JPH095791A

JPH095791A - 表示用半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH095791A
Application number: JP17420795A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Urazono; 丈展浦園; Hisao Hayashi; 久雄林; Masumitsu Ino; 益充猪野; Masabumi Kunii; 正文国井; Shizuo Nishihara; 静夫西原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】低温処理で均一且つ効率的に不純物を半導体
薄膜に導入する。【構成】透明絶縁基板１の上に第１半導体薄膜２、ゲ
ート絶縁膜３、第２半導体薄膜４を順に成膜する。これ
らの半導体薄膜２，４を加工して複数のトランジスタを
集積形成する。各トランジスタに接続して画素電極１１
を集積形成し、表示用半導体装置を作成する。この際、
各半導体薄膜２，４に直接重ねて不純物を含有した拡散
源膜５を堆積する。複数のトランジスタを包含する様に
レーザ光を一括照射して不純物を拡散源膜５から半導体
薄膜２，４に拡散させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表示用半導体装置の製造
方法に関する。より詳しくは半導体薄膜に対する不純物
の注入技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】表示用半導体装置はアクティブマトリク
ス型液晶ディスプレイ等の駆動基板として用いられ、現
在盛んに開発が行なわれている。表示用半導体装置には
ガラス等からなる透明絶縁基板の上に画素電極やこれを
スイッチング駆動する薄膜トランジスタが集積形成され
ている。薄膜トランジスタはシリコン等の半導体薄膜を
活性層として用いており、さらには低抵抗化された別の
半導体薄膜からなるゲート電極を備えている。薄膜トラ
ンジスタでは半導体薄膜に不純物を高濃度で注入してソ
ース領域及びドレイン領域を形成する。不純物の注入方
法としては従来からイオンインプランテーションやイオ
ンドーピングが採用されている。イオンインプランテー
ションは不純物をイオン化した後質量分離にかけ、所望
の不純物種のイオンビームを形成して、半導体薄膜の所
望領域に照射する。イオンドーピングは不純物をイオン
化した後質量分離を行なう事なく一括して不純物イオン
を半導体薄膜の表面に照射する。一方、ゲート電極を含
むゲート配線には低抵抗化された多結晶シリコン（ＤＯ
ＰＯＳ）からなる半導体薄膜が用いられている。一般
に、ＤＯＰＯＳは多結晶シリコンの上に不純物を多量に
含んだ拡散源膜を成膜した後、加熱処理により不純物を
多結晶シリコンに拡散して低抵抗化を図っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した様に、従
来半導体薄膜に不純物を注入する為、イオンインプラン
テーション、イオンドーピング、熱拡散等が採用されて
いた。しかしながら、イオンインプランテーションはイ
オンビームを用いる為、照射面積が狭く大画面用の大型
表示用半導体装置を作成する時にはスループットが悪い
という課題がある。一方、イオンドーピングは大面積の
半導体薄膜に対して短時間で不純物を導入できるが、予
め質量分離を行なっていない為目的種以外の不純物まで
注入してしまう惧れがある。さらに、ＤＯＰＯＳの場合
の様に不純物を多量に含んだ拡散源膜を成膜した後加熱
処理により不純物を半導体薄膜に拡散させると、高温雰
囲気中に絶縁基板を長時間放置する必要がある。この
為、石英等の耐熱性に優れた絶縁基板材料を用いる事に
なり、表示用薄膜半導体装置の製造コストが嵩むという
課題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は低温プロセスで目的種となる不純物
のみを効率良く半導体薄膜中に導入可能な表示用半導体
装置の製造方法を提供する事を目的とする。かかる目的
を達成する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明に従
って表示用半導体装置は以下の工程により製造される。
先ず成膜工程を行ない、少なくとも一層の半導体薄膜を
絶縁基板上に形成する。次に加工工程を行ない、該半導
体薄膜を加工して複数のトランジスタを集積形成する。
最後に電極形成工程を行ない、該複数のトランジスタに
接続して複数の画素電極を集積形成する。特徴事項とし
て前記加工工程は、該半導体薄膜に直接重ねて不純物を
含有した拡散源膜を堆積する堆積工程と、複数のトラン
ジスタを包含する様にレーザ光を一括照射して不純物を
該拡散源膜から該半導体薄膜に拡散させる照射工程を含
む。具体的には、前記堆積工程はトランジスタの活性層
として形成された半導体薄膜に直接重ねて拡散源膜を堆
積し、前記照射工程は該半導体薄膜に不純物を拡散して
トランジスタのソース領域及びドレイン領域を形成す
る。又、前記堆積工程はトランジスタのゲート電極を含
む配線層として形成された半導体薄膜に直接重ねて拡散
源膜を堆積し、前記照射工程は該半導体薄膜に不純物を
拡散して配線層を低抵抗化する。好ましくは、前記照射
工程は不純物の拡散と同時にその活性化を行なう。又好
ましくは、前記照射工程は不純物の拡散と同時に半導体
薄膜の結晶化を行なう。さらに好ましくは、前記照射工
程は絶縁基板を加熱した状態でレーザ光を照射して不純
物の拡散を促進する。

【０００５】本発明はアクティブマトリクス型表示装置
の製造方法にも適用できる。この場合、表示装置は以下
の工程により製造される。先ず成膜工程を行ない、少な
くとも一層の半導体薄膜を一方の絶縁基板上に形成す
る。次に加工工程を行ない、該半導体薄膜を加工して複
数のトランジスタを集積形成する。続いて電極形成工程
を行ない、該複数のトランジスタに接続して複数の画素
電極を集積形成する。最後に組立工程を行ない、予め対
向電極が形成された他方の絶縁基板を所定の間隙を介し
て該一方の絶縁基板に接合し該間隙に電気光学物質を挿
入する。特徴事項として、前記加工工程は、該半導体薄
膜に直接重ねて不純物を含有した拡散源膜を堆積する堆
積工程と、複数のトランジスタを包含する様にレーザ光
を一括照射して不純物を該拡散源膜から該半導体薄膜に
拡散させる照射工程とを含んでいる。

【０００６】

【作用】本発明によれば、薄膜トランジスタの活性層も
しくはゲート電極となる半導体薄膜に直接重ねて不純物
を含有した拡散源膜を堆積する。さらに表示用半導体装
置を構成する複数のトランジスタを全て包含する様に少
なくとも１チップ領域に対してレーザ光を一括照射し、
不純物を拡散源膜から半導体薄膜に導入する。レーザ光
を照射するとそのエネルギーが半導体薄膜に選択的に吸
収され局部的に加熱される。これによりＰＳＧ等からな
る拡散源膜に含有された燐等の不純物が垂直方向に移動
し、界面を介して半導体薄膜中に拡散する。半導体薄膜
が局部的に加熱される一方絶縁基板は殆ど加熱されな
い。従って、本発明にかかるレーザ光を用いた不純物の
熱拡散（レーザドーピング）は低融点ガラス等からなる
絶縁基板に適用可能であり、半導体低温プロセスを実現
できる。

【０００７】

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図１は本発明にかかる表示用半導体装
置製造方法を示す工程図である。先ず工程（Ａ）で透明
絶縁基板１の上に第１半導体薄膜２を形成する。この第
１半導体薄膜２は薄膜トランジスタの活性層となるもの
である。例えば減圧ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法等によ
り非晶質シリコン又は多結晶シリコンを堆積して第１半
導体薄膜２を形成する。本例では減圧ＣＶＤ法により多
結晶シリコンを１００nmの厚みで成膜した。なお、場合
によってはガラス等からなる透明絶縁基板１の表面に不
純物の汚染を抑える為下地層としてＳｉＯ₂を予め成膜
し、その上に上述した第１半導体薄膜２を形成しても良
い。

【０００８】次に工程（Ｂ）に進み、第１半導体薄膜２
を薄膜トランジスタの素子領域の形状に合わせてパタニ
ングする。続いて活性層となる第１半導体薄膜２の電気
特性と結晶性を向上させる為、レーザ光を照射する。こ
の時、１回で照射するレーザ光の照射領域は、少なくと
も表示ディスプレイとして使用する回路及び画素を全て
含む区画（１チップ区画）に及ぶものとする。レーザ光
のエネルギーは１５０mJ／cm²〜７００mJ／cm²に設定
される。又、エキシマレーザ光を用いた場合そのパルス
時間は４０ns以上である。なお、場合によっては先にレ
ーザ光を照射した後第１半導体薄膜２をアイランド状に
パタニングして薄膜トランジスタの素子領域としても良
い。

【０００９】工程（Ｃ）に進み、第１半導体薄膜２の表
面を被覆する様にＳｉＯ₂，Ｐ−ＳｉＮ等を成膜してゲ
ート絶縁膜３とする。ゲート絶縁膜３はゲートリークを
起さない程度の膜厚が必要であり、単層もしくは積層の
構造を採用できる。本例では、ゲート絶縁膜３としてＰ
−ＳｉＮの単層を１５０nmの厚みで堆積した。さらに、
ゲート絶縁膜３に重ねてゲート電極及び配線層となる第
２半導体薄膜４を成膜する。本例ではＤＯＰＯＳゲート
とする為多結晶シリコンを５７０℃の温度で減圧ＣＶＤ
にて成膜した。なお、場合によっては低温プロセス用と
して６００℃以下で成膜可能な金属をゲート電極用材料
として用いても良い。

【００１０】工程（Ｄ）に進み、第２半導体薄膜４を所
定の形状にパタニングしてゲート電極Ｇに加工する。同
時に、図示しないがゲート配線等もパタニングする。さ
らに、薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域
となる部分から、ゲート絶縁膜３をエッチングで予め除
去する。従って、この部分では第１半導体薄膜２が露出
する事になる。

【００１１】工程（Ｅ）に進み、第１半導体薄膜２及び
第２半導体薄膜４を被覆する様に不純物を含有した拡散
源膜５を堆積する。本例では、不純物となる燐（Ｐ）を
多量に含むＰＳＧを堆積して拡散源膜５とした。図示す
る様に、このＰＳＧは不純物を拡散する対象となる第１
半導体薄膜２及び第２半導体薄膜４の表面に直接接触し
ている。この後レーザ光を照射して不純物を拡散源膜５
から第１半導体薄膜２及び第２半導体薄膜４に拡散させ
る。レーザ光照射により半導体薄膜が局部的に加熱さ
れ、拡散源膜５のＰＳＧに含まれる不純物Ｐが半導体薄
膜中に移動し、所謂レーザドーピングが行なわれる。本
例ではこのレーザドーピングにより第１半導体薄膜２に
ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを形成すると共に、併
せて第２半導体薄膜４中にも不純物を拡散させ、ゲート
電極Ｇ及び配線層の低抵抗化を図っている。この時、１
回で照射するレーザ光の領域は、少なくともアクティブ
マトリクス型ディスプレイとして使用する回路部分及び
画素部分を全て包含する１チップ区画とする。又レーザ
光のエネルギーは１００mJ／cm²〜６００mJ／cm²に設
定し、そのパルスが４０ns以上とした。このレーザ光照
射により半導体薄膜中に不純物が拡散すると同時に、そ
の活性化を図る事ができる。又、不純物が拡散されたソ
ース領域Ｓ、ドレイン領域Ｄ、ゲート電極Ｇを十分低抵
抗化できる様に、レーザ光は１回又は複数回照射する。
なお、場合によってはレーザドーピングによる不純物の
拡散と同時に第１半導体薄膜２の結晶化を行なう事もで
きる。例えば、第１半導体薄膜２として非晶質シリコン
を成膜した場合、工程（Ｂ）で示した１回目のレーザ光
照射を行なわず、工程（Ｅ）で行なうレーザ光照射によ
りドーピングと結晶化を兼ねても良い。この結晶化によ
り非晶質シリコンは多結晶シリコンに転換できる。さら
に、場合によっては絶縁基板１を加熱した状態でレーザ
ドーピングを行ない不純物の拡散を促進する事もでき
る。この場合でも、絶縁基板１の加熱はその耐熱温度を
超えない範囲で行なう。

【００１２】工程（Ｆ）に進み、使用済みとなった拡散
源膜５を除去し、これに代えて第１層間絶縁膜６を成膜
する。その厚みは例えば５００nm程度である。なお、拡
散源膜５としてＰＳＧを用いた場合、これをそのまま残
して第１層間絶縁膜６としても良い。この第１層間絶縁
膜６をエッチングして薄膜トランジスタのソース領域Ｓ
に連通するコンタクトホール７を開口する。

【００１３】工程（Ｇ）に進み、第１層間絶縁膜６の上
にアルミニウム等の金属を堆積し、所定の形状にパタニ
ングして配線電極８とする。この配線電極８は薄膜トラ
ンジスタのソース領域Ｓに接続しており、信号線の一部
を構成する。さらに配線電極８を被覆する様にＰＳＧ等
からなる第２層間絶縁膜９を例えば５００nmの厚みで成
膜する。さらに第２層間絶縁膜９及び第１層間絶縁膜６
に連続してコンタクトホール１０を開口し、ドレイン領
域Ｄの一部を露出する。

【００１４】最後に工程（Ｈ）を行ない、第２層間絶縁
膜９の表面にＩＴＯ等からなる透明導電膜を成膜する。
これを所定の形状にパタニングして画素電極１１に加工
する。この画素電極１１はコンタクトホールを介して薄
膜トランジスタのドレイン領域Ｄと電気接続する。以上
の工程により表示用半導体装置が完成する。この後、予
め対向電極が形成された別の絶縁基板を所定の間隙を介
して透明絶縁基板１に接合し、この間隙に液晶等の電気
光学物質を注入すると、アクティブマトリクス型の表示
装置が作成できる。

【００１５】図２は本発明の特徴事項となる一括レーザ
ドーピングを模式的に表わした斜視図である。図示する
様に、透明絶縁基板１には少なくとも一層の半導体薄膜
２０が形成されている。この半導体薄膜２０は薄膜トラ
ンジスタの活性層又はゲート電極となるものである。

【００１６】通常、活性層となる第１半導体薄膜及びゲ
ート電極となる第２半導体薄膜が形成されている。次に
半導体薄膜２０を加工して複数のトランジスタをチップ
区画５０内に集積形成する。さらに複数のトランジスタ
に接続して複数の画素電極を同じくチップ区画５０内に
集積形成する。透明絶縁基板１はこの後チップ区画５０
毎に分離切断され、個々の表示用半導体装置が得られ
る。本発明の特徴事項として、複数のトランジスタを集
積形成する加工工程の段階で、半導体薄膜２０に直接重
ねて不純物を含有した拡散源膜３０を堆積する。この拡
散源膜３０は反射防止膜も兼ねている。複数のトランジ
スタを内包する様にチップ区画５０の全体に渡ってレー
ザ光４０を一括照射して不純物を拡散源膜３０から半導
体薄膜２０に拡散させる。図示する様に、レーザ光４０
の断面積はチップ区画５０に対応している。拡散源膜３
０としては例えば常圧ＣＶＤ法で成膜されたＰＳＧを用
いる事ができる。

【００１７】以上の様に本発明では、チップ区画５０に
対してパルス状のレーザ光４０をワンショットで照射
し、１チップ分の半導体薄膜２０の一括加熱処理を行な
う。これにより拡散源膜３０に含有した不純物は半導体
薄膜２０に拡散される。同時に拡散した不純物は活性化
され、さらには半導体薄膜２０の結晶化も達成できる。
例えば、半導体薄膜２０が非晶質シリコンである時に
は、一括加熱により一旦溶融した後結晶化し比較的大粒
径の多結晶シリコンが得られる。レーザ光４０としては
例えばエキシマレーザ光を用いる事ができる。エキシマ
レーザ光は強力なパルス紫外光である為、シリコン等か
らなる半導体薄膜２０の表面層で吸収され、その部分の
温度を上昇させるが、透明絶縁基板１まで加熱する事は
ない。

【００１８】以下の表１にレーザドーピングの効果を示
す。

【表１】この表１はレーザ光エネルギーと半導体薄膜の抵抗値と
の関係を実測したデータを表わしている。レーザドーピ
ングにより不純物が半導体薄膜に拡散しその抵抗値が低
下する。不純物の拡散量とレーザ光エネルギーとの間に
はある程度の相関が見られる。例えばレーザ光エネルギ
ーが２００mJ／cm²の時、不純物が拡散した半導体薄膜
（ＤＯＰＯＳ）の抵抗値は４２．５Ω／□であった。レ
ーザ光エネルギーが４００mJ／cm²になると抵抗値は３
１．１Ω／□まで低下する。さらに、レーザ光エネルギ
ーを６００mJ／cm²に上げると抵抗値は３０．８Ω／□
程度であった。即ち、レーザドーピングの効果はレーザ
光エネルギーが６００mJ／cm²程度で飽和している。

【００１９】最後に、図３は本発明に従って製造された
アクティブマトリクス型表示装置の一例を表わす模式的
な斜視図である。図示する様に、本表示装置は駆動基板
１０１と対向基板１０２と両者の間に保持された電気光
学物質１０３とを備えたパネル構造を有する。電気光学
物質１０３としては液晶材料が広く用いられている。駆
動基板１０１には画素アレイ部１０４と駆動回路部とが
集積形成されている。駆動回路部は垂直駆動回路１０５
と水平駆動回路１０６とに分かれている。又、駆動基板
１０１の周辺部上端には外部接続用の端子部１０７が形
成されている。端子部１０７は配線１０８を介して垂直
駆動回路１０５及び水平駆動回路１０６に接続してい
る。これに対し、対向基板１０２の内表面には対向電極
が形成されている。

【００２０】画素アレイ部１０４には行状のゲート配線
１０９が形成されており垂直駆動回路１０５に接続して
いる。又、列状の信号配線１１０が形成されており水平
駆動回路１０６に接続する。両配線１０９，１１０の交
差部に画素電極１１１及び薄膜トランジスタ１１２が集
積形成されている。この薄膜トランジスタ１１２は本発
明にかかるレーザドーピングを用いて形成されたもので
ある。なお、垂直駆動回路１０５及び水平駆動回路１０
６を構成する薄膜トランジスタもレーザドーピングを用
いて形成されている。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、半
導体薄膜に直接重ねて不純物を含有した拡散源膜を堆積
すると共に、レーザ光を一括照射して不純物を拡散源膜
から半導体薄膜に拡散させている。拡散源膜としてはＰ
ＳＧ等を用いる事ができ常圧ＣＶＤ法等で成膜され、含
有不純物濃度を基板全体に渡って均一に制御できる。従
来の高温基板加熱に代えてレーザ光照射を使用する事
で、絶縁基板には熱を加えずに不純物の拡散ができ、比
較的低融点の安価なガラス材料等を絶縁基板として用い
る事ができる。不純物の拡散源膜としてＰＳＧを使用す
る事で、広範囲に渡り一括で不純物を導入する事ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる表示用半導体装置製造方法を示
す工程図である。

【図２】一括レーザドーピングを示す模式的な斜視図で
ある。

【図３】本発明に従って製造されたアクティブマトリク
ス型表示装置を示す模式的な斜視図である。

【符号の説明】

１透明絶縁基板２第１半導体薄膜３ゲート絶縁膜４第２半導体薄膜５拡散源膜６第１層間絶縁膜８配線電極９第２層間絶縁膜１１画素電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/336 (72)発明者国井正文東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者西原静夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一層の半導体薄膜を絶縁基板
上に形成する成膜工程と、該半導体薄膜を加工して複数
のトランジスタを集積形成する加工工程と、該複数のト
ランジスタに接続して複数の画素電極を集積形成する電
極形成工程とを行なう表示用半導体装置の製造方法であ
って、前記加工工程は、該半導体薄膜に直接重ねて不純物を含
有した拡散源膜を堆積する堆積工程と、複数のトランジ
スタを包含する様にレーザ光を一括照射して不純物を該
拡散源膜から該半導体薄膜に拡散させる照射工程とを含
む事を特徴とする表示用半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記堆積工程はトランジスタの活性層と
して形成された半導体薄膜に直接重ねて拡散源膜を堆積
し、前記照射工程は該半導体薄膜に不純物を拡散してト
ランジスタのソース領域及びドレイン領域を形成する事
を特徴とする請求項１記載の表示用半導体装置の製造方
法。
【請求項３】前記堆積工程はトランジスタのゲート電
極を含む配線層として形成された半導体薄膜に直接重ね
て拡散源膜を堆積し、前記照射工程は該半導体薄膜に不
純物を拡散して配線層を低抵抗化する事を特徴とする請
求項１記載の表示用半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記照射工程は、不純物の拡散と同時に
その活性化を行なう事を特徴とする請求項１記載の表示
用半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記照射工程は、不純物の拡散と同時に
半導体薄膜の結晶化を行なう事を特徴とする請求項１記
載の表示用半導体装置の製造方法。
【請求項６】前記照射工程は、絶縁基板を加熱した状
態でレーザ光を照射して不純物の拡散を促進する事を特
徴とする請求項１記載の表示用半導体装置の製造方法。
【請求項７】少なくとも一層の半導体薄膜を一方の絶
縁基板上に形成する成膜工程と、該半導体薄膜を加工し
て複数のトランジスタを集積形成する加工工程と、該複
数のトランジスタに接続して複数の画素電極を集積形成
する電極形成工程と、予め対向電極が形成された他方の
絶縁基板を所定の間隙を介して該一方の絶縁基板に接合
し該間隙に電気光学物質を挿入する組立工程とを行なう
表示装置の製造方法であって、前記加工工程は、該半導体薄膜に直接重ねて不純物を含
有した拡散源膜を堆積する堆積工程と、複数のトランジ
スタを包含する様にレーザ光を一括照射して不純物を該
拡散源膜から該半導体薄膜に拡散させる照射工程とを含
む事を特徴とする表示装置の製造方法。