伴うTFTの電気的特性の変動を低減させることができる。一方、酸化窒化シリコン膜202bはSiH4を4SCCM、N2Oを400SCCM反応室に導入し、基板温度400℃、反応圧力0.3Torr、放電電力密度0.41W/cm2、放電周波数60MHzという条件で成膜した。
【0030】
ここで成膜した酸化窒化シリコン膜202aは、密度が9.28×1022/cm3であり、フッ化水素アンモニウム(NH4HF2)を7.13%とフッ化アンモニウム(NH4F)を15.4%含む混合溶液(ステラケミファ社製、商品名LAL500)の20℃におけるエッチング速度が63nm/minと遅く、緻密で硬い膜である。このような膜を下地絶縁膜として用いることにより、アルカリ金属が活性層へ拡散するのを防ぐことができる。
【0031】
そしてプラズマCVD法やスパッタ法など公知の方法で非晶質シリコン膜203aを25〜80 nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで成膜して、非晶質半導体層を形成する。ここでは例えば、非晶質シリコン膜を55 nmの厚さで形成した。また、下地膜202bと非晶質シリコン膜203aは両者を連続して成膜しても良い。例えば前述のように酸化窒化シリコン膜202aと酸化窒化シリコン膜202bをプラズマCVD法で成膜後、反応ガスをSiH4、N2OからSiH4とH2あるいはSiH4のみに切り替えれば一旦大気雰囲気に晒すことなく連続成膜できる。その結果、酸化窒化シリコン膜202bの表面汚染を防ぐことが可能となり、作製するTFTの特性ばらつきやVthの変動を低減させることができる。
【0032】
そして金属元素による結晶化を行うため、重量換算で10 ppmの金属元素を含む水溶液をスピンコート法で塗布して金属元素を含有する層204を形成する。金属元素にはFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au、Ge、Pb、Inなどを用いる。この金属元素を含有する層204は、スピンコート法の他にスパッタ法や真空蒸着法によって上記金属元素の層を1〜5 nmの厚さに形成しても良い。
【0033】
そして、図2(B)に示す結晶化の工程では、まず400〜500℃で1時間程度の熱処理を行い、非晶質シリコン膜の含有水素量を5 atomic%以下にする。そして、ファーネスアニール炉を用い、窒素雰囲気中550〜600℃で1〜8時間の熱アニールを行う。以上の工程により結晶性シリコン膜203bを得ることができる。しかし、ここまでの工程で熱アニールによって作製された結晶性シリコン膜203bは、透過型電子顕微鏡などで微視的に観察すると複数の結晶粒から成り、その結晶粒の大きさとその配置は一様ではなくランダムなものである。また、ラマン分光法からスペクトルや、光学顕微鏡観察により巨視的に観察すると局所的に非晶質領域が残存していることが観察されることがある。
【0034】
このような結晶性シリコン膜203bの結晶性をより高めるために、レーザーアニール法をこの段階で実施すると有効である。レーザーアニール法では結晶性シリコン膜203bを一旦溶融状態にしてから再結晶化させるため、上記目的を達成することができる。例えば、XeClエキシマレーザー(波長308 nm)を用い、光学系で線状ビームを形成して、発振周波数5〜50Hz、エネルギー密度100〜500 mJ/cm2として線状ビームのオーバーラップ割合を80〜98%として照射する。このようにして、結晶性シリコン膜203bの結晶性をより高めることができる。
【0035】
そして、結晶性シリコン膜203b上にフォトレジストパターンを形成し、ドライエッチングによって結晶性シリコン膜を島状に分割して島状半導体層205a、206を形成し活性層とする。ドライエッチングにはCF4とO2の混合ガスを用いた。その後、プラズマCVD法や減圧CVD法、またはスパッタ法により50〜130 nmの厚さの酸化シリコン膜によるマスク層207を形成する。ここでは、減圧CVD法によって、SiH4を40SCCM、NO2を400SCCM反応室に導入し、基板温度400℃、反応圧力2Torrという条件で130nmの厚さに形成した。
【0036】
そしてフォトレジストマスク208を設け、n-ch TFTを形成する島状半導体層205aにVthを制御する目的で1×1016〜5×1017 atoms/cm3程度の濃度でp型を付与する不純物元素を添加する。半導体に対してp型を付与する不純物元素には、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)など周期律表第13族の元素が知られている。ここではイオンドープ法でジボラン(B2H6)を用いホウ素(B)を添加した。ホウ素(B)添加は必ずしも必要でなく省略しても差し支えないが、ホウ素(B)を添加した半導体層205bはn-ch TFTのしきい値電圧を所定の範囲内に収めるために形成することができた。
【0037】
n-ch TFTのLDD領域を形成するために、n型を付与する不純物元素を島状半導体層205bに選択的に添加する。半導体に対してn型を付与する不純物元素には、リン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)など周期律表第15族の元素が知られている。フォトレジストマスク209を形成し、ここではリン(P)を添加すべく、フォスフィン(PH3)を用いたイオンドープ法を適用した。形成される不純物領域210におけるリン(P)濃度は2×1016〜5×1019 atoms/cm3の範囲とする。本明細書中では、不純物領域210に含まれるn型を付与する不純物元素の濃度を(n-)と表す。
【0038】
次に、マスク層207を純水で希釈したフッ酸などのエッチング液により除去する。そして、図3(B)と図3(C)で島状半導体層205bに添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は窒素雰囲気中500〜600℃で1〜4時間の熱アニールや、レーザーアニールなどの方法により行うことができる。また、両方の方法を併用して行っても良い。本実施例では、レーザー活性化の方法を用い、KrFエキシマレーザー光(波長248 nm)を用い、線状ビームを形成して、発振周波数5〜50 Hz、エネルギー密度100〜500 mJ/cm2として線状ビームのオーバーラップ割合を80〜98%として走査して、島状半導体層が形成された基板全面を処理した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。
【0039】
次に、ゲート絶縁膜211をプラズマCVD法により40〜150 nmの厚さでシリコンを含む絶縁膜で形成する。まず、ゲート絶縁膜の成膜に先立って、プラズマクリーニング処理を行う。プラズマクリーニング処理は、H2を200 SCCM導入し、反応圧力0.15 Torr、放電電力密度0.2 W/cm2、放電周波数60 MHzという条件でプラズマを生成して2分間処理する。あるいは、H2を100 SCCM、酸素を100 SCCM導入し、反応圧力0.3 Torrで同様にプラズマを生成して処理してもよい。基板温度は300〜450℃好ましくは400℃とする。これにより、島状半導体層205b、206の表面に吸着しているボロンやリン、及び有機物などの汚染物質を取り除くことができる。また、酸素やN2Oを同時に導入することにより、被堆積表面の最表面およびその近傍が酸化され、ゲート絶縁膜との界面準位密度を低減させるなどの好ましい作用がある。ゲート絶縁膜211の成膜はこのプラズマクリーニング処理と連続して、前述の酸化窒化シリコン膜202bと同様に、SiH4を4SCCM、N2Oを400SCCM反応室に導入し、基板温度400℃、反応圧力0.3Torr、放電電力密度0.41W/cm2、放電周波数60MHzという条件で成膜した。
【0040】
ゲート絶縁膜211上には、ゲート電極を形成するために導電層を成膜する。この導電層は単層で形成しても良いが、必要に応じて二層あるいは三層といった積層構造とすることもできる。本実施例では、導電性の窒化物金属膜から成る導電層(A)212と金属膜から成る導電層(B)213とを積層させた。導電層(B)213はタンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)から選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜(代表的にはMo−W合金膜、Mo−Ta合金膜)で形成すれば良く、導電層(A)212は窒化タンタル(TaN)、窒化タングステン(WN)、窒化チタン(TiN)膜、窒化モリブデン(MoN)などで形成する。また、導電層(A)212はタングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイドを適用しても良い。導電層(B)213は低抵抗化を図るために含有する不純物濃度を低減させると良く、特に酸素濃度に関しては30 ppm以下とすると良かった。例えば、タングステン(W)は酸素濃度を30 ppm以下とすることで20μΩcm以下の比抵抗値を実現することができた。
【0041】
導電層(A)212は10〜50 nm(好ましくは20〜30 nm)とし、導電層(B)213は200〜400 nm(好ましくは250〜350 nm)とすれば良い。本実施例では、導電層(A)212に30 nmの厚さのTaN膜を、導電層(B)213には350 nmのTa膜を用い、いずれもスパッタ法で形成した。TaN膜はTaをターゲットとしてスパッタガスにArと窒素との混合ガスを用いて成膜した。TaはスパッタガスにArを用いた。また、これらのスパッタガス中に適量のXeやKrを加えておくと、膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。α相のTa膜の抵抗率は20μΩcm程度でありゲート電極に使用するのに適しているが、β相のTa膜の抵抗率は180μΩcm程度でありゲート電極とするには不向きであった。TaN膜はα相に近い結晶構造を持つので、この上にTa膜を形成すればα相のTa膜が容易に得ることができる。尚、図示しないが、導電層(A)212の下に2〜20 nm程度の厚さでリン(P)をドープしたシリコン膜を形成しておくことは有効である。これにより、その上に形成される導電膜の密着性向上と酸化防止を図ると同時に、導電層(A)または導電層(B)が微量に含有するアルカリ金属元素がゲート絶縁膜211に拡散するのを防ぐことができる。いずれにしても、導電層(B)は抵抗率を10〜500μΩcmの範囲ですることが好ましい。
【0042】
次に、フォトレジストマスク214を形成し、導電層(A)212と導電層(B)213とを一括でエッチングしてゲート電極215、216を形成する。例えば、ドライエッチング法によりCF4とO2の混合ガス、またはCl2を用いて1〜20 Paの反応圧力で行うことができる。ゲート電極215、216は、導電層(A)から成る215a、216aと、導電層(B)から成る215b、216bとが一体として形成されている。この時、n-ch TFTのゲート電極216は不純物領域210の一部と、ゲート絶縁膜211を介して重なるように形成する。また、ゲート電極は導電層(B)のみで形成することも可能である(図3(D))。
【0043】
次いで、p-ch TFTのソース領域およびドレイン領域とする不純物領域218を形成する。ここでは、ゲート電極215をマスクとしてp型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に不純物領域を形成する(図4(A))。このとき、n-ch TFTを形成する島状半導体層はフォトレジストマスク217で被覆しておく。そして、不純物領域218はジボラン(B2H6)を用いたイオンドープ法で形成する。この領域のボロン(B)濃度は3×1020〜3×1021 atoms/cm3となるようにする。本明細書中では、ここで形成された不純物領域218に含まれるp型を付与する不純物元素の濃度を(p+)と表す。
【0044】
次に、n-ch TFTのソース領域またはドレイン領域を形成する不純物領域219の形成を行った。ここでは、フォスフィン(PH3)を用いたイオンドープ法で行い、この領域のリン(P)濃度を1×1020〜1×1021 atoms/cm3とした。本明細書中では、ここで形成された不純物領域219に含まれるn型を付与する不純物元素の濃度を(n+)と表す。不純物領域218にも同時にリン(P)が添加されるが、既に前の工程で添加されたボロン(B)濃度と比較して不純物領域218に添加されたリン(P)濃度はその1/2〜1/3程度なのでp型の導電性が確保され、TFTの特性に何ら影響を与えることはなかった(図4(B))。
【0045】
その後、酸化窒化シリコン膜を成膜して層間絶縁層220を形成する(図4(C))。つまり、SiH4を27 SCCM、N2Oを900 SCCM反応室に導入し、基板温度を400℃、反応圧力1.2 Torr、放電電力密度0.14 W/cm2、放電周波数13.56 MHzで、500〜1500nm(好ましくは600〜800 nm)の厚さで形成する。
【0046】
そして、層間絶縁層220に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を形成し、周期表の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜を成膜する。ここでは、周期表の15族に属する不純物元素としてリンを選択し、リンを1×1019 atoms/cm3以上含んだシリコン膜を成膜して、ゲッタリング層221を形成する。形成法には、プラズマCVD法、減圧CVD法、スパッタ法のいずれを用いても良いし、非晶質シリコン膜、微結晶シリコン膜、結晶性シリコン膜のいずれでもよい。また、p-ch TFTでは半導体層とのコンタクト部で半導体層の不純物領域とゲッタリング層221が接することによりpn接合が形成される。しかし、コンタクト部での半導体層の不純物領域の不純物濃度が高いことから、ゲッタリング層221に含有させるリン濃度を高めることによりトンネル接合となり低いコンタクト抵抗が得られる。そのため、コンタクト部で支障が生じるということはない(図4(D))。
【0047】
その後、熱活性化を行う。熱活性化条件は、400〜800℃(好ましくは500〜600℃)で行う。この熱活性化により、ゲッタリング層221がソースコンタクト及びドレインコンタクトを通じてゲッタリングサイトとして機能し、半導体層205、206に残留する結晶化を助長した金属元素をゲッタリングし半導体層中の金属元素濃度を検出限界以下あるいはTFTの電気的特性に影響を及ぼさない程度に低減することができる。このゲッタリング層221は基板表面全体に存在するため、基板表面全体がゲッタリングサイトとして機能し、高いゲッタリング効率を得ることができる。また、この熱活性化工程は、それぞれの濃度で添加されたn型またはp型を付与する不純物元素を活性化する役割も担う。熱活性化工程は具体的にはファーネスアニール炉を用いれば良い。
【0048】
活性化の工程の後、さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜500℃で1〜12時間の熱処理を行い、島状半導体層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。
【0049】
その後、図5の(A)にあるように第2の導電層222を形成する。この第2の導電層は、ヒロックや酸化防止などのために積層膜としても良い。そして、図5の(B)のように、第2の導電層222をソース配線223、226、ドレイン配線224、225の一部として機能させるためにパターニングした後、これをマスクとしてセルフアラインでゲッタリング層221をエッチングし、第2の導電層222と共にゲッタリング層221もソース配線223、226、ドレイン配線224、225の一部として機能させる。
【0050】
次に、パッシベーション膜227として、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を50〜500 nm(代表的には100〜300 nm)の厚さで形成する。この状態で水素化処理を行うとTFTの特性向上に対して好ましい結果が得られる。例えば、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜500℃で1〜12時間の熱アニールを行うと良い。
【0051】
こうして基板201上に、n-ch TFT236とp-ch TFT235とを完成させることができた。p-ch TFT235には、島状半導体層206にチャネル形成領域229、ソース領域228、ドレイン領域230を有している。n-ch TFT236には、島状半導体層205にチャネル形成領域233、ゲート電極216と重なるLDD領域232(以降、このようなLDD領域をLovと記す)、ソース領域234、ドレイン領域231を有している。このLov領域のチャネル長方向の長さは、チャネル長3〜8μmに対して、0.5〜3.0μm(好ましくは1.0〜1.5μm)とした。本実施例ではそれぞれのTFTをシングルゲート構造としたが、ダブルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【0052】
上記の工程を経て、CMOS回路を形成するのに必要なn-ch TFTとp-ch TFTを同一基板上に作製することができる。
【0053】
[実施例2]
逆スタガー構造のTFTを作製する際に本発明のゲッタリング法を適用した実施例について図6〜図9を用いて説明する。
【0054】
まず、基板301としてガラス基板、例えばコーニング社の#1737基板を用意した。そして、基板301上にゲート電極302を形成した。ここでは、スパッタ法を用いて、タンタル(Ta)膜を200 nmの厚さに形成した。また、ゲート電極302を、窒化タンタル(TaN)膜(膜厚50 nm)とTa膜(膜厚250 nm)の2層構造としても良い。Ta膜はスパッタ法でArガスを用い、Taをターゲットとして形成するが、ArガスにXeガスを加えた混合ガスでスパッタすると内部応力の絶対値を2×108 Pa以下にすることができる(図6(A))。
【0055】
そして、ゲート絶縁膜303、非晶質半導体層として非晶質シリコン膜304を順次大気開放しないで連続形成した。ゲート絶縁膜303は、プラズマCVD法を用い窒素リッチな酸化窒化シリコン膜303aを25 nmの厚さに形成し、その上に303aよりも酸素リッチな酸化窒化シリコン膜303bを125 nmの厚さに形成する。また、非晶質シリコン膜304もプラズマCVD法を用い、20〜100 nm、好ましくは40〜75 nmの厚さで形成した。そして、実施例1で説明した結晶化と同様にして結晶化を助長する金属元素を用いることによって行う。まず、スピンコート法、スパッタ法や真空蒸着法などにより金属元素を含有する層305を形成する(図6(B))。
【0056】
その後、ファーネスアニール炉を用い450〜550℃で1時間の熱アニールを行うことによって、非晶質シリコン膜304から水素を放出させ、残存する水素量を5 atomic%以下とさせる。そして、ファーネスアニール炉を用い、窒素雰囲気中550〜600℃で1〜8時間の熱アニールを行い、結晶性シリコン膜306を得ることができる(図6(C))。ここで、実施例1と同様、局所的に残存している非晶質領域を低減させるためレーザーアニール法を行うと有効に作用し結晶性を高めることができる。
【0057】
次に、こうして形成された結晶性シリコン膜306に密接してチャネル保護絶縁膜とするための酸化窒化シリコン膜307を200 nm形成した。その後、裏面からの露光を用いたパターニング法により、酸化窒化シリコン307に接したレジストマスク308を形成する。ここでは、ゲート電極302がマスクとなり、自己整合的にレジストマスク308を形成することができる。これは図示したようにレジストマスクの大きさは、光の回り込みによって、わずかにゲート電極の幅より小さくなった(図6(D))。
【0058】
このレジストマスク308を用いて酸化窒化シリコン膜307をエッチングして、チャネル保護絶縁膜309を形成した後、レジストマスク308は除去した。この工程により、チャネル保護絶縁膜309と接する領域以外の結晶性シリコン膜306の表面を露呈させた。このチャネル保護絶縁膜309は、後の不純物添加の工程でチャネル領域に不純物が添加されることを防ぐ役目を果すと共に、結晶性シリコン膜の界面準位密度を低減する効果があった(図7(A))。
【0059】
次いで、フォトマスクを用いたパターニングによって、n-ch TFTの一部とp-ch TFTの領域を覆うレジストマスク310を形成し、結晶性シリコン膜306の表面が露呈している領域にn型を付与する不純物元素を添加する工程を行った。そして、n+領域311aを形成した。ここではイオンドープ法でフォスフィン(PH3)を用い、ドーズ量5×1014 atoms/cm2、加速電圧10 kVとしてリン(P)を添加した。また、上記レジストマスク310のパターンは実施者が適宣設定することによりn+領域の幅が決定され、所望の幅を有するn-型領域、およびチャネル形成領域を形成することを可能としている(図7(B))。
【0060】
レジストマスク310を除去した後、保護絶縁膜312を形成した。この膜も酸化窒化シリコン膜307と同様な条件で50 nmの厚さに形成した(図7(C))。次いで、保護絶縁膜312が表面に設けられた結晶性シリコン膜にn型を付与する不純物元素を添加する工程を行い、n-型領域313を形成した。但し、保護絶縁膜312を介してその下の結晶性シリコン膜に不純物を添加するために、保護絶縁膜312の厚さを考慮に入れ、適宣条件を設定する必要があった。ここでは、ドーズ量3×1013 atoms/cm2、加速電圧60 kVとした。こうして形成されるn-領域313はLDD領域として機能させる(図7(D))。
【0061】
次いで、n-ch TFTを覆うレジストマスク315を形成し、p-ch TFTが形成される領域にp型を付与する不純物元素を添加する工程を行った。ここでは、イオンドープ法でジボラン(B2H6)を用い、ボロン(B)を添加した。ドーズ量は4×1015 atoms/cm2、加速電圧30 kVとしてp+領域を形成した(図8(A))。その後、チャネル保護絶縁膜309と保護絶縁膜312をそのまま残し、公知のパターニング技術により結晶性シリコン膜を所望の形状にエッチングした(図8(B))。
【0062】
以上の工程を経て、n-ch TFTのソース領域316、ドレイン領域317、LDD領域318、319、チャネル形成領域320が形成され、p-ch TFTのソース領域322、ドレイン領域323、チャネル形成領域321が形成された。次いで、n-ch TFTおよびp-ch TFTを覆って第1の層間絶縁膜325を100〜500 nmの厚さで形成した。(図8(C))。そして、さらに第2の層間絶縁膜326も100〜500 nmの厚さに形成した(図8(D))。
【0063】
第1の層間絶縁膜325と第2の層間絶縁膜326はその後、所定のレジストマスクを形成して、エッチング処理によりそれぞれのTFTのソース領域と、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成した。そして、実施例1と同様、周期表の15族に属する不純物元素としてリンを選択し、リンを1×1019 atoms/cm3以上含んだシリコン膜を成膜し、ゲッタリング層327を形成する。形成法には、プラズマCVD法、減圧CVD法、スパッタ法のいずれを用いても良いし、非晶質シリコン膜、微結晶シリコン膜、結晶性シリコン膜のいずれでも良い。その後、実施例1と同様に熱活性化を行い結晶性シリコン膜306中に残存する金属元素を高効率でゲッタリングする。熱活性化条件は、400〜800℃(好ましくは500〜600℃)で行う。また、この熱活性化工程は、それぞれの濃度で添加されたn型またはp型を付与する不純物元素を活性化する役割を担い、ゲッタリング層327を非晶質シリコン膜、微結晶シリコン膜として形成していた場合、ゲッタリング層327は結晶性シリコン膜となる。活性化の工程の後、さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜500℃で1〜12時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を半導体層のダングリングボンドを終端するために加えても良い。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(図9(A))。
【0064】
その後、第2の導電層を形成する。この第2の導電層はヒロックや酸化防止などのために積層膜として用いても良い。そして、第2の導電層をソース配線328、330、ドレイン配線329の一部として機能させるためにパターニングした後、これをマスクとしてセルフアラインでゲッタリング層327をエッチングし、第2の導電層と共にゲッタリング層327もソース配線328、330、ドレイン配線329の一部として機能させる(図9(B))。
【0065】
さらに、パッシベーション膜331を形成する工程を行った。パッシベーション膜はプラズマCVD法でSiH4、N2O、NH3から形成される酸化窒化シリコン膜、またはSiH4、N2、NH3から作製される窒化シリコン膜で形成する。まず、膜の形成に先立ってN2O、N2、NH3等を導入してプラズマ水素化処理を実施した。ここでプラズマ化されることにより気相中で生成された水素は第2の層間絶縁膜中にも供給され、基板を200〜500℃に加熱しておけば、水素を第1の層間絶縁膜やさらにその下層側にも拡散させることができ、2回目の水素化の工程とすることができた。パッシベーション膜の作製条件は特に限定されるものではないが、緻密な膜とすることが望ましい。最後に3回目の水素化の工程を水素または窒素を含む雰囲気中で300〜550℃の熱アニールを1〜12時間行った。このとき水素は、パッシベーション膜331から第2の層間絶縁膜326へ、第2の層間絶縁膜326から第1の層間絶縁膜325へ、そして第1の層間絶縁膜325から結晶性シリコン膜へと水素が拡散して結晶性シリコン膜の水素化を効果的に実現させることができる。水素は膜中から気相中へも放出されるが、パッシベーション膜を緻密な膜で形成しておけばある程度それを防止できたし、雰囲気中に水素を供給しておけばそれを補うこともできた。
【0066】
以上の工程により、p-ch TFTとn-ch TFTを同一基板上に逆スタガー型の構造で形成することができる。
【0067】
[実施例3]
画素部の画素TFTと画素部の周辺に設けられる駆動回路のTFTを同一基板上に作製する方法について図10〜14を用いて説明する。但し、説明の簡略化のため駆動回路においてはシフトレジスタ回路、バッファ回路などの基本回路であるCMOS回路とサンプリング回路を形成するn-ch TFTとを図示することにする。
【0068】
図10(A)に示すように、401の絶縁性基板上に下地絶縁膜を形成する。401には、例えばコーニング社の1737ガラス基板を用いる。このガラス基板上には、基板からの不純物拡散防止のために、SiH4、N2O、NH3から作製される酸化窒化シリコン膜402aを50nm、SiH4、N2Oから形成される酸化窒化シリコン膜402bを100 nm成膜して下地絶縁膜402を形成した。
【0069】
次に、25〜80 nm(好ましくは30〜60 nm)の厚さで非晶質半導体層として非晶質シリコン膜403aを、プラズマCVD法やスパッタ法などの公知の方法で形成する。本実施例では、プラズマCVD法で非晶質シリコン膜を55 nmの厚さに形成した。また、下地膜402と非晶質シリコン膜403aとは同じ成膜法で形成することが可能であるので、両者を連続形成しても良い。下地膜402を形成した後、一旦大気雰囲気に晒さないことでその表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製するTFTの特性バラツキやVthの変動を低減させることができる。
【0070】
そして、実施例1と同様、金属元素を用いて結晶化するため、重量換算で10 ppmの金属元素を含む水溶液をスピンコート法で塗布して金属元素を含有する層(特に図示していない)を非晶質シリコン膜403a上に形成した。金属元素にはFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au、Ge、Pb、Inなどを用いる。結晶化の工程では、まず400〜500℃で1時間程度の熱アニールを行い、非晶質シリコン膜の含有水素量を5 atomic%以下にする。これにより、膜表面の荒れを防ぐことができる。プラズマCVD法にて非晶質シリコン膜を形成する場合、反応ガスにSiH4とArを用いて成膜時の基板温度を300〜400℃にして形成すると、非晶質シリコン膜の含有水素濃度を5atomic%以下にすることもできるため、このような場合には脱水素処理は不要となる。そして、ファーネスアニール炉を用い、窒素雰囲気中550〜600℃で1〜8時間の熱アニールを行う以上の工程までで結晶性シリコン膜を得ることができる。この状態で表面に残存する金属元素の濃度は3×1010〜2×1011 atoms/cm2であった。その後、結晶化率を高めるためにレーザーアニール法を併用しても良い。こうして、結晶性シリコン膜からなる結晶性半導体層403bを形成した。(図10(B))。
【0071】
こうして形成された結晶性シリコン膜を島状にパターニングし、ドライエッチングによりCMOS回路のp-ch TFTの活性層404、n-ch TFTの活性層405、サンプリング回路を形成するn-ch TFTの活性層406、画素部TFTの活性層407を形成した。その後、プラズマCVD法や減圧CVD法、またはスパッタ法により50〜100 nmの厚さの酸化シリコン膜によるマスク層408を形成する。例えば、減圧CVD法でSiH4とO2との混合ガスを用い、266 Paにおいて400℃に加熱して酸化シリコン膜を形成する(図10(C))。
【0072】
そしてチャネルドープ工程を行う。まず、フォトレジストマスク409を設け、n-ch TFTを形成する島状半導体層405〜407の全面にVthを制御する目的で1×1016〜5×1017atoms/cm3程度の濃度でp型を付与する不純物元素としてボロン(B)を添加した。ボロン(B)の添加はイオンドープ法で実施しても良いし、非晶質シリコン膜を成膜するときに同時に添加しておくこともできる。ここでのボロン(B)添加は必ずしも必要でないが、ボロン(B)を添加した半導体層410〜412はn-ch TFTのVthを所定の範囲内に収めるために形成することが好ましかった。(図10(D))。
【0073】
駆動回路のnチャネル型TFTのLDD領域を形成するために、n型を付与する不純物元素を島状半導体層410、411に選択的に添加する。そのため、あらかじめフォトレジストマスク413〜416を形成した。ここではリン(P)を添加すべく、フォスフィン(PH3)を用いたイオンドープ法を適用した。形成されたn-不純物領域417、418のリン(P)濃度は1×1017〜5×1018 atoms/cm3とする。また、不純物領域419は、画素部の保持容量を形成するための半導体層であり、この領域にも同じ濃度でリン(P)を添加した。(図11(A))
【0074】
次に、マスク層408をフッ酸などにより除去して、図10(D)と図11(A)の工程で添加した不純物元素を活性化させる工程を行う。活性化は、窒素雰囲気中500〜600℃で1〜4時間の熱アニールや、レーザーアニールの方法により行うことができる。また、両者を併用して行っても良い。本実施例では、レーザー活性化の方法を用い、KrFエキシマレーザー光(波長248 nm)を用い、線状ビームを形成して、発振周波数5〜50 Hz、エネルギー密度100〜500 mJ/cm2として線状ビームのオーバーラップ割合を80〜98%として走査して、島状半導体層が形成された基板全面を処理した。尚、レーザー光の照射条件には何ら限定される事項はなく、実施者が適宣決定すれば良い。
【0075】
そして、ゲート絶縁膜420をプラズマCVD法で50〜150 nmの厚さで形成する。ゲート絶縁膜の成膜前に例えば水素などを用いてプラズマクリーニングを行うとゲート絶縁膜420と島状半導体層404、410〜412との界面が清浄に保たれ、TFTの電気的特性に影響を及ぼす界面準位密度を低減させることができる。酸素やN2Oを加えても島状半導体層404、410〜412の最表面やその近傍を酸化させることによって界面準位密度をより低減させることができる。そして、プラズマクリーニングと連続してゲート絶縁膜420を成膜する(図11(B))。
【0076】
次に、ゲート電極を形成するために第1の導電層を成膜する。本実施例では導電性の窒化物金属膜から成る導電層(A)421と金属膜から成る導電層(B)422とを積層させた。ここでは、Taをターゲットとしたスパッタ法で導電層(B)422をタンタル(Ta)で250 nmの厚さに形成し、導電層(A)421は窒化タンタル(TaN)で50 nmの厚さに形成した(図11(C))。
【0077】
次に、フォトレジストマスク423〜427を形成し、導電層(A)421と導電層(B)422とを一括でエッチングしてゲート電極428〜431と容量配線432を形成する。ゲート電極428〜431と容量配線432は、導電層(A)から成る428a〜432aと、導電層(B)から成る428b〜432bとが一体として形成されている。この時、駆動回路に形成するゲート電極429、430は不純物領域417、418の一部と、ゲート絶縁膜420を介して重なるように形成する(図11(D))。
【0078】
次いで、駆動回路のpチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域を形成するために、p型を付与する不純物元素を添加する工程を行う。ここでは、ゲート電極428をマスクとして、自己整合的に不純物領域を形成する。nチャネル型TFTが形成される領域はフォトレジストマスク433で被覆しておく。そして、ジボラン(B2H6)を用いたイオンドープ法でp+不純物領域434を1×1021 atoms/cm3の濃度で形成した(図12(A))。
【0079】
次に、nチャネル型TFTにおいて、ソース領域またはドレイン領域として機能する不純物領域の形成を行った。レジストのマスク435〜437を形成し、n型を付与する不純物元素を添加して不純物領域438〜441を形成した。これは、フォスフィン(PH3)を用いたイオンドープ法で行い、n+不純物領域438〜441の(P)濃度を5×1020 atoms/cm3とした(図12(B))。
【0080】
そして、画素部のnチャネル型TFTのLDD領域を形成するために、n型を付与する不純物添加の工程を行った。ここではゲート電極431をマスクとして自己整合的にn型を付与する不純物元素をイオンドープ法で添加した。添加するリン(P)の濃度は5×1016 atoms/cm3とし、図11(A)および図12(A)と図12(B)で添加する不純物元素の濃度よりも低濃度で添加することで、実質的にはn--不純物領域443、444のみが形成される。また、不純物領域442にはすでに前工程で添加されたボロン(B)が含まれているが、それに比してかなりの低濃度でリン(P)が添加されるので、添加されたPの影響は考えなくて良く、TFTの特性に何ら影響を与えることはなかった(図12(C))。
【0081】
次に、ゲート配線とする第2の導電層を形成する。この第2の導電層は低抵抗材料であるアルミニウム(Al)や銅(Cu)を主成分とする導電層(D)で形成する。いずれにしても、第2の導電層の抵抗率は0.1〜10μΩcm程度とする。さらに、チタン(Ti)やタンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)から成る導電層(E)を積層形成すると良い。本実施例では、チタン(Ti)を0.1〜2重量%含むアルミニウム(Al)膜を導電層(D)445とし、チタン(Ti)膜を導電層(E)446として形成した。導電層(D)445は200〜400 nm(好ましくは250〜350 nm)とすれば良く、導電層(E)446は50〜200 nm(好ましくは100〜150 nm)で形成すれば良い(図12(D))。
【0082】
そして、ゲート電極に接続するゲート配線を形成するために導電層(E)446と導電層(D)445とをエッチング処理して、ゲート配線447、448と容量配線449を形成した。エッチング処理は最初にSiCl4とCl2とBCl3との混合ガスを用いたドライエッチング法で導電層(E)の表面から導電層(D)の途中まで除去し、その後リン酸系のエッチング溶液によるウエットエッチングで導電層(D)を除去することにより、下地との選択加工性を保ってゲート配線を形成することができた(図13(A))。
【0083】
第1の層間絶縁膜450は酸化窒化シリコン膜を500〜1500 nmの厚さで形成した。その後、それぞれの島状半導体層に形成された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を形成し、実施例1、2と同様、リンを1×1019 atoms/cm3以上含むシリコン膜を成膜して、ゲッタリング層451を形成した。形成法には、プラズマCVD法、減圧CVD法、スパッタ法のいずれを用いても良いし、非晶質シリコン膜、微結晶シリコン膜、結晶性シリコン膜のいずれでも良い。その後、熱活性化を行い、ソースコンタクト及びドレインコンタクトを通じて島状半導体層 404、410〜412中に残存する金属元素をゲッタリングする。熱活性化条件は、400〜800℃(好ましくは500〜600℃)で行う。この熱活性化工程により、同時にn型またはp型を付与する不純物元素を活性化することができる。そして次に島状半導体層 404、410〜412中のダングリングボンドを終端させる水素化工程を加えても良い(図13(B))。
【0084】
その後、ソース、ドレイン配線の一部を担う第3の導電層を形成する。この第3の導電層はヒロックや酸化防止のために積層膜としても良い。この導電層をソース配線452〜455、ドレイン配線456〜459の一部として機能させるためにパターニングした後、これをマスクとしてセルフアラインでゲッタリング層451をエッチングし、第3の導電層と共にゲッタリング層451もソース配線452〜455、ドレイン配線456〜459の一部として機能させる。
【0085】
次に、パッシベーション膜460として、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜を50〜500 nm代表的には100〜300 nm)の厚さで形成する。いずれにしてもパッシベーション膜は緻密な膜となるように形成して外部からの水分を遮断し、また、この後行う2回目の水素化の工程においてキャップ層としての機能を付加させておく。例えば、パッシベーション膜460を緻密な窒化シリコン膜で200 nmの厚さに形成し、この状態で水素化処理を行うとTFTの特性向上に対して好ましい結果が得られる。これは、3〜100%の水素を含む雰囲気中、或いは窒素雰囲気中で、300〜500℃で1〜12時間の熱処理を行うと良い。勿論、水素化処理はこのような方法の他に、前述の窒化シリコン膜を成膜する前に行うあるいはプラズマ水素化法を用いても同様の効果が得られる。さらに、このプラズマ水素化と、上述の水素化を併用しても良い。なお、ここで後に画素電極とドレイン配線を接続するためのコンタクトホールを形成する位置において、パッシベーション膜460に開口部を形成しておいても良い。(図13(C))
【0086】
その後、有機樹脂からなる第2の層間絶縁膜461を1.0〜1.5μm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。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℃で焼成して形成した。そして、第2の層間絶縁膜461にドレイン配線459に達するコンタクトホールを形成し、画素電極462、463を形成する。画素電極は、透過型液晶表示装置とする場合には透明導電膜を用いれば良く、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。本実施例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100 nmの厚さにスパッタ法で形成した。(図14)
【0087】
以上のような工程を経て、ここでは画素部の画素TFTと、画素部の周辺に設けられる駆動回路のTFTを同一基板上に作製することができる。
【0088】
駆動回路のCMOS回路のpチャネル型TFT501には、島状半導体層404にチャネル形成領域506、ソース領域507、ドレイン領域508を有している。同じくCMOS回路のnチャネル型TFT502には、島状半導体層410にチャネル形成領域509、ゲート電極429と重なるLDD領域(Lov)510、ソース領域511、ドレイン領域512を有している。このLov領域のチャネル長方向の長さは0.5〜3.0μm、好ましくは1.0〜1.5μmとした。サンプリング回路のnチャネル型TFT503には、島状半導体層411にチャネル形成領域513、Lov領域とLoff領域(ゲート電極と重ならないLDD領域であり、以降Loff領域と記す)514、515、ソース領域またはドレイン領域516、517とが形成され、このLoff領域のチャネル長方向の長さは0.3〜2.0μm、好ましくは0.5〜1.5μmである。画素TFT504には、島状半導体層412にチャネル形成領域518、519、Loff領域520〜523、ソースまたはドレイン領域524〜526を有している。Loff領域のチャネル長方向の長さは0.5〜3.0μm、好ましくは1.5〜2.5μmである。さらに、容量配線432、449と、ゲート絶縁膜と同じ材料から成る絶縁膜と、画素TFT504のドレイン領域526に接続し、n型を付与する不純物元素が添加された半導体層527とから保持容量505が形成されている。図14では画素TFT504をダブルゲート構造としたが、シングルゲート構造でも良いし、複数のゲート電極を設けたマルチゲート構造としても差し支えない。
【0089】
[実施例4]
実施例1〜3で用いた非晶質シリコン膜の結晶化を助長する金属元素の別な添加方法について図15を用いて説明する。
【0090】
まず、図15(A)にあるように、実施例1〜3と同様に基板601上に下地絶縁膜602、非晶質シリコン膜603を形成する。次に、酸化シリコン膜から成るマスク絶縁膜604を形成し、金属元素を選択的に添加するための開口部605を形成する。
【0091】
この状態で酸素雰囲気中でUV光を照射して非晶質シリコン膜603上に薄い酸化膜を形成する。次にNiを100ppm含有したニッケル酢酸溶液をスピンコート法により塗布し、開口部605で露出した非晶質シリコン膜603の表面にごく薄いNi含有層606を形成することができる(図15(A))。
【0092】
そして、窒素雰囲気中で600℃、8hrsの熱アニールを行い、非晶質シリコン膜603を結晶化する。結晶化はNiが選択的に添加されるマスク絶縁膜604の開口部605から開始し、Niが添加されたこの領域から膜面と平行な方向(横方向)に進行する。これによって結晶化した領域を横成長領域という。非晶質シリコン膜603には、Ni添加領域607、横成長領域(結晶性シリコン膜)608、横成長が及ばなかった領域(非晶質シリコン膜)609が存在する。TFTの活性層とする場合、横成長領域608の部分を島状にパターニングして残すことにより適用する。
【0093】
以上のようにして結晶性シリコン膜を得た。その後は、実施例1〜3と同様にしてTFTに適用することができる。
【0094】
[実施例5]
実施例3で作製したような基板をアクティブマトリクス基板というが、本実施例では、このアクティブマトリクス基板からアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程及びその回路配置の例について図16、17を用いて説明する。アクティブマトリクス基板の作製方法については既に実施例3で説明したため、ここでは省略する。
【0095】
図16に示したように、図14の状態のアクティブマトリクス基板に対し、配向膜701を形成する。通常液晶表示素子の配向膜にはポリイミド樹脂が多く用いられている。対向側の対向基板702には、遮光膜703、透明導電膜704および配向膜705を形成した。配向膜を形成した後、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した。そして、画素部と、CMOS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る。その後、両基板の間に液晶材料706を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止した。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図16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。
【0096】
図17に、図16で示したようなアクティブマトリクス基板の回路配置について簡略化して示した。801は画素部を示し、ゲート配線806とソース配線807がマトリクス状に交差している。その周辺の802、803はそれぞれ走査信号駆動回路、画像信号駆動回路を示している。
【0097】
ここで示した回路配置は一例であり、これに限定するものではなく、実施者が適宣設定すれば良い。
【0098】
[実施例6]
本発明を実施して作製されたアクティブマトリクス基板は様々な電気光学装置、例えば、有機EL表示装置(電界を加えることで発光が得られる有機化合物を含む膜を含む発光装置)、液晶表示装置にも適用可能である。そして、そのような電気光学装置を表示媒体として組み込んだ電子機器全てに本発明を適用することがでできる。電子機器としては、パーソナルコンピューター、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、電子書籍など)、ナビゲーションシステムなどが上げられる。それらの一例を図18〜20に示す。
【0099】
図18(A)はパーソナルコンピューターであり、マイクロプロセッサやメモリーなどを備えた本体1001、画像入力部1002、表示装置1003、キーボード1004で構成される。本発明の液晶表示装置や有機EL表示装置は表示装置1003に適用できる。
【0100】
図18(B)はビデオカメラであり、本体1101、表示装置1102、音声入力部1103、操作スイッチ1104、バッテリー1105、受像部1106で構成される。本発明液晶表示装置や有機EL表示装置は表示装置1102に適用することができる。
【0101】
図18(C)は携帯情報端末であり、本体1201、画像入力部1202、受像部1203、操作スイッチ1204、表示装置1205で構成される。本発明液晶表示装置や有機EL表示装置は表示装置1205に適用することができる。
【0102】
図18(D)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1301、表示装置1302、スピーカー部1303、記録媒体1304、操作スイッチ1305で構成される。尚、記録媒体にはDVD(Digital Versatile Disc)やコンパクトディスク(CD)などを用い、音楽プログラムの再生や映像表示、ビデオゲーム(またはテレビゲーム)やインターネットを介した情報表示などを行うことができる。本発明液晶表示装置や有機EL表示装置は表示装置1302に好適に利用することができる。
【0103】
図19(A)はデジタルカメラであり、本体1401、表示装置1402、接眼部1403、操作スイッチ1404、受像部(図示しない)で構成される。本発明液晶表示装置や有機EL表示装置は表示装置1402に適用することができる。
【0104】
図19(B)は携帯電話であり、本体1501、音声出力部1502、音声入力部1503、表示部1504、操作スイッチ1505、アンテナ1506等を含む。本願発明を音声出力部1502、音声入力部1503、表示部1504やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0105】
図19(C)はディスプレイであり、本体1601、支持台1602、表示部1603等を含む。本発明は表示部1603に適用することができる。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角10インチ以上(特に30インチ以上)のディスプレイには有利である。
【0106】
図20(A)はフロント型プロジェクターであり、光源光学系および表示装置2001、スクリーン2002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。図20(B)はリア型プロジェクターであり、本体2101、光源光学系および表示装置2102、ミラー2103、スクリーン2104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。
【0107】
なお、図20(C)に、図20(A)および図20(B)における光源光学系および表示装置2001、2102の構造の一例を示す。光源光学系および表示装置2001、2102は光源光学系2201、ミラー2202、2204〜2206、ダイクロイックミラー2203、ビームスプリッター2207、液晶表示装置2208、位相差板2209、投射光学系2210で構成される。投射光学系2210は複数の光学レンズで構成される。図20(C)では液晶表示装置2208を三つ使用する三板式の例を示したが、このような方式に限定されず、単板式の光学系で構成しても良い。また、図20(C)中、矢印で示した光路には適宣光学レンズや偏光機能を有するフィルムや位相を調節するためのフィルムや、IRフィルムなどを設けても良い。また、図20(D)は図20(C)における光源光学系2201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2201はリフレクター2301、光源2302、レンズアレイ2303、2304、偏光変換素子2305、集光レンズ2306で構成される。尚、図20(D)に示した光源光学系は一例であって図示した構成に限定されるものではない。
【0108】
また、ここでは図示しなかったが、本発明はその他にも、ナビゲーションシステムやイメージセンサの読み取り回路などに適用することも可能である。このように本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施形態1〜3の結晶化技術を用い、実施例1〜6のどのような組み合わせから成る構成を用いても実現することができる。
【0109】
【発明の効果】
ソースコンタクト及びドレインコンタクト部にリンを含有したシリコン膜を形成し、これをゲッタリングサイトとすることによって、非晶質シリコン膜の結晶化を助長した金属元素を効果的に除去または低減しTFTの電気的特性の安定性や信頼性を向上することができると共に、従来ゲッタリングに要した酸化膜などのマスク層の形成工程及び酸化膜のパターニング工程を省くことができるため、生産性の向上につながる。また、ドーピングによるゲッタリングでは、ドーピングに付随してデバイス領域の結晶構造が損傷を受けるとともにp-ch TFTでソース、ドレイン抵抗を低下させるためにさらなるドーピング工程を要するが、本発明による方法ではこういった損傷を被ることなく良好にゲッタリングを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の構成例を示す図。
【図2】 n-ch、p-ch TFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図3】 n-ch、p-ch TFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図4】 n-ch、p-ch TFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図5】 n-ch、p-ch TFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図6】 逆スタガー型のn-ch、p-ch TFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図7】 逆スタガー型のn-ch、p-ch TFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図8】 逆スタガー型のn-ch、p-ch TFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図9】 逆スタガー型のn-ch、p-ch TFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図10】 画素TFT、駆動回路のTFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図11】 画素TFT、駆動回路のTFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図12】 画素TFT、駆動回路のTFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図13】 画素TFT、駆動回路のTFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図14】 画素TFT、駆動回路のTFTを同一基板上に作製する工程を示す図。
【図15】 結晶化を促進する金属元素の添加法を示す図。
【図16】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の構造を示す図。
【図17】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の回路配置を示す図。
【図18】 半導体装置の一例を示す図
【図19】 半導体装置の一例を示す図
【図20】 プロジェクターの一例を示す図[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a circuit including a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) using a method for effectively removing a metal element that promotes crystallization of an amorphous silicon film. For example, the present invention relates to an electro-optical device typified by an active matrix liquid crystal display device in which a pixel portion and a drive circuit are provided on the same substrate, and an electronic apparatus in which such an electro-optical device is mounted as a component.
[0002]
Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and includes not only a single element as a TFT but also an electro-optical device formed using the TFT, and such an electric device. Electronic devices and semiconductor circuits each including an optical device as a component are all semiconductor devices.
[0003]
[Prior art]
TFTs using semiconductor thin films are used in various integrated circuits. Semiconductor thin films include amorphous silicon films and crystalline silicon films. Amorphous silicon films are easy to form and have excellent productivity. It cannot be used for an active matrix liquid crystal display device in which peripheral driving circuits are integrated, or various integrated circuits cannot be configured. Therefore, a crystalline silicon film with better characteristics is used.
[0004]
As a method for manufacturing a crystalline silicon film, there are a thermal annealing method and a laser annealing method. However, the thermal annealing method requires a high-temperature process of 600 ° C. or higher, and therefore cannot be applied to a glass substrate that is inexpensive and can have a large area, and has a problem that the processing time is long. The laser annealing method can realize a process that does not cause thermal damage to the substrate, but has a problem that satisfactory crystallinity uniformity, reproducibility, and crystallinity cannot be obtained. As one means for solving such a problem, there is a method of promoting crystallization using a predetermined metal element.
[0005]
Among the above methods, there is a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-130552 by the present applicant as a technique for lowering the crystallization temperature to 600 ° C. or less applicable to a glass substrate while using thermal annealing. . This method is a method in which a metal element typified by Ni is introduced into an amorphous silicon film and thermally annealed, and a crystalline silicon film having good crystallinity is obtained.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
When a method that promotes crystallization using a predetermined metal element is used, crystallization proceeds with the diffusion and movement of this metal element, so that the metal element that promotes crystallization remains in the crystalline silicon film. To do. As a result, it precipitates near the surface of the crystalline silicon film, causing junction leakage, and forming a deep level to recombine and generate carriers, thereby impairing the stability and reliability of the TFT electrical characteristics. The problem arises. Therefore, various techniques based on gettering have been developed as techniques for removing or reducing this metal element.
[0007]
As the gettering method, for example, an amorphous silicon film is crystallized with a metal element to form a crystalline silicon film, and then a device region is covered with a mask layer such as an oxide film, and the gettering is performed in a region other than the device region. Masking the region to be a device region by masking the region that promotes gettering (hereinafter referred to as a gettering site) by doping a group 15 element such as P effective for the ring at a high concentration In addition, there is a method of forming a silicon film containing a high concentration of a group 15 element such as P as a gettering site. However, these methods require the formation of a film to be a mask layer and a patterning process, which increases the number of masks and increases the manufacturing cost and decreases the productivity.
[0008]
As another method, for example, there is a method in which the source and drain regions of the device are used as gettering sites. In this method, the number of masks can be reduced because patterning for gettering is unnecessary, but the gettering site is limited in volume, so that the gettering efficiency is slightly lowered, and the donor is also applied to the p-ch TFT. In order to dope with a group 15 element such as P, the ions serving as acceptors must be excessively doped, resulting in an increase in manufacturing cost and a decrease in productivity.
[0009]
The invention disclosed in this specification describes a TFT manufactured using a crystalline silicon film obtained by using a metal element that promotes crystallization of an amorphous silicon film. It is an object of the present invention to provide a technique capable of reducing the production cost and reducing the manufacturing cost and increasing the productivity.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
One of the inventions disclosed in this specification is:
A crystalline silicon film having a source region, a drain region, and a channel formation region sandwiched between the source region and the drain region on an insulating surface;
A gate insulating film on the crystalline silicon film;
A gate electrode on the gate insulating film;
An interlayer insulating film on the gate electrode;
A silicon film containing phosphorus on the interlayer insulating film;
In a semiconductor device having a conductive layer on a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table,
A silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table is in contact with a source region or a drain region of the crystalline silicon film through a contact hole formed in the interlayer insulating film;
The silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table is a semiconductor device characterized in that a metal element required for forming the crystalline silicon film is segregated.
[0011]
Other aspects of the invention are:
A gate electrode on an insulating surface;
A gate insulating film on the gate electrode;
A crystalline silicon film having a source region and a drain region on the gate insulating film, and a channel formation region sandwiched between the source region and the drain region;
A protective insulating film on the crystalline silicon film;
An interlayer insulating film on the protective insulating film;
A silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table on the interlayer insulating film;
In a semiconductor device having a conductive layer on a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table,
A silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table is in contact with a source region or a drain region of the crystalline silicon film through a contact hole formed in the interlayer insulating film;
The silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table is a semiconductor device characterized in that a metal element required for forming the crystalline silicon film is segregated.
[0012]
Other aspects of the invention are:
A first step of forming an amorphous silicon film on the insulating surface;
A second step of adding a metal element for promoting crystallization of the amorphous silicon film and growing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film;
A third step of forming a gate insulating film on the crystalline silicon film;
A fourth step of forming a gate electrode on the gate insulating film;
A fifth step of forming a source region and a drain region by adding an impurity element to a selected region of the crystalline silicon film;
A sixth step of forming an interlayer insulating film on the gate electrode;
A seventh step of forming a contact hole reaching the source region or the drain region in the interlayer insulating film;
An eighth step of forming a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table on the contact hole and the interlayer insulating film;
A ninth step of performing gettering of the metal element contained in the crystalline silicon film by thermal annealing;
A tenth step of forming a conductive film on a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table;
A method for manufacturing a semiconductor device having
[0013]
Other aspects of the invention are:
A first step of forming a gate electrode on the insulating surface;
A second step of forming a gate insulating film on the gate electrode;
A third step of forming an amorphous silicon film on the gate insulating film;
A fourth step of adding a metal element for promoting crystallization of the amorphous silicon film and growing the amorphous silicon film to form a crystalline silicon film;
A fifth step of forming a protective insulating film on the crystalline silicon film;
A sixth step of adding an impurity element to a selected region of the crystalline silicon film to form a source region and a drain region;
A seventh step of forming an interlayer insulating film on the protective insulating film;
An eighth step of forming contact holes reaching the source region or the drain region in the protective insulating film and the interlayer insulating film;
A ninth step of forming a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table on the contact hole reaching the source region or the drain region and the interlayer insulating film;
A tenth step of performing gettering of the metal element contained in the crystalline silicon film by thermal annealing;
An eleventh step of forming a conductive film on the silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table;
A method for manufacturing a semiconductor device having
[0014]
In the structures of the four inventions described above, the silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table is a metal element that promotes crystallization of the amorphous silicon film by thermal annealing through a contact hole reaching the source region or the drain region. Serves as a gettering site.
[0015]
In the configurations of the above four inventions, it has been found by the applicant's invention that it is preferable to use Ni as the metal element that promotes crystallization of the amorphous silicon film. In general, one kind selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au, Ge, Pb, In as a metal element for promoting crystallization of an amorphous silicon film or Multiple types of elements can be used.
[0016]
In the structures of the four inventions described above, the impurity element belonging to Group 15 of the periodic table is an element for gettering a metal element that promotes crystallization of the amorphous silicon film. When nickel (Ni) is selected as the metal element for promoting crystallization of the amorphous silicon film and phosphorus (P) is selected as the gettering element, gettering can be effectively performed.
[0017]
When phosphorus is selected as the impurity element belonging to Group 15 of the periodic table, the phosphorus concentration in the silicon film containing phosphorus is 1 × 10 5. 19 atoms / cm Three That's it. In the p-ch TFT, the impurity region of the semiconductor layer and the silicon film form a PN junction. However, since the impurity element concentration contained in the impurity region and the silicon is high, the impurity region is inherent in the polycrystalline silicon film. Due to the large number of crystal defects, a tunnel junction is formed at the contact hole portion where the impurity region of the semiconductor layer and the silicon film containing phosphorus are in contact with each other, and a sufficiently low contact resistance can be obtained.
[0018]
The introduction of metal elements to promote crystallization includes ion implantation, diffusion using a solution, diffusion using a solid, diffusion from a film formed by sputtering or CVD, plasma treatment, A method such as a gas adsorption method can be used. A silicon film containing phosphorus, which is a gettering element, can be formed using a plasma CVD (P-CVD) apparatus, a low pressure CVD (LP-CVD) apparatus, a sputtering apparatus, or the like.
[0019]
In the four inventions described above, thermal annealing advances gettering of a metal element that promotes crystallization of an amorphous silicon film, and at the same time, an impurity element doped to form source and drain regions. The heat treatment process required for the progress of gettering and the activation of the impurity element can be performed at once.
[0020]
In the structures of the four inventions described above, the silicon film containing phosphorus forms a conductive film over the silicon film containing phosphorus, and is then patterned by self-alignment with the conductive film to function as a wiring.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a specific configuration example of the invention.
That is, the
A
A
A
An interlayer insulating
Contact holes reaching the source region or the drain region 103b of the crystalline silicon film are formed in the
A
Finally, a source electrode or a
Note that in this specification, the surface of the substrate and the surface of the insulating film formed on the substrate are referred to as an insulating surface.
[0022]
The crystalline silicon film is formed by forming an amorphous silicon film over the
[0023]
Therefore, when thermal annealing is performed after forming the
[0024]
A feature of this structure is that a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table is formed in contact with the source contact and the drain contact, and this is used as a gettering site. The formation process and the patterning process are unnecessary. Thereby, the manufacturing cost can be reduced and the productivity can be improved.
[0025]
This configuration is an example, and is not limited to this configuration. A silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 of the periodic table is used as a gettering site through a source contact and a drain contact, and amorphous silicon is used. It is the intent of the present invention to getter metal elements that helped crystallize the film.
[0026]
【Example】
[Example 1]
In this embodiment, it is necessary to apply a crystallization method using a metal element disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-130652 as a method for producing a crystalline silicon film as an active layer of a TFT and to form a CMOS circuit. A method for manufacturing a n-channel TFT (n-ch TFT) and a p-channel TFT (p-ch TFT) on the same substrate will be described with reference to FIGS.
[0027]
As shown in FIG. 2A,
[0028]
In this embodiment, since the glass substrate is used, the base insulating film is formed. However, a quartz substrate, a ceramic substrate, or a metal substrate may be used. Note that in the case where a substrate in which an impurity element is not diffused is used for the semiconductor film, it is not necessary to form a base insulating film.
[0029]
These films are formed using a conventional parallel plate type plasma CVD method. The
[0030]
The
[0031]
Then, an
[0032]
In order to perform crystallization with a metal element, an aqueous solution containing 10 ppm of the metal element in terms of weight is applied by a spin coating method to form the
[0033]
In the crystallization step shown in FIG. 2B, first, heat treatment is performed at 400 to 500 ° C. for about 1 hour, so that the hydrogen content of the amorphous silicon film is 5 atomic% or less. Then, thermal annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 550 to 600 ° C. for 1 to 8 hours using a furnace annealing furnace. Through the above steps, the
[0034]
In order to further improve the crystallinity of such a
[0035]
Then, a photoresist pattern is formed on the
[0036]
Then, a
[0037]
In order to form the LDD region of the n-ch TFT, an impurity element imparting n-type conductivity is selectively added to the island-shaped
[0038]
Next, the
[0039]
Next, the
[0040]
A conductive layer is formed over the
[0041]
The conductive layer (A) 212 may be 10 to 50 nm (preferably 20 to 30 nm), and the conductive layer (B) 213 may be 200 to 400 nm (preferably 250 to 350 nm). In this example, a TaN film having a thickness of 30 nm was used for the conductive layer (A) 212 and a Ta film of 350 nm was used for the conductive layer (B) 213, both of which were formed by sputtering. The TaN film was formed using Ta as a target and a mixed gas of Ar and nitrogen as a sputtering gas. Ta used Ar as the sputtering gas. If an appropriate amount of Xe or Kr is added to these sputtering gases, the internal stress of the film can be relaxed and the film can be prevented from peeling. The resistivity of the α-phase Ta film is about 20 μΩcm, which is suitable for use as a gate electrode, but the resistivity of the β-phase Ta film is about 180 μΩcm, which is not suitable for a gate electrode. Since the TaN film has a crystal structure close to an α phase, an α phase Ta film can be easily obtained by forming a Ta film thereon. Although not shown, it is effective to form a silicon film doped with phosphorus (P) with a thickness of about 2 to 20 nm under the conductive layer (A) 212. This improves adhesion and prevents oxidation of the conductive film formed thereon, and at the same time, an alkali metal element contained in a trace amount in the conductive layer (A) or the conductive layer (B) diffuses into the
[0042]
Next, a
[0043]
Next,
[0044]
Next, an
[0045]
After that, a silicon oxynitride film is formed to form an interlayer insulating layer 220 (FIG. 4C). That is, SiH Four 27 SCCM, N 2 O was introduced into the 900 SCCM reaction chamber, the substrate temperature was 400 ° C, the reaction pressure was 1.2 Torr, and the discharge power density was 0.14 W / cm. 2 And a discharge frequency of 13.56 MHz and a thickness of 500-1500 nm (preferably 600-800 nm).
[0046]
Then, contact holes reaching the source region or drain region of the TFT are formed in the
[0047]
Thereafter, thermal activation is performed. The thermal activation condition is 400 to 800 ° C (preferably 500 to 600 ° C). By this thermal activation, the
[0048]
After the activation step, a heat treatment was performed at 300 to 500 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen to hydrogenate the island-shaped semiconductor layer. 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.
[0049]
After that, a second
[0050]
Next, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film is formed as the
[0051]
Thus, the n-ch TFT 236 and the p-
[0052]
Through the above steps, an n-ch TFT and a p-ch TFT necessary for forming a CMOS circuit can be manufactured on the same substrate.
[0053]
[Example 2]
Embodiments to which the gettering method of the present invention is applied when manufacturing a TFT having an inverted stagger structure will be described with reference to FIGS.
[0054]
First, a glass substrate such as a # 1737 substrate manufactured by Corning was prepared as the
[0055]
Then, a gate insulating film 303 and an
[0056]
Thereafter, thermal annealing is performed at 450 to 550 ° C. for 1 hour using a furnace annealing furnace, thereby releasing hydrogen from the
[0057]
Next, a 200 nm thick
[0058]
After the
[0059]
Next, a resist
[0060]
After removing the resist
[0061]
Next, a resist
[0062]
Through the above steps, a
[0063]
Then, a predetermined resist mask was formed on the first
[0064]
Thereafter, a second conductive layer is formed. The second conductive layer may be used as a laminated film for preventing hillocks and oxidation. Then, after patterning the second conductive layer to function as part of the source wirings 328 and 330 and the
[0065]
Further, a step of forming a
[0066]
Through the above steps, a p-ch TFT and an n-ch TFT can be formed on the same substrate with an inverted staggered structure.
[0067]
[Example 3]
A method for manufacturing the pixel TFT of the pixel portion and the TFT of the driver circuit provided around the pixel portion over the same substrate will be described with reference to FIGS. However, for simplification of description, in the drive circuit, a CMOS circuit which is a basic circuit such as a shift register circuit and a buffer circuit and an n-ch TFT forming a sampling circuit are illustrated.
[0068]
As shown in FIG. 10A, a base insulating film is formed over an insulating
[0069]
Next, an
[0070]
Then, as in Example 1, in order to crystallize using a metal element, a layer containing a metal element is applied by spin coating with an aqueous solution containing 10 ppm of the metal element in terms of weight (not specifically shown). Was formed on the
[0071]
The crystalline silicon film thus formed is patterned into an island shape, and the
[0072]
Then, a channel doping process is performed. First, a
[0073]
In order to form the LDD region of the n-channel TFT of the driver circuit, an impurity element imparting n-type conductivity is selectively added to the island-shaped semiconductor layers 410 and 411. Therefore, photoresist masks 413 to 416 were formed in advance. Here, phosphine (PH) is added to add phosphorus (P). Three ) Was applied. Formed n - The phosphorus (P) concentration in the
[0074]
Next, the
[0075]
Then, the
[0076]
Next, a first conductive layer is formed to form a gate electrode. In this embodiment, a conductive layer (A) 421 made of a conductive nitride metal film and a conductive layer (B) 422 made of a metal film are laminated. Here, the conductive layer (B) 422 is formed with tantalum (Ta) to a thickness of 250 nm by sputtering using Ta as a target, and the conductive layer (A) 421 is made of tantalum nitride (TaN) with a thickness of 50 nm. (FIG. 11C).
[0077]
Next, photoresist masks 423 to 427 are formed, and the conductive layer (A) 421 and the conductive layer (B) 422 are etched together to form
[0078]
Next, a step of adding an impurity element imparting p-type conductivity is performed in order to form a source region and a drain region of the p-channel TFT of the driver circuit. Here, the impurity region is formed in a self-aligning manner using the
[0079]
Next, in an n-channel TFT, an impurity region functioning as a source region or a drain region was formed. Resist
[0080]
Then, in order to form the LDD region of the n-channel TFT in the pixel portion, an impurity addition step for imparting n-type was performed. Here, an impurity element imparting n-type in a self-aligning manner is added by ion doping using the
[0081]
Next, a second conductive layer serving as a gate wiring is formed. The second conductive layer is formed of a conductive layer (D) mainly composed of aluminum (Al) or copper (Cu) which is a low resistance material. In any case, the resistivity of the second conductive layer is about 0.1 to 10 μΩcm. Further, a conductive layer (E) made of titanium (Ti), tantalum (Ta), tungsten (W), or molybdenum (Mo) is preferably stacked. In this embodiment, an aluminum (Al) film containing 0.1 to 2% by weight of titanium (Ti) is formed as the conductive layer (D) 445, and a titanium (Ti) film is formed as the conductive layer (E) 446. The conductive layer (D) 445 may have a thickness of 200 to 400 nm (preferably 250 to 350 nm), and the conductive layer (E) 446 may have a thickness of 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm) (see FIG. 12 (D)).
[0082]
Then, in order to form a gate wiring connected to the gate electrode, the conductive layer (E) 446 and the conductive layer (D) 445 were etched to form
[0083]
As the first interlayer insulating film 450, a silicon oxynitride film was formed to a thickness of 500 to 1500 nm. Thereafter, contact holes reaching the source region or the drain region formed in each island-like semiconductor layer are formed, and phosphorous is added at 1 × 10 6 as in the first and second embodiments. 19 atoms / cm Three The
[0084]
Thereafter, a third conductive layer that bears part of the source and drain wirings is formed. The third conductive layer may be a laminated film for preventing hillocks and oxidation. After patterning this conductive layer to function as part of the source wirings 452 to 455 and
[0085]
Next, a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a silicon oxynitride film is formed as the
[0086]
Thereafter, a second
[0087]
Through the steps described above, here, the pixel TFT of the pixel portion and the TFT of the driver circuit provided around the pixel portion can be manufactured over the same substrate.
[0088]
A p-
[0089]
[Example 4]
Another method of adding a metal element for promoting crystallization of the amorphous silicon film used in Examples 1 to 3 will be described with reference to FIG.
[0090]
First, as shown in FIG. 15A, a
[0091]
In this state, UV light is irradiated in an oxygen atmosphere to form a thin oxide film on the
[0092]
Then, thermal annealing is performed at 600 ° C. for 8 hours in a nitrogen atmosphere to crystallize the
[0093]
A crystalline silicon film was obtained as described above. Thereafter, it can be applied to the TFT in the same manner as in Examples 1 to 3.
[0094]
[Example 5]
The substrate manufactured in Embodiment 3 is referred to as an active matrix substrate. In this embodiment, an example of a process of manufacturing an active matrix liquid crystal display device from this active matrix substrate and its circuit arrangement will be described with reference to FIGS. explain. Since the manufacturing method of the active matrix substrate has already been described in Embodiment 3, it is omitted here.
[0095]
As shown in FIG. 16, an
[0096]
FIG. 17 shows a simplified circuit arrangement of the active matrix substrate as shown in FIG.
[0097]
The circuit arrangement shown here is an example, and the circuit arrangement is not limited to this.
[0098]
[Example 6]
An active matrix substrate manufactured by implementing the present invention is used in various electro-optical devices such as an organic EL display device (a light-emitting device including a film containing an organic compound that can emit light by applying an electric field), a liquid crystal display device. Is also applicable. The present invention can be applied to all electronic devices in which such an electro-optical device is incorporated as a display medium. Examples of electronic devices include personal computers, digital cameras, video cameras, portable information terminals (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.), navigation systems, and the like. Examples of these are shown in FIGS.
[0099]
FIG. 18A illustrates a personal computer, which includes a main body 1001 including a microprocessor, a memory, and the like, an image input portion 1002, a display device 1003, and a
[0100]
FIG. 18B illustrates a video camera which includes a main body 1101, a display device 1102, an
[0101]
FIG. 18C illustrates a portable information terminal which includes a main body 1201, an image input unit 1202, an
[0102]
FIG. 18D shows a player that uses a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) in which a program is recorded, and includes a main body 1301, a
[0103]
FIG. 19A illustrates a digital camera which includes a main body 1401, a
[0104]
FIG. 19B shows a mobile phone, which includes a main body 1501, an
[0105]
FIG. 19C shows a display, which includes a main body 1601, a support base 1602, a
[0106]
FIG. 20A illustrates a front projector, which includes a light source optical system, a
[0107]
Note that FIG. 20C illustrates an example of the structure of the light source optical system and the
[0108]
Although not shown here, the present invention can also be applied to a navigation system, a reading circuit of an image sensor, and the like. As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields. In addition, the electronic apparatus of this example can be realized by using the crystallization technique of Embodiments 1 to 3 and using a configuration composed of any combination of Examples 1 to 6.
[0109]
【The invention's effect】
By forming a silicon film containing phosphorus in the source contact and drain contact portions and using it as a gettering site, the metal element that promotes the crystallization of the amorphous silicon film can be effectively removed or reduced, and the TFT In addition to improving the stability and reliability of the electrical characteristics, it is possible to eliminate the mask layer formation process and oxide film patterning process, which are required for conventional gettering, thereby improving productivity. Connected. Further, in gettering by doping, the crystal structure of the device region is damaged accompanying doping, and an additional doping step is required to reduce the source and drain resistance in the p-ch TFT. Good gettering can be performed without suffering such damage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a process of manufacturing n-ch and p-ch TFTs on the same substrate.
FIG. 3 is a diagram showing a process of manufacturing n-ch and p-ch TFTs on the same substrate.
FIG. 4 is a diagram showing a process of manufacturing n-ch and p-ch TFTs on the same substrate.
FIG. 5 is a diagram showing a process of manufacturing n-ch and p-ch TFTs on the same substrate.
FIG. 6 is a diagram showing a process of manufacturing inverted staggered n-ch and p-ch TFTs on the same substrate.
FIG. 7 is a diagram showing a process of manufacturing inverted staggered n-ch and p-ch TFTs on the same substrate.
FIG. 8 is a diagram showing a process of manufacturing inverted staggered n-ch and p-ch TFTs on the same substrate.
FIG. 9 is a diagram showing a process of manufacturing inverted staggered n-ch and p-ch TFTs on the same substrate.
FIG. 10 is a diagram showing a process of manufacturing a pixel TFT and a TFT of a driver circuit over the same substrate.
FIG. 11 is a diagram showing a process of manufacturing a pixel TFT and a TFT of a driver circuit over the same substrate.
FIG. 12 is a diagram showing a process of manufacturing a pixel TFT and a TFT of a driver circuit over the same substrate.
FIG. 13 is a diagram showing a process of manufacturing a pixel TFT and a TFT of a driver circuit over the same substrate.
FIG. 14 is a diagram showing a process of manufacturing a pixel TFT and a TFT of a driver circuit over the same substrate.
FIG. 15 shows a method for adding a metal element that promotes crystallization.
FIG 16 illustrates a structure of an active matrix liquid crystal display device.
FIG. 17 is a diagram showing a circuit layout of an active matrix liquid crystal display device.
FIG 18 illustrates an example of a semiconductor device.
FIG 19 illustrates an example of a semiconductor device.
FIG. 20 is a diagram showing an example of a projector
Claims (12)
前記結晶性シリコン膜上の層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜と、
前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜上の導電層と、を有し、
前記結晶性シリコン膜は、結晶化を助長する金属元素を添加した非晶質シリコン膜を結晶成長させたものであり、
前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜は前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールにおいて前記ソース領域または前記ドレイン領域と接し、かつ前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜には前記結晶化を助長する金属元素が偏析していることを特徴とする半導体装置。A crystalline silicon film having a source region, a drain region, and a channel formation region between the source region and the drain region;
An interlayer insulating film on the crystalline silicon film;
A silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 on the interlayer insulating film;
And a conductive layer on a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15;
The crystalline silicon film is obtained by crystal growth of an amorphous silicon film to which a metal element that promotes crystallization is added,
The silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 is in contact with the source region or the drain region in a contact hole provided in the interlayer insulating film, and the silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 is A semiconductor device characterized in that a metal element that promotes crystallization is segregated.
前記結晶性シリコン膜上の保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜上の層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上の15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜と、
前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜上の導電層と、を有し、
前記結晶性シリコン膜は、結晶化を助長する金属元素を添加した非晶質シリコン膜を結晶成長させたものであり、
前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜は前記保護絶縁膜および前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールにおいて前記ソース領域または前記ドレイン領域と接し、かつ前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜には前記結晶化を助長する金属元素が偏析していることを特徴とする半導体装置。A crystalline silicon film having a source region, a drain region, and a channel formation region between the source region and the drain region;
A protective insulating film on the crystalline silicon film;
An interlayer insulating film on the protective insulating film;
A silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 on the interlayer insulating film;
And a conductive layer on a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15;
The crystalline silicon film is obtained by crystal growth of an amorphous silicon film to which a metal element that promotes crystallization is added,
The silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 contains the impurity element belonging to Group 15 in contact with the source region or the drain region in a contact hole provided in the protective insulating film and the interlayer insulating film . A semiconductor device characterized in that the metal element that promotes the crystallization is segregated in the silicon film.
前記結晶化を助長する金属元素はFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au、Ge、Pb、Inから選ばれた一種類または複数種類の元素であることを特徴とする半導体装置。In claim 1 or claim 2,
The metal element that promotes crystallization is one or more elements selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au, Ge, Pb, and In. A semiconductor device characterized by the above.
前記15族に属する不純物元素はリンであることを特徴とする半導体装置。In any one of Claim 1 thru | or 3,
The semiconductor device according to claim 15, wherein the impurity element belonging to Group 15 is phosphorus.
前記15族に属する不純物元素はリンであり、リン濃度は1×1019atoms/cm3以上であることを特徴とする半導体装置。In any one of Claim 1 thru | or 3,
The semiconductor device is characterized in that the impurity element belonging to Group 15 is phosphorus, and the phosphorus concentration is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more.
前記非晶質シリコン膜に結晶化を助長する金属元素を添加し、前記非晶質シリコン膜を結晶成長させ結晶性シリコン膜を形成し、
前記結晶性シリコン膜の選択された領域に不純物元素を添加してソース領域およびドレイン領域を形成し、
前記ソース領域および前記ドレイン領域が形成された前記結晶性シリコン膜上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜に前記ソース領域または前記ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールおよび前記層間絶縁膜上に15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜を形成し、
熱アニールにより前記結晶性シリコン膜中に含まれる前記結晶化を助長する金属元素を、前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜にゲッタリングし、
前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜上に導電層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。Forming an amorphous silicon film,
A metal element for promoting crystallization is added to the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystal-grown to form a crystalline silicon film;
An impurity element is added to a selected region of the crystalline silicon film to form a source region and a drain region;
Forming an interlayer insulating film on the crystalline silicon film in which the source region and the drain region are formed;
Forming a contact hole reaching the source region or the drain region in the interlayer insulating film;
Forming a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 on the contact hole and the interlayer insulating film;
Gettering the metal element for promoting crystallization contained in the crystalline silicon film by thermal annealing to a silicon film containing an impurity element belonging to the group 15 ;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a conductive layer over a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 above.
前記非晶質シリコン膜に結晶化を助長する金属元素を添加し、前記非晶質シリコン膜を結晶成長させ結晶性シリコン膜を形成し、
前記結晶性シリコン膜の選択された領域に不純物元素を添加してソース領域およびドレイン領域を形成し、
前記ソース領域および前記ドレイン領域が形成された前記結晶性シリコン膜上に保護絶縁膜を形成し、
前記保護絶縁膜上に層間絶縁膜を形成し、
前記保護絶縁膜および前記層間絶縁膜に前記ソース領域または前記ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールおよび前記層間絶縁膜上に15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜を形成し、
熱アニールにより前記結晶性シリコン膜中に含まれる前記結晶化を助長する金属元素を、前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜にゲッタリングし、
前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜上に導電層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。Forming an amorphous silicon film,
A metal element for promoting crystallization is added to the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystal-grown to form a crystalline silicon film;
An impurity element is added to a selected region of the crystalline silicon film to form a source region and a drain region;
Forming a protective insulating film on the crystalline silicon film in which the source region and the drain region are formed;
Forming an interlayer insulating film on the protective insulating film;
Forming a contact hole reaching the source region or the drain region in the protective insulating film and the interlayer insulating film;
Forming a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 on the contact hole and the interlayer insulating film;
Gettering the metal element for promoting crystallization contained in the crystalline silicon film by thermal annealing to a silicon film containing an impurity element belonging to the group 15 ;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a conductive layer over a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 above.
前記非晶質シリコン膜に結晶化を助長する金属元素を添加し、前記非晶質シリコン膜を結晶成長させ結晶性シリコン膜を形成し、
前記結晶性シリコン膜の選択された領域に不純物元素を添加してソース領域およびドレイン領域を形成し、
前記ソース領域および前記ドレイン領域が形成された前記結晶性シリコン膜上に保護絶縁膜を形成し、
前記保護絶縁膜上に層間絶縁膜を形成し、
前記保護絶縁膜および前記層間絶縁膜に前記ソース領域または前記ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、
前記コンタクトホールおよび前記層間絶縁膜上に15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜を形成し、
熱アニールにより前記結晶性シリコン膜中に含まれる前記結晶化を助長する金属元素を、前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜にゲッタリングし、
前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜上に導電層を形成し、
前記導電層をパターニングした後、パターニングされた前記導電層を用いてセルフアラインで前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜をパターニングし、パターニングされた前記導電層と前記15族に属する不純物元素を含有したシリコン膜とでなる配線を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。Forming an amorphous silicon film,
A metal element for promoting crystallization is added to the amorphous silicon film, and the amorphous silicon film is crystal-grown to form a crystalline silicon film;
An impurity element is added to a selected region of the crystalline silicon film to form a source region and a drain region;
Forming a protective insulating film on the crystalline silicon film in which the source region and the drain region are formed;
Forming an interlayer insulating film on the protective insulating film;
Forming a contact hole reaching the source region or the drain region in the protective insulating film and the interlayer insulating film;
Forming a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15 on the contact hole and the interlayer insulating film;
Gettering the metal element for promoting crystallization contained in the crystalline silicon film by thermal annealing to a silicon film containing an impurity element belonging to the group 15 ;
Forming a conductive layer on a silicon film containing an impurity element belonging to Group 15;
After patterning the conductive layer , the patterned conductive layer is used to pattern a silicon film containing an impurity element belonging to the group 15 by self-alignment, and the patterned conductive layer and the impurity element belonging to the group 15 A method for manufacturing a semiconductor device, comprising forming a wiring made of a silicon film containing silicon.
前記熱アニールは、前記結晶化を助長する金属元素のゲッタリングを進行させると共に、前記ソース領域および前記ドレイン領域に添加された不純物元素を活性化させることを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of Claims 6 thru | or 8,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the thermal annealing causes gettering of a metal element that promotes crystallization, and activates an impurity element added to the source region and the drain region.
前記結晶化を助長する金属元素はFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Au、Ge、Pb、Inから選ばれた一種類または複数種類の元素である半導体装置の作製方法。In any one of Claims 6 thru | or 9,
The metal element that promotes crystallization is a semiconductor that is one or more elements selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au, Ge, Pb, and In. Device fabrication method.
前記15族に属する不純物元素はリンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of Claims 6 thru | or 10,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the impurity element belonging to Group 15 is phosphorus.
前記15族に属する不純物元素はリンであり、リン濃度は1×1019atoms/cm3以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of Claims 6 thru | or 10,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the impurity element belonging to Group 15 is phosphorus, and the phosphorus concentration is 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more.
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