(57)【要約】【課題】レーザアニール処理によって半導体層の結晶化を行う場合において、閾値の安定性を向上する。【解決手段】レーザアニール処理により結晶化された半導体層を有する半導体装置であって、前記半導体層の接する下層に、酸素含有量が１０％以下である酸素非含有膜を有する。【選択図】図２
2007234928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザアニール処理により結晶化された半導体層を有する半導体装置であって、
前記半導体層の接する下層に、酸素含有量が１０％以下である酸素非含有膜を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記酸素非含有膜は、高密度プラズマＣＶＤ法によって得られたシリコンカーバイド（SiC）膜、またはＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体層は、薄膜シリコン層であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記酸素非含有膜の水素含有量は２０％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体層の酸素含有量は１０−１８（ｃｍ−３）以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置
【請求項６】
基板上に酸素含有量が１０％以下である酸素非含有膜を形成する工程と、
前記酸素非含有膜上に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層にレーザアニール処理を施すことにより、当該半導体層の結晶化を行う工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置を備えることを特徴とする電気光学装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置または／及び請求項７記載の電気光学装置を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法、電気光学装置、並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、アモルファス（非晶質）シリコンからなる半導体層にレーザアニール処理を施すことにより、当該アモルファスシリコンの結晶化を行うＬＴＰＳ−ＴＦＴデバイスにおいては、ガラス基板上に直接上記半導体層を形成するか、またはガラス基板から流入する汚染物を遮蔽するためにシリコン酸化膜をガラス基板上に形成した後、半導体層を形成することが一般的である（例えば下記特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１７５５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のようにレーザアニール処理を行う場合、半導体層の温度がその融点である１４１６°Ｃまで上昇するため、半導体層の下層に設けられたシリコン酸化膜から相当量の酸素原子が半導体層に流入してしまい、当該半導体層において許容量以上の酸素が混入するという問題があった。このような酸素原子は、Ｎ型の不純物原子（サーマルドナー）になり得るため、真性半導体からの閾値のずれが大きくなると共に、当該閾値が不安定に変動する原因となっていた。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、レーザアニール処理によって半導体層の結晶化を行う場合において、閾値の安定性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、レーザアニール処理により結晶化された半導体層を有する半導体装置であって、前記半導体層の接する下層に、酸素含有量が１０％以下である酸素非含有膜を有することを特徴とする。
このような特徴を有する半導体装置によると、半導体層の接する下層に、酸素含有量が１０％以下である酸素非含有膜を有しているため、レーザアニール処理により半導体層の温度がその融点である１４１６°Ｃまで上昇した場合であっても、半導体層に流入する酸素原子を大幅に低減することが可能である。その結果、閾値のずれを抑制すると共に、閾値の安定性に非常に優れた半導体装置、例えば、ＬＴＰＳ−ＴＦＴデバイスやＭＯＳ−ＦＥＴデバイス等を得ることができる。
【０００６】
また、前記酸素非含有膜は、高密度プラズマＣＶＤ法によって得られたシリコンカーバイド（SiC）膜、またはＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜であることが好ましい。
このように、高密度プラズマＣＶＤ法によって得られたシリコンカーバイド膜、またはＤＬＣ膜の酸素含有量は１０％以下に抑えることができるので、これらを半導体層の接する下層に設けることにより、半導体層に流入する酸素原子を大幅に低減することが可能である。その結果、閾値のずれを抑制すると共に、閾値の安定性に非常に優れた半導体装置を得ることができる。
【０００７】
また、前記半導体層は、薄膜シリコン層であることが好ましい。
これにより、閾値の安定性に非常に優れた薄膜トランジスタを得ることが可能となる。
【０００８】
また、前記酸素非含有膜の水素含有量は２０％以下であることが好ましい。
半導体層に水素原子が流入した場合、素子特性にヒステリシスが生じる問題がある。また、酸素非含有膜からの水素原子の放出によって、半導体層が剥離する可能性がある。そこで、酸素非含有膜の水素含有量を２０％以下とすることにより、上記のような水素原子に起因する不具合を防止することが可能である。
【０００９】
また、前記半導体層の酸素含有量は１０−１８（ｃｍ−３）以下であることが好ましい。
このように、半導体層に含まれる酸素原子の量を少なくすることで、さらに効果的に閾
値のずれを抑制すると共に、閾値の安定性の向上を図ることが可能である。
【００１０】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に酸素含有量が１０％以下である酸素非含有膜を形成する工程と、前記酸素非含有膜上に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層にレーザアニール処理を施すことにより、当該半導体層の結晶化を行う工程とを有することを特徴とする。
このような特徴を有する半導体装置の製造方法によれば、半導体層の接する下層に、酸素含有量が１０％以下である酸素非含有膜を有しているため、レーザアニール処理により半導体層の温度がその融点である１４１６°Ｃまで上昇した場合であっても、半導体層に流入する酸素原子を大幅に低減することが可能である。その結果、閾値のずれを抑制すると共に、閾値の安定性に非常に優れた半導体装置、例えば、ＬＴＰＳ−ＴＦＴデバイスやＭＯＳ−ＦＥＴデバイス等を製造することができる。
【００１１】
また、本発明に係る電気光学装置は、上記半導体装置を備えることを特徴とする。
このような特徴を有する電気光学装置によれば、閾値の安定性に非常に優れた半導体装置を備えるので、例えば液晶表示装置等の表示装置であった場合、閾値の安定性に非常に優れた薄膜トランジスタ（半導体装置）を備えることになり、表示品質の向上を図ることができる。
【００１２】
また、本発明に係る電子機器は、上記電気光学装置を備えることを特徴とする。
このような特徴を有する電子機器によれば、高品質な電気光学装置を備えるので、自身の品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す説明図である。なお、本実施形態では、半導体装置としてＬＴＰＳ−ＴＦＴの製造方法を例示して説明する。
まず、図１（ａ）に示すように、基板１上に、高密度プラズマＣＶＤ法を用いて、酸素含有量１０％以下且つ水素含有量２０％以下のシリコンカーバイド（SiC）膜（酸素非含有膜）２を形成する。このシリコンカーバイド膜２の膜厚は２００（ｎｍ）程度にすることが好ましい。また、シリコンカーバイド膜に代えて、高密度プラズマＣＶＤ法によって得られた、酸素含有量１０％以下且つ水素含有量２０％以下のＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜を用いても良い。なお、基板１としては、例えばガラス等の絶縁性材料やステンレス等の金属材料やシリコン等の半導体材料などを用いることも可能である。
【００１４】
次に、図１（ｂ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法やＰＥＣＶＤ法などの製膜法によって、
シリコンカーバイド膜２上にアモルファス（非晶質）シリコン（以下ａ−Ｓｉと記載する）からなる半導体層３を形成する。このように、半導体層３に接する下層に、シリコンカーバイド膜（酸素非含有膜）２を設けることにより、以下に述べる半導体層３に対するレーザアニール処理時において、温度が半導体層３の融点である１４１６°Ｃまで上昇した場合であっても、半導体層３に下地層（シリコンカーバイド膜２）から流入する酸素原子を大幅に低減することが可能である。その結果、ＬＴＰＳ−ＴＦＴの閾値のずれを抑制すると共に、閾値の安定性に非常に優れたＬＴＰＳ−ＴＦＴを製造することが可能である。また、酸素非含有膜の水素含有量を２０％以下とすることにより、半導体層３への水素原子の流入を大幅に低減することができ、素子特性のヒステリシス発生や半導体層３の剥離を防止することができる。なお、半導体層３の酸素含有量は１０−１８（ｃｍ−３）以下であることが好ましい。このように、半導体層３に含まれる酸素原子の量を少なくすることで、さらに効果的に閾値のずれを抑制すると共に、閾値の安定性の向上を図ることが可能である。
【００１５】
そして、上記半導体層３の形成後、当該半導体層３に対してレーザアニール処理を行うことにより、ａ−Ｓｉの結晶化を行い、良質なｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）膜を得る。このレーザ照射は、例えば、波長３０８（ｎｍ）、パルス幅２０〜４０（ｎｓ）のＸｅＣｌパルスエキシマレーザを用いて、エネルギー密度が０．４〜２．０（Ｊ／ｃｍ２）程度となるように行うことが望ましい。このような条件でレーザ照射を行うことにより、照射したレーザは、そのほとんどが半導体層３の表面付近で吸収される。これは、ＸｅＣｌパルスエキシマレーザの波長（３０８ｎｍ）におけるａ−Ｓｉの吸収係数が０．１３９（ｎｍ−１）と比較的に大きいためである。
【００１６】
次に、図１（ｃ）に示すように、熱処理後の半導体層３上に、ＬＰＣＶＤ法やＰＥＣＶＤ法等により、酸化シリコンからなる第１の絶縁層４を形成する。そして、図１（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィ法等により、ゲート電極と半導体層３間の絶縁層として機能するゲート絶縁層４ａを形成する。
【００１７】
続いて、図２（ａ）に示すように、ゲート絶縁層４ａ及び半導体３上に、タンタルまたはアルミニウムの金属薄膜をスパッタリング法等により形成した後、フォトリソグラフィ法等を用いてパターニングすることによって、ゲート絶縁層４ａ上にゲート電極５を形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、これらゲート電極５をマスクとしてドナーまたはアクセプターとなる不純物イオンを注入し、半導体層３にソース領域６と、ドレイン領域７、チャネル領域８をゲート電極５に対して自己整合的に形成する。なお、例えば、ＮＭＯＳトランジスタを作製する場合、不純物イオンとしてリン（Ｐ）を１×１０１６（ｃｍ−２）の濃度でソース／ドレイン領域に打ち込み、その後、ＸｅＣｌエキシマレーザを照射エネルギー密度４００（ｍＪ／ｃｍ２）程度で照射するか、２５０℃〜４５０℃程度の温度で熱処理することにより不純物イオンの活性化を行う。
【００１８】
次に、図２（ｃ）に示すように、ＬＰＣＶＤ法やＰＥＣＶＤ法等により、半導体層３及びゲート電極５上に、酸化シリコンからなる第２の絶縁層９（層間絶縁膜）を形成する。そして、半導体層３のソース領域６及びドレイン領域７に貫通するコンタクトホール１０を第２の絶縁層９に形成する。そして、各コンタクトホール１０内を含む第２の絶縁層９上に、タンタルまたはアルミニウムの金属薄膜をスパッタリング法等により形成した後、フォトリソグラフィ法等を用いてパターニングすることによって、図２（ｄ）に示すように、ソース領域６と導通するソース電極１１、ドレイン領域７と導通するドレイン電極１２を形成する。以上のような製造方法により、本発明に係る半導体装置としての、ＬＴＰＳ−ＴＦＴが形成される。
【００１９】
以上のように、本半導体装置の製造方法によれば、半導体層３の接する下層に、酸素含有量が１０％以下且つ水素含有量２０％以下である酸素非含有膜（シリコンカーバイド膜２）を有しているため、レーザアニール処理により半導体層３の温度がその融点である１４１６°Ｃまで上昇した場合であっても、半導体層３に流入する酸素原子を大幅に低減することが可能である。その結果、閾値のずれを抑制すると共に、閾値の安定性に非常に優れた半導体装置を製造することが可能である。また、上記実施形態では、ＬＴＰＳ−ＴＦＴの製造方法を例示して説明したが、これに限定されず、レーザアニール処理によって熱処理されることにより、下地層から酸素原子が半導体層に流入する可能性のある半導体装置であれば、本発明は適用可能である。
【００２０】
また、上記実施形態では、酸素含有量が１０％以下且つ水素含有量２０％以下である酸素非含有膜（シリコンカーバイド膜２）を使用したが、必ずしも水素含有量２０％以下という条件は必要ではなく、少なくとも酸素含有量が１０％以下という条件を満たすことにより、本発明の効果を得ることができる。
【００２１】
次に、上述した半導体装置を備える電気光学装置、電子機器の具体例について説明する。なお、本発明における半導体装置とは、例えば半導体ＩＣチップ等の集積回路、つまり一定の機能を奏するように薄膜トランジスタや他の回路素子（抵抗やトランジスタ等）及び関連する配線等が集積及び配線された回路をいう。また、本発明における電気光学装置とは、本発明に係る半導体装置を備え、電気的作用によって発光するあるいは外部からの光の状態を変化させる電気光学素子を備えた装置一般をいい、自ら光を発するものと外部からの光の通過を制御するもの双方を含む。例えば、電気光学素子として、液晶素子、電気泳動粒子が分散した分散媒体を有する電気泳動素子、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、電界の印加により発生した電子を発光板に当てて発光させる電子放出素子を備えたアクティブマトリクス型の表示装置等をいう。
【００２２】
また、本発明の電子機器とは、本発明に係る半導体装置を備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。その構成に特に限定が無いが、例えば、ＩＣカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクタ、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、ＤＳＰ装置、ＰＤＡ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ等を含むものである。
【００２３】
〔電気光学装置〕
電気光学装置の具体例として、液晶表示装置について説明する。図３（ａ）は液晶表示装置ＬＤについて対向基板側から見た平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。図３（ｃ）は液晶表示装置の画像表示領域においてマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路図である。
【００２４】
図３（ａ）及び（ｂ）において、液晶表示装置ＬＤは、対をなすＴＦＴアレイ基板６０と対向基板６１とが光硬化性の封止材であるシール材６３によって貼り合わされ、このシール材６３によって区画された領域内に液晶６４が封入、保持されている。シール材６３は、基板面内の領域において閉ざされた枠状に形成されている。
【００２５】
シール材６３の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる周辺見切り６５が形成されている。シール材６３の外側の領域には、データ線駆動回路６６及び実装端子６７がＴＦＴアレイ基板６０の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査線駆動回路６８が形成されている。ＴＦＴアレイ基板６０の残る一辺には、画像表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路６８の間を接続するための複数の配線６９が設けられている。また、対向基板６１のコーナー部の少なくとも１箇所においては、ＴＦＴアレイ基板６０と対向基板６１との間で電気的導通をとるための基板間導通材７０が配設されている。
【００２６】
なお、データ線駆動回路６６及び走査線駆動回路６８をＴＦＴアレイ基板６０の上に形成する代わりに、例えば、駆動用ＬＳＩが実装されたＴＡＢ（Tape  Automated Bonding）基板とＴＦＴアレイ基板６０の周辺部に形成された端子群とを異方性導電膜を介して電気的及び機械的に接続するようにしてもよい。なお、液晶表示装置ＬＤにおいては、使用する液晶６４の種類、すなわち、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード等の動作モードや、ノーマリホワイトモード／ノーマリブラックモードの別に応じて、位相差板、偏光板等が所定の向きに配置されるが、ここでは図示を省略する。また、液晶表示装置ＬＤをカラー表示用として構成する場合には、対向基板６１において、ＴＦＴアレイ基板６０の後述する各画素電極に対向する領域に、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタをその保護膜とともに形成する。
【００２７】
このような構造を有する液晶表示装置ＬＤの画像表示領域においては、図３（ｃ）に示すように、複数の画素８０がマトリクス状に構成されているとともに、これらの画素８０の各々には、画素スイッチング用のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）８１が形成されており、画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを供給するデータ線８２がＴＦＴ８１のソースに電気的に接続されている。データ線８２に書き込む画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線８２同士に対して、グループ毎に供給するようにしてもよい。また、ＴＦＴ８１のゲートには走査線８３が電気的に接続されており、所定のタイミングで、走査線８３にパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍをこの順に線順次で印加するように構成されている。
【００２８】
画素電極８４はＴＦＴ８１のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるＴＦＴ８１を一定期間だけオン状態とすることにより、データ線８２から供給される画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを各画素に所定のタイミングで書き込む。このようにして画素電極８４を介して液晶に書き込まれた所定レベルの画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、図３（ｂ）に示す対向基板６１の対向電極７１との間で一定期間保持される。なお、保持された画素信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがリークするのを防ぐために、画素電極８４と対向電極７１（コモン配線８６）との間に形成される液晶容量と並列に蓄積容量８５が付加されている。例えば、画素電極８４の電圧は、ソース電圧が印加された時間よりも３桁も長い時間だけ蓄積容量８５により保持される。これにより、電荷の保持特性は改善され、コントラスト比の高い液晶表示装置ＬＤを実現することができる。
【００２９】
例えば、画素８１や、データ線駆動回路６６及び走査線駆動回路６８等の周辺回路の薄膜トランジスタとして、上述したような製造方法により形成した薄膜トランジスタを使用することにより、高性能且つ表示品質が良好な液晶表示装置を得ることができる。なお、液晶表示装置以外の電気光学装置として、例えば有機ＥＬ表示装置やＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等が挙げられる。  
【００３０】
〔電子機器〕
次に、上述した電気光学装置を備える電子機器の具体例について説明する。
図４（ａ）は携帯電話の一例を示した斜視図である。図４（ａ）において、符号１００は携帯電話本体を示し、符号１０１は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。図４（ｂ）はワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図４（ｂ）において、符号２００は情報処理装置、２０１はキーボードなどの入力部、２０２は情報処理本体、２０３は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。図４（ｃ）は腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図４（ｃ）において、符号３００は腕時計本体を示し、３０１は上記実施形態の液晶表示装置を備えた液晶表示部を示している。なお、本実施形態の電子機器は液晶表示装置を備えるものとしたが、有機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ等、他の電気光学装置を備えても良い。
【００３１】
電子機器に関する他の実施形態として、非接触型カード媒体について説明する。図５に示すように、本実施形態に係る非接触型カード媒体（電子機器）４００は、カード基体４０２とカードカバー４１８から成る筐体内に、半導体集積回路チップ４０８（半導体装置）とアンテナ回路４１２を内蔵し、図示されない外部の送受信機と電磁波または静電容量結合の少なくとも一方により電力供給あるいはデータ授受の少なくとも一方を行うようになっている。このような非接触型カード媒体４００では、上記半導体集積回路チップ４０８が、上記実施形態に係る半導体装置の製造方法によって製造されている。
【００３２】
また、電子機器はこれらに限定されず、表示機能を有する各種の電子機器に適用可能である。例えばこれらの他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなども含まれる。なお、本発明にかかる半導体装置は、電気光学装置の構成部品として上記のような電子機器に含まれる場合の他に、非接触型カード媒体４００のように、単独で電子機器の構成部品としても適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法の手順を示す第１の説明図である。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法の手順を示す第２の説明図である。
【図３】本発明に係る電気光学装置の具体例を示す説明図である。
【図４】本発明に係る電子機器の具体例を示す第１の説明図である。
【図５】本発明に係る電子機器の具体例を示す第２の説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…基板、２…シリコンカーバイド膜（酸素非含有膜）、３…半導体層、４…第１の絶縁層、４ａ…ゲート絶縁層、５…ゲート電極、６…ソース領域、７…ドレイン領域、８…チャネル領域、９…第２の絶縁層、１０…コンタクトホール、１１…ソース電極、１２…ドレイン電極、ＬＤ…液晶表示装置（電気光学装置）、１００…携帯電話（電子機器）、２００…情報処理装置（電子機器）、３００…腕時計（電子機器）、４００…非接触型カード媒体（電子機器）
【図１】
2007234928.tif 000003
【図２】
2007234928.tif 000004
【図３】
2007234928.tif 000005
【図４】
2007234928.tif 000006
【図５】
2007234928.tif 000007