JPH09312403A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
に選択的にニッケル元素を接して保持させる。そして加
熱処理を施すことにより、207で示されるような基板
に平行な方向への結晶成長を行わせる。さらにハロゲン
元素を含有した酸化性雰囲気中での加熱処理を施すこと
により、熱酸化膜209を形成する。この際、結晶性の
改善、ニッケル元素のゲッタリングが進行する。そして
上記結晶成長方向とソース/ドレイン領域との結ぶ方向
とを合わせて薄膜トランジスタを作製する。こうするこ
とで、移動度が200(cm2/Vs) 以上、S値が100(m
V)以下というような高い特性を有するTFTを得ること
ができる。
Description
結晶性を有する薄膜半導体に関する。また、その薄膜半
導体の作製方法に関する。またその薄膜半導体を利用し
た半導体装置に関する。またその半導体装置の作製方法
に関する。
る珪素膜を成膜し、その珪素膜でもって薄膜トランジス
タ(以下TFTと称する)を作製する技術が知られてい
る。
ンTFTや低温ポリシリコンTFTと称されている。
の作製手段として、800℃や900℃以上というよう
な比較的高温の加熱処理を利用する技術である。この技
術は、単結晶シリコンウエハーの利用したICの作製プ
ロセスの派生技術といえる。
る基板としては、上記加熱温度に耐える石英基板が利用
される。
して安価なガラス基板(当然耐熱性は石英基板に対して
劣るものとなる)を利用したものである。
珪素膜の作製には、ガラス基板の耐える600℃以下の
加熱や、ガラス基板に対しての熱ダメージはほとんど無
いレーザーアニール技術が利用される。
たTFTを基板上に集積化できるという特徴がある。
して安価で大面積化が容易なガラス基板を利用できると
いう特徴がある。
リコンTFTも低温ポリシリコンTFTもその特性に大
きな違いはない。
s)程度、S値が200〜400(mV/dec)(VD =1V)
程度のものが、両者において得られている。
用したMOS型トランジスタの特性に比較して大きく見
劣りするものである。一般的に、単結晶シリコンウエハ
ーを利用したMOS型トランジスタのS値は60〜70
(mV/dec)程度である。
アクティブマトリクス型の液晶表示装置のアクティブマ
トリクス回路と周辺駆動回路とを同一基板上に集積化す
るために利用されている。即ち、アクティブマトリクス
回路と周辺駆動回路とを同一の基板上にTFTでもって
作り込むことが行われておる。
ソースドライバー回路は、十数MHz以上の動作が要求
される。しかし、現状における高温ポリシリコンTFT
及び低温ポリシリコンTFTで構成した回路は、その動
作速度のマージンが数MHz程度までしかとれない。
れる)などして、液晶表示を構成しているのが現状であ
る。しかし、この方法は、分割のタイミングの微妙なズ
レ等に起因して、画面に縞模様が現れてしまう等の問題
がある。
(シフトレジスタ回路やバッファー回路で構成される)
以外に発振回路やD/AコンバータやA/Dコンバー
タ、さらに各種画像処理を行うデジタル回路を、さらに
同一基板上に集積化することが考えられている。
やA/Dコンバータ、さらに各種画像処理を行うデジタ
ル回路は、周辺駆動回路よりもさらに高い周波数で動作
することが必要とされる。
リシリコンTFTや低温ポリシリコンTFTでもってそ
れらの回路を構成することは困難である。
MOSトランジスタでもって構成した集積回路は、10
0MHz以上の動作を行わせることができるものが実用
化されている。
高速動作(一般に数十MHz以上の動作速度)が要求さ
れる回路を構成しうる薄膜トランジスタを得ることを課
題とする。
作製したMOS型トランジスタに匹敵するような特性が
得られる薄膜トランジスタを提供することを課題とす
る。またその作製手段を提供することを課題とする。さ
らに、そのような高い特性を有する薄膜トランジスタで
もって必要とする機能を有する半導体装置を提供するこ
とを課題とする。
の一つは、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性
珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半導
体装置であって、該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続
性を有する結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に延在
した結晶粒界を有し、前記薄膜トランジスタにおいて、
ソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向と前記所定の方
向とは、所定の角度を有しており、前記結晶粒界には不
純物が偏析していることを特徴とする。
の例を図6及び図7に示す。図7に示すのは、図6の一
部をさらに拡大したものである。図6及び図7に示すの
は、厚さ250Åの結晶性珪素膜の表面を透過型電子顕
微鏡(TEM)により観察した写真である。
得るには実施例1に示すような作製工程を採ることによ
って実現される。
かって連続性を有する結晶構造が延在している状態が示
されている。またこの結晶構造の連続性が延在している
方向にほぼ平行に多数の結晶粒界が形成されている状態
も示されている。
向に対して直角または概略直角な方向(図6または図7
の右下から右上に向かう方向)には、明確な結晶粒界が
多数、間隔をおいて存在しており、その方向へは結晶構
造は不連続なものとなっている。即ち、この方向には結
晶構造の連続性が損なわれたものとなっている。
は、格子構造の連続性がほぼ保たれており、キャリアの
移動に際しての散乱やトラップが他の方向に比較して非
常に少ないものとなっている。即ち、上記結晶構造が連
続している方向は、キャリアにとっては、結晶粒界から
の散乱を受けない、または受けにくい実質的な単結晶状
態になっていると見ることができる。
素が偏析している状態が確認されている。これは、電子
線ビームを収束させて照射した際に発生するX線スペク
トルを分析することによって確認される。この酸素やハ
ロゲン元素は、結晶化後の熱酸化膜の形成時に結晶粒界
に偏析したものと考えられる。
ている方向と薄膜トランジスタのソース領域とドレイン
領域とを結ぶ方向との関係を規定したものである。高速
動作を狙うのであれば、上記の結晶構造の連続している
方向とソース領域とドレイン領域とを結ぶ方向とを一致
または概略一致させることが好ましい。こうすること
で、MOS型の薄膜トランジスタの動作において、キャ
リアが最も移動し易い構造とすることができる。
ものに設定することで、得られる薄膜トランジスタの特
性を制御することができる。例えば、同一の基板上に多
数の薄膜トランジスタ群を作製する際に、上記2つの角
度のなす角度を異ならせた群を複数形成することによ
り、このトランジスタ群の特性を異ならせることができ
る。
等の形状を有する活性層が折れ曲がっているような薄膜
トランジスタの場合は以下のようにすればよい。即ち、
ソース領域とドレイン領域とを結ぶ線が直線でなく、屈
曲したものとなるような薄膜トランジスタの場合は、以
下のようにすればよい。この場合、チャネル領域におけ
るキャリアの移動方向(全体として見た場合のキャリア
に移動方向)に合わせて、前述した結晶構造の連続性の
方向を設定すればよい。
の連続性の方向とのなす角度を0°とした場合に最も高
速動作を期待できる。勿論、必要に合わせてこの角度を
設定することができる。
上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トラン
ジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜
は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄
膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン領域と
を結ぶ方向と前記延在方向とは、所定の角度を有してな
り、前記結晶粒界には不純物が偏析していることを特徴
とする。
上に形成された結晶性珪素膜を活性層とした薄膜トラン
ジスタを利用した半導体装置であって、該結晶性珪素膜
は、結晶粒界の延在方向に異方性を有しており、前記薄
膜トランジスタにおいて、チャネル領域におけるキャリ
アの移動する方向と前記延在方向とは、所定の角度を有
しており、前記結晶粒界には不純物が偏析していること
を特徴とする。
素膜は、非晶質珪素膜に対してニッケルに代表される珪
素の結晶化を助長する金属元素を導入し、さらに加熱処
理を施し、さたにハロゲン元素を含んだ雰囲気中での加
熱処理が必要とされる。この熱酸化膜を形成するための
加熱処理の段階で雰囲気中の酸素とハロゲン元素の粒界
への析出が行われる。
や効果の点で極めて好ましい。一般にこの金属元素とし
ては、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、I
r、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種類
のものを利用することができる。
素膜中に残留するニッケルの濃度は、1×1014原子個
/cm3 〜5×1018原子個/cm3 程度となる。熱酸
化膜のゲッタリング条件を詰めれば、この濃度の上限は
5×1017原子個/cm3 程度にまで低減できる。この
濃度の計測は、SIMS(2次イオン分析方法)を利用
して計測できる。
1×1016原子個/cm3 程度となる。これは、コスト
との兼ね合いを考えた場合、基板や装置に付着するニッ
ケル元素の影響を排除することが通常は困難であるから
である。
残留するニッケル元素の濃度は、1×1016原子個/c
m3 〜5×1017原子個/cm3 となる。
金属元素が熱酸化膜中に移動する関係から、得られた結
晶性珪素膜の厚さ方向におけるニッケル元素の濃度分布
に勾配または分布が発生する。
度は、熱酸化膜が形成される界面に向かって当該金属元
素の濃度が高くなる傾向が観察される。また、条件によ
っては、基板または下地膜に向かって、即ち裏面側の界
面に向かって当該金属元素の濃度が高くなる傾向も観察
される。
ゲン元素を含有させた場合、このハロゲン元素も上記金
属元素と同様な濃度分布を示すものとなる。即ち、結晶
性珪素膜の表面および/または裏面に向かって含有濃度
が高くなる濃度分布を示すものとなる。
素膜は、その最終的な膜厚を好ましくは100Å〜75
0Å、より好ましくは150Å〜450Åとする。この
ような膜厚とすることにより、図6や図7に示すような
一方向に結晶性が連続した特異な結晶構造をより顕著な
形で再現性良く得ることができる。
化膜の成膜により膜厚を目減りすることを考慮して決定
する必要がある。
上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜
に一部に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導
入する工程と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に
導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方
向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有さ
せた酸化性雰囲気中での800℃〜1100℃での加熱
処理により熱酸化膜を形成する工程と、前記熱酸化膜を
除去する工程と、前記結晶成長を行わせた方向にソース
領域とドレイン領域とを結ぶ方向を一致または概略一致
させる工程と、を有し、前記結晶成長方向にそって不純
物が偏析することを特徴とする。
本明細書で開示する結晶性珪素膜を得ることができ、さ
らにその結晶構造の特異性を利用したMOS型薄膜トラ
ンジスタを得ることができる。
素を含んだ溶液を塗布する方法、CVD法による方法、
スパッタ法や蒸着法による方法、当該金属を含んだ電極
を利用したプラズマ処理による方法、ガス吸着法による
方法を挙げることができる。
Cl、HF、HBr、Cl2 、F2、Br2 、CF4 等
を酸化性雰囲気(例えば酸素雰囲気)中に含有させる手
段を利用することができる。
に水素ガスの導入を合わせて行い、ウエット酸化の作用
を利用することも有効である。
要なものとなる。後述するような素子単体で数十MHz
以上の動作を行わせることが可能で、S値が100(mV/
dec)以下というようなTFTを得るのであれば、熱酸化
膜の形成時における加熱温度を好ましくは800℃以
上、より好ましくは900°以上とすることが必要であ
る。
熱温度の上限である1100℃程度とすることが適当で
ある。
上に非晶質珪素膜を成膜する工程と、前記非晶質珪素膜
に一部に珪素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導
入する工程と、加熱処理を施し前記金属元素が選択的に
導入された領域から他の領域に向かって基板に平行な方
向に結晶成長を行わせる工程と、ハロゲン元素を含有さ
せた酸化性雰囲気中での800℃〜1100℃での加熱
処理により熱酸化膜を形成する工程と、前記熱酸化膜を
除去する工程と、前記結晶成長を行わせた方向にチャネ
ル領域におけるキャリアの移動する方向を一致または概
略一致させる工程と、を有し、前記結晶成長方向にそっ
て不純物が偏析することを特徴とする。
アに移動方向に着目し、その方向と結晶成長方向(結晶
構造に連続性を有する方向または結晶粒界は延在する方
向)との関係を規定したものである。
を結ぶ線分が折れ曲がっているような場合に有効なもの
となる。
させ結晶性珪素膜を得る技術において、非晶質珪素膜の
表面の一部の領域にニッケル元素を接して保持させた状
態で加熱処理を施すことにより、前記一部の領域から他
の領域へと基板に平行な方向への結晶成長を行わせる。
表面に熱酸化膜を形成する。この熱酸化膜は、ハロゲン
元素を含んだ酸化性雰囲気化で800℃〜1100℃の
加熱処理を施すことにより形成する。この際、熱酸化膜
の形成に際して、不安定な珪素原子が酸化膜の形成に利
用され、珪素膜中の欠陥が大きく減少する。また珪素膜
の結晶性が高くなる。
得られた結晶性珪素膜は、図6及び図7に示すような特
定の方向に結晶粒界が延在し、その方向に結晶構造が連
続した構造を有するものとなる。
時のキャリアの移動する方向とを合わせたTFTを作製
することで、高い性能を有するTFTを得ることができ
る。
素の結晶化を助長する金属元素を選択的に導入すること
により、横成長と呼ばれる基板に平行な方向への結晶成
長を行わす方法に関する。
石英基板201上に下地膜202として酸化珪素膜を3
000Åの厚さに成膜する。なお、石英基板の表面の平
滑性が良く、また洗浄を十分にするのであれば、この下
地膜202は特に必要ない。
とが現状においては好ましい選択となるが、加熱処理温
度に耐える基板であれば、石英に限定されるものではな
い。
素膜203を減圧熱CVD法でもって、600Åの厚さ
に成膜する。この非晶質珪素膜の厚さは、2000Å以
下とすることが好ましい。
厚さに成膜し、それをパターニングすることにより、2
04で示されるマスクを形成する。このマスクは205
で示される領域に開口が形成されている。この開口20
5が形成されている領域においては、非晶質珪素膜20
3が露呈する。
長手方向を有する細長い長方形を有している。この開口
203の幅は20μm以上とするのが適当である。また
その長手方向の長さは必要とする長さでもって形成すれ
ばよい。
素を含んだ酢酸ニッケル溶液を塗布する。そして図示し
ないスピナーを用いてスピンドライを行い余分な溶液を
除去する。
線206で示されるような状態で存在した状態が得られ
る。この状態では、ニッケル元素が開口205の底部に
おいて、非晶質珪素膜の一部に選択的に接して保持され
た状態が得られる。
い窒素雰囲気中において、640℃、4時間の加熱処理
を行う。すると、図1(B)の207で示されるような
基板201に平行な方向への結晶成長が進行する。この
結晶成長の状態を上面から見た模式図を図9に示す。
た開口205の領域から周囲に向かって進行する。この
基板に平行な方向への結晶成長を横成長またはラテラル
成長と称する。
晶性珪素膜の表面は、従来の低温ポリシリコンや高温ポ
リシリコンに比較して非常に平滑性の良いものが得られ
る。これは、結晶粒界の延在する方向が概略そろってい
ることに起因すると考えられる。
る珪素膜は、その表面の凹凸は±100Å以上ある。し
かし、本実施例で示すような横成長をさせた場合は、そ
の表面の凹凸は±30Å以下であることが観察されてい
る。この凹凸は、ゲイト絶縁膜との間の界面特性を悪化
させるものであり、極力小さいものであることが好まし
い。
ては、この横成長を100μm以上にわたって行わすこ
とができる。こうして横成長した領域を有する珪素膜2
08を得る。
℃〜1100℃(上限は基板の耐熱性で規制される)で
行うことができる。ある程度の横成長距離を確保するの
であれば、加熱処理の温度を600℃以上とすることが
好ましい。しかし、それ以上に温度を上げることによる
結晶成長距離や結晶性の向上はそれ程大きくない。
めの酸化珪素膜でなるマスク204を除去する。こうし
て、図1(C)に示す状態を得る。
に偏在している。特に、開口205が形成されていた領
域と、207で示される結晶成長の先端部分において
は、ニッケル元素が比較的高濃度に存在している。従っ
て、活性層の形成においては、それらの領域を避けるこ
とが重要となる。即ち、活性層中に上記ニッケル元素が
偏在した領域が存在しないようにすることが重要であ
る。
光の照射を行なってもよい。即ち、レーザー光の照射に
より、さらに結晶化を助長させてもよい。このレーザー
光の照射は、膜中に存在するニッケル元素の固まりを分
散させ、後にニッケル元素を除去し易くする効果を有し
ている。なお、この段階でレーザー光の照射を行って
も、さらに横成長が進行することはない。
するエキシマレーザーを利用することができる。例え
ば、KrFエキシマレーザー(波長248nm)やXe
Clエキシマレーザー(波長308nm)を利用するこ
とができる。
において、950℃の加熱処理を行い、熱酸化膜209
を200Åの厚さに成膜する。この熱酸化膜の形成に従
い、珪素膜208の膜厚は100Å程度その膜厚が減少
する。即ち、珪素膜の膜厚は、500Å程度となる。
い、膜中の不安定な結合状態を有する珪素元素が熱酸化
膜の形成に利用される。そして、膜中の欠陥が減少し、
より高い結晶性を得ることができる。
用により膜中よりニッケル元素のゲッタリングが行われ
る。
ッケル元素が取り込まれることになる。そして相対的に
珪素膜208中のニッケル元素は減少する。
膜209を除去する。こうして、ニッケル元素の含有濃
度を減少させた結晶性珪素膜208を得る。こうして得
られた結晶性珪素膜は、図6また図7に示すように一方
向に結晶構造が延在した(この方向は結晶成長方向に一
致する)構造を有している。即ち、細長い円柱状の結晶
体が複数の一方向に延在した結晶粒界を介して、複数平
行に並んでいるような構造を有している。この一方向
(この方向は結晶成長方向に一致する)に延在した結晶
粒界には酸素と塩素とが偏析している。
エネルギー的に障壁となっており、キャリアに移動を結
晶成長方向へと規制する機能を有している。
長領域でなるパターン210を形成する。この島状の領
域210が後にTFTの活性層となる。ここでは、ソー
ス領域とドレイン領域とを結ぶ方向と結晶成長方向とが
一致または概略一致するようにパターンの位置取りを行
う。こうすることで、キャリアの移動する方向と結晶格
子が連続して延在する方向とを合わせることができ、結
果として高い特性のTFTを得ることができる。
熱酸化膜211を300Åの厚さに成膜する。この熱酸
化膜は、HClを3%含有した酸素雰囲気中において、
950℃の加熱処理を行うことによって得る。
ターン(活性層となるパターン)210の膜厚は、35
0Åとなる。
する場合と同様の効果を得ることができる。なお、この
熱酸化膜209は、TFTのゲイト絶縁膜の一部とな
る。
成する酸化珪素膜304を1000Åの厚さにプラズマ
CVD法により成膜する。(図2(A))
ウム膜をスパッタ法で4000Åの厚さに成膜する。こ
のアルミニウム膜中には、スカンジウムを0.2 重量%含
有させる。
せるのは、後の工程において、ヒロックやウィスカーが
発生することを抑制するためである。ヒロックやウィス
カーというのは、加熱の際のアルミニウムの異常成長に
起因する針状あるいは刺状の突起部のことである。
緻密な陽極酸化膜を形成する。この陽極酸化膜は、3%
の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電解溶液と
し、アルミニウム膜を陽極、白金を陰極として行う。こ
の工程においては、アルミニウム膜上に緻密な膜質を有
する陽極酸化膜を100Åの厚さに成膜する。
れるレジストマスクとの密着性を向上させる役割を有し
ている。
加電圧によって制御することができる。
してこのレジストマスクを利用して、アルミニウム膜を
305で示されるパターンにパターニングする。こうし
て図2(B)に示す状態を得る。
3%のシュウ酸水溶液を電解溶液として用いる。この電
解溶液中において、アルミニウムのパターン305を陽
極とした陽極酸化を行うことにより、308で示される
多孔質状の陽極酸化膜が形成される。
レジストマスク306が存在する関係で、アルミニウム
パターンの側面に選択的に陽極酸化膜308が形成され
る。
成長させることができる。ここでは、その膜厚を600
0Åとする。なお、その成長距離は、陽極酸化時間によ
って制御することができる。
次に再度の緻密な陽極酸化膜の形成を行う。即ち、前述
した3%の酒石酸を含んだエチレングルコール溶液を電
解溶液とした陽極酸化を再び行う。
膜308中に電解溶液が進入する関係から、309で示
されるように緻密な膜質を有する陽極酸化膜が形成され
る。
00Åとする。この膜厚の制御は印加電圧によって行
う。
チングする。また同時に熱酸化膜300をエッチングす
る。このエッチングはドライエッチングを利用する。そ
して酢酸と硝酸とリン酸とを混合した混酸を用いて多孔
質状の陽極酸化膜308を除去する。こうして図2
(D)に示す状態を得る。
オンの注入を行う。ここでは、Nチャネル型の薄膜トラ
ンジスタを作製するためにP(リン)イオンの注入をプ
ラズマドーピング法でもって行う。
る311と315の領域とライトドープがされる312
と314の領域が形成される。これは、残存した酸化珪
素膜310が半透過なマスクとして機能し、注入された
イオンの一部がそこで遮蔽されるからである。
強光)の照射を行うことにより、不純物イオンが注入さ
れた領域の活性化を行う。こうして、ソース領域31
1、チャネル形成領域313、ドレイン領域315、低
濃度不純物領域312と314が自己整合的に形成され
る。
(ライトドープドレイン)領域と称される領域である。
(図2(D))
000Å以上というように厚くした場合、その膜厚でも
ってチャネル形成領域313の外側にオフセットゲイト
領域を形成することができる。
形成されているが、その寸法が小さいのでその存在によ
る寄与が小さく、また図面が煩雑になるので図中には記
載していない。
000Å以上というように厚く形成するのには、200
V以上の印加電圧が必要とされるので、再現性や安全性
に関して、注意が必要である。
または窒化珪素膜、またはその積層膜を形成する。層間
絶縁膜としては、酸化珪素膜または窒化珪素膜上に樹脂
材料でなる層を用いてもよい。
ース電極317とドレイン電極318の形成を行う。こ
うして図3(E)に示す薄膜トランジスタが完成する。
従来には得られなかった極めて高いものを得ることがで
きる。
T)で、移動度が200〜300(cm2/Vs)、S値が75
〜90(mV/dec)(VD =1V)という高性能なものが得ら
れる。PTFT(Pチャネル型のTFT)で120〜1
80(cm2/Vs)、S値が75〜100(mV/dec)(VD =1
V)という高性能なものを得ることができる。
T及び低温ポリシリコンTFTの値に比較して、1/2
以下という驚異的に良い値である。
構成において、ゲイト絶縁膜の形成方法を工夫した例に
関する。
1(A)及び(B)に示す工程に従い横成長領域を有す
る結晶性珪素膜208を得る。なおここでは、出発膜の
非晶質珪素膜を500Åとする。
させた酸素雰囲気中において950℃の加熱処理を行う
ことにより、熱酸化膜209を200Åの厚さに成膜す
る。(図3(A))
パターニングを施すことにより、後に薄膜トランジスタ
の活性層となるパターン210を形成する。(図3
(B))
膜304を1000Åの厚さに成膜する。(図3
(C))
において950℃の加熱処理を行うことにより、熱酸化
膜211を300Åの厚さに成膜する。(図3(D))
の内側において成長し、図3(D)に示すような状態で
成膜される。
ゲイト絶縁膜は熱酸化膜211とCVD酸化膜304と
の積層膜でもって構成されることになる。
ゲイト絶縁膜と活性層との界面における界面準位密度を
低いものとすることができる。
リクス型の液晶表示装置のアクティブマトリクス回路部
分の作製工程を示す。
まず、図1及び図2に示す工程に従って、図2(D)に
示す状態を得る。(図4(A)に示す状態)
膜401を2000Åの厚さにプラズマCVD法で成膜
する。さらにポリイミド樹脂膜402をスピンコート法
で成膜する。こうして、図4(B)に示す状態を得る。
なお、樹脂材料としては、ポリイミド以外にポリアミド
やポリイミドアミドを利用することができる。
5に達するコンタクトホールの形成を行い、ソース電極
403とドレイン電極403を形成する。これらの電極
は、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との積層膜で
もって形成する。なお、ソース電極403は、ソース線
から延在したものとして形成される。(図4(C))
量を形成するための電極として利用される。
2の層間絶縁膜としてポリイミド樹脂膜404を成膜す
る。こうして図4(C)に示す状態を得る。
し、さらにチタン膜とアルミニウム膜との積層膜でもっ
てなるブラックマトリクス(BM)405を形成する。
このブラックマトリクス405は、本来の遮光膜として
の機能以外に補助容量を形成するための電極として機能
する。
第3の層間絶縁膜として、ポリイミド樹脂膜406を成
膜する。そして、ドレイン電極403へのコンタクトホ
ールを形成し、ITOでなる画素電極407を形成す
る。
クマトリクス405のパターンと画素電極407のパタ
ーンとの間にポリイミド樹脂膜406が挟まれた構造が
得られる。
構成において、ゲイト電極またはゲイト電極から延在し
たゲイト配線に対するコンタクトの形成の採り方を工夫
した例である。
((または実施例3)に示す構成においては、ゲイト電
極の側面及び上面が緻密な膜質を有する陽極酸化膜によ
って被覆された状態となっている。
した電極を形成する場合には、ヒロックの抑制、配線間
ショートの抑制という点において大きな効果を有してい
る。
クトの形成が比較的困難であるという問題がある。
する。図5に本実施例の作製工程を示す。他の実施例と
同じ符号箇所の詳細な作製条件等は、他の実施例と同じ
である。
膜でなる活性層パターン210を得る。そして、熱酸化
膜211とCVD酸化膜304とが積層された状態を得
る。
の後に熱酸化膜を成膜する工程を採用する。
ウム膜を成膜し、さらに窒化珪素膜を500Åの厚さに
成膜する。そして、レジストマスク306を用いてパタ
ーニングを施し、305で示されるアルミニウムパター
ンとその上の窒化珪素膜501が形成された状態を得
る。(図5(B))
マスク306を配置した状態で多孔質状の陽極酸化膜3
08を形成し、さらに緻密な膜質を有する陽極酸化膜3
09を形成する。
アルミニウムパターン307の側面のみにおいて選択的
に形成される。これは、アルミニウムパターンの上面に
窒化珪素膜501が存在しているからである。
マスク306を除去する。そしてさらに露呈した酸化珪
素膜304を除去し、さらに熱酸化膜211の一部も除
去する。
5(C)に示す状態を得たら、レジストマスク306を
除去し、さらに多孔質状の陽極酸化膜308を除去す
る。
る。こうして図5(D)に示す状態を得る。この状態で
導電型を付与する不純物のドーピングをプラズマドーピ
ング法でもって行う。
物領域312と314、チャネル領域313、ドレイン
領域315が自己整合的に形成される。
照射を行うことにより、ドーピング時に生じた損傷のア
ニールと、ドーピングされた不純物の活性化とを行う。
に層間絶縁膜502を形成する。そしてコンタクトホー
ルの形成を行い、ソース電極317、ゲイト取り出し電
極503、ドレイン電極318を形成し、図5(E)に
示す状態を得る。
コンタクトホールの形成が、ゲイト電極の上面に陽極酸
化膜が存在しない関係で比較的容易に行うことができ
る。
ン電極とゲイト電極とが形成されているように記載され
ているが、実際には、ゲイト取り出し電極はゲイト電極
307から延在した部分に形成される。
構成において、基板としてガラス基板を利用した場合の
例である。
のコーニング1737ガラス基板を利用する。そして結
晶化のための加熱処理を600℃、4時間の条件で行
い。
を3体積%含有した酸素雰囲気中での640℃の条件で
行う。この場合、形成される熱酸化膜の膜厚は処理時間
2時間で30Å程度となる。この場合は、実施例1に示
すような950℃の加熱処理を加えた場合に比較してそ
の効果は小さなものとなる。
構成において、熱酸化膜の形成時における雰囲気中にH
Clを含有させない場合の例である。この場合、HCl
を雰囲気中に含有させた場合に比較して、ニッケルのゲ
ッタリング効果は小さなものとなる。
構成において、熱酸化膜の形成後にレーザー光の照射を
する場合の例である。このようにすると、さらに結晶化
を助長することができる。 〔実施例8〕本実施例は、TFTを利用した半導体装置
の例を示すものである。図8に各種半導体装置の例を示
す。
ばれるもので、本体2001に備えられたアクティブマ
トリクス型の液晶表示装置2005に必要とする情報を
内部の記憶装置から呼び出して表示したり、電話回線を
利用してアクセスした情報を表示することができる。
リクス型のEL表示装置を利用することも考えられる。
表示装置を構成するアクティブマトリクス回路と同一の
基板上には、各種情報処理回路や記憶回路が集積化回路
2006としてTFTを利用して集積化されている。
2が備えられており、操作スイッチ2004を操作する
ことにより、必要とする画像情報を取り込むことができ
る。カメラ部2002により取り込む画像は、受像部2
003から装置内に取り込まれる。
ィスプレイと呼ばれる表示装置である。この装置は、本
体2101を頭部に装着し、2つのアクティブマトリク
ス型の液晶ディスプレイ2102によって、目の前数c
mの場所に画像を表示する機能を有している。この装置
では、疑似体験的に画像を見ることができる。
ンシステムであり。この装置は、アンテナ2204で受
けた人工衛星からの信号を用いて、位置を計測する機能
を有している。そして、アクティブマトリクス型の液晶
表示装置2202に計測した位置が表示される。また表
示する情報の選択は、操作スイッチ2203によって行
われる。
マトリクス型のEL表示装置を利用することもできる。
る。この装置は、本体2301にアンテナ2306が備
えられ、音声入力部2303と音声入力部2302とを
備えている。
5を操作することによって行う。また表示装置2304
には、各種画像情報が表示される。表示装置の携帯とし
ては、アクティブマトリクス型の液晶表示装置やアクテ
ィブマトリクス型のEL表示装置が利用される。
メラである。この装置は、受像部2406から取り込ん
だ画像を本体2401内に収納した磁気テープに記憶す
る機能を備えている。
2407において施される。この集積化回路2407
は、従来から利用されているICチップを組み合わせた
もので構成してもよいし、本明細書で開示するようなT
FTを用いて構成してもよい。またそれらの組み合わせ
でもって構成してもよい。
気テープに記憶された画像は、アクティブマトリクス型
の液晶表示装置2402に表示される。装置の操作は、
操作スイッチ2404によって行われる。また、装置の
電力はバッテリー2405によって賄われる。
である。この装置は、本体2501から投影される画像
をスクリーン上に表示する機能を有している。
源からの光を光学変調し画像を形成するアクティブマト
リクス型の液晶表示装置2503、画像を投影するため
の光学系2504が備えられている。
(B)に示す装置を除いて透過型または反射型の形式の
どちらでも利用することができる。
れたPTFTとNTFTとを組み合わせて、9段のリン
グオシレータを構成した場合、400MHz以上の発振
を行わせることができた。
10%程度でもって実際の回路の設計を行うことを考慮
すると、上記のTFTでもって40MHz程度の周波数
で動作する回路を構成できることになる。
することにより、高速動作(一般数十MHz以上の動作
速度)が要求される回路を構成しうる薄膜トランジスタ
を得ることができる。
という単結晶シリコンウエハーを利用して作製したMO
S型トランジスタに匹敵する特性を得ることができる。
より、各種高速動作が要求される回路を同一基板上にT
FTでもって集積化した構成を提供することができる。
またその作製方法を提供することができる。
した図。
元素導入領域) 206 基体に接して保持されたニッケル元
素 207 結晶成長方向 208 結晶性珪素膜 209 熱酸化膜 210 活性層を構成する珪素膜のパターン 211 熱酸化膜 304 CVD法で成膜された酸化珪素膜
(CVD酸化膜) 305 アルミニウム膜でなるパターン 306 レジストマスク 307 ゲイト電極 308 多孔質状の陽極酸化膜 309 緻密な膜質を有する陽極酸化膜 310 残存した酸化珪素膜 311 ソース領域 312 低濃度不純物領域 313 チャネル領域 314 低濃度不純物領域 315 ドレイン領域 316 層間絶縁膜 317 ソース電極 318 ドレイン電極
Claims (21)
- 【請求項1】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続性を有する結晶構
造を有し、かつ前記所定の方向に延在した結晶粒界を有
し、 前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン
領域とを結ぶ方向と前記所定の方向とは、所定の角度を
有しており、 前記結晶粒界には不純物が偏析していることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項2】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、所定の方向に連続性を有する結晶構
造を有し、かつ前記所定の方向に延在した結晶粒界を有
し、 前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域における
キャリアの移動する方向と前記所定の方向とは、所定の
角度を有しており、 前記結晶粒界には不純物が偏析していることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項3】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、所定の方向に格子の連続性を有する
結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に直角または概略
直角な方向には格子の連続性が損なわれた結晶構造を有
し、 前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン
領域とを結ぶ方向と前記所定の方向とは、所定の角度を
有しており、 前記所定の方向にそって不純物が偏析した領域が延在し
ていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、所定の方向に格子の連続性を有する
結晶構造を有し、かつ前記所定の方向に直角または概略
直角な方向には格子の連続性が損なわれた結晶構造を有
し、 前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域における
キャリアの移動する方向と前記所定の方向とは、所定の
角度を有しており、 前記所定の方向にそって不純物が偏析した領域が延在し
ていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項5】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有し
ており、 前記薄膜トランジスタにおいて、ソース領域とドレイン
領域とを結ぶ方向と前記延在方向とは、所定の角度を有
しており、 前記結晶粒界には不純物が偏析していることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項6】絶縁表面を有する基板上に形成された結晶
性珪素膜を活性層とした薄膜トランジスタを利用した半
導体装置であって、 該結晶性珪素膜は、結晶粒界の延在方向に異方性を有し
ており、 前記薄膜トランジスタにおいて、チャネル領域における
キャリアの移動する方向と前記延在方向とは、所定の角
度を有しており、 前記結晶粒界には不純物が偏析していることを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項7】請求項1乃至請求項6において、所定の角
度が0°または概略0°であることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項8】請求項1乃至請求項6において、 結晶性珪素膜中には、珪素の結晶化を助長する金属元素
が添加されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項9】請求項8において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、ニッケル(N
i)が利用されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項10】請求項9において、ニッケル元素は1×
1014原子個/cm3 〜5×1018原の濃度で含まれて
いることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項11】請求項9において、ニッケル元素は1×
1016原子個/cm3 〜5×1017原子個/cm3 の濃
度で含まれていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項12】請求項8において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、Fe、Co、
Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、A
uから選ばれた一種または複数種類のものが利用される
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項13】請求項8において、珪素の結晶化を助長
する金属元素は結晶性珪素膜の表面および/または裏面
に向かって含有濃度が高くなる濃度分布を有しているこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項14】請求項8において、結晶性珪素膜中には
ハロゲン元素が含まれており、該ハロゲン元素は、結晶
性珪素膜の表面および/または裏面に向かって含有濃度
が高くなる濃度分布を有していることを特徴とする半導
体装置。 - 【請求項15】請求項1乃至請求項6において、結晶性
珪素膜の膜厚は100Å〜750Åであることを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項16】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜に一部に珪素の結晶化を助長する金属
元素を選択的に導入する工程と、 加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域
から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を
行わせる工程と、 ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での800℃
〜1100℃での加熱処理により熱酸化膜を形成する工
程と、 前記熱酸化膜を除去する工程と、 を有し、 前記結晶成長を行わせた方向にソース領域とドレイン領
域とを結ぶ方向を一致または概略一致させる工程と、 を有し、 前記結晶成長方向にそって不純物が偏析していることを
特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項17】絶縁表面を有する基板上に非晶質珪素膜
を成膜する工程と、 前記非晶質珪素膜に一部に珪素の結晶化を助長する金属
元素を選択的に導入する工程と、 加熱処理を施し前記金属元素が選択的に導入された領域
から他の領域に向かって基板に平行な方向に結晶成長を
行わせる工程と、 ハロゲン元素を含有させた酸化性雰囲気中での800℃
〜1100℃での加熱処理により熱酸化膜を形成する工
程と、 前記熱酸化膜を除去する工程と、 を有し、 前記結晶成長を行わせた方向にチャネル領域におけるキ
ャリアの移動する方向を一致または概略一致させる工程
と、 を有し、 前記結晶成長方向にそって不純物が偏析していることを
特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項18】請求項16または請求項17において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、ニッケル(N
i)を利用することを特徴とする半導体装置の作製方
法。 - 【請求項19】請求項16または請求項17において、 珪素の結晶化を助長する金属元素として、Fe、Co、
Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、A
uから選ばれた一種または複数種類のものを利用するこ
とを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 【請求項20】請求項16または請求項17において、
偏析している不純物として酸素が存在することを特徴と
する半導体装置の作製方法。 - 【請求項21】請求項16または請求項17において、
偏析している不純物としてハロゲン元素が存在すること
を特徴とする半導体装置の作製方法。
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