JP5393726B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
の半導体膜を用いた薄膜トランジスタ(以下、TFTという)で構成された回路を有する
半導体装置およびその作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学
装置およびその様な電気光学装置を部品として搭載した電子機器に関する。
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。
、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。従来の
技術において、結晶構造を有する半導体膜は、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。
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を助長する金属元素を添加し、結晶構造を有する半導体膜を
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。このような結晶構造を有する半導体
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。
るため、核発生がランダムである他の結晶化方法に比べて得られる膜質は均一であり、理
想的には、完全に金属元素を除去または許容範囲までに低減することが望ましい。しかし
、結晶化を助長する金属元素を添加する故に、結晶構造を有する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、結晶化を助長する金属元素は、一旦、結晶構造を有する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。
助長する金属元素を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。
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
構造を有する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、結晶構造を有する半導体膜の非晶
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。
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。
々のTFT特性に若干の差、即ちバラツキが生じていた。透過型の液晶表示装置の場合、
画素部に配置されるTFTに電気特性のバラツキがあれば、各画素電極に印加する電圧の
バラツキが生じ、そのため透過光量のバラツキも生じ、これが表示むらとなって観察者の
目に映ることになる。
実現する上で、必須の素子となっている。従って、OLEDを用いた発光装置は、少なく
とも、スイッチング素子として機能するTFTと、OLEDに電流を供給するTFTとが
、各画素に設けられることになる。画素の回路構成、及び駆動方法によらず、OLEDと
電気的に接続され、且つ、OLEDに電流を供給するTFTのオン電流(Ion)で画素の
輝度が決定されるため、例えば、全面白表示とした場合、オン電流が一定でなければ輝度
にバラツキが生じてしまうという問題がある。
元素を用いて結晶構造を有する半導体膜を得た後、該膜中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。
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
るゲッタリングはこれに当たり、前述の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。
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程度の結晶構造を有する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。
1の半導体膜を形成する工程と、該第1の半導体膜上に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、該バリア層上に希ガス元を含む第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。
原料ガスとしてモノシランと希ガス元素と水素を用いて成膜し、高濃度に希ガス元素を含
み非晶質構造を有する半導体膜、代表的にはアモルファスシリコン膜とするものである。
また、モノシランに代えて、ジシランやトリシランを用いてもよい。なお、プラズマCV
D法はガスによる成膜室(チャンバーとも呼ぶ)内のクリーニングが行えるため、スパッ
タ法に比べてメンテナンスが少なくて済み、量産には適した成膜方法である。
水素を用いて成膜しているため、膜中に含まれる水素濃度は低減される。また、原料ガス
の一つとして水素を使用しなかった場合に比べ、原料ガスの一つとして水素を用いて成膜
することによって膜中に含まれるフッ素濃度も低減される。
ガスと水素とを原料ガスとして導入し、プラズマを発生させて、希ガス元素を1×1018
/cm3〜1×1022/cm3で含み、且つ非晶質構造を有する半導体膜を被表面上に成膜
することを特徴とする非晶質構造を有する半導体膜の作製方法である。
.666Pa〜133.3Pa、好ましくは、53.32Pa(0.4Torr)未満と
することが望ましい。
に制御することを特徴としている。
W/cm2〜1W/cm2であることを特徴としている。なお、1W/cm2よりも高いR
Fパワーとすると膜にならず粉になってしまったり、膜に半球状の浮きが発生したりする
成膜不良が発生しやすい。
(モノシラン:希ガス)を0.1:99.9〜1:9、好ましくは、1:99〜5:95
に制御して成膜し、高濃度に希ガス元素を含み非晶質構造を有する半導体膜、代表的には
アモルファスシリコン膜を形成することを特徴としている。また、モノシランに代えて、
ジシランやトリシランを用いてもよい。また、成膜温度は300℃〜500℃が好ましい
。
sccm)を用い、比率(モノシラン:希ガス)を1:99に制御して、成膜温度350
℃、成膜圧力を6.665Pa(0.05Torr)、RFパワー50Wという成膜条件
で成膜されたアモルファスシリコン膜表面付近のアルゴン/シリコン強度比をTXRFで
測定してアルゴン濃度を求めた実験結果を図17に示す。
1016/cm3、好ましくは1×1015/cm3〜1×1017/cm3であることを特徴と
している。
非晶質構造を有する第1の半導体膜を形成する第1工程と、 前記非晶質構造を有する第
1の半導体膜に金属元素を添加する第2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3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4の工程と、 前記バリア層上にプラズマCVD法
で希ガス元素を含む第2の半導体膜を形成する第5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6工程と、 前記第2の半導体膜を除去する第7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。
料ガスとして導入し、プラズマを発生させるプラズマCVD法により形成することを特徴
としている。
り、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。
ばれた一種または複数種である。
ここで、プラズマCVD法を用い、原料ガスとしてモノシランとアルゴン元素と水素を
用いて半導体基板上に形成されたアモルファスシリコン膜の膜中におけるアルゴン濃度の
RFパワー密度依存性を調べることとした。
の圧力を66.65Pa(0.5Torr)となるように排気系で調節する。次いで、チャ
ンバー内にガス導入系からSiH4ガスを流量100sccm導入するとともに高周波電
源より放電周波数27.12MHz、投入RF電力20W(RFパワー密度0.033W
/cm2(電極面積600cm2))の放電を行いながらプラズマCVD法で第1アモルフ
ァスシリコン膜を形成した。なお、この第1アモルファスシリコン膜はリファレンスであ
る。
膜を積層形成した。第2アモルファスシリコン膜は、300℃に維持した後、チャンバー
内の圧力を26.66Pa(0.2Torr)となるように排気系で調節し、チャンバー内
にガス導入系からSiH4ガスを流量100sccm、アルゴンガスを流量500scc
m、窒素ガスを200sccmでそれぞれ導入するとともに高周波電源より放電周波数2
7.12MHz、投入RF電力20W(RFパワー密度0.033W/cm2)の放電を
行いながらプラズマCVD法で形成した。
ファスシリコン膜(RFパワー密度0.166W/cm2)、第4アモルファスシリコン
膜(RFパワー密度0.333W/cm2)、第5アモルファスシリコン膜(RFパワー
密度0.5W/cm2)を順次積層した。
濃度を測定した結果を図2(A)に、フッ素濃度を測定した結果を図2(B)に、窒素濃
度を測定した結果を図3(A)に、酸素濃度を測定した結果を図3(B)にそれぞれ示す
。図3(A)から膜中の窒素濃度は、1×1016/cm3〜1×1017/cm3程度と読み
取れる。また、図3(B)から膜中の酸素濃度は、4×1017/cm3〜3×1018/c
m3程度と読み取れる。また、図示しないが、膜中の炭素濃度は、1×1016/cm3〜5
×1017/cm3であった。
で、アモルファスシリコン膜中のアルゴン濃度が、1×1020/cm3〜1×1021/c
m3まで増加した。従って、水素とアルゴンとモノシランガスを原料ガスとするプラズマ
CVD法によって、高濃度、具体的には1×1020/cm3〜1×1021/cm3の濃度で
アルゴンを含むアモルファスシリコン膜を形成できる。一方、原料ガスとしてモノシラン
とアルゴンガスのみを用いた場合では、膜中のアルゴン濃度は、1×1018/cm3前後
、即ち5×1017/cm3〜2×1018/cm3程度しか含ませることができなかった。
コン膜中のフッ素濃度が、2×1016/cm3〜8×1016/cm3まで低減した。
が増加した。なお、RFパワー密度を増加させても膜中のフッ素濃度、窒素濃度、酸素濃
度、及び炭素濃度はほとんど変化が見られなかった。
次に、プラズマCVD法を用い、チャンバー内の圧力の条件を振り、アモルファスシリ
コン膜の膜中におけるアルゴン濃度において、チャンバー内の圧力の依存性を調べた。
リコン膜を半導体基板上に形成した。
膜を積層形成した。第2アモルファスシリコン膜は、300℃に維持した後、チャンバー
内の圧力を5.332Pa(0.04Torr)となるように排気系で調節し、チャンバー
内にガス導入系からSiH4ガスを流量100sccm、アルゴンガスを流量100sc
cm、水素ガスを50sccmでそれぞれ導入するとともに高周波電源より放電周波数2
7.12MHz、投入RF電力20W(RFパワー密度0.033W/cm2)の放電を
行いながらプラズマCVD法で形成した。
に第3アモルファスシリコン膜(圧力=4Pa(0.03Torr)、SiH4ガスを流量1
00sccm、アルゴンガスを流量50sccm、水素ガスを40sccm)、第4アモ
ルファスシリコン膜(圧力2.666Pa(0.02Torr)、SiH4ガスを流量100
sccm、アルゴンガスを流量15sccm、水素ガスを12sccm)を順次積層した
。
濃度を測定した結果を図4(A)に、フッ素濃度を測定した結果を図4(B)に、窒素濃
度を測定した結果を図5(A)に、酸素濃度を測定した結果を図5(B)にそれぞれ示す
。また、炭素濃度は、1×1016/cm3〜5×1017/cm3であった。
リコン膜中のアルゴン濃度が減少した。なお、圧力を減圧させても膜中のフッ素濃度、窒
素濃度、酸素濃度、及び炭素濃度はほとんど変化が見られなかった。
ここでは、プラズマCVD法を用い、原料ガスとしてモノシランとアルゴン元素と水素
を用いて形成されたアモルファスシリコン膜の膜質について以下に述べる。
コン膜をフーリエ変換赤外分光法(FT−IR法)で得られる分光スペクトルデータを図
16に示した。図16では波数640/cmの所でSi−Si結合のピークと、波数20
20/cmの所でピークが見られる。波数2000/cmがSi−H結合のピーク、波数
2100/cmがSi−H2結合のピークとされており、図16の波数2020/cmの
ピークは主にSi−H結合であり僅かにSi−H2結合を有しているため現れたピークで
あると言える。
でアルゴンを含み、且つ、膜中のフッ素濃度が、1×1017/cm3以下であるアモルフ
ァスシリコン膜をプラズマCVD法によって形成できる。
有する半導体膜を得ることができ、該半導体膜を活性層とするTFTにおいて電気特性の
向上、及び、個々の素子間でのバラツキを低減することができる。特に、液晶表示装置に
おいては、TFT特性のバラツキに起因する表示むらを低減できる。
に配置されたTFT(駆動回路または画素に配置されるOLEDに電流を供給するTFT
)のオン電流(Ion)のバラツキを低減することができ、輝度のバラツキを低減できる。
Fe、Cuなど)も除去または低減することができる。
以下に本発明を用いた代表的なTFTの作製手順を簡略に図1を用いて示す。
ここではゲッタリングサイトとして本発明の希ガス元素を含み、且つ非晶質構造を有する
半導体膜を用いた例を示す。
12は非晶質構造を有する半導体膜である。
ことができる。また、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形
成したものを用いても良い。また、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチ
ック基板を用いてもよい。
化窒化シリコン膜(SiOxNy)等の絶縁膜から成る下地絶縁膜11を形成する。代表的
な一例は下地絶縁膜11として2層構造から成り、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガ
スとして成膜される第1酸化窒化シリコン膜を50〜100nm、SiH4、及びN2Oを
反応ガスとして成膜される第2酸化窒化シリコン膜を100〜150nmの厚さに積層形
成する構造が採用される。また、下地絶縁膜11の一層として膜厚10nm以下の窒化シ
リコン膜(SiN膜)、或いは第2酸化窒化シリコン膜(SiNxOy膜(X≫Y))を用
いることが好ましい。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、半導体膜と接する下地絶縁膜を窒化シリコン膜とすることは極めて有効
である。また、第1酸化窒化シリコン膜、第2酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを
順次積層した3層構造を用いてもよい。
第1の半導体膜12は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶
質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマCVD法や減
圧CVD法、或いはスパッタ法で10〜100nmの厚さに形成する。後の結晶化で良質な
結晶構造を有する半導体膜を得るためには、非晶質構造を有する第1の半導体膜12の膜
中に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を5×1018/cm3(二次イオン質量分析法(S
IMS)にて測定した原子濃度)以下に低減させておくと良い。これらの不純物は後の結
晶化を妨害する要因となり、また、結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増
加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内
の鏡面処理(電界研磨処理)やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のCVD
装置を用いることが望ましい。
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(アモルファスシリコン膜とも呼ばれる)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。まず、非晶質構造を有する第1の半導体膜12の表面に、結
晶化を促進する触媒作用のある金属元素(ここでは、ニッケル)を重量換算で1〜100
ppm含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層13を形成する。(図
1(B))塗布によるニッケル含有層13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。また、こ
こでは、全面に塗布する例を示したが、マスクを形成して選択的にニッケル含有層を形成
してもよい。
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14が形成される
。なお、結晶化後での第1の半導体膜14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3
0〜60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600〜100
0℃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14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、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。生産性を考慮すると、結晶化
は強光の照射により結晶化を行うことが望ましい。
している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、1
×1019/cm3を越える濃度で残存している。勿論、このような状態でもTFTをはじめ各
種半導体素子を形成することが可能であるが、以降に示す方法で当該元素を除去する。
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14に対してレーザー光を照射
することが好ましい。レーザー光を照射した場合、表面に薄い酸化膜(図示しない)が形
成される。このレーザー光には波長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。また、連続発振のレーザ(YAGレーザ、YVO
4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンド
ライドレーザ、Ti:サファイアレーザ)を用い、基本波の第2高調波〜第4高調波を適
用してもよい。代表的には、Nd:YVO4レーザー(基本波1064nm)の第2高調波(
532nm)や第3高調波(355nm)を適用すればよい。連続発振のレーザーを用いる
場合には、出力10Wの連続発振のYVO4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学
素子により高調波に変換する。また、共振器の中にYVO4結晶と非線形光学素子を入れ
て、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状ま
たは楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体に照射する。なお、照射面におけるレーザ
光の形状(レーザースポット)は光学系からなるビーム形成手段により短径の長さが3〜
100μmとし、長径の長さが100μm以上である楕円形状であるとする。楕円形状に
代えて、短辺の長さが3〜100μmとし、長辺の長さが100μm以上である矩形形状
としてもよい。前記形状を矩形状または楕円状としたのは、基板全面を効率よくレーザア
ニールするためである。ここで、長径(または長辺)の長さを100μm以上としたのは
、レーザアニールに適したエネルギー密度を有するレーザ光であれば、実施者が長径(ま
たは長辺)の長さを適宜決定すればよいからである。このときのエネルギー密度は0.0
1〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要である。そし
て、10〜2000cm/s程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体膜を移動させ
て照射すればよい。
らに、オゾン含有水溶液(代表的にはオゾン水)で酸化膜(ケミカルオキサイドと呼ばれ
る)を形成して合計1〜10nmの酸化膜からなるバリア層15を形成し、このバリア層
15上に希ガス元素を含む第2の半導体膜16を形成する。(図1(D))なお、ここで
は、結晶構造を有する第1の半導体膜14に対してレーザー光を照射した場合に形成され
る酸化膜もバリア層の一部と見なしている。このバリア層15は、後の工程で第2の半導
体膜16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、オゾ
ン含有水溶液に代えて、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理
しても同様にケミカルオキサイドを形成することができる。また、他のバリア層15の形
成方法としては、酸素雰囲気下の紫外線の照射でオゾンを発生させて前記結晶構造を有す
る半導体膜の表面を酸化して形成してもよい。また、他のバリア層15の形成方法として
は、プラズマCVD法やスパッタ法や蒸着法などで1〜10nm程度の酸化膜を堆積して
バリア層としても良い。バリア層の形成にプラズマCVD法やスパッタ法や蒸着法などを
用いる場合には、前記結晶構造を有する半導体膜の表面を洗浄し、自然酸化膜やレーザー
光の照射により形成された酸化膜などを除去した後で形成することが望ましい。
(モノシラン、ジシラン、トリシラン等)と窒素酸化物系ガス(NOxで表記されるガス
)を用い、パルス発振させて成膜する。例えば、原料ガスとしてモノシラン(SiH4)
と亜酸化窒素(N2O)、或いは、TEOSガスとN2O、或いはTEOSガスとN2Oと
O2を用い、10nm以下、好ましくは5nm以下の酸化窒化シリコン膜を形成する。こ
の酸化窒化シリコン膜は、オゾン含有水溶液(代表的にはオゾン水)で得られる酸化膜(
ケミカルオキサイドと呼ばれる)や、酸素雰囲気下の紫外線の照射でオゾンを発生させて
結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化して得られる酸化膜と比較して、結晶構造を有す
る第1の半導体膜との密着性が高く、後の工程(第2の半導体膜の形成)でピーリングが
発生しない。さらに密着性を高くするために、バリア層の形成前にアルゴンプラズマ処理
を行ってもよい。また、ゲッタリングさせる工程においても、上記膜厚範囲の酸化窒化シ
リコン膜であれば、金属元素がバリア層を通過してゲッタリングサイトに移動させること
ができる。
体膜と、バリア層を大気に触れさせることなく成膜することが可能であり、さらに同一チ
ャンバーで連続的に成膜することも可能であるため、スループットに優れている。
0℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成しても良い。なお、上記方法のいずれか一の方法、
またはそれらの方法を組み合わせて形成されたバリア層15は、後のゲッタリングで第1
の半導体膜中のニッケルが第2の半導体膜に移動可能な膜質または膜厚とすることが必要
である。本明細書中、バリア層とは、ゲッタリング工程において金属元素が通過可能な膜
質または膜厚を有し、且つ、ゲッタリングサイトとなる層の除去工程においてエッチング
ストッパーとなる層を指している。
タリングサイトを形成する。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。中でも安価なガスであるアルゴン(Ar)
が好ましい。ここでは原料ガスとして、モノシラン、アルゴン、水素を用いることによっ
て、アルゴンを1×1018/cm3〜1×1022/cm3、好ましくは、1×1020/cm3〜
1×1021/cm3の濃度で含み、ゲッタリング効果が得られる第2の半導体膜をプラズマC
VD法で成膜することができる。なお、第2の半導体膜は、膜中のフッ素濃度が2×10
16/cm3〜8×1016/cm3の濃度にまで低減され、水素濃度も比較的低い値となる。
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
に歪みを与えることである。半導体膜の格子間に歪みを与えるにはアルゴン(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、膜中に希ガス元素を含有させることにより、格子歪だけでなく
、不対結合手も形成させてゲッタリング作用に寄与する。
減、あるいは除去するゲッタリングを行う。(図1(E))ゲッタリングを行う加熱処理
としては、強光を照射する処理または熱処理を行えばよい。このゲッタリングにより、図
1(E)中の矢印の方向(即ち、基板側から第2の半導体膜表面に向かう方向)に金属元
素が移動し、バリア層15で覆われた第1の半導体膜14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。金属元素がゲッタリングの際に移動する距離は、
少なくとも第1の半導体膜の厚さ程度の距離であればよく、比較的短時間でゲッタリング
を完遂することができる。ここでは、ニッケルが第1の半導体膜16に偏析しないよう全
て第2の半導体膜16に移動させ、第1の半導体膜14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。
2の半導体膜が一部結晶化される場合もある。第2の半導体膜が結晶化してしまうとダン
グリングボンドや格子歪みや不対結合手が減少してゲッタリング効果の低減を招くことか
ら、好ましくは、第2の半導体膜が結晶化しない加熱処理の条件、或いは第2の半導体膜
の膜厚とする。いずれにせよ、第2の半導体膜、即ち希ガス元素を含有する非晶質シリコ
ン膜は、希ガス元素を含まない非晶質シリコン膜と比べて結晶化が生じにくいため、ゲッ
タリングサイトとして最適である。
導体膜の結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修する、即ち結晶性の改善を行う
ことができる。
)にある金属元素が熱エネルギーにより放出され、拡散によりゲッタリングサイトに移動
することを指している。従って、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温であるほど
短時間でゲッタリングが進むことになる。
0〜60秒点灯させ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の発
光強度は任意なものとするが、瞬間的には600〜1000℃、好ましくは700〜75
0℃程度に半導体膜が加熱されるようにする。
550℃にて14時間の熱処理を行えばよい。また、熱処理に加えて強光を照射してもよ
い。
みを選択的に除去した後、バリア層15を除去し、第1の半導体膜16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17を形成する。(図1(F))第2の半導体膜
のみを選択的にエッチングする方法としては、ClF3によるプラズマを用いないドライ
エッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド(化学
式 (CH3)4NOH)を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行う
ことができる。また、第2の半導体膜を除去した後、バリア層の表面をTXRFでニッケ
ル濃度を測定したところ、ニッケルが高濃度で検出されるため、バリア層は除去すること
が望ましく、フッ酸を含むエッチャントにより除去すれば良い。また、バリア層を除去し
た後、レジストからなるマスクを形成する前に、オゾン水で表面に薄い酸化膜を形成する
ことが望ましい。
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。
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20及びドレイン領域21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。
に達するコンタクトホールを形成し、ソース電極24、ドレイン電極25を形成してTF
T(nチャネル型TFT)を完成させる。(図1(G))
17/cm3未満とすることができる。
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(LD
D: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(Ga
te-drain Overlapped LDD)構造としてもよい。
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。
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。
ここではTFTの活性層として本発明の希ガス元素を含み、且つ非晶質構造を有する半
導体膜を用いた例を示す。
膜を形成し、該ゲート絶縁膜上に、本発明の希ガス元素を含み、且つ非晶質構造を有する
第1の半導体膜を形成する。ここでは原料ガスとして、モノシラン、アルゴン、水素を用
いることによって、アルゴンを1×1018/cm3〜1×1022/cm3、好ましくは、1
×1020/cm3〜1×1021/cm3の濃度で含み、且つ、フッ素を2×1016/cm3〜8×
1016/cm3の濃度で含み、且つ、水素濃度が比較的低く、非晶質構造を有する第1の
半導体膜をプラズマCVD法で成膜することができる。次いで、一導電型(n型またはp
型)の不純物元素を含有する第2の半導体膜を積層する。次いで、非晶質構造を有する第
1の半導体膜のうち、活性層となる部分以外の不要な部分をエッチングで除去する。次い
で、全面に導電膜からなる導電膜を成膜した後に、前記導電膜と一導電型(n型またはp
型)の不純物元素を含有する第2の半導体膜の一部を除去して、半導体膜からなるソース
領域とドレイン領域を形成し、同時に導電膜からなるドレイン配線とソース配線も形成す
る。さらに第1の半導体膜の一部を除去して、チャネル・エッチ型のボトムゲート構造の
TFTを作製する。このTFTに画素電極を設ければ、液晶表示装置における画素部のT
FTに使用することができる。
、ポリシリコンTFTと呼ばれるTFTの活性層にも適用できる。
体膜12として、本発明の希ガス元素を含み、且つ非晶質構造を有する第1の半導体膜を
用いる。そして、結晶化技術(固相成長法、レーザー結晶化方法、金属元素を触媒として
用いた熱処理による固相成長法など)により結晶化を行って結晶構造を有する半導体を形
成し、パターニングしてTFTの活性層とすればよい。本発明の非晶質構造を有する半導
体膜は、膜中の水素濃度およびフッ素濃度が低減されているため、結晶化の際に有利であ
る。ここでは原料ガスとして、モノシラン、アルゴン、水素を用いることによって、アル
ゴンを1×1018/cm3〜1×1022/cm3、好ましくは、1×1020/cm3〜1×10
21/cm3の濃度で含み、非晶質構造を有する第1の半導体膜をプラズマCVD法で成膜する
ことができる。
及び窒素を含み、且つ非晶質構造を有する第1の半導体膜を成膜した後、レーザー結晶化
を行う。
YAGレーザーやYVO4レーザー、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ル
ビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ti:サファイアレーザなどを用いることがで
きる。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を
光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が
適宣選択するものであるが、パルス発振型のエキシマレーザーを用いる場合はパルス発振
周波数30Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜400mJ/cm2(代表的には20
0〜300mJ/cm2)とする。また、パルス発振型のYAGレーザーやYVO4レーザーを用
いる場合にはその第2高調波または第3高調波を用いパルス発振周波数1〜10kHzと
し、レーザーエネルギー密度を300〜600mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)
とすると良い。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレー
ザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラ
ップ率)を80〜98%として行えばよい。
連続発振のYVO4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波(第2
高調波〜第4高調波)に変換する。また、共振器の中にYVO4結晶と非線形光学素子を
入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形
状または楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密
度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)が必要で
ある。そして、0.5〜2000cm/s程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体
膜を移動させて照射すればよい。
また、本発明の希ガス元素を含み、且つ非晶質構造を有する半導体膜は、基板上に各素
子を形成した後、基板とTFT等の素子とを分離する際、エッチング処理、或いはレーザ
ー光の照射によって層内または界面において剥離現象が生じる層(剥離層)として用いる
こともできる。この剥離層は、基板上に接して設け、剥離層上に絶縁膜およびTFTを形
成する。
構造を有する半導体膜と比較して、エッチングレートが異なるため、各種エッチング工程
のエッチングストッパーに用いることができる。
態1で説明した方法とは別の方法で結晶化した半導体膜や、その他の一般的な半導体膜の
ゲッタリングサイトとしても用いることができる。
こととする。
部の周辺に設ける駆動回路のTFT(nチャネル型TFT及びpチャネル型TFT)を同
時に作製する方法について詳細に説明する。
た後、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層102〜106を形成
する。
プラズマCVD法で成膜温度400℃、原料ガスSiH4、NH3、N2Oから作製される
酸化窒化シリコン膜101a(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17
%)を50nm(好ましくは10〜200nm)形成する。次いで、表面をオゾン水で洗浄し
た後、表面の酸化膜を希フッ酸(1/100希釈)で除去する。次いでプラズマCVD法
で成膜温度400℃、原料ガスSiH4、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜101
b(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を100nm(好ましくは
50〜200nm)
の厚さに積層形成し、さらに大気解放せずにプラズマCVD法で成膜温度300℃、成膜
ガスSiH4で非晶質構造を有する半導体膜(ここではアモルファスシリコン膜)を54
nmの厚さ(好ましくは25〜80nm)で形成する。
上積層させた構造として形成しても良い。また、半導体膜の材料に限定はないが、好まし
くはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(Si1-XGeX(X=0.0001〜0.02
))合金などを用い、公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法
等)により形成すればよい。また、プラズマCVD装置は、枚葉式の装置でもよいし、バ
ッチ式の装置でもよい。また、同一の成膜室で大気に触れることなく下地絶縁膜と半導体
膜とを連続成膜してもよい。
の極薄い酸化膜を形成する。次いで、TFTのしきい値を制御するために微量な不純物元
素(ボロンまたはリン)のドーピングを行う。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を用い、ドーピング条件を加速電圧15kV、
ジボランを水素で1%に希釈したガス流量30sccm、ドーズ量2×1012/cm2で
非晶質シリコン膜にボロンを添加した。
る。塗布に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。
この加熱処理は、電気炉の熱処理または強光の照射を用いればよい。電気炉の熱処理で行
う場合は、500℃〜650℃で4〜24時間で行えばよい。ここでは脱水素化のための
熱処理(500℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(550℃、4時間)を行って
結晶構造を有するシリコン膜を得る。なお、ここでは炉を用いた熱処理を用いて結晶化を
行ったが、ランプアニール装置で結晶化を行ってもよい。なお、ここではシリコンの結晶
化を助長する金属元素としてニッケルを用いた結晶化技術を用いたが、他の公知の結晶化
技術、例えば固相成長法やレーザー結晶化法を用いてもよい。
率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するための第1のレーザー光(XeCl:波長
308nm)の照射を大気中、または酸素雰囲気中で行う。レーザー光には波長400nm
以下のエキシマレーザ光や、YAGレーザの第2高調波、第3高調波を用いる。いずれに
しても、繰り返し周波数10〜1000Hz程度のパルスレーザー光を用い、当該レーザー
光を光学系にて100〜500mJ/cm2に集光し、90〜95%のオーバーラップ率をもっ
て照射し、シリコン膜表面を走査させればよい。ここでは、繰り返し周波数30Hz、エ
ネルギー密度393mJ/cm2で第1のレーザー光の照射を大気中で行なう。なお、大気中、
または酸素雰囲気中で行うため、第1のレーザー光の照射により表面に酸化膜が形成され
る。
2のレーザー光の照射を窒素雰囲気、或いは真空中で行い、半導体膜表面を平坦化する。
このレーザー光(第2のレーザー光)には波長400nm以下のエキシマレーザー光や、Y
AGレーザーの第2高調波、第3高調波を用いる。第2のレーザー光のエネルギー密度は
、第1のレーザー光のエネルギー密度より大きくし、好ましくは30〜60mJ/cm2
大きくする。ここでは、繰り返し周波数30Hz、エネルギー密度453mJ/cm2で第2の
レーザー光の照射を行ない、半導体膜表面における凹凸のP―V値(Peak to Valley、高
さの最大値と最小値の差分)が50nm以下となる。このP−V値は、AFM(原子間力
顕微鏡)
により得られる。
素部のTFTに特に効果があるため、少なくとも画素部のみに選択的に照射する工程とし
てもよい。
わなくともよい。
を形成する。
イトとなるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を膜厚150nmで形成する。
内の圧力を26.66Pa(0.2Torr)とし、チャンバー内にガス導入系からSiH4
ガスを流量100sccm、アルゴンガスを流量500sccm、水素ガスを200sc
cmでそれぞれ導入するとともに高周波電源より放電周波数27.12MHz、投入RF
電力300W(RFパワー密度0.5W/cm2)の放電を行う。なお、上記条件での非
晶質シリコン膜に含まれるアルゴン元素の原子濃度は、1×1020/cm3〜1×1021
/cm3である。その後、ランプアニール装置を用いて650℃、3分の熱処理を行いゲ
ッタリングする。
元素を含む非晶質シリコン膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去
する。なお、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、酸化膜からなるバリア層をゲッタリング後に除去することが望ましい。
にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、レジストからなるマスクを形成し、所望の形状に
エッチング処理して島状に分離された半導体層102〜106を形成する。半導体層を形
成した後、レジストからなるマスクを除去する。
浄した後、ゲート絶縁膜107となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する。本実施例で
は、プラズマCVD法により115nmの厚さで酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32
%、O=59%、N=7%、H=2%)で形成する。
1の導電膜108aと、膜厚100〜400nmの第2の導電膜108bとを積層形成す
る。本実施例では、ゲート絶縁膜107上に膜厚50nmの窒化タンタル膜、膜厚370
nmのタングステン膜を順次積層する。
Al、Cuから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材
料で形成する。また、第1の導電膜及び第2の導電膜としてリン等の不純物元素をドーピ
ングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、、AgPdCu合金を用いてもよい
。また、2層構造に限定されず、例えば、膜厚50nmのタングステン膜、膜厚500n
mのアルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)膜、膜厚30nmの窒化チタン膜を順
次積層した3層構造としてもよい。また、3層構造とする場合、第1の導電膜のタングス
テンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、第2の導電膜のアルミニウムとシリコ
ンの合金(Al−Si)膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜(Al−Ti)を用い
てもよいし、第3の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。また、単層
構造であってもよい。
を形成し、ゲート電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。第1のエ
ッチング処理では第1及び第2のエッチング条件で行う。エッチングにはICP(Induct
ively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用いると良い。ICPエッ
チング法を用い、エッチング条件(コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に
印加される電力量、基板側の電極温度等)を適宜調節することによって所望のテーパー形
状に膜をエッチングすることができる。なお、エッチング用ガスとしては、Cl2、BC
l3、SiCl4、CCl4などを代表とする塩素系ガスまたはCF4、SF6、NF3などを
代表とするフッ素系ガス、またはO2を適宜用いることができる。
、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。なお、基板側の電極面積サイズは、12.
5cm×12.5cmであり、コイル型の電極面積サイズ(ここではコイルの設けられた
石英円板)は、直径25cmの円板である。この第1のエッチング条件によりW膜をエッ
チングして第1の導電層の端部をテーパー形状とする。第1のエッチング条件でのWに対
するエッチング速度は200.39nm/min、TaNに対するエッチング速度は80
.32nm/minであり、TaNに対するWの選択比は約2.5である。また、この第
1のエッチング条件によって、Wのテーパー角は、約26°となる。この後、レジストか
らなるマスク110〜115を除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガ
スにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を30/30(sccm)とし、1Pa
の圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し
て約30秒程度のエッチングを行った。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56
MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合し
た第2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。第2のエ
ッチング条件でのWに対するエッチング速度は58.97nm/min、TaNに対する
エッチング速度は66.43nm/minである。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すこ
となくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させる
と良い。
とにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の
端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は15〜45°とすればよい。
状の導電層117〜121(第1の導電層117a〜121aと第2の導電層117b〜
121b)を形成する。ゲート絶縁膜となる絶縁膜107は、10〜20nm程度エッチン
グされ、第1の形状の導電層117〜121で覆われない領域が薄くなったゲート絶縁膜
116となる。
(図6(C))ここでは、エッチング用ガスにSF6とCl2とO2とを用い、それぞれの
ガス流量比を24/12/24(sccm)とし、1.3Paの圧力でコイル型の電極に7
00WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを25秒行った
。基板側(試料ステージ)にも10WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自
己バイアス電圧を印加する。第2のエッチング処理でのWに対するエッチング速度は22
7.3nm/min、TaNに対するエッチング速度は32.1nm/minであり、T
aNに対するWの選択比は7.1であり、絶縁膜116であるSiONに対するエッチン
グ速度は33.7nm/minであり、SiONに対するWの選択比は6.83である。
このようにエッチングガス用ガスにSF6を用いた場合、絶縁膜116との選択比が高い
ので膜減りを抑えることができる。本実施例では絶縁膜116において約8nmしか膜減
りが起きない。
ング処理により第2の導電層124b〜129bを形成する。一方、第1の導電層は、ほ
とんどエッチングされず、第1の導電層124a〜129aとなる。なお、第1の導電層
124a〜129aは、第1の導電層117a〜122aとほぼ同一サイズである。実際
には、第1の導電層の幅は、第2のエッチング処理前に比べて約0.3μm程度、即ち線
幅全体で0.6μm程度後退する場合もあるがほとんどサイズに変化がない。また、図6
(B)および図6(C)では、第1の導電層のテーパー部の長さは同一として図示してい
るが、実際は、配線幅の依存性があるため、配線幅によって第1の導電層のテーパー部の
長さが変化する。
ウムとシリコンの合金(Al−Si)膜、膜厚30nmの窒化チタン膜を順次積層した3
層構造とした場合、第1のエッチング処理の第1のエッチング条件としては、BCl3と
Cl2とO2とを原料ガスに用い、それぞれのガス流量比を65/10/5(sccm)と
し、基板側(試料ステージ)に300WのRF(13.56MHz)電力を投入し、1.
2Paの圧力でコイル型の電極に450WのRF(13.56MHz)電力を投入してプ
ラズマを生成して117秒のエッチングを行えばよく、第1のエッチング処理の第2のエ
ッチング条件としては、CF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25/2
5/10(sccm)とし、基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MH
z)電力を投入し、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz
)電力を投入してプラズマを生成して約30秒程度のエッチングを行えばよく、第2のエ
ッチング処理としてはBCl3とCl2を用い、それぞれのガス流量比を20/60(sccm
)とし、基板側(試料ステージ)には100WのRF(13.56MHz)電力を投入し
、1.2Paの圧力でコイル型の電極に600WのRF(13.56MHz)電力を投入
してプラズマを生成してエッチングを行えばよい。
D)の状態を得る。ドーピング処理はイオンドープ法、もしくはイオン注入法で行えば良
い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1.5×1014atoms/cm2とし、加速電圧を60
〜100keVとして行う。n型を付与する不純物元素として、典型的にはリン(P)ま
たは砒素(As)を用いる。この場合、第1の導電層及び第2の導電層124〜128が
n型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第1の不純物領域130
〜134が形成される。第1の不純物領域130〜134には1×1016〜1×1017/c
m3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。ここでは、第1の不純物領域と同
じ濃度範囲の領域をn--領域とも呼ぶ。
ったが、レジストからなるマスクを除去せずに第1のドーピング処理を行ってもよい。ま
た、図6(D)では、便宜上、第1の導電層のテーパー部の長さは同一として図示してい
るが、実際は、配線幅によって第1の導電層のテーパー部の長さが変化している。従って
、同一基板上に配線幅の異なる配線が複数設けられている場合、ドーピングされる領域の
幅もそれぞれ異なる。
のドーピング処理を行う。マスク135は駆動回路のpチャネル型TFTを形成する半導
体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域を保護するマスクであり、マスク136は駆
動回路のnチャネル型TFTの一つを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺
の領域を保護するマスクであり、マスク137は画素部のTFTを形成する半導体層のチ
ャネル形成領域及びその周辺の領域と保持容量となる領域とを保護するマスクである。
s/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとしてリン(P)をドーピングする。ここで
は、第2の導電層124b〜126bをマスクとして各半導体層に不純物領域が自己整合
的に形成される。勿論、マスク135〜137で覆われた領域には添加されない。こうし
て、第2の不純物領域138〜140と、第3の不純物領域142が形成される。第2の
不純物領域138〜140には1×1020〜1×1021/cm3の濃度範囲でn型を付与する
不純物元素を添加されている。ここでは、第2の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をn+
領域とも呼ぶ。
れ、1×1018〜1×1019/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加されるこ
とになる。なお、第3の不純物領域は、テーパー形状である第1の導電層の部分を通過さ
せてドーピングを行うため、テーパ−部の端部に向かって不純物濃度が増加する濃度勾配
を有している。ここでは、第3の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をn-領域とも呼ぶ。
また、マスク136、137で覆われた領域は、第2のドーピング処理で不純物元素が添
加されず、第1の不純物領域144、145となる。
るマスク146〜148を形成して図7(B)に示すように第3のドーピング処理を行う
。
導体層および保持容量を形成する半導体層にp型の導電型を付与する不純物元素が添加さ
れた第4の不純物領域149、150及び第5の不純物領域151、152を形成する。
型を付与する不純物元素が添加されるようにする。尚、第4の不純物領域149、150
には先の工程でリン(P)が添加された領域(n--領域)であるが、p型を付与する不純
物元素の濃度がその1.5〜3倍添加されていて導電型はp型となっている。ここでは、
第4の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をp+領域とも呼ぶ。
領域に形成されるものであり、1×1018〜1×1020/cm3の濃度範囲でp型を付与する
不純物元素が添加されるようにする。ここでは、第5の不純物領域と同じ濃度範囲の領域
をp-領域とも呼ぶ。
形成される。導電層124〜127はTFTのゲート電極となる。また、導電層128は
画素部において保持容量を形成する一方の電極となる。さらに、導電層129は画素部に
おいてソース配線を形成する。
が形成できるのであれば特に上記工程順序に限定されず、各エッチング順序、各ドーピン
グ順序を適宜変更してもよい。
VD法により膜厚50nmの酸化シリコン膜を形成した。勿論、この絶縁膜は酸化シリコ
ン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用
いても良い。
の活性化工程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法(RTA法)、或いは
YAGレーザーまたはエキシマレーザーを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処
理、或いはこれらの方法のうち、いずれかと組み合わせた方法によって行う。
行った後、絶縁膜を形成する工程としてもよい。
550℃で1〜12時間の熱処理)を行い、半導体層を水素化する工程を行う。(図7(
C))この工程は第1の層間絶縁膜153に含まれる水素により半導体層のダングリング
ボンドを終端する工程である。酸化シリコン膜からなる絶縁膜(図示しない)の存在に関
係なく半導体層を水素化することができる。
ただし、本実施例では、第2の導電層としてアルミニウムを主成分とする材料を用いてい
るので、水素化する工程において第2の導電層が耐え得る熱処理条件とすることが重要で
ある。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用い
る)を行っても良い。
を形成する。本実施例では膜厚1.6μmのアクリル樹脂膜を形成する。次いで、ソース
配線129に達するコンタクトホールと、導電層127、128に達するコンタクトホー
ルと、各不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。本実施例では複数のエッチン
グ処理を順次行う。本実施例では第1の層間絶縁膜をエッチングストッパーとして第2の
層間絶縁膜をエッチングした後、絶縁膜(図示しない)をエッチングストッパーとして第
1の層間絶縁膜をエッチングしてから絶縁膜(図示しない)をエッチングした。
及び画素電極の材料は、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ことが望ましい。こうして、ソース電極またはドレイン電極1
55〜160、ゲート配線162、接続配線161、画素電極163が形成される。
型TFT203を有する駆動回路206と、nチャネル型TFTからなる画素TFT20
4、保持容量205とを有する画素部207を同一基板上に形成することができる。(図
8)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。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。
域167、ゲート電極を形成する導電層127の外側に形成される第1の不純物領域(n
--領域)145とソース領域として機能する第2の不純物領域(n+領域)140を有し
ている。また、保持容量205の一方の電極として機能する半導体層には第4の不純物領
域150、第5の不純物領域152が形成されている。保持容量205は、絶縁膜(ゲー
ト絶縁膜と同一膜)116を誘電体として、第2の電極128と、半導体層150、15
2、168とで形成されている。
T)はチャネル形成領域164、ゲート電極を形成する導電層124の一部と絶縁膜を介
して重なる第3の不純物領域(n-領域)142とソース領域またはドレイン領域として
機能する第2の不純物領域(n+領域)138を有している。
5、ゲート電極を形成する導電層125の一部と絶縁膜を介して重なる第5不純物領域(
p-領域)151とソース領域またはドレイン領域として機能する第4の不純物領域(p+
領域)149を有している。
T)にはチャネル形成領域166、ゲート電極を形成する導電層126の外側に第1の不
純物領域(n--領域)144とソース領域またはドレイン領域として機能する第2の不純
物領域(n+領域)139を有している。
、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成し、駆動回路206を形成すればよい。例え
ば、CMOS回路を形成する場合には、nチャネル型TFT201とpチャネル型TFT
202を相補的に接続して形成すればよい。
、nチャネル型TFT203の構造が適している。
1の構造が適している。
るので、GOLD構造のTFTにおいて、ゲート電極とゲート絶縁膜を介して重なる不純
物領域の面積を縮小しても十分な信頼性を得ることができる。
具体的にはGOLD構造のTFTにおいてゲート電極のテーパー部となる部分サイズを小
さくしても十分な信頼性を得ることができる。
が、ゲート電極(第1導電層)のテーパー部となる部分サイズを小さくして寄生容量を低
減すれば、f特性も向上してさらなる高速動作が可能となり、且つ、十分な信頼性を有す
るTFTとなる。
の低減、およびバラツキの低減が実現される。
する例を示したが、画素電極を透明導電膜で形成すると、フォトマスクは1枚増えるもの
の、透過型の表示装置を形成することができる。
ス型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図9を用いる。
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。
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。
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(図示せず)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。このようにしてアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する
。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断
する。さらに、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。
304の上側には、ソース信号線を駆動するためのソース信号線駆動回路302が配置さ
れている。画素部304の左右には、ゲート信号線を駆動するためのゲート信号線駆動回
路303が配置されている。本実施例に示した例では、ゲート信号線駆動回路303は画
素部に対して左右対称配置としているが、これは片側のみの配置でも良く、液晶モジュー
ルの基板サイズ等を考慮して、設計者が適宜選択すれば良い。ただし、回路の動作信頼性
や駆動効率等を考えると、図9に示した左右対称配置が望ましい。
FPC)305から行われる。FPC305は、基板301の所定の場所まで配置された
配線に達するように、層間絶縁膜および樹脂膜にコンタクトホールを開口し、接続電極3
09を形成した後、異方性導電膜等を介して圧着される。本実施例においては、接続電極
はITOを用いて形成した。
めアクティブマトリクス基板上に形成されたスペーサ310によって一定のギャップ(基
板301と対向基板306との間隔)を保った状態で、対向基板306が貼り付けられる
。その後、シール剤307が塗布されていない部分より液晶素子が注入され、封止剤30
8によって密閉される。以上の工程により、液晶モジュールが完成する。
個のICを用いてもよい。
したが、本実施例では画素電極を透光性を有する導電膜で形成した透過型の表示装置の例
を示す。
例1に従って層間絶縁膜を形成した後、透光性を有する導電膜からなる画素電極601を
形成する。透光性を有する導電膜としては、ITO(酸化インジウム酸化スズ合金)、酸
化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)等を用いればよい
。
続電極602を形成する。この接続電極602は、コンタクトホールを通じてドレイン領
域と接続されている。また、この接続電極と同時に他のTFTのソース電極またはドレイ
ン電極も形成する。
個のICを用いてもよい。
基板を用い、実施例2に従って液晶モジュールを作製し、バックライト604、導光板6
05を設け、カバー606で覆えば、図10にその断面図の一部を示したようなアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置が完成する。なお、カバーと液晶モジュールは接着剤や有機
樹脂を用いて貼り合わせる。また、基板と対向基板を貼り合わせる際、枠で囲んで有機樹
脂を枠と基板との間に充填して接着してもよい。また、透過型であるので偏光板603は
、アクティブマトリクス基板と対向基板の両方に貼り付ける。
。
を図11に示す。
をA−A’で切断した断面図である。絶縁表面を有する基板900(例えば、ガラス基板
、結晶化ガラス基板、もしくはプラスチック基板等)に、画素部902、ソース側駆動回
路901、及びゲート側駆動回路903を形成する。これらの画素部や駆動回路は、上記
実施例に従えば得ることができる。
材918で覆われ、そのシール材は保護膜919で覆われている。さらに、接着材を用い
てカバー材920で封止されている。熱や外力などによる変形に耐えるためカバー材92
0は基板900と同じ材質のもの、例えばガラス基板を用いることが望ましく、サンドブ
ラスト法などにより図11に示す凹部形状(深さ3〜10μm)に加工する。さらに加工
して乾燥剤921が設置できる凹部(深さ50〜200μm)を形成することが望ましい
。また、多面取りでELモジュールを製造する場合、基板とカバー材とを貼り合わせた後
、CO2レーザー等を用いて端面が一致するように分断してもよい。
を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキ
ット)909からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではFPCしか図示
されていないが、このFPCにはプリント配線基盤(PWB)が取り付けられていても良
い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはP
WBが取り付けられた状態をも含むものとする。
が設けられ、絶縁膜910の上方には画素部902、ゲート側駆動回路903が形成され
ており、画素部902は電流制御用TFT911とそのドレインに電気的に接続された画
素電極912を含む複数の画素により形成される。また、ゲート側駆動回路903はnチ
ャネル型TFT913とpチャネル型TFT714とを組み合わせたCMOS回路を用い
て形成される。
FT201、上記実施例1のpチャネル型TFT202に従って作製すればよい。
金属イオン等の不純物イオンの拡散をブロックするだけでなく、積極的にアルカリ金属イ
オンやアルカリ土金属イオン等の不純物イオンを吸着する材料が好ましく、更には後のプ
ロセス温度に耐えうる材料が適している。これらの条件に合う材料は、一例としてフッ素
を多く含んだ窒化シリコン膜が挙げられる。
窒化シリコン膜の膜中に含まれるフッ素濃度は、1×1019/cm3以上、好ましくは窒
化シリコン膜中でのフッ素の組成比を1〜5%とすればよい。窒化シリコン膜中のフッ素
がアルカリ金属イオンやアルカリ土金属イオン等と結合し、膜中に吸着される。また、他
の例としてアルカリ金属イオンやアルカリ土金属イオン等を吸着するアンチモン(Sb)
化合物、スズ(Sn)化合物、またはインジウム(In)化合物からなる微粒子を含む有
機樹脂膜、例えば、五酸化アンチモン微粒子(Sb2O5・nH2O)を含む有機樹脂膜も
挙げられる。なお、この有機樹脂膜は、平均粒径10〜20nmの微粒子が含まれており
、光透過性も非常に高い。この五酸化アンチモン微粒子で代表されるアンチモン化合物は
、アルカリ金属イオン等の不純物イオンやアルカリ土金属イオンを吸着しやすい。
の両端にはバンク915が形成され、画素電極912上にはEL層916および発光素子
の陰極917が形成される。
L層(発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層)を形成すれば良い。例え
ば、低分子系有機EL材料や高分子系有機EL材料を用いればよい。また、EL層として
一重項励起により発光(蛍光)する発光材料(シングレット化合物)からなる薄膜、また
は三重項励起により発光(リン光)する発光材料(トリプレット化合物)からなる薄膜を
用いることができる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用い
ることも可能である。これらの有機EL材料や無機材料は公知の材料を用いることができ
る。
09に電気的に接続されている。さらに、画素部902及びゲート側駆動回路903に含
まれる素子は全て陰極917、シール材918、及び保護膜919で覆われている。
用いるのが好ましい。また、シール材918はできるだけ水分や酸素を透過しない材料で
あることが望ましい。
ようにDLC膜等からなる保護膜919をシール材918の表面(露呈面)に設けること
が好ましい。また、基板の裏面を含む全面に保護膜を設けてもよい。ここで、外部入力端
子(FPC)が設けられる部分に保護膜が成膜されないように注意することが必要である
。マスクを用いて保護膜が成膜されないようにしてもよいし、CVD装置で使用するマス
キングテープ等のテープで外部入力端子部分を覆うことで保護膜が成膜されないようにし
てもよい。
素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素等のEL層の酸化による
劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得
ることができる。
としてもよい。図12にその一例を示す。なお、上面図は同一であるので省略する。
や石英基板の他にも、半導体基板または金属基板も使用することができる。基板1000
上に絶縁膜1010が設けられ、絶縁膜1010の上方には画素部1002、ゲート側駆
動回路1003が形成されており、画素部1002は電流制御用TFT1011とそのド
レインに電気的に接続された画素電極1012を含む複数の画素により形成される。また
、ゲート側駆動回路1003はnチャネル型TFT1013とpチャネル型TFT101
4とを組み合わせたCMOS回路を用いて形成される。
はバンク1015が形成され、画素電極1012上にはEL層1016および発光素子の
陽極1017が形成される。
C1009に電気的に接続されている。さらに、画素部1002及びゲート側駆動回路1
003に含まれる素子は全て陽極1017、シール材1018、及びDLC等からなる保
護膜1019で覆われている。また、カバー材1021と基板1000とを接着剤で貼り
合わせた。また、カバー材には凹部を設け、乾燥剤1021を設置する。
を用いるのが好ましい。また、シール材1018はできるだけ水分や酸素を透過しない材
料であることが望ましい。
12に示す矢印の方向となっている。
従来の素子に比べて信頼性の高い発光素子を形成することができる。また、そのような発
光素子を有する発光装置を表示部として用いることにより高性能な電気器具を得ることが
できる。
ス型液晶モジュール、アクティブマトリクス型ELモジュール、アクティブマトリクス型
ECモジュール)に用いることができる。即ち、本発明を実施することによって、それら
を組み込んだ全ての電子機器が完成される。
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13〜図15に示す。
示部2003、キーボード2004等を含む。
3、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106等を含む。
カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205等を含む。
部2303等を含む。
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(Dig
tial 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。
3、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)等を含む。
02等を含む。実施例3を投射装置2601の一部を構成する液晶モジュール2808に
適用し、装置全体を完成させることができる。
ー2703、スクリーン2704等を含む。実施例3を投射装置2702の一部を構成す
る液晶モジュール2808に適用し、装置全体を完成させることができる。
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2
801、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14(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。
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28
12、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14(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。
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
。
03、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。
3、記憶媒体3004、操作スイッチ3005、アンテナ3006等を含む。
等を含む。
インチの画面サイズのものである。また、このようなサイズの表示部を形成するためには
、基板の一辺が1mのものを用い、多面取りを行って量産することが好ましい。
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1〜4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。
Claims (2)
- 結晶構造を有する半導体膜を形成する工程を含む、半導体装置の作製方法において、
前記結晶構造を有する半導体膜のゲッタリングサイトとして、希ガス元素を1×10 20 /cm 3 〜1×10 21 /cm 3 で含む半導体膜を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 結晶構造を有する半導体膜を形成する工程を含む、半導体装置の作製方法において、
前記結晶構造を有する半導体膜のゲッタリングサイトとして、モノシランと希ガスと水素とを用いてプラズマCVD法によって形成された、希ガス元素を1×10 20 /cm 3 〜1×10 21 /cm 3 で含む半導体膜を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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