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JP4053256B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents
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JP4053256B2 - Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶構造を有する半導体膜を用いて構成される半導体装置の作製方法に関する。特に本発明は、非晶質構造を有する半導体膜を結晶化する段階を必要とする半導体装置の作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体膜を用いた半導体素子の代表例として薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT、以下TFTと記す)が知られている。TFTはガラス基板上に形成することが可能であることから、現在では、液晶表示装置の画素に設けるスイッチング素子として積極的に応用が進められている。特に、結晶構造を有する半導体膜でチャネル形成領域などの活性層を形成することにより、TFTを用いてシフトレジスタやサンプリング回路を実用的な駆動周波数で動作させることが可能となっている。
【0003】
結晶構造を有する半導体膜(以下、結晶質半導体膜という)を形成する代用的な方法は、ガラス基板上に非晶質半導体膜を形成し、その後レーザー光の照射により結晶化させる技術が知られている。その技術により、多数の結晶粒からなるランダム配向の結晶質半導体膜が得られている。
【0004】
一方、特開平6−232059号公報及び特開平7−130652号公報で開示される技術は、シリコンの結晶化を助長する金属元素(代表的にはニッケル)を利用することにより、500〜600℃にて4時間程度の加熱処理によって結晶性の優れた結晶質シリコン膜を形成することを可能とするものである。この技術により作製される結晶質半導体膜は、結晶の配向率が比較的高いという特徴を有している。
【0005】
ところで、TFTを用いて集積回路を形成する場合、所望のスイッチング動作を得るためにはしきい値電圧(Vth)を制御する必要がある。しきい値電圧(Vth)は、TFTのスイッチング特性を表す重要なパラメータであり、この値が期待値からずれることにより回路動作に支障が生じることになる。ところが、TFTのしきい値電圧は、ゲート絶縁膜の固定電荷や半導体膜中の不純物などにより容易に変化してしまう。
【0006】
例えば、nチャネル型TFTの場合には、マイナス側にシフトしてノーマリーオン(ゲート電圧を印加しない状態でオンになっている状態)になってしまうことが問題となる。それを防ぐために、チャネル形成領域にp型を付与する不純物(アクセプタ)を添加してしきい値電圧をプラス側にシフトさせる手段が取られている。この処理はチャネルドープとも呼ばれ、TFTの製造工程において重要な工程となっている。通常は、ジボラン(B26)ガスを用いてイオン注入又はイオンドーピング(質量分離しないでイオンを注入する方法)で行っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、しきい値電圧を制御するために必要な不純物濃度は1016〜1018/cm3程度の極微量で十分である。しかし、イオン注入又はイオンドーピングにより半導体膜にボロン(B)を添加する方法は、その極微量の濃度制御が困難であり、且つ、半導体膜に対しダメージを与えるといった問題点を有している。そして、濃度制御やダメージの低減を目的として、半導体膜上に100nm程度の絶縁膜を形成しておく手段がしばしば採用されている。このようなドーピング処理を行うことによりTFTの製造工程数は増えるので、その分コスト増加の要因となり、生産性も低下してしまうことが問題となる。
【0008】
また、非晶質半導体膜の表面に空気中に浮遊する不純物が付着すると、上記の如く極微量の濃度で添加した元素が半導体中で有効に作用しなくなってしまう。
【0009】
本発明はこのような問題点を解決するためのものであり、工程数をさほど増加させることなくTFTのしきい値電圧の制御を再現性良くより確実に制御する技術を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために本発明の構成は、陰極が備えられた反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、陰極が含有する元素の複数種をスパッタリングにより放出させて非晶質半導体膜に添加し、しかる後当該非晶質半導体膜を結晶化することを特徴としている。
【0011】
陰極から供給され非晶質半導体膜に添加される元素の一つは、非晶質半導体膜の結晶化を助長する、又は結晶化温度を低下せしめることが可能な元素である。そのような効果の得られる元素としてFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種又は複数種類がある。これらの元素を以降触媒元素と呼ぶ。また、他の一つは半導体にp型を付与する元素でありB(硼素)、Al、Ga、Inなど周期律第13族元素が上げられるが、好ましくはBを用いる。
【0012】
触媒元素を添加することにより非晶質半導体膜は600℃以下の加熱処理によって容易に結晶化をさせることができる。また、所望の濃度でp型を付与する不純物元素を添加しておくことにより、TFTのしきい値電圧を制御することができる。本発明によれば、非晶質半導体膜の形成から触媒元素とp型を付与する不純物元素とを添加する工程を、減圧下にて連続的に行うことが可能であり、工程数をさほど増加させることなく半導体装置を作製することができる。
【0013】
触媒元素とp型を付与する不純物元素とは、同じ反応室で同時に添加しても良く、或いは、異なる反応室において別々に添加しても同様な効果を得ることがでできる。
【0014】
上記発明の構成において、非晶質半導体膜の下地に酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなどによる絶縁膜を形成しておいても良い。
【0015】
一方、本発明に係る半導体製造装置の構成は、非晶質半導体膜を形成する第1の反応室と、非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素とp型を付与する不純物元素とを含有する陰極を備えた第2の反応室とを備え、第1の反応室と、第2の反応室との間は、基板を大気に曝すことなく移動することが可能となるように連結されており、第2の反応室には不活性気体を導入する手段が接続されていることを特徴としている。
【0016】
また、他の構成は、非晶質半導体膜を形成する第1の反応室と、非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を含有する第1の陰極を備えた第2の反応室と、半導体にp型を付与する不純物元素を含有する第2の陰極を備えた第3の反応室と、熱処理を行う第4の反応室とを備え、第1の反応室乃至前記第4の反応室との間は、基板を大気に曝すことなく移動することが可能となるように連結されており、第2の反応室と第3の反応室には不活性気体を導入する手段が接続されていることを特徴としている。
【0017】
また、他の発明の構成は、非晶質半導体膜を形成する第1の反応室と、非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を含有する第1の陰極を備えた第2の反応室と、半導体にp型を付与する不純物元素を含有する第2の陰極を備えた第3の反応室とを備え、第1の反応室乃至第3の反応室との間は、基板を大気に曝すことなく移動することが可能となるように連結されており、第2の反応室と第3の反応室には不活性気体を導入する手段が接続されていることを特徴としている。
【0018】
また、他の発明の構成は、非晶質半導体膜を形成する第1の反応室と、非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素とp型を付与する不純物元素とを含有する陰極を備えた第2の反応室と、熱処理を行う第3の反応室とを備え、第1の反応室と、第2の反応室と、第3の反応室との間は、基板を大気に曝すことなく移動することが可能となるように連結されており、第2の反応室には不活性気体を導入する手段が接続されていることを特徴としている。
【0019】
また、他の発明の構成は、第1の反応室で基板上に非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、陰極が備えられた第2の反応室で、減圧下における不活性気体と周期律第13族元素を含むガスとの混合ガスによる放電により前記陰極をスパッタリングして、陰極が含有する前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素と、周期律第13族元素とを同時に前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、第2の工程の後に非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第3の工程とを有することを特徴としている。
【0020】
上記構成により、非晶質半導体膜の形成から触媒元素及びp型を付与する不純物元素の添加までを減圧下にて連続的に行うことが可能であり、環境からの汚染を防止できる。その結果、添加する元素の濃度とその効果を再現性良く精密に制御可能となり、連続処理を行うことより生産性を向上させることができる。
【0021】
プラズマを用いて陰極より放出される元素を非晶質半導体膜に添加する方法は、陰極に含ませる当該元素の濃度を調節したり、プラズマを形成する放電電力や圧力及び処理時間を調節することで濃度制御が可能であり、極微量の元素も制御性良く添加することができる。その結果、TFTのしきい値電圧を再現性良く制御することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
本発明の一実施形態を以下に図面を用いて説明する。図1(a)において、ガラスや石英などの基板100上に絶縁膜として酸化窒化シリコン膜(A)101aを10〜100nmの厚さに形成する。その上に酸化窒化シリコン膜(B)101bを10〜100nmの厚さに形成する。さらに、非晶質シリコン膜102を20〜80nmの厚さに形成する。下地酸化窒化シリコン膜(A)は、窒化シリコン膜の長所であるガラス基板からのアルカリ金属イオンなどの高いブロッキング効果を示す。一方、下地酸化窒化シリコン膜(B)は、広いバンドギャップ、高い絶縁性や低いトラップ準位などの酸化シリコン膜の長所を示す。
【0023】
次いで、図1(b)に示すように、形成した非晶質シリコン膜に、結晶化を助長する触媒元素であるNiとp型を付与する不純物元素であるBを添加する。ここで、結晶化を助長する触媒元素はNiの他にFe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auなどを用いても良い。また、p型を付与する不純物元素はBの他にAl、Gaなど周期律第13族の元素を用いても良い。
【0024】
図2は、本発明に適した半導体製造装置の構成を示す。図2で示すように反応室を複数設けることで、下地とする絶縁膜から、非晶質半導体膜の形成、Ni又はB添加までを大気に曝すことなく減圧下で連続処理することが可能になる。ここで図2で示す半導体製造装置は、ロードロック室201、搬送室202、反応室203〜206からなり、ロードロック室201にセットされた基板は、搬送室202に設置されている搬送ロボット207によって各反応室に搬送される。反応室にはそれぞれプラズマ発生手段、ガス導入手段及び排気手段が設けられている。また、ロードロック室201と搬送室202には、それぞれ排気手段が設けられている。
【0025】
反応室203では、下地に設ける酸化窒化シリコン膜を形成する。反応室204では、非晶質シリコン膜を形成する。反応室205の陰極は、NiとBを含む材料からできている。このような陰極を有する反応室205内にArガス又はHeガスなどの不活性気体を導入してプラズマを発生させることにより、反応室204にて形成された膜にNiとBを添加することができる。ここで添加されるNiの濃度は、1×1010〜1×1013/cm3、Bの濃度は、1×1016〜5×1017/cm3であることが望ましい。Ni及びB添加の後に非晶質シリコン膜を500〜600℃に加熱して結晶化する。さらに必要であれば、レーザー光を照射して結晶性を向上させても良い。
【0026】
本発明に適用される、NiとBを含む材料からなる陰極の構造を図18に示す。図18(a)は、NiとBの合金からなる陰極を示している。混合比は、スパッタリング効率を考慮して、それぞれ添加したい量によって決定すればよい。図18(b)は、Ni或いはBの陰極にそれぞれB或いはNiのタブレットを配置したものである。図18(c)は、陰極そのもの又は陰極表面を網目状にし、NiとBのタブレットを配置できるようにしたものである。図18(d)は、図18(c)の陰極を変形したのもで、棒状のタブレットを配置できるようになっている。図18(b)〜(c)に示した陰極は、タブレットの数量や配置を自由に変えることができる利点がある。また、タブレットの形状は、四角状のものに限らず、円形、球状など様々な形状のものを使用することが可能である。本発明では、図18(a)〜(d)までに示したような形状の陰極のうちいずれを用いることも可能である。
【0027】
図3に、本発明のプ半導体製造装置の反応室を示す。反応室301には、陰極302、サセプタ303があり、陰極には高周波電源305が、サセプタにはヒーター304が接続されている。また、ガス系306と排気系307が接続されている。ガス系は、使用するガス種314、マスフローコントローラー(MFC)312及びバルブ313からなる。また排気系は、ゲートバルブ308、オートプレッシャーコントローラー(APC)309、ターボ分子ポンプ310及びドライポンプ311からなる。成膜時の反応室内の圧力は、6〜160Pa、基板温度は300〜400℃の範囲が好ましい。用いる高周波電源周波数は13.56MHz〜120MHzの範囲とする。
【0028】
[実施の形態2]
上記実施の形態の他に、NiとBの添加を別の反応室にて行う方法がある。非晶質シリコン膜の形成までは実施の形態1と同様にして行う。図2において、反応室205の陰極は、Niを含む材料で形成され、反応室206の陰極は、Bを含む材料で形成されている。まず反応室205にてNi添加を行った後、反応室206にてB添加を行う。もちろん、先にB添加を行った後にNi添加を行うことも可能である。以降の工程は、実施の形態1と同様である。
【0029】
[実施の形態3]
図17に示すような搬送室を介して反応室と熱処理炉を有する装置を用いると、非晶質シリコン膜形成、Ni及びB添加、非晶質シリコン膜の結晶化までを、減圧下で処理することが可能である。ここで、反応室206が熱処理炉である。実施の形態1又は2と同様に非晶質シリコン膜形成、Ni及びB添加を行った基板はロードロック室208に運ばれ、搬送ロボット209によって熱処理炉206に搬送される。非晶質シリコン膜の結晶化の方法は、実施の形態1又は2と同様に行えばよい。
【0030】
【実施例】
[実施例1]
本発明の一実施例を図4〜図7及び図10を用いて説明する。ここでは、本発明を用いて同一基板上に画素部と、画素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。
【0031】
基板100は、ガラス基板を用いる。まず、図4(A)に示すように、基板100上に絶縁膜として酸化窒化シリコン膜101aを50nmの厚さに形成する。次いで、酸化窒化シリコン膜101bを100nmの厚さに形成する。本実施例では絶縁膜101として2層構造を用いるが、酸化窒化シリコン膜の単層又は2層以上積層させた構造を用いても良い。この上に非晶質シリコン膜102を55nmの厚さで形成する。
【0032】
次いで、形成した非晶質シリコン膜に、結晶化を助長する触媒元素であるNiとp型を付与する不純物元素であるBを添加する。その方法として、NiとBを材料とする陰極を有する反応室に不活性気体としてArを導入し、圧力6.65〜1.33×102Pa、高周波電力30〜100W(電源周波数13.56〜60MHz)にてプラズマを発生させる。陰極は自己バイアスにより負に帯電するので、プラズマ中の正イオンが陰極近傍に形成されるシースにより加速されて陰極に入射する。イオン衝突のスパッタリングにより陰極を構成する元素であるNiとBが放出され、それが非晶質シリコン膜に付着する。
【0033】
プラズマを生成するために導入する不活性気体はArのみでなく、He、Kr、Xeを用いても良い。その他に、N2を用いても良い。また、水素を同時に添加することで非晶質シリコン膜の表面を水素で終端して不活性化することができ、その表面に付着したNi又はBの移動が促進し、当該元素の分布を分散化させることができる。
【0034】
この処理時間は、実施者によりて適宜設定すれば良いが、陰極中のNiとBの成分比や印加する高周波電力を考慮して決定する。
【0035】
このようにして、Niが1×1010〜1×1013/cm2、Bが1×1013〜5×1014/cm2の濃度で添加された非晶質シリコン膜が得られる。非晶質シリコン膜の結晶化を助長する触媒元素としては、Niの他に、Fe、Co、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auなどがあげられる。また、半導体膜にp型を付与する元素としては、Bの他に、Al、Gaなど周期律第13族元素が知られている。
【0036】
以上までの工程は、絶縁膜形成、非晶質半導体膜膜形成、及びNiとBの添加までを大気に曝すことなく減圧下で連続的に処理することが可能である。
【0037】
非晶質シリコン膜にNiとBを添加した後、500℃にて1時間の脱水素化処理、550℃にて4時間の加熱処理を行い、結晶質シリコン膜103が得られる。更に結晶性を向上させるためにレーザー光を照射しても良い。こうして形成された結晶質シリコン膜にはp型の不純物元素としてBが1×1015〜1×1017/cm3の濃度で含まれる。
【0038】
そして、この結晶質半導体膜にフォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理を行い、島状に分割された結晶質シリコン層104〜108を形成する(図4(C))。
【0039】
また、レーザー光の照射により結晶性を向上させる場合には、パルス発振型又は連続発光型のエキシマレーザーやYAGレーザー、YLFレーザー、YVO4レーザー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出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、実施者が適宜選択すればよい。
【0040】
次いで、結晶質シリコン膜104〜108を覆うゲート絶縁膜109を形成する。ゲート絶縁膜109は、プラズマCVD法やスパッタ法で形成し、その厚さを40〜150nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。勿論、このゲート絶縁膜は、シリコンを含む絶縁膜を単層或いは積層構造として用いることができる。
【0041】
酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Ortho Silicate)とO2を混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして形成される酸化シリコン膜は、形成後400〜500℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【0042】
次いで、ゲート絶縁膜109上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜110と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜111とを積層形成する(図5(A))。これらの導電膜はTa、W、Ti、Mo、Al、Cuから選ばれた元素、又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してもよい。また、リン(P)など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を用いてもよい。また、第1の導電膜をTa膜で形成し、第2の導電膜をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル膜で形成し、第2の導電膜をAl膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル膜で形成し、第2の導電膜をCu膜とする組み合わせとしてもよい。
【0043】
次に、図5(B)に示すように、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク112〜117を形成し、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。本実施例ではICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を25:25:10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エッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも150W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。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。
【0044】
この後、レジストからなるマスク112〜117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う。基板側(試料ステージ)にも20W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。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件ではW膜及び窒化タンタル膜とも同程度にエッチングされる。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。
【0045】
上記第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、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°となる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層119〜124(第1の導電層119a〜124aと第2の導電層119b〜124b)を形成する。118はゲート絶縁膜であり、第1の形状の導電層119〜124で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0046】
そして、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い、半導体層にn型を付与する不純物元素を添加する(図5(B))。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1.5×1015/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15族に属する元素、典型的にはリン(P)又は砒素(As)を用いる。この場合、導電層119〜123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125〜129が形成される。第1の不純物領域125〜129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する。
【0047】
次に、レジストからなるマスクを除去せずに図5(C)に示すように第2のエッチング処理を行う。エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量比を20:20:20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エッチングを行う。基板側(試料ステージ)には20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、第1のエッチング処理に比べ低い自己バイアス電圧を印加する。この第3のエッチング条件によりW膜を異方性エッチングして第2の形状の導電層131〜136を形成する。
【0048】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに図6(A)に示すように第2のドーピング処理を行う。この場合、第1のドーピング処理よりもドーズ量を下げて高い加速電圧の条件としてn型を付与する不純物元素をドーピングする。例えば、加速電圧を70〜120keV、本実施例では90keVの加速電圧とし、1.5×1014/cm2のドーズ量で行い、図5(B)で形成された第1の不純物領域より内側の半導体層に新たな不純物領域を形成する。ドーピングは、第2の形状の導電層131〜135を不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層131a〜135aの下部における半導体層にも不純物元素が添加されるようにドーピングする。
【0049】
こうして、第1の導電層131a〜135aと重なる第2の不純物領域137〜141を形成する。
【0050】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク147、148を形成して、図6(B)に示すように、第3のエッチング処理を行う。エッチング用ガスにSF6とCl2とを用い、それぞれのガス流量比を50:10とし、1.3Pa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秒のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)には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。こうして、前記第3のエッチング条件によりpチャネル型TFT及び画素部のTFTの窒化タンタル膜をエッチングして第3の形状の導電層149〜152を形成する。
【0051】
そして、レジストからなるマスクを除去した後、図6(C)に示すように、ゲート絶縁膜のエッチングを行う。エッチング用ガスとしてCHF3を用い、ガス流量を35SCCM、800WのRF電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。ここでは、第2の形状の導電層131、133と第3の導電層149〜152がマスクの役割をし、TFT毎にゲート絶縁膜は切断される(154〜160)。
【0052】
次いで、マスク161〜163を形成して図7(A)に示すように、第3のドーピング処理を行う。この第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された第2の不純物領域164〜167を形成する。第3の形状の導電層149、153を不純物元素に対するマスクとして用い、p型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に第3の不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域164〜167はジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で形成する。この第3のドーピング処理の際には、nチャネル型TFTを形成する半導体層はレジストからなるマスク161〜163で覆われている。第1のドーピング処理及び第2のドーピング処理によって、不純物領域164〜167にはそれぞれ異なる濃度でリン(P)が添加されているが、そのいずれの領域においてもp型を付与する不純物元素の濃度の方が高くなるようにドーピング処理することにより、pチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【0053】
以上までの工程でそれぞれの半導体膜に不純物領域が形成される。本実施例において、全ての不純物領域が、導電層をマスクとして自己整合的に形成される。半導体膜と重なる第3の形状の導電層131、132、149及び150がゲート電極として機能する。また、152はソース配線、151は保持容量を形成するための第2の電極として機能する。
【0054】
次いで、マスク161〜163を除去し、全面を覆う第1の層間絶縁膜168を形成する。この第1の層間絶縁膜168としては、プラズマCVD法又はスパッタ法を用い、厚さを100〜200nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚150nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。勿論、第1の層間絶縁膜168は酸化窒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又は積層構造として用いても良い。
【0055】
次いで、図7(B)に示すように、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500〜550℃で行えばよい。なお、熱アニール法の他に、レーザーアニール法、又はラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。
【0056】
なお、本実施例では、上記活性化処理と同時に、結晶化の際に触媒として使用したNiが高濃度のリン(P)を含む不純物領域142〜146、164、166にゲッタリングすることが可能であり、主にチャネル形成領域となる結晶質シリコン中のNi濃度が低減される。このようにして作製したチャネル形成領域を有するTFTはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な特性を達成することができる。
【0057】
次いで、第1の層間絶縁膜168上に有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜169を形成する。次いで、ソース配線152に達するコンタクトホールと各不純物領域142、144、145a、164、166に達するコンタクトホールを形成するためのパターニングを行う。
【0058】
そして、駆動回路406において、第1の不純物領域又は第3の不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線170〜175を形成する。なお、これらの配線は、膜厚50〜250nmのTi膜と、膜厚300〜500nmの合金膜(AlとTiとの合金膜)との積層膜をパターニングして形成する。
【0059】
また、画素部407においては、画素電極178、ゲート導電膜177、接続電極176を形成する(図7(C))。この接続電極176によりソース配線152は、画素TFT404と電気的な接続が形成される。また、ゲート導電膜177は、第1の電極(第3の形状の導電層150)と電気的な接続が形成される。また、画素電極178は、画素TFTのドレイン領域と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層と電気的な接続が形成される。
【0060】
以上の様にして、nチャネル型TFT401、pチャネル型TFT402、nチャネル型TFT403を有する駆動回路406と、画素TFT404、保持容量405とを有する画素部407を同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【0061】
駆動回路406のnチャネル型TFT401はチャネル形成領域178、ゲート電極を形成する第3の形状の導電層131と重なる第2の不純物領域137とソース領域又はドレイン領域として機能する第1の不純物領域142を有している。pチャネル型TFT402にはチャネル形成領域179、ゲート電極の外側に形成される第3の不純物領域165、ソース領域又はドレイン領域として機能する第3の不純物領域164を有している。nチャネル型TFT403にはチャネル形成領域180、ゲート電極を形成する第3の形状の導電層133と重なる第2の不純物領域139とソース領域又はドレイン領域として機能する第1の不純物領域144を有している。
【0062】
画素部407の画素TFT404にはチャネル形成領域181、ゲート電極の外側に形成される第2の不純物領域140とソース領域又はドレイン領域として機能する第1の不純物領域145aを有している。また、保持容量405の一方の電極として機能する半導体層166、167には第3の不純物領域と同じ濃度で、それぞれp型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量405は、絶縁膜(ゲート絶縁膜と同一膜)を誘電体として、第2の電極151と、半導体層166、167とで形成している。
【0063】
本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図10に示す。なお、図4〜図7に対応する部分には同じ符号を用いている。図10中の鎖線A−A'は図7中の鎖線A―A'で切断した断面図に対応している。また、図10中の鎖線B−B'は図7中の鎖線B―B'で切断した断面図に対応している。このような画素構造とすることにより大きな面積を有する画素電極を配置でき、開口率を向上させることができる。
【0064】
本実施例で示す工程に従えば、アクティブマトリクス基板の作製に必要なフォトマスクの数を6枚(半導体層パターンマスク、第1配線パターンマスク(第1の電極150、第2の電極151、ソース配線152を含む)、pチャネル型TFT及び画素部TFTの導電層形成のパターンマスク、pチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域形成のパターンマスク、コンタクトホール形成のパターンマスク、第2配線パターンマスク(画素電極178、接続電極176、ゲート導電膜177を含む))とすることができる。また、Ni添加とB添加を同時に行い、且つ、非晶質半導体膜形成と連続して行うので、その結果、工程を短縮し、製造コストの低減及び歩留まりの向上に寄与することができる。
【0065】
以上の工程において、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する触媒元素を非晶質シリコン膜の成膜後連続して添加することにより表面の汚染を防止でき、均一性の高い結晶質シリコン膜を形成することができる。さらに、Bドーピングを非晶質シリコン膜の成膜後連続して行うことにより、チャネル形成領域の結晶構造の破壊を防ぐので再現性良くしきい値電圧を制御することができる。また、触媒元素とBとを同時に添加することにより生産性を向上させることができる。
【0066】
図8には透過型の液晶表示装置に適したアクティブマトリクス基板の断面図を示す。第2の層間膜形成までは、上記の反射型のものと同じである。第2の層間膜上に透明導電膜を形成する。そして、透明導電膜層185を形成するためにパターニングを行う。透明導電膜としては酸化インジウムと酸化スズとの化合物や酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。
【0067】
そして、駆動回路406において第1の不純物領域又は第3の不純物領域とそれぞれで電気的に接続する配線170〜175を形成する。なお、これらの配線は、膜厚50〜250nmのTi膜と、膜厚300〜500nmの合金(AlとTiとの合金膜)との積層膜をパターニングして形成する。また、画素部407においては、画素電極185、ゲート導電膜177、接続電極186、187を形成する。接続電極186、187は、画素電極185に重なるように形成する。このように、マスク枚数を1枚増やして透過型の液晶表示装置に適したアクティブマトリクス基板を作製することができる。
【0068】
[実施例2]
実施例1において、NiとBの異なる添加方法を行う場合について説明する。説明に用いる図面は実施例1と同じものを使用する。
【0069】
実施例1と同様にして、絶縁膜101から非晶質シリコン膜102までを形成する。次いで、Niを材料とする陰極を有する反応室においてプラズマを生成し、非晶質シリコン膜102をそのプラズマに曝すことでNiを添加した後、Bを材料とする陰極を有する反応室においてプラズマを生成し、Niを添加した非晶質半導体膜をそのプラズマに曝すことでBを添加する。その後、500℃にて1時間の脱水素化、続けて550℃にて4時間の結晶化を行い、結晶質シリコン膜103を形成する。更に結晶化を改善するためにレーザー光の照射を行っても良い。
【0070】
NiとBの合金を入手するのが困難である場合や、NiとBを同一反応室で添加すると、適当な濃度を得ることが困難であるような場合に置いては、本実施例のように、NiとBを別々の反応室にて添加する方法が有効である。以後の工程は、実施例1を参考にすればよい。
【0071】
[実施例3]
本実施例では、実施例1又は実施例2で作製したアクティブマトリクス基板から、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。また、後に説明する実施例5で作製するアクティブマトリクス基板を用いる事も可能である。説明には図9を用いる。
【0072】
まず、実施例1又は実施例2に従い、図7(C)の状態のアクティブマトリクス基板を作製した後、図7(C)のアクティブマトリクス基板上に配向膜567を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜567を形成する前に、アクリル樹脂膜など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572を所望の位置に形成する。
【0073】
次いで、対向基板569上に着色層570、571、平坦化膜573を形成する。赤色の着色層570と青色の着色層571とを一部重ねて、第2遮光部を形成する。
【0074】
次いで、対向電極576を画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜574を形成し、ラビング処理を施す。
【0075】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール剤568で貼り合わせる。シール剤568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572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。このようにして図9に示すアクティブマトリクス型液晶表示装置が完成する。
【0076】
本実施例では、実施例1に示す基板を用いている。従って、実施例1の画素部の上面図を示す図10では、少なくともゲート配線177と画素電極178の間隙と、ゲート配線177と接続電極176の間隙と、接続電極176と画素電極178の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に第1遮光部と第2遮光部が重なるように対向基板を貼り合わせる。
【0077】
以上のようにして作製される液晶表示装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【0078】
[実施例4]
本実施例では、基板上に結晶質半導体膜を作製する方法について図19を用いて説明する。
【0079】
基板300上に、絶縁膜301を形成した後、非晶質半導体膜302を形成する。この非晶質半導体膜302に結晶化を助長する触媒元素Niとp型を付与する元素Bを添加し(図19(A))、結晶化により結晶質半導体膜303を得る(図19(B))。以上の工程は、実施例1又は実施例2を適用する。
【0080】
得られた非晶質半導体膜303上に酸化シリコン膜などでマスク層304を形成し、第1のパターニングを行う(図19(C))。パターニングしたレジスト305をマスクとし、マスク層304をエッチングする。次いで、レジスト305とマスク層306をマスクとして、第1のドーピング処理を行う。第1のドーピング処理では、リン(P)を結晶質半導体層303に添加し、不純物領域307を形成する(図19(D))。
【0081】
次いで、熱処理を行う。この工程で、半導体層に添加したNiが、不純物領域307に拡散していく。熱処理後、不純物領域307をエッチングして除去することで、TFTのチャネル部から不純物であるNiを取り除くことができる(図19(E))。
【0082】
レジスト305とマスク層306を剥離し、結晶質半導体膜308を得る(図19(F))。以降の工程は、公知のTFT作製方法を参考にすればよい。
【0083】
以上の工程において、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する触媒元素を非晶質シリコン膜の成膜後連続して添加することにより表面の汚染を防止でき、均一性の高い結晶質シリコン膜を形成することができる。さらに、Bドーピングを非晶質シリコン膜の成膜後連続して行うことにより、チャネル形成領域の結晶構造の破壊を防ぐので再現性良くしきい値電圧を制御することができる。また、触媒元素とBとを同時に添加することにより生産性を向上させることができる。TFTのチャネル部から不純物であるNiを取り除くことにより、オフ電流値を低くすることができ、またばらつきを小さくすることができる。
【0084】
[実施例5]
本実施例では逆スタガ型のTFTを用いて同一基板上に画素部と、画素部の周辺に駆動回路を形成する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図11〜13を用いて説明する。
【0085】
まず、図11(A)に示すように、バリウムホウケイ酸ガラス、又はアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板1101上に、好適にはMo、W、Taから選ばれた一種又は複数種を成分とする導電膜からゲート電極1102〜1104、ソース配線1106、1107、画素部の保持容量を形成するための容量配線1105を形成する。例えば、低抵抗化と耐熱性の観点からはMoとWの合金は適している。また、アルミニウムを用い、表面を酸化処理してゲート電極を形成しても良い。
【0086】
第1のフォトマスクにより作製されるゲート電極は、その厚さを200〜400nm、好ましくは250nmの厚さで形成し、その上層に形成する被膜の被覆性(ステップカバレージ)を向上させるために、端部をテーパー形状となるように形成する。テーパー部の角度は5〜30度、好ましくは15〜25度で形成する。テーパー部はドライエッチング法で形成され、エッチングガスと基板側に印加するバイアス電圧によりその角度を制御する。
【0087】
次いで、図11(B)で示すように、ゲート電極1102〜1104、ソース配線1106、1107、画素部の保持容量を形成するための容量配線1105を覆う第1の絶縁層1108を絶縁層形成する。本実施例では第1の絶縁層1108として2層構造を用いるが、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜或いは酸化窒化シリコン膜の単層膜又は2層以上積層させた構造を用いても良い。第1の絶縁層1108の一層目としては、SiH4、NH3、N2O及びH2を反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜1108aを50〜100nm形成する。次いで、第1の絶縁層1108の2層目としては、SiH4及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜1108bを100〜150nmの厚さに積層形成する。次いで、第1の絶縁層上に非晶質半導体膜1109を30〜60nmの厚さで形成する。非晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンを用いるのが良い。本実施例では、SiH4ガスを用いて、非晶質シリコン膜1109を形成する。
【0088】
第1の絶縁層1108は、その上層に半導体層を形成して、ゲート絶縁膜として用いるものであるが、基板1101からアルカリ金属などの不純物が半導体層に拡散するのを防ぐブロッキング層としての機能も有している。
【0089】
形成した非晶質シリコン膜に結晶化を助長する触媒元素とp型を付与する不純物元素を添加する。添加する方法は、実施例1又は実施例2の方法を適用する。
【0090】
次いで、形成した非晶質シリコン膜を加熱処理により結晶化する。この結晶化の方法は、実施例1又は実施例2を参考にすれば良い。
【0091】
得られた結晶質シリコン膜は、第2のフォトマスクを用いて所定のパターンに形成する。図11(C)は島状に形成された半導体層1110〜1213を示す。半導体層1110〜1112は、ゲート電極1102、1104と一部が重なるように形成する。
【0092】
その後、結晶質シリコン膜1110〜1113上に酸化シリコン又は窒化シリコンから成る絶縁膜を100〜200nmの厚さに形成する。図11(D)は、ゲート電極をマスクとする裏面からの露光プロセスにより、自己整合的にチャネル保護膜とする第3の絶縁層1114〜1118を結晶質シリコン膜1110〜1112上に形成する。
【0093】
そして、nチャネル型TFTのLDD領域を形成するための第1のドーピング工程を行う。ドーピングの方法はイオンドープ法若しくはイオン注入法で行えば良い。n型の不純物(ドナー)としてリン(P)を添加し、第3の絶縁層1115〜1118をマスクとして形成される第1の不純物領域1119〜1122を形成する。この領域のドナー濃度は1×1016〜2×1017/cm3の濃度とする。
【0094】
第2のドーピング工程は、nチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域を形成する工程であり、図12(A)で示すように第3のフォトマスクを用いて、レジストによるマスク1123〜1125を形成する。マスク1124、1125は、nチャネル型TFTのLDD領域を覆って形成され、第2の不純物領域1126〜1128には、1×1020〜1×1021/cm3の濃度範囲でドナー不純物を添加する。
【0095】
この第2のドーピング工程に前後して、マスク1123〜1125が形成された状態でフッ酸によるエッチング処理を行い、第3の絶縁層1114、1118を除去しておくと好ましい。
【0096】
pチャネル型TFTのソース領域及びドレイン領域は、図12(B)に示すように第3のドーピング処理により行い、イオンドープ法やイオン注入法でp型の不純物(アクセプタ)を添加して第3の不純物領域1130、1131を形成する。この領域のp型の不純物濃度は2×1020〜2×1021/cm3となるようにする。この工程において、半導体層1113にもp型の不純物を添加しておく。
【0097】
次に、図12(C)に示すように、半導体層上に第2の絶縁層を形成する。好適には、第2の絶縁層を複数の絶縁膜で形成する。半導体層上に形成する第2の絶縁層の第1層目1132は水素を含有する窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜から成る無機絶縁物で50〜200nmの厚さに形成する。その後、それぞれの半導体層に添加された不純物を活性化する工程を行う。この工程はレーザーアニール法、又はラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。
【0098】
この活性化処理により、不純物元素の活性化と同時に第2の絶縁層の第1層目1132の窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜の水素が放出され、半導体層の水素化を行うことができる。
【0099】
図13(A)で示す第2の絶縁層の第2層目1133はポリイミド、アクリルなどの有機絶縁物材料で形成し表面を平坦化する。勿論、プラズマCVD法でTEOSを用いて形成される酸化シリコン膜を適用しても良いが、平坦性を高める観点からは前記有機物材料を用いることが望ましい。
【0100】
次いで、第5のフォトマスクを用いてコンタクトホールを形成する。そして、第6のフォトマスクを用いてAl、Ti、Taなどを用いて、駆動回路1305において接続電極1134及びソース又はドレイン配線1135〜1137を形成する。また、画素部1306において、画素電極1140、ゲート配線1139、接続電極1138を形成する。
【0101】
こうして、同一の基板上にpチャネル型TFT1301とnチャネル型TFT1302を有する駆動回路1305と、画素TFT1303と保持容量1304を有する画素部1306が形成される。駆動回路1305のpチャネル型TFT1301には、チャネル形成領域1307、第3の不純物領域から成るソース又はドレイン領域1308が形成されている。nチャネル型TFT1302には、チャネル形成領域1309、第1の不純物領域から成るLDD領域1310、第2の不純物領域から成るソース又はドレイン領域1311が形成されている。画素部1306の画素TFT1303は、マルチゲート構造であり、チャネル形成領域1312、LDD領域1313、ソース又はドレイン領域1314、1316が形成される。LDD領域の間に位置する第2の不純物領域1315は、オフ電流を低減するために有用である。保持容量1304は、容量配線1105と半導体層1113とその間に形成される第1の絶縁層とから形成されている。
【0102】
画素部1306においては、接続電極1138によりソース配線1107は、画素TFT1303のソース又はドレイン領域1314と電気的な接続が形成される。また、ゲート配線1139は、第1の電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極1140は、画素TFT1303のソース又はドレイン領域1316及び保持容量1304の半導体層1113と接続している。
【0103】
図13(B)はゲート電極1104とゲート配線1139のコンタクト部を説明する図である。ゲート電極1104は隣接する画素の保持容量の一方の電極を兼ね、画素電極1145と接続する半導体層1144と重なる部分で容量を形成している。また、図13(C)はソース配線1107と画素電極1140及び隣接する画素電極1146との配置関係を示し、画素電極の端部をソース配線1107上に設け、重なり部を形成することにより迷光を遮り遮光性を高めている。
【0104】
TFTを逆スタガ型で形成することの利点の一つは、nチャネル型TFTにおいてゲート電極とオーバーラップするLDD領域を裏面露光のプロセスにより自己整合的に形成できることにあり、ゲート絶縁膜と半導体層を連続形成できる特徴と相まってTFTの特性ばらつきを小さくすることができる。さらに本発明を用いることで、半導体層の結晶構造の破壊を防ぐことができるので、安定したTFT特性を得ることが可能になる。
【0105】
さらに、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する触媒元素を非晶質シリコン膜の成膜後連続して添加することにより表面の汚染を防止でき、均一性の高い結晶質シリコン膜を形成することができる。さらに、Bドーピングを非晶質シリコン膜の成膜後連続して行うことにより、チャネル形成領域の結晶構造の破壊を防ぐので再現性良くしきい値電圧を制御することができる。また、触媒元素とBとを同時に添加することにより生産性を向上させることができる。
【0106】
[実施例6]
本実施例では、基板上に結晶質半導体膜を作製する方法について図20を用いて説明する。
【0107】
基板600は、石英基板を用いる。その他、耐熱性のあるもので有れば使用可能である。基板600上に非晶質半導体膜601を30〜60nmの厚さで形成する。本実施例では、絶縁膜を形成していないが、もちろん絶縁膜を形成する事も可能である。形成した非晶質半導体膜601に結晶化を助長する触媒元素Niとp型を付与する元素Bを添加する。添加方法は、実施例1又は実施例2を適用する。
【0108】
次いで、熱結晶化を行う(図20(B))。570〜600℃で12〜14時間程行うと良い。この熱処理により、結晶質半導体膜602が得られる。この結晶質半導体膜をパターニングして、結晶質半導体膜603を得る(図20(C))。以降の工程は、公知のTFT作製方法を参考にすればよい。
【0109】
[実施例7]
本実施例は、非晶質シリコン膜に結晶化を助長する触媒元素であるNiとp型を付与する不純物元素(周期律第13族元素)を添加する方法の他の一例を示す。
【0110】
まず、実施例1と同様にして非晶質シリコン膜を形成する。その後、触媒元素を添加するために、他の反応室に基板を移動させる。この反応室の陰極はNiを含有するものであり、例えば、Ni単体から成る平板型の電極やメッシュ状の電極を用いることができる。
【0111】
この反応室に、プラズマを生成するために導入する不活性気体はArで良く、その他にHe、Kr、Xeなどを用いることができる。また、不活性ガスとしてN2を添加することもできる。さらに、この不活性気体に周期律第13族元素を含むガスを1〜1000ppm添加する。周期律第13族元素を含むガスとしてはB26、BF3などを適用することができる。
【0112】
好適な一例は、ArとB26の混合ガスであり、この混合ガスでプラズマを生成することにより、Arイオンの陰極に対するスパッタリング作用と、B26の解離によりNiとBとを非晶質シリコン膜に添加することができる。B26はArで希釈したものを用いても良いし、水素で希釈したものを用いることもできる。
【0113】
NiとBの合金を入手するのが困難である場合や、NiとBを同一反応室で添加すると、適当な濃度を得ることが困難であるような場合においては、本実施例で示す方法が有効である。このような本実施例で示す方法は、実施例1で示すNiとBの添加方法に置換して行うことができる。
【0114】
[実施例8]
本発明を実施して作製されたTFTは様々な電気光学装置(代表的にはアクティブマトリクス型液晶ディスプレイなど)に用いることができる。即ち、それら電気光学装置や半導体回路を部品として組み込んだ電子機器全てに本発明を適用することが。
【0115】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター(リア型又はフロント型)、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末機器(モバイルコンピュータ、携帯電話又は電子書籍など)などが挙げられる。それらの一例を図14、図15及び図16に示す。
【0116】
図14(A)はパーソナルコンピュータであり、本体1401、画像入力部1402、表示部1403、キーボード1404などを含む。本発明を画像入力部1402、表示部1403やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0117】
図14(B)はビデオカメラであり、本体1405、表示部1406、音声入力部1407、操作スイッチ1408、バッテリー1409、受像部1410などを含む。本発明を表示部1406やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0118】
図14(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体1411、カメラ部1412、受像部1413、操作スイッチ1414、表示部1415などを含む。本発明は表示部1415やその他の信号制御回路に適用できる。
【0119】
図14(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体1416、表示部1417、アーム部1418などを含む。本発明は表示部1417やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0120】
図14(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体1419、表示部1420、スピーカ部1421、記録媒体1422、操作スイッチ1423などを含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digital Versatile Disc)、CDなどを用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示部1420やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0121】
図14(F)はデジタルカメラであり、本体1424、表示部1425、接眼部1426、操作スイッチ1427、受像部(図示しない)などを含む。本発明を表示部1425やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0122】
図15(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置1501、スクリーン1502などを含む。本発明は投射装置1501の一部を構成する液晶表示装置1514やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0123】
図15(B)はリア型プロジェクターであり、本体1503、投射装置1504、ミラー1505、スクリーン1506などを含む。本発明は投射装置1504の一部を構成する液晶表示装置1514やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0124】
なお、図15(C)は、図15(A)及び図15(B)中における投射装置1501、1504の構造の一例を示した図である。投射装置1501、1504は、光源光学系1507、ミラー1508、1510〜1512、ダイクロイックミラー1509、プリズム1513、液晶表示装置1514、位相差板1515、投射光学系1516で構成される。投射光学系1516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15(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フィルムなどの光学系を設けてもよい。
【0125】
また、図15(D)は、図15(C)中における光源光学系1507の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系1807は、リフレクター1518、光源1519、レンズアレイ1520、1521、偏光変換素子1522、集光レンズ1523で構成される。なお、図15(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フィルムなどの光学系を設けてもよい。
【0126】
ただし、図15に示したプロジェクターにおいては、透過型の液晶表示装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置の適用例は図示していない。
【0127】
図16(A)は携帯電話であり、表示用パネル1601、操作用パネル1602、接続部1603、センサー内蔵ディスプレイ1604、音声出力部1605、操作キー1606、電源スイッチ1607、音声入力部1608、アンテナ1609などを含む。本発明をセンサー内蔵ディスプレイ1604、音声出力部1605、音声入力部1608やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0128】
図16(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体1611、表示部1612、記憶媒体1613、操作スイッチ1614、アンテナ1615などを含む。本発明は表示部1612、記憶媒体1613やその他の信号回路に適用することができる。
【0129】
図16(C)はディスプレイであり、本体1916、支持台1917、表示部1918などを含む。本発明は表示部1918に適用することができる。本発明の液晶表示装置は特に大画面化した場合において有利であり、対角10インチ以上(特に30インチ以上)のディスプレイには有利である。
【0130】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、様々な電子機器に適用することが可能である。
【0131】
【発明の効果】
本発明により、TFT作製時の工程数が削減され、且つチャネルドープ用の装置がいらないため、コスト削減を実現できる。また、結晶化前にドーピング処理をすることで、結晶化によって形成される結晶構造がドーピング時に破壊されることを防ぐことができるので、結晶質半導体層の結晶構造が良くなり、画像の高速処理や高速通信などが可能となる。
【0132】
非晶質シリコン膜の結晶化を助長する触媒元素を非晶質シリコン膜の成膜後連続して添加することにより表面の汚染を防止でき、均一性の高い結晶質シリコン膜を形成することができる。さらに、Bドーピングを非晶質シリコン膜の成膜後連続して行うことにより、チャネル形成領域の結晶構造の破壊を防ぐので再現性良くしきい値電圧を制御することができる。また、触媒元素とBとを同時に添加することにより生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施の形態1のTFT断面図。
【図2】 本実施の形態1の装置図。
【図3】 本実施の形態1の装置断面図。
【図4】 本実施例1のTFT断面図。
【図5】 本実施例1のTFT断面図。
【図6】 本実施例1のTFT断面図。
【図7】 本実施例1のTFT断面図。
【図8】 本実施例1のTFT断面図。
【図9】 本実施例3のアクティブマトリクス型液晶表示装置断面図。
【図10】 本実施例1で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図。
【図11】 本実施例5のTFT断面図。
【図12】 本実施例5のTFT断面図。
【図13】 本実施例5のTFT断面図。
【図14】 本実施例7のいろいろな半導体装置を示す図。
【図15】 本実施例7のいろいろな半導体装置を示す図。
【図16】 本実施例7のいろいろな半導体装置を示す図。
【図17】 本実施の形態3の装置図。
【図18】 NiとBの添加に用いる陰極の図。
【図19】 本実施例4のTFT断面図。
【図20】 本実施例6のTFT断面図。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a semiconductor film having a crystal structure. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device that requires a step of crystallizing a semiconductor film having an amorphous structure.
[0002]
[Prior art]
A thin film transistor (TFT, hereinafter referred to as TFT) is known as a typical example of a semiconductor element using a semiconductor film. Since a TFT can be formed on a glass substrate, it is currently actively applied as a switching element provided in a pixel of a liquid crystal display device. In particular, by forming an active layer such as a channel formation region using a semiconductor film having a crystal structure, a shift register or a sampling circuit can be operated at a practical driving frequency using a TFT.
[0003]
As an alternative method for forming a semiconductor film having a crystalline structure (hereinafter referred to as a crystalline semiconductor film), a technique in which an amorphous semiconductor film is formed on a glass substrate and then crystallized by laser light irradiation is known. ing. With this technique, a randomly oriented crystalline semiconductor film composed of a large number of crystal grains has been obtained.
[0004]
On the other hand, the techniques disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-232059 and 7-130652 use a metal element (typically nickel) that promotes crystallization of silicon, thereby causing a temperature of 500 to 600 ° C. It is possible to form a crystalline silicon film having excellent crystallinity by heat treatment for about 4 hours. A crystalline semiconductor film manufactured by this technique has a feature that the crystal orientation ratio is relatively high.
[0005]
By the way, when an integrated circuit is formed using TFTs, it is necessary to control the threshold voltage (Vth) in order to obtain a desired switching operation. The threshold voltage (Vth) is an important parameter representing the switching characteristics of the TFT, and if this value deviates from the expected value, the circuit operation is hindered. However, the threshold voltage of the TFT easily changes due to fixed charges in the gate insulating film, impurities in the semiconductor film, and the like.
[0006]
For example, in the case of an n-channel TFT, there is a problem that it shifts to the minus side and becomes normally on (a state in which the gate voltage is not applied). In order to prevent this, a means for adding a p-type impurity (acceptor) to the channel formation region and shifting the threshold voltage to the positive side is taken. This treatment is also called channel doping, and is an important step in the TFT manufacturing process. Usually, diborane (B 2 H 6 ) Gas is used for ion implantation or ion doping (a method for implanting ions without mass separation).
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the impurity concentration necessary to control the threshold voltage is 10 16 -10 18 /cm Three A trace amount of about is sufficient. However, the method of adding boron (B) to the semiconductor film by ion implantation or ion doping has problems that it is difficult to control the concentration of the trace amount, and that the semiconductor film is damaged. For the purpose of concentration control and reduction of damage, means for forming an insulating film of about 100 nm on the semiconductor film is often employed. By performing such a doping process, the number of TFT manufacturing steps increases, which causes a cost increase and a decrease in productivity.
[0008]
Further, when impurities floating in the air adhere to the surface of the amorphous semiconductor film, the element added at a very small concentration as described above does not work effectively in the semiconductor.
[0009]
The present invention is intended to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a technique for controlling the threshold voltage of a TFT more reliably with good reproducibility without increasing the number of steps. To do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the structure of the present invention is an amorphous material in which a plurality of kinds of elements contained in a cathode are released by sputtering by discharge of an inert gas under reduced pressure in a reaction chamber equipped with a cathode. The amorphous semiconductor film is added to the crystalline semiconductor film, and then the amorphous semiconductor film is crystallized.
[0011]
One of the elements supplied from the cathode and added to the amorphous semiconductor film is an element that can promote crystallization of the amorphous semiconductor film or lower the crystallization temperature. There are one or more elements selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au as elements that can obtain such effects. These elements are hereinafter referred to as catalytic elements. The other element is an element that imparts p-type to the semiconductor, and group 13 elements such as B (boron), Al, Ga, and In can be raised. Preferably, B is used.
[0012]
By adding a catalytic element, the amorphous semiconductor film can be easily crystallized by heat treatment at 600 ° C. or lower. Further, the threshold voltage of the TFT can be controlled by adding an impurity element imparting p-type at a desired concentration. According to the present invention, the process of adding the catalytic element and the impurity element imparting p-type from the formation of the amorphous semiconductor film can be continuously performed under reduced pressure, and the number of processes is greatly increased. Thus, a semiconductor device can be manufactured.
[0013]
The catalytic element and the impurity element imparting p-type may be added simultaneously in the same reaction chamber, or the same effect can be obtained by adding them separately in different reaction chambers.
[0014]
In the structure of the above invention, an insulating film made of silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like may be formed on the base of the amorphous semiconductor film.
[0015]
On the other hand, the configuration of the semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention includes a first reaction chamber for forming an amorphous semiconductor film, a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film, and an impurity element for imparting p-type conductivity. A second reaction chamber provided with a cathode containing a cathode, and connected between the first reaction chamber and the second reaction chamber so that the substrate can be moved without being exposed to the atmosphere. The second reaction chamber is connected to a means for introducing an inert gas.
[0016]
In another configuration, the second reaction chamber includes a first reaction chamber for forming an amorphous semiconductor film and a first cathode containing a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film. And a third reaction chamber provided with a second cathode containing an impurity element imparting p-type to the semiconductor, and a fourth reaction chamber for performing heat treatment, the first reaction chamber through the fourth reaction chamber The reaction chamber is connected so that the substrate can be moved without being exposed to the atmosphere, and means for introducing an inert gas is connected to the second reaction chamber and the third reaction chamber. It is characterized by being.
[0017]
According to another aspect of the invention, there is provided a second reaction chamber including a first reaction chamber for forming an amorphous semiconductor film and a first cathode containing a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film. A reaction chamber and a third reaction chamber including a second cathode containing an impurity element imparting p-type to the semiconductor, and the substrate is interposed between the first reaction chamber and the third reaction chamber. The second reaction chamber and the third reaction chamber are connected to each other so as to be able to move without being exposed to the atmosphere, and a means for introducing an inert gas is connected to the second reaction chamber and the third reaction chamber.
[0018]
According to another aspect of the invention, there is provided a cathode containing a first reaction chamber for forming an amorphous semiconductor film, a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film, and an impurity element for imparting p-type conductivity. And a third reaction chamber for performing heat treatment, and the substrate is placed in the atmosphere between the first reaction chamber, the second reaction chamber, and the third reaction chamber. The second reaction chamber is connected so as to be able to move without being exposed, and a means for introducing an inert gas is connected to the second reaction chamber.
[0019]
According to another aspect of the present invention, there is provided an inert gas under reduced pressure in a first process for forming an amorphous semiconductor film on a substrate in a first reaction chamber and a second reaction chamber provided with a cathode. And a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film contained in the cathode by sputtering with a mixed gas of a gas containing a gas containing a periodic group 13 element and a periodic group 13 element And a third step of crystallizing the amorphous semiconductor film to form a crystalline semiconductor film after the second step. It is said.
[0020]
With the above structure, the formation of the amorphous semiconductor film to the addition of the catalytic element and the impurity element imparting p-type can be performed continuously under reduced pressure, and contamination from the environment can be prevented. As a result, the concentration of the element to be added and its effect can be precisely controlled with good reproducibility, and productivity can be improved by performing continuous treatment.
[0021]
The method of adding an element emitted from the cathode using plasma to the amorphous semiconductor film is to adjust the concentration of the element contained in the cathode, or to adjust the discharge power, pressure and processing time for forming plasma. The concentration can be controlled by adding a trace amount of elements with good controllability. As a result, the threshold voltage of the TFT can be controlled with good reproducibility.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1A, a silicon oxynitride film (A) 101a is formed as an insulating film on a substrate 100 such as glass or quartz to a thickness of 10 to 100 nm. A silicon oxynitride film (B) 101b is formed thereon with a thickness of 10 to 100 nm. Further, an amorphous silicon film 102 is formed to a thickness of 20 to 80 nm. The underlying silicon oxynitride film (A) exhibits a high blocking effect such as alkali metal ions from a glass substrate, which is an advantage of the silicon nitride film. On the other hand, the base silicon oxynitride film (B) shows advantages of the silicon oxide film such as a wide band gap, high insulation, and a low trap level.
[0023]
Next, as shown in FIG. 1B, Ni, which is a catalytic element that promotes crystallization, and B, which is an impurity element imparting p-type, are added to the formed amorphous silicon film. Here, as a catalyst element for promoting crystallization, Fe, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Au, or the like may be used in addition to Ni. In addition to B, an impurity element imparting p-type conductivity may be a group 13 element such as Al or Ga.
[0024]
FIG. 2 shows a configuration of a semiconductor manufacturing apparatus suitable for the present invention. As shown in FIG. 2, by providing a plurality of reaction chambers, it is possible to perform continuous processing under reduced pressure without exposing the underlying insulating film to formation of an amorphous semiconductor film and addition of Ni or B to the atmosphere. Become. The semiconductor manufacturing apparatus shown in FIG. 2 includes a load lock chamber 201, a transfer chamber 202, and reaction chambers 203 to 206, and a substrate set in the load lock chamber 201 is a transfer robot 207 installed in the transfer chamber 202. Is transferred to each reaction chamber. Each reaction chamber is provided with plasma generation means, gas introduction means and exhaust means. The load lock chamber 201 and the transfer chamber 202 are provided with exhaust means.
[0025]
In the reaction chamber 203, a silicon oxynitride film provided for a base is formed. In the reaction chamber 204, an amorphous silicon film is formed. The cathode of the reaction chamber 205 is made of a material containing Ni and B. Ni and B can be added to the film formed in the reaction chamber 204 by introducing an inert gas such as Ar gas or He gas into the reaction chamber 205 having such a cathode to generate plasma. it can. The concentration of Ni added here is 1 × 10 Ten ~ 1x10 13 /cm Three , B concentration is 1 × 10 16 ~ 5x10 17 /cm Three It is desirable that After the addition of Ni and B, the amorphous silicon film is heated to 500 to 600 ° C. and crystallized. Further, if necessary, the crystallinity may be improved by irradiation with laser light.
[0026]
FIG. 18 shows the structure of a cathode made of a material containing Ni and B, which is applied to the present invention. FIG. 18A shows a cathode made of an alloy of Ni and B. The mixing ratio may be determined depending on the amount to be added in consideration of the sputtering efficiency. FIG. 18B shows a case where a B or Ni tablet is arranged on a Ni or B cathode, respectively. FIG. 18C shows a structure in which the cathode itself or the surface of the cathode is meshed so that Ni and B tablets can be arranged. FIG. 18D is a modification of the cathode of FIG. 18C, so that a bar-shaped tablet can be arranged. The cathode shown in FIGS. 18B to 18C has an advantage that the number and arrangement of tablets can be freely changed. In addition, the shape of the tablet is not limited to a square shape, and various shapes such as a circle and a sphere can be used. In the present invention, any of the cathodes having the shapes as shown in FIGS. 18A to 18D can be used.
[0027]
FIG. 3 shows a reaction chamber of the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention. The reaction chamber 301 includes a cathode 302 and a susceptor 303, a high frequency power source 305 is connected to the cathode, and a heater 304 is connected to the susceptor. A gas system 306 and an exhaust system 307 are connected. The gas system includes a gas type 314 to be used, a mass flow controller (MFC) 312 and a valve 313. The exhaust system includes a gate valve 308, an auto pressure controller (APC) 309, a turbo molecular pump 310, and a dry pump 311. The pressure in the reaction chamber during film formation is preferably 6 to 160 Pa, and the substrate temperature is preferably in the range of 300 to 400 ° C. The high frequency power supply frequency used is in the range of 13.56 MHz to 120 MHz.
[0028]
[Embodiment 2]
In addition to the above embodiment, there is a method in which Ni and B are added in a separate reaction chamber. The process up to the formation of the amorphous silicon film is performed in the same manner as in the first embodiment. In FIG. 2, the cathode of the reaction chamber 205 is formed of a material containing Ni, and the cathode of the reaction chamber 206 is formed of a material containing B. First, Ni is added in the reaction chamber 205, and then B is added in the reaction chamber 206. Of course, it is also possible to add Ni after B is added first. The subsequent steps are the same as those in the first embodiment.
[0029]
[Embodiment 3]
When an apparatus having a reaction chamber and a heat treatment furnace as shown in FIG. 17 is used, amorphous silicon film formation, Ni and B addition, and crystallization of the amorphous silicon film are processed under reduced pressure. Is possible. Here, the reaction chamber 206 is a heat treatment furnace. As in Embodiment Mode 1 or 2, the substrate on which the amorphous silicon film is formed and Ni and B are added is transferred to the load lock chamber 208 and transferred to the heat treatment furnace 206 by the transfer robot 209. The method for crystallizing the amorphous silicon film may be performed in the same manner as in Embodiment Mode 1 or 2.
[0030]
【Example】
[Example 1]
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a method for simultaneously manufacturing a pixel portion and TFTs (n-channel TFT and p-channel TFT) of a driver circuit provided around the pixel portion on the same substrate using the present invention will be described in detail.
[0031]
As the substrate 100, a glass substrate is used. First, as shown in FIG. 4A, a silicon oxynitride film 101a is formed as an insulating film over a substrate 100 to a thickness of 50 nm. Next, a silicon oxynitride film 101b is formed to a thickness of 100 nm. Although a two-layer structure is used as the insulating film 101 in this embodiment, a single layer of silicon oxynitride film or a structure in which two or more layers are stacked may be used. An amorphous silicon film 102 is formed thereon with a thickness of 55 nm.
[0032]
Next, Ni, which is a catalyst element that promotes crystallization, and B, which is an impurity element imparting p-type, are added to the formed amorphous silicon film. As a method, Ar is introduced as an inert gas into a reaction chamber having a cathode made of Ni and B, and the pressure is 6.65 to 1.33 × 10 6. 2 Plasma is generated at Pa and high frequency power of 30 to 100 W (power supply frequency of 13.56 to 60 MHz). Since the cathode is negatively charged by self-bias, positive ions in the plasma are accelerated by the sheath formed in the vicinity of the cathode and enter the cathode. Ni and B, which are elements constituting the cathode, are released by ion collision sputtering and adhere to the amorphous silicon film.
[0033]
The inert gas introduced to generate plasma may be He, Kr, or Xe as well as Ar. In addition, N 2 May be used. Also, by adding hydrogen simultaneously, the surface of the amorphous silicon film can be inactivated by terminating with hydrogen, and the movement of Ni or B attached to the surface is promoted, and the distribution of the element is dispersed. It can be made.
[0034]
This processing time may be appropriately set by a practitioner, but is determined in consideration of the component ratio of Ni and B in the cathode and the high frequency power to be applied.
[0035]
In this way, Ni is 1 × 10. Ten ~ 1x10 13 /cm 2 , B is 1 × 10 13 ~ 5x10 14 /cm 2 Thus, an amorphous silicon film added at a concentration of 1 is obtained. In addition to Ni, examples of the catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film include Fe, Co, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au. In addition to B, periodic group 13 elements such as Al and Ga are known as elements that impart p-type to the semiconductor film.
[0036]
The processes up to the above can be continuously performed under reduced pressure without exposing the formation of the insulating film, the formation of the amorphous semiconductor film, and the addition of Ni and B to the atmosphere.
[0037]
After adding Ni and B to the amorphous silicon film, a dehydrogenation treatment is performed at 500 ° C. for 1 hour, and a heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours, whereby the crystalline silicon film 103 is obtained. Further, laser light may be irradiated to improve crystallinity. In the crystalline silicon film thus formed, B is 1 × 10 5 as a p-type impurity element. 15 ~ 1x10 17 /cm Three Contained at a concentration of
[0038]
Then, a patterning process using a photolithography method is performed on the crystalline semiconductor film to form crystalline silicon layers 104 to 108 divided into island shapes (FIG. 4C).
[0039]
When crystallinity is improved by laser irradiation, a pulse oscillation type or continuous emission type excimer laser, YAG laser, YLF laser, YVO Four A laser can be used. In the case of using these lasers, it is preferable to use a method in which laser light emitted from a laser oscillator is linearly collected by an optical system and irradiated onto a semiconductor film. The practitioner may select the crystallization conditions as appropriate.
[0040]
Next, a gate insulating film 109 that covers the crystalline silicon films 104 to 108 is formed. The gate insulating film 109 is formed by a plasma CVD method or a sputtering method, and is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 40 to 150 nm. Needless to say, this gate insulating film can be formed using an insulating film containing silicon as a single layer or a stacked structure.
[0041]
In the case of using a silicon oxide film, TEOS (Tetraethyl Ortho Silicate) and O 2 The reaction pressure is 40 Pa, the substrate temperature is 300 to 400 ° C., and the high frequency (13.56 MHz) power density is 0.5 to 0.8 W / cm. 2 And can be formed by discharging. The silicon oxide film thus formed can obtain good characteristics as a gate insulating film by thermal annealing at 400 to 500 ° C. after the formation.
[0042]
Next, a first conductive film 110 with a thickness of 20 to 100 nm and a second conductive film 111 with a thickness of 100 to 400 nm are stacked over the gate insulating film 109 (FIG. 5A). These conductive films may be formed of an element selected from Ta, W, Ti, Mo, Al, and Cu, or an alloy material or a compound material containing the element as a main component. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus (P) may be used. Also, a combination in which the first conductive film is formed of a Ta film, the second conductive film is a W film, the first conductive film is formed of a tantalum nitride film, and the second conductive film is an Al film. Alternatively, the first conductive film may be formed of a tantalum nitride film, and the second conductive film may be a Cu film.
[0043]
Next, as shown in FIG. 5B, resist masks 112 to 117 are formed by photolithography, and a first etching process for forming electrodes and wirings is performed. In this embodiment, an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method is used, and CF is used as an etching gas. Four And Cl 2 And O 2 The gas flow ratio is 25:25:10, and 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma and perform etching. 150 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. The W film is etched under this first etching condition so that the end portion of the first conductive layer is tapered.
[0044]
Thereafter, the resist masks 112 to 117 are not removed and the second etching condition is changed, and the etching gas is changed to CF. Four And Cl 2 The gas flow ratio is 30:30, and 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma and perform etching for about 30 seconds. . 20 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. CF Four And Cl 2 Under the second etching condition in which is mixed, the W film and the tantalum nitride film are etched to the same extent. Note that in order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, it is preferable to increase the etching time at a rate of about 10 to 20%.
[0045]
In the first etching process, the shape of the mask made of resist is made suitable, and the end portions of the first conductive layer and the second conductive layer are tapered due to the effect of the bias voltage applied to the substrate side. It becomes. The angle of this taper portion is 15 to 45 °. Thus, the first shape conductive layers 119 to 124 (the first conductive layers 119a to 124a and the second conductive layers 119b to 124b) formed of the first conductive layer and the second conductive layer by the first etching treatment. Form. Reference numeral 118 denotes a gate insulating film, and a region which is not covered with the first shape conductive layers 119 to 124 is etched and thinned by about 20 to 50 nm.
[0046]
Then, a first doping process is performed without removing the resist mask, and an impurity element imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layer (FIG. 5B). The doping process may be performed by ion doping or ion implantation. The condition of the ion doping method is that the dose is 1.5 × 10 15 /cm 2 The acceleration voltage is set to 60 to 100 keV. As an impurity element imparting n-type, an element belonging to Group 15, typically phosphorus (P) or arsenic (As) is used. In this case, the conductive layers 119 to 123 serve as a mask for the impurity element imparting n-type, and the first impurity regions 125 to 129 are formed in a self-aligning manner. The first impurity regions 125 to 129 have 1 × 10 20 ~ 1x10 twenty one /cm Three An impurity element imparting n-type is added in a concentration range of.
[0047]
Next, a second etching process is performed as shown in FIG. 5C without removing the resist mask. CF as etching gas Four And Cl 2 And O 2 The gas flow ratio is 20:20:20, and 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma and perform etching. 20 W RF (13.56 MHz) power is applied to the substrate side (sample stage), and a lower self-bias voltage is applied than in the first etching process. Under this third etching condition, the W film is anisotropically etched to form second-shaped conductive layers 131 to 136.
[0048]
Next, a second doping process is performed as shown in FIG. 6A without removing the resist mask. In this case, an impurity element imparting n-type conductivity is doped as a condition of a high acceleration voltage by lowering the dose than in the first doping process. For example, the acceleration voltage is set to 70 to 120 keV, and in this embodiment, the acceleration voltage is set to 90 keV. 14 /cm 2 Then, a new impurity region is formed in the semiconductor layer inside the first impurity region formed in FIG. 5B. Doping is performed using the second shape conductive layers 131 to 135 as masks against the impurity elements so that the impurity elements are also added to the semiconductor layers below the first conductive layers 131a to 135a.
[0049]
In this manner, second impurity regions 137 to 141 overlapping with the first conductive layers 131a to 135a are formed.
[0050]
Next, after removing the resist mask, new resist masks 147 and 148 are formed, and a third etching process is performed as shown in FIG. 6B. SF for etching gas 6 And Cl 2 The gas flow ratio is 50:10, and 500 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the coiled electrode at a pressure of 1.3 Pa to generate plasma and perform etching for about 30 seconds. Do. 10 W RF (13.56 MHz) power is applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. In this way, the third shape conductive layers 149 to 152 are formed by etching the tantalum nitride films of the p-channel TFT and the pixel portion TFT under the third etching condition.
[0051]
Then, after removing the resist mask, the gate insulating film is etched as shown in FIG. CHF as etching gas Three Etching is performed by generating plasma with a gas flow rate of 35 SCCM and an RF power of 800 W. Here, the second shape conductive layers 131 and 133 and the third conductive layers 149 to 152 serve as a mask, and the gate insulating film is cut for each TFT (154 to 160).
[0052]
Next, masks 161 to 163 are formed, and a third doping process is performed as shown in FIG. By this third doping treatment, second impurity regions 164 to 167 are formed in which an impurity element imparting a conductivity type opposite to the one conductivity type is added to the semiconductor layer that becomes the active layer of the p-channel TFT. . Using the third shape conductive layers 149 and 153 as masks against the impurity element, an impurity element imparting p-type is added to form a third impurity region in a self-aligning manner. In this embodiment, the impurity regions 164 to 167 are diborane (B 2 H 6 ) Using an ion doping method. In the third doping process, the semiconductor layer forming the n-channel TFT is covered with masks 161 to 163 made of resist. Phosphorus (P) is added to the impurity regions 164 to 167 at different concentrations by the first doping process and the second doping process. The concentration of the impurity element imparting p-type in any of the regions. By performing the doping process so as to be higher, no problem arises because it functions as the source region and drain region of the p-channel TFT.
[0053]
Through the above steps, impurity regions are formed in the respective semiconductor films. In this embodiment, all impurity regions are formed in a self-aligned manner using the conductive layer as a mask. The third shape conductive layers 131, 132, 149, and 150 overlapping with the semiconductor film function as gate electrodes. Reference numeral 152 functions as a source wiring, and 151 functions as a second electrode for forming a storage capacitor.
[0054]
Next, the masks 161 to 163 are removed, and a first interlayer insulating film 168 covering the entire surface is formed. The first interlayer insulating film 168 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 100 to 200 nm using a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment, a silicon oxynitride film with a thickness of 150 nm is formed by plasma CVD. Needless to say, the first interlayer insulating film 168 is not limited to a silicon oxynitride film, and an insulating film containing other silicon may be used as a single layer or a stacked structure.
[0055]
Next, as shown in FIG. 7B, a step of activating the impurity element added to each semiconductor layer is performed. This activation process is performed by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. The thermal annealing may be performed at 400 to 700 ° C., typically 500 to 550 ° C. in a nitrogen atmosphere with an oxygen concentration of 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less. In addition to the thermal annealing method, a laser annealing method or a rapid thermal annealing method (RTA method) can be applied.
[0056]
In this embodiment, simultaneously with the activation process, Ni used as a catalyst during crystallization can be gettered into the impurity regions 142 to 146, 164, and 166 containing phosphorus (P) at a high concentration. Thus, the Ni concentration in the crystalline silicon mainly serving as the channel formation region is reduced. A TFT having a channel formation region manufactured in this manner has a low off-current value and good crystallinity, so that high field-effect mobility can be obtained and good characteristics can be achieved.
[0057]
Next, a second interlayer insulating film 169 made of an organic insulating material is formed on the first interlayer insulating film 168. Next, patterning is performed to form contact holes that reach the source wiring 152 and contact holes that reach the impurity regions 142, 144, 145 a, 164, and 166.
[0058]
In the driver circuit 406, wirings 170 to 175 that are electrically connected to the first impurity region or the third impurity region are formed. These wirings are formed by patterning a laminated film of a Ti film having a thickness of 50 to 250 nm and an alloy film (alloy film of Al and Ti) having a thickness of 300 to 500 nm.
[0059]
In the pixel portion 407, a pixel electrode 178, a gate conductive film 177, and a connection electrode 176 are formed (FIG. 7C). With this connection electrode 176, the source wiring 152 is electrically connected to the pixel TFT 404. The gate conductive film 177 is electrically connected to the first electrode (the third shape conductive layer 150). In addition, the pixel electrode 178 is electrically connected to a drain region of the pixel TFT, and is further electrically connected to a semiconductor layer functioning as one electrode forming a storage capacitor.
[0060]
As described above, the driver circuit 406 including the n-channel TFT 401, the p-channel TFT 402, and the n-channel TFT 403, and the pixel portion 407 including the pixel TFT 404 and the storage capacitor 405 can be formed over the same substrate. In this specification, such a substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.
[0061]
The n-channel TFT 401 of the driver circuit 406 includes a channel formation region 178, a second impurity region 137 that overlaps with the third shape conductive layer 131 that forms a gate electrode, and a first impurity region 142 that functions as a source region or a drain region. have. The p-channel TFT 402 includes a channel formation region 179, a third impurity region 165 formed outside the gate electrode, and a third impurity region 164 functioning as a source region or a drain region. The n-channel TFT 403 includes a channel formation region 180, a second impurity region 139 that overlaps with the third shape conductive layer 133 that forms a gate electrode, and a first impurity region 144 that functions as a source region or a drain region. ing.
[0062]
A pixel TFT 404 in the pixel portion 407 includes a channel formation region 181, a second impurity region 140 formed outside the gate electrode, and a first impurity region 145 a functioning as a source region or a drain region. Further, an impurity element imparting p-type conductivity is added to each of the semiconductor layers 166 and 167 functioning as one electrode of the storage capacitor 405 at the same concentration as that of the third impurity region. The storage capacitor 405 is formed of the second electrode 151 and the semiconductor layers 166 and 167 using an insulating film (the same film as the gate insulating film) as a dielectric.
[0063]
A top view of the pixel portion of the active matrix substrate manufactured in this embodiment is shown in FIG. In addition, the same code | symbol is used for the part corresponding to FIGS. A chain line AA ′ in FIG. 10 corresponds to a cross-sectional view taken along the chain line AA ′ in FIG. Further, a chain line BB ′ in FIG. 10 corresponds to a cross-sectional view taken along the chain line BB ′ in FIG. With such a pixel structure, a pixel electrode having a large area can be disposed, and the aperture ratio can be improved.
[0064]
According to the steps shown in this embodiment, the number of photomasks necessary for manufacturing the active matrix substrate is six (semiconductor layer pattern mask, first wiring pattern mask (first electrode 150, second electrode 151, source Including a wiring 152), a pattern mask for forming a conductive layer of a p-channel TFT and a pixel portion TFT, a pattern mask for forming a source region and a drain region of a p-channel TFT, a pattern mask for forming a contact hole, A pixel electrode 178, a connection electrode 176, and a gate conductive film 177). In addition, since Ni addition and B addition are performed simultaneously and continuously with the formation of the amorphous semiconductor film, the process can be shortened, and the manufacturing cost can be reduced and the yield can be improved.
[0065]
In the above steps, a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is continuously added after the amorphous silicon film is formed, so that contamination of the surface can be prevented, and a highly uniform crystalline silicon film Can be formed. Furthermore, since the B doping is continuously performed after the amorphous silicon film is formed, the crystal structure of the channel formation region is prevented from being destroyed, so that the threshold voltage can be controlled with good reproducibility. Moreover, productivity can be improved by adding a catalyst element and B simultaneously.
[0066]
FIG. 8 is a cross-sectional view of an active matrix substrate suitable for a transmissive liquid crystal display device. The processes up to the formation of the second interlayer film are the same as those of the reflection type. A transparent conductive film is formed on the second interlayer film. Then, patterning is performed to form the transparent conductive film layer 185. As the transparent conductive film, a compound of indium oxide and tin oxide or a compound of indium oxide and zinc oxide can be used.
[0067]
Then, wirings 170 to 175 that are electrically connected to the first impurity region or the third impurity region in the driver circuit 406 are formed. These wirings are formed by patterning a laminated film of a Ti film having a thickness of 50 to 250 nm and an alloy (alloy film of Al and Ti) having a thickness of 300 to 500 nm. In the pixel portion 407, a pixel electrode 185, a gate conductive film 177, and connection electrodes 186 and 187 are formed. The connection electrodes 186 and 187 are formed so as to overlap the pixel electrode 185. In this manner, an active matrix substrate suitable for a transmissive liquid crystal display device can be manufactured by increasing the number of masks by one.
[0068]
[Example 2]
In Example 1, the case of performing different addition methods of Ni and B will be described. The drawings used for the description are the same as those in the first embodiment.
[0069]
Similar to the first embodiment, the insulating film 101 to the amorphous silicon film 102 are formed. Next, plasma is generated in a reaction chamber having a cathode made of Ni, Ni is added by exposing the amorphous silicon film 102 to the plasma, and then plasma is generated in a reaction chamber having a cathode made of B. B is added by exposing the amorphous semiconductor film that has been formed and doped with Ni to the plasma. Thereafter, dehydrogenation is performed at 500 ° C. for 1 hour, followed by crystallization at 550 ° C. for 4 hours to form a crystalline silicon film 103. Further, laser light irradiation may be performed to improve crystallization.
[0070]
When it is difficult to obtain an alloy of Ni and B, or when it is difficult to obtain an appropriate concentration when Ni and B are added in the same reaction chamber, as in this example In addition, a method of adding Ni and B in separate reaction chambers is effective. For subsequent steps, Example 1 may be referred to.
[0071]
[Example 3]
In this embodiment, a process of manufacturing an active matrix liquid crystal display device from the active matrix substrate manufactured in Embodiment 1 or Embodiment 2 will be described below. It is also possible to use an active matrix substrate manufactured in Example 5 described later. FIG. 9 is used for the description.
[0072]
First, an active matrix substrate in the state of FIG. 7C is manufactured according to Example 1 or Example 2, and then an alignment film 567 is formed over the active matrix substrate of FIG. 7C and a rubbing process is performed. In this embodiment, before forming the alignment film 567, an organic resin film such as an acrylic resin film is patterned to form columnar spacers 572 for maintaining a substrate interval at a desired position.
[0073]
Next, colored layers 570 and 571 and a planarization film 573 are formed over the counter substrate 569. The red colored layer 570 and the blue colored layer 571 are partially overlapped to form the second light shielding portion.
[0074]
Next, a counter electrode 576 is formed in the pixel portion, an alignment film 574 is formed over the entire surface of the counter substrate, and a rubbing process is performed.
[0075]
Then, the active matrix substrate on which the pixel portion and the driver circuit are formed and the counter substrate are bonded together with a sealant 568. A filler is mixed in the sealant 568, and two substrates are bonded to each other with a uniform interval by the filler and the columnar spacer 572. Thereafter, a liquid crystal material is injected between both substrates and completely sealed with a sealant (not shown). A known liquid crystal material may be used as the liquid crystal material. In this way, the active matrix liquid crystal display device shown in FIG. 9 is completed.
[0076]
In this embodiment, the substrate shown in Embodiment 1 is used. Therefore, in FIG. 10 showing a top view of the pixel portion of Example 1, at least the gap between the gate wiring 177 and the pixel electrode 178, the gap between the gate wiring 177 and the connection electrode 176, and the gap between the connection electrode 176 and the pixel electrode 178 are shown. It is necessary to shield the light. In this embodiment, the counter substrate is bonded so that the first light-shielding portion and the second light-shielding portion overlap each other at the position where light should be shielded.
[0077]
The liquid crystal display device manufactured as described above can be used as a display portion of various electronic devices.
[0078]
[Example 4]
In this embodiment, a method for manufacturing a crystalline semiconductor film over a substrate will be described with reference to FIGS.
[0079]
After the insulating film 301 is formed over the substrate 300, an amorphous semiconductor film 302 is formed. A catalytic element Ni for promoting crystallization and an element B for imparting p-type are added to the amorphous semiconductor film 302 (FIG. 19A), and a crystalline semiconductor film 303 is obtained by crystallization (FIG. 19B )). Example 1 or Example 2 is applied to the above process.
[0080]
A mask layer 304 is formed using a silicon oxide film or the like over the obtained amorphous semiconductor film 303, and first patterning is performed (FIG. 19C). The mask layer 304 is etched using the patterned resist 305 as a mask. Next, a first doping process is performed using the resist 305 and the mask layer 306 as a mask. In the first doping treatment, phosphorus (P) is added to the crystalline semiconductor layer 303 to form an impurity region 307 (FIG. 19D).
[0081]
Next, heat treatment is performed. In this step, Ni added to the semiconductor layer diffuses into the impurity region 307. After the heat treatment, Ni which is an impurity can be removed from the channel portion of the TFT by etching and removing the impurity region 307 (FIG. 19E).
[0082]
The resist 305 and the mask layer 306 are peeled off to obtain a crystalline semiconductor film 308 (FIG. 19F). For subsequent steps, a known TFT manufacturing method may be referred to.
[0083]
In the above steps, a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is continuously added after the amorphous silicon film is formed, so that contamination of the surface can be prevented, and a highly uniform crystalline silicon film Can be formed. Furthermore, since the B doping is continuously performed after the amorphous silicon film is formed, the crystal structure of the channel formation region is prevented from being destroyed, so that the threshold voltage can be controlled with good reproducibility. Moreover, productivity can be improved by adding a catalyst element and B simultaneously. By removing Ni, which is an impurity, from the channel portion of the TFT, the off-current value can be lowered and the variation can be reduced.
[0084]
[Example 5]
In this embodiment, a method of simultaneously manufacturing a pixel portion and TFTs (n-channel TFT and p-channel TFT) for forming a driver circuit around the pixel portion on the same substrate using inverted staggered TFTs is shown in FIG. -13 will be used for explanation.
[0085]
First, as shown in FIG. 11 (A), one or more kinds preferably selected from Mo, W, and Ta are formed on a substrate 1101 made of glass such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass. Gate electrodes 1102 to 1104, source wirings 1106 and 1107, and a capacitor wiring 1105 for forming a storage capacitor of the pixel portion are formed from the conductive film. For example, an alloy of Mo and W is suitable from the viewpoint of resistance reduction and heat resistance. Alternatively, aluminum may be used to oxidize the surface to form the gate electrode.
[0086]
In order to improve the coverage (step coverage) of the film formed on the upper layer of the gate electrode formed using the first photomask, the thickness of the gate electrode is 200 to 400 nm, preferably 250 nm. The end is formed to have a tapered shape. The angle of the tapered portion is 5 to 30 degrees, preferably 15 to 25 degrees. The tapered portion is formed by a dry etching method, and its angle is controlled by an etching gas and a bias voltage applied to the substrate side.
[0087]
Next, as illustrated in FIG. 11B, an insulating layer is formed as the first insulating layer 1108 covering the gate electrodes 1102 to 1104, the source wirings 1106 and 1107, and the capacitor wiring 1105 for forming a storage capacitor of the pixel portion. . Although a two-layer structure is used as the first insulating layer 1108 in this embodiment, a single-layer film of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film, or a structure in which two or more layers are stacked may be used. As the first layer of the first insulating layer 1108, SiH Four , NH Three , N 2 O and H 2 A silicon oxynitride film 1108a is formed to have a thickness of 50 to 100 nm formed using a reactive gas as a reactive gas. Next, as the second layer of the first insulating layer 1108, SiH Four And N 2 A silicon oxynitride film 1108b formed using O as a reactive gas is stacked to a thickness of 100 to 150 nm. Next, an amorphous semiconductor film 1109 is formed with a thickness of 30 to 60 nm on the first insulating layer. There is no limitation on the material of the amorphous semiconductor film, but silicon is preferably used. In this example, SiH Four An amorphous silicon film 1109 is formed using a gas.
[0088]
The first insulating layer 1108 is used as a gate insulating film by forming a semiconductor layer thereon, and functions as a blocking layer that prevents impurities such as alkali metals from diffusing from the substrate 1101 to the semiconductor layer. Also have.
[0089]
A catalyst element for promoting crystallization and an impurity element for imparting p-type are added to the formed amorphous silicon film. The method of Example 1 or Example 2 is applied for the addition method.
[0090]
Next, the formed amorphous silicon film is crystallized by heat treatment. The crystallization method may be referred to Example 1 or Example 2.
[0091]
The obtained crystalline silicon film is formed into a predetermined pattern using a second photomask. FIG. 11C illustrates the semiconductor layers 1110 to 1213 formed in an island shape. The semiconductor layers 1110 to 1112 are formed so as to partially overlap the gate electrodes 1102 and 1104.
[0092]
Thereafter, an insulating film made of silicon oxide or silicon nitride is formed on the crystalline silicon films 1110 to 1113 to a thickness of 100 to 200 nm. In FIG. 11D, third insulating layers 1114 to 1118 which are channel protective films are formed on the crystalline silicon films 1110 to 1112 in a self-aligning manner by an exposure process from the back surface using the gate electrode as a mask.
[0093]
Then, a first doping process for forming the LDD region of the n-channel TFT is performed. The doping method may be an ion doping method or an ion implantation method. Phosphorus (P) is added as an n-type impurity (donor), and first impurity regions 1119 to 1122 formed using the third insulating layers 1115 to 1118 as masks are formed. The donor concentration in this region is 1 × 10 16 ~ 2x10 17 /cm Three Concentration.
[0094]
The second doping step is a step of forming a source region and a drain region of an n-channel TFT, and masks 1123 to 1125 are formed using a third photomask as shown in FIG. To do. The masks 1124 and 1125 are formed so as to cover the LDD region of the n-channel TFT, and the second impurity regions 1126 to 1128 have 1 × 10 6. 20 ~ 1x10 twenty one /cm Three The donor impurity is added in the concentration range of.
[0095]
Before and after the second doping step, it is preferable to remove the third insulating layers 1114 and 1118 by performing an etching process using hydrofluoric acid in a state where the masks 1123 to 1125 are formed.
[0096]
As shown in FIG. 12B, the source region and the drain region of the p-channel TFT are formed by a third doping process, and a p-type impurity (acceptor) is added by an ion doping method or an ion implantation method to add a third region. The impurity regions 1130 and 1131 are formed. The p-type impurity concentration in this region is 2 × 10 20 ~ 2x10 twenty one /cm Three To be. In this step, a p-type impurity is also added to the semiconductor layer 1113.
[0097]
Next, as illustrated in FIG. 12C, a second insulating layer is formed over the semiconductor layer. Preferably, the second insulating layer is formed using a plurality of insulating films. The first layer 1132 of the second insulating layer formed over the semiconductor layer is an inorganic insulator made of a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film containing hydrogen and has a thickness of 50 to 200 nm. Thereafter, a step of activating the impurities added to the respective semiconductor layers is performed. In this step, a laser annealing method or a rapid thermal annealing method (RTA method) can be applied.
[0098]
By this activation treatment, hydrogen of the silicon nitride film or the silicon nitride oxide film of the first layer 1132 of the second insulating layer is released simultaneously with the activation of the impurity element, so that the semiconductor layer can be hydrogenated.
[0099]
A second layer 1133 of the second insulating layer shown in FIG. 13A is formed of an organic insulating material such as polyimide or acrylic and the surface thereof is planarized. Of course, a silicon oxide film formed using TEOS by a plasma CVD method may be applied, but it is preferable to use the organic material from the viewpoint of improving flatness.
[0100]
Next, a contact hole is formed using a fifth photomask. Then, the connection electrode 1134 and the source or drain wirings 1135 to 1137 are formed in the driver circuit 1305 using Al, Ti, Ta, or the like using a sixth photomask. In the pixel portion 1306, a pixel electrode 1140, a gate wiring 1139, and a connection electrode 1138 are formed.
[0101]
Thus, a driver circuit 1305 having a p-channel TFT 1301 and an n-channel TFT 1302, and a pixel portion 1306 having a pixel TFT 1303 and a storage capacitor 1304 are formed over the same substrate. In the p-channel TFT 1301 of the driver circuit 1305, a channel formation region 1307 and a source or drain region 1308 including a third impurity region are formed. In the n-channel TFT 1302, a channel formation region 1309, an LDD region 1310 composed of a first impurity region, and a source or drain region 1311 composed of a second impurity region are formed. A pixel TFT 1303 in the pixel portion 1306 has a multi-gate structure, and a channel formation region 1312, an LDD region 1313, and source or drain regions 1314 and 1316 are formed. The second impurity region 1315 located between the LDD regions is useful for reducing off current. The storage capacitor 1304 is formed of a capacitor wiring 1105, a semiconductor layer 1113, and a first insulating layer formed therebetween.
[0102]
In the pixel portion 1306, the source wiring 1107 is electrically connected to the source or drain region 1314 of the pixel TFT 1303 by the connection electrode 1138. In addition, the gate wiring 1139 is electrically connected to the first electrode. The pixel electrode 1140 is connected to the source or drain region 1316 of the pixel TFT 1303 and the semiconductor layer 1113 of the storage capacitor 1304.
[0103]
FIG. 13B illustrates a contact portion between the gate electrode 1104 and the gate wiring 1139. The gate electrode 1104 also serves as one electrode of a storage capacitor of an adjacent pixel, and forms a capacitor in a portion overlapping with the semiconductor layer 1144 connected to the pixel electrode 1145. FIG. 13C shows the arrangement relationship between the source wiring 1107, the pixel electrode 1140, and the adjacent pixel electrode 1146. The end of the pixel electrode is provided over the source wiring 1107, and stray light is generated by forming an overlapping portion. Improves light shielding properties.
[0104]
One of the advantages of forming the TFT with an inverted stagger type is that the LDD region overlapping the gate electrode in the n-channel TFT can be formed in a self-aligned manner by the backside exposure process. In combination with the feature that can be continuously formed, variation in TFT characteristics can be reduced. Further, by using the present invention, it is possible to prevent the crystal structure of the semiconductor layer from being broken, so that stable TFT characteristics can be obtained.
[0105]
Furthermore, a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film is continuously added after the amorphous silicon film is formed, thereby preventing surface contamination and forming a highly uniform crystalline silicon film. be able to. Furthermore, since the B doping is continuously performed after the amorphous silicon film is formed, the crystal structure of the channel formation region is prevented from being destroyed, so that the threshold voltage can be controlled with good reproducibility. Moreover, productivity can be improved by adding a catalyst element and B simultaneously.
[0106]
[Example 6]
In this embodiment, a method for manufacturing a crystalline semiconductor film over a substrate will be described with reference to FIGS.
[0107]
As the substrate 600, a quartz substrate is used. In addition, if it has heat resistance, it can be used. An amorphous semiconductor film 601 is formed on the substrate 600 with a thickness of 30 to 60 nm. In this embodiment, an insulating film is not formed, but it is of course possible to form an insulating film. A catalyst element Ni that promotes crystallization and an element B that imparts p-type are added to the formed amorphous semiconductor film 601. Example 1 or Example 2 is applied as the addition method.
[0108]
Next, thermal crystallization is performed (FIG. 20B). It is good to carry out at 570-600 degreeC for about 12-14 hours. By this heat treatment, a crystalline semiconductor film 602 is obtained. The crystalline semiconductor film is patterned to obtain a crystalline semiconductor film 603 (FIG. 20C). For subsequent steps, a known TFT manufacturing method may be referred to.
[0109]
[Example 7]
This embodiment shows another example of a method of adding Ni, which is a catalyst element for promoting crystallization, and an impurity element imparting p-type (periodic group 13 element) to an amorphous silicon film.
[0110]
First, an amorphous silicon film is formed in the same manner as in Example 1. Thereafter, the substrate is moved to another reaction chamber in order to add the catalyst element. The cathode of this reaction chamber contains Ni. For example, a flat plate electrode made of Ni alone or a mesh electrode can be used.
[0111]
The inert gas introduced into the reaction chamber for generating plasma may be Ar, and He, Kr, Xe, etc. may be used. N as an inert gas 2 Can also be added. Furthermore, 1 to 1000 ppm of a gas containing a periodic group 13 element is added to this inert gas. As a gas containing a periodic group 13 element, B 2 H 6 , BF Three Etc. can be applied.
[0112]
A suitable example is Ar and B 2 H 6 And by generating a plasma with this mixed gas, sputtering action of Ar ions on the cathode, and B 2 H 6 Ni and B can be added to the amorphous silicon film by this dissociation. B 2 H 6 May be diluted with Ar, or may be diluted with hydrogen.
[0113]
When it is difficult to obtain an alloy of Ni and B, or when it is difficult to obtain an appropriate concentration when Ni and B are added in the same reaction chamber, the method shown in this example is as follows. It is valid. Such a method shown in this embodiment can be performed by replacing the Ni and B addition method shown in Embodiment 1.
[0114]
[Example 8]
TFTs manufactured by implementing the present invention can be used in various electro-optical devices (typically, active matrix liquid crystal displays). That is, the present invention can be applied to all electronic devices in which these electro-optical devices and semiconductor circuits are incorporated as components.
[0115]
Such electronic devices include video cameras, digital cameras, projectors (rear type or front type), head mounted displays (goggles type displays), car navigation systems, car stereos, personal computers, and portable information terminal devices (mobile computers, mobile phones). Phone or electronic book). Examples of these are shown in FIGS.
[0116]
FIG. 14A shows a personal computer, which includes a main body 1401, an image input portion 1402, a display portion 1403, a keyboard 1404, and the like. The present invention can be applied to the image input unit 1402, the display unit 1403, and other signal control circuits.
[0117]
FIG. 14B illustrates a video camera, which includes a main body 1405, a display portion 1406, an audio input portion 1407, operation switches 1408, a battery 1409, an image receiving portion 1410, and the like. The present invention can be applied to the display portion 1406 and other signal control circuits.
[0118]
FIG. 14C illustrates a mobile computer, which includes a main body 1411, a camera unit 1412, an image receiving unit 1413, an operation switch 1414, a display unit 1415, and the like. The present invention can be applied to the display portion 1415 and other signal control circuits.
[0119]
FIG. 14D illustrates a goggle type display including a main body 1416, a display portion 1417, an arm portion 1418, and the like. The present invention can be applied to the display portion 1417 and other signal control circuits.
[0120]
FIG. 14E shows a player that uses a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 1419, a display portion 1420, a speaker portion 1421, a recording medium 1422, an operation switch 1423, and the like. This player uses a DVD (Digital Versatile Disc), CD, or the like as a recording medium, and can enjoy music, movies, games, and the Internet. The present invention can be applied to the display portion 1420 and other signal control circuits.
[0121]
FIG. 14F illustrates a digital camera, which includes a main body 1424, a display portion 1425, an eyepiece portion 1426, operation switches 1427, an image receiving portion (not shown), and the like. The present invention can be applied to the display portion 1425 and other signal control circuits.
[0122]
FIG. 15A illustrates a front type projector, which includes a projection device 1501, a screen 1502, and the like. The present invention can be applied to a liquid crystal display device 1514 constituting a part of the projection device 1501 and other signal control circuits.
[0123]
FIG. 15B shows a rear projector, which includes a main body 1503, a projection device 1504, a mirror 1505, a screen 1506, and the like. The present invention can be applied to the liquid crystal display device 1514 constituting a part of the projection device 1504 and other signal control circuits.
[0124]
Note that FIG. 15C is a diagram illustrating an example of the structure of the projection devices 1501 and 1504 in FIGS. 15A and 15B. The projection devices 1501 and 1504 include a light source optical system 1507, mirrors 1508 and 1510 to 1512, a dichroic mirror 1509, a prism 1513, a liquid crystal display device 1514, a phase difference plate 1515, and a projection optical system 1516. The projection optical system 1516 is configured by an optical system including a projection lens. Although the present embodiment shows a three-plate type example, it is not particularly limited, and for example, a single-plate type may be used. Further, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the optical path indicated by an arrow in FIG. Good.
[0125]
FIG. 15D illustrates an example of the structure of the light source optical system 1507 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 1807 includes a reflector 1518, a light source 1519, lens arrays 1520 and 1521, a polarization conversion element 1522, and a condenser lens 1523. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 15D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the light source optical system.
[0126]
However, the projector shown in FIG. 15 shows a case where a transmissive liquid crystal display device is used, and an application example of a reflective electro-optical device is not shown.
[0127]
FIG. 16A illustrates a mobile phone, which includes a display panel 1601, an operation panel 1602, a connection portion 1603, a sensor built-in display 1604, an audio output portion 1605, operation keys 1606, a power switch 1607, an audio input portion 1608, and an antenna 1609. Etc. The present invention can be applied to the sensor built-in display 1604, the audio output unit 1605, the audio input unit 1608, and other signal control circuits.
[0128]
FIG. 16B illustrates a portable book (electronic book), which includes a main body 1611, a display portion 1612, a storage medium 1613, operation switches 1614, an antenna 1615, and the like. The present invention can be applied to the display portion 1612, the storage medium 1613, and other signal circuits.
[0129]
FIG. 16C illustrates a display, which includes a main body 1916, a support base 1917, a display portion 1918, and the like. The present invention can be applied to the display portion 1918. The liquid crystal display device of the present invention is particularly advantageous when the screen is enlarged, and is advantageous for displays having a diagonal of 10 inches or more (particularly 30 inches or more).
[0130]
As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to various electronic devices.
[0131]
【The invention's effect】
According to the present invention, the number of steps in manufacturing the TFT is reduced, and a device for channel doping is not required, so that cost reduction can be realized. In addition, by performing doping treatment before crystallization, the crystal structure formed by crystallization can be prevented from being destroyed at the time of doping, so that the crystal structure of the crystalline semiconductor layer is improved and high-speed image processing is performed. And high-speed communication.
[0132]
By adding a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous silicon film continuously after the formation of the amorphous silicon film, surface contamination can be prevented and a highly uniform crystalline silicon film can be formed. it can. Furthermore, since the B doping is continuously performed after the amorphous silicon film is formed, the crystal structure of the channel formation region is prevented from being destroyed, so that the threshold voltage can be controlled with good reproducibility. Moreover, productivity can be improved by adding a catalyst element and B simultaneously.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a TFT according to a first embodiment.
FIG. 2 is a device diagram of the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the apparatus according to the first embodiment.
4 is a cross-sectional view of a TFT according to Example 1. FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a TFT according to the first embodiment.
6 is a cross-sectional view of a TFT according to Example 1. FIG.
7 is a cross-sectional view of TFT in Example 1. FIG.
8 is a cross-sectional view of a TFT according to Example 1. FIG.
9 is a cross-sectional view of an active matrix liquid crystal display device according to Embodiment 3. FIG.
10 is a top view of a pixel portion of an active matrix substrate manufactured in Embodiment 1. FIG.
11 is a cross-sectional view of TFT in Example 5. FIG.
12 is a cross-sectional view of TFT in Example 5. FIG.
13 is a cross-sectional view of TFT in Example 5. FIG.
14 is a diagram showing various semiconductor devices of Example 7. FIG.
15 is a view showing various semiconductor devices of Example 7. FIG.
16 shows various semiconductor devices of Example 7. FIG.
FIG. 17 is a device diagram of the third embodiment.
18 is a diagram of a cathode used for adding Ni and B. FIG.
19 is a cross-sectional view of TFT in Example 4. FIG.
20 is a cross-sectional view of TFT in Example 6. FIG.

Claims (28)

基板上に非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
陰極が備えられた反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記陰極が含有する元素の複数種をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
前記第2の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第3の工程とを有し、
前記陰極が含有する元素の複数種の内、一種は前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素であり、他の一種は前記非晶質半導体膜にp型を付与する不純物元素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
A first step of forming an amorphous semiconductor film on a substrate;
A second step of discharging a plurality of kinds of elements contained in the cathode by sputtering and adding to the amorphous semiconductor film by discharge of an inert gas under reduced pressure in a reaction chamber provided with a cathode;
Have a third step of forming a crystalline semiconductor film by crystallizing the amorphous semiconductor film after the second step,
Among the plurality of types of elements contained in the cathode, one type is a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film, and the other type is an impurity element that imparts p-type to the amorphous semiconductor film. There is provided a method for manufacturing a semiconductor device.
基板上に絶縁膜と、前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
陰極が備えられた反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記陰極が含有する元素の複数種をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
前記第2の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を得る第3の工程とを有し、
前記陰極が含有する元素の複数種の内、一種は前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素であり、他の一種は前記非晶質半導体膜にp型を付与する不純物元素であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
A first step of forming an insulating film on the substrate and an amorphous semiconductor film on the insulating film;
A second step of discharging a plurality of kinds of elements contained in the cathode by sputtering and adding to the amorphous semiconductor film by discharge of an inert gas under reduced pressure in a reaction chamber provided with a cathode;
Have a third step of obtaining a crystalline semiconductor film by crystallizing the amorphous semiconductor film after the second step,
Among the plurality of types of elements contained in the cathode, one type is a catalytic element that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film, and the other type is an impurity element that imparts p-type to the amorphous semiconductor film. There is provided a method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1又は請求項2において、前記第1の工程乃至前記第3の工程は、前記基板を大気に曝すことなく、減圧下で連続して行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。According to claim 1 or claim 2, wherein the first step to the third step, without exposing the substrate to air, a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises carrying out successively under reduced pressure. 第1の反応室で基板上に非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
陰極が備えられた第2の反応室で、減圧下における不活性気体の放電により前記陰極をスパッタリングして、前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素と、p型を付与する元素とを同時に前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
前記第2の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第3の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。
A first step of forming an amorphous semiconductor film on a substrate in a first reaction chamber;
A catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film and an element for imparting p-type by sputtering the cathode by discharge of an inert gas under reduced pressure in a second reaction chamber equipped with a cathode A second step of simultaneously adding to the amorphous semiconductor film;
And a third step of crystallizing the amorphous semiconductor film to form a crystalline semiconductor film after the second step.
第1の反応室で、基板上に絶縁膜と、前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
陰極が備えられた第2の反応室で、減圧下における不活性気体の放電により前記陰極をスパッタリングして、前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素と、p型を付与する元素とを同時に前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
前記第2の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第3の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。
A first step of forming an insulating film on a substrate and an amorphous semiconductor film on the insulating film in a first reaction chamber;
A catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film and an element for imparting p-type by sputtering the cathode by discharge of an inert gas under reduced pressure in a second reaction chamber equipped with a cathode A second step of simultaneously adding to the amorphous semiconductor film;
And a third step of crystallizing the amorphous semiconductor film to form a crystalline semiconductor film after the second step.
第1の反応室で基板上に非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
陰極が備えられた第2の反応室で、減圧下における不活性気体と周期律第13族元素を含むガスとの混合ガスによる放電により前記陰極をスパッタリングして、前記陰極が含有する前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素と、前記周期律第13族元素とを同時に前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
前記第2の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第3の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。
A first step of forming an amorphous semiconductor film on a substrate in a first reaction chamber;
In the second reaction chamber equipped with a cathode, the amorphous material contained in the cathode is obtained by sputtering the cathode by discharge with a mixed gas of an inert gas and a gas containing a periodic group 13 element under reduced pressure. A second step of simultaneously adding to the amorphous semiconductor film a catalyst element that promotes crystallization of the crystalline semiconductor film and the group 13 element of the periodic table;
And a third step of crystallizing the amorphous semiconductor film to form a crystalline semiconductor film after the second step.
第1の反応室で、基板上に絶縁膜と、前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
陰極が備えられた第2の反応室で、減圧下における不活性気体と周期律第13族元素を含むガスとの混合ガスによる放電により前記陰極をスパッタリングして、前記陰極が含有する前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素と、前記周期律第13族元素とを同時に前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
前記第2の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第3の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。
A first step of forming an insulating film on a substrate and an amorphous semiconductor film on the insulating film in a first reaction chamber;
In the second reaction chamber equipped with a cathode, the amorphous material contained in the cathode is obtained by sputtering the cathode by discharge with a mixed gas of an inert gas and a gas containing a periodic group 13 element under reduced pressure. A second step of simultaneously adding to the amorphous semiconductor film a catalyst element that promotes crystallization of the crystalline semiconductor film and the group 13 element of the periodic table;
And a third step of crystallizing the amorphous semiconductor film to form a crystalline semiconductor film after the second step.
請求項乃至請求項のいずれか一において、前記第1の工程と第2の工程は、前記基板を大気に曝すことなく、減圧下で連続して行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of claims 4 to 7, production of the first step and the second step, a semiconductor device which is characterized in that the substrate without being exposed to the atmosphere, continuously under vacuum Method. 第1の反応室で非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
第1の陰極が備えられた第2の反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第1の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
前記第2の工程の後に、第2の陰極が備えられた第の反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第2の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜にp型を付与する元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第3の工程と、
前記第3の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第4の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。
A first step of forming an amorphous semiconductor film in the first reaction chamber;
A catalyst that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film among the elements contained in the first cathode by discharge of an inert gas under reduced pressure in a second reaction chamber provided with the first cathode. A second step of releasing the element by sputtering and adding it to the amorphous semiconductor film;
After the second step, among the elements contained in the second cathode by discharge of an inert gas under reduced pressure in a third reaction chamber provided with the second cathode, the amorphous semiconductor A third step of releasing an element imparting p-type to the film by sputtering and adding the element to the amorphous semiconductor film;
And a fourth step of crystallizing the amorphous semiconductor film to form a crystalline semiconductor film after the third step.
第1の反応室で非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
第1の陰極が備えられた第2の反応室で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第1の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜にp型を付与する元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
前記第2の工程の後に、第2の陰極が備えられた第3の反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第2の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第3の工程と、
前記第3の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第4の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。
A first step of forming an amorphous semiconductor film in the first reaction chamber;
Among the elements contained in the first cathode by an inert gas discharge under reduced pressure in the second reaction chamber provided with the first cathode, an element imparting p-type to the amorphous semiconductor film A second step of releasing by sputtering and adding to the amorphous semiconductor film;
After the second step, among the elements contained in the second cathode by discharge of an inert gas under reduced pressure in a third reaction chamber provided with the second cathode, the amorphous semiconductor A third step of releasing a catalytic element that promotes crystallization of the film by sputtering and adding to the amorphous semiconductor film;
And a fourth step of crystallizing the amorphous semiconductor film to form a crystalline semiconductor film after the third step.
第1の反応室で基板上に絶縁膜と、前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
第1の陰極が備えられた第2の反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第1の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
第2の陰極が備えられた第3の反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第2の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜にp型を付与する元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第3の工程と、
前記第3の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第4の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。
A first step of forming an insulating film on a substrate in the first reaction chamber and an amorphous semiconductor film on the insulating film;
A catalyst that promotes crystallization of the amorphous semiconductor film among the elements contained in the first cathode by discharge of an inert gas under reduced pressure in a second reaction chamber provided with the first cathode. A second step of releasing the element by sputtering and adding it to the amorphous semiconductor film;
Among the elements contained in the second cathode by an inert gas discharge under reduced pressure in the third reaction chamber provided with the second cathode, an element imparting p-type to the amorphous semiconductor film A third step of releasing the material by sputtering and adding the amorphous semiconductor film to the amorphous semiconductor film;
And a fourth step of crystallizing the amorphous semiconductor film to form a crystalline semiconductor film after the third step.
第1の反応室で基板上に絶縁膜と、前記絶縁膜上に非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
第1の陰極が備えられた第2の反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第1の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜にp型を付与する元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
第2の陰極が備えられた第3の反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第2の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第3の工程と、
前記第3の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第4の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。
A first step of forming an insulating film on a substrate and an amorphous semiconductor film on the insulating film in a first reaction chamber;
Among the elements contained in the first cathode by an inert gas discharge under reduced pressure in the second reaction chamber provided with the first cathode, an element imparting p-type to the amorphous semiconductor film A second step of releasing the material by sputtering and adding the amorphous semiconductor film to the amorphous semiconductor film;
Catalyst that promotes crystallization of amorphous semiconductor film among elements contained in second cathode by discharge of inert gas under reduced pressure in third reaction chamber provided with second cathode A third step of releasing the element by sputtering and adding it to the amorphous semiconductor film;
And a fourth step of crystallizing the amorphous semiconductor film to form a crystalline semiconductor film after the third step.
第1の反応室で非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
陰極が備えられた第2の反応室で、減圧下における不活性気体の放電により前記陰極をスパッタリングして、前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素と、p型を付与する元素とを同時に前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
前記第2の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第3の工程と、
前記結晶質半導体膜をパターニングして島状に分割した半導体膜を形成する第4の工程と、
前記島状に分割した半導体膜上に絶縁膜を形成する第5の工程と、
前記第5の工程の後に熱処理を行って、前記島状に分割した半導体膜中にある前記触媒元素をゲッタリングする第6の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。
A first step of forming an amorphous semiconductor film in the first reaction chamber;
A catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film and an element for imparting p-type by sputtering the cathode by discharge of an inert gas under reduced pressure in a second reaction chamber equipped with a cathode A second step of simultaneously adding to the amorphous semiconductor film;
A third step of crystallizing the amorphous semiconductor film after the second step to form a crystalline semiconductor film;
A fourth step of patterning the crystalline semiconductor film to form a semiconductor film divided into islands;
A fifth step of forming an insulating film on the island-divided semiconductor film;
And a sixth step of gettering the catalytic element in the semiconductor film divided into islands by performing a heat treatment after the fifth step.
第1の反応室で非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
第1の陰極が備えられた第2の反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第1の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
前記第2の工程の後に、第2の陰極が備えられた第2の反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第2の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜にp型を付与する元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第3の工程と、
前記第3の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第4の工程と、
前記結晶質半導体膜をパターニングして島状に分割した半導体膜を形成する第5の工程と、
前記島状に分割した半導体膜上に絶縁膜を形成する第6の工程と、
前記第6の工程の後に熱処理を行って、前記島状に分割した半導体膜中にある前記触媒元素をゲッタリングする第7の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。
A first step of forming an amorphous semiconductor film in the first reaction chamber;
Catalyst that promotes crystallization of amorphous semiconductor film among elements contained in first cathode by discharge of inert gas under reduced pressure in second reaction chamber equipped with first cathode A second step of releasing the element by sputtering and adding it to the amorphous semiconductor film;
After the second step, among the elements contained in the second cathode by the discharge of an inert gas under reduced pressure in the second reaction chamber provided with the second cathode, the amorphous semiconductor A third step of releasing an element imparting p-type to the film by sputtering and adding the element to the amorphous semiconductor film;
A fourth step of crystallizing the amorphous semiconductor film after the third step to form a crystalline semiconductor film;
A fifth step of patterning the crystalline semiconductor film to form a semiconductor film divided into islands;
A sixth step of forming an insulating film on the island-divided semiconductor film;
And a seventh step of performing gettering of the catalytic element in the semiconductor film divided into islands by performing heat treatment after the sixth step.
第1の反応室で非晶質半導体膜を形成する第1の工程と、
第1の陰極が備えられた第2の反応室で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第1の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜にp型を付与する元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第2の工程と、
前記第2の工程の後に、第2の陰極が備えられた第3の反応室内で、減圧下における不活性気体の放電によって、前記第2の陰極が含有する元素の内、前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素をスパッタリングにより放出させ、前記非晶質半導体膜に添加する第3の工程と、
前記第3の工程の後に前記非晶質半導体膜を結晶化して結晶質半導体膜を形成する第4の工程と、
前記結晶質半導体膜をパターニングして島状に分割した半導体膜を形成する第5の工程と、
前記島状に分割した半導体膜上に絶縁膜を形成する第6の工程と、
前記第6の工程の後に熱処理を行って、前記島状に分割した半導体膜中にある前記触媒元素をゲッタリングする第7の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。
A first step of forming an amorphous semiconductor film in the first reaction chamber;
Among the elements contained in the first cathode by an inert gas discharge under reduced pressure in the second reaction chamber provided with the first cathode, an element imparting p-type to the amorphous semiconductor film A second step of releasing by sputtering and adding to the amorphous semiconductor film;
After the second step, among the elements contained in the second cathode by discharge of an inert gas under reduced pressure in a third reaction chamber provided with the second cathode, the amorphous semiconductor A third step of releasing a catalytic element that promotes crystallization of the film by sputtering and adding to the amorphous semiconductor film;
A fourth step of crystallizing the amorphous semiconductor film after the third step to form a crystalline semiconductor film;
A fifth step of patterning the crystalline semiconductor film to form a semiconductor film divided into islands;
A sixth step of forming an insulating film on the island-divided semiconductor film;
And a seventh step of gettering the catalytic element in the semiconductor film divided into islands by performing a heat treatment after the sixth step.
請求項乃至請求項15のいずれか一において、前記第1の工程乃至前記第3の工程は、減圧下で連続して行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of claims 9 to 15, wherein the first step to the third step, the method for manufacturing a semiconductor device, which comprises carrying out successively under reduced pressure. 請求項乃至請求項、請求項乃至請求項15のいずれか一において、前記触媒元素はFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、Cu、Auから選ばれた一種又は複数種類の元素を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。The catalyst element according to any one of claims 4 to 7 , and 9 to 15 , wherein the catalyst element is selected from Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, and Au. A method for manufacturing a semiconductor device, using one or more kinds of elements. 請求項乃至請求項、請求項乃至請求項15のいずれか一において、前記p型を付与する不純物元素はB、Al、Gaから選ばれた一種又は複数種類であることを特徴とする半導体装置の作製方法。The impurity element imparting the p-type according to any one of claims 4 to 7 and claim 9 to claim 15 is one or more selected from B, Al, and Ga. A method for manufacturing a semiconductor device. 請求項乃至請求項、請求項乃至請求項15のいずれか一において、前記非晶質半導体膜を結晶化する方法は、熱伝導若しくは輻射による加熱により行う方法、レーザー光照射により行う方法、又はその両者を組み合わせて同時に若しくは順次行う方法から選ばれた一つであることを特徴とする半導体装置の作製方法。Claims 4 to 7, in any one of claims 9 to 15, a method of crystallizing the amorphous semiconductor film, the method carried out by heating by thermal conduction or radiation, the irradiation of Les Za light performing a method, or a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that both in combination is one selected from a method carried out simultaneously or sequentially. 請求項乃至請求項、請求項乃至請求項15のいずれか一において、前記不活性気体はHe、Ar、Kr、Ne、Nから選ばれた一種又は複数種であることを特徴とする半導体装置の作製方法。Claims 4 to 7, in any one of claims 9 to 15, wherein the inert gas and wherein the He, Ar, Kr, Ne, that is one or more selected from N 2 A method for manufacturing a semiconductor device. 請求項1、請求項2、請求項乃至請求項、請求項乃至請求項15のいずれか一において、前記不活性気体に水素を加えることを特徴とする半導体装置の作製方法。The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein hydrogen is added to the inert gas according to any one of claims 1, 2, 4 to 7 , and 9 to 15 . 非晶質半導体膜を形成する第1の反応室と、
前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素とp型を付与する不純物元素とを含有する陰極を備えた第2の反応室とを備え、
前記第1の反応室と、前記第2の反応室との間は、基板を大気に曝すことなく移動することが可能となるように連結されており、
前記第2の反応室には不活性気体を導入する手段が接続されていることを特徴とする半導体製造装置。
A first reaction chamber for forming an amorphous semiconductor film;
A second reaction chamber having a cathode containing a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film and an impurity element for imparting p-type conductivity,
The first reaction chamber and the second reaction chamber are connected so as to be able to move without exposing the substrate to the atmosphere,
An apparatus for introducing an inert gas is connected to the second reaction chamber.
非晶質半導体膜を形成する第1の反応室と、
前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を含有する第1の陰極を備えた第2の反応室と、
半導体にp型を付与する不純物元素を含有する第2の陰極を備えた第3の反応室と、を備え、
前記第1の反応室乃至前記第3の反応室の間は、基板を大気に曝すことなく移動することが可能となるように連結されており、
前記第2の反応室と前記第3の反応室には不活性気体を導入する手段が接続されていることを特徴とする半導体製造装置。
A first reaction chamber for forming an amorphous semiconductor film;
A second reaction chamber comprising a first cathode containing a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film;
A third reaction chamber provided with a second cathode containing an impurity element imparting p-type to the semiconductor,
The first reaction chamber to the third reaction chamber are connected so that the substrate can be moved without being exposed to the atmosphere,
Wherein the second reaction chamber to a third reaction chamber a semiconductor manufacturing apparatus characterized by being connected to means for introducing an inert gas.
非晶質半導体膜を形成する第1の反応室と、
前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素とp型を付与する不純物元素とを含有する陰極を備えた第2の反応室と、
熱処理を行う第3の反応室とを備え、
前記第1の反応室乃至前記第3の反応室の間は、基板を大気に曝すことなく移動することが可能となるように連結されており、
前記第2の反応室には不活性気体を導入する手段が接続されていることを特徴とする半導体製造装置。
A first reaction chamber for forming an amorphous semiconductor film;
A second reaction chamber comprising a cathode containing a catalyst element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film and an impurity element for imparting p-type conductivity;
A third reaction chamber for performing heat treatment,
Between said first reaction chamber to the third reaction chamber is connected so as to be able to move without being exposed to the atmosphere of the substrate,
An apparatus for introducing an inert gas is connected to the second reaction chamber.
非晶質半導体膜を形成する第1の反応室と、
前記非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素を含有する第1の陰極を備えた第2の反応室と、
半導体にp型を付与する不純物元素を含有する第2の陰極を備えた第3の反応室と、
熱処理を行う第4の反応室と、を備え、
前記第1の反応室乃至前記第4の反応室の間は、基板を大気に曝すことなく移動することが可能となるように連結されており、
前記第2の反応室と前記第3の反応室には不活性気体を導入する手段が接続されていることを特徴とする半導体製造装置。
A first reaction chamber for forming an amorphous semiconductor film;
A second reaction chamber comprising a first cathode containing a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film;
A third reaction chamber provided with a second cathode containing an impurity element imparting p-type to the semiconductor;
A fourth reaction chamber for performing heat treatment,
The first reaction chamber to the fourth reaction chamber are connected so that the substrate can be moved without being exposed to the atmosphere,
Wherein the second reaction chamber to a third reaction chamber a semiconductor manufacturing apparatus characterized by being connected to means for introducing an inert gas.
非晶質半導体膜を形成する第1の反応室と、
陰極と、該陰極と対向する側に基板を保持することが可能な陽極とを有する第2の反応室とを備え、
前記第1の反応室と、前記第2の反応室との間は、基板を大気に曝すことなく移動することが可能となるように連結されており、
前記第2の反応室には不活性気体を導入する手段が接続されており、
前記陰極には、非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素から成るターゲットと、半導体にp型を付与する不純物元素から成るターゲットとが配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
A first reaction chamber for forming an amorphous semiconductor film;
A second reaction chamber having a cathode and an anode capable of holding the substrate on the side facing the cathode;
The first reaction chamber and the second reaction chamber are connected so as to be able to move without exposing the substrate to the atmosphere,
A means for introducing an inert gas is connected to the second reaction chamber,
A semiconductor manufacturing apparatus, wherein a target made of a catalytic element for promoting crystallization of an amorphous semiconductor film and a target made of an impurity element for imparting p-type to the semiconductor are arranged on the cathode.
非晶質半導体膜を形成する第1の反応室と、
陰極と、該陰極と対向する側に基板を保持することが可能な陽極とを有する第2の反応室とを備え、
前記第1の反応室と、前記第2の反応室との間は、基板を大気に曝すことなく移動することが可能となるように連結されており、
前記第2の反応室には不活性気体を導入する手段が接続されており、
前記陰極は、非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素から成る表面を有し、半導体にp型を付与する不純物元素から成るターゲットが配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
A first reaction chamber for forming an amorphous semiconductor film;
A second reaction chamber having a cathode and an anode capable of holding the substrate on the side facing the cathode;
The first reaction chamber and the second reaction chamber are connected so as to be able to move without exposing the substrate to the atmosphere,
A means for introducing an inert gas is connected to the second reaction chamber,
The semiconductor manufacturing apparatus, wherein the cathode has a surface made of a catalytic element for promoting crystallization of an amorphous semiconductor film, and a target made of an impurity element imparting p-type to the semiconductor is disposed.
非晶質半導体膜を形成する第1の反応室と、
陰極と、該陰極と対向する側に基板を保持することが可能な陽極とを有する第2の反応室とを備え、
前記第1の反応室と、前記第2の反応室との間は、基板を大気に曝すことなく移動することが可能となるように連結されており、
前記第2の反応室には不活性気体を導入する手段が接続されており、
前記陰極は、半導体にp型を付与する不純物元素から成る表面を有し、非晶質半導体膜の結晶化を助長する触媒元素から成るターゲットが配置されていることを特徴とする半導体製造装置。
A first reaction chamber for forming an amorphous semiconductor film;
A second reaction chamber having a cathode and an anode capable of holding the substrate on the side facing the cathode;
The first reaction chamber and the second reaction chamber are connected so as to be able to move without exposing the substrate to the atmosphere,
A means for introducing an inert gas is connected to the second reaction chamber,
The semiconductor manufacturing apparatus, wherein the cathode has a surface made of an impurity element imparting p-type to the semiconductor, and a target made of a catalytic element for promoting crystallization of the amorphous semiconductor film is arranged.
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