JP2001196596A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2001196596A
JP2001196596A JP2000321794A JP2000321794A JP2001196596A JP 2001196596 A JP2001196596 A JP 2001196596A JP 2000321794 A JP2000321794 A JP 2000321794A JP 2000321794 A JP2000321794 A JP 2000321794A JP 2001196596 A JP2001196596 A JP 2001196596A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for improving the reliability of a semiconductor device, such as a thin-film transistor(TFT) superior in characteristics/reliability. SOLUTION: Related to the process of forming a semiconductor device such as a thin-film transistor on an insulating film, after a coat whose main component is aluminum nitride is formed, a semiconductor device, such as TFT is formed directly over it or formed with a film whose main component is silicon oxide film, etc., in-between. A thin-film integrated circuit, where the semiconductor device is integrated applied especially to an active matrix type liquid-crystal display, is provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に絶縁ゲイ
ト型半導体装置およびそれらが多数形成された集積回路
の信頼性を向上させる方法に関する。本発明による半導
体装置は、薄膜トランジスタ(TFT)を用いた液晶デ
ィスプレー等のアクティブマトリクスやイメージセンサ
ー等の駆動回路、あるいはSOI集積回路や従来の半導
体集積回路(マイクロプロセッサーやマイクロコントロ
ーラ、マイクロコンピュータ、あるいは半導体メモリー
等)に使用されるものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method for improving the reliability of an insulated gate semiconductor device on a substrate and an integrated circuit in which many of them are formed. The semiconductor device according to the present invention includes a driving circuit such as an active matrix such as a liquid crystal display using a thin film transistor (TFT) or an image sensor, or an SOI integrated circuit or a conventional semiconductor integrated circuit (a microprocessor, a microcontroller, a microcomputer, or a semiconductor). Memory).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、絶縁基板上、もしくは半導体基板
上であっても厚い絶縁膜によって半導体基板と隔てられ
た表面(絶縁表面)上に絶縁ゲイト型半導体装置(MI
SFET)を形成する研究が盛んに成されている。特に
半導体層(活性層)が薄膜状である半導体装置を薄膜ト
ランジスタ(TFT)という。このような半導体装置に
おいては、単結晶の半導体のような良好な結晶性を有す
る素子を得ることは困難で、通常は結晶性は有するが単
結晶でない、非単結晶の半導体を用いている。
2. Description of the Related Art In recent years, an insulating gate type semiconductor device (MI) has been formed on an insulating substrate or on a surface (insulating surface) separated from the semiconductor substrate by a thick insulating film even on a semiconductor substrate.
Research on forming SFETs has been actively conducted. In particular, a semiconductor device in which a semiconductor layer (active layer) is a thin film is called a thin film transistor (TFT). In such a semiconductor device, it is difficult to obtain an element having good crystallinity such as a single-crystal semiconductor. Usually, a non-single-crystal semiconductor which has crystallinity but is not a single crystal is used.

【0003】このような非単結晶半導体では、欠陥密度
が大きく、その欠陥を水素、フッ素のような元素によっ
て中和することによって埋めることとなり、例えば、水
素化によって、このような工程が実現された。しかし、
水素と半導体元素(シリコン等)の結合は弱く、百数十
℃の熱エネルギーによって分解してしまうものであっ
た。このため、長時間にわたって、電圧、電流が印加さ
れ、半導体が局所的にも発熱すると容易に水素が離脱
し、そのために特性が著しく劣化した。特に、大きな電
流を制御するTFT、例えば、アクティブマトリクス回
路とそれを駆動するための周辺回路とを有するモノリシ
ック型アクティブマトリクス回路において、周辺回路の
ドライバーTFTはチャネル幅が200μm以上もあ
り、大きな電流をオン/オフすることから大きな熱源と
なっていた。
In such a non-single-crystal semiconductor, the defect density is large, and the defect is filled by neutralizing the defect with an element such as hydrogen or fluorine. For example, such a process is realized by hydrogenation. Was. But,
The bond between hydrogen and a semiconductor element (such as silicon) was weak, and was decomposed by thermal energy of one hundred and several tens of degrees Celsius. For this reason, when a voltage and a current are applied for a long time and the semiconductor locally generates heat, hydrogen is easily released, and the characteristics are remarkably deteriorated. In particular, in a TFT for controlling a large current, for example, in a monolithic active matrix circuit having an active matrix circuit and a peripheral circuit for driving the same, the driver TFT of the peripheral circuit has a channel width of 200 μm or more, so that a large current can be generated. Turning on / off was a major heat source.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この課題に
鑑みてなされたもので、装置使用時に発生する局所的な
熱を迅速に放散して、該薄膜回路装置全体を均熱化すべ
き半導体装置の構造およびそのような半導体装置を製造
する方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is intended to quickly dissipate local heat generated during use of a device and to uniformly heat the entire thin film circuit device. It is an object to provide a structure of the device and a method for manufacturing such a semiconductor device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の第1は、薄膜状
半導体装置において、基板上に窒化アルミニウムを主成
分とする被膜と、その上に直接もしくは間接にシリコン
を主成分とする半導体被膜と、その上に直接もしくは間
接に金属、半導体等の配線とを有することを特徴とす
る。また、本発明はこのような構成を有する薄膜状半導
体装置を作製するための方法にも関し、本発明の第2
は、基板上、特に熱伝導の悪い、保温性のよいガラス基
板上に、窒化アルミニウムを主成分とする被膜を形成す
る工程と、その上に直接もしくは間接にシリコンを主成
分とする半導体被膜を形成する工程と、その上に直接も
しくは間接に金属、半導体等の配線を形成する工程とを
有することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a thin film semiconductor device in which a film mainly composed of aluminum nitride is formed on a substrate and a semiconductor film mainly composed of silicon is directly or indirectly formed thereon. And a wiring such as a metal or a semiconductor directly or indirectly provided thereon. The present invention also relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device having such a configuration.
Is a process of forming a film containing aluminum nitride as a main component on a substrate, particularly a glass substrate having poor heat conductivity and good heat insulation, and directly or indirectly forming a semiconductor film containing silicon as a main component on the glass substrate. The method is characterized by including a forming step and a step of directly or indirectly forming a wiring of metal, semiconductor, or the like thereon.

【0006】窒化アルミニウムは極めて熱伝導性に優
れ、また、可視光や近紫外線に対して透明(光学バンド
ギャップ6.2eV)であるので、透明度を要求される
目的にも適している。窒化アルミニウムはスパッタ法や
反応性スパッタ法、MOCVD(有機金属気相成長)
法、プラズマCVD法によって堆積される。反応性スパ
ッタ法によって窒化アルミニウム膜を得るには、アルミ
ニウムをターゲットとして、窒素雰囲気中でおこなうと
よい。本発明のごとく、十分な放熱をおこなう目的に
は、窒化アルミニウムの膜厚は、500・〜5μm、代
表的には、1000〜〜5000・が好ましかった。5
μm以上の厚い窒化アルミニウムは剥がれやすく使用に
適さなかった。
Aluminum nitride has extremely excellent thermal conductivity and is transparent (visible band gap: 6.2 eV) to visible light and near-ultraviolet light, so that it is suitable for purposes requiring transparency. Aluminum nitride is sputtered, reactive sputtered, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition)
And a plasma CVD method. In order to obtain an aluminum nitride film by a reactive sputtering method, it is preferable to use aluminum as a target in a nitrogen atmosphere. As in the present invention, for sufficient heat radiation, the thickness of the aluminum nitride is preferably from 500 to 5 μm, typically from 1,000 to 5,000. 5
Aluminum nitride having a thickness of μm or more was easily peeled off and was not suitable for use.

【0007】さらに、窒化アルミニウム膜はナトリウム
等の可動イオンに対してブロッキング効果を有するの
で、基板からこれらのイオンが半導体装置中に侵入する
ことを防止する効果も有していた。また、窒化アルミニ
ウム被膜の窒素とアルミニウムの比率は、熱伝導に問題
のない範囲で化学量論比でも、非化学量論比でもよい。
典型的には、窒素とアルミニウムの比率は、(アルミニ
ウム/窒素)=0.9〜1.4が好ましく、また、熱伝
導度が0.6W/cmK以上(窒化アルミニウム単結晶
の熱伝導度は2W/cmK)であると好ましい結果が得
られた。
Further, since the aluminum nitride film has a blocking effect on mobile ions such as sodium, it also has an effect of preventing these ions from entering the semiconductor device from the substrate. The ratio of nitrogen to aluminum in the aluminum nitride film may be a stoichiometric ratio or a non-stoichiometric ratio as long as there is no problem in heat conduction.
Typically, the ratio of nitrogen to aluminum is preferably (aluminum / nitrogen) = 0.9 to 1.4, and the thermal conductivity is 0.6 W / cmK or more (the thermal conductivity of the aluminum nitride single crystal is 2W / cmK), favorable results were obtained.

【0008】また、窒素とアルミニウムの比率を変える
ことによって、被膜の応力を最適化してもよい。さら
に、窒素とアルミニウム以外に、微量のホウ素、シリコ
ン、炭素、酸素等を0.01〜20原子%、添加するこ
とによっても基板との応力のマッチング、最適化、応力
歪みの最小化が可能である。また、この窒化アルミニウ
ムを主成分とする被膜は結晶性でも非晶質でもよい。
[0008] The stress of the coating may be optimized by changing the ratio of nitrogen to aluminum. Further, by adding a small amount of boron, silicon, carbon, oxygen, etc. in an amount of 0.01 to 20 atomic% in addition to nitrogen and aluminum, it is possible to match, optimize, and minimize stress distortion with a substrate. is there. The coating containing aluminum nitride as a main component may be crystalline or amorphous.

【0009】熱伝導度を向上させる目的には、ダイヤモ
ンド系の材料(例えば、多結晶ダイヤモンド薄膜、硬質
炭素膜、ダイヤモンド状炭素膜等)を用いることが通
常、考えられるが、本発明の目的とするような微小な領
域では、ダイヤモンド系材料は一般に酸化珪素系の材料
との密着性が良くないので十分な効果が得られない。ま
た、ブロッキング層、パッシベーション層として通常の
半導体プロセスで良く用いられる窒化珪素膜は熱伝導度
が低いので本発明を実施するには適当でない。以下表1
に、主要な薄膜材料の特性を比較した。(○は優れてい
る。△は中程度、×は劣っていることを示す。)
For the purpose of improving the thermal conductivity, it is usually considered to use a diamond-based material (for example, a polycrystalline diamond thin film, a hard carbon film, a diamond-like carbon film, etc.). In such a minute region, a diamond-based material generally has poor adhesion to a silicon oxide-based material, so that a sufficient effect cannot be obtained. In addition, a silicon nitride film often used as a blocking layer and a passivation layer in an ordinary semiconductor process has a low thermal conductivity and is not suitable for implementing the present invention. Table 1 below
Next, the characteristics of the main thin film materials were compared. (O is excellent, Δ is medium, and X is inferior.)

【0010】[0010]

【表1】 [Table 1]

【0011】本発明においては、金属や半導体の配線
(ゲイト配線等)から発生する熱はその下に存在する半
導体被膜(活性層等)に伝達し、また、半導体被膜に電
流が通じることによっても発熱し、半導体被膜の温度が
上昇するが、そこに滞留することなく、速やかにその下
にある窒化アルミニウム被膜に伝達され、よって、上記
配線および半導体被膜の温度は低く抑えられ、半導体被
膜からの水素離脱が減少する。特に、TFTのドレイン
−チャネル間での高い逆バイアス電圧の印加によるホッ
トキャリヤの発生による局所的発熱による局所的な劣化
を均熱化によって抑えることができる。
In the present invention, heat generated from a metal or semiconductor wiring (gate wiring or the like) is transmitted to an underlying semiconductor film (active layer or the like), and also a current flows through the semiconductor film. Heat is generated, and the temperature of the semiconductor film rises. However, without staying there, the temperature is quickly transmitted to the aluminum nitride film thereunder. Hydrogen desorption is reduced. In particular, local deterioration due to local heat generation due to generation of hot carriers due to application of a high reverse bias voltage between the drain and channel of the TFT can be suppressed by soaking.

【0012】本発明において、半導体被膜を窒化アルミ
ニウム被膜上に直接堆積することは、密着性は良いもの
の、半導体のキャリヤが窒化アルミニウム中に捕獲さ
れ、この捕獲されたキャリヤ(捕獲中心)による寄生チ
ャネルが発生しやすく、結果として、半導体被膜の電気
特性に悪影響を与えるため好ましくなかった。かかる捕
獲中心を除去できるのであれば問題はないが、容易に除
去できないのであれば、、酸化珪素被膜のように半導体
被膜に対して、電気的、化学的に好ましい材料(酸化珪
素膜は窒化アルミニウム膜に比較して捕獲中心の密度は
数十分の1しかない)を両被膜の間に設けることが好ま
しかった。さらに、酸化珪素膜においては、応力緩和の
効果も期待できる。
In the present invention, depositing a semiconductor film directly on an aluminum nitride film is advantageous in that although the adhesion is good, a semiconductor carrier is trapped in the aluminum nitride and a parasitic channel formed by the trapped carrier (capture center). Are apt to occur and, as a result, adversely affect the electrical characteristics of the semiconductor film, which is not preferable. There is no problem if such trapping centers can be removed, but if it cannot be easily removed, a material that is electrically and chemically preferable to a semiconductor film such as a silicon oxide film (a silicon oxide film is made of aluminum nitride Preferably, the density of the capture centers is only a few tens of minutes compared to the film) between the two films. Further, in the silicon oxide film, an effect of stress relaxation can be expected.

【0013】また、窒化アルミニウムの上に窒化珪素膜
を100〜1000・、例えば、200・形成し、その
上に酸化珪素膜を100〜2000・、例えば、200
・形成してもよかった。本発明においては、ゲイト電極
の材料としては、シリコン(不純物がドーピングされて
導電性が高められたものを含む)、アルミニウム、タン
タル、クロム、タングステン、モリブテン等の単体、あ
るいはそれらの合金、もしくは多層膜を用いればよい。
また、実施例に示すように、その表面を酸化してもよ
い。
Further, a silicon nitride film is formed on aluminum nitride in a thickness of 100 to 1000, for example, 200, and a silicon oxide film is formed thereon in a thickness of 100 to 2,000, for example, 200.
・ It was good to form. In the present invention, as a material of the gate electrode, a simple substance such as silicon (including a substance whose conductivity is increased by doping impurities), aluminum, tantalum, chromium, tungsten, molybdenum, or an alloy thereof, or a multilayer thereof is used. A film may be used.
Further, as shown in the embodiment, the surface may be oxidized.

【0014】さらに、窒化アルミニウムはフッ素系のエ
ッチャントではエッチングされず、したがって、酸化珪
素やシリコン、アルミニウム等の通常の半導体プロセス
で用いられる材料をエッチングする方法ではエッチング
されないので、これを積極的にエッチングストッパーと
して用いてもよい。すなわち、TFTのソース、ドレイ
ンのコンタクトとしては、ソース、ドレインの上面のみ
ならず、側面をもコンタクトとして用いることができ
る。例えば、コンタクトホールをソース、ドレインから
はみ出して形成しても、窒化アルミニウムがエッチング
ストッパーとなって、基板がエッチングされることがな
い。
Further, aluminum nitride is not etched by a fluorine-based etchant, and is not etched by a method of etching a material used in a normal semiconductor process such as silicon oxide, silicon, or aluminum. It may be used as a stopper. That is, as the contact of the source and the drain of the TFT, not only the upper surface but also the side surface of the source and the drain can be used as the contact. For example, even when the contact hole is formed to extend from the source and the drain, the substrate is not etched by the aluminum nitride serving as an etching stopper.

【0015】結果として、従来よりもソース、ドレイン
領域を小さく形成できるので、回路の集積化にとって有
利である。また、このことは、逆に、コンタクトホール
を大きくすることが可能であることをも意味し、より確
実なコンタクトを得ることができるので、量産性、信頼
性にとっても有利である。
As a result, the source and drain regions can be formed smaller than before, which is advantageous for circuit integration. On the other hand, this also means that the contact hole can be enlarged, and a more reliable contact can be obtained, which is advantageous for mass productivity and reliability.

【0016】[0016]

【実施例】〔実施例1〕 本発明によって、TFTを作
製する例を図1に示す。まず、基板(コーニング705
9ガラス基板、大きさは300mm×300mmもしく
は100mm×100mm)101上に、厚さ2000
〜5000・の窒化アルミニウム膜102を反応性スパ
ッタ法によって堆積した。アルミニウムをターゲットと
して、窒素とアルゴンの雰囲気でスパッタリングをおこ
なった。窒素の割合は20%以上とすると良好な熱伝導
性を有する被膜が得られた。スパッタ時の圧力は、1×
10−4〜1×10−2Torrで好ましい結果が得ら
れた。成膜速度は20〜200・/分だった。また、成
膜の際には基板温度を100〜500℃に上昇させても
よい。
[Embodiment 1] FIG. 1 shows an example of manufacturing a TFT according to the present invention. First, a substrate (Corning 705)
9 glass substrate, size 300mm x 300mm or 100mm x 100mm) 101, thickness 2000
An aluminum nitride film 102 having a thickness of 55000 · was deposited by a reactive sputtering method. Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon with aluminum as a target. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. The pressure during sputtering is 1 ×
Preferred results were obtained at 10-4 to 1 x 10-2 Torr. The film forming speed was 20 to 200 / min. Further, at the time of film formation, the substrate temperature may be raised to 100 to 500 ° C.

【0017】窒化アルミニウム膜102は基板の両面に
形成した。これは、基板中に含有されている、あるいは
出荷後に表面に付着したナトリウム等の異元素がTFT
の特性を劣化させないように封じ込める意味とともに、
基板を強化して表面に傷が付きにくくする効果がある。
特に、TFTをアクティブマトリクス方式の液晶表示装
置に使用すると、TFTの設けられていない面は外部環
境と接するのであるが、この面には微細な傷が付きやす
く、このような傷は光を乱反射して、画面を暗くする。
The aluminum nitride film 102 was formed on both sides of the substrate. This is because foreign elements such as sodium contained in the substrate or adhered to the surface after shipping are TFT
With the meaning of containing so as not to deteriorate the characteristics of
This has the effect of strengthening the substrate and making the surface less likely to be scratched.
In particular, when a TFT is used in an active matrix type liquid crystal display device, the surface on which the TFT is not provided comes into contact with the external environment, but this surface is apt to be finely scratched. And darken the screen.

【0018】次に、窒化アルミニウムが形成されたガラ
ス基板を600〜680℃、例えば、640℃で4〜1
2時間、窒素、アンモニア(NH3 )、もしくは亜酸
化窒素(N2 O)の雰囲気中でアニールした。そし
て、0.01〜0.5℃/分、例えば、0.2℃/分で
徐冷し、350〜450℃まで温度が低下したところで
取り出した。この工程によって、反応性スパッタ直後に
は黄色く着色していた基板が透明になり、また、電気的
な絶縁性も向上した。さらに、このアニール工程では、
ガラス基板の熱的な収縮が発生し、応力が緩和した結
果、不可逆的な収縮が減少した。そのため、その後の熱
処理工程において基板の縮みがなくなり、マスクずれが
著しく減少した。
Next, the glass substrate on which the aluminum nitride is formed is heated at 600 to 680 ° C., for example, 640 ° C. for 4 to 1 hour.
Annealing was performed for 2 hours in an atmosphere of nitrogen, ammonia (NH3), or nitrous oxide (N2O). And it cooled slowly at 0.01-0.5 degreeC / min, for example, 0.2 degreeC / min, and took out when the temperature fell to 350-450 degreeC. By this step, the substrate that was colored yellow immediately after the reactive sputtering became transparent, and the electrical insulation was improved. Furthermore, in this annealing step,
As a result of the thermal contraction of the glass substrate and the relaxation of the stress, the irreversible contraction was reduced. For this reason, in the subsequent heat treatment step, shrinkage of the substrate was eliminated, and mask displacement was significantly reduced.

【0019】上記アニール終了後、TFTを形成する面
に下地酸化膜103として厚さ2000〜500・の酸
化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、
酸素雰囲気中でのスパッタ法やTEOSを酸素雰囲気の
プラズマCVD法で分解・堆積した。さらに、このよう
にして形成した膜を450〜650℃でアニールしても
よい。
After the above annealing, a silicon oxide film having a thickness of 2000 to 500.multidot. Was formed as a base oxide film 103 on the surface on which the TFT was to be formed. As a method of forming this oxide film,
Sputtering in an oxygen atmosphere and TEOS were decomposed and deposited by plasma CVD in an oxygen atmosphere. Further, the film thus formed may be annealed at 450 to 650 ° C.

【0020】その後、図1(A)において、プラズマC
VD法やLPCVD法によってアモルファス状のシリコ
ン膜を100〜1500・、好ましくは300〜800
・堆積し、これをパターニングして、島状シリコン領域
104を形成した。そして、厚さ200〜1500・、
好ましくは500〜1000・の酸化珪素105を形成
した。この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能す
る。そのためその作製には十分な注意が必要である。こ
こでは、TEOSを原料とし、酸素とともに基板温度1
50〜600℃、好ましくは300〜450℃で、RF
プラズマCVD法で分解・堆積した。TEOSと酸素の
圧力比は1:1〜1:3、また、圧力は0.05〜0.
5torr、RFパワーは100〜250Wとした。あ
るいはTEOSを原料としてオゾンガスとともに減圧C
VD法もしくは常圧CVD法によって、基板温度を35
0〜600℃、好ましくは400〜550℃として形成
した。成膜後、酸素もしくはオゾンの雰囲気で400〜
600℃で30〜60分アニールした。
Thereafter, as shown in FIG.
An amorphous silicon film is formed in a thickness of 100 to 1500, preferably 300 to 800 by a VD method or an LPCVD method.
Deposit and pattern this to form island-shaped silicon regions 104. And the thickness 200 ~ 1500
Preferably, 500 to 1000 silicon oxide 105 is formed. This silicon oxide film also functions as a gate insulating film. Therefore, sufficient care is required for its production. Here, TEOS is used as a raw material, and a substrate temperature of 1 with oxygen.
RF at 50-600 ° C., preferably 300-450 ° C.
Decomposed and deposited by plasma CVD. The pressure ratio between TEOS and oxygen is 1: 1 to 1: 3, and the pressure is 0.05 to 0.
The RF power was set to 100 to 250 W at 5 torr. Alternatively, decompression C using TEOS as a raw material together with ozone gas
The substrate temperature is set to 35 by the VD method or the normal pressure CVD method.
It formed as 0-600 degreeC, Preferably it was 400-550 degreeC. After film formation, 400 ~ in oxygen or ozone atmosphere
Annealed at 600 ° C. for 30 to 60 minutes.

【0021】そして、図1(A)に示すようにKrFエ
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、シリコン領域104を結晶化させ
た。レーザーのエネルギー密度は200〜400mJ/
cm2 、好ましくは250〜300mJ/cm2 と
し、また、レーザー照射の際には基板を300〜500
℃に加熱した。このようにして形成されたシリコン膜1
04の結晶性をラマン散乱分光法によって調べたとこ
ろ、単結晶シリコンのピーク(521cm−1)とは異
なって、515cm−1付近に比較的ブロードなピーク
が観測された。その後、水素中で350℃で2時間アニ
ールした。
Then, as shown in FIG. 1A, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 ns)
ec) was irradiated to crystallize the silicon region 104. Laser energy density is 200-400mJ /
cm 2, preferably 250 to 300 mJ / cm 2, and the substrate is irradiated with a laser at 300 to 500 mJ / cm 2.
Heated to ° C. The silicon film 1 thus formed
When the crystallinity of No. 04 was examined by Raman scattering spectroscopy, a relatively broad peak near 515 cm −1 was observed, unlike the peak of single crystal silicon (521 cm −1). Thereafter, annealing was performed at 350 ° C. for 2 hours in hydrogen.

【0022】その後、厚さ2000・〜1μmのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、ゲイト電極106を形成した。アルミ
ニウムにはスカンジウム(Sc)を0.15〜0.2重
量%ドーピングしておいてもよい。次に基板をpH・
7、1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸
し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極を陽極
として、陽極酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一定
電流で220Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持
して終了した。本実施例では定電流状態では、電圧の上
昇速度は2〜5V/分が適当であった。このようにし
て、厚さ1500〜3500・、例えば、2000・の
陽極酸化物107を形成した。(図1(B))
Thereafter, an aluminum film having a thickness of 2000 to 1 μm was formed by an electron beam evaporation method, and this was patterned to form a gate electrode 106. Aluminum may be doped with scandium (Sc) by 0.15 to 0.2% by weight. Next, the substrate is
7, immersed in an ethylene glycol solution of 1 to 3% tartaric acid, and anodized using platinum as a cathode and the aluminum gate electrode as an anode. The anodization was completed by first increasing the voltage to 220 V with a constant current and maintaining the state for one hour. In the present embodiment, in the constant current state, the voltage rising speed is suitably 2 to 5 V / min. Thus, the anodic oxide 107 having a thickness of 1500 to 3500., for example, 2000, was formed. (FIG. 1 (B))

【0023】その後、イオンドーピング法(プラズマド
ーピング法ともいう)によって、各TFTの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物(燐)を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン(PH3 )を用いた。ドーズ量は、1〜4×1
015cm−2とした。
Thereafter, an impurity (phosphorus) was implanted into the island-like silicon film of each TFT in a self-aligned manner by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method) using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH3) was used as a doping gas. Dose amount is 1-4 × 1
015 cm-2.

【0024】さらに、図1(C)に示すようにKrFエ
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶
性の劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーのエ
ネルギー密度は150〜400mJ/cm2 、好まし
くは200〜250mJ/cm2 であった。こうし
て、N型不純物(燐)領域108、109を形成した。
これらの領域のシート抵抗は200〜800Ω/□であ
った。本工程において、レーザーを用いるかわりに、フ
ラッシュランプを使用して短時間に1000〜1200
℃(シリコンモニターの温度)まで上昇させ、試料を加
熱する、いわゆるRTP(ラピッド・サーマル・プロセ
ス)を用いてもよい。
Further, as shown in FIG. 1C, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 ns)
ec) was applied to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity was deteriorated by the introduction of the impurity region. The energy density of the laser was 150 to 400 mJ / cm2, preferably 200 to 250 mJ / cm2. Thus, N-type impurity (phosphorus) regions 108 and 109 were formed.
The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □. In this step, instead of using a laser, a flash lamp is used in a short
C. (temperature of the silicon monitor) and then heating the sample, so-called RTP (rapid thermal process) may be used.

【0025】その後、全面に層間絶縁物110として、
TEOSを原料として、これと酸素とのプラズマCVD
法、もしくはオゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CV
D法によって酸化珪素膜を厚さ3000・形成した。基
板温度は250〜450℃、例えば、350℃とした。
成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化珪素膜を機
械的に研磨した。さらに、スパッタ法によってITO被
膜を堆積し、これをパターニングして画素電極111と
した。(図1(D))
Then, an interlayer insulator 110 is formed on the entire surface.
Plasma CVD of TEOS as raw material and oxygen
Method, reduced pressure CVD method with ozone, or normal pressure CV
A silicon oxide film having a thickness of 3000 was formed by Method D. The substrate temperature was 250 to 450 ° C, for example, 350 ° C.
After the film formation, the silicon oxide film was mechanically polished to obtain a flat surface. Further, an ITO film was deposited by a sputtering method, and this was patterned to obtain a pixel electrode 111. (Fig. 1 (D))

【0026】そして、層間絶縁物110をエッチングし
て、図1(E)に示すようにTFTのソース/ドレイン
にコンタクトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタ
ンの配線112、113を形成し、配線113は画素電
極111に接続させた。なお、この際には、図1(F)
に示すようにソース/ドレイン領域(島状シリコン)を
はみだしてコンタクトホールを形成してもよい。この場
合にはコンタクトホールのうち、島状シリコンをはみだ
した面積は30〜70%であった。この場合には、ソー
ス/ドレインの上面のみならず、側面においてもコンタ
クトが形成される。以下、このようなコンタクトをトッ
プサイドコンタクトと称する。従来の構造において、ト
ップサイドコンタクトを形成しようとすれば、層間絶縁
物のエッチング工程によって、島状シリコン以外の部分
の下地の酸化珪素膜、さらには、基板までエッチングさ
れたが、本実施例では、窒化アルミニウム膜102がエ
ッチングストッパーとなって、ここでエッチングが止ま
る。
Then, the interlayer insulator 110 is etched to form contact holes in the source / drain of the TFT as shown in FIG. 1E, and wires 112 and 113 of chromium or titanium nitride are formed. Was connected to the pixel electrode 111. In this case, FIG. 1 (F)
As shown in (1), the contact hole may be formed by protruding the source / drain region (island-like silicon). In this case, the area of the contact holes protruding from the island-shaped silicon was 30 to 70%. In this case, the contact is formed not only on the upper surface of the source / drain but also on the side surface. Hereinafter, such a contact is referred to as a top side contact. In the conventional structure, if an attempt is made to form a top side contact, the silicon oxide film underlying the portion other than the island-shaped silicon and further the substrate are etched by the step of etching the interlayer insulator, but in this embodiment, The aluminum nitride film 102 serves as an etching stopper, and the etching stops here.

【0027】通常の場合には、コンタクトホールの大き
さは、ソース/ドレインよりも小さくする必要があった
が、トップサイドコンタクトにおいては、逆にアイラン
ドの大きさをコンタクトホールのよりも小さくでき、結
果として、アイランドの微細化できる。また、逆にコン
タクホールを大きくすることができるので、量産性、信
頼性を高めることができた。最後に、水素中で300〜
400℃で0.1〜2時間アニールして、シリコンの水
素化を完了した。このようにして、TFTが完成した。
同時に作製した多数のTFTをマトリクス状に配列せし
めてアクティブマトリクス型液晶表示装置とした。
In the normal case, the size of the contact hole needs to be smaller than that of the source / drain. However, in the case of the top side contact, the size of the island can be made smaller than that of the contact hole. As a result, the island can be miniaturized. On the contrary, since the contact hole can be enlarged, mass productivity and reliability can be improved. Finally, 300 ~
Annealing was performed at 400 ° C. for 0.1 to 2 hours to complete hydrogenation of silicon. Thus, the TFT was completed.
A large number of TFTs manufactured at the same time were arranged in a matrix to form an active matrix type liquid crystal display device.

【0028】〔実施例2〕 本発明によって、TFTを
作製する例を図2に示す。まず、基板(NHテクノグラ
ス社製NA35ガラス)201上に、厚さ1000・〜
5μmの窒化アルミニウム膜202を反応性スパッタ法
によって堆積した。アルミニウムをターゲットとして、
窒素とアルゴンの雰囲気でスパッタリングをおこなっ
た。窒素の割合は20%以上とすると良好な熱伝導性を
有する被膜が得られた。スパッタ時の圧力は、1×10
−4〜1×10−2Torrで好ましい結果が得られ
た。成膜速度は20〜200・/分だった。また、成膜
の際には基板温度を100〜500℃に上昇させてもよ
い。
Embodiment 2 FIG. 2 shows an example of manufacturing a TFT according to the present invention. First, on a substrate (NA35 glass manufactured by NH Techno Glass) 201, a thickness of 1000
An aluminum nitride film 202 of 5 μm was deposited by a reactive sputtering method. Targeting aluminum,
Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. The pressure during sputtering is 1 × 10
Preferred results were obtained at -4 to 1 x 10-2 Torr. The film forming speed was 20 to 200 / min. Further, at the time of film formation, the substrate temperature may be raised to 100 to 500 ° C.

【0029】次に、下地酸化膜203として厚さ100
〜1000・、例えば、500・の酸化珪素膜を形成し
た。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中での
スパッタ法やTEOSを酸素雰囲気のプラズマCVD法
で分解・堆積した。その後、この膜を550〜700
℃、例えば、650℃で4時間、亜酸化窒素(N2
O)を20%含む窒素雰囲気中でアニールした。かくす
ると、窒化アルミニウム膜は透明になり、かつ、その上
の酸化珪素膜を高密度化することができた。
Next, as the base oxide film 203, a thickness of 100
A silicon oxide film having a thickness of 1000 to 1000, for example, 500 was formed. As a method of forming the oxide film, a sputtering method in an oxygen atmosphere or TEOS was decomposed and deposited by a plasma CVD method in an oxygen atmosphere. Thereafter, this film is 550-700
For example, at 650 ° C. for 4 hours.
Annealing was performed in a nitrogen atmosphere containing 20% of O). As a result, the aluminum nitride film became transparent, and the silicon oxide film thereon could be densified.

【0030】その後、プラズマCVD法やLPCVD法
によってアモルファス状のシリコン膜を200〜150
0・、好ましくは300〜800・堆積し、600℃の
窒素雰囲気中で48時間アニールした。こうして得られ
た結晶性シリコン膜をパターニングして、島状シリコン
領域204を形成した。そして、ゲイト絶縁膜207と
して、厚さ200〜1500・、好ましくは500〜1
000・の酸化珪素を形成した。
Thereafter, an amorphous silicon film is formed by plasma CVD or LPCVD to a thickness of 200 to 150 nm.
0., preferably 300 to 800., and annealed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 48 hours. The crystalline silicon film thus obtained was patterned to form an island-shaped silicon region 204. Then, as the gate insulating film 207, a thickness of 200 to 1500.
000 silicon oxide was formed.

【0031】そして、厚さ2000・〜5μmの燐が添
加されたシリコン膜を減圧CVD法によって形成して、
これをパターニングし、ゲイト電極209、および配線
208を形成した。その後、イオンドーピング法(プラ
ズマドーピング法ともいう)によって、TFTの島状シ
リコン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的
に不純物(燐)を注入した。ドーピングガスとしてはフ
ォスフィン(PH3)を用いた。ドーズ量は、1〜8×
1015cm−2とした。
Then, a silicon film doped with phosphorus having a thickness of 2000.about.5 .mu.m is formed by a low pressure CVD method.
This was patterned to form a gate electrode 209 and a wiring 208. Thereafter, an impurity (phosphorus) was implanted in a self-aligned manner into the island-like silicon film of the TFT by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method) using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH3) was used as a doping gas. Dose amount is 1-8 ×
It was 1015 cm-2.

【0032】さらに、KrFエキシマーレーザー(波長
248nm、パルス幅20nsec)を照射して、上記
不純物領域の導入によって、結晶性の劣化した部分の結
晶性を改善させた。レーザーのエネルギー密度は150
〜400mJ/cm2 、好ましくは200〜250m
J/cm2 であった。こうして、N型不純物(燐)領
域205、206を形成した。これらの領域のシート抵
抗は200〜800Ω/□であった。(図2(A))
Further, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was irradiated to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity was deteriorated by introducing the impurity region. Laser energy density is 150
400400 mJ / cm 2, preferably 200 to 250 m
J / cm2. Thus, N-type impurity (phosphorus) regions 205 and 206 were formed. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □. (Fig. 2 (A))

【0033】その後、全面に層間絶縁物210としてプ
ラズマCVD法、もしくは減圧CVD法あるいは常圧C
VD法によって酸化珪素膜を厚さ3000・形成した。
さらに、フォトレジスト211を選択的に形成した。こ
のようなフォトレジストは、配線の交差する部分もしく
は配線にコンタクトが設けられる部分に形成すると良
い。(図2(B)) そして、図2(C)に示すように、フォトレジスト21
1をマスクとして、層間絶縁物210、ゲイト絶縁物2
07、さらに下地酸化珪素膜203をエッチングした。
下地酸化珪素膜はエッチングされたが、窒化アルミニウ
ム膜がストッパーとなって基板はエッチングされなかっ
た。このため、平坦な表面が得られた。(図2(C))
Thereafter, a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a normal pressure C
A silicon oxide film having a thickness of 3000 was formed by the VD method.
Further, a photoresist 211 was selectively formed. Such a photoresist is preferably formed at a portion where the wiring intersects or a portion where the wiring is provided with a contact. (FIG. 2B) Then, as shown in FIG.
1 as a mask, an interlayer insulator 210, a gate insulator 2
07, the underlying silicon oxide film 203 was etched.
The underlying silicon oxide film was etched, but the substrate was not etched with the aluminum nitride film as a stopper. For this reason, a flat surface was obtained. (Fig. 2 (C))

【0034】そして、配線材料としてチタン膜(厚さ2
000・〜5μm)を形成し、これをパターニングし
て、TFTのソース、ドレインに接続する配線212、
213を形成した。さらに、ITOを選択的に形成して
画素電極214とした。最後に、このようにして処理し
た基板を1気圧、350℃の水素中で30分間アニール
して、水素化を完了した。このようにして、TFTが完
成した。同時に作製した多数のTFTをマトリクス状に
配列せしめてアクティブマトリクス型液晶表示装置とし
た。
Then, a titanium film (having a thickness of 2
000.about.5 .mu.m), and patterning the same to form a wiring 212 connecting to the source and drain of the TFT.
213 were formed. Further, ITO was selectively formed to form a pixel electrode 214. Finally, the substrate thus treated was annealed in hydrogen at 1 atm and 350 ° C. for 30 minutes to complete the hydrogenation. Thus, the TFT was completed. A large number of TFTs manufactured at the same time were arranged in a matrix to form an active matrix type liquid crystal display device.

【0035】〔実施例3〕 本発明によって、TFTを
作製する例を図3に示す。本実施例のTFTは、アクテ
ィブマトリクス回路とそれを駆動するための周辺回路を
有するモノリシック型アクティブマトリクス回路におけ
る周辺回路のTFT、特にチャネル幅が200〜800
μmのドライバーTFTに関するものである。このよう
なドライバーTFTは大きな電流を制御することから発
熱量が大きい。そのため、本発明の下地膜による迅速な
熱の放散が望まれる。
Embodiment 3 FIG. 3 shows an example of manufacturing a TFT according to the present invention. The TFT of this embodiment is a TFT of a peripheral circuit in a monolithic active matrix circuit having an active matrix circuit and a peripheral circuit for driving the active matrix circuit, particularly, a channel width of 200 to 800.
This relates to a driver TFT of μm. Such a driver TFT generates a large amount of heat because it controls a large current. Therefore, rapid heat dissipation by the base film of the present invention is desired.

【0036】まず、基板(コーニング7059)301
上に、厚さ2000〜5000・の窒化アルミニウム膜
302を反応性スパッタ法によって堆積した。アルミニ
ウムをターゲットとして、窒素とアルゴンの雰囲気でス
パッタリングをおこなった。窒素の割合は20%以上と
すると良好な熱伝導性を有する被膜が得られた。スパッ
タ時の圧力は、1×10−4〜1×10−2Torrで
好ましい結果が得られた。成膜速度は20〜200・/
分だった。また、成膜の際には基板温度を100〜50
0℃に上昇させてもよい。
First, the substrate (Corning 7059) 301
An aluminum nitride film 302 having a thickness of 2000 to 5000 * was deposited thereon by a reactive sputtering method. Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon with aluminum as a target. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. A favorable result was obtained when the pressure during sputtering was 1 × 10 −4 to 1 × 10 −2 Torr. The deposition rate is 20 to 200
Minutes. When forming the film, the substrate temperature is set to 100 to 50.
It may be raised to 0 ° C.

【0037】次に、下地酸化膜303として厚さ100
0〜2000・の酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の
形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法やTE
OSを酸素雰囲気のプラズマCVD法を用いればよい。
その後、プラズマCVD法やLPCVD法によってアモ
ルファス状のシリコン膜を1000〜3000・、好ま
しくは1000〜1500・堆積し、600℃の窒素雰
囲気中で48時間アニールした。こうして得られた結晶
性シリコン膜をパターニングして、島状シリコン領域3
04を形成した。そして、ゲイト絶縁膜305として、
厚さ200〜1500・、好ましくは500〜1000
・の酸化珪素を形成した。
Next, as the base oxide film 303, a thickness of 100
A silicon oxide film of 0 to 2000 · was formed. As a method for forming this oxide film, a sputtering method in an oxygen atmosphere or a TE method
The OS may be a plasma CVD method in an oxygen atmosphere.
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited at 1000 to 3000, preferably 1000 to 1500 by plasma CVD or LPCVD, and annealed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 48 hours. The crystalline silicon film thus obtained is patterned to form island-like silicon regions 3.
04 was formed. Then, as the gate insulating film 305,
200 to 1500 thickness, preferably 500 to 1000
-Silicon oxide was formed.

【0038】そして、厚さ2000・〜5μmのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、さらに、実施例1と同様の条件で陽極
酸化処理を施して、ゲイト電極306、および配線30
7を形成した。(図3(A)) その後、イオンドーピング法(プラズマドーピング法と
もいう)によって、TFTの島状シリコン膜中に、ゲイ
ト電極部をマスクとして自己整合的に不純物(燐)を注
入した。ドーピングガスとしてはフォスフィン(PH3
)を用いた。ドーズ量は、2〜8×1015cm−2
とした。(図3(B))
Then, an aluminum film having a thickness of 2000.about.5 .mu.m is formed by an electron beam evaporation method, patterned, and further subjected to an anodic oxidation treatment under the same conditions as in the first embodiment. And wiring 30
7 was formed. (FIG. 3A) After that, an impurity (phosphorus) was implanted in a self-aligned manner into the island-like silicon film of the TFT by ion doping (also called plasma doping) using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH3
) Was used. The dose amount is 2 to 8 × 10 15 cm −2.
And (FIG. 3 (B))

【0039】そして、下地酸化珪素膜303をエッチン
グした。エッチングは窒化アルミニウム膜302がスト
ッパーとなって止まった。この状態で、KrFエキシマ
ーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)
を照射して、上記不純物領域の導入によって、結晶性の
劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーのエネル
ギー密度は100〜400mJ/cm2 、好ましくは
100〜150mJ/cm2 であった。燐やホウ素を
含有する酸化珪素膜は紫外光を吸収するので、実施例1
のように、スルードーピング後に、引き続いてレーザー
アニールをおこなうには強力なレーザー光が必要であっ
た。しかし、本実施例では、ドーピング後に酸化珪素膜
(ゲイト絶縁膜)が除去されていると、レーザーのエネ
ルギーは少なくても良かった。このためレーザー処理の
スループットを向上させることができた。こうして、N
型不純物(燐)領域308、309を形成した。これら
の領域のシート抵抗は200〜800Ω/□であった。
(図3(C))
Then, the underlying silicon oxide film 303 was etched. The etching was stopped by the aluminum nitride film 302 serving as a stopper. In this state, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec)
To improve the crystallinity of the portion where the crystallinity is deteriorated by the introduction of the impurity region. The energy density of the laser was 100 to 400 mJ / cm2, preferably 100 to 150 mJ / cm2. Since the silicon oxide film containing phosphorus and boron absorbs ultraviolet light,
As described above, after the through doping, a strong laser beam was required for performing the laser annealing subsequently. However, in this example, if the silicon oxide film (gate insulating film) was removed after the doping, the energy of the laser was small. For this reason, the throughput of the laser processing could be improved. Thus, N
Type impurity (phosphorus) regions 308 and 309 were formed. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □.
(FIG. 3 (C))

【0040】その後、全面に層間絶縁物310としてプ
ラズマCVD法、もしくは減圧CVD法あるいは常圧C
VD法によって酸化珪素膜を厚さ2000〜3000・
形成し、配線材料としてアルミニウム膜(厚さ2000
・〜5μm)を形成し、これをパターニングして、TF
Tのソース、ドレインに接続する配線311、312を
形成した。配線312と配線307は図に示すように交
差する。(図3(C))
Thereafter, a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a normal pressure C
A silicon oxide film having a thickness of 2000 to 3000
Formed and an aluminum film (thickness 2000)
.About.5 μm), and patterning this to form TF
Wirings 311 and 312 connected to the source and drain of T were formed. The wiring 312 and the wiring 307 intersect as shown in the drawing. (FIG. 3 (C))

【0041】最後に、このようにして処理した基板を1
気圧、350℃の水素中で30分間アニールして、水素
化を完了した。このようにして、TFTが完成した。同
様に不純物領域にホウ素をドーピングしてPチャネル型
のTFTも作製し、CMOS回路を作製した。Nチャネ
ル型、Pチャネル型の典型的な電界効果移動度は、それ
ぞれ、80〜150cm2 /Vs、40〜100cm
2 /Vsであった。また、このTFTで作製したシフ
トレジスタは、ドレイン電圧17Vにおいて、11MH
zで動作することが確認された。
Finally, the substrate thus treated is
The hydrogenation was completed by annealing for 30 minutes in hydrogen at 350 ° C. at atmospheric pressure. Thus, the TFT was completed. Similarly, a P-channel TFT was manufactured by doping the impurity region with boron, and a CMOS circuit was manufactured. Typical field-effect mobilities of the N-channel type and the P-channel type are 80 to 150 cm 2 / Vs and 40 to 100 cm, respectively.
2 / Vs. The shift register manufactured with this TFT has a drain voltage of 17 V and a shift register of 11 MHz.
It was confirmed to work at z.

【0042】さらに、ゲイトやドレインに長時間(〜9
6時間)にわたって高電圧(>20V)を印加しても特
性の劣化は少なかった。これは、TFTで局所的に発生
した熱が速やかに放散され、半導体被膜やゲイト絶縁膜
との界面からの水素の離脱が抑制されたためである。実
際に、長時間のバイアス印加状態(ゲイト電圧11V、
ドレイン電圧14V)における発熱の状態をサーモグラ
フィー(日本アビオニクス社製)によって確かめたとこ
ろ、本実施例によるTFTでは恒常的な温度上昇は見ら
れず、せいぜい、50℃程度の温度までしか上昇しなか
った。しかしながら、従来のTFT(下地膜として窒化
アルミニウム膜を有しない)では、同条件では、短時間
のうちに100℃以上にまで加熱され、素子特性が著し
く劣化した。このように、本発明の効果は顕著に確かめ
られた。
Further, a long time (up to 9
Even when a high voltage (> 20 V) was applied for 6 hours), deterioration of the characteristics was small. This is because heat locally generated in the TFT is quickly dissipated, and the elimination of hydrogen from the interface with the semiconductor film and the gate insulating film is suppressed. Actually, a long-time bias application state (gate voltage 11 V,
The state of heat generation at a drain voltage of 14 V) was confirmed by thermography (manufactured by Nippon Avionics, Inc.). As a result, a constant temperature increase was not observed in the TFT according to the present embodiment, and at most, the temperature rose only to about 50 ° C. . However, under the same conditions, a conventional TFT (having no aluminum nitride film as a base film) was heated to 100 ° C. or more in a short time, and the device characteristics were significantly deteriorated. Thus, the effect of the present invention was remarkably confirmed.

【0043】〔実施例4〕本実施例はアクティブマトリ
クス型液晶ディスプレーの画素部分の形成方法を示す。
図4および図5に本実施例を示す。まず、基板401と
しては、コーニング7059を用いた。基板は、下地膜
の成膜の前もしくは後に、歪み温度よりも高い温度でア
ニールをおこなった後、0.1〜1.0℃/分で歪み温
度以下まで徐冷すると、その後の温度上昇を伴う工程で
の基板の収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コ
ーニング7059基板では、620〜660℃で1〜4
時間アニールした後、0.03〜1.0℃/分、好まし
くは、0.1〜0.3℃/分で徐冷し、450〜590
℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。本実施例
では、630℃で4時間アニールしたのち、0.2℃/
分で徐冷した。
[Embodiment 4] This embodiment shows a method of forming a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display.
4 and 5 show this embodiment. First, Corning 7059 was used as the substrate 401. The substrate is annealed at a temperature higher than the strain temperature before or after the formation of the base film, and then gradually cooled to a strain temperature or lower at 0.1 to 1.0 ° C./min. Substrate shrinkage in the accompanying process is small, and mask alignment is ready. For Corning 7059 substrate, 1-4 at 620-660 ° C.
After annealing for an hour, the temperature is gradually reduced at 0.03 to 1.0 ° C./min, preferably 0.1 to 0.3 ° C./min.
It is good to take out at the stage when the temperature has dropped to ° C. In this embodiment, after annealing at 630 ° C. for 4 hours, 0.2 ° C. /
Cooled in minutes.

【0044】そして、基板401上に厚さ0.1〜2μ
m、好ましくは0.2〜0.5μm例えば0.3μmの
窒化アルミニウム膜402を反応性スパッタ法によって
堆積した。アルミニウムをターゲットとして、窒素とア
ルゴンの雰囲気でスパッタリングをおこなった。窒素の
割合は20%以上とすると良好な熱伝導性を有する被膜
が得られた。スパッタ時の圧力は、1×10−4〜1×
10−2Torrで好ましい結果が得られた。成膜速度
は20〜200・/分だった。また、成膜の際には基板
温度を100〜500℃に上昇させてもよい。この窒化
アルミニウム膜402の成膜は、前記の基板アニール処
理の前でもよかった。その後、スパッタリング法によっ
て厚さ0〜1000・、好ましくは20〜500・、例
えば200・の非常に薄い酸化珪素の下地膜403を形
成した。
Then, a thickness of 0.1 to 2 μm is formed on the substrate 401.
An aluminum nitride film 402 having a thickness of m, preferably 0.2 to 0.5 μm, for example 0.3 μm, was deposited by a reactive sputtering method. Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon with aluminum as a target. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. The pressure during sputtering is 1 × 10−4 to 1 ×
Preferred results were obtained at 10-2 Torr. The film forming speed was 20 to 200 / min. Further, at the time of film formation, the substrate temperature may be raised to 100 to 500 ° C. This aluminum nitride film 402 may be formed before the substrate annealing treatment. Thereafter, a very thin underlayer 403 of silicon oxide having a thickness of 0 to 1000, preferably 20 to 500, for example, 200 was formed by a sputtering method.

【0045】下地膜成膜後、プラズマCVD法によっ
て、厚さ300〜1500・、例えば1000・の真性
(I型)のアモルファスシリコン膜404を成膜した。
さらに、プラズマCVD法によって、厚さ200〜20
00・、例えば500・の酸化珪素もしくは窒化珪素の
マスク膜405を成膜した。そして、このマスク膜40
5に選択的に孔406を形成した。さらに、スパッタリ
ング法によって、厚さ5〜200・、例えば20・のニ
ッケル膜407を成膜した。ニッケル膜の代わりに珪化
ニッケル膜(化学式NiSix 、0.4≦x≦2.
5、例えば、x=2.0)を用いてもよい。また、ニッ
ケル以外にも銅、パラジウム等にも同様にアモルファス
シリコンを結晶化させる触媒作用があるので、これらを
用いてもよい。(図4(A))
After the formation of the base film, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film 404 having a thickness of 300 to 1500., for example, 1000, was formed by a plasma CVD method.
Further, the thickness is 200 to 20 by the plasma CVD method.
A mask film 405 of silicon oxide or silicon nitride of 00 ·, for example, 500 · was formed. Then, this mask film 40
Holes 406 were selectively formed in No. 5. Further, a nickel film 407 having a thickness of 5 to 200 、, for example, 20 に よ っ て was formed by a sputtering method. Instead of the nickel film, a nickel silicide film (chemical formula: NiSix, 0.4 ≦ x ≦ 2.
5, for example, x = 2.0). Copper, palladium, and the like other than nickel also have a catalytic action of crystallizing amorphous silicon, and may be used. (FIG. 4 (A))

【0046】そして、不活性雰囲気下(窒素もしくはア
ルゴン、大気圧),550℃、で4〜8時間、例えば8
時間アニールして結晶化させた。この工程で、ニッケル
が孔406の部分からシリコン膜中に導入された。ニッ
ケルは、アモルファスシリコンに対しては、触媒的に作
用して結晶化を促進させるため、最初に孔406の直下
の領域410が結晶化した。しかし、この領域では結晶
性はランダムであった。その後、ニッケルの拡散ととも
に結晶化は、孔406から周囲に広がり、図の矢印の方
向に結晶化が進行し、領域409が結晶化した。領域4
09では、結晶化が一方向に進行するため、良好な結晶
性が得られた。領域408は未結晶化領域である。結晶
化領域の大きさはアニール時間に依存した。マスク膜4
05が薄いと、ニッケルが孔406以外から侵入して、
結晶化が開始されるので、良好な結晶性を得る目的上、
好ましくなかった。したがって、マスク膜405は、本
実施例のように少なくとも500・は必要であった。
(図4(B))
Then, under an inert atmosphere (nitrogen or argon, atmospheric pressure) at 550 ° C. for 4 to 8 hours, for example, 8 hours
Anneal for hours to crystallize. In this step, nickel was introduced into the silicon film from the hole 406. Nickel catalytically acts on amorphous silicon to promote crystallization, so that the region 410 immediately below the hole 406 first crystallized. However, the crystallinity was random in this region. Thereafter, the crystallization spreads from the hole 406 to the periphery with the diffusion of nickel, and the crystallization progressed in the direction of the arrow in the figure, and the region 409 was crystallized. Area 4
In the case of 09, crystallization proceeds in one direction, so that good crystallinity was obtained. The region 408 is an uncrystallized region. The size of the crystallization region depended on the annealing time. Mask film 4
If 05 is thin, nickel will invade from other than the hole 406,
Since crystallization is started, for the purpose of obtaining good crystallinity,
Not preferred. Therefore, at least 500.times. Of the mask film 405 was required as in this embodiment.
(FIG. 4 (B))

【0047】この工程の後に、公知のフォトリソグラフ
ィー法によって、シリコン膜404をパターニングし
て、TFTの島状の活性層411を形成した。この際、
チャネル形成領域となる部分に横方向の結晶成長の先端
部(すなわち、結晶化領域409と未結晶化領域408
の境界)、およびニッケルが直接、導入された領域41
0(いずれも、ニッケルの濃度が大きい)が存在しない
ようにすることが重要である。このようにすることで、
ソース/ドレイン間を移動するキャリアがチャネル形成
領域において、ニッケル元素の影響を受けないようにす
ることができる。本実施例では選択的にニッケルをシリ
コン膜に導入し、横方向の結晶化領域409のみをTF
Tの活性層に用いたが、このような選択的なニッケルの
導入をおこなわずに、ニッケルを一様に導入して、結晶
化させたシリコン膜を用いてもよい。ただし、その場合
のTFTの特性は、前者に比較してやや劣る。
After this step, the silicon film 404 was patterned by a known photolithography method to form a TFT island-shaped active layer 411. On this occasion,
At the portion to be the channel formation region, the tip of lateral crystal growth (that is, crystallized region 409 and uncrystallized region 408)
And the region 41 where nickel was directly introduced.
It is important that 0 (both have high nickel concentrations) not be present. By doing this,
Carriers moving between the source and the drain can be prevented from being affected by the nickel element in the channel formation region. In this embodiment, nickel is selectively introduced into the silicon film, and only the crystallization region 409 in the lateral direction is
Although used for the active layer of T, a silicon film crystallized by uniformly introducing nickel without using such selective introduction of nickel may be used. However, the characteristics of the TFT in this case are slightly inferior to those of the former.

【0048】図4((C)は、シリコン膜404のエッ
チングの途中の様子が示されている。すなわち、島状活
性層411上には、マスク膜およびフォトレジスト41
2が存在する。このエッチング工程では下地の酸化珪素
膜403もエッチングされた。(図4(C))本工程の
後、フォトレジストを剥離し、さらに、活性層411上
のマスク膜をもエッチングする必要がある。これは通
常、フッ化水素酸系のエッチャントを用いておこなわれ
るが、従来のTFTプロセスにおいては、下地膜とし
て、酸化珪素膜のみを用いていたので、マスク膜のエッ
チングの際に、下地膜も同様にエッチングされる(この
場合には、少なくともマスク膜の厚さ500・だけ、下
地膜がエッチングされる)ことが問題であった。500
・もの段差は、あとでゲイト電極を形成した場合におい
て、ゲイト電極の断線の大きな原因であった。このた
め、マスク膜を薄くすることが必要とされたが、マスク
膜があまりに薄いと、上述のように選択的な結晶化をお
こなうに際して不都合があった。
4C shows a state during the etching of the silicon film 404. That is, the mask film and the photoresist 41 are formed on the island-shaped active layer 411.
There are two. In this etching step, the underlying silicon oxide film 403 was also etched. (FIG. 4C) After this step, it is necessary to remove the photoresist and further etch the mask film on the active layer 411. This is usually performed using a hydrofluoric acid-based etchant. However, in the conventional TFT process, only a silicon oxide film is used as a base film, so that when the mask film is etched, the base film is also used. There is a problem that etching is performed in the same manner (in this case, the underlying film is etched at least by a thickness of 500.times. Of the mask film). 500
The step of the thing was a major cause of disconnection of the gate electrode when the gate electrode was formed later. For this reason, it was necessary to make the mask film thin. However, if the mask film was too thin, there was an inconvenience in performing selective crystallization as described above.

【0049】しかしながら、本実施例では、下地膜とし
て、フッ化水素酸によってほとんどエッチングされない
窒化アルミニウム膜を用いていたので、マスク膜のみを
選択的にエッチングできた。問題の段差も、シリコン膜
の厚さ(1000・)に下地の酸化珪素膜403の厚さ
t(=200・)を加えただけでおさまり、その後のゲ
イト電極の断線の問題は生じなかった。
However, in this embodiment, since the aluminum nitride film hardly etched by hydrofluoric acid was used as the base film, only the mask film could be selectively etched. The problem step was reduced only by adding the thickness t (= 200 ·) of the underlying silicon oxide film 403 to the thickness (1000 ·) of the silicon film, and the subsequent problem of disconnection of the gate electrode did not occur.

【0050】このように活性層を形成した後、0.5〜
4μmここでは0.8〜1.4μmにピークをもつ赤外
光を30〜180秒照射し、活性層の結晶化をさらに助
長させた(光アニール(ランプアニール)工程、もしく
はRTP)。温度は800〜1300℃、代表的には9
00〜1200℃、例えば1100℃とした。この温度
は、同時にモニターとしてセットされた単結晶シリコン
基板内の熱電対の温度であり、実際の基板表面の温度で
はない。活性層の表面の状態を良くするために、照射は
H2 雰囲気中でおこなった。本工程は、活性層を選択
的に加熱することになるので、ガラス基板への加熱を最
小限に抑えることができる。そして、活性層中の欠陥や
不体結合手を減少させるのに非常に効果がある。このと
きに問題になることは、本実施例では、選択的な結晶化
工程を用いているので、赤外線の吸収がシリコン膜の場
所によって異なることであった。例えば、活性層411
内においても、図の右側では結晶成分が多いために上記
の赤外線を吸収しやすく、一方、左側ではアモルファス
成分が多いために、赤外線を吸収しにくいというような
現象が観察された。
After the formation of the active layer,
In this case, infrared light having a peak at 0.8 to 1.4 μm was irradiated for 30 to 180 seconds to further promote crystallization of the active layer (light annealing (lamp annealing) step or RTP). Temperature is 800-1300 ° C, typically 9
The temperature was set to 00 to 1200 ° C, for example, 1100 ° C. This temperature is the temperature of the thermocouple in the single crystal silicon substrate set as a monitor at the same time, and is not the actual temperature of the substrate surface. Irradiation was performed in an H2 atmosphere to improve the condition of the surface of the active layer. In this step, since the active layer is selectively heated, heating of the glass substrate can be minimized. And, it is very effective in reducing defects and unbound bonds in the active layer. The problem at this time is that in the present embodiment, since the selective crystallization process is used, the absorption of infrared rays differs depending on the location of the silicon film. For example, the active layer 411
Among them, the phenomenon that the above-mentioned infrared ray was easily absorbed on the right side of the figure due to the large amount of the crystalline component, while the phenomenon that the infrared ray was hardly absorbed on the left side due to the large amount of the amorphous component was observed.

【0051】しかし、本実施例では、下地膜に熱伝導率
のよい、窒化アルミニウム膜を用いているので、上記の
赤外線の照射によって、シリコン膜が吸収した熱は、シ
リコン膜の特定の場所に蓄積されることなく、下地膜を
通じてただちに拡散するため、シリコン膜が均一に加熱
され、熱的な歪みが生じることがなく、シリコン膜の均
一性を高めることができた。その後、プラズマCVD法
によって厚さ1000・の酸化珪素膜413をゲイト絶
縁膜として成膜した。CVDの原料ガスとしてはTEO
S(テトラ・エトキシ・シラン、Si(OC2 H5 )
4 )と酸素を用い、成膜時の基板温度は300〜55
0℃、例えば400℃とした。
However, in this embodiment, since the aluminum nitride film having a good thermal conductivity is used as the base film, the heat absorbed by the silicon film by the above-mentioned irradiation with the infrared rays is transferred to a specific portion of the silicon film. Since the silicon film is immediately diffused through the base film without being accumulated, the silicon film is uniformly heated, and thermal distortion does not occur, thereby improving the uniformity of the silicon film. After that, a 1000-thick silicon oxide film 413 was formed as a gate insulating film by a plasma CVD method. TEO as source gas for CVD
S (tetraethoxysilane, Si (OC2H5)
4) The substrate temperature during film formation is 300 to 55 using oxygen and oxygen.
0 ° C., for example, 400 ° C.

【0052】このゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜413
の成膜後に、可視・近赤外光の照射による光アニールを
再度行なった。このアニールによって、主に酸化珪素膜
413とシリコン活性層411との界面及びその近傍に
おける準位を消滅させることができた。これは、ゲイト
絶縁膜とチャネル形成領域との界面特性が極めて重要で
ある絶縁ゲイト型電界効果半導体装置にとっては極めて
有用である。
The silicon oxide film 413 serving as the gate insulating film
After the film formation, optical annealing by irradiation of visible / near infrared light was performed again. By this annealing, the level mainly at the interface between the silicon oxide film 413 and the silicon active layer 411 and in the vicinity thereof could be eliminated. This is extremely useful for an insulating gate type field effect semiconductor device in which the interface characteristics between the gate insulating film and the channel formation region are extremely important.

【0053】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000・、例えば5000・のアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極と配線を形成した。さらに、このアルミ
ニウムの電極および配線の表面を陽極酸化して、表面に
酸化物層を形成した。この陽極酸化は、酒石酸が1〜5
%含まれたエチレングリコール溶液中で行った。得られ
た酸化物層の厚さは2000・であった。このようにし
て、ゲイト電極部(すなわち、ゲイト電極とその周囲の
酸化物層)414および配線部415形成した。ゲイト
電極はこの他にも、多結晶シリコンやチタン、タングス
テン、タンタル等の金属、あるいはそれらの金属のシリ
サイドを単層、あるいは多層にして用いてもよい。(図
4(D))
Subsequently, by a sputtering method,
Aluminum (containing 0.01 to 0.2% of scandium) having a thickness of 3000 to 8000., for example, 5000, was formed. Then, the gate electrode and the wiring were formed by patterning the aluminum film. Further, the surface of the aluminum electrode and the wiring was anodized to form an oxide layer on the surface. This anodization is carried out when tartaric acid is 1 to 5
% In ethylene glycol solution. The thickness of the obtained oxide layer was 2000 ·. Thus, a gate electrode portion (that is, a gate electrode and an oxide layer around the gate electrode) 414 and a wiring portion 415 were formed. Alternatively, the gate electrode may be a single layer or a multilayer of a metal such as polycrystalline silicon, titanium, tungsten, or tantalum, or a silicide of such a metal. (FIG. 4 (D))

【0054】次に、イオンドーピング法(プラズマドー
ピング法とも言う)によって、活性層領域(ソース/ド
レイン、チャネルを構成する)にゲイト電極部414を
マスクとして、自己整合的にN導電型を付与する不純物
を添加した。ドーピングガスとしてはフォスフィン(P
H3 )を用い、加速電圧を60〜90kV、例えば8
0kVとした。ドース量は1×1015〜8×1015
cm−2、例えば、2×1015cm−2とした。この
結果、N型の不純物領域416と417が形成された。
この不純物領域416、417には、チタン等のシリサ
イドを形成してもよい。
Next, an N-conductivity type is imparted in a self-aligned manner to the active layer region (constituting the source / drain and channel) by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method) using the gate electrode portion 414 as a mask. Impurities were added. Phosphine (P
H3) and an acceleration voltage of 60 to 90 kV, for example, 8
0 kV. The dose amount is 1 × 1015 to 8 × 1015
cm-2, for example, 2 * 1015 cm-2. As a result, N-type impurity regions 416 and 417 were formed.
In these impurity regions 416 and 417, silicide such as titanium may be formed.

【0055】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。レーザー光としては、KrFエキシマレーザ
ー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2
、例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜
10ショット、例えば2ショット照射した。このレーザ
ー光の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱する
ことによって、効果を増大せしめてもよい。
Thereafter, annealing was performed by laser light irradiation. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was used, but another laser may be used. The irradiation condition of the laser beam is such that the energy density is 200 to 400 mJ / cm2.
For example, 250 mJ / cm 2,
Irradiation was performed for 10 shots, for example, 2 shots. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation with the laser light.

【0056】また、この工程は、可視・近赤外光による
ランプアニールによる方法でもよい。可視・近赤外線は
結晶化した珪素、または燐またはホウ素が1019〜1
021cm−3添加された非晶質珪素へは吸収されやす
く、1000℃以上の熱アニールにも匹敵する効果的な
アニールを行うことができる。燐またはホウ素が添加さ
れていると、その不純物散乱により、近赤外線でも十分
光が吸収される。このことは肉眼による観察でも黒色で
あることから十分に推測がつく。その反面、ガラス基板
へは吸収されにくいので、ガラス基板を高温に加熱する
ことがなく、また短時間の処理ですむので、ガラス基板
の縮みが問題となる工程においては最適な方法であると
いえる。本実施例においては下地膜として熱伝導度の高
い窒化アルミニウム膜を用いているので、このようなア
ニール工程においても、1か所に熱が蓄積された熱的な
破壊をもたらすことはなかった。特に、熱的に弱いアル
ミニウムをゲイト電極を用いるだけに、下地膜として窒
化アルミニウム膜を用いることは好ましかった。
This step may be performed by lamp annealing using visible / near infrared light. Visible and near-infrared light is crystallized silicon, or phosphorus or boron is 1019-1
The amorphous silicon added at 021 cm −3 is easily absorbed, and effective annealing comparable to thermal annealing at 1000 ° C. or higher can be performed. If phosphorus or boron is added, light is sufficiently absorbed even in the near infrared due to scattering of impurities. This can be fully guessed from the fact that it is black even with the naked eye. On the other hand, since it is hardly absorbed by the glass substrate, it is not necessary to heat the glass substrate to a high temperature, and the process can be performed in a short time. . In this embodiment, since the aluminum nitride film having high thermal conductivity is used as the base film, even in such an annealing process, thermal destruction in which heat is accumulated in one place does not occur. In particular, it is preferable to use an aluminum nitride film as a base film only by using a gate electrode made of thermally weak aluminum.

【0057】その後、厚さ3000〜8000・、例え
ば、6000・の酸化珪素膜418を層間絶縁物として
プラズマCVD法によって形成した。この層間絶縁物と
してはポリイミドまたは酸化珪素とポリイミドの2層膜
を利用してもよい。さらに、スパッタ法によって、厚さ
800・のITO膜を成膜し、これパターニングして画
素電極419を形成した。そして、層間絶縁物を緩衝フ
ッ化水素酸(HF/NH4 F=0.01〜0.2、例
えば、0.1)でエッチングしてコンタクトホール42
2、423を形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線4
20、421を形成した。最後に、1気圧の水素雰囲気
で350℃、30分のアニールを行い、TFTを相補型
に構成した半導体回路を完成した。(図4(E))
Thereafter, a silicon oxide film 418 having a thickness of 3000 to 8000., for example, 6000., was formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method. As the interlayer insulator, polyimide or a two-layer film of silicon oxide and polyimide may be used. Further, an ITO film having a thickness of 800 was formed by a sputtering method, and was patterned to form a pixel electrode 419. Then, the interlayer insulator is etched with buffered hydrofluoric acid (HF / NH4F = 0.01 to 0.2, for example, 0.1) to form a contact hole 42.
2 and 423 are formed, and a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum is used to form a TFT electrode / wiring 4.
20, 421 were formed. Lastly, annealing was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at 1 atm to complete a semiconductor circuit having a complementary TFT. (FIG. 4E)

【0058】本実施例では特に、コンタクトホール42
2、423は活性層の端部に形成し、一部は活性層から
はみ出すような形状とした。このような形状としても、
本実施例では下地膜として窒化アルミニウム膜を用いて
いるので、基板へのオーバーエッチはほとんどなく、再
現性良くTFTを形成することができた。図5(A)に
本発明によって作製した。TFTを上から見た図を示す
が、活性層411は直線状とし、その両端にコンタクト
ホール422、423を活性層からはみ出す形状に形成
した。活性層とゲイト配線415の間隔はx1 の距離
に、また、活性層と画素電極419の距離はx2 を保
つように配置した。これはミスアライメントによる線の
重なりを防止するためである。本実施例では活性層の面
積が小さいので、画素電極の面積を大きく、また、配線
の専有する面積を小さくできる。
In this embodiment, in particular, the contact hole 42
2, 423 were formed at the ends of the active layer, and a part thereof was formed to protrude from the active layer. Even with such a shape,
In this embodiment, since the aluminum nitride film was used as the base film, the substrate was hardly overetched, and a TFT could be formed with good reproducibility. FIG. 5 (A) shows a sample manufactured according to the present invention. As shown in the top view of the TFT, the active layer 411 has a linear shape, and contact holes 422 and 423 are formed at both ends so as to protrude from the active layer. The distance between the active layer and the gate wiring 415 was set to be x1 and the distance between the active layer and the pixel electrode 419 was set to be x2. This is to prevent overlapping of lines due to misalignment. In this embodiment, since the area of the active layer is small, the area of the pixel electrode can be increased, and the area occupied by the wiring can be reduced.

【0059】図5(B)には、従来のTFTを上から見
た様子を、また、図5(C)にはその断面を示したもの
で、図5(B)から明らかなように、活性層はゲイト電
極部分ではくびれて細く、ソース、ドレインの領域では
太くなっている。これは、コンタクトホール522、5
23を活性層のソース516、ドレイン517に確実に
形成するためであり、オーバーエッチの心配からコント
タクトホールがミスアライメントがあっても、活性層の
部分に形成されるようにするためである。
FIG. 5B shows a state of the conventional TFT viewed from above, and FIG. 5C shows a cross section thereof. As is clear from FIG. The active layer is constricted and thin in the gate electrode portion, and thick in the source and drain regions. This is because the contact holes 522, 5
This is to ensure that the contact holes 23 are formed in the source 516 and the drain 517 of the active layer, and that the contact holes are formed in the active layer even if the contact holes are misaligned due to overetching.

【0060】しかしながら、このような構造では活性層
面積が大きくなり、ゲイト配線515や画素電極519
との重なりを防止するために、それぞれx1 、x2 だ
け活性層から離して形成すると、図からも明らかなよう
に、配線は大回りとなり、画素電極の面積は削減され
る。図5(A)および図5(B)の点線の長方形は同じ
面積を示すが、このことからも、従来の方法では、TF
Tとそれに接続する配線の占める面積が大きく、画素の
面積が小さく、逆に本実施例では、TFTとその配線の
占める面積が小さく、画素の面積が大きくなっているこ
とが分かる。このように、本実施例により、画素/配線
の比率を向上させ、ひいては液晶表示装置の開口率向上
や画素の微小化が実現できる。これらは、いずれも液晶
表示装置の品質の向上につながるものである。
However, in such a structure, the area of the active layer becomes large, so that the gate wiring 515 and the pixel electrode 519 are formed.
In order to prevent the overlap with the active layer, the wirings are formed apart from the active layer by x1 and x2, respectively, as is apparent from the drawing, the wiring becomes large and the area of the pixel electrode is reduced. The dotted rectangles in FIGS. 5A and 5B indicate the same area.
It can be seen that the area occupied by T and the wiring connected thereto is large, and the area of the pixel is small. Conversely, in this embodiment, the area occupied by the TFT and the wiring is small, and the area of the pixel is large. As described above, according to the present embodiment, it is possible to improve the ratio of pixels / wirings, and thereby to improve the aperture ratio of the liquid crystal display device and miniaturize the pixels. These all lead to an improvement in the quality of the liquid crystal display device.

【0061】〔実施例5〕本実施例はアクティブマトリ
クス型液晶ディスプレーの画素部分の形成方法を示す。
図6に本実施例を示す。まず、基板601としては、コ
ーニング7059を用いた。最初に、基板601上に厚
さ0.1〜2μm、好ましくは0.2〜0.5μm、例
えば、0.3μmの窒化アルミニウム膜602を実施例
4と同様に反応性スパッタ法によって堆積した。その
後、スパッタリング法によって厚さ0〜1000・、好
ましくは20〜500・、例えば200・の非常に薄い
酸化珪素の下地膜603を形成した。下地膜成膜後、厚
さ300〜1500・、例えば800・の島状の結晶性
シリコン領域604を形成した。さらに、プラズマCV
D法によって厚さ1000・の酸化珪素膜605をゲイ
ト絶縁膜として成膜した。CVDの原料ガスとしてはT
EOSと酸素を用いた。
[Embodiment 5] This embodiment shows a method of forming a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display.
FIG. 6 shows this embodiment. First, Corning 7059 was used as the substrate 601. First, an aluminum nitride film 602 having a thickness of 0.1 to 2 μm, preferably 0.2 to 0.5 μm, for example, 0.3 μm, was deposited on the substrate 601 by the reactive sputtering method as in the fourth embodiment. After that, a very thin silicon oxide base film 603 having a thickness of 0 to 1000 、, preferably 20 to 500 、, for example, 200 に よ っ て was formed by a sputtering method. After the formation of the base film, an island-shaped crystalline silicon region 604 having a thickness of 300 to 1500 ·, for example, 800 · was formed. Furthermore, plasma CV
A silicon oxide film 605 having a thickness of 1000 · was formed as a gate insulating film by Method D. The source gas for CVD is T
EOS and oxygen were used.

【0062】その後、厚さ1000・〜3μm、例え
ば、6000・のアルミニウム膜(1wt%のSi、も
しくは0.1〜0.3wt%のScを含む)を電子ビー
ム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。そし
て、フォトレジスト(例えば、東京応化製、OFPR8
00/30cp)をスピンコート法によって形成した。
フォトレジストの形成前に、アルミニウム膜の全表面に
陽極酸化法によって厚さ100〜1000・の酸化アル
ミニウム膜を表面に形成しておくと、フォトレジストと
の密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリ
ークを抑制することにより、後の陽極酸化工程におい
て、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで有効
であった。その後、フォトレジストとアルミニウム膜を
パターニングして、アルミニウム膜と一緒にエッチング
し、配線606、ゲイト電極607を形成した。これら
の配線、ゲイト電極の上には前記のフォトレジスト60
8、609が残されており、これは後の陽極酸化工程に
おいて陽極酸化防止のマスクとして機能する。(図6
(A))
Thereafter, an aluminum film (containing 1 wt% of Si or 0.1 to 0.3 wt% of Sc) having a thickness of 1000.about.3 μm, for example, 6000.about., Was formed by electron beam evaporation or sputtering. . Then, a photoresist (for example, OFPR8 manufactured by Tokyo Ohka)
00/30 cp) by spin coating.
If an aluminum oxide film having a thickness of 100 to 1000 is formed on the entire surface of the aluminum film by anodic oxidation before forming the photoresist, the adhesiveness with the photoresist is good, and By suppressing the current leakage, it was effective in forming the porous anodic oxide only on the side surfaces in the subsequent anodic oxidation step. Thereafter, the photoresist and the aluminum film were patterned and etched together with the aluminum film to form a wiring 606 and a gate electrode 607. On these wirings and gate electrodes, the above-mentioned photoresist 60 is formed.
8, 609 are left, which function as a mask for anodizing prevention in a subsequent anodizing step. (FIG. 6
(A))

【0063】そして、上記の配線、ゲイト電極に電解液
中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ3000・〜25μ
m、例えば、厚さ0.5μmの陽極酸化物610、61
1を配線、ゲイト電極の側面に形成した。陽極酸化は、
3〜20%のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム
酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、5〜30
V、例えば、8Vの一定電流をゲイト電極に印加してお
こなった。このようにして形成された陽極酸化物は多孔
質なものであった。本実施例では、シュウ酸溶液(30
〜80℃)中で電圧を8Vとし、20〜240分、陽極
酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間および温度
によって制御した。(図6(B))
Then, the above wirings and gate electrodes are anodized by passing an electric current in an electrolytic solution to a thickness of 3000.about.25 μm.
m, for example, 0.5 μm thick anodic oxides 610, 61
No. 1 was formed on the side surface of the wiring and the gate electrode. Anodizing is
3 to 20% of an aqueous acid solution of citric acid or oxalic acid, phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid, etc.
V, for example, a constant current of 8 V was applied to the gate electrode. The anodic oxide thus formed was porous. In this embodiment, the oxalic acid solution (30
(−80 ° C.), the voltage was set to 8 V, and anodic oxidation was performed for 20 to 240 minutes. The thickness of the anodized oxide was controlled by the anodizing time and temperature. (FIG. 6 (B))

【0064】次に、マスク608、609を除去し、再
び電解溶液中において、ゲイト電極・配線に電流を印加
した。今回は、3〜10%の酒石液、硼酸、硝酸が含ま
れたPH・7のエチレングルコール溶液を用いた。溶液
の温度は10℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が
得られた。このため、ゲイト電極・配線606、607
の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化物612、61
3が形成された。バリヤ型陽極酸化物の厚さは印加電圧
に比例し、例えば、印加電圧が100Vで1200・の
陽極酸化物が形成された。本実施例では、電圧は100
Vまで上昇させたので、得られたバリヤ型陽極酸化物の
厚さは1200・であった。バリヤ型の陽極酸化物の厚
さは任意であるが、あまり薄いと、後で多孔質陽極酸化
物をエッチングする際に、アルミニウムを溶出させてし
まう危険があるので、500・以上が好ましかった。
Next, the masks 608 and 609 were removed, and a current was again applied to the gate electrode and wiring in the electrolytic solution. This time, a PH · 7 ethylene glycol solution containing 3 to 10% tartaric acid, boric acid, and nitric acid was used. A better oxide film was obtained when the temperature of the solution was lower than room temperature around 10 ° C. Therefore, the gate electrodes / wirings 606 and 607
Barrier-type anodic oxides 612, 61 on the top and side surfaces of
3 was formed. The thickness of the barrier-type anodic oxide was proportional to the applied voltage. In this embodiment, the voltage is 100
As a result, the thickness of the obtained barrier anodic oxide was 1200 ·. The thickness of the barrier type anodic oxide is arbitrary, but if it is too thin, there is a risk that aluminum will be eluted when the porous anodic oxide is etched later. Was.

【0065】注目すべきは、バリヤ型の陽極酸化物は後
の工程で得られるにもかかわらず、多孔質の陽極酸化物
の外側にバリヤ型の陽極酸化物ができるのではなく、多
孔質陽極酸化物とゲイト電極の間にバリヤ型の陽極酸化
物が形成されることである。(図6(C)) その後、ドライエッチング法によって酸化珪素膜605
をエッチングした。このエッチングにおいては、等方性
エッチングのプラズマモードでも、あるいは異方性エッ
チングの反応性イオンエッチングモードでもよい。ただ
し、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きくすることに
よって、活性層を深くエッチングしないようにすること
が重要である。例えば、エッチングガスとしてCF4
を使用すれば陽極酸化物はエッチングされず、したがっ
て、ゲイト電極・配線の下に存在する酸化珪素膜61
4、615はエッチングされずに残った。また、このエ
ッチング工程においても、窒化アルミニウム膜602が
ストッパーなるため、これ以上のエッチングは進行せ
ず、段差を最小限に食い止めることができた。
It should be noted that although barrier-type anodic oxide can be obtained in a later step, a barrier-type anodic oxide is not formed outside the porous anodic oxide, but a porous anodic oxide is formed. A barrier-type anodic oxide is formed between the oxide and the gate electrode. (FIG. 6C) Thereafter, the silicon oxide film 605 is formed by a dry etching method.
Was etched. In this etching, a plasma mode of isotropic etching or a reactive ion etching mode of anisotropic etching may be used. However, it is important to prevent the active layer from being etched deeply by sufficiently increasing the selectivity between silicon and silicon oxide. For example, CF4 is used as an etching gas.
Is used, the anodic oxide is not etched. Therefore, the silicon oxide film 61 existing under the gate electrode and wiring is not used.
4,615 remained without being etched. Also in this etching step, since the aluminum nitride film 602 serves as a stopper, further etching does not proceed, and the step can be minimized.

【0066】その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて
多孔質陽極酸化物612,613をエッチングした。そ
して、イオンドーピング法によって、TFTの活性層6
04に、ゲイト電極部(すなわちゲイト電極とその周囲
の陽極酸化膜)およびゲイト絶縁膜615をマスクとし
て自己整合的に不純物を注入した。この際には、イオン
の加速電圧とドーズ量によって、不純物領域にさまざま
な組み合わせが考えられる。例えば、加速電圧を50〜
90kVと高めに設定し、ドーズ量を1×1013〜5
×1014cm−2と低めにすれば、領域616、61
7には、ほとんどの不純物イオンは活性層を通過し、下
地膜で最大の濃度を示す。このため、領域616、61
7は極めて低濃度の不純物領域となる。一方、上にゲイ
ト絶縁膜615の存在する領域618では、ゲイト絶縁
膜によって高速のイオンが減速されて、ちょうど、不純
物濃度が最大となり、低濃度の不純物領域を形成するこ
とができる。
Thereafter, the porous anodic oxides 612 and 613 were etched using a mixed acid of phosphoric acid, acetic acid and nitric acid. Then, the active layer 6 of the TFT is formed by ion doping.
In step 04, impurities were implanted in a self-aligned manner using the gate electrode portion (that is, the gate electrode and the surrounding anodic oxide film) and the gate insulating film 615 as a mask. In this case, various combinations of the impurity regions can be considered depending on the ion acceleration voltage and the dose. For example, when the acceleration voltage is 50 to
Set to a high 90 kV and set the dose to 1 × 1013 to 5
If it is as low as × 1014 cm −2, the regions 616 and 61
In FIG. 7, most of the impurity ions pass through the active layer and show the maximum concentration in the underlayer. Therefore, the regions 616, 61
7 is an extremely low-concentration impurity region. On the other hand, in the region 618 where the gate insulating film 615 is present, the high-speed ions are decelerated by the gate insulating film, so that the impurity concentration is maximized and a low-concentration impurity region can be formed.

【0067】逆に、加速電圧を5〜30kVと低めに設
定し、ドーズ量を5×1014〜5×1015cm−2
と多めにすれば、領域616、617には、多くの不純
物イオンが注入され、高濃度の不純物領域となる。一
方、上にゲイト絶縁膜615の存在する領域618で
は、ゲイト絶縁膜によって低速のイオンが妨げられて、
不純物イオンの注入量は低く、低濃度の不純物領域を形
成することができる。このように、いずれの方法を用い
ても、領域618は低濃度の不純物領域となり、本実施
例では、いずれの方法を採用してもよい。このようにし
て、イオンドーピングをおこない、N型の低濃度不純物
領域618を形成した後、KrFエキシマーレーザー
(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射し
て、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこ
なった。(図6(D))
On the contrary, the acceleration voltage is set as low as 5 to 30 kV, and the dose is set at 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2.
In other words, a large amount of impurity ions are implanted into the regions 616 and 617 to form a high-concentration impurity region. On the other hand, in the region 618 where the gate insulating film 615 is present, low-speed ions are blocked by the gate insulating film,
The implantation amount of impurity ions is low, so that a low-concentration impurity region can be formed. As described above, regardless of which method is used, the region 618 becomes a low-concentration impurity region, and in this embodiment, any method may be employed. In this manner, ion doping is performed to form an N-type low-concentration impurity region 618, and then a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) is irradiated to activate the impurity ions introduced into the active layer. Was done. (FIG. 6 (D))

【0068】さらに、全面に適当な金属、例えば、チタ
ン、ニッケル、モリブテン、タングステン、白金、パラ
ジウム等の被膜、例えば、厚さ50〜500・のチタン
膜619をスパッタ法によって全面に形成した。この結
果、金属膜(ここではチタン膜)619は高濃度(もし
くは極低濃度)不純物領域616、617に密着して形
成された。(図6(E))
Further, a coating of a suitable metal, for example, titanium, nickel, molybdenum, tungsten, platinum, palladium, etc., for example, a titanium film 619 having a thickness of 50 to 500.multidot.619 was formed on the entire surface by sputtering. As a result, the metal film (here, titanium film) 619 was formed in close contact with the high-concentration (or extremely low-concentration) impurity regions 616 and 617. (FIG. 6E)

【0069】そして、KrFエキシマーレーザー(波長
248nm、パルス幅20nsec)を照射して、金属
膜(ここではチタン)と活性層のシリコンを反応させ、
金属珪化物(ここでは珪化チタン)の領域620,62
1を形成した。レーザーのエネルギー密度は200〜4
00mJ/cm2 、好ましくは250〜300mJ/
cm2 が適当であった。また、レーザー照射時には基
板を200〜500℃に加熱しておくと、チタン膜の剥
離を抑制することはできた。
Then, irradiation with a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) causes the metal film (here, titanium) to react with the silicon of the active layer.
Regions 620, 62 of metal silicide (here titanium silicide)
1 was formed. Laser energy density 200 ~ 4
00 mJ / cm2, preferably 250-300 mJ /
cm2 was appropriate. In addition, when the substrate was heated to 200 to 500 ° C. during laser irradiation, peeling of the titanium film could be suppressed.

【0070】この後、過酸化水素とアンモニアと水とを
5:2:2で混合したエッチング液で未反応のチタン膜
のエッチングした。露出した活性層と接触した部分以外
のチタン膜(例えば、ゲイト絶縁膜や陽極酸化膜上に存
在したチタン膜)はそのまま金属状態で残っているが、
このエッチングで除去できる。一方、金属珪化物である
珪化チタン620,621はエッチングされないので、
残存させることができた。本実施例では、珪化物領域6
20,621のシート抵抗は10〜50Ω/□となっ
た。一方、低濃度不純物領域618では10〜100k
Ω/□であった。
Thereafter, the unreacted titanium film was etched with an etching solution in which hydrogen peroxide, ammonia and water were mixed at a ratio of 5: 2: 2. The titanium film other than the portion in contact with the exposed active layer (for example, the titanium film existing on the gate insulating film or the anodic oxide film) remains in a metal state as it is,
It can be removed by this etching. On the other hand, since titanium silicide 620 and 621 which is a metal silicide is not etched,
It could be left. In this embodiment, the silicide region 6
The sheet resistance of 20,621 was 10 to 50 Ω / □. On the other hand, 10 to 100 k
Ω / □.

【0071】その後、全面に層間絶縁物622として、
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ2000・〜1μ
m、例えば、5000・形成した。そして、スパッタ法
によってITO膜を形成し、これをパターニング・エッ
チングして、画素電極623を形成した。さらに、層間
絶縁物622をエッチングし、コンタクトホールを形成
した、この際にも、実施例1および実施例4と同様に、
コンタクトホールがソス/ドレインからはみ出すような
パターンとした。このようなパターンがTFTの量産
性、信頼性を向上させることは先に述べた通りである。
そして、2000・〜1μm、例えば5000・の厚さ
の窒化チタンとアルミニウムの多層膜による配線・電極
624、625を形成した。(図6(F))
Thereafter, an interlayer insulator 622 is formed on the entire surface.
A silicon oxide film having a thickness of 2000.about.1 .mu.
m, for example, 5000. Then, an ITO film was formed by a sputtering method, and this was patterned and etched to form a pixel electrode 623. Further, the interlayer insulator 622 was etched to form a contact hole. Also in this case, as in the first and fourth embodiments,
The pattern was such that the contact holes protruded from the sos / drain. As described above, such a pattern improves the mass productivity and reliability of the TFT.
Then, wirings / electrodes 624 and 625 were formed by a multilayer film of titanium nitride and aluminum having a thickness of 2000-1 μm, for example, 5000-. (FIG. 6 (F))

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明によって、長時間の電圧印加に対
しても十分な信頼性を示す、信頼性の高いTFTを作製
することが出来た。また、活性層やコンタクトの配置に
おいても従来にない自由度を得ることができ、素子の微
細化が実現できた。このように本発明は工業的価値が大
きな発明であるが、特に大面積基板上にTFTを形成
し、これをアクティブマトリクスや駆動回路に利用する
ことによる産業上のインパクトは大きい。
According to the present invention, a highly reliable TFT showing sufficient reliability even when a voltage is applied for a long time can be manufactured. In addition, unprecedented degrees of freedom can be obtained in the arrangement of the active layer and the contacts, and miniaturization of the element can be realized. As described above, the present invention is an invention having a great industrial value, but the industrial impact is particularly great when a TFT is formed on a large-area substrate and used for an active matrix or a driving circuit.

【0073】実施例では示さなかったが、本発明を単結
晶結晶ICやその他のICの上にさらに半導体回路を積
み重ねるといういわゆる立体ICを形成することに用い
てもよい。また、実施例では主として各種LCDに本発
明を使用する例を示したが、その他の絶縁基板上に形成
することが要求される回路、例えばイメージセンサー等
においても本発明が実施できることは言うまでもない。
Although not shown in the embodiments, the present invention may be used to form a so-called three-dimensional IC in which a semiconductor circuit is further stacked on a single crystal IC or another IC. In the embodiments, examples in which the present invention is used mainly for various LCDs have been described. However, it is needless to say that the present invention can be applied to other circuits required to be formed on an insulating substrate, such as an image sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明によるTFTの作製方法を示す。(実
施例1)
FIG. 1 shows a method for manufacturing a TFT according to the present invention. (Example 1)

【図2】 本発明によるTFTの作製方法を示す。(実
施例2)
FIG. 2 shows a method for manufacturing a TFT according to the present invention. (Example 2)

【図3】 本発明によるTFTの作製方法を示す。(実
施例3)
FIG. 3 shows a method for manufacturing a TFT according to the present invention. (Example 3)

【図4】 本発明によるTFTの作製方法を示す。(実
施例4)
FIG. 4 shows a method for manufacturing a TFT according to the present invention. (Example 4)

【図5】 本発明によるTFTおよび従来のTFTの対
比をしめす。(実施例4)
FIG. 5 shows a comparison between a TFT according to the present invention and a conventional TFT. (Example 4)

【図6】 本発明によるTFTの作製方法を示す。(実
施例5)
FIG. 6 shows a method for manufacturing a TFT according to the present invention. (Example 5)

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 基板 102 窒化アルミニウムを主成分とする被膜 103 酸化珪素を主成分とする被膜 104 島状半導体領域(シリコン) 105 ゲイト絶縁膜(酸化珪素) 106 ゲイト電極(アルミニウム) 107 陽極酸化物(酸化アルミニウム) 108、109 N型不純物領域 110 層間絶縁物(酸化珪素) 111 画素電極(ITO) 112、113 金属配線(クロムもしくは窒化チタ
ン)
Reference Signs List 101 substrate 102 film containing aluminum nitride as a main component 103 film containing silicon oxide as a main component 104 island-shaped semiconductor region (silicon) 105 gate insulating film (silicon oxide) 106 gate electrode (aluminum) 107 anodic oxide (aluminum oxide) 108, 109 N-type impurity region 110 Interlayer insulator (silicon oxide) 111 Pixel electrode (ITO) 112, 113 Metal wiring (chromium or titanium nitride)

─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年11月20日(2000.11.
20)
[Submission date] November 20, 2000 (200.11.
20)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の詳細な説明[Correction target item name] Detailed description of the invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に絶縁ゲイ
ト型半導体装置およびそれらが多数形成された集積回路
の信頼性を向上させる方法に関する。本発明による半導
体装置は、薄膜トランジスタ(TFT)を用いた液晶デ
ィスプレー等のアクティブマトリクスやイメージセンサ
ー等の駆動回路、あるいはSOI集積回路や従来の半導
体集積回路(マイクロプロセッサーやマイクロコントロ
ーラ、マイクロコンピュータ、あるいは半導体メモリー
等)に使用されるものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method for improving the reliability of an insulated gate semiconductor device on a substrate and an integrated circuit in which many of them are formed. The semiconductor device according to the present invention includes a driving circuit such as an active matrix such as a liquid crystal display using a thin film transistor (TFT) or an image sensor, or an SOI integrated circuit or a conventional semiconductor integrated circuit (a microprocessor, a microcontroller, a microcomputer, or a semiconductor). Memory).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、絶縁基板上、もしくは半導体基板
上であっても厚い絶縁膜によって半導体基板と隔てられ
た表面(絶縁表面)上に絶縁ゲイト型半導体装置(MI
SFET)を形成する研究が盛んに成されている。特に
半導体層(活性層)が薄膜状である半導体装置を薄膜ト
ランジスタ(TFT)という。このような半導体装置に
おいては、単結晶の半導体のような良好な結晶性を有す
る素子を得ることは困難で、通常は結晶性は有するが単
結晶でない、非単結晶の半導体を用いている。
2. Description of the Related Art In recent years, an insulating gate type semiconductor device (MI) has been formed on an insulating substrate or on a surface (insulating surface) separated from the semiconductor substrate by a thick insulating film even on a semiconductor substrate.
Research on forming SFETs has been actively conducted. In particular, a semiconductor device in which a semiconductor layer (active layer) is a thin film is called a thin film transistor (TFT). In such a semiconductor device, it is difficult to obtain an element having good crystallinity such as a single-crystal semiconductor. Usually, a non-single-crystal semiconductor which has crystallinity but is not a single crystal is used.

【0003】このような非単結晶半導体では、欠陥密度
が大きく、その欠陥を水素、フッ素のような元素によっ
て中和することによって埋めることとなり、例えば、水
素化によって、このような工程が実現された。しかし、
水素と半導体元素(シリコン等)の結合は弱く、百数十
℃の熱エネルギーによって分解してしまうものであっ
た。このため、長時間にわたって、電圧、電流が印加さ
れ、半導体が局所的にも発熱すると容易に水素が離脱
し、そのために特性が著しく劣化した。特に、大きな電
流を制御するTFT、例えば、アクティブマトリクス回
路とそれを駆動するための周辺回路とを有するモノリシ
ック型アクティブマトリクス回路において、周辺回路の
ドライバーTFTはチャネル幅が200μm以上もあ
り、大きな電流をオン/オフすることから大きな熱源と
なっていた。
In such a non-single-crystal semiconductor, the defect density is large, and the defect is filled by neutralizing the defect with an element such as hydrogen or fluorine. For example, such a process is realized by hydrogenation. Was. But,
The bond between hydrogen and a semiconductor element (such as silicon) was weak, and was decomposed by thermal energy of one hundred and several tens of degrees Celsius. For this reason, when a voltage and a current are applied for a long time and the semiconductor locally generates heat, hydrogen is easily released, and the characteristics are remarkably deteriorated. In particular, in a TFT for controlling a large current, for example, in a monolithic active matrix circuit having an active matrix circuit and a peripheral circuit for driving the same, the driver TFT of the peripheral circuit has a channel width of 200 μm or more, so that a large current can be generated. Turning on / off was a major heat source.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この課題に
鑑みてなされたもので、装置使用時に発生する局所的な
熱を迅速に放散して、該薄膜回路装置全体を均熱化すべ
き半導体装置の構造およびそのような半導体装置を製造
する方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is intended to quickly dissipate local heat generated during use of a device and to uniformly heat the entire thin film circuit device. It is an object to provide a structure of the device and a method for manufacturing such a semiconductor device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の第1は、薄膜状
半導体装置において、基板上に窒化アルミニウムを主成
分とする被膜と、その上に直接もしくは間接にシリコン
を主成分とする半導体被膜と、その上に直接もしくは間
接に金属、半導体等の配線とを有することを特徴とす
る。また、本発明はこのような構成を有する薄膜状半導
体装置を作製するための方法にも関し、本発明の第2
は、基板上、特に熱伝導の悪い、保温性のよいガラス基
板上に、窒化アルミニウムを主成分とする被膜を形成す
る工程と、その上に直接もしくは間接にシリコンを主成
分とする半導体被膜を形成する工程と、その上に直接も
しくは間接に金属、半導体等の配線を形成する工程とを
有することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a thin film semiconductor device in which a film mainly composed of aluminum nitride is formed on a substrate and a semiconductor film mainly composed of silicon is directly or indirectly formed thereon. And a wiring such as a metal or a semiconductor directly or indirectly provided thereon. The present invention also relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device having such a configuration.
Is a process of forming a film containing aluminum nitride as a main component on a substrate, particularly a glass substrate having poor heat conductivity and good heat insulation, and directly or indirectly forming a semiconductor film containing silicon as a main component on the glass substrate. The method is characterized by including a forming step and a step of directly or indirectly forming a wiring of metal, semiconductor, or the like thereon.

【0006】窒化アルミニウムは極めて熱伝導性に優
れ、また、可視光や近紫外線に対して透明(光学バンド
ギャップ6.2eV)であるので、透明度を要求される
目的にも適している。窒化アルミニウムはスパッタ法や
反応性スパッタ法、MOCVD(有機金属気相成長)
法、プラズマCVD法によって堆積される。反応性スパ
ッタ法によって窒化アルミニウム膜を得るには、アルミ
ニウムをターゲットとして、窒素雰囲気中でおこなうと
よい。本発明のごとく、十分な放熱をおこなう目的に
は、窒化アルミニウムの膜厚は、500Å〜5μm、代
表的には、1000〜〜5000Åが好ましかった。5
μm以上の厚い窒化アルミニウムは剥がれやすく使用に
適さなかった。
Aluminum nitride has extremely excellent thermal conductivity and is transparent (visible band gap: 6.2 eV) to visible light and near-ultraviolet light, so that it is suitable for purposes requiring transparency. Aluminum nitride is sputtered, reactive sputtered, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition)
And a plasma CVD method. In order to obtain an aluminum nitride film by a reactive sputtering method, it is preferable to use aluminum as a target in a nitrogen atmosphere. As in the present invention, for the purpose of sufficiently releasing heat, the thickness of aluminum nitride is preferably 500 to 5 μm, typically 1000 to 5000 μm. 5
Aluminum nitride having a thickness of μm or more was easily peeled off and was not suitable for use.

【0007】さらに、窒化アルミニウム膜はナトリウム
等の可動イオンに対してブロッキング効果を有するの
で、基板からこれらのイオンが半導体装置中に侵入する
ことを防止する効果も有していた。また、窒化アルミニ
ウム被膜の窒素とアルミニウムの比率は、熱伝導に問題
のない範囲で化学量論比でも、非化学量論比でもよい。
典型的には、窒素とアルミニウムの比率は、(アルミニ
ウム/窒素)=0.9〜1.4が好ましく、また、熱伝
導度が0.6W/cmK以上(窒化アルミニウム単結晶
の熱伝導度は2W/cmK)であると好ましい結果が得
られた。
Further, since the aluminum nitride film has a blocking effect on mobile ions such as sodium, it also has an effect of preventing these ions from entering the semiconductor device from the substrate. The ratio of nitrogen to aluminum in the aluminum nitride film may be a stoichiometric ratio or a non-stoichiometric ratio as long as there is no problem in heat conduction.
Typically, the ratio of nitrogen to aluminum is preferably (aluminum / nitrogen) = 0.9 to 1.4, and the thermal conductivity is 0.6 W / cmK or more (the thermal conductivity of the aluminum nitride single crystal is 2W / cmK), favorable results were obtained.

【0008】また、窒素とアルミニウムの比率を変える
ことによって、被膜の応力を最適化してもよい。さら
に、窒素とアルミニウム以外に、微量のホウ素、シリコ
ン、炭素、酸素等を0.01〜20原子%、添加するこ
とによっても基板との応力のマッチング、最適化、応力
歪みの最小化が可能である。また、この窒化アルミニウ
ムを主成分とする被膜は結晶性でも非晶質でもよい。
[0008] The stress of the coating may be optimized by changing the ratio of nitrogen to aluminum. Further, by adding a small amount of boron, silicon, carbon, oxygen, etc. in an amount of 0.01 to 20 atomic% in addition to nitrogen and aluminum, it is possible to match, optimize, and minimize stress distortion with a substrate. is there. The coating containing aluminum nitride as a main component may be crystalline or amorphous.

【0009】熱伝導度を向上させる目的には、ダイヤモ
ンド系の材料(例えば、多結晶ダイヤモンド薄膜、硬質
炭素膜、ダイヤモンド状炭素膜等)を用いることが通
常、考えられるが、本発明の目的とするような微小な領
域では、ダイヤモンド系材料は一般に酸化珪素系の材料
との密着性が良くないので十分な効果が得られない。ま
た、ブロッキング層、パッシベーション層として通常の
半導体プロセスで良く用いられる窒化珪素膜は熱伝導度
が低いので本発明を実施するには適当でない。以下表1
に、主要な薄膜材料の特性を比較した。(○は優れてい
る。△は中程度、×は劣っていることを示す。)
For the purpose of improving the thermal conductivity, it is usually considered to use a diamond-based material (for example, a polycrystalline diamond thin film, a hard carbon film, a diamond-like carbon film, etc.). In such a minute region, a diamond-based material generally has poor adhesion to a silicon oxide-based material, so that a sufficient effect cannot be obtained. In addition, a silicon nitride film often used as a blocking layer and a passivation layer in an ordinary semiconductor process has a low thermal conductivity and is not suitable for implementing the present invention. Table 1 below
Next, the characteristics of the main thin film materials were compared. (O is excellent, Δ is medium, and X is inferior.)

【0010】[0010]

【表1】[Table 1]

【0011】本発明においては、金属や半導体の配線
(ゲイト配線等)から発生する熱はその下に存在する半
導体被膜(活性層等)に伝達し、また、半導体被膜に電
流が通じることによっても発熱し、半導体被膜の温度が
上昇するが、そこに滞留することなく、速やかにその下
にある窒化アルミニウム被膜に伝達され、よって、上記
配線および半導体被膜の温度は低く抑えられ、半導体被
膜からの水素離脱が減少する。特に、TFTのドレイン
−チャネル間での高い逆バイアス電圧の印加によるホッ
トキャリヤの発生による局所的発熱による局所的な劣化
を均熱化によって抑えることができる。
In the present invention, heat generated from a metal or semiconductor wiring (gate wiring or the like) is transmitted to an underlying semiconductor film (active layer or the like), and also a current flows through the semiconductor film. Heat is generated, and the temperature of the semiconductor film rises. However, without staying there, the temperature is quickly transmitted to the aluminum nitride film thereunder. Hydrogen desorption is reduced. In particular, local deterioration due to local heat generation due to generation of hot carriers due to application of a high reverse bias voltage between the drain and channel of the TFT can be suppressed by soaking.

【0012】本発明において、半導体被膜を窒化アルミ
ニウム被膜上に直接堆積することは、密着性は良いもの
の、半導体のキャリヤが窒化アルミニウム中に捕獲さ
れ、この捕獲されたキャリヤ(捕獲中心)による寄生チ
ャネルが発生しやすく、結果として、半導体被膜の電気
特性に悪影響を与えるため好ましくなかった。かかる捕
獲中心を除去できるのであれば問題はないが、容易に除
去できないのであれば、酸化珪素被膜のように半導体被
膜に対して、電気的、化学的に好ましい材料(酸化珪素
膜は窒化アルミニウム膜に比較して捕獲中心の密度は数
十分の1しかない)を両被膜の間に設けることが好まし
かった。さらに、酸化珪素膜においては、応力緩和の効
果も期待できる。
In the present invention, depositing a semiconductor film directly on an aluminum nitride film is advantageous in that although the adhesion is good, a semiconductor carrier is trapped in the aluminum nitride and a parasitic channel formed by the trapped carrier (capture center). Are apt to occur and, as a result, adversely affect the electrical characteristics of the semiconductor film, which is not preferable. There is no problem if such trapping centers can be removed, but if they cannot be removed easily, a material that is electrically and chemically preferable to a semiconductor film such as a silicon oxide film (a silicon oxide film is an aluminum nitride film) (The density of the trapping centers is only one-tenth of the density of the trapping centers). Further, in the silicon oxide film, an effect of stress relaxation can be expected.

【0013】また、窒化アルミニウムの上に窒化珪素膜
を100〜1000Å、例えば、200Å形成し、その
上に酸化珪素膜を100〜2000Å、例えば、200
Å形成してもよかった。本発明においては、ゲイト電極
の材料としては、シリコン(不純物がドーピングされて
導電性が高められたものを含む)、アルミニウム、タン
タル、クロム、タングステン、モリブテン等の単体、あ
るいはそれらの合金、もしくは多層膜を用いればよい。
また、実施例に示すように、その表面を酸化してもよ
い。
A silicon nitride film is formed on aluminum nitride in a thickness of 100 to 1000 °, for example, 200 °, and a silicon oxide film is formed thereon in a thickness of 100 to 2000 °, for example, 200 °.
Å You may have formed. In the present invention, as a material of the gate electrode, a simple substance such as silicon (including a substance whose conductivity is increased by doping impurities), aluminum, tantalum, chromium, tungsten, molybdenum, or an alloy thereof, or a multilayer thereof is used. A film may be used.
Further, as shown in the embodiment, the surface may be oxidized.

【0014】さらに、窒化アルミニウムはフッ素系のエ
ッチャントではエッチングされず、したがって、酸化珪
素やシリコン、アルミニウム等の通常の半導体プロセス
で用いられる材料をエッチングする方法ではエッチング
されないので、これを積極的にエッチングストッパーと
して用いてもよい。すなわち、TFTのソース、ドレイ
ンのコンタクトとしては、ソース、ドレインの上面のみ
ならず、側面をもコンタクトとして用いることができ
る。例えば、コンタクトホールをソース、ドレインから
はみ出して形成しても、窒化アルミニウムがエッチング
ストッパーとなって、基板がエッチングされることがな
い。
Further, aluminum nitride is not etched by a fluorine-based etchant, and is not etched by a method of etching a material used in a normal semiconductor process such as silicon oxide, silicon, or aluminum. It may be used as a stopper. That is, as the contact of the source and the drain of the TFT, not only the upper surface but also the side surface of the source and the drain can be used as the contact. For example, even when the contact hole is formed to extend from the source and the drain, the substrate is not etched by the aluminum nitride serving as an etching stopper.

【0015】結果として、従来よりもソース、ドレイン
領域を小さく形成できるので、回路の集積化にとって有
利である。また、このことは、逆に、コンタクトホール
を大きくすることが可能であることをも意味し、より確
実なコンタクトを得ることができるので、量産性、信頼
性にとっても有利である。
As a result, the source and drain regions can be formed smaller than before, which is advantageous for circuit integration. On the other hand, this also means that the contact hole can be enlarged, and a more reliable contact can be obtained, which is advantageous for mass productivity and reliability.

【0016】[0016]

【実施例】〔実施例1〕 本発明によって、TFTを作
製する例を図1に示す。まず、基板(コーニング705
9ガラス基板、大きさは300mm×300mmもしく
は100mm×100mm)101上に、厚さ2000
〜5000Åの窒化アルミニウム膜102を反応性スパ
ッタ法によって堆積した。アルミニウムをターゲットと
して、窒素とアルゴンの雰囲気でスパッタリングをおこ
なった。窒素の割合は20%以上とすると良好な熱伝導
性を有する被膜が得られた。スパッタ時の圧力は、1×
10-4〜1×10-2Torrで好ましい結果が得られ
た。成膜速度は20〜200Å/分だった。また、成膜
の際には基板温度を100〜500℃に上昇させてもよ
い。
[Embodiment 1] FIG. 1 shows an example of manufacturing a TFT according to the present invention. First, a substrate (Corning 705)
9 glass substrate, size 300mm x 300mm or 100mm x 100mm) 101, thickness 2000
An aluminum nitride film 102 of 55000 ° was deposited by a reactive sputtering method. Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon with aluminum as a target. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. The pressure during sputtering is 1 ×
Preferred results were obtained at 10 -4 to 1 × 10 -2 Torr. The deposition rate was 20-200 ° / min. Further, at the time of film formation, the substrate temperature may be raised to 100 to 500 ° C.

【0017】窒化アルミニウム膜102は基板の両面に
形成した。これは、基板中に含有されている、あるいは
出荷後に表面に付着したナトリウム等の異元素がTFT
の特性を劣化させないように封じ込める意味とともに、
基板を強化して表面に傷が付きにくくする効果がある。
特に、TFTをアクティブマトリクス方式の液晶表示装
置に使用すると、TFTの設けられていない面は外部環
境と接するのであるが、この面には微細な傷が付きやす
く、このような傷は光を乱反射して、画面を暗くする。
The aluminum nitride film 102 was formed on both sides of the substrate. This is because foreign elements such as sodium contained in the substrate or adhered to the surface after shipping are TFT
With the meaning of containing so as not to deteriorate the characteristics of
This has the effect of strengthening the substrate and making the surface less likely to be scratched.
In particular, when a TFT is used in an active matrix type liquid crystal display device, the surface on which the TFT is not provided comes into contact with the external environment, but this surface is apt to be finely scratched. And darken the screen.

【0018】次に、窒化アルミニウムが形成されたガラ
ス基板を600〜680℃、例えば、640℃で4〜1
2時間、窒素、アンモニア(NH3 )、もしくは亜酸化
窒素(N2 O)の雰囲気中でアニールした。そして、
0.01〜0.5℃/分、例えば、0.2℃/分で徐冷
し、350〜450℃まで温度が低下したところで取り
出した。この工程によって、反応性スパッタ直後には黄
色く着色していた基板が透明になり、また、電気的な絶
縁性も向上した。さらに、このアニール工程では、ガラ
ス基板の熱的な収縮が発生し、応力が緩和した結果、不
可逆的な収縮が減少した。そのため、その後の熱処理工
程において基板の縮みがなくなり、マスクずれが著しく
減少した。
Next, the glass substrate on which the aluminum nitride is formed is heated at 600 to 680 ° C., for example, 640 ° C. for 4 to 1 hour.
Annealing was performed for 2 hours in an atmosphere of nitrogen, ammonia (NH 3 ), or nitrous oxide (N 2 O). And
It was gradually cooled at a rate of 0.01 to 0.5 ° C / min, for example, 0.2 ° C / min, and was taken out when the temperature was lowered to 350 to 450 ° C. By this step, the substrate that was colored yellow immediately after the reactive sputtering became transparent, and the electrical insulation was improved. Further, in this annealing step, thermal shrinkage of the glass substrate occurred, and the stress was relaxed. As a result, irreversible shrinkage was reduced. For this reason, in the subsequent heat treatment step, shrinkage of the substrate was eliminated, and mask displacement was significantly reduced.

【0019】上記アニール終了後、TFTを形成する面
に下地酸化膜103として厚さ2000〜500Åの酸
化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、
酸素雰囲気中でのスパッタ法やTEOSを酸素雰囲気の
プラズマCVD法で分解・堆積した。さらに、このよう
にして形成した膜を450〜650℃でアニールしても
よい。
After the above-mentioned annealing, a silicon oxide film having a thickness of 2000 to 500.degree. As a method of forming this oxide film,
Sputtering in an oxygen atmosphere and TEOS were decomposed and deposited by plasma CVD in an oxygen atmosphere. Further, the film thus formed may be annealed at 450 to 650 ° C.

【0020】その後、図1(A)において、プラズマC
VD法やLPCVD法によってアモルファス状のシリコ
ン膜を100〜1500Å、好ましくは300〜800
Å堆積し、これをパターニングして、島状シリコン領域
104を形成した。そして、厚さ200〜1500Å、
好ましくは500〜1000Åの酸化珪素105を形成
した。この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能す
る。そのためその作製には十分な注意が必要である。こ
こでは、TEOSを原料とし、酸素とともに基板温度1
50〜600℃、好ましくは300〜450℃で、RF
プラズマCVD法で分解・堆積した。TEOSと酸素の
圧力比は1:1〜1:3、また、圧力は0.05〜0.
5torr、RFパワーは100〜250Wとした。あ
るいはTEOSを原料としてオゾンガスとともに減圧C
VD法もしくは常圧CVD法によって、基板温度を35
0〜600℃、好ましくは400〜550℃として形成
した。成膜後、酸素もしくはオゾンの雰囲気で400〜
600℃で30〜60分アニールした。
Thereafter, as shown in FIG.
An amorphous silicon film is formed at a temperature of 100 to 1500 °, preferably 300 to 800 ° by a VD method or an LPCVD method.
ÅThen, the island-like silicon region 104 was formed by patterning. And a thickness of 200 to 1500 mm,
Preferably, silicon oxide 105 of 500 to 1000 ° is formed. This silicon oxide film also functions as a gate insulating film. Therefore, sufficient care is required for its production. Here, TEOS is used as a raw material, and a substrate temperature of 1 with oxygen.
RF at 50-600 ° C., preferably 300-450 ° C.
Decomposed and deposited by plasma CVD. The pressure ratio between TEOS and oxygen is 1: 1 to 1: 3, and the pressure is 0.05 to 0.
The RF power was set to 100 to 250 W at 5 torr. Alternatively, decompression C using TEOS as a raw material together with ozone gas
The substrate temperature is set to 35 by the VD method or the normal pressure CVD method.
It formed as 0-600 degreeC, Preferably it was 400-550 degreeC. After film formation, 400 ~ in oxygen or ozone atmosphere
Annealed at 600 ° C. for 30 to 60 minutes.

【0021】そして、図1(A)に示すようにKrFエ
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、シリコン領域104を結晶化させ
た。レーザーのエネルギー密度は200〜400mJ/
cm2 、好ましくは250〜300mJ/cm2 とし、
また、レーザー照射の際には基板を300〜500℃に
加熱した。このようにして形成されたシリコン膜104
の結晶性をラマン散乱分光法によって調べたところ、単
結晶シリコンのピーク(521cm-1)とは異なって、
515cm-1付近に比較的ブロードなピークが観測され
た。その後、水素中で350℃で2時間アニールした。
Then, as shown in FIG. 1A, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 ns)
ec) was irradiated to crystallize the silicon region 104. Laser energy density is 200-400mJ /
cm 2 , preferably 250 to 300 mJ / cm 2 ,
During the laser irradiation, the substrate was heated to 300 to 500 ° C. The silicon film 104 thus formed
When the crystallinity of was investigated by Raman scattering spectroscopy, it was different from the single crystal silicon peak (521 cm -1 ).
A relatively broad peak was observed at around 515 cm -1 . Thereafter, annealing was performed at 350 ° C. for 2 hours in hydrogen.

【0022】その後、厚さ2000Å〜1μmのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、ゲイト電極106を形成した。アルミ
ニウムにはスカンジウム(Sc)を0.15〜0.2重
量%ドーピングしておいてもよい。次に基板をpH≒
7、1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸
し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極を陽極
として、陽極酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一定
電流で220Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持
して終了した。本実施例では定電流状態では、電圧の上
昇速度は2〜5V/分が適当であった。このようにし
て、厚さ1500〜3500Å、例えば、2000Åの
陽極酸化物107を形成した。(図1(B))
Thereafter, an aluminum film having a thickness of 2000 to 1 μm was formed by an electron beam evaporation method, and this was patterned to form a gate electrode 106. Aluminum may be doped with scandium (Sc) by 0.15 to 0.2% by weight. Next, the substrate is adjusted to pH ≒.
7, immersed in an ethylene glycol solution of 1 to 3% tartaric acid, and anodized using platinum as a cathode and the aluminum gate electrode as an anode. The anodization was completed by first increasing the voltage to 220 V with a constant current and maintaining the state for one hour. In the present embodiment, in the constant current state, the voltage rising speed is suitably 2 to 5 V / min. Thus, anodic oxide 107 having a thickness of 1500-3500 °, for example, 2000 ° was formed. (FIG. 1 (B))

【0023】その後、イオンドーピング法(プラズマド
ーピング法ともいう)によって、各TFTの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物(燐)を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン(PH3 )を用いた。ドーズ量は、1〜4×10
15cm-2とした。
Thereafter, an impurity (phosphorus) was implanted into the island-like silicon film of each TFT in a self-aligned manner by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method) using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH 3 ) was used as a doping gas. Dose amount is 1-4 × 10
It was 15 cm -2 .

【0024】さらに、図1(C)に示すようにKrFエ
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶
性の劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーのエ
ネルギー密度は150〜400mJ/cm2 、好ましく
は200〜250mJ/cm2 であった。こうして、N
型不純物(燐)領域108、109を形成した。これら
の領域のシート抵抗は200〜800Ω/□であった。
本工程において、レーザーを用いるかわりに、フラッシ
ュランプを使用して短時間に1000〜1200℃(シ
リコンモニターの温度)まで上昇させ、試料を加熱す
る、いわゆるRTP(ラピッド・サーマル・プロセス)
を用いてもよい。
Further, as shown in FIG. 1C, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 ns)
ec) was applied to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity was deteriorated by the introduction of the impurity region. The energy density of the laser was 150 to 400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ / cm 2 . Thus, N
Type impurity (phosphorus) regions 108 and 109 were formed. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □.
In this step, a so-called RTP (rapid thermal process) is used in which a flash lamp is used instead of a laser to quickly raise the temperature to 1000 to 1200 ° C. (temperature of a silicon monitor) and heat the sample.
May be used.

【0025】その後、全面に層間絶縁物110として、
TEOSを原料として、これと酸素とのプラズマCVD
法、もしくはオゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CV
D法によって酸化珪素膜を厚さ3000Å形成した。基
板温度は250〜450℃、例えば、350℃とした。
成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化珪素膜を機
械的に研磨した。さらに、スパッタ法によってITO被
膜を堆積し、これをパターニングして画素電極111と
した。(図1(D))
Then, an interlayer insulator 110 is formed on the entire surface.
Plasma CVD of TEOS as raw material and oxygen
Method, reduced pressure CVD method with ozone, or normal pressure CV
A silicon oxide film having a thickness of 3000 .ANG. Was formed by Method D. The substrate temperature was 250 to 450 ° C, for example, 350 ° C.
After the film formation, the silicon oxide film was mechanically polished to obtain a flat surface. Further, an ITO film was deposited by a sputtering method, and this was patterned to obtain a pixel electrode 111. (Fig. 1 (D))

【0026】そして、層間絶縁物110をエッチングし
て、図1(E)に示すようにTFTのソース/ドレイン
にコンタクトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタ
ンの配線112、113を形成し、配線113は画素電
極111に接続させた。なお、この際には、図1(F)
に示すようにソース/ドレイン領域(島状シリコン)を
はみだしてコンタクトホールを形成してもよい。この場
合にはコンタクトホールのうち、島状シリコンをはみだ
した面積は30〜70%であった。この場合には、ソー
ス/ドレインの上面のみならず、側面においてもコンタ
クトが形成される。以下、このようなコンタクトをトッ
プサイドコンタクトと称する。従来の構造において、ト
ップサイドコンタクトを形成しようとすれば、層間絶縁
物のエッチング工程によって、島状シリコン以外の部分
の下地の酸化珪素膜、さらには、基板までエッチングさ
れたが、本実施例では、窒化アルミニウム膜102がエ
ッチングストッパーとなって、ここでエッチングが止ま
る。
Then, the interlayer insulator 110 is etched to form contact holes in the source / drain of the TFT as shown in FIG. 1E, and wires 112 and 113 of chromium or titanium nitride are formed. Was connected to the pixel electrode 111. In this case, FIG. 1 (F)
As shown in (1), the contact hole may be formed by protruding the source / drain region (island-like silicon). In this case, the area of the contact holes protruding from the island-shaped silicon was 30 to 70%. In this case, the contact is formed not only on the upper surface of the source / drain but also on the side surface. Hereinafter, such a contact is referred to as a top side contact. In the conventional structure, if an attempt is made to form a top side contact, the silicon oxide film underlying the portion other than the island-shaped silicon and further the substrate are etched by the step of etching the interlayer insulator, but in this embodiment, The aluminum nitride film 102 serves as an etching stopper, and the etching stops here.

【0027】通常の場合には、コンタクトホールの大き
さは、ソース/ドレインよりも小さくする必要があった
が、トップサイドコンタクトにおいては、逆にアイラン
ドの大きさをコンタクトホールのよりも小さくでき、結
果として、アイランドの微細化できる。また、逆にコン
タクホールを大きくすることができるので、量産性、信
頼性を高めることができた。最後に、水素中で300〜
400℃で0.1〜2時間アニールして、シリコンの水
素化を完了した。このようにして、TFTが完成した。
同時に作製した多数のTFTをマトリクス状に配列せし
めてアクティブマトリクス型液晶表示装置とした。
In the normal case, the size of the contact hole needs to be smaller than that of the source / drain. However, in the case of the top side contact, the size of the island can be made smaller than that of the contact hole. As a result, the island can be miniaturized. On the contrary, since the contact hole can be enlarged, mass productivity and reliability can be improved. Finally, 300 ~
Annealing was performed at 400 ° C. for 0.1 to 2 hours to complete hydrogenation of silicon. Thus, the TFT was completed.
A large number of TFTs manufactured at the same time were arranged in a matrix to form an active matrix type liquid crystal display device.

【0028】〔実施例2〕 本発明によって、TFTを
作製する例を図2に示す。まず、基板(NHテクノグラ
ス社製NA35ガラス)201上に、厚さ1000Å〜
5μmの窒化アルミニウム膜202を反応性スパッタ法
によって堆積した。アルミニウムをターゲットとして、
窒素とアルゴンの雰囲気でスパッタリングをおこなっ
た。窒素の割合は20%以上とすると良好な熱伝導性を
有する被膜が得られた。スパッタ時の圧力は、1×10
-4〜1×10-2Torrで好ましい結果が得られた。成
膜速度は20〜200Å/分だった。また、成膜の際に
は基板温度を100〜500℃に上昇させてもよい。
Embodiment 2 FIG. 2 shows an example of manufacturing a TFT according to the present invention. First, a substrate (NA35 glass manufactured by NH Techno Glass Co., Ltd.) 201 having a thickness of 1000
An aluminum nitride film 202 of 5 μm was deposited by a reactive sputtering method. Targeting aluminum,
Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. The pressure during sputtering is 1 × 10
Preferred results were obtained at -4 to 1 × 10 -2 Torr. The deposition rate was 20-200 ° / min. Further, at the time of film formation, the substrate temperature may be raised to 100 to 500 ° C.

【0029】次に、下地酸化膜203として厚さ100
〜1000Å、例えば、500Åの酸化珪素膜を形成し
た。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中での
スパッタ法やTEOSを酸素雰囲気のプラズマCVD法
で分解・堆積した。その後、この膜を550〜700
℃、例えば、650℃で4時間、亜酸化窒素(N2 O)
を20%含む窒素雰囲気中でアニールした。かくする
と、窒化アルミニウム膜は透明になり、かつ、その上の
酸化珪素膜を高密度化することができた。
Next, as the base oxide film 203, a thickness of 100
A silicon oxide film having a thickness of about 1000 °, for example, 500 ° was formed. As a method of forming the oxide film, a sputtering method in an oxygen atmosphere or TEOS was decomposed and deposited by a plasma CVD method in an oxygen atmosphere. Thereafter, this film is 550-700
Nitrous oxide (N 2 O) at 650 ° C. for 4 hours.
In a nitrogen atmosphere containing 20%. As a result, the aluminum nitride film became transparent, and the silicon oxide film thereon could be densified.

【0030】その後、プラズマCVD法やLPCVD法
によってアモルファス状のシリコン膜を200〜150
0Å、好ましくは300〜800Å堆積し、600℃の
窒素雰囲気中で48時間アニールした。こうして得られ
た結晶性シリコン膜をパターニングして、島状シリコン
領域204を形成した。そして、ゲイト絶縁膜207と
して、厚さ200〜1500Å、好ましくは500〜1
000Åの酸化珪素を形成した。
Thereafter, an amorphous silicon film is formed by plasma CVD or LPCVD to a thickness of 200 to 150 nm.
0 °, preferably 300-800 °, and annealed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 48 hours. The crystalline silicon film thus obtained was patterned to form an island-shaped silicon region 204. Then, as the gate insulating film 207, a thickness of 200 to 1500 °, preferably 500 to 1
000 ° of silicon oxide was formed.

【0031】そして、厚さ2000Å〜5μmの燐が添
加されたシリコン膜を減圧CVD法によって形成して、
これをパターニングし、ゲイト電極209、および配線
208を形成した。その後、イオンドーピング法(プラ
ズマドーピング法ともいう)によって、TFTの島状シ
リコン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的
に不純物(燐)を注入した。ドーピングガスとしてはフ
ォスフィン(PH3 )を用いた。ドーズ量は、1〜8×
1015cm-2とした。
Then, a phosphorus-added silicon film having a thickness of 2000 to 5 μm is formed by a low pressure CVD method.
This was patterned to form a gate electrode 209 and a wiring 208. Thereafter, an impurity (phosphorus) was implanted in a self-aligned manner into the island-like silicon film of the TFT by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method) using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH 3 ) was used as a doping gas. Dose amount is 1-8 ×
It was 10 15 cm -2 .

【0032】さらに、KrFエキシマーレーザー(波長
248nm、パルス幅20nsec)を照射して、上記
不純物領域の導入によって、結晶性の劣化した部分の結
晶性を改善させた。レーザーのエネルギー密度は150
〜400mJ/cm2 、好ましくは200〜250mJ
/cm2 であった。こうして、N型不純物(燐)領域2
05、206を形成した。これらの領域のシート抵抗は
200〜800Ω/□であった。(図2(A))
Further, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was irradiated to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity was deteriorated by introducing the impurity region. Laser energy density is 150
400400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ
/ Cm 2 . Thus, the N-type impurity (phosphorus) region 2
05 and 206 were formed. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □. (Fig. 2 (A))

【0033】その後、全面に層間絶縁物210としてプ
ラズマCVD法、もしくは減圧CVD法あるいは常圧C
VD法によって酸化珪素膜を厚さ3000Å形成した。
さらに、フォトレジスト211を選択的に形成した。こ
のようなフォトレジストは、配線の交差する部分もしく
は配線にコンタクトが設けられる部分に形成すると良
い。(図2(B))そして、図2(C)に示すように、
フォトレジスト211をマスクとして、層間絶縁物21
0、ゲイト絶縁物207、さらに下地酸化珪素膜203
をエッチングした。下地酸化珪素膜はエッチングされた
が、窒化アルミニウム膜がストッパーとなって基板はエ
ッチングされなかった。このため、平坦な表面が得られ
た。(図2(C))
Thereafter, a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a normal pressure C
A silicon oxide film having a thickness of 3000 .ANG. Was formed by the VD method.
Further, a photoresist 211 was selectively formed. Such a photoresist is preferably formed at a portion where the wiring intersects or a portion where the wiring is provided with a contact. (FIG. 2 (B)) And as shown in FIG. 2 (C),
Using the photoresist 211 as a mask, the interlayer insulator 21 is used.
0, gate insulator 207, and underlying silicon oxide film 203
Was etched. The underlying silicon oxide film was etched, but the substrate was not etched with the aluminum nitride film as a stopper. For this reason, a flat surface was obtained. (Fig. 2 (C))

【0034】そして、配線材料としてチタン膜(厚さ2
000Å〜5μm)を形成し、これをパターニングし
て、TFTのソース、ドレインに接続する配線212、
213を形成した。さらに、ITOを選択的に形成して
画素電極214とした。最後に、このようにして処理し
た基板を1気圧、350℃の水素中で30分間アニール
して、水素化を完了した。このようにして、TFTが完
成した。同時に作製した多数のTFTをマトリクス状に
配列せしめてアクティブマトリクス型液晶表示装置とし
た。
Then, a titanium film (having a thickness of 2
000Å-5 μm), and patterning the same to form a wiring 212 connected to the source and drain of the TFT.
213 were formed. Further, ITO was selectively formed to form a pixel electrode 214. Finally, the substrate thus treated was annealed in hydrogen at 1 atm and 350 ° C. for 30 minutes to complete the hydrogenation. Thus, the TFT was completed. A large number of TFTs manufactured at the same time were arranged in a matrix to form an active matrix type liquid crystal display device.

【0035】〔実施例3〕 本発明によって、TFTを
作製する例を図3に示す。本実施例のTFTは、アクテ
ィブマトリクス回路とそれを駆動するための周辺回路を
有するモノリシック型アクティブマトリクス回路におけ
る周辺回路のTFT、特にチャネル幅が200〜800
μmのドライバーTFTに関するものである。このよう
なドライバーTFTは大きな電流を制御することから発
熱量が大きい。そのため、本発明の下地膜による迅速な
熱の放散が望まれる。
Embodiment 3 FIG. 3 shows an example of manufacturing a TFT according to the present invention. The TFT of this embodiment is a TFT of a peripheral circuit in a monolithic active matrix circuit having an active matrix circuit and a peripheral circuit for driving the active matrix circuit, particularly, a channel width of 200 to 800.
This relates to a driver TFT of μm. Such a driver TFT generates a large amount of heat because it controls a large current. Therefore, rapid heat dissipation by the base film of the present invention is desired.

【0036】まず、基板(コーニング7059)301
上に、厚さ2000〜5000Åの窒化アルミニウム膜
302を反応性スパッタ法によって堆積した。アルミニ
ウムをターゲットとして、窒素とアルゴンの雰囲気でス
パッタリングをおこなった。窒素の割合は20%以上と
すると良好な熱伝導性を有する被膜が得られた。スパッ
タ時の圧力は、1×10-4〜1×10-2Torrで好ま
しい結果が得られた。成膜速度は20〜200Å/分だ
った。また、成膜の際には基板温度を100〜500℃
に上昇させてもよい。
First, the substrate (Corning 7059) 301
An aluminum nitride film 302 having a thickness of 2000 to 5000 ° was deposited thereon by a reactive sputtering method. Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon with aluminum as a target. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. A favorable result was obtained when the pressure during sputtering was 1 × 10 −4 to 1 × 10 −2 Torr. The deposition rate was 20-200 ° / min. During the film formation, the substrate temperature is set to 100 to 500 ° C.
May be raised.

【0037】次に、下地酸化膜303として厚さ100
0〜2000Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の
形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法やTE
OSを酸素雰囲気のプラズマCVD法を用いればよい。
その後、プラズマCVD法やLPCVD法によってアモ
ルファス状のシリコン膜を1000〜3000Å、好ま
しくは1000〜1500Å堆積し、600℃の窒素雰
囲気中で48時間アニールした。こうして得られた結晶
性シリコン膜をパターニングして、島状シリコン領域3
04を形成した。そして、ゲイト絶縁膜305として、
厚さ200〜1500Å、好ましくは500〜1000
Åの酸化珪素を形成した。
Next, as the base oxide film 303, a thickness of 100
A silicon oxide film of 0 to 2000 ° was formed. As a method for forming this oxide film, a sputtering method in an oxygen atmosphere or a TE method
The OS may be a plasma CVD method in an oxygen atmosphere.
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited at 1000 to 3000 °, preferably 1000 to 1500 ° by plasma CVD or LPCVD, and annealed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 48 hours. The crystalline silicon film thus obtained is patterned to form island-like silicon regions 3.
04 was formed. Then, as the gate insulating film 305,
200 to 1500 mm thick, preferably 500 to 1000
珪 素 of silicon oxide was formed.

【0038】そして、厚さ2000Å〜5μmのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、さらに、実施例1と同様の条件で陽極
酸化処理を施して、ゲイト電極306、および配線30
7を形成した。(図3(A))その後、イオンドーピン
グ法(プラズマドーピング法ともいう)によって、TF
Tの島状シリコン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして
自己整合的に不純物(燐)を注入した。ドーピングガス
としてはフォスフィン(PH3 )を用いた。ドーズ量
は、2〜8×1015cm-2とした。(図3(B))
Then, an aluminum film having a thickness of 2000 to 5 μm is formed by an electron beam evaporation method, is patterned, and is further subjected to an anodic oxidation treatment under the same conditions as in the first embodiment. Wiring 30
7 was formed. (FIG. 3A) Thereafter, the TF is formed by ion doping (also called plasma doping).
Impurities (phosphorus) were implanted into the T island-like silicon film in a self-aligned manner using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH 3 ) was used as a doping gas. The dose amount was 2 to 8 × 1015 cm −2 . (FIG. 3 (B))

【0039】そして、下地酸化珪素膜303をエッチン
グした。エッチングは窒化アルミニウム膜302がスト
ッパーとなって止まった。この状態で、KrFエキシマ
ーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)
を照射して、上記不純物領域の導入によって、結晶性の
劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーのエネル
ギー密度は100〜400mJ/cm2 、好ましくは1
00〜150mJ/cm2 であった。燐やホウ素を含有
する酸化珪素膜は紫外光を吸収するので、実施例1のよ
うに、スルードーピング後に、引き続いてレーザーアニ
ールをおこなうには強力なレーザー光が必要であった。
しかし、本実施例では、ドーピング後に酸化珪素膜(ゲ
イト絶縁膜)が除去されていると、レーザーのエネルギ
ーは少なくても良かった。このためレーザー処理のスル
ープットを向上させることができた。こうして、N型不
純物(燐)領域308、309を形成した。これらの領
域のシート抵抗は200〜800Ω/□であった。(図
3(C))
Then, the underlying silicon oxide film 303 was etched. The etching was stopped by the aluminum nitride film 302 serving as a stopper. In this state, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec)
To improve the crystallinity of the portion where the crystallinity is deteriorated by the introduction of the impurity region. The energy density of the laser is 100 to 400 mJ / cm 2 , preferably 1
It was 00 to 150 mJ / cm 2 . Since the silicon oxide film containing phosphorus or boron absorbs ultraviolet light, a strong laser beam was necessary for performing subsequent laser annealing after through doping as in Example 1.
However, in this example, if the silicon oxide film (gate insulating film) was removed after the doping, the energy of the laser was small. For this reason, the throughput of the laser processing could be improved. Thus, N-type impurity (phosphorus) regions 308 and 309 were formed. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □. (FIG. 3 (C))

【0040】その後、全面に層間絶縁物310としてプ
ラズマCVD法、もしくは減圧CVD法あるいは常圧C
VD法によって酸化珪素膜を厚さ2000〜3000Å
形成し、配線材料としてアルミニウム膜(厚さ2000
Å〜5μm)を形成し、これをパターニングして、TF
Tのソース、ドレインに接続する配線311、312を
形成した。配線312と配線307は図に示すように交
差する。(図3(C))
Thereafter, a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a normal pressure C
The silicon oxide film is formed to a thickness of 2000 to 3000 に よ っ て by the VD method.
Formed and an aluminum film (thickness 2000)
Å-5 μm), and patterning this to form TF
Wirings 311 and 312 connected to the source and drain of T were formed. The wiring 312 and the wiring 307 intersect as shown in the drawing. (FIG. 3 (C))

【0041】最後に、このようにして処理した基板を1
気圧、350℃の水素中で30分間アニールして、水素
化を完了した。このようにして、TFTが完成した。同
様に不純物領域にホウ素をドーピングしてPチャネル型
のTFTも作製し、CMOS回路を作製した。Nチャネ
ル型、Pチャネル型の典型的な電界効果移動度は、それ
ぞれ、80〜150cm2 /Vs、40〜100cm2
/Vsであった。また、このTFTで作製したシフトレ
ジスタは、ドレイン電圧17Vにおいて、11MHzで
動作することが確認された。
Finally, the substrate thus treated is
The hydrogenation was completed by annealing for 30 minutes in hydrogen at 350 ° C. at atmospheric pressure. Thus, the TFT was completed. Similarly, a P-channel TFT was manufactured by doping the impurity region with boron, and a CMOS circuit was manufactured. N-channel type, a typical field-effect mobility of P-channel type, respectively, 80~150cm 2 / Vs, 40~100cm 2
/ Vs. In addition, it was confirmed that the shift register manufactured with this TFT operates at 11 MHz at a drain voltage of 17 V.

【0042】さらに、ゲイトやドレインに長時間(〜9
6時間)にわたって高電圧(>20V)を印加しても特
性の劣化は少なかった。これは、TFTで局所的に発生
した熱が速やかに放散され、半導体被膜やゲイト絶縁膜
との界面からの水素の離脱が抑制されたためである。実
際に、長時間のバイアス印加状態(ゲイト電圧11V、
ドレイン電圧14V)における発熱の状態をサーモグラ
フィー(日本アビオニクス社製)によって確かめたとこ
ろ、本実施例によるTFTでは恒常的な温度上昇は見ら
れず、せいぜい、50℃程度の温度までしか上昇しなか
った。しかしながら、従来のTFT(下地膜として窒化
アルミニウム膜を有しない)では、同条件では、短時間
のうちに100℃以上にまで加熱され、素子特性が著し
く劣化した。このように、本発明の効果は顕著に確かめ
られた。
Further, a long time (up to 9
Even when a high voltage (> 20 V) was applied for 6 hours), deterioration of the characteristics was small. This is because heat locally generated in the TFT is quickly dissipated, and the elimination of hydrogen from the interface with the semiconductor film and the gate insulating film is suppressed. Actually, a long-time bias application state (gate voltage 11 V,
The state of heat generation at a drain voltage of 14 V) was confirmed by thermography (manufactured by Nippon Avionics, Inc.). As a result, a constant temperature increase was not observed in the TFT according to the present embodiment, and at most, the temperature rose only to about 50 ° C. . However, under the same conditions, a conventional TFT (having no aluminum nitride film as a base film) was heated to 100 ° C. or more in a short time, and the device characteristics were significantly deteriorated. Thus, the effect of the present invention was remarkably confirmed.

【0043】〔実施例4〕本実施例はアクティブマトリ
クス型液晶ディスプレーの画素部分の形成方法を示す。
図4および図5に本実施例を示す。まず、基板401と
しては、コーニング7059を用いた。基板は、下地膜
の成膜の前もしくは後に、歪み温度よりも高い温度でア
ニールをおこなった後、0.1〜1.0℃/分で歪み温
度以下まで徐冷すると、その後の温度上昇を伴う工程で
の基板の収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コ
ーニング7059基板では、620〜660℃で1〜4
時間アニールした後、0.03〜1.0℃/分、好まし
くは、0.1〜0.3℃/分で徐冷し、450〜590
℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。本実施例
では、630℃で4時間アニールしたのち、0.2℃/
分で徐冷した。
[Embodiment 4] This embodiment shows a method of forming a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display.
4 and 5 show this embodiment. First, Corning 7059 was used as the substrate 401. The substrate is annealed at a temperature higher than the strain temperature before or after the formation of the base film, and then gradually cooled to a strain temperature or lower at 0.1 to 1.0 ° C./min. Substrate shrinkage in the accompanying process is small, and mask alignment is ready. For Corning 7059 substrate, 1-4 at 620-660 ° C.
After annealing for an hour, the temperature is gradually reduced at 0.03 to 1.0 ° C./min, preferably 0.1 to 0.3 ° C./min.
It is good to take out at the stage when the temperature has dropped to ° C. In this embodiment, after annealing at 630 ° C. for 4 hours, 0.2 ° C. /
Cooled in minutes.

【0044】そして、基板401上に厚さ0.1〜2μ
m、好ましくは0.2〜0.5μm例えば0.3μmの
窒化アルミニウム膜402を反応性スパッタ法によって
堆積した。アルミニウムをターゲットとして、窒素とア
ルゴンの雰囲気でスパッタリングをおこなった。窒素の
割合は20%以上とすると良好な熱伝導性を有する被膜
が得られた。スパッタ時の圧力は、1×10-4〜1×1
-2Torrで好ましい結果が得られた。成膜速度は2
0〜200Å/分だった。また、成膜の際には基板温度
を100〜500℃に上昇させてもよい。この窒化アル
ミニウム膜402の成膜は、前記の基板アニール処理の
前でもよかった。その後、スパッタリング法によって厚
さ0〜1000Å、好ましくは20〜500Å、例えば
200Åの非常に薄い酸化珪素の下地膜403を形成し
た。
Then, a thickness of 0.1 to 2 μm is formed on the substrate 401.
An aluminum nitride film 402 having a thickness of m, preferably 0.2 to 0.5 μm, for example 0.3 μm, was deposited by a reactive sputtering method. Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon with aluminum as a target. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. The pressure during sputtering is 1 × 10 -4 to 1 × 1
Good results were obtained at 0 -2 Torr. The deposition rate is 2
It was 0-200Å / min. Further, at the time of film formation, the substrate temperature may be raised to 100 to 500 ° C. This aluminum nitride film 402 may be formed before the substrate annealing treatment. Thereafter, a very thin silicon oxide base film 403 having a thickness of 0 to 1000 °, preferably 20 to 500 °, for example, 200 ° was formed by a sputtering method.

【0045】下地膜成膜後、プラズマCVD法によっ
て、厚さ300〜1500Å、例えば1000Åの真性
(I型)のアモルファスシリコン膜404を成膜した。
さらに、プラズマCVD法によって、厚さ200〜20
00Å、例えば500Åの酸化珪素もしくは窒化珪素の
マスク膜405を成膜した。そして、このマスク膜40
5に選択的に孔406を形成した。さらに、スパッタリ
ング法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åのニ
ッケル膜407を成膜した。ニッケル膜の代わりに珪化
ニッケル膜(化学式NiSix 、0.4≦x≦2.
5、例えば、x=2.0)を用いてもよい。また、ニッ
ケル以外にも銅、パラジウム等にも同様にアモルファス
シリコンを結晶化させる触媒作用があるので、これらを
用いてもよい。(図4(A))
After forming the base film, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film 404 having a thickness of 300 to 1500 °, for example, 1000 ° was formed by a plasma CVD method.
Further, the thickness is 200 to 20 by the plasma CVD method.
A mask film 405 of 00Å, for example, 500Å silicon oxide or silicon nitride was formed. Then, this mask film 40
Holes 406 were selectively formed in No. 5. Further, a nickel film 407 having a thickness of 5 to 200 °, for example, 20 ° was formed by a sputtering method. Instead of the nickel film, a nickel silicide film (chemical formula: NiSix, 0.4 ≦ x ≦ 2.
5, for example, x = 2.0). Copper, palladium, and the like other than nickel also have a catalytic action of crystallizing amorphous silicon, and may be used. (FIG. 4 (A))

【0046】そして、不活性雰囲気下(窒素もしくはア
ルゴン、大気圧),550℃、で4〜8時間、例えば8
時間アニールして結晶化させた。この工程で、ニッケル
が孔406の部分からシリコン膜中に導入された。ニッ
ケルは、アモルファスシリコンに対しては、触媒的に作
用して結晶化を促進させるため、最初に孔406の直下
の領域410が結晶化した。しかし、この領域では結晶
性はランダムであった。その後、ニッケルの拡散ととも
に結晶化は、孔406から周囲に広がり、図の矢印の方
向に結晶化が進行し、領域409が結晶化した。領域4
09では、結晶化が一方向に進行するため、良好な結晶
性が得られた。領域408は未結晶化領域である。結晶
化領域の大きさはアニール時間に依存した。マスク膜4
05が薄いと、ニッケルが孔406以外から侵入して、
結晶化が開始されるので、良好な結晶性を得る目的上、
好ましくなかった。したがって、マスク膜405は、本
実施例のように少なくとも500Åは必要であった。
(図4(B))
Then, under an inert atmosphere (nitrogen or argon, atmospheric pressure) at 550 ° C. for 4 to 8 hours, for example, 8 hours
Anneal for hours to crystallize. In this step, nickel was introduced into the silicon film from the hole 406. Nickel catalytically acts on amorphous silicon to promote crystallization, so that the region 410 immediately below the hole 406 first crystallized. However, the crystallinity was random in this region. Thereafter, the crystallization spreads from the hole 406 to the periphery with the diffusion of nickel, and the crystallization progressed in the direction of the arrow in the figure, and the region 409 was crystallized. Area 4
In the case of 09, crystallization proceeds in one direction, so that good crystallinity was obtained. The region 408 is an uncrystallized region. The size of the crystallization region depended on the annealing time. Mask film 4
If 05 is thin, nickel will invade from other than the hole 406,
Since crystallization is started, for the purpose of obtaining good crystallinity,
Not preferred. Therefore, the mask film 405 needs at least 500 ° as in this embodiment.
(FIG. 4 (B))

【0047】この工程の後に、公知のフォトリソグラフ
ィー法によって、シリコン膜404をパターニングし
て、TFTの島状の活性層411を形成した。この際、
チャネル形成領域となる部分に横方向の結晶成長の先端
部(すなわち、結晶化領域409と未結晶化領域408
の境界)、およびニッケルが直接、導入された領域41
0(いずれも、ニッケルの濃度が大きい)が存在しない
ようにすることが重要である。このようにすることで、
ソース/ドレイン間を移動するキャリアがチャネル形成
領域において、ニッケル元素の影響を受けないようにす
ることができる。本実施例では選択的にニッケルをシリ
コン膜に導入し、横方向の結晶化領域409のみをTF
Tの活性層に用いたが、このような選択的なニッケルの
導入をおこなわずに、ニッケルを一様に導入して、結晶
化させたシリコン膜を用いてもよい。ただし、その場合
のTFTの特性は、前者に比較してやや劣る。
After this step, the silicon film 404 was patterned by a known photolithography method to form a TFT island-shaped active layer 411. On this occasion,
At the portion to be the channel formation region, the tip of lateral crystal growth (that is, crystallized region 409 and uncrystallized region 408)
And the region 41 where nickel was directly introduced.
It is important that 0 (both have high nickel concentrations) not be present. By doing this,
Carriers moving between the source and the drain can be prevented from being affected by the nickel element in the channel formation region. In this embodiment, nickel is selectively introduced into the silicon film, and only the crystallization region 409 in the lateral direction is
Although used for the active layer of T, a silicon film crystallized by uniformly introducing nickel without using such selective introduction of nickel may be used. However, the characteristics of the TFT in this case are slightly inferior to those of the former.

【0048】図4((C)は、シリコン膜404のエッ
チングの途中の様子が示されている。すなわち、島状活
性層411上には、マスク膜およびフォトレジスト41
2が存在する。このエッチング工程では下地の酸化珪素
膜403もエッチングされた。(図4(C))本工程の
後、フォトレジストを剥離し、さらに、活性層411上
のマスク膜をもエッチングする必要がある。これは通
常、フッ化水素酸系のエッチャントを用いておこなわれ
るが、従来のTFTプロセスにおいては、下地膜とし
て、酸化珪素膜のみを用いていたので、マスク膜のエッ
チングの際に、下地膜も同様にエッチングされる(この
場合には、少なくともマスク膜の厚さ500Åだけ、下
地膜がエッチングされる)ことが問題であった。500
Åもの段差は、あとでゲイト電極を形成した場合におい
て、ゲイト電極の断線の大きな原因であった。このた
め、マスク膜を薄くすることが必要とされたが、マスク
膜があまりに薄いと、上述のように選択的な結晶化をお
こなうに際して不都合があった。
4C shows a state during the etching of the silicon film 404. That is, the mask film and the photoresist 41 are formed on the island-shaped active layer 411.
There are two. In this etching step, the underlying silicon oxide film 403 was also etched. (FIG. 4C) After this step, it is necessary to remove the photoresist and further etch the mask film on the active layer 411. This is usually performed using a hydrofluoric acid-based etchant. However, in the conventional TFT process, only a silicon oxide film is used as a base film, so that when the mask film is etched, the base film is also used. There is a problem that etching is performed in the same manner (in this case, the underlying film is etched at least by a thickness of 500 ° of the mask film). 500
The Å step was a major cause of disconnection of the gate electrode when the gate electrode was formed later. For this reason, it was necessary to make the mask film thin. However, if the mask film was too thin, there was an inconvenience in performing selective crystallization as described above.

【0049】しかしながら、本実施例では、下地膜とし
て、フッ化水素酸によってほとんどエッチングされない
窒化アルミニウム膜を用いていたので、マスク膜のみを
選択的にエッチングできた。問題の段差も、シリコン膜
の厚さ(1000Å)に下地の酸化珪素膜403の厚さ
t(=200Å)を加えただけでおさまり、その後のゲ
イト電極の断線の問題は生じなかった。
However, in this embodiment, since the aluminum nitride film hardly etched by hydrofluoric acid was used as the base film, only the mask film could be selectively etched. The problem step was reduced only by adding the thickness t (= 200 °) of the underlying silicon oxide film 403 to the thickness (1000 °) of the silicon film, and the subsequent problem of disconnection of the gate electrode did not occur.

【0050】このように活性層を形成した後、0.5〜
4μmここでは0.8〜1.4μmにピークをもつ赤外
光を30〜180秒照射し、活性層の結晶化をさらに助
長させた(光アニール(ランプアニール)工程、もしく
はRTP)。温度は800〜1300℃、代表的には9
00〜1200℃、例えば1100℃とした。この温度
は、同時にモニターとしてセットされた単結晶シリコン
基板内の熱電対の温度であり、実際の基板表面の温度で
はない。活性層の表面の状態を良くするために、照射は
H2 雰囲気中でおこなった。本工程は、活性層を選択
的に加熱することになるので、ガラス基板への加熱を最
小限に抑えることができる。そして、活性層中の欠陥や
不体結合手を減少させるのに非常に効果がある。このと
きに問題になることは、本実施例では、選択的な結晶化
工程を用いているので、赤外線の吸収がシリコン膜の場
所によって異なることであった。例えば、活性層411
内においても、図の右側では結晶成分が多いために上記
の赤外線を吸収しやすく、一方、左側ではアモルファス
成分が多いために、赤外線を吸収しにくいというような
現象が観察された。
After the formation of the active layer,
In this case, infrared light having a peak at 0.8 to 1.4 μm was irradiated for 30 to 180 seconds to further promote crystallization of the active layer (light annealing (lamp annealing) step or RTP). Temperature is 800-1300 ° C, typically 9
The temperature was set to 00 to 1200 ° C, for example, 1100 ° C. This temperature is the temperature of the thermocouple in the single crystal silicon substrate set as a monitor at the same time, and is not the actual temperature of the substrate surface. Irradiation was performed in an H2 atmosphere to improve the condition of the surface of the active layer. In this step, since the active layer is selectively heated, heating of the glass substrate can be minimized. And, it is very effective in reducing defects and unbound bonds in the active layer. The problem at this time is that in the present embodiment, since the selective crystallization process is used, the absorption of infrared rays differs depending on the location of the silicon film. For example, the active layer 411
Among them, the phenomenon that the above-mentioned infrared ray was easily absorbed on the right side of the figure due to the large amount of the crystalline component, while the phenomenon that the infrared ray was hardly absorbed on the left side due to the large amount of the amorphous component was observed.

【0051】しかし、本実施例では、下地膜に熱伝導率
のよい、窒化アルミニウム膜を用いているので、上記の
赤外線の照射によって、シリコン膜が吸収した熱は、シ
リコン膜の特定の場所に蓄積されることなく、下地膜を
通じてただちに拡散するため、シリコン膜が均一に加熱
され、熱的な歪みが生じることがなく、シリコン膜の均
一性を高めることができた。その後、プラズマCVD法
によって厚さ1000Åの酸化珪素膜413をゲイト絶
縁膜として成膜した。CVDの原料ガスとしてはTEO
S(テトラ・エトキシ・シラン、Si(OC25
4 )と酸素を用い、成膜時の基板温度は300〜550
℃、例えば400℃とした。
However, in this embodiment, since the aluminum nitride film having a good thermal conductivity is used as the base film, the heat absorbed by the silicon film by the above-mentioned irradiation with the infrared rays is transferred to a specific portion of the silicon film. Since the silicon film is immediately diffused through the base film without being accumulated, the silicon film is uniformly heated, and thermal distortion does not occur, thereby improving the uniformity of the silicon film. Thereafter, a silicon oxide film 413 having a thickness of 1000 ° was formed as a gate insulating film by a plasma CVD method. TEO as source gas for CVD
S (tetraethoxysilane, Si (OC 2 H 5 )
4 ) Using oxygen and the substrate temperature during film formation is 300 to 550
° C, for example, 400 ° C.

【0052】このゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜413
の成膜後に、可視・近赤外光の照射による光アニールを
再度行なった。このアニールによって、主に酸化珪素膜
413とシリコン活性層411との界面及びその近傍に
おける準位を消滅させることができた。これは、ゲイト
絶縁膜とチャネル形成領域との界面特性が極めて重要で
ある絶縁ゲイト型電界効果半導体装置にとっては極めて
有用である。
The silicon oxide film 413 serving as the gate insulating film
After the film formation, optical annealing by irradiation of visible / near infrared light was performed again. By this annealing, the level mainly at the interface between the silicon oxide film 413 and the silicon active layer 411 and in the vicinity thereof could be eliminated. This is extremely useful for an insulating gate type field effect semiconductor device in which the interface characteristics between the gate insulating film and the channel formation region are extremely important.

【0053】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000Å、例えば5000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極と配線を形成した。さらに、このアルミ
ニウムの電極および配線の表面を陽極酸化して、表面に
酸化物層を形成した。この陽極酸化は、酒石酸が1〜5
%含まれたエチレングリコール溶液中で行った。得られ
た酸化物層の厚さは2000Åであった。このようにし
て、ゲイト電極部(すなわち、ゲイト電極とその周囲の
酸化物層)414および配線部415形成した。ゲイト
電極はこの他にも、多結晶シリコンやチタン、タングス
テン、タンタル等の金属、あるいはそれらの金属のシリ
サイドを単層、あるいは多層にして用いてもよい。(図
4(D))
Subsequently, by a sputtering method,
Aluminum (including 0.01 to 0.2% scandium) having a thickness of 3000 to 8000 °, for example, 5000 ° was formed. Then, the gate electrode and the wiring were formed by patterning the aluminum film. Further, the surface of the aluminum electrode and the wiring was anodized to form an oxide layer on the surface. This anodization is carried out when tartaric acid is 1 to 5
% In ethylene glycol solution. The thickness of the obtained oxide layer was 2000 °. Thus, a gate electrode portion (that is, a gate electrode and an oxide layer around the gate electrode) 414 and a wiring portion 415 were formed. Alternatively, the gate electrode may be a single layer or a multilayer of a metal such as polycrystalline silicon, titanium, tungsten, or tantalum, or a silicide of such a metal. (FIG. 4 (D))

【0054】次に、イオンドーピング法(プラズマドー
ピング法とも言う)によって、活性層領域(ソース/ド
レイン、チャネルを構成する)にゲイト電極部414を
マスクとして、自己整合的にN導電型を付与する不純物
を添加した。ドーピングガスとしてはフォスフィン(P
3 )を用い、加速電圧を60〜90kV、例えば80
kVとした。ドース量は1×1015〜8×1015
-2、例えば、2×1015cm-2とした。この結果、N
型の不純物領域416と417が形成された。この不純
物領域416、417には、チタン等のシリサイドを形
成してもよい。
Next, an N-conductivity type is imparted in a self-aligned manner to the active layer region (constituting the source / drain and channel) by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method) using the gate electrode portion 414 as a mask. Impurities were added. Phosphine (P
H 3 ) and an acceleration voltage of 60 to 90 kV, for example, 80
kV. Dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 10 15 c
m −2 , for example, 2 × 10 15 cm −2 . As a result, N
Mold impurity regions 416 and 417 were formed. In these impurity regions 416 and 417, silicide such as titanium may be formed.

【0055】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。レーザー光としては、KrFエキシマレーザ
ー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2
例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10
ショット、例えば2ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。
Thereafter, annealing was performed by laser light irradiation. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was used, but another laser may be used. The irradiation condition of the laser beam is such that the energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, 250 mJ / cm 2, and 2 to 10
A shot, for example, two shots was irradiated. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation with the laser light.

【0056】また、この工程は、可視・近赤外光による
ランプアニールによる方法でもよい。可視・近赤外線は
結晶化した珪素、または燐またはホウ素が1019〜10
21cm-3添加された非晶質珪素へは吸収されやすく、1
000℃以上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニー
ルを行うことができる。燐またはホウ素が添加されてい
ると、その不純物散乱により、近赤外線でも十分光が吸
収される。このことは肉眼による観察でも黒色であるこ
とから十分に推測がつく。その反面、ガラス基板へは吸
収されにくいので、ガラス基板を高温に加熱することが
なく、また短時間の処理ですむので、ガラス基板の縮み
が問題となる工程においては最適な方法であるといえ
る。本実施例においては下地膜として熱伝導度の高い窒
化アルミニウム膜を用いているので、このようなアニー
ル工程においても、1か所に熱が蓄積された熱的な破壊
をもたらすことはなかった。特に、熱的に弱いアルミニ
ウムをゲイト電極を用いるだけに、下地膜として窒化ア
ルミニウム膜を用いることは好ましかった。
This step may be performed by lamp annealing using visible / near infrared light. Visible and near-infrared light is crystallized silicon or phosphorus or boron in 10 19 to 10
It is easily absorbed by amorphous silicon to which 21 cm -3 is added.
Effective annealing comparable to thermal annealing of 000 ° C. or more can be performed. If phosphorus or boron is added, light is sufficiently absorbed even in the near infrared due to scattering of impurities. This can be fully guessed from the fact that it is black even with the naked eye. On the other hand, since it is hardly absorbed by the glass substrate, it is not necessary to heat the glass substrate to a high temperature, and the process can be performed in a short time. . In this embodiment, since the aluminum nitride film having high thermal conductivity is used as the base film, even in such an annealing process, thermal destruction in which heat is accumulated in one place does not occur. In particular, it is preferable to use an aluminum nitride film as a base film only by using a gate electrode made of thermally weak aluminum.

【0057】その後、厚さ3000〜8000Å、例え
ば、6000Åの酸化珪素膜418を層間絶縁物として
プラズマCVD法によって形成した。この層間絶縁物と
してはポリイミドまたは酸化珪素とポリイミドの2層膜
を利用してもよい。さらに、スパッタ法によって、厚さ
800ÅのITO膜を成膜し、これパターニングして画
素電極419を形成した。そして、層間絶縁物を緩衝フ
ッ化水素酸(HF/NH4 F=0.01〜0.2、例え
ば、0.1)でエッチングしてコンタクトホール42
2、423を形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線4
20、421を形成した。最後に、1気圧の水素雰囲気
で350℃、30分のアニールを行い、TFTを相補型
に構成した半導体回路を完成した。(図4(E))
Thereafter, a silicon oxide film 418 having a thickness of 3000 to 8000 Å, for example, 6000 Å was formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method. As the interlayer insulator, polyimide or a two-layer film of silicon oxide and polyimide may be used. Further, an ITO film having a thickness of 800 ° was formed by a sputtering method, and was patterned to form a pixel electrode 419. Then, the interlayer insulator is etched with buffered hydrofluoric acid (HF / NH 4 F = 0.01 to 0.2, for example, 0.1) to form a contact hole 42.
2 and 423 are formed, and a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum is used to form a TFT electrode / wiring 4.
20, 421 were formed. Lastly, annealing was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at 1 atm to complete a semiconductor circuit having a complementary TFT. (FIG. 4E)

【0058】本実施例では特に、コンタクトホール42
2、423は活性層の端部に形成し、一部は活性層から
はみ出すような形状とした。このような形状としても、
本実施例では下地膜として窒化アルミニウム膜を用いて
いるので、基板へのオーバーエッチはほとんどなく、再
現性良くTFTを形成することができた。図5(A)に
本発明によって作製した。TFTを上から見た図を示す
が、活性層411は直線状とし、その両端にコンタクト
ホール422、423を活性層からはみ出す形状に形成
した。活性層とゲイト配線415の間隔はx1 の距離
に、また、活性層と画素電極419の距離はx2 を保つ
ように配置した。これはミスアライメントによる線の重
なりを防止するためである。本実施例では活性層の面積
が小さいので、画素電極の面積を大きく、また、配線の
専有する面積を小さくできる。
In this embodiment, in particular, the contact hole 42
2, 423 were formed at the ends of the active layer, and a part thereof was formed to protrude from the active layer. Even with such a shape,
In this embodiment, since the aluminum nitride film was used as the base film, the substrate was hardly overetched, and a TFT could be formed with good reproducibility. FIG. 5 (A) shows a sample manufactured according to the present invention. As shown in the top view of the TFT, the active layer 411 has a linear shape, and contact holes 422 and 423 are formed at both ends so as to protrude from the active layer. Spacing of the active layer and the gate wiring 415 at a distance of x 1, also the distance between the active layer and the pixel electrode 419 is arranged to keep the x 2. This is to prevent overlapping of lines due to misalignment. In this embodiment, since the area of the active layer is small, the area of the pixel electrode can be increased, and the area occupied by the wiring can be reduced.

【0059】図5(B)には、従来のTFTを上から見
た様子を、また、図5(C)にはその断面を示したもの
で、図5(B)から明らかなように、活性層はゲイト電
極部分ではくびれて細く、ソース、ドレインの領域では
太くなっている。これは、コンタクトホール522、5
23を活性層のソース516、ドレイン517に確実に
形成するためであり、オーバーエッチの心配からコント
タクトホールがミスアライメントがあっても、活性層の
部分に形成されるようにするためである。
FIG. 5B shows a state of the conventional TFT viewed from above, and FIG. 5C shows a cross section thereof. As is clear from FIG. The active layer is constricted and thin in the gate electrode portion, and thick in the source and drain regions. This is because the contact holes 522, 5
This is to ensure that the contact holes 23 are formed in the source 516 and the drain 517 of the active layer, and that the contact holes are formed in the active layer even if the contact holes are misaligned due to overetching.

【0060】しかしながら、このような構造では活性層
面積が大きくなり、ゲイト配線515や画素電極519
との重なりを防止するために、それぞれx1 、x2 だけ
活性層から離して形成すると、図からも明らかなよう
に、配線は大回りとなり、画素電極の面積は削減され
る。図5(A)および図5(B)の点線の長方形は同じ
面積を示すが、このことからも、従来の方法では、TF
Tとそれに接続する配線の占める面積が大きく、画素の
面積が小さく、逆に本実施例では、TFTとその配線の
占める面積が小さく、画素の面積が大きくなっているこ
とが分かる。このように、本実施例により、画素/配線
の比率を向上させ、ひいては液晶表示装置の開口率向上
や画素の微小化が実現できる。これらは、いずれも液晶
表示装置の品質の向上につながるものである。
However, in such a structure, the area of the active layer becomes large, so that the gate wiring 515 and the pixel electrode 519 are formed.
In order to prevent overlap with the active layer, if the layers are formed apart from the active layer by x 1 and x 2 , respectively, the wiring becomes large and the area of the pixel electrode is reduced, as is apparent from the drawing. The dotted rectangles in FIGS. 5A and 5B indicate the same area.
It can be seen that the area occupied by T and the wiring connected thereto is large, and the area of the pixel is small. Conversely, in this embodiment, the area occupied by the TFT and the wiring is small, and the area of the pixel is large. As described above, according to the present embodiment, it is possible to improve the ratio of pixels / wirings, and thereby to improve the aperture ratio of the liquid crystal display device and miniaturize the pixels. These all lead to an improvement in the quality of the liquid crystal display device.

【0061】〔実施例5〕本実施例はアクティブマトリ
クス型液晶ディスプレーの画素部分の形成方法を示す。
図6に本実施例を示す。まず、基板601としては、コ
ーニング7059を用いた。最初に、基板601上に厚
さ0.1〜2μm、好ましくは0.2〜0.5μm、例
えば、0.3μmの窒化アルミニウム膜602を実施例
4と同様に反応性スパッタ法によって堆積した。その
後、スパッタリング法によって厚さ0〜1000Å、好
ましくは20〜500Å、例えば200Åの非常に薄い
酸化珪素の下地膜603を形成した。下地膜成膜後、厚
さ300〜1500Å、例えば800Åの島状の結晶性
シリコン領域604を形成した。さらに、プラズマCV
D法によって厚さ1000Åの酸化珪素膜605をゲイ
ト絶縁膜として成膜した。CVDの原料ガスとしてはT
EOSと酸素を用いた。
[Embodiment 5] This embodiment shows a method of forming a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display.
FIG. 6 shows this embodiment. First, Corning 7059 was used as the substrate 601. First, an aluminum nitride film 602 having a thickness of 0.1 to 2 μm, preferably 0.2 to 0.5 μm, for example, 0.3 μm, was deposited on the substrate 601 by the reactive sputtering method as in the fourth embodiment. After that, a very thin silicon oxide base film 603 having a thickness of 0 to 1000 °, preferably 20 to 500 °, for example, 200 ° was formed by a sputtering method. After forming the base film, an island-shaped crystalline silicon region 604 having a thickness of 300 to 1500 °, for example, 800 ° was formed. Furthermore, plasma CV
A silicon oxide film 605 having a thickness of 1000 ° was formed as a gate insulating film by Method D. The source gas for CVD is T
EOS and oxygen were used.

【0062】その後、厚さ1000Å〜3μm、例え
ば、6000Åのアルミニウム膜(1wt%のSi、も
しくは0.1〜0.3wt%のScを含む)を電子ビー
ム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。そし
て、フォトレジスト(例えば、東京応化製、OFPR8
00/30cp)をスピンコート法によって形成した。
フォトレジストの形成前に、アルミニウム膜の全表面に
陽極酸化法によって厚さ100〜1000Åの酸化アル
ミニウム膜を表面に形成しておくと、フォトレジストと
の密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリ
ークを抑制することにより、後の陽極酸化工程におい
て、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで有効
であった。その後、フォトレジストとアルミニウム膜を
パターニングして、アルミニウム膜と一緒にエッチング
し、配線606、ゲイト電極607を形成した。これら
の配線、ゲイト電極の上には前記のフォトレジスト60
8、609が残されており、これは後の陽極酸化工程に
おいて陽極酸化防止のマスクとして機能する。(図6
(A))
Thereafter, an aluminum film (containing 1 wt% of Si or 0.1 to 0.3 wt% of Sc) having a thickness of 1000 to 3 μm, for example, 6000 °, was formed by electron beam evaporation or sputtering. Then, a photoresist (for example, OFPR8 manufactured by Tokyo Ohka)
00/30 cp) by spin coating.
If an aluminum oxide film having a thickness of 100 to 1000 ° is formed on the entire surface of the aluminum film by anodic oxidation before forming the photoresist, adhesion to the photoresist is good, and By suppressing the current leakage, it was effective in forming the porous anodic oxide only on the side surfaces in the subsequent anodic oxidation step. Thereafter, the photoresist and the aluminum film were patterned and etched together with the aluminum film to form a wiring 606 and a gate electrode 607. On these wirings and gate electrodes, the above-mentioned photoresist 60 is formed.
8, 609 are left, which function as a mask for anodizing prevention in a subsequent anodizing step. (FIG. 6
(A))

【0063】そして、上記の配線、ゲイト電極に電解液
中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ3000Å〜25μ
m、例えば、厚さ0.5μmの陽極酸化物610、61
1を配線、ゲイト電極の側面に形成した。陽極酸化は、
3〜20%のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム
酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、5〜30
V、例えば、8Vの一定電流をゲイト電極に印加してお
こなった。このようにして形成された陽極酸化物は多孔
質なものであった。本実施例では、シュウ酸溶液(30
〜80℃)中で電圧を8Vとし、20〜240分、陽極
酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間および温度
によって制御した。(図6(B))
Then, the above wirings and gate electrodes are anodized by passing an electric current in an electrolytic solution to a thickness of 3000 to 25 μm.
m, for example, 0.5 μm thick anodic oxides 610, 61
No. 1 was formed on the side surface of the wiring and the gate electrode. Anodizing is
3 to 20% of an aqueous acid solution of citric acid or oxalic acid, phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid, etc.
V, for example, a constant current of 8 V was applied to the gate electrode. The anodic oxide thus formed was porous. In this embodiment, the oxalic acid solution (30
(−80 ° C.), the voltage was set to 8 V, and anodic oxidation was performed for 20 to 240 minutes. The thickness of the anodized oxide was controlled by the anodizing time and temperature. (FIG. 6 (B))

【0064】次に、マスク608、609を除去し、再
び電解溶液中において、ゲイト電極・配線に電流を印加
した。今回は、3〜10%の酒石液、硼酸、硝酸が含ま
れたPH≒7のエチレングルコール溶液を用いた。溶液
の温度は10℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が
得られた。このため、ゲイト電極・配線606、607
の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化物612、61
3が形成された。バリヤ型陽極酸化物の厚さは印加電圧
に比例し、例えば、印加電圧が100Vで1200Åの
陽極酸化物が形成された。本実施例では、電圧は100
Vまで上昇させたので、得られたバリヤ型陽極酸化物の
厚さは1200Åであった。バリヤ型の陽極酸化物の厚
さは任意であるが、あまり薄いと、後で多孔質陽極酸化
物をエッチングする際に、アルミニウムを溶出させてし
まう危険があるので、500Å以上が好ましかった。
Next, the masks 608 and 609 were removed, and a current was again applied to the gate electrode and wiring in the electrolytic solution. In this case, an ethylene glycol solution having a pH of 7 containing 3 to 10% tartaric acid, boric acid, and nitric acid was used. A better oxide film was obtained when the temperature of the solution was lower than room temperature around 10 ° C. Therefore, the gate electrodes / wirings 606 and 607
Barrier-type anodic oxides 612, 61 on the top and side surfaces of
3 was formed. The thickness of the barrier type anodic oxide was proportional to the applied voltage. For example, an applied voltage of 100 V formed an anodic oxide of 1200 °. In this embodiment, the voltage is 100
V, the thickness of the resulting barrier anodic oxide was 1200 °. The thickness of the barrier type anodic oxide is arbitrary, but if it is too thin, there is a risk that aluminum will be eluted when the porous anodic oxide is etched later, so that 500 mm or more was preferred. .

【0065】注目すべきは、バリヤ型の陽極酸化物は後
の工程で得られるにもかかわらず、多孔質の陽極酸化物
の外側にバリヤ型の陽極酸化物ができるのではなく、多
孔質陽極酸化物とゲイト電極の間にバリヤ型の陽極酸化
物が形成されることである。(図6(C))その後、ド
ライエッチング法によって酸化珪素膜605をエッチン
グした。このエッチングにおいては、等方性エッチング
のプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反
応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と
酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活
性層を深くエッチングしないようにすることが重要であ
る。例えば、エッチングガスとしてCF4 を使用すれば
陽極酸化物はエッチングされず、したがって、ゲイト電
極・配線の下に存在する酸化珪素膜614、615はエ
ッチングされずに残った。また、このエッチング工程に
おいても、窒化アルミニウム膜602がストッパーなる
ため、これ以上のエッチングは進行せず、段差を最小限
に食い止めることができた。
It should be noted that although barrier-type anodic oxide can be obtained in a later step, a barrier-type anodic oxide is not formed outside the porous anodic oxide, but a porous anodic oxide is formed. A barrier-type anodic oxide is formed between the oxide and the gate electrode. (FIG. 6C) Thereafter, the silicon oxide film 605 was etched by a dry etching method. In this etching, a plasma mode of isotropic etching or a reactive ion etching mode of anisotropic etching may be used. However, it is important to prevent the active layer from being etched deeply by sufficiently increasing the selectivity between silicon and silicon oxide. For example, when CF 4 is used as an etching gas, the anodic oxide is not etched, and therefore, the silicon oxide films 614 and 615 existing under the gate electrode and the wiring remain without being etched. Also in this etching step, since the aluminum nitride film 602 serves as a stopper, further etching does not proceed, and the step can be minimized.

【0066】その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて
多孔質陽極酸化物612,613をエッチングした。そ
して、イオンドーピング法によって、TFTの活性層6
04に、ゲイト電極部(すなわちゲイト電極とその周囲
の陽極酸化膜)およびゲイト絶縁膜615をマスクとし
て自己整合的に不純物を注入した。この際には、イオン
の加速電圧とドーズ量によって、不純物領域にさまざま
な組み合わせが考えられる。例えば、加速電圧を50〜
90kVと高めに設定し、ドーズ量を1×10 13〜5×
1014cm-2と低めにすれば、領域616、617に
は、ほとんどの不純物イオンは活性層を通過し、下地膜
で最大の濃度を示す。このため、領域616、617は
極めて低濃度の不純物領域となる。一方、上にゲイト絶
縁膜615の存在する領域618では、ゲイト絶縁膜に
よって高速のイオンが減速されて、ちょうど、不純物濃
度が最大となり、低濃度の不純物領域を形成することが
できる。
Then, using a mixed acid of phosphoric acid, acetic acid and nitric acid,
The porous anodic oxides 612, 613 were etched. So
Then, the active layer 6 of the TFT is formed by the ion doping method.
04 shows the gate electrode portion (that is, the gate electrode and its surroundings).
Anodic oxide film) and gate insulating film 615 as masks
The impurities were implanted in a self-aligned manner. In this case, ion
Varies depending on the acceleration voltage and dose
Combinations are conceivable. For example, if the acceleration voltage is
90 kV and set the dose to 1 × 10 13~ 5x
1014cm-2If you make it lower, the areas 616 and 617
Indicates that most impurity ions pass through the active layer
Indicates the maximum concentration. Therefore, the areas 616 and 617
An extremely low concentration impurity region is obtained. On the other hand, there is no gate above
In the region 618 where the edge film 615 exists, the gate insulating film
Therefore, high-speed ions are slowed down, and
Degree and the formation of low-concentration impurity regions
it can.

【0067】逆に、加速電圧を5〜30kVと低めに設
定し、ドーズ量を5×1014〜5×1015cm-2と多め
にすれば、領域616、617には、多くの不純物イオ
ンが注入され、高濃度の不純物領域となる。一方、上に
ゲイト絶縁膜615の存在する領域618では、ゲイト
絶縁膜によって低速のイオンが妨げられて、不純物イオ
ンの注入量は低く、低濃度の不純物領域を形成すること
ができる。このように、いずれの方法を用いても、領域
618は低濃度の不純物領域となり、本実施例では、い
ずれの方法を採用してもよい。このようにして、イオン
ドーピングをおこない、N型の低濃度不純物領域618
を形成した後、KrFエキシマーレーザー(波長248
nm、パルス幅20nsec)を照射して、活性層中に
導入された不純物イオンの活性化をおこなった。(図6
(D))
Conversely, if the acceleration voltage is set as low as 5 to 30 kV and the dose is set as large as 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 , many impurity ions are formed in the regions 616 and 617. Is implanted to form a high-concentration impurity region. On the other hand, in the region 618 where the gate insulating film 615 is present, low-speed ions are prevented by the gate insulating film, so that the amount of implanted impurity ions is low and a low-concentration impurity region can be formed. As described above, regardless of which method is used, the region 618 becomes a low-concentration impurity region, and in this embodiment, any method may be employed. In this manner, ion doping is performed, and the N-type low concentration impurity region 618 is formed.
Is formed, a KrF excimer laser (wavelength 248)
nm, pulse width of 20 nsec) to activate the impurity ions introduced into the active layer. (FIG. 6
(D))

【0068】さらに、全面に適当な金属、例えば、チタ
ン、ニッケル、モリブテン、タングステン、白金、パラ
ジウム等の被膜、例えば、厚さ50〜500Åのチタン
膜619をスパッタ法によって全面に形成した。この結
果、金属膜(ここではチタン膜)619は高濃度(もし
くは極低濃度)不純物領域616、617に密着して形
成された。(図6(E))
Further, a coating of a suitable metal, for example, titanium, nickel, molybdenum, tungsten, platinum, palladium, etc., for example, a titanium film 619 having a thickness of 50 to 500 ° was formed on the entire surface by sputtering. As a result, the metal film (here, titanium film) 619 was formed in close contact with the high-concentration (or extremely low-concentration) impurity regions 616 and 617. (FIG. 6E)

【0069】そして、KrFエキシマーレーザー(波長
248nm、パルス幅20nsec)を照射して、金属
膜(ここではチタン)と活性層のシリコンを反応させ、
金属珪化物(ここでは珪化チタン)の領域620,62
1を形成した。レーザーのエネルギー密度は200〜4
00mJ/cm2 、好ましくは250〜300mJ/c
2 が適当であった。また、レーザー照射時には基板を
200〜500℃に加熱しておくと、チタン膜の剥離を
抑制することはできた。
Then, irradiation with a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) causes the metal film (here, titanium) to react with the silicon of the active layer.
Regions 620, 62 of metal silicide (here titanium silicide)
1 was formed. Laser energy density 200 ~ 4
00 mJ / cm 2 , preferably 250 to 300 mJ / c
m 2 was appropriate. In addition, when the substrate was heated to 200 to 500 ° C. during laser irradiation, peeling of the titanium film could be suppressed.

【0070】この後、過酸化水素とアンモニアと水とを
5:2:2で混合したエッチング液で未反応のチタン膜
のエッチングした。露出した活性層と接触した部分以外
のチタン膜(例えば、ゲイト絶縁膜や陽極酸化膜上に存
在したチタン膜)はそのまま金属状態で残っているが、
このエッチングで除去できる。一方、金属珪化物である
珪化チタン620,621はエッチングされないので、
残存させることができた。本実施例では、珪化物領域6
20,621のシート抵抗は10〜50Ω/□となっ
た。一方、低濃度不純物領域618では10〜100k
Ω/□であった。
Thereafter, the unreacted titanium film was etched with an etching solution in which hydrogen peroxide, ammonia and water were mixed at a ratio of 5: 2: 2. The titanium film other than the portion in contact with the exposed active layer (for example, the titanium film existing on the gate insulating film or the anodic oxide film) remains in a metal state as it is,
It can be removed by this etching. On the other hand, since titanium silicide 620 and 621 which is a metal silicide is not etched,
It could be left. In this embodiment, the silicide region 6
The sheet resistance of 20,621 was 10 to 50 Ω / □. On the other hand, 10 to 100 k
Ω / □.

【0071】その後、全面に層間絶縁物622として、
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ2000Å〜1μ
m、例えば、5000Å形成した。そして、スパッタ法
によってITO膜を形成し、これをパターニング・エッ
チングして、画素電極623を形成した。さらに、層間
絶縁物622をエッチングし、コンタクトホールを形成
した、この際にも、実施例1および実施例4と同様に、
コンタクトホールがソース/ドレインからはみ出すよう
なパターンとした。このようなパターンがTFTの量産
性、信頼性を向上させることは先に述べた通りである。
そして、2000Å〜1μm、例えば5000Åの厚さ
の窒化チタンとアルミニウムの多層膜による配線・電極
624、625を形成した。(図6(F))
Thereafter, an interlayer insulator 622 is formed on the entire surface.
The silicon oxide film is formed to a thickness of 2000 to 1 μm by the CVD method.
m, for example, 5000 °. Then, an ITO film was formed by a sputtering method, and this was patterned and etched to form a pixel electrode 623. Further, the interlayer insulator 622 was etched to form a contact hole. Also in this case, as in the first and fourth embodiments,
The pattern was such that the contact holes protruded from the source / drain. As described above, such a pattern improves the mass productivity and reliability of the TFT.
Then, wirings / electrodes 624 and 625 were formed by a multilayer film of titanium nitride and aluminum having a thickness of 2000 to 1 μm, for example, 5000 °. (FIG. 6 (F))

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明によって、長時間の電圧印加に対
しても十分な信頼性を示す、信頼性の高いTFTを作製
することが出来た。また、活性層やコンタクトの配置に
おいても従来にない自由度を得ることができ、素子の微
細化が実現できた。このように本発明は工業的価値が大
きな発明であるが、特に大面積基板上にTFTを形成
し、これをアクティブマトリクスや駆動回路に利用する
ことによる産業上のインパクトは大きい。
According to the present invention, a highly reliable TFT showing sufficient reliability even when a voltage is applied for a long time can be manufactured. In addition, unprecedented degrees of freedom can be obtained in the arrangement of the active layer and the contacts, and miniaturization of the element can be realized. As described above, the present invention is an invention having a great industrial value, but the industrial impact is particularly great when a TFT is formed on a large-area substrate and used for an active matrix or a driving circuit.

【0073】実施例では示さなかったが、本発明を単結
晶結晶ICやその他のICの上にさらに半導体回路を積
み重ねるといういわゆる立体ICを形成することに用い
てもよい。また、実施例では主として各種LCDに本発
明を使用する例を示したが、その他の絶縁基板上に形成
することが要求される回路、例えばイメージセンサー等
においても本発明が実施できることは言うまでもない。 ─────────────────────────────────────────────────────
Although not shown in the embodiments, the present invention may be used to form a so-called three-dimensional IC in which a semiconductor circuit is further stacked on a single crystal IC or another IC. In the embodiments, examples in which the present invention is used mainly for various LCDs have been described. However, it is needless to say that the present invention can be applied to other circuits required to be formed on an insulating substrate, such as an image sensor. ────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年12月5日(2000.12.
5)
[Submission date] December 5, 2000 (200.12.
5)

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の詳細な説明[Correction target item name] Detailed description of the invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に絶縁ゲイ
ト型半導体装置およびそれらが多数形成された集積回路
の信頼性を向上させる方法に関する。本発明による半導
体装置は、薄膜トランジスタ(TFT)を用いた液晶デ
ィスプレー等のアクティブマトリクスやイメージセンサ
ー等の駆動回路、あるいはSOI集積回路や従来の半導
体集積回路(マイクロプロセッサーやマイクロコントロ
ーラ、マイクロコンピュータ、あるいは半導体メモリー
等)に使用されるものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a method for improving the reliability of an insulated gate semiconductor device on a substrate and an integrated circuit in which many of them are formed. The semiconductor device according to the present invention includes a driving circuit such as an active matrix such as a liquid crystal display using a thin film transistor (TFT) or an image sensor, or an SOI integrated circuit or a conventional semiconductor integrated circuit (a microprocessor, a microcontroller, a microcomputer, or a semiconductor). Memory).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、絶縁基板上、もしくは半導体基板
上であっても厚い絶縁膜によって半導体基板と隔てられ
た表面(絶縁表面)上に絶縁ゲイト型半導体装置(MI
SFET)を形成する研究が盛んに成されている。特に
半導体層(活性層)が薄膜状である半導体装置を薄膜ト
ランジスタ(TFT)という。このような半導体装置に
おいては、単結晶の半導体のような良好な結晶性を有す
る素子を得ることは困難で、通常は結晶性は有するが単
結晶でない、非単結晶の半導体を用いている。
2. Description of the Related Art In recent years, an insulating gate type semiconductor device (MI) has been formed on an insulating substrate or on a surface (insulating surface) separated from the semiconductor substrate by a thick insulating film even on a semiconductor substrate.
Research on forming SFETs has been actively conducted. In particular, a semiconductor device in which a semiconductor layer (active layer) is a thin film is called a thin film transistor (TFT). In such a semiconductor device, it is difficult to obtain an element having good crystallinity such as a single-crystal semiconductor. Usually, a non-single-crystal semiconductor which has crystallinity but is not a single crystal is used.

【0003】このような非単結晶半導体では、欠陥密度
が大きく、その欠陥を水素、フッ素のような元素によっ
て中和することによって埋めることとなり、例えば、水
素化によって、このような工程が実現された。しかし、
水素と半導体元素(シリコン等)の結合は弱く、百数十
℃の熱エネルギーによって分解してしまうものであっ
た。このため、長時間にわたって、電圧、電流が印加さ
れ、半導体が局所的にも発熱すると容易に水素が離脱
し、そのために特性が著しく劣化した。特に、大きな電
流を制御するTFT、例えば、アクティブマトリクス回
路とそれを駆動するための周辺回路とを有するモノリシ
ック型アクティブマトリクス回路において、周辺回路の
ドライバーTFTはチャネル幅が200μm以上もあ
り、大きな電流をオン/オフすることから大きな熱源と
なっていた。
In such a non-single-crystal semiconductor, the defect density is large, and the defect is filled by neutralizing the defect with an element such as hydrogen or fluorine. For example, such a process is realized by hydrogenation. Was. But,
The bond between hydrogen and a semiconductor element (such as silicon) was weak, and was decomposed by thermal energy of one hundred and several tens of degrees Celsius. For this reason, when a voltage and a current are applied for a long time and the semiconductor locally generates heat, hydrogen is easily released, and the characteristics are remarkably deteriorated. In particular, in a TFT for controlling a large current, for example, in a monolithic active matrix circuit having an active matrix circuit and a peripheral circuit for driving the same, the driver TFT of the peripheral circuit has a channel width of 200 μm or more, so that a large current can be generated. Turning on / off was a major heat source.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この課題に
鑑みてなされたもので、装置使用時に発生する局所的な
熱を迅速に放散して、該薄膜回路装置全体を均熱化すべ
き半導体装置の構造およびそのような半導体装置を製造
する方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is intended to quickly dissipate local heat generated during use of a device and to uniformly heat the entire thin film circuit device. It is an object to provide a structure of the device and a method for manufacturing such a semiconductor device.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の第1は、薄膜状
半導体装置において、基板上に窒化アルミニウムを主成
分とする被膜と、その上に直接もしくは間接にシリコン
を主成分とする半導体被膜と、その上に直接もしくは間
接に金属、半導体等の配線とを有することを特徴とす
る。また、本発明はこのような構成を有する薄膜状半導
体装置を作製するための方法にも関し、本発明の第2
は、基板上、特に熱伝導の悪い、保温性のよいガラス基
板上に、窒化アルミニウムを主成分とする被膜を形成す
る工程と、その上に直接もしくは間接にシリコンを主成
分とする半導体被膜を形成する工程と、その上に直接も
しくは間接に金属、半導体等の配線を形成する工程とを
有することを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a thin film semiconductor device in which a film mainly composed of aluminum nitride is formed on a substrate and a semiconductor film mainly composed of silicon is directly or indirectly formed thereon. And a wiring such as a metal or a semiconductor directly or indirectly provided thereon. The present invention also relates to a method for manufacturing a thin film semiconductor device having such a configuration.
Is a process of forming a film containing aluminum nitride as a main component on a substrate, particularly a glass substrate having poor heat conductivity and good heat insulation, and directly or indirectly forming a semiconductor film containing silicon as a main component on the glass substrate. The method is characterized by including a forming step and a step of directly or indirectly forming a wiring of metal, semiconductor, or the like thereon.

【0006】窒化アルミニウムは極めて熱伝導性に優
れ、また、可視光や近紫外線に対して透明(光学バンド
ギャップ6.2eV)であるので、透明度を要求される
目的にも適している。窒化アルミニウムはスパッタ法や
反応性スパッタ法、MOCVD(有機金属気相成長)
法、プラズマCVD法によって堆積される。反応性スパ
ッタ法によって窒化アルミニウム膜を得るには、アルミ
ニウムをターゲットとして、窒素雰囲気中でおこなうと
よい。本発明のごとく、十分な放熱をおこなう目的に
は、窒化アルミニウムの膜厚は、500Å〜5μm、代
表的には、1000〜〜5000Åが好ましかった。5
μm以上の厚い窒化アルミニウムは剥がれやすく使用に
適さなかった。
Aluminum nitride has extremely excellent thermal conductivity and is transparent (visible band gap: 6.2 eV) to visible light and near-ultraviolet light, so that it is suitable for purposes requiring transparency. Aluminum nitride is sputtered, reactive sputtered, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition)
And a plasma CVD method. In order to obtain an aluminum nitride film by a reactive sputtering method, it is preferable to use aluminum as a target in a nitrogen atmosphere. As in the present invention, for the purpose of sufficiently releasing heat, the thickness of aluminum nitride is preferably 500 to 5 μm, typically 1000 to 5000 μm. 5
Aluminum nitride having a thickness of μm or more was easily peeled off and was not suitable for use.

【0007】さらに、窒化アルミニウム膜はナトリウム
等の可動イオンに対してブロッキング効果を有するの
で、基板からこれらのイオンが半導体装置中に侵入する
ことを防止する効果も有していた。また、窒化アルミニ
ウム被膜の窒素とアルミニウムの比率は、熱伝導に問題
のない範囲で化学量論比でも、非化学量論比でもよい。
典型的には、窒素とアルミニウムの比率は、(アルミニ
ウム/窒素)=0.9〜1.4が好ましく、また、熱伝
導度が0.6W/cmK以上(窒化アルミニウム単結晶
の熱伝導度は2W/cmK)であると好ましい結果が得
られた。
Further, since the aluminum nitride film has a blocking effect on mobile ions such as sodium, it also has an effect of preventing these ions from entering the semiconductor device from the substrate. The ratio of nitrogen to aluminum in the aluminum nitride film may be a stoichiometric ratio or a non-stoichiometric ratio as long as there is no problem in heat conduction.
Typically, the ratio of nitrogen to aluminum is preferably (aluminum / nitrogen) = 0.9 to 1.4, and the thermal conductivity is 0.6 W / cmK or more (the thermal conductivity of the aluminum nitride single crystal is 2W / cmK), favorable results were obtained.

【0008】また、窒素とアルミニウムの比率を変える
ことによって、被膜の応力を最適化してもよい。さら
に、窒素とアルミニウム以外に、微量のホウ素、シリコ
ン、炭素、酸素等を0.01〜20原子%、添加するこ
とによっても基板との応力のマッチング、最適化、応力
歪みの最小化が可能である。また、この窒化アルミニウ
ムを主成分とする被膜は結晶性でも非晶質でもよい。
[0008] The stress of the coating may be optimized by changing the ratio of nitrogen to aluminum. Further, by adding a small amount of boron, silicon, carbon, oxygen, etc. in an amount of 0.01 to 20 atomic% in addition to nitrogen and aluminum, it is possible to match, optimize, and minimize stress distortion with a substrate. is there. The coating containing aluminum nitride as a main component may be crystalline or amorphous.

【0009】熱伝導度を向上させる目的には、ダイヤモ
ンド系の材料(例えば、多結晶ダイヤモンド薄膜、硬質
炭素膜、ダイヤモンド状炭素膜等)を用いることが通
常、考えられるが、本発明の目的とするような微小な領
域では、ダイヤモンド系材料は一般に酸化珪素系の材料
との密着性が良くないので十分な効果が得られない。ま
た、ブロッキング層、パッシベーション層として通常の
半導体プロセスで良く用いられる窒化珪素膜は熱伝導度
が低いので本発明を実施するには適当でない。以下表1
に、主要な薄膜材料の特性を比較した。(○は優れてい
る。△は中程度、×は劣っていることを示す。)
For the purpose of improving the thermal conductivity, it is usually considered to use a diamond-based material (for example, a polycrystalline diamond thin film, a hard carbon film, a diamond-like carbon film, etc.). In such a minute region, a diamond-based material generally has poor adhesion to a silicon oxide-based material, so that a sufficient effect cannot be obtained. In addition, a silicon nitride film often used as a blocking layer and a passivation layer in an ordinary semiconductor process has a low thermal conductivity and is not suitable for implementing the present invention. Table 1 below
Next, the characteristics of the main thin film materials were compared. (O is excellent, Δ is medium, and X is inferior.)

【0010】[0010]

【表1】 [Table 1]

【0011】本発明においては、金属や半導体の配線
(ゲイト配線等)から発生する熱はその下に存在する半
導体被膜(活性層等)に伝達し、また、半導体被膜に電
流が通じることによっても発熱し、半導体被膜の温度が
上昇するが、そこに滞留することなく、速やかにその下
にある窒化アルミニウム被膜に伝達され、よって、上記
配線および半導体被膜の温度は低く抑えられ、半導体被
膜からの水素離脱が減少する。特に、TFTのドレイン
−チャネル間での高い逆バイアス電圧の印加によるホッ
トキャリヤの発生による局所的発熱による局所的な劣化
を均熱化によって抑えることができる。
In the present invention, heat generated from a metal or semiconductor wiring (gate wiring or the like) is transmitted to an underlying semiconductor film (active layer or the like), and also a current flows through the semiconductor film. Heat is generated, and the temperature of the semiconductor film rises. However, without staying there, the temperature is quickly transmitted to the aluminum nitride film thereunder. Hydrogen desorption is reduced. In particular, local deterioration due to local heat generation due to generation of hot carriers due to application of a high reverse bias voltage between the drain and channel of the TFT can be suppressed by soaking.

【0012】本発明において、半導体被膜を窒化アルミ
ニウム被膜上に直接堆積することは、密着性は良いもの
の、半導体のキャリヤが窒化アルミニウム中に捕獲さ
れ、この捕獲されたキャリヤ(捕獲中心)による寄生チ
ャネルが発生しやすく、結果として、半導体被膜の電気
特性に悪影響を与えるため好ましくなかった。かかる捕
獲中心を除去できるのであれば問題はないが、容易に除
去できないのであれば、酸化珪素被膜のように半導体被
膜に対して、電気的、化学的に好ましい材料(酸化珪素
膜は窒化アルミニウム膜に比較して捕獲中心の密度は数
十分の1しかない)を両被膜の間に設けることが好まし
かった。さらに、酸化珪素膜においては、応力緩和の効
果も期待できる。
In the present invention, depositing a semiconductor film directly on an aluminum nitride film is advantageous in that although the adhesion is good, a semiconductor carrier is trapped in the aluminum nitride and a parasitic channel formed by the trapped carrier (capture center). Are apt to occur and, as a result, adversely affect the electrical characteristics of the semiconductor film, which is not preferable. There is no problem if such trapping centers can be removed, but if they cannot be removed easily, a material that is electrically and chemically preferable to a semiconductor film such as a silicon oxide film (a silicon oxide film is an aluminum nitride film) (The density of the trapping centers is only one-tenth of the density of the trapping centers). Further, in the silicon oxide film, an effect of stress relaxation can be expected.

【0013】また、窒化アルミニウムの上に窒化珪素膜
を100〜1000Å、例えば、200Å形成し、その
上に酸化珪素膜を100〜2000Å、例えば、200
Å形成してもよかった。本発明においては、ゲイト電極
の材料としては、シリコン(不純物がドーピングされて
導電性が高められたものを含む)、アルミニウム、タン
タル、クロム、タングステン、モリブテン等の単体、あ
るいはそれらの合金、もしくは多層膜を用いればよい。
また、実施例に示すように、その表面を酸化してもよ
い。
A silicon nitride film is formed on aluminum nitride in a thickness of 100 to 1000 °, for example, 200 °, and a silicon oxide film is formed thereon in a thickness of 100 to 2000 °, for example, 200 °.
Å You may have formed. In the present invention, as a material of the gate electrode, a simple substance such as silicon (including a substance whose conductivity is increased by doping impurities), aluminum, tantalum, chromium, tungsten, molybdenum, or an alloy thereof, or a multilayer thereof is used. A film may be used.
Further, as shown in the embodiment, the surface may be oxidized.

【0014】さらに、窒化アルミニウムはフッ素系のエ
ッチャントではエッチングされず、したがって、酸化珪
素やシリコン、アルミニウム等の通常の半導体プロセス
で用いられる材料をエッチングする方法ではエッチング
されないので、これを積極的にエッチングストッパーと
して用いてもよい。すなわち、TFTのソース、ドレイ
ンのコンタクトとしては、ソース、ドレインの上面のみ
ならず、側面をもコンタクトとして用いることができ
る。例えば、コンタクトホールをソース、ドレインから
はみ出して形成しても、窒化アルミニウムがエッチング
ストッパーとなって、基板がエッチングされることがな
い。
Further, aluminum nitride is not etched by a fluorine-based etchant, and is not etched by a method of etching a material used in a normal semiconductor process such as silicon oxide, silicon, or aluminum. It may be used as a stopper. That is, as the contact of the source and the drain of the TFT, not only the upper surface but also the side surface of the source and the drain can be used as the contact. For example, even when the contact hole is formed to extend from the source and the drain, the substrate is not etched by the aluminum nitride serving as an etching stopper.

【0015】結果として、従来よりもソース、ドレイン
領域を小さく形成できるので、回路の集積化にとって有
利である。また、このことは、逆に、コンタクトホール
を大きくすることが可能であることをも意味し、より確
実なコンタクトを得ることができるので、量産性、信頼
性にとっても有利である。
As a result, the source and drain regions can be formed smaller than before, which is advantageous for circuit integration. On the other hand, this also means that the contact hole can be enlarged, and a more reliable contact can be obtained, which is advantageous for mass productivity and reliability.

【0016】[0016]

【実施例】〔実施例1〕 本発明によって、TFTを作
製する例を図1に示す。まず、基板(コーニング705
9ガラス基板、大きさは300mm×300mmもしく
は100mm×100mm)101上に、厚さ2000
〜5000Åの窒化アルミニウム膜102を反応性スパ
ッタ法によって堆積した。アルミニウムをターゲットと
して、窒素とアルゴンの雰囲気でスパッタリングをおこ
なった。窒素の割合は20%以上とすると良好な熱伝導
性を有する被膜が得られた。スパッタ時の圧力は、1×
10-4〜1×10-2Torrで好ましい結果が得られ
た。成膜速度は20〜200Å/分だった。また、成膜
の際には基板温度を100〜500℃に上昇させてもよ
い。
[Embodiment 1] FIG. 1 shows an example of manufacturing a TFT according to the present invention. First, a substrate (Corning 705)
9 glass substrate, size 300mm x 300mm or 100mm x 100mm) 101, thickness 2000
An aluminum nitride film 102 of 55000 ° was deposited by a reactive sputtering method. Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon with aluminum as a target. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. The pressure during sputtering is 1 ×
Preferred results were obtained at 10 -4 to 1 × 10 -2 Torr. The deposition rate was 20-200 ° / min. Further, at the time of film formation, the substrate temperature may be raised to 100 to 500 ° C.

【0017】窒化アルミニウム膜102は基板の両面に
形成した。これは、基板中に含有されている、あるいは
出荷後に表面に付着したナトリウム等の異元素がTFT
の特性を劣化させないように封じ込める意味とともに、
基板を強化して表面に傷が付きにくくする効果がある。
特に、TFTをアクティブマトリクス方式の液晶表示装
置に使用すると、TFTの設けられていない面は外部環
境と接するのであるが、この面には微細な傷が付きやす
く、このような傷は光を乱反射して、画面を暗くする。
The aluminum nitride film 102 was formed on both sides of the substrate. This is because foreign elements such as sodium contained in the substrate or adhered to the surface after shipping are TFT
With the meaning of containing so as not to deteriorate the characteristics of
This has the effect of strengthening the substrate and making the surface less likely to be scratched.
In particular, when a TFT is used in an active matrix type liquid crystal display device, the surface on which the TFT is not provided comes into contact with the external environment, but this surface is apt to be finely scratched. And darken the screen.

【0018】次に、窒化アルミニウムが形成されたガラ
ス基板を600〜680℃、例えば、640℃で4〜1
2時間、窒素、アンモニア(NH3 )、もしくは亜酸化
窒素(N2 O)の雰囲気中でアニールした。そして、
0.01〜0.5℃/分、例えば、0.2℃/分で徐冷
し、350〜450℃まで温度が低下したところで取り
出した。この工程によって、反応性スパッタ直後には黄
色く着色していた基板が透明になり、また、電気的な絶
縁性も向上した。さらに、このアニール工程では、ガラ
ス基板の熱的な収縮が発生し、応力が緩和した結果、不
可逆的な収縮が減少した。そのため、その後の熱処理工
程において基板の縮みがなくなり、マスクずれが著しく
減少した。
Next, the glass substrate on which the aluminum nitride is formed is heated at 600 to 680 ° C., for example, 640 ° C. for 4 to 1 hour.
Annealing was performed for 2 hours in an atmosphere of nitrogen, ammonia (NH 3 ), or nitrous oxide (N 2 O). And
It was gradually cooled at a rate of 0.01 to 0.5 ° C / min, for example, 0.2 ° C / min, and was taken out when the temperature was lowered to 350 to 450 ° C. By this step, the substrate that was colored yellow immediately after the reactive sputtering became transparent, and the electrical insulation was improved. Further, in this annealing step, thermal shrinkage of the glass substrate occurred, and the stress was relaxed. As a result, irreversible shrinkage was reduced. For this reason, in the subsequent heat treatment step, shrinkage of the substrate was eliminated, and mask displacement was significantly reduced.

【0019】上記アニール終了後、TFTを形成する面
に下地酸化膜103として厚さ2000〜500Åの酸
化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、
酸素雰囲気中でのスパッタ法やTEOSを酸素雰囲気の
プラズマCVD法で分解・堆積した。さらに、このよう
にして形成した膜を450〜650℃でアニールしても
よい。
After the above-mentioned annealing, a silicon oxide film having a thickness of 2000 to 500.degree. As a method of forming this oxide film,
Sputtering in an oxygen atmosphere and TEOS were decomposed and deposited by plasma CVD in an oxygen atmosphere. Further, the film thus formed may be annealed at 450 to 650 ° C.

【0020】その後、図1(A)において、プラズマC
VD法やLPCVD法によってアモルファス状のシリコ
ン膜を100〜1500Å、好ましくは300〜800
Å堆積し、これをパターニングして、島状シリコン領域
104を形成した。そして、厚さ200〜1500Å、
好ましくは500〜1000Åの酸化珪素105を形成
した。この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能す
る。そのためその作製には十分な注意が必要である。こ
こでは、TEOSを原料とし、酸素とともに基板温度1
50〜600℃、好ましくは300〜450℃で、RF
プラズマCVD法で分解・堆積した。TEOSと酸素の
圧力比は1:1〜1:3、また、圧力は0.05〜0.
5torr、RFパワーは100〜250Wとした。あ
るいはTEOSを原料としてオゾンガスとともに減圧C
VD法もしくは常圧CVD法によって、基板温度を35
0〜600℃、好ましくは400〜550℃として形成
した。成膜後、酸素もしくはオゾンの雰囲気で400〜
600℃で30〜60分アニールした。
Thereafter, as shown in FIG.
An amorphous silicon film is formed at a temperature of 100 to 1500 °, preferably 300 to 800 ° by a VD method or an LPCVD method.
ÅThen, the island-like silicon region 104 was formed by patterning. And a thickness of 200 to 1500 mm,
Preferably, silicon oxide 105 of 500 to 1000 ° is formed. This silicon oxide film also functions as a gate insulating film. Therefore, sufficient care is required for its production. Here, TEOS is used as a raw material, and a substrate temperature of 1 with oxygen.
RF at 50-600 ° C., preferably 300-450 ° C.
Decomposed and deposited by plasma CVD. The pressure ratio between TEOS and oxygen is 1: 1 to 1: 3, and the pressure is 0.05 to 0.
The RF power was set to 100 to 250 W at 5 torr. Alternatively, decompression C using TEOS as a raw material together with ozone gas
The substrate temperature is set to 35 by the VD method or the normal pressure CVD method.
It formed as 0-600 degreeC, Preferably it was 400-550 degreeC. After film formation, 400 ~ in oxygen or ozone atmosphere
Annealed at 600 ° C. for 30 to 60 minutes.

【0021】そして、図1(A)に示すようにKrFエ
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、シリコン領域104を結晶化させ
た。レーザーのエネルギー密度は200〜400mJ/
cm2 、好ましくは250〜300mJ/cm2 とし、
また、レーザー照射の際には基板を300〜500℃に
加熱した。このようにして形成されたシリコン膜104
の結晶性をラマン散乱分光法によって調べたところ、単
結晶シリコンのピーク(521cm-1)とは異なって、
515cm-1付近に比較的ブロードなピークが観測され
た。その後、水素中で350℃で2時間アニールした。
Then, as shown in FIG. 1A, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 ns)
ec) was irradiated to crystallize the silicon region 104. Laser energy density is 200-400mJ /
cm 2 , preferably 250 to 300 mJ / cm 2 ,
During the laser irradiation, the substrate was heated to 300 to 500 ° C. The silicon film 104 thus formed
When the crystallinity of was investigated by Raman scattering spectroscopy, it was different from the single crystal silicon peak (521 cm -1 ).
A relatively broad peak was observed at around 515 cm -1 . Thereafter, annealing was performed at 350 ° C. for 2 hours in hydrogen.

【0022】その後、厚さ2000Å〜1μmのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、ゲイト電極106を形成した。アルミ
ニウムにはスカンジウム(Sc)を0.15〜0.2重
量%ドーピングしておいてもよい。次に基板をpH≒
7、1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸
し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極を陽極
として、陽極酸化をおこなった。陽極酸化は、最初一定
電流で220Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持
して終了した。本実施例では定電流状態では、電圧の上
昇速度は2〜5V/分が適当であった。このようにし
て、厚さ1500〜3500Å、例えば、2000Åの
陽極酸化物107を形成した。(図1(B))
Thereafter, an aluminum film having a thickness of 2000 to 1 μm was formed by an electron beam evaporation method, and this was patterned to form a gate electrode 106. Aluminum may be doped with scandium (Sc) by 0.15 to 0.2% by weight. Next, the substrate is adjusted to pH ≒.
7, immersed in an ethylene glycol solution of 1 to 3% tartaric acid, and anodized using platinum as a cathode and the aluminum gate electrode as an anode. The anodization was completed by first increasing the voltage to 220 V with a constant current and maintaining the state for one hour. In the present embodiment, in the constant current state, the voltage rising speed is suitably 2 to 5 V / min. Thus, anodic oxide 107 having a thickness of 1500-3500 °, for example, 2000 ° was formed. (FIG. 1 (B))

【0023】その後、イオンドーピング法(プラズマド
ーピング法ともいう)によって、各TFTの島状シリコ
ン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的に不
純物(燐)を注入した。ドーピングガスとしてはフォス
フィン(PH3 )を用いた。ドーズ量は、1〜4×10
15cm-2とした。
Thereafter, an impurity (phosphorus) was implanted into the island-like silicon film of each TFT in a self-aligned manner by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method) using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH 3 ) was used as a doping gas. Dose amount is 1-4 × 10
It was 15 cm -2 .

【0024】さらに、図1(C)に示すようにKrFエ
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶
性の劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーのエ
ネルギー密度は150〜400mJ/cm2 、好ましく
は200〜250mJ/cm2 であった。こうして、N
型不純物(燐)領域108、109を形成した。これら
の領域のシート抵抗は200〜800Ω/□であった。
本工程において、レーザーを用いるかわりに、フラッシ
ュランプを使用して短時間に1000〜1200℃(シ
リコンモニターの温度)まで上昇させ、試料を加熱す
る、いわゆるRTP(ラピッド・サーマル・プロセス)
を用いてもよい。
Further, as shown in FIG. 1C, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 ns)
ec) was applied to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity was deteriorated by the introduction of the impurity region. The energy density of the laser was 150 to 400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ / cm 2 . Thus, N
Type impurity (phosphorus) regions 108 and 109 were formed. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □.
In this step, a so-called RTP (rapid thermal process) is used in which a flash lamp is used instead of a laser to quickly raise the temperature to 1000 to 1200 ° C. (temperature of a silicon monitor) and heat the sample.
May be used.

【0025】その後、全面に層間絶縁物110として、
TEOSを原料として、これと酸素とのプラズマCVD
法、もしくはオゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CV
D法によって酸化珪素膜を厚さ3000Å形成した。基
板温度は250〜450℃、例えば、350℃とした。
成膜後、表面の平坦性を得るため、この酸化珪素膜を機
械的に研磨した。さらに、スパッタ法によってITO被
膜を堆積し、これをパターニングして画素電極111と
した。(図1(D))
Then, an interlayer insulator 110 is formed on the entire surface.
Plasma CVD of TEOS as raw material and oxygen
Method, reduced pressure CVD method with ozone, or normal pressure CV
A silicon oxide film having a thickness of 3000 .ANG. Was formed by Method D. The substrate temperature was 250 to 450 ° C, for example, 350 ° C.
After the film formation, the silicon oxide film was mechanically polished to obtain a flat surface. Further, an ITO film was deposited by a sputtering method, and this was patterned to obtain a pixel electrode 111. (Fig. 1 (D))

【0026】そして、層間絶縁物110をエッチングし
て、図1(E)に示すようにTFTのソース/ドレイン
にコンタクトホールを形成し、クロムもしくは窒化チタ
ンの配線112、113を形成し、配線113は画素電
極111に接続させた。なお、この際には、図1(F)
に示すようにソース/ドレイン領域(島状シリコン)を
はみだしてコンタクトホールを形成してもよい。この場
合にはコンタクトホールのうち、島状シリコンをはみだ
した面積は30〜70%であった。この場合には、ソー
ス/ドレインの上面のみならず、側面においてもコンタ
クトが形成される。以下、このようなコンタクトをトッ
プサイドコンタクトと称する。従来の構造において、ト
ップサイドコンタクトを形成しようとすれば、層間絶縁
物のエッチング工程によって、島状シリコン以外の部分
の下地の酸化珪素膜、さらには、基板までエッチングさ
れたが、本実施例では、窒化アルミニウム膜102がエ
ッチングストッパーとなって、ここでエッチングが止ま
る。
Then, the interlayer insulator 110 is etched to form contact holes in the source / drain of the TFT as shown in FIG. 1E, and wires 112 and 113 of chromium or titanium nitride are formed. Was connected to the pixel electrode 111. In this case, FIG. 1 (F)
As shown in (1), the contact hole may be formed by protruding the source / drain region (island-like silicon). In this case, the area of the contact holes protruding from the island-shaped silicon was 30 to 70%. In this case, the contact is formed not only on the upper surface of the source / drain but also on the side surface. Hereinafter, such a contact is referred to as a top side contact. In the conventional structure, if an attempt is made to form a top side contact, the silicon oxide film underlying the portion other than the island-shaped silicon and further the substrate are etched by the step of etching the interlayer insulator, but in this embodiment, The aluminum nitride film 102 serves as an etching stopper, and the etching stops here.

【0027】通常の場合には、コンタクトホールの大き
さは、ソース/ドレインよりも小さくする必要があった
が、トップサイドコンタクトにおいては、逆にアイラン
ドの大きさをコンタクトホールのよりも小さくでき、結
果として、アイランドの微細化できる。また、逆にコン
タクホールを大きくすることができるので、量産性、信
頼性を高めることができた。最後に、水素中で300〜
400℃で0.1〜2時間アニールして、シリコンの水
素化を完了した。このようにして、TFTが完成した。
同時に作製した多数のTFTをマトリクス状に配列せし
めてアクティブマトリクス型液晶表示装置とした。
In the normal case, the size of the contact hole needs to be smaller than that of the source / drain. However, in the case of the top side contact, the size of the island can be made smaller than that of the contact hole. As a result, the island can be miniaturized. On the contrary, since the contact hole can be enlarged, mass productivity and reliability can be improved. Finally, 300 ~
Annealing was performed at 400 ° C. for 0.1 to 2 hours to complete hydrogenation of silicon. Thus, the TFT was completed.
A large number of TFTs manufactured at the same time were arranged in a matrix to form an active matrix type liquid crystal display device.

【0028】〔実施例2〕 本発明によって、TFTを
作製する例を図2に示す。まず、基板(NHテクノグラ
ス社製NA35ガラス)201上に、厚さ1000Å〜
5μmの窒化アルミニウム膜202を反応性スパッタ法
によって堆積した。アルミニウムをターゲットとして、
窒素とアルゴンの雰囲気でスパッタリングをおこなっ
た。窒素の割合は20%以上とすると良好な熱伝導性を
有する被膜が得られた。スパッタ時の圧力は、1×10
-4〜1×10-2Torrで好ましい結果が得られた。成
膜速度は20〜200Å/分だった。また、成膜の際に
は基板温度を100〜500℃に上昇させてもよい。
Embodiment 2 FIG. 2 shows an example of manufacturing a TFT according to the present invention. First, a substrate (NA35 glass manufactured by NH Techno Glass Co., Ltd.) 201 having a thickness of 1000
An aluminum nitride film 202 of 5 μm was deposited by a reactive sputtering method. Targeting aluminum,
Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. The pressure during sputtering is 1 × 10
Preferred results were obtained at -4 to 1 × 10 -2 Torr. The deposition rate was 20-200 ° / min. Further, at the time of film formation, the substrate temperature may be raised to 100 to 500 ° C.

【0029】次に、下地酸化膜203として厚さ100
〜1000Å、例えば、500Åの酸化珪素膜を形成し
た。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中での
スパッタ法やTEOSを酸素雰囲気のプラズマCVD法
で分解・堆積した。その後、この膜を550〜700
℃、例えば、650℃で4時間、亜酸化窒素(N2 O)
を20%含む窒素雰囲気中でアニールした。かくする
と、窒化アルミニウム膜は透明になり、かつ、その上の
酸化珪素膜を高密度化することができた。
Next, as the base oxide film 203, a thickness of 100
A silicon oxide film having a thickness of about 1000 °, for example, 500 ° was formed. As a method of forming the oxide film, a sputtering method in an oxygen atmosphere or TEOS was decomposed and deposited by a plasma CVD method in an oxygen atmosphere. Thereafter, this film is 550-700
Nitrous oxide (N 2 O) at 650 ° C. for 4 hours.
In a nitrogen atmosphere containing 20%. As a result, the aluminum nitride film became transparent, and the silicon oxide film thereon could be densified.

【0030】その後、プラズマCVD法やLPCVD法
によってアモルファス状のシリコン膜を200〜150
0Å、好ましくは300〜800Å堆積し、600℃の
窒素雰囲気中で48時間アニールした。こうして得られ
た結晶性シリコン膜をパターニングして、島状シリコン
領域204を形成した。そして、ゲイト絶縁膜207と
して、厚さ200〜1500Å、好ましくは500〜1
000Åの酸化珪素を形成した。
Thereafter, an amorphous silicon film is formed by plasma CVD or LPCVD to a thickness of 200 to 150 nm.
0 °, preferably 300-800 °, and annealed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 48 hours. The crystalline silicon film thus obtained was patterned to form an island-shaped silicon region 204. Then, as the gate insulating film 207, a thickness of 200 to 1500 °, preferably 500 to 1
000 ° of silicon oxide was formed.

【0031】そして、厚さ2000Å〜5μmの燐が添
加されたシリコン膜を減圧CVD法によって形成して、
これをパターニングし、ゲイト電極209、および配線
208を形成した。その後、イオンドーピング法(プラ
ズマドーピング法ともいう)によって、TFTの島状シ
リコン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整合的
に不純物(燐)を注入した。ドーピングガスとしてはフ
ォスフィン(PH3 )を用いた。ドーズ量は、1〜8×
1015cm-2とした。
Then, a phosphorus-added silicon film having a thickness of 2000 to 5 μm is formed by a low pressure CVD method.
This was patterned to form a gate electrode 209 and a wiring 208. Thereafter, an impurity (phosphorus) was implanted in a self-aligned manner into the island-like silicon film of the TFT by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method) using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH 3 ) was used as a doping gas. Dose amount is 1-8 ×
It was 10 15 cm -2 .

【0032】さらに、KrFエキシマーレーザー(波長
248nm、パルス幅20nsec)を照射して、上記
不純物領域の導入によって、結晶性の劣化した部分の結
晶性を改善させた。レーザーのエネルギー密度は150
〜400mJ/cm2 、好ましくは200〜250mJ
/cm2 であった。こうして、N型不純物(燐)領域2
05、206を形成した。これらの領域のシート抵抗は
200〜800Ω/□であった。(図2(A))
Further, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was irradiated to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity was deteriorated by introducing the impurity region. Laser energy density is 150
400400 mJ / cm 2 , preferably 200 to 250 mJ
/ Cm 2 . Thus, the N-type impurity (phosphorus) region 2
05 and 206 were formed. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □. (Fig. 2 (A))

【0033】その後、全面に層間絶縁物210としてプ
ラズマCVD法、もしくは減圧CVD法あるいは常圧C
VD法によって酸化珪素膜を厚さ3000Å形成した。
さらに、フォトレジスト211を選択的に形成した。こ
のようなフォトレジストは、配線の交差する部分もしく
は配線にコンタクトが設けられる部分に形成すると良
い。(図2(B))そして、図2(C)に示すように、
フォトレジスト211をマスクとして、層間絶縁物21
0、ゲイト絶縁物207、さらに下地酸化珪素膜203
をエッチングした。下地酸化珪素膜はエッチングされた
が、窒化アルミニウム膜がストッパーとなって基板はエ
ッチングされなかった。このため、平坦な表面が得られ
た。(図2(C))
Thereafter, a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a normal pressure C
A silicon oxide film having a thickness of 3000 .ANG. Was formed by the VD method.
Further, a photoresist 211 was selectively formed. Such a photoresist is preferably formed at a portion where the wiring intersects or a portion where the wiring is provided with a contact. (FIG. 2 (B)) And as shown in FIG. 2 (C),
Using the photoresist 211 as a mask, the interlayer insulator 21 is used.
0, gate insulator 207, and underlying silicon oxide film 203
Was etched. The underlying silicon oxide film was etched, but the substrate was not etched with the aluminum nitride film as a stopper. For this reason, a flat surface was obtained. (Fig. 2 (C))

【0034】そして、配線材料としてチタン膜(厚さ2
000Å〜5μm)を形成し、これをパターニングし
て、TFTのソース、ドレインに接続する配線212、
213を形成した。さらに、ITOを選択的に形成して
画素電極214とした。最後に、このようにして処理し
た基板を1気圧、350℃の水素中で30分間アニール
して、水素化を完了した。このようにして、TFTが完
成した。同時に作製した多数のTFTをマトリクス状に
配列せしめてアクティブマトリクス型液晶表示装置とし
た。
Then, a titanium film (having a thickness of 2
000Å-5 μm), and patterning the same to form a wiring 212 connected to the source and drain of the TFT.
213 were formed. Further, ITO was selectively formed to form a pixel electrode 214. Finally, the substrate thus treated was annealed in hydrogen at 1 atm and 350 ° C. for 30 minutes to complete the hydrogenation. Thus, the TFT was completed. A large number of TFTs manufactured at the same time were arranged in a matrix to form an active matrix type liquid crystal display device.

【0035】〔実施例3〕 本発明によって、TFTを
作製する例を図3に示す。本実施例のTFTは、アクテ
ィブマトリクス回路とそれを駆動するための周辺回路を
有するモノリシック型アクティブマトリクス回路におけ
る周辺回路のTFT、特にチャネル幅が200〜800
μmのドライバーTFTに関するものである。このよう
なドライバーTFTは大きな電流を制御することから発
熱量が大きい。そのため、本発明の下地膜による迅速な
熱の放散が望まれる。
Embodiment 3 FIG. 3 shows an example of manufacturing a TFT according to the present invention. The TFT of this embodiment is a TFT of a peripheral circuit in a monolithic active matrix circuit having an active matrix circuit and a peripheral circuit for driving the active matrix circuit, particularly, a channel width of 200 to 800.
This relates to a driver TFT of μm. Such a driver TFT generates a large amount of heat because it controls a large current. Therefore, rapid heat dissipation by the base film of the present invention is desired.

【0036】まず、基板(コーニング7059)301
上に、厚さ2000〜5000Åの窒化アルミニウム膜
302を反応性スパッタ法によって堆積した。アルミニ
ウムをターゲットとして、窒素とアルゴンの雰囲気でス
パッタリングをおこなった。窒素の割合は20%以上と
すると良好な熱伝導性を有する被膜が得られた。スパッ
タ時の圧力は、1×10-4〜1×10-2Torrで好ま
しい結果が得られた。成膜速度は20〜200Å/分だ
った。また、成膜の際には基板温度を100〜500℃
に上昇させてもよい。
First, the substrate (Corning 7059) 301
An aluminum nitride film 302 having a thickness of 2000 to 5000 ° was deposited thereon by a reactive sputtering method. Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon with aluminum as a target. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. A favorable result was obtained when the pressure during sputtering was 1 × 10 −4 to 1 × 10 −2 Torr. The deposition rate was 20-200 ° / min. During the film formation, the substrate temperature is set to 100 to 500 ° C.
May be raised.

【0037】次に、下地酸化膜303として厚さ100
0〜2000Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の
形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法やTE
OSを酸素雰囲気のプラズマCVD法を用いればよい。
その後、プラズマCVD法やLPCVD法によってアモ
ルファス状のシリコン膜を1000〜3000Å、好ま
しくは1000〜1500Å堆積し、600℃の窒素雰
囲気中で48時間アニールした。こうして得られた結晶
性シリコン膜をパターニングして、島状シリコン領域3
04を形成した。そして、ゲイト絶縁膜305として、
厚さ200〜1500Å、好ましくは500〜1000
Åの酸化珪素を形成した。
Next, as the base oxide film 303, a thickness of 100
A silicon oxide film of 0 to 2000 ° was formed. As a method for forming this oxide film, a sputtering method in an oxygen atmosphere or a TE method
The OS may be a plasma CVD method in an oxygen atmosphere.
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited at 1000 to 3000 °, preferably 1000 to 1500 ° by plasma CVD or LPCVD, and annealed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for 48 hours. The crystalline silicon film thus obtained is patterned to form island-like silicon regions 3.
04 was formed. Then, as the gate insulating film 305,
200 to 1500 mm thick, preferably 500 to 1000
珪 素 of silicon oxide was formed.

【0038】そして、厚さ2000Å〜5μmのアルミ
ニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これを
パターニングし、さらに、実施例1と同様の条件で陽極
酸化処理を施して、ゲイト電極306、および配線30
7を形成した。(図3(A))その後、イオンドーピン
グ法(プラズマドーピング法ともいう)によって、TF
Tの島状シリコン膜中に、ゲイト電極部をマスクとして
自己整合的に不純物(燐)を注入した。ドーピングガス
としてはフォスフィン(PH3 )を用いた。ドーズ量
は、2〜8×1015cm-2とした。(図3(B))
Then, an aluminum film having a thickness of 2000 to 5 μm is formed by an electron beam evaporation method, is patterned, and is further subjected to an anodic oxidation treatment under the same conditions as in the first embodiment. Wiring 30
7 was formed. (FIG. 3A) Thereafter, the TF is formed by ion doping (also called plasma doping).
Impurities (phosphorus) were implanted into the T island-like silicon film in a self-aligned manner using the gate electrode portion as a mask. Phosphine (PH 3 ) was used as a doping gas. The dose amount was 2 to 8 × 1015 cm −2 . (FIG. 3 (B))

【0039】そして、下地酸化珪素膜303をエッチン
グした。エッチングは窒化アルミニウム膜302がスト
ッパーとなって止まった。この状態で、KrFエキシマ
ーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)
を照射して、上記不純物領域の導入によって、結晶性の
劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーのエネル
ギー密度は100〜400mJ/cm2 、好ましくは1
00〜150mJ/cm2 であった。燐やホウ素を含有
する酸化珪素膜は紫外光を吸収するので、実施例1のよ
うに、スルードーピング後に、引き続いてレーザーアニ
ールをおこなうには強力なレーザー光が必要であった。
しかし、本実施例では、ドーピング後に酸化珪素膜(ゲ
イト絶縁膜)が除去されていると、レーザーのエネルギ
ーは少なくても良かった。このためレーザー処理のスル
ープットを向上させることができた。こうして、N型不
純物(燐)領域308、309を形成した。これらの領
域のシート抵抗は200〜800Ω/□であった。(図
3(C))
Then, the underlying silicon oxide film 303 was etched. The etching was stopped by the aluminum nitride film 302 serving as a stopper. In this state, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec)
To improve the crystallinity of the portion where the crystallinity is deteriorated by the introduction of the impurity region. The energy density of the laser is 100 to 400 mJ / cm 2 , preferably 1
It was 00 to 150 mJ / cm 2 . Since the silicon oxide film containing phosphorus or boron absorbs ultraviolet light, a strong laser beam was necessary for performing subsequent laser annealing after through doping as in Example 1.
However, in this example, if the silicon oxide film (gate insulating film) was removed after the doping, the energy of the laser was small. For this reason, the throughput of the laser processing could be improved. Thus, N-type impurity (phosphorus) regions 308 and 309 were formed. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □. (FIG. 3 (C))

【0040】その後、全面に層間絶縁物310としてプ
ラズマCVD法、もしくは減圧CVD法あるいは常圧C
VD法によって酸化珪素膜を厚さ2000〜3000Å
形成し、配線材料としてアルミニウム膜(厚さ2000
Å〜5μm)を形成し、これをパターニングして、TF
Tのソース、ドレインに接続する配線311、312を
形成した。配線312と配線307は図に示すように交
差する。(図3(C))
Thereafter, a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a normal pressure C
The silicon oxide film is formed to a thickness of 2000 to 3000 に よ っ て by the VD method.
Formed and an aluminum film (thickness 2000)
Å-5 μm), and patterning this to form TF
Wirings 311 and 312 connected to the source and drain of T were formed. The wiring 312 and the wiring 307 intersect as shown in the drawing. (FIG. 3 (C))

【0041】最後に、このようにして処理した基板を1
気圧、350℃の水素中で30分間アニールして、水素
化を完了した。このようにして、TFTが完成した。同
様に不純物領域にホウ素をドーピングしてPチャネル型
のTFTも作製し、CMOS回路を作製した。Nチャネ
ル型、Pチャネル型の典型的な電界効果移動度は、それ
ぞれ、80〜150cm2 /Vs、40〜100cm2
/Vsであった。また、このTFTで作製したシフトレ
ジスタは、ドレイン電圧17Vにおいて、11MHzで
動作することが確認された。
Finally, the substrate thus treated is
The hydrogenation was completed by annealing for 30 minutes in hydrogen at 350 ° C. at atmospheric pressure. Thus, the TFT was completed. Similarly, a P-channel TFT was manufactured by doping the impurity region with boron, and a CMOS circuit was manufactured. N-channel type, a typical field-effect mobility of P-channel type, respectively, 80~150cm 2 / Vs, 40~100cm 2
/ Vs. In addition, it was confirmed that the shift register manufactured with this TFT operates at 11 MHz at a drain voltage of 17 V.

【0042】さらに、ゲイトやドレインに長時間(〜9
6時間)にわたって高電圧(>20V)を印加しても特
性の劣化は少なかった。これは、TFTで局所的に発生
した熱が速やかに放散され、半導体被膜やゲイト絶縁膜
との界面からの水素の離脱が抑制されたためである。実
際に、長時間のバイアス印加状態(ゲイト電圧11V、
ドレイン電圧14V)における発熱の状態をサーモグラ
フィー(日本アビオニクス社製)によって確かめたとこ
ろ、本実施例によるTFTでは恒常的な温度上昇は見ら
れず、せいぜい、50℃程度の温度までしか上昇しなか
った。しかしながら、従来のTFT(下地膜として窒化
アルミニウム膜を有しない)では、同条件では、短時間
のうちに100℃以上にまで加熱され、素子特性が著し
く劣化した。このように、本発明の効果は顕著に確かめ
られた。
Further, a long time (up to 9
Even when a high voltage (> 20 V) was applied for 6 hours), deterioration of the characteristics was small. This is because heat locally generated in the TFT is quickly dissipated, and the elimination of hydrogen from the interface with the semiconductor film and the gate insulating film is suppressed. Actually, a long-time bias application state (gate voltage 11 V,
The state of heat generation at a drain voltage of 14 V) was confirmed by thermography (manufactured by Nippon Avionics, Inc.). As a result, a constant temperature increase was not observed in the TFT according to the present embodiment, and at most, the temperature rose only to about 50 ° C. . However, under the same conditions, a conventional TFT (having no aluminum nitride film as a base film) was heated to 100 ° C. or more in a short time, and the device characteristics were significantly deteriorated. Thus, the effect of the present invention was remarkably confirmed.

【0043】〔実施例4〕本実施例はアクティブマトリ
クス型液晶ディスプレーの画素部分の形成方法を示す。
図4および図5に本実施例を示す。まず、基板401と
しては、コーニング7059を用いた。基板は、下地膜
の成膜の前もしくは後に、歪み温度よりも高い温度でア
ニールをおこなった後、0.1〜1.0℃/分で歪み温
度以下まで徐冷すると、その後の温度上昇を伴う工程で
の基板の収縮が少なく、マスク合わせが用意となる。コ
ーニング7059基板では、620〜660℃で1〜4
時間アニールした後、0.03〜1.0℃/分、好まし
くは、0.1〜0.3℃/分で徐冷し、450〜590
℃まで温度が低下した段階で取り出すとよい。本実施例
では、630℃で4時間アニールしたのち、0.2℃/
分で徐冷した。
[Embodiment 4] This embodiment shows a method of forming a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display.
4 and 5 show this embodiment. First, Corning 7059 was used as the substrate 401. The substrate is annealed at a temperature higher than the strain temperature before or after the formation of the base film, and then gradually cooled to a strain temperature or lower at 0.1 to 1.0 ° C./min. Substrate shrinkage in the accompanying process is small, and mask alignment is ready. For Corning 7059 substrate, 1-4 at 620-660 ° C.
After annealing for an hour, the temperature is gradually reduced at 0.03 to 1.0 ° C./min, preferably 0.1 to 0.3 ° C./min.
It is good to take out at the stage when the temperature has dropped to ° C. In this embodiment, after annealing at 630 ° C. for 4 hours, 0.2 ° C. /
Cooled in minutes.

【0044】そして、基板401上に厚さ0.1〜2μ
m、好ましくは0.2〜0.5μm例えば0.3μmの
窒化アルミニウム膜402を反応性スパッタ法によって
堆積した。アルミニウムをターゲットとして、窒素とア
ルゴンの雰囲気でスパッタリングをおこなった。窒素の
割合は20%以上とすると良好な熱伝導性を有する被膜
が得られた。スパッタ時の圧力は、1×10-4〜1×1
-2Torrで好ましい結果が得られた。成膜速度は2
0〜200Å/分だった。また、成膜の際には基板温度
を100〜500℃に上昇させてもよい。この窒化アル
ミニウム膜402の成膜は、前記の基板アニール処理の
前でもよかった。その後、スパッタリング法によって厚
さ0〜1000Å、好ましくは20〜500Å、例えば
200Åの非常に薄い酸化珪素の下地膜403を形成し
た。
Then, a thickness of 0.1 to 2 μm is formed on the substrate 401.
An aluminum nitride film 402 having a thickness of m, preferably 0.2 to 0.5 μm, for example 0.3 μm, was deposited by a reactive sputtering method. Sputtering was performed in an atmosphere of nitrogen and argon with aluminum as a target. When the proportion of nitrogen was 20% or more, a coating having good thermal conductivity was obtained. The pressure during sputtering is 1 × 10 -4 to 1 × 1
Good results were obtained at 0 -2 Torr. The deposition rate is 2
It was 0-200Å / min. Further, at the time of film formation, the substrate temperature may be raised to 100 to 500 ° C. This aluminum nitride film 402 may be formed before the substrate annealing treatment. Thereafter, a very thin silicon oxide base film 403 having a thickness of 0 to 1000 °, preferably 20 to 500 °, for example, 200 ° was formed by a sputtering method.

【0045】下地膜成膜後、プラズマCVD法によっ
て、厚さ300〜1500Å、例えば1000Åの真性
(I型)のアモルファスシリコン膜404を成膜した。
さらに、プラズマCVD法によって、厚さ200〜20
00Å、例えば500Åの酸化珪素もしくは窒化珪素の
マスク膜405を成膜した。そして、このマスク膜40
5に選択的に孔406を形成した。さらに、スパッタリ
ング法によって、厚さ5〜200Å、例えば20Åのニ
ッケル膜407を成膜した。ニッケル膜の代わりに珪化
ニッケル膜(化学式NiSix 、0.4≦x≦2.
5、例えば、x=2.0)を用いてもよい。また、ニッ
ケル以外にも銅、パラジウム等にも同様にアモルファス
シリコンを結晶化させる触媒作用があるので、これらを
用いてもよい。(図4(A))
After forming the base film, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film 404 having a thickness of 300 to 1500 °, for example, 1000 ° was formed by a plasma CVD method.
Further, the thickness is 200 to 20 by the plasma CVD method.
A mask film 405 of 00Å, for example, 500Å silicon oxide or silicon nitride was formed. Then, this mask film 40
Holes 406 were selectively formed in No. 5. Further, a nickel film 407 having a thickness of 5 to 200 °, for example, 20 ° was formed by a sputtering method. Instead of the nickel film, a nickel silicide film (chemical formula: NiSix, 0.4 ≦ x ≦ 2.
5, for example, x = 2.0). Copper, palladium, and the like other than nickel also have a catalytic action of crystallizing amorphous silicon, and may be used. (FIG. 4 (A))

【0046】そして、不活性雰囲気下(窒素もしくはア
ルゴン、大気圧),550℃、で4〜8時間、例えば8
時間アニールして結晶化させた。この工程で、ニッケル
が孔406の部分からシリコン膜中に導入された。ニッ
ケルは、アモルファスシリコンに対しては、触媒的に作
用して結晶化を促進させるため、最初に孔406の直下
の領域410が結晶化した。しかし、この領域では結晶
性はランダムであった。その後、ニッケルの拡散ととも
に結晶化は、孔406から周囲に広がり、図の矢印の方
向に結晶化が進行し、領域409が結晶化した。領域4
09では、結晶化が一方向に進行するため、良好な結晶
性が得られた。領域408は未結晶化領域である。結晶
化領域の大きさはアニール時間に依存した。マスク膜4
05が薄いと、ニッケルが孔406以外から侵入して、
結晶化が開始されるので、良好な結晶性を得る目的上、
好ましくなかった。したがって、マスク膜405は、本
実施例のように少なくとも500Åは必要であった。
(図4(B))
Then, under an inert atmosphere (nitrogen or argon, atmospheric pressure) at 550 ° C. for 4 to 8 hours, for example, 8 hours
Anneal for hours to crystallize. In this step, nickel was introduced into the silicon film from the hole 406. Nickel catalytically acts on amorphous silicon to promote crystallization, so that the region 410 immediately below the hole 406 first crystallized. However, the crystallinity was random in this region. Thereafter, the crystallization spreads from the hole 406 to the periphery with the diffusion of nickel, and the crystallization progressed in the direction of the arrow in the figure, and the region 409 was crystallized. Area 4
In the case of 09, crystallization proceeds in one direction, so that good crystallinity was obtained. The region 408 is an uncrystallized region. The size of the crystallization region depended on the annealing time. Mask film 4
If 05 is thin, nickel will invade from other than the hole 406,
Since crystallization is started, for the purpose of obtaining good crystallinity,
Not preferred. Therefore, the mask film 405 needs at least 500 ° as in this embodiment.
(FIG. 4 (B))

【0047】この工程の後に、公知のフォトリソグラフ
ィー法によって、シリコン膜404をパターニングし
て、TFTの島状の活性層411を形成した。この際、
チャネル形成領域となる部分に横方向の結晶成長の先端
部(すなわち、結晶化領域409と未結晶化領域408
の境界)、およびニッケルが直接、導入された領域41
0(いずれも、ニッケルの濃度が大きい)が存在しない
ようにすることが重要である。このようにすることで、
ソース/ドレイン間を移動するキャリアがチャネル形成
領域において、ニッケル元素の影響を受けないようにす
ることができる。本実施例では選択的にニッケルをシリ
コン膜に導入し、横方向の結晶化領域409のみをTF
Tの活性層に用いたが、このような選択的なニッケルの
導入をおこなわずに、ニッケルを一様に導入して、結晶
化させたシリコン膜を用いてもよい。ただし、その場合
のTFTの特性は、前者に比較してやや劣る。
After this step, the silicon film 404 was patterned by a known photolithography method to form a TFT island-shaped active layer 411. On this occasion,
At the portion to be the channel formation region, the tip of lateral crystal growth (that is, crystallized region 409 and uncrystallized region 408)
And the region 41 where nickel was directly introduced.
It is important that 0 (both have high nickel concentrations) not be present. By doing this,
Carriers moving between the source and the drain can be prevented from being affected by the nickel element in the channel formation region. In this embodiment, nickel is selectively introduced into the silicon film, and only the crystallization region 409 in the lateral direction is
Although used for the active layer of T, a silicon film crystallized by uniformly introducing nickel without using such selective introduction of nickel may be used. However, the characteristics of the TFT in this case are slightly inferior to those of the former.

【0048】図4((C)は、シリコン膜404のエッ
チングの途中の様子が示されている。すなわち、島状活
性層411上には、マスク膜およびフォトレジスト41
2が存在する。このエッチング工程では下地の酸化珪素
膜403もエッチングされた。(図4(C))本工程の
後、フォトレジストを剥離し、さらに、活性層411上
のマスク膜をもエッチングする必要がある。これは通
常、フッ化水素酸系のエッチャントを用いておこなわれ
るが、従来のTFTプロセスにおいては、下地膜とし
て、酸化珪素膜のみを用いていたので、マスク膜のエッ
チングの際に、下地膜も同様にエッチングされる(この
場合には、少なくともマスク膜の厚さ500Åだけ、下
地膜がエッチングされる)ことが問題であった。500
Åもの段差は、あとでゲイト電極を形成した場合におい
て、ゲイト電極の断線の大きな原因であった。このた
め、マスク膜を薄くすることが必要とされたが、マスク
膜があまりに薄いと、上述のように選択的な結晶化をお
こなうに際して不都合があった。
4C shows a state during the etching of the silicon film 404. That is, the mask film and the photoresist 41 are formed on the island-shaped active layer 411.
There are two. In this etching step, the underlying silicon oxide film 403 was also etched. (FIG. 4C) After this step, it is necessary to remove the photoresist and further etch the mask film on the active layer 411. This is usually performed using a hydrofluoric acid-based etchant. However, in the conventional TFT process, only a silicon oxide film is used as a base film, so that when the mask film is etched, the base film is also used. There is a problem that etching is performed in the same manner (in this case, the underlying film is etched at least by a thickness of 500 ° of the mask film). 500
The Å step was a major cause of disconnection of the gate electrode when the gate electrode was formed later. For this reason, it was necessary to make the mask film thin. However, if the mask film was too thin, there was an inconvenience in performing selective crystallization as described above.

【0049】しかしながら、本実施例では、下地膜とし
て、フッ化水素酸によってほとんどエッチングされない
窒化アルミニウム膜を用いていたので、マスク膜のみを
選択的にエッチングできた。問題の段差も、シリコン膜
の厚さ(1000Å)に下地の酸化珪素膜403の厚さ
t(=200Å)を加えただけでおさまり、その後のゲ
イト電極の断線の問題は生じなかった。
However, in this embodiment, since the aluminum nitride film hardly etched by hydrofluoric acid was used as the base film, only the mask film could be selectively etched. The problem step was reduced only by adding the thickness t (= 200 °) of the underlying silicon oxide film 403 to the thickness (1000 °) of the silicon film, and the subsequent problem of disconnection of the gate electrode did not occur.

【0050】このように活性層を形成した後、0.5〜
4μmここでは0.8〜1.4μmにピークをもつ赤外
光を30〜180秒照射し、活性層の結晶化をさらに助
長させた(光アニール(ランプアニール)工程、もしく
はRTP)。温度は800〜1300℃、代表的には9
00〜1200℃、例えば1100℃とした。この温度
は、同時にモニターとしてセットされた単結晶シリコン
基板内の熱電対の温度であり、実際の基板表面の温度で
はない。活性層の表面の状態を良くするために、照射は
H2 雰囲気中でおこなった。本工程は、活性層を選択
的に加熱することになるので、ガラス基板への加熱を最
小限に抑えることができる。そして、活性層中の欠陥や
不体結合手を減少させるのに非常に効果がある。このと
きに問題になることは、本実施例では、選択的な結晶化
工程を用いているので、赤外線の吸収がシリコン膜の場
所によって異なることであった。例えば、活性層411
内においても、図の右側では結晶成分が多いために上記
の赤外線を吸収しやすく、一方、左側ではアモルファス
成分が多いために、赤外線を吸収しにくいというような
現象が観察された。
After the formation of the active layer,
In this case, infrared light having a peak at 0.8 to 1.4 μm was irradiated for 30 to 180 seconds to further promote crystallization of the active layer (light annealing (lamp annealing) step or RTP). Temperature is 800-1300 ° C, typically 9
The temperature was set to 00 to 1200 ° C, for example, 1100 ° C. This temperature is the temperature of the thermocouple in the single crystal silicon substrate set as a monitor at the same time, and is not the actual temperature of the substrate surface. Irradiation was performed in an H2 atmosphere to improve the condition of the surface of the active layer. In this step, since the active layer is selectively heated, heating of the glass substrate can be minimized. And, it is very effective in reducing defects and unbound bonds in the active layer. The problem at this time is that in the present embodiment, since the selective crystallization process is used, the absorption of infrared rays differs depending on the location of the silicon film. For example, the active layer 411
Among them, the phenomenon that the above-mentioned infrared ray was easily absorbed on the right side of the figure due to the large amount of the crystalline component, while the phenomenon that the infrared ray was hardly absorbed on the left side due to the large amount of the amorphous component was observed.

【0051】しかし、本実施例では、下地膜に熱伝導率
のよい、窒化アルミニウム膜を用いているので、上記の
赤外線の照射によって、シリコン膜が吸収した熱は、シ
リコン膜の特定の場所に蓄積されることなく、下地膜を
通じてただちに拡散するため、シリコン膜が均一に加熱
され、熱的な歪みが生じることがなく、シリコン膜の均
一性を高めることができた。その後、プラズマCVD法
によって厚さ1000Åの酸化珪素膜413をゲイト絶
縁膜として成膜した。CVDの原料ガスとしてはTEO
S(テトラ・エトキシ・シラン、Si(OC25
4 )と酸素を用い、成膜時の基板温度は300〜550
℃、例えば400℃とした。
However, in this embodiment, since the aluminum nitride film having a good thermal conductivity is used as the base film, the heat absorbed by the silicon film by the above-mentioned irradiation with the infrared rays is transferred to a specific portion of the silicon film. Since the silicon film is immediately diffused through the base film without being accumulated, the silicon film is uniformly heated, and thermal distortion does not occur, thereby improving the uniformity of the silicon film. Thereafter, a silicon oxide film 413 having a thickness of 1000 ° was formed as a gate insulating film by a plasma CVD method. TEO as source gas for CVD
S (tetraethoxysilane, Si (OC 2 H 5 )
4 ) Using oxygen and the substrate temperature during film formation is 300 to 550
° C, for example, 400 ° C.

【0052】このゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜413
の成膜後に、可視・近赤外光の照射による光アニールを
再度行なった。このアニールによって、主に酸化珪素膜
413とシリコン活性層411との界面及びその近傍に
おける準位を消滅させることができた。これは、ゲイト
絶縁膜とチャネル形成領域との界面特性が極めて重要で
ある絶縁ゲイト型電界効果半導体装置にとっては極めて
有用である。
The silicon oxide film 413 serving as the gate insulating film
After the film formation, optical annealing by irradiation of visible / near infrared light was performed again. By this annealing, the level mainly at the interface between the silicon oxide film 413 and the silicon active layer 411 and in the vicinity thereof could be eliminated. This is extremely useful for an insulating gate type field effect semiconductor device in which the interface characteristics between the gate insulating film and the channel formation region are extremely important.

【0053】引き続いて、スパッタリング法によって、
厚さ3000〜8000Å、例えば5000Åのアルミ
ニウム(0.01〜0.2%のスカンジウムを含む)を
成膜した。そして、アルミニウム膜をパターニングし
て、ゲイト電極と配線を形成した。さらに、このアルミ
ニウムの電極および配線の表面を陽極酸化して、表面に
酸化物層を形成した。この陽極酸化は、酒石酸が1〜5
%含まれたエチレングリコール溶液中で行った。得られ
た酸化物層の厚さは2000Åであった。このようにし
て、ゲイト電極部(すなわち、ゲイト電極とその周囲の
酸化物層)414および配線部415形成した。ゲイト
電極はこの他にも、多結晶シリコンやチタン、タングス
テン、タンタル等の金属、あるいはそれらの金属のシリ
サイドを単層、あるいは多層にして用いてもよい。(図
4(D))
Subsequently, by a sputtering method,
Aluminum (including 0.01 to 0.2% scandium) having a thickness of 3000 to 8000 °, for example, 5000 ° was formed. Then, the gate electrode and the wiring were formed by patterning the aluminum film. Further, the surface of the aluminum electrode and the wiring was anodized to form an oxide layer on the surface. This anodization is carried out when tartaric acid is 1 to 5
% In ethylene glycol solution. The thickness of the obtained oxide layer was 2000 °. Thus, a gate electrode portion (that is, a gate electrode and an oxide layer around the gate electrode) 414 and a wiring portion 415 were formed. Alternatively, the gate electrode may be a single layer or a multilayer of a metal such as polycrystalline silicon, titanium, tungsten, or tantalum, or a silicide of such a metal. (FIG. 4 (D))

【0054】次に、イオンドーピング法(プラズマドー
ピング法とも言う)によって、活性層領域(ソース/ド
レイン、チャネルを構成する)にゲイト電極部414を
マスクとして、自己整合的にN導電型を付与する不純物
を添加した。ドーピングガスとしてはフォスフィン(P
3 )を用い、加速電圧を60〜90kV、例えば80
kVとした。ドース量は1×1015〜8×1015
-2、例えば、2×1015cm-2とした。この結果、N
型の不純物領域416と417が形成された。この不純
物領域416、417には、チタン等のシリサイドを形
成してもよい。
Next, an N-conductivity type is imparted in a self-aligned manner to the active layer region (constituting the source / drain and channel) by an ion doping method (also referred to as a plasma doping method) using the gate electrode portion 414 as a mask. Impurities were added. Phosphine (P
H 3 ) and an acceleration voltage of 60 to 90 kV, for example, 80
kV. Dose amount is 1 × 10 15 to 8 × 10 15 c
m −2 , for example, 2 × 10 15 cm −2 . As a result, N
Mold impurity regions 416 and 417 were formed. In these impurity regions 416 and 417, silicide such as titanium may be formed.

【0055】その後、レーザー光の照射によってアニー
ル行った。レーザー光としては、KrFエキシマレーザ
ー(波長248nm、パルス幅20nsec)を用いた
が、他のレーザーであってもよい。レーザー光の照射条
件は、エネルギー密度が200〜400mJ/cm2
例えば250mJ/cm2 とし、一か所につき2〜10
ショット、例えば2ショット照射した。このレーザー光
の照射時に基板を200〜450℃程度に加熱すること
によって、効果を増大せしめてもよい。
Thereafter, annealing was performed by laser light irradiation. As the laser light, a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) was used, but another laser may be used. The irradiation condition of the laser beam is such that the energy density is 200 to 400 mJ / cm 2 ,
For example, 250 mJ / cm 2, and 2 to 10
A shot, for example, two shots was irradiated. The effect may be increased by heating the substrate to about 200 to 450 ° C. during the irradiation with the laser light.

【0056】また、この工程は、可視・近赤外光による
ランプアニールによる方法でもよい。可視・近赤外線は
結晶化した珪素、または燐またはホウ素が1019〜10
21cm-3添加された非晶質珪素へは吸収されやすく、1
000℃以上の熱アニールにも匹敵する効果的なアニー
ルを行うことができる。燐またはホウ素が添加されてい
ると、その不純物散乱により、近赤外線でも十分光が吸
収される。このことは肉眼による観察でも黒色であるこ
とから十分に推測がつく。その反面、ガラス基板へは吸
収されにくいので、ガラス基板を高温に加熱することが
なく、また短時間の処理ですむので、ガラス基板の縮み
が問題となる工程においては最適な方法であるといえ
る。本実施例においては下地膜として熱伝導度の高い窒
化アルミニウム膜を用いているので、このようなアニー
ル工程においても、1か所に熱が蓄積された熱的な破壊
をもたらすことはなかった。特に、熱的に弱いアルミニ
ウムをゲイト電極を用いるだけに、下地膜として窒化ア
ルミニウム膜を用いることは好ましかった。
This step may be performed by lamp annealing using visible / near infrared light. Visible and near-infrared light is crystallized silicon or phosphorus or boron in 10 19 to 10
It is easily absorbed by amorphous silicon to which 21 cm -3 is added.
Effective annealing comparable to thermal annealing of 000 ° C. or more can be performed. If phosphorus or boron is added, light is sufficiently absorbed even in the near infrared due to scattering of impurities. This can be fully guessed from the fact that it is black even with the naked eye. On the other hand, since it is hardly absorbed by the glass substrate, it is not necessary to heat the glass substrate to a high temperature, and the process can be performed in a short time. . In this embodiment, since the aluminum nitride film having high thermal conductivity is used as the base film, even in such an annealing process, thermal destruction in which heat is accumulated in one place does not occur. In particular, it is preferable to use an aluminum nitride film as a base film only by using a gate electrode made of thermally weak aluminum.

【0057】その後、厚さ3000〜8000Å、例え
ば、6000Åの酸化珪素膜418を層間絶縁物として
プラズマCVD法によって形成した。この層間絶縁物と
してはポリイミドまたは酸化珪素とポリイミドの2層膜
を利用してもよい。さらに、スパッタ法によって、厚さ
800ÅのITO膜を成膜し、これパターニングして画
素電極419を形成した。そして、層間絶縁物を緩衝フ
ッ化水素酸(HF/NH4 F=0.01〜0.2、例え
ば、0.1)でエッチングしてコンタクトホール42
2、423を形成して、金属材料、例えば、窒化チタン
とアルミニウムの多層膜によってTFTの電極・配線4
20、421を形成した。最後に、1気圧の水素雰囲気
で350℃、30分のアニールを行い、TFTを相補型
に構成した半導体回路を完成した。(図4(E))
Thereafter, a silicon oxide film 418 having a thickness of 3000 to 8000 Å, for example, 6000 Å was formed as an interlayer insulator by a plasma CVD method. As the interlayer insulator, polyimide or a two-layer film of silicon oxide and polyimide may be used. Further, an ITO film having a thickness of 800 ° was formed by a sputtering method, and was patterned to form a pixel electrode 419. Then, the interlayer insulator is etched with buffered hydrofluoric acid (HF / NH 4 F = 0.01 to 0.2, for example, 0.1) to form a contact hole 42.
2 and 423 are formed, and a metal material, for example, a multilayer film of titanium nitride and aluminum is used to form a TFT electrode / wiring 4.
20, 421 were formed. Lastly, annealing was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere at 1 atm to complete a semiconductor circuit having a complementary TFT. (FIG. 4E)

【0058】本実施例では特に、コンタクトホール42
2、423は活性層の端部に形成し、一部は活性層から
はみ出すような形状とした。このような形状としても、
本実施例では下地膜として窒化アルミニウム膜を用いて
いるので、基板へのオーバーエッチはほとんどなく、再
現性良くTFTを形成することができた。図5(A)に
本発明によって作製した。TFTを上から見た図を示す
が、活性層411は直線状とし、その両端にコンタクト
ホール422、423を活性層からはみ出す形状に形成
した。活性層とゲイト配線415の間隔はx1 の距離
に、また、活性層と画素電極419の距離はx2 を保つ
ように配置した。これはミスアライメントによる線の重
なりを防止するためである。本実施例では活性層の面積
が小さいので、画素電極の面積を大きく、また、配線の
専有する面積を小さくできる。
In this embodiment, in particular, the contact hole 42
2, 423 were formed at the ends of the active layer, and a part thereof was formed to protrude from the active layer. Even with such a shape,
In this embodiment, since the aluminum nitride film was used as the base film, the substrate was hardly overetched, and a TFT could be formed with good reproducibility. FIG. 5 (A) shows a sample manufactured according to the present invention. As shown in the top view of the TFT, the active layer 411 has a linear shape, and contact holes 422 and 423 are formed at both ends so as to protrude from the active layer. Spacing of the active layer and the gate wiring 415 at a distance of x 1, also the distance between the active layer and the pixel electrode 419 is arranged to keep the x 2. This is to prevent overlapping of lines due to misalignment. In this embodiment, since the area of the active layer is small, the area of the pixel electrode can be increased, and the area occupied by the wiring can be reduced.

【0059】図5(B)には、従来のTFTを上から見
た様子を、また、図5(C)にはその断面を示したもの
で、図5(B)から明らかなように、活性層はゲイト電
極部分ではくびれて細く、ソース、ドレインの領域では
太くなっている。これは、コンタクトホール522、5
23を活性層のソース516、ドレイン517に確実に
形成するためであり、オーバーエッチの心配からコント
タクトホールがミスアライメントがあっても、活性層の
部分に形成されるようにするためである。
FIG. 5B shows a state of the conventional TFT viewed from above, and FIG. 5C shows a cross section thereof. As is clear from FIG. The active layer is constricted and thin in the gate electrode portion, and thick in the source and drain regions. This is because the contact holes 522, 5
This is to ensure that the contact holes 23 are formed in the source 516 and the drain 517 of the active layer, and that the contact holes are formed in the active layer even if the contact holes are misaligned due to overetching.

【0060】しかしながら、このような構造では活性層
面積が大きくなり、ゲイト配線515や画素電極519
との重なりを防止するために、それぞれx1 、x2 だけ
活性層から離して形成すると、図からも明らかなよう
に、配線は大回りとなり、画素電極の面積は削減され
る。図5(A)および図5(B)の点線の長方形は同じ
面積を示すが、このことからも、従来の方法では、TF
Tとそれに接続する配線の占める面積が大きく、画素の
面積が小さく、逆に本実施例では、TFTとその配線の
占める面積が小さく、画素の面積が大きくなっているこ
とが分かる。このように、本実施例により、画素/配線
の比率を向上させ、ひいては液晶表示装置の開口率向上
や画素の微小化が実現できる。これらは、いずれも液晶
表示装置の品質の向上につながるものである。
However, in such a structure, the area of the active layer becomes large, so that the gate wiring 515 and the pixel electrode 519 are formed.
In order to prevent overlap with the active layer, if the layers are formed apart from the active layer by x 1 and x 2 , respectively, the wiring becomes large and the area of the pixel electrode is reduced, as is apparent from the drawing. The dotted rectangles in FIGS. 5A and 5B indicate the same area.
It can be seen that the area occupied by T and the wiring connected thereto is large, and the area of the pixel is small. Conversely, in this embodiment, the area occupied by the TFT and the wiring is small, and the area of the pixel is large. As described above, according to the present embodiment, it is possible to improve the ratio of pixels / wirings, and thereby to improve the aperture ratio of the liquid crystal display device and miniaturize the pixels. These all lead to an improvement in the quality of the liquid crystal display device.

【0061】〔実施例5〕本実施例はアクティブマトリ
クス型液晶ディスプレーの画素部分の形成方法を示す。
図6に本実施例を示す。まず、基板601としては、コ
ーニング7059を用いた。最初に、基板601上に厚
さ0.1〜2μm、好ましくは0.2〜0.5μm、例
えば、0.3μmの窒化アルミニウム膜602を実施例
4と同様に反応性スパッタ法によって堆積した。その
後、スパッタリング法によって厚さ0〜1000Å、好
ましくは20〜500Å、例えば200Åの非常に薄い
酸化珪素の下地膜603を形成した。下地膜成膜後、厚
さ300〜1500Å、例えば800Åの島状の結晶性
シリコン領域604を形成した。さらに、プラズマCV
D法によって厚さ1000Åの酸化珪素膜605をゲイ
ト絶縁膜として成膜した。CVDの原料ガスとしてはT
EOSと酸素を用いた。
[Embodiment 5] This embodiment shows a method of forming a pixel portion of an active matrix type liquid crystal display.
FIG. 6 shows this embodiment. First, Corning 7059 was used as the substrate 601. First, an aluminum nitride film 602 having a thickness of 0.1 to 2 μm, preferably 0.2 to 0.5 μm, for example, 0.3 μm, was deposited on the substrate 601 by the reactive sputtering method as in the fourth embodiment. After that, a very thin silicon oxide base film 603 having a thickness of 0 to 1000 °, preferably 20 to 500 °, for example, 200 ° was formed by a sputtering method. After forming the base film, an island-shaped crystalline silicon region 604 having a thickness of 300 to 1500 °, for example, 800 ° was formed. Furthermore, plasma CV
A silicon oxide film 605 having a thickness of 1000 ° was formed as a gate insulating film by Method D. The source gas for CVD is T
EOS and oxygen were used.

【0062】その後、厚さ1000Å〜3μm、例え
ば、6000Åのアルミニウム膜(1wt%のSi、も
しくは0.1〜0.3wt%のScを含む)を電子ビー
ム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。そし
て、フォトレジスト(例えば、東京応化製、OFPR8
00/30cp)をスピンコート法によって形成した。
フォトレジストの形成前に、アルミニウム膜の全表面に
陽極酸化法によって厚さ100〜1000Åの酸化アル
ミニウム膜を表面に形成しておくと、フォトレジストと
の密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリ
ークを抑制することにより、後の陽極酸化工程におい
て、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで有効
であった。その後、フォトレジストとアルミニウム膜を
パターニングして、アルミニウム膜と一緒にエッチング
し、配線606、ゲイト電極607を形成した。これら
の配線、ゲイト電極の上には前記のフォトレジスト60
8、609が残されており、これは後の陽極酸化工程に
おいて陽極酸化防止のマスクとして機能する。(図6
(A))
Thereafter, an aluminum film (containing 1 wt% of Si or 0.1 to 0.3 wt% of Sc) having a thickness of 1000 to 3 μm, for example, 6000 °, was formed by electron beam evaporation or sputtering. Then, a photoresist (for example, OFPR8 manufactured by Tokyo Ohka)
00/30 cp) by spin coating.
If an aluminum oxide film having a thickness of 100 to 1000 ° is formed on the entire surface of the aluminum film by anodic oxidation before forming the photoresist, adhesion to the photoresist is good, and By suppressing the current leakage, it was effective in forming the porous anodic oxide only on the side surfaces in the subsequent anodic oxidation step. Thereafter, the photoresist and the aluminum film were patterned and etched together with the aluminum film to form a wiring 606 and a gate electrode 607. On these wirings and gate electrodes, the above-mentioned photoresist 60 is formed.
8, 609 are left, which function as a mask for anodizing prevention in a subsequent anodizing step. (FIG. 6
(A))

【0063】そして、上記の配線、ゲイト電極に電解液
中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ3000Å〜25μ
m、例えば、厚さ0.5μmの陽極酸化物610、61
1を配線、ゲイト電極の側面に形成した。陽極酸化は、
3〜20%のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム
酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、5〜30
V、例えば、8Vの一定電流をゲイト電極に印加してお
こなった。このようにして形成された陽極酸化物は多孔
質なものであった。本実施例では、シュウ酸溶液(30
〜80℃)中で電圧を8Vとし、20〜240分、陽極
酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間および温度
によって制御した。(図6(B))
Then, the above wirings and gate electrodes are anodized by passing an electric current in an electrolytic solution to a thickness of 3000 to 25 μm.
m, for example, 0.5 μm thick anodic oxides 610, 61
No. 1 was formed on the side surface of the wiring and the gate electrode. Anodizing is
3 to 20% of an aqueous acid solution of citric acid or oxalic acid, phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid, etc.
V, for example, a constant current of 8 V was applied to the gate electrode. The anodic oxide thus formed was porous. In this embodiment, the oxalic acid solution (30
(−80 ° C.), the voltage was set to 8 V, and anodic oxidation was performed for 20 to 240 minutes. The thickness of the anodized oxide was controlled by the anodizing time and temperature. (FIG. 6 (B))

【0064】次に、マスク608、609を除去し、再
び電解溶液中において、ゲイト電極・配線に電流を印加
した。今回は、3〜10%の酒石液、硼酸、硝酸が含ま
れたPH≒7のエチレングルコール溶液を用いた。溶液
の温度は10℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が
得られた。このため、ゲイト電極・配線606、607
の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化物612、61
3が形成された。バリヤ型陽極酸化物の厚さは印加電圧
に比例し、例えば、印加電圧が100Vで1200Åの
陽極酸化物が形成された。本実施例では、電圧は100
Vまで上昇させたので、得られたバリヤ型陽極酸化物の
厚さは1200Åであった。バリヤ型の陽極酸化物の厚
さは任意であるが、あまり薄いと、後で多孔質陽極酸化
物をエッチングする際に、アルミニウムを溶出させてし
まう危険があるので、500Å以上が好ましかった。
Next, the masks 608 and 609 were removed, and a current was again applied to the gate electrode and wiring in the electrolytic solution. In this case, an ethylene glycol solution having a pH of 7 containing 3 to 10% tartaric acid, boric acid, and nitric acid was used. A better oxide film was obtained when the temperature of the solution was lower than room temperature around 10 ° C. Therefore, the gate electrodes / wirings 606 and 607
Barrier-type anodic oxides 612, 61 on the top and side surfaces of
3 was formed. The thickness of the barrier type anodic oxide was proportional to the applied voltage. For example, an applied voltage of 100 V formed an anodic oxide of 1200 °. In this embodiment, the voltage is 100
V, the thickness of the resulting barrier anodic oxide was 1200 °. The thickness of the barrier type anodic oxide is arbitrary, but if it is too thin, there is a risk that aluminum will be eluted when the porous anodic oxide is etched later, so that 500 mm or more was preferred. .

【0065】注目すべきは、バリヤ型の陽極酸化物は後
の工程で得られるにもかかわらず、多孔質の陽極酸化物
の外側にバリヤ型の陽極酸化物ができるのではなく、多
孔質陽極酸化物とゲイト電極の間にバリヤ型の陽極酸化
物が形成されることである。(図6(C))その後、ド
ライエッチング法によって酸化珪素膜605をエッチン
グした。このエッチングにおいては、等方性エッチング
のプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反
応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と
酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活
性層を深くエッチングしないようにすることが重要であ
る。例えば、エッチングガスとしてCF4 を使用すれば
陽極酸化物はエッチングされず、したがって、ゲイト電
極・配線の下に存在する酸化珪素膜614、615はエ
ッチングされずに残った。また、このエッチング工程に
おいても、窒化アルミニウム膜602がストッパーなる
ため、これ以上のエッチングは進行せず、段差を最小限
に食い止めることができた。
It should be noted that although barrier-type anodic oxide can be obtained in a later step, a barrier-type anodic oxide is not formed outside the porous anodic oxide, but a porous anodic oxide is formed. A barrier-type anodic oxide is formed between the oxide and the gate electrode. (FIG. 6C) Thereafter, the silicon oxide film 605 was etched by a dry etching method. In this etching, a plasma mode of isotropic etching or a reactive ion etching mode of anisotropic etching may be used. However, it is important to prevent the active layer from being etched deeply by sufficiently increasing the selectivity between silicon and silicon oxide. For example, when CF 4 is used as an etching gas, the anodic oxide is not etched, and therefore, the silicon oxide films 614 and 615 existing under the gate electrode and the wiring remain without being etched. Also in this etching step, since the aluminum nitride film 602 serves as a stopper, further etching does not proceed, and the step can be minimized.

【0066】その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて
多孔質陽極酸化物612,613をエッチングした。そ
して、イオンドーピング法によって、TFTの活性層6
04に、ゲイト電極部(すなわちゲイト電極とその周囲
の陽極酸化膜)およびゲイト絶縁膜615をマスクとし
て自己整合的に不純物を注入した。この際には、イオン
の加速電圧とドーズ量によって、不純物領域にさまざま
な組み合わせが考えられる。例えば、加速電圧を50〜
90kVと高めに設定し、ドーズ量を1×10 13〜5×
1014cm-2と低めにすれば、領域616、617に
は、ほとんどの不純物イオンは活性層を通過し、下地膜
で最大の濃度を示す。このため、領域616、617は
極めて低濃度の不純物領域となる。一方、上にゲイト絶
縁膜615の存在する領域618では、ゲイト絶縁膜に
よって高速のイオンが減速されて、ちょうど、不純物濃
度が最大となり、低濃度の不純物領域を形成することが
できる。
Then, using a mixed acid of phosphoric acid, acetic acid and nitric acid,
The porous anodic oxides 612, 613 were etched. So
Then, the active layer 6 of the TFT is formed by the ion doping method.
04 shows the gate electrode portion (that is, the gate electrode and its surroundings).
Anodic oxide film) and gate insulating film 615 as masks
The impurities were implanted in a self-aligned manner. In this case, ion
Varies depending on the acceleration voltage and dose
Combinations are conceivable. For example, if the acceleration voltage is
90 kV and set the dose to 1 × 10 13~ 5x
1014cm-2If you make it lower, the areas 616 and 617
Indicates that most impurity ions pass through the active layer
Indicates the maximum concentration. Therefore, the areas 616 and 617
An extremely low concentration impurity region is obtained. On the other hand, there is no gate above
In the region 618 where the edge film 615 exists, the gate insulating film
Therefore, high-speed ions are slowed down, and
Degree and the formation of low-concentration impurity regions
it can.

【0067】逆に、加速電圧を5〜30kVと低めに設
定し、ドーズ量を5×1014〜5×1015cm-2と多め
にすれば、領域616、617には、多くの不純物イオ
ンが注入され、高濃度の不純物領域となる。一方、上に
ゲイト絶縁膜615の存在する領域618では、ゲイト
絶縁膜によって低速のイオンが妨げられて、不純物イオ
ンの注入量は低く、低濃度の不純物領域を形成すること
ができる。このように、いずれの方法を用いても、領域
618は低濃度の不純物領域となり、本実施例では、い
ずれの方法を採用してもよい。このようにして、イオン
ドーピングをおこない、N型の低濃度不純物領域618
を形成した後、KrFエキシマーレーザー(波長248
nm、パルス幅20nsec)を照射して、活性層中に
導入された不純物イオンの活性化をおこなった。(図6
(D))
Conversely, if the acceleration voltage is set as low as 5 to 30 kV and the dose is set as large as 5 × 10 14 to 5 × 10 15 cm −2 , many impurity ions are formed in the regions 616 and 617. Is implanted to form a high-concentration impurity region. On the other hand, in the region 618 where the gate insulating film 615 is present, low-speed ions are prevented by the gate insulating film, so that the amount of implanted impurity ions is low and a low-concentration impurity region can be formed. As described above, regardless of which method is used, the region 618 becomes a low-concentration impurity region, and in this embodiment, any method may be employed. In this manner, ion doping is performed, and the N-type low concentration impurity region 618 is formed.
Is formed, a KrF excimer laser (wavelength 248)
nm, pulse width of 20 nsec) to activate the impurity ions introduced into the active layer. (FIG. 6
(D))

【0068】さらに、全面に適当な金属、例えば、チタ
ン、ニッケル、モリブテン、タングステン、白金、パラ
ジウム等の被膜、例えば、厚さ50〜500Åのチタン
膜619をスパッタ法によって全面に形成した。この結
果、金属膜(ここではチタン膜)619は高濃度(もし
くは極低濃度)不純物領域616、617に密着して形
成された。(図6(E))
Further, a coating of a suitable metal, for example, titanium, nickel, molybdenum, tungsten, platinum, palladium, etc., for example, a titanium film 619 having a thickness of 50 to 500 ° was formed on the entire surface by sputtering. As a result, the metal film (here, titanium film) 619 was formed in close contact with the high-concentration (or extremely low-concentration) impurity regions 616 and 617. (FIG. 6E)

【0069】そして、KrFエキシマーレーザー(波長
248nm、パルス幅20nsec)を照射して、金属
膜(ここではチタン)と活性層のシリコンを反応させ、
金属珪化物(ここでは珪化チタン)の領域620,62
1を形成した。レーザーのエネルギー密度は200〜4
00mJ/cm2 、好ましくは250〜300mJ/c
2 が適当であった。また、レーザー照射時には基板を
200〜500℃に加熱しておくと、チタン膜の剥離を
抑制することはできた。
Then, irradiation with a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm, pulse width: 20 nsec) causes the metal film (here, titanium) to react with the silicon of the active layer.
Regions 620, 62 of metal silicide (here titanium silicide)
1 was formed. Laser energy density 200 ~ 4
00 mJ / cm 2 , preferably 250 to 300 mJ / c
m 2 was appropriate. In addition, when the substrate was heated to 200 to 500 ° C. during laser irradiation, peeling of the titanium film could be suppressed.

【0070】この後、過酸化水素とアンモニアと水とを
5:2:2で混合したエッチング液で未反応のチタン膜
のエッチングした。露出した活性層と接触した部分以外
のチタン膜(例えば、ゲイト絶縁膜や陽極酸化膜上に存
在したチタン膜)はそのまま金属状態で残っているが、
このエッチングで除去できる。一方、金属珪化物である
珪化チタン620,621はエッチングされないので、
残存させることができた。本実施例では、珪化物領域6
20,621のシート抵抗は10〜50Ω/□となっ
た。一方、低濃度不純物領域618では10〜100k
Ω/□であった。
Thereafter, the unreacted titanium film was etched with an etching solution in which hydrogen peroxide, ammonia and water were mixed at a ratio of 5: 2: 2. The titanium film other than the portion in contact with the exposed active layer (for example, the titanium film existing on the gate insulating film or the anodic oxide film) remains in a metal state as it is,
It can be removed by this etching. On the other hand, since titanium silicide 620 and 621 which is a metal silicide is not etched,
It could be left. In this embodiment, the silicide region 6
The sheet resistance of 20,621 was 10 to 50 Ω / □. On the other hand, 10 to 100 k
Ω / □.

【0071】その後、全面に層間絶縁物622として、
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ2000Å〜1μ
m、例えば、5000Å形成した。そして、スパッタ法
によってITO膜を形成し、これをパターニング・エッ
チングして、画素電極623を形成した。さらに、層間
絶縁物622をエッチングし、コンタクトホールを形成
した、この際にも、実施例1および実施例4と同様に、
コンタクトホールがソース/ドレインからはみ出すよう
なパターンとした。このようなパターンがTFTの量産
性、信頼性を向上させることは先に述べた通りである。
そして、2000Å〜1μm、例えば5000Åの厚さ
の窒化チタンとアルミニウムの多層膜による配線・電極
624、625を形成した。(図6(F))
Thereafter, an interlayer insulator 622 is formed on the entire surface.
The silicon oxide film is formed to a thickness of 2000 to 1 μm by the CVD method.
m, for example, 5000 °. Then, an ITO film was formed by a sputtering method, and this was patterned and etched to form a pixel electrode 623. Further, the interlayer insulator 622 was etched to form a contact hole. Also in this case, as in the first and fourth embodiments,
The pattern was such that the contact holes protruded from the source / drain. As described above, such a pattern improves the mass productivity and reliability of the TFT.
Then, wirings / electrodes 624 and 625 were formed by a multilayer film of titanium nitride and aluminum having a thickness of 2000 to 1 μm, for example, 5000 °. (FIG. 6 (F))

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明によって、長時間の電圧印加に対
しても十分な信頼性を示す、信頼性の高いTFTを作製
することが出来た。また、活性層やコンタクトの配置に
おいても従来にない自由度を得ることができ、素子の微
細化が実現できた。このように本発明は工業的価値が大
きな発明であるが、特に大面積基板上にTFTを形成
し、これをアクティブマトリクスや駆動回路に利用する
ことによる産業上のインパクトは大きい。
According to the present invention, a highly reliable TFT showing sufficient reliability even when a voltage is applied for a long time can be manufactured. In addition, unprecedented degrees of freedom can be obtained in the arrangement of the active layer and the contacts, and miniaturization of the element can be realized. As described above, the present invention is an invention having a great industrial value, but the industrial impact is particularly great when a TFT is formed on a large-area substrate and used for an active matrix or a driving circuit.

【0073】実施例では示さなかったが、本発明を単結
晶結晶ICやその他のICの上にさらに半導体回路を積
み重ねるといういわゆる立体ICを形成することに用い
てもよい。また、実施例では主として各種LCDに本発
明を使用する例を示したが、その他の絶縁基板上に形成
することが要求される回路、例えばイメージセンサー等
においても本発明が実施できることは言うまでもない。
Although not shown in the embodiments, the present invention may be used to form a so-called three-dimensional IC in which a semiconductor circuit is further stacked on a single crystal IC or another IC. In the embodiments, examples in which the present invention is used mainly for various LCDs have been described. However, it is needless to say that the present invention can be applied to other circuits required to be formed on an insulating substrate, such as an image sensor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/092 H01L 21/90 C 27/08 331 27/08 321F H04N 5/335 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 27/092 H01L 21/90 C 27/08 331 27/08 321F H04N 5/335

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された窒化アルミニウム膜
と、前記窒化アルミニウム膜上に形成された酸化珪素膜
と、前記酸化珪素膜上に形成された結晶性半導体膜と、
前記結晶性半導体膜上に形成されたゲイト絶縁膜と、前
記ゲイト絶縁膜上に形成された金属または半導体の配線
及び電極とを有することを特徴とする半導体装置。
An aluminum nitride film formed on a substrate; a silicon oxide film formed on the aluminum nitride film; a crystalline semiconductor film formed on the silicon oxide film;
A semiconductor device comprising: a gate insulating film formed on the crystalline semiconductor film; and a metal or semiconductor wiring and electrode formed on the gate insulating film.
【請求項2】 前記窒化アルミニウム膜はホウ素、シリ
コン、炭素または酸素の元素を0.01〜20原子%含
むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said aluminum nitride film contains 0.01 to 20 atomic% of an element of boron, silicon, carbon or oxygen.
【請求項3】 基板上に形成された窒化アルミニウム膜
と、前記窒化アルミニウム膜上に形成された結晶性半導
体膜と、前記結晶性半導体膜上に形成されたゲイト絶縁
膜と、前記ゲイト絶縁膜上に形成された金属または半導
体の配線及び電極とを有する半導体装置であって、前記
窒化アルミニウム膜はホウ素、シリコン、炭素または酸
素の元素を0.01〜20原子%含むことを特徴とする
半導体装置。
3. An aluminum nitride film formed on a substrate, a crystalline semiconductor film formed on the aluminum nitride film, a gate insulating film formed on the crystalline semiconductor film, and the gate insulating film A semiconductor device having a metal or semiconductor wiring and an electrode formed thereon, wherein the aluminum nitride film contains 0.01 to 20 atomic% of an element of boron, silicon, carbon or oxygen. apparatus.
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