JP4907063B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
また上記した方法ではプリアモルファス化するために新たな工程を設ける必要があるため半導体装置の作製工程数が増えてしまい、半導体装置の生産効率が低下してしまう。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、従来と比べて活性化率を向上ささることができる半導体装置の作製方法及び半導体装置を提供することにある。また、不純物の活性化率を向上させるために導入した原子の残留による半導体装置の特性低下を抑制した半導体装置の作製方法及び半導体装置を提供することにある。また、工程数を増やすことなく不純物イオンの活性化率を向上させることができる半導体装置の作製方法及び半導体装置を提供することにある。
前記半導体層を熱処理する工程と
を具備することを特徴とする。
上記半導体装置の作製方法によれば、半導体層に欠陥形成用イオンを導入しているため、従来と比べて活性化率を向上させることができる。
前記半導体層を熱処理する工程と
を具備することを特徴とする。
上記半導体装置の作製方法によれば、不純物イオンと欠陥形成用イオンを同時に半導体層に導入するため、工程数を増やすことなく不純物イオンの活性化率を向上させることができる。従って半導体装置の生産量を低下させずにすむ。
前記半導体層に、該半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素、Si及びGeのうちの少なくとも一つからなる欠陥形成用イオンを導入して欠陥を生じさせる工程と、
前記半導体層を熱処理する工程と
を具備することを特徴とする。
上記半導体装置の作製方法によれば、半導体層に欠陥形成用イオンを導入しているため、従来と比べて活性化率を向上させることができる。
前記半導体層を熱処理する工程と
を具備することを特徴とする。
上記半導体装置の作製方法によれば、不純物イオンと欠陥形成用イオンを同時に半導体層にドーピングするため、工程数を増やすことなく不純物イオンの活性化率を向上させることができる。またプラズマを用いて不純物イオン及び欠陥形成用イオンをドーピングするため、一度に処理できる半導体層の面積が増える。従って半導体装置の作製時間を短くすることができる。
前記半導体層を熱処理する工程と
を具備することを特徴とする。
上記半導体装置の作製方法によれば、不純物イオンと欠陥形成用イオンを同時に半導体層にドーピングするため、工程数を増やすことなく不純物イオンの活性化率を向上させることができる。またイオンの加速量を調節することにより欠陥形成用イオン及び不純物イオンの導入深さを制御することができるため、不純物元素がドーピングされた不純物層の深さを制御することができる。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記熱処理する工程は、該熱処理により前記不純物イオンを活性化する工程であることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記熱処理する際の温度は400℃以上500℃以下であることも可能である。
前記半導体層を熱処理することにより、前記不純物イオンを活性化すると共に該半導体層中の前記欠陥形成用イオンを除去する工程と
を具備することを特徴とする。
上記半導体装置の作製方法によれば、希ガスからなる欠陥形成用イオンを除去しているため、欠陥形成用イオンの残留による半導体装置の特性低下を抑制することができる。つまり、不純物層において希ガスは不要な不純物であるため、それが残留していると半導体装置の特性が低下することがある。従って、希ガスを不純物層から除去することにより半導体装置の特性低下を抑制することができる。
尚、欠陥形成用イオンがSi又はGeの場合、その元素は不純物層にとって不純物とはいえないため、それを除去する必要はない。
前記半導体層を熱処理することにより、前記不純物イオンを活性化すると共に該半導体層中の前記欠陥形成用イオンを除去する工程と
を具備することを特徴とする。
前記半導体層に、該半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素からなる欠陥形成用イオンを導入して欠陥を生じさせる工程と、
前記半導体層を熱処理することにより、前記不純物イオンを活性化すると共に該半導体層中の前記欠陥形成用イオンを除去する工程と
を具備することを特徴とする。
前記半導体層を熱処理することにより、前記不純物イオンを活性化すると共に該半導体層中の前記欠陥形成用イオンを除去する工程と
を具備することを特徴とする。
前記半導体層を熱処理することにより、前記不純物イオンを活性化すると共に該半導体層中の前記欠陥形成用イオンを除去する工程と
を具備することを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記熱処理する際の温度は500℃以上であることも可能である。
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体層に不純物イオン及び該半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素、Si、Geのうちの少なくとも一つの元素からなる欠陥形成用イオンを導入する工程と、
前記半導体層を熱処理する工程と
を具備することを特徴とする。
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に不純物イオン及び該半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素、Si、Geのうちの少なくとも一つの元素からなる欠陥形成用イオンを導入する工程と、
前記半導体層を熱処理する工程と
を具備することを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記半導体層に不純物イオン及び欠陥形成用イオンを導入する工程は、前記半導体層に不純物イオンを導入する工程と、前記半導体層に、該半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素、Si及びGeのうちの少なくとも一つからなる欠陥形成用イオンを導入して欠陥を生じさせる工程とを有することも可能である。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記熱処理する工程は、該熱処理により前記不純物イオンを活性化してソース領域の拡散層及びドレイン領域の拡散層を形成する工程であることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記熱処理する際の温度は400℃以上500℃以下であることも可能である。
上記半導体装置の作製方法によれば、不純物イオンと欠陥形成用イオンを半導体層に導入して半導体層に欠陥を形成したため、従来と比べて半導体層の熱処理温度を低くしても、従来と同じ程度に不純物イオンを活性化することができる。従ってプラスチック基板が耐えうる熱処理温度であっても十分に不純物イオンを活性化することができる。
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、前記半導体層に不純物イオン及び該半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素からなる欠陥形成用イオンを導入する工程と、
前記半導体層を熱処理することにより前記不純物イオンを活性化してソース領域の拡散層及びドレイン領域の拡散層を形成すると共に前記拡散層中の前記欠陥形成用イオンを除去する工程と
を具備することを特徴とする。
上記半導体装置の作製方法によれば、半導体装置のソース領域及びドレイン領域における不純物の活性化率を上げることができる。従ってソース領域及びドレイン領域のシート抵抗値を低くし、トランジスタの動作速度を速くすることができる。
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に不純物イオン及び該半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素からなる欠陥形成用イオンを導入する工程と、
前記半導体層を熱処理することにより前記不純物イオンを活性化してソース領域の拡散層及びドレイン領域の拡散層を形成すると共に前記拡散層中の前記欠陥形成用イオンを除去する工程と
を具備することを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記半導体層に不純物イオン及び欠陥形成用イオンを導入する工程は、前記半導体層に不純物イオンを導入する工程と、前記半導体層に、該半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素からなる欠陥形成用イオンを導入して欠陥を生じさせる工程とを有ことも可能である。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記半導体層に不純物イオン及び欠陥形成用イオンを導入する工程は、不純物元素を含む原料ガス、及び半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素を含む補償ガスを用いてプラズマを生成することにより、前記半導体層に不純物イオンをドーピングすると同時に、前記半導体層に前記希ガス元素からなる欠陥形成用イオンをドーピングして欠陥を生じさせる工程であることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記半導体層に不純物イオン及び欠陥形成用イオンを導入する工程は、不純物元素を含む原料ガス、及び半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素を含む補償ガスを用いてプラズマを生成し、該プラズマから、前記半導体層に不純物イオンを加速させてドーピングすると同時に、前記半導体層に前記希ガス元素からなる欠陥形成用イオンを加速させてドーピングすることにより該半導体層に欠陥を生じさせる工程であることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記熱処理する際の温度は500℃以上であることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記不純物イオンを活性化する工程は前記半導体層の結晶性を向上させる工程を兼ねることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記不純物はボロンであることが好ましい。不純物がボロンである場合、特に効果を発揮する。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記プラズマ中において、前記不純物イオンに対する前記欠陥形成用イオンの割合は10〜50%であることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置の作製方法において、前記半導体層は多結晶シリコン層である場合、前記希ガス元素はAr、Kr及びXeであることが好ましい。
前記拡散層は、前記半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素からなる欠陥形成用イオン及び不純物イオンそれぞれが導入された後、前記不純物イオンを活性化するために熱処理することにより形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置において、前記欠陥形成用イオンは、前記半導体層を熱処理することにより除去されていることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置において、 前記半導体層は多結晶シリコン層であり、
前記欠陥形成用イオンはAr、Kr及びXeからなる群から選ばれた一種類又は複数種類のイオンであることが好ましい。
前記半導体層に不純物イオンを導入することにより形成されたソース領域及びドレイン領域と、
前記半導体層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と
を具備し、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素からなる欠陥形成用イオン及び不純物イオンそれぞれが導入された後、前記不純物イオンを活性化するために熱処理することにより形成されていることを特徴とする。
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された半導体層と、
前記半導体層に不純物イオンを導入することにより形成されたソース領域及びドレイン領域と
を具備し、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域は、前記半導体層を構成する元素と同等以上の大きさの希ガス元素からなる欠陥形成用イオン及び不純物イオンそれぞれが導入された後、前記不純物イオンを活性化するために熱処理することにより形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る半導体装置において、前記欠陥形成用イオンは、前記熱処理により前記ソース領域及び前記ドレイン領域から除去されていることも可能である。
また、本発明に係る半導体装置において、前記不純物はボロンであることが好ましい。
以下、図1〜図3を参照しつつ本発明の第1の実施形態について説明する。本実施形態に係る半導体装置の作製方法は、絶縁表面上に結晶化半導体膜を形成する工程と、この結晶化半導体膜にイオンドーピング又はプラズマドーピングを行って結晶化半導体膜に不純物イオンを導入する工程と、結晶化半導体膜を熱処理して不純物を活性化させる工程とを備えている。ここでプラズマ発生には、不純物イオンの基となる原料ガス(例えばB2H6)のほかに、結晶化半導体膜を構成する元素と同等以上の大きさの元素(例えばAr、Kr、Xe、Si、Ge)を含むガスが用いられる。このため結晶化半導体膜にイオンドーピング又はプラズマドーピングを行う際には、不純物イオンの他に上記した元素のイオン(以下欠陥形成用イオンと記載)も導入される。このためイオンドーピング又はプラズマドーピングの際に結晶化半導体膜には欠陥が形成され、熱処理後の不純物活性化率が向上する。以下図を参照しつつ詳細に説明する。
また、プラズマドーピングで上記した処理を行う場合、結晶化半導体膜3aの側に例えば−100V程度のバイアスをかけることにより、プラズマ中の不純物イオン及び欠陥形成用イオンを結晶化半導体膜3aにドーピングする。
ここで結晶化半導体膜3aには欠陥形成用イオンにより格子欠陥が生成されているため、不純物の活性化率は向上する。従って同一のシート抵抗値を得るために必要な不純物イオンの導入量が少なくなり、処理時間が短くなるため、不純物層5を有する半導体装置の生産性(スループット)が向上する。また不純物イオン導入量が同一の場合は従来に比べてシート抵抗値が下がり、半導体装置の動作速度を上げることができる。特に不純物イオンがボロンイオンなど、結晶化半導体膜3aを構成する元素より小さい場合は、不純物イオン単独でのイオン導入では結晶化半導体膜3aに欠陥は形成されにくいため、欠陥形成用イオンを導入することは特に効果的である。
なお欠陥形成用イオンがSi又はGeの場合、その元素は不純物層にとって不純物とはいえないため、それを除去する必要はない。
この結果を図3のグラフに示す。図3のグラフは、RTAの前後それぞれにおいけるSi信号強度に対するAr信号強度の比率(Ar/Si強度比)を示している。RTAを行うことで、Ar/Si強度比が約半分になっている。このことからAr濃度は約半分になったといえる。このように、不純物を活性化するための熱処理によってポリシリコン膜中のAr濃度が下がることが示された。
次に図4を参照しつつ第2の実施形態を説明する。本実施形態は、第1の実施形態で示した不純物導入法を用いてTFTを形成する方法である。以下、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
また本実施形態ではトップゲート型TFTを例として説明したが、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。
次に図5を参照しつつ第3の実施形態を説明する。本実施形態は、第1の実施形態で示した不純物導入法を用いて逆スタガ型(ボトムゲート型)のTFTを形成する方法である。以下、第1の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
[実施例1]本発明の実施例1を、図6〜図8を参照しつつ説明する。本実施例は、同一基板の上方に画素部と、画素部の周辺に設ける駆動回路のTFTを同時に作製する方法である。なお本実施例では、同一基板にnチャネル型TFT及びpチャネル型TFTの双方が形成される。
また本実施例ではゲート絶縁膜上の導電層を2層構造としたが、1層であってもよいし、3層以上の積層構造であってもよい。
またプラズマドーピング法又はイオンドーピング法を用いて不純物イオンと欠陥形成用イオンを同時に結晶化半導体膜に導入してもよい。この場合は例えばレジストパターンの上方で、不純物元素を含むガス及び補償ガス(例えばArガス)を用いたプラズマを発生させ、このプラズマから不純物イオン及び欠陥形成用イオン(例えばArイオン)を同時に結晶化半導体膜に導入する。第4の不純物領域及び第5の不純物領域を形成するP型の不純物元素としてホウ素(B)を選択する場合は、不純物元素を含むガスとして例えばジボラン(B2H6)を用いる。
なお本実施例ではレーザ出力1.8WのYVO4レーザ(波長523nm)を用い、光を短軸20μm、長軸250μmの楕円状に加工し、125μmピッチで800回スキャンする。レーザスキャン速度は25cm/secとする。またレーザアニールの他に、熱処理法、またはRTA法を適用することもできる。
またSi−N結合を有するポリマー(ポリシラザン)を含む材料で層間絶縁膜を形成してもよい。
このように製造されるアクティグマトリクス型基板は、従来よりもPチャネル型TFTのソース及びドレインのシート抵抗を下げることが可能であるので、駆動回路に高速動作が必要な場合は特に良好な特性を示す。なお本発明の半導体装置は、本実施例のように表示装置に好適に利用することができるが、他の電子機器に利用することも可能である。
本実施例は、実施例1で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型のアクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する方法である。以下、図9の平面概略図を参照しつつ本実施例を説明する。
実施例1では、画素電極が反射性を有する金属材料で形成された反射型の表示装置の作製方法を示したが、本実施例では画素電極を、透光性を有する導電膜で形成した透過型の表示装置の作製方法を示す。層間絶縁膜を形成する工程までは実施例1と同じであるので、ここでは省略する。
以上のようにしてアクティブマトリクス基板410が形成される。
本実施例では、実施例1により形成されたアクティブマトリクス基板を用いて、電界発光素子を備えた発光表示装置を作製する方法である。電界発光素子は例えばEL(Electro Luminescence)素子であり、電場を加えることで発光する化合物(発光材料)を含む層(以下、発光層と記す)と、陽極と、陰極とを有している。電界発光素子を用いた発光表示装置にとって、TFTはアクティブマトリクス駆動方式を実現する上で、必須の素子となっている。すなわち電界発光素子を用いた発光表示装置には、少なくとも、スイッチング素子として機能するTFTと、電界発光素子に電流を供給するTFTとが、各画素に設けられている。なおPチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域を形成する際に、不純物イオンとともに欠陥形成用イオンが導入されるため、従来と比べて不純物元素の活性化率を高くすることができる。このため導入される不純物量が従来と同じ場合、シート抵抗は低くなる。またシート抵抗を従来と同一にする場合、不純物の導入量を減らすことができるためスループットを上げることができる。
以下実施例1と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
これらのTFT(511、513、523、524を含む)は逆スタガ型のTFTであるが、これらを作製するには上記第3の実施形態に従えばよい。
また第1の電極512上には電界発光層(例えばEL層)516および第2の電極517が形成される。
また基板1と封止基板1aの間の空間には充填材507が充填されている。充填材507には例えばAr等の不活性気体、シール材、又は乾燥剤を用いることができる。
また保護膜519をシール材518の表面(露呈面)に設けることが好ましいが、基板の裏面を含む全面に保護膜を設けてもよい。ここで、FPC509が設けられる部分に保護膜が成膜されないように注意することが必要である。マスクを用いて保護膜が成膜されないようにしてもよいし、CVD装置でマスキングテープとして用いるテープでFPC509が設けられる部分を覆うことで保護膜が成膜されないようにしてもよい。
本発明を実施して形成された駆動回路や画素部は,実施例2〜4に示すように、様々な表示モジュール(アクティブマトリクス型液晶モジュール、アクティブマトリクス型電界発光モジュール)に用いることができる。そして本実施例では、これら表示モジュールを組み込んだ電子機器を示す。
Claims (9)
- 不純物元素を含む原料ガス、及びArを含む補償ガスを用いてプラズマを生成することにより、多結晶シリコン層に不純物イオンをドーピングすると同時に、前記多結晶シリコン層に前記Arからなる欠陥形成用イオンをドーピングして欠陥を生じさせる工程と、
前記多結晶シリコン層を熱処理することにより、前記不純物イオンを活性化すると共に該多結晶シリコン層中の前記欠陥形成用イオンを除去する工程と、
を具備し、
前記プラズマ中において、前記不純物イオンに対する前記欠陥形成用イオンの割合は10〜50%であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 不純物元素を含む原料ガス、及びArを含む補償ガスを用いてプラズマを生成し、該プラズマから、多結晶シリコン層に不純物イオンを加速させてドーピングすると同時に、前記多結晶シリコン層に前記Arからなる欠陥形成用イオンを加速させてドーピングすることにより該多結晶シリコン層に欠陥を生じさせる工程と、
前記多結晶シリコン層を熱処理することにより、前記不純物イオンを活性化すると共に該多結晶シリコン層中の前記欠陥形成用イオンを除去する工程と、
を具備し、
前記プラズマ中において、前記不純物イオンに対する前記欠陥形成用イオンの割合は10〜50%であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1又は2において、
前記熱処理する際の温度は500℃以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 多結晶シリコン層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、不純物元素を含む原料ガス、及びArを含む補償ガスを用いてプラズマを生成することにより、前記多結晶シリコン層に不純物イオンをドーピングすると同時に、前記多結晶シリコン層に前記Arからなる欠陥形成用イオンをドーピングして欠陥を生じさせる工程と、
前記多結晶シリコン層を熱処理することにより前記不純物イオンを活性化してソース領域の拡散層及びドレイン領域の拡散層を形成すると共に前記拡散層中の前記欠陥形成用イオンを除去する工程と、
を具備し、
前記プラズマ中において、前記不純物イオンに対する前記欠陥形成用イオンの割合は10〜50%であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 多結晶シリコン層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして、不純物元素を含む原料ガス、及びArを含む補償ガスを用いてプラズマを生成し、該プラズマから、前記多結晶シリコン層に不純物イオンを加速させてドーピングすると同時に、前記多結晶シリコン層に前記Arからなる欠陥形成用イオンを加速させてドーピングすることにより該多結晶シリコン層に欠陥を生じさせる工程と、
前記多結晶シリコン層を熱処理することにより前記不純物イオンを活性化してソース領域の拡散層及びドレイン領域の拡散層を形成すると共に前記拡散層中の前記欠陥形成用イオンを除去する工程と、
を具備し、
前記プラズマ中において、前記不純物イオンに対する前記欠陥形成用イオンの割合は10〜50%であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項4又は5において、
前記熱処理する際の温度は500℃以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項4乃至6のいずれか一項において、
前記不純物イオン及び前記欠陥形成用イオンは前記ゲート絶縁膜を通して前記多結晶シリコン層に導入されることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至7のいずれか一項において、
前記不純物イオンを活性化する工程は前記多結晶シリコン層の結晶性を向上させる工程を兼ねることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至8のいずれか一項において、
前記不純物はボロンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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