JP4766758B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はゲッタリング技術を用いた半導体装置の作製方法及び、当該作製方法により得られる半導体装置に関する。特に本発明は、半導体膜の結晶化において触媒作用のある金属元素を添加して作製される結晶質半導体膜を用いた半導体装置の作製方法並びに半導体装置に関する。
【0002】
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。
【0003】
【従来の技術】
結晶構造を有する半導体膜(以下、結晶質半導体膜という)を用いた代表的な半導体素子として薄膜トランジスタ(以下、TFTと記す)が知られている。TFTはガラスなどの絶縁基板上に集積回路を形成する技術として注目され、駆動回路一体型液晶表示装置などが実用化されつつある。従来からの技術において、結晶質半導体膜は、プラズマCVD法や減圧CVD法で堆積した非晶質半導体膜を、加熱処理やレーザーアニール法(レーザー光の照射により半導体膜を結晶化させる技術)により作製されている。
【0004】
こうして作製される結晶質半導体膜は多数の結晶粒の集合体であり、その結晶方位は任意な方向に配向して制御不能であるため、TFTの特性を制限する要因となっている。このような問題点に対し、特開平7−183540号公報で開示される技術は、ニッケルなど半導体膜の結晶化に対し触媒作用のある金属元素を添加して結晶質半導体膜を作製するものであり、結晶化に必要とする加熱温度を低下させる効果ばかりでなく、結晶方位の配向性を単一方向に高めることが可能である。このような結晶質半導体膜でTFTを形成すると、電界効果移動度の向上のみでなく、サブスレッショルド係数(S値)が小さくなり、飛躍的に電気的特性を向上させることが可能となっている。
【0005】
しかし、触媒作用のある金属元素を添加する故に、結晶質半導体膜の膜中或いは膜表面には、当該金属元素が残存し、得られる素子の特性をばらつかせるなどの問題がある。その一例は、TFTにおいてオフ電流が増加し、個々の素子間でばらつくなどの問題がある。即ち、結晶化に対し触媒作用のある金属元素は、一旦、結晶質半導体膜が形成されてしまえば、かえって不要な存在となってしまう。
【0006】
リンを用いたゲッタリングは、このような金属元素を結晶質半導体膜の特定の領域から除去するための手法として有効に活用されている。例えば、TFTのソース・ドレイン領域にリンを添加して450〜700℃の熱処理を行うことで、チャネル形成領域から当該金属元素を容易に除去することが可能である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
リンはイオンドープ法(PH3などをプラズマで解離して、イオンを電界で加速して半導体中に注入する方法であり、基本的にイオンの質量分離を行わない方法を指す)で結晶質半導体膜に注入するが、ゲッタリングのために必要なリン濃度は1×1020/cm3以上である。イオンドープ法によるリンの添加は、結晶質半導体膜の非晶質化をもたらすが、リン濃度の増加はその後のアニールによる再結晶化の妨げとなり問題となっている。また、高濃度のリンの添加は、ドーピングに必要な処理時間の増大をもたらし、ドーピング工程におけるスループットを低下させるので問題となっている。
【0008】
さらに、pチャネル型TFTのソース・ドレイン領域に添加したリンに対し、その導電型を反転させるために必要な硼素の濃度は1.5〜3倍が必要であり、再結晶化の困難さに伴って、ソース・ドレイン領域の高抵抗化をもたらし問題となっている。
【0009】
本発明はこのような問題を解決するための手段であり、半導体膜の結晶化に対して触媒作用のある金属元素を用いて得られる結晶質半導体膜に残存する当該金属元素を効果的に除去する技術を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
ゲッタリング技術は単結晶シリコンウエハーを用いる集積回路の製造技術において主要な技術として位置付けられている。ゲッタリングは半導体中に取り込まれた金属不純物が、何らかのエネルギーでゲッタリングサイトに偏析して、素子の能動領域の不純物濃度を低減させる技術として知られている。それは、エクストリンシックゲッタリング(Extrinsic Gettering)とイントリンシックゲッタリング(Intrinsic Gettering)の二つに大別されている。エクストリンシックゲッタリングは外部から歪場や化学作用を与えてゲッタリング効果をもたらすものである。高濃度のリンを単結晶シリコンウエハーの裏面から拡散させるリンゲッタはこれに当たり、前述の結晶質半導体膜に対するリンを用いたゲッタリングもエクストリンシックゲッタリングの一種と見なすことができる。
【0011】
一方、イントリンシックゲッタリングは単結晶シリコンウエハーの内部に生成された酸素が関与する格子欠陥の歪場を利用したものとして知られている。本発明は、このような格子欠陥、或いは格子歪みを利用したイントリンシックゲッタリングに着目したものであり、厚さ10〜100nm程度の結晶質半導体膜に適用するために以下の手段を採用するものである。
【0012】
本発明は、窒化珪素膜上に金属元素を用いて結晶構造を有する第1の半導体膜を形成する工程と、エッチングストッパーとなる膜(バリア層)を形成する工程と、希ガス元素を含む第2の半導体膜(ゲッタリングサイト)を形成する工程と、ゲッタリングサイトに金属元素をゲッタリングさせる工程と、前記第2の半導体膜を除去する工程とを有している。
【0013】
また、希ガス元素を含む第2の半導体膜(ゲッタリングサイト)を形成する工程は、非晶質構造または結晶構造を有する半導体膜を形成した後、該半導体膜に希ガス元素を添加すればよい。また、希ガス元素を添加する方法としてはイオンドープ法またはイオン注入法を用いればよい。
【0014】
また、希ガス元素はHe、Ne、Ar、Kr、Xeから選ばれた一種または複数種であり、これらのイオンを電界で加速して半導体膜に注入することにより、ダングリングボンドや格子歪みを形成してゲッタリングサイトを形成することができる。
【0015】
また、希ガス元素を含む第2の半導体膜(ゲッタリングサイト)を形成する他の手段としては、希ガス元素を含む原料ガスを用いたプラズマCVD法や減圧熱CVD法で希ガス元素を含む第2の半導体膜を成膜してもよい。ただし、膜剥がれが生じないように成膜条件を調節する。
【0016】
また、他の手段としては、スパッタ法で希ガス元素を含む第2の半導体膜を成膜してもよい。
【0017】
また、プラズマCVD法や減圧熱CVD法やスパッタ法等を用い、成膜段階で希ガス元素を含む第2の半導体膜を得た後、さらに希ガス元素を添加してゲッタリング効率を向上させてもよい。
【0018】
また、希ガス元素に加え、H、H2、O、O2、Pから選ばれた一種または複数種を添加してもよい。このように複数の元素を添加することにより相乗的にゲッタリング効果が得られる。中でもO、O2は効果的であり、成膜条件または成膜後の添加により、第2の半導体膜中におけるSIMS分析での酸素濃度を5×1018/cm3以上、好ましくは1×1019/cm3〜1×1022/cm3の濃度範囲とするとゲッタリング効率が向上する。なお、希ガス元素はほとんど拡散しないが、希ガス元素に加えて添加する他の元素が拡散しやすい場合、第2の半導体膜の膜厚を厚めに調節して、添加した他の元素が後の熱処理で第1の半導体膜に拡散しないようにすることが好ましい。また、第2の半導体膜だけでなく、バリア層も他の元素の拡散を防止する機能を有する。
【0019】
また、本発明は、結晶構造を有する第1の半導体膜と接する下地絶縁膜として、膜厚10nm以下の窒化珪素膜からなる絶縁膜を用いてゲッタリング効率を向上させることを特徴としている。なお、この窒化珪素膜はブロッキング効果をも有している。
【0020】
本明細書で開示する発明の構成は、
絶縁表面上に電極を形成する第1工程と、
前記電極上に平坦な第1絶縁膜を形成する第2工程と、
前記第1絶縁膜上に窒化珪素膜からなる第2絶縁膜を形成する第3工程と、
前記第2絶縁膜上に非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成する第4工程と、
前記第1の半導体膜に金属元素を添加する第5工程と、
前記第1の半導体膜を結晶化させて結晶構造を有する第1の半導体膜を形成する第6工程と、
前記結晶構造を有する第1の半導体膜の表面にバリア層を形成する第7工程と、
前記バリア層上に希ガス元素を1×1019〜1×1022/cm3の濃度で含む第2の半導体膜を形成する第8工程と、
前記第2の半導体膜に前記金属元素をゲッタリングして、結晶構造を有する第1の半導体膜中の前記金属元素を除去または低減する第9工程と、
前記第2の半導体膜及びバリア層を除去する第10工程とを有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0021】
上記構成において、前記金属元素はFe、Ni、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【0022】
また、上記構成において、ゲッタリング効率を向上させるために前記第1の半導体膜に含まれる酸素濃度を5×1018/cm3以下とすることが好ましい。
【0023】
また、上記構成において、ゲッタリング効率を向上させるために前記第2の半導体膜に含まれる酸素濃度を5×1018/cm3以上とすることが好ましい。
【0024】
また、上記構成において、ゲッタリング効率を向上させるために前記第2絶縁膜は、窒化珪素膜とすることが好ましい。
【0025】
また、上記各構成において、平坦な第1絶縁膜を形成する第2工程は、平坦性を向上させる公知の技術、例えばCMP(ケミカルメカニカルポリッシング)と呼ばれる研磨工程を用いればよい。
【0026】
なお、上記各構成において、前記電極は、最終的に半導体装置が完成した後、結晶構造を有する半導体膜に照射される外光を遮光するために設けられたものである。
【0027】
また、上記各構成において、前記第6工程は、加熱処理、強光を照射する処理、またはレーザー光(波長400nm以下のエキシマレーザー光や、YAGレーザーの第2高調波、第3高調波)を照射する処理の内、いすれか一の処理、もしくはこれらを組み合わせた処理であることを特徴としている。
【0028】
また、上記各構成において、前記バリア層を形成する第7の工程は、オゾンを含む溶液で前記結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する工程、もしくは酸素雰囲気下の紫外線の照射で前記結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する工程である工程とすればよい。
【0029】
また、上記各構成において、前記第9工程は、加熱処理、あるいは前記非晶質構造を有する半導体膜に強光を照射する処理を用いればよい。また、前記第9工程は、加熱処理を行い、且つ、前記非晶質構造を有する半導体膜に強光を照射する処理であってもよい。
【0030】
また、前記強光は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光であることを特徴としている。
【0031】
また、本発明は上記構成に限定されず、第2の半導体膜の上層のみに希ガス元素を添加してゲッタリングサイトを形成してもよい。また、希ガス元素を含んでいない第2の半導体膜上に第3の半導体膜を形成し、その第3の半導体膜のみに希ガス元素を添加してゲッタリングサイトを形成してもよい。
【0032】
上記作製方法に関する本発明によって、以下の構成が得られる。
【0033】
本明細書で開示する発明の構成は、
絶縁表面上に第1電極と、該第1電極上に平坦な第1絶縁膜と、該第1絶縁膜上に窒化珪素膜からなる第2絶縁膜と、該第2絶縁膜上に半導体層と、該半導体層上に第3絶縁膜と、該第3絶縁膜上に第2電極とを有し、
前記第1電極は、前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜を間に挟んで前記半導体層と重なっており、前記第2電極は、前記第3絶縁膜を間に挟んで前記半導体層と重なっていることを特徴とする半導体装置である。
【0034】
上記構成において、前記第1絶縁膜は機械的に研磨されて平坦化した絶縁膜であることを特徴としている。
【0035】
また、上記構成において、前記半導体層のうち、前記第3絶縁膜を間に挟んで前記第2電極と重なる領域はチャネル形成領域であることを特徴としている。なお、前記チャネル形成領域に含まれる金属元素の濃度が1×1017/cm3未満であることを特徴としている。
【0036】
前記チャネル形成領域に含まれる金属元素は、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種または複数種である。
【0037】
また、上記構成において、前記半導体層は、少なくとも一部に希ガス元素を含む。ただし、ゲッタリング条件によっては希ガス元素を含まない場合もある。
【0038】
また、窒化珪素膜からなる絶縁膜上にニッケル元素をスパッタ法で散布した後、第1の半導体膜を形成し、バリア層を設け、希ガス元素を含む第2の半導体膜を形成した後、加熱処理または強光によって第1の半導体膜の結晶化およびゲッタリングを同時に行ってもよい。
【0039】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、以下に説明する。
【0040】
本発明の特徴の一つは、絶縁表面上に電極を形成するプロセスと、電極を覆う平坦な第1の絶縁膜を形成するプロセスと、第1の絶縁膜上に窒化珪素膜からなる第2の絶縁膜を形成するプロセスと、第2の絶縁膜上に結晶化を助長する金属元素を用いて結晶質半導体膜を形成するプロセスと、結晶質半導体膜上にバリア層を形成するプロセスと、バリア層上に希ガス元素を含む半導体膜(ゲッタリングサイト)を形成するプロセスと、加熱処理するプロセスとを有しており、該加熱処理により結晶質半導体膜に含まれる金属元素が移動してバリア層を通り抜け、ゲッタリングサイト(希ガス元素のイオンを含む半導体膜)に捕獲され、結晶質半導体膜から金属元素を除去または低減することである。なお、加熱処理に代えて強光を照射してもよいし、加熱処理と同時に強光を照射してもよい。
【0041】
(実施の形態1)
以下に代表的なTFTの作製手順を簡略に図1、2を用いて示す。
【0042】
図1(A)中、100は、絶縁表面を有する基板、101は電極、102は平坦化膜、103は窒化珪素膜からなる絶縁膜、104は非晶質構造を有する半導体膜である。
【0043】
まず、基板100上に導電膜を形成し、パターニングを施すことにより金属または合金からなる電極101を形成する。この電極101は後に形成されるゲート電極と接続される走査線である。なお、この電極は、後に形成される活性層を光から保護する遮光層としても機能する。ここでは、ここでは基板100として石英基板を用い、電極101としてポリシリコン膜とタングステンシリサイド(W−Si)膜の積層構造を用いる。
【0044】
次いで、電極101を覆う絶縁膜(酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜)を膜厚100〜1000nm(代表的には300〜500nm)で形成し、平坦化処理を行って平坦化膜102を形成する。平坦化膜は、平坦化処理を施した絶縁膜を指しており、平坦性を向上させる公知の技術、例えばCMP(ケミカルメカニカルポリッシング)と呼ばれる研磨工程を用いればよい。
【0045】
次いで、平坦化膜上に窒化珪素膜からなる絶縁膜103を形成する。次いで、絶縁膜103上に非晶質構造を有する第1の半導体膜104を形成する。(図1(A))
【0046】
次いで、非晶質構造を有する第1の半導体膜104を結晶化させる技術として特開平8-78329号公報記載の技術を用いて結晶化させる。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜に対して結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がる結晶構造を有する半導体膜を形成するものである。ここでは、ニッケルを含む溶液を第1の半導体膜104上に塗布してニッケル含有層105を形成する。(図1(A))塗布によるニッケル含有層105の形成方法以外の他の手段として、スパッタ法、蒸着法、またはプラズマ処理により極薄い膜を形成する手段を用いてもよい。
【0047】
次いで、加熱処理または強光の照射を行い、結晶化を行う。この場合、結晶化は触媒となる金属元素が接した半導体膜の部分でシリサイドが形成され、それを核として結晶化が進行する。こうして、図1(C)に示す結晶構造を有する第1の半導体膜106が形成される。なお、第1の半導体膜106に含まれる酸素濃度は、5×1018/cm3以下とすることが望ましい。ここでは、脱水素化のための熱処理(450℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(550℃〜650℃で4〜24時間)を行う。また、強光の照射により結晶化を行う場合は、赤外光、可視光、または紫外光のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることが可能であるが、代表的には、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いる。ランプ光源は、1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1回〜10回繰り返し、半導体膜が瞬間的に600〜1000℃程度にまで加熱すればよい。なお、必要であれば、強光を照射する前に非晶質構造を有する第1の半導体膜104に含有する水素を放出させる熱処理を行ってもよい。また、加熱処理と強光の照射とを同時に行って結晶化を行ってもよい。
【0048】
次いで、結晶化率(膜の全体積における結晶成分の割合)を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、結晶構造を有する第1の半導体膜106に対してレーザー光を照射することが望ましい。光には波長400nm以下のエキシマレーザー光や、YAGレーザーの第2高調波、第3高調波を用いる。
【0049】
次いで、オゾン含有水溶液で極薄い酸化膜からなるバリア層107を形成し、このバリア層107上に第2の半導体膜108を形成する。(図1(D))このバリア層107は、後の工程で第2の半導体膜108のみを選択的に除去する際にエッチングストッパーとして機能する。また、第2の半導体膜108に含まれる酸素濃度は、5×1018/cm3以上とすることが望ましい。第2の半導体膜108としては非晶質構造を有する半導体膜であってもよいし、結晶構造を有する半導体膜であってもよい。
【0050】
次いで、第2の半導体膜108に希ガス元素をイオンドーピング法またはイオン注入法により添加してゲッタリングサイトを形成する。(図1(E))希ガス元素としてはヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用いる。ここではゲッタリングサイトを形成するためにこれら不活性気体をイオンソースとして用い、イオンドープ法或いはイオン注入法で第2の半導体膜に注入する。これら不活性気体のイオンを注入する意味は二つある。一つは注入によりダングリングボンドを形成し半導体膜に歪みを与えることであり、他の一つは半導体膜の格子間に当該イオンを注入することで歪みを与えることである。不活性気体のイオン注入は、この両者を同時に満たすことができるが、特に後者はアルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)などシリコンより原子半径の大きな元素を用いた時に顕著に得られる。また、希ガス元素を注入することにより、格子歪だけでなく、不対結合手も形成されゲッタリング作用に寄与する。また、希ガス元素に加えて、一導電型の不純物元素であるリンを半導体膜に注入した場合、リンのクーロン力を利用してゲッタリングを行うことができる。
【0051】
また、図1(E)の工程の際、下層には希ガス元素を添加せずにできるだけ第1の半導体における膜結晶構造を維持することが望ましい。
【0052】
次いで、ゲッタリングを行う。(図1(F))ゲッタリングを行う工程としては、窒素雰囲気中で450〜800℃、1〜24時間、例えば550℃にて14時間の熱処理を行えばよい。また、熱処理に代えて強光を照射してもよい。また、熱処理に加えて強光を照射してもよい。このゲッタリングにより、図1(F)中の矢印の方向にニッケルが移動し、バリア層107で覆われた第1の半導体膜106に含まれる金属元素の除去、または金属元素の濃度の低減が行われる。ここでは、ニッケルが第1の半導体膜106に偏析しないよう全て第2の半導体膜109に移動させ、第1の半導体膜106に含まれるニッケルがほとんど存在しない、即ち膜中のニッケル濃度が1×1018/cm3以下、望ましくは1×1017/cm3以下になるように十分ゲッタリングする。
【0053】
本実施の形態においては、上記ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、第1の半導体膜と接する絶縁膜103を窒化シリコン膜とし、さらに第1の半導体膜の上方に設けられた第2の半導体膜109に含まれる酸素濃度を5×1018/cm3以上としてゲッタリング効率の向上を図っている。
【0054】
次いで、バリア層107をエッチングストッパーとして、109で示した第2の半導体膜のみを選択的に除去した後、バリア層107を除去し、第1の半導体膜106を公知のパターニング技術を用いて所望の形状の半導体層110を形成する。(図2(A))
【0055】
次いで、半導体層の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜111となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。この表面洗浄とゲート絶縁膜の形成は、大気にふれさせずに連続的に行うことが望ましい。
【0056】
次いで、ゲート絶縁膜表面を洗浄した後、ゲート電極112を形成する。ここでは図示しないが、電極101と接続するためのコンタクトホールを形成した後、ゲート電極112を形成する。次いで、半導体にn型を付与する不純物元素(P、As等)、ここではリンを適宜添加して、ソース領域113及びドレイン領域114を形成する。添加した後、不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザー光の照射を行う。また、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体層との界面へのプラズマダメージを回復することができる。特に、室温〜300℃の雰囲気中において、表面または裏面からYAGレーザーの第2高調波を照射して不純物元素を活性化させることは非常に有効である。YAGレーザーはメンテナンスが少ないため好ましい活性化手段である。
【0057】
以降の工程は、層間絶縁膜116を形成し、水素化を行って、ソース領域、ドレイン領域に達するコンタクトホールを形成し、ソース電極117、ドレイン電極118を形成してTFTを完成させる。
【0058】
こうして得られたTFTのチャネル形成領域115に含まれる金属元素の濃度は1×1017/cm3未満とすることができる。
【0059】
また、上記作製方法において、第2の半導体膜の膜厚が薄く、第1の半導体膜にも希ガス元素が添加された場合には、少なくともチャネル形成領域115の上層に希ガス元素を含有している。なお、イオンドーピング法またはイオン注入法では条件を適宜選択すれば、希ガス元素が存在する深さを自由に決定できる。
【0060】
また、本発明は図2(B)のTFT構造に限定されず、必要があればチャネル形成領域とドレイン領域(またはソース領域)との間にLDD領域を有する低濃度ドレイン(LDD:Lightly Doped Drain)構造としてもよい。この構造はチャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域またはドレイン領域との間に低濃度に不純物元素を添加した領域を設けたものであり、この領域をLDD領域と呼んでいる。さらにゲート絶縁膜を介してLDD領域をゲート電極と重ねて配置させた、いわゆるGOLD(Gate-drain Overlapped LDD)構造としてもよい。
【0061】
また、ここではnチャネル型TFTを用いて説明したが、n型不純物元素に代えてp型不純物元素を用いることによってpチャネル型TFTを形成することができることは言うまでもない。
【0062】
また、ここではトップゲート型TFTを例として説明したが、TFT構造に関係なく本発明を適用することが可能であり、例えばボトムゲート型(逆スタガ型)TFTや順スタガ型TFTに適用することが可能である。
【0063】
(実施の形態2)
また、バリア層上に第2の半導体膜と第3の半導体膜を形成し、第3の半導体膜のみに希ガス元素を添加してゲッタリングサイトを形成してもよい。ここではその一例を図3を用いて説明する。
【0064】
実施の形態1と同様にバリア層307までを形成する。実施の形態1に従って、基板300上に電極301、平坦化膜302、窒化珪素膜からなる絶縁膜303、結晶構造を有する半導体膜306を形成する。(図3(A))なお、図3(A)は図1(C)に対応している。実施の形態1と同様に、ここでもニッケルを用いて結晶化を行う。
【0065】
次いで、実施の形態1と同様にバリア層307を形成する。次いで、バリア層307上に第2の半導体膜308と第3の半導体膜309を形成する。(図3(B))第2の半導体膜308には、酸素(SIMS分析での濃度が5×1018/cm3以上、好ましくは1×1019/cm3以上)を含有させてゲッタリング効率を向上させることが望ましい。
【0066】
次いで、第3の半導体膜309に希ガス元素を添加してゲッタリングサイト310を形成する。(図3(C))なお、希ガス元素を添加する際、第2の半導体膜308に、希ガス元素が添加されないようにする。この第2の半導体膜308によって、第1の半導体膜306と第3の半導体膜(ゲッタリングサイト)310との間隔を空けている。ゲッタリングの際、金属元素はゲッタリングサイトの境界付近に集まりやすい傾向があるため、本実施の形態のように第2の半導体膜308によって、ゲッタリングサイトの境界を第1の半導体膜306から遠ざけることが望ましい。
【0067】
以降の工程は、実施の形態1に従って、図3(D)に示すようにゲッタリングを行った後、図3(E)に示すように半導体層311を形成し、TFTを完成する。
【0068】
こうして得られたTFTも、チャネル形成領域に含まれる金属元素の濃度を1×1017/cm3未満とすることができる。
【0069】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【0070】
(実施例)
[実施例1]
本実施例ではダブルゲートのTFTに適用し、ダブルゲートのTFTを画素部のTFTに用いたアクティブマトリクス基板を作製する例を示す。
【0071】
まず、絶縁表面を有する基板401上に導電膜を形成し、パターニングを施すことにより走査線402を形成する。この走査線402は後に形成される活性層を光から保護する遮光層としても機能する。ここでは基板401として石英基板を用い、走査線402としてポリシリコン膜(膜厚50nm)とタングステンシリサイド(W−Si)膜(膜厚100nm)の積層構造を用いた。また、ポリシリコン膜はタングステンシリサイドから基板への汚染を保護するものである。
【0072】
次いで、走査線402を覆う絶縁膜403a、403bを膜厚100〜1000nm(代表的には300〜500nm)で形成する。ここではCVD法を用いた膜厚100nmの酸化シリコン膜とLPCVD法を用いた膜厚280nmの酸化シリコン膜を積層させた後、平坦化処理ここではCMP処理を行った。平坦化処理を行った後、窒化珪素膜からなる絶縁膜(窒化シリコン膜とも呼ばれる)403cを形成する。
【0073】
次いで、非晶質半導体膜を膜厚10〜100nmで形成する。ここでは膜厚69nmの非晶質シリコン膜(アモルファスシリコン膜)をLPCVD法を用いて形成した。なお、LPCVD法で成膜した場合、裏面側の膜を除去する工程が必要であるが簡略化のため、ここでは説明を省略する。次いで、この非晶質半導体膜を結晶化させる技術として特開平8-78329号公報記載の技術を用いて結晶化させた。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜に対して結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がる結晶質シリコン膜200を形成するものである。ここでは結晶化を助長する金属元素としてニッケルを用い、脱水素化のための熱処理(450℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(600℃、12時間)を行った。
【0074】
次いで、結晶質シリコン膜200の表面にオゾンを含む溶液により表面に極薄い酸化膜からなるバリア層201を形成した後、酸化膜上に非晶質シリコン膜202を形成し、該非晶質シリコン膜202に希ガス元素(ここではAr)を全面に添加してNiをゲッタリングするためのゲッタリングサイトを形成する。(図4(A))
【0075】
なお、上記希ガス元素に加え、周期表15族元素、周期表13族元素、シリコン、酸素、水素から選ばれた一種または複数種を添加してもよい。
【0076】
次いで、TFTの活性層とする領域からNiをゲッタリングする熱処理(窒素雰囲気下で550℃、4時間)を行った。(図4(B))この熱処理により結晶質シリコン膜に含まれる金属(Ni)がTFTの活性層とする領域から図4(B)中の矢印の方向に移動してゲッタリングサイト(希ガス元素が添加された領域)に捕獲され、結晶質シリコン膜200から金属(Ni)を除去または低減する。
【0077】
次いで、バリア層をエッチングストッパーとしてゲッタリングサイトのみを除去した後、バリア層も除去する。
【0078】
次いで、パターニングを行い結晶質シリコン膜の不要な部分を除去して、半導体層404を形成する。(図4(C1))なお、半導体層404を形成した後の画素上面図を図4(C2)に示す。図4(C2)において、点線A−A’で切断した断面図が図4(C1)に相当する。
【0079】
次いで、保持容量を形成するため、マスク405を形成して半導体層の一部(保持容量とする領域)406にリンをドーピングする。(図5(A))
【0080】
次いで、マスク405を除去し、半導体層を覆う絶縁膜を形成した後、マスク407を形成して保持容量とする領域406上の絶縁膜を除去する。(図5(B))
【0081】
次いで、マスク407を除去し、熱酸化を行って絶縁膜(ゲート絶縁膜)408aを形成する。この熱酸化によって最終的なゲート絶縁膜の膜厚は80nmとなった。なお、保持容量とする領域上に他の領域より薄い絶縁膜408bを形成した。(図5(C1))ここでの画素上面図を図5(C2)に示す。図5(C2)において、点線B−B’で切断した断面図が図5(C1)に相当する。また、図5中の鎖線内で示した領域は、薄い絶縁膜408bが形成されている部分である。
【0082】
次いで、TFTのチャネル領域となる領域にp型またはn型の不純物元素を低濃度に添加するチャネルドープ工程を全面または選択的に行った。このチャネルドープ工程は、TFTしきい値電圧を制御するための工程である。なお、ここではジボラン(B2H6)を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法でボロンを添加した。もちろん、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いてもよい。
【0083】
次いで、絶縁膜408a、及び絶縁膜403a、403b上にマスク409を形成し、走査線402に達するコンタクトホールを形成する。(図6(A))そして、コンタクトホールの形成後、マスクを除去する。
【0084】
次いで、導電膜を形成し、パターニングを行ってゲート電極410および容量配線411を形成する。(図6(B))ここでは、リンがドープされたシリコン膜(膜厚150nm)とタングステンシリサイド(膜厚150nm)との積層構造を用いた。なお、保持容量は、絶縁膜408bを誘電体とし、容量配線411と半導体層の一部406とで構成されている。
【0085】
次いで、ゲート電極410および容量配線411をマスクとして自己整合的にリンを低濃度に添加する。(図6(C1))ここでの画素上面図を図6(C2)に示す。図6(C2)において、点線C−C’で切断した断面図が図6(C1)に相当する。この低濃度に添加された領域のリンの濃度が、1×1016〜5×1018atoms/cm3、代表的には3×1017〜3×1018atoms/cm3となるように調整する。
【0086】
次いで、マスク412を形成してリンを高濃度に添加し、ソース領域またはドレイン領域となる高濃度不純物領域413を形成する。(図7(A))この高濃度不純物領域のリンの濃度が1×1020〜1×1021atoms/cm3(代表的には2×1020〜5×1020atoms/cm3)となるように調整する。なお、半導体層404のうち、ゲート電極410と重なる領域はチャネル形成領域414となり、マスク412で覆われた領域は低濃度不純物領域415となりLDD領域として機能する。そして、不純物元素の添加後、マスク412を除去する。
【0087】
次いで、ここでは図示しないが、画素と同一基板上に形成される駆動回路に用いるpチャネル型TFTを形成するために、マスクでnチャネル型TFTとなる領域を覆い、ボロンを添加してソース領域またはドレイン領域を形成する。
【0088】
次いで、マスク412を除去した後、ゲート電極410および容量配線411を覆うパッシベーション膜416を形成する。ここでは、酸化シリコン膜を70nmの膜厚で形成した。次いで、半導体層にそれぞれの濃度で添加されたn型またはp型不純物元素を活性化するための熱処理工程を行う。ここでは850℃、30分の加熱処理を行った。
【0089】
次いで、有機樹脂材料からなる層間絶縁膜417を形成する。ここでは膜厚400nmのアクリル樹脂膜を用いた。次いで、半導体層に達するコンタクトホールを形成した後、電極418及びソース配線419を形成する。本実施例では電極418及びソース配線419を、Ti膜を100nm、Tiを含むアルミニウム膜を300nm、Ti膜150nmをスパッタ法で連続して形成した3層構造の積層膜とした。(図7(B1))なお、図7(B2)において点線D−D’で切断した断面図が図7(B1)に相当する。
【0090】
次いで、水素化処理をおこなった後、アクリルからなる層間絶縁膜420を形成する。(図8(A1))次いで、層間絶縁膜420上に遮光性を有する導電膜100nmを成膜し、遮光層421を形成する。次いで、層間絶縁膜422を形成する。次いで、電極418に達するコンタクトホール形成する。次いで、100nmの透明導電膜(ここでは酸化インジウム・スズ(ITO)膜)を形成した後、パターニングして画素電極423、424を形成する。図8(A2)において、点線E−E’で切断した断面図が図8(A1)に相当する。
【0091】
こうして画素部には、表示領域(画素サイズ26μm×26μm)の面積(開口率76.5%)を確保しつつ、nチャネル型TFTでなる画素TFTが形成され、十分な保持容量(51.5fF)を得ることができる。
【0092】
なお、本実施例は一例であって本実施例の工程に限定されないことはいうまでもない。例えば、各導電膜としては、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、シリコン(Si)から選ばれた元素、または前記元素を組み合わせた合金膜(代表的には、Mo―W合金、Mo―Ta合金)を用いることができる。また、各絶縁膜としては、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜や有機樹脂材料(ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)等)膜を用いることができる。
【0093】
以上の様にして、nチャネルTFT及び保持容量とを有する画素部と、nチャネル型TFT及びpチャネル型TFTからなるCMOS回路を有する駆動回路(図示しない)とを同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【0094】
なお、本実施例は、実施の形態1または実施の形態2と組み合わせることが可能である。
【0095】
[実施例2]
本実施例では、実施例1で得られたアクティブマトリクス基板から、液晶モジュールを作製する工程を以下に説明する。
【0096】
図8のアクティブマトリクス基板上に配向膜を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜を形成する前に、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。
【0097】
次いで、対向基板を用意する。この対向基板には、着色層、遮光層が各画素に対応して配置されたカラーフィルタが設けられている。また、駆動回路の部分にも遮光層を設けた。このカラーフィルタと遮光層とを覆う平坦化膜を設けた。次いで、平坦化膜上に透明導電膜からなる対向電極を画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜を形成し、ラビング処理を施した。
【0098】
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で貼り合わせる。シール材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を注入し、封止剤によって完全に封止する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして液晶モジュールが完成する。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、公知の技術を用いて偏光板等を適宜設けた。そして、公知の技術を用いてFPCを貼りつけた。
【0099】
こうして得られた液晶モジュールの構成を図9の上面図を用いて説明する。
【0100】
図9で示す上面図は、画素部、駆動回路、FPC(フレキシブルプリント配線板:Flexible Printed Circuit)811を貼り付ける外部入力端子809、外部入力端子と各回路の入力部までを接続する配線810などが形成されたアクティブマトリクス基板と、カラーフィルタなどが設けられた対向基板800とがシール材807を介して貼り合わされている。
【0101】
ゲート配線側駆動回路501aと重なるように対向基板側に遮光層803aが設けられ、ソース配線側駆動回路501bと重なるように対向基板側に遮光層803bが形成されている。また、画素部502上の対向基板側に設けられたカラーフィルタ802は遮光層と、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の各色の着色層とが各画素に対応して設けられている。実際に表示する際には、赤色(R)の着色層、緑色(G)の着色層、青色(B)の着色層の3色でカラー表示を形成するが、これら各色の着色層の配列は任意なものとする。
【0102】
ここでは、カラー化を図るためにカラーフィルタ802を対向基板に設けているが特に限定されず、アクティブマトリクス基板を作製する際、アクティブマトリクス基板にカラーフィルタを形成してもよい。
【0103】
また、カラーフィルタにおいて隣り合う画素の間には遮光層が設けられており、表示領域以外の箇所を遮光している。また、ここでは、駆動回路を覆う領域にも遮光層803a、803bを設けているが、駆動回路を覆う領域は、後に液晶表示装置を電子機器の表示部として組み込む際、カバーで覆うため、特に遮光層を設けない構成としてもよい。また、アクティブマトリクス基板を作製する際、アクティブマトリクス基板に遮光層を形成してもよい。
【0104】
また、上記遮光層を設けずに、対向基板と対向電極の間に、カラーフィルタを構成する着色層を複数層重ねた積層で遮光するように適宜配置し、表示領域以外の箇所(各画素電極の間隙)や、駆動回路を遮光してもよい。
【0105】
また、外部入力端子にはベースフィルムと配線から成るFPC811が異方性導電性樹脂で貼り合わされている。さらに補強板で機械的強度を高めている。
【0106】
以上のようにして作製される液晶モジュールは各種電子機器の表示部として用いることができる。
【0107】
なお、本実施例は、実施の形態1または実施の形態2と組み合わせることが可能である。
【0108】
[実施例3]
実施例1、実施例2では透過型の例を示したが、本実施例では反射型の例を図10に示す。本実施例では、画素部のTFTのドレイン領域と接続する画素電極を反射電極とした。
【0109】
実施例1における電極418を画素電極とし、画素電極となる反射電極1000を形成する。この反射電極は、AlまたはAgを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いる。また、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【0110】
なお、本実施例は、実施の形態1または実施の形態2と組み合わせることが可能である。
【0111】
[実施例4]
本実施の形態1または実施の形態2を実施して形成されたTFTは様々なモジュール(液晶表示装置、発光型表示装置、アクティブマトリクス型ECディスプレイ、DMD(digital micromirror device)等)に用いることができる。即ち、それらモジュールを表示部に組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。
【0112】
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、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、プロジェクタ、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11〜図13に示す。
【0113】
図11(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2001、画像入力部2002、表示部2003、キーボード2004等を含む。本発明を表示部2003に適用することができる。
【0114】
図11(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示部2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106等を含む。本発明を表示部2102に適用することができる。
【0115】
図11(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2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205等を含む。本発明は表示部2205に適用できる。
【0116】
図11(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示部2302、アーム部2303等を含む。本発明は表示部2302に適用することができる。
【0117】
図11(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2401、表示部2402、スピーカ部2403、記録媒体2404、操作スイッチ2405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digtial 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うことができる。本発明は表示部2402に適用することができる。
【0118】
図11(F)はデジタルカメラであり、本体2501、表示部2502、接眼部2503、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)等を含む。本願発明を表示部2502に適用することができる。
【0119】
図12(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置2601、スクリーン2602等を含む。本発明は投射装置2601の一部を構成する液晶モジュール2808に適用することができる。
【0120】
図12(B)はリア型プロジェクターであり、本体2701、投射装置2702、ミラー2703、スクリーン2704等を含む。本発明は投射装置2702の一部を構成する液晶モジュール2808に適用することができる。
【0121】
なお、図12(C)は、図12(A)及び図12(B)中における投射装置2601、2702の構造の一例を示した図である。投射装置2601、2702は、光源光学系2801、ミラー2802、2804〜2806、ダイクロイックミラー2803、プリズム2807、液晶モジュール2808、位相差板2809、投射光学系2810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12(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。
【0122】
また、図12(D)は、図12(C)中における光源光学系2801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2801は、リフレクター2811、光源2812、レンズアレイ2813、2814、偏光変換素子2815、集光レンズ2816で構成される。なお、図12(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。
【0123】
ただし、図12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ELモジュールでの適用例は図示していない。
【0124】
図13(A)は携帯電話であり、本体2901、音声出力部2902、音声入力部2903、表示部2904、操作スイッチ2905、アンテナ2906、画像入力部(CCD、イメージセンサ等)2907等を含む。本発明を表示部2904に適用することができる。
【0125】
図13(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体3001、表示部3002、3003、記憶媒体3004、操作スイッチ3005、アンテナ3006等を含む。本発明は表示部3002、3003に適用することができる。
【0126】
図13(C)はディスプレイであり、本体3101、支持台3102、表示部3103等を含む。本発明は表示部3103に適用することができる。
【0127】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器の作製方法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1〜3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。
【0128】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明における希ガス元素を半導体膜に注入して行うイントリンシックゲッタリングは、結晶質半導体膜中に残存する金属元素をゲッタリングさせる効果が極めて高い。これは、触媒作用のある金属元素を用いて作製される結晶質半導体膜の高純度化に寄与するばかりでなく、結晶質半導体膜を用いる半導体装置の生産性の向上にも寄与することができる。即ち、希ガス元素は不活性気体であり、イオンドーピングにおいても取り扱いが容易である。また、ドーピングに要する時間も短時間で済むなどの特徴を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1の作製工程を示す図。
【図2】 実施の形態1の作製工程を示す図。
【図3】 実施の形態2の作製工程を示す図。
【図4】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図5】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図6】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図7】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図8】 アクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。
【図9】 液晶モジュールの外観を示す図。
【図10】 アクティブマトリクス基板の断面を示す図。
【図11】 電子機器の一例を示す図。
【図12】 電子機器の一例を示す図。
【図13】 電子機器の一例を示す図。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using a gettering technique and a semiconductor device obtained by the manufacturing method. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using a crystalline semiconductor film manufactured by adding a metal element having a catalytic action in crystallization of a semiconductor film, and the semiconductor device.
[0002]
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.
[0003]
[Prior art]
As a typical semiconductor element using a semiconductor film having a crystal structure (hereinafter referred to as a crystalline semiconductor film), a thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT) is known. TFT is attracting attention as a technique for forming an integrated circuit on an insulating substrate such as glass, and a drive circuit integrated liquid crystal display device or the like is being put into practical use. In a conventional technique, a crystalline semiconductor film is obtained by heating an amorphous semiconductor film deposited by a plasma CVD method or a low pressure CVD method by a heat treatment or a laser annealing method (a technique for crystallizing a semiconductor film by laser light irradiation). Have been made.
[0004]
The crystalline semiconductor film thus manufactured is an aggregate of a large number of crystal grains, and the crystal orientation is oriented in an arbitrary direction and cannot be controlled, which is a factor that limits the characteristics of the TFT. With respect to such problems, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-183540 is a technique for producing a crystalline semiconductor film by adding a metal element having a catalytic action to crystallization of a semiconductor film such as nickel. In addition to the effect of reducing the heating temperature required for crystallization, it is possible to increase the orientation of crystal orientation in a single direction. When a TFT is formed using such a crystalline semiconductor film, not only the field effect mobility is improved, but also the subthreshold coefficient (S value) is reduced, and the electrical characteristics can be dramatically improved. .
[0005]
However, since a metal element having a catalytic action is added, the metal element remains in the film of the crystalline semiconductor film or on the surface of the film, and there is a problem that the characteristics of the obtained element are varied. As an example, there is a problem that an off current increases in a TFT and varies between individual elements. That is, a metal element having a catalytic action for crystallization becomes unnecessary once a crystalline semiconductor film is formed.
[0006]
Gettering using phosphorus is effectively used as a technique for removing such a metal element from a specific region of a crystalline semiconductor film. For example, the metal element can be easily removed from the channel formation region by adding phosphorus to the source / drain region of the TFT and performing heat treatment at 450 to 700 ° C.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Phosphorus is an ion doping method (PH Three This is a method in which ions are dissociated with plasma and ions are accelerated by an electric field and injected into a semiconductor. Basically, ions are not separated by mass). The phosphorus concentration required for 20 /cm Three That's it. Addition of phosphorus by the ion doping method results in the amorphous state of the crystalline semiconductor film, but an increase in the phosphorus concentration poses a problem because it hinders recrystallization by subsequent annealing. Further, the addition of high-concentration phosphorus is problematic because it increases the processing time required for doping and decreases the throughput in the doping process.
[0008]
Furthermore, the concentration of boron necessary to invert the conductivity type of phosphorus added to the source / drain regions of the p-channel TFT must be 1.5 to 3 times, which makes recrystallization difficult. As a result, the resistance of the source / drain regions is increased, which is a problem.
[0009]
The present invention is a means for solving such problems, and effectively removes the metal element remaining in the crystalline semiconductor film obtained by using a metal element having a catalytic action for crystallization of the semiconductor film. It aims at providing the technology to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The gettering technique is positioned as a main technique in the manufacturing technique of an integrated circuit using a single crystal silicon wafer. Gettering is known as a technique for reducing the impurity concentration of an active region of an element by segregating metal impurities taken into a semiconductor to gettering sites with some energy. It is roughly divided into extrinsic gettering and intrinsic gettering. The extrinsic gettering provides a gettering effect by applying a strain field and chemical action from the outside. A ring getter that diffuses high-concentration phosphorus from the back surface of a single crystal silicon wafer corresponds to this, and gettering using phosphorus for the above-described crystalline semiconductor film can also be regarded as a kind of extrinsic gettering.
[0011]
On the other hand, intrinsic gettering is known as utilizing a strain field of lattice defects involving oxygen generated inside a single crystal silicon wafer. The present invention pays attention to intrinsic gettering using such lattice defects or lattice distortions, and adopts the following means to apply to a crystalline semiconductor film having a thickness of about 10 to 100 nm. It is.
[0012]
The present invention includes a step of forming a first semiconductor film having a crystal structure on a silicon nitride film using a metal element, a step of forming a film (barrier layer) serving as an etching stopper, and a step including a rare gas element. A step of forming a second semiconductor film (gettering site), a step of gettering a metal element at the gettering site, and a step of removing the second semiconductor film.
[0013]
In the step of forming the second semiconductor film containing a rare gas element (gettering site), a semiconductor film having an amorphous structure or a crystal structure is formed, and then the rare gas element is added to the semiconductor film. Good. As a method for adding a rare gas element, an ion doping method or an ion implantation method may be used.
[0014]
Further, the rare gas element is one or a plurality selected from He, Ne, Ar, Kr, and Xe. By accelerating these ions with an electric field and injecting them into the semiconductor film, dangling bonds and lattice distortion can be obtained. It can be formed to form a gettering site.
[0015]
As another means for forming the second semiconductor film (gettering site) containing a rare gas element, the plasma CVD method using a source gas containing the rare gas element or the low pressure thermal CVD method contains the rare gas element. A second semiconductor film may be formed. However, film forming conditions are adjusted so that film peeling does not occur.
[0016]
As another means, a second semiconductor film containing a rare gas element may be formed by a sputtering method.
[0017]
In addition, after obtaining a second semiconductor film containing a rare gas element in the film formation stage by using a plasma CVD method, a low pressure thermal CVD method, a sputtering method, or the like, a rare gas element is further added to improve gettering efficiency. May be.
[0018]
In addition to rare gas elements, H, H 2 , O, O 2 , One or more selected from P may be added. Thus, a gettering effect is synergistically obtained by adding a plurality of elements. Above all, O, O 2 Is effective, and the oxygen concentration in the SIMS analysis in the second semiconductor film is set to 5 × 10 5 by the film formation condition or addition after film formation. 18 / Cm Three Or more, preferably 1 × 10 19 / Cm Three ~ 1x10 twenty two / Cm Three If the concentration range is within this range, gettering efficiency is improved. Note that the rare gas element hardly diffuses, but in the case where other elements added in addition to the rare gas element easily diffuse, the thickness of the second semiconductor film is adjusted so that the other elements added later It is preferable not to diffuse into the first semiconductor film by this heat treatment. In addition to the second semiconductor film, the barrier layer also has a function of preventing diffusion of other elements.
[0019]
In addition, the present invention is characterized in that gettering efficiency is improved by using an insulating film made of a silicon nitride film having a thickness of 10 nm or less as the base insulating film in contact with the first semiconductor film having a crystal structure. This silicon nitride film also has a blocking effect.
[0020]
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
A first step of forming an electrode on an insulating surface;
A second step of forming a flat first insulating film on the electrode;
A third step of forming a second insulating film made of a silicon nitride film on the first insulating film;
A fourth step of forming a first semiconductor film having an amorphous structure on the second insulating film;
A fifth step of adding a metal element to the first semiconductor film;
A sixth step of crystallizing the first semiconductor film to form a first semiconductor film having a crystal structure;
A seventh step of forming a barrier layer on the surface of the first semiconductor film having the crystal structure;
1 × 10 of rare gas element on the barrier layer 19 ~ 1x10 twenty two / Cm Three An eighth step of forming a second semiconductor film containing at a concentration of
A ninth step of gettering the metal element to the second semiconductor film to remove or reduce the metal element in the first semiconductor film having a crystal structure;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a tenth step of removing the second semiconductor film and the barrier layer.
[0021]
In the above structure, the metal element is one or more selected from Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au.
[0022]
In the above structure, the oxygen concentration in the first semiconductor film is set to 5 × 10 5 in order to improve gettering efficiency. 18 / Cm Three The following is preferable.
[0023]
In the above structure, the oxygen concentration contained in the second semiconductor film is set to 5 × 10 5 in order to improve gettering efficiency. 18 / Cm Three The above is preferable.
[0024]
In the above structure, the second insulating film is preferably a silicon nitride film in order to improve gettering efficiency.
[0025]
In each of the above configurations, a known technique for improving flatness, for example, a polishing process called CMP (Chemical Mechanical Polishing) may be used as the second process for forming the flat first insulating film.
[0026]
Note that in each of the above structures, the electrode is provided to shield external light applied to the semiconductor film having a crystal structure after the semiconductor device is finally completed.
[0027]
In each of the above configurations, the sixth step includes heat treatment, irradiation with intense light, or laser light (excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, second harmonic and third harmonic of a YAG laser). One of the irradiation processes is one process, or a combination of these processes.
[0028]
In each of the above structures, the seventh step of forming the barrier layer is a step of oxidizing the surface of the semiconductor film having the crystal structure with a solution containing ozone, or the crystal structure by irradiation with ultraviolet rays in an oxygen atmosphere. What is necessary is just to make it the process which is a process of oxidizing the surface of the semiconductor film which has this.
[0029]
In each of the above structures, the ninth step may use heat treatment or treatment for irradiating the semiconductor film having an amorphous structure with strong light. Further, the ninth step may be a process of performing a heat treatment and irradiating the semiconductor film having the amorphous structure with strong light.
[0030]
Further, the intense light is light emitted from a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high pressure sodium lamp, or a high pressure mercury lamp.
[0031]
Further, the present invention is not limited to the above structure, and a gettering site may be formed by adding a rare gas element only to the upper layer of the second semiconductor film. Alternatively, the third semiconductor film may be formed over the second semiconductor film that does not contain a rare gas element, and the gettering site may be formed by adding the rare gas element only to the third semiconductor film.
[0032]
According to the present invention relating to the above manufacturing method, the following configuration is obtained.
[0033]
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
A first electrode on the insulating surface, a flat first insulating film on the first electrode, a second insulating film made of a silicon nitride film on the first insulating film, and a semiconductor layer on the second insulating film And a third insulating film on the semiconductor layer, and a second electrode on the third insulating film,
The first electrode is overlapped with the semiconductor layer with the first insulating film and the second insulating film interposed therebetween, and the second electrode is connected to the semiconductor layer with the third insulating film interposed therebetween. The semiconductor device is characterized by overlapping.
[0034]
In the above structure, the first insulating film is a mechanically polished and planarized insulating film.
[0035]
In the above structure, a region of the semiconductor layer that overlaps the second electrode with the third insulating film interposed therebetween is a channel formation region. The concentration of the metal element contained in the channel formation region is 1 × 10 17 / Cm Three It is characterized by being less than.
[0036]
The metal element contained in the channel formation region is one or more selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au.
[0037]
In the above structure, the semiconductor layer contains a rare gas element at least partially. However, depending on the gettering conditions, a rare gas element may not be included.
[0038]
In addition, after sputtering nickel element on the insulating film made of a silicon nitride film, a first semiconductor film is formed, a barrier layer is provided, and a second semiconductor film containing a rare gas element is formed. The first semiconductor film may be crystallized and gettered simultaneously by heat treatment or strong light.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0040]
One of the features of the present invention is a process for forming an electrode on an insulating surface, a process for forming a flat first insulating film covering the electrode, and a second process comprising a silicon nitride film on the first insulating film. A process for forming the insulating film, a process for forming a crystalline semiconductor film on the second insulating film using a metal element that promotes crystallization, a process for forming a barrier layer on the crystalline semiconductor film, A process of forming a semiconductor film containing a rare gas element (gettering site) on the barrier layer and a process of heat treatment, and the metal element contained in the crystalline semiconductor film is moved by the heat treatment; The metal element is removed or reduced from the crystalline semiconductor film by passing through the barrier layer and captured by a gettering site (a semiconductor film containing ions of a rare gas element). Note that strong light may be irradiated instead of the heat treatment, or strong light may be irradiated simultaneously with the heat treatment.
[0041]
(Embodiment 1)
A typical TFT manufacturing procedure will be briefly described below with reference to FIGS.
[0042]
In FIG. 1A, 100 is a substrate having an insulating surface, 101 is an electrode, 102 is a planarization film, 103 is an insulating film made of a silicon nitride film, and 104 is a semiconductor film having an amorphous structure.
[0043]
First, a conductive film is formed on the
[0044]
Next, an insulating film (an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film) covering the
[0045]
Next, an insulating film 103 made of a silicon nitride film is formed on the planarizing film. Next, a first semiconductor film 104 having an amorphous structure is formed over the insulating film 103. (Fig. 1 (A))
[0046]
Next, as a technique for crystallizing the first semiconductor film 104 having an amorphous structure, it is crystallized using a technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-78329. The technology described in this publication forms a semiconductor film having a crystal structure that starts from an added region by selectively adding a metal element that promotes crystallization to an amorphous silicon film and performing heat treatment. Is. Here, a nickel-containing
[0047]
Next, crystallization is performed by heat treatment or irradiation with intense light. In this case, crystallization forms silicide in the portion of the semiconductor film in contact with the metal element serving as a catalyst, and the crystallization proceeds using the silicide as a nucleus. Thus, the
[0048]
Next, the
[0049]
Next, a
[0050]
Next, a rare gas element is added to the
[0051]
In the step of FIG. 1E, it is desirable to maintain the film crystal structure of the first semiconductor as much as possible without adding a rare gas element to the lower layer.
[0052]
Next, gettering is performed. (FIG. 1 (F)) As a step of performing gettering, heat treatment may be performed in a nitrogen atmosphere at 450 to 800 ° C. for 1 to 24 hours, for example, 550 ° C. for 14 hours. Moreover, you may irradiate strong light instead of heat processing. Moreover, you may irradiate strong light in addition to heat processing. By this gettering, nickel moves in the direction of the arrow in FIG. 1F, and the metal element contained in the
[0053]
In this embodiment, since nickel tends to move to a region having a high oxygen concentration during the gettering, the insulating film 103 in contact with the first semiconductor film is a silicon nitride film, and the first semiconductor The oxygen concentration contained in the
[0054]
Next, using the
[0055]
Next, after cleaning the surface of the semiconductor layer with an etchant containing hydrofluoric acid, an insulating film containing silicon as a main component and serving as the
[0056]
Next, after cleaning the surface of the gate insulating film, the
[0057]
In the subsequent steps, the interlayer insulating film 116 is formed, hydrogenation is performed, contact holes reaching the source region and the drain region are formed, the
[0058]
The concentration of the metal element contained in the
[0059]
In the above manufacturing method, when the second semiconductor film is thin and a rare gas element is also added to the first semiconductor film, the rare gas element is contained at least in the upper layer of the
[0060]
The present invention is not limited to the TFT structure shown in FIG. 2B. If necessary, a lightly doped drain (LDD) having an LDD region between a channel formation region and a drain region (or source region) is provided. ) Structure may be used. In this structure, a region to which an impurity element is added at a low concentration is provided between a channel formation region and a source region or a drain region formed by adding an impurity element at a high concentration, and this region is referred to as an LDD region. I'm calling. Further, a so-called GOLD (Gate-drain Overlapped LDD) structure in which an LDD region is disposed so as to overlap with a gate electrode through a gate insulating film may be employed.
[0061]
Although an n-channel TFT has been described here, it goes without saying that a p-channel TFT can be formed by using a p-type impurity element instead of an n-type impurity element.
[0062]
Although the top gate type TFT has been described as an example here, the present invention can be applied regardless of the TFT structure. For example, it can be applied to a bottom gate type (reverse stagger type) TFT or a forward stagger type TFT. Is possible.
[0063]
(Embodiment 2)
Alternatively, the second semiconductor film and the third semiconductor film may be formed over the barrier layer, and a gettering site may be formed by adding a rare gas element only to the third semiconductor film. Here, an example will be described with reference to FIG.
[0064]
The layers up to the
[0065]
Next, a
[0066]
Next, a rare gas element is added to the
[0067]
In the subsequent steps, after gettering is performed as shown in FIG. 3D in accordance with Embodiment Mode 1, a
[0068]
The TFT thus obtained also has a metal element concentration of 1 × 10 5 contained in the channel formation region. 17 / Cm Three Less than.
[0069]
The present invention having the above-described configuration will be described in more detail with the following examples.
[0070]
(Example)
[Example 1]
In this embodiment, an example is shown in which an active matrix substrate in which a double gate TFT is used for a TFT in a pixel portion is applied to a double gate TFT.
[0071]
First, a conductive film is formed over the
[0072]
Next, insulating
[0073]
Next, an amorphous semiconductor film is formed with a thickness of 10 to 100 nm. Here, an amorphous silicon film (amorphous silicon film) having a thickness of 69 nm is formed by LPCVD. Note that when a film is formed by the LPCVD method, a step of removing the film on the back surface side is necessary, but the description is omitted here for the sake of simplicity. Next, the amorphous semiconductor film was crystallized using the technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 8-78329 as a technique for crystallizing the amorphous semiconductor film. The technique described in this publication forms a
[0074]
Next, after a
[0075]
In addition to the rare gas element, one or more selected from Group 15 elements, Group 13 elements, silicon, oxygen, and hydrogen may be added.
[0076]
Next, a heat treatment (getting nitrogen at 550 ° C. for 4 hours) was performed to getter Ni from the region to be the active layer of the TFT. (FIG. 4B) By this heat treatment, the metal (Ni) contained in the crystalline silicon film moves from the region to be the active layer of the TFT in the direction of the arrow in FIG. The metal (Ni) is removed or reduced from the
[0077]
Next, after removing only the gettering site using the barrier layer as an etching stopper, the barrier layer is also removed.
[0078]
Next, patterning is performed to remove unnecessary portions of the crystalline silicon film, so that the
[0079]
Next, in order to form a storage capacitor, a
[0080]
Next, after removing the
[0081]
Next, the
[0082]
Next, a channel doping process for adding a p-type or n-type impurity element at a low concentration to a region to be a channel region of the TFT was performed over the entire surface or selectively. This channel doping process is a process for controlling the TFT threshold voltage. Here, diborane (B 2 H 6 Boron was added by ion doping with plasma excitation without mass separation. Of course, an ion implantation method that performs mass separation may be used.
[0083]
Next, a
[0084]
Next, a conductive film is formed and patterned to form the
[0085]
Next, phosphorus is added at a low concentration in a self-aligning manner using the
[0086]
Next, a
[0087]
Next, although not shown here, in order to form a p-channel TFT used for a driver circuit formed over the same substrate as the pixel, a region that becomes an n-channel TFT is covered with a mask, and boron is added to form a source region. Alternatively, a drain region is formed.
[0088]
Next, after the
[0089]
Next, an
[0090]
Next, after performing a hydrogenation process, an
[0091]
Thus, in the pixel portion, a pixel TFT composed of an n-channel TFT is formed while ensuring an area (aperture ratio 76.5%) of a display region (pixel size 26 μm × 26 μm), and a sufficient storage capacitor (51.5 fF) is formed. ) Can be obtained.
[0092]
Needless to say, the present embodiment is an example and is not limited to the steps of the present embodiment. For example, as each conductive film, an element selected from tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), chromium (Cr), silicon (Si), or an alloy in which the elements are combined A film (typically, a Mo—W alloy or a Mo—Ta alloy) can be used. As each insulating film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or an organic resin material (polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, BCB (benzocyclobutene), or the like) film can be used.
[0093]
As described above, a pixel portion having an n-channel TFT and a storage capacitor and a driving circuit (not shown) having a CMOS circuit made of an n-channel TFT and a p-channel TFT can be formed on the same substrate. it can. In this specification, such a substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.
[0094]
Note that this embodiment can be combined with Embodiment Mode 1 or Embodiment Mode 2.
[0095]
[Example 2]
In this embodiment, a process for manufacturing a liquid crystal module from the active matrix substrate obtained in Embodiment 1 will be described below.
[0096]
An alignment film is formed on the active matrix substrate of FIG. 8 and a rubbing process is performed. In this embodiment, before the alignment film is formed, columnar spacers for maintaining the distance between the substrates are formed at desired positions by patterning an organic resin film such as an acrylic resin film. Further, instead of the columnar spacers, spherical spacers may be scattered over the entire surface of the substrate.
[0097]
Next, a counter substrate is prepared. The counter substrate is provided with a color filter in which a colored layer and a light shielding layer are arranged corresponding to each pixel. Further, a light shielding layer was also provided in the drive circuit portion. A flattening film covering the color filter and the light shielding layer was provided. Next, a counter electrode made of a transparent conductive film was formed on the planarizing film in the pixel portion, an alignment film was formed on the entire surface of the counter substrate, and a rubbing process was performed.
[0098]
Then, the active matrix substrate on which the pixel portion and the driving circuit are formed and the counter substrate are bonded together with a sealant. A filler is mixed in the sealing material, and two substrates are bonded to each other with a uniform interval by the filler and the columnar spacer. Thereafter, a liquid crystal material is injected between both substrates and completely sealed with a sealant. A known liquid crystal material may be used as the liquid crystal material. In this way, the liquid crystal module is completed. If necessary, the active matrix substrate or the counter substrate is divided into a desired shape. Furthermore, a polarizing plate or the like was appropriately provided using a known technique. And FPC was affixed using the well-known technique.
[0099]
The structure of the liquid crystal module thus obtained will be described with reference to the top view of FIG.
[0100]
The top view shown in FIG. 9 is a pixel portion, a driving circuit, an
[0101]
A
[0102]
Here, the
[0103]
In addition, a light-shielding layer is provided between adjacent pixels in the color filter to shield light other than the display area. Here, the
[0104]
Further, without providing the light-shielding layer, the light-shielding layer is appropriately disposed between the counter substrate and the counter electrode so as to be shielded from light by stacking a plurality of colored layers constituting the color filter. Or the drive circuit may be shielded from light.
[0105]
An
[0106]
The liquid crystal module manufactured as described above can be used as a display portion of various electronic devices.
[0107]
Note that this embodiment can be combined with Embodiment Mode 1 or Embodiment Mode 2.
[0108]
[Example 3]
In Example 1 and Example 2, an example of a transmission type is shown, but in this example, an example of a reflection type is shown in FIG. In this embodiment, the pixel electrode connected to the drain region of the TFT in the pixel portion is a reflective electrode.
[0109]
The
[0110]
Note that this embodiment can be combined with Embodiment Mode 1 or Embodiment Mode 2.
[0111]
[Example 4]
The TFT formed by implementing Embodiment 1 or Embodiment 2 can be used for various modules (liquid crystal display device, light-emitting display device, active matrix EC display, DMD (digital micromirror device), etc.). it can. That is, the present invention can be implemented in all electronic devices in which these modules are incorporated in the display unit.
[0112]
Such electronic devices include video cameras, digital cameras, head mounted displays (goggles type displays), car navigation systems, projectors, 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.
[0113]
FIG. 11A illustrates a personal computer, which includes a main body 2001, an image input portion 2002, a display portion 2003, a
[0114]
FIG. 11B shows a video camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an
[0115]
FIG. 11C illustrates a mobile computer, which includes a main body 2201, a camera unit 2202, an
[0116]
FIG. 11D shows a goggle type display, which includes a
[0117]
FIG. 11E shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 2401, a
[0118]
FIG. 11F illustrates a digital camera, which includes a main body 2501, a
[0119]
FIG. 12A illustrates a front projector, which includes a
[0120]
FIG. 12B illustrates a rear projector, which includes a main body 2701, a
[0121]
FIG. 12C is a diagram showing an example of the structure of the
[0122]
FIG. 12D illustrates an example of the structure of the light source
[0123]
However, the projector shown in FIG. 12 shows a case where a transmissive electro-optical device is used, and an application example in a reflective electro-optical device and an EL module is not shown.
[0124]
FIG. 13A shows a mobile phone, which includes a
[0125]
FIG. 13B illustrates a portable book (electronic book), which includes a
[0126]
FIG. 13C shows a display, which includes a
[0127]
As described above, the applicable range of the present invention is so wide that the present invention can be applied to methods for manufacturing electronic devices in various fields. Moreover, the electronic device of a present Example is realizable even if it uses the structure which consists of what combination of Examples 1-3.
[0128]
【The invention's effect】
As described above, intrinsic gettering performed by injecting a rare gas element into a semiconductor film in the present invention has an extremely high effect of gettering a metal element remaining in a crystalline semiconductor film. This not only contributes to high purity of the crystalline semiconductor film manufactured using a metal element having a catalytic action, but can also contribute to improvement of productivity of a semiconductor device using the crystalline semiconductor film. . That is, the rare gas element is an inert gas and can be easily handled in ion doping. Further, it has a feature that the time required for doping is short.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B illustrate a manufacturing process of Embodiment 1. FIGS.
FIGS. 2A and 2B illustrate a manufacturing process of Embodiment 1. FIGS.
3A and 3B illustrate a manufacturing process of Embodiment 2.
FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating a manufacturing process of an active matrix substrate. FIGS.
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating a manufacturing process of an active matrix substrate. FIGS.
FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating a manufacturing process of an active matrix substrate. FIGS.
FIGS. 7A and 7B are diagrams illustrating a manufacturing process of an active matrix substrate. FIGS.
FIGS. 8A to 8C are diagrams illustrating a manufacturing process of an active matrix substrate. FIGS.
FIG. 9 is a diagram illustrating an appearance of a liquid crystal module.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an active matrix substrate.
FIG 11 illustrates an example of an electronic device.
FIG 12 illustrates an example of an electronic device.
FIG 13 illustrates an example of an electronic device.
Claims (16)
前記電極上に第1の絶縁膜を形成し、Forming a first insulating film on the electrode;
前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成し、Forming a second insulating film on the first insulating film;
前記第2の絶縁膜上に非晶質構造を有する第1のシリコン膜を形成し、Forming a first silicon film having an amorphous structure on the second insulating film;
前記非晶質構造を有する第1のシリコン膜にNiを添加し、加熱処理を行うことによって、前記非晶質構造を有する第1のシリコン膜を結晶化させて結晶構造を有する第1のシリコン膜を形成し、By adding Ni to the first silicon film having an amorphous structure and performing heat treatment, the first silicon film having the amorphous structure is crystallized by crystallizing the first silicon film having the amorphous structure. Forming a film,
前記結晶構造を有する第1のシリコン膜の表面にバリア層を形成し、Forming a barrier layer on the surface of the first silicon film having the crystal structure;
前記バリア層上に希ガス元素を1×101 × 10 of rare gas element on the barrier layer 1919 〜1×10~ 1x10 2222 /cm/ Cm 33 の濃度で含む第2のシリコン膜を形成し、Forming a second silicon film containing at a concentration of
前記第2のシリコン膜に前記Niをゲッタリングして、前記結晶構造を有する第1のシリコン膜中の前記Niを除去または低減し、Gettering the Ni into the second silicon film to remove or reduce the Ni in the first silicon film having the crystal structure;
前記第2のシリコン膜及び前記バリア層を順に除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second silicon film and the barrier layer are sequentially removed.
前記電極上に平坦な第1の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成し、
前記第2の絶縁膜上に非晶質構造を有する第1のシリコン膜を形成し、
前記非晶質構造を有する第1のシリコン膜にNiを添加し、加熱処理を行うことによって、前記非晶質構造を有する第1のシリコン膜を結晶化させて結晶構造を有する第1のシリコン膜を形成し、
前記結晶構造を有する第1のシリコン膜の表面にバリア層を形成し、
前記バリア層上に希ガス元素を1×1019〜1×1022/cm3の濃度で含む第2のシリコン膜を形成し、
前記第2のシリコン膜に前記Niをゲッタリングして、前記結晶構造を有する第1のシリコン膜中の前記Niを除去または低減し、
前記第2のシリコン膜及び前記バリア層を順に除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。Forming an electrode on an insulating surface;
Forming a first insulating film flat on the electrode,
A second insulating film formed on the first insulating film,
Forming a first silicon film having an amorphous structure on the second insulating film,
The addition of Ni in the first silicon film having an amorphous structure, by performing heat treatment, the first silicon having a crystal structure of the first silicon film is crystallized with the amorphous structure Forming a film ,
Forming a barrier layer on the surface of the first silicon film having the crystal structure ;
Wherein the rare gas element in the barrier layer and the second silicon film is formed at a concentration of 1 × 10 19 ~1 × 10 22 / cm 3,
The Ni and gettering said second silicon film, the Ni removal or reduction of the first silicon film having a crystalline structure,
The method for manufacturing a semiconductor device comprising a benzalkonium be sequentially removing the second silicon layer and the barrier layer.
前記電極上に第1の絶縁膜を形成し、Forming a first insulating film on the electrode;
前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成し、Forming a second insulating film on the first insulating film;
前記第2の絶縁膜上にNiを散布した後、非晶質構造を有する第1のシリコン膜を形成し、After dispersing Ni on the second insulating film, forming a first silicon film having an amorphous structure;
前記非晶質構造を有する第1のシリコン膜の表面にバリア層を形成し、Forming a barrier layer on the surface of the first silicon film having the amorphous structure;
前記バリア層上に希ガス元素を1×101 × 10 of rare gas element on the barrier layer 1919 〜1×10~ 1x10 2222 /cm/ Cm 33 の濃度で含む第2のシリコン膜を形成し、Forming a second silicon film containing at a concentration of
加熱処理を行うことによって、前記非晶質構造を有する第1のシリコン膜を結晶化させて結晶構造を有する第1のシリコン膜を形成し、且つ前記第2のシリコン膜に前記Niをゲッタリングして、前記結晶構造を有する第1のシリコン膜中の前記Niを除去または低減し、By performing heat treatment, the first silicon film having an amorphous structure is crystallized to form a first silicon film having a crystalline structure, and the Ni is gettered to the second silicon film. And removing or reducing the Ni in the first silicon film having the crystal structure,
前記第2のシリコン膜及び前記バリア層を順に除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second silicon film and the barrier layer are sequentially removed.
前記電極上に平坦な第1の絶縁膜を形成し、Forming a flat first insulating film on the electrode;
前記第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成し、Forming a second insulating film on the first insulating film;
前記第2の絶縁膜上にNiを散布した後、非晶質構造を有する第1のシリコン膜を形成し、After dispersing Ni on the second insulating film, forming a first silicon film having an amorphous structure;
前記非晶質構造を有する第1のシリコン膜の表面にバリア層を形成し、Forming a barrier layer on the surface of the first silicon film having the amorphous structure;
前記バリア層上に希ガス元素を1×101 × 10 of rare gas element on the barrier layer 1919 〜1×10~ 1x10 2222 /cm/ Cm 33 の濃度で含む第2のシリコン膜を形成し、Forming a second silicon film containing at a concentration of
加熱処理を行うことによって、前記非晶質構造を有する第1のシリコン膜を結晶化させて結晶構造を有する第1のシリコン膜を形成し、且つ前記第2のシリコン膜に前記Niをゲッタリングして、前記結晶構造を有する第1のシリコン膜中の前記Niを除去または低減し、By performing heat treatment, the first silicon film having an amorphous structure is crystallized to form a first silicon film having a crystalline structure, and the Ni is gettered to the second silicon film. And removing or reducing the Ni in the first silicon film having the crystal structure,
前記第2のシリコン膜及び前記バリア層を順に除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second silicon film and the barrier layer are sequentially removed.
前記第2のシリコン膜は、シリコン膜を形成し、該シリコン膜に希ガス元素を添加することによって形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 4 ,
Said second silicon film, a method for manufacturing a semiconductor device forming a silicon film, and forming by adding a rare gas element in the silicon film.
前記第2のシリコン膜は、シリコン膜を形成し、該シリコン膜に希ガス元素と、O、O2、P、H、H2から選ばれた一種または複数種とを添加することによって形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 4 ,
Said second silicon film, a silicon film is formed by adding a rare gas element in the silicon film, O, O 2, P, H, and one or more kinds selected from H 2 A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第2のシリコン膜は、プラズマCVD法または減圧熱CVD法で希ガス元素を含むシリコン膜を成膜することによって形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 4 ,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second silicon film is formed by forming a silicon film containing a rare gas element by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method.
前記第2のシリコン膜は、スパッタ法で希ガス元素を含むシリコン膜を成膜することによって形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 4 ,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second silicon film is formed by forming a silicon film containing a rare gas element by a sputtering method.
前記第2の絶縁膜は、窒化シリコン膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 8 ,
The second insulating film, a method for manufacturing a semiconductor device which is a silicon nitride film.
前記窒化シリコン膜の厚さは10nm以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 In claim 9 ,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the silicon nitride film has a thickness of 10 nm or less.
前記Niを除去または低減された前記結晶構造を有する第1のシリコン膜を用いて、前記電極と重なるように薄膜トランジスタの活性層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an active layer of a thin film transistor is formed so as to overlap with the electrode by using the first silicon film having the crystal structure from which Ni is removed or reduced.
前記バリア層は、前記第2のシリコン膜を除去する際のエッチングストッパーとして機能することを特徴とする半導体装置の作製方法。The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the barrier layer functions as an etching stopper when removing the second silicon film.
前記バリア層は、オゾンを含む溶液を用いて前記第1のシリコン膜の表面を酸化することによって形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the barrier layer is formed by oxidizing a surface of the first silicon film using a solution containing ozone.
前記バリア層は、酸素雰囲気中の紫外線照射で前記第1のシリコン膜の表面を酸化することによって形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the barrier layer is formed by oxidizing the surface of the first silicon film by ultraviolet irradiation in an oxygen atmosphere.
前記第1のシリコン膜に含まれる酸素濃度は、5×1018/cm3以下であることを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of claims 1 to 14,
The method for manufacturing a semiconductor device is characterized in that the concentration of oxygen contained in the first silicon film is 5 × 10 18 / cm 3 or less.
前記第2のシリコン膜に含まれる酸素濃度は、5×1018/cm3以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of claims 1 to 15,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the oxygen concentration contained in the second silicon film is 5 × 10 18 / cm 3 or more.
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