JP3853395B2 - Method for manufacturing thin film transistor - Google Patents
Method for manufacturing thin film transistor Download PDFInfo
- Publication number
- JP3853395B2 JP3853395B2 JP06483995A JP6483995A JP3853395B2 JP 3853395 B2 JP3853395 B2 JP 3853395B2 JP 06483995 A JP06483995 A JP 06483995A JP 6483995 A JP6483995 A JP 6483995A JP 3853395 B2 JP3853395 B2 JP 3853395B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- silicon
- forming
- gate electrode
- ions
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 34
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 25
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 239
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 84
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 84
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 78
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 65
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 65
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 58
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 52
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 52
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 30
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 28
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 28
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 27
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 27
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 25
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 24
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 23
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 claims description 19
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 76
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 47
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 23
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 20
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 15
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 14
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 11
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 10
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 9
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 8
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 6
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 6
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 5
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 4
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N silicon tetrafluoride Chemical compound F[Si](F)(F)F ABTOQLMXBSRXSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017105 AlOxNy Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N Chlorine Chemical compound ClCl KZBUYRJDOAKODT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020286 SiOxNy Inorganic materials 0.000 description 1
- FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N Tartaric acid Natural products [H+].[H+].[O-]C(=O)C(O)C(O)C([O-])=O FEWJPZIEWOKRBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 235000002906 tartaric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011975 tartaric acid Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、電気的特性に優れた半導体を得る方法に関するものである。さらに本発明は、特性の優れた半導体装置の作製方法に関するものである。さらに本発明は、優れた特性を有する薄膜トランジスタ(以下TFTという)を得る方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
薄膜半導体素子として薄膜トランジスタ(一般にTFTと称される)が知られている。この薄膜トランジスタは絶縁表面を有する基板(例えばガラス基板)上に数百〜数千Åの薄膜半導体(一般に珪素半導体)を形成し、該薄膜半導体を活性層として半導体装置を構成するものである。
【0003】
TFTの応用分野としては、例えば液晶表示装置やイメージセンサー等の電気光学装置がある。これは、ガラス基板上に直接形成されたTFTを用いて、画素の駆動や周辺ドライバー回路を構成するものである。
【0004】
基板としてガラス基板を用いた場合において、その表面に形成される薄膜珪素半導体は、非晶質または結晶性を有する状態となる。結晶性を有する状態というのは、多結晶状態や微結晶状態、さらは非晶質と結晶構造とが混在した状態をいう。
【0005】
非晶質を用いたTFTは動作速度や電気的特性に不満な点があり、応用範囲が限定される。一方、結晶性を有する珪素膜(以下結晶性珪素膜という)を用いた場合には、高速動作、高電気特性を得ることができる。
【0006】
しかしながら、結晶性を有する珪素膜を用いてTFTを作製した場合、そのOFF電流の存在が問題となる。例えばNチャネル型TFTにおいて、ゲイト電極に負の電圧を加えた場合、原理的にはソース・ドレイン間に電流は流れない。これは、ゲイト電極に負の電圧を加えた場合、チャネル部分がP型になり、ソース及びドレインとの間でPN接合が形成されるからである。しかし、実際には、結晶性珪素膜中には、結晶粒界や欠陥さらには不対結合手が存在しており、それらに起因した多数の準位が存在しており、PN接合の逆方向において、それらの準位を介しての電荷の移動が生じる。よって、PN接合部分に電界が集中した場合、前記欠陥やトラップを介してのソース/ドレイン間における逆方向への電流の漏れが生じる。結果的にゲイト電極に負の電圧を加えた場合、ソース・ドレイン間において電流(OFF電流)が流れてしまう。
【0007】
この問題を解決するためのものとして、チャネルとドレインの間に電界の集中が起こらないように、チャネル・ドレイン間に電界緩和領域を形成する方法がある。これはLDD(ライト・ドープ・ドレイン)と呼ばれる技術である。これは、チャネル(I型)とドレイン(N型)との間にライトドープされた領域(弱いN型)を形成し、チャネルとドレインとの接合部分に電界集中が生じないようにするものである。
【0008】
またLDDと同様な作用効果を得る方法として、オフセットゲイトを設ける手法も知られている。これは、チャネルとして機能する領域とドレイン領域との間にドレイン領域として機能しない領域を設けることにより、チャネルとドレインとの間の電界集中を避けるものである。
【0009】
以上のように、膜中の欠陥やトラップが原因で、TFTのオフ電流が増大するという問題がある。さらに、膜中の欠陥やトラップは、膜中におけるキャリアの移動を阻害するものであり、TFTの動作を妨げる。
【0010】
一方、TFTにおいては、チャネルとゲイト絶縁膜との界面特性が極めて重要であ。この界面特性が悪いと、TFTの特性は大きく損なわれる。この界面特性は界面準位という指標で評価される。この界面準位は、欠陥や不対結合手に起因するものである。高い特性を有するTFTを得るためには、チャネルとゲイト絶縁膜との界面における界面準位を小さくすることが重要である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、TFTのOFF電流の問題や、チャネルとゲイト絶縁膜との界面における界面準位の問題を解決するために、薄膜珪素半導体中の準位(これらは不対結合手に関係する)を減少させる技術を提供することを課題とする。
【0012】
さらに本発明は特性の優れたTFTを得ることを課題とする。さらに本発明は、準位の存在が少ない珪素半導体膜を得ることを課題する。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の主要な構成は、
薄膜トランジスタの作製方法であって、
活性層を形成する工程と、
該活性層上にゲイト絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜と前記窒化珪素膜とを介して前記活性層に水素、フッ素、塩素から選ばれた一種または複数種類のイオンを注入する工程と、
全体を加熱処理する工程と、
を有することを特徴とする。
【0014】
上記構成において、絶縁表面を有する基板というのは、例えばガラス基板、絶縁膜が形成されたガラス基板、絶縁膜が形成された半導体基板、絶縁膜が形成された金属基板、その他絶縁物で構成される基板をいう。
【0015】
珪素半導体膜としては、非晶質珪素半導体、結晶性珪素半導体を挙げることができる。これらの珪素半導体膜は、プラズマCVD法や減圧熱CVD法によって形成される。また結晶性珪素膜として、プラズマCVD法や減圧熱CVD法によって形成された非晶質珪素膜を加熱やレーザー光またはそれと同等の強光の照射によって結晶化させたものを用いることができる。
【0016】
イオンを注入する方法としては、公知のイオン注入装置やプラズマドーピング装置を用いればよい。イオンの作製方法としては、高周波放電によってプラズマを生じさせ、イオンを生成する方法、質量分離によってイオンを生成させる方法を用いることができる。本発明において必要なイオン注入装置は、水素、フッ素、塩素から選ばれた少なくとも1種類のイオンに対して、加速電圧を加えることにより、当該イオンを基体に打ち込むことのできる構成である。なお、本明細書中においては、イオン化したものを総称してイオンと称する。例えば水素イオンという場合には、H+ イオン、H2 + イオン、H3 + イオン等が含まれることとなる。
【0017】
窒化珪素膜を形成し、しかる後に窒化珪素膜を介して水素、フッ素、塩素から選ばれた少なくとも1種類のイオンを注入するのは、注入されたイオンを活性層中に閉じ込め、その効果を持続させるためである。水素、フッ素、塩素のイオンは、珪素との結合力が強く、珪素の不対結合手を中和することができる。窒化珪素膜は、その中和効果を持続させるためのものである。窒化珪素膜を形成することで、前記元素の離脱を防ぐことができ、その効果を高めることができる。そして、デバイスとしての安定性を高めることができる。
【0018】
窒化珪素膜は、注入されたイオンに対するバリア層として機能する。即ち、水素、フッ素、塩素から選ばれた元素が脱ガス化しないようなバリア層として機能する。このバリア層としては、窒化珪素膜の他に窒化アルミ膜、酸化アルミ膜、酸化窒化アルミ、酸化窒化珪素膜を用いることができる。酸化窒化アルミは、AlOx Ny で示される。酸化窒化珪素膜は、SiOx Ny で示され、窒化珪素膜に比較して、応力緩和機能が高いので、デバイスを被覆する被膜としても有効に機能する。
【0019】
全体を加熱処理するのは、前工程でイオン注入された原子を珪素半導体内に閉じ込め、さらに注入された元素による不対結合手の中和を促進させるためである。この加熱処理を行う雰囲気は、H2 、N2 、Ar、He、O2 で可能である。また、この雰囲気中をフッ素や塩素を主成分としたものとすることも効果的である。特に水素、フッ素または塩素を主成分とした雰囲気中でこのアニールを行うと、このアニールにおける珪素半導体中や珪素半導体の界面における不対結合手を中和する効果を得ることがでる。この工程において、注入されたイオンによって珪素膜中の不対結合手が中和され、不対結合手に起因する準位(トラップ)や欠陥を減少させることができる。
【0020】
本発明の他の主要な構成は、
薄膜トランジスタの作製方法であって、
活性層を形成する工程と、
該活性層上にゲイト絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜を介して、前記活性層中に水素、フッ素、塩素から選ばれた一種または複数種類のイオンを注入する工程と、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成する工程と、
前記ゲイト絶縁膜と前記窒化珪素膜とを介して前記活性層に水素イオンを注入する工程と、
全体を加熱処理する工程と、
を有することを特徴とする。
【0021】
一般に珪素半導体膜を利用してTFTを構成する場合、絶縁ゲイト型電界効果トタンジスタの構成が採用される。そして、ゲイト絶縁膜として酸化珪素膜や窒化珪素膜が採用される。この場合、珪素半導体膜とゲイト絶縁膜との界面特性が極めて重要となる。
【0022】
そこで、上記発明においては、珪素半導体膜上に絶縁膜を形成した状態において、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンを注入することにより、珪素半導体中における珪素の不対結合手の中和と同時に、珪素半導体と絶縁膜との界面における界面準位を減少を得るものである。界面準位は、不対結合手に起因するものであるので、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンの注入によって、不対結合手を中和させることができる。そして界面準位を減少させることができる。
【0023】
上記構成において、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンの投影飛程を珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍とすることでその効果をさらに大きくすることができる。投影飛程とは、固体中に打ち込まれたイオンの静止位置について、最も確立の高い深さを与える指標である。従って、当該イオンの投影飛程を珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍にするということは、珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍に最も多くの当該イオンが打ち込まれるようにすることを意味する。この結果、珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍を中心に珪素の不対結合手の中和が行われることなり、珪素半導体膜と絶縁膜との界面における界面準位を大きく減少させることができる。
【0024】
また上記構成において、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンの投影飛程を珪素半導体膜と絶縁膜との界面における珪素半導体側にすることはさらに有効である。これは、界面準位の原因となる珪素の不対結合手が珪素半導体側により多く存在しているからである。
【0025】
そしてさらに全体を水素雰囲気中あるいは水素を主成分とする雰囲気、またはフッ素あるいは塩素を主成分とする雰囲気中において、加熱処理することにより、不対結合手を中和した元素を閉じ込め、安定した状態を得ることができる。
【0026】
また本発明の他の主要な構成は、イオン化された水素、フッ素、塩素から選ばれた元素のイオンに対して、バリア層として機能する層を介して前記元素のイオンを注入すること、及びその後の加熱処理を施すことを特徴とする。
【0027】
さらに本発明の他の主要な構成は、ゲイト電極をマスクとして、珪素半導体膜で構成された活性層にイオン化された水素、フッ素、塩素から選ばれた元素のイオンを注入することを特徴とする。注入する元素として水素を選択し、さらにプラズマドープング法を用いた場合、H+ イオン、H2 + イオン、H3 + イオンが注入されることになるが、H2 + イオンとH3 + イオンとはイオン半径が大きいので、ゲイト電極で防止される。即ち、ゲイト電極がマスクとなる。従って、H2 + イオンとH3 + イオンとに関して考えた場合、ゲイト電極をマスクとしてイオン注入が行われることになる。
【0028】
【作用】
珪素膜に対してイオン化された水素の注入を行うことで、珪素膜中における不対結合手を中和することができ、その電気特性を向上させることができる。
【0029】
特に窒化珪素膜を形成した後に、水素、フッ素または塩素のイオンを注入し、しかる後に水素雰囲気中において加熱処理を行うことによって、前記注入された原子を窒化珪素膜の作用で珪素膜中に閉じ込めることができ、この原子によるトラップ準位や欠陥の中和の効果を大きくすることができる。
【0030】
また、珪素膜に対する不純物のイオン注入やレーザー光の照射の後に、珪素膜に窒化珪素膜を介して水素、フッ素または塩素のイオンを注入することで、イオン注入やレーザー光の照射によって脱離した水素、フッ素または塩素を補うことができる。
【0031】
そして、以上の水素、フッ素または塩素のイオンの注入に加えて、さらに当該注入された原子を含む雰囲気または当該元素の雰囲気中で加熱処理を加えることによって、注入されたイオンを珪素膜中に閉じ込めることができ、その効果をさらに大きくすることができる。
【0032】
【実施例】
以下において本発明を利用したTFTの作製工程を示す。以下に示す各実施例においては、TFTの各作製工程において本発明を実施する例を示すが、複数の実施例を組み合わせることも当然可能である。例えば、必要とする複数の工程において、水素、フッ素または塩素のイオンの注入を行うことが可能である。
【0033】
〔実施例1〕
本実施例は、絶縁表面を有する基板上に形成された結晶性を有する薄膜珪素半導体膜(結晶性珪素膜という)に対して、水素イオンの注入を行い、前記結晶性珪素膜中に存在する不対結合手や欠陥を消失させ、膜中のトラップを減少させるものである。そしてこの結晶性珪素膜を用いてTFTを作製する例である。
【0034】
図1に本実施例の作製工程を示す。本実施例では絶縁表面を有する基板としてガラス基板を用い、その表面にTFTを形成する例を示す。まずガラス基板11として、コーニング7059ガラスを用意する。そしてその表面に下地膜となる酸化珪素膜(図示せず)をスパッタ法により2000Åの厚さに形成する。次に非晶質珪素膜をプラズマCVD法または減圧熱CVD法によって1000Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【0035】
次に、TFTの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングし、図1(A)の12で示される活性層を得る。
【0036】
次にゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜13をスパッタ法で1000Åの厚さに形成する。そして、アルミニウムを主成分とする膜を5000Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極14を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極14の周囲に酸化物層15を形成する。この酸化物層15は、例えば2000Åの厚さに形成される。この酸化物層15が存在することで、後の一導電型を付与する不純物のイオン注入工程において、ゲイト電極14の側面にマスクが設けられた形となり、オフセットゲイト領域を形成することができる。(図1(B))
【0037】
なおゲイト電極を、他の金属材料や半導体材料、さらにはそれらの積層体や混合物で構成するのでもよい。
【0038】
そしてP(燐)イオンの注入を行い、16と18で示される領域にPイオンを注入する。この時、酸化物層15がマスクとなり、10で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。
【0039】
なお、本実施例においては、この工程において、Pイオンを注入したので、完成したTFTはNチャネル型となる。ここでBイオンを注入すれば、Pチャネル型のTFTを得ることができる。
【0040】
次に、(B)の工程で注入されたPイオンの活性化と、イオン注入時に受けたダメージを回復させるためにレーザー光の照射によるアニールを行う。ここでは、KrFエキシマレーザーを用い、100〜300mJ/cm2 のパワー密度で1〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に300度程度の加熱を併用することは効果的である。こうしてソース/ドレイン領域,16/18を形成することができる。また同時に自己整合的にチャネル形成領域17が形成される。
【0041】
また、レーザー光の照射の代わりに、それと同等の強光、例えば赤外光を照射しアニールを行うのでもよい。赤外光は、ガラス基板には吸収されにくく、珪素には吸収され易いので、珪素のみを選択的に加熱することができる。このような赤外光を用いた加熱は、RTA(ラピッド・サーマル・アニール)とよばれている。またヒータ等による加熱手段を用いて、アニールを行うのでもよい。
【0042】
次に窒化珪素膜をシランとアンモニアを原料ガスとして用いたプラズマCVD法により、窒化珪素膜23を1000Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜は、Si3 N4-x (-0.3 ≦x≦1)で示される。
【0043】
そして水素イオンをイオンドーピング方によって、下記の条件で窒化珪素膜23を介して注入する。(図1(C))
加速電圧:40KeV
ドーズ量:1×1016cm-2
【0044】
上記水素イオンの注入工程において注入された水素イオンは、窒化珪素膜23が存在するために活性層中に閉じ込められることになる。即ち、注入されたイオンが後に外部に放出されたりすることがない状態とすることができる。また、上記のようにして水素イオンが注入されることによって、活性層中の水素元素の濃度は、0.001原子%〜5原子%程度となる。勿論この数値は、上記のドーピングの条件等で制御することができる。
【0045】
図8の上記の条件で水素イオンを注入した後における水素元素の濃度分布を示す。図8に示されるのは、図1(C)に示すような状態でソース/ドレイン領域に対して、SIMS(2次イオン分析方法)を用いて水素元素の濃度分布を調べたものである。図8を見ると分かるように、水素元素の濃度は、深さが約2100Åの所で最大となっている。活性層の上には、1000Åの厚さの酸化珪素膜13とその上の1000Å厚の窒化珪素膜23が設けられているので、図8に示される表面から約2100Åの深さというのは、活性層の表面から約100Åの深さの場所ということになる。
【0046】
活性層中において、活性層とゲイト絶縁膜である酸化珪素膜13との界面付近における不対結合手は、界面準位の存在を招くことになるので、図8に示すような分布で水素元素を存在させることは、界面準位を減少させることに大きな効果がある。
【0047】
ここで、プラズマドーピング法を用いるのは、その生産性の高いからである。水素イオンを注入する方法としては、イオンドーピング法があるが、これは質量分離を行う必要があり大面積に対する生産性が低いという問題がある。
【0048】
本実施例のようにプラズマドーピング法を用いて水素イオンを注入する場合、H+ イオン、H2 + イオン、H3 + イオンが注入される。H+ イオンは、ゲイト電極を通過し、チャネンル形成領域17にも進入するが、H2 + イオン、H3 + イオンはイオン半径が大きいので、ゲイト電極で防止され、ソース/ドレイン領域16、18に注入されることになる。即ち、ソース/ドレイン領域には、H+ イオンとH2 + イオンとH3 + イオンとが注入されることになる。バリア層である窒化珪素膜を介してソース/ドレイン領域への水素イオンを注入することの効果は極めて大きいもので、チャネル形成領域への水素イオンの注入を行わなくても相当の効果を得ることができる。従って、水素イオンが主にソース/ドレイン領域に注入されるプラズマドーピング法を用いても相当の効果を得ることができる。また、プラズマドーピング法を用いた場合、大面積に対してイオン注入を行うことができるので、生産性に優れるという別の効果を得ることができる。
【0049】
次に、層間絶縁膜19として酸化珪素膜を8000Å程度の厚さにTEOSを原料としたプラズマCVD法で形成する。このプラズマCVD法での酸化珪素膜の成膜においては、加熱温度を350度以下とすることが必要である。これは、(C)の工程で注入された水素イオンの離脱を防ぐためである。また窒化珪素膜23が存在しているので、この工程における水素の離脱を防ぐことができる。
【0050】
次に、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いて、電極20と21とを形成する。さらにファイナルコート膜として窒化珪素膜22を1000〜5000Å、例えば3000Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜22の形成は、シランとアンモニアとを原料ガスとしたプラズマCVD法を用いればよい。(図1(D))
【0051】
そして最後に、常圧の水素雰囲気中において、200〜450度の温度で1時間の水素化アニールを行い、TFTを完成する。この水素化アニールによって、(A)の工程でイオン注入された水素を活性層内に閉じ込めるとともに、さらに徹底して活性層内の不対結合手や欠陥を減少させることができる。なお、ファイナルコート膜である窒化珪素膜の形成前に水素化アニールを行い、その後にファイナルコート膜を形成することで、水素の脱離を防ぐ構成とすることができる。この工程において、電極20と21とのコンタクトホールを伝わって水素が活性層中に進入し、活性層の水素化が行われる。
【0052】
図7に本実施例に示した工程により作製したTFTの特性(A)と、本実施例に示す構成において、水素イオンの注入を行わなずに作製したTFTとの特性(B)とを示す。図7を見れば明らかなように、本実施例に示した水素イオン注入を行うことによって、OFF電流の低減を実現できる。これは、水素イオンの作用によって、活性層中における珪素の不対結合手(ダングリングボンド)を中和することができ、そのことによって、リーク電流(OFF電流)の原因となる欠陥や準位を減少させることができたためと理解される。
【0053】
〔実施例2〕
本実施例は、ゲイト電極の形成後に窒化珪素膜の形成を行ない、その後にソース/ドレイン領域形成のための不純物イオンの注入を行ない、さらに水素イオンの注入を行う例である。
【0054】
図2に本実施例の作製工程を説明する。図2に示される符号は特に断らない限り、図1に示すものと同じ部分を示す。本実施例においては、絶縁表面を有する基板としてコーニング7059ガラス基板を用いる。まず、ガラズ基板11上に下地膜(図示せず)として酸化珪素膜を2000Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。
【0055】
次に非晶質珪素膜をプラズマCVD法または減圧熱CVD法によって1000Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【0056】
次に、TFTの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングする。さらにゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜13を1000Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。(図2(A))
【0057】
次にアルミニウムを主成分とする膜を5000Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極14を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極14の周囲に酸化物層15を形成する。この酸化物層15は、例えば2000Åの厚さに形成される。
【0058】
なおゲイト電極を、他の金属材料や半導体材料、さらにはそれらの積層体や混合物で構成するのでもよい。
【0059】
次に窒化珪素膜23をシランとアンモニアとを原料としたプラズマCVD法で1000Åの厚さに形成する。(図2(B))
【0060】
そしてP(燐)イオンの注入を行い、16と18で示される領域にPイオンを注入する。この時、酸化物層15と窒化珪素膜23とがマスクとなり、10で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。(図2(C))
【0061】
なお、本実施例においては、この工程において、Pイオンを注入したので、完成したTFTはNチャネル型となる。ここでBイオンを注入すれば、Pチャネル型のTFTを得ることができる。
【0062】
次に、(C)の工程で注入されたPイオンの活性化と、イオン注入時に受けたダメージを回復させるためにレーザー光の照射によるアにールを行う。ここでは、KrFエキシマレーザーを用い、100〜300mJ/cm2 のパワー密度で1〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に300度程度の加熱を併用することは効果的である。こうして、ソース/ドレイン領域,16/18を得ることができる。また自己整合的にチャネル形成領域17が形成される。
【0063】
なお上記アニール工程は、前述の赤外光の照射によるRTAや加熱によるものでもよい。
【0064】
次に水素イオンの注入を行ない、活性層中に存在するトラップや欠陥を減少させる。水素イオンの注入条件は以下の通りである。(図2(D))
加速電圧:40KeV
ドーズ量:1×1016cm-2
【0065】
次に、層間絶縁膜19として酸化珪素膜を8000Å程度の厚さにTEOSを原料としたプラズマCVD法で形成する。このプラズマCVD法での酸化珪素膜の成膜においては、加熱温度を350度以下とすることが必要である。これは、(B)の工程に注入された水素イオンの離脱を防ぐためである。
【0066】
次に、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いて、電極20と21とを形成する。さらにフィナルコート膜として窒化珪素膜22を形成する。(図2(E))
【0067】
そして最後に、常圧の窒素雰囲気中において、200〜450度の温度で1時間の水素化アニールを行い、TFTを完成する。この水素化アニールは、(B)の工程でイオン注入された水素を活性層内に閉じ込めるとともに、さらに徹底して活性層内の不対結合手や欠陥を減少させるためのものである。
【0068】
〔実施例3〕
本実施例は、活性層とゲイト絶縁膜との界面およびその近傍におけるトラップや欠陥を減少させるようにした例である。図3に本実施例の作製工程を示す。まず、下地膜である酸化珪素膜が2000Åの厚さに形成されているガラス基板を用意する。ここではコーニング7059ガラス基板を用いる。
【0069】
下地膜が形成されたガラス基板11上に非晶質珪素膜をプラズマCVD法または減圧熱CVD法によって1000Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【0070】
次に、TFTの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングし活性層12を得る。そしてゲイト絶縁膜として酸化珪素膜13をスパッタ法によって成膜する。そして以下の条件で水素イオンの注入を行う。(図3(A))
加速電圧:40KeV
ドーズ量:1×1016cm-2
【0071】
上記イオン注入を行うことによって、活性層12、特にチャネル形成領域とゲイト絶縁膜との界面およびその近傍におけるトラップや欠陥を減少させることができる。このイオン注入の効果をさらに高めるために、水素イオンの注入における投影飛程を活性層12とゲイト絶縁膜である酸化珪素膜13との界面近傍とすることは有効である。このようにすることよって、水素イオンを注入することの効果を活性層12とゲイト絶縁膜との界面およびその近傍において得ることができる。
【0072】
次にアルミニウムを主成分とする膜を5000Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極14を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極14の周囲に酸化物層15を形成する。この酸化物層15は、例えば2000Åの厚さに形成される。
【0073】
そしてP(燐)イオンの注入を行い、16と18で示される領域にPイオンを注入する。この時、酸化物層15と窒化珪素膜23とがマスクとなり、10で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。(図3(C))
【0074】
ここで、水素イオンの注入を行う。イオン注入条件は以下の通りである。(図3(D))
加速電圧:40KeV
ドーズ量:2×1016cm-2
【0075】
次に、(C)および(D)の工程で注入されたPイオンと水素イオンの活性化と、(C)の工程におけるPイオン注入時に受けたダメージを回復させるためにレーザー光の照射によるアにールを行う。ここでは、KrFエキシマレーザーを用い、100〜300mJ/cm2 のパワー密度で1〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に300度程度の加熱を併用することは効果的である。(図示せず)
【0076】
上記アニール工程は、前述の赤外光の照射にようRTAや加熱によるものでもよい。
【0077】
次に、他の実施例と同様に層間絶縁膜の成膜、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いた電極の形成、常圧の水素雰囲気中における加熱処理を行うことによりTFTを完成する。
【0078】
〔実施例4〕
本実施例は、TFTの作製工程において、ゲイト電極の形成後に水素イオン野注入を行い、さらに窒化珪素膜でなるバリア層を形成することを主な特徴とするものである。
【0079】
図4に本実施例の作製工程を示す。本実施例では絶縁表面を有する基板としてガラス基板を用い、その表面にTFTを形成する例を示す。まず、ガラス基板11として、コーニング7059ガラスを用意する。そしてその表面に下地膜となる酸化珪素膜(図示せず)をスパッタ法により2000Åの厚さに形成する。次に非晶質珪素膜をプラズマCVD法または減圧熱CVD法によって1000Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
【0080】
次に、TFTの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングし、図4(A)の12で示される活性層を得る。
【0081】
次にゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜13をスパッタ法で1000Åの厚さに形成する。そして、アルミニウムを主成分とする膜を5000Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極14を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極14の周囲に酸化物層15を形成する。この酸化物層15は、例えば2000Åの厚さに形成される。この酸化物層15が存在することで、後の一導電型を付与する不純物のイオン注入工程において、ゲイト電極14の側面にマスクが設けられた形となり、オフセットゲイト領域を形成することができる。(図4(B))
【0082】
なおゲイト電極を、他の金属材料や半導体材料、さらにはそれらの積層体や混合物で構成するのでもよい。
【0083】
そしてP(燐)イオンの注入を行い、16と18で示される領域にPイオンを注入する。この時、酸化物層15がマスクとなり、10で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。
【0084】
なお、本実施例においては、この工程において、Pイオンを注入したので、完成したTFTはNチャネル型となる。ここでBイオンを注入すれば、Pチャネル型のTFTを得ることができる。
【0085】
次に、水素イオンをイオンドーピング方によって、下記の条件で窒化珪素膜を介して注入する。(図4(B))
加速電圧:35KeV
ドーズ量:1×1016cm-2
【0086】
ここで、プラズマドーピング法を用いるのは、その生産性の高いからである。水素イオンを注入する方法としては、イオンドーピング法があるが、これは質量分離を行う必要があり大面積に対する生産性が低いという問題がある。
【0087】
次に、(B)の工程で注入されたPイオンの活性化と、イオン注入時に受けたダメージを回復、さらに水素イオンの活性のためにレーザー光の照射によるアニールを行う。ここでは、KrFエキシマレーザーを用い、100〜300mJ/cm2 のパワー密度で1〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に300度程度の加熱を併用することは効果的である。こうしてソース/ドレイン領域,16/18を形成することができる。また同時に自己整合的にチャネル形成領域17が形成される。さらに注入された水素イオンを活性化することができる。
【0088】
また、レーザー光の照射の代わりに、それと同等の強光、例えば赤外光を照射しアニールを行うのでもよい。赤外光は、ガラス基板には吸収されにくく、珪素には吸収され易いので、珪素のみを選択的に加熱することができる。このような赤外光を用いた加熱は、RTA(ラピッド・サーマル・アニール)とよばれている。またヒータ等による加熱手段を用いて、アニールを行うのでもよい。
【0089】
次に注入された水素イオンが脱ガス化しないようにするためのバリア層として機能する窒化珪素膜23をシランとアンモニアを原料ガスとして用いたプラズマCVD法により、1000Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜は、Si3 N4-x (-0.3 ≦x≦1)で示される。(図4(C))
【0090】
バリア層である窒化珪素膜23を形成することによって、注入された水素イオンを活性層中に閉じ込められることができ、注入された水素イオンが後に外部に放出されたりすることがない状態とすることができる。
【0091】
次に、層間絶縁膜19として酸化珪素膜を8000Å程度の厚さにTEOSを原料としたプラズマCVD法で形成する。このプラズマCVD法での酸化珪素膜の成膜においては、加熱温度を350度以下、好ましくは300度〜350度の温度で行うことが必要である。これは、(B)の工程で注入された水素イオンの離脱を防ぐためである。また窒化珪素膜23が存在しているので、この工程における水素の離脱を防ぐことができる。
【0092】
次に、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いて、電極20と21とを形成する。さらにファイナルコート膜として窒化珪素膜22を1000〜5000Å、例えば3000Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜22の形成は、シランとアンモニアとを原料ガスとしたプラズマCVD法を用いればよい。
【0093】
最後に酸素、窒素、アルゴンまたはヘリウム雰囲気中において350度の温度加熱処理を行う。この加熱処理によって、注入された水素イオンが最終的に活性化され、欠陥やダングリングボンドの中和が行われる。こうしてTFTを完成する。(図4(D))
【0094】
〔実施例5〕
本実施例は、Pチャネル型TFTとNチャネル型TFTとを相補型に構成したTFT(C/TFTという)の例を示す。図5に本実施例の相補型に構成されたTFTの例を示す。本実施例においてはガラス基板501を用いる。まずガラス基板501上に下地膜として酸化珪素膜502を2000Åの厚さにスパッタ法によって成膜する。次に活性層を構成する半導体層を形成する。ここでは、プラズマCVD法またはLPCVD法によって、非晶質珪素膜を1000Åの厚さに形成する。そして加熱による結晶化あるいは強光またはレーザー光の照射による結晶化を行い、結晶性を有する珪素膜を形成する。この珪素膜をパーニングし、後にNチャネル型TFT及びPチャネル型の活性層503を形成する。
【0095】
次にゲイト絶縁膜504を1000Åの厚さにスパッタ法またはプラズマCVD法で形成する。さらにアルミニウムを主成分とする被膜を5000Åの厚さに形成し、パターニングを行うことにより、ゲイト電極506と507を形成する。506で示されるゲイト電極はNチャネル型TFTのゲイト電極であり、507で示されるゲイト電極はPチャネル型TFTのゲイト電極となる。
【0096】
ここで酒石酸が1〜5%含まれたエチレングリコール溶液中においてゲイト電極506と507とを陽極として、陽極酸化を行い、酸化物層508、509を形成する。この酸化物層の厚さは2000Å程度である。この酸化物層の厚さが後の不純物イオン注入工程において、マスクとなりオフセットゲイト領域を形成することができる。
【0097】
次に水素イオンに対するバリア層として機能する窒化珪素膜510を2000Åの厚さに形成する。そして、一方のTFTが形成される領域をレジスト511でマスクしてリン(P)イオンを注入する。こうして不純物領域512、516を形成する。この不純物領域512と516とがソース/ドレイン領域となる。また同時にオフセット領域513、515が形成される。また同時にチャネル形成領域514が形成される。
【0098】
次にレジスト511を取り除き、先にリン(P)イオンが注入された部分のTFT領域をレジスト(図示せず)でマスクし、ボロン(B)イオンの注入を行う。こうして、ソース/ドレイン領域517、521、オフセットゲイト領域518、520、チャネル形成領域519が形成される。
【0099】
次にレジストを取り除き、図5(B)に示すように全体に水素イオンの注入を行う。この時水素イオンは、バリア層である窒化珪素膜510を介して、活性層領域に注入される。
【0100】
次にレーザー光または強光の照射による活性化を行い。各ソース/ドレイン領域を完成する。
【0101】
次に層間絶縁膜522をプラズマCVD法で形成する。そして、コンタクトホールを形成する。一方のTFT(図面左側のTFT)であるNTFTのソースまたはドレイン電極523と、他方のTFT(図面右側のTFT)であるPTFTのドレインまたはソース電極525と、2つのTFTの一方の出力の共通電極524とを形成する。
【0102】
最後に窒素雰囲気中において350度の加熱処理を行い、注入された水素イオンの活性化(この工程で珪素に不対結合手が中和される)し、相補型に構成されたTFT(C/TFT)を完成する。
【0103】
〔実施例6〕
図6には、1枚のガラス基板上にディスプレーから、CPU、メモリーまで搭載した集積回路を用いた電気光学システムのブロック図を示す。ここで、入力ポートとは、外部から入力された信号を読み取り、画像用信号に変換し、補正メモリーは、アクティブマトリクスパネルの特性に合わせて入力信号等を補正するためのパネルに固有のメモリーである。特に、この補正メモリーは、各画素固有の情報を不揮発性メモリーとして有し、個別に補正するためのものである。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥のある場合には、その点の周囲の画素にそれに合わせて補正した信号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立たなくする。または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合には、その画素により大きな信号を送って、周囲の画素と同じ明るさとなるようにするものである。
【0104】
CPUとメモリーは通常のコンピュータのものと同様で、特にメモリーは各画素に対応した画像メモリーをRAMとして持っている。また、画像情報に応じて、基板を裏面から照射するバックライトを変化させることもできる。
【0105】
本実施例において用いられるTFTは、本明細書において説明したTFTを適時利用することができる。
【0106】
〔実施例7〕
本実施例は、実施例1で示した水素イオン注入の工程において、水素のイオンではなく、フッ素のイオンを注入する場合の例である。本実施例においては、プラズマドーピング法を用いて、フッ素イオンの注入を行う。ここでは、ドーピングガスとしてフッ素ガスまたは四フッ化珪素(SiF4 )を用いる。また投影飛程は、活性層とゲイト絶縁膜との界面近傍になるようにする。以下に具体的な条件を示す。 加速電圧:60KeV
ドーズ量:1×1016cm-2
【0107】
〔実施例8〕
本実施例は、実施例1で示した水素イオン注入の工程において、水素のイオンではなく、塩素のイオンを注入する場合の例である。本実施例においては、プラズマドーピング法を用いて、塩素イオンの注入を行う。ここでは、ドーピングガスとして塩素ガスを用いる。また投影飛程は、活性層とゲイト絶縁膜との界面近傍になるようにする。以下に具体的な条件を示す。
加速電圧:60KeV
ドーズ量:1×1016cm-2
【発明の効果】
窒化珪素膜を介して珪素半導体膜に対して水素イオンの注入を行うことによって、珪素半導体膜中における不対結合手を中和させることができ、珪素半導体膜内部の準位を減少させることができる。また水素イオンの注入を行った半導体膜を用いて、TFTを作製することで、高い特性を有するTFTを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の作製工程を示す。
【図2】 実施例の作製工程を示す。
【図3】 実施例の作製工程を示す。
【図4】 実施例の作製工程を示す。
【図5】 実施例の作製工程を示す。
【図6】 実施例の作製工程を示す。
【図7】 実施例で作製したTFTの特性を示す。
【図8】 注入された水素イオンの濃度分布を示す。
【符号の説明】
11・・・・ガラス基板
12・・・・活性層
13・・・・酸化珪素膜
14・・・・ゲイト電極
15・・・・酸化物層
16・・・・ソース/ドレイン領域
18・・・・ドレイン/ソース領域
17・・・・チャネル形成領域
19・・・・層間絶縁膜
20・・・・電極
21・・・・電極
22・・・・窒化珪素膜
23・・・・窒化珪素膜
501・・・ガラス基板
502・・・下地膜(酸化珪素膜)
503・・・活性層
504・・・ゲイト絶縁膜(酸化珪素膜)
506・・・ゲイト電極
507・・・ゲイト電極
508・・・酸化物層
509・・・酸化物層
510・・・窒化珪素膜(バリア層)
511・・・レジスト
512・・・ソース/ドレイン領域
513・・・オフセットゲイト領域
514・・・チャネル形成領域
515・・・オフセットゲイト領域
516・・・ドレイン/ソース領域
517・・・ドレイン/ソース領域
518・・・オフセットゲイト領域
519・・・チャネル形成領域
520・・・オフセットゲイト領域
521・・・ソース/ドレイン領域
522・・・層間絶縁膜
523・・・電極
524・・・電極
525・・・電極[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a method for obtaining a semiconductor having excellent electrical characteristics. Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having excellent characteristics. Furthermore, the present invention relates to a method for obtaining a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) having excellent characteristics.
[0002]
[Prior art]
A thin film transistor (generally called TFT) is known as a thin film semiconductor element. This thin film transistor forms a semiconductor device by forming a thin film semiconductor (generally a silicon semiconductor) of several hundreds to several thousands on a substrate having an insulating surface (for example, a glass substrate) and using the thin film semiconductor as an active layer.
[0003]
As an application field of TFT, for example, there are electro-optical devices such as liquid crystal display devices and image sensors. This constitutes a pixel drive and a peripheral driver circuit using TFTs formed directly on a glass substrate.
[0004]
In the case where a glass substrate is used as the substrate, the thin film silicon semiconductor formed on the surface thereof is in an amorphous or crystalline state. The state having crystallinity refers to a polycrystalline state, a microcrystalline state, and a state where amorphous and crystalline structures are mixed.
[0005]
An amorphous TFT is unsatisfactory in operating speed and electrical characteristics, and its application range is limited. On the other hand, when a crystalline silicon film (hereinafter referred to as a crystalline silicon film) is used, high speed operation and high electrical characteristics can be obtained.
[0006]
However, when a TFT is manufactured using a crystalline silicon film, the presence of the OFF current becomes a problem. For example, in a N-channel TFT, when a negative voltage is applied to the gate electrode, in principle, no current flows between the source and drain. This is because when a negative voltage is applied to the gate electrode, the channel portion becomes P-type and a PN junction is formed between the source and drain. However, in practice, there are crystal grain boundaries, defects, and unpaired bonds in the crystalline silicon film, and there are a number of levels resulting from them, and the reverse direction of the PN junction. , Charge transfer through these levels occurs. Therefore, when the electric field concentrates on the PN junction portion, current leaks in the reverse direction between the source and drain via the defect or trap. As a result, when a negative voltage is applied to the gate electrode, a current (OFF current) flows between the source and the drain.
[0007]
In order to solve this problem, there is a method of forming an electric field relaxation region between the channel and the drain so that the electric field does not concentrate between the channel and the drain. This is a technique called LDD (lightly doped drain). This is to form a lightly doped region (weak N type) between the channel (I type) and the drain (N type) so that electric field concentration does not occur at the junction between the channel and the drain. is there.
[0008]
As a method for obtaining the same effect as LDD, a method of providing an offset gate is also known. This is to avoid electric field concentration between the channel and the drain by providing a region that does not function as the drain region between the region functioning as the channel and the drain region.
[0009]
As described above, there is a problem that the off-current of the TFT increases due to defects and traps in the film. Furthermore, defects and traps in the film hinder the movement of carriers in the film and hinder the operation of the TFT.
[0010]
On the other hand, in the TFT, the interface characteristics between the channel and the gate insulating film are extremely important. If the interface characteristics are poor, the TFT characteristics are greatly impaired. This interface characteristic is evaluated by an index called an interface state. This interface state is caused by defects or dangling bonds. In order to obtain a TFT having high characteristics, it is important to reduce the interface state at the interface between the channel and the gate insulating film.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the problem of TFT OFF current and the problem of the interface state at the interface between the channel and the gate insulating film, the present invention provides a level in a thin film silicon semiconductor (these are related to unpaired bonds). It is an object to provide a technique for reducing the risk.
[0012]
Another object of the present invention is to obtain a TFT having excellent characteristics. Another object of the present invention is to obtain a silicon semiconductor film with few levels.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The main configuration of the present invention is as follows.
A method of manufacturing a thin film transistor,
Forming an active layer;
Forming a gate insulating film on the active layer;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a silicon nitride film covering the gate insulating film and the gate electrode;
Implanting one or more kinds of ions selected from hydrogen, fluorine, and chlorine into the active layer through the gate insulating film and the silicon nitride film;
A step of heat-treating the whole,
It is characterized by having.
[0014]
In the above structure, the substrate having an insulating surface is composed of, for example, a glass substrate, a glass substrate on which an insulating film is formed, a semiconductor substrate on which an insulating film is formed, a metal substrate on which an insulating film is formed, and other insulators. Refers to the substrate.
[0015]
Examples of the silicon semiconductor film include an amorphous silicon semiconductor and a crystalline silicon semiconductor. These silicon semiconductor films are formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. As the crystalline silicon film, an amorphous silicon film formed by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method, which is crystallized by heating or irradiation with laser light or strong light equivalent thereto, can be used.
[0016]
As a method for implanting ions, a known ion implantation apparatus or plasma doping apparatus may be used. As a method for producing ions, a method of generating plasma by high-frequency discharge to generate ions, or a method of generating ions by mass separation can be used. The ion implantation apparatus required in the present invention has a configuration in which an ion can be implanted into a substrate by applying an acceleration voltage to at least one kind of ions selected from hydrogen, fluorine, and chlorine. In the present specification, ionized materials are collectively referred to as ions. For example, in the case of hydrogen ions, H+Ion, H2 +Ion, HThree +Ions and the like will be included.
[0017]
Forming a silicon nitride film and then implanting at least one ion selected from hydrogen, fluorine and chlorine through the silicon nitride film confines the implanted ions in the active layer and maintains the effect This is to make it happen. Hydrogen, fluorine, and chlorine ions have strong bonding strength with silicon and can neutralize dangling bonds of silicon. The silicon nitride film is for maintaining the neutralizing effect. By forming the silicon nitride film, separation of the element can be prevented and the effect can be enhanced. And the stability as a device can be improved.
[0018]
The silicon nitride film functions as a barrier layer against implanted ions. That is, it functions as a barrier layer in which an element selected from hydrogen, fluorine, and chlorine is not degassed. As this barrier layer, an aluminum nitride film, an aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, and a silicon oxynitride film can be used in addition to the silicon nitride film. Aluminum oxynitride is AlOxNyIndicated by The silicon oxynitride film is made of SiOxNySince the stress relaxation function is higher than that of the silicon nitride film, it effectively functions as a film covering the device.
[0019]
The whole is heat-treated in order to confine the ions implanted in the previous step in the silicon semiconductor and further promote neutralization of dangling bonds by the implanted elements. The atmosphere for this heat treatment is H2 , N2 , Ar, He, O2 Is possible. It is also effective to make this atmosphere mainly composed of fluorine or chlorine. In particular, when this annealing is performed in an atmosphere containing hydrogen, fluorine, or chlorine as a main component, an effect of neutralizing dangling bonds in the silicon semiconductor or at the interface of the silicon semiconductor can be obtained. In this step, the dangling bonds in the silicon film are neutralized by the implanted ions, and levels (traps) and defects due to the dangling bonds can be reduced.
[0020]
Other main components of the present invention are:
A method of manufacturing a thin film transistor,
Forming an active layer;
Forming a gate insulating film on the active layer;
Implanting one or more kinds of ions selected from hydrogen, fluorine, and chlorine into the active layer through the gate insulating film;
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a silicon nitride film covering the gate insulating film and the gate electrode;
Implanting hydrogen ions into the active layer through the gate insulating film and the silicon nitride film;
A step of heat-treating the whole,
It is characterized by having.
[0021]
In general, when a TFT is formed using a silicon semiconductor film, an insulating gate type field effect transistor is employed. A silicon oxide film or a silicon nitride film is employed as the gate insulating film. In this case, the interface characteristics between the silicon semiconductor film and the gate insulating film are extremely important.
[0022]
Therefore, in the above invention, in the state in which the insulating film is formed on the silicon semiconductor film, ions selected from hydrogen, fluorine, and chlorine are implanted to neutralize the dangling bonds of silicon in the silicon semiconductor. At the same time, the interface state at the interface between the silicon semiconductor and the insulating film is reduced. Since the interface state is caused by the dangling bond, the dangling bond can be neutralized by implantation of ions selected from hydrogen, fluorine, and chlorine. And the interface state can be reduced.
[0023]
In the above structure, the effect can be further increased by setting the projected range of ions selected from hydrogen, fluorine, and chlorine in the vicinity of the interface between the silicon semiconductor film and the insulating film. The projection range is an index that gives the most established depth for the rest position of ions implanted in a solid. Therefore, setting the projected range of the ions in the vicinity of the interface between the silicon semiconductor film and the insulating film means that the most ions are implanted in the vicinity of the interface between the silicon semiconductor film and the insulating film. To do. As a result, neutralization of dangling bonds of silicon is performed mainly in the vicinity of the interface between the silicon semiconductor film and the insulating film, and the interface state at the interface between the silicon semiconductor film and the insulating film can be greatly reduced. it can.
[0024]
In the above configuration, it is more effective to set the projected range of ions selected from hydrogen, fluorine, and chlorine to the silicon semiconductor side at the interface between the silicon semiconductor film and the insulating film. This is because there are more silicon dangling bonds that cause interface states on the silicon semiconductor side.
[0025]
In addition, the whole is confined in a hydrogen atmosphere, an atmosphere containing hydrogen as a main component, or an atmosphere containing fluorine or chlorine as a main component, thereby confining the elements neutralizing dangling bonds and stabilizing the state. Can be obtained.
[0026]
Another main configuration of the present invention is to implant ions of an element selected from ionized hydrogen, fluorine, and chlorine through a layer functioning as a barrier layer, and thereafter The heat treatment is performed.
[0027]
Furthermore, another main configuration of the present invention is characterized in that ions of an element selected from ionized hydrogen, fluorine, and chlorine are implanted into an active layer formed of a silicon semiconductor film using a gate electrode as a mask. . When hydrogen is selected as the element to be implanted and plasma doping is used, H+Ion, H2 +Ion, HThree +Ions will be implanted, but H2 +Ion and HThree +Since ions have a large ion radius, they are prevented by gate electrodes. That is, the gate electrode serves as a mask. Therefore, H2 +Ion and HThree +Considering ions, ion implantation is performed using the gate electrode as a mask.
[0028]
[Action]
By implanting ionized hydrogen into the silicon film, the dangling bonds in the silicon film can be neutralized, and the electrical characteristics can be improved.
[0029]
In particular, after forming a silicon nitride film, ions of hydrogen, fluorine or chlorine are implanted, and then heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere, so that the implanted atoms are confined in the silicon film by the action of the silicon nitride film. The effect of neutralizing trap levels and defects by the atoms can be increased.
[0030]
In addition, after ion implantation of impurities into the silicon film and laser light irradiation, hydrogen, fluorine, or chlorine ions are implanted into the silicon film through the silicon nitride film, and then desorbed by ion implantation or laser light irradiation. Hydrogen, fluorine or chlorine can be supplemented.
[0031]
In addition to the above implantation of hydrogen, fluorine, or chlorine ions, heat treatment is further performed in the atmosphere containing the implanted atoms or the atmosphere of the element, thereby confining the implanted ions in the silicon film. And the effect can be further increased.
[0032]
【Example】
A manufacturing process of a TFT using the present invention will be described below. In each example shown below, an example in which the present invention is implemented in each manufacturing process of a TFT is shown, but it is also possible to combine a plurality of examples. For example, hydrogen, fluorine, or chlorine ions can be implanted in a plurality of necessary steps.
[0033]
[Example 1]
In this embodiment, hydrogen ions are implanted into a crystalline thin silicon semiconductor film (referred to as a crystalline silicon film) formed on a substrate having an insulating surface, and exists in the crystalline silicon film. It eliminates dangling bonds and defects and reduces traps in the film. This is an example of manufacturing a TFT using this crystalline silicon film.
[0034]
FIG. 1 shows a manufacturing process of this embodiment. In this embodiment, an example in which a glass substrate is used as a substrate having an insulating surface and a TFT is formed on the surface is shown. First, Corning 7059 glass is prepared as the glass substrate 11. A silicon oxide film (not shown) serving as a base film is formed on the surface to a thickness of 2000 mm by sputtering. Next, an amorphous silicon film is formed to a thickness of 1000 mm by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Then, the amorphous silicon film is crystallized by heating, irradiation with laser light or strong light, or a combination of them. A crystalline silicon film is thus obtained.
[0035]
Next, the crystalline silicon film is patterned into a shape required as an active layer of the TFT to obtain an active layer indicated by 12 in FIG.
[0036]
Next, a
[0037]
Note that the gate electrode may be composed of another metal material, a semiconductor material, or a laminate or a mixture thereof.
[0038]
Then, P (phosphorus) ions are implanted, and P ions are implanted into the
[0039]
In this embodiment, since P ions are implanted in this step, the completed TFT is an N-channel type. If B ions are implanted here, a P-channel TFT can be obtained.
[0040]
Next, the activation of the P ions implanted in the step (B) and annealing by laser light irradiation are performed to recover the damage received during the ion implantation. Here, using a KrF excimer laser, 100 to 300 mJ / cm2 One to several shots are irradiated at a power density of 1 to 10. In this step, it is effective to use heating at about 300 ° C. simultaneously with laser light irradiation. Thus, source /
[0041]
Further, instead of laser light irradiation, annealing may be performed by irradiating the same intense light, for example, infrared light. Infrared light is hardly absorbed by the glass substrate and easily absorbed by silicon, so that only silicon can be selectively heated. Such heating using infrared light is called RTA (rapid thermal annealing). Further, annealing may be performed using a heating means such as a heater.
[0042]
Next, a
[0043]
Then, hydrogen ions are implanted through the
Acceleration voltage: 40 KeV
Dose amount: 1 × 1016cm-2
[0044]
The hydrogen ions implanted in the hydrogen ion implantation step are confined in the active layer because the
[0045]
FIG. 9 shows a concentration distribution of hydrogen element after hydrogen ions are implanted under the above-described conditions of FIG. FIG. 8 shows the concentration distribution of the hydrogen element in the state shown in FIG. 1C using the SIMS (secondary ion analysis method) for the source / drain regions. As can be seen from FIG. 8, the concentration of hydrogen element is maximum at a depth of about 2100 mm. Since the
[0046]
In the active layer, the dangling bonds in the vicinity of the interface between the active layer and the
[0047]
Here, the plasma doping method is used because of its high productivity. As a method for implanting hydrogen ions, there is an ion doping method, but this involves a problem that mass separation is required and productivity for a large area is low.
[0048]
When hydrogen ions are implanted using the plasma doping method as in this embodiment, H+Ion, H2 +Ion, HThree +Ions are implanted. H+The ions pass through the gate electrode and enter the
[0049]
Next, a silicon oxide film is formed as an
[0050]
Next, hole patterning for wiring is performed, and
[0051]
Finally, hydrogen annealing is performed for 1 hour at a temperature of 200 to 450 degrees in a normal-pressure hydrogen atmosphere to complete the TFT. By this hydrogenation annealing, the hydrogen ion-implanted in the step (A) can be confined in the active layer, and the dangling bonds and defects in the active layer can be reduced more thoroughly. Note that hydrogen annealing can be performed before the formation of the silicon nitride film that is the final coat film, and then the final coat film can be formed to prevent hydrogen desorption. In this step, hydrogen enters the active layer through the contact hole between the
[0052]
FIG. 7 shows characteristics (A) of a TFT manufactured by the process shown in this embodiment and characteristics (B) of a TFT manufactured without hydrogen ion implantation in the structure shown in this embodiment. . As apparent from FIG. 7, the OFF current can be reduced by performing the hydrogen ion implantation shown in this embodiment. This is because the dangling bonds of silicon in the active layer can be neutralized by the action of hydrogen ions, thereby causing defects and levels that cause leakage current (OFF current). It is understood that this could be reduced.
[0053]
[Example 2]
In this embodiment, a silicon nitride film is formed after forming a gate electrode, and then impurity ions are implanted for forming source / drain regions, and hydrogen ions are implanted.
[0054]
FIG. 2 illustrates a manufacturing process of this embodiment. The reference numerals shown in FIG. 2 indicate the same parts as those shown in FIG. 1 unless otherwise specified. In this embodiment, a Corning 7059 glass substrate is used as the substrate having an insulating surface. First, a silicon oxide film is formed on the glass substrate 11 as a base film (not shown) to a thickness of 2000 mm by sputtering.
[0055]
Next, an amorphous silicon film is formed to a thickness of 1000 mm by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Then, the amorphous silicon film is crystallized by heating, irradiation with laser light or strong light, or a combination of them. A crystalline silicon film is thus obtained.
[0056]
Next, the crystalline silicon film is patterned into a shape required as an active layer of the TFT. Further, a
[0057]
Next, a film containing aluminum as a main component is formed to a thickness of 5000 mm by vapor deposition. The gate electrode 14 is formed by patterning this aluminum-based film. Further, an
[0058]
Note that the gate electrode may be composed of another metal material, a semiconductor material, or a laminate or a mixture thereof.
[0059]
Next, a
[0060]
Then, P (phosphorus) ions are implanted, and P ions are implanted into the
[0061]
In this embodiment, since P ions are implanted in this step, the completed TFT is an N-channel type. If B ions are implanted here, a P-channel TFT can be obtained.
[0062]
Next, in order to activate the P ions implanted in the step (C) and recover the damage received at the time of ion implantation, a process is performed by laser light irradiation. Here, using a KrF excimer laser, 100 to 300 mJ / cm2 One to several shots are irradiated at a power density of 1 to 10. In this step, it is effective to use heating at about 300 ° C. simultaneously with laser light irradiation. In this way, source /
[0063]
The annealing process may be performed by RTA or heating by the infrared light irradiation described above.
[0064]
Next, hydrogen ions are implanted to reduce traps and defects present in the active layer. The hydrogen ion implantation conditions are as follows. (Fig. 2 (D))
Acceleration voltage: 40 KeV
Dose amount: 1 × 1016cm-2
[0065]
Next, a silicon oxide film is formed as an
[0066]
Next, hole patterning for wiring is performed, and
[0067]
Finally, hydrogen annealing is performed for 1 hour at a temperature of 200 to 450 degrees in a normal-pressure nitrogen atmosphere to complete the TFT. This hydrogenation annealing is for confining the hydrogen ion-implanted in the step (B) in the active layer and further thoroughly reducing dangling bonds and defects in the active layer.
[0068]
Example 3
In this embodiment, traps and defects are reduced at the interface between the active layer and the gate insulating film and in the vicinity thereof. FIG. 3 shows a manufacturing process of this example. First, a glass substrate on which a silicon oxide film as a base film is formed to a thickness of 2000 mm is prepared. Here, a Corning 7059 glass substrate is used.
[0069]
An amorphous silicon film is formed on the glass substrate 11 on which the base film is formed to a thickness of 1000 mm by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Then, the amorphous silicon film is crystallized by heating, irradiation with laser light or strong light, or a combination of them. A crystalline silicon film is thus obtained.
[0070]
Next, an active layer 12 is obtained by patterning the crystalline silicon film into a shape required as an active layer of the TFT. Then, a
Acceleration voltage: 40 KeV
Dose amount: 1 × 1016cm-2
[0071]
By performing the ion implantation, traps and defects at the active layer 12, particularly at the interface between the channel formation region and the gate insulating film and in the vicinity thereof can be reduced. In order to further enhance the ion implantation effect, it is effective to set the projected range in the hydrogen ion implantation in the vicinity of the interface between the active layer 12 and the
[0072]
Next, a film containing aluminum as a main component is formed to a thickness of 5000 mm by vapor deposition. The gate electrode 14 is formed by patterning this aluminum-based film. Further, an
[0073]
Then, P (phosphorus) ions are implanted, and P ions are implanted into the
[0074]
Here, hydrogen ions are implanted. The ion implantation conditions are as follows. (Fig. 3 (D))
Acceleration voltage: 40 KeV
Dose amount: 2 × 1016cm-2
[0075]
Next, activation of the P ions and hydrogen ions implanted in the steps (C) and (D) and laser irradiation to recover the damage received during the P ion implantation in the step (C) are performed. Do the work. Here, using a KrF excimer laser, 100 to 300 mJ / cm2 One to several shots are irradiated at a power density of 1 to 10. In this step, it is effective to use heating at about 300 ° C. simultaneously with laser light irradiation. (Not shown)
[0076]
The annealing step may be performed by RTA or heating as in the above-described infrared light irradiation.
[0077]
Next, in the same manner as in the other examples, the formation of an interlayer insulating film, the patterning of holes for wiring, the formation of an electrode using aluminum or a multilayer film of aluminum and another metal, the hydrogen atmosphere at normal pressure A TFT is completed by performing heat treatment in the inside.
[0078]
Example 4
This embodiment is mainly characterized in that, in the TFT manufacturing process, hydrogen ion field implantation is performed after the gate electrode is formed, and a barrier layer made of a silicon nitride film is formed.
[0079]
FIG. 4 shows a manufacturing process of this example. In this embodiment, an example in which a glass substrate is used as a substrate having an insulating surface and a TFT is formed on the surface is shown. First, Corning 7059 glass is prepared as the glass substrate 11. A silicon oxide film (not shown) serving as a base film is formed on the surface to a thickness of 2000 mm by sputtering. Next, an amorphous silicon film is formed to a thickness of 1000 mm by plasma CVD or low pressure thermal CVD. Then, the amorphous silicon film is crystallized by heating, irradiation with laser light or strong light, or a combination of them. A crystalline silicon film is thus obtained.
[0080]
Next, the crystalline silicon film is patterned into a shape required as an active layer of the TFT to obtain an active layer indicated by 12 in FIG.
[0081]
Next, a
[0082]
Note that the gate electrode may be composed of another metal material, a semiconductor material, or a laminate or a mixture thereof.
[0083]
Then, P (phosphorus) ions are implanted, and P ions are implanted into the
[0084]
In this embodiment, since P ions are implanted in this step, the completed TFT is an N-channel type. If B ions are implanted here, a P-channel TFT can be obtained.
[0085]
Next, hydrogen ions are implanted through the silicon nitride film under the following conditions by ion doping. (Fig. 4 (B))
Acceleration voltage: 35 KeV
Dose amount: 1 × 1016cm-2
[0086]
Here, the plasma doping method is used because of its high productivity. As a method for implanting hydrogen ions, there is an ion doping method, but this involves a problem that mass separation is required and productivity for a large area is low.
[0087]
Next, activation of P ions implanted in the step (B), recovery of damage received during the ion implantation, and annealing by irradiation with laser light are performed to activate hydrogen ions. Here, using a KrF excimer laser, 100 to 300 mJ / cm2 One to several shots are irradiated at a power density of 1 to 10. In this step, it is effective to use heating at about 300 ° C. simultaneously with laser light irradiation. Thus, source /
[0088]
Further, instead of laser light irradiation, annealing may be performed by irradiating the same intense light, for example, infrared light. Infrared light is hardly absorbed by the glass substrate and easily absorbed by silicon, so that only silicon can be selectively heated. Such heating using infrared light is called RTA (rapid thermal annealing). Further, annealing may be performed using a heating means such as a heater.
[0089]
Next, a
[0090]
By forming the
[0091]
Next, a silicon oxide film is formed as an
[0092]
Next, hole patterning for wiring is performed, and
[0093]
Finally, heat treatment at 350 ° C. is performed in an oxygen, nitrogen, argon or helium atmosphere. By this heat treatment, the implanted hydrogen ions are finally activated, and defects and dangling bonds are neutralized. Thus, the TFT is completed. (Fig. 4 (D))
[0094]
Example 5
This embodiment shows an example of a TFT (referred to as C / TFT) in which a P-channel TFT and an N-channel TFT are configured in a complementary manner. FIG. 5 shows an example of a TFT configured as a complementary type of this embodiment. In this embodiment, a glass substrate 501 is used. First, a silicon oxide film 502 is formed as a base film on a glass substrate 501 to a thickness of 2000 mm by sputtering. Next, a semiconductor layer constituting the active layer is formed. Here, an amorphous silicon film is formed to a thickness of 1000 mm by plasma CVD or LPCVD. Then, crystallization by heating or crystallization by intense light or laser light irradiation is performed to form a silicon film having crystallinity. This silicon film is panned, and an N-channel TFT and a P-channel
[0095]
Next, a
[0096]
Here, in the ethylene glycol solution containing 1 to 5% of tartaric acid, the
[0097]
Next, a
[0098]
Next, the resist 511 is removed, and the TFT region where the phosphorus (P) ions have been previously implanted is masked with a resist (not shown), and boron (B) ions are implanted. Thus, source /
[0099]
Next, the resist is removed, and hydrogen ions are implanted into the whole as shown in FIG. At this time, hydrogen ions are implanted into the active layer region through the
[0100]
Next, activation is performed by irradiation with laser light or strong light. Each source / drain region is completed.
[0101]
Next, an interlayer insulating film 522 is formed by a plasma CVD method. Then, contact holes are formed. A source or
[0102]
Finally, heat treatment is performed at 350 ° C. in a nitrogen atmosphere to activate the implanted hydrogen ions (in this step, dangling bonds are neutralized with silicon), and complementary TFTs (C / C TFT) is completed.
[0103]
Example 6
FIG. 6 shows a block diagram of an electro-optical system using an integrated circuit in which a display, a CPU, and a memory are mounted on a single glass substrate. Here, the input port reads an externally input signal and converts it into an image signal, and the correction memory is a memory specific to the panel for correcting the input signal etc. in accordance with the characteristics of the active matrix panel. is there. In particular, this correction memory has information specific to each pixel as a non-volatile memory, and is used for individual correction. That is, if a pixel of the electro-optical device has a point defect, a signal corrected accordingly is sent to the pixels around the point to cover the point defect and make the defect inconspicuous. Alternatively, when the pixel is darker than the surrounding pixels, a larger signal is sent to the pixel so that the brightness is the same as that of the surrounding pixels.
[0104]
The CPU and the memory are the same as those of an ordinary computer. In particular, the memory has an image memory corresponding to each pixel as a RAM. Moreover, the backlight which irradiates a board | substrate from a back surface can also be changed according to image information.
[0105]
As the TFT used in this embodiment, the TFT described in this specification can be used as appropriate.
[0106]
Example 7
This embodiment is an example in which fluorine ions are implanted instead of hydrogen ions in the hydrogen ion implantation step shown in the first embodiment. In this embodiment, fluorine ions are implanted using a plasma doping method. Here, fluorine gas or silicon tetrafluoride (SiF) is used as a doping gas.Four ) Is used. The projection range is set near the interface between the active layer and the gate insulating film. Specific conditions are shown below. Acceleration voltage: 60 KeV
Dose amount: 1 × 1016cm-2
[0107]
Example 8
The present embodiment is an example in which chlorine ions are implanted instead of hydrogen ions in the hydrogen ion implantation step shown in the first embodiment. In this embodiment, chlorine ions are implanted using a plasma doping method. Here, chlorine gas is used as the doping gas. The projection range is set near the interface between the active layer and the gate insulating film. Specific conditions are shown below.
Acceleration voltage: 60 KeV
Dose amount: 1 × 1016cm-2
【The invention's effect】
By implanting hydrogen ions into the silicon semiconductor film through the silicon nitride film, dangling bonds in the silicon semiconductor film can be neutralized, and the level inside the silicon semiconductor film can be reduced. it can. A TFT having high characteristics can be obtained by manufacturing a TFT using a semiconductor film into which hydrogen ions are implanted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a manufacturing process of an example.
FIG. 2 shows a manufacturing process of the example.
FIG. 3 shows a manufacturing process of the example.
FIG. 4 shows a manufacturing process of the example.
FIG. 5 shows a manufacturing process of the example.
FIG. 6 shows a manufacturing process of the example.
FIG. 7 shows characteristics of a TFT manufactured in an example.
FIG. 8 shows the concentration distribution of implanted hydrogen ions.
[Explanation of symbols]
11 .... Glass substrate
12 ... Active layer
13... Silicon oxide film
14 ... Gate electrode
15 .... Oxide layer
16... Source / drain region
18... Drain / source region
17... Channel formation region
19. Interlayer insulating film
20... Electrode
21... Electrode
22... Silicon nitride film
23... Silicon nitride film
501 ... Glass substrate
502... Base film (silicon oxide film)
503 ... Active layer
504... Gate insulating film (silicon oxide film)
506 ... Gate electrode
507 ... Gate electrode
508 ... Oxide layer
509 ... Oxide layer
510... Silicon nitride film (barrier layer)
511 ... resist
512... Source / drain region
513: Offset gate area
514 ... Channel formation region
515: Offset gate area
516... Drain / source region
517... Drain / source region
518 ... Offset gate area
519 ... Channel formation region
520: Offset gate area
521... Source / drain region
522 ... Interlayer insulating film
523 ... Electrode
524 ... Electrode
525 ... Electrode
Claims (14)
前記珪素半導体膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜を介して前記珪素半導体膜に水素元素または当該水素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成し、
前記ゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物を注入することによりソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記窒化珪素膜上から前記ゲイト電極をマスクとして水素元素または当該水素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記珪素半導体膜を加熱することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。Forming a silicon semiconductor film over a substrate having an insulating surface;
Forming a gate insulating film on the silicon semiconductor film;
Ionizing and injecting a hydrogen element or a compound comprising the hydrogen element into the silicon semiconductor film through the gate insulating film,
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a silicon nitride film covering the gate insulating film and the gate electrode;
A source region and a drain region are formed by implanting an impurity imparting one conductivity type using the gate electrode as a mask,
From the silicon nitride film, ionizing and implanting a hydrogen element or a compound comprising the hydrogen element using the gate electrode as a mask,
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the silicon semiconductor film is heated.
前記水素元素または当該水素元素からなる化合物をイオン化して前記珪素半導体膜にH+ イオン、H2 + イオン及びH3 + イオンのいずれかを注入することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。In claim 1,
A method for manufacturing a thin film transistor, characterized by ionizing the hydrogen element or a compound including the hydrogen element and implanting any one of H + ions , H 2 + ions, and H 3 + ions into the silicon semiconductor film.
前記珪素半導体膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜を介して前記珪素半導体膜にフッ素元素または当該フッ素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成し、
前記ゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物を注入することによりソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記窒化珪素膜上から前記ゲイト電極をマスクとしてフッ素元素または当該フッ素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記珪素半導体膜を加熱することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。Forming a silicon semiconductor film over a substrate having an insulating surface;
Forming a gate insulating film on the silicon semiconductor film;
Fluorine element or a compound composed of the fluorine element is ionized and injected into the silicon semiconductor film through the gate insulating film,
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a silicon nitride film covering the gate insulating film and the gate electrode;
A source region and a drain region are formed by implanting an impurity imparting one conductivity type using the gate electrode as a mask,
Fluorine element or a compound comprising the fluorine element is ionized and implanted from above the silicon nitride film using the gate electrode as a mask,
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the silicon semiconductor film is heated.
前記珪素半導体膜上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜を介して前記珪素半導体膜に塩素元素または当該塩素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト絶縁膜及び前記ゲイト電極を覆って窒化珪素膜を形成し、
前記ゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物を注入することによりソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記窒化珪素膜上から前記ゲイト電極をマスクとして塩素元素または当該塩素元素からなる化合物をイオン化して注入し、
前記珪素半導体膜を加熱することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。Forming a silicon semiconductor film over a substrate having an insulating surface;
Forming a gate insulating film on the silicon semiconductor film;
It said gate insulating film through a consisting of chlorine element or the chlorine element in the silicon semiconductor film compound was injected ionized,
Forming a gate electrode on the gate insulating film;
Forming a silicon nitride film covering the gate insulating film and the gate electrode;
A source region and a drain region are formed by implanting an impurity imparting one conductivity type using the gate electrode as a mask,
From the silicon nitride film, the gate electrode is used as a mask to ionize and inject chlorine element or a compound composed of the chlorine element,
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the silicon semiconductor film is heated.
前記窒化珪素はSi3N(4−x)(−0.3≦x≦1)で表されることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 4 ,
The silicon nitride is Si 3 N (4-x) a method for manufacturing a thin film transistor which is characterized by being represented by (-0.3 ≦ x ≦ 1).
常圧雰囲気で前記珪素半導体膜を加熱することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 5 ,
The method for manufacturing a thin film transistor, which comprises heating a pre-Symbol silicon semiconductor film at normal pressure atmosphere.
水素、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、フッ素及び塩素のいずれかを主成分とする雰囲気において前記珪素半導体膜を加熱することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 5 ,
Hydrogen, nitrogen, argon, helium, oxygen, a method for manufacturing a thin film transistor, which comprises heating a pre-Symbol silicon semiconductor film in an atmosphere that fluorine and mainly composed of one of chlorine.
前記イオンを注入する方法はプラズマドーピング法であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 7 ,
A method for manufacturing a thin film transistor , wherein the ion implantation method is a plasma doping method.
前記ゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物を注入することによりソース領域及びドレイン領域を形成した後、前記ソース領域及び前記ドレイン領域にレーザを照射して活性化することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 8 ,
And characterized in that before after forming a source region and a drain region by implanting an impurity imparting one conductivity type Kige sites electrode as a mask, activated by irradiating laser to the source region and the drain region A method for manufacturing a thin film transistor.
前記ゲイト電極をマスクとして一導電型を付与する不純物を注入することによりソース領域及びドレイン領域を形成した後、前記ソース領域及び前記ドレイン領域に赤外光を照射して活性化することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 8 ,
After forming the source and drain regions by implanting impurity imparting before one conductivity type a Kige sites electrode as a mask, to activate by irradiating infrared light on the source region and the drain region A method for manufacturing a thin film transistor.
前記ソース領域及び前記ドレイン領域にイオンを注入した後、加熱温度350℃以下で層間絶縁膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 10 ,
A method for manufacturing a thin film transistor , comprising forming an interlayer insulating film at a heating temperature of 350 ° C. or lower after ions are implanted into the source region and the drain region.
前記珪素半導体膜はレーザを照射することにより結晶化させた結晶性珪素膜であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 11 ,
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the silicon semiconductor film is a crystalline silicon film crystallized by laser irradiation.
前記ゲイト絶縁膜は酸化珪素膜または窒化珪素膜からなることを特徴する薄膜トランジスタの作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 12 ,
A method of manufacturing a thin film transistor , wherein the gate insulating film is made of a silicon oxide film or a silicon nitride film.
前記ゲイト電極はアルミニウム主成分とする材料、または半導体材料と前記アルミニウム主成分とする材料との多層膜からなることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。In any one of Claims 1 thru | or 13 ,
The gate electrode is a method for manufacturing a thin film transistor which is characterized by comprising a multilayer film of a material that material and aluminum main component, or a semiconductor material and the aluminum main component.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06483995A JP3853395B2 (en) | 1994-03-27 | 1995-02-27 | Method for manufacturing thin film transistor |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8094094 | 1994-03-27 | ||
| JP6-92958 | 1994-04-05 | ||
| JP9295894 | 1994-04-05 | ||
| JP6-80940 | 1994-04-05 | ||
| JP06483995A JP3853395B2 (en) | 1994-03-27 | 1995-02-27 | Method for manufacturing thin film transistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07326768A JPH07326768A (en) | 1995-12-12 |
| JP3853395B2 true JP3853395B2 (en) | 2006-12-06 |
Family
ID=27298588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06483995A Expired - Fee Related JP3853395B2 (en) | 1994-03-27 | 1995-02-27 | Method for manufacturing thin film transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3853395B2 (en) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5744202A (en) * | 1996-09-30 | 1998-04-28 | Xerox Corporation | Enhancement of hydrogenation of materials encapsulated by an oxide |
| JPH10135475A (en) | 1996-10-31 | 1998-05-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| JPH11340238A (en) * | 1998-05-27 | 1999-12-10 | Matsushita Electron Corp | Manufacture of semiconductor device |
| JP4493778B2 (en) * | 1999-01-26 | 2010-06-30 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | Method for manufacturing semiconductor device |
| KR100737910B1 (en) * | 2000-11-27 | 2007-07-10 | 삼성전자주식회사 | Polysilicon Thin Film Transistor Manufacturing Method |
| TWI313062B (en) * | 2002-09-13 | 2009-08-01 | Ind Tech Res Inst | Method for producing active plastic panel displayers |
| JP4654581B2 (en) * | 2004-01-30 | 2011-03-23 | セイコーエプソン株式会社 | Manufacturing method of TFT substrate |
| CN109888021A (en) * | 2019-02-27 | 2019-06-14 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of thin film transistor (TFT) and preparation method thereof, array substrate, display device |
-
1995
- 1995-02-27 JP JP06483995A patent/JP3853395B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07326768A (en) | 1995-12-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6174757B1 (en) | Method for producing semiconductor device | |
| US5897346A (en) | Method for producing a thin film transistor | |
| CN101743629B (en) | Semiconductor device provided with thin film transistor and method for manufacturing the semiconductor device | |
| JP3865145B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP3853395B2 (en) | Method for manufacturing thin film transistor | |
| JP3411408B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP3190483B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
| JP3338182B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JPH09139503A (en) | Inverted staggered thin film transistor, manufacturing method thereof, and liquid crystal display device using the same | |
| JP2009048199A (en) | Thin film transistor substrate for liquid crystal display device and manufacturing method thereof | |
| JP3338434B2 (en) | Method for manufacturing thin film transistor | |
| JP2004055838A (en) | Method for manufacturing thin film transistor | |
| US20030059989A1 (en) | Method of manufacturing a thin-film transistor comprising a recombination center | |
| JP2001102585A (en) | Thin film transistor, thin film integrated circuit device, their manufacturing method, and liquid crystal display device | |
| KR100187387B1 (en) | Activation method of ohmic layer of thin film transistor | |
| JP2917925B2 (en) | Method of manufacturing thin film transistor and active matrix array for liquid crystal display device | |
| JPH08316487A (en) | Manufacture of thin-film semiconductor device | |
| JP4461731B2 (en) | Thin film transistor manufacturing method | |
| JP3140304B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP2940653B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP3413710B2 (en) | Method for manufacturing thin film transistor | |
| JP3953605B2 (en) | Thin film transistor manufacturing method | |
| JPH11154482A (en) | Manufacture of semiconductor device | |
| JP3819351B2 (en) | Heat treatment method | |
| JP2002176061A (en) | Thin film transistor, liquid crystal display device and electroluminescence display device using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060613 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060706 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060905 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060906 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090915 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090915 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100915 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100915 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110915 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110915 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120915 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120915 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130915 Year of fee payment: 7 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |