JP4860021B2 - 半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本願発明は薄膜トランジスタ(以下、TFTという)で構成された回路を有する半導体装置に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置およびその様な電気光学装置を部品として搭載した電子機器の構成に関する。
【0002】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
【0003】
【従来の技術】
近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜(厚さ数百〜数千・程度)を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタはICや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチング素子として開発が急がれている。
【0004】
例えば、液晶表示装置においてはマトリクス状に配列された画素領域を個々に制御する画素部(画素マトリクス回路とも言う)、画素部を制御する駆動回路(以下、ドライバー回路と呼ぶ)、さらに外部からのデータ信号を処理するロジック回路(プロセッサ回路やメモリ回路など)等のあらゆる電気回路にTFTを応用する試みがなされている。
【0005】
現状においては、活性層として非晶質シリコン膜(アモルファスシリコン膜)を用いたTFTが実用化されているが、ドライバー回路やロジック回路などの様に、さらなる高速動作性能を求められる電気回路には、結晶シリコン膜(ポリシリコン膜、多結晶シリコン膜等)を利用したTFTが必要とされる。
【0006】
例えば、ガラス基板上に結晶性珪素膜を形成する方法としては、本出願人による特開平7-130652号公報、特開平8-78329 号公報に記載された技術が公知である。これらの公報記載の技術は、非晶質シリコン膜の結晶化を助長する触媒元素を利用することにより、500 〜600 ℃、4時間程度の加熱処理によって結晶性の優れた結晶シリコン膜を形成することを可能とするものである。
【0007】
特に、特開平8-78329 に記載された技術は上記技術を応用して基板面とほぼ平行な結晶成長を行わすものであり、発明者らは形成された結晶化領域を特に横成長領域(またはラテラル成長領域)と呼んでいる。
【0008】
しかし、この様なTFTを用いてドライバー回路を構成してもまだまだ要求される性能を完全に満たすには及ばない。特に、メガヘルツからギガヘルツにかけての極めて高速な動作を要求する高速ロジック回路を従来のTFTで構成することは不可能なのが現状である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、ロジック回路を内蔵したシステム・オン・パネルを実現するためには、従来にない全く新しい材料の開発が求められているのである。
【0010】
本願発明は、その様な要求に答えるものであり、従来のTFTでは作製不可能であった様な高速ロジック回路を構成しうる極めて高性能なTFTの構造およびその作製方法を提供することを課題とする。
【0011】
さらに、本願発明は、画素部に関する改善を行っている。具体的には、小さい面積で大容量を確保しうる保持容量を形成するための構造およびその作製方法を提供するものである。
【0012】
そして、AM−LCDに代表される電気光学装置の各回路を機能に応じて適切な構造のTFTでもって形成し、高い信頼性を有する電気光学装置を提供することを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の構成は、
絶縁表面上にソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に形成されているチャネル形成領域と、
少なくとも前記チャネル形成領域上に接して形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に接して形成された配線とを有し、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域の一部には、珪素の結晶化を助長する元素が含まれていることを特徴とする半導体装置である。
【0014】
上記構成において、前記配線は、タンタル、モリブデン、タングステン、チタン、クロム、シリコンから選ばれた一種の元素を主成分とする層を少なくとも一層含むことを特徴としている。
【0015】
また、上記構成において、前記ソース領域及びドレイン領域の一部には、1×1019atoms/cm3以上の濃度でニッケル、コバルト、パラジウム、ゲルマニウム、白金、鉄、銅から選ばれた元素または複数の元素が含まれていることを特徴としている。
【0016】
また、他の発明の構成は、
同一基板上に形成されたドライバー回路と画素部とを有する半導体装置において、
前記画素部に含まれる保持容量の誘電体の膜厚は、前記画素部に含まれる画素TFTのゲート絶縁膜の膜厚よりも薄いことを特徴とする半導体装置である。
【0017】
上記構成において、前記画素部に含まれる保持容量の誘電体は、熱酸化する工程を少なくとも経て形成されたことを特徴としている。
【0018】
また、上記構成において、前記保持容量の一方の電極は半導体膜であり、該電極には1×1019atoms/cm3以上の濃度でニッケル、コバルト、パラジウム、ゲルマニウム、白金、鉄、銅から選ばれた元素が含まれていることを特徴としている。
【0019】
また、上記構成において、前記電極には5×1018〜1×1020atoms/cm3の濃度で周期表の15族に属する元素が含まれていることを特徴としている。
【0020】
また、上記構成において、前記画素TFTのゲート絶縁膜の膜厚は、50〜200nmであり、前記保持容量の誘電体の膜厚は、5〜50nmであることを特徴としている。
【0021】
また、上記構成において、前記画素TFTは、活性層と、前記活性層に接した絶縁膜と、前記絶縁膜に接した配線とからなり、
前記活性層は、チャネル形成領域と、前記チャネル形成領域の両側に形成されたソース領域及びドレイン領域とを有し、該ソース領域及び該ドレイン領域の一部には1×1019atoms/cm3以上の濃度でニッケル、コバルト、パラジウム、ゲルマニウム、白金、鉄、銅から選ばれた元素が含まれていることを特徴としている。
【0022】
また、上記構成において、前記チャネル形成領域と前記ソース領域との間、または前記チャネル形成領域と前記ドレイン領域との間の少なくとも一方には、低濃度不純物領域が設けられていることを特徴としている。
【0023】
また、上記構造を実現するための発明の構成は、
同一基板上にドライバー回路と画素部とを有する半導体装置の作製方法であって、
基板上に触媒元素を用いて半導体層を形成する第1工程と、
前記半導体層に対して選択的に周期表の15族に属する元素を添加する第2工程と、
熱処理により前記触媒元素を前記周期表の15族に属する元素が添加された領域に集める第3工程と、
前記半導体層の上に絶縁膜を形成する第4工程と、
前記絶縁膜の一部を除去し、前記活性層の一部を露呈させる第5工程と、
露呈された前記活性層の一部に熱酸化膜を形成する第6工程と、
前記絶縁膜および前記熱酸化膜の上に配線を形成する第7工程と、
前記配線の側面にサイドウォールを形成する第8工程と、
前記配線および前記サイドウォールをマスクとして前記活性層に対して周期表の15族に属する元素を添加する第9工程と、
前記サイドウォールを除去する第10工程と、
前記配線をマスクとして前記活性層に対して周期表の15族に属する元素を添加する第11工程と、
NTFTとなる領域上にレジストマスクを形成して周期表の13族に属する元素を添加する第12工程と、
活性層に添加された前記周期表の13族及び周期表の15族に属する元素を活性化させる処理を行う第13工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0024】
また、他の発明の構成は、
同一基板上にドライバー回路と画素部とを有する半導体装置の作製方法であって、
基板上に触媒元素を用いて半導体層を形成する第1工程と、
前記半導体層の上に絶縁膜を形成する第2工程と、
前記半導体層に対してマスクを用いて周期表の15族に属する元素を選択的に添加する第3工程と、
前記マスクを用いて前記絶縁膜の一部を除去し、前記活性層の一部を露呈させる第4工程と、
熱処理により前記触媒元素を前記周期表の15族に属する元素が添加された領域に集める第5工程と、
露呈された前記活性層の一部に熱酸化膜を形成する第6工程と、
前記絶縁膜および前記熱酸化膜の上に配線を形成する第7工程と、
前記配線の側面にサイドウォールを形成する第8工程と、
前記配線および前記サイドウォールをマスクとして前記活性層に対して周期表の15族に属する元素を添加する第9工程と、
前記サイドウォールを除去する第10工程と、
前記配線をマスクとして前記活性層に対して周期表の15族に属する元素を添加する第11工程と、
NTFTとなる領域上にレジストマスクを形成して周期表の13族に属する元素を添加する第12工程と、
活性層に添加された前記周期表の13族及び周期表の15族に属する元素を活性化させる処理を行う第13工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【0025】
また、上記構成において、前記活性層の一部には少なくとも前記画素部の保持容量となる領域が含まれることを特徴としている。
【0026】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施形態について、図1を用いて説明する。図1は同一基板上にドライバー回路と画素部とを一体形成したAM−LCDの断面図を示している。なお、ここではドライバー回路を構成する基本回路としてCMOS回路を示し、画素TFTとしてはダブルゲート構造のTFTを示している。勿論、ダブルゲート構造に限らずトリプルゲート構造やシングルゲート構造などとしても良い。
【0027】
図1において、101は耐熱性を有する基板であり、石英基板、シリコン基板、セラミックス基板、金属基板(代表的にはステンレス基板)を用いれば良い。どの基板を用いる場合においても、必要に応じて下地膜(好ましくは珪素を主成分とする絶縁膜)を設けても構わない。
【0028】
102は下地膜として設けた酸化珪素膜であり、その上にドライバーTFTの活性層、画素TFTの活性層および保持容量の下部電極となる半導体層が形成される。なお、本明細書中において「電極」とは、「配線」の一部であり、他の配線との電気的接続を行う箇所、または半導体層と交差する箇所を指す。従って、説明の便宜上、「配線」と「電極」とを使い分けるが、「配線」という文言に「電極」は常に含められているものとする。
【0029】
図1において、ドライバーTFTの活性層は、Nチャネル型TFT(以下、NTFTという)のソース領域103、ドレイン領域104、LDD(ライトドープトドレイン)領域105およびチャネル形成領域106、並びにPチャネル型TFT(以下、PTFTという)のソース領域107、ドレイン領域108およびチャネル形成領域109で形成される。
【0030】
また、画素TFT(ここではNTFTを用いる。)の活性層は、ソース領域110、ドレイン領域111、LDD領域112a、112bおよびチャネル形成領域113a、113bで形成される。さらに、ドレイン領域111から延長された半導体層を保持容量の下部電極114として用いる。
【0031】
なお、図1では下部電極114が画素TFTのドレイン領域111と直接的に接続されているが、間接的に接続させて下部電極114とドレイン領域111とが電気的に接続するような構造としても良い。
【0032】
この下部電極114には、半導体層に対して周期表の15族に属する元素が添加されている。さらに、本願発明では、この下部電極114に、1×1019atoms/cm3以上(代表的には3×1019〜1×1021atoms/cm3)の濃度で半導体膜の結晶化に用いた触媒元素が存在することを特徴としている。即ち、保持容量の上部配線122に電圧を印加しなくても、そのまま電極として用いることが可能となっているため、AM−LCDの消費電力の低減に有効である。
【0033】
また、同様に、画素TFTのソース領域110、ドレイン領域111、ドライバーTFTのソース領域103、107、およびドレイン領域104、108の一部に、半導体膜の結晶化に用いた触媒元素を含む領域(図1中、斜線で示した領域)が存在する点も本願発明の特徴の一つである。図1ではドレイン配線127と、NTFTのドレイン領域104およびPTFTのドレイン領域108とが接するコンタクト部が触媒元素を含む領域となっている。このような構成であると、触媒元素の存在により良いオーミックコンタクトを得ることができ効果的である。おそらく触媒元素の存在によりシリサイド化しているためと推測される。
【0034】
そして、活性層および保持容量の下部電極を覆ってゲート絶縁膜が形成される。本願発明では、保持容量の誘電体118が、画素TFTのゲート絶縁膜117よりも薄く形成される。代表的には、保持容量の誘電体118の膜厚は5〜50nm(好ましくは10〜30nm)とし、ゲート絶縁膜117の膜厚は50〜200nm(好ましくは100〜150nm)とすれば良い。
【0035】
このように、保持容量の下部電極114に周期表の15族に属する元素と結晶化に用いた触媒元素とを含有させて下部電極114の低抵抗化を図り、さらに保持容量の誘電体を薄くすることで、容量を形成する面積を大きくすることなくキャパシティを稼ぐことができる。
【0036】
また、ここでは、画素TFTのゲート絶縁膜117とドライバーTFTのゲート絶縁膜115、116は同じ膜厚の同一絶縁膜としたが、特に限定されない。例えば、回路特性に応じて同一基板上に異なるゲート絶縁膜を有するTFTが少なくとも二種類以上存在する構成としてもよい。
【0037】
次に、ゲート絶縁膜115、116、117の上にはドライバーTFTのゲート配線119、120と、画素TFTのゲート配線121が形成される。また、同時に保持容量の誘電体118の上には保持容量の上部電極122が形成される。ゲート配線119〜121および保持容量の上部電極122の形成材料としては、800〜1150℃(好ましくは900〜1100℃)の温度に耐える耐熱性を有する導電膜を用いる。
【0038】
代表的には、導電性を有する珪素膜(例えばリンドープシリコン膜、ボロンドープシリコン膜等)や金属膜(例えばタングステン膜、タンタル膜、モリブデン膜、チタン膜等)でも良いし、前記金属膜をシリサイド化したシリサイド膜、窒化した窒化膜(窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、窒化チタン膜等)でも良い。また、これらを自由に組み合わせて積層しても良い。
【0039】
また、前記金属膜を用いる場合には、金属膜の酸化を防止するために珪素膜との積層構造とすることが望ましい。また、酸化防止という意味では、金属膜を窒化珪素膜で覆った構造が有効である。図1では窒化珪素膜123を設けてゲート配線の酸化を防ぐ。
【0040】
次に、124は第1層間絶縁膜であり、珪素を含む絶縁膜(単層または積層)で形成される。珪素を含む絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜(酸素よりも窒素の含有量の方が多い)、窒化酸化珪素膜(窒素よりも酸素の含有量の方が多い)を用いることができる。
【0041】
そして、第1層間絶縁膜124にはコンタクトホールが設けられ、ドライバーTFTのソース配線125、126、ドレイン配線127、および画素TFTのソース配線128、ドレイン配線129が形成される。その上にはパッシベーション膜130、第2層間絶縁膜131が形成され、さらにその上にはブラックマスク(遮光膜)132が形成される。さらに、ブラックマスク132の上には第3層間絶縁膜133が形成され、コンタクトホールを設けた後、画素電極134が形成される。
【0042】
なお、図1では第2層間絶縁膜131上にはブラックマスク(遮光膜)132が形成されているが、特に限定されず、必要に応じて形成すれば良い。例えば、対向基板に遮光膜を設ける構成としても良いし、各TFTの下にゲート配線と同様の材料を用いた遮光膜を設けるような構造としても良い。
【0043】
第2層間絶縁膜131や第3層間絶縁膜133としては、比誘電率の小さい樹脂膜が好ましい。樹脂膜としては、ポリイミド膜、アクリル膜、ポリアミド膜、BCB(ベンゾシクロブテン)膜などを用いることができる。
【0044】
また、画素電極134としては、透過型AM−LCDを作製するのであればITO膜に代表される透明導電膜を、反射型AM−LCDを作製するのであればアルミニウム膜に代表される反射率の高い金属膜を用いれば良い。
【0045】
なお、図1では画素電極134がドレイン電極129を介して画素TFTのドレイン領域111と電気的に接続されているが、画素電極134とドレイン領域111とが直接的に接続するような構造としても良い。
【0046】
以上のような構造でなるAM−LCDは、保持容量の下部電極114に周期表の15族に属する元素と結晶化に用いた触媒元素とを含有させて下部電極114の低抵抗化を図り、さらに、保持容量の誘電体を画素TFTのゲート絶縁膜よりも薄く形成する点に特徴がある。こうすることで、高性能なTFTと、小面積で大きな容量を確保しうる保持容量とを実現することが可能である。
【0047】
以上の構成でなる本願発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【0048】
【実施例】
[実施例1]
本実施例では、「発明の実施の形態」で説明した図1の構造を実現するための作製工程について説明する。説明には図2〜4を用いる。
【0049】
まず、基板として石英基板201を用意し、その上に20nm厚の酸化珪素膜(下地膜とも呼ぶ)202と非晶質珪素膜(図示せず)とを大気開放しないまま連続的に成膜した。こうすることで非晶質珪素膜の下表面に大気中に含まれるボロン等の不純物が吸着することを防ぐことができる。
【0050】
なお、本実施例では非晶質珪素(アモルファスシリコン)膜を用いたが、他の半導体膜であっても構わない。微結晶質珪素(マイクロクリスタルシリコン)膜でも良いし、非晶質シリコンゲルマニウム膜でも良い。また、下地膜及び半導体膜の形成手段としては、PCVD法、LPCVD法またはスパッタ法等を用いることができる。
【0051】
次に、非晶質珪素膜の結晶化を行う。本実施例では結晶化手段として、特開平9−312260号公報に記載された技術を用いた。同公報に記載された技術は、珪素膜の結晶化を助長する触媒元素としてニッケル、コバルト、パラジウム、ゲルマニウム、白金、鉄、銅から選ばれた元素を用いている。
【0052】
本実施例では触媒元素としてニッケルを選択し、非晶質珪素膜上にニッケルを含んだ層を形成し、550℃、14時間の熱処理を行って結晶化した。そして、形成された結晶質珪素(ポリシリコン)膜をパターニングして、ドライバーTFTの半導体層203、画素TFTの半導体層204を形成した。(図2(A))
【0053】
なお、ドライバーTFTおよび画素TFTの半導体層を形成する前後に、結晶質珪素膜に対してTFTのしきい値電圧を制御するための不純物元素(リンまたはボロン)を添加しても良い。この工程はNTFTまたはPTFTのみに行っても良いし、双方に行っても良い。
【0054】
次いで、図2(B)に示すように、活性層203a、204aの上にレジストマスク205a、205bを形成し、周期表の15族に属する元素(本実施例ではリン)の添加工程を行う。添加するリンの濃度は5×1018〜1×1020atoms/cm3(好ましくは1×1019〜5×1019atoms/cm3)が好ましい。但し、添加すべきリンの濃度は、後のゲッタリング工程の温度、時間、さらにはリンドープ領域の面積によって変化するため、この濃度範囲に限定されるものではない。こうしてリンが添加された領域(以下、リンドープ領域という)203b、204bが形成された。
【0055】
レジストマスク205aは、後にドライバーTFTのソース領域またはドレイン領域となる領域の一部(または全部)を露呈させるようにして配置する。また、同様にレジストマスク205bは、後に画素TFTのソース領域またはドレイン領域の一部(または全部)を露呈させるようにして配置する。この時、保持容量の下部電極となる領域にはレジストマスクを配置しないため、リンが全面的に添加され、リンドープ領域204bとなる。
【0056】
なお、レジストマスク205a、205bを形成する前に活性層表面を酸化しておくことが好ましい。酸化珪素膜を設けておくことで、活性層とレジストマスクとの密着性を高められる他、活性層が有機物で汚染されることを防げる。
【0057】
次に、レジストマスク205a、205bを除去して、500〜650℃の熱処理を2〜16時間加え、珪素膜の結晶化に用いた触媒元素(本実施例ではニッケル)のゲッタリングを行う。ゲッタリング作用を奏するためには熱履歴の最高温度から±50℃程度の温度が必要であるが、結晶化のための熱処理が550〜600℃で行われるため、500〜650℃の熱処理で十分にゲッタリング作用を奏することができる。
【0058】
本実施例では600℃、8時間の熱処理を加えることによってニッケルが矢印(図2(C)に示す)の方向に移動し、リンドープ領域203b、204bに含まれるリンによってゲッタリングされて捕獲された。こうしてゲッタリング領域(リンドープ領域203b、204bに対応する領域)が形成される。これにより203a、204aで示した領域に含まれるニッケルの濃度は2×1017atoms/cm3以下(好ましくは1×1016atoms/cm3以下)にまで低減される。また、このゲッタリング領域は、保持容量の下部電極として残り、ドライバーTFT及び画素TFTのソース領域またはドレイン領域の一部または全部として残る。(図2(C))
【0059】
次に、プラズマCVD法またはスパッタ法によりゲート絶縁膜206を形成する。(図2(D))このゲート絶縁膜206は画素TFTのゲート絶縁膜として機能することになる絶縁膜であり、膜厚は50〜200nmとする。本実施例では100nm厚の酸化珪素膜を用いた。
【0060】
また、酸化珪素膜のみでなく酸化珪素膜の上に窒化珪素膜を設けた積層構造とすることもできるし、酸化珪素膜に窒素を添加した酸化窒化珪素膜を用いても構わない。
【0061】
ゲート絶縁膜206を形成したら、レジストマスク(図示せず)を設けてゲート絶縁膜を選択的に除去する。この時、画素TFTの上にゲート絶縁膜206を残し、ドライバーTFTおよび保持容量となる領域の上は除去する。こうして図2(E)の状態が得られる。
【0062】
次に、800〜1150℃(好ましくは900〜1100℃)の温度で15分〜8時間(好ましくは30分〜2時間)の熱処理工程を、酸化性雰囲気下で行う(熱酸化工程)。本実施例では酸素雰囲気中で950℃、30分の熱処理工程を行った。この熱処理工程では、活性層の結晶粒内の欠陥等が修復されるという効果が得られるため、極めて良好な結晶性を有する結晶質珪素膜が形成される。
【0063】
なお、酸化性雰囲気としては、ドライ酸素雰囲気でもウェット酸素雰囲気でも良いし、酸素雰囲気中にハロゲン元素を含ませた雰囲気でも良い。ハロゲン元素を含ませた雰囲気による熱酸化工程とした場合、ニッケルを除去する効果も期待できるので有効である。
【0064】
こうして熱酸化工程を行うことにより保持容量となる領域において露呈した半導体層の表面には、5〜50nm(好ましくは10〜30nm)の酸化珪素膜(熱酸化膜)207が形成される。(図3(A))最終的に、酸化珪素膜207は保持容量の誘電体として機能し、酸化珪素膜206は画素TFT及びドライバーTFTのゲート絶縁膜として機能する。
【0065】
なお、簡略化のため図示しないが、画素TFT及びドライバーTFTに残存した酸化珪素膜でなるゲート絶縁膜206と、その下の半導体層203、204との界面においても酸化反応が進行する。そのため、最終的に画素TFTのゲート絶縁膜206の膜厚は50〜200nm(好ましくは100〜150nm)となる。
【0066】
こうして熱酸化工程を終了したら、次にドライバーTFTのゲート配線209(NTFT側)、210(PTFT側)、画素TFTのゲート配線211、保持容量の上部配線(上部電極とも言える)212を形成する。なお、ゲート配線211は画素TFTがダブルゲート構造であるためゲート配線を2本記載しているが、実際には同一配線である。
【0067】
また、本実施例ではゲート配線209〜211および保持容量の上部配線212として、下層から珪素膜/窒化タングステン膜/タングステン膜(または下層から珪素膜/タングステンシリサイド膜)という積層膜を用いた。勿論、「発明の実施の形態」で説明した他の導電膜を用いることも可能であることは言うまでもない。また、本実施例では、各ゲート配線の膜厚は250nmとした。
【0068】
なお、本実施例では最下層の珪素膜を、減圧熱CVD法を用いて形成する。保持容量となる領域の絶縁膜は5〜50nmと薄いため、スパッタ法やプラズマCVD法を用いた場合、条件によっては半導体層(活性層)へダメージを与える恐れがある。従って、化学的気相反応で成膜できる熱CVD法が好ましい。なお、最下層の珪素膜は、導電性を付与する不純物が添加されていることが好ましい。
【0069】
次に、ゲート配線209〜211および保持容量の上部配線212を覆って25nm厚の窒化珪素膜213を形成する。この窒化珪素膜213はゲート配線209〜211および保持容量の上部配線212の酸化を防ぐと同時に、後に珪素膜でなるサイドウォールを除去する際にエッチングストッパーとして機能する。
【0070】
この時、窒化珪素膜213を形成する前処理として水素を含むガス(本実施例ではアンモニアガス)を用いたプラズマ処理を行うことは有効である。この前処理によりプラズマによって活性化した(励起した)水素が活性層(半導体層)内に閉じこめられるため、効果的に水素終端が行われる。
【0071】
さらに、水素を含むガスに加えて亜酸化窒素ガスを加えると、発生した水分によって被処理体の表面が洗浄され、特に大気中に含まれるボロン等による汚染を効果的に防ぐことができる。
【0072】
こうして図3(B)の状態を得た。次に、非晶質珪素膜(図示せず)を形成し、塩素系ガスによる異方性エッチングを行ってサイドウォール214〜218を形成する。サイドウォール214〜218を形成したら、半導体層203、204に対して周期表の15族に属する元素(本実施例ではリン)の添加工程を行う。この時、ゲート配線209〜211、保持容量の上部電極212およびサイドウォール214〜218がマスクとなり、自己整合的に不純物領域219〜223が形成された。(図3(C))不純物領域219〜223に添加されるリンの濃度は5×1019〜1×1021atoms/cm3となるように調節する。
【0073】
また、リンの添加工程は、質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良いし、質量分離を行わないプラズマドーピング法を用いても良い。また、加速電圧やドーズ量の条件等は実施者が最適値を設定すれば良い。
【0074】
また、本実施例ではサイドウォールを用いて不純物の添加を行ったが特に限定されず、サイドウォールに代えて、フォトマスクを用いたレジストマスクを用いてもよい。
【0075】
こうして図3(C)の状態を得たら、サイドウォール214〜218を除去し、再びリンの添加工程を行う。この工程は先のリンの添加工程よりも低いドーズ量で添加する。こうして先ほどはサイドウォール214〜218がマスクとなってリンが添加されなかった領域には低濃度不純物領域が形成される。この低濃度不純物領域に添加されるリンの濃度は5×1017〜5×1018atoms/cm3となるように調節する。(図3(D))
【0076】
また、図3(C)で示した工程と同様に、リンの添加工程は質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良いし、質量分離を行わないプラズマドーピング法を用いても良い。また、加速電圧やドーズ量の条件等は実施者が最適値を設定すれば良い。
【0077】
この工程によりCMOS回路を形成するNTFTのソース領域224、LDD領域225、チャネル形成領域226が画定する。また、画素TFTのソース領域227、ドレイン領域228、LDD領域229a、229b、チャネル形成領域230a、230bが画定する。さらに、保持容量の下部電極231が画定する。
【0078】
また、CMOS回路のPTFTとなる領域にもNTFTと同様に低濃度不純物領域232が形成される。
【0079】
次に、CMOS回路のPTFTとなる領域以外をレジストマスク233、234で覆い、周期表の13族に属する元素(本実施例ではボロン)の添加工程を行う。この工程は既に添加されているリンよりも高濃度の不純物領域を形成するようなドーズ量で添加する。具体的には、1×1020〜3×1021atoms/cm3の濃度でボロンが添加されるように調節する。その結果、PTFTとなる領域に形成されていたN型導電性を呈する不純物領域は、全てボロンによって導電型が反転し、P型導電性を呈する不純物領域となる。(図4(A))
【0080】
勿論、ボロンの工程も質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良いし、質量分離を行わないプラズマドーピング法を用いても良い。また、加速電圧やドーズ量の条件等は実施者が最適値を設定すれば良い。
【0081】
この工程によりCMOS回路を形成するPTFTのソース領域235、ドレイン領域236、チャネル形成領域237が画定する。また、CMOS回路のNTFTのドレイン領域238が画定する。
【0082】
勿論、上記ドーピング順序は本実施例に限定されず、例えば図3(B)に示した工程後、サイドウォール214〜218の形成工程に先立ってリンを添加して低濃度不純物領域を形成する工程を行ってもよい。また、このリンの添加工程は、保持容量となる領域と、ゲート絶縁膜の膜厚が厚いドライバーTFTおよび画素TFTとなる領域とで分けて行っても良い。
【0083】
こうして全ての不純物領域を形成し終えたら、レジストマスク233、234を除去する。そして、添加した不純物の活性化をレーザー光または熱処理により行う。活性化を行うだけであれば、300〜700℃の温度範囲で2時間程度で十分であるが、ここでは、750〜1150℃の温度範囲で20分〜12時間の熱処理工程を行う。本実施例では、950℃で2時間の熱処理を不活性雰囲気中において行った。(図4(B))
【0084】
この工程では各不純物領域に添加されたリンまたはボロンを活性化すると同時に、チャネル形成領域に残存していたニッケル(結晶化時に用いた触媒元素)をリンのゲッタリング作用によってソース領域およびドレイン領域へと再度ゲッタリングする工程を兼ねている。また、750〜1150℃の温度範囲で加熱処理を行うことで、不純物がゲート配線の下方に回り込み、信頼性の高いGOLD構造と呼ばれる構造を形成することもできる。
【0085】
処理温度が高い理由は、結晶化工程からゲッタリング工程に至るまでに半導体層が受けた熱履歴の中で最も高い温度から±50℃程度の温度を加えないと、リンのゲッタリング作用が有効に働かないからである。本実施例の場合、ゲート絶縁膜形成のために950℃の熱履歴を通しているので、900〜1000℃の熱処理が有効である。
【0086】
この工程ではニッケルが移動し、ソース領域またはドレイン領域に含まれるリンによってゲッタリングされて捕獲される。これによりチャネル形成領域238〜241に含まれるニッケルの濃度を2×1017atoms/cm3以下(好ましくは1×1016atoms/cm3以下)にまで低減させた。従って、TFTの動作には全く影響しない。
【0087】
また、逆に、ソース領域243〜245およびドレイン領域246〜248にはニッケルが集中し、1×1019atoms/cm3以上(代表的には3×1019〜1×1021atoms/cm3)の濃度で存在する。
【0088】
こうして図4(B)の状態が得られたら、第1層間絶縁膜249を形成する。本実施例では、プラズマCVD法により形成した1μm厚の酸化珪素膜を用いた。そして、コンタクトホールを形成した後、ソース配線250〜252、ドレイン配線253、254を形成した。これらの配線はアルミニウムを主成分とする導電膜をチタン膜で挟んだ積層膜で形成した。
【0089】
この時、ドレイン配線253はCMOS回路を形成するNTFTおよびPTFTに共通の配線として用いられる。また、前述のようにソース領域およびドレイン領域には高濃度にニッケルが含まれるため、ソース配線およびドレイン配線との良好なオーミックコンタクトが実現できる。
【0090】
その後、パッシベーション膜255を形成する。パッシベーション膜255としては、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、またはこれらの絶縁膜と酸化珪素膜との積層膜を用いることができる。本実施例では300nm厚の窒化珪素膜をパッシベーション膜として用いた。
【0091】
なお、本実施例では窒化珪素膜を形成する前処理として、アンモニアガスを用いたプラズマ処理を行い、そのままパッシベーション膜255を形成する。この前処理によりプラズマで活性化した(励起した)水素がパッシベーション膜255によって閉じこめられるため、TFTの活性層(半導体層)の水素終端を促進させることができる。
【0092】
さらに、水素を含むガスに加えて亜酸化窒素ガスを加えると、発生した水分によって被処理体の表面が洗浄され、特に大気中に含まれるボロン等による汚染を効果的に防ぐことができる。
【0093】
パッシベーション膜255を形成したら、第2層間絶縁膜256として1μm厚のアクリル膜を形成した。そして、その上にチタン膜を200nmの厚さに形成してパターニングを行い、ブラックマスク257を形成した。
【0094】
次に、第3層間絶縁膜258として再び1μm厚のアクリル膜を形成してコンタクトホールを形成し、ITO膜でなる画素電極259を形成した。こうして図4(C)に示すような構造のAM−LCDが完成する。
【0095】
このように本願発明は、ニッケルを低減するための不純物の添加工程を、保持容量の下部電極を低抵抗化する工程とを兼ねる点に特徴がある。このような構成により面積を広げることなく保持容量のキャパシティを増加させることが可能となる。
【0096】
また、本実施例の作製工程に従うと、最終的なTFTの活性層(半導体層)は、結晶格子に連続性を持つ特異な結晶構造の結晶質珪素膜で形成される。その特徴について以下に説明する。
【0097】
上記作製工程に従って形成した活性層は、微視的に見れば複数の針状又は棒状の結晶(以下、棒状結晶と略記する)が集まって並んだ結晶構造を有する。このことはTEM(透過型電子顕微鏡法)による観察で容易に確認できた。
【0098】
また、電子線回折及びエックス線(X線)回折を利用すると活性層の表面(チャネルを形成する部分)が、結晶軸に多少のずれが含まれているものの主たる配向面として{110}面を有することを確認できた。本出願人がスポット径約1.5μmの電子線回折写真を詳細に観察した結果、{110}面に対応する回折斑点がきれいに現れているが、各斑点は同心円上に分布を持っていることが確認された。
【0099】
また、本出願人は個々の棒状結晶が接して形成する結晶粒界をHR−TEM(高分解能透過型電子顕微鏡法)により観察し、結晶粒界において結晶格子に連続性があることを確認した。これは観察される格子縞が結晶粒界において連続的に繋がっていることから容易に確認できた。
【0100】
なお、結晶粒界における結晶格子の連続性は、その結晶粒界が「平面状粒界」と呼ばれる粒界であることに起因する。本明細書における平面状粒界の定義は、「Characterization of High-Efficiency Cast-Si Solar Cell Wafers by MBIC Measurement ;Ryuichi Shimokawa and Yutaka Hayashi,Japanese Journal of Applied Physics vol.27,No.5,pp.751-758,1988」に記載された「Planar boundary 」である。
【0101】
上記論文によれば、平面状粒界には双晶粒界、特殊な積層欠陥、特殊なtwist 粒界などが含まれる。この平面状粒界は電気的に不活性であるという特徴を持つ。即ち、結晶粒界でありながらキャリアの移動を阻害するトラップとして機能しないため、実質的に存在しないと見なすことができる。
【0102】
特に結晶軸(結晶面に垂直な軸)が〈110〉軸である場合、{211}双晶粒界はΣ3の対応粒界とも呼ばれる。Σ値は対応粒界の整合性の程度を示す指針となるパラメータであり、Σ値が小さいほど整合性の良い粒界であることが知られている。
【0103】
本出願人が本実施例を実施して得た結晶質珪素膜を詳細にTEMを用いて観察した結果、結晶粒界の殆ど(90%以上、典型的には95%以上)がΣ3の対応粒界、即ち{211}双晶粒界であることが判明した。
【0104】
二つの結晶粒の間に形成された結晶粒界において、両方の結晶の面方位が{110}である場合、{111}面に対応する格子縞がなす角をθとすると、θ=70.5°の時にΣ3の対応粒界となることが知られている。
【0105】
本実施例の結晶質珪素膜は、結晶粒界において隣接する結晶粒の各格子縞がまさに約70.5°の角度で連続しており、その事からこの結晶粒界は{211}双晶粒界であるという結論に辿り着いた。
【0106】
なお、θ= 38.9 °の時にはΣ9の対応粒界となるが、この様な他の結晶粒界も存在した。
【0107】
この様な対応粒界は、同一面方位の結晶粒間にしか形成されない。即ち、本実施例を実施して得た結晶質珪素膜は面方位が概略{110}で揃っているからこそ、広範囲に渡ってこの様な対応粒界を形成しうる。
【0108】
この様な結晶構造(正確には結晶粒界の構造)は、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて整合性よく接合していることを示している。即ち、結晶粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となっている。従って、この様な結晶構造を有する半導体薄膜は実質的に結晶粒界が存在しないものと見なすことができる。
【0109】
またさらに、700〜1150℃という高い温度での熱処理工程(本実施例における熱酸化工程またはゲッタリング工程にあたる)によって結晶粒内に存在する欠陥が殆ど消滅していることがTEM観察によって確認されている。これはこの熱処理工程の前後で欠陥数が大幅に低減されていることからも明らかである。
【0110】
この欠陥数の差は電子スピン共鳴分析(Electron Spin Resonance :ESR)によってスピン密度の差となって現れる。現状では本実施例の作製工程に従って作製された結晶質珪素膜のスピン密度は少なくとも 5×1017spins/cm3以下(好ましくは 3×1017spins/cm3以下)であることが判明している。ただし、この測定値は現存する測定装置の検出限界に近いので、実際のスピン密度はさらに低いと予想される。
【0111】
以上の事から、本実施例を実施することで得られた結晶質珪素膜は結晶粒内及び結晶粒界が実質的に存在しないため、単結晶シリコン膜又は実質的な単結晶シリコン膜と考えて良い。
【0112】
(TFTの電気特性に関する知見)
本実施例で作製したTFTは、MOSFETに匹敵する電気特性を示した。本出願人が試作したTFT(但し、活性層の膜厚は30nm、ゲート絶縁膜の膜厚は100nm)からは次に示す様なデータが得られている。
【0113】
(1)スイッチング性能(オン/オフ動作切り換えの俊敏性)の指標となるサブスレッショルド係数が、Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTともに60〜100mV/decade(代表的には60〜85mV/decade )と小さい。
(2)TFTの動作速度の指標となる電界効果移動度(μFE)が、Nチャネル型TFTで 200〜650cm2/Vs (代表的には 300〜500cm2/Vs )、Pチャネル型TFTで100〜300cm2/Vs(代表的には 150〜200cm2/Vs)と大きい。
(3)TFTの駆動電圧の指標となるしきい値電圧(Vth)が、Nチャネル型TFTで-0.5〜1.5 V、Pチャネル型TFTで-1.5〜0.5 Vと小さい。
【0114】
以上の様に、極めて優れたスイッチング特性および高速動作特性が実現可能であることが確認されている。
【0115】
(回路特性に関する知見)
次に、本実施例を実施して形成したTFTを用いて作製されたリングオシレータによる周波数特性を示す。リングオシレータとはCMOS構造でなるインバータ回路を奇数段リング状に接続した回路であり、インバータ回路1段あたりの遅延時間を求めるのに利用される。実験に使用したリングオシレータの構成は次の様になっている。
段数:9段
TFTのゲート絶縁膜の膜厚:30nm及び50nm
TFTのゲート長(チャネル長): 0.6μm
【0116】
このリングオシレータによって発振周波数を調べた結果、最大値で約1GHzの発振周波数を得ることができた。また、実際にLSI回路のTEGの一つであるシフトレジスタを作製して動作周波数を確認した。その結果、ゲイト絶縁膜の膜厚30nm、ゲイト長 0.6μm、電源電圧5V、段数50段のシフトレジスタ回路において動作周波数100MHzの出力パルスが得られた。
【0117】
以上の様なリングシレータおよびシフトレジスタの驚異的なデータは、本実施例のTFTがMOSFETに匹敵する、若しくは凌駕する性能(電気特性)を有することを示している。
【0118】
〔実施例2〕
実施例1において、ゲート絶縁膜206を選択的に除去する工程に際し、保持容量となる領域での除去は図5(A)に示すように行うことが望ましい。図5(A)において画素部の上面図の点線A−A’で切断した断面が図4(C)の画素部の断面図に相当する。また、図5(B)は図5(A)の簡略な等価回路図である。また、図5(A)及び図5(B)に使われている符号は図2〜4と同一である。図5(A)において、502はゲート絶縁膜205の端部、211はゲート配線、212は保持容量の上部配線、257はブラックマスクである。
【0119】
図5(A)に示すように、ゲート配線が半導体層を乗り越える部分505では、半導体層の端部にゲート絶縁膜を残しておくことが望ましい。
【0120】
半導体層の端部は後に熱酸化工程を行った際にエッジシニングと呼ばれる現象が起こる。これは、半導体層の端部の下に潜り込むように酸化反応が進行し、端部が薄くなると同時に上へ盛り上がる現象である。そのため、エッジシニング現象が起こるとゲート配線が乗り越え時に断線しやすいという問題が生じる。
【0121】
しかしながら、図5(A)に示したような構造となるようにゲート絶縁膜206を除去しておけば、ゲート配線が乗り越える部分505においてエッジシニング現象を防ぐことができる。そのため、ゲート配線の断線といった問題を未然に防ぐことが可能である。
【0122】
〔実施例3〕
本実施例では、実施例1と異なる工程でAM−LCDを作製する場合の例について図6〜8を用いて説明する。
【0123】
まず、実施例1の作製工程に従って、石英基板601上に酸化珪素膜(下地膜602)と非晶質珪素膜(図示せず)を連続成膜し、特開平9−312260号公報に記載された技術を用い、触媒元素としてニッケルを選択し、非晶質珪素膜を結晶化した後、結晶質珪素膜でなる活性層603、604を形成した。(図6(A))なお、図6(A)は、実施例1の図2(A)と同一である。
【0124】
次に、プラズマCVD法またはスパッタ法によりゲート絶縁膜606を形成する。このゲート絶縁膜606は画素TFTのゲート絶縁膜として機能することになる絶縁膜であり、膜厚は50〜200nmとする。本実施例では100nm厚の酸化珪素膜を用いる。また、酸化珪素膜のみでなく酸化珪素膜の上に窒化珪素膜を設けた積層構造とすることもできるし、酸化珪素膜に窒素を添加した酸化窒化珪素膜を用いても構わない。
【0125】
ゲート絶縁膜606を形成したら、図6(C)に示すように、活性層の上にフォトマスクを用いてレジストマスク605a、605bを形成し、周期表の15族に属する元素(本実施例ではリン)の添加工程を行う。ここでは、ゲート絶縁膜を介してスルードーピングさせる。添加するリンの濃度は5×1018〜1×1020atoms/cm3(好ましくは1×1019〜5×1019atoms/cm3)が好ましい。但し、添加すべきリンの濃度は、後のゲッタリング工程の温度、時間、さらにはリンドープ領域の面積によって変化するため、この濃度範囲に限定されるものではない。こうしてリンが添加された領域(以下、リンドープ領域という)603b、604bが形成される。(図6(C))
【0126】
なお、レジストマスク605a、605bを形成する前に活性層表面を酸化しておくことが好ましい。酸化珪素膜を設けておくことで、活性層とレジストマスクとの密着性を高められる他、活性層が有機物で汚染されることを防げる。
【0127】
次いで、リンを添加する際に使用したレジストマスク605a、605bをそのまま用いてゲート絶縁膜606を選択的に除去する。レジストマスク605aはドライバーTFTの活性層の上に設けられ、後にソース領域またはドレイン領域となる領域の一部(または全部)を露呈させるようにして配置される。また、レジストマスク605bは画素TFTのソース領域またはドレイン領域の一部(または全部)を露呈させるようにして配置される。この時、保持容量となる領域を露呈させる。
【0128】
次いで、レジストマスク605a、605bを除去して、500〜650℃の熱処理を2〜16時間加え、珪素膜の結晶化に用いた触媒元素(本実施例ではニッケル)のゲッタリングを行う。実施例1にも述べたように、ゲッタリング作用を奏するためには熱履歴の最高温度から±50℃程度の温度が必要であるが、結晶化のための熱処理が550〜600℃で行われるため、500〜650℃の熱処理で十分にゲッタリング作用を奏することができる。
【0129】
本実施例では600℃、8時間の熱処理を加えることによってニッケルが矢印(図6(D)に示す)の方向に移動し、リンドープ領域603b、604bにゲッタリングされる。こうしてゲッタリング領域が形成される。このゲッタリング領域は、保持容量の下部電極として残り、ドライバーTFT及び画素TFTのソース領域またはドレイン領域の一部または全部として残る。(図6(D))
【0130】
次いで、800〜1150℃(好ましくは900〜1100℃)の温度で15分〜8時間(好ましくは30分〜2時間)の熱処理工程を、酸化性雰囲気下で行う(熱酸化工程)。本実施例では酸素雰囲気中で950℃30分の熱処理工程を行った。この熱処理工程では、活性層の結晶粒内の欠陥等が修復されるという効果が得られるため、極めて良好な結晶性が形成される。
【0131】
なお、酸化性雰囲気としては、ドライ酸素雰囲気でもウェット酸素雰囲気でも良いし、酸素雰囲気中にハロゲン元素を含ませた雰囲気でも良い。このハロゲン元素を含ませた雰囲気による熱酸化工程では、ニッケルを除去する効果も期待できるので有効である。
【0132】
こうして熱酸化工程を行うことにより画素TFTとドライバーTFTと保持容量となる領域において露呈した半導体層の表面には、5〜50nm(好ましくは10〜30nm)の酸化珪素膜(熱酸化膜)607が形成される。(図7(A))最終的に、酸化珪素膜607は保持容量の誘電体として機能し、酸化珪素膜606は画素TFT及びドライバーTFTのゲート絶縁膜として機能する。
【0133】
なお、図示しないが、画素TFT及びドライバーTFTに残存した酸化珪素膜でなるゲート絶縁膜606と、その下の半導体層603、604との界面においても酸化反応が進行する。そのため、最終的に画素TFTのゲート絶縁膜606の膜厚は50〜200nm(好ましくは100〜150nm)となる。
【0134】
この工程から先は実施例1の工程に従えば良いので詳細な説明は省略する。
【0135】
こうして熱酸化工程を終了したら、実施例1と同様にして、ゲート配線609〜611および保持容量の上部配線612の形成と、それら配線を覆う窒化珪素膜613の形成とを行う。(図7(B))
【0136】
次いで、非晶質珪素膜を形成し、異方性エッチングを行ってサイドウォール614〜618を形成し、周期表の15族に属する元素(本実施例ではリン)の添加工程を行って、自己整合的に不純物領域619〜623を形成する。(図7(C))
【0137】
次いで、サイドウォール614〜618を除去し、再びリンの添加工程を行い、低濃度不純物領域625、632、629a、629bを形成する。(図7(D))
【0138】
次いで、CMOS回路のPTFTとなる領域以外をレジストマスク633、634で隠し、周期表の13族に属する元素(本実施例ではボロン)の添加工程を行い、P型導電性を呈する不純物領域を形成する。(図8(A))
【0139】
勿論、実施例1と同様に上記ドーピング順序は本実施例に限定されず、例えば図7(B)に示した工程後、サイドウォール614〜618の形成工程に先立ってリンを添加して低濃度不純物領域を形成する工程を行ってもよい。また、このリンの添加工程は、保持容量となる領域と、ゲート絶縁膜の膜厚が厚いドライバーTFTおよび画素TFTとなる領域とで分けて行っても良い。
【0140】
こうして全ての不純物領域を形成し終えたら、レジストマスク633、634を除去して、各不純物領域に添加されたリンまたはボロンを熱処理(300〜700℃、数時間)またはレーザー光等により活性化する。(図8(B))この活性化を800〜1150℃(好ましくは900〜1100℃)の温度で15分〜8時間(好ましくは30分〜2時間)の熱処理工程を行って、実施例1と同様にゲート配線の下方に不純物を拡散させて不純物領域を形成する構成としてもよい。
【0141】
こうして図8(B)の状態が得られたら、第1層間絶縁膜649を形成する。そして、コンタクトホールを形成した後、ソース配線650〜652、ドレイン配線653、654を形成する。
【0142】
その後、パッシベーション膜655を形成する。パッシベーション膜655を形成したら、第2層間絶縁膜656として1μm厚のアクリル膜を形成する。そして、その上にチタン膜を200nmの厚さに形成してパターニングを行い、ブラックマスク657を形成する。
【0143】
次に、第3層間絶縁膜658として再び1μm厚のアクリル膜を形成してコンタクトホールを形成し、ITO膜でなる画素電極659を形成する。こうして図8(C)に示すような構造のAM−LCDが完成する。
【0144】
実施例1と本実施例で異なる点は、ゲッタリング工程のために行われるリンの添加工程に用いたマスクが、保持容量の下部電極を露呈するために絶縁膜を除去する工程に用いたマスクと兼ねている点が挙げられる。こうすることでマスク数を低減することが可能である。
【0145】
なお、本実施例の構成は、実施例1または2のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0146】
〔実施例4〕
実施例1の図2(C)の作製工程において、レジストマスク205a、205bを除去した後、熱処理(ゲッタリング工程)の前に、活性層を覆って予めゲート絶縁膜(図2(D)のゲート絶縁膜206に相当する。)を形成しておくこともできる。
【0147】
即ち、ゲート絶縁膜で活性層が覆われたままゲッタリング工程が行われる。ゲッタリング工程が終了したら、ゲート絶縁膜のパターニングを行い、図4(C)と同様の構造となる。
【0148】
本実施例の利点は、ゲッタリング工程の際に、活性層が露呈していない点である。活性層が露呈している場合、処理温度、処理雰囲気等の条件によってはリンドープ領域に存在するリンが雰囲気中を拡散し、後にチャネル形成領域となる領域にまで添加されてしまう恐れがある。しかしながら、本実施例のようにゲート絶縁膜で覆っていればそういった問題は起こらない。
【0149】
なお、本実施例の構成は、実施例1〜3のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0150】
〔実施例5〕
本実施例では、実施例1に示した作製工程で基板上にTFTを形成し、実際にAM−LCDを作製した場合について説明する。
【0151】
図4(C)の状態が得られたら、画素電極259上に配向膜を80nmの厚さに形成する。次に、対向基板としてガラス基板上にカラーフィルタ、透明電極(対向電極)、配向膜を形成したものを準備し、それぞれの配向膜に対してラビング処理を行い、シール材(封止材)を用いてTFTが形成された基板と対向基板とを貼り合わせる。そして、その間に液晶を保持させる。このセル組み工程は公知の手段を用いれば良いので詳細な説明は省略する。
【0152】
なお、セルギャップを維持するためのスペーサは必要に応じて設ければ良い。従って、対角1インチ以下のAM−LCDのようにスペーサがなくてもセルギャップを維持できる場合は特に設けなくても良い。
【0153】
次に、以上のようにして作製したAM−LCDの外観を図9に示す。図9に示すようにアクティブマトリクス基板と対向基板とが対向し、これらの基板間に液晶が挟まれている。アクティブマトリクス基板は基板900上に形成された画素部901、走査線側ドライバー回路902、信号線側ドライバー回路903を有する。
【0154】
走査線側ドライバー回路902、信号線側ドライバー回路903はそれぞれ走査線930、信号線940によって画素部901に接続されている。これらドライバー回路902、903はCMOS回路で主に構成されている。
【0155】
画素部901の行ごとに走査線が形成され、列ごとに信号線940が形成されている。走査線930、信号線940の交差部近傍には、画素TFT910が形成されている。画素TFT910のゲート電極は走査線930に接続され、ソースは信号線940に接続されている。さらに、ドレインには画素電極960、保持容量970が接続されている。
【0156】
対向基板980は基板全面にITO膜等の透明導電膜が形成されている。透明導電膜は画素部901の画素電極960に対する対向電極であり、画素電極、対向電極間に形成された電界によって液晶材料が駆動される。対向基板980には必要に応じて配向膜や、ブラックマスクや、カラーフィルターが形成されている。
【0157】
アクティブマトリクス基板側の基板にはFPC931を取り付ける面を利用してICチップ932、933が取り付けられている。これらのICチップ932、933はビデオ信号の処理回路、タイミングパルス発生回路、γ補正回路、メモリ回路、演算回路などの回路をシリコン基板上に形成して構成される。
【0158】
さらに、本実施例では液晶表示装置を例に挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示装置であればEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置やEC(エレクトロクロミックス)表示装置に本願発明を適用することも可能である。
【0159】
なお、本実施例は実施例1〜4のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0160】
〔実施例6〕
本実施例では、実施例1において結晶質珪素膜の形成に他の手段を用いた場合について説明する。
【0161】
具体的には、非晶質珪素膜の結晶化に特開平7−130652号公報(米国特許番号08/329,644に対応)の実施例2に記載された技術を用いる。同公報に記載された技術は、結晶化を促進する触媒元素(代表的にはニッケル)を非晶質珪素膜の表面に選択的に保持させ、その部分を核成長の種として結晶化を行う技術である。
【0162】
この技術によれば、結晶成長に特定の方向性を持たせることができるので非常に結晶性の高い結晶質珪素膜を形成することが可能である。
【0163】
なお、本実施例の構成は実施例1〜5のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
【0164】
〔実施例7〕
本願発明は従来のMOSFET上に層間絶縁膜を形成し、その上にTFTを形成する際に用いることも可能である。即ち、半導体回路上に反射型AM−LCDが形成された三次元構造の半導体装置を実現することも可能である。
【0165】
また、前記半導体回路はSIMOX、Smart−Cut(SOITEC社の登録商標)、ELTRAN(キャノン株式会社の登録商標)などのSOI基板上に形成されたものであっても良い。
【0166】
なお、本実施例を実施するにあたって、実施例1〜6のいずれの構成を組み合わせても構わない。
【0167】
〔実施例8〕
本実施例では、実施例1とは異なる順序で周期表の13族または周期表の15族に属する元素を添加してソース領域およびドレイン領域を形成する例を説明する。実施例1のドーピング順序では、第1に高濃度のリンを添加し、第2に低濃度のリンを添加し、第3にボロンを添加する例であったが、本実施例では図3(B)の状態を得た後、第1にボロンを添加する例を示す。
【0168】
まず、実施例1の工程に従って図3(B)の状態を得る。
【0169】
次に、PTFT以外の領域を覆うレジストマスクを形成する。そして、ボロンの添加工程を行う。この時、添加されるボロンの濃度は1×1020〜3×1021atoms/cm3である。こうして、PTFTのソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域が画定する。
【0170】
次に、レジストマスクを除去し、実施例1と同様にしてサイドウォールを形成する。そして、リンの添加工程を行う。この時、添加されるリンの濃度は5×1019〜1×1021atoms/cm3である。
【0171】
次に、サイドウォールを除去し、再度リンの添加工程を行う。この時、添加されるリン濃度は5×1017〜5×1018atoms/cm3である。
【0172】
以下の工程は実施例1の作製工程に従えば良い。本実施例の構成は実施例1〜8のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0173】
なお、本実施例において、サイドウォールの形成工程に先立ってリンを添加して不純物領域(リンの濃度は5×1017〜5×1018atoms/cm3)を形成する工程を行い、サイドウォールの形成後、再度リンを添加して不純物領域(リンの濃度は5×1019〜1×1021atoms/cm3)を形成する工程としてもよい。
【0174】
実施例3に適用する場合は、図7(B)の状態を得た後、同様にしてドーピングを行えばよい。
【0175】
〔実施例9〕
本実施例では、実施例1とは異なる順序で周期表の13族または周期表の15族に属する元素を添加してソース領域およびドレイン領域を形成する例を説明する。実施例1のドーピング順序では、第1に高濃度のリンを添加し、第2に低濃度のリンを添加し、第3にボロンを添加する例であったが、本実施例では図3(B)の状態を得た後、第1にリンを添加し、第2にボロンを添加し、第3に再度リンを添加する例を示す。
【0176】
まず、実施例1の工程に従って図3(B)の状態を得る。
【0177】
次いで、リンを添加して不純物領域(リンの濃度は5×1017〜5×1018atoms/cm3)を形成する工程を行う。
【0178】
次に、PTFT以外の領域を覆うレジストマスクを形成する。そして、ボロンの添加工程を行う。この時、添加されるボロンの濃度は1×1020〜3×1021atoms/cm3である。こうして、PTFTのソース領域、ドレイン領域およびチャネル形成領域が画定する。
【0179】
次に、レジストマスクを除去し、実施例1と同様にしてサイドウォールを形成する。そして、リンの添加工程を行う。この時、添加されるリンの濃度は5×1019〜1×1021atoms/cm3である。
【0180】
以下の工程は実施例1の作製工程に従えば良い。本実施例の構成は実施例1〜7のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0181】
〔実施例10〕
実施例1、3に示した作製工程では、LDD領域の形成にサイドウォールを用いているが、通常のレジストマスクを用いたパターニングによってLDD領域を形成することも可能である。
【0182】
本実施例の構成は実施例1〜9のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0183】
この場合、サイドウォールを用いた場合に比べてLDD領域の幅(長さ)を自由に設計することができる。従って、LDD領域の幅を0.1μm以上に設計するような場合には有効な技術と言える。
【0184】
〔実施例11〕
本実施例では実施例1とは異なる方法で第1層間絶縁膜を形成する例について説明する。説明には図10を用いる。
【0185】
まず、実施例1に従って図4(B)に示した工程までを終了させる。次に、50〜100nm(本実施例では70nm)の窒化酸化珪素膜(A)1701を形成し、その上に600nm〜1μm(本実施例では80nm)の窒化酸化珪素膜(B)1702を形成する。さらにその上にレジストマスクを形成する。(図10(A))
【0186】
なお、窒化酸化珪素膜(A)1701と窒化酸化珪素膜(B)1702とでは含有される窒素、酸素、水素及び珪素の組成比が異なる。窒化酸化珪素膜(A)1701は窒素7%、酸素59%、水素2%、珪素32%となっており、窒化酸化珪素膜(B)は窒素33%、酸素15%、水素23%、珪素29%となっている。勿論、この組成比に限定されるものではない。
【0187】
また、レジストマスク1703は膜厚が厚いため、窒化酸化珪素膜(B)1702の表面の起伏を完全に平坦化することができる。
【0188】
次に、四フッ化炭素と酸素との混合ガスを用いたドライエッチング法によりレジストマスク1703及び窒化酸化珪素膜(B)1702のエッチングを行う。本実施例の場合、四フッ化炭素と酸素との混合ガスを用いたドライエッチングにおいて、窒化酸化珪素膜(B)1702とレジストマスク1703のエッチングレートがほぼ等しい。
【0189】
このエッチング工程により図10(B)に示すようにレジストマスク1703は完全に除去され、窒化酸化珪素膜(B)1702の一部(本実施例では表面から深さ300nmまで)がエッチングされる。その結果、レジストマスク1703の表面の平坦度がそのままエッチングされた窒化酸化珪素膜(B)の表面の平坦度に反映される。
【0190】
こうして極めて平坦性の高い第1層間絶縁膜1704を得る。本実施例の場合、第1層間絶縁膜1704の膜厚は500nmとなる。このあとの工程は実施例1の作成工程を参照すればよい。
【0191】
なお、本実施例の構成は、実施例1〜15のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0192】
〔実施例12〕
本願発明を実施して形成されたCMOS回路や画素部は様々な電気光学装置(アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アクティブマトリクス型ELディスプレイ、アクティブマトリクス型ECディスプレイ)に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ電子機器全てに本願発明を実施できる。
【0193】
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(リア型またはフロント型)、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(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図11、図12及び図13に示す。
【0194】
図11(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2001、画像入力部2002、表示部2003、キーボード2004等を含む。本発明を画像入力部2002、表示部2003やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0195】
図11(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示部2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106等を含む。本発明を表示部2102やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0196】
図11(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205等を含む。本発明は表示部2205やその他の信号制御回路に適用できる。
【0197】
図11(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示部2302、アーム部2303等を含む。本発明は表示部2302やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0198】
図11(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体2401、表示部2402、スピーカ部2403、記録媒体2404、操作スイッチ2405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示部2402やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0199】
図11(F)はデジタルカメラであり、本体2501、表示部2502、接眼部2503、操作スイッチ2504、受像部(図示しない)等を含む。本願発明を表示部2502やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0200】
図12(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置2601、スクリーン2602等を含む。本発明は投射装置2601の一部を構成する液晶表示装置2808やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0201】
図12(B)はリア型プロジェクターであり、本体2701、投射装置2702、ミラー2703、スクリーン2704等を含む。本発明は投射装置2702の一部を構成する液晶表示装置2808やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0202】
なお、図12(C)は、図12(A)及び図12(B)中における投射装置2601、2702の構造の一例を示した図である。投射装置2601、2702は、光源光学系2801、ミラー2802、2804〜2806、ダイクロイックミラー2803、プリズム2807、液晶表示装置2808、位相差板2809、投射光学系2810で構成される。投射光学系2810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図12(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0203】
また、図12(D)は、図12(C)中における光源光学系2801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系2801は、リフレクター2811、光源2812、レンズアレイ2813、2814、偏光変換素子2815、集光レンズ2816で構成される。なお、図12(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【0204】
ただし、図12に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及びEL表示装置での適用例は図示していない。
【0205】
図13(A)は携帯電話であり、本体2901、音声出力部2902、音声入力部2903、表示部2904、操作スイッチ2905、アンテナ2906等を含む。本願発明を音声出力部2902、音声入力部2903、表示部2904やその他の信号制御回路に適用することができる。
【0206】
図13(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体3001、表示部3002、3003、記憶媒体3004、操作スイッチ3005、アンテナ3006等を含む。本発明は表示部3002、3003やその他の信号回路に適用することができる。
【0207】
図13(C)はディスプレイであり、本体3101、支持台3102、表示部3103等を含む。本発明は表示部3103に適用することができる。本発明のディスプレイ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。
【0208】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例1〜11のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【0209】
〔実施例13〕
本実施例では、本願発明を用いてEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置を作製した例について説明する。
【0210】
図14(A)は本願発明を用いたEL表示装置の上面図である。図14(A)において、4010は基板、4011は画素部、4012はソース側ドライバー回路、4013はゲート側ドライバー回路であり、それぞれのドライバー回路は配線4014〜4016を経てFPC4017に至り、外部機器へと接続される。
【0211】
このとき、少なくとも画素部、好ましくはドライバー回路及び画素部を囲むようにしてカバー材6000、シーリング材(ハウジング材ともいう)7000、密封材(第2のシーリング材)7001が設けられている。
【0212】
また、図14(B)は本実施例のEL表示装置の断面構造であり、基板4010、下地膜4021の上に駆動回路用TFT(但し、ここではnチャネル型TFTとpチャネル型TFTを組み合わせたCMOS回路を図示している。)4022及び画素部用TFT4023(但し、ここではEL素子への電流を制御するTFTだけ図示している。)が形成されている。これらのTFTは公知の構造(トップゲート構造またはボトムゲート構造)を用いれば良い。
【0213】
本願発明は、駆動回路用TFT4022、画素部用TFT4023に際して用いることができる。
【0214】
本願発明を用いて駆動回路用TFT4022、画素部用TFT4023が完成したら、樹脂材料でなる層間絶縁膜(平坦化膜)4026の上に画素部用TFT4023のドレインと電気的に接続する透明導電膜でなる画素電極4027を形成する。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(ITOと呼ばれる)または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。そして、画素電極4027を形成したら、絶縁膜4028を形成し、画素電極4027上に開口部を形成する。
【0215】
次に、EL層4029を形成する。EL層4029は公知のEL材料(正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層)を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。どのような構造とするかは公知の技術を用いれば良い。また、EL材料には低分子系材料と高分子系(ポリマー系)材料がある。低分子系材料を用いる場合は蒸着法を用いるが、高分子系材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法またはインクジェット法等の簡易な方法を用いることが可能である。
【0216】
本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸着法によりEL層を形成する。シャドーマスクを用いて画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層(赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層)を形成することで、カラー表示が可能となる。その他にも、色変換層(CCM)とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいずれの方法を用いても良い。勿論、単色発光のEL表示装置とすることもできる。
【0217】
EL層4029を形成したら、その上に陰極4030を形成する。陰極4030とEL層4029の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空中でEL層4029と陰極4030を連続成膜するか、EL層4029を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで陰極4030を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式(クラスターツール方式)の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【0218】
なお、本実施例では陰極4030として、LiF(フッ化リチウム)膜とAl(アルミニウム)膜の積層構造を用いる。具体的にはEL層4029上に蒸着法で1nm厚のLiF(フッ化リチウム)膜を形成し、その上に300nm厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公知の陰極材料であるMgAg電極を用いても良い。そして陰極4030は4031で示される領域において配線4016に接続される。配線4016は陰極4030に所定の電圧を与えるための電源供給線であり、導電性ペースト材料4032を介してFPC4017に接続される。
【0219】
4031に示された領域において陰極4030と配線4016とを電気的に接続するために、層間絶縁膜4026及び絶縁膜4028にコンタクトホールを形成する必要がある。これらは層間絶縁膜4026のエッチング時(画素電極用コンタクトホールの形成時)や絶縁膜4028のエッチング時(EL層形成前の開口部の形成時)に形成しておけば良い。また、絶縁膜4028をエッチングする際に、層間絶縁膜4026まで一括でエッチングしても良い。この場合、層間絶縁膜4026と絶縁膜4028が同じ樹脂材料であれば、コンタクトホールの形状を良好なものとすることができる。
【0220】
このようにして形成されたEL素子の表面を覆って、パッシベーション膜6003、充填材6004、カバー材6000が形成される。
【0221】
さらに、EL素子部を囲むようにして、カバー材6000と基板4010の内側にシーリング材が設けられ、さらにシーリング材7000の外側には密封材(第2のシーリング材)7001が形成される。
【0222】
このとき、この充填材6004は、カバー材6000を接着するための接着剤としても機能する。充填材6004としては、PVC(ポリビニルクロライド)、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。この充填材6004の内部に乾燥剤を設けておくと、吸湿効果を保持できるので好ましい。
【0223】
また、充填材6004の中にスペーサーを含有させてもよい。このとき、スペーサーをBaOなどからなる粒状物質とし、スペーサー自体に吸湿性をもたせてもよい。
【0224】
スペーサーを設けた場合、パッシベーション膜6003はスペーサー圧を緩和することができる。また、パッシベーション膜とは別に、スペーサー圧を緩和する樹脂膜などを設けてもよい。
【0225】
また、カバー材6000としては、ガラス板、アルミニウム板、ステンレス板、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PVF(ポリビニルフルオライド)フィルム、マイラーフィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムを用いることができる。なお、充填材6004としてPVBやEVAを用いる場合、数十μmのアルミニウムホイルをPVFフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用いることが好ましい。
【0226】
但し、EL素子からの発光方向(光の放射方向)によっては、カバー材6000が透光性を有する必要がある。
【0227】
また、配線4016はシーリング材7000および密封材7001と基板4010との隙間を通ってFPC4017に電気的に接続される。なお、ここでは配線4016について説明したが、他の配線4014、4015も同様にしてシーリング材7000および密封材7001の下を通ってFPC4017に電気的に接続される。
【0228】
なお、本実施例の構成は、実施例1〜4の構成と自由に組み合わせて実施することが可能である。また、実施例12の電子機器の表示部として本実施例の画素構造を有するEL表示パネルを用いることは有効である。
【0229】
〔実施例14〕
実施例5記載の本発明の液晶表示装置にはネマチック液晶以外にも様々な液晶を用いることが可能である。例えば、1998, SID, "Characteristics and Driving Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability" by H. Furue et al.や、1997, SID DIGEST, 841, "A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time" by T. Yoshida et al.や、1996, J. Mater. Chem. 6(4), 671-673, "Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to displays" by S. Inui et al.や、米国特許第5594569 号に開示された液晶を用いることが可能である。
【0230】
等方相−コレステリック相−カイラルスメクティックC相転移系列を示す強誘電性液晶(FLC)を用い、DC電圧を印加しながらコレステリック相−カイラルスメクティックC相転移をさせ、かつコーンエッジをほぼラビング方向に一致させた単安定FLCの電気光学特性を図15に示す。図15に示すような強誘電性液晶による表示モードは「Half−V字スイッチングモード」と呼ばれている。図15に示すグラフの縦軸は透過率(任意単位)、横軸は印加電圧である。「Half−V字スイッチングモード」については、寺田らの”Half−V字スイッチングモードFLCD”、第46回応用物理学関係連合講演会講演予稿集、1999年3月、第1316頁、および吉原らの”強誘電性液晶による時分割フルカラーLCD”、液晶第3巻第3号第190頁に詳しい。
【0231】
図15に示されるように、このような強誘電性混合液晶を用いると、低電圧駆動かつ階調表示が可能となることがわかる。本発明の液晶表示装置には、このような電気光学特性を示す強誘電性液晶も用いることができる。
【0232】
また、ある温度域において反強誘電相を示す液晶を反強誘電性液晶(AFLC)という。反強誘電性液晶を有する混合液晶には、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答特性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶と呼ばれるものがある。この無しきい値反強誘電性混合液晶は、いわゆるV字型の電気光学応答特性を示すものがあり、その駆動電圧が約±2.5V程度(セル厚約1μm〜2μm)のものも見出されている。
【0233】
また、一般に、無しきい値反強誘電性混合液晶は自発分極が大きく、液晶自体の誘電率が高い。このため、無しきい値反強誘電性混合液晶を液晶表示装置に用いる場合には、画素に比較的大きな保持容量が必要となってくる。よって、自発分極が小さな無しきい値反強誘電性混合液晶を用いるのが好ましい。
【0234】
なお、このような無しきい値反強誘電性混合液晶を本発明の液晶表示装置に用いることによって低電圧駆動が実現されるので、低消費電力化が実現される。
【0235】
【発明の効果】
本願発明を用いることにより、AM−LCDの画素部の作製において、工程数を増やすことなく保持容量の誘電体を薄くすることができ、小さい面積で大きなキャパシティを有する保持容量を形成することができる。そのため、対角1インチ以下のAM−LCDにおいても開口率を低下させることなく、十分な保持容量を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 AM−LCDの断面構造を示す図。
【図2】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図3】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図4】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図5】 画素部の上面図および回路配置を示す図。
【図6】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図7】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図8】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図9】 AM−LCDの外観を示す図。
【図10】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図11】 電子機器の一例を示す図。
【図12】 電子機器の一例を示す図。
【図13】 電子機器の一例を示す図。
【図14】 EL表示装置を示す図。
【図15】 反強誘電性混合液晶の光透過率特性の一例を示す図。
Claims (12)
- 絶縁表面上に結晶化を助長する元素を用いて結晶質半導体層を形成し、
前記結晶質半導体層に対して選択的に周期表の15族に属する元素を添加し、
熱処理により前記結晶化を助長する元素を前記周期表の15族に属する元素が添加された領域にゲッタリングし、
前記結晶質半導体層上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の一部を除去して、前記結晶化を助長する元素をゲッタリングした前記結晶質半導体層の、前記周期律表の15族に属する元素が添加された領域を露呈させ、
酸素雰囲気中にハロゲン元素を含ませた酸化性雰囲気で熱処理を行うことで、露呈された前記結晶質半導体層の、前記周期律表の15族に属する元素が添加された領域に前記絶縁膜よりも薄い、前記結晶質半導体層の熱酸化膜を形成するとともに、前記結晶質半導体層が有する結晶粒内の欠陥を修復し、
前記絶縁膜の直上に第1の配線を形成すると同時に前記熱酸化膜の直上に第2の配線を形成することで、前記周期表の15族に属する元素が添加されていない領域を活性層とし、前記絶縁膜をゲート絶縁膜とし、前記第1の配線をゲート配線とするTFTを形成するとともに、前記結晶化を助長する元素をゲッタリングした前記結晶質半導体層の一部を下部電極とし、前記熱酸化膜を誘電体とし、前記第2の配線を上部配線とする保持容量を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 絶縁表面上に結晶化を助長する元素を用いて結晶質半導体層を形成し、
前記結晶質半導体層上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜を介して、前記結晶質半導体層に対してマスクを用いて周期表の15族に属する元素を選択的に添加し、
前記マスクを用いて前記絶縁膜の一部を除去して、前記周期表の15族に属する元素を添加された前記結晶質半導体層の一部を露呈させ、
熱処理により前記結晶化を助長する元素を前記周期表の15族に属する元素が添加された領域にゲッタリングし、
酸素雰囲気中にハロゲン元素を含ませた酸化性雰囲気で熱処理を行うことで、露呈された前記結晶質半導体層の一部に前記絶縁膜よりも薄い、前記結晶質半導体層の熱酸化膜を形成するとともに、前記結晶質半導体層が有する結晶粒内の欠陥を修復し、
前記絶縁膜の直上に第1の配線を形成すると同時に前記熱酸化膜の直上に第2の配線を形成することで、前記周期表の15族に属する元素が添加されていない領域を活性層とし、前記絶縁膜をゲート絶縁膜とし、前記第1の配線をゲート配線とするTFTを形成するとともに、前記結晶化を助長する元素をゲッタリングした前記結晶質半導体層の一部を下部電極とし、前記熱酸化膜を誘電体とし、前記第2の配線を上部配線とする保持容量を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1又は2において、
前記結晶質半導体層は、結晶質珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記結晶化を助長する元素は、ニッケル、コバルト、パラジウム、ゲルマニウム、白金、鉄又は銅のいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
前記ゲッタリングは、500℃以上650℃以下の温度で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記酸化性雰囲気で行う熱処理は、800℃以上1150℃以下の温度で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至6のいずれか一項において、
前記下部電極とした前記結晶質半導体層には、3×1019〜1×1021atoms/cm3の濃度で前記結晶化を助長する元素を含有することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至7のいずれか一項において、
前記絶縁膜の膜厚は100〜150nmであり、前記熱酸化膜の膜厚は10〜30nmであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至8のいずれか一項において、
前記TFT及び前記保持容量を覆って窒化珪素膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項1乃至9のいずれか一項において、
前記第1の配線及び前記第2の配線の形成後、前記TFTの不純物領域を形成し、
前記不純物領域を活性化するとともに前記結晶化を助長する元素を前記不純物領域へ再度のゲッタリングをするために、加熱処理を行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項10において、
前記加熱処理は、900℃以上1000℃以下の温度で行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項10又は11において、
前記再度のゲッタリングにより、前記TFTのチャネル形成領域に含まれる前記結晶化を助長する元素は、1×1016atoms/cm3以下の濃度であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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