JP4884735B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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本発明は薄膜トランジスタ(以下、TFTという)で構成された回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置や有機発光素子を有する発光表示装置を部品として搭載した電子機器に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a circuit formed of a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) and a manufacturing method thereof. For example, the present invention relates to an electronic apparatus in which an electro-optical device typified by a liquid crystal display panel or a light-emitting display device having an organic light-emitting element is mounted as a component.

なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。   Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all semiconductor devices.

近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜(厚さ数〜数百nm程度)を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはICや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。   In recent years, a technique for forming a thin film transistor (TFT) using a semiconductor thin film (having a thickness of about several to several hundred nm) formed on a substrate having an insulating surface has attracted attention. Thin film transistors are widely applied to electronic devices such as ICs and electro-optical devices, and development of switching devices for image display devices is urgently required.

結晶構造を有する半導体膜(代表的にはポリシリコン)を半導体層として用いたTFTは、非晶質構造を有する半導体膜(代表的にはアモルファスシリコン)に比べて、電界効果移動度が大きいため、盛んに使用されるようになっている。   A TFT using a semiconductor film having a crystalline structure (typically polysilicon) as a semiconductor layer has higher field effect mobility than a semiconductor film having an amorphous structure (typically amorphous silicon). , Has been actively used.

しかし、ポリシリコンを半導体層に用いたTFTは、アモルファスシリコンを半導体層に用いたTFTに比べ多くの優位点を有しているが、チャネル形成領域に存在する不純物や欠陥等がTFTの電気特性、特にしきい値特性に大きな影響を与えてしまうという問題があった。   However, TFTs using polysilicon as the semiconductor layer have many advantages over TFTs using amorphous silicon as the semiconductor layer. However, impurities and defects present in the channel formation region cause the electrical characteristics of the TFT. In particular, there is a problem that the threshold characteristic is greatly affected.

例えば、TFTのしきい値が0Vよりもマイナス側になった場合には、nチャネル型TFTにおいてはノーマリーオン状態となるため、正常なスイッチング動作が困難となる。そこで、このような問題に対して、イオンドーピング装置またはイオン注入装置を用いてチャネル形成領域にボロンイオンなどを添加して、TFTのしきい値が0Vに近づくようなしきい値制御方法が知られている。   For example, when the threshold value of the TFT is on the minus side from 0 V, the n-channel TFT is normally on, so that a normal switching operation is difficult. In view of this problem, there is known a threshold control method in which boron ions or the like are added to the channel formation region using an ion doping apparatus or an ion implantation apparatus so that the TFT threshold approaches 0V. ing.

イオン注入装置は、不純物イオンを電界加速し、さらに質量分離を行って目的のイオン種のみを選択的に注入する装置であり、高精度である点が特徴である。しかし、イオン注入装置は、スループットが悪く、非常に高価な製造装置である。特に、大型基板を処理する場合には、イオン注入装置は不利である。一方、イオンドーピング装置は、大面積の半導体薄膜に一括で不純物イオンを添加することができ、量産に向いている。このイオンドーピング装置は、チャンバ内に原料気体を流し、その原料気体を公知の方法によりプラズマ化させ、含有されている不純物イオンをイオン化して半導体膜に添加する。イオン注入装置のように質量分離を行わないため、目的のイオン種以外のイオンが添加されてしまうが、スループットに優れている。   The ion implantation apparatus is an apparatus that selectively implants only the target ion species by accelerating the electric field of impurity ions and further performing mass separation, and is characterized by high accuracy. However, the ion implantation apparatus has a low throughput and is a very expensive manufacturing apparatus. In particular, when processing a large substrate, an ion implantation apparatus is disadvantageous. On the other hand, an ion doping apparatus can add impurity ions to a semiconductor thin film having a large area at a time and is suitable for mass production. In this ion doping apparatus, a source gas is flowed into a chamber, the source gas is turned into plasma by a known method, and impurity ions contained therein are ionized and added to a semiconductor film. Since mass separation is not performed unlike an ion implantation apparatus, ions other than the target ion species are added, but the throughput is excellent.

また、本出願人は、ハロゲン元素を含む化合物(CF4、NF3、SF6、BF3、SiF4など)を半導体膜にドーピングし、その半導体膜をゲッタリングサイトとする技術を特許文献1で提案している。
特開2004−22900
Further, the present applicant has disclosed a technique in which a semiconductor film is doped with a compound containing a halogen element (CF 4 , NF 3 , SF 6 , BF 3 , SiF 4, etc.) and the semiconductor film is used as a gettering site. Proposed in
JP2004-22900

上記したしきい値を制御する方法において、チャネル形成領域となる部分に添加するボロンイオンの量は、非常に微量な量とすることが必要とされている。しかしながら、イオンドーピング装置を用いた場合、ドーピング用ガスとしてジボランを用い、微量な量のボロンイオンを正確、且つ、均一に添加して、しきい値を制御することは困難であった。   In the above-described method for controlling the threshold value, it is necessary that the amount of boron ions added to the portion to be a channel formation region be a very small amount. However, when an ion doping apparatus is used, it is difficult to control the threshold value by using diborane as a doping gas and adding a minute amount of boron ions accurately and uniformly.

本発明は、結晶構造を有する半導体膜を得た後、その上に材料層を形成し、イオンドーピング装置を用いてBF3(三フッ化ホウ素ガス)をドーピング用ガスとしてボロンイオンを添加する。こうすることによって、結晶構造を有する半導体膜に対して微量な量のボロンイオンを正確、且つ、均一に添加して、しきい値を制御することを特徴としている。イオンドーピング装置を用いてBF3をドーピングガスとしてホウ素及びフッ素を添加すると、フッ素元素が最大濃度に達する深さと、ホウ素元素が最大濃度に達する深さが異なる。 In the present invention, after obtaining a semiconductor film having a crystal structure, a material layer is formed thereon, and boron ions are added using BF 3 (boron trifluoride gas) as a doping gas by using an ion doping apparatus. This is characterized in that the threshold value is controlled by adding a trace amount of boron ions accurately and uniformly to the semiconductor film having a crystal structure. When boron and fluorine are added using BF 3 as a doping gas using an ion doping apparatus, the depth at which the fluorine element reaches the maximum concentration differs from the depth at which the boron element reaches the maximum concentration.

図1はイオン注入装置を用いて、それぞれの濃度プロファイルが互いに近づくように加速電圧を調節してB+と、BF+とBF2 +を半導体シリコンウェハーに添加した結果である。図1は、加速電圧が30keVの条件でドープを行ったB+の濃度プロファイル、加速電圧が70keVの条件でドープを行ったBF+の濃度プロファイル、加速電圧が105keVの条件でドープを行ったBF2 +の濃度プロファイルを示している。イオンドーピング装置を用いてBF3をドーピングガスとしてホウ素及びフッ素を添加する場合、加速電圧は共通となるため、例えば加速電圧を30keVとすると、B+の最大濃度に達する深さに比べてBF+の最大濃度に達する深さは半分程度浅くなり、B+の最大濃度に達する深さに比べてBF2 +の最大濃度に達する深さは3分の1程度浅くなる。この深さの差を利用することによって、材料層の膜厚を調節して結晶構造を有する半導体膜に対して微量な量のボロンイオンを正確、且つ、均一に添加する。 FIG. 1 shows the result of adding B + , BF + and BF 2 + to a semiconductor silicon wafer by using an ion implantation apparatus and adjusting the acceleration voltage so that the respective concentration profiles approach each other. FIG. 1 shows a concentration profile of B + doped with an acceleration voltage of 30 keV, a concentration profile of BF + doped with an acceleration voltage of 70 keV, and a BF doped with an acceleration voltage of 105 keV. It shows the 2 + concentration profile. If adding boron and fluorine BF 3 as a doping gas using an ion doping apparatus, since the acceleration voltage is common, for example, the acceleration voltage is 30 keV, as compared to the depth reaching the maximum concentration of B + BF + The depth to reach the maximum concentration of BF 2 + is about half as shallow, and the depth to reach the maximum concentration of BF 2 + is about one-third shallower than the depth to reach the maximum concentration of B + . By utilizing the difference in depth, a very small amount of boron ions is accurately and uniformly added to the semiconductor film having a crystal structure by adjusting the thickness of the material layer.

本明細書で開示する発明の構成は、絶縁表面を有する基板上に結晶構造を有する半導体層を形成し、前記結晶構造を有する半導体層上に材料層を形成し、前記結晶構造を有する半導体層及び前記材料層にBF3をドーピングガスとしてB及びFを添加し、
前記材料層を除去する半導体装置の作製方法であり、前記BF3をドーピングガスとして添加する際、前記結晶構造を有する半導体層にはフッ素よりもボロンを多く添加し、前記材料層にはボロンよりもフッ素を多く添加することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
In the structure of the invention disclosed in this specification, a semiconductor layer having a crystal structure is formed over a substrate having an insulating surface, a material layer is formed over the semiconductor layer having the crystal structure, and the semiconductor layer having the crystal structure is formed. And B and F are added to the material layer using BF 3 as a doping gas,
In the method for manufacturing a semiconductor device in which the material layer is removed, when the BF 3 is added as a doping gas, more boron is added than fluorine to the semiconductor layer having the crystal structure, and boron is added to the material layer. Is a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that a large amount of fluorine is added.

上記構成において、前記結晶構造を有する半導体層に含まれるボロン濃度は、1×1015以上、5×1017以下とすることでTFTのしきい値制御を行うことを特徴としている。 In the above structure, the threshold value of the TFT is controlled by setting the boron concentration contained in the semiconductor layer having the crystal structure to 1 × 10 15 or more and 5 × 10 17 or less.

また、結晶構造を有する半導体膜は、プラズマCVD法や減圧CVD法で堆積した非晶質半導体膜を、加熱処理やレーザーアニール法(レーザー光の照射により半導体膜を結晶化させる技術)により作製されている。   In addition, a semiconductor film having a crystal structure is manufactured by heat treatment or laser annealing (a technique for crystallizing a semiconductor film by laser irradiation) from an amorphous semiconductor film deposited by plasma CVD or low pressure CVD. ing.

こうして作製される結晶構造を有する半導体膜は多数の結晶粒の集合体であり、その結晶方位は任意な方向に配向して制御不能であるため、TFTの特性を制限する要因となっている。このような問題点に対し、特開平7−183540号公報で開示される技術は、ニッケルなど半導体膜の結晶化を助長する金属元素を添加し、結晶構造を有する半導体膜を作製するものであり、結晶化に必要とする加熱温度を低下させる効果ばかりでなく、結晶方位の配向性を単一方向に高めることが可能である。このような結晶構造を有する半導体膜でTFTを形成すると、電界効果移動度の向上のみでなく、サブスレッショルド係数(S値)が小さくなり、飛躍的に電気的特性を向上させることが可能となっている。 The semiconductor film having a crystal structure manufactured in this way is an aggregate of a large number of crystal grains, and the crystal orientation is oriented in an arbitrary direction and cannot be controlled, which is a factor that limits the characteristics of the TFT. In order to solve such problems, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-183540 is to add a metal element that promotes crystallization of a semiconductor film such as nickel to produce a semiconductor film having a crystal structure. In addition to the effect of lowering the heating temperature required for crystallization, it is possible to increase the orientation of crystal orientation in a single direction. When a TFT is formed using a semiconductor film having such a crystal structure, not only the field-effect mobility is improved, but also the subthreshold coefficient (S value) is reduced, and the electrical characteristics can be dramatically improved. ing.

結晶化を助長する金属元素を用いることによって、結晶化における核発生が制御可能となるため、核発生がランダムである他の結晶化方法に比べて得られる膜質は均一であり、理想的には、完全に金属元素を除去または許容範囲までに低減することが望ましい。しかし、結晶化を助長する金属元素を添加する故に、結晶構造を有する半導体膜の膜中或いは膜表面には、当該金属元素が残存し、得られる素子の特性をばらつかせるなどの問題がある。その一例は、TFTにおいてオフ電流が増加し、個々の素子間でばらつくなどの問題がある。即ち、結晶化を助長する金属元素は、一旦、結晶構造を有する半導体膜が形成されてしまえば、かえって不要な存在となってしまう。   By using a metal element that promotes crystallization, nucleation in crystallization can be controlled, so the film quality obtained is uniform compared to other crystallization methods in which nucleation is random, ideally. It is desirable to completely remove metal elements or reduce them to an acceptable range. However, since a metal element that promotes crystallization is added, the metal element remains in the film of the semiconductor film having a crystal structure or on the film surface, and there is a problem in that the characteristics of the obtained element are varied. . As an example, there is a problem that an off current increases in a TFT and varies between individual elements. That is, the metal element that promotes crystallization becomes unnecessary once a semiconductor film having a crystal structure is formed.

また、材料層を除去する前に加熱処理を行うと、チャネル形成領域となる部分に混入してしまった不純物を材料層に移動させることができる。不純物を低減または除去された結晶構造を有する半導体膜をチャネル形成領域として用いることで、電気特性の向上、特にオフ電流を低減することができる。材料層に対して元素単体を添加するのではなく、BF+やBF2 +を添加することによって、より多くの未結合手を形成し、不純物を捕獲するゲッタリングサイトとして機能させることができる。 Further, when heat treatment is performed before the material layer is removed, impurities mixed in a portion to be a channel formation region can be moved to the material layer. By using a semiconductor film having a crystal structure from which impurities are reduced or removed as a channel formation region, electrical characteristics, in particular, off current can be reduced. By adding BF + or BF 2 + instead of adding a single element to the material layer, more dangling bonds can be formed and function as a gettering site for trapping impurities.

ゲッタリング技術は単結晶シリコンウエハーを用いる集積回路の製造技術において主要な技術として位置付けられている。ゲッタリングは半導体中に取り込まれた金属不純物が、何らかのエネルギーでゲッタリングサイトに偏析して、素子の能動領域の不純物濃度を低減させる技術として知られている。この技術は、エクストリンシックゲッタリング(Extrinsic Gettering)とイントリンシックゲッタリング(Intrinsic Gettering)の二つに大別されている。エクストリンシックゲッタリングは外部から歪場や化学作用を与えてゲッタリング効果をもたらすものである。イントリンシックゲッタリングは単結晶シリコンウエハーの内部に生成された酸素が関与する格子欠陥の歪場を利用したものとして知られている。 The gettering technique is positioned as a main technique in the manufacturing technique of an integrated circuit using a single crystal silicon wafer. Gettering is known as a technique for reducing the impurity concentration of an active region of an element by segregating metal impurities taken into a semiconductor to gettering sites with some energy. This technology is roughly divided into two types: extrinsic gettering and intrinsic gettering. The extrinsic gettering provides a gettering effect by applying a strain field and chemical action from the outside. Intrinsic gettering is known as utilizing a strain field of lattice defects involving oxygen generated inside a single crystal silicon wafer.

本発明は、上記したエクストリンシックゲッタリングやイントリンシックゲッタリングとは異なるゲッタリングのメカニズムを利用して、厚さ10〜200nm程度の結晶構造を有する半導体膜に適用するために以下の手段を採用するものである。   The present invention employs the following means for applying to a semiconductor film having a crystal structure of about 10 to 200 nm in thickness using a gettering mechanism different from the above-described extrinsic gettering and intrinsic gettering. To do.

また、他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板上に非晶質造を有する半導体層を形成し、非晶質構造を有する半導体膜に結晶化を助長する金属元素を添加し、第1の加熱処理を行って結晶化して結晶構造を有する半導体層を形成し、前記結晶構造を有する半導体層上に材料層を形成し、前記結晶構造を有する半導体層及び前記材料層にBF3をドーピングガスとしてB及びFを添加し、第2の加熱処理を行い、結晶構造を有する半導体層に含まれる前記金属元素を前記材料層に移動させ、前記材料層を除去する半導体装置の作製方法であり、前記BF3をドーピングガスとして添加する際、前記結晶構造を有する半導体層にはフッ素よりもボロンを多く添加し、前記材料層にはボロンよりもフッ素を多く添加することを特徴とする半導体装置の作製方法である。 In another aspect of the invention, a semiconductor layer having an amorphous structure is formed on a substrate having an insulating surface, and a metal element for promoting crystallization is added to the semiconductor film having an amorphous structure. The semiconductor layer having a crystal structure is formed by crystallization by performing the heat treatment, a material layer is formed on the semiconductor layer having the crystal structure, and the semiconductor layer having the crystal structure and the material layer are doped with BF 3 A method for manufacturing a semiconductor device in which B and F are added as gases, a second heat treatment is performed, the metal element contained in a semiconductor layer having a crystal structure is moved to the material layer, and the material layer is removed. , When adding BF 3 as a doping gas, the semiconductor layer having the crystal structure contains more boron than fluorine, and the material layer contains more fluorine than boron. This is a manufacturing method.

また、他の発明の構成は、絶縁表面を有する基板上に非晶質造を有する半導体層を形成し、非晶質構造を有する半導体膜に結晶化を助長する金属元素を添加し、第1の加熱処理を行って結晶化して結晶構造を有する半導体層を形成し、前記結晶構造を有する半導体層上に絶縁層(ゲート絶縁膜)を形成し、前記結晶構造を有する半導体層にBF3をドーピングガスとして選択的に添加した領域を形成し、第2の加熱処理を行い、結晶構造を有する半導体層に含まれる前記金属元素を前記領域に移動させる半導体装置の作製方法であり、前記BF3をドーピングガスとして添加した領域は、前記金属元素、ボロン及びフッ素を含むことを特徴とする半導体装置の作製方法である。 In another aspect of the invention, a semiconductor layer having an amorphous structure is formed on a substrate having an insulating surface, and a metal element for promoting crystallization is added to the semiconductor film having an amorphous structure. The semiconductor layer having a crystal structure is formed by crystallization by performing the heat treatment, an insulating layer (gate insulating film) is formed on the semiconductor layer having the crystal structure, and BF 3 is formed on the semiconductor layer having the crystal structure. selectively forming a region added as doping gas, performing a second heat treatment, a method for manufacturing a semiconductor device for moving the metal element contained in the semiconductor layer having a crystal structure in the region, the BF 3 In the method for manufacturing a semiconductor device, the region added with doping gas contains the metal element, boron, and fluorine.

上記構成において、前記金属元素はFe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。   In the above structure, the metal element is one or more selected from Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au.

また、上記各構成において、前記結晶構造を有する半導体層の形成と、前記材料層の形成の間に、前記結晶構造を有する半導体層上に酸化膜または窒化膜を形成してもよい。材料層は後で除去するため、材料層の材料としては、結晶構造を有する半導体膜と異なる材料が好ましい。例えば、材料層の材料として窒化珪素膜や酸化珪素膜を用いる。また、材料層として同じ材料、例えば非晶質構造または結晶構造を有する半導体膜を用いてもよいが、その場合には、材料層と結晶構造を有する半導体膜との間にエッチングストッパーとなる膜を設けることが好ましい。   In each of the above structures, an oxide film or a nitride film may be formed over the semiconductor layer having the crystal structure between the formation of the semiconductor layer having the crystal structure and the formation of the material layer. Since the material layer is removed later, a material different from that of the semiconductor film having a crystal structure is preferable as the material of the material layer. For example, a silicon nitride film or a silicon oxide film is used as the material of the material layer. Alternatively, a semiconductor film having the same material, for example, an amorphous structure or a crystal structure, may be used as the material layer. In that case, a film serving as an etching stopper between the material layer and the semiconductor film having a crystal structure. Is preferably provided.

本発明により、薄膜トランジスタのチャネル形成領域となる部分に微量な量のボロンイオンを正確、且つ、均一に添加して、薄膜トランジスタのしきい値を制御し、個々の薄膜トランジスタ間でのバラツキを低減して均一な電気特性を有する半導体装置を実現できる。   According to the present invention, a small amount of boron ions is accurately and uniformly added to a portion that becomes a channel formation region of a thin film transistor to control a threshold value of the thin film transistor, thereby reducing variation between individual thin film transistors. A semiconductor device having uniform electrical characteristics can be realized.

本発明の実施形態について、以下に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

(実施の形態1)
以下に本発明を用いた代表的なTFTの作製手順を簡略に図2を用いて示す。ここではプラズマCVD装置で半導体膜と、該半導体膜上に材料膜の成膜を行った後、BF3をドーピングガスとしてB及びFを添加する例を示す。
(Embodiment 1)
A procedure for manufacturing a typical TFT using the present invention will be briefly described below with reference to FIGS. Here, an example in which a semiconductor film and a material film are formed on the semiconductor film by a plasma CVD apparatus and then B and F are added using BF 3 as a doping gas is shown.

図2(A)中、100は、絶縁表面を有する基板、101はブロッキング層となる絶縁膜、102は非晶質構造を有する半導体膜である。   In FIG. 2A, 100 is a substrate having an insulating surface, 101 is an insulating film serving as a blocking layer, and 102 is a semiconductor film having an amorphous structure.

基板100はガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。   As the substrate 100, a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like can be used. Alternatively, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless steel substrate with an insulating film formed thereon may be used. Alternatively, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature in this step may be used.

まず、基板100上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜(SiOxy)等の絶縁膜から成る下地絶縁膜101を形成する。代表的な一例は下地絶縁膜101として2層構造から成り、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される窒化酸化珪素膜を50〜100nm、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化珪素膜を100〜150nmの厚さに積層形成する構造が採用される。また、下地絶縁膜101の一層として膜厚10nm以下の窒化シリコン膜(SiN膜)、或いは酸化窒化珪素膜(SiNxy膜(X)Y))を用いることが好ましい。ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、半導体膜と接する下地絶縁膜を窒化シリコン膜とすることは極めて有効である。また、窒化酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化シリコン膜とを順次積層した3層構造を用いてもよい。 First, a base insulating film 101 made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film (SiO x N y ) is formed over the substrate 100. As a typical example, the base insulating film 101 has a two-layer structure, and a silicon nitride oxide film formed by using SiH 4 , NH 3 , and N 2 O as a reaction gas is 50 to 100 nm, SiH 4 , and N 2 O. A structure is employed in which a silicon oxynitride film is deposited to a thickness of 100 to 150 nm formed using a reactive gas as a reactive gas. In addition, a silicon nitride film (SiN film) or a silicon oxynitride film (SiN x O y film (X) Y)) having a thickness of 10 nm or less is preferably used as one layer of the base insulating film 101. Since nickel tends to move to a region having a high oxygen concentration during gettering, it is extremely effective to use a silicon nitride film as the base insulating film in contact with the semiconductor film. Alternatively, a three-layer structure in which a silicon nitride oxide film, a silicon oxynitride film, and a silicon nitride film are sequentially stacked may be used.

次いで、図2(A)に示すように、下地絶縁膜上に半導体膜102を形成する。半導体膜102は、代表的には、非晶質半導体膜、結晶構造を含む半導体膜、非晶質構造を含む化合物半導体膜などを用いることができ、具体的にはアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンなどを用いることができる。結晶構造を含む半導体膜は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により成膜した後、公知の結晶化処理(レーザー結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法等)を行えばよい。この半導体膜102の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム合金などで形成すると良い。   Next, as illustrated in FIG. 2A, the semiconductor film 102 is formed over the base insulating film. As the semiconductor film 102, an amorphous semiconductor film, a semiconductor film including a crystal structure, a compound semiconductor film including an amorphous structure, or the like can be used. Specifically, amorphous silicon, microcrystalline silicon, Polycrystalline silicon or the like can be used. The semiconductor film including a crystal structure is formed by forming a semiconductor film having an amorphous structure by a known means (sputtering method, LPCVD method, plasma CVD method, or the like), and then performing a known crystallization process (laser crystallization method, A thermal crystallization method or a thermal crystallization method using a catalyst such as nickel). The semiconductor film 102 is formed with a thickness of 25 to 80 nm (preferably 30 to 60 nm). There is no limitation on the material of the crystalline semiconductor film, but it is preferably formed of silicon or a silicon germanium alloy.

次いで、図2(B)に示すように、半導体膜102上に材料膜103を形成する。材料膜103の材料は特に限定されないが、材料膜103は、後の工程で除去するため、除去する際のエッチング条件において半導体膜102と選択比が大きい材料を選択することが好ましい。また、材料膜103の材料として半導体膜102と同じ材料を用いる場合には、半導体膜102と材料膜103との間にエッチングストッパーとなる膜を形成すればよい。また、材料膜103の膜厚は、後に行われるBFガスを用いたドーピング条件を基に決定すればよい。材料膜103の膜厚を調節し、半導体膜に添加されたBの濃度が1×1015 atoms/cm 以上、5×1017 atoms/cm 以下の濃度範囲に入るようにする。 Next, as illustrated in FIG. 2B, the material film 103 is formed over the semiconductor film 102. The material of the material film 103 is not particularly limited; however, since the material film 103 is removed in a later step, it is preferable to select a material having a high selectivity with respect to the semiconductor film 102 under etching conditions for removal. In the case where the same material as the semiconductor film 102 is used as the material of the material film 103, a film serving as an etching stopper may be formed between the semiconductor film 102 and the material film 103. The film thickness of the material film 103 may be determined based on doping conditions using BF 3 gas to be performed later. The thickness of the material film 103 is adjusted so that the concentration of B added to the semiconductor film is in a concentration range of 1 × 10 15 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

次いで、図2(C)に示すように、イオンドーピング装置を用い、BF3ガスを用いたドーピング処理を行う。添加されるイオン種は、B+イオン、BF+イオン、BF2 +イオンであり、それぞれのイオンが最大濃度に達する深さが異なる。BF+イオン、BF2 +イオンは、B+イオンに比べて浅く添加される。BF3ガスを用いたドーピング処理を行う目的は、微量のホウ素を材料膜103を介して半導体膜102に添加して、後に形成されるTFTのしきい値を制御するためである。ドーピング条件によっては、フッ素も半導体膜に添加されることもあるが、特にTFTの電気特性に影響はない。 Next, as shown in FIG. 2C, doping treatment using BF 3 gas is performed using an ion doping apparatus. The ion species to be added are B + ions, BF + ions, and BF 2 + ions, and the depth at which each ion reaches the maximum concentration is different. BF + ions and BF 2 + ions are added shallower than B + ions. The purpose of performing the doping process using BF 3 gas is to add a small amount of boron to the semiconductor film 102 through the material film 103 to control the threshold value of a TFT formed later. Depending on the doping conditions, fluorine may be added to the semiconductor film, but it does not particularly affect the electrical characteristics of the TFT.

次いで、図2(D)に示すように、熱処理を行う。炉で熱処理で行う場合は、不活性雰囲気中、代表的には窒素雰囲気中で450〜800℃、1〜24時間、例えば550℃にて4時間の熱処理を行えばよい。また、予め450〜800℃に加熱された炉に基板を導入する場合、例えば700℃に加熱された炉の中に3分間配置して熱処理を行えばよい。また、熱処理に加えて強光を照射してもよい。熱処理として強光を照射する場合は、基板が耐えうる範囲で照射しつづけてよく、例えば、加熱用のランプ光源を約3分間点灯させ、瞬間的には半導体膜が700℃に加熱されるようにする。或いは、加熱用のランプ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、瞬間的には600〜1000℃、好ましくは700〜750℃程度に半導体膜が加熱されるようにする。 Next, heat treatment is performed as illustrated in FIG. When heat treatment is performed in a furnace, heat treatment may be performed in an inert atmosphere, typically in a nitrogen atmosphere at 450 to 800 ° C. for 1 to 24 hours, for example, at 550 ° C. for 4 hours. In addition, when the substrate is introduced into a furnace heated to 450 to 800 ° C. in advance, the heat treatment may be performed by placing the substrate in a furnace heated to 700 ° C. for 3 minutes, for example. Moreover, you may irradiate strong light in addition to heat processing. In the case of irradiating intense light as the heat treatment, the substrate may be irradiated as long as the substrate can withstand, for example, a lamp light source for heating is turned on for about 3 minutes, and the semiconductor film is instantaneously heated to 700 ° C. To. Alternatively, the lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times. The emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the semiconductor film is instantaneously heated to 600 to 1000 ° C., preferably about 700 to 750 ° C.

この熱処理によって、図2(D)中の矢印に示す方向に半導体膜102中の不純物を材料膜103に移動させることができる。この熱処理による半導体膜102中の不純物低減も、TFTのしきい値制御を行う上で効果がある。ただし、ここでの熱処理が必要ない場合には熱処理を省略してもよい。   By this heat treatment, impurities in the semiconductor film 102 can be moved to the material film 103 in a direction indicated by an arrow in FIG. Reduction of impurities in the semiconductor film 102 by this heat treatment is also effective in controlling the threshold value of the TFT. However, when the heat treatment here is not necessary, the heat treatment may be omitted.

また、半導体膜102として、特開平8-78329号公報記載の技術を用いて結晶化させた結晶構造を有する半導体膜を用いる場合、上記熱処理によって半導体膜中に含まれる金属元素の除去、または金属元素の濃度の低減を行うことができる。なお、特開平8-78329号公報記載の技術は、非晶質構造を有する半導体膜の表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素(ここでは、ニッケル)を重量換算で1〜100ppm含む酢酸ニッケル溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層を形成し、加熱処理を行い、結晶化を行う技術である。   Further, when a semiconductor film having a crystal structure crystallized using the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-78329 is used as the semiconductor film 102, the metal element contained in the semiconductor film is removed by the heat treatment, or the metal The concentration of the element can be reduced. Note that the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-78329 discloses that a metal element having a catalytic action for promoting crystallization (here, nickel) is 1 to 100 ppm in terms of weight on the surface of a semiconductor film having an amorphous structure. In this technique, a nickel acetate solution is applied by a spinner to form a nickel-containing layer, and heat treatment is performed for crystallization.

次いで、材料膜103のみを選択的に除去する。次いで、半導体膜を公知のパターニング技術を用いて所望の形状の半導体層105を形成する。(図2(E)) Next, only the material film 103 is selectively removed. Next, a semiconductor layer 105 having a desired shape is formed using a known patterning technique for the semiconductor film. (Figure 2 (E))

所望の形状の半導体層105を形成する工程が終了したら、半導体層の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄し、ゲート絶縁膜106となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。この表面洗浄とゲート絶縁膜の形成は、大気にふれさせずに連続的に行うことが望ましい。   After the step of forming the semiconductor layer 105 having a desired shape is completed, the surface of the semiconductor layer is washed with an etchant containing hydrofluoric acid, and an insulating film containing silicon as a main component and serving as the gate insulating film 106 is formed. The surface cleaning and the formation of the gate insulating film are desirably performed continuously without exposure to the atmosphere.

次いで、ゲート絶縁膜106の表面を洗浄した後、ゲート電極107を形成する。次いで、半導体にn型を付与する不純物元素(P、As等)、ここではリンを適宜添加して、ソース領域108及びドレイン領域109を形成する。添加した後、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザー光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜300℃の雰囲気中において、表面または裏面からYAGレーザーの第2高調波を照射して不純物元素を活性化させることは非常に有効である。YAGレーザーはメンテナンスが少ないため好ましい活性化手段である。   Next, after cleaning the surface of the gate insulating film 106, the gate electrode 107 is formed. Next, an impurity element (P, As, or the like) imparting n-type conductivity to the semiconductor, here phosphorus, is added as appropriate, so that the source region 108 and the drain region 109 are formed. After the addition, heat treatment, intense light irradiation, or laser light irradiation is performed to activate the impurity element. Simultaneously with activation, plasma damage to the gate insulating film and plasma damage to the interface between the gate insulating film and the semiconductor layer can be recovered. In particular, in an atmosphere of room temperature to 300 ° C., it is very effective to activate the impurity element by irradiating the second harmonic of the YAG laser from the front surface or the back surface. A YAG laser is a preferred activation means because it requires less maintenance.

また、ソース領域108とドレイン領域109との間には、ゲート絶縁膜106を介してゲート電極107と重なるチャネル形成領域110が設けられる。   In addition, a channel formation region 110 which overlaps with the gate electrode 107 is provided between the source region 108 and the drain region 109 with the gate insulating film 106 interposed therebetween.

以降の工程は、層間絶縁膜111を形成し、水素化を行って、ソース領域、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース電極112、ドレイン電極113を形成してTFT(nチャネル型TFT)を完成させる。(図2(F))   In the subsequent steps, an interlayer insulating film 111 is formed, hydrogenation is performed, contact holes reaching the source region and the drain region are formed, a source electrode 112 and a drain electrode 113 are formed, and a TFT (n-channel TFT) is formed. To complete. (Fig. 2 (F))

また、本発明は図2(F)のTFT構造に限定されず、必要があればチャネル形成領域とドレイン領域(またはソース領域)との間にLDD領域を有する低濃度ドレイン(LDD:Lightly Doped Drain)構造としてもよい。この構造はチャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域を設けたものであり、この領域をLDD領域と呼んでいる。さらにゲート絶縁膜を介してLDD領域をゲート電極と重ねて配置させた、いわゆるGOLD(Gate-drain Overlapped LDD)構造としてもよい。   The present invention is not limited to the TFT structure of FIG. 2F, and if necessary, a lightly doped drain (LDD) having an LDD region between a channel formation region and a drain region (or source region). ) Structure may be used. In this structure, a region to which an impurity element is added at a low concentration is provided between a channel formation region and a source region or a drain region formed by adding an impurity element at a high concentration, and this region is referred to as an LDD region. I'm calling. Further, a so-called GOLD (Gate-drain Overlapped LDD) structure in which an LDD region is disposed so as to overlap with a gate electrode through a gate insulating film may be employed.

また、ここではnチャネル型TFTを用いて説明したが、n型不純物元素に代えてp型不純物元素を用いることによってpチャネル型TFTを形成することができることは言うまでもない。   Although an n-channel TFT has been described here, it goes without saying that a p-channel TFT can be formed by using a p-type impurity element instead of an n-type impurity element.

また、ここではトップゲート型TFTを例として説明したが、TFT構造に関係なく本発明を適用することが可能であり、例えばボトムゲート型(逆スタガ型)TFTや順スタガ型TFTに適用することが可能である。   Although the top gate type TFT has been described as an example here, the present invention can be applied regardless of the TFT structure. For example, it can be applied to a bottom gate type (reverse stagger type) TFT or a forward stagger type TFT. Is possible.

(実施の形態2)
ここでは、本発明を用いたpチャネル型TFTの作製手順を簡略に図3を用いて示す。
(Embodiment 2)
Here, a manufacturing procedure of a p-channel TFT using the present invention will be briefly described with reference to FIGS.

図3(A)中、10は、絶縁表面を有する基板、11はブロッキング層となる絶縁膜、12は非晶質構造を有する半導体膜である。   In FIG. 3A, 10 is a substrate having an insulating surface, 11 is an insulating film to be a blocking layer, and 12 is a semiconductor film having an amorphous structure.

まず、図2(A)に示すように基板10上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜(SiOxy)等の絶縁膜から成る下地絶縁膜11を形成する。 First, as shown in FIG. 2A, a base insulating film 11 made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film (SiO x N y ) is formed on a substrate 10.

次いで、下地絶縁膜上に非晶質構造を有する半導体膜12を形成する。半導体膜12は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマCVD法や減圧CVD法、或いはスパッタ法で10〜100nmの厚さに形成する。後の結晶化で良質な結晶構造を有する半導体膜を得るためには、非晶質構造を有する半導体膜12の膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を5×1018/cm3(二次イオン質量分析法(SIMS)にて測定した原子濃度)以下に低減させておくと良い。これらの不純物は後の結晶化を妨害する要因となり、また、結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理(電界研磨処理)やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のCVD装置を用いることが望ましい。 Next, the semiconductor film 12 having an amorphous structure is formed over the base insulating film. For the semiconductor film 12, a semiconductor material containing silicon as a main component is used. Typically, an amorphous silicon film, an amorphous silicon germanium film, or the like is applied, and the film is formed to a thickness of 10 to 100 nm by a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a sputtering method. In order to obtain a semiconductor film having a good crystal structure by subsequent crystallization, the concentration of impurities such as oxygen and nitrogen contained in the semiconductor film 12 having an amorphous structure is set to 5 × 10 18 / cm 3 ( It is good to reduce it below the atomic concentration measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). These impurities interfere with subsequent crystallization, and also increase the density of capture centers and recombination centers even after crystallization. Therefore, it is desirable not only to use a high-purity material gas but also to use an ultrahigh vacuum-compatible CVD apparatus equipped with a mirror surface treatment (electropolishing treatment) in the reaction chamber and an oil-free vacuum exhaust system.

次いで、非晶質構造を有する半導体膜12を結晶化させる技術としてここでは特開平8-78329号公報記載の技術を用いて結晶化させる。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜(アモルファスシリコン膜とも呼ばれる)に対して結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がる結晶構造を有する半導体膜を形成するものである。まず、非晶質構造を有する半導体膜12の表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素(ここでは、ニッケル)を重量換算で1〜100ppm含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層13を形成する。(図3(B))塗布によるニッケル含有層13の形成方法以外の他の手段として、スパッタ法、蒸着法、またはプラズマ処理により極薄い膜を形成する手段を用いてもよい。また、ここでは、全面に塗布する例を示したが、マスクを形成して選択的にニッケル含有層を形成してもよい。   Next, as a technique for crystallizing the semiconductor film 12 having an amorphous structure, here, the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-78329 is used for crystallization. The technology described in this publication is based on a crystal structure in which an amorphous silicon film (also referred to as an amorphous silicon film) is selectively added with a metal element that promotes crystallization, and heat treatment is performed to expand the added region as a starting point. The semiconductor film which has this is formed. First, a nickel acetate salt solution containing 1 to 100 ppm by weight of a metal element (here, nickel) having a catalytic action for promoting crystallization is applied to the surface of the semiconductor film 12 having an amorphous structure with a spinner. A nickel-containing layer 13 is formed. (FIG. 3B) As a means other than the method for forming the nickel-containing layer 13 by coating, a means for forming an extremely thin film by sputtering, vapor deposition, or plasma treatment may be used. Although an example in which the coating is performed on the entire surface is shown here, a nickel-containing layer may be selectively formed by forming a mask.

次いで、加熱処理を行い、結晶化を行う。この場合、結晶化は半導体の結晶化を助長する金属元素が接した半導体膜の部分でシリサイドが形成され、それを核として結晶化が進行する。こうして、図3(C)に示す結晶構造を有する半導体膜14が形成される。なお、結晶化後での半導体膜14に含まれる酸素濃度は、5×1018/cm3以下とすることが望ましい。ここでは、脱水素化のための熱処理(450℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(550℃〜650℃で4〜24時間)を行う。また、強光の照射により結晶化を行う場合は、赤外光、可視光、または紫外光のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることが可能であるが、代表的には、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いる。ランプ光源は、必要な時間点灯させて加熱してもよいし、1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1回〜10回繰り返し、半導体膜が瞬間的に600〜1000℃程度にまで加熱すればよい。なお、必要であれば、強光を照射する前に非晶質構造を有する半導体膜14に含有する水素を放出させる熱処理を行ってもよい。また、熱処理と強光の照射とを同時に行って結晶化を行ってもよい。生産性を考慮すると、結晶化は強光の照射により結晶化を行うことが望ましい。 Next, heat treatment is performed to perform crystallization. In this case, in crystallization, silicide is formed in a portion of the semiconductor film in contact with a metal element that promotes crystallization of the semiconductor, and crystallization proceeds using the silicide as a nucleus. Thus, the semiconductor film 14 having the crystal structure shown in FIG. 3C is formed. Note that the concentration of oxygen contained in the semiconductor film 14 after crystallization is desirably 5 × 10 18 / cm 3 or less. Here, after heat treatment for dehydrogenation (450 ° C., 1 hour), heat treatment for crystallization (550 to 650 ° C. for 4 to 24 hours) is performed. When crystallization is performed by irradiation with strong light, any one of infrared light, visible light, ultraviolet light, or a combination thereof can be used. Typically, a halogen lamp, a metal halide, or the like is used. Light emitted from a lamp, xenon arc lamp, carbon arc lamp, high pressure sodium lamp, or high pressure mercury lamp is used. The lamp light source may be turned on and heated for a necessary time, or turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated once to 10 times, and the semiconductor film instantaneously has a temperature of 600 to 1000 ° C. What is necessary is just to heat to a grade. Note that if necessary, heat treatment for releasing hydrogen contained in the semiconductor film 14 having an amorphous structure may be performed before irradiation with strong light. In addition, crystallization may be performed by simultaneously performing heat treatment and irradiation with strong light. In consideration of productivity, it is desirable to perform crystallization by irradiation with strong light.

このようにして得られる結晶構造を有する半導体膜14には、金属元素(ここではニッケル)が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、1×1019/cm3を越える濃度で残存している。勿論、このような状態でもTFTをはじめ各種半導体素子を形成することが可能であるが、以降に示す本発明のゲッタリング方法で当該元素を除去する。 A metal element (in this case, nickel) remains in the semiconductor film 14 having a crystal structure obtained in this way. Although it is not uniformly distributed in the film, it remains at a concentration exceeding 1 × 10 19 / cm 3 if it is an average concentration. Of course, various semiconductor elements including TFT can be formed even in such a state, but the element is removed by the gettering method of the present invention described below.

次いで、結晶化率(膜の全体積における結晶成分の割合)を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、結晶構造を有する半導体膜14に対してレーザー光を照射することが好ましい。レーザー光を照射した場合、表面に薄い酸化膜(図示しない)が形成される。このレーザー光としてはパルス発振であるレーザ光源から射出される波長400nm以下のエキシマレーザ光や、YAGレーザの第2高調波、第3高調波を用いればよい。また、レーザー光としては連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第2高調波〜第4高調波を用いてもよい。代表的には、Nd:YVO4レーザー(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を適用すればよい。 Next, it is preferable to irradiate the semiconductor film 14 having a crystal structure with laser light in order to increase the crystallization rate (the ratio of the crystal component in the total volume of the film) and repair defects remaining in the crystal grains. . When laser light is irradiated, a thin oxide film (not shown) is formed on the surface. As this laser light, an excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less emitted from a pulsed laser light source, or a second harmonic or a third harmonic of a YAG laser may be used. Further, a solid-state laser capable of continuous oscillation may be used as the laser light, and the second to fourth harmonics of the fundamental wave may be used. Typically, a second harmonic (532 nm) or a third harmonic (355 nm) of an Nd: YVO 4 laser (fundamental wave 1064 nm) may be applied.

次いで、半導体膜を公知のパターニング技術を用いて所望の形状の半導体層17を形成する。次いで、半導体層の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄し、ゲート絶縁膜18となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。この表面洗浄とゲート絶縁膜の形成は、大気にふれさせずに連続的に行うことが望ましい。   Next, a semiconductor layer 17 having a desired shape is formed on the semiconductor film by using a known patterning technique. Next, the surface of the semiconductor layer is washed with an etchant containing hydrofluoric acid to form an insulating film containing silicon as a main component and serving as the gate insulating film 18. The surface cleaning and the formation of the gate insulating film are desirably performed continuously without exposure to the atmosphere.

次いで、図3(E)に示すように、ゲート絶縁膜18の表面を洗浄した後、ゲート電極19を形成する。 Next, as shown in FIG. 3E, after the surface of the gate insulating film 18 is cleaned, a gate electrode 19 is formed.

次いで、図3(F)に示すように、イオンドーピング装置を用い、BF3ガスを用いたドーピング処理を選択的に行う。なお、nチャネル型TFTを形成する領域にはマスクで覆って添加されないようにしてもよい。BF3ガスを用いたドーピング処理は、ジボランを用いたドーピング処理に比べ、半導体層17中にボロンを多く添加することができ、さらに結晶破壊を誘起させることができる。半導体層に添加されるイオン種は、B+イオン、BF+イオン、BF2 +イオンである。ただし、加速電圧が同じ場合、BF+イオンやBF2 +イオンに比べてB+イオンは、最大濃度に達する深さが深いので、主に半導体層に対してBF+イオン、またはBF2 +イオンが添加されるドーピング条件とすることが好ましい。本工程でBF3ガスを用いたドーピング処理を行う目的は、2つある。一つは、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域を形成することであり、もう一つは、ゲッタリングサイトとして機能する領域を形成するためである。 Next, as shown in FIG. 3F, a doping process using a BF 3 gas is selectively performed using an ion doping apparatus. Note that a region where an n-channel TFT is formed may be covered with a mask and not added. In the doping process using BF 3 gas, more boron can be added to the semiconductor layer 17 than in the doping process using diborane, and crystal breakdown can be induced. Ion species added to the semiconductor layer are B + ions, BF + ions, and BF 2 + ions. However, if the acceleration voltage is the same, BF + ions B + ions as compared with the or BF 2 + ions, because deep depth reaching the maximum concentration, BF + ions mainly for the semiconductor layer or BF 2 + ions, It is preferable that the doping condition is such that is added. There are two purposes for performing the doping process using BF 3 gas in this step. One is to form a high concentration impurity region that functions as a source region or a drain region, and the other is to form a region that functions as a gettering site.

ここでは、ゲート電極19をマスクとして自己整合的に添加して、ソース領域20及びドレイン領域21を形成する。   Here, the source region 20 and the drain region 21 are formed by adding in a self-aligning manner using the gate electrode 19 as a mask.

次いで、不純物元素、ここではボロン元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザー光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。また、活性化するために加熱処理と同時に図3(G)の矢印の方向にチャネル形成領域22となる領域中の金属元素、ここでは主にニッケルをソース領域20及びドレイン領域21に移動させることができる。   Next, heat treatment, intense light irradiation, or laser light irradiation is performed to activate the impurity element, here, a boron element. Simultaneously with activation, plasma damage to the gate insulating film and plasma damage to the interface between the gate insulating film and the semiconductor layer can be recovered. In order to activate, simultaneously with the heat treatment, the metal element in the region to be the channel formation region 22, here nickel, is moved to the source region 20 and the drain region 21 in the direction of the arrow in FIG. Can do.

また、この加熱処理の条件によっては、ゲッタリングと同時に結晶粒内に残される欠陥を補修する、即ち結晶性の改善を行うことができる。   Further, depending on the conditions of the heat treatment, defects remaining in the crystal grains can be repaired simultaneously with gettering, that is, crystallinity can be improved.

本明細書において、ゲッタリングとは、被ゲッタリング領域(ここでは第1の半導体膜)にある金属元素が熱エネルギーにより放出され、拡散によりゲッタリングサイトに移動することを指している。   In this specification, gettering means that a metal element in a gettering region (here, the first semiconductor film) is released by thermal energy and moves to a gettering site by diffusion.

また、上記加熱処理を行う前に50nm程度の酸化珪素膜や酸化窒化珪素膜などの保護膜を形成することが好ましい。保護膜を形成した後に加熱処理を行えば、酸化による半導体膜の膜減りを抑えることができる。   Further, a protective film such as a silicon oxide film or a silicon oxynitride film with a thickness of about 50 nm is preferably formed before the heat treatment. When heat treatment is performed after the protective film is formed, reduction in the thickness of the semiconductor film due to oxidation can be suppressed.

以降の工程は、層間絶縁膜23を形成し、水素化を行って、ソース領域、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース電極24、ドレイン電極25を形成してTFT(nチャネル型TFT)を完成させる。(図3(H))   In the subsequent steps, an interlayer insulating film 23 is formed, hydrogenation is performed, contact holes reaching the source region and the drain region are formed, a source electrode 24 and a drain electrode 25 are formed, and a TFT (n-channel TFT) To complete. (Fig. 3 (H))

こうして得られたTFTのチャネル形成領域22に含まれる金属元素の濃度は1×1017/cm3未満とすることができる。 The concentration of the metal element contained in the channel formation region 22 of the TFT thus obtained can be less than 1 × 10 17 / cm 3 .

上記工程により、十分に結晶化を助長する金属元素が低減または除去された結晶構造を有する半導体膜を得ることができ、該半導体膜を活性層とするTFTにおいて電気特性の向上、及び、個々の素子間でのバラツキを低減することができる。特に、液晶表示装置においては、TFT特性のバラツキに起因する表示むらを低減できる。   Through the above-described steps, a semiconductor film having a crystal structure in which a metal element that sufficiently promotes crystallization is reduced or removed can be obtained. In the TFT using the semiconductor film as an active layer, the electrical characteristics can be improved. Variations between elements can be reduced. In particular, in a liquid crystal display device, display unevenness due to variations in TFT characteristics can be reduced.

加えて、OLEDを有する半導体装置においては、画素電極に一定の電流が流れるように配置されたTFT(駆動回路または画素に配置されるOLEDに電流を供給するTFT)のオン電流(Ion)のバラツキを低減することができ、輝度のバラツキを低減できる。 In addition, in a semiconductor device having an OLED, an on-current (I on ) of a TFT (TFT that supplies current to an OLED arranged in a driving circuit or a pixel) arranged so that a constant current flows through the pixel electrode. Variations can be reduced, and variations in luminance can be reduced.

また、上記工程により、結晶化を助長する金属元素だけでなく、不純物となる他の金属元素(Fe、Cuなど)も除去または低減することができる。 In addition to the metal element that promotes crystallization, other metal elements (such as Fe and Cu) that become impurities can be removed or reduced by the above-described steps.

また、本実施の形態は実施の形態1と自由に組み合わせることができる。   Further, this embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1.

以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。   The present invention having the above-described configuration will be described in more detail with the following examples.

本実施例では、画素部と駆動回路と端子部とを同一基板上に形成し、両方の基板から光を取り出すことのできる発光装置の例を図4に示す。   In this embodiment, an example of a light-emitting device in which a pixel portion, a driver circuit, and a terminal portion are formed over the same substrate and light can be extracted from both substrates is shown in FIG.

基板610上に下地絶縁膜を形成した後、各半導体層を形成する。また、これらの半導体層は、実施の形態1または実施の形態2に従って作製すればよく、チャネル形成領域となる場所に所望のボロン濃度を含んでいる。次いで、半導体層を覆うゲート絶縁膜を形成した後、各ゲート電極、端子電極を形成する。次いで、nチャネル型TFT636を形成するため、半導体にn型を付与する不純物元素(代表的にはリン、またはAs)をドープし、pチャネル型TFT637を形成するため、半導体にp型を付与する不純物元素(代表的にはボロン)をドープしてソース領域およびドレイン領域、必要であればLDD領域を適宜形成する。次いで、PCVD法により得られる水素を含む窒化酸化珪素膜(SiNO膜)を形成した後、半導体層に添加された不純物元素の活性化および水素化を行う。   After a base insulating film is formed over the substrate 610, each semiconductor layer is formed. In addition, these semiconductor layers may be manufactured according to Embodiment Mode 1 or Embodiment Mode 2, and include a desired boron concentration in a place to be a channel formation region. Next, after forming a gate insulating film covering the semiconductor layer, each gate electrode and terminal electrode are formed. Next, an impurity element imparting n-type conductivity (typically phosphorus or As) is doped into the semiconductor in order to form an n-channel TFT 636, and p-type is imparted to the semiconductor in order to form a p-channel TFT 637. A source region and a drain region, and if necessary, an LDD region are appropriately formed by doping with an impurity element (typically boron). Next, after forming a silicon nitride oxide film (SiNO film) containing hydrogen obtained by a PCVD method, the impurity element added to the semiconductor layer is activated and hydrogenated.

次いで、層間絶縁膜となる平坦化絶縁膜616を形成する。平坦化絶縁膜616としては、塗布法によって得られるシリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される絶縁膜を用いる。   Next, a planarization insulating film 616 to be an interlayer insulating film is formed. As the planarization insulating film 616, an insulating film having a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O) obtained by a coating method is used.

次いで、マスクを用いて平坦化絶縁膜にコンタクトホールを形成すると同時に周縁部の平坦化絶縁膜を除去する。 Next, a contact hole is formed in the planarization insulating film using a mask, and at the same time, the planarization insulating film at the peripheral portion is removed.

次いで、平坦化絶縁膜616をマスクとしてエッチングを行い、露呈している水素を含むSiNO膜またはゲート絶縁膜を選択的に除去する。 Next, etching is performed using the planarization insulating film 616 as a mask to selectively remove the exposed SiNO film or gate insulating film containing hydrogen.

次いで、導電膜を形成した後、マスクを用いてエッチングを行い、ドレイン配線やソース配線を形成する。 Next, after forming a conductive film, etching is performed using a mask to form drain wirings and source wirings.

次いで、第1の電極623、即ち、有機発光素子の陽極(或いは陰極)を形成する。   Next, the first electrode 623, that is, the anode (or cathode) of the organic light emitting element is formed.

次いで、塗布法により得られるSOG膜(例えば、アルキル基を含むSiOx膜)をパターニングして、第1の電極623の端部を覆う絶縁物629(バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる)を形成する。 Next, an SOG film obtained by a coating method (for example, an SiOx film containing an alkyl group) is patterned to form an insulator 629 (referred to as a bank, a partition, a barrier, a bank, or the like) that covers an end portion of the first electrode 623. Form.

次いで、有機化合物を含む層624を、蒸着法または塗布法を用いて形成する。次いで、透明導電膜からなる第2の電極625、即ち、有機発光素子の陰極(或いは陽極)を形成する。次いで、蒸着法またはスパッタ法により透明保護層626を形成する。透明保護層626は、第2の電極625を保護する。   Next, a layer 624 containing an organic compound is formed by an evaporation method or a coating method. Next, a second electrode 625 made of a transparent conductive film, that is, a cathode (or an anode) of the organic light emitting element is formed. Next, a transparent protective layer 626 is formed by vapor deposition or sputtering. The transparent protective layer 626 protects the second electrode 625.

次いで、透明な封止基板633をシール材628で貼り合わせて発光素子を封止する。即ち、発光表示装置は、表示領域の外周をシール材で囲み、一対の基板で封止される。TFTの層間絶縁膜は、基板全面に設けられているため、シール材のパターンが層間絶縁膜の外周縁よりも内側に描画された場合、シール材のパターンの外側に位置する層間絶縁膜の一部から水分や不純物が浸入する恐れがある。従って、TFTの層間絶縁膜として用いる平坦化絶縁膜の外周は、シール材のパターンの内側、好ましくは、シール材パターンと重なるようにして平坦化絶縁膜の端部をシール材が覆うようにする。なお、シール材628で囲まれた領域には透明な充填材627を充填する。   Next, a transparent sealing substrate 633 is attached with a sealant 628 to seal the light emitting element. That is, the light emitting display device is sealed with a pair of substrates by surrounding the outer periphery of the display region with a sealant. Since the interlayer insulating film of the TFT is provided on the entire surface of the substrate, when the sealing material pattern is drawn on the inner side of the outer peripheral edge of the interlayer insulating film, one of the interlayer insulating films located outside the sealing material pattern. There is a risk of moisture and impurities entering from the part. Accordingly, the outer periphery of the planarization insulating film used as the interlayer insulating film of the TFT is overlapped with the inside of the sealing material pattern, preferably, the sealing material pattern so that the end of the planarizing insulating film covers the sealing material. . Note that a region surrounded by the sealant 628 is filled with a transparent filler 627.

最後にFPC632を異方性導電膜631により公知の方法で端子電極と貼りつける。端子電極は、透明導電膜を用いることが好ましく、ゲート配線と同時に形成された端子電極上に形成する。(図4)   Finally, the FPC 632 is attached to the terminal electrode by an anisotropic conductive film 631 by a known method. The terminal electrode is preferably made of a transparent conductive film, and is formed on the terminal electrode formed simultaneously with the gate wiring. (Fig. 4)

また、発光素子の光は、基板610及び封止基板633を通過して両側に取り出される。図4に示す構造は、基板と封止基板の両方を通過させて光を取り出す構造の発光装置である。   In addition, light from the light-emitting element passes through the substrate 610 and the sealing substrate 633 and is extracted to both sides. The structure shown in FIG. 4 is a light-emitting device having a structure in which light is extracted through both the substrate and the sealing substrate.

以上の工程によって、画素部と駆動回路と端子部とを同一基板上に形成することができる。 Through the above steps, the pixel portion, the driver circuit, and the terminal portion can be formed over the same substrate.

また、本実施例は実施の形態1、または実施の形態2と自由に組み合わせることができる。   Further, this embodiment can be freely combined with Embodiment Mode 1 or Embodiment Mode 2.

本実施例では、画素部と駆動回路と端子部とを同一基板上に形成した液晶表示装置の例を図5に示す。図5は、カラーフィルタを用いない液晶パネルの断面図を示している。 In this embodiment, an example of a liquid crystal display device in which a pixel portion, a driver circuit, and a terminal portion are formed over the same substrate is shown in FIG. FIG. 5 shows a cross-sectional view of a liquid crystal panel that does not use a color filter.

カラーフィルタを用いない液晶パネルを光シャッタとして機能させ、RGBの3色のバックライト光源を高速で点滅させるフィールドシーケンシャル方式の駆動方法を用いる。フィールドシーケンシャル方式は、人間の目の時間的な分解能力の限界を利用し、連続時間的な加法混色によってカラー表示を実現するものである。 A field-sequential driving method is used in which a liquid crystal panel that does not use a color filter functions as an optical shutter and the RGB three-color backlight light sources blink at high speed. The field sequential method uses the limit of the temporal resolution capability of the human eye and realizes color display by continuous color additive color mixing.

第1の基板701上には、下地絶縁膜702と、下地絶縁膜上に3つのTFT703を設けている。これらのTFTは、チャネル形成領域720と、低濃度不純物領域725、726と、ソース領域またはドレイン領域721、722とを活性層とし、ゲート絶縁膜705と、ゲート電極723a、723bと、層間絶縁膜706とを有するnチャネル型TFTである。また、これらのTFTは、実施の形態1または実施の形態2に従って作製すればよく、チャネル形成領域に所望のボロン濃度を含んでいる。また、ゲート電極は2層となっており、テーパー形状となっている下層723aと、上層723bとで構成されている。 Over the first substrate 701, a base insulating film 702 and three TFTs 703 are provided over the base insulating film. These TFTs have a channel formation region 720, low-concentration impurity regions 725 and 726, and source or drain regions 721 and 722 as active layers, a gate insulating film 705, gate electrodes 723a and 723b, and an interlayer insulating film. N-channel TFT having 706. These TFTs may be manufactured according to Embodiment Mode 1 or Embodiment Mode 2, and include a desired boron concentration in a channel formation region. Further, the gate electrode has two layers, and is composed of a lower layer 723a having a tapered shape and an upper layer 723b.

また、平坦化絶縁膜707は、塗布法による平坦な層間絶縁膜である。   The planarization insulating film 707 is a flat interlayer insulating film formed by a coating method.

また、TFTのドレイン配線、またはソース配線724a、724b、724cは、3層構造としている。ここでは、Ti膜と、Al単体膜、Al(C+Ni)合金膜との積層膜を用いる。TFTのドレイン配線、またはソース配線は、層間絶縁膜のカバレッジを考慮して、テーパー形状とすることが好ましい。 Further, the drain wiring or source wirings 724a, 724b, and 724c of the TFT have a three-layer structure. Here, a laminated film of a Ti film, a single Al film, and an Al (C + Ni) alloy film is used. The drain wiring or source wiring of the TFT is preferably tapered in consideration of the coverage of the interlayer insulating film.

また、画素電極708は、ITO(酸化インジウムスズ)、ITSO(ITOに酸化珪素が2〜10重量%含まれたターゲットを用いてスパッタリング法で得られる酸化珪素を含む酸化インジウムスズ)、酸化珪素を含み酸化インジウムに2〜20atoms%の酸化亜鉛(ZnO)を混合した透光性酸化物導電膜(IZO)、酸化珪素を含むATO(アンチモン・チン・オキサイド)などの透明導電膜を用いることができる。   The pixel electrode 708 includes ITO (indium tin oxide), ITSO (indium tin oxide containing silicon oxide obtained by a sputtering method using a target in which silicon oxide is contained in ITO by 2 to 10 wt%), and silicon oxide. A transparent conductive film such as a light-transmitting oxide conductive film (IZO) in which 2-20 atoms% of zinc oxide (ZnO) is mixed with indium oxide and ATO (antimony tin oxide) containing silicon oxide can be used. .

また、柱状スペーサ714は樹脂であり、基板間隔を一定に保つ役目を果たしている。従って、柱状スペーサ714は、等間隔で配置されている。また、高速応答させるため、基板間隔は2μm以下にすることが好ましく、柱状スペーサ714の高さを適宜調節する。また、2インチ角以下の小さい画面サイズの場合には、柱状スペーサは特に設けなくともよく、シール材に含ませるフィラーなどのギャップ材のみで基板間隔を調節してもよい。 The columnar spacers 714 are made of resin and serve to keep the substrate interval constant. Accordingly, the columnar spacers 714 are arranged at equal intervals. Further, in order to make a high-speed response, the substrate interval is preferably 2 μm or less, and the height of the columnar spacer 714 is adjusted as appropriate. Further, in the case of a small screen size of 2 inches square or less, the columnar spacer is not necessarily provided, and the substrate interval may be adjusted only by a gap material such as a filler included in the sealing material.

また、柱状スペーサ714及び画素電極708を覆う配向膜710も設ける。対向基板となる第2の基板716にも配向膜712を設け、シール材(図示しない)で第1の基板701と第2の基板716を貼り合わせている。   An alignment film 710 that covers the columnar spacers 714 and the pixel electrodes 708 is also provided. An alignment film 712 is also provided over the second substrate 716 which is a counter substrate, and the first substrate 701 and the second substrate 716 are bonded to each other with a sealant (not illustrated).

また、第1の基板701と第2の基板716との間の間隔には、液晶材料711を充填する。液晶材料711は、シール材を閉パターンとして気泡が入らないように減圧下で液晶の滴下を行い、両方の基板を貼り合わせる方法を用いてもよいし、開口部を有するシールパターンを設け、TFT基板を貼りあわせた後に毛細管現象を用いて液晶を注入するディップ式(汲み上げ式)を用いてもよい。   A space between the first substrate 701 and the second substrate 716 is filled with a liquid crystal material 711. The liquid crystal material 711 may be a method in which liquid crystal is dropped under reduced pressure so that bubbles do not enter with a sealing material as a closed pattern, and both substrates are bonded together, or a sealing pattern having an opening is provided, and a TFT A dip type (pumping type) in which liquid crystals are injected using a capillary phenomenon after the substrates are bonded together may be used.

本実施例の液晶パネルは、いわゆるπセル構造を有しており、OCB(Optically Compensated Bend)モードという表示モードを用いる。πセル構造とは、液晶分子のプレチルト角がアクティブマトリクス基板と対向基板との基板間の中心面に対して面対称の関係で配向された構造である。πセル構造の配向状態は、基板間に電圧が印加されていない時はスプレイ配向となり、電圧を印加するとベンド配向に移行する。さらに電圧を印加するとベンド配向の液晶分子が両基板が基板と垂直に配向し、光が透過する状態となる。なお、OCBモードにすると、従来のTNモードより約10倍速い高速応答性を実現できる。   The liquid crystal panel of this embodiment has a so-called π cell structure, and uses a display mode called an OCB (Optically Compensated Bend) mode. The π cell structure is a structure in which the pretilt angles of liquid crystal molecules are aligned in a plane-symmetric relationship with respect to the center plane between the active matrix substrate and the counter substrate. The alignment state of the π cell structure is splay alignment when no voltage is applied between the substrates, and shifts to bend alignment when a voltage is applied. When a voltage is further applied, the bend-aligned liquid crystal molecules are aligned perpendicularly to the substrates and light is transmitted. In the OCB mode, high-speed response that is about 10 times faster than the conventional TN mode can be realized.

また、液晶パネルは一対の光学フィルム(偏光板、位相差板など)731、732の間に挟む。加えて、OCBモードによる表示においては、リタデーションの視角依存性を3次元的に補償するため、2軸性位相差板を用いることが好ましい。   The liquid crystal panel is sandwiched between a pair of optical films (polarizing plate, retardation plate, etc.) 731 and 732. In addition, in the display in the OCB mode, it is preferable to use a biaxial retardation plate in order to compensate the viewing angle dependency of retardation three-dimensionally.

図5に示す液晶パネルのバックライトとしてRGBの3色のLED735として用いる。LED735の光は導光板734によって導出される。フィールドシーケンシャル駆動方法においては、LED点灯期間TR期間、TG期間およびTB期間に、それぞれR、G、BのLEDが順に点灯する。赤のLEDの点灯期間(TR)には、赤に対応したビデオ信号(R1)が液晶パネルに供給され、液晶パネルに赤の画像1画面分が書き込まれる。また、緑のLEDの点灯期間(TG)には、緑に対応したビデオデータ(G1)が液晶パネルに供給され、液晶パネルに緑の画像1画面分が書き込まれる。また、青のLEDの点灯期間(TB)には、青に対応したビデオデータ(B1)が液晶表示装置に供給され、液晶表示装置に青の画像1画面分が書き込まれる。これらの3回の画像の書き込みにより、1フレームが形成される。   As the backlight of the liquid crystal panel shown in FIG. The light from the LED 735 is led out by the light guide plate 734. In the field sequential driving method, R, G, and B LEDs are sequentially lit in the LED lighting period TR period, TG period, and TB period, respectively. During the lighting period (TR) of the red LED, a video signal (R1) corresponding to red is supplied to the liquid crystal panel, and one red image is written on the liquid crystal panel. Also, during the green LED lighting period (TG), video data (G1) corresponding to green is supplied to the liquid crystal panel, and one green image is written on the liquid crystal panel. Further, during the lighting period (TB) of the blue LED, video data (B1) corresponding to blue is supplied to the liquid crystal display device, and one screen image of blue is written on the liquid crystal display device. One frame is formed by writing these three images.

また、本実施例は実施の形態1、または実施の形態2と自由に組み合わせることができる。   Further, this embodiment can be freely combined with Embodiment Mode 1 or Embodiment Mode 2.

本発明を実施して得たELパネルまたは液晶パネルを組み込むことによって様々な電子機器を作製することができる。電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD))等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。それらの電子機器の具体例を図6に示す。   Various electronic devices can be manufactured by incorporating an EL panel or a liquid crystal panel obtained by implementing the present invention. Electronic devices include video cameras, digital cameras, goggles-type displays, navigation systems, sound playback devices (car audio, audio components, etc.), personal computers, game devices, portable information terminals (mobile computers, mobile phones, portable game machines) Or an electronic book or the like), an image reproducing device provided with a recording medium (specifically, a device equipped with a display capable of reproducing a recording medium such as Digital Versatile Disc (DVD) and displaying the image), and the like. . Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.

図6(A)はテレビであり、筐体2001、支持台2002、表示部2003、スピーカー部2004、ビデオ入力端子2005等を含む。本発明はテレビに内蔵している半導体集積回路、および表示部2003に適用し、消費電力が低減されたテレビを実現することができる。なお、パーソナルコンピュータ用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用のテレビが含まれる。   FIG. 6A illustrates a television which includes a housing 2001, a support base 2002, a display portion 2003, a speaker portion 2004, a video input terminal 2005, and the like. The present invention can be applied to a semiconductor integrated circuit incorporated in a television and the display portion 2003 to realize a television with reduced power consumption. Note that all information display televisions such as personal computers, TV broadcast reception, and advertisement display are included.

図6(B)はデジタルカメラであり、本体2101、表示部2102、受像部2103、操作キー2104、外部接続ポート2105、シャッター2106等を含む。本発明は、デジタルカメラに内蔵されている半導体集積回路(メモリやCPUなど)、および表示部2102に適用し、電気特性のバラツキが少ないデジタルカメラとすることができる。   FIG. 6B illustrates a digital camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an image receiving portion 2103, operation keys 2104, an external connection port 2105, a shutter 2106, and the like. The present invention can be applied to a semiconductor integrated circuit (a memory, a CPU, and the like) incorporated in the digital camera and the display portion 2102 and can be a digital camera with little variation in electrical characteristics.

図6(C)はパーソナルコンピュータであり、本体2201、筐体2202、表示部2203、キーボード2204、外部接続ポート2205、ポインティングマウス2206等を含む。本発明は、パーソナルコンピュータに内蔵されている半導体集積回路(メモリやCPUなど)、および表示部2203に適用し、表示部に配置されるTFTと、CPUを構成するCMOS回路とに用いられる配線や接触抵抗を低減することが可能となり、電気特性のバラツキが少ないパーソナルコンピュータを実現することができる。   FIG. 6C illustrates a personal computer, which includes a main body 2201, a housing 2202, a display portion 2203, a keyboard 2204, an external connection port 2205, a pointing mouse 2206, and the like. The present invention is applied to a semiconductor integrated circuit (memory, CPU, etc.) built in a personal computer and a display portion 2203, and wirings used for TFTs arranged in the display portion and a CMOS circuit constituting the CPU Contact resistance can be reduced, and a personal computer with less variation in electrical characteristics can be realized.

図6(D)は電子書籍であり、本体2301、表示部2302、スイッチ2303、操作キー2304、赤外線ポート2305等を含む。本発明は、電子書籍に内蔵されている半導体集積回路(メモリやCPUなど)、および表示部2302に適用し、電気特性のバラツキが少ない電子書籍を実現することができる。   FIG. 6D illustrates an electronic book which includes a main body 2301, a display portion 2302, a switch 2303, operation keys 2304, an infrared port 2305, and the like. The present invention can be applied to a semiconductor integrated circuit (such as a memory or a CPU) incorporated in an electronic book and a display portion 2302, and an electronic book with little variation in electric characteristics can be realized.

図6(E)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体2401、筐体2402、表示部A2403、表示部B2404、記録媒体(DVD等)読込部2405、操作キー2406、スピーカー部2407等を含む。表示部A2403は主として画像情報を表示し、表示部B2404は主として文字情報を表示する。本発明は画像再生装置に内蔵されている半導体集積回路(メモリやCPUなど)、および表示部A、B2403、2404に適用し、電気特性のバラツキが少ない画像再生装置を実現することができる。   FIG. 6E illustrates a portable image reproducing device (specifically, a DVD reproducing device) provided with a recording medium, which includes a main body 2401, a housing 2402, a display portion A2403, a display portion B2404, and a recording medium (DVD or the like). A reading unit 2405, operation keys 2406, a speaker unit 2407, and the like are included. A display portion A2403 mainly displays image information, and a display portion B2404 mainly displays character information. The present invention can be applied to a semiconductor integrated circuit (memory, CPU, etc.) and display portions A, B 2403, and 2404 built in the image reproducing device, and an image reproducing device with little variation in electrical characteristics can be realized.

図6(F)は携帯型のゲーム機器であり、本体2501、表示部2505、操作スイッチ2504等を含む。ゲーム機器に内蔵されている半導体集積回路(メモリやCPUなど)、および表示部2505に適用し、電気特性のバラツキが少ない携帯型のゲーム機器を実現することができる。   FIG. 6F illustrates a portable game machine, which includes a main body 2501, a display portion 2505, operation switches 2504, and the like. When applied to a semiconductor integrated circuit (such as a memory or a CPU) incorporated in a game device and the display portion 2505, a portable game device with little variation in electrical characteristics can be realized.

図6(G)はビデオカメラであり、本体2601、表示部2602、筐体2603、外部接続ポート2604、リモコン受信部2605、受像部2606、バッテリー2607、音声入力部2608、接眼部2609等を含む。本発明は、ビデオカメラに内蔵されている半導体集積回路(メモリやCPUなど)、および表示部2602に適用し、電気特性のバラツキが少ないビデオカメラを実現することができる。   FIG. 6G illustrates a video camera, which includes a main body 2601, a display portion 2602, a housing 2603, an external connection port 2604, a remote control reception portion 2605, an image receiving portion 2606, a battery 2607, an audio input portion 2608, an eyepiece portion 2609, and the like. Including. The present invention can be applied to a semiconductor integrated circuit (a memory, a CPU, and the like) incorporated in the video camera and the display portion 2602, and a video camera with little variation in electrical characteristics can be realized.

図6(H)は携帯電話であり、本体2701、筐体2702、表示部2703、音声入力部2704、音声出力部2705、操作キー2706、外部接続ポート2707、アンテナ2708等を含む。本発明は、携帯電話に内蔵されている半導体集積回路(メモリやCPUや高周波回路など)、および表示部2703に適用し、電気特性のバラツキが少ない携帯電話を実現できる。   FIG. 6H illustrates a mobile phone, which includes a main body 2701, a housing 2702, a display portion 2703, an audio input portion 2704, an audio output portion 2705, operation keys 2706, an external connection port 2707, an antenna 2708, and the like. The present invention can be applied to a semiconductor integrated circuit (a memory, a CPU, a high-frequency circuit, or the like) incorporated in a mobile phone and a display portion 2703, and a mobile phone with little variation in electrical characteristics can be realized.

また、本発明で得られたTFTを有する薄膜集積回路に加えてアンテナなどを形成することによって、非接触型薄膜集積回路装置(無線ICタグ、RFID(無線認証、Radio Frequency Identification)とも呼ばれる)として用いることもできる。個々の電気特性のばらつきの少ない非接触型薄膜集積回路装置を実現できる。また、ICタグを様々な電子機器に貼り付けることにより、電子機器の流通経路などを明確にすることができる。 In addition to the thin film integrated circuit having a TFT obtained in the present invention, an antenna or the like is formed, so that a non-contact thin film integrated circuit device (also referred to as a wireless IC tag, RFID (radio frequency identification)) is obtained. It can also be used. A non-contact thin film integrated circuit device with little variation in individual electrical characteristics can be realized. In addition, by attaching the IC tag to various electronic devices, the distribution route of the electronic devices can be clarified.

また、本実施例は実施の形態1、実施の形態2、実施例1、または実施例2と自由に組み合わせることができる。   In addition, this embodiment can be freely combined with Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, Embodiment Mode 1, or Example 2.

濃度プロファイルを示すグラフ。The graph which shows a density | concentration profile. 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。(実施の形態1)10A and 10B illustrate a manufacturing process of a thin film transistor. (Embodiment 1) 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。(実施の形態2)10A and 10B illustrate a manufacturing process of a thin film transistor. (Embodiment 2) アクティブマトリクス型EL表示装置の断面構造図。(実施例1)FIG. 11 is a cross-sectional structure diagram of an active matrix EL display device. Example 1 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面構造図。(実施例2)FIG. 6 is a cross-sectional structure diagram of an active matrix liquid crystal display device. (Example 2) 電子機器の一例を示す図。(実施例3)FIG. 14 illustrates an example of an electronic device. (Example 3)

符号の説明Explanation of symbols

10 基板
11 絶縁膜
12 半導体膜
13 ニッケル含有層
14 半導体膜
17 半導体層
18 ゲート絶縁膜
19 ゲート電極
20 ソース領域
21 ドレイン領域
22 チャネル形成領域
23 層間絶縁膜
24 ソース電極
25 ドレイン電極
100 基板
101 絶縁膜
102 半導体膜
103 材料膜
105 半導体層
106 ゲート絶縁膜
107 ゲート電極
108 ソース領域
109 ドレイン領域
110 チャネル形成領域
111 層間絶縁膜
112 ソース電極
113 ドレイン電極

10 substrate 11 insulating film 12 semiconductor film 13 nickel-containing layer 14 semiconductor film 17 semiconductor layer 18 gate insulating film 19 gate electrode 20 source region 21 drain region 22 channel formation region 23 interlayer insulating film 24 source electrode 25 drain electrode 100 substrate 101 insulating film 102 Semiconductor film 103 Material film 105 Semiconductor layer 106 Gate insulating film 107 Gate electrode 108 Source region 109 Drain region 110 Channel forming region 111 Interlayer insulating film 112 Source electrode 113 Drain electrode

Claims (4)

絶縁表面を有する基板上に非晶質構造を有する半導体層を形成し、
前記非晶質構造を有する半導体層に結晶化を助長する金属元素を添加し、
第1の加熱処理により前記非晶質構造を有する半導体層を結晶化することによって結晶構造を有する半導体層を形成し、
前記結晶構造を有する半導体層上に材料層を形成し、
前記結晶構造を有する半導体層及び前記材料層に不純物元素を添加し、
第2の加熱処理により前記結晶構造を有する半導体層に含まれる前記金属元素を前記材料層に移動させ、
前記材料層を除去する半導体装置の作製方法であり、
前記不純物元素の添加は、BF をドーピングガスとして、イオンドーピング装置を用いて、前記結晶構造を有する半導体層に対して微量な量のボロンイオンが添加される加速電圧で、前記材料層を介して前記結晶構造を有する半導体層に添加する向きで行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a semiconductor layer having an amorphous structure over a substrate having an insulating surface;
A metal element for promoting crystallization is added to the semiconductor layer having an amorphous structure;
Forming a semiconductor layer having a crystalline structure by crystallizing the semiconductor layer having an amorphous structure by a first heat treatment;
Forming a material layer on the semiconductor layer having the crystal structure;
Added non pure element content in the semiconductor layer and the material layer having a crystal structure,
Moving the metal element contained in the semiconductor layer having the crystal structure to the material layer by a second heat treatment;
A method for manufacturing a semiconductor device for removing the material layer,
The impurity element is added through the material layer at an accelerating voltage at which a small amount of boron ions is added to the semiconductor layer having the crystal structure using an ion doping apparatus using BF 3 as a doping gas. The method for manufacturing a semiconductor device is performed in a direction in which the semiconductor layer is added to the semiconductor layer having the crystal structure .
請求項1において、
前記結晶構造を有する半導体層の形成と、前記材料層の形成の間に、前記結晶構造を有する半導体層上に酸化膜または窒化膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 1,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an oxide film or a nitride film is formed over the semiconductor layer having the crystal structure between the formation of the semiconductor layer having the crystal structure and the formation of the material layer.
請求項1または請求項2において、
前記材料層は、非晶質構造または結晶構造を有する半導体層であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 1 or claim 2,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the material layer is a semiconductor layer having an amorphous structure or a crystal structure.
請求項1乃至請求項のいずれか一において、
前記金属元素はFe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claim 1 thru | or 3 ,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the metal element is one or more selected from Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au.
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