JP6068767B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
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。特に、本発明は、液晶表示装置に代表される電気光学装
置およびその様な電気光学装置を部品として搭載した半導体装置およびその作製方法に関
する。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。
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. In particular, the present invention relates to an electro-optical device typified by a liquid crystal display device, a semiconductor device in which such an electro-optical device is mounted as a component, and a manufacturing method thereof. 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薄膜(厚さ数〜数百nm程度)を用いてT
FTを構成し、このTFTで形成した大面積集積回路を有する半導体装置の開発が進んで
いる。その代表例として、アクティブマトリクス型の液晶表示装置や発光装置が知られて
いる。特に、結晶質珪素膜を活性領域にしたTFTは電界効果移動度が高いことから、い
ろいろな機能回路を形成することも可能である。
In recent years, a thin film (thickness of about several to several hundred nm) formed on a substrate having an insulating surface is used for T
Development of a semiconductor device having an FT and having a large-area integrated circuit formed of the TFT is in progress. As typical examples, an active matrix liquid crystal display device and a light emitting device are known. In particular, a TFT having a crystalline silicon film as an active region has high field effect mobility, and thus various functional circuits can be formed.
例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置には、機能ブロックごとに画像表示を
行う画素回路や、CMOS回路を基本としたシフトレジスタ回路、レベルシフタ回路、バ
ッファ回路、サンプリング回路などの画素回路を制御するための駆動回路が一枚の基板上
に形成される。
For example, in an active matrix liquid crystal display device, a pixel circuit that displays an image for each functional block, or a pixel circuit such as a shift register circuit based on a CMOS circuit, a level shifter circuit, a buffer circuit, or a sampling circuit is controlled. Are formed on a single substrate.
また、前記TFTは、少なくとも半導体膜と、酸化珪素膜や酸化窒化珪素膜等からなる
絶縁膜と、各種金属材料等からなる配線とを有している。前記配線には、ソース配線やゲ
ート配線(ゲート電極を含む)などがある。これらの膜の厚さは数〜数百nm程度である
ため、薄膜と言うことができる。
The TFT includes at least a semiconductor film, an insulating film made of a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or the like, and wiring made of various metal materials. Examples of the wiring include a source wiring and a gate wiring (including a gate electrode). Since the thickness of these films is about several to several hundred nm, it can be said to be a thin film.
これらの薄膜は、CVD法(化学的気相成長法)やスパッタ法などの公知の成膜技術に
より形成される。しかしながら、前記薄膜には内部応力があることが知られている。なお
、内部応力には真性応力と、前記薄膜と基板との熱膨張係数の差に起因する熱応力とが含
まれている。
These thin films are formed by a known film forming technique such as CVD (chemical vapor deposition) or sputtering. However, it is known that the thin film has internal stress. The internal stress includes intrinsic stress and thermal stress resulting from the difference in thermal expansion coefficient between the thin film and the substrate.
熱応力は、基板の材質やプロセス温度、圧力等を考慮することにより、その影響を無視
することができるが、真性応力の発生メカニズムは必ずしも明確にはされておらず、むし
ろ膜の成長過程やその後の熱処理などによる相変化や組成変化が複雑に絡みあって発生し
ているものと考えられている。
The effect of thermal stress can be ignored by considering the substrate material, process temperature, pressure, etc., but the mechanism of generation of intrinsic stress is not necessarily clear, rather the film growth process and It is considered that the phase change and composition change due to subsequent heat treatment and the like are complicatedly entangled.
一般的に内部応力には、圧縮応力と引っ張り応力とがある。図5(A)に示すように、
薄膜311が伸張しようとするときには、基板312は押し縮められ薄膜311を外側に
して形成するので、これを圧縮応力と呼んでいる。一方、図5(B)に示すように、基板
312に対して薄膜311が収縮しようとするときには、基板312はそれを妨げる方向
に引っ張るため薄膜を内側にして変形し、これを引っ張り応力と呼んでいる。一般に、引
っ張り応力の値は+で示し、圧縮応力の値は―で示すことが多い。
Generally, the internal stress includes a compressive stress and a tensile stress. As shown in FIG.
When the
このような内部応力がトランジスタの電気的特性に与える影響について、例えば、「0
.13μmCMOSトランジスタ性能に対するエッチストップ窒化膜の応力の影響;応用
物理学会分科会シリコンテクノロジーNo.25 ULSIデバイス関連特集号(200
1)pp36―39」に記載されている。これによると、NMOSトランジスタはチャネ
ル形成領域が引っ張り応力を受けると移動度が向上し、PMOSトランジスタは圧縮応力
を受けると移動度が向上することが報告されている。
Regarding the influence of such internal stress on the electrical characteristics of the transistor, for example, “0
. Influence of stress of etch stop nitride film on 13 μm CMOS transistor performance; 25 Special Issue on ULSI Devices (200
1) pp 36-39 ". According to this, it has been reported that the mobility of the NMOS transistor is improved when the channel formation region is subjected to tensile stress, and the mobility is improved when the PMOS transistor is subjected to compressive stress.
上述のように、TFTの配線も薄膜により形成されている。そのため、前記配線も内部
応力を有し、該内部応力が強いとピーリングが発生する場合があった。
また、配線と同一材料で形成されるゲート電極は、絶縁膜を介して半導体膜上に形成され
ている。前記ゲート電極の内部応力は半導体膜にまで作用し、前記絶縁膜と前記半導体膜
との界面や、前記半導体膜に歪みを与えることによって、しきい値電圧や電界効果移動度
に代表される電気的特性に悪影響を及ぼす場合がある。
As described above, the TFT wiring is also formed of a thin film. Therefore, the wiring also has internal stress, and peeling may occur when the internal stress is strong.
Further, the gate electrode formed of the same material as the wiring is formed on the semiconductor film with an insulating film interposed therebetween. The internal stress of the gate electrode acts on the semiconductor film, and the electric field represented by the threshold voltage and the field effect mobility is applied to the interface between the insulating film and the semiconductor film and by distorting the semiconductor film. May adversely affect physical properties.
本発明はこのような問題点を解決するための技術であり、配線を有するアクティブマト
リクス型の液晶表示装置に代表される電気光学装置ならびに半導体装置において、半導体
装置の動作特性および信頼性を向上させ、歩留まりの向上を実現することを目的としてい
る。
The present invention is a technique for solving such a problem, and in an electro-optical device and a semiconductor device typified by an active matrix liquid crystal display device having wiring, the operating characteristics and reliability of the semiconductor device are improved. The goal is to improve yield.
本発明は、TFTの配線に不純物元素を導入したり、不純物元素の導入と熱処理の両方
を行うことで、前記配線を所望の内部応力に制御することを可能とする。特に本発明を、
ゲート電極に適用することは極めて有効である。また、所望の領域のみに不純物元素を導
入したり、熱処理を行って所望の内部応力に制御することも可能とする。
The present invention makes it possible to control the wiring to a desired internal stress by introducing an impurity element into the TFT wiring or by performing both the impurity element introduction and heat treatment. In particular, the present invention
Application to the gate electrode is extremely effective. Further, an impurity element can be introduced only in a desired region, or heat treatment can be performed to control a desired internal stress.
例えば、本発明を適用して、nチャネル型TFTにおけるチャネル形成領域が受ける応
力を引っ張り応力とし、pチャネル型TFTにおけるチャネル形成領域が受ける応力を圧
縮応力とすることも可能である。また、nチャネル型TFTにおけるチャネル形成領域の
方が、pチャネル型TFTにおけるチャネル形成領域よりも相対的に引っ張り応力を強く
することも、pチャネル型TFTにおけるチャネル形成領域の方が、nチャネル型TFT
におけるチャネル形成領域よりも相対的に圧縮応力を強くすることも可能である。このよ
うにすることで、TFTの電気的特性を良好なものとし、さらに半導体装置の動作特性も
大幅に向上することが可能となる。
For example, by applying the present invention, a stress applied to a channel formation region in an n-channel TFT can be referred to as a tensile stress, and a stress applied to a channel formation region in a p-channel TFT can be referred to as a compressive stress. Further, the channel formation region in the n-channel TFT has a stronger tensile stress than the channel formation region in the p-channel TFT, and the channel formation region in the p-channel TFT has an n-channel type. TFT
It is also possible to make the compressive stress relatively stronger than the channel formation region. In this way, the electrical characteristics of the TFT can be improved, and the operating characteristics of the semiconductor device can be greatly improved.
不純物元素の導入の方法は、プラズマドーピング法、イオン注入法、イオンシャワード
ーピング法などにより行えばよい。このような不純物元素の導入の方法において、薄膜へ
打ち込まれるイオンのエネルギーは、薄膜を形成する元素の結合エネルギーと比較して非
常に大きい。そのため、前記薄膜へ打ち込まれるイオンは、前記半導体膜を形成する原子
を格子点から弾き飛ばして格子位置に存在するようになったり、打ち込まれるイオンや格
子点から弾き飛ばされた原子は格子間位置に存在するようになる。このようにして薄膜が
伸張するので、薄膜が圧縮応力を有している場合、前記圧縮応力は増大し、薄膜が引っ張
り応力を有している場合、前記引っ張り応力は緩和される。
As a method for introducing the impurity element, a plasma doping method, an ion implantation method, an ion shower doping method, or the like may be used. In such a method for introducing an impurity element, the energy of ions implanted into the thin film is very large compared to the binding energy of the elements forming the thin film. Therefore, the ions that are implanted into the thin film may be present at the lattice position by blowing off the atoms that form the semiconductor film from the lattice points, or the ions that are implanted or atoms that are ejected from the lattice points may be located at the interstitial positions. To come to exist. Since the thin film stretches in this way, the compressive stress increases when the thin film has compressive stress, and the tensile stress is relaxed when the thin film has tensile stress.
また、熱処理により、格子間位置に存在していた原子が格子位置に戻るので、原子の配
列の規則性は向上する。そのため、薄膜が収縮するので、薄膜が引っ張り応力を有してい
る場合、前記引っ張り応力は増大し、薄膜が圧縮応力を有している場合、前記圧縮応力は
緩和される。
In addition, since the atoms present at the interstitial positions return to the lattice positions by the heat treatment, the regularity of the arrangement of atoms is improved. Therefore, since the thin film contracts, the tensile stress increases when the thin film has tensile stress, and the compressive stress is relaxed when the thin film has compressive stress.
さらに、熱処理を行ってから不純物元素の導入を行うと、原子配列の規則性が向上した
膜中に加速されたイオンが打ち込まれるので、前記イオンは結晶格子の隙間に沿って衝突
を起すことなく深いところまで進入することが可能となる。(チャネリング)そのため、
内部応力を制御するための不純物元素の導入において、ドーズ量は少なくて済み、また、
低加速度の電圧で行うことが可能となる。
Further, when the impurity element is introduced after the heat treatment, accelerated ions are implanted into the film with improved regularity of atomic arrangement, so that the ions do not collide along the gap of the crystal lattice. It is possible to enter deeper. (Channeling) Therefore,
In the introduction of impurity elements to control internal stress, the dose amount is small, and
It is possible to carry out with a low acceleration voltage.
また、不純物元素を導入してから熱処理を行うと、薄膜中に薄膜を形成する原子よりも
多くの原子が導入されているので、格子間位置に存在していた原子が格子位置に戻る以上
に原子が存在することになる。そのため、不純物元素の導入を行わない場合よりも薄膜の
収縮が小さいので、引っ張り応力の増加量も小さくなる。つまり、後工程で熱処理を行う
ことが分かっている場合は、予め不純物元素を導入しておけば、内部応力の変化量を小さ
くすることが可能となる。
In addition, when the heat treatment is performed after introducing the impurity element, more atoms are introduced into the thin film than the atoms that form the thin film, so that the atoms that existed at the interstitial position return more than the lattice position. There will be atoms. Therefore, since the shrinkage of the thin film is smaller than when no impurity element is introduced, the increase in tensile stress is also small. That is, if it is known that heat treatment is performed in a later process, the amount of change in internal stress can be reduced by introducing an impurity element in advance.
このように、不純物元素の導入、もしくは不純物元素の導入および熱処理の両方を行う
ことで、所望の内部応力に制御することが可能となる。もちろん、不純物の導入や熱処理
は1回に限らず、複数回行ってもよい。本発明はこれらの特性を配線に適用し、該配線の
応力を制御することで、半導体装置の動作特性および信頼性を向上させるものである。特
に、TFTのゲート電極における内部応力が制御されることで、半導体膜が受ける応力を
制御することが可能となる。そのため、しきい値電圧や電界効果移動度に代表される電気
的特性を向上させることが可能となる。また、個々のゲート電極の応力を制御することも
可能であることから、電気的特性のばらつきを抑えることも可能となる。
As described above, it is possible to control to a desired internal stress by introducing the impurity element or both the impurity element introduction and the heat treatment. Of course, the introduction of impurities and the heat treatment are not limited to one time but may be performed a plurality of times. The present invention improves the operating characteristics and reliability of the semiconductor device by applying these characteristics to the wiring and controlling the stress of the wiring. In particular, the stress applied to the semiconductor film can be controlled by controlling the internal stress in the gate electrode of the TFT. Therefore, it is possible to improve electrical characteristics represented by threshold voltage and field effect mobility. In addition, since the stress of each gate electrode can be controlled, variation in electrical characteristics can be suppressed.
本明細書で開示する本発明の作製方法は、導電膜に不純物元素を導入して、前記導電膜
における内部応力を±1GPa以下とすることを特徴としている。
The manufacturing method of the present invention disclosed in this specification is characterized in that an impurity element is introduced into a conductive film so that an internal stress in the conductive film is ± 1 GPa or less.
また、本発明の他の作製方法は、導電膜に不純物元素を導入し、前記導電膜に熱処理を
行って、前記導電膜における内部応力を±1GPa以下とすることを特徴としている。
Another manufacturing method of the present invention is characterized in that an impurity element is introduced into a conductive film and heat treatment is performed on the conductive film so that an internal stress in the conductive film is ± 1 GPa or less.
また、本発明の他の作製方法は、導電膜に熱処理を行って、前記導電膜に不純物元素を
導入して、前記導電膜における内部応力を±1GPa以下とすることを特徴としている。
Another manufacturing method of the present invention is characterized in that a heat treatment is performed on the conductive film, an impurity element is introduced into the conductive film, and an internal stress in the conductive film is set to ± 1 GPa or less.
上記各作製方法において、前記不純物元素の導入の方法は、プラズマドーピング法、イ
オン注入法、イオンシャワードーピング法などにより行うことができる。
In each of the above manufacturing methods, the impurity element can be introduced by a plasma doping method, an ion implantation method, an ion shower doping method, or the like.
また、上記各作製方法において、前記不純物元素に特に限定はないが、n型を付与する
不純物元素、p型を付与する不純物元素、および希ガス元素から選ばれた一種または複数
種の元素であることが望ましい。n型を付与する不純物元素やp型を付与する不純物元素
はソース領域やドレイン領域を形成する上で欠かすことのできない不純物元素である。そ
のため、新たに他の不純物元素を用意する必要がなく経済的である。特に、ゲート電極に
不純物元素を導入する場合、ソース領域およびドレイン領域に前記不純物元素を導入する
工程と同時に導入することが可能であるため、工程数を増やすことなく導入できるため好
ましい。また、希ガス元素は不活性元素であるため、TFTの電気的特性に影響を及ぼさ
ないため好ましい。
In each of the above manufacturing methods, the impurity element is not particularly limited, but may be one or more elements selected from an impurity element imparting n-type, an impurity element imparting p-type, and a rare gas element. It is desirable. An impurity element imparting n-type conductivity or an impurity element imparting p-type conductivity is an impurity element indispensable for forming a source region and a drain region. Therefore, it is economical because it is not necessary to prepare another impurity element. In particular, when an impurity element is introduced into the gate electrode, the impurity element can be introduced at the same time as the step of introducing the impurity element into the source region and the drain region. Further, since the rare gas element is an inert element, it is preferable because it does not affect the electrical characteristics of the TFT.
また、不純物元素の導入量が多いほど、薄膜における内部応力が圧縮応力である場合は
、前記圧縮応力は増大し、薄膜における内部応力が引っ張り応力である場合は、前記引っ
張り応力が緩和したのち、圧縮応力を有するようになることもある。つまり、不純物元素
の導入量によって、薄膜における内部応力が圧縮応力となる場合もあれば、引っ張り応力
となる場合もある。
In addition, as the amount of the impurity element introduced is larger, the internal stress in the thin film is a compressive stress, and the compressive stress is increased.If the internal stress in the thin film is a tensile stress, the tensile stress is relaxed, It may have compressive stress. That is, depending on the amount of impurity element introduced, the internal stress in the thin film may be a compressive stress or a tensile stress.
また、上記各作製方法において、前記導電膜におけ内部応力の値は、±1GPa以下と
なることが望ましい。導電膜の内部応力が強いとピーリングを発生することが知られてお
り、一般にピーリングの発生を抑制することのできる目安は±1GPa以下となっている
。もちろん、ピーリングの発生は、導電膜が形成される条件等に大きく影響する。
In each of the above manufacturing methods, the value of internal stress in the conductive film is preferably ± 1 GPa or less. It is known that peeling is generated when the internal stress of the conductive film is strong, and generally a standard capable of suppressing the occurrence of peeling is ± 1 GPa or less. Of course, the occurrence of peeling greatly affects the conditions under which the conductive film is formed.
また、上記各作製方法において、前記導電膜は、単層に限らず、2層以上の積層構造で
あっても良い。
In each of the above manufacturing methods, the conductive film is not limited to a single layer and may have a stacked structure of two or more layers.
また、上記各作製方法において、前記熱処理は、RTA法、レーザアニール法、ファー
ネスアニール炉を用いた熱アニール法等を適用することができる。
In each of the above manufacturing methods, an RTA method, a laser annealing method, a thermal annealing method using a furnace annealing furnace, or the like can be applied as the heat treatment.
また、前記熱処理は、時間や温度によって、薄膜における内部応力の変化に大きく影響
する。熱処理の時間が長いほど、また熱処理の温度が高いほど、薄膜における内部応力が
引っ張り応力である場合は、前記引っ張り応力は増大し、薄膜における内部応力が圧縮応
力である場合は、前記圧縮応力が緩和したのち、引っ張り応力を有するようになることも
ある。つまり、熱処理の条件によって、薄膜における内部応力が圧縮応力となる場合もあ
れば、引っ張り応力となる場合もある。
The heat treatment greatly affects the change of internal stress in the thin film depending on time and temperature. The longer the heat treatment time and the higher the heat treatment temperature, the higher the tensile stress when the internal stress in the thin film is a tensile stress, and the lower the compressive stress when the internal stress in the thin film is a compressive stress. After relaxation, it may have tensile stress. That is, depending on the heat treatment conditions, the internal stress in the thin film may be a compressive stress or a tensile stress.
また、本発明の構成を以下に示す。 Moreover, the structure of this invention is shown below.
nチャネル型TFTを有する半導体装置であって、前記nチャネル型TFTは半導体膜
および導電膜を有し、前記半導体膜は引っ張り応力を受けており、前記導電膜は不純物元
素が導入されていることを特徴としている。
A semiconductor device having an n-channel TFT, wherein the n-channel TFT has a semiconductor film and a conductive film, the semiconductor film is subjected to tensile stress, and an impurity element is introduced into the conductive film It is characterized by.
pチャネル型TFTを有する半導体装置であって、前記pチャネル型TFTは半導体膜
および導電膜を有し、前記半導体膜は圧縮応力を受けており、前記導電膜は不純物元素が
導入されていることを特徴としている。
A semiconductor device having a p-channel TFT, wherein the p-channel TFT has a semiconductor film and a conductive film, the semiconductor film is subjected to compressive stress, and an impurity element is introduced into the conductive film It is characterized by.
nチャネル型TFTとpチャネル型TFTとを有する半導体装置であって、前記nチャ
ネル型TFTは、第1の半導体膜と、前記第1の半導体膜上に形成された第1の導電膜と
を有し、前記pチャネル型TFTは、第2の半導体膜と、前記第2の半導体膜上に形成さ
れた第2の導電膜とを有し、前記第1の半導体膜は引っ張り応力を受けており、前記第2
の半導体膜は圧縮応力を受けており、前記第1の導電膜および前記第2の導電膜は不純物
元素が導入されていることを特徴としている。
A semiconductor device having an n-channel TFT and a p-channel TFT, wherein the n-channel TFT includes a first semiconductor film and a first conductive film formed on the first semiconductor film. The p-channel TFT includes a second semiconductor film and a second conductive film formed on the second semiconductor film, and the first semiconductor film receives a tensile stress. The second
The semiconductor film is subjected to compressive stress, and an impurity element is introduced into the first conductive film and the second conductive film.
上記各構成において、前記不純物元素に特に限定はないが、n型を付与する不純物元素
、p型を付与する不純物元素、および希ガス元素から選ばれた一種または複数種の元素で
あることが望ましい。n型を付与する不純物元素やp型を付与する不純物元素はソース領
域やドレイン領域を形成する上で欠かすことのできない不純物元素である。そのため、新
たに他の不純物元素を用意する必要がなく経済的である。特に、ゲート電極に不純物元素
を導入する場合、ソース領域およびドレイン領域に前記不純物元素を導入する工程と同時
に導入することが可能であるため、工程数を増やすことなく導入できるため好ましい。ま
た、希ガス元素は不活性元素であるため、TFTの電気的特性に影響を及ぼさないため好
ましい。
In each of the above structures, the impurity element is not particularly limited, but is preferably one or more elements selected from an impurity element imparting n-type, an impurity element imparting p-type, and a rare gas element. . An impurity element imparting n-type conductivity or an impurity element imparting p-type conductivity is an impurity element indispensable for forming a source region and a drain region. Therefore, it is economical because it is not necessary to prepare another impurity element. In particular, when an impurity element is introduced into the gate electrode, the impurity element can be introduced at the same time as the step of introducing the impurity element into the source region and the drain region. Further, since the rare gas element is an inert element, it is preferable because it does not affect the electrical characteristics of the TFT.
また、上記各構成を備えたTFTを用いて液晶表示装置や発光装置に代表される半導体
装置を形成することを特徴としている。
In addition, a semiconductor device typified by a liquid crystal display device or a light-emitting device is formed using a TFT having the above-described structures.
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来
る。
(a)従来の作製プロセスに適合した、簡単な方法である。
(b)所望の内部応力を有する配線の形成を実現できる。そのため、他の膜における応力
をも低減することができる。また、配線のパターニング処理も良好に行うことができる。
(c)以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される
半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性を向上させ、歩留まりの向上を
実現することができる。
By adopting the configuration of the present invention, the following basic significance can be obtained.
(A) It is a simple method adapted to the conventional manufacturing process.
(B) The formation of wiring having a desired internal stress can be realized. Therefore, stress in other films can be reduced. In addition, the patterning process of the wiring can be performed well.
(C) In a semiconductor device typified by an active matrix liquid crystal display device, the operating characteristics and reliability of the semiconductor device can be improved and the yield can be improved while satisfying the above advantages.
[実施の形態1]
本発明の実施形態について、図1を用いて説明する。本実施形態では、本発明をTFT
のゲート電極に適用した場合について説明する。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the present invention is applied to a TFT.
A case where the present invention is applied to the gate electrode will be described.
まず、基板10上に下地絶縁膜11を形成する。基板10としては、ガラス基板や石英
基板や単結晶シリコン基板、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、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。
First, the
また、下地絶縁膜11としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの
絶縁膜から成る下地絶縁膜11を形成する。ここでは下地膜11として単層構造を用いた
例を示したが、前記絶縁膜を2層以上積層させた構造としても良い。なお、下地絶縁膜1
1を形成しなくてもよい。
As the
1 may not be formed.
次いで、下地絶縁膜11上に半導体膜12を形成する。半導体膜12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)を行って結晶質半導体膜を形成する。この半導体膜12
の厚さは25〜200nm(好ましくは30〜100nm)で形成する。半導体膜の材料
に限定はないが、好ましくは珪素または珪素ゲルマニウム(SiGe)合金などで形成す
ると良い。
Next, the
Then, a known crystallization process (laser crystallization method, thermal crystallization method, or thermal crystallization method using a catalyst such as nickel) is performed to form a crystalline semiconductor film. This
Is formed with a thickness of 25 to 200 nm (preferably 30 to 100 nm). There is no limitation on the material of the semiconductor film, but it is preferably formed of silicon or a silicon germanium (SiGe) alloy.
次いで、半導体膜12上に絶縁膜13を形成する。絶縁膜13はプラズマCVD法、ス
パッタ法等を用い、厚さを40〜150nmとして珪素を含む絶縁膜の単層または積層構
造で形成する。なお、この絶縁膜13はゲート絶縁膜となる。
Next, an insulating
次いで、絶縁膜13上にスパッタ法、プラズマCVD法等を用い、膜厚250〜600
nmの導電膜14を形成する。ここでは、導電膜14として単層構造を用いた例を示した
が、前記導電膜を2層以上積層させた構造としても良い。
Next, a film thickness of 250 to 600 is formed on the insulating
A
しかしながら、CVD法により形成されると、前記導電膜14は引っ張り応力15が強
い場合がある。そのため、不純物元素の導入を行って、前記導電膜14における内部応力
を緩和させ、所望の内部応力にする。不純物元素の導入は、プラズマドーピング法、イオ
ン注入法、またはイオンシャワードーピング法などにより行えば良い。また、導入する不
純物元素は、n型を付与する不純物元素、p型を付与する不純物元素、および希ガス元素
から選ばれた一種または複数種の元素を用い、加速電圧30〜120keV、ドーズ量を
1×1012〜9×1016/cm2とし、ピークの濃度が1×1017〜1×1022/cm3と
なるように行う。
(図1(C))もちろん、最適な不純物元素の導入条件は、導電膜の状態や所望とする内
部応力によっても異なる。また、レジストからなるマスクを用いて、所望の領域のみに不
純物元素を導入すれば、前記所望の領域のみの内部応力を変化させることも可能である。
However, when the
(FIG. 1C) Of course, the optimum impurity element introduction conditions vary depending on the state of the conductive film and the desired internal stress. In addition, if an impurity element is introduced only into a desired region using a resist mask, the internal stress only in the desired region can be changed.
このようにして形成された導電膜が有する内部応力は所望の内部応力となり、半導体膜
に及ぼす応力が低減できる。そして、このような導電膜を用いてTFTを作製すると、そ
の電気的特性は良好なものとなり、半導体装置の動作特性も大幅に向上し得る。
The internal stress of the conductive film thus formed becomes a desired internal stress, and the stress exerted on the semiconductor film can be reduced. When a TFT is manufactured using such a conductive film, the electrical characteristics are improved, and the operating characteristics of the semiconductor device can be greatly improved.
[実施の形態2]
本発明の実施形態について、図1を用いて説明する。本実施形態では、不純物元素を導入
した後、熱処理を行うことにより内部応力を制御する場合について説明する。
[Embodiment 2]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a case will be described in which the internal stress is controlled by performing a heat treatment after introducing an impurity element.
まず、実施の形態1にしたがって、不純物元素の導入まで行う。
First, the steps up to introduction of an impurity element are performed in accordance with
続いて熱処理を行って、前記導電膜14における内部応力が引っ張り応力であるなら増
大し、圧縮応力であるなら緩和する。熱処理は、ファーネスアニール炉を用いた熱アニー
ル法、レーザアニール法、RTA法等、公知の方法により行えばよい。例えば、ファーネ
スアニール炉を用いた熱アニール法を行うのであれば、温度500〜1000℃程度の窒
素雰囲気中に3分〜12時間程度曝せばよい。もちろん、最適な熱処理の条件は、導電膜
の状態や所望とする内部応力によっても異なる。また、長時間の熱処理は、TFTの作製
工程における半導体膜の結晶化や不純物元素の活性化と同時に行えば、新たに工程を増加
させることなく行うことができ、効率が良い。
Subsequently, heat treatment is performed to increase if the internal stress in the
また、レーザアニール法等により所望の領域のみに熱処理を行えば、前記所望の領域の
みの内部応力を変化させることも可能である。
Further, if heat treatment is performed only on a desired region by laser annealing or the like, it is possible to change the internal stress only on the desired region.
このようにして形成された導電膜が有する内部応力は所望の内部応力となり、半導体膜
に及ぼす応力が低減できる。そして、このような導電膜を用いてTFTを作製すると、そ
の電気的特性は良好なものとなり、半導体装置の動作特性も大幅に向上し得る。
The internal stress of the conductive film thus formed becomes a desired internal stress, and the stress exerted on the semiconductor film can be reduced. When a TFT is manufactured using such a conductive film, the electrical characteristics are improved, and the operating characteristics of the semiconductor device can be greatly improved.
[実施の形態3]
本発明の実施形態について、図2を用いて説明する。本実施形態では、不純物元素を導
入した後、熱処理を行うことにより内部応力を制御する場合について説明する。
[Embodiment 3]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a case will be described in which the internal stress is controlled by performing a heat treatment after introducing an impurity element.
まず、実施の形態1にしたがって、絶縁膜13の形成まで行う。
First, according to the first embodiment, the formation up to the formation of the insulating
次いで、絶縁膜13上にスパッタ法、プラズマCVD法等を用い、膜厚250〜600
nmの導電膜17を形成する。ここでは、導電膜17として単層構造を用いた例を示した
が、前記導電膜を2層以上積層させた構造としても良い。
Next, a film thickness of 250 to 600 is formed on the insulating
A
しかしながら、スパッタ法により形成される前記導電膜17は圧縮応力15が強い場合
がある。そのため、熱処理を行って、前記導電膜17における内部応力を変化させる。熱
処理は、ファーネスアニール炉を用いる熱アニール法、RTA法、レーザアニール法等、
公知の方法を用いれば良い。(図2(B))
However, the
A known method may be used. (Fig. 2 (B))
続いて熱処理を行えば、前記導電膜14における内部応力が引っ張り応力であるなら増
大し、圧縮応力であるなら緩和する。(図2(C))熱処理は、ファーネスアニール炉を
用いた熱アニール法、レーザアニール法、RTA法等、公知の方法により行えばよい。例
えば、ファーネスアニール炉を用いた熱アニール法を行うのであれば、温度500〜10
00℃程度の窒素雰囲気中に3分〜12時間程度曝せばよい。もちろん、最適な熱処理の
条件は、導電膜の状態や所望とする内部応力によっても異なる。
If heat treatment is subsequently performed, the internal stress in the
What is necessary is just to expose for about 3 minutes-12 hours in nitrogen atmosphere at about 00 degreeC. Of course, the optimum heat treatment conditions vary depending on the state of the conductive film and the desired internal stress.
さらに、不純物元素の導入を行って、内部応力を変化させる。不純物元素の導入は、プ
ラズマドーピング法、イオン注入法、またはイオンシャワードーピング法などにより行え
ば良い。また、導入する不純物元素は、n型を付与する不純物元素、p型を付与する不純
物元素、および希ガス元素から選ばれた一種または複数種の元素を用い、加速電圧30〜
120keV、ドーズ量を1×1012〜9×1016/cm2とし、ピークの濃度が1×1
017〜1×1022/cm3となるように行う。(図2(D))また、熱処理を行った後に
不純物元素を導入することで、チャネリングにより、少ないドーズ量や低加速度の電圧で
内部応力を変化させることができる。
Further, an impurity element is introduced to change the internal stress. The introduction of the impurity element may be performed by a plasma doping method, an ion implantation method, an ion shower doping method, or the like. As the impurity element to be introduced, one or a plurality of elements selected from an impurity element imparting n-type, an impurity element imparting p-type, and a rare gas element are used, and an acceleration voltage of 30 to
120 keV, the dose is 1 × 10 12 to 9 × 10 16 / cm 2 , and the peak concentration is 1 × 1
0 17 to 1 × 10 22 / cm 3 . In addition, by introducing the impurity element after the heat treatment, the internal stress can be changed with a small dose and a low acceleration voltage by channeling.
このようにして形成された導電膜が有する内部応力は所望の内部応力となり、半導体膜
に及ぼす応力が低減できる。そして、このような導電膜を用いてTFTを作製すると、そ
の電気的特性は良好なものとなり、半導体装置の動作特性も大幅に向上し得る。
The internal stress of the conductive film thus formed becomes a desired internal stress, and the stress exerted on the semiconductor film can be reduced. When a TFT is manufactured using such a conductive film, the electrical characteristics are improved, and the operating characteristics of the semiconductor device can be greatly improved.
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例によりさらに詳細な説明を行うこ
ととする。
The present invention configured as described above will be described in more detail with reference to the following examples.
以下に本発明の実施例を説明するが、特にこれらの実施例に限定されないことはもちろ
んである。
Examples of the present invention will be described below, but it is needless to say that the present invention is not limited to these examples.
本発明の有効性を示すために行った実験について説明する。なお、本実施例では導電膜
にW(タングステン)を、不純物元素としてArを用いたが、本発明は特にこれらに限定
されるものではない。
Experiments conducted to show the effectiveness of the present invention will be described. In this embodiment, W (tungsten) is used for the conductive film and Ar is used as the impurity element. However, the present invention is not particularly limited to these.
まず、合成石英基板10上にスパッタ法によりWを膜厚300nmで形成した。次いで
、CVD法により膜厚70nmの窒化酸化珪素膜(組成比Si=32.8%、O=63.
7%、H=3.5%)を形成した後、950℃で30分の熱処理を行った。そして、窒化
酸化珪素膜を除去した。W上に窒化酸化珪素膜を形成したのは、熱処理によってWがピー
リングを起すことを防止するためである。不純物元素の導入はイオンシャワードーピング
法により行い、その条件は表1に示す。また、不純物元素の導入は、熱処理前、熱処理後
、窒化酸化珪素膜を除去後の3つの条件において行った。その結果を図3に示す。ここで
は、内部応力の変化が引っ張り応力の増加であるときは+とし、圧縮応力の増加であると
きは―としている。
First, W was formed with a film thickness of 300 nm on the
7%, H = 3.5%), and heat treatment was performed at 950 ° C. for 30 minutes. Then, the silicon nitride oxide film was removed. The reason why the silicon nitride oxide film is formed on W is to prevent W from peeling by heat treatment. Impurity elements are introduced by ion shower doping, and the conditions are shown in Table 1. The introduction of the impurity element was performed under three conditions before the heat treatment, after the heat treatment, and after the silicon nitride oxide film was removed. The result is shown in FIG. Here, when the change in internal stress is an increase in tensile stress, it is +, and when it is an increase in compressive stress, it is-.
図3より、Arを導入すると、どの条件においても内部応力は圧縮応力の方向へ変化し
ていることが分かる。熱処理後に不純物元素を導入すると、熱処理によって結晶性が向上
するため、不純物元素が膜中深くまで導入しやすくなり、内部応力は圧縮応力の方向へ大
きく変化する。しかしながら、窒化酸化珪素膜を介してArを導入すると、Wにおける実
質的なArの導入量が少ないため、圧縮応力の方向への変化も小さい。
FIG. 3 shows that when Ar is introduced, the internal stress changes in the direction of compressive stress under any conditions. When the impurity element is introduced after the heat treatment, the crystallinity is improved by the heat treatment, so that the impurity element is easily introduced deep into the film, and the internal stress greatly changes in the direction of the compressive stress. However, when Ar is introduced through the silicon nitride oxide film, since the substantial amount of Ar introduced in W is small, the change in the direction of compressive stress is small.
続いて、図4に上記の実験における熱処理前後での内部応力の変化を示す。また、不純
物元素を導入せず、熱処理のみを行った場合についても内部応力の変化を調べた。図4よ
り、加速電圧30keVでは、不純物元素を導入しない場合よりも引っ張り応力の増加が
大きい。これは、不純物元素の導入によって圧縮応力が増大した分、熱処理による引っ張
り応力も増大したと考えられる。また、80keVでは引っ張り応力の方向への変化が小
さいことから、加速電圧が高いと、膜中に十分深くまで不純物元素が導入されるため、熱
処理による影響を受けにくいと考えられる。
Next, FIG. 4 shows changes in internal stress before and after the heat treatment in the above experiment. In addition, the change in internal stress was also examined when only the heat treatment was performed without introducing the impurity element. From FIG. 4, at the acceleration voltage of 30 keV, the increase in tensile stress is larger than when no impurity element is introduced. This is probably because the tensile stress due to the heat treatment was increased by the amount of the compressive stress increased by the introduction of the impurity element. Further, since the change in the direction of tensile stress is small at 80 keV, if the acceleration voltage is high, the impurity element is introduced deeply into the film, so that it is considered that it is hardly affected by the heat treatment.
このように、不純物元素の導入によって内部応力は圧縮応力が増加し、熱処理によって
内部応力は引っ張り応力が増加することが確認できた。つまり、不純物元素の導入、もし
くは不純物元素の導入および熱処理の両方を行うことにより、内部応力を制御することが
可能となり、所望の内部応力を有する導電膜を得ることができる。
Thus, it was confirmed that the internal stress increases the compressive stress by introducing the impurity element, and the internal stress increases the tensile stress by the heat treatment. That is, by introducing the impurity element, or both the introduction of the impurity element and the heat treatment, the internal stress can be controlled, and a conductive film having a desired internal stress can be obtained.
本実施例では、本発明をTFTのゲート電極に適用する場合について、図6を用いて説
明する。
In this embodiment, the case where the present invention is applied to a gate electrode of a TFT will be described with reference to FIG.
まず、基板10上に下地絶縁膜11を形成する。基板10としては、ガラス基板や石英
基板や単結晶シリコン基板、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
のを用いてもよい。また、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。
First, the
また、下地絶縁膜11としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの
絶縁膜から成る下地絶縁膜11を形成する。ここでは下地絶縁膜11として単層構造を用
いる例を示しているが、前記絶縁膜の2層以上積層させた構造を用いても良い。なお、下
地絶縁膜を形成しなくてもよい。本実施例では、膜厚150nmの酸化窒化珪素膜11(
組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)を形成する。
As the
(Composition ratio Si = 32%, O = 27%, N = 24%, H = 17%).
次いで、下地絶縁膜11上に半導体膜を形成した後エッチングを行って半導体層20、
21を得る。ここで、半導体層20はnチャネル型TFTを形成するものとし、半導体層
21はpチャネル型TFTを形成するものとする。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)を行って結晶質半導体膜を形成する。この半導体膜12の厚さは2
5〜200nm(好ましくは30〜100nm)で形成する。半導体膜の材料に限定はな
いが、好ましくは珪素または珪素ゲルマニウム(SiGe)合金などで形成すると良い。
本実施例では、レーザ光を照射して結晶構造を有する半導体膜を形成し、パターニングを
行って半導体層20、21を形成する。
Next, a semiconductor film is formed on the
Get 21. Here, it is assumed that the
The film is formed with a thickness of 5 to 200 nm (preferably 30 to 100 nm). There is no limitation on the material of the semiconductor film, but it is preferably formed of silicon or a silicon germanium (SiGe) alloy.
In this embodiment, a semiconductor film having a crystal structure is formed by irradiation with laser light, and patterning is performed to form the semiconductor layers 20 and 21.
そして、半導体層12を覆う絶縁膜22を形成する。絶縁膜22はプラズマCVD法ま
たはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとして珪素を含む絶縁膜の単層または積
層構造で形成する。なお、この絶縁膜13はゲート絶縁膜となる。本実施例では、プラズ
マCVD法により110nmの厚さで酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%
、N=7%、H=2%)で形成する。
Then, an insulating
, N = 7%, H = 2%).
続いて、絶縁膜22上にスパッタ法、プラズマCVD法等を用い、膜厚250〜600
nmの導電膜23を形成する。ここでは、導電膜23として単層構造を用いる例を示した
が、前記導電膜23を2層以上積層させた構造としても良い。
また、導電膜としてはTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた元素
、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、
リン等の不純物元素を導入した多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また
、AgPdCu合金を用いてもよい。本実施例では、スパッタ法により、膜厚400nm
のTa膜を形成する。また、スパッタ法で形成される膜は圧縮応力を有することが多い。
Subsequently, a film thickness of 250 to 600 is formed on the insulating
A
The conductive film may be formed of an element selected from Ta, W, Ti, Mo, Al, Cu, Cr, and Nd, or an alloy material or a compound material containing the element as a main component. Also,
A semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film into which an impurity element such as phosphorus is introduced may be used. Further, an AgPdCu alloy may be used. In this embodiment, the film thickness is 400 nm by sputtering.
A Ta film is formed. A film formed by sputtering often has a compressive stress.
次いで、フォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理により、前記導電膜23にエ
ッチング処理を行って、第1の導電膜24および第2の導電膜25を形成する。(図6(
B))
Next, the
B))
そして、第1の不純物元素の導入を行って、半導体膜に不純物領域27を形成する。不
純物元素の導入は、プラズマドーピング法、イオン注入法、イオンシャワードーピング法
などにより行えばよい。本実施例ではn型を付与する不純物元素として、Asを用いる。
また、第1の不純物元素の導入では、第2の不純物元素の導入で導入される不純物元素の
量より、第1の不純物元素の導入での導入量を多くしておく。第1の不純物元素の導入を
行うことで、nチャネル型TFTとして機能するための不純物領域27が形成されるが、
第1の導電膜24および第2の導電膜25にもAsが導入され、圧縮応力15は増大する
。
Then, an impurity region 27 is formed in the semiconductor film by introducing the first impurity element. The introduction of the impurity element may be performed by a plasma doping method, an ion implantation method, an ion shower doping method, or the like. In this embodiment, As is used as the impurity element imparting n-type.
In addition, in the introduction of the first impurity element, the introduction amount in the introduction of the first impurity element is set larger than the amount of the impurity element introduced in the introduction of the second impurity element. By introducing the first impurity element, an impurity region 27 for functioning as an n-channel TFT is formed.
As is also introduced into the first
続いて、第2の不純物元素の導入を行って、半導体膜に不純物領域28を形成する。こ
のとき、nチャネル型TFTを形成する半導体層20はレジストから成るマスク26bに
よって覆われているため、不純物元素は導入されない。本実施例ではp型を付与する不純
物元素として、Bを用いる。第2の不純物元素の導入を行うことで、pチャネル型TFT
として機能するための不純物領域28が形成されるが、第2の導電膜25にもBが導入さ
れ、前記第2の導電膜25の圧縮応力15はさらに増大する。
Subsequently, a second impurity element is introduced to form an impurity region 28 in the semiconductor film. At this time, since the
Although the impurity region 28 for functioning as an impurity is formed, B is also introduced into the second
このようにして、不純物領域が形成され、また、前記第2の導電膜25には前記第1の
導電膜24よりも不純物元素が多く導入されている。
In this manner, impurity regions are formed, and more impurity elements are introduced into the second
続いて、熱処理を行うと、半導体膜の結晶性の回復および不純物元素の活性化が行われ
る。また、前記熱処理により、第1の導電膜24および第2の導電膜25における内部応
力も変化する。しかしながら、前記第1の導電膜24および前記第2の導電膜25に導入
された不純物元素の量が異なるため、熱処理後の内部応力も異なる。第1の導電膜24は
不純物元素の導入量が少ないため、熱処理によって、引っ張り応力の増加の方向16へ大
きく変化し、前記第1の導電膜24における内部応力は引っ張り応力となる。そのため、
nチャネル型TFTを形成する半導体膜が受ける応力は引っ張り応力となる。また、第2
の導電膜25は不純物元素の導入量が多いため、熱処理によって、内部応力はあまり変化
せず、前記第2の導電膜25における内部応力は圧縮応力となる。そのため、nチャネル
型TFTを形成する半導体膜が受ける応力は圧縮応力となる。
Subsequently, when heat treatment is performed, the crystallinity of the semiconductor film is restored and the impurity elements are activated. Further, the internal stress in the first
The stress received by the semiconductor film forming the n-channel TFT is tensile stress. Second
Since the
このようにして、導電膜の内部応力を制御して、nチャネル型TFTを形成する半導体
膜が受ける応力を引っ張り応力とし、pチャネル型TFTを形成する半導体膜が受ける応
力を圧縮応力とすることができる。そして、このような半導体膜を用いてTFTを作製す
ると、その電気的特性は良好なものとなり、半導体装置の動作特性も大幅に向上し得る。
In this way, by controlling the internal stress of the conductive film, the stress received by the semiconductor film forming the n-channel TFT is defined as tensile stress, and the stress received by the semiconductor film forming the p-channel TFT is defined as compressive stress. Can do. When a TFT is manufactured using such a semiconductor film, the electrical characteristics are improved, and the operating characteristics of the semiconductor device can be greatly improved.
本実施例では、本発明をTFTの配線に適用した場合について、図7を用いて説明する
。
In this embodiment, the case where the present invention is applied to a wiring of a TFT will be described with reference to FIG.
基板上に下地絶縁膜を形成し、前記下地絶縁膜上に半導体層を形成し、前記半導体層を
覆って絶縁膜を形成し、前記半導体層上に前記絶縁膜を介して導電層を形成した後、該導
電層をマスクとして前記半導体膜に不純物元素を導入する。また、実施例2で示す方法に
従ってもよい。
A base insulating film is formed on a substrate, a semiconductor layer is formed on the base insulating film, an insulating film is formed to cover the semiconductor layer, and a conductive layer is formed on the semiconductor layer through the insulating film Thereafter, an impurity element is introduced into the semiconductor film using the conductive layer as a mask. Further, the method shown in Embodiment 2 may be followed.
続いて、無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る層間絶縁膜29を形成する。本
実施例では、層間絶縁膜29を単層構造としているが、2層以上の積層構造としても良い
。
Subsequently, an
そして、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する導電膜を形成する。導電膜は引っ張
り応力が強い場合がある。そのため、不純物元素を導入して、前記導電膜の内部応力を圧
縮応力の増加の方向へ変化させる。このような方法で内部応力を制御し、±1GPa以下
の内部応力を有する導電膜を形成することができ、パターニングを行って配線31〜33
を形成するときに、配線パターンがずれることを防ぐ。
Then, a conductive film electrically connected to each impurity region is formed. The conductive film may have a high tensile stress. Therefore, an impurity element is introduced to change the internal stress of the conductive film in the direction of increasing compressive stress. By controlling the internal stress by such a method, a conductive film having an internal stress of ± 1 GPa or less can be formed, and patterning is performed to form
The wiring pattern is prevented from shifting when forming the wiring.
また、このようにして形成された導電層が有する内部応力は±1GPa以下のものとな
り、層間絶縁膜や半導体膜に及ぼす応力を低減することが可能となる。
そして、このような導電層を用いてTFTを作製すると、その電気的特性は良好なものと
なり、半導体装置の動作特性も大幅に向上し得る。
In addition, the internal stress of the conductive layer formed in this way is ± 1 GPa or less, and the stress exerted on the interlayer insulating film and the semiconductor film can be reduced.
When a TFT is manufactured using such a conductive layer, its electrical characteristics are good, and the operating characteristics of the semiconductor device can be greatly improved.
本実施例では、実施例2とは異なる構造のTFTのゲート電極に本発明を適用した場合
について、図8を用いて説明する。
In this embodiment, the case where the present invention is applied to a gate electrode of a TFT having a structure different from that of Embodiment 2 will be described with reference to FIG.
まず、基板10上に導電膜35を形成する。基板10としては、ガラス基板や石英基板
や単結晶シリコン基板、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
用いてもよい。また、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。
First, the
また、導電膜35としては、スパッタ法、プラズマCVD法等を用い、膜厚250〜6
00nmの導電膜20を形成した後、フォトリソグラフィ法によりパターニング処理を行
って形成する。ここでは、導電膜35として単層構造を用いる例を示したが、前記導電膜
を2層以上積層させた構造としても良い。また、導電膜としてはTa、W、Ti、Mo、
Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若し
くは化合物材料で形成してもよい。
また、リン等の不純物元素を導入した多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい
。また、AgPdCu合金を用いてもよい。本実施例では、スパッタ法により、膜厚40
0nmのAl−Ti膜を形成する。
Further, as the
After the 00 nm
You may form with the element selected from Al, Cu, Cr, Nd, or the alloy material or compound material which has the said element as a main component.
Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film into which an impurity element such as phosphorus is introduced may be used. Further, an AgPdCu alloy may be used. In this embodiment, the film thickness is 40 by sputtering.
A 0-nm Al—Ti film is formed.
続いて、不純物元素を導入して、導電膜における内部応力を圧縮応力の増加の方向15
へ変化させる。これは後工程における熱処理によって、導電膜における内部応力が引っ張
り応力の増加の方向へ変化するので、前記内部応力を緩和させるために予め行っておく処
理である。
Subsequently, an impurity element is introduced, and the internal stress in the conductive film is reduced in the direction of increasing the
To change. Since the internal stress in the conductive film changes in the direction of increasing tensile stress due to the heat treatment in the subsequent process, this is a process performed in advance in order to relieve the internal stress.
そして、導電膜35を覆う絶縁膜36を形成する。絶縁膜36はプラズマCVD法また
はスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとして珪素を含む絶縁膜の単層または積層
構造で形成する。なお、この絶縁膜36はゲート絶縁膜となる。本実施例では、プラズマ
CVD法により110nmの厚さで酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、
N=7%、H=2%)で形成する。
Then, an insulating
N = 7%, H = 2%).
次いで、絶縁膜36上に半導体膜37を形成する。半導体膜37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)を行って結晶質半導体膜を形成する。この半導体膜37の厚
さは25〜200nm(好ましくは30〜100nm)で形成する。半導体膜の材料に限
定はないが、好ましくは珪素または珪素ゲルマニウム(SiGe)合金などで形成すると
良い。本実施例では、プラズマCVD法を用い、55nmの非晶質珪素膜を成膜した後、
ニッケルを含む溶液を非晶質珪素膜上に保持させる。この非晶質珪素膜に脱水素化(50
0℃、1時間)を行った後、熱結晶化(550℃、4時間)を行う。熱処理によって半導
体膜37は結晶構造を有する半導体膜となる。また、予め不純物元素が導入してあるため
、導電膜35における内部応力の変化量は小さくてすむ。
Next, a
A solution containing nickel is held on the amorphous silicon film. This amorphous silicon film is dehydrogenated (50
After performing 0 ° C for 1 hour, thermal crystallization (550 ° C for 4 hours) is performed. By the heat treatment, the
このようにして形成された導電膜が有する内部応力は所望の内部応力となり、半導体膜
に及ぼす応力が低減できる。そして、このような導電膜を用いてTFTを作製すると、そ
の電気的特性は良好なものとなり、半導体装置の動作特性も大幅に向上し得る。
The internal stress of the conductive film thus formed becomes a desired internal stress, and the stress exerted on the semiconductor film can be reduced. When a TFT is manufactured using such a conductive film, the electrical characteristics are improved, and the operating characteristics of the semiconductor device can be greatly improved.
本実施例では、本発明を絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(MOSFETまたはIG
FET)に適用してCMOS回路を構成した場合の例について図21〜図23を用いて説
明する。
In this embodiment, the present invention is applied to an insulated gate field effect transistor (MOSFET or IG).
An example in which a CMOS circuit is configured by application to an FET will be described with reference to FIGS.
まず、単結晶シリコン基板401を用意し、不純物元素を注入してP型ウェル402、
N型ウェル403を形成する。単結晶シリコン基板はP型であってもN型であっても良い
。この様な構成はいわゆるツインタブ構造であり、ウェル濃度は1×1018/cm3以下
(代表的には1×1016〜5×1017/cm3)で形成される。
First, a single
An N-
次に、公知のLOCOS法などにより選択酸化を行い、フィールド酸化膜404を形成
した後、熱酸化工程によってシリコン表面に30nm厚の酸化膜(後のゲート絶縁膜)4
05を形成する。(図21(A))
Next, after selective oxidation is performed by a known LOCOS method or the like to form a
05 is formed. (FIG. 21 (A))
次に、第1のゲート電極406および第2のゲート電極407を形成する。本実施例で
はゲート電極を構成する材料として導電性を有するシリコン膜を用いるが、他にもTa、
W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた元素、または前記元素を主成分と
する合金材料若しくは化合物材料を用いることができる。
Next, a
An element selected from W, Ti, Mo, Al, Cu, Cr, and Nd, or an alloy material or a compound material containing the element as a main component can be used.
前記第1のゲート電極406および前記第2のゲート電極407の形成後、pチャネル
型MOSFETとなる領域(図面向かって右側)をレジストマスク408で覆い、単結晶
シリコン基板401に対してn型を付与する不純物元素を導入する。(図21(B))不
純物元素の導入の方法は、レーザドーピング法、プラズマドーピング法、イオン注入法お
よびイオンシャワードーピング法のいずれかの方法を用い、濃度が5×1018〜 1×10
19/cm3となる様に導入する。本実施例では、n型を付与する不純物元素として、As
を用いる。こうして形成される不純物領域410、411の一部(チャネル形成領域と接
する側の端部)は後にnチャネル型MOSFETのLDD領域として機能する。
After the formation of the
It introduce | transduces so that it may become 19 / cm < 3 >. In this embodiment, As an impurity element imparting n-type conductivity is As.
Is used. Part of the
次に、nチャネル型MOSFETとなる領域をレジストマスク412で覆う。
そして、単結晶シリコン基板401に対してp型を付与する不純物元素を導入する。(図
21(C))本実施例では、n型を付与する不純物元素として、B(ボロン)を用いる。
このようにして、後にpチャネル型MOSFETのLDD領域として機能する不純物領域
414、415を形成する。
Next, a region to be an n-channel MOSFET is covered with a resist
Then, an impurity element imparting p-type conductivity is introduced into the single
In this manner,
図21(C)の状態が得られたら、次に酸化珪素膜(図示せず)を堆積してエッチバッ
クを行い、サイドウォール416、417を形成する。(図22(A)
)
When the state of FIG. 21C is obtained, a silicon oxide film (not shown) is deposited and etched back to
)
次に、再びpチャネル型MOSFETとなる領域をレジストマスク418で覆い、n型
を付与する不純物元素を 1×1020/cm3の濃度で導入する。こうしてソース領域41
9、ドレイン領域420が形成され、サイドウォール416の下にはLDD領域421が
形成される。(図22(B))
Next, a region to be a p-channel MOSFET is again covered with a resist
9, a
同様に、nチャネル型MOSFETとなる領域をレジストマスク422で覆い、p型を
付与する不純物元素を1×1020/cm3の濃度で導入する。こうしてドレイン領域42
3、ソース領域424が形成され、サイドウォール417の下にはLDD領域425が形
成される。(図22(C))さらに、レジストマスク422で覆ったまま、希ガス元素か
ら選ばれた一種または複数種の元素を導入する。このようにして、第2のゲート電極40
7に第1のゲート電極406よりも不純物元素を多量に導入する。これにより、前記第2
のゲート電極407の圧縮応力は前記第1のゲート電極406より強く、pチャネル型M
OSFETにおけるチャネル形成領域が受ける圧縮応力も、nチャネル型MOSFETに
おけるチャネル形成領域が受ける応力よりも強くなる。
Similarly, a region to be an n-channel MOSFET is covered with a resist
3. A
7, a larger amount of an impurity element is introduced than the
The compressive stress of the
The compressive stress received by the channel formation region in the OSFET is also stronger than the stress received by the channel formation region in the n-channel MOSFET.
図22(C)の状態が得られたら、第1の熱処理を行い、導入した不純物元素の活性化
を行う。
When the state of FIG. 22C is obtained, a first heat treatment is performed to activate the introduced impurity element.
続いて、チタン膜を成膜して第2の熱処理を行い、ソース領域、ドレイン領域およびゲ
ート電極の表面にチタンシリサイド層426を形成する。勿論、他の金属膜を用いた金属
シリサイドを形成することもできる。シリサイド層を形成した後、チタン膜は除去する。
Subsequently, a titanium film is formed and second heat treatment is performed to form a
前記第1の熱処理および前記第2の熱処理により、第1のゲート電極406および第2
のゲート電極407の内部応力も変化するが、第2のゲート電極407は第1のゲート電
極406より不純物元素の導入量が多いため、内部応力の変化は小さい。そのため、第2
のゲート電極407の圧縮応力は第1のゲート電極406より強く、pチャネル型MOS
FETにおけるチャネル形成領域が受ける圧縮応力も、nチャネル型MOSFETにおけ
るチャネル形成領域が受ける応力よりも強い。
By the first heat treatment and the second heat treatment, the
Although the internal stress of the
The compressive stress of the
The compressive stress received by the channel formation region in the FET is also stronger than the stress received by the channel formation region in the n-channel MOSFET.
次に、層間絶縁膜427を形成し、コンタクトホールを開けてソース電極428、42
9、ドレイン電極430を形成する。勿論、電極形成後に水素化を行うことも有効である
。
Next, an
9. A
以上の様な工程によって、図23に示す様なCMOS回路を得ることができる。ゲート
電極の内部応力が制御されたCMOS回路の電気的特性は、良好なものとなり、半導体装
置の動作特性も大幅に向上し得る。
Through the steps as described above, a CMOS circuit as shown in FIG. 23 can be obtained. The electrical characteristics of the CMOS circuit in which the internal stress of the gate electrode is controlled are good, and the operating characteristics of the semiconductor device can be greatly improved.
本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図9〜図8を用いて説明す
る。本明細書ではCMOS回路、及び駆動回路と、画素TFT、保持容量とを有する画素
部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
In this embodiment, a method for manufacturing an active matrix substrate will be described with reference to FIGS. In this specification, a substrate in which a pixel portion having a CMOS circuit, a driver circuit, a pixel TFT, and a storage capacitor is formed over the same substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.
まず、本実施例ではコーニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表さ
れるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる
基板501を用いる。なお、基板501としては、石英基板や単結晶シリコン基板、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、本実施
例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよい。本実施例では
合成石英ガラス基板を用いる。
First, in this embodiment, a
次いで、石英基板501上に下部遮光膜を形成する。まず、酸化珪素膜、窒化珪素膜ま
たは酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る膜厚10〜150nm(好ましくは50〜10
0nm)の下地膜を形成する。そして、本実施例の処理温度に耐え得るTa、W、Cr、
Mo等の導電性材料およびその積層構造により300nm程度の膜厚で下部遮光膜を形成す
る。前記下部遮光膜はゲート配線としての機能も有する。本実施例では膜厚75nmの結
晶質珪素膜を形成し、続いて膜厚150nmのWSix(x=2.0〜2.8)を成膜し
た後、不要な部分をエッチングして下部遮光膜503を形成する。なお、本実施例では、
下部遮光膜503として単層構造を用いるが、前記絶縁膜を2層以上積層させた構造を用
いても良い。
Next, a lower light shielding film is formed on the
0 nm) is formed. And Ta, W, Cr, which can withstand the processing temperature of this embodiment
A lower light-shielding film is formed with a film thickness of about 300 nm by a conductive material such as Mo and its laminated structure. The lower light shielding film also has a function as a gate wiring. In this embodiment, a crystalline silicon film having a thickness of 75 nm is formed, and then a WSix (x = 2.0 to 2.8) having a thickness of 150 nm is formed, and then unnecessary portions are etched to form a lower light shielding film. 503 is formed. In this example,
A single layer structure is used as the lower
そして基板501および下部遮光膜503上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化
珪素膜などの絶縁膜から成る膜厚10〜650nm(好ましくは50〜600nm)の下
地膜504を形成する。本実施例では下地膜504として単層構造を用いるが、前記絶縁
膜を2層以上積層させた構造を用いても良い。本実施例では、下地膜504としては、プ
ラズマCVD法を用い、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される膜厚5
80nmの酸化窒化珪素膜504(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=
17%)を350℃にて形成する。
Then, a
80 nm silicon oxynitride film 504 (composition ratio Si = 32%, O = 27%, N = 24%, H =
17%) at 350 ° C.
次いで、下地膜504上に半導体膜505を形成する。半導体膜505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、25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成する。半導体膜の
材料に限定はないが、好ましくは珪素または珪素ゲルマニウム(SiGe)合金などで形
成すると良い。
Next, a
そして、ニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法を行って、半導体膜を結晶化する。ま
た、ニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法の他に、公知の結晶化処理(レーザ結晶化法
、熱結晶化法等)を組み合わせて行ってもよい。本実施例では、酢酸ニッケル溶液(重量
換算濃度10ppm、体積5ml)をスピンコートにより膜上全面に塗布して金属含有層
405を形成し、温度600度の窒素雰囲気中に12時間曝す。
Then, a thermal crystallization method using a catalyst such as nickel is performed to crystallize the semiconductor film. In addition to a thermal crystallization method using a catalyst such as nickel, a known crystallization treatment (laser crystallization method, thermal crystallization method, etc.) may be performed in combination. In this embodiment, a nickel acetate solution (weight-
また、レーザ結晶化法も適用する場合には、パルス発振型または連続発光型のエキシマ
レーザやYAGレーザ、YVO4レーザ等を用いることができる。これらのレーザを用い
る場合には、レーザ発振器から放射されたレーザビームを光学系で線状に集光し半導体膜
に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エ
キシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数300Hzとし、レーザーエネルギー密度
を100〜800mJ/cm2(代表的には200〜700mJ/cm2)とする。また、YAGレーザ
を用いる場合にはその第2高調波を用いパルス発振周波数1〜300Hzとし、レーザー
エネルギー密度を300〜1000mJ/cm2(代表的には350〜800mJ/cm2)とすると良
い。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレーザビームを
基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザビームの重ね合わせ率(オーバーラップ率
)を50〜98%として行ってもよい。
In the case where a laser crystallization method is also applied, a pulse oscillation type or a continuous emission type excimer laser, a YAG laser, a YVO 4 laser, or the like can be used. In the case of using these lasers, it is preferable to use a method in which a laser beam emitted from a laser oscillator is linearly collected by an optical system and irradiated onto a semiconductor film. The crystallization conditions are appropriately selected by the practitioner. When an excimer laser is used, the pulse oscillation frequency is 300 Hz, and the laser energy density is 100 to 800 mJ / cm 2 (typically 200 to 700 mJ / cm 2). ). When a YAG laser is used, the second harmonic is used and the pulse oscillation frequency is 1 to 300 Hz, and the laser energy density is 300 to 1000 mJ / cm 2 (typically 350 to 800 mJ / cm 2 ). Then, a laser beam condensed linearly with a width of 100 to 1000 μm, for example 400 μm, is irradiated over the entire surface of the substrate, and the superposition ratio (overlap ratio) of the linear laser beam at this time is set to 50 to 98%. Also good.
続いて、活性領域となる半導体層から、結晶化を助長するために用いた金属元素を除去
または低減するために、ゲッタリングを行う。ゲッタリングについては特開平10−27
0363号公報に開示している方法を適用すればよい。本実施例では、マスクとして、膜
厚50nmの酸化珪素膜を形成し、パターニングを行って、所望の形状の酸化珪素膜50
6a〜506dを得る。そして、半導体膜に選択的に15族に属する元素(代表的にはP
(リン))を導入し、熱処理を行うことで、半導体層から金属元素を除去または半導体特
性に影響しない程度にまで低減することができる。このようにして作製した活性領域を有
するTFTはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、
良好な特性を達成することができる。
Subsequently, gettering is performed in order to remove or reduce the metal element used to promote crystallization from the semiconductor layer serving as the active region. Regarding gettering, JP-A-10-27.
The method disclosed in Japanese Patent No. 0363 may be applied. In this embodiment, a silicon oxide film having a thickness of 50 nm is formed as a mask and patterned to form a silicon oxide film 50 having a desired shape.
6a-506d are obtained. An element belonging to
By introducing (phosphorus)) and performing heat treatment, the metal element can be removed from the semiconductor layer or reduced to the extent that the semiconductor characteristics are not affected. A TFT having an active region manufactured in this manner has a low off-current value and good crystallinity, so that high field-effect mobility can be obtained.
Good properties can be achieved.
そして、結晶質半導体膜にエッチングを行って、半導体層507a〜510aを形成す
る。(図9(D))
Then, the crystalline semiconductor film is etched to form semiconductor layers 507a to 510a. (Figure 9 (D))
次に、マスク506a〜506dを除去し、新たに絶縁膜511を形成して半導体膜の
結晶性を向上させるために熱処理を行って、半導体層の上部を熱酸化させるのが望ましい
。本実施例では、減圧CVD装置で20nmの酸化珪素膜を成膜した後、ファーネスアニ
ール炉で熱処理を行う。この処理により、半導体層507a〜510aの上部は酸化され
る。そして、酸化珪素膜および半導体層の酸化した部分をエッチングすると、結晶性の向
上した半導体層507b〜510bが得られる。
Next, it is preferable to remove the masks 506a to 506d, form a new
半導体層507b〜510bを形成した後、TFTのしきい値を制御するために微量な
不純物元素(ボロンまたはリン)を導入してもよい。
After forming the semiconductor layers 507b to 510b, a trace amount of an impurity element (boron or phosphorus) may be introduced in order to control the threshold value of the TFT.
次いで、半導体層507b〜510bを覆う第1のゲート絶縁膜511を形成する。第
1のゲート絶縁膜511はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを20〜15
0nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により35
nmの厚さで酸化窒化珪素膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)
で形成した。もちろん、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪
素を含む絶縁膜を用いても良い。
Next, a first
The insulating film containing silicon is formed to have a thickness of 0 nm. In this embodiment, 35 is formed by plasma CVD.
Silicon oxynitride film with a thickness of nm (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%)
Formed with. Needless to say, the gate insulating film is not limited to the silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used.
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Ortho
silicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波
(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。こ
のようにして作製される酸化珪素膜は、その後400〜500℃の熱アニールによりゲー
ト絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
When a silicon oxide film is used, TEOS (Tetraethyl Ortho
It can be formed by mixing silicate) and O 2 , setting the reaction pressure to 40 Pa, the substrate temperature to 300 to 400 ° C., and discharging at a high frequency (13.56 MHz) power density of 0.5 to 0.8 W / cm 2 . The silicon oxide film thus manufactured can obtain good characteristics as a gate insulating film by thermal annealing at 400 to 500 ° C. thereafter.
そして、前記ゲート絶縁膜を部分的にエッチングして、保持容量の電極の一方となる半
導体層510aを露出させ、該半導体層510aに不純物元素を導入する。(図10(B
))このとき、他の領域にはレジスト513が形成されており、不純物元素は導入されな
い。本実施例では、不純物元素としてP(リン)を用い、加速電圧10keV、ドーズ量
5×1014/cm2として不純物元素を導入する。
Then, the gate insulating film is partially etched to expose the
)) At this time, a resist 513 is formed in another region, and no impurity element is introduced. In this embodiment, P (phosphorus) is used as the impurity element, and the impurity element is introduced at an acceleration voltage of 10 keV and a dose of 5 × 10 14 / cm 2 .
続いて、第2のゲート絶縁膜512を形成する。第2のゲート絶縁膜512はプラズマ
CVD法またはスパッタ法を用い、厚さを20〜150nmとして珪素を含む絶縁膜で形
成する。本実施例では、プラズマCVD法により50nmの厚さで酸化窒化珪素膜(組成
比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)
で形成した。もちろん、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪
素を含む絶縁膜を用いても良い。
Subsequently, a second
Formed with. Needless to say, the gate insulating film is not limited to the silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used.
そして、下部遮光膜と接続するコンタクトを形成した後、膜厚20〜100nmの第1
の導電膜515と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜516aとを積層形成する。
本実施例では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜515と、膜厚370nm
のW膜からなる第2の導電膜516aを積層形成する。TaN膜はスパッタ法で形成し、
Taのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタした。また、W膜は、Wのター
ゲットを用いたスパッタ法で形成する。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用い
る熱CVD法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するために
は低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。
Then, after forming a contact connected to the lower light shielding film, a first film having a thickness of 20 to 100 nm is formed.
The
In this embodiment, a first
A second
Sputtering was performed in a nitrogen-containing atmosphere using a Ta target. The W film is formed by sputtering using a W target. In addition, it can be formed by a thermal CVD method using tungsten hexafluoride (WF 6 ). In any case, in order to use as a gate electrode, it is necessary to reduce the resistance, and the resistivity of the W film is desirably 20 μΩcm or less.
なお、本実施例では、第1の導電膜515をTaN、第2の導電膜516aをWとして
いるが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから
選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成しても
よい。また、リン等の不純物元素を導入した結晶質珪素膜に代表される半導体膜を用いて
もよい。また、AgPdCu合金を用いてもよい。また、第1の導電膜をタンタル(Ta
)膜で形成し、第2の導電膜をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化チタン(Ti
N)膜で形成し、第2の導電膜をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(
TaN)膜で形成し、第2の導電膜をAl膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タン
タル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜をCu膜とする組み合わせとしてもよい。
In this embodiment, the first
) Film, the second conductive film is a W film, and the first conductive film is titanium nitride (Ti
N) film, the second conductive film is a W film, and the first conductive film is tantalum nitride (
It is also possible to use a combination of a TaN) film and a second conductive film made of an Al film, a first conductive film made of a tantalum nitride (TaN) film, and a second conductive film made of a Cu film.
ここで、第2の導電膜516aにおける内部応力を所望のものとするために、第3の不
純物元素の導入を行う。不純物元素の導入はプラズマドーピング法、イオン注入法、また
はイオンシャワードーピング法で行えば良い。これにより、圧縮応力の増加の方向へ変化
し、所望の内部応力を有する第2の導電膜516bを形成することができる。(図10(
D))本実施例では、加速電圧70keVとし、Arを用いて不純物元素を導入する。
Here, in order to obtain a desired internal stress in the second
D)) In this embodiment, the acceleration voltage is 70 keV, and the impurity element is introduced using Ar.
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク(図示せず)を形成し、
電極及び配線を形成するためのエッチング処理を行う。本実施例ではエッチング条件とし
て、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、
エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/25/
10(sccm)とし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力
を投入してプラズマを生成してエッチングを行った。基板側(試料ステージ)にも150
WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
Next, a resist mask (not shown) is formed using a photolithography method,
An etching process for forming electrodes and wirings is performed. In this example, ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method is used as an etching condition,
CF 4 , Cl 2, and O 2 are used as etching gases, and the respective gas flow ratios are 25/25 /
Etching was performed by generating a plasma by generating 500 W of RF (13.56 MHz) power to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa at a pressure of 10 (sccm). 150 on the substrate side (sample stage)
Apply W RF (13.56 MHz) power and apply a substantially negative self-bias voltage.
そして、第4の不純物元素の導入を行い、半導体層にn型を付与する不純物元素を導入
する。(図11(A))不純物元素を導入するときの条件は1×1013〜5×1014/cm2
とし、加速電圧を30〜80keVとして行う。本実施例ではドーズ量を1.5×1013
/cm2とし、加速電圧を60keVとして行う。n型を付与する不純物元素として15族
に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P
)を用いる。この場合、導電層517〜521がn型を付与する不純物元素に対するマス
クとなり、自己整合的に低濃度不純物領域523〜524が形成される。低濃度不純物領
域523〜524には1×1018〜1×1020/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元
素を添加する。ここで、pチャネル型TFTを形成する半導体層にはレジストによるマス
ク522が形成されており、n型を付与する不純物元素は導入されない。
Then, a fourth impurity element is introduced, and an impurity element imparting n-type conductivity is introduced into the semiconductor layer. (FIG. 11A) The conditions for introducing the impurity element are 1 × 10 13 to 5 × 10 14 / cm 2.
And an acceleration voltage of 30 to 80 keV. In this embodiment, the dose amount is 1.5 × 10 13.
/ Cm 2 and an acceleration voltage of 60 keV. As an impurity element imparting n-type, an element belonging to
) Is used. In this case, the
次いで、レジストからなるマスクを除去し、新たにマスクを形成して、図11(B)に
示すように、第5の不純物元素の導入を行う。不純物元素を導入しするときの条件はドー
ズ量を1×1013〜1×1015/cm2とし、加速電圧を30〜120keVとして行う。こ
のとき、pチャネル型TFTを形成する半導体層にn型を付与する不純物元素を導入しな
いためにマスク525bを形成し、また、nチャネル型TFTを形成するための半導体層
に選択的に高濃度不純物領域を形成するためにマスク525a、525cを形成する。本
実施例ではドーズ量を2×1015/cm2とし、加速電圧を50keVとして行った。こ
うして、高濃度不純物領域526、529が形成される。
Next, the resist mask is removed, a new mask is formed, and a fifth impurity element is introduced as shown in FIG. Conditions for introducing the impurity element are a dose amount of 1 × 10 13 to 1 × 10 15 / cm 2 and an acceleration voltage of 30 to 120 keV. At this time, the
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク532
aおよび532bを形成して、図11(C)に示すように、第6の不純物元素の導入を行
う。この第6の不純物元素の導入により、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に
前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域533を形成
する。第2の導電層518を不純物元素に対するマスクとして用い、p型を付与する不純
物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域533
はジボラン(B2H6)を用いたイオンシャワードーピング法で形成する。イオンシャワー
ドーピング法の条件はドーズ量を1×1013〜1×1014/cm2とし、加速電圧を30〜1
20keVとして行う。この第6の不純物元素の導入の際には、nチャネル型TFTを形
成する半導体層はレジストからなるマスク532aおよび532bで覆われている。
Next, after removing the resist mask, a new resist mask 532 is formed.
a and 532b are formed, and a sixth impurity element is introduced as shown in FIG. By the introduction of the sixth impurity element, an
Is formed by ion shower doping using diborane (B 2 H 6 ). The conditions of the ion shower doping method are a dose of 1 × 10 13 to 1 × 10 14 / cm 2 and an acceleration voltage of 30 to 1.
This is performed at 20 keV. In the introduction of the sixth impurity element, the semiconductor layer forming the n-channel TFT is covered with resist
次いで、レジストからなるマスクを除去し、新たにマスクを形成して、図12(A)に
示すように、第7の不純物元素の導入を行う。不純物元素を導入するときの条件はドーズ
量を1×1013〜1×1015/cm2とし、加速電圧を20〜120keVとして行う。この
とき、nチャネル型TFTを形成する半導体層にp型を付与する不純物元素を導入しない
ためにマスク534a、534cを形成し、また、pチャネル型TFTを形成するための
半導体層に選択的に高濃度不純物領域を形成するためにマスク534bを形成する。本実
施例ではドーズ量を1×1015/cm2とし、加速電圧を40keVとして行う。こうし
て、高濃度不純物領域535が形成される。
Next, the resist mask is removed, a new mask is formed, and a seventh impurity element is introduced as shown in FIG. The conditions for introducing the impurity element are a dose amount of 1 × 10 13 to 1 × 10 15 / cm 2 and an acceleration voltage of 20 to 120 keV. At this time,
以上までの工程で、それぞれの半導体層に高濃度不純物領域および低濃度不純物領域が
形成される。
Through the above steps, a high concentration impurity region and a low concentration impurity region are formed in each semiconductor layer.
次いで、レジストからなるマスク534を除去して第1の層間絶縁膜538を形成する
。この第1の層間絶縁膜538としては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚
さを100〜200nmとして珪素を含む絶縁膜で形成する。
本実施例では、プラズマCVD法により膜厚150nmの酸化窒化珪素膜を形成した。も
ちろん、第1の層間絶縁膜538は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を
含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
Next, the resist mask 534 is removed, and a first
In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 150 nm is formed by a plasma CVD method. Needless to say, the first
次いで、図12(B)に示すように、熱処理を行って、半導体層の結晶性の回復、それ
ぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。この熱処理はファーネスアニー
ル炉を用いる熱アニール法で行う。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好
ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500〜55
0℃で行えばよく、本実施例では550℃、4時間の熱処理で活性化処理を行った。なお
、熱アニール法の他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA
法)を適用することができる。
Next, as shown in FIG. 12B, heat treatment is performed to recover the crystallinity of the semiconductor layers and to activate the impurity elements added to the respective semiconductor layers. This heat treatment is performed by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. As the thermal annealing method, an oxygen concentration is 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less in a nitrogen atmosphere at 400 to 700 ° C., typically 500 to 55.
What is necessary is just to perform at 0 degreeC, and the activation process was performed by heat processing for 4 hours at 550 degreeC in the present Example. In addition to thermal annealing, laser annealing or rapid thermal annealing (RTA)
Law) can be applied.
また、第1の層間絶縁膜を形成する前に熱処理を行っても良い。ただし、用いた配線材
料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜(珪素を主成
分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で熱処理を行うことが好ましい。
Further, heat treatment may be performed before forming the first interlayer insulating film. However, when the wiring material used is weak against heat, heat treatment is performed after an interlayer insulating film (insulating film containing silicon as a main component, for example, a silicon nitride film) is formed to protect the wiring and the like as in this embodiment. It is preferable to carry out.
そして、熱処理(300〜550℃で1〜12時間の熱処理)を行うと水素化を行うこ
とができる。この工程は第1の層間絶縁膜461に含まれる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。もちろん、第1の層間絶縁膜の存在に関係なく半導
体層を水素化することもできる。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)や、3〜100%の水素を含む雰囲気中で300〜450
℃で1〜12時間の熱処理を行っても良い。
Then, hydrogenation can be performed by heat treatment (heat treatment at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours). This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the first interlayer insulating film 461. Of course, the semiconductor layer can be hydrogenated regardless of the presence of the first interlayer insulating film. As other means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) or 300 to 450 in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen is used.
You may heat-process at 1 degreeC for 1 to 12 hours.
次いで、第1の層間絶縁膜538上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第
2の層間絶縁膜539を形成する。本実施例では、膜厚1μmの窒化酸化珪素膜を形成す
る。
Next, a second
そして、駆動回路555において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線54
0〜542を形成する。また、画素部556においては、ソース配線543、545、ド
レイン電極544を形成する。なお、これらの配線は、膜厚50nmのTi膜と、膜厚5
00nmの合金膜(AlとTiとの合金膜)との積層膜をパターニングして形成する。
In the driving circuit 555, the wiring 54 electrically connected to each impurity region.
0-542 are formed. In the pixel portion 556, source wirings 543 and 545 and a
A laminated film of 00 nm alloy film (alloy film of Al and Ti) is formed by patterning.
図13にここまで作製された状態の上面図を示す。なお、図9〜図12に対応する部分
には同じ符号を用いている。図12(C)中の鎖線A−A’は図13中の鎖線A―A’で
切断した断面図に対応している。また、図12(C)中の鎖線B−B’は図13中の鎖線
B―B’で切断した断面図に対応している。
FIG. 13 shows a top view of the state thus far prepared. In addition, the same code | symbol is used for the part corresponding to FIGS. 9-12. A chain line AA ′ in FIG. 12C corresponds to a cross-sectional view taken along the chain line AA ′ in FIG. A chain line BB ′ in FIG. 12C corresponds to a cross-sectional view taken along the chain line BB ′ in FIG.
次いで、第2の層間絶縁膜539上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第
3の層間絶縁膜560を形成する。本実施例では、膜厚1.8μmの窒化酸化珪素膜を形
成する。
Next, a third
第3の層間絶縁膜539上にAl、Ti、W、Cr、または黒色樹脂等の高い遮光性を
持つ膜を所望の形状にパターニングして遮光膜561、562を形成する。この遮光膜5
61、562は画素の開口部以外を遮光するように網目状に配置する。さらに、この遮光
膜117を覆うように第4の層間絶縁膜563を無機絶縁材料により形成する。
On the third
61 and 562 are arranged in a mesh pattern so as to shield light other than the opening of the pixel. Further, a fourth
そして、接続配線544に通じるコンタクトホールを形成し、ITO等の透明導電膜を1
00nm厚形成し、所望の形状にパターニングすることで画素電極564、565を形成す
る。
Then, a contact hole leading to the
The
以上の様にして、nチャネル型TFT551とpチャネル型TFT552を有する駆動
回路555と、画素TFT553、保持容量554とを有する画素部556が同一基板上
に形成されたアクティブマトリクス基板が完成する。
As described above, an active matrix substrate in which the driver circuit 555 having the n-channel TFT 551 and the p-channel TFT 552, the pixel portion 556 having the pixel TFT 553, and the storage capacitor 554 is formed over the same substrate is completed.
このようにして形成されたゲート電極が有する内部応力は所望の内部応力となり、半
導体膜に及ぼす応力が低減できる。そして、このようなゲート電極を用いてTFTを作製
すると、その電気的特性は良好なものとなり、半導体装置の動作特性も大幅に向上し得る
。
The internal stress of the gate electrode formed as described above becomes a desired internal stress, and the stress exerted on the semiconductor film can be reduced. When a TFT is manufactured using such a gate electrode, the electrical characteristics are improved and the operating characteristics of the semiconductor device can be greatly improved.
なお、本実施例は実施例2または実施例3と自由に組み合わせることが可能である。
もちろん、実施例4で形成するTFTや実施例5で形成するMOSFETを用いてアクテ
ィブマトリクス基板を作製することも可能である。
Note that this embodiment can be freely combined with Embodiment 2 or Embodiment 3.
Of course, the active matrix substrate can be manufactured using the TFT formed in Embodiment 4 and the MOSFET formed in Embodiment 5.
本実施例では、実施例6で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装
置を作製する工程を以下に説明する。説明には図15を用いる。
In this embodiment, a process for manufacturing a reflective liquid crystal display device from the active matrix substrate manufactured in Embodiment 6 will be described below. FIG. 15 is used for the description.
まず、実施例6に従い、図14(B)の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、前
記アクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極564、565上に配向膜567を
形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜567を形成する前に、アクリル
樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状の
スペーサ572を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペー
サを基板全面に散布してもよい。
First, after obtaining an active matrix substrate in the state of FIG. 14B according to Example 6, an
次いで、対向基板569を用意する。次いで、対向基板569上に着色層570、平坦
化膜573を形成する。
Next, a
次いで、平坦化膜573上に透明導電膜からなる対向電極576を少なくとも画素部に
形成し、対向基板の全面に配向膜574を形成し、ラビング処理を施した。
Next, a
そして、画素部と駆動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シー
ル材568で貼り合わせる。シール材568にはフィラーが混入されていて、このフィラ
ーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って2枚の基板が貼り合わせられる。その後、
両基板の間に液晶材料575を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。液
晶材料575には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図15に示す反射型液
晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基
板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板(図示しない)を貼りつけた
。そして、公知の技術を用いてFPCを貼りつけた。
Then, the active matrix substrate on which the pixel portion and the driver circuit are formed and the counter substrate are attached to each other with a
A
以上のようにして作製される液晶表示装置は、ゲート電極の内部応力が所望のものに制
御されていることから、半導体膜に及ぼす応力も低減することが可能となり、前記液晶表
示装置の動作特性も大幅に向上し得る。そして、このような液晶表示装置は各種電子機器
の表示部として用いることができる。
In the liquid crystal display device manufactured as described above, since the internal stress of the gate electrode is controlled to a desired value, it is possible to reduce the stress exerted on the semiconductor film, and the operating characteristics of the liquid crystal display device Can also be greatly improved. And such a liquid crystal display device can be used as a display part of various electronic devices.
なお、本実施例は実施例2または実施例3または実施例6と自由に組み合わせることが
可能である。
Note that this embodiment can be freely combined with Embodiment 2, Embodiment 3, or Embodiment 6.
本実施例では、本発明を用いて発光装置を作製した例について説明する。本明細書にお
いて、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表
示用パネルおよび該表示用パネルにIC(Integrated Circuit)を実装した表示用モジュ
ールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセ
ンス(Electro Luminescence)が得られる有機化合物を含む層(発光層)と陽極層と、陰
極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基
底状態に戻る際の発光(蛍光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)
があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
In this example, an example in which a light-emitting device is manufactured using the present invention will be described. In this specification, the light emitting device includes a display panel in which a light emitting element formed on a substrate is sealed between the substrate and a cover material, and a display module in which an IC (Integrated Circuit) is mounted on the display panel. It is a collective term. Note that the light-emitting element includes a layer (light-emitting layer) containing an organic compound from which luminescence (Electro Luminescence) generated by applying an electric field is obtained, an anode layer, and a cathode layer. Luminescence in organic compounds includes light emission when returning from the singlet excited state to the ground state (fluorescence) and light emission when returning from the triplet excited state to the ground state (phosphorescence).
Including either or both of these emissions.
図16は本実施例の発光装置の断面図である。図16において、基板700上に設けら
れた駆動回路は図16のCMOS回路を用いて形成される。従って、構造の説明はnチャ
ネル型TFT551とpチャネル型TFT552の説明を参照すれば良いが、nチャネル
型TFT551とpチャネル型TFT552のゲート電極にArを導入することで内部応
力を制御しており、半導体膜に及ぼす応力を低減してある。そのため、TFTの電気的特
性を向上させることが可能となっている。なお、本実施例ではシングルゲート構造として
いるが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
FIG. 16 is a cross-sectional view of the light emitting device of this example. In FIG. 16, a driver circuit provided on a
基板700上に設けられたスイッチングTFT603は図12(C)のnチャネル型T
FT551を用いて形成される。したがって、構造の説明はnチャネル型TFT551の
説明を参照すれば良いが、nチャネル型TFT551のゲート電極にArを導入すること
で内部応力を制御しており、半導体膜に及ぼす応力を低減してある。そのため、TFTの
電気的特性を向上させることが可能となっている。
The switching
It is formed using FT551. Therefore, the description of the structure may be referred to the description of the n-channel TFT 551, but the internal stress is controlled by introducing Ar into the gate electrode of the n-channel TFT 551, and the stress exerted on the semiconductor film is reduced. is there. Therefore, it is possible to improve the electrical characteristics of the TFT.
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが
、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプ
ルゲート構造であっても良い。
Note that although a double gate structure in which two channel formation regions are formed is used in this embodiment, a single gate structure in which one channel formation region is formed or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed may be used.
また、配線701、703はCMOS回路のソース配線、702はドレイン配線として
機能する。また、配線704はソース配線(図示せず)とスイッチングTFTのソース領
域とを電気的に接続する配線として機能し、配線705はドレイン配線(図示せず)とス
イッチングTFTのドレイン領域とを電気的に接続する配線として機能する。
Further, the
なお、電流制御TFT604は図12(C)のpチャネル型TFT552を用いて形成
される。従って、構造の説明はpチャネル型TFT552の説明を参照すれば良いが、p
チャネル型TFT552のゲート電極にArを導入することで内部応力を制御しており、
半導体膜に及ぼす応力を低減してある。そのため、TFTの電気的特性を向上させること
が可能となっている。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲー
ト構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
Note that the
The internal stress is controlled by introducing Ar into the gate electrode of the channel type TFT 552,
The stress on the semiconductor film is reduced. Therefore, it is possible to improve the electrical characteristics of the TFT. In this embodiment, a single gate structure is used, but a double gate structure or a triple gate structure may be used.
また、配線706は電流制御TFTのソース配線(電流供給線に相当する)であり、画
素電極711と電気的に接続する電極である。
A
また、711は、透明導電膜からなる画素電極(発光素子の陽極)である。透明導電膜
としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物
、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電
膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極711は、上記配線を形成する前
に平坦な層間絶縁膜710上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる平坦化膜7
10を用いてTFTによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成される発
光層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従っ
て、発光層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化してお
くことが望ましい。
It is very important to flatten the step due to the TFT using 10. Since the light emitting layer formed later is very thin, the presence of a step may cause a light emission failure. Therefore, it is desirable to planarize the pixel electrode before forming it so that the light emitting layer can be formed as flat as possible.
配線701〜707を形成後、図16に示すようにバンク712を形成する。
バンク712は100〜400nmの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニン
グして形成すれば良い。
After the
The
なお、バンク712は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が必
要である。本実施例ではバンク712の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒子を
添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は1×106〜1×1
012Ωm(好ましくは1×108〜1×1010Ωm)となるようにカーボン粒子や金属粒
子の添加量を調節すれば良い。
Note that since the
0 12 [Omega] m (preferably 1 × 10 8 ~1 × 10 10 Ωm) may be adjusted the amount of the composed as carbon particles or metal particles.
画素電極711の上には発光層713が形成される。なお、図16では一画素しか図示
していないが、本実施例ではR(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応した発光層を作
り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。
具体的には、正孔注入層として20nm厚の銅フタロシアニン(CuPc)膜を設け、そ
の上に発光層として70nm厚のトリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体(Alq3
)膜を設けた積層構造としている。
Alq3にキナクリドン、ペリレンもしくはDCM1といった蛍光色素を添加することで
発光色を制御することができる。
A
Specifically, a copper phthalocyanine (CuPc) film having a thickness of 20 nm is provided as a hole injection layer, and a tris-8-quinolinolato aluminum complex (Alq 3 ) having a thickness of 70 nm is formed thereon as a light emitting layer.
) A laminated structure provided with a film.
The emission color can be controlled by adding a fluorescent dye such as quinacridone, perylene, or DCM1 to Alq 3 .
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機発光材料の一例であって、これ
に限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わ
せて発光層(発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層)を形成すれば良い
。例えば、本実施例では低分子系有機発光材料を発光層として用いる例を示したが、高分
子系有機発光材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無
機材料を用いることも可能である。
これらの有機発光材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
However, the above example is an example of an organic light emitting material that can be used as a light emitting layer, and it is not absolutely necessary to limit to this. A light emitting layer (a layer for emitting light and moving carriers therefor) may be formed by freely combining a light emitting layer, a charge transport layer, or a charge injection layer. For example, in this embodiment, an example in which a low molecular weight organic light emitting material is used as the light emitting layer is shown, but a high molecular weight organic light emitting material may be used. It is also possible to use an inorganic material such as silicon carbide for the charge transport layer or the charge injection layer.
Known materials can be used for these organic light emitting materials and inorganic materials.
次に、発光層713の上には導電膜からなる陰極714が設けられる。本実施例の場合
、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のMgAg膜(
マグネシウムと銀との合金膜)を用いても良い。陰極材料としては、周期表の1族もしく
は2族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良
い。
Next, a
An alloy film of magnesium and silver) may be used. As the cathode material, a conductive film made of an element belonging to
この陰極714まで形成された時点で発光素子715が完成する。なお、ここでいう発
光素子715は、画素電極(陽極)711、発光層713及び陰極714で形成されたダ
イオードを指す。
When the
発光素子715を完全に覆うようにしてパッシベーション膜716を設けることは有効
である。パッシベーション膜716としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素
膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。
It is effective to provide a
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜
、特にDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜を用いることは有効である。DLC膜は
室温から100℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層713の上
方にも容易に成膜することができる。また、DLC膜は酸素に対するブロッキング効果が
高く、発光層713の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工
程を行う間に発光層713が酸化するといった問題を防止できる。
At this time, it is preferable to use a film with good coverage as the passivation film, and it is effective to use a carbon film, particularly a DLC (diamond-like carbon) film. Since the DLC film can be formed in a temperature range from room temperature to 100 ° C., it can be easily formed over the light-emitting
さらに、パッシベーション膜716上に封止材717を設け、カバー材718を貼り合
わせる。封止材717としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する
物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例にお
いてカバー材718はガラス基板や石英基板やプラスチック基板(プラスチックフィルム
も含む)の両面に炭素膜(好ましくはダイヤモンドライクカーボン膜)を形成したものを
用いる。
Further, a sealing
こうして図16に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク712を形成し
た後、パッシベーション膜716を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式(または
インライン方式)の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効であ
る。また、さらに発展させてカバー材718を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連
続的に処理することも可能である。
Thus, a light emitting device having a structure as shown in FIG. 16 is completed. Note that it is effective to continuously process the steps from the formation of the
また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に
従えば、その他にも信号分割回路、D/Aコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論
理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形
成しうる。
Further, in this embodiment, only the configuration of the pixel portion and the drive circuit is shown. However, according to the manufacturing process of this embodiment, other logic circuits such as a signal dividing circuit, a D / A converter, an operational amplifier, and a γ correction circuit are provided. Can be formed on the same insulator, and a memory and a microprocessor can also be formed.
さらに、発光素子を保護するための封止(または封入)工程まで行った後の本実施例の
発光装置について図17を用いて説明する。なお、必要に応じて図16で用いた符号を引
用する。
Further, the light-emitting device of this example after performing the sealing (or sealing) process for protecting the light-emitting element will be described with reference to FIG. In addition, the code | symbol used in FIG. 16 is quoted as needed.
図17(A)は、発光素子の封止までを行った状態を示す上面図、図17(B)は図1
7(A)をC−C’で切断した断面図である。点線で示された801はソース側駆動回路
、806は画素部、807はゲート側駆動回路である。また、901はカバー材、902
は第1シール材、903は第2シール材であり、第1シール材902で囲まれた内側には
封止材907が設けられる。
FIG. 17A is a top view showing a state in which the light-emitting element is sealed, and FIG.
It is sectional drawing which cut | disconnected 7 (A) by CC '.
Is a first sealing material, 903 is a second sealing material, and a sealing
なお、904はソース側駆動回路801及びゲート側駆動回路807に入力される信号
を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキ
ット)905からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではFPCしか図示
されていないが、このFPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良
い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはP
WBが取り付けられた状態をも含むものとする。
It shall include the state where WB is attached.
次に、断面構造について図17(B)を用いて説明する。基板700の上方には画素部
806、ゲート側駆動回路807が形成されており、画素部806は電流制御TFT60
4とそのドレインに電気的に接続された画素電極711を含む複数の画素により形成され
る。また、ゲート側駆動回路807はnチャネル型TFT601とpチャネル型TFT6
02とを組み合わせたCMOS回路(図16参照)を用いて形成される。
Next, a cross-sectional structure will be described with reference to FIG. A
4 and a
It is formed using a CMOS circuit (see FIG. 16) combined with 02.
画素電極711は発光素子の陽極として機能する。また、画素電極711の両端にはバ
ンク712が形成され、画素電極711上には発光層713および発光素子の陰極714
が形成される。
The
Is formed.
陰極714は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線904を経由してFPC9
05に電気的に接続されている。さらに、画素部806及びゲート側駆動回路807に含
まれる素子は全て陰極714およびパッシベーション膜567で覆われている。
The
05 is electrically connected. Further, all elements included in the
また、第1シール材902によりカバー材901が貼り合わされている。なお、カバー
材901と発光素子との間隔を確保するために樹脂膜からなるスペーサを設けても良い。
そして、第1シール材902の内側には封止材907が充填されている。なお、第1シー
ル材902、封止材907としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第1シ
ール材902はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。さらに、
封止材907の内部に吸湿効果をもつ物質や酸化防止効果をもつ物質を含有させても良い
。
Further, a
A sealing
The sealing
発光素子を覆うようにして設けられた封止材907はカバー材901を接着するための
接着剤としても機能する。また、本実施例ではカバー材901を構成するプラスチック基
板901aの材料としてFRP(Fiberglass-Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニ
ルフロライド)、マイラー、ポリエステルまたはアクリルを用いることができる。
The sealing
また、封止材907を用いてカバー材901を接着した後、封止材907の側面(露呈
面)を覆うように第2シール材903を設ける。第2シール材903は第1シール材90
2と同じ材料を用いることができる。
In addition, after the
The same material as 2 can be used.
以上のような構造で発光素子を封止材907に封入することにより、発光素子を外部か
ら完全に遮断することができ、外部から水分や酸素等の発光層の酸化による劣化を促す物
質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置が得られる。
By encapsulating the light emitting element in the sealing
以上のようにして作製される発光装置は、ゲート電極の内部応力が所望のものに制御さ
れていることから、半導体膜に及ぼす応力も低減することが可能となり、前記発光装置の
動作特性も大幅に向上し得る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部とし
て用いることができる。
In the light-emitting device manufactured as described above, since the internal stress of the gate electrode is controlled to a desired value, the stress exerted on the semiconductor film can be reduced, and the operating characteristics of the light-emitting device are greatly improved. Can be improved. And such a light-emitting device can be used as a display part of various electronic devices.
なお、本実施例は実施例2または実施例3または実施例6と自由に組み合わせることが
可能である。
Note that this embodiment can be freely combined with Embodiment 2, Embodiment 3, or Embodiment 6.
本発明を適用して形成されたCMOS回路や画素部は様々な電気光学装置(アクティブ
マトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型EC表示装置、アクティブマトリク
ス型発光装置)に用いることが出来る。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ
電子機器全てに本発明を実施出来る。
The CMOS circuit and the pixel portion formed by applying the present invention can be used for various electro-optical devices (active matrix liquid crystal display device, active matrix EC display device, active matrix light emitting device). That is, the present invention can be implemented in all electronic devices in which these electro-optical devices are incorporated in the display unit.
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッド
マウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、カーステレオ
、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子
書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図18、図19及び図20に示す。
Such electronic devices include video cameras, digital cameras, projectors, head-mounted displays (goggles type displays), car navigation systems, car stereos, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.), etc. Can be mentioned. Examples of these are shown in FIGS.
図18(A)はパーソナルコンピュータであり、本体3001、画像入力部3002、
表示部3003、キーボード3004等を含む。本発明を表示部3003に適用すること
ができる。
FIG. 18A illustrates a personal computer, which includes a main body 3001, an image input unit 3002,
A display portion 3003, a
図18(B)はビデオカメラであり、本体3101、表示部3102、音声入力部31
03、操作スイッチ3104、バッテリー3105、受像部3106等を含む。本発明を
表示部3102に適用することができる。
FIG. 18B shows a video camera, which includes a main body 3101, a display portion 3102, and an
03, an
図18(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体3201
、カメラ部3202、受像部3203、操作スイッチ3204、表示部3205等を含む
。本発明は表示部3205に適用できる。
FIG. 18C illustrates a mobile computer (mobile computer).
A camera unit 3202, an
図18(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体3301、表示部3302、アー
ム部3303等を含む。本発明は表示部3302に適用することができる。
FIG. 18D shows a goggle type display, which includes a
図18(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレ
ーヤーであり、本体3401、表示部3402、スピーカ部3403、記録媒体3404
、操作スイッチ3405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Di
gtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲ
ームやインターネットを行なうことができる。本発明は表示部3402に適用することが
できる。
FIG. 18E shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded. The main body 3401, a
gial Versatile Disc), CD, etc. can be used to enjoy music, movies, games and the Internet. The present invention can be applied to the
図18(F)はデジタルカメラであり、本体3501、表示部3502、接眼部350
3、操作スイッチ3504、受像部(図示しない)等を含む。本発明を表示部3502に
適用することができる。
FIG. 18F illustrates a digital camera, which includes a main body 3501, a
3, an operation switch 3504, an image receiving unit (not shown), and the like. The present invention can be applied to the
図19(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置3601、スクリーン36
02等を含む。本発明は投射装置3601の一部を構成する液晶表示装置3808やその
他の駆動回路に適用することができる。
FIG. 19A shows a front type projector, which includes a
02 etc. are included. The present invention can be applied to a liquid crystal display device 3808 constituting a part of the
図19(B)はリア型プロジェクターであり、本体3701、投射装置3702、ミラ
ー3703、スクリーン3704等を含む。本発明は投射装置2702の一部を構成する
液晶表示装置3808やその他の駆動回路に適用することができる。
FIG. 19B shows a rear projector, which includes a main body 3701, a
なお、図19(C)は、図19(A)及び図19(B)中における投射装置3601、
3702の構造の一例を示した図である。投射装置3601、3702は、光源光学系3
801、ミラー3802、3804〜3806、ダイクロイックミラー3803、プリズ
ム3807、液晶表示装置3808、位相差板3809、投射光学系3810で構成され
る。投射光学系2810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の
例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図19(C)中に
おいて矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、
位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
Note that FIG. 19C illustrates a
3 is a diagram showing an example of a
801, mirrors 3802, 3804 to 3806, a dichroic mirror 3803, a prism 3807, a liquid crystal display device 3808, a phase difference plate 3809, and a projection optical system 3810. Projection optical system 2810 includes an optical system including a projection lens. Although the present embodiment shows a three-plate type example, it is not particularly limited, and for example, a single-plate type may be used. In addition, in the optical path indicated by the arrow in FIG.
You may provide optical systems, such as a film for adjusting a phase difference, and an IR film.
また、図19(D)は、図19(C)中における光源光学系3801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3801は、リフレクター3811、光源38
12、レンズアレイ3813、3814、偏光変換素子3815、集光レンズ3816で
構成される。なお、図19(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。
例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相
差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
FIG. 19D shows an example of the structure of the light source
12, lens arrays 3813 and 3814, a polarization conversion element 3815, and a condenser lens 3816. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 19D is an example and is not particularly limited.
For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the light source optical system.
ただし、図19に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場
合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。
However, the projector shown in FIG. 19 shows a case where a transmissive electro-optical device is used, and an application example in a reflective electro-optical device and a light-emitting device is not shown.
図20(A)は携帯電話であり、本体3901、音声出力部3902、音声入力部39
03、表示部3904、操作スイッチ3905、アンテナ3906等を含む。本発明を表
示部3904に適用することができる。
FIG. 20A illustrates a mobile phone, which includes a
03, a
図20(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体4001、表示部4002、400
3、記憶媒体4004、操作スイッチ4005、アンテナ4006等を含む。本発明は表
示部4002、4003に適用することができる。
FIG. 20B illustrates a portable book (electronic book), which includes a
3, a
図20(C)はディスプレイであり、本体4101、支持台4102、表示部4103
等を含む。本発明は表示部4103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。
FIG. 20C illustrates a display, which includes a
Etc. The present invention can be applied to the
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、さまざまな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例2〜7のどのような組み合わせから
なる構成を用いても実現することができる。また、実施例8を図18および図20におけ
る電子機器に適用することも可能である。
As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields. Moreover, the electronic apparatus of a present Example is realizable even if it uses the structure which consists of what combination of Examples 2-7. In addition, the eighth embodiment can be applied to the electronic devices in FIGS.
Claims (2)
前記遮光膜と重なる領域を有する、結晶性半導体膜と、
前記結晶性半導体膜上の、ゲート電極と、
前記ゲート電極上の、第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の第1のコンタクトホールを介して、前記結晶性半導体膜の不純物領域と電気的に接続された、第1の配線と、
前記第1の配線上の、第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の、第2の配線と、
前記第2の配線上の、第3の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜の第2のコンタクトホールを介して、前記第1の配線と電気的に接続された、画素電極と、を有し、
前記遮光膜は、前記結晶性半導体膜のチャネル形成領域と重なり、
前記第2の配線は、遮光性を有し、
前記第2の配線は、網目状に配置され、
前記第1のコンタクトホールは、前記第2のコンタクトホールとずれていることを特徴とする半導体装置。 A light shielding film on the substrate;
A crystalline semiconductor film having a region overlapping with the light shielding film;
A gate electrode on the crystalline semiconductor film;
A first insulating film on the gate electrode;
A first wiring electrically connected to an impurity region of the crystalline semiconductor film through a first contact hole of the first insulating film;
A second insulating film on the first wiring;
A second wiring on the second insulating film;
A third insulating film on the second wiring;
A pixel electrode electrically connected to the first wiring through a second contact hole of the third insulating film;
The light shielding film overlaps with a channel formation region of the crystalline semiconductor film;
The second wiring has a light shielding property,
The second wiring is arranged in a mesh shape,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first contact hole is shifted from the second contact hole.
前記遮光膜は、前記ゲート電極の導電性材料と共通した導電性材料を有することを特徴とする半導体装置。 In claim 1 ,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the light shielding film has a conductive material common to a conductive material of the gate electrode.
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