JP3117872B2 - Manufacturing method of thin film semiconductor integrated circuit - Google Patents
Manufacturing method of thin film semiconductor integrated circuitInfo
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Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁表面上に形成され
た薄膜トランジスタを有する半導体集積回路の作製方法
に関する。本発明において、絶縁表面とは、絶縁基板
や、その上に形成された絶縁被膜、あるいは半導体や金
属材料上に形成された絶縁被膜のことである。本発明は
特に、アルミニウムを主成分とする金属材料をゲイト電
極・配線材料として用いた集積回路で、液晶ディスプレ
ー等に用いられるアクティブマトリクス回路に関する。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit having a thin film transistor formed on an insulating surface. In the present invention, the insulating surface refers to an insulating substrate, an insulating film formed thereon, or an insulating film formed on a semiconductor or a metal material. The present invention particularly relates to an active matrix circuit used for a liquid crystal display or the like in an integrated circuit using a metal material containing aluminum as a main component as a gate electrode / wiring material.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、薄膜トランジスタ(TFT)は、
単結晶半導体集積回路技術を援用して、自己整合法(セ
ルフアライン法)を用いて作製されてきた。この方法は
半導体被膜上にゲイト絶縁膜を介してゲイト電極を形成
し、このゲイト電極をマスクとして、前記半導体被膜中
に不純物を導入するものである。不純物を導入する手段
としては、熱拡散法、イオン注入法、プラズマドーピン
グ法、レーザードーピング法が用いられる。2. Description of the Related Art Conventionally, thin film transistors (TFTs)
It has been manufactured using a self-alignment method (self-alignment method) with the aid of a single crystal semiconductor integrated circuit technology. In this method, a gate electrode is formed on a semiconductor film via a gate insulating film, and impurities are introduced into the semiconductor film using the gate electrode as a mask. As a means for introducing impurities, a thermal diffusion method, an ion implantation method, a plasma doping method, or a laser doping method is used.
【0003】従来、TFTはゲイト電極材料として、単
結晶半導体集積回路技術を援用して、ドーピングによっ
て導電率を高めたシリコンを用いていた。これは耐熱性
が高く、高温処理をおこなう場合には理想的な材料であ
った。しかしながら、近年になると、シリコンゲイトを
用いることが適切でないことが明らかになった。第1
は、導電率が低いということである。これは、それまで
比較的、小さな面積のデバイスにおいては目立たなかっ
たが、液晶ディスプレーが大型化するにつれて、アクテ
ィブマトリクス回路も大型化し、しかも、デザインルー
ル(ゲイト配線の幅)が据え置かれたために、顕著にな
った。Conventionally, a TFT uses silicon as a gate electrode material, the conductivity of which is increased by doping using a single crystal semiconductor integrated circuit technology. This material has high heat resistance and is an ideal material when performing high-temperature treatment. However, in recent years it has been found that it is not appropriate to use silicon gates. First
Means that the conductivity is low. Until now, this was not noticeable in devices with a relatively small area, but as the size of the liquid crystal display increased, the size of the active matrix circuit also increased, and the design rules (the width of the gate wiring) were deferred. Became noticeable.
【0004】第2は基板材料に関連する問題で、デバイ
スの大型化に伴って、用いられる基板材料が石英やシリ
コンウェハーのような耐熱性の高い高価な材料ではな
く、コーニング社の7059番ガラスやNHテクノグラ
ス社のNA−35、NA−45等の硼珪酸ガラスのよう
に、安価だが耐熱性に劣る低廉な材料を用いる必要が生
じた。シリコンゲイトの形成には少なくとも650℃以
上の熱処理が必要であるので、このような材料を基板と
することは適切ではなかった。The second problem is related to the substrate material. With the increase in the size of the device, the substrate material used is not an expensive material having high heat resistance such as quartz or a silicon wafer, but a Corning 7059 glass. It is necessary to use an inexpensive material that is inexpensive but inferior in heat resistance, such as borosilicate glass such as NA-35 and NA-45 of NH Techno Glass Co., Ltd. Since formation of silicon gate requires a heat treatment of at least 650 ° C. or more, it was not appropriate to use such a material as a substrate.
【0005】このような問題から、シリコンゲイトに代
えてアルミニウムゲイトを用いることが必要とされた。
この場合、純粋なアルミニウムを用いてもよいが、耐熱
性が極端に劣るために、通常はシリコンや銅、スカンジ
ウム(Sc)等の材料が微量添加される。それでも、ア
ルミニウムは耐熱性の点で問題があるので、例えば、イ
オン注入等の加速したイオンを利用したドーピング工程
の後の不純物の活性化には熱アニールを用いることはで
きず、レーザー照射のような光アニールが用いられた。
その際も、アルミニウムゲイトが光照射によって、ダメ
ージを受けないように照射する光の強度等は大きな制約
が課せられた。[0005] From such a problem, it has been necessary to use an aluminum gate instead of a silicon gate.
In this case, pure aluminum may be used, but since heat resistance is extremely poor, a small amount of a material such as silicon, copper, and scandium (Sc) is usually added. Nevertheless, since aluminum has a problem in terms of heat resistance, thermal annealing cannot be used to activate impurities after a doping step using accelerated ions such as ion implantation, for example. Light annealing was used.
At that time, the intensity of the light to be irradiated so as not to be damaged by the light irradiation of the aluminum gate was greatly restricted.
【0006】鏡面を有するアルミニウム自体は紫外線か
ら赤外線まで、広い波長域にわたって、光を反射するの
であるが、例えば、フラッシュランプ・アニールでは、
光照射の持続時間が長いため、シリコン膜等に吸収され
た光によってシリコン膜が昇温し、それが熱伝導によっ
てアルミニウムに伝わり、アルミニウムが溶融・変形す
るので適切でなかった。レーザー・アニールでも、連続
発振のレーザー光を照射する方式でも同様の問題が生じ
た。極めて短いパルス発振のレーザーを照射する場合に
はシリコン膜に吸収された光はシリコン膜のアニールの
みに使用され、アルミニウムは昇温せず、利用すること
ができた。Aluminum itself having a mirror surface reflects light over a wide wavelength range from ultraviolet to infrared. For example, in flash lamp annealing,
Since the duration of light irradiation is long, the temperature of the silicon film rises due to the light absorbed by the silicon film or the like, which is transmitted to the aluminum by heat conduction, and the aluminum is melted and deformed. The same problem occurs in both the laser annealing and the method of irradiating continuous oscillation laser light. In the case of irradiating a laser with an extremely short pulse oscillation, the light absorbed by the silicon film was used only for annealing the silicon film, and aluminum could be used without raising the temperature.
【0007】図4に示すのは、上記の思想に基づいた薄
膜トランジスタの作製工程である。まず、基板401上
に下地絶縁膜402を堆積し、さらに、島状の結晶性半
導体領域403、404を形成する。そして、これを覆
って、ゲイト絶縁膜として機能する絶縁膜405を形成
する。(図4(A))FIG. 4 shows a process for manufacturing a thin film transistor based on the above concept. First, a base insulating film 402 is deposited over a substrate 401, and island-shaped crystalline semiconductor regions 403 and 404 are formed. Then, an insulating film 405 functioning as a gate insulating film is formed to cover this. (FIG. 4 (A))
【0008】そして、アルミニウムを主成分とする材料
を用いてゲイト電極・配線406、407を形成する。
(図4(B)) 次に、ゲイト電極・配線406、407をマスクとし
て、イオン注入法、イオンドーピング法等の手段によっ
て、自己整合的に不純物(例えば、燐(P)や硼素
(B))を注入し、不純物領域408、409を形成す
る。ここでは、不純物領域408には燐が注入され、同
408には硼素が注入されるので、前者はN型、後者は
P型になるとする。(図4(C))Then, gate electrodes / wirings 406 and 407 are formed using a material containing aluminum as a main component.
(FIG. 4B) Next, using the gate electrodes / wirings 406 and 407 as masks, impurities (for example, phosphorus (P) or boron (B)) are self-aligned by means of ion implantation, ion doping, or the like. ) Is implanted to form impurity regions 408 and 409. Here, since phosphorus is implanted into the impurity region 408 and boron is implanted into the impurity region 408, it is assumed that the former becomes N-type and the latter becomes P-type. (FIG. 4 (C))
【0009】その後、上面からパルスレーザー光を照射
することによって不純物の導入された領域の活性化をお
こなう。(図4(D)) 最後に、層間絶縁物411を堆積し、各不純物領域にコ
ンタクトホールを形成して、これに接続する電極・配線
412〜416を形成して、薄膜トランジスタが完成す
る。(図4(E))Thereafter, the region into which the impurities are introduced is activated by irradiating a pulsed laser beam from the upper surface. (FIG. 4D) Finally, an interlayer insulator 411 is deposited, a contact hole is formed in each impurity region, and electrodes / wirings 412 to 416 connected thereto are formed, whereby a thin film transistor is completed. (FIG. 4E)
【0010】[0010]
【発明が解決しようする課題】しかしながら、上記に示
した方法では、不純物領域とチャネル形成領域(ゲイト
電極の直下の半導体領域で不純物領域に挟まれている部
分)の境界(例えば、図4(D)において、410で示
す)は工程上、十分な処理を受けていないので、電気的
に不安定であり、長時間の使用においてはリーク電流の
増大等の問題が生じ、信頼性が低下することが明らかに
なった。すなわち、工程から明らかなように、ゲイト電
極が形成された後は、不純物が導入されることも、レー
ザーが照射されることもないので、実質的に、チャネル
形成領域の結晶性は変化しない。However, in the method described above, the boundary between the impurity region and the channel formation region (the portion sandwiched between the impurity regions in the semiconductor region immediately below the gate electrode) (see FIG. 4D, for example). In), 410) has not been subjected to a sufficient treatment in the process, so it is electrically unstable, and if used for a long time, a problem such as an increase in leak current occurs, and the reliability is reduced. Was revealed. That is, as is apparent from the process, after the gate electrode is formed, no impurity is introduced and no laser is irradiated, so that the crystallinity of the channel formation region does not substantially change.
【0011】一方、チャネル形成領域に隣接する不純物
領域は、最初、チャネル形成領域と同じ結晶性を有して
いるが、不純物導入の過程で結晶性が破壊される。不純
物領域は後のレーザー照射工程によって回復されるが、
当初の結晶性と同じ状態を再現することは難しく、特に
不純物領域の中でも活性領域に接する部分は、レーザー
照射の際に影となる可能性が高く、十分な活性化がおこ
なえない。すなわち、不純物領域と活性領域の結晶性が
不連続であり、このためトラップ準位等が発生しやす
い。特に不純物の導入方法として高速イオンを照射する
方式を採用した場合には、不純物イオンが散乱によっ
て、ゲイト電極部の下に回り込み、その部分の結晶性を
破壊する。そして、このようなゲイト電極部の下の領域
はゲイト電極部が影となってレーザー等によって活性化
することが不可能であった。On the other hand, the impurity region adjacent to the channel forming region initially has the same crystallinity as the channel forming region, but the crystallinity is destroyed in the process of introducing the impurity. The impurity region is recovered by a subsequent laser irradiation step,
It is difficult to reproduce the same state as the initial crystallinity. Particularly, a portion of the impurity region which is in contact with the active region is likely to be shadowed by laser irradiation, and sufficient activation cannot be performed. That is, the crystallinity of the impurity region and the active region is discontinuous, and thus a trap level or the like is likely to occur. In particular, when a method of irradiating high-speed ions is employed as a method of introducing impurities, the impurity ions are scattered below the gate electrode portion by scattering to destroy the crystallinity of the portion. The region under such a gate electrode portion cannot be activated by a laser or the like due to the shadow of the gate electrode portion.
【0012】ゲイト絶縁膜についても同様であった。す
なわち、チャネル形成領域の上のゲイト絶縁膜は初期の
状態を保っているのに対し、不純物領域上のゲイト絶縁
膜は不純物導入、レーザー照射等の工程によって大きく
変化し、その境界部分では多くのトラップ準位が発生し
た。The same applies to the gate insulating film. That is, while the gate insulating film on the channel formation region keeps the initial state, the gate insulating film on the impurity region is greatly changed by the process of impurity introduction, laser irradiation, and the like. A trap level has occurred.
【0013】この問題点を解決する一つの方法は、裏面
からレーザー等の光照射をおこなって、活性化すること
である。この方法では、ゲイト配線が影とならないの
で、活性領域と不純物領域の境界も十分に活性化され
る。しかし、この場合には基板材料が光を透過すること
が必要であり、多くのガラス基板は300nm以下の紫
外光を透過することは難しいので、例えば、量産性に優
れたKrFエキシマーレーザー(波長248nm)は利
用できない。One method of solving this problem is to perform irradiation by irradiating light such as a laser from the back surface to activate. In this method, since the gate wiring does not become a shadow, the boundary between the active region and the impurity region is sufficiently activated. However, in this case, it is necessary for the substrate material to transmit light, and it is difficult for many glass substrates to transmit ultraviolet light of 300 nm or less. For example, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) excellent in mass productivity is used. ) Is not available.
【0014】本発明は、かかる問題点を顧みてなされた
ものであり、活性領域と不純物領域の結晶性の連続性を
達成することによって、信頼性の高い薄膜トランジスタ
を作製する方法を提唱し、さらに、このような薄膜トラ
ンジスタを集積化した高性能の薄膜半導体集積回路を得
ることを課題とする。The present invention has been made in view of such a problem, and proposes a method for manufacturing a highly reliable thin film transistor by achieving continuity of crystallinity between an active region and an impurity region. It is another object of the present invention to obtain a high performance thin film semiconductor integrated circuit in which such thin film transistors are integrated.
【0015】[0015]
【問題を解決するための手段】本発明は、熱アニール処
理、あるいは、レーザーもしくはフラッシュランプ等の
強力な光源より発せられる光エネルギーを照射する光ア
ニール処理によって、不純物領域およびゲイト絶縁膜に
加えてチャネル形成領域までをも活性化せしめることに
より、上記の問題を解決する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a method of annealing a semiconductor device in addition to an impurity region and a gate insulating film by a thermal annealing process or an optical annealing process of irradiating light energy emitted from a strong light source such as a laser or a flash lamp. The above problem is solved by activating even the channel formation region.
【0016】本発明の基本的な構成は、以下のようなも
のである。まず、結晶性を有する島状の半導体領域上に
不純物領域を形成するためのマスクとして機能する材料
を形成したのち、これをマスクとしてイオンドーピング
等の手段により、ドーピング不純物を半導体被膜中に導
入する。マスクとして用いるべき材料としては、絶縁性
のものではポリイミド等の有機材料や酸化珪素、窒化珪
素等の珪素を含有するものが、また、導電性材料として
はアルミニウム、タンタル、チタン等の金属、窒化タン
タル、窒化チタン等の導電性金属窒化物が好ましい。半
導体領域とマスクが直接に接触することを避けたい場合
には、間に酸化珪素や窒化珪素の被膜を形成すればよ
い。The basic configuration of the present invention is as follows. First, a material that functions as a mask for forming an impurity region over a crystalline island-like semiconductor region is formed, and then a doping impurity is introduced into the semiconductor film by ion doping or the like using the material as a mask. . As a material to be used as the mask, an insulating material containing an organic material such as polyimide or a silicon oxide or silicon nitride such as silicon nitride, and a conductive material such as a metal such as aluminum, tantalum, titanium, or nitride may be used. Conductive metal nitrides such as tantalum and titanium nitride are preferred. In order to avoid direct contact between the semiconductor region and the mask, a film of silicon oxide or silicon nitride may be formed therebetween.
【0017】次に、このマスクを除去して、ゲイト絶縁
膜として機能する絶縁膜を形成する。その後、熱アニー
ルもしくは光アニール処理により、ドーピングされた不
純物の活性化のみならず、ゲイト絶縁膜とチャネル形成
領域の界面特性、チャネル形成領域と不純物領域の境界
の特性を改善せしめる。その後、アルミニウムを主成分
とするゲイト電極・配線を形成するものである。熱アニ
ール処理においては、アニール温度は650℃以下とす
る。また、光アニール処理において、レーザーを用いる
場合には、KrFレーザー(波長248nm)、XeC
lレーザー(308nm)、ArFレーザー(193n
m)、XeFレーザー(353nm)等の各種エキシマ
ーレーザーや、Nd:YAGレーザー(1064nm)
およびその第2、第3、第4高調波、炭酸ガスレーザ
ー、アルゴンイオンレーザー、銅蒸気レーザー等を用い
ればよい。Next, the mask is removed to form an insulating film functioning as a gate insulating film. After that, by thermal annealing or optical annealing, not only the activation of the doped impurity is activated, but also the interface characteristics between the gate insulating film and the channel formation region and the characteristics of the boundary between the channel formation region and the impurity region are improved. Thereafter, a gate electrode and wiring mainly composed of aluminum are formed. In the thermal annealing process, the annealing temperature is set to 650 ° C. or lower. When a laser is used in the optical annealing process, a KrF laser (wavelength: 248 nm), XeC
1 laser (308 nm), ArF laser (193n)
m), various excimer lasers such as XeF laser (353 nm), and Nd: YAG laser (1064 nm)
And its second, third, and fourth harmonics, a carbon dioxide gas laser, an argon ion laser, a copper vapor laser, or the like.
【0018】また、非コヒーレントな光源も低廉であり
利用しやすい。例えば、キセノンランプ、クリプトンア
ークランプ、ハロゲンランプ等である。これらの光処理
においては、半導体領域の上方からの照射だけでなく、
裏面からの照射も、上方と裏面の双方から照射すること
も可能である。また、これらの熱アニールあるいは光ア
ニール処理に際しては、ハロゲン元素を含有する雰囲気
(塩化水素、塩素、三塩化エチレン、フッ化水素、弗
素、三フッ化窒素等を含有する雰囲気)や酸化性の雰囲
気(酸素や各種酸化窒素、オゾン等を含有する雰囲気)
でおこなうと効果的である。Further, non-coherent light sources are inexpensive and easy to use. For example, a xenon lamp, a krypton arc lamp, a halogen lamp, or the like is used. In these light treatments, not only irradiation from above the semiconductor region,
Irradiation from the back side can be performed from both the upper side and the back side. In the thermal annealing or the light annealing, an atmosphere containing a halogen element (an atmosphere containing hydrogen chloride, chlorine, ethylene trichloride, hydrogen fluoride, fluorine, nitrogen trifluoride, etc.) or an oxidizing atmosphere (Atmosphere containing oxygen, various nitrogen oxides, ozone, etc.)
It is effective to do it in
【0019】なお、ゲイト電極を形成する場合には、ゲ
イト電極と不純物領域との関係をオフセットゲイトとす
ることもオーバーラップゲイトとすることも任意であ
る。オフセットゲイトとすれば、TFTのリーク電流を
低減させることができる。ただし、オフセットゲイトの
場合はTFTをオンとしたときの電流が少ないので、動
作速度の点で不利であるので、通常はオフセットゲイト
が、アクティブマトリクス回路の画素のスイッチングT
FTやサンプリングTFTにのみ用い、その他の論理回
路は若干のオーバーラップゲイトとするとよい。オーバ
ーラップゲイトは寄生容量が存在するので高速動作では
不利であるが、アクティブマトリクス回路程度の駆動に
おいては問題はない。When a gate electrode is formed, the relationship between the gate electrode and the impurity region may be an offset gate or an overlap gate. If an offset gate is used, the leakage current of the TFT can be reduced. However, in the case of the offset gate, since the current when the TFT is turned on is small, it is disadvantageous in terms of the operation speed. Therefore, the offset gate is usually used for switching the pixel of the active matrix circuit.
It may be used only for the FT or the sampling TFT, and the other logic circuits may be slightly overlapped. The overlap gate is disadvantageous in high-speed operation because of the presence of parasitic capacitance, but has no problem in driving an active matrix circuit.
【0020】なお、このようにして形成したゲイト電極
・配線の全部もしくは一部について、その上面および側
面を陽極酸化して、耐圧の高い酸化アルミニウム被膜を
形成すると、上部配線の短絡を防止することができる。
特に配線の交差の多い、アクティブマトリクス回路にお
いては、このように上面に陽極酸化被膜を形成すれば、
層間短絡を防止することができる。また、酸化アルミニ
ウムは誘電率が高いので、上部配線との間に容量(キャ
パシター)を形成することもできる。陽極酸化は、通
常、電解溶液中で電気化学的におこなわれるが、公知の
プラズマ陽極酸化法のように、減圧プラズマ雰囲気にお
いておこなってもよいことはいうまでもない。The upper and side surfaces of all or a part of the gate electrode / wiring thus formed are anodized to form an aluminum oxide film having a high withstand voltage. Can be.
Especially in an active matrix circuit where there are many intersections of wiring, if an anodic oxide film is formed on the upper surface in this way,
An interlayer short circuit can be prevented. Since aluminum oxide has a high dielectric constant, a capacitance (capacitor) can be formed between the aluminum oxide and the upper wiring. The anodization is usually performed electrochemically in an electrolytic solution, but it goes without saying that the anodization may be performed in a reduced-pressure plasma atmosphere as in a known plasma anodization method.
【0021】[0021]
【作用】本発明では、ドーピングされた不純物の活性化
のための熱アニールや光アニールをおこなう際にはゲイ
ト電極・配線は形成されていないので、図4に示される
ような従来のセルフアライン的なドーピングに比較し
て、熱アニールや光アニールの許容範囲が広くなる。例
えば、従来の技術では使用できなかった熱アニールやフ
ラッシュランプアニールを利用できるようになる。ま
た、熱アニール処理においては、不純物領域、チャネル
形成領域、ゲイト絶縁膜が均等に加熱されるので、それ
らの境界部における不連続性は発生しない。同様に光ア
ニール処理の場合においても、ゲイト電極が存在しない
ので影によって不連続性が生じることもない。According to the present invention, when thermal annealing or optical annealing for activating doped impurities is performed, no gate electrode or wiring is formed, so that a conventional self-aligned structure as shown in FIG. The allowable range of the thermal annealing and the optical annealing is wider than that of the simple doping. For example, thermal annealing or flash lamp annealing, which cannot be used in the conventional technology, can be used. In the thermal annealing process, the impurity region, the channel formation region, and the gate insulating film are uniformly heated, so that no discontinuity occurs at the boundary between them. Similarly, even in the case of the optical annealing process, since there is no gate electrode, discontinuity does not occur due to shadow.
【0022】また、光アニールや熱アニールをハロゲン
を含有する雰囲気もしくは酸化性の雰囲気でおこなう
と、特にゲイト絶縁膜や半導体領域中に残存する水素原
子を置換する効果が認められる。ゲイト絶縁膜やチャネ
ル形成領域では高い電界が発生し、その際に水素原子が
珪素−水素、あるいは酸素−水素という形で存在する
と、電界によって水素が離脱し、特性の経時変化をもた
らすこととなる。水素の代わりにハロゲン、特に弗素や
塩素が存在すると、珪素−ハロゲン、酸素−ハロゲンの
結合は非常に強いので、容易には離脱せず、特性が安定
する。When the light annealing or the thermal annealing is performed in an atmosphere containing halogen or an oxidizing atmosphere, an effect of replacing hydrogen atoms remaining in the gate insulating film and the semiconductor region is recognized. A high electric field is generated in the gate insulating film or the channel formation region, and when hydrogen atoms are present in the form of silicon-hydrogen or oxygen-hydrogen, hydrogen is released by the electric field, resulting in a temporal change in characteristics. . If halogen, especially fluorine or chlorine, is present instead of hydrogen, the bond between silicon-halogen and oxygen-halogen is very strong, so that the bond is not easily separated and the characteristics are stable.
【0023】[0023]
〔実施例1〕 図1に本実施例を示す。本実施例は絶縁
基板上にアクティブマトリクス回路と、その駆動のため
のドライバー回路を形成する工程を示したものである。
基板101は、ガラス基板で、例えば、コーニング70
59等の無アルカリ硼珪酸ガラス基板である。これに下
地の酸化膜として酸化珪素膜102を堆積した。酸化珪
素膜の堆積方法は、例えば、スパッタ法や化学的気相成
長法(CVD法)を使用できる。ここでは、TEOS
(テトラ・エトキシ・シラン)と酸素を材料ガスとして
用いて、プラズマCVD法によって成膜をおこなった。
基板温度は200〜400℃とした。この下地酸化珪素
膜の厚さは、500〜2000Åとした。Embodiment 1 FIG. 1 shows this embodiment. This embodiment shows a process of forming an active matrix circuit and a driver circuit for driving the active matrix circuit on an insulating substrate.
The substrate 101 is a glass substrate, for example, Corning 70
A non-alkali borosilicate glass substrate such as 59. A silicon oxide film 102 was deposited thereon as an underlying oxide film. As a method for depositing the silicon oxide film, for example, a sputtering method or a chemical vapor deposition method (CVD method) can be used. Here, TEOS
A film was formed by a plasma CVD method using (tetraethoxysilane) and oxygen as material gases.
The substrate temperature was 200 to 400 ° C. The thickness of the base silicon oxide film was 500 to 2000 °.
【0024】次いで、アモルファスシリコン膜を堆積し
た。アモルファスシリコン膜の堆積方法としてはプラズ
マCVD法や減圧CVD法が用いられる。ここでは、モ
ノシラン(SiH4 )を材料ガスとして、プラズマCV
D法によってアモルファスシリコン膜を堆積した。アモ
ルファスシリコン膜の厚さは1000〜15000Åと
した。そして、この膜を600℃で72時間アニールす
ることで結晶化させた。このようにして得た結晶性シリ
コン膜をエッチングして、島状シリコン領域103他を
形成した。Next, an amorphous silicon film was deposited. As a method of depositing the amorphous silicon film, a plasma CVD method or a low pressure CVD method is used. Here, monosilane (SiH 4 ) is used as a material gas and plasma CV is used.
An amorphous silicon film was deposited by the D method. The thickness of the amorphous silicon film was 1000-15000 °. Then, the film was crystallized by annealing at 600 ° C. for 72 hours. The crystalline silicon film thus obtained was etched to form the island-shaped silicon regions 103 and others.
【0025】その後、プラズマCVD法によって、全面
に窒化珪素膜を厚さ1000〜6000Å、例えば、3
000Å形成した。この厚さはドーピングの際にマスク
として機能するに十分な厚さが選択される。そして、こ
の窒化珪素膜をエッチングして、ドーピングのマスク1
04、105、106を形成した。そして、Nチャネル
型TFTを形成する領域103をフォトレジストのマス
ク107で覆った。Thereafter, a silicon nitride film is formed on the entire surface by a plasma CVD method so as to have a thickness of 1000 to 6000.degree.
000 mm formed. The thickness is selected to be sufficient to function as a mask during doping. Then, the silicon nitride film is etched to form a doping mask 1.
04, 105 and 106 were formed. Then, the region 103 where the N-channel TFT was to be formed was covered with a photoresist mask 107.
【0026】この状態でイオンドーピング法によって硼
素イオンのドーピングをおこなった。これは、ジボラン
(B2 H6 )を水素で希釈したガスを放電させて得たイ
オンを高電圧で引き出して、基板に照射するものであ
る。イオンの加速電圧はシリコン領域の厚さによって変
更されるが、典型的にはシリコン領域が1000Åの場
合には、10〜30kVが適当である。本実施例では2
0kVとした。また、ドーズ量は1×1014〜6×10
15原子/cm2 、例えば、5×1014原子/cm2 とし
た。こうして、P型不純物領域108、109を形成し
た。なお、図で示した不純物領域の範囲は名目的なもの
で、実際にはイオンの散乱等によって回り込みがあるこ
とはいうまでもない。(図1(A))In this state, boron ion doping was performed by an ion doping method. In this method, ions obtained by discharging a gas obtained by diluting diborane (B 2 H 6 ) with hydrogen are extracted at a high voltage, and the substrate is irradiated with the ions. The ion accelerating voltage is changed depending on the thickness of the silicon region. Typically, when the silicon region is 1000 °, 10 to 30 kV is appropriate. In this embodiment, 2
0 kV. The dose is 1 × 10 14 to 6 × 10
15 atoms / cm 2 , for example, 5 × 10 14 atoms / cm 2 . Thus, P-type impurity regions 108 and 109 were formed. It should be noted that the range of the impurity region shown in the drawing is a nominal one, and it goes without saying that there is actually a wraparound due to ion scattering or the like. (Fig. 1 (A))
【0027】同様に、フォトレジストマスク107を除
去した後、Pチャネル型TFTを形成する領域をフォト
レジストのマスク110で覆い、イオンドーピング法に
よって燐イオンのドーピングをおこなった。イオン源は
フォスフィン(PH3 )を水素で希釈したガスをもちい
た。イオンの加速電圧は、10〜30kV、例えば、2
0kVとした。また、ドーズ量は1×1014〜6×10
15原子/cm2 、例えば、5×1014原子/cm2 とし
た。こうして、N型不純物領域111を形成した。(図
1(B)))Similarly, after removing the photoresist mask 107, the region for forming the P-channel TFT was covered with a photoresist mask 110, and phosphorus ions were doped by an ion doping method. As the ion source, a gas obtained by diluting phosphine (PH 3 ) with hydrogen was used. The acceleration voltage of the ion is 10 to 30 kV, for example, 2
0 kV. The dose is 1 × 10 14 to 6 × 10
15 atoms / cm 2 , for example, 5 × 10 14 atoms / cm 2 . Thus, the N-type impurity region 111 was formed. (FIG. 1 (B))
【0028】次に、フォトレジストマスク110および
マスク104〜106を除去し、ゲイト絶縁膜として機
能する酸化珪素膜112を厚さ800〜1500Å、例
えば、1200Å形成した。ここではその作製方法は下
地酸化珪素膜102と同じ方法を採用した。そして、6
00℃で12〜48時間、例えば、24時間アニールす
ることによって、ドーピングされた不純物の活性化とゲ
イト絶縁膜とシリコン領域の界面特性の改善をおこなっ
た。(図1(C))Next, the photoresist mask 110 and the masks 104 to 106 were removed, and a silicon oxide film 112 functioning as a gate insulating film was formed to a thickness of 800 to 1500 Å, for example, 1200 Å. Here, the same manufacturing method as that of the base silicon oxide film 102 was employed. And 6
Annealing at 00 ° C. for 12 to 48 hours, for example, 24 hours, activated the doped impurities and improved the interface characteristics between the gate insulating film and the silicon region. (Fig. 1 (C))
【0029】その後、スパッタ法によって厚さ3000
〜8000Å、例えば、5000Åのアルミニウム膜
(1〜5重量%のシリコンを含有する)を成膜し、これ
をエッチングして、アルミニウムゲイト電極・配線11
3、114、115、116を形成した。この際、ゲイ
ト電極・配線113、114は不純物領域111、10
8に対してオーバーラップとなるようにした。一方、ゲ
イト電極・配線115はオフセットとなるようにした。
また、ゲイト配線116は不純物領域上に形成されたた
め、TFTのゲイト電極としては機能せず、キャパシタ
ーの一方の電極として機能した。(図1(D))Thereafter, the thickness of 3000 was obtained by sputtering.
An aluminum film (containing 1 to 5% by weight of silicon) of, for example, 5000 to 8000.degree.
3, 114, 115 and 116 were formed. At this time, the gate electrodes / wirings 113 and 114 are
8 so as to overlap. On the other hand, the gate electrode / wiring 115 is offset.
Further, since the gate wiring 116 was formed on the impurity region, it did not function as the gate electrode of the TFT, but functioned as one electrode of the capacitor. (Fig. 1 (D))
【0030】さらにTEOSを材料ガスとしたプラズマ
CVD法によって層間絶縁物として酸化珪素膜117を
厚さ2000〜1000Å、例えば、5000Å形成
し、これにコンタクトホールを形成した。そして、金属
等の材料、例えば厚さ1000Åの窒化チタンと厚さ5
000Åのアルミニウムの多層膜を形成し、これをエッ
チングして電極・配線118〜123を不純物領域やゲ
イト配線に形成した。図ではシリコン領域上のゲイト電
極上にコンタクトが形成されている様子が示されている
が、実際には、シリコン領域以外のゲイト配線上にコン
タクトが形成される。(図1(E))Further, a silicon oxide film 117 having a thickness of 2000 to 1000 Å, for example, 5000 と し て was formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method using TEOS as a material gas, and a contact hole was formed therein. Then, a material such as a metal, for example, titanium nitride having a thickness of 1000
A multilayer film of aluminum having a thickness of 000 ° was formed, and this was etched to form electrodes / wirings 118 to 123 in impurity regions and gate wirings. Although the figure shows a state in which a contact is formed on a gate electrode on a silicon region, the contact is actually formed on a gate wiring other than the silicon region. (FIG. 1 (E))
【0031】最後に、パッシベーション膜として厚さ2
000〜6000Å、例えば、3000Åの窒化珪素膜
124をプラズマCVD法によって形成し、これと酸化
珪素膜117をエッチングして、不純物領域109に対
してコンタクトホールを形成した。そして、透明導電膜
(例えば、インディウム錫酸化物膜)を形成し、これを
エッチングして、画素電極125を形成した。(図1
(F))Finally, a passivation film having a thickness of 2
A silicon nitride film 124 of 000 to 6000〜, for example, 3000Å was formed by a plasma CVD method, and the silicon oxide film 117 was etched to form a contact hole for the impurity region 109. Then, a transparent conductive film (for example, an indium tin oxide film) was formed, and this was etched to form a pixel electrode 125. (Figure 1
(F))
【0032】以上の工程によって、Nチャネル型TFT
126、Pチャネル型TFT127、128を形成する
ことができた。また、TFT127に隣接して容量12
9(これはゲイト絶縁膜112を誘電体とする)も形成
できた。本実施例では、TFT128はアクティブマト
リクス回路の画素のスイッチング素子あるいはサンプリ
ングTFTに用いられるTFTを表しており、TFT1
26、127はその他の論理回路に用いられるTFTを
表している。Through the above steps, an N-channel TFT
126, and P-channel TFTs 127 and 128 could be formed. Further, the capacitor 12 is located adjacent to the TFT 127.
9 (which uses the gate insulating film 112 as a dielectric) was also formed. In the present embodiment, the TFT 128 represents a TFT used as a switching element or a sampling TFT of a pixel of the active matrix circuit.
Reference numerals 26 and 127 represent TFTs used in other logic circuits.
【0033】図5は本実施例で示したTFTを用いて構
成されるアクティブマトリクス回路とそのドライバー回
路、その他の回路を基板504上に形成した場合のブロ
ック図を示す。本実施例で示したTFT126、127
は素のうちのX/Yデコーダー・ドライバーやCPU、
各種メモリーの論理回路に使用される。一方、TFT1
28はアクティブマトリクス回路の画素のスイッチング
TFT501やドライバー回路のサンプリングTFT、
各種メモリーのマトリクス素子として用いられる。ま
た、容量129はアクティブマトリクス回路の画素セル
502の補助容量503や、各種メモリー回路の記憶素
子い用いられる。FIG. 5 is a block diagram showing a case where an active matrix circuit using the TFT shown in this embodiment, its driver circuit, and other circuits are formed on a substrate 504. TFTs 126 and 127 shown in this embodiment
Is the original X / Y decoder driver and CPU,
Used for various memory logic circuits. On the other hand, TFT1
28 is a switching TFT 501 of a pixel of an active matrix circuit, a sampling TFT of a driver circuit,
Used as a matrix element for various memories. The capacitor 129 is used as an auxiliary capacitor 503 of the pixel cell 502 of the active matrix circuit and a storage element of various memory circuits.
【0034】〔実施例2〕 図2に本実施例を示す。本
実施例はアモルファスシリコンの結晶化に際して結晶化
促進の触媒元素を添加する以外は、ドーピングの工程ま
では実施例1と同様であるので、図1(A)および
(B)を参照されたい。まず、実施例1と同様に下地酸
化膜を形成した基板上にアモルファスシリコン膜を厚さ
300〜1000Å、例えば、500Å成膜した。そし
て、表面に薄い酢酸ニッケル膜もしくはニッケル膜を形
成したのち、窒素もしくはアルゴン雰囲気において、5
00〜580℃で2〜8時間アニールすることにより、
アモルファスシリコンを結晶化せしめた。この際、ニッ
ケルは結晶化を促進する触媒として機能する。このよう
にして得た結晶性シリコン膜をエッチングして、島状シ
リコン領域を形成した。Embodiment 2 FIG. 2 shows this embodiment. This example is the same as Example 1 up to the doping step except that a catalyst element for accelerating crystallization is added at the time of crystallization of amorphous silicon. Therefore, FIGS. 1A and 1B are referred to. First, an amorphous silicon film having a thickness of 300 to 1000 Å, for example, 500 Å was formed on a substrate on which a base oxide film was formed in the same manner as in Example 1. Then, after forming a thin nickel acetate film or nickel film on the surface, in a nitrogen or argon atmosphere,
By annealing at 00 to 580 ° C. for 2 to 8 hours,
Amorphous silicon was crystallized. At this time, nickel functions as a catalyst for promoting crystallization. The crystalline silicon film thus obtained was etched to form an island-shaped silicon region.
【0035】その後、プラズマCVD法によって、全面
に酸化珪素膜を厚さ1000〜6000Å、例えば、3
000Å形成した。そして、この酸化珪素膜をエッチン
グして、ドーピングのマスクを形成した。そして、Nチ
ャネル型TFTを形成する領域をフォトレジストのマス
クで覆った。この状態でイオンドーピング法によって硼
素イオンのドーピングをおこなった。ドーピングガスと
して水素希釈したジボラン(B2 H6 )を用いた。イオ
ンの加速電圧は、5〜30kV、例えば、10kVとし
た。また、ドーズ量は1×1014〜6×1015原子/c
m2 、例えば、2×1014原子/cm2 とした。こうし
て、P型不純物領域202、203を形成した。Thereafter, a silicon oxide film having a thickness of 1000 to 6000 °, for example, 3
000 mm formed. Then, the silicon oxide film was etched to form a doping mask. Then, the region for forming the N-channel TFT was covered with a photoresist mask. In this state, boron ion doping was performed by an ion doping method. Diborane diluted with hydrogen (B 2 H 6 ) was used as a doping gas. The ion acceleration voltage was 5 to 30 kV, for example, 10 kV. The dose is 1 × 10 14 to 6 × 10 15 atoms / c.
m 2 , for example, 2 × 10 14 atoms / cm 2 . Thus, P-type impurity regions 202 and 203 were formed.
【0036】同様に、イオンドーピング法によって燐イ
オンのドーピングをおこなった。ドーピングガスは水素
希釈のフォスフィン(PH3 )をもちいた。イオンの加
速電圧は、5〜30kV、例えば、10kVとした。ま
た、ドーズ量は1×1014〜6×1015原子/cm2 、
例えば、5×1014原子/cm2 とした。こうして、N
型不純物領域201を形成した。Similarly, doping of phosphorus ions was performed by an ion doping method. Phosphine (PH 3 ) diluted with hydrogen was used as a doping gas. The ion acceleration voltage was 5 to 30 kV, for example, 10 kV. The dose is 1 × 10 14 to 6 × 10 15 atoms / cm 2 ,
For example, it was set to 5 × 10 14 atoms / cm 2 . Thus, N
A mold impurity region 201 was formed.
【0037】次に、マスク201〜203を除去し、ゲ
イト絶縁膜として機能する酸化珪素膜204を厚さ80
0〜1500Å、例えば、1200Å形成した。そし
て、KrFエキシマーレーザー(波長248nm)を照
射することによって、ドーピングされた不純物の活性化
とゲイト絶縁膜とシリコン領域の界面特性の改善をおこ
なった。レーザーのエネルギーとしては、250〜45
0mJ/cm2 、ショット数は2〜50ショットが適当
であった。また、レーザー照射時には、基板を250〜
550℃に加熱すると、より効果的に活性化できた。Next, the masks 201 to 203 are removed, and the silicon oxide film 204 functioning as a gate insulating film is
0 to 1500 °, for example, 1200 °. By irradiating a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm), the doped impurity was activated and the interface characteristics between the gate insulating film and the silicon region were improved. The energy of the laser is 250-45
0 mJ / cm 2 , and the number of shots was suitably 2 to 50 shots. During laser irradiation, the substrate is
Heating to 550 ° C. activated more effectively.
【0038】エネルギー密度およびショット数はシリコ
ン膜に依存するので、用いるシリコン膜の密度、結晶化
度、ドーピング量等の特性に合わせて、最適なものを選
択すればよい。典型的には、燐がドープされたものでド
ーズ量が2×1014原子/cm2 、基板温度250℃、
レーザーエネルギー300mJ/cm2 で500〜10
00Ω/□のシート抵抗が得られた。なお、図から明ら
かなように本実施例では不純物領域と活性領域の境界も
レーザーによって照射されるので、従来の作製プロセス
(図4参照)で問題となった境界の部分の劣化による信
頼性の低下は著しく減少した。Since the energy density and the number of shots depend on the silicon film, the optimum one may be selected according to the density, crystallinity, doping amount and other characteristics of the silicon film to be used. Typically, it is doped with phosphorus and has a dose of 2 × 10 14 atoms / cm 2 , a substrate temperature of 250 ° C.,
500 to 10 at a laser energy of 300 mJ / cm 2
A sheet resistance of 00Ω / □ was obtained. As is apparent from the figure, in this embodiment, the boundary between the impurity region and the active region is also irradiated by the laser, so that the reliability due to the deterioration of the boundary, which has been a problem in the conventional manufacturing process (see FIG. 4), is reduced. The decline was significantly reduced.
【0039】なお、本実施例のようにニッケル等の触媒
元素を用いて結晶化をおこなうとアモルファスシリコン
状態のままの領域が取り残されることが観察されるので
あるが、上記のレーザー照射の工程によって、これらの
残留したアモルファスシリコン領域も完全に結晶化する
ことができた。(図2(A))When crystallization is performed using a catalyst element such as nickel as in this embodiment, it is observed that a region which remains in an amorphous silicon state is left behind. The remaining amorphous silicon region could be completely crystallized. (Fig. 2 (A))
【0040】その後、スパッタ法によって厚さ3000
〜8000Å、例えば、5000Åのアルミニウム膜
(0.1〜0.5重量%のスカンジウムを含有する)を
成膜した。後の工程(多孔質陽極酸化物形成工程)にお
いて、アルミニウム膜とフォトレジストマスクとの密着
性を高めるために、厚さ100〜300Å程度の陽極酸
化膜をアルミニウム表面に形成してもよい。その場合は
アンモニアでpH=7前後に調整した1〜5%のクエン
酸のエチレングリコール溶液中に基板を浸し、アルミニ
ウム膜全体に5〜20Vの電圧を印加すればよい。Thereafter, the thickness of 3000 was obtained by sputtering.
An aluminum film (containing 0.1 to 0.5% by weight of scandium) of 成膜 8000 °, for example, 5000 ° was formed. In a subsequent step (porous anodic oxide forming step), an anodic oxide film having a thickness of about 100 to 300 ° may be formed on the aluminum surface in order to enhance the adhesion between the aluminum film and the photoresist mask. In that case, the substrate may be immersed in a 1-5% citric acid ethylene glycol solution adjusted to about pH = 7 with ammonia, and a voltage of 5 to 20 V may be applied to the entire aluminum film.
【0041】次に、これをエッチングして、アルミニウ
ムゲイト電極・配線205、206、207、208を
形成した。この際、ゲイト電極・配線205、206、
207は、いずれも不純物領域201、202、203
に対して、1μm程度のオーバーラップとなるようにし
た。また、ゲイト配線208は不純物領域上に形成され
たため、TFTのゲイト電極としては機能せず、キャパ
シターの一方の電極として機能した。また、この状態で
ゲイト電極205、206はゲイト電極207、208
とは完全に電気的に絶縁されている。なお、上記のパタ
ーニング・エッチング工程に用いたフォトレジストのマ
スク209、210、211、212はそのまま残して
おいた。(図2(B))Next, this was etched to form aluminum gate electrodes / wirings 205, 206, 207, and 208. At this time, the gate electrodes / wirings 205, 206,
Reference numeral 207 denotes impurity regions 201, 202, 203
In this case, the overlap was about 1 μm. Further, since the gate wiring 208 was formed on the impurity region, it did not function as the gate electrode of the TFT, but functioned as one electrode of the capacitor. In this state, the gate electrodes 205 and 206 are
And completely electrically insulated. The photoresist masks 209, 210, 211, and 212 used in the above-described patterning and etching steps were left as they were. (FIG. 2 (B))
【0042】そして、ゲイト電極・配線207、208
に電解溶液中で電流を印加することによってゲイト電極
の側面に多孔質の陽極酸化物213、214を形成し
た。この陽極酸化工程は、3〜20%のクエン酸もしく
はショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性の水溶液を
用いておこなった。この場合には、10〜30V程度の
低電圧で0.5μm以上、例えば、2μmの厚い陽極酸
化物を形成した。陽極酸化物の幅は陽極酸化時間に依存
した。この際、ゲイト電極・配線205、206には電
流が印加されなかったので陽極酸化はおこらなかった。
(図2(C))Then, the gate electrodes / wirings 207 and 208
By applying a current in an electrolytic solution, porous anodic oxides 213 and 214 were formed on the side surfaces of the gate electrode. This anodic oxidation step was performed using a 3 to 20% aqueous solution of an acid such as citric acid, oxalic acid, phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid or the like. In this case, a thick anodic oxide of 0.5 μm or more, for example, 2 μm was formed at a low voltage of about 10 to 30 V. The width of the anodic oxide was dependent on the anodic oxidation time. At this time, since no current was applied to the gate electrodes / wirings 205 and 206, anodic oxidation did not occur.
(Fig. 2 (C))
【0043】この結果、当初、ゲイト電極205〜20
7は不純物領域に対して、いずれも1μm程度オーバー
ラップの状態であったのであるが、ゲイト電極207の
みが陽極酸化によって、その表面が2μm後退してしま
ったために、一転して、1μmのオフセット状態となっ
てしまった。このように、陽極酸化を利用することによ
って、安定してオフセット幅を制御することができる。As a result, initially, the gate electrodes 205 to 20
7 was in a state of being overlapped by about 1 μm with respect to the impurity region. However, since only the gate electrode 207 had its surface receded by 2 μm due to anodic oxidation, it turned around and was offset by 1 μm. It has become a state. Thus, the offset width can be stably controlled by using anodic oxidation.
【0044】その後、フォトレジストのマスク209〜
212を剥離し、改めて、アクティブマトリクス回路以
外の領域をフォトレジスト215で覆った。そして、ゲ
イト電極・配線212、213に電流を通じて陽極酸化
をおこない、多孔質陽極酸化物213、214の内側と
ゲイト電極・配線207、208の上面に緻密な陽極酸
化物(酸化アルミニウム)被膜216、217を厚さ1
000〜2500Å形成した。陽極酸化は、アンモニア
でpH=7前後に調整した1〜5%のクエン酸のエチレ
ングリコール溶液中に基板を浸し、アクティブマトリク
ス回路の全てのゲイト配線を正極とし、印加する電圧を
1〜5V/分で昇圧することによっておこなった。Thereafter, the photoresist masks 209 to 209 are formed.
212 was peeled off, and the area other than the active matrix circuit was covered with the photoresist 215 again. Then, anodic oxidation is performed by passing a current through the gate electrodes / wirings 212 and 213, and a dense anodic oxide (aluminum oxide) film 216 is formed on the inside of the porous anodic oxides 213 and 214 and the upper surfaces of the gate electrodes / wirings 207 and 208. 217 to thickness 1
2,000 to 2500 °. Anodization is performed by immersing the substrate in an ethylene glycol solution of 1 to 5% citric acid adjusted to about pH = 7 with ammonia, setting all the gate wirings of the active matrix circuit as positive electrodes, and applying a voltage of 1 to 5 V /. This was done by boosting in minutes.
【0045】このようにして形成される陽極酸化物被膜
はバリヤ型陽極酸化物と賞され、耐圧に優れている。こ
のゲイト電極上の陽極酸化物は上部配線との短絡を防止
するためのものであるので、その目的に適切な厚さが選
択されればよい。なお、アクティブマトリクス回路領域
以外はフォトレジスト215でマスクされており、ま
た、アクティブマトリクス回路とは電気的に絶縁されて
いたため、陽極酸化はおこなわれなかった。(図2
(D))The anodic oxide film thus formed is recognized as a barrier type anodic oxide, and has excellent withstand voltage. Since the anodic oxide on the gate electrode is for preventing a short circuit with the upper wiring, an appropriate thickness may be selected for the purpose. Note that, except for the active matrix circuit region, the region was masked with the photoresist 215, and since it was electrically insulated from the active matrix circuit, anodic oxidation was not performed. (Figure 2
(D))
【0046】その後、フォトレジスト215を除去し、
TEOSを材料ガスとしたプラズマCVD法によって層
間絶縁物として酸化珪素膜218を厚さ2000〜10
00Å、例えば、5000Å形成し、これにコンタクト
ホールを形成した。そして、厚さ5000Åのアルミニ
ウム膜を形成し、これをエッチングして電極・配線21
9〜224を不純物領域やゲイト配線に形成した。(図
2(E))Thereafter, the photoresist 215 is removed,
A silicon oxide film 218 having a thickness of 2000 to 10 is formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method using TEOS as a material gas.
A contact hole was formed in the contact hole, for example, at a thickness of 00 °, eg, 5000 °. Then, an aluminum film having a thickness of 5000 ° is formed and etched to form an electrode / wiring 21.
9 to 224 were formed in the impurity region and the gate wiring. (FIG. 2 (E))
【0047】最後に、パッシベーション膜として厚さ2
000〜6000Å、例えば、3000Åの窒化珪素膜
225をプラズマCVD法によって形成し、これと酸化
珪素膜218をエッチングして、不純物領域203に対
してコンタクトホールを形成した。そして、透明導電膜
(例えば、インディウム錫酸化物膜)を形成し、これを
エッチングして、画素電極226を形成した。(図2
(F))Finally, a passivation film having a thickness of 2
A silicon nitride film 225 of 2,000 to 6000〜, for example, 3000Å was formed by a plasma CVD method, and the silicon oxide film 218 was etched to form a contact hole for the impurity region 203. Then, a transparent conductive film (for example, an indium tin oxide film) was formed, and this was etched to form a pixel electrode 226. (Figure 2
(F))
【0048】以上の工程によって、Nチャネル型TFT
227、Pチャネル型TFT228、229を形成する
ことができた。また、TFT229に隣接して容量23
0(これはゲイト絶縁膜204を誘電体とする)も形成
できた。本実施例では、TFT229はアクティブマト
リクス回路の画素のスイッチング素子あるいはサンプリ
ングTFTに用いられるTFTを表しており、TFT2
27、228はその他の論理回路に用いられるTFTを
表している。Through the above steps, an N-channel TFT
227 and P-channel TFTs 228 and 229 were formed. Further, the capacitor 23 is located adjacent to the TFT 229.
0 (which uses the gate insulating film 204 as a dielectric) was also formed. In this embodiment, the TFT 229 represents a TFT used as a switching element of a pixel of an active matrix circuit or a sampling TFT.
27 and 228 represent TFTs used in other logic circuits.
【0049】〔実施例3〕 図3に本実施例を示す。ま
ず、基板(コーニング7059)上に下地の酸化珪素膜
を形成し、さらに、島状のアモルファスシリコン膜を厚
さ300〜1000Å、例えば、500Å成膜した。そ
して、レーザー照射によってアモルファスシリコン膜の
結晶化をおこなった。Embodiment 3 FIG. 3 shows this embodiment. First, a base silicon oxide film was formed on a substrate (Corning 7059), and an island-shaped amorphous silicon film was formed to a thickness of 300 to 1000 Å, for example, 500 Å. Then, the amorphous silicon film was crystallized by laser irradiation.
【0050】レーザーはKrFエキシマーレーザー(波
長248nm、パルス幅20nsec)を使用し、レー
ザーのエネルギー密度は250〜450mJ/cm2 と
した。レーザー照射の際、基板は350〜450℃に加
熱した。レーザーのショット数は2〜10ショットとし
た。レーザーのエネルギー密度、ショット数、温度はア
モルファスシリコン膜の膜質に依存するので、膜質によ
って最適な値を選択すればよい。また、本実施例ではパ
ルスレーザーを用いたが、アルゴンイオンレーザーのご
とき連続発振レーザーを用いてもよい。このようにして
得た結晶性シリコン膜をエッチングして、島状シリコン
領域を形成した。The laser used was a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec), and the energy density of the laser was 250 to 450 mJ / cm 2 . During laser irradiation, the substrate was heated to 350-450 ° C. The number of laser shots was 2 to 10 shots. Since the energy density, the number of shots, and the temperature of the laser depend on the film quality of the amorphous silicon film, an optimum value may be selected according to the film quality. Although a pulse laser is used in this embodiment, a continuous wave laser such as an argon ion laser may be used. The crystalline silicon film thus obtained was etched to form an island-shaped silicon region.
【0051】その後、プラズマCVD法によって、全面
に窒化珪素膜301を厚さ500Å堆積した。続いて、
同じくプラズマCVD法によって、全面に酸化珪素膜を
厚さ3000Å形成した。そして、この酸化珪素膜をエ
ッチングして、ドーピングのマスク302、303、3
04を形成した。さらに、Nチャネル型TFTを形成す
る領域をフォトレジストのマスク305で覆った。Thereafter, a silicon nitride film 301 was deposited over the entire surface by plasma CVD to a thickness of 500.degree. continue,
Similarly, a silicon oxide film having a thickness of 3000 .ANG. Was formed on the entire surface by the plasma CVD method. Then, this silicon oxide film is etched, and doping masks 302, 303, and 3 are formed.
04 was formed. Further, a region for forming an N-channel TFT was covered with a photoresist mask 305.
【0052】この状態でイオンドーピング法によって硼
素イオンのドーピングをおこなった。ドーピングガスと
して水素希釈したジボラン(B2 H6 )を用いた。イオ
ンの加速電圧は、10〜50kV、例えば、20kVと
した。窒化珪素膜301が存在する分だけ、加速電圧は
高くする必要がある。また、ドーズ量は1×1014〜6
×1015原子/cm2 、例えば、3×1015原子/cm
2 とした。こうして、P型不純物領域306、307を
形成した。(図3(A))In this state, boron ion doping was performed by an ion doping method. Diborane diluted with hydrogen (B 2 H 6 ) was used as a doping gas. The ion acceleration voltage was 10 to 50 kV, for example, 20 kV. The acceleration voltage needs to be increased by the amount of the silicon nitride film 301. The dose is 1 × 10 14 to 6
× 10 15 atoms / cm 2 , for example, 3 × 10 15 atoms / cm
And 2 . Thus, P-type impurity regions 306 and 307 were formed. (FIG. 3 (A))
【0053】フォトレジストマスク305を除去した
後、再び、イオンドーピング法によって燐イオンのドー
ピングをおこなった。ドーピングガスは水素希釈のフォ
スフィン(PH3 )をもちいた。イオンの加速電圧は、
10〜50kV、例えば、20kVとした。また、ドー
ズ量は1×1014〜6×1015原子/cm2 、例えば、
1×1015原子/cm2 とした。この際には、燐は全面
に注入されたが、燐のドーズ量が先のドーピングの硼素
のドーズ量よりも小さいので、先に形成されたP型不純
物領域306、307の導電型は相変わらずP型であっ
た。こうして、N型不純物領域309を形成した。(図
3(B)))After removing the photoresist mask 305, phosphorus ions were again doped by the ion doping method. Phosphine (PH 3 ) diluted with hydrogen was used as a doping gas. The ion acceleration voltage is
10 to 50 kV, for example, 20 kV. The dose is 1 × 10 14 to 6 × 10 15 atoms / cm 2 , for example,
1 × 10 15 atoms / cm 2 . At this time, phosphorus was implanted into the entire surface, but since the dose of phosphorus is smaller than the dose of boron in the previous doping, the conductivity type of the previously formed P-type impurity regions 306 and 307 is still P-type. It was a mold. Thus, an N-type impurity region 309 was formed. (FIG. 3 (B))
【0054】次に、フォトレジストマスク308および
マスク302〜304、窒化珪素膜301を除去し、ゲ
イト絶縁膜として機能する酸化珪素膜310を厚さ80
0〜1500Å、例えば、1200Å形成した。そし
て、ハロゲンランプ光を瞬間的にを照射することによっ
て、ドーピングされた不純物の活性化とゲイト絶縁膜と
シリコン領域の界面特性の改善をおこなった。Next, the photoresist mask 308, the masks 302 to 304, and the silicon nitride film 301 are removed, and a silicon oxide film 310 functioning as a gate insulating film is formed to a thickness of 80.
0 to 1500 °, for example, 1200 °. By irradiating a halogen lamp light instantaneously, the doped impurity was activated and the interface characteristics between the gate insulating film and the silicon region were improved.
【0055】ランプから放射される光の強度は、モニタ
ーの単結晶シリコンウェハー上の温度が800〜130
0℃、代表的には900〜1200℃の間にあるように
調整した。具体的には、シリコンウェハーに埋め込んだ
熱電対の温度をモニターして、これを赤外線の光源にフ
ィードバックさせた。昇温は、一定で速度は50〜20
0℃/秒、降温は自然冷却で20〜100℃であった。The intensity of the light radiated from the lamp depends on the temperature on the single crystal silicon wafer of the monitor being 800 to 130.
The temperature was adjusted to be 0 ° C., typically between 900 and 1200 ° C. Specifically, the temperature of the thermocouple embedded in the silicon wafer was monitored and fed back to the infrared light source. The temperature rise is constant and the speed is 50-20
0 ° C./sec, the temperature was lowered to 20 to 100 ° C. by natural cooling.
【0056】特に真性または実質的に真性の非晶質珪素
は可視光、特に0.5μm未満の波長の光ではよく吸収
され、光を熱に変換できるが、本発明の光は0.5〜4
μmの波長の光を照射する。この波長は結晶化させた真
性または実質的に真性(燐またはホウ素が1017cm-3
以下)の珪素膜に対し、有効に光を吸収し、熱に変換で
きる。また、10μm以上の波長の遠赤外光はガラス基
板に吸収され、加熱されるが、4μm以下の波長が大部
分の場合はガラスの加熱が極めて少ない。すなわち、結
晶化された珪素膜をさらに結晶化させるには0.5〜4
μmの波長が有効である。In particular, intrinsic or substantially intrinsic amorphous silicon is well absorbed by visible light, especially light having a wavelength of less than 0.5 μm, and can convert light to heat. 4
Irradiate light with a wavelength of μm. This wavelength is the crystallized intrinsic or substantially intrinsic (10 17 cm -3 of phosphorus or boron).
Light can be effectively absorbed by the silicon film of the following) and converted into heat. Further, far-infrared light having a wavelength of 10 μm or more is absorbed by the glass substrate and heated, but when the wavelength of 4 μm or less is the majority, the glass is heated very little. That is, to further crystallize the crystallized silicon film, 0.5 to 4
A wavelength of μm is effective.
【0057】なお、図から明らかなように、本実施例で
は、基板の上下から光を照射したので従来の作製プロセ
ス(図4参照)で問題となった境界の部分の劣化による
信頼性の低下は著しく減少した。(図3(C)) その後、スパッタ法によって厚さ3000〜8000
Å、例えば、5000Åのアルミニウム膜(1〜5重量
%のスカンジウムを含有する)を成膜し、これをエッチ
ングして、アルミニウムゲイト電極・配線311、31
2、313、314を形成した。As is apparent from the figure, in this embodiment, since the light was irradiated from above and below the substrate, the reliability attributable to the deterioration of the boundary portion which was a problem in the conventional manufacturing process (see FIG. 4) was reduced. Decreased significantly. (FIG. 3 (C)) Thereafter, the thickness is 3000 to 8000 by a sputtering method.
Å, for example, a 5000Å aluminum film (containing scandium of 1 to 5% by weight) is formed and etched to form aluminum gate electrodes / wirings 311 and 31
2, 313 and 314 were formed.
【0058】この際、実施例2と同様に、アクティブマ
トリクス回路以外の領域をフォトレジスト315で覆っ
って、ゲイト電極・配線313、314に電流を通じて
陽極酸化をおこない、酸化アルミニウム被膜を厚さ10
00〜2500Å、ゲイト電極・配線313、314の
上面および側面にはバリヤ型の陽極酸化物被膜を形成し
た。At this time, as in the second embodiment, an area other than the active matrix circuit is covered with a photoresist 315, anodization is performed by passing current through the gate electrodes / wirings 313 and 314, and an aluminum oxide film having a thickness of 10 mm is formed.
A barrier-type anodic oxide film was formed on the upper and side surfaces of the gate electrodes / wirings 313, 314 at a temperature of 00 to 2500 °.
【0059】また、この際、ゲイト電極・配線311、
312は不純物領域309、306に対してオーバーラ
ップとなるようにした。一方、ゲイト電極・配線303
はオフセットとなるようにしたが、実施例2とは異なっ
て、不純物領域307の一方(画素電極を形成する方)
はオフセットとし、他方はオーバーラップとなるように
した。また、ゲイト配線314は不純物領域上に形成さ
れたため、TFTのゲイト電極としては機能せず、キャ
パシターの一方の電極として機能した。(図3(D))At this time, the gate electrode / wiring 311,
312 overlaps with the impurity regions 309 and 306. On the other hand, the gate electrode / wiring 303
Is offset, but unlike the second embodiment, one of the impurity regions 307 (the one forming the pixel electrode)
Is an offset, and the other is an overlap. Further, since the gate wiring 314 was formed on the impurity region, it did not function as the gate electrode of the TFT, but functioned as one electrode of the capacitor. (FIG. 3 (D))
【0060】その後、フォトレジスト315を除去し、
TEOSを材料ガスとしたプラズマCVD法によって層
間絶縁物として酸化珪素膜316を厚さ5000Å形成
し、これにコンタクトホールを形成した。そして、厚さ
5000Åのアルミニウム膜を形成し、これをエッチン
グして電極・配線317〜322を不純物領域やゲイト
配線に形成した。(図3(E))After that, the photoresist 315 is removed,
A silicon oxide film 316 was formed to a thickness of 5000 .ANG. As an interlayer insulator by a plasma CVD method using TEOS as a material gas, and a contact hole was formed therein. Then, an aluminum film having a thickness of 5000 ° was formed, and this was etched to form electrodes and wirings 317 to 322 in impurity regions and gate wirings. (FIG. 3 (E))
【0061】最後に、パッシベーション膜として厚さ3
000Åの窒化珪素膜323をプラズマCVD法によっ
て形成し、これと酸化珪素膜316をエッチングして、
不純物領域307に対してコンタクトホールを形成し
た。そして、透明導電膜(例えば、インディウム錫酸化
物膜)を形成し、これをエッチングして、画素電極32
4を形成した。(図3(F))Finally, a passivation film having a thickness of 3
A silicon nitride film 323 of 2,000 ° is formed by a plasma CVD method, and the silicon oxide film 316 is etched by
A contact hole was formed for impurity region 307. Then, a transparent conductive film (for example, an indium tin oxide film) is formed, and this is etched to form a pixel electrode 32.
4 was formed. (FIG. 3 (F))
【0062】以上の工程によって、Nチャネル型TFT
325、Pチャネル型TFT326、327を形成する
ことができた。また、TFT327に隣接して容量32
8(これはゲイト絶縁膜310を誘電体とする)も形成
できた。本実施例では、TFT327はアクティブマト
リクス回路の画素のスイッチング素子あるいはサンプリ
ングTFTに用いられるTFTを表しており、TFT3
25、326はその他の論理回路に用いられるTFTを
表している。Through the above steps, an N-channel TFT
325 and P-channel TFTs 326 and 327 could be formed. Further, the capacitor 32 is adjacent to the TFT 327.
8 (which uses the gate insulating film 310 as a dielectric) was also formed. In this embodiment, the TFT 327 represents a TFT used as a switching element or a sampling TFT of a pixel of the active matrix circuit.
Reference numerals 25 and 326 denote TFTs used in other logic circuits.
【0063】[0063]
【発明の効果】本発明によって、アルミニウムを主成分
とする材料によってゲイト電極・配線を構成する薄膜半
導体集積回路を形成することができた。本実施例による
TFTは650℃以下の低温プロセスによるものであり
ながら、信頼性に優れ、劣化の程度の少ないものであっ
た。具体的には、ソースを接地し、ドレインもしくはゲ
イトの一方もしくは双方に+20V以上、もしくは−2
0V以下の電位を加えた状態で10時間以上放置した場
合でもトランジスタの特性には大きな影響はなかった。
以上のように、本発明は工業上有益な発明である。According to the present invention, a thin film semiconductor integrated circuit constituting a gate electrode and a wiring can be formed by using a material containing aluminum as a main component. Although the TFT according to the present example was formed by a low-temperature process of 650 ° C. or lower, it had excellent reliability and was less likely to deteriorate. Specifically, the source is grounded, and +20 V or more or -2 is applied to one or both of the drain and the gate.
Even when left for 10 hours or more in a state where a potential of 0 V or less was applied, the characteristics of the transistor were not significantly affected.
As described above, the present invention is an industrially useful invention.
【図1】 本発明の実施例を示す。(実施例1参照)FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. (See Example 1)
【図2】 本発明の実施例を示す。(実施例2参照)FIG. 2 shows an embodiment of the present invention. (See Example 2)
【図3】 本発明の実施例を示す。(実施例3参照)FIG. 3 shows an embodiment of the present invention. (See Example 3)
【図4】 従来の技術の例を示す。FIG. 4 shows an example of a conventional technique.
【図5】 本発明を用いた集積回路のブロック図を示
す。FIG. 5 shows a block diagram of an integrated circuit using the present invention.
101・・・・・・・・・・・ 基板 102・・・・・・・・・・・ 下地酸化膜 103・・・・・・・・・・・ 島状半導体領域 104、105、106・・・ ドーピングマスク 107・・・・・・・・・・・ フォトレジストのマス
ク 108、108・・・・・・・ P型不純物領域 110・・・・・・・・・・・ フォトレジストのマス
ク 111・・・・・・・・・・・ N型不純物領域 112・・・・・・・・・・・ ゲイト絶縁膜 113、114、115・・・ ゲイト電極 116・・・・・・・・・・・ ゲイト配線 117・・・・・・・・・・・ 層間絶縁物 118〜123・・・・・・・ 上部配線・電極 124・・・・・・・・・・・ パッシベーション膜 125・・・・・・・・・・・ 画素電極 126・・・・・・・・・・・ Nチャネル型TFT 127、128・・・・・・・ Pチャネル型TFT 129・・・・・・・・・・・ 容量101: Substrate 102: Base oxide film 103: Island-shaped semiconductor region 104, 105, 106 .. Doping mask 107 ... Photoresist mask 108, 108 ... P-type impurity region 110 ... Photoresist mask 111 N-type impurity region 112 Gate insulating film 113, 114, 115 Gate electrode 116 ··· Gate wiring 117 ··· Interlayer insulator 118 to 123 ····· Upper wiring and electrode 124 ··· Passivation film 125 ·・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Pixel electrode 126 ・ ・ ・N-channel TFTs 127 and 128 P-channel TFT 129 Capacitance
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹村 保彦 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社 半導体エネルギー研究所内 審査官 棚田 一也 (56)参考文献 特開 平3−201538(JP,A) 特開 平6−77252(JP,A) 特開 平5−21463(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 G02F 1/1368 H01L 21/205 H01L 21/336 H01L 29/40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yasuhiko Takemura 398 Hase, Atsugi-shi, Kanagawa Examiner, Kazuya Tanada, Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. (56) References JP-A-3-201538 (JP, A) Hei 6-77252 (JP, A) JP-A Hei 5-21463 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 G02F 1/1368 H01L 21/205 H01L 21 / 336 H01L 29/40
Claims (9)
る第1の工程と、 該半導体領域に、選択的に不純物を導入して不純物領域
を形成する第2の工程と、 該半導体領域を覆って、絶縁膜を形成する第3の工程
と、 該半導体領域および絶縁膜をアニール処理する第4の工
程と、 該絶縁膜上にゲイト電極・配線を形成する第5の工程と
を有することを特徴とする薄膜半導体集積回路の作製方
法。A first step of forming an island-shaped semiconductor region on an insulating surface; a second step of selectively introducing an impurity into the semiconductor region to form an impurity region; A third step of forming an insulating film covering the semiconductor film, a fourth step of annealing the semiconductor region and the insulating film, and a fifth step of forming a gate electrode and a wiring on the insulating film. A method for manufacturing a thin film semiconductor integrated circuit, comprising:
導体領域を形成する第1の工程と、 該第1および第2の半導体領域に、選択的に不純物を導
入して不純物領域を形成する第2の工程と、 該第1および第2の半導体領域を覆って、絶縁膜を形成
する第3の工程と、 該第1および第2の半導体領域および絶縁膜をアニール
処理する第4の工程と、 該絶縁膜上にゲイト電極・配線を形成する第5の工程と
を有し、第1の半導体領域に形成されたゲイト電極は不
純物領域と実質的にオーバーラップし、第2の半導体領
域に形成されたゲイト電極は不純物領域と重ならない部
分があることを特徴とする薄膜半導体集積回路の作製方
法。2. A first step of forming first and second island-shaped semiconductor regions on an insulating surface, and selectively introducing impurities into the first and second semiconductor regions. A second step of forming an insulating film covering the first and second semiconductor regions; and a third step of annealing the first and second semiconductor regions and the insulating film. 4) and a fifth step of forming a gate electrode / wiring on the insulating film, wherein the gate electrode formed in the first semiconductor region substantially overlaps the impurity region, and Wherein the gate electrode formed in the semiconductor region has a portion which does not overlap with the impurity region.
導体領域を形成する第1の工程と、 該第1の半導体領域にN型もしくはP型のいずれかの導
電型の不純物領域を形成する第2の工程と該第2の半導
体領域に第1の工程で形成された不純物領域の導電型と
は逆の導電型の不純物領域を形成する第3の工程と、 該第1および第2の半導体領域をアニール処理する第4
の工程と、 該絶縁膜上にゲイト電極・配線を形成する第5の工程と
を有し、該第1および第2の半導体領域に形成されたゲ
イト電極は不純物領域と実質的にオーバーラップするこ
とを特徴とする薄膜半導体集積回路の作製方法。3. A first step of forming first and second island-shaped semiconductor regions on an insulating surface, and an N-type or P-type conductive impurity region in the first semiconductor region. A third step of forming an impurity region of a conductivity type opposite to the conductivity type of the impurity region formed in the first step in the second semiconductor region; Fourth annealing of the second semiconductor region
And a fifth step of forming a gate electrode and a wiring on the insulating film, wherein the gate electrodes formed in the first and second semiconductor regions substantially overlap with the impurity regions. A method for manufacturing a thin film semiconductor integrated circuit, comprising:
アニール処理は、650℃以下の熱アニール処理である
ことを特徴とする薄膜半導体集積回路の作製方法。4. The method for manufacturing a thin film semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the annealing in the fourth step is a thermal annealing at 650 ° C. or lower.
アニール処理は、レーザー光もしくはそれと同等な強光
を照射する光アニール処理であることを特徴とする薄膜
半導体集積回路の作製方法。5. The method for manufacturing a thin film semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the annealing treatment in the fourth step is a light annealing treatment for irradiating laser light or strong light equivalent thereto.
アニール処理は、ハロゲンを含有する雰囲気にておこな
われることを特徴とする薄膜半導体集積回路の作製方
法。6. The method for manufacturing a thin film semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the annealing in the fourth step is performed in an atmosphere containing halogen.
第2の工程の間に、窒化珪素を主成分とする被膜を該半
導体領域を覆って形成する工程を有することを特徴とす
る薄膜半導体集積回路の作製方法。7. The method according to claim 1, further comprising, between the first step and the second step, a step of forming a film containing silicon nitride as a main component so as to cover the semiconductor region. A method for manufacturing a thin film semiconductor integrated circuit.
は窒化珪素を主成分とする被膜上に形成されることを特
徴とする薄膜半導体集積回路の作製方法。8. The method for manufacturing a thin film semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the semiconductor region is formed on a film containing silicon nitride as a main component.
2の半導体領域に形成されたゲイト電極・配線の側面お
よび上面が陽極酸化されることによって、表面に酸化物
被膜が形成される工程を有することを特徴とする薄膜半
導体集積回路の作製方法。9. The method according to claim 2, wherein after the fifth step, an oxide film is formed on the surface by anodizing the side and top surfaces of the gate electrode / wiring formed in the second semiconductor region. A method for manufacturing a thin film semiconductor integrated circuit, comprising the steps of:
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