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JP2008124392A - Semiconductor device, manufacturing method thereof, and display device - Google Patents

Semiconductor device, manufacturing method thereof, and display device Download PDF

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JP2008124392A
JP2008124392A JP2006309312A JP2006309312A JP2008124392A JP 2008124392 A JP2008124392 A JP 2008124392A JP 2006309312 A JP2006309312 A JP 2006309312A JP 2006309312 A JP2006309312 A JP 2006309312A JP 2008124392 A JP2008124392 A JP 2008124392A
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Japan
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semiconductor layer
layer
crystalline
semiconductor device
semiconductor
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JP2006309312A
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Japanese (ja)
Inventor
Masao Moriguchi
正生 守口
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

【課題】オン特性、オフ特性及び信頼性に優れた半導体装置、その製造方法及び表示装置を提供する。
【解決手段】絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置であって、上記半導体層は、コンタクト層側から順に、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層と、低結晶性半導体層よりも大きな結晶化率を有する高結晶性半導体層とが積層された構造を有する半導体装置である。
【選択図】図1
A semiconductor device having excellent on characteristics, off characteristics, and reliability, a manufacturing method thereof, and a display device are provided.
A gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. In the semiconductor device, the semiconductor layer includes, in order from the contact layer side, a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed, and a high crystal having a larger crystallization ratio than the low crystalline semiconductor layer. The semiconductor device has a structure in which a conductive semiconductor layer is stacked.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置、その製造方法及び表示装置に関する。より詳しくは、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置等の表示装置の絶縁基板上に形成された薄膜トランジスタに好適な半導体装置、その製造方法及び表示装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a display device. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device suitable for a thin film transistor formed over an insulating substrate of a display device such as a liquid crystal display device or an organic electroluminescence display device, a manufacturing method thereof, and a display device.

半導体装置は、半導体の電気特性を利用した能動素子を備えた電子装置であり、例えば、オーディオ機器、通信機器、コンピュータ、家電機器等に広く応用されている。なかでも、薄膜トランジスタ(以下、「TFT」ともいう。)等の3端子能動素子を備えた半導体装置は、アクティブマトリクス型液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置(以下、「有機EL表示装置」ともいう。)等の表示装置におけるスイッチング素子、制御回路等として幅広い分野で利用されている。 A semiconductor device is an electronic device that includes an active element that utilizes electrical characteristics of a semiconductor, and is widely applied to, for example, audio equipment, communication equipment, computers, and home appliances. In particular, a semiconductor device including a three-terminal active element such as a thin film transistor (hereinafter also referred to as “TFT”) is an active matrix liquid crystal display device or an organic electroluminescence display device (hereinafter also referred to as “organic EL display device”). Etc.) are used in a wide range of fields as switching elements, control circuits, etc. in display devices.

図14は、チャネル層がアモルファス(非晶質)シリコン(a−Si)からなる従来の半導体装置(TFT)を示す断面模式図である。半導体装置111は、図14に示すように、絶縁基板1上に、ゲート電極2と、シリコン窒化膜(SiNx膜)からなるゲート絶縁膜3と、チャネル層であるa−Si層4dとが積層された構造を有する。ゲート電極2と対向する領域以外のa−Si層4d及びゲート絶縁膜3上には、ソース/ドレイン電極6が形成される。また、a−Si層4d及びソース/ドレイン電極6の間には、リン(P)等が高濃度にドーピングされたシリコン(n−Si)からなるコンタクト層5が介在される。このような半導体装置111は、ゲート絶縁膜3としてシリコン窒化膜を有することから、良好な界面特性が得られ、S値に優れる。また、a−Si層4dは、バンドギャップが広いため、チャネル層に結晶性シリコンを用いたTFTに比べて、リーク電流(オフ電流)を小さくすることができる。更に、コンタクト層5とチャネル層との界面もa−Siのため低リーク電流が得られている。しかしながら、a−Si層4dは、その移動度が0.2〜0.5cm/Vs程度しかないため、半導体装置111は、オン特性を向上するという点で改善の余地があった。 FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a conventional semiconductor device (TFT) in which the channel layer is made of amorphous (amorphous) silicon (a-Si). As shown in FIG. 14, in the semiconductor device 111, a gate electrode 2, a gate insulating film 3 made of a silicon nitride film (SiNx film), and an a-Si layer 4d as a channel layer are stacked on an insulating substrate 1. Has a structured. A source / drain electrode 6 is formed on the a-Si layer 4 d and the gate insulating film 3 other than the region facing the gate electrode 2. Further, between the a-Si layer 4d and the source / drain electrode 6, a contact layer 5 made of silicon (n + -Si) doped with phosphorus (P) or the like at a high concentration is interposed. Since such a semiconductor device 111 has a silicon nitride film as the gate insulating film 3, good interface characteristics are obtained and the S value is excellent. Further, since the a-Si layer 4d has a wide band gap, the leakage current (off current) can be reduced as compared with a TFT using crystalline silicon for the channel layer. Furthermore, since the interface between the contact layer 5 and the channel layer is also a-Si, a low leakage current is obtained. However, since the mobility of the a-Si layer 4d is only about 0.2 to 0.5 cm 2 / Vs, the semiconductor device 111 has room for improvement in terms of improving on-characteristics.

それに対して、チャネル層に微結晶シリコン(μc−Si)を用いる技術が開示されている。図15は、チャネル層が微結晶シリコン(μc−Si)からなる従来の半導体装置(
TFT)を示す断面模式図である。半導体装置112は、図14で示した半導体装置111と同様の構成要素を有するが、チャネル層の構成材料が異なっている。具体的には、チャネル層がμc−Si層4eから形成されている。μc−Si層4eは、結晶質相を有し、その移動度もa−Si層の倍以上であるため、オン特性の向上が可能となる。しかしながら、μc−Si層4eは、膜中に欠陥準位を多数有するため、a−Si層に比べてコンタクト層5との接合界面特性が悪化してしまう。また、μc−Si層4eは、a−Si層に比べて抵抗が低く、バンドギャップも狭いため、オフ電流が大きくなっていた。
On the other hand, a technique using microcrystalline silicon (μc-Si) for the channel layer is disclosed. FIG. 15 shows a conventional semiconductor device in which the channel layer is made of microcrystalline silicon (μc-Si).
It is a cross-sectional schematic diagram which shows TFT. The semiconductor device 112 has the same constituent elements as the semiconductor device 111 shown in FIG. 14, but the constituent material of the channel layer is different. Specifically, the channel layer is formed from the μc-Si layer 4e. Since the μc-Si layer 4e has a crystalline phase and its mobility is more than double that of the a-Si layer, the on-characteristics can be improved. However, since the μc-Si layer 4e has a number of defect levels in the film, the bonding interface characteristics with the contact layer 5 are deteriorated as compared with the a-Si layer. Further, the μc-Si layer 4e has a lower resistance than the a-Si layer and a narrow band gap, so that the off-current is large.

図16は、従来の半導体装置(Si層/ゲート絶縁膜(GI)=a−Si/SiNx)と別の従来の半導体装置(Si層/ゲート絶縁膜(GI)=μc−Si/SiOx及びSi層/ゲート絶縁膜(GI)=μc−Si/SiNx)のVgd(ゲート/ドレイン電圧)−Ids(ドレイン/ソース電流)特性を示すグラフである。図16より、上述のように、チャネル層がa−Si層からなる半導体装置111は、オフ特性と立ち上がり特性とに優れていたが、オン特性が悪い結果となった。一方、チャネル層がμc−Si層からなる半導体装置112は、ゲート絶縁膜の材質に係わらず、優れたオン特性を発揮したが、オフ特性と立ち上がり特性とは悪化する結果となった。 FIG. 16 shows a conventional semiconductor device (Si layer / gate insulating film (GI) = a-Si / SiNx) and another conventional semiconductor device (Si layer / gate insulating film (GI) = μc-Si / SiOx and Si). It is a graph which shows the Vgd (gate / drain voltage) -Ids (drain / source current) characteristic of a layer / gate insulating film (GI) = (micro | micron | mu) c-Si / SiNx). From FIG. 16, as described above, the semiconductor device 111 in which the channel layer is an a-Si layer was excellent in off characteristics and rising characteristics, but the on characteristics were poor. On the other hand, the semiconductor device 112 in which the channel layer is a μc-Si layer exhibited excellent on characteristics regardless of the material of the gate insulating film, but the off characteristics and the rising characteristics deteriorated.

これらに対して、結晶性シリコン層とコンタクト層との間にa−Si層を介在させる技術が開示されている(例えば、特許文献1〜3参照。)。図17は、半導体層がμc−Si層とa−Si層との積層構造からなる従来の半導体装置(TFT)を示す断面模式図である。半導体装置113は、図14で示した半導体装置111と同様の構成要素を有するが、半導体層の構成材料が異なっている。具体的には、半導体層4は、ゲート絶縁膜3側からμc−Si層4e及びa−Si層4dが積層された構造を有する。a−Si層4dは、μc−Si層4eに比べ抵抗が高く、バンドギャップも広い(μc−Si= 1.1eV、a−Si=1.7eV)ため、コンタクト層との接合部をa−Si層4dとすることでオフ電流の低減が可能となる。また、チャネル層としては、移動度に優れたμc−Si層4eを利用することができるのでオン特性の向上が可能になる。しかしながら、半導体装置113においては、依然として以下のような点で改善の余地があった。すなわち、第1に、μc−Si層4eとa−Si層4dとでは構造が大きく異なるため、その界面で構造欠陥が生じる。このため、界面におけるトラップが非常に多くなり、オン特性の低下(電子トラップ)と、オフ特性の悪化(トラップを介したリーク電流増加)と、信頼性の悪化(トラップされた電荷によるTFT特性の変化)とが発生する原因となっていた。第2に、μc−Si層とa−Si層とでは膜の応力が大きく異なるため、膜剥がれ発生の原因となっていた。また、それに起因して、製造プロセスにおいて半導体層に薬液が染み込むことがあり、製造プロセスが不安定であった。 On the other hand, the technique which interposes an a-Si layer between a crystalline silicon layer and a contact layer is disclosed (for example, refer patent documents 1-3). FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a conventional semiconductor device (TFT) in which a semiconductor layer has a laminated structure of a μc-Si layer and an a-Si layer. The semiconductor device 113 has the same components as those of the semiconductor device 111 shown in FIG. 14, but the constituent materials of the semiconductor layers are different. Specifically, the semiconductor layer 4 has a structure in which a μc-Si layer 4e and an a-Si layer 4d are stacked from the gate insulating film 3 side. Since the a-Si layer 4d has a higher resistance and a wider band gap (μc-Si = 1.1 eV, a-Si = 1.7 eV) than the μc-Si layer 4e, the junction with the contact layer is a- The off-current can be reduced by using the Si layer 4d. Moreover, since the μc-Si layer 4e having excellent mobility can be used as the channel layer, the on-characteristics can be improved. However, the semiconductor device 113 still has room for improvement in the following points. That is, first, since the structures of the μc-Si layer 4e and the a-Si layer 4d are greatly different, a structural defect occurs at the interface. For this reason, the number of traps at the interface increases so much that the on-characteristics deteriorate (electron trap), the off-characteristics deteriorate (increased leakage current through the trap), and the reliability deteriorates (the TFT characteristic due to trapped charges). Change). Secondly, since the film stress is greatly different between the μc-Si layer and the a-Si layer, it causes film peeling. Further, due to this, the chemical solution may permeate into the semiconductor layer in the manufacturing process, and the manufacturing process is unstable.

このような状況の中、リーク電流を低減する技術として、不純物を含む第1の半導体膜と、結晶相を含む薄膜と、結晶相を含まない少なくとも1つの非晶質の薄膜との積層体で構成された第2の半導体膜とを有し、第1の半導体膜と非晶質の薄膜とが接合している半導体デバイスが開示されている(例えば、特許文献4参照。)。更に、特許文献4には、結晶相を含む微結晶膜を形成した後、徐々に結晶相が少なくなり、最終的に結晶相を含まない非晶質の薄膜を形成する技術が開示されている。この文献によれば、半導体膜の成膜処理室内での電極間隔を制御しも結晶相から非晶質相に連続的に変化させている。しかしながら、処理室内で電極間隔を制御しても成膜パラメーターとして制御できるのは電界強度のみであり、膜構造を決定する最も有効なパラメーターである圧力やSiH及びHの流量を制御することはできないため、それぞれ最適な結晶相、非晶質相の成膜条件を得ることはできなかった。より具体的には、結晶相の成膜条件から単に電界強度を低くしても、気相反応が中途半端になりパーティクル(ゴミ)が増え良品率が落ちたり、ガスの解離が悪くなり成膜速度が落ちるといったマイナス面だけがでてきて、肝心の結晶構造を制御することはできなかった。また、電界強度を低くすることによって、たとえ非晶質膜を形成できたとしても、膜の密度の低下と膜中の構造欠陥の増加とが発生し、膜質の最適化はできず、膜全体としての欠陥密度は高くなり、オン特性、オフ特性及び信頼性のいずれも悪化してしまっていた。
特開昭62−295465号公報 特開平11−121761号公報 特開2001−217424号公報 特開2005−322845号公報
Under such circumstances, as a technique for reducing leakage current, a stacked body of a first semiconductor film containing impurities, a thin film containing a crystalline phase, and at least one amorphous thin film not containing a crystalline phase is used. A semiconductor device having a configured second semiconductor film and in which the first semiconductor film and an amorphous thin film are joined is disclosed (for example, see Patent Document 4). Furthermore, Patent Document 4 discloses a technique for forming an amorphous thin film that does not include a crystal phase after the crystal phase gradually decreases after a microcrystalline film including a crystal phase is formed. . According to this document, the electrode interval in the semiconductor film deposition chamber is controlled to continuously change from the crystalline phase to the amorphous phase. However, even if the electrode spacing is controlled in the processing chamber, only the electric field strength can be controlled as the film formation parameter, and the most effective parameter for determining the film structure is the pressure and the flow rate of SiH 4 and H 2. Therefore, it was impossible to obtain optimum film formation conditions for the crystalline phase and the amorphous phase, respectively. More specifically, even if the electric field strength is simply lowered due to the film formation conditions of the crystal phase, the gas phase reaction is halfway, the number of particles (dust) increases, the yield of non-defective products decreases, and the gas dissociation deteriorates to form a film. Only the downside, such as the slowdown, came out, and it was impossible to control the core crystal structure. Moreover, even if an amorphous film can be formed by reducing the electric field strength, the film density decreases and the structural defects in the film increase, and the film quality cannot be optimized. As a result, the defect density has increased, and all of the on-characteristics, off-characteristics, and reliability have deteriorated.
JP-A 62-295465 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-121761 JP 2001-217424 A JP 2005-322845 A

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、オン特性、オフ特性及び信頼性に優れた半導体装置、その製造方法及び表示装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described present situation, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having excellent on characteristics, off characteristics, and reliability, a manufacturing method thereof, and a display device.

本発明者らは、オン特性、オフ特性及び信頼性に優れた半導体装置について種々検討したところ、半導体層の形態に着目した。そして、半導体層中において急激な構造変化が発生するのを抑制しつつ、コンタクト層側には高抵抗を有する結晶性の低い半導体層を配置し、コンタクト層から遠ざかる側に低抵抗を有する結晶性の高い半導体層を配置することにより、構造変化の低減によるオン特性、オフ特性及び信頼性の向上と、高抵抗を有する半導体層によるオフ特性の向上と、低抵抗を有する半導体層によるオン特性の向上とが可能であることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 The inventors of the present invention have studied various semiconductor devices having excellent on characteristics, off characteristics, and reliability, and have focused on the form of the semiconductor layer. Then, while suppressing a sudden structural change in the semiconductor layer, a low-crystallinity semiconductor layer having a high resistance is disposed on the contact layer side, and a crystallinity having a low resistance on the side away from the contact layer By disposing a semiconductor layer having a high resistance, the ON characteristics, the OFF characteristics, and the reliability are improved by reducing the structural change, the OFF characteristics are improved by the semiconductor layer having a high resistance, and the ON characteristics by the semiconductor layer having a low resistance are improved. The present inventors have found that the improvement can be achieved and have conceived that the above problems can be solved brilliantly, and have reached the present invention.

すなわち、本発明は、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置であって、上記半導体層は、コンタクト層側から順に、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層と、低結晶性半導体層よりも大きな結晶化率を有する高結晶性半導体層とが積層された構造を有する半導体装置(以下、「本発明の第1の半導体装置」ともいう。)である。 That is, the present invention includes a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to a semiconductor layer through a contact layer. The semiconductor layer has a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed in order from the contact layer side, and a larger crystallization ratio than the low crystalline semiconductor layer. A semiconductor device having a structure in which a highly crystalline semiconductor layer is stacked (hereinafter also referred to as “first semiconductor device of the present invention”).

このように、コンタクト層に接する位置に、比較的高い抵抗値及び広いバンドギャップを有する低結晶性半導体層が配置されることから、リーク電流(オフ電流)の低減、すなわちオフ特性の向上が可能となる。また、高結晶性半導体層は、結晶質相を含有し、非晶質半導体層に比べて、大きな移動度を有するため、優れたオン特性を発揮することができる。また、低結晶性半導体は、非晶質半導体に比べれば低抵抗であるため、寄生抵抗を小さくでき、その結果、優れたオン特性を維持することができる。更に、低結晶性半導体及び高結晶性半導体の間における構造変化は、非晶質半導体及び高結晶性半導体の間における構造変化よりも小さいことから、低結晶性半導体層及び高結晶性半導体層の界面付近において構造欠陥が発生するのを抑制することができる。したがって、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下を抑制することができるとともに、デバイス特性を向上することができる。 As described above, since the low crystalline semiconductor layer having a relatively high resistance value and a wide band gap is disposed at a position in contact with the contact layer, leakage current (off current) can be reduced, that is, off characteristics can be improved. It becomes. In addition, since the highly crystalline semiconductor layer contains a crystalline phase and has a higher mobility than the amorphous semiconductor layer, it can exhibit excellent on characteristics. In addition, since a low crystalline semiconductor has a lower resistance than an amorphous semiconductor, parasitic resistance can be reduced, and as a result, excellent on characteristics can be maintained. Furthermore, since the structural change between the low crystalline semiconductor and the highly crystalline semiconductor is smaller than the structural change between the amorphous semiconductor and the highly crystalline semiconductor, the low crystalline semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer Generation of structural defects in the vicinity of the interface can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to improve device characteristics.

なお、本明細書において、コンタクト層とは、ソース/ドレイン電極と半導体層とのオーミック接続を行う層である。コンタクト層は、通常、不純物がドープされた半導体層を含んで構成される。 In this specification, a contact layer is a layer that performs ohmic connection between a source / drain electrode and a semiconductor layer. The contact layer is usually configured to include a semiconductor layer doped with impurities.

また、本発明の第1の半導体装置において、高結晶性半導体層及び低結晶性半導体層の間における結晶化率の差は特に限定されないが、高結晶性半導体層は、低結晶性半導体層よりも15%以上の大きな結晶化率を有することが好ましく、30%以上の大きな結晶化率を有することがより好ましい。 In the first semiconductor device of the present invention, the difference in crystallization ratio between the high crystalline semiconductor layer and the low crystalline semiconductor layer is not particularly limited, but the high crystalline semiconductor layer is higher than the low crystalline semiconductor layer. Is preferably 15% or more, and more preferably 30% or more.

本発明はまた、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置であって、上記半導体層は、コンタクト層側から順に、結晶化率が厚み方向で変化する結晶性変化半導体層と、結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とが積層された構造を有し、上記結晶性変化半導体層は、高結晶性半導体層側からコンタクト層側に結晶化率が連続的に減少する半導体装置(以下、「本発明の第2の半導体装置」ともいう。)でもある。 The present invention also includes a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. The semiconductor layer includes a crystalline change semiconductor layer in which a crystallization rate changes in a thickness direction in order from a contact layer side, and a highly crystalline semiconductor having a crystallization rate higher than that of the crystalline change semiconductor layer The crystalline change semiconductor layer is a semiconductor device in which the crystallization rate continuously decreases from the highly crystalline semiconductor layer side to the contact layer side (hereinafter referred to as “second embodiment of the present invention”). It is also referred to as a “semiconductor device”.

このように、コンタクト層に接する位置に、コンタクト層側で比較的高い抵抗値及び広いバンドギャップを有する結晶性変化半導体層が配置されることから、リーク電流(オフ電流)の低減、すなわちオフ特性の向上が可能となる。また、高結晶性半導体層は、結晶質相を含有し、非晶質半導体層に比べて、大きな移動度を有するため、優れたオン特性を発揮することができる。更に、結晶性変化半導体層は、高結晶性半導体層側で比較的大きな結晶化率を有することから、結晶性変化半導体層及び高結晶性半導体層の界面付近において構造欠陥が発生するのを抑制することができる。したがって、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下を抑制することができるとともに、デバイス特性を向上することができる。 As described above, since the crystalline change semiconductor layer having a relatively high resistance value and a wide band gap is disposed on the contact layer side at a position in contact with the contact layer, leakage current (off current) is reduced, that is, off characteristics. Can be improved. In addition, since the highly crystalline semiconductor layer contains a crystalline phase and has a higher mobility than the amorphous semiconductor layer, it can exhibit excellent on characteristics. Furthermore, since the crystalline semiconductor layer has a relatively large crystallization rate on the high crystalline semiconductor layer side, the occurrence of structural defects near the interface between the crystalline crystalline semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer is suppressed. can do. Therefore, it is possible to suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to improve device characteristics.

なお、本明細書において、結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とは、結晶性変化半導体層の結晶化率以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層を意味し、より具体的には、高結晶性半導体層との界面近傍における結晶性変化半導体層の結晶化率以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層を意味する。 Note that in this specification, a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate equal to or higher than that of the crystalline change semiconductor layer means a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate higher than that of the crystalline change semiconductor layer. More specifically, it means a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate equal to or higher than the crystallization rate of the crystalline change semiconductor layer in the vicinity of the interface with the highly crystalline semiconductor layer.

本発明はまた、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置であって、上記半導体層は、コンタクト層側から順に、非晶質半導体層と、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層と、低結晶性半導体層よりも大きな結晶化率を有する高結晶性半導体層とが積層された構造を有する半導体装置(以下、「本発明の第3の半導体装置」ともいう。)でもある。 The present invention also includes a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. The semiconductor layer has an amorphous semiconductor layer, a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed, and a low crystalline semiconductor layer in order from the contact layer side. It is also a semiconductor device having a structure in which a highly crystalline semiconductor layer having a high crystallization rate is stacked (hereinafter also referred to as “third semiconductor device of the present invention”).

このように、コンタクト層に接する位置に、高い抵抗値及び広いバンドギャップを有する非晶質半導体層が配置されることから、より効果的なリーク電流(オフ電流)の低減、すなわちより効果的なオフ特性の向上が可能となる。また、高結晶性半導体層は、結晶質相を含有し、非晶質半導体層に比べて、大きな移動度を有するため、優れたオン特性を発揮することができる。更に、低結晶性半導体及び高結晶性半導体の間における構造変化と、低結晶性半導体及び非晶質半導体の間における構造変化とは、非晶質半導体及び高結晶性半導体の間における構造変化よりも小さいことから、半導体層中の界面付近において構造欠陥が発生するのを抑制することができる。したがって、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下を抑制することができるとともに、デバイス特性を向上することができる。そして、低結晶性半導体層により、非晶質半導体層及び結晶性半導体層の間の応力差が緩和されることになるので、膜の密着性が向上し、膜剥がれの発生を抑制することができる。このように、低結晶性半導体層は、バッファ層として機能することができる。 As described above, since the amorphous semiconductor layer having a high resistance value and a wide band gap is disposed at a position in contact with the contact layer, more effective leakage current (off-state current) can be reduced, that is, more effective. The off characteristics can be improved. In addition, since the highly crystalline semiconductor layer contains a crystalline phase and has a higher mobility than the amorphous semiconductor layer, it can exhibit excellent on characteristics. Furthermore, the structural change between the low crystalline semiconductor and the high crystalline semiconductor and the structural change between the low crystalline semiconductor and the amorphous semiconductor are more than the structural change between the amorphous semiconductor and the high crystalline semiconductor. Therefore, the occurrence of structural defects near the interface in the semiconductor layer can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to improve device characteristics. In addition, since the stress difference between the amorphous semiconductor layer and the crystalline semiconductor layer is relieved by the low crystalline semiconductor layer, the adhesion of the film is improved and the occurrence of film peeling can be suppressed. it can. Thus, the low crystalline semiconductor layer can function as a buffer layer.

なお、低結晶性半導体層は、結晶性が低いことから、製造上、欠陥密度が増加することが懸念される。したがって、バッファ層としての機能を有する範囲で、可能な限り薄く形成されることが好ましい。このような観点から、低結晶性半導体層は、その膜厚が5〜25nmであることが好ましく、5〜10nmであることがより好ましい。一方、膜厚が25nmを超えると、欠陥密度が著しく増加することがあり、膜厚が5nm未満であると、バッファ層として機能しないことがある。 Note that since the low crystalline semiconductor layer has low crystallinity, there is a concern that the defect density increases in manufacturing. Therefore, it is preferable that the layer be formed as thin as possible within the range having a function as a buffer layer. From such a viewpoint, the thickness of the low crystalline semiconductor layer is preferably 5 to 25 nm, and more preferably 5 to 10 nm. On the other hand, when the film thickness exceeds 25 nm, the defect density may increase remarkably, and when the film thickness is less than 5 nm, it may not function as a buffer layer.

また、本発明の第3の半導体装置において、高結晶性半導体層及び低結晶性半導体層の間における結晶化率の差は特に限定されないが、高結晶性半導体層は、その結晶化率が低結晶性半導体層の結晶化率よりも15%以上大きいことが好ましく、30%以上大きいことがより好ましい。 In the third semiconductor device of the present invention, the difference in crystallization rate between the high crystalline semiconductor layer and the low crystalline semiconductor layer is not particularly limited, but the high crystalline semiconductor layer has a low crystallization rate. It is preferably 15% or more larger than the crystallization rate of the crystalline semiconductor layer, more preferably 30% or more.

本発明はまた、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置であって、上記半導体層は、コンタクト層側から順に、非晶質半導体層と、結晶化率が厚み方向で変化する結晶性変化半導体層と、結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とが積層された構造を有し、上記結晶性変化半導体層は、高結晶性半導体層側から非晶質半導体層側に結晶化率が連続的に減少する半導体装置(以下、「本発明の第4の半導体装置」ともいう。)でもある。 The present invention also includes a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. The semiconductor layer includes an amorphous semiconductor layer, a crystalline change semiconductor layer in which a crystallization rate changes in a thickness direction, and a crystallization higher than the crystalline change semiconductor layer in order from the contact layer side The crystalline change semiconductor layer is a semiconductor in which the crystallization rate continuously decreases from the high crystalline semiconductor layer side to the amorphous semiconductor layer side. It is also a device (hereinafter also referred to as “fourth semiconductor device of the present invention”).

このように、コンタクト層に接する位置に、高い抵抗値及び広いバンドギャップを有する非晶質半導体層が配置されることから、より効果的なリーク電流(オフ電流)の低減、すなわちより効果的なオフ特性の向上が可能となる。また、高結晶性半導体層は、結晶質相を含有し、非晶質半導体層に比べて、大きな移動度を有するため、優れたオン特性を発揮することができる。更に、結晶性変化半導体層は、非晶質半導体層側で比較的小さな結晶化率を有し、高結晶性半導体層側で比較的大きな結晶化率を有することから、半導体層中の界面付近において構造欠陥が発生するのを抑制することができる。したがって、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下を抑制することができるとともに、デバイス特性を向上することができる。そして、結晶性変化半導体層により、非晶質半導体層及び結晶性半導体層の間の応力差が緩和されることになるので、膜の密着性が向上し、膜剥がれの発生を抑制することができる。このように、結晶性変化半導体層は、バッファ層として機能することができる。 As described above, since the amorphous semiconductor layer having a high resistance value and a wide band gap is disposed at a position in contact with the contact layer, more effective leakage current (off-state current) can be reduced, that is, more effective. The off characteristics can be improved. In addition, since the highly crystalline semiconductor layer contains a crystalline phase and has a higher mobility than the amorphous semiconductor layer, it can exhibit excellent on characteristics. Furthermore, since the crystalline change semiconductor layer has a relatively small crystallization rate on the amorphous semiconductor layer side and a relatively large crystallization rate on the high crystalline semiconductor layer side, it is near the interface in the semiconductor layer. The occurrence of structural defects can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to improve device characteristics. In addition, since the stress difference between the amorphous semiconductor layer and the crystalline semiconductor layer is relieved by the crystalline change semiconductor layer, the adhesion of the film is improved and the occurrence of film peeling can be suppressed. it can. Thus, the crystalline change semiconductor layer can function as a buffer layer.

なお、結晶性変化半導体層は、結晶性の低い領域を有することから、製造上、欠陥密度が増加することが懸念される。したがって、バッファ層としての機能を有する範囲で、可能な限り薄く形成されることが好ましい。このような観点から、結晶性変化半導体層は、その膜厚が5〜25nmであることが好ましく、5〜10nmであることがより好ましい。一方、膜厚が25nmを超えると、欠陥密度が著しく増加することがあり、膜厚が5nm未満であると、バッファ層として機能しないことがある。 In addition, since a crystalline change semiconductor layer has a low crystallinity region, there is a concern that the defect density increases in manufacturing. Therefore, it is preferable that the layer be formed as thin as possible within the range having a function as a buffer layer. From such a viewpoint, the film thickness of the crystalline change semiconductor layer is preferably 5 to 25 nm, and more preferably 5 to 10 nm. On the other hand, when the film thickness exceeds 25 nm, the defect density may increase remarkably, and when the film thickness is less than 5 nm, it may not function as a buffer layer.

上述のように、本発明の第3及び第4の半導体装置によれば、低結晶性半導体層及び結晶性変化半導体層がバッファ層として機能することができることから、構造欠陥、膜剥がれ等の不具合の発生をより効果的を抑制することができる。したがって、このように、非晶質半導体層及び高結晶性半導体層の間にバッファ半導体層を有する半導体装置もまた本発明の1つである。 As described above, according to the third and fourth semiconductor devices of the present invention, since the low crystalline semiconductor layer and the crystalline change semiconductor layer can function as a buffer layer, defects such as structural defects and film peeling occur. It is possible to suppress the occurrence of occurrence more effectively. Therefore, a semiconductor device having a buffer semiconductor layer between an amorphous semiconductor layer and a highly crystalline semiconductor layer is also one aspect of the present invention.

すなわち、本発明はまた、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置であって、上記半導体層は、コンタクト層側から順に、非晶質半導体層と、結晶質相を含有するバッファ半導体層と、バッファ半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とが積層された構造を有する半導体装置(以下、「本発明の第5の半導体装置」ともいう。)でもある。 That is, the present invention also includes a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. The semiconductor layer includes, in order from the contact layer side, an amorphous semiconductor layer, a buffer semiconductor layer containing a crystalline phase, and a high crystal having a crystallization rate higher than that of the buffer semiconductor layer. The semiconductor device has a structure in which a conductive semiconductor layer is stacked (hereinafter also referred to as “fifth semiconductor device of the present invention”).

このように、コンタクト層に接する位置に、高い抵抗値及び広いバンドギャップを有する非晶質半導体層が配置されることから、より効果的なリーク電流(オフ電流)の低減、すなわちより効果的なオフ特性の向上が可能となる。また、高結晶性半導体層は、結晶質相を含有し、非晶質半導体層に比べて、大きな移動度を有するため、優れたオン特性を発揮することができる。更に、バッファ半導体層は、非晶質半導体層及び高結晶性半導体層の構造上の相違を補償するので、半導体層中の界面付近において構造欠陥が発生するのを抑制することができる。したがって、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下を抑制することができるとともに、デバイス特性を向上することができる。そして、バッファ半導体層は、非晶質半導体層及び高結晶性半導体層の間に発生する応力差を緩和するので、膜の密着性が向上し、膜剥がれの発生を抑制することができる。このように、上記バッファ半導体層は、バッファ層として機能する結晶質相を含有する半導体層であり、バッファ層は、非晶質半導体層及び高結晶性半導体層の構造上の相違を補償する機能、半導体層内に発生する応力を緩和する機能等を有する。したがって、上記バッファ半導体層としては、非晶質半導体層及び高結晶性半導体層の構造上の相違を補償する構造補償層、及び/又は、半導体層内に発生する応力を緩和する応力緩和層を含んで構成されることが好ましい。 As described above, since the amorphous semiconductor layer having a high resistance value and a wide band gap is disposed at a position in contact with the contact layer, more effective leakage current (off-state current) can be reduced, that is, more effective. The off characteristics can be improved. In addition, since the highly crystalline semiconductor layer contains a crystalline phase and has a higher mobility than the amorphous semiconductor layer, it can exhibit excellent on characteristics. Furthermore, since the buffer semiconductor layer compensates for the structural difference between the amorphous semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer, the occurrence of structural defects in the vicinity of the interface in the semiconductor layer can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to improve device characteristics. Since the buffer semiconductor layer relieves a stress difference generated between the amorphous semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer, the adhesion of the film can be improved and the occurrence of film peeling can be suppressed. Thus, the buffer semiconductor layer is a semiconductor layer containing a crystalline phase that functions as a buffer layer, and the buffer layer has a function of compensating for structural differences between the amorphous semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer. And a function of relieving stress generated in the semiconductor layer. Therefore, as the buffer semiconductor layer, a structure compensation layer that compensates for the structural difference between the amorphous semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer, and / or a stress relaxation layer that relieves stress generated in the semiconductor layer. It is preferable to be included.

なお、非晶質半導体層及び高結晶性半導体層の構造上の相違を補償する構造補償層とは、より具体的には、非晶質半導体層及び高結晶性半導体層の構造が混在した半導体層であることが好ましい。 The structure compensation layer that compensates for the structural difference between the amorphous semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer is more specifically a semiconductor in which the structures of the amorphous semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer are mixed. A layer is preferred.

また、本明細書において、バッファ半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とは、バッファ半導体層の結晶化率以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層を意味し、より具体的には、バッファ半導体層における最大の結晶化率以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層を意味する。 In this specification, a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate equal to or higher than that of the buffer semiconductor layer means a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate equal to or higher than that of the buffer semiconductor layer. Specifically, it means a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate equal to or higher than the maximum crystallization rate in the buffer semiconductor layer.

本発明の半導体装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではない。
本発明の半導体装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
The configuration of the semiconductor device of the present invention is not particularly limited as long as such a component is formed as an essential component, and may or may not include other components. .
A preferred embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described in detail below.

本発明の半導体装置において、半導体の材質としては特に限定されないが、汎用性及び製造の容易性の観点からは、シリコン(Si)を含むことが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the material of the semiconductor is not particularly limited, but it is preferable to contain silicon (Si) from the viewpoint of versatility and ease of manufacture.

上記バッファ半導体層の形態としては特に限定されず、高結晶性半導体層側から非晶質半導体層側に結晶化率が厚み方向で不連続的に、例えば、階段状に減少する形態、高結晶性半導体層側から非晶質半導体層側に結晶化率が厚み方向で連続的に減少した後、ある一定値を有する形態等が挙げられるが、なかでも、上述の低結晶性半導体層及び結晶性変化半導体層が好適である。すなわち、上記バッファ半導体層は、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層を含んで構成され、上記低結晶性半導体層は、高結晶性半導体層よりも結晶化率が小さいことが好ましい。また、上記バッファ半導体層は、結晶化率が厚み方向で変化する結晶性変化半導体層を含んで構成され、上記結晶性変化半導体層は、高結晶性半導体層側から非晶質半導体層側に結晶化率が連続的に減少し、上記高結晶性半導体層は、結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有することが好ましい。 The form of the buffer semiconductor layer is not particularly limited, and the crystallinity is discontinuously decreased in the thickness direction from the high crystalline semiconductor layer side to the amorphous semiconductor layer side, for example, a form in which the crystallinity decreases stepwise Examples include a form having a certain value after the crystallization rate continuously decreases in the thickness direction from the crystalline semiconductor layer side to the amorphous semiconductor layer side. Among them, the above-described low crystalline semiconductor layer and crystal A property-changing semiconductor layer is preferred. That is, the buffer semiconductor layer includes a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed, and the low crystalline semiconductor layer has a crystallization rate smaller than that of the high crystalline semiconductor layer. It is preferable. The buffer semiconductor layer includes a crystalline change semiconductor layer in which a crystallization rate changes in a thickness direction, and the crystalline change semiconductor layer extends from the high crystalline semiconductor layer side to the amorphous semiconductor layer side. It is preferable that the crystallization rate decreases continuously, and the highly crystalline semiconductor layer has a crystallization rate higher than that of the crystalline change semiconductor layer.

なお、上記バッファ半導体層は、低結晶性半導体層及び結晶性変化半導体層をともに有する形態であってもよい。また、バッファ半導体層が低結晶性半導体層及び/又は結晶性変化半導体層を含んで構成される場合には、バッファ半導体層における欠陥密度が増加することが懸念される。したがって、バッファ半導体層は、バッファ半導体層としての機能を発揮する範囲で可能な限り薄く形成されることが好ましい。このような観点から、本発明の第5の半導体装置において、上記バッファ半導体層は、その膜厚が5〜25nm以下であることが好ましく、5〜10nmであることがより好ましい。一方、膜厚が25nmを超えると、欠陥密度が著しく増加することがあり、膜厚が5nm未満であると、バッファ層として機能しないことがある。 Note that the buffer semiconductor layer may include a low crystalline semiconductor layer and a crystalline change semiconductor layer. Further, when the buffer semiconductor layer includes a low crystalline semiconductor layer and / or a crystalline change semiconductor layer, there is a concern that the defect density in the buffer semiconductor layer increases. Therefore, the buffer semiconductor layer is preferably formed as thin as possible within a range in which the function as the buffer semiconductor layer is exhibited. From such a viewpoint, in the fifth semiconductor device of the present invention, the buffer semiconductor layer preferably has a film thickness of 5 to 25 nm or less, and more preferably 5 to 10 nm. On the other hand, when the film thickness exceeds 25 nm, the defect density may increase remarkably, and when the film thickness is less than 5 nm, it may not function as a buffer layer.

上記結晶性変化半導体層は、高結晶性半導体層との界面近傍における結晶化率が高結晶性半導体層の結晶化率と実質的に等しいことが好ましい。これにより、結晶性変化半導体層及び高結晶性半導体層の間における構造変化を実質的になくすことができるので、構造欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。したがって、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下をより効果的に抑制することができるとともに、デバイス特性をより向上することができる。また、膜剥がれの発生をより効果的に抑制することができる。なお、ここで、結晶化率が実質的に等しいとは、具体的には、結晶性変化半導体層の高結晶性半導体層との界面近傍における結晶化率と高結晶性半導体層の結晶化率との差が、10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、結晶性変化半導体層の高結晶性半導体層との界面近傍における結晶化率と高結晶性半導体層の結晶化率とが完全に一致することが更に好ましい。 The crystallinity changing semiconductor layer preferably has a crystallization rate in the vicinity of the interface with the highly crystalline semiconductor layer substantially equal to the crystallization rate of the highly crystalline semiconductor layer. Thereby, since the structural change between the crystalline semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer can be substantially eliminated, the occurrence of structural defects can be more effectively suppressed. Accordingly, it is possible to more effectively suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to further improve device characteristics. Moreover, generation | occurrence | production of film | membrane peeling can be suppressed more effectively. Note that the crystallization rate is substantially equal here, specifically, the crystallization rate in the vicinity of the interface between the crystalline change semiconductor layer and the high crystalline semiconductor layer and the crystallization rate of the high crystalline semiconductor layer. Is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and the crystallinity ratio in the vicinity of the interface between the crystalline semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer is different from that of the highly crystalline semiconductor layer. It is more preferable that the crystallization rate completely coincides.

本発明の半導体装置において、半導体層は、各構成層間に明確な界面を有してもよいし、有さなくてもよいが、膜剥がれの発生をより効果的に抑制するという観点からは、半導体層は、各構成層間に明確な界面を有さないことが好ましい。すなわち、上記半導体装置は、半導体層構成層のうちの隣接するいずれかの層の間に明確な界面を有さないことが好ましく、半導体層構成層の各層の間に明確な界面を有さないことがより好ましい。なお、界面を有さない場合において、各構成層間を区別する方法としては、以下の方法が挙げられる。すなわち、半導体層のTEM(透過型電子顕微鏡)による断面観察、半導体層(Si膜)をエッチバックしてラマン分光測定や界面UV反射率測定を行うことで各層の膜厚と結晶性との相関を確認する方法等が挙げられる。 In the semiconductor device of the present invention, the semiconductor layer may or may not have a clear interface between the constituent layers, but from the viewpoint of more effectively suppressing the occurrence of film peeling, The semiconductor layer preferably does not have a clear interface between the constituent layers. That is, the semiconductor device preferably does not have a clear interface between any adjacent layers of the semiconductor layer constituting layers, and does not have a clear interface between each layer of the semiconductor layer constituting layers. It is more preferable. In addition, the following method is mentioned as a method of distinguishing each structural layer in the case of not having an interface. In other words, cross-sectional observation of a semiconductor layer with a TEM (transmission electron microscope), etching back the semiconductor layer (Si film), and performing Raman spectroscopic measurement or interface UV reflectance measurement to correlate the film thickness and crystallinity of each layer. The method of confirming is mentioned.

上記結晶性変化半導体層は、コンタクト層側において実質的に非晶質であることが好ましい。これにより、本発明の第2の半導体装置においては、リーク電流の発生をより効果的に抑制することができる。また、本発明の第4及び第5の半導体装置においては、結晶性変化半導体層及び非晶質半導体層の間における構造変化を実質的になくすことができるので、構造欠陥の発生をより効果的に抑制することができる。したがって、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下をより効果的に抑制することができるとともに、デバイス特性をより向上することができる。また、膜剥がれの発生をより効果的に抑制することができる。なお、ここで、実質的に非晶質であるとは、具体的には、結晶化率が10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、略0%であることが更に好ましい。なお、結晶化率が略0%であることを確認する方法としては、半導体の材質をシリコンとした場合、後述するラマン分光測定により結晶シリコンのピーク成分(520cm−1)を観察する方法が挙げられ、結晶化率が略0%であれば結晶シリコンのピーク成分(520cm−1)は実質的に存在しない。 It is preferable that the crystalline change semiconductor layer is substantially amorphous on the contact layer side. Thereby, in the 2nd semiconductor device of this invention, generation | occurrence | production of leak current can be suppressed more effectively. Further, in the fourth and fifth semiconductor devices of the present invention, the structural change between the crystalline change semiconductor layer and the amorphous semiconductor layer can be substantially eliminated, so that the generation of structural defects is more effective. Can be suppressed. Accordingly, it is possible to more effectively suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to further improve device characteristics. Moreover, generation | occurrence | production of film | membrane peeling can be suppressed more effectively. Note that the term “substantially amorphous” specifically means that the crystallization rate is preferably 10% or less, more preferably 5% or less, and substantially 0%. Is more preferable. As a method for confirming that the crystallization rate is approximately 0%, when silicon is used as the semiconductor material, a method of observing the peak component (520 cm −1 ) of crystalline silicon by Raman spectroscopy described later can be given. If the crystallization rate is approximately 0%, the peak component (520 cm −1 ) of crystalline silicon is substantially absent.

本発明の第3〜5の半導体装置は、非晶質半導体層を有し、また、非晶質半導体は、高抵抗であるため寄生容量の増加が懸念される。しかしながら、リーク電流を抑制できる範囲内で非晶質半導体層の膜厚を必要最低限に設定することによって、寄生容量の増加を抑制することができる。このような観点から、非晶質半導体層は、その膜厚が5〜30nmであることが好ましく、10〜20nmであることがより好ましい。一方、膜厚が30nmを超えると、オン特性の著しい低下と寄生容量の著しい増加とが発生することがあり、膜厚が5nm未満であると、リーク電流を充分には抑制できないことがある。 The third to fifth semiconductor devices of the present invention have an amorphous semiconductor layer, and since the amorphous semiconductor has a high resistance, there is a concern about an increase in parasitic capacitance. However, an increase in parasitic capacitance can be suppressed by setting the amorphous semiconductor layer to the minimum necessary thickness within a range where leakage current can be suppressed. From such a viewpoint, the amorphous semiconductor layer preferably has a thickness of 5 to 30 nm, and more preferably 10 to 20 nm. On the other hand, if the film thickness exceeds 30 nm, the on-state characteristics may be significantly decreased and the parasitic capacitance may be significantly increased. If the film thickness is less than 5 nm, the leakage current may not be sufficiently suppressed.

上記半導体装置は、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層が絶縁基板側からこの順に積層された構造を有することが好ましい。これより、ボトムゲート構造のTFTを実現することができるので、現在一般的に実用されているa−SiTFTプロセスをそのまま転用して本発明の半導体装置を製造することができる。なお、本発明の半導体装置は、半導体層、ゲート絶縁層及びゲート電極が絶縁基板側からこの順に積層された構造を有してもよく、これにより、トップゲート構造のTFTを実現することができる。 The semiconductor device preferably has a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order from the insulating substrate side. As a result, a bottom-gate TFT can be realized, so that the semiconductor device of the present invention can be manufactured by diverting the a-Si TFT process that is currently practically used as it is. Note that the semiconductor device of the present invention may have a structure in which a semiconductor layer, a gate insulating layer, and a gate electrode are stacked in this order from the insulating substrate side, whereby a top-gate TFT can be realized. .

上記半導体層は、その結晶質相が微結晶を含有することが好ましい。これにより、特別な結晶化工程を追加することなく、直接、結晶性の半導体層を形成することができるため、現行のa−SiTFTプロセスと同様のプロセスにて本発明の半導体装置の製造が可能となる。 In the semiconductor layer, the crystalline phase preferably contains microcrystals. As a result, a crystalline semiconductor layer can be formed directly without adding a special crystallization step, and thus the semiconductor device of the present invention can be manufactured by a process similar to the current a-Si TFT process. It becomes.

なお、微結晶を含有する半導体層(以下、「微結晶半導体層」ともいう。)は、通常、結晶質相と非晶質相とが混在した状態で存在する。したがって、上記高結晶性半導体層、低結晶性半導体層及び結晶性変化半導体層が微結晶を含有する場合は、それぞれ微結晶半導体層であるといえ、また、この場合、各層は、結晶化率の相違により区別されることとなる。 Note that a semiconductor layer containing microcrystals (hereinafter also referred to as a “microcrystalline semiconductor layer”) normally exists in a state where a crystalline phase and an amorphous phase are mixed. Therefore, when the high crystalline semiconductor layer, the low crystalline semiconductor layer, and the crystalline change semiconductor layer contain microcrystals, it can be said that each is a microcrystalline semiconductor layer. In this case, each layer has a crystallization rate. It will be distinguished by the difference.

また、半導体の材質をシリコンとした場合、結晶質相として微結晶を含有する微結晶シリコンと、結晶質相のみを含有する結晶シリコンと、非晶質相のみを含有する非晶質シリコンとは、ラマン分光測定により区別することができる。すなわち、結晶シリコンは、520cm−1に鋭いピークを持ち、非晶質シリコンは、480cm−1にブロードなピークを持つ。また、微結晶シリコンは、両者の混在であるので520cm−1のピークの低端数側に肩(ショルダー)があるようなスペクトルとなる。この520cm−1と480cm−1とのピーク強度比により微結晶シリコンの結晶化率を比較することができる。なお、後述する高密度プラズマCVD装置により微結晶シリコンを形成した場合、ピーク強度比(520cm−1/480cm−1)は、2〜20程度になる。このように、高密度プラズマCVD装置により結晶シリコンの比率を高めることはできるが、完全な結晶シリコンを形成することはできず、結晶質相及び非晶質相の混在である微結晶シリコンが形成される。一方、固相成長(SPC)、レーザー結晶化等による多結晶シリコンでは、この比率を15〜80程度とすることができ、非晶質成分が膜中に実質的に存在しないように形成することができるが、製造プロセスが複雑化し、製造コストの増加を招いてしまう。 In addition, when the semiconductor material is silicon, microcrystalline silicon containing microcrystals as a crystalline phase, crystalline silicon containing only a crystalline phase, and amorphous silicon containing only an amorphous phase Can be distinguished by Raman spectroscopy. That is, crystalline silicon has a sharp peak at 520 cm −1 , and amorphous silicon has a broad peak at 480 cm −1 . Further, since microcrystalline silicon is a mixture of both, the spectrum has a shoulder on the low-end side of the peak at 520 cm −1 . It may compare the crystallinity of the microcrystalline silicon by the peak intensity ratio between the 520 cm -1 and 480 cm -1. Note that when microcrystalline silicon is formed by a high-density plasma CVD apparatus described later, the peak intensity ratio (520 cm −1 / 480 cm −1 ) is about 2 to 20. Thus, although the ratio of crystalline silicon can be increased by a high-density plasma CVD apparatus, complete crystalline silicon cannot be formed, and microcrystalline silicon that is a mixture of a crystalline phase and an amorphous phase is formed. Is done. On the other hand, in the case of polycrystalline silicon by solid phase growth (SPC), laser crystallization, etc., this ratio can be about 15 to 80, and the amorphous component should be formed so as not to be substantially present in the film. However, the manufacturing process becomes complicated and the manufacturing cost increases.

このように、微結晶半導体層とは、ラマン分光測定において、純粋な結晶質相及び非晶質相のピーク強度の比(シリコンの場合、520cm−1/480cm−1)が2〜20程度であることが好ましい。 Thus, the microcrystalline semiconductor layer, in the Raman spectroscopy, (in the case of silicon, 520cm -1 / 480cm -1) Pure ratio of the peak intensity of the crystalline phase and the amorphous phase is approximately 2 to 20 Preferably there is.

また、本発明における結晶化率は、ラマン分光測定による純粋な結晶質相及び非晶質相のピーク強度の比(シリコンの場合、520cm−1/480cm−1)から算出する。すなわち、半導体の材質をシリコンとした場合、結晶化率は、ラマン分光測定において、(結晶シリコンのピーク強度)/{(結晶シリコンのピーク強度)+(非晶質シリコンのピーク強度)}×100から算出し、より具体的には、(520cm−1のピーク強度)/{(520cm−1のピーク強度)+(480cm−1のピーク強度)}×100から算出する。なお、520cm−1及び480cm−1のピークとはそれぞれ、結晶シリコン及び非晶質シリコンのピークを意味し、520cm−1及び480cm−1のピークの位置はそれぞれ、厳密に520cm−1及び480cm−1にある必要はない。また、ラマン分光測定は、ラマン分光測定装置として、例えば、ホリバジョバンイボン社製LabRAM HR-800を用い、Ar+レーザー(514nm)により室温で測定することができる。更に、ピーク分離は、LabRAM HR-800付属ソフトのLabSpecにより行うことができる。 Further, the crystallization rate in the present invention is calculated from the ratio of the pure peak intensity of the crystalline phase and the amorphous phase by Raman spectroscopy (for silicon, 520cm -1 / 480cm -1). That is, when the semiconductor material is silicon, the crystallization rate is determined by Raman spectroscopic measurement: (peak intensity of crystalline silicon) / {(peak intensity of crystalline silicon) + (peak intensity of amorphous silicon)} × 100 More specifically, it is calculated from (peak intensity at 520 cm −1 ) / {(peak intensity at 520 cm −1 ) + (peak intensity at 480 cm −1 )} × 100. Incidentally, each of the peaks of 520 cm -1 and 480 cm -1, means a peak of crystalline silicon and amorphous silicon, respectively the position of the peak of 520 cm -1 and 480 cm -1, strictly 520 cm -1 and 480 cm - there is no need to be in the 1. The Raman spectroscopic measurement can be performed at room temperature with an Ar + laser (514 nm) using, for example, LabRAM HR-800 manufactured by HORIBA Joban Yvon as a Raman spectroscopic measurement apparatus. Furthermore, peak separation can be performed by LabSpec of LabRAM HR-800 attached software.

上記微結晶は、半導体層の面方向に対して略垂直な柱状結晶からなることが好ましい。このような結晶形状の微結晶は、特別な結晶化工程を追加することなく、現行のa−SiTFTプロセスにて直接形成することができる。 The microcrystal is preferably made of a columnar crystal substantially perpendicular to the plane direction of the semiconductor layer. The microcrystal having such a crystal shape can be directly formed by the current a-Si TFT process without adding a special crystallization process.

上記柱状結晶は、高結晶性半導体層において、その最大径が10〜40nmであることが好ましい。これにより、均一なデバイス特性を有する半導体装置を絶縁基板全体にわたって製造することができる。なお、最大径が40nmを超えると、膜の緻密度が低下し、膜剥がれ、耐薬品性低下等の製造プロセス上の問題が発生することがある。一方、最大径が10nm未満であると、結晶粒界における構造欠陥が増加し、オン特性及びオフ特性が著しく低下することがある。 The columnar crystal preferably has a maximum diameter of 10 to 40 nm in the highly crystalline semiconductor layer. Thereby, a semiconductor device having uniform device characteristics can be manufactured over the entire insulating substrate. If the maximum diameter exceeds 40 nm, the density of the film may decrease, causing problems in the manufacturing process such as film peeling and chemical resistance deterioration. On the other hand, if the maximum diameter is less than 10 nm, structural defects at the crystal grain boundaries increase, and the on and off characteristics may be significantly degraded.

上記高結晶性半導体層は、その結晶化率が60%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。これにより、高結晶性半導体層は、非晶質半導体層(例えば、非晶質シリコンの場合、0.3〜0.5cm/Vs程度)よりも大きな移動度を有することができる。その結果、有機EL表示装置の高輝度化、液晶表示装置におけるゲートドライバ等のモノリシック化、高周波数駆動化(通常、60Hzであるのを120Hz、150Hzに高周波数化)等が可能になる。なお、高結晶性半導体層の具体的な移動度としては、他のプロセス要因にも依存するが、結晶化率60%以上の微結晶シリコンを用いた場合、0.8cm/Vs以上を実現することができる。なお、結晶化率が60%未満であると、非晶質半導体層に比べて実質的に大きな移動度を実現できないことがある。 The highly crystalline semiconductor layer has a crystallization rate of preferably 60% or more, and more preferably 70% or more. Accordingly, the highly crystalline semiconductor layer can have a mobility higher than that of an amorphous semiconductor layer (for example, about 0.3 to 0.5 cm 2 / Vs in the case of amorphous silicon). As a result, it is possible to increase the brightness of the organic EL display device, to make the gate driver in the liquid crystal display device monolithic, to drive at a higher frequency (usually 60 Hz to 120 Hz and 150 Hz). Note that the specific mobility of the highly crystalline semiconductor layer depends on other process factors, but when using microcrystalline silicon having a crystallization rate of 60% or more, 0.8 cm 2 / Vs or more is realized. can do. Note that when the crystallization rate is less than 60%, a mobility that is substantially larger than that of the amorphous semiconductor layer may not be realized.

上記低結晶性半導体層は、その結晶化率が30〜60%であることが好ましい。これにより、非晶質半導体層及び高結晶性半導体層との密着性がよりよい低結晶性半導体層を形成することができるので、構造欠陥のより少ない界面を形成することができる。なお、結晶化率が60%を超えると、低結晶性半導体層及び非晶質半導体層の密着性が悪化し、膜剥がれが発生することがあり、一方、結晶化率が30%未満であると、低結晶性半導体層及び高結晶性半導体層の間で構造欠陥が増加し、オン特性、オフ特性及び信頼性の低下と、デバイス特性の悪化とが発生することがある。 The low crystalline semiconductor layer preferably has a crystallization rate of 30 to 60%. Accordingly, a low crystalline semiconductor layer with better adhesion to the amorphous semiconductor layer and the high crystalline semiconductor layer can be formed, so that an interface with fewer structural defects can be formed. Note that when the crystallization rate exceeds 60%, the adhesion between the low crystalline semiconductor layer and the amorphous semiconductor layer may be deteriorated, and film peeling may occur. On the other hand, the crystallization rate is less than 30%. In addition, structural defects may increase between the low crystalline semiconductor layer and the high crystalline semiconductor layer, and on-state characteristics, off-state characteristics, and reliability may deteriorate, and device characteristics may deteriorate.

上記結晶性変化半導体層は、その結晶化率が高結晶性半導体層の結晶化率以下の範囲内で連続的に変化すれば特に限定されないが、その結晶化率が高結晶性半導体層の結晶化率と非晶質半導体層の結晶化率との間で連続的に変化することが好ましく、その結晶化率が高結晶性半導体層の結晶化率から非晶質半導体層の結晶化率に連続的に変化することがより好ましい。より具体的には、上記結晶性変化半導体層は、その結晶化率が80〜0%の間で連続的に変化することが好ましく、その結晶化率が80%から0%に連続的に変化することがより好ましい。これらにより、非晶質半導体層及び高結晶性半導体層との密着性がよりよい結晶性変化半導体層とすることができる。したがって、膜剥がれの発生をより効果的に抑制するとともに、構造欠陥の発生をより抑制することができる。なお、結晶化率が80%を超えると、結晶性変化半導体層及び高結晶性半導体層の間で構造欠陥が増加し、オン特性、オフ特性及び信頼性の低下と、デバイス特性の悪化とが発生することがある。 The crystalline change semiconductor layer is not particularly limited as long as its crystallization rate changes continuously within the range of the crystallization rate of the high crystalline semiconductor layer or less. It is preferable to continuously change between the crystallization rate and the crystallization rate of the amorphous semiconductor layer, and the crystallization rate changes from the crystallization rate of the highly crystalline semiconductor layer to the crystallization rate of the amorphous semiconductor layer. More preferably, it changes continuously. More specifically, the crystallinity changing semiconductor layer preferably has a crystallization rate that continuously changes between 80% and 0%, and the crystallization rate continuously changes from 80% to 0%. More preferably. Thus, a crystalline change semiconductor layer having better adhesion to the amorphous semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer can be obtained. Therefore, the occurrence of film peeling can be more effectively suppressed and the occurrence of structural defects can be further suppressed. Note that when the crystallization rate exceeds 80%, structural defects increase between the crystalline change semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer, resulting in deterioration of on-characteristics, off-characteristics and reliability, and deterioration of device characteristics. May occur.

上記高結晶性半導体層は、結晶質相として微結晶を含有し、かつインキュベーション層を実質的に含有しないことが好ましい。インキュベーション層は、膜中に大量のボイドを含むため、ゲート絶縁膜と良好な界面を得ることはできず、また、その移動度も非常に低い。したがって、高結晶性半導体層がインキュベーション層を実質的に含有しないことにより、ゲート絶縁膜との良好な界面特性と、高移動度とを実現することができる。なおここで、インキュベーション層を実質的に含有しないとは、より具体的には、インキュベーション層の厚みが5nm以下であることが好ましい。 The highly crystalline semiconductor layer preferably contains microcrystals as a crystalline phase and substantially does not contain an incubation layer. Since the incubation layer contains a large amount of voids in the film, a good interface with the gate insulating film cannot be obtained, and its mobility is very low. Therefore, since the highly crystalline semiconductor layer does not substantially contain the incubation layer, it is possible to realize good interface characteristics with the gate insulating film and high mobility. In addition, here, it is preferable that the thickness of an incubation layer is 5 nm or less that it does not contain an incubation layer substantially.

なお、インキュベーション層とは、微結晶半導体が成長するまでの前駆体であり、本発明においてコンタクト層との接合側に用いられる非晶質半導体層とは構造が異なり、両者は、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)により明確に識別することができる。FT−IRでインキュベーション層及び非晶質シリコンを含むシリコン膜を測定すると、2000cm−1及び2100cm−1にピークが存在し、ボイドを大量に含む場合は2100cm−1付近にSi−H及び(Si−Hに起因するピークが観察され、ボイドが少ない場合は2000cm−1付近にSi−Hに起因するピークが観察される。このように、本明細書において、インキュベーション層とは、2100cm−1付近のSi−H及び(Si−Hに起因するピークに対する2000cm−1付近のSi−Hに起因するピークの面積比率が75%以上である層であり、一方、本発明においてコンタクト層との接合側に用いられる非晶質シリコン層とは、2000cm−1付近のSi−Hに起因するピークに対する2100cm−1付近のSi−H及び(Si−Hに起因するピークの面積比率が75%以上である層である。また、フーリエ変換赤外分光光度計としては、例えば、日本分光社製FT/IR600が挙げられ、測定は、室温にて行う。更に、FT/IR600の付属ソフトによりピーク分離を行い、2000cm−1成分と2100cm−1成分との面積を算出することができる。 Note that the incubation layer is a precursor until the microcrystalline semiconductor grows, and has a different structure from the amorphous semiconductor layer used on the bonding side with the contact layer in the present invention. It can be clearly identified by a spectrophotometer (FT-IR). Measuring the silicon film containing an incubation layer and the amorphous silicon by FT-IR, there are peaks at 2000 cm -1 and 2100cm -1, Si-H 2 and in the vicinity of 2100 cm -1 when a voided large amount ( A peak due to Si—H 2 ) n is observed, and when there are few voids, a peak due to Si—H is observed in the vicinity of 2000 cm −1 . Thus, in the present specification, the incubation layer, the area of the peak due to Si-H in the vicinity of 2000 cm -1 to the peak attributable to the Si-H 2 and (Si-H 2) n in the vicinity of 2100 cm -1 ratio is a layer at least 75%, while the amorphous silicon layer used for bonding the side of the contact layer in the present invention, 2100 cm around -1 to the peak attributable to the Si-H in the vicinity of 2000 cm -1 This is a layer in which the area ratio of peaks due to Si—H 2 and (Si—H 2 ) n is 75% or more. Moreover, as a Fourier-transform infrared spectrophotometer, JASCO Corporation FT / IR600 is mentioned, for example, and a measurement is performed at room temperature. Moreover, subjected to peak separation by attached software of FT / IR600, it is possible to calculate the area between 2000 cm -1 component and 2100 cm -1 component.

上記半導体層は、パーティクル(粒子状の塊)を実質的に含有しないことが好ましい。化学気相成長法により半導体層を成膜した場合、気相反応が不充分に起こると、成膜不良となることがある。すなわち、絶縁基板上に均一に半導体層が成膜されず、パーティクル(直径で0.1〜20μm程度)が発生することがある。このパーティクルは、半導体装置にとっていわばゴミとなり、パーティクルが発生すると、正常なデバイス特性が得られず、半導体装置の良品率が低下してしまう。したがって、上記半導体層がパーティクルを実質的に含有しないことによって、より均一な膜質の半導体膜を実現でき、半導体装置の良品率を向上することができる。なおここで、パーティクルを実質的に含有しないとは、より具体的には、直径1μm以下のパーティクルが10個/m以下であることが好ましい。また、パーティクル数は、光学的手法により測定可能であり、パーティクル数の測定装置としては、LCD(液晶表示装置)、IC(半導体集積回路)等の工程管理装置として標準的に用いられているものであればよい。 The semiconductor layer preferably contains substantially no particles (particulate mass). In the case where a semiconductor layer is formed by a chemical vapor deposition method, if the vapor phase reaction is insufficient, film formation may be poor. That is, the semiconductor layer is not uniformly formed on the insulating substrate, and particles (about 0.1 to 20 μm in diameter) may be generated. The particles become dust for the semiconductor device. When the particles are generated, normal device characteristics cannot be obtained, and the yield rate of the semiconductor device is reduced. Therefore, when the semiconductor layer does not substantially contain particles, a semiconductor film with a more uniform film quality can be realized, and the yield rate of semiconductor devices can be improved. Here, “substantially not containing particles” is more specifically preferably 10 particles / m 2 or less of particles having a diameter of 1 μm or less. The number of particles can be measured by an optical method, and as a particle number measuring apparatus, a standard apparatus is used as a process management apparatus such as an LCD (Liquid Crystal Display) or an IC (Semiconductor Integrated Circuit). If it is.

上記コンタクト層は、半導体層側から順に、不純物を含有する非晶質半導体層と、不純物を含有する結晶性半導体層とが積層された構造を有する形態、半導体層側から順に、低濃度の不純物を含有する低濃度不純物半導体層と、低濃度不純物半導体層よりも高濃度の不純物を含有する高濃度不純物半導体層とが積層された構造を有する形態、及び、半導体層側から順に、シート抵抗値が5×10〜5×10Ω/cmである高抵抗半導体層と、シート抵抗値が5×10〜1×10Ω/cmである低抵抗半導体層とが積層された構造を有する形態のいずれかであることが好ましく、これらの形態を適宜組み合わせた形態がより好ましい。これにより、ドレイン近傍の電界を緩和することができるので、リーク電流をより低減することができる。 The contact layer has a structure in which an amorphous semiconductor layer containing impurities and a crystalline semiconductor layer containing impurities are stacked in order from the semiconductor layer side, and low-concentration impurities in order from the semiconductor layer side And a sheet resistance value in the order from the semiconductor layer side. A high resistance semiconductor layer having a sheet resistance value of 5 × 10 4 to 1 × 10 6 Ω / cm 2 and a low resistance semiconductor layer having a sheet resistance value of 5 × 10 7 to 5 × 10 8 Ω / cm 2 were laminated. Any of the forms having a structure is preferable, and a form in which these forms are appropriately combined is more preferable. Thereby, since the electric field in the vicinity of the drain can be relaxed, the leakage current can be further reduced.

なお、不純物としては、リン等の15族元素、ホウ素等の13族元素等が挙げられる。また、低濃度不純物半導体層の不純物濃度としては、1×1017〜1×1019atoms/cmであることが好ましく、5×1017〜1×5018atoms/cmであることがより好ましい。一方、低濃度不純物半導体層の不純物濃度が1×1019atoms/cmを超えると、抵抗が低くなりすぎLDD(Lightly Doped Drain)としての役割が不充分になり、オフ電流が著しく増加することがあり、1×1017atoms/cm未満であると、抵抗が高くなりすぎるため寄生抵抗となりオン電流が著しく低下することがある。また、高濃度不純物半導体層の不純物濃度としては、1×1019〜1×1021atoms/cmであることが好ましく、5×1019〜5×1020atoms/cmであることがより好ましい。一方、高濃度不純物半導体層の不純物濃度が1×1021atoms/cmを超えると、不純物が析出することがあり、1×1019atoms/cm未満であると、抵抗が高くなりすぎるためオン電流が低くなりすぎることがある。また、高濃度不純物半導体層及び低濃度不純物半導体層の不純物濃度の差は、5倍以上であることが好ましく、10倍以上であることがより好ましい。一方、高濃度不純物半導体層及び低濃度不純物半導体層の不純物濃度の差が5倍未満であると、目的とするオフ電流低減効果が得られないことがある。更に、高抵抗半導体層のシート抵抗値が5×10Ω/cmを超えると、寄生抵抗が高くなりオン電流が低下しすぎることがあり、5×10Ω/cm未満であると、抵抗が低すぎるためオフ電流低減効果が得られないことがある。そして、低抵抗半導体層のシート抵抗値が1×10Ω/cmを超えると、寄生抵抗が高くなりオン電流が低下しすぎることがある。なお、低抵抗半導体層のシート抵抗値の下限値としては、低ければ低いほどよいが、現行技術水準においては5×10Ω/cm以上であることが好ましく、これにより、低抵抗半導体層を容易に製造することできる。 Examples of the impurities include group 15 elements such as phosphorus and group 13 elements such as boron. The impurity concentration of the low-concentration impurity semiconductor layer is preferably 1 × 10 17 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 , and more preferably 5 × 10 17 to 1 × 50 18 atoms / cm 3. preferable. On the other hand, if the impurity concentration of the low-concentration impurity semiconductor layer exceeds 1 × 10 19 atoms / cm 3 , the resistance becomes too low and the role of LDD (Lightly Doped Drain) becomes insufficient, and the off-current increases remarkably. If it is less than 1 × 10 17 atoms / cm 3 , the resistance becomes too high and the resistance becomes parasitic resistance, and the on-current may be significantly reduced. The impurity concentration of the high-concentration impurity semiconductor layer is preferably 1 × 10 19 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 , more preferably 5 × 10 19 to 5 × 10 20 atoms / cm 3. preferable. On the other hand, if the impurity concentration of the high-concentration impurity semiconductor layer exceeds 1 × 10 21 atoms / cm 3 , impurities may precipitate, and if it is less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 , the resistance becomes too high. On-state current may be too low. The difference in impurity concentration between the high-concentration impurity semiconductor layer and the low-concentration impurity semiconductor layer is preferably 5 times or more, and more preferably 10 times or more. On the other hand, if the difference in impurity concentration between the high-concentration impurity semiconductor layer and the low-concentration impurity semiconductor layer is less than five times, the intended off-current reduction effect may not be obtained. Furthermore, if the sheet resistance value of the high-resistance semiconductor layer exceeds 5 × 10 8 Ω / cm 2 , the parasitic resistance may increase and the on-current may be excessively reduced, and may be less than 5 × 10 7 Ω / cm 2. In some cases, the resistance is too low to obtain an off-current reduction effect. If the sheet resistance value of the low-resistance semiconductor layer exceeds 1 × 10 6 Ω / cm 2 , the parasitic resistance may increase and the on-current may decrease excessively. The lower limit value of the sheet resistance value of the low-resistance semiconductor layer is preferably as low as possible, but is preferably 5 × 10 4 Ω / cm 2 or more in the current technical level. Can be easily manufactured.

本発明はまた、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置の製造方法であって、上記半導体装置の製造方法は、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層を形成する工程と、低結晶性半導体層よりも大きな結晶化率を有する高結晶性半導体層を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法(以下、「本発明の第1の半導体装置の製造方法」ともいう。)でもある。これにより、本発明の第1の半導体装置を容易に製造することができる。 The present invention also includes a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. A method for manufacturing a semiconductor device comprising: a step of forming a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed; and a crystallization larger than that of the low crystalline semiconductor layer. And a step of forming a highly crystalline semiconductor layer having a rate (hereinafter, also referred to as “first method of manufacturing a semiconductor device of the present invention”). Thereby, the first semiconductor device of the present invention can be easily manufactured.

なお、低結晶性半導体層と高結晶性半導体層とは、連続的に形成(成膜)してもよく、これにより、低結晶性半導体層及び高結晶性半導体層の間に実質的に界面を有さない半導体装置を実現することができる。一方、低結晶性半導体層及び高結晶性半導体層の間に界面を形成する場合には、両者の成膜をいったん中断すればよい。 Note that the low crystalline semiconductor layer and the high crystalline semiconductor layer may be continuously formed (film formation), whereby a substantially interface between the low crystalline semiconductor layer and the high crystalline semiconductor layer is formed. It is possible to realize a semiconductor device that does not include On the other hand, when an interface is formed between the low crystalline semiconductor layer and the high crystalline semiconductor layer, the film formation of both may be interrupted once.

本発明はまた、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置の製造方法であって、上記半導体装置の製造方法は、結晶化率が厚み方向で連続的に変化するように結晶性変化半導体層を形成する工程と、結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法(以下、「本発明の第2の半導体装置の製造方法」ともいう。)でもある。これにより、本発明の第2の半導体装置を容易に製造することができる。 The present invention also includes a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming a crystalline change semiconductor layer so that a crystallization rate continuously changes in a thickness direction; And a step of forming a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate (hereinafter, also referred to as “second method for manufacturing a semiconductor device of the present invention”). Thereby, the second semiconductor device of the present invention can be easily manufactured.

なお、結晶性変化半導体層と高結晶性半導体層とは、連続的に形成(成膜)してもよく、これにより、結晶性変化半導体層及び高結晶性半導体層の間に実質的に界面を有さない半導体装置を実現することができる。一方、結晶性変化半導体層及び高結晶性半導体層の間に界面を形成する場合には、両者の成膜をいったん中断すればよい。 Note that the crystalline change semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer may be formed (deposited) continuously, whereby a substantially interface between the crystalline change semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer is formed. It is possible to realize a semiconductor device that does not include On the other hand, when an interface is formed between the crystalline change semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer, the film formation of both may be interrupted once.

また、本明細書において、結晶化率が厚み方向で連続的に変化するように結晶性変化半導体層を形成する態様としては、より具体的には、結晶化率が厚み方向で高結晶性半導体層側からコンタクト層側に向かって連続的に減少するように結晶性変化半導体層を形成する態様が好適である。 In the present specification, more specifically, as an aspect of forming the crystalline change semiconductor layer so that the crystallization rate continuously changes in the thickness direction, more specifically, the highly crystalline semiconductor has a crystallization rate in the thickness direction. A mode in which the crystalline change semiconductor layer is formed so as to continuously decrease from the layer side toward the contact layer side is preferable.

本発明はまた、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置の製造方法であって、上記半導体装置の製造方法は、非晶質半導体層を形成する工程と、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層を形成する工程と、低結晶性半導体層よりも大きな結晶化率を有する高結晶性半導体層とを形成する工程とを含む半導体装置の製造方法(以下、「本発明の第3の半導体装置の製造方法」ともいう。)でもある。これにより、本発明の第3の半導体装置を容易に製造することができる。 The present invention also includes a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming an amorphous semiconductor layer; and a step of forming a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed. And a step of forming a highly crystalline semiconductor layer having a larger crystallization rate than the low crystalline semiconductor layer (hereinafter also referred to as “third method for fabricating a semiconductor device of the present invention”). .) Thereby, the third semiconductor device of the present invention can be easily manufactured.

なお、高結晶性半導体層及び低結晶性半導体層と、低結晶性半導体層及び非晶質半導体層とのうちの少なくとも一方は、連続的に形成(成膜)してもよく、これにより、高結晶性半導体層及び低結晶性半導体層、並びに/又は、低結晶性半導体層及び非晶質半導体層の間に実質的に界面を有さない半導体装置を実現することができる。一方、各層の間に界面を形成する場合には、三者の成膜を、適宜、いったん中断すればよい。 Note that at least one of the high crystalline semiconductor layer and the low crystalline semiconductor layer, and the low crystalline semiconductor layer and the amorphous semiconductor layer may be continuously formed (film formation). A semiconductor device having substantially no interface between the high crystalline semiconductor layer and the low crystalline semiconductor layer and / or the low crystalline semiconductor layer and the amorphous semiconductor layer can be realized. On the other hand, in the case of forming an interface between the layers, the three film formations may be interrupted as appropriate.

本発明はまた、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置の製造方法であって、上記半導体装置の製造方法は、非晶質半導体層を形成する工程と、結晶化率が連続的に変化するように結晶性変化半導体層を形成する工程と、結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とを形成する工程とを含む半導体装置の製造方法(以下、「本発明の第4の半導体装置の製造方法」ともいう。)でもある。これにより、本発明の第4の半導体装置を容易に製造することができる。 The present invention also includes a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of forming an amorphous semiconductor layer; and a step of forming a crystalline change semiconductor layer so that a crystallization rate continuously changes. And a method of manufacturing a semiconductor device including a step of forming a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate equal to or higher than that of the crystalline change semiconductor layer (hereinafter also referred to as “fourth method of manufacturing a semiconductor device of the present invention”). It is also. Thereby, the fourth semiconductor device of the present invention can be easily manufactured.

なお、高結晶性半導体層及び結晶性変化半導体層と、結晶性変化半導体層及び非晶質半導体層とのうちの少なくとも一方は、連続的に形成(成膜)してもよく、これにより、高結晶性半導体層及び結晶性変化半導体層、並びに/又は、結晶性変化半導体層及び非晶質半導体層の間に実質的に界面を有さない半導体装置を実現することができる。一方、各層の間に界面を形成する場合には、三者の成膜を、適宜、いったん中断すればよい。また、結晶化率が連続的に変化するとは、より具体的には、連続的に増加又は減少する態様を意味する。 Note that at least one of the highly crystalline semiconductor layer and the crystalline change semiconductor layer, and the crystalline change semiconductor layer and the amorphous semiconductor layer may be continuously formed (film formation). A highly crystalline semiconductor layer and a crystalline change semiconductor layer and / or a semiconductor device having substantially no interface between the crystalline change semiconductor layer and the amorphous semiconductor layer can be realized. On the other hand, when forming an interface between the layers, the three-layer film formation may be interrupted as appropriate. Moreover, that the crystallization rate continuously changes means more specifically an aspect in which the crystallization rate continuously increases or decreases.

本発明はまた、絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置の製造方法であって、上記半導体装置の製造方法は、非晶質半導体層を形成する工程と、結晶質相を含有するバッファ半導体層を形成する工程と、バッファ半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とを形成する工程とを含む半導体装置の製造方法(以下、「本発明の第5の半導体装置の製造方法」ともいう。)でもある。これにより、本発明の第5の半導体装置を容易に製造することができる。 The present invention also includes a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. A method for manufacturing a semiconductor device comprising: a step of forming an amorphous semiconductor layer; a step of forming a buffer semiconductor layer containing a crystalline phase; and a crystal above the buffer semiconductor layer And a step of forming a highly crystalline semiconductor layer having a conversion rate (hereinafter also referred to as “fifth method of manufacturing a semiconductor device of the present invention”). Thereby, the fifth semiconductor device of the present invention can be easily manufactured.

なお、高結晶性半導体層及びバッファ半導体層と、バッファ半導体層及び非晶質半導体層とのうちの少なくとも一方は、連続的に形成(成膜)してもよく、これにより、高結晶性半導体層及びバッファ半導体層、並びに/又は、バッファ半導体層及び非晶質半導体層の間に実質的に界面を有さない半導体装置を実現することができる。一方、各層の間に界面を形成する場合には、三者の成膜を、適宜、いったん中断すればよい。 Note that at least one of the high crystalline semiconductor layer and the buffer semiconductor layer, and the buffer semiconductor layer and the amorphous semiconductor layer may be continuously formed (film formation), whereby the high crystalline semiconductor A semiconductor device having substantially no interface between the layer and the buffer semiconductor layer and / or the buffer semiconductor layer and the amorphous semiconductor layer can be realized. On the other hand, in the case of forming an interface between the layers, the three film formations may be interrupted as appropriate.

本発明の半導体装置の製造方法は、これらの工程を有するものである限り、その他の工程により特に限定されるものではない。
本発明の半導体装置の製造方法における好ましい態様について以下に詳しく説明する。
The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is not particularly limited by other steps as long as these steps are included.
A preferred embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described in detail below.

本発明の半導体装置の製造方法におけるバッファ半導体層の形態としては、上述のような低結晶性半導体層及び結晶性変化半導体層が好適である。すなわち、上記バッファ半導体層は、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層を含んで構成され、上記高結晶性半導体層は、低結晶性半導体層よりも結晶化率が大きいことが好ましい。また、上記バッファ半導体層は、結晶化率が厚み方向で変化する結晶性変化半導体層を含んで構成され、上記結晶性変化半導体層は、高結晶性半導体層側から非晶質半導体層側に結晶化率が連続的に減少し、上記高結晶性半導体層は、結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有することが好ましい。 As a form of the buffer semiconductor layer in the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the low crystalline semiconductor layer and the crystalline change semiconductor layer as described above are suitable. That is, the buffer semiconductor layer includes a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed, and the high crystalline semiconductor layer has a higher crystallization rate than the low crystalline semiconductor layer. It is preferable. The buffer semiconductor layer includes a crystalline change semiconductor layer in which a crystallization rate changes in a thickness direction, and the crystalline change semiconductor layer extends from the high crystalline semiconductor layer side to the amorphous semiconductor layer side. It is preferable that the crystallization rate decreases continuously, and the highly crystalline semiconductor layer has a crystallization rate higher than that of the crystalline change semiconductor layer.

上記半導体装置の製造方法は、ゲート電極を形成する工程と、ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程とを含む態様(以下、「第1態様」ともいう。)が好ましい。これにより、一般的なa−SiTFTプロセスをほとんど変更することなく(半導体層の成膜工程のみ変更するだけで)、ボトムゲート構造を有するTFTとして本発明の半導体装置を製造することができる。したがって、本発明の半導体装置の製造コストを抑制することができる。 The method for manufacturing a semiconductor device includes an aspect including a step of forming a gate electrode, a step of forming a gate insulating layer on the gate electrode, and a step of forming a semiconductor layer on the gate insulating layer (hereinafter referred to as “first” Also referred to as “embodiment”). As a result, the semiconductor device of the present invention can be manufactured as a TFT having a bottom gate structure with almost no change in a general a-Si TFT process (only by changing only the semiconductor layer deposition step). Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device of the present invention can be suppressed.

上記第1態様において、上記半導体装置の製造方法は、半導体層上にコンタクト層を形成する工程と、コンタクト層のゲート電極に対向する領域を除去する工程を含む態様、又は、半導体層上にエッチングストッパ層を形成する工程を含む態様が好ましい。これにより、a−SiTFTプロセスの一般的なプロセスであるチャネルエッチプロセス又はエッチングストッパプロセスを用いて、チャネルエッチ型又はエッチングストッパ型のボトムゲート構造を有するTFTとして本発明の半導体装置を製造することができる。したがって、本発明の半導体装置の製造コストを抑制することができる。なお、コンタクト層を除去する方法としては特に限定されないが、エッチング法が好適であり、ドライエッチング法が特に好適である。 In the first aspect, the method of manufacturing the semiconductor device includes an aspect including a step of forming a contact layer on the semiconductor layer and a step of removing a region of the contact layer facing the gate electrode, or etching on the semiconductor layer. An embodiment including a step of forming a stopper layer is preferable. Thus, the semiconductor device of the present invention can be manufactured as a TFT having a channel etch type or etching stopper type bottom gate structure by using a channel etch process or an etching stopper process which is a general process of the a-Si TFT process. it can. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device of the present invention can be suppressed. The method for removing the contact layer is not particularly limited, but an etching method is preferable, and a dry etching method is particularly preferable.

上記半導体装置の製造方法は、半導体層を形成する工程と、半導体層上にゲート絶縁層を形成する工程と、ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程と含む態様が好ましい。これにより、トップゲート構造を有するTFTとして本発明の半導体装置を製造することができる。また、高結晶性半導体層のゲート絶縁膜側の結晶化率をより高くすることができるので、ボトムゲート構造と比べて、より高い移動度、すなわちより優れたオン特性を実現することが可能となる。 The semiconductor device manufacturing method preferably includes a step of forming a semiconductor layer, a step of forming a gate insulating layer on the semiconductor layer, and a step of forming a gate electrode on the gate insulating layer. Thus, the semiconductor device of the present invention can be manufactured as a TFT having a top gate structure. In addition, since the crystallization ratio of the highly crystalline semiconductor layer on the gate insulating film side can be increased, higher mobility, that is, superior on-characteristics can be realized compared to the bottom gate structure. Become.

上記半導体層形成工程は、容量結合型(平行平板型)プラズマ化学気相成長(CVD;Chemical Vapor deposition)装置又は高密度プラズマ化学気相成長(CVD)装置を用い、かつ成膜圧力及び/又は反応ガス流量比を制御することによって各半導体層構成層を形成することが好ましい。容量結合型CVD装置又は高密度プラズマCVD装置を用いることによって、半導体層を低温(例えば、350℃以下。更に好ましくは、200℃以下)で作製することが可能となり、絶縁基板として、安価なガラス基板、プラスチック基板等を利用することができる。なお、プラスチック基板を用いる場合には、250℃以下で成膜することが好ましい。また、成膜圧力及び/又は反応ガス流量比(例えば、シリコン層を形成する場合にはSiH/H比)を適宜制御することによって、所望の結晶化率を有する各半導体層構成層の容易に形成することができる。また、これより、パーティクルの発生を効果的に抑制することができるので、半導体装置の良品率を向上することができる。なお、上記高密度プラズマCVD装置は、一般的な平行平板(CCP)型プラズマCVD装置のプラズマ密度(〜1016/m程度)と比べて、そのプラズマ密度が2桁程度以上高いことが好ましい。 The semiconductor layer forming step uses a capacitively coupled (parallel plate type) plasma chemical vapor deposition (CVD) apparatus or a high density plasma chemical vapor deposition (CVD) apparatus, and the film forming pressure and / or It is preferable to form each semiconductor layer constituting layer by controlling the reaction gas flow rate ratio. By using a capacitively coupled CVD apparatus or a high-density plasma CVD apparatus, a semiconductor layer can be manufactured at a low temperature (eg, 350 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or lower), and an inexpensive glass is used as an insulating substrate. A substrate, a plastic substrate, or the like can be used. When a plastic substrate is used, it is preferable to form a film at 250 ° C. or lower. In addition, by appropriately controlling the deposition pressure and / or the reaction gas flow rate ratio (for example, SiH 4 / H 2 ratio in the case of forming a silicon layer), each semiconductor layer constituting layer having a desired crystallization ratio is controlled. It can be formed easily. Moreover, since generation | occurrence | production of a particle can be suppressed effectively from this, the non-defective rate of a semiconductor device can be improved. The high-density plasma CVD apparatus preferably has a plasma density that is about two orders of magnitude higher than the plasma density (about 10 16 / m 2 ) of a general parallel plate (CCP) type plasma CVD apparatus. .

上記高結晶性半導体層形成工程は、容量結合型(平行平板型)プラズマ化学気相成長(CVD)装置を用いる態様、又は、高密度プラズマ化学気相成長(CVD)装置を用いる態様(以下、「第2態様」ともいう。)が好ましく、高密度プラズマCVD装置を用いる態様がより好ましい。これらにより、高結晶性半導体層を低温(例えば、350℃以下)で作製することが可能となり、絶縁基板として、安価なガラス基板、プラスチック基板等を利用することができる。また、高密度プラズマCVD装置は、容量結合型プラズマCVD装置に比べて、結晶化(特に成膜の初期段階において)と成膜速度とにおいてより優れた性能を発揮する。更に、高密度プラズマCVD装置は、容量結合型プラズマCVD装置に比べて、プラズマの解離度が高く、反応性に富むため、基板温度が低温の場合でも高品質及び高結晶化率の成膜が可能である。一方、容量結合型CVD装置は、成膜初期から結晶質相を得ることが困難であり、最初の50nm程度は非晶質層(インキュベーション層)になってしまう。また、容量結合型CVD装置では、微結晶を得るためには、SiH/H比を1/100程度にする必要があり、したがって、極端なSiHの供給律速となり、成膜速度が非常に遅いといったデメリットがある。 The high crystalline semiconductor layer forming step is an aspect using a capacitively coupled (parallel plate type) plasma chemical vapor deposition (CVD) apparatus or an aspect using a high density plasma chemical vapor deposition (CVD) apparatus (hereinafter, It is also referred to as “second aspect”), and an aspect using a high-density plasma CVD apparatus is more preferable. Accordingly, a highly crystalline semiconductor layer can be manufactured at a low temperature (for example, 350 ° C. or lower), and an inexpensive glass substrate, plastic substrate, or the like can be used as an insulating substrate. In addition, the high-density plasma CVD apparatus exhibits superior performance in terms of crystallization (particularly in the initial stage of film formation) and film formation speed, as compared with a capacitively coupled plasma CVD apparatus. Furthermore, the high-density plasma CVD apparatus has a high degree of plasma dissociation and high reactivity compared with the capacitively coupled plasma CVD apparatus, so that even when the substrate temperature is low, film formation with high quality and high crystallization rate is possible. Is possible. On the other hand, it is difficult for a capacitively coupled CVD apparatus to obtain a crystalline phase from the beginning of film formation, and the first 50 nm becomes an amorphous layer (incubation layer). In addition, in the capacitively coupled CVD apparatus, in order to obtain microcrystals, the SiH 4 / H 2 ratio needs to be about 1/100. Therefore, the SiH 4 supply rate is extremely limited, and the film formation rate is extremely high. Has the disadvantage of being slow.

上記高密度プラズマ化学気相成長(CVD)装置は、誘導結合プラズマ(ICP;Inductively Coupled Plasma)方式、表面波プラズマ方式、又は、電子サイクロトロン共鳴(ECR;Electron Cyclotron Resonance)方式であることが好ましい。いずれの方式も、代表的な高密度プラズマCVD装置のなかでも、比較的装置の大型化が可能である。したがって、液晶表示装置用ガラス基板等の大型基板に対する処理が可能になる。また、いずれの方式も、容量結合型CVD装置と比較して、1〜2桁高いプラズマ密度を実現でき、これにより低温及び低水素希釈条件下でも成膜界面から高品質の微結晶シリコン膜を形成することができる。 The high-density plasma chemical vapor deposition (CVD) apparatus is preferably an inductively coupled plasma (ICP) method, a surface wave plasma method, or an electron cyclotron resonance (ECR) method. Any of these methods can relatively increase the size of a typical high-density plasma CVD apparatus. Therefore, it is possible to process a large substrate such as a glass substrate for a liquid crystal display device. In addition, each method can realize a plasma density that is one to two orders of magnitude higher than that of a capacitively coupled CVD apparatus, which enables a high-quality microcrystalline silicon film to be formed from the film-forming interface even under low temperature and low hydrogen dilution conditions. Can be formed.

上記第2態様において、高結晶性半導体層形成工程は、成膜圧力が1.33×10−1〜4.00×10Pa(1〜300mTorr)であることが好ましく、4.00×10−1〜1.33×10Pa(3〜100mTorr)であることがより好ましい。これにより、成膜基板表面での反応により結晶化率が成膜初期から高く、密度の高い微結晶シリコン膜を形成することができる。なお、成膜圧力が4.00×10Paを超えると、結晶性が低下し、オン特性及びオフ特性が低下することがある。一方、成膜圧力が1.33×10−1Pa未満であると、プラズマダメージが大きくなり非晶質化することがある。 In the second aspect, the high crystalline semiconductor layer forming step preferably has a film forming pressure of 1.33 × 10 −1 to 4.00 × 10 Pa ( 1 to 300 mTorr), and 4.00 × 10 −1. More preferably, it is ˜1.33 × 10 Pa (3 to 100 mTorr). Accordingly, a microcrystalline silicon film having a high crystallization rate and a high density can be formed from the initial stage of the film formation due to a reaction on the surface of the film formation substrate. Note that when the film forming pressure exceeds 4.00 × 10 Pa, the crystallinity may be lowered, and the on-characteristic and off-characteristic may be degraded. On the other hand, if the film forming pressure is less than 1.33 × 10 −1 Pa, the plasma damage may increase and the film may become amorphous.

上記第2態様において、高結晶性半導体層形成工程は、原料ガスとしてSiH及びHを用い、かつSiH/H比が1/50〜1/1であることが好ましく、SiH/H比が1/30〜1/5であることがより好ましい。これにより、成膜基板表面での反応により結晶化率が成膜初期から高く、密度の高い微結晶シリコン膜を形成することができる。なお、SiH/H比が1/1を超えると、水素不足により結晶性が低下し、ダングリングボンドが増加することがある。一方、SiH/H比が1/50未満であると、水素が過剰になり、膜表面がエッチングされ表面の凹凸が大きくなり過ぎることがある。 In the second aspect, the highly crystalline semiconductor layer forming step preferably uses SiH 4 and H 2 as source gases, and the SiH 4 / H 2 ratio is preferably 1/50 to 1/1, and SiH 4 / The H 2 ratio is more preferably 1/30 to 1/5. Accordingly, a microcrystalline silicon film having a high crystallization rate and a high density can be formed from the initial stage of the film formation due to a reaction on the surface of the film formation substrate. Incidentally, when the SiH 4 / H 2 ratio exceeds 1/1, the crystallinity is lowered by shortage of hydrogen, it may be dangling bonds increases. On the other hand, if the SiH 4 / H 2 ratio is less than 1/50, hydrogen may be excessive, the film surface may be etched, and the surface irregularities may become too large.

上記半導体装置の製造方法は、高結晶性半導体層形成前に、Hプラズマによる表面処理を行うことが好ましい。これにより、高結晶性半導体層の成膜初期からの結晶性を向上することができる。 In the method for manufacturing the semiconductor device, it is preferable to perform surface treatment with H 2 plasma before forming the highly crystalline semiconductor layer. Thereby, the crystallinity of the highly crystalline semiconductor layer from the initial film formation can be improved.

上記低結晶性半導体層形成工程は、容量結合型プラズマ化学気相成長装置を用いる態様(以下、「第3態様」ともいう。)、又は、高密度プラズマ化学気相成長装置を用いる態様(以下、「第4態様」ともいう。)が好ましい。これらにより、低結晶性半導体層を低温(例えば、350℃以下)で作製することが可能となり、絶縁基板として、安価なガラス基板、プラスチック基板等を利用することができる。 In the low crystalline semiconductor layer forming step, an aspect using a capacitively coupled plasma chemical vapor deposition apparatus (hereinafter also referred to as “third aspect”) or an aspect using a high density plasma chemical vapor deposition apparatus (hereinafter referred to as “third aspect”). , Also referred to as “fourth embodiment”). Accordingly, a low crystalline semiconductor layer can be manufactured at a low temperature (eg, 350 ° C. or lower), and an inexpensive glass substrate, plastic substrate, or the like can be used as an insulating substrate.

上記第3態様において、低結晶性半導体層形成工程は、原料ガスとしてSiH及びHを用い、かつSiH/H比が1/30〜1/150であることが好ましく、SiH/H比が1/40〜1/100であることがより好ましい。これにより、容量結合型プラズマCVD装置を用いて、低結晶化率を有するシリコン層を容易に形成することができる。なお、SiH/H比が1/30を超えると、非晶質化してしまうことがある。一方、SiH/H比が1/150未満であると、結晶性が大きくなり過ぎてしまい、低結晶性半導体層(バッファ層)としての機能を充分発揮できないことがある。 In the third aspect, the low crystalline semiconductor layer forming step preferably uses SiH 4 and H 2 as a source gas, and the SiH 4 / H 2 ratio is preferably 1/30 to 1/150, and SiH 4 / more preferably H 2 ratio is 1 / 40-1 / 100. Thus, a silicon layer having a low crystallization rate can be easily formed using a capacitively coupled plasma CVD apparatus. Incidentally, when the SiH 4 / H 2 ratio exceeds 1/30, which may result in amorphization. On the other hand, if the SiH 4 / H 2 ratio is less than 1/150, the crystallinity becomes too large, and the function as a low crystalline semiconductor layer (buffer layer) may not be sufficiently exhibited.

上記第4態様において、低結晶性半導体層形成工程は、成膜圧力が6.66〜6.66×10Pa(50〜500mTorr)であることが好ましく、9.33〜2.66×10Pa(70〜200mTorr)であることがより好ましい。(これにより、高密度プラズマCVD装置を用いて、低結晶化率を有するシリコン層を容易に形成することができる。なお、成膜圧力が4.00×10Paを超えると、気相反応が激しくなり過ぎ、非晶質化するとともに、パーティクルが増加し、デバイス特性が著しく低下することがある。一方、成膜圧力が6.66Pa未満であると、結晶性が大きくなり過ぎてしまい、低結晶性半導体層(バッファ層)としての機能を充分には発揮できないことがある。 In the fourth aspect, the low crystalline semiconductor layer forming step preferably has a film forming pressure of 6.66 to 6.66 × 10 Pa (50 to 500 mTorr), and 9.33 to 2.66 × 10 Pa (70 More preferably, it is -200 mTorr). (Thus, a high-density plasma CVD apparatus can be used to easily form a silicon layer having a low crystallization rate. Note that when the film forming pressure exceeds 4.00 × 10 Pa, the gas phase reaction becomes severe. When the film forming pressure is less than 6.66 Pa, the crystallinity becomes too high, resulting in low crystallinity. The function as a conductive semiconductor layer (buffer layer) may not be sufficiently exhibited.

上記結晶性変化半導体層形成工程は、容量結合型プラズマ化学気相成長装置を用いる態様(以下、「第5態様」ともいう。)、又は、高密度プラズマ化学気相成長装置を用いる態様(以下、「第6態様」ともいう。)が好ましい。これらにより、結晶性変化半導体層を低温(例えば、350℃以下)で作製することが可能となり、絶縁基板として、安価なガラス基板、プラスチック基板等を利用することができる。 In the crystallinity-change semiconductor layer forming step, an aspect using a capacitively coupled plasma chemical vapor deposition apparatus (hereinafter also referred to as “fifth aspect”) or an aspect using a high density plasma chemical vapor deposition apparatus (hereinafter referred to as “fifth aspect”). , Also referred to as “sixth aspect”). Accordingly, the crystalline change semiconductor layer can be manufactured at a low temperature (for example, 350 ° C. or lower), and an inexpensive glass substrate, plastic substrate, or the like can be used as the insulating substrate.

上記第5態様において、結晶性変化半導体層形成工程は、原料ガスとしてSiH及びHを用い、かつSiH/H比を1/400〜1/5の範囲内で連続的に変化させることが好ましい。これにより、容量結合型プラズマCVD装置を用いて、結晶性が連続的に変化するシリコン層を容易に形成することができる。なお、SiH/H比が1/5を超えると、非晶質相の膜質が低下する、より具体的に、水素によるダングリングボンドの終端が不充分となることがある。一方、SiH/H比が1/400未満であると、水素が過剰になり、膜表面がエッチングされ表面の凹凸が大きくなり過ぎることがある。 In the fifth aspect, the crystalline change semiconductor layer forming step uses SiH 4 and H 2 as source gases and continuously changes the SiH 4 / H 2 ratio within a range of 1/400 to 1/5. It is preferable. Accordingly, a silicon layer whose crystallinity continuously changes can be easily formed using a capacitively coupled plasma CVD apparatus. Note that when the SiH 4 / H 2 ratio exceeds 1/5, the film quality of the amorphous phase is deteriorated. More specifically, the termination of dangling bonds by hydrogen may be insufficient. On the other hand, when the SiH 4 / H 2 ratio is less than 1/400, hydrogen becomes excessive, the film surface is etched, and the surface irregularities may become too large.

上記第6態様において、結晶性変化半導体層形成工程は、成膜圧力が1.33×10−1〜6.66×10Pa(1〜500mTorr)であることが好ましい。これにより、高密度プラズマCVD装置を用いて、結晶性が連続的に変化するシリコン層を容易に形成することができる。なお、成膜圧力が6.66×10Paを超えると、気相反応が激しくなり過ぎ、非晶質化するとともに、パーティクルが増加し、デバイス特性が著しく低下することがある。一方、成膜圧力が1.33×10−1Pa未満であると、非晶質相の膜質が低下する、より具体的には、水素によるダングリングボンドの終端が不充分となることがある。 In the sixth aspect, the crystalline change semiconductor layer forming step preferably has a film forming pressure of 1.33 × 10 −1 to 6.66 × 10 Pa ( 1 to 500 mTorr). Accordingly, a silicon layer whose crystallinity continuously changes can be easily formed using a high-density plasma CVD apparatus. Note that when the film forming pressure exceeds 6.66 × 10 Pa, the gas phase reaction becomes too intense and becomes amorphous, the number of particles increases, and the device characteristics may remarkably deteriorate. On the other hand, when the film forming pressure is less than 1.33 × 10 −1 Pa, the film quality of the amorphous phase deteriorates, more specifically, dangling bonds due to hydrogen may be insufficiently terminated. .

本発明は更に、本発明の半導体装置を含んで構成される表示装置、又は、本発明の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を含んで構成される表示装置でもある。本発明によれば、オン特性、オフ特性及び信頼性を向上することができるので、表示装置の表示品位及び信頼性を向上することができる。本発明の表示装置としては、液晶表示装置及び有機EL表示装置が好適である。 The present invention is also a display device including the semiconductor device of the present invention, or a display device including the semiconductor device manufactured by the semiconductor device manufacturing method of the present invention. According to the present invention, the on characteristic, the off characteristic, and the reliability can be improved, so that the display quality and reliability of the display device can be improved. As the display device of the present invention, a liquid crystal display device and an organic EL display device are suitable.

本発明の半導体装置によれば、オン特性、オフ特性及び信頼性に優れた半導体装置を実現することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, a semiconductor device having excellent on characteristics, off characteristics, and reliability can be realized.

以下に実施例を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 EXAMPLES Although an Example is hung up below and this invention is demonstrated still in detail with reference to drawings, this invention is not limited only to these Examples.

(実施形態1)
図1は、実施形態1の半導体装置の断面模式図である。なお、以下では、1個のNMOSトランジスタ(N型TFT)について説明する。しかしながら、本発明の半導体装置は、通常、複数個のNMOSトランジスタ及び/又は複数個のPMOSトランジスタ(P型TFT)が同一絶縁基板上に作り込まれた構造となっている。また、各実施形態は、液晶表示装置における画素のスイッチング素子用のNMOSトランジスタとして説明するが、同様の作製方法で液晶表示装置のゲートドライバ、有機EL表示装置のスイッチング素子等も作製可能である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device of the first embodiment. Hereinafter, one NMOS transistor (N-type TFT) will be described. However, the semiconductor device of the present invention usually has a structure in which a plurality of NMOS transistors and / or a plurality of PMOS transistors (P-type TFTs) are formed on the same insulating substrate. Each embodiment is described as an NMOS transistor for a pixel switching element in a liquid crystal display device, but a gate driver of a liquid crystal display device, a switching element of an organic EL display device, and the like can be manufactured by a similar manufacturing method.

半導体装置101は、図1に示すように、絶縁基板1上に、ゲート電極2、ゲート絶縁膜3、平面視島形状の半導体層4、及び、ゲート電極2に対向する領域以外の半導体層4上に配置されたコンタクト層5が積層された構造と、ゲート電極2に対向する領域以外の半導体層4及びゲート絶縁膜3上に配置され、かつコンタクト層5を介して半導体層4に電気的に接続されたソース/ドレイン電極6とを有する。このように、半導体装置101は、ボトムゲート構造を有する。また、半導体装置101は、絶縁基板1を覆うように形成されたパッシベーション膜7及び平坦化膜8と、平坦化膜8上に形成され、画素電極として機能する透明電極9とを有する。 As shown in FIG. 1, the semiconductor device 101 includes a gate electrode 2, a gate insulating film 3, an island-shaped semiconductor layer 4 in plan view, and a semiconductor layer 4 other than a region facing the gate electrode 2 on an insulating substrate 1. A structure in which the contact layer 5 disposed above is laminated, and the semiconductor layer 4 disposed on the semiconductor layer 4 and the gate insulating film 3 other than the region facing the gate electrode 2 and electrically connected to the semiconductor layer 4 via the contact layer 5 And source / drain electrodes 6 connected to each other. As described above, the semiconductor device 101 has a bottom gate structure. In addition, the semiconductor device 101 includes a passivation film 7 and a planarizing film 8 that are formed so as to cover the insulating substrate 1, and a transparent electrode 9 that is formed on the planarizing film 8 and functions as a pixel electrode.

半導体層4は、コンタクト層5側から順に、非晶質相及び微結晶が混在する低結晶性シリコン層(低結晶性μc−Si層)4bと、微結晶を含有し、かつ低結晶性μc−Si層4bよりも大きな結晶化率を有する高結晶性シリコン層(高結晶性μc−Si層)4aとが積層されている。また、コンタクト層5は、リン(P)が高濃度にドーピングされたシリコン(n−Si)層からなる。 The semiconductor layer 4 includes, in order from the contact layer 5 side, a low crystalline silicon layer (low crystalline μc-Si layer) 4b in which an amorphous phase and microcrystals are mixed, a microcrystal, and a low crystalline μc. A high crystalline silicon layer (high crystalline μc-Si layer) 4a having a larger crystallization rate than the -Si layer 4b is laminated. The contact layer 5 is made of a silicon (n + -Si) layer doped with phosphorus (P) at a high concentration.

以下に、実施形態1の半導体装置の製造方法について説明する。図2(a)〜(f)は、各製造工程における実施形態1の半導体装置の断面模式図である。 Below, the manufacturing method of the semiconductor device of Embodiment 1 is demonstrated. 2A to 2F are schematic cross-sectional views of the semiconductor device of Embodiment 1 in each manufacturing process.

まず、図2(a)に示すように、絶縁基板1であるガラス基板上にスパッタリング法により窒化タンタル(TaN)/タンタル(Ta)/窒化タンタル(TaN)積層膜を成膜し、これをフォトリソ法によりパターニングしてゲート電極2を形成する。膜厚は、それぞれTaN=50nm、Ta=200nm、TaN=50nmとする。積層膜のエッチングは、ドライエッチング法を用いる。エッチングガスに酸素を入れることでフォトレジストを後退させながらエッチングすることができ、ゲート電極2の断面形状を基板に対し略45°のテーパ形状とする。 First, as shown in FIG. 2A, a tantalum nitride (TaN) / tantalum (Ta) / tantalum nitride (TaN) laminated film is formed on a glass substrate which is an insulating substrate 1 by a sputtering method. The gate electrode 2 is formed by patterning by the method. The film thicknesses are TaN = 50 nm, Ta = 200 nm, and TaN = 50 nm, respectively. A dry etching method is used for etching the laminated film. Oxygen is introduced into the etching gas so that the photoresist can be etched back, and the cross-sectional shape of the gate electrode 2 is set to a taper shape of about 45 ° with respect to the substrate.

次に、図2(b)に示すように、プラズマCVD法によりゲート絶縁膜3として膜厚400nmのシリコン窒化膜(SiNx膜)を成膜する。続いて、高結晶性μc−Si層4a、低結晶性μc−Si層4b、及び、コンタクト層5としてリン(P)が高濃度にドーピングされたシリコン膜(n−Si層)を形成する。ここで、シリコン窒化膜は、平行平板型プラズマCVD装置により形成され、微結晶を有する高結晶性μc−Si層4a及び低結晶性μc−Si層4bは、高密度プラズマCVD装置(ICP方式、表面波プラズマ方式又はECR方式)で形成される。これらの膜は、マルチチャンバー型装置により成膜され、真空中にて順次形成される。なお、シリコン窒化膜及びn−Si層については、一般的なa−SiTFTプロセスと同様の成膜条件でよい。 Next, as shown in FIG. 2B, a silicon nitride film (SiNx film) having a film thickness of 400 nm is formed as the gate insulating film 3 by plasma CVD. Subsequently, a high crystalline μc-Si layer 4a, a low crystalline μc-Si layer 4b, and a silicon film (n + -Si layer) doped with phosphorus (P) at a high concentration are formed as the contact layer 5. . Here, the silicon nitride film is formed by a parallel plate type plasma CVD apparatus, and the high crystalline μc-Si layer 4a and the low crystalline μc-Si layer 4b having microcrystals are formed by a high density plasma CVD apparatus (ICP method, Surface wave plasma method or ECR method). These films are formed by a multi-chamber apparatus and sequentially formed in a vacuum. The silicon nitride film and the n + -Si layer may have the same film formation conditions as in a general a-Si TFT process.

高結晶性μc−Si層4aの成膜条件としては、成膜圧力=1〜300mTorr(1.33×10−1〜4.00×10Pa)、SiH/H比率=1/50〜1/1の範囲内で設定することが好ましいが、本実施形態では、成膜圧力=10mTorr(1.33Pa)、SiH/H比率=1/20とし、基板温度=300℃とする。このように、成膜圧力及びSiH/H比率を制御することより、高結晶性μc−Si層4aにパーティクルが発生するのを効果的に抑制しつつ、高結晶性μc−Si層4aの結晶化率を容易に制御することができる。なお、本実施形態において、高結晶性μc−Si層4aの結晶化率は、70%程度となり、高結晶性μc−Si層4a中の微結晶(柱状結晶)の最大径は、30nm程度となる。 The film formation conditions of the highly crystalline μc-Si layer 4a include film formation pressure = 1 to 300 mTorr (1.33 × 10 −1 to 4.00 × 10 Pa), SiH 4 / H 2 ratio = 1/50 to 1 However, in this embodiment, the deposition pressure is set to 10 mTorr (1.33 Pa), the SiH 4 / H 2 ratio is set to 1/20, and the substrate temperature is set to 300 ° C. In this way, by controlling the film forming pressure and the SiH 4 / H 2 ratio, the highly crystalline μc-Si layer 4a is effectively suppressed from generating particles in the highly crystalline μc-Si layer 4a. The crystallization rate of can be easily controlled. In the present embodiment, the crystallization rate of the high crystalline μc-Si layer 4a is about 70%, and the maximum diameter of the microcrystals (columnar crystals) in the high crystalline μc-Si layer 4a is about 30 nm. Become.

なお、半導体層4の形成工程については、反応ガスとしてキャリアガスであるアルゴン(Ar)を同時に流してもよい。これによりプラズマを安定化させることができる。また、高結晶性μc−Si層4aの成膜前処理として、ゲート絶縁膜3に対してHプラズマによる表面処理を30秒程度行ってもよい。これにより、成膜初期から高結晶性μc−Si層4aの結晶性を向上することができる。Hプラズマによる表面処理の具体的な条件としては、例えば、高結晶性μc−Si層4aの成膜条件と同様の条件に設定し、ガスとしてHガスのみ導入すればよい。 In addition, about the formation process of the semiconductor layer 4, you may flow argon (Ar) which is carrier gas simultaneously as a reactive gas. Thereby, the plasma can be stabilized. In addition, as a pretreatment for forming the highly crystalline μc-Si layer 4a, a surface treatment with H 2 plasma may be performed for about 30 seconds on the gate insulating film 3. Thereby, the crystallinity of the highly crystalline μc-Si layer 4a can be improved from the initial stage of film formation. As specific conditions for the surface treatment with H 2 plasma, for example, the conditions similar to the film formation conditions for the highly crystalline μc-Si layer 4a may be set, and only H 2 gas may be introduced as a gas.

低結晶性μc−Si層4bの成膜条件としては、成膜圧力=50〜500mTorr(6.66〜6.66×10Pa)の範囲内で設定することが好ましいが、本実施形態では、成膜圧力=100mTorr(1.33×10Pa)とし、SiH/H比率=1/1、基板温度=300℃とする。このように、成膜圧力及びSiH/H比率を制御することより、低結晶性μc−Si層4bにパーティクルが発生するのを効果的に抑制しつつ、低結晶性μc−Si層4bの結晶化率を容易に制御することができる。なお、本実施形態において、低結晶性μc−Si層4bの結晶化率は、40%程度となる。 The film formation condition of the low crystalline μc-Si layer 4b is preferably set within the range of film formation pressure = 50 to 500 mTorr (6.66 to 6.66 × 10 Pa). The film pressure is 100 mTorr (1.33 × 10 Pa), the SiH 4 / H 2 ratio is 1/1, and the substrate temperature is 300 ° C. Thus, by controlling the deposition pressure and the SiH 4 / H 2 ratio, the low crystalline μc-Si layer 4b can be effectively suppressed while generating particles in the low crystalline μc-Si layer 4b. The crystallization rate of can be easily controlled. In the present embodiment, the crystallization rate of the low crystalline μc-Si layer 4b is about 40%.

高結晶性μc−Si層4aは、容量結合型CVD装置を用いて形成してもよいが、より高品質のμc−Si層を得る観点からは、上述のように高密度プラズマCVD装置を用いる方が好ましい。図3は、高密度プラズマCVD装置を用いてμc−Si層を形成した場合の半導体層の拡大断面模式図である。図3に示すように、高密度プラズマCVD装置を用いた場合には、成膜初期の段階から高品質及び高結晶化率の成膜が可能であり、インキュベーション層も5nm以下の厚みしかなく、実質的に存在しない。図4は、容量結合型CVD装置を用いてμc−Si層を形成した場合の半導体層の拡大断面模式図である。図4に示すように、容量結合型CVD装置を用いた場合には、最初の50nm程度はインキュベーション層となってしまい、また、成膜初期の段階において高結晶化率の半導体層を形成することができない。 The highly crystalline μc-Si layer 4a may be formed using a capacitively coupled CVD apparatus, but from the viewpoint of obtaining a higher quality μc-Si layer, a high-density plasma CVD apparatus is used as described above. Is preferred. FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of a semiconductor layer when a μc-Si layer is formed using a high-density plasma CVD apparatus. As shown in FIG. 3, when a high-density plasma CVD apparatus is used, film formation with high quality and high crystallization rate is possible from the initial stage of film formation, and the incubation layer has a thickness of 5 nm or less, Virtually nonexistent. FIG. 4 is an enlarged schematic cross-sectional view of a semiconductor layer when a μc-Si layer is formed using a capacitively coupled CVD apparatus. As shown in FIG. 4, when a capacitively coupled CVD apparatus is used, the first about 50 nm becomes an incubation layer, and a semiconductor layer having a high crystallization rate is formed at an early stage of film formation. I can't.

一方、低結晶性μc−Si層4bは、容量結合型CVD装置を用いて形成してもよく、この場合、SiH/H比率を1/150〜1/30の範囲内で設定することが好ましい。なお、その場合、成膜圧力は1.50Torr(200Pa)、基板温度は300℃とすればよい。 On the other hand, the low crystalline μc-Si layer 4b may be formed by using a capacitively coupled CVD apparatus. In this case, the SiH 4 / H 2 ratio is set within a range of 1/150 to 1/30. Is preferred. In that case, the deposition pressure may be 1.50 Torr (200 Pa) and the substrate temperature may be 300 ° C.

高結晶性μc−Si層4aの膜厚は、好ましくは20〜70nm(本実施形態では40nm)とし、低結晶性μc−Si層4bの膜厚は、好ましくは10〜40nm(本実施形態では20nm)とする。なお、高結晶性μc−Si層4aの膜厚が70nmを超えると、オフ電流が著しく増加することがあり、20nm未満であると、オン電流が著しく低下することがある。また、低結晶性μc−Si層4bの膜厚が40nmを超えると、寄生抵抗が増加しオン電流が著しく低下することがあり、10nm未満であると、オフ電流が著しく増加し、本発明の効果が得られないことがある。 The film thickness of the high crystalline μc-Si layer 4a is preferably 20 to 70 nm (40 nm in this embodiment), and the film thickness of the low crystallinity μc-Si layer 4b is preferably 10 to 40 nm (in this embodiment). 20 nm). Note that when the film thickness of the highly crystalline μc-Si layer 4a exceeds 70 nm, the off-current may increase remarkably, and when it is less than 20 nm, the on-current may remarkably decrease. Further, when the film thickness of the low crystalline μc-Si layer 4b exceeds 40 nm, the parasitic resistance increases and the on-current may be remarkably reduced. When the film thickness is less than 10 nm, the off-current increases remarkably. The effect may not be obtained.

なお、半導体層4は、各構成層の間に界面を有していてもよいし、有さなくてもよいが、膜剥がれをより効果的に抑制する観点からは、界面を有さないことが好ましい。この場合、本実施形態においては、高結晶性μc−Si層4a及び低結晶性μc−Si層4bを連続的に成膜すればよく、より具体的には、成膜を中断することなく、高結晶性μc−Si層4aの成膜圧力から低結晶性μc−Si層4bの成膜条件へと変化させることによって、図3で示したように、高結晶性μc−Si層(微結晶層I)と低結晶性μc−Si層(微結晶層II)との間に界面を形成せずに両者を成膜することができる。一方、各構成層の間に界面を形成する場合は、ある構成層(本実施形態においては高結晶性μc−Si層4a)を成膜した後、いったん成膜を中断し、そして、次の構成層(本実施形態においては低結晶性μc−Si層4b)を成膜すればよい。 The semiconductor layer 4 may or may not have an interface between the constituent layers, but it does not have an interface from the viewpoint of more effectively suppressing film peeling. Is preferred. In this case, in the present embodiment, the high crystalline μc-Si layer 4a and the low crystalline μc-Si layer 4b may be continuously formed, more specifically, without interrupting the film formation. By changing the deposition pressure of the high crystalline μc-Si layer 4a to the deposition conditions of the low crystalline μc-Si layer 4b, as shown in FIG. 3, the high crystalline μc-Si layer (microcrystalline Both layers can be formed without forming an interface between the layer I) and the low crystalline μc-Si layer (microcrystalline layer II). On the other hand, in the case of forming an interface between the constituent layers, after forming a constituent layer (in this embodiment, the highly crystalline μc-Si layer 4a), the deposition is temporarily interrupted, and then A constituent layer (low crystalline μc-Si layer 4b in this embodiment) may be formed.

−Si層の膜厚は60nmとする。n−Si層は、a−si層又はμc−Si層からなる単層構造であってもよいが、半導体層4側から順に、非晶質相からなる高抵抗(低不純物濃度)のn−Si層(膜厚20nm)と微結晶を有する低抵抗(高不純物濃度)のn−Si層(膜厚40nm)とが積層された構造とすることで、ドレイン端での電界が緩和されることから、オフ電流を低減できるとともに、オン電流を向上することができる。ここで、非晶質相からなる高抵抗のn−Si層のシート抵抗は、5×10〜5×10Ω/cm程度、微結晶を有する低抵抗のn−Si層のシート抵抗は、5×10〜1×10Ω/cm程度とすることでこの効果を得ることができる。 The film thickness of the n + -Si layer is 60 nm. The n + -Si layer may have a single-layer structure including an a-si layer or a μc-Si layer, but in order from the semiconductor layer 4 side, n having high resistance (low impurity concentration) including an amorphous phase. The electric field at the drain end is reduced by forming a structure in which a + -Si layer (film thickness 20 nm) and a low resistance (high impurity concentration) n + -Si layer (film thickness 40 nm) having microcrystals are stacked. Thus, the off current can be reduced and the on current can be improved. Here, the sheet resistance of the high resistance n + -Si layer made of an amorphous phase is about 5 × 10 7 to 5 × 10 8 Ω / cm 2 , and the resistance of the low resistance n + -Si layer having microcrystals. This effect can be obtained by setting the sheet resistance to about 5 × 10 4 to 1 × 10 6 Ω / cm 2 .

次に、図2(c)に示すように、高結晶性μc−Si層4a、低結晶性μc−Si層4b及びコンタクト層5をフォトリソ法によりパターニングして、活性層(I島)を形成する。パターニングにおけるエッチングは、ドライエッチング法を用いる。これにより、微細な形状にもパターニング可能となる。エッチングガスとしては、シリコン窒化膜と選択比のとりやすい塩素(Cl)ガスを用いる。エッチングは、エンドポイントディテクタ(EPD)でモニタリングし、シリコン窒化膜(SiNx膜)に到達するまでエッチングする。 Next, as shown in FIG. 2 (c), the high crystalline μc-Si layer 4a, the low crystalline μc-Si layer 4b and the contact layer 5 are patterned by photolithography to form an active layer (I island). To do. For the etching in patterning, a dry etching method is used. Thereby, it becomes possible to pattern even a fine shape. As an etching gas, a chlorine (Cl 2 ) gas that can easily be selected with a silicon nitride film is used. Etching is monitored by an endpoint detector (EPD), and etching is performed until the silicon nitride film (SiNx film) is reached.

次に、図2(d)に示すように、スパッタリング法によりアルミニウム(Al)/モリブデン(Mo)積層膜を形成する。積層膜の膜厚は、それぞれAl=100nm、Mo=100nmとする。そして、フォトレジスト20をパターン形成した後、積層膜のエッチングを行うことによってソース/ドレイン電極6とする。積層膜のエッチングは、ウェットエッチング法で行うことで、Al/Mo積層膜のみを選択的にエッチングすることができる。エッチャントとしては、一般的な金属エッチャントであるSLAエッチャント(組成;HPO:HO:HNO:CHCOOH=16:2:1:1)を用いる。 Next, as shown in FIG. 2D, an aluminum (Al) / molybdenum (Mo) laminated film is formed by sputtering. The film thicknesses of the laminated films are Al = 100 nm and Mo = 100 nm, respectively. Then, after patterning the photoresist 20, the stacked film is etched to form the source / drain electrodes 6. Etching of the laminated film is performed by a wet etching method, whereby only the Al / Mo laminated film can be selectively etched. As the etchant, an SLA etchant (composition: H 3 PO 4 : H 2 O: HNO 3 : CH 3 COOH = 16: 2: 1: 1), which is a general metal etchant, is used.

Al/Mo積層膜をウェットエッチングした後、図2(e)に示すように、フォトレジスト20をそのまま残した状態で、ドライエッチング法によりコンタクト層5であるn−Si層をエッチングすることによって、ソース/ドレイン領域の分離を行う。これにより、ソース・ドレイン領域の分離を追加パターニング処理なしで行うことができる(チャネルエッチプロセス)。 After wet etching the Al / Mo laminated film, as shown in FIG. 2E, the n + -Si layer as the contact layer 5 is etched by dry etching with the photoresist 20 left as it is. Then, the source / drain regions are separated. As a result, the source / drain regions can be separated without additional patterning (channel etch process).

次に、図2(e)に示すように、シリコン窒化膜等のパッシベーション膜7をプラズマCVD法で形成し、更に、酸化シリコン膜等の平坦化膜8を形成する。平坦化膜8及びパッシベーション膜7を開口後、ITO(Indium Thin Oxide)等の透明電極9をスパッタリングにより成膜する。最後に、透明電極9をパターニングすることで液晶表示装置における画素のスイッチング素子である実施形態1の半導体装置101を作製することができる。 Next, as shown in FIG. 2E, a passivation film 7 such as a silicon nitride film is formed by a plasma CVD method, and a planarizing film 8 such as a silicon oxide film is further formed. After opening the planarization film 8 and the passivation film 7, a transparent electrode 9 such as ITO (Indium Thin Oxide) is formed by sputtering. Finally, by patterning the transparent electrode 9, the semiconductor device 101 of the first embodiment which is a pixel switching element in the liquid crystal display device can be manufactured.

半導体装置101によれば、コンタクト層5に接する位置に、比較的高い抵抗値及び広いバンドギャップを有する低結晶性μc−Si層4bが配置されることから、リーク電流の低減、すなわちオフ特性の向上が可能となる。また、高結晶性μc−Si層4aは、微結晶を含有し、a−Si層に比べて、大きな移動度を有するため、優れたオン特性を発揮することができる。また、低結晶性μc−Si層4bは、a−Siに比べれば低抵抗であるため、寄生抵抗を小さくでき、その結果、優れたオン特性を維持することができる。更に、低結晶性μc−Si及び高結晶性μc−Siの間における構造変化は、a−Si及び高結晶性μc−Siの間における構造変化よりも小さいことから、低結晶性μc−Si層4b及び高結晶性μc−Si層4aの界面付近において構造欠陥が発生するのを抑制することができる。したがって、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下を抑制することができるとともに、デバイス特性を向上することができる。 According to the semiconductor device 101, the low crystalline μc-Si layer 4 b having a relatively high resistance value and a wide band gap is disposed at a position in contact with the contact layer 5. Improvement is possible. Moreover, since the highly crystalline μc-Si layer 4a contains microcrystals and has a higher mobility than the a-Si layer, it can exhibit excellent on characteristics. Further, since the low crystalline μc-Si layer 4b has a lower resistance than a-Si, the parasitic resistance can be reduced, and as a result, excellent on-characteristics can be maintained. Further, since the structural change between the low crystalline μc-Si and the high crystalline μc-Si is smaller than the structural change between the a-Si and the high crystalline μc-Si, the low crystalline μc-Si layer It is possible to suppress the occurrence of structural defects in the vicinity of the interface between 4b and the highly crystalline μc-Si layer 4a. Therefore, it is possible to suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to improve device characteristics.

(実施形態2)
実施形態2の半導体装置について説明する。なお、本実施形態と実施形態1とで重複する内容については説明を省略するとともに、同様の機能を発揮する構成部材については同一の符号を付した。図5は、実施形態2の半導体装置の断面模式図である。
(Embodiment 2)
A semiconductor device according to the second embodiment will be described. In addition, while omitting the description of the contents overlapping between the present embodiment and the first embodiment, the same reference numerals are given to the constituent members that exhibit the same function. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device of the second embodiment.

半導体装置102は、図5に示すように、実施形態1の半導体装置102と半導体層4の構成が異なるとともに、エッチングストッパ層10を有する。すなわち、半導体層4は、コンタクト層5側から順に、結晶化率が厚み方向で変化する結晶性変化シリコン層(結晶性変化μc−Si層)4cと、微結晶を含有し、かつ結晶性変化μc−Si層以上の結晶化率を有する高結晶性μc−Si層4aとが積層されている。また、半導体装置102は、ゲート電極2に対向する領域の半導体層4上に配置されたエッチングストッパ層10を有する。 As shown in FIG. 5, the semiconductor device 102 differs from the semiconductor device 102 of the first embodiment in the configuration of the semiconductor layer 4 and includes an etching stopper layer 10. That is, the semiconductor layer 4 contains, in order from the contact layer 5 side, a crystallinity-change silicon layer (crystallinity change μc-Si layer) 4c in which the crystallization rate changes in the thickness direction, and a crystallinity change. A highly crystalline μc-Si layer 4a having a crystallization rate equal to or higher than the μc-Si layer is laminated. The semiconductor device 102 also has an etching stopper layer 10 disposed on the semiconductor layer 4 in a region facing the gate electrode 2.

結晶性変化μc−Si層4cは、高結晶性μc−Si層4a側からコンタクト層側に結晶化率が連続的に、例えば、線形的又は三角関数的に減少している。 In the crystalline change μc-Si layer 4c, the crystallization rate decreases continuously, for example, linearly or trigonometrically, from the highly crystalline μc-Si layer 4a side to the contact layer side.

以下に、実施形態2の半導体装置の製造方法について説明する。なお、本実施形態の製造方法と実施形態1の製造方法とで重複する内容については説明を省略する。図6(a)〜(f)は、各製造工程における実施形態2の半導体装置の断面模式図である。 Below, the manufacturing method of the semiconductor device of Embodiment 2 is demonstrated. In addition, description is abbreviate | omitted about the content which overlaps with the manufacturing method of this embodiment, and the manufacturing method of Embodiment 1. FIG. 6A to 6F are schematic cross-sectional views of the semiconductor device of Embodiment 2 in each manufacturing process.

まず、図6(a)に示すように、実施形態1と同様にして、絶縁基板1上にゲート電極2を形成する。 First, as shown in FIG. 6A, the gate electrode 2 is formed on the insulating substrate 1 in the same manner as in the first embodiment.

次に、図6(b)に示すように、実施形態1と同様に、ゲート絶縁膜3としてシリコン窒化膜(SiNx膜)を成膜する。続いて、高結晶性μc−Si層4a、結晶性変化μc−Si層4c、及び、エッチングストッパ層10としてシリコン窒化膜(SiNx膜)を形成する。ここで、微結晶を有する高結晶性μc−Si層4a及び結晶性変化μc−Si層4cは、高密度プラズマCVD装置(ICP方式、表面波プラズマ方式又はECR方式)で形成される。これらの膜は、マルチチャンバー型装置により成膜され、真空中にて順次形成される。 Next, as shown in FIG. 6B, a silicon nitride film (SiNx film) is formed as the gate insulating film 3 as in the first embodiment. Subsequently, a silicon nitride film (SiNx film) is formed as the high crystalline μc-Si layer 4a, the crystalline change μc-Si layer 4c, and the etching stopper layer 10. Here, the highly crystalline μc-Si layer 4a having microcrystals and the crystalline change μc-Si layer 4c are formed by a high-density plasma CVD apparatus (ICP method, surface wave plasma method or ECR method). These films are formed by a multi-chamber apparatus and sequentially formed in a vacuum.

高結晶性μc−Si層4aは、実施形態1と同様の成膜条件により形成される。一方、結晶性変化μc−Si層4cの成膜条件としては、成膜圧力=1〜500mTorr(1.33×10−1〜6.66×10Pa)の範囲内で設定することが好ましいが、本実施形態では、成膜圧力を5mTorr(6.66×10−1Pa)から60mTorr(8.00Pa)に連続的に、例えば、線形的又は三角関数的に増加させ、SiH/H比率=1/1、基板温度=300℃とする。このように、成膜圧力及びSiH/H比率を制御することより、結晶性変化μc−Si層4cにパーティクルが発生するのを効果的に抑制しつつ、結晶性変化μc−Si層4cの結晶化率を容易に制御することができる。また、成膜圧力を連続的に増加させることにより、結晶性変化μc−Si層4cの結晶化率を膜中で制御でき、結晶性変化μc−Si層4cは、厚み方向で徐々に結晶化率が減少することとなる。より具体的には、本実施形態において、結晶性変化μc−Si層4cの結晶化率は、70%程度から10%程度に減少する。 The highly crystalline μc-Si layer 4a is formed under the same film forming conditions as in the first embodiment. On the other hand, the film formation condition of the crystalline change μc-Si layer 4c is preferably set within the range of film formation pressure = 1 to 500 mTorr (1.33 × 10 −1 to 6.66 × 10 Pa), In this embodiment, the deposition pressure is continuously increased from 5 mTorr (6.66 × 10 −1 Pa) to 60 mTorr (8.00 Pa), for example, linearly or trigonometrically, and the SiH 4 / H 2 ratio is increased. = 1/1, substrate temperature = 300 ° C. In this way, by controlling the film formation pressure and the SiH 4 / H 2 ratio, it is possible to effectively suppress the generation of particles in the crystallinity change μc-Si layer 4c, and the crystallinity change μc-Si layer 4c. The crystallization rate of can be easily controlled. Further, by continuously increasing the deposition pressure, the crystallization rate of the crystalline change μc-Si layer 4c can be controlled in the film, and the crystalline change μc-Si layer 4c is gradually crystallized in the thickness direction. The rate will decrease. More specifically, in the present embodiment, the crystallization rate of the crystallinity change μc-Si layer 4c decreases from about 70% to about 10%.

なお、結晶性変化μc−Si層4cは、容量結合型CVD装置を用いて形成してもよく、この場合、SiH/H比率は1/400〜1/5の範囲内で設定することが好ましい。なお、その場合、成膜圧力は2.25Torr(300Pa)、基板温度は300℃とすればよい。 The crystalline change μc-Si layer 4c may be formed by using a capacitively coupled CVD apparatus, and in this case, the SiH 4 / H 2 ratio is set within a range of 1/400 to 1/5. Is preferred. In that case, the deposition pressure may be 2.25 Torr (300 Pa), and the substrate temperature may be 300 ° C.

高結晶性μc−Si層4aの膜厚は、好ましくは20〜70nm(本実施形態では30nm)とし、結晶性変化μc−Si層4cの膜厚は、好ましくは10〜40nm(本実施形態では20nm)とする。なお、高結晶性μc−Si層4aの膜厚が70nmを超えると、オフ電流が著しく増加することがあり、20nm未満であると、オン電流が著しく低下ことがある。また、結晶性変化μc−Si層4cの膜厚が40nmを超えると、オン電流が著しく低下することがあり、10nm未満であると、オフ電流が著しく増加することがある。 The film thickness of the highly crystalline μc-Si layer 4a is preferably 20 to 70 nm (30 nm in the present embodiment), and the film thickness of the crystalline change μc-Si layer 4c is preferably 10 to 40 nm (in the present embodiment). 20 nm). Note that when the film thickness of the highly crystalline μc-Si layer 4a exceeds 70 nm, the off-current may increase remarkably, and when it is less than 20 nm, the on-current may remarkably decrease. On the other hand, if the film thickness of the crystalline change μc-Si layer 4c exceeds 40 nm, the on-current may be significantly reduced, and if it is less than 10 nm, the off-current may be significantly increased.

なお、半導体層4は、実施形態1と同様に各構成層の間に界面を有していてもよいし、有さなくてもよいが、膜剥がれをより効果的に抑制する観点からは、界面を有さないことが好ましい。この場合、本実施形態においては、高結晶性μc−Si層4a及び結晶性変化μc−Si層4cを連続的に成膜すればよく、より具体的には、成膜を中断することなく、高結晶性μc−Si層4aの成膜圧力から結晶性変化μc−Si層4cの成膜条件へと変化させればよい。一方、各構成層の間に界面を形成する場合は、ある構成層(本実施形態においては高結晶性μc−Si層4a)を成膜した後、いったん成膜を中断し、そして、次の構成層(本実施形態においては結晶性変化μc−Si層4c)を成膜すればよい。 The semiconductor layer 4 may or may not have an interface between the constituent layers as in the first embodiment, but from the viewpoint of more effectively suppressing film peeling, It is preferable not to have an interface. In this case, in this embodiment, the high crystalline μc-Si layer 4a and the crystalline change μc-Si layer 4c may be continuously formed, more specifically, without interrupting the film formation. The deposition pressure of the highly crystalline μc-Si layer 4a may be changed to the deposition condition of the crystalline change μc-Si layer 4c. On the other hand, in the case of forming an interface between the constituent layers, after forming a constituent layer (in this embodiment, the highly crystalline μc-Si layer 4a), the deposition is temporarily interrupted, and then A constituent layer (in this embodiment, the crystalline change μc-Si layer 4c) may be formed.

エッチングストッパ層10の膜厚は、150nmとする。これにより、後のn−Si層をエッチングすることによるソース/ドレイン分離工程において、n−Si層のみを選択的にエッチングできるため、活性層(I層)の膜厚をチャネルエッチプロセスで形成された場合に比べ薄くできる。この半導体層の薄膜化の効果により、更にオフ電流を低減することができる。 The film thickness of the etching stopper layer 10 is 150 nm. Thereby, in the source / drain separation step by etching the n + -Si layer later, only the n + -Si layer can be selectively etched, so that the thickness of the active layer (I layer) can be reduced by the channel etch process. It can be made thinner than when it is formed. The off current can be further reduced by the effect of thinning the semiconductor layer.

次に、図6(c)に示すように、エッチングストッパ層10を裏面露光によりゲートライン(ゲート電極2を含む配線)に対してセルフアライメントでパターニングする。 Next, as shown in FIG. 6C, the etching stopper layer 10 is patterned by self-alignment with respect to the gate line (wiring including the gate electrode 2) by backside exposure.

次に、実施形態1と同様に、コンタクト層5であるn−Si層を形成した後、高結晶性μc−Si層4a、結晶性変化μc−Si層4c及びコンタクト層5をフォトリソ法によりパターニングして、図4(d)に示すように、活性層(I島)を形成する。 Next, as in the first embodiment, after forming the n + -Si layer as the contact layer 5, the high crystalline μc-Si layer 4a, the crystalline change μc-Si layer 4c and the contact layer 5 are formed by photolithography. Patterning is performed to form an active layer (I island) as shown in FIG.

次に、図6(e)に示すように、スパッタリング法によりモリブデン(Mo)膜を形成する。Mo膜の膜厚は、200nmとする。そして、フォトレジストをパターン形成した後、Mo膜のエッチングを行うことによってソース/ドレイン電極6とする。Mo膜のエッチングは、ウェットエッチング法で行うことで、Mo膜のみを選択的にエッチングすることができる。エッチャントとしてはSLAエッチャントを用いる。 Next, as shown in FIG. 6E, a molybdenum (Mo) film is formed by a sputtering method. The film thickness of the Mo film is 200 nm. Then, after patterning the photoresist, the Mo film is etched to form the source / drain electrodes 6. Etching of the Mo film can be performed by selectively etching only the Mo film by wet etching. An SLA etchant is used as the etchant.

Mo膜をウェットエッチングした後、フォトレジストをそのまま残した状態で、ドライエッチング法によりコンタクト層5であるn−Si層をエッチングすることによって、図6(e)に示すように、ソース/ドレイン領域の分離を行う。これにより、ソース・ドレイン領域の分離を追加パターニング処理なしで行うことができる。このとき、エッチングストッパ層10があるため、このドライエッチングによる半導体4のチャネル領域へのダメージがなく、オン特性及び信頼性の向上が期待できる。 After wet etching the Mo film, the n + -Si layer as the contact layer 5 is etched by a dry etching method with the photoresist remaining as it is, so that the source / drain as shown in FIG. Perform region separation. As a result, the source / drain regions can be separated without additional patterning. At this time, since there is the etching stopper layer 10, there is no damage to the channel region of the semiconductor 4 due to this dry etching, and improvement in on-characteristics and reliability can be expected.

次に、図6(f)に示すように、実施形態1と同様に、パッシベーション膜7、平坦化膜8及び透明電極9を形成することによって、液晶表示装置における画素のスイッチング素子である実施形態2の半導体装置102を作製することができる。 Next, as shown in FIG. 6F, an embodiment which is a pixel switching element in a liquid crystal display device by forming a passivation film 7, a planarizing film 8 and a transparent electrode 9 as in the first embodiment. Two semiconductor devices 102 can be manufactured.

半導体装置102によれば、コンタクト層5に接する位置に、コンタクト層5側で比較的高い抵抗値及び広いバンドギャップを有する結晶性変化μc−Si層4cが配置されることから、リーク電流の低減、すなわちオフ特性の向上が可能となる。また、高結晶性μc−Si層4aは、微結晶を含有し、a−Si層に比べて、大きな移動度を有するため、優れたオン特性を発揮することができる。更に、結晶性変化μc−Si層4cは、高結晶性μc−Si層4a側で比較的大きな結晶化率を有することから、結晶性変化μc−Si層4c及び高結晶性μc−Si層4aの界面付近において構造欠陥が発生するのを抑制することができる。したがって、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下を抑制することができるとともに、デバイス特性を向上することができる。 According to the semiconductor device 102, since the crystalline change μc-Si layer 4c having a relatively high resistance value and a wide band gap is disposed on the contact layer 5 side at a position in contact with the contact layer 5, the leakage current is reduced. In other words, off characteristics can be improved. Moreover, since the highly crystalline μc-Si layer 4a contains microcrystals and has a higher mobility than the a-Si layer, it can exhibit excellent on characteristics. Furthermore, since the crystalline change μc-Si layer 4c has a relatively large crystallization rate on the high crystalline μc-Si layer 4a side, the crystalline change μc-Si layer 4c and the highly crystalline μc-Si layer 4a It is possible to suppress the occurrence of structural defects in the vicinity of the interface. Therefore, it is possible to suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to improve device characteristics.

(実施形態3)
実施形態3の半導体装置について説明する。なお、本実施形態と実施形態1及び2とで重複する内容については説明を省略するとともに、同様の機能を発揮する構成部材については同一の符号を付した。図7は、実施形態3の半導体装置の断面模式図である。
(Embodiment 3)
A semiconductor device according to the third embodiment will be described. In addition, while omitting description about the content which overlaps with this embodiment and Embodiment 1 and 2, the same code | symbol was attached | subjected about the structural member which exhibits the same function. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device of the third embodiment.

半導体装置103は、図7に示すように、実施形態1の半導体装置101と半導体層4の構成が異なる。すなわち、半導体層4は、コンタクト層5側から順に、アモルファス(非晶質)シリコン層(a−Si層)4dと、低結晶性μc−Si層4bと、微結晶を含有し、かつ低結晶性μc−Si層4bよりも大きな結晶化率を有する高結晶性μc−Si層4aとが積層されている。このように、半導体装置103は、バッファ半導体層として低結晶性μc−Si層4bを有する。 As shown in FIG. 7, the semiconductor device 103 differs from the semiconductor device 101 of the first embodiment in the configuration of the semiconductor layer 4. That is, the semiconductor layer 4 contains, in order from the contact layer 5 side, an amorphous (amorphous) silicon layer (a-Si layer) 4d, a low crystalline μc-Si layer 4b, and a microcrystal. A highly crystalline μc-Si layer 4a having a larger crystallization rate than the crystalline μc-Si layer 4b is laminated. Thus, the semiconductor device 103 has the low crystalline μc-Si layer 4b as a buffer semiconductor layer.

以下に、実施形態3の半導体装置の製造方法について説明する。なお、本実施形態の製造方法と実施形態1及び2の製造方法とで重複する内容については説明を省略する。図8(a)〜(f)は、各製造工程における実施形態3の半導体装置の断面模式図である。 Below, the manufacturing method of the semiconductor device of Embodiment 3 is demonstrated. In addition, description is abbreviate | omitted about the content which overlaps with the manufacturing method of this embodiment, and the manufacturing method of Embodiment 1 and 2. FIG. 8A to 8F are schematic cross-sectional views of the semiconductor device of Embodiment 3 in each manufacturing process.

まず、図8(a)に示すように、実施形態1と同様にして絶縁基板1上にゲート電極2を形成する。 First, as shown in FIG. 8A, the gate electrode 2 is formed on the insulating substrate 1 in the same manner as in the first embodiment.

次に、図8(b)に示すように、実施形態1と同様に、ゲート絶縁膜3としてシリコン窒化膜(SiNx膜)を成膜する。続いて、高結晶性μc−Si層4a、低結晶性μc−Si層4b、a−Si層4d、及び、コンタクト層5としてn−Si層を成膜する。ここで、シリコン窒化膜及びa−Si層4dは、平行平板型プラズマCVD装置により形成され、微結晶を有する高結晶性μc−Si層4a及び低結晶性μc−Si層4bは、高密度プラズマCVD装置(ICP方式、表面波プラズマ方式又はECR方式)で形成される。これらの膜は、マルチチャンバー型装置により成膜され、真空中にて順次形成される。なお、a−Si層については、一般的なa−SiTFTプロセスと同様の成膜条件でよい。 Next, as shown in FIG. 8B, as in the first embodiment, a silicon nitride film (SiNx film) is formed as the gate insulating film 3. Subsequently, an n + -Si layer is formed as the high crystalline μc-Si layer 4 a, the low crystalline μc-Si layer 4 b, the a-Si layer 4 d, and the contact layer 5. Here, the silicon nitride film and the a-Si layer 4d are formed by a parallel plate type plasma CVD apparatus, and the high crystalline μc-Si layer 4a and the low crystalline μc-Si layer 4b having microcrystals are high-density plasma. It is formed by a CVD apparatus (ICP method, surface wave plasma method or ECR method). These films are formed by a multi-chamber apparatus and sequentially formed in a vacuum. The a-Si layer may have the same film formation conditions as a general a-Si TFT process.

高結晶性μc−Si層4a及び低結晶性μc−Si層4bは、実施形態1と同様の成膜条件により形成される。また、低結晶性μc−Si層4bは、実施形態1と同様に、容量結合型CVD装置を用いて形成されてもよい。 The high crystalline μc-Si layer 4a and the low crystalline μc-Si layer 4b are formed under the same film forming conditions as in the first embodiment. The low crystalline μc-Si layer 4b may be formed using a capacitively coupled CVD apparatus as in the first embodiment.

高結晶性μc−Si層4aの膜厚は、好ましくは20〜70nm(本実施形態においては30nm)とし、低結晶性μc−Si層4bの膜厚は、好ましくは5〜25nm(本実施形態においては10nm)とし、a−Si層4dの膜厚は、好ましくは5〜30nm(本実施形態においては20nm)とする。なお、高結晶性μc−Si層4aの膜厚が70nmを超えると、オフ電流が著しく増加することがあり、20nm未満であると、オン電流が著しく低下することがある。また、低結晶性μc−Si層4bの膜厚が25nmを超えると、低結晶性μc−Si層における欠陥密度が著しく増加することがあり、5nm未満であると、バッファ層として機能しないことがある。更に、a−Si層4dの膜厚が30nmを超えると、オン電流が著しく低下することがあり、5nm未満であると、オフ電流が著しく増加することがある。 The film thickness of the high crystalline μc-Si layer 4a is preferably 20 to 70 nm (30 nm in the present embodiment), and the film thickness of the low crystallinity μc-Si layer 4b is preferably 5 to 25 nm (this embodiment). And the thickness of the a-Si layer 4d is preferably 5 to 30 nm (20 nm in the present embodiment). Note that when the film thickness of the highly crystalline μc-Si layer 4a exceeds 70 nm, the off-current may increase remarkably, and when it is less than 20 nm, the on-current may remarkably decrease. Further, when the thickness of the low crystalline μc-Si layer 4b exceeds 25 nm, the defect density in the low crystalline μc-Si layer may remarkably increase, and when it is less than 5 nm, it may not function as a buffer layer. is there. Furthermore, if the thickness of the a-Si layer 4d exceeds 30 nm, the on-current may be significantly reduced, and if it is less than 5 nm, the off-current may be significantly increased.

なお、半導体層4は、実施形態1と同様に、各構成層の間に界面を有していてもよいし、有さなくてもよいが、膜剥がれをより効果的に抑制する観点からは、界面を有さないことが好ましい。この場合、本実施形態においては、高結晶性μc−Si層4a、低結晶性μc−Si層4b及びa−Si層4dを連続的に成膜すればよく、より具体的には、成膜を中断することなく、高結晶性μc−Si層4aの成膜圧力から低結晶性μc−Si層4bの成膜条件、a−Si層4dの成膜条件へと変化させればよい。一方、各構成層の間に界面を形成する場合は、ある構成層(本実施形態においては高結晶性μc−Si層4a又は低結晶性μc−Si層4b)を成膜した後、いったん成膜を中断し、そして、次の構成層(本実施形態においては低結晶性μc−Si層4b又はa−Si層4d)を成膜すればよい。 The semiconductor layer 4 may or may not have an interface between the constituent layers as in the first embodiment, but from the viewpoint of more effectively suppressing film peeling. It is preferable not to have an interface. In this case, in the present embodiment, the high crystalline μc-Si layer 4a, the low crystalline μc-Si layer 4b, and the a-Si layer 4d may be continuously formed. The film forming pressure of the high crystalline μc-Si layer 4a may be changed to the film forming conditions of the low crystalline μc-Si layer 4b and the film forming conditions of the a-Si layer 4d without interruption. On the other hand, when an interface is formed between the constituent layers, after forming a constituent layer (in this embodiment, the high crystalline μc-Si layer 4a or the low crystalline μc-Si layer 4b), the constituent layers are once formed. The film may be interrupted, and the next constituent layer (low crystalline μc-Si layer 4b or a-Si layer 4d in this embodiment) may be formed.

次に、実施形態1と同様に、高結晶性μc−Si層4a、低結晶性μc−Si層4b、a−Si層4d及びコンタクト層5をフォトリソ法によりパターニングして、図8(c)に示すように、活性層(I島)を形成する。 Next, similarly to the first embodiment, the high crystalline μc-Si layer 4a, the low crystalline μc-Si layer 4b, the a-Si layer 4d, and the contact layer 5 are patterned by the photolithography method, and FIG. The active layer (I island) is formed as shown in FIG.

次に、図8(d)に示すように、実施形態1と同様に、フォトレジスト20のパターニングとAl/Mo積層膜からなるソース/ドレイン電極6の形成とを行う。 Next, as shown in FIG. 8D, the patterning of the photoresist 20 and the formation of the source / drain electrode 6 made of an Al / Mo laminated film are performed as in the first embodiment.

次に、図8(e)に示すように、実施形態1と同様に、n−Si層をエッチングすることによって、ソース/ドレイン領域の分離を行う。 Next, as shown in FIG. 8E, the source / drain regions are separated by etching the n + -Si layer, as in the first embodiment.

次に、図8(f)に示すように、実施形態1と同様に、パッシベーション膜7、平坦化膜8及び透明電極9を形成することによって、液晶表示装置における画素のスイッチング素子である実施形態3の半導体装置103を作製することができる。 Next, as shown in FIG. 8 (f), an embodiment which is a pixel switching element in a liquid crystal display device by forming a passivation film 7, a planarizing film 8 and a transparent electrode 9, as in the first embodiment. 3 semiconductor devices 103 can be manufactured.

半導体装置103によれば、コンタクト層5に接する位置に、高い抵抗値及び広いバンドギャップを有するa−Si層4dが配置されることから、より効果的なリーク電流の低減、すなわちより効果的なオフ特性の向上が可能となる。また、高結晶性μc−Si層4aは、微結晶を含有し、a−Si層4dに比べて、大きな移動度を有するため、優れたオン特性を発揮することができる。更に、低結晶性μc−Si及び高結晶性μc−Siの間における構造変化と、低結晶性μc−Si及びa−Siの間における構造変化とは、a−Si及び高結晶性μc−Siの間における構造変化よりも小さいことから、半導体層4中の界面付近において構造欠陥が発生するのを抑制することができる。したがって、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下を抑制することができるとともに、デバイス特性を向上することができる。そして、低結晶性μc−Si層4bがバッファ層として機能することにより、a−Si層4d及び高結晶性μc−Si層4aの間の応力差が緩和されることになるので、膜の密着性が向上し、膜剥がれの発生を抑制することができる。 According to the semiconductor device 103, since the a-Si layer 4d having a high resistance value and a wide band gap is disposed at a position in contact with the contact layer 5, more effective leakage current reduction, that is, more effective. The off characteristics can be improved. In addition, the highly crystalline μc-Si layer 4a contains microcrystals and has a higher mobility than the a-Si layer 4d, and thus can exhibit excellent on characteristics. Furthermore, the structural change between the low crystalline μc-Si and the high crystalline μc-Si and the structural change between the low crystalline μc-Si and a-Si are a-Si and high crystalline μc-Si. Therefore, the occurrence of structural defects near the interface in the semiconductor layer 4 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to improve device characteristics. Since the low crystalline μc-Si layer 4b functions as a buffer layer, the stress difference between the a-Si layer 4d and the highly crystalline μc-Si layer 4a is alleviated, so that the film adheres to the film. Property can be improved and the occurrence of film peeling can be suppressed.

(実施形態4)
実施形態4の半導体装置について説明する。なお、本実施形態と実施形態1〜3とで重複する内容については説明を省略するとともに、同様の機能を発揮する構成部材については同一の符号を付した。図9は、実施形態4の半導体装置の断面模式図である。
(Embodiment 4)
A semiconductor device according to the fourth embodiment will be described. In addition, while omitting description about the content which overlaps with this embodiment and Embodiment 1-3, the same code | symbol was attached | subjected about the structural member which exhibits the same function. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device of the fourth embodiment.

半導体装置104は、図9に示すように、実施形態3の半導体装置103と半導体層4の構成が異なる。すなわち、半導体層4は、コンタクト層5側から順に、a−Si層4dと、結晶性変化μc−Si層4cと、微結晶を含有し、かつ結晶性変化μc−Si層以上の結晶化率を有する高結晶性μc−Si層4aとが積層されている。このように、半導体装置104は、バッファ半導体層として結晶性変化μc−Si層4cを有する。 As shown in FIG. 9, the semiconductor device 104 differs from the semiconductor device 103 according to the third embodiment in the configuration of the semiconductor layer 4. That is, the semiconductor layer 4 includes, in order from the contact layer 5 side, the a-Si layer 4d, the crystallinity change μc-Si layer 4c, and the crystallinity of the crystallinity change μc-Si layer or higher. And a highly crystalline μc-Si layer 4a having the same structure. Thus, the semiconductor device 104 has the crystallinity change μc-Si layer 4c as a buffer semiconductor layer.

実施形態4の半導体装置の製造方法については、上述の実施形態1〜3の製造方法を適宜用いることによって容易に作製することができるので、その説明を省略する。なお、高結晶性μc−Si層4a、結晶性変化μc−Si層4c及びa−Si層4dの膜厚としては、実施形態3と同様の観点から、それぞれ、好ましくは20〜70nm、5〜25nm、5〜30nmとする。 About the manufacturing method of the semiconductor device of Embodiment 4, since it can produce easily by using suitably the manufacturing method of the above-mentioned Embodiment 1-3, the description is abbreviate | omitted. The film thicknesses of the high crystalline μc-Si layer 4a, the crystalline change μc-Si layer 4c, and the a-Si layer 4d are preferably 20 to 70 nm and 5 to 5 nm, respectively, from the same viewpoint as in the third embodiment. 25 nm and 5 to 30 nm.

半導体装置104によれば、コンタクト層5に接する位置に、高い抵抗値及び広いバンドギャップを有するa−Si層4dが配置されることから、より効果的なリーク電流の低減、すなわちより効果的なオフ特性の向上が可能となる。また、高結晶性μc−Si層4aは、微結晶を含有し、a−Si層4dに比べて、大きな移動度を有するため、優れたオン特性を発揮することができる。更に、結晶性変化μc−Si層4cは、a−Si層4d側で比較的小さな結晶化率を有し、高結晶性μc−Si層4a側で比較的大きな結晶化率を有することから、半導体層4中の界面付近において構造欠陥が発生するのを抑制することができる。したがって、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下を抑制することができるとともに、デバイス特性を向上することができる。そして、結晶性変化μc−Si層4cがバッファ層として機能することにより、a−Si層4d及び高結晶性μc−Si層4aの間の応力差が緩和されることになるので、膜の密着性が向上し、膜剥がれの発生を抑制することができる。 According to the semiconductor device 104, since the a-Si layer 4d having a high resistance value and a wide band gap is disposed at a position in contact with the contact layer 5, more effective leakage current reduction, that is, more effective. The off characteristics can be improved. In addition, the highly crystalline μc-Si layer 4a contains microcrystals and has a higher mobility than the a-Si layer 4d, and thus can exhibit excellent on characteristics. Further, since the crystalline change μc-Si layer 4c has a relatively small crystallization rate on the a-Si layer 4d side and a relatively large crystallization rate on the high crystalline μc-Si layer 4a side, Generation of structural defects in the vicinity of the interface in the semiconductor layer 4 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to improve device characteristics. Since the crystalline change μc-Si layer 4c functions as a buffer layer, the stress difference between the a-Si layer 4d and the highly crystalline μc-Si layer 4a is alleviated. Property can be improved and the occurrence of film peeling can be suppressed.

(実施形態5)
実施形態5の半導体装置について説明する。なお、本実施形態と実施形態1〜4とで重複する内容については説明を省略するとともに、同様の機能を発揮する構成部材については同一の符号を付した。図10は、実施形態5の半導体装置の断面模式図である。
(Embodiment 5)
A semiconductor device according to the fifth embodiment will be described. In addition, while omitting description about the content which overlaps with this embodiment and Embodiment 1-4, the same code | symbol was attached | subjected about the structural member which exhibits the same function. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device of the fifth embodiment.

半導体装置105は、図10に示すように、絶縁基板1上に、ゲート電極2に対向する領域以外の半導体層4の下方に配置された導電層11及びコンタクト層5、平面視島形状の半導体層4、ゲート絶縁膜3、及び、ゲート電極2が積層された構造と、コンタクト層5に対向する領域のゲート絶縁膜3上に配置され、かつゲート絶縁膜3、半導体層4及びコンタクト層5に形成されたコンタクトホール12を介してコンタクト層5及び導電層11に接合されることによって半導体層4と電気的に接続されたソース/ドレイン電極6とを有する。このように、半導体装置105は、トップゲート構造を有する。また、半導体装置105は、絶縁基板1を覆うように形成されたパッシベーション膜7及び平坦化膜8と、平坦化膜8上に形成され、画素電極として機能する透明電極9とを有する。 As shown in FIG. 10, the semiconductor device 105 includes a conductive layer 11 and a contact layer 5 disposed on the insulating substrate 1 below the semiconductor layer 4 other than the region facing the gate electrode 2, and an island-shaped semiconductor in plan view. The structure in which the layer 4, the gate insulating film 3, and the gate electrode 2 are stacked, and the gate insulating film 3, the semiconductor layer 4, and the contact layer 5 are disposed on the gate insulating film 3 in a region facing the contact layer 5. The source / drain electrodes 6 are electrically connected to the semiconductor layer 4 by being bonded to the contact layer 5 and the conductive layer 11 through the contact holes 12 formed in the semiconductor layer 4. As described above, the semiconductor device 105 has a top gate structure. In addition, the semiconductor device 105 includes a passivation film 7 and a planarizing film 8 that are formed so as to cover the insulating substrate 1, and a transparent electrode 9 that is formed on the planarizing film 8 and functions as a pixel electrode.

半導体層4は、コンタクト層5側から順に、a−Si層4dと、低結晶性μc−Si層4bと、微結晶を含有し、かつ低結晶性μc−Si層4bよりも大きな結晶化率を有する高結晶性μc−Si層4aとが積層されている。このように、半導体装置105は、バッファ半導体層として低結晶性μc−Si層4bを有し、実施形態3と同様の半導体層を有する。 The semiconductor layer 4 includes, in order from the contact layer 5 side, an a-Si layer 4d, a low crystalline μc-Si layer 4b, a microcrystal, and a larger crystallization rate than the low crystalline μc-Si layer 4b. And a highly crystalline μc-Si layer 4a having the same structure. As described above, the semiconductor device 105 includes the low crystalline μc-Si layer 4b as a buffer semiconductor layer, and includes the same semiconductor layer as that of the third embodiment.

なお、導電層11は、コンタクト層5とソース/ドレイン電極6との導通をより確実にするためのものである。このような本実施形態の半導体装置105においては、ソース/ドレイン電極6から流れてきた電流は、導電層11からコンタクト層5へと流れ、そして、a−Si層4d、結晶性変化μc−Si層4c及び高結晶性μc−Si層4aへと厚み方向に流れた後、高結晶性μc−Si層4a面内を流れ、その後、逆の経路を辿って、再びもう一方のソース/ドレイン電極6へと流れることとなる。このように、半導体装置105においても、ソース/ドレイン電極6は、主にコンタクト層5を介して半導体層4に電気的に接続されることとなる。 Note that the conductive layer 11 is for ensuring the conduction between the contact layer 5 and the source / drain electrode 6. In such a semiconductor device 105 of this embodiment, the current flowing from the source / drain electrode 6 flows from the conductive layer 11 to the contact layer 5, and the a-Si layer 4 d and the crystallinity change μc-Si. After flowing in the thickness direction to the layer 4c and the highly crystalline μc-Si layer 4a, the layer 4c flows in the plane of the highly crystalline μc-Si layer 4a, and then follows the opposite path to again another source / drain electrode. It will flow to 6. Thus, also in the semiconductor device 105, the source / drain electrode 6 is electrically connected to the semiconductor layer 4 mainly through the contact layer 5.

以下に、実施形態5の半導体装置の製造方法について説明する。図11(a)〜(e)は、各製造工程における実施形態5の半導体装置の断面模式図である。 Below, the manufacturing method of the semiconductor device of Embodiment 5 is demonstrated. 11A to 11E are schematic cross-sectional views of the semiconductor device of Embodiment 5 in each manufacturing process.

まず、図11(a)に示すように、絶縁基板1であるガラス基板上にスパッタリング法によりチタン(Ti)膜を成膜する。次に、実施形態1と同様に、プラズマCVD法によりコンタクト層5としてn−Si層を形成する。Ti膜の膜厚は、50nmとし、n−Si層の膜厚は、60nmとする。その後、これらをフォトリソ法によりパターニングする。積層膜のエッチングは、ドライエッチング法を用いる。 First, as shown in FIG. 11A, a titanium (Ti) film is formed on a glass substrate which is an insulating substrate 1 by a sputtering method. Next, as in the first embodiment, an n + -Si layer is formed as the contact layer 5 by plasma CVD. The thickness of the Ti film is 50 nm, and the thickness of the n + -Si layer is 60 nm. Thereafter, these are patterned by a photolithography method. A dry etching method is used for etching the laminated film.

次に、a−Si層4d、結晶性変化μc−Si層4c及び高結晶性μc−Si層4aを成膜する。ここで、a−Si層4dは、平行平板型プラズマCVD装置により形成され、微結晶を有する高結晶性μc−Si層4a及び結晶性変化μc−Si層4cは、高密度プラズマCVD装置(ICP方式、表面波プラズマ方式又はECR方式)で形成される。これらの膜は、マルチチャンバー型装置により成膜され、真空中にて順次形成される。なお、a−Si層4dについては、一般的なa−SiTFTプロセスと同様の成膜条件でよい。 Next, an a-Si layer 4d, a crystalline change μc-Si layer 4c, and a highly crystalline μc-Si layer 4a are formed. Here, the a-Si layer 4d is formed by a parallel plate type plasma CVD apparatus, and the high crystalline μc-Si layer 4a having microcrystals and the crystalline change μc-Si layer 4c are formed by a high-density plasma CVD apparatus (ICP). System, surface wave plasma system or ECR system). These films are formed by a multi-chamber apparatus and sequentially formed in a vacuum. The a-Si layer 4d may have the same film formation conditions as a general a-Si TFT process.

高結晶性μc−Si層4aは、実施形態1と同様の成膜条件により形成される。一方、結晶性変化μc−Si層4cの成膜条件としては、成膜圧力=1〜500mTorr(1.33×10−1〜6.66×10Pa)の範囲内で設定することが好ましいが、本実施形態では、成膜圧力を60mTorr(8.00Pa)から5mTorr(6.66×10−1Pa)に連続的に、例えば、線形的又は三角関数的に減少させ、SiH/H比率=1/1、基板温度=300℃とする。このように、成膜圧力及びSiH/H比率を制御することより、結晶性変化μc−Si層4cにパーティクルが発生するのを効果的に抑制しつつ、結晶性変化μc−Si層4cの結晶化率を容易に制御することができる。また、成膜圧力を連続的に減少させることにより、結晶性変化μc−Si層4cは、厚み方向で徐々に結晶化率が増加することとなる。より具体的には、本実施形態において、結晶性変化μc−Si層4cの結晶化率は、70%程度から10%程度に増加する。 The highly crystalline μc-Si layer 4a is formed under the same film forming conditions as in the first embodiment. On the other hand, the film formation condition of the crystalline change μc-Si layer 4c is preferably set within the range of film formation pressure = 1 to 500 mTorr (1.33 × 10 −1 to 6.66 × 10 Pa), In the present embodiment, the deposition pressure is continuously decreased from 60 mTorr (8.00 Pa) to 5 mTorr (6.66 × 10 −1 Pa), for example, linearly or trigonometrically, and the SiH 4 / H 2 ratio is reduced. = 1/1, substrate temperature = 300 ° C. In this way, by controlling the film formation pressure and the SiH 4 / H 2 ratio, it is possible to effectively suppress the generation of particles in the crystallinity change μc-Si layer 4c, and the crystallinity change μc-Si layer 4c. The crystallization rate of can be easily controlled. Further, by continuously reducing the film forming pressure, the crystallinity change μc-Si layer 4c gradually increases in the crystallization rate in the thickness direction. More specifically, in this embodiment, the crystallization rate of the crystallinity change μc-Si layer 4c increases from about 70% to about 10%.

なお、a−Si層4d、結晶性変化μc−Si層4c及び高結晶性μc−Si層4aは、容量結合型CVD装置を用いて形成してもよい。この場合、a−Si層4dの成膜条件としては、成膜圧力=0.75〜1.5Torr(1.00×10〜2.00×10Pa)、SiH/H比率=1/1〜1/20の範囲内で設定することが好ましいが、本実施形態では、成膜圧力=1Torr(1.33×10Pa)、SiH/H比率=1/5とする。また、結晶性変化μc−Si層4cの成膜条件としては、成膜圧力=0.70〜3Torr(9.33×10〜4.00×10Pa)、SiH/H比率=1/400〜1/5の範囲内で設定することが好ましいが、本実施形態では、成膜圧力を1Torr(1.33×10Pa)から3Torr(4.00×10Pa)に、SiH/H比率を1/10から1/300に、それぞれ連続的に、例えば、線形的又は三角関数的に変化させる。更に、高結晶性μc−Si層4aの成膜条件としては、成膜圧力=1.5〜3.75Torr(2.00×10〜500×10Pa)、SiH/H比率=1/50〜1/400の範囲内で設定することが好ましいが、本実施形態では、結晶性変化μc−Si層4cの形成後、そのままの成膜条件を維持して、すなわち、成膜圧力=3Torr(4.00×10Pa)、SiH/H比率=1/300とする。また、これらの膜は、基板温度=300℃とし、同一チャンバーにて成膜が行われる。このように、成膜圧力及びSiH/H比率を制御することより、a−Si層4d、結晶性変化μc−Si層4c及び高結晶性μc−Si層4aにパーティクルが発生するのを効果的に抑制しつつ、容易に各層の結晶化率を制御することができる。 The a-Si layer 4d, the crystalline change μc-Si layer 4c, and the highly crystalline μc-Si layer 4a may be formed using a capacitively coupled CVD apparatus. In this case, film formation conditions for the a-Si layer 4d include film formation pressure = 0.75 to 1.5 Torr (1.00 × 10 2 to 2.00 × 10 2 Pa), SiH 4 / H 2 ratio = Although it is preferable to set within the range of 1/1 to 1/20, in this embodiment, the film forming pressure is 1 Torr (1.33 × 10 2 Pa), and the SiH 4 / H 2 ratio is 1/5. . The film formation conditions for the crystalline change μc-Si layer 4c include film formation pressure = 0.70 to 3 Torr (9.33 × 10 to 4.00 × 10 2 Pa), SiH 4 / H 2 ratio = 1. In this embodiment, the film forming pressure is set to 1 Torr (1.33 × 10 2 Pa) to 3 Torr (4.00 × 10 2 Pa), and SiH is set. The 4 / H 2 ratio is continuously changed from 1/10 to 1/300, for example, linearly or trigonometrically. Furthermore, film formation conditions for the highly crystalline μc-Si layer 4a include film formation pressure = 1.5 to 3.75 Torr (2.00 × 10 2 to 500 × 10 2 Pa), SiH 4 / H 2 ratio = Although it is preferable to set within the range of 1/50 to 1/400, in this embodiment, after the formation of the crystalline change μc-Si layer 4c, the film formation conditions are maintained as they are, that is, the film formation pressure. = 3 Torr (4.00 × 10 2 Pa), SiH 4 / H 2 ratio = 1/300. These films are formed in the same chamber with the substrate temperature = 300 ° C. In this way, by controlling the film forming pressure and the SiH 4 / H 2 ratio, particles are generated in the a-Si layer 4d, the crystalline change μc-Si layer 4c, and the highly crystalline μc-Si layer 4a. It is possible to easily control the crystallization rate of each layer while suppressing effectively.

高結晶性μc−Si層4aの膜厚は、好ましくは20〜70nm(本実施形態では30nm)とし、結晶性変化μc−Si層4cの膜厚は、好ましくは5〜25nm(本実施形態では20nm)とし、a−Si層4dの膜厚は、好ましくは5〜30nm(本実施形態では10nm)とする。なお、高結晶性μc−Si層4aの膜厚が70nmを超えると、オフ電流が著しく増加することがあり、20nm未満であると、オン電流が著しく低下することがある。また、結晶性変化μc−Si層4cの膜厚が25nmを超えると、結晶性変化μc−Si層4cにおける欠陥密度が著しく増加することがあり、5nm未満であると、バッファ層として機能しないことがある。更に、a−Si層4dの膜厚が30nmを超えると、オン電流が著しく低下することがあり、5nm未満であると、オフ電流が著しく増加することがある。 The film thickness of the highly crystalline μc-Si layer 4a is preferably 20 to 70 nm (30 nm in the present embodiment), and the film thickness of the crystalline change μc-Si layer 4c is preferably 5 to 25 nm (in this embodiment). 20 nm), and the film thickness of the a-Si layer 4d is preferably 5 to 30 nm (10 nm in this embodiment). Note that when the film thickness of the highly crystalline μc-Si layer 4a exceeds 70 nm, the off-current may increase remarkably, and when it is less than 20 nm, the on-current may remarkably decrease. Further, when the film thickness of the crystalline change μc-Si layer 4c exceeds 25 nm, the defect density in the crystalline change μc-Si layer 4c may increase remarkably, and when it is less than 5 nm, it does not function as a buffer layer. There is. Furthermore, if the thickness of the a-Si layer 4d exceeds 30 nm, the on-current may be significantly reduced, and if it is less than 5 nm, the off-current may be significantly increased.

なお、半導体層4は、実施形態1と同様に、各構成層の間に界面を有していてもよいし、有さなくてもよいが、膜剥がれをより効果的に抑制する観点からは、界面を有さないことが好ましい。この場合、本実施形態においては、高結晶性μc−Si層4a、結晶性変化μc−Si層4c及びa−Si層4dを連続的に成膜すればよく、より具体的には、成膜を中断することなく、高結晶性μc−Si層4aの成膜圧力から結晶性変化μc−Si層4cの成膜条件、a−Si層4dの成膜条件へと変化させればよい。一方、各構成層の間に界面を形成する場合は、ある構成層(本実施形態においては高結晶性μc−Si層4a又は結晶性変化μc−Si層4c)を成膜した後、いったん成膜を中断し、そして、次の構成層(本実施形態においては結晶性変化μc−Si層4c又はa−Si層4d)を成膜すればよい。 The semiconductor layer 4 may or may not have an interface between the constituent layers as in the first embodiment, but from the viewpoint of more effectively suppressing film peeling. It is preferable not to have an interface. In this case, in this embodiment, the high crystalline μc-Si layer 4a, the crystalline change μc-Si layer 4c, and the a-Si layer 4d may be continuously formed. The film formation pressure of the high crystalline μc-Si layer 4a may be changed to the film formation conditions of the crystalline change μc-Si layer 4c and the film formation conditions of the a-Si layer 4d without interruption. On the other hand, when forming an interface between the constituent layers, after forming a constituent layer (in this embodiment, the high crystalline μc-Si layer 4a or the crystalline change μc-Si layer 4c), the constituent layers are once formed. The film may be interrupted, and the next constituent layer (in this embodiment, the crystalline change μc-Si layer 4c or the a-Si layer 4d) may be formed.

次に、図11(b)に示すように、実施形態1と同様に、高結晶性μc−Si層4a、結晶性変化μc−Si層4c及びコンタクト層5をフォトリソ法によりパターニングして、活性層(I島)を形成する。 Next, as shown in FIG. 11B, the high crystalline μc-Si layer 4a, the changed crystalline μc-Si layer 4c, and the contact layer 5 are patterned by a photolithographic method in the same way as in the first embodiment, and activated. A layer (I island) is formed.

次に、図11(c)に示すように、実施形態1と同様に、プラズマCVD法によりゲート絶縁膜3として膜厚400nmのシリコン窒化膜(SiNx膜)を成膜する。なお、本実施形態においては、シリコン酸化膜(SiOx)を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 11C, a silicon nitride film (SiNx film) having a film thickness of 400 nm is formed as the gate insulating film 3 by plasma CVD as in the first embodiment. In the present embodiment, a silicon oxide film (SiOx) may be used.

次に、図11(d)に示すように、ドライエッチング法によりコンタクトホール12を形成した後、スパッタリング法によりチタン(Ti)/アルミニウム(Al)/チタン(Ti)積層膜を形成する。膜厚は、それぞれTi=50nm、Al=100nm、Ti=50nmとする。そして、ウェットエッチング法により積層膜のエッチングを行うことによってゲート電極2及びソース/ドレイン電極6とする。なお、エッチャントとしてはSLAエッチャントを用いる。 Next, as shown in FIG. 11D, after forming the contact hole 12 by a dry etching method, a titanium (Ti) / aluminum (Al) / titanium (Ti) laminated film is formed by a sputtering method. The film thicknesses are Ti = 50 nm, Al = 100 nm, and Ti = 50 nm, respectively. Then, the gate electrode 2 and the source / drain electrode 6 are formed by etching the laminated film by a wet etching method. Note that an SLA etchant is used as the etchant.

次に、図11(e)に示すように、実施形態1と同様に、パッシベーション膜7、平坦化膜8及び透明電極9を形成することによって、液晶表示装置における画素のスイッチング素子である実施形態5の半導体装置105を作製することができる。 Next, as shown in FIG. 11E, an embodiment which is a pixel switching element in a liquid crystal display device by forming a passivation film 7, a planarizing film 8 and a transparent electrode 9 as in the first embodiment. 5 semiconductor devices 105 can be manufactured.

半導体装置105によれば、実施形態4と同様に、より効果的なリーク電流の低減、すなわちより効果的なオフ特性の向上が可能となる。また、優れたオン特性を発揮することができる。更に、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下を抑制することができるとともに、デバイス特性を向上することができる。そして、膜剥がれの発生を抑制することができる。また、半導体装置105は、トップゲート構造を有し、高結晶性μc−Si層4aのゲート絶縁膜3側の結晶化率をより高くし易いことから、高結晶性μc−Si層4aは、ボトムゲート構造と比べて、より高い移動度を実現することが可能となる。 According to the semiconductor device 105, as in the fourth embodiment, it is possible to reduce the leakage current more effectively, that is, to improve the off characteristic more effectively. In addition, excellent on-characteristics can be exhibited. Further, it is possible to suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to traps at the interface, and it is possible to improve device characteristics. And generation | occurrence | production of film | membrane peeling can be suppressed. In addition, since the semiconductor device 105 has a top gate structure and the crystallization ratio on the gate insulating film 3 side of the high crystalline μc-Si layer 4a is easily increased, the high crystalline μc-Si layer 4a is Compared with the bottom gate structure, higher mobility can be realized.

(実施形態6)
実施形態6の半導体装置について説明する。なお、本実施形態と実施形態1〜5とで重複する内容については説明を省略するとともに、同様の機能を発揮する構成部材については同一の符号を付した。図12は、実施形態6の半導体装置の断面模式図である。
(Embodiment 6)
A semiconductor device according to the sixth embodiment will be described. In addition, while omitting description about the content which overlaps with this embodiment and Embodiment 1-5, the same code | symbol was attached | subjected about the structural member which exhibits the same function. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device of the sixth embodiment.

半導体装置106は、図12に示すように、絶縁基板1上に、平面視島形状の半導体層4、ゲート電極2に対向する領域以外の半導体層4上に配置されたコンタクト層5、ゲート絶縁膜4、及び、ゲート電極5が積層された構造と、コンタクト層5に対向する領域のゲート絶縁膜3上に配置され、かつゲート絶縁膜3に形成されたコンタクトホール12を介してコンタクト層5に接合されることによって半導体層4と電気的に接続されたソース/ドレイン電極6とを有する。このように、半導体装置106は、コプラナ型のトップゲート構造を有する。 As shown in FIG. 12, the semiconductor device 106 includes an insulating substrate 1, a semiconductor layer 4 having an island shape in plan view, a contact layer 5 disposed on the semiconductor layer 4 other than a region facing the gate electrode 2, and gate insulation. The structure in which the film 4 and the gate electrode 5 are stacked, and the contact layer 5 is disposed on the gate insulating film 3 in a region facing the contact layer 5 and through the contact hole 12 formed in the gate insulating film 3. And the source / drain electrode 6 electrically connected to the semiconductor layer 4. As described above, the semiconductor device 106 has a coplanar top gate structure.

半導体層4は、コンタクト層5側から順に、低結晶性μc−Si層4bと、微結晶を含有し、かつ低結晶性μc−Si層4bよりも大きな結晶化率を有する高結晶性μc−Si層4aとが積層されている。このように、半導体装置106は、実施形態1と同様の半導体層を有する。 The semiconductor layer 4 includes, in order from the contact layer 5 side, a low crystallinity μc-Si layer 4b, a high crystallinity μc− that contains microcrystals and has a higher crystallization rate than the low crystallinity μc-Si layer 4b. The Si layer 4a is laminated. As described above, the semiconductor device 106 includes the same semiconductor layer as that in the first embodiment.

以下に、実施形態6の半導体装置の製造方法について説明する。図13(a)〜(d)は、各製造工程における実施形態6の半導体装置の断面模式図である。 Below, the manufacturing method of the semiconductor device of Embodiment 6 is demonstrated. 13A to 13D are schematic cross-sectional views of the semiconductor device of Embodiment 6 in each manufacturing process.

まず、図13(a)に示すように、絶縁基板1であるガラス基板上に、プラズマCVD法により高結晶性μc−Si層4a、低結晶性μc−Si層4b、及び、コンタクト層5であるn−Si層、を形成する。ここで、微結晶を有する高結晶性μc−Si層4a及び低結晶性μc−Si層4bは、高密度プラズマCVD装置(ICP方式、表面波プラズマ方式又はECR方式)で形成される。これらの膜は、マルチチャンバー型装置により成膜され、真空中にて順次形成される。なお、n−Si層については、一般的なa−SiTFTプロセスと同様の成膜条件でよく、また、実施形態1と同様に形成される。 First, as shown in FIG. 13A, a high crystalline μc-Si layer 4a, a low crystalline μc-Si layer 4b, and a contact layer 5 are formed on a glass substrate which is an insulating substrate 1 by a plasma CVD method. A certain n + -Si layer is formed. Here, the high crystalline μc-Si layer 4a and the low crystalline μc-Si layer 4b having microcrystals are formed by a high-density plasma CVD apparatus (ICP method, surface wave plasma method, or ECR method). These films are formed by a multi-chamber apparatus and sequentially formed in a vacuum. Note that the n + -Si layer may have the same film formation conditions as those of a general a-Si TFT process, and is formed in the same manner as in the first embodiment.

高結晶性μc−Si層4a及び低結晶性μc−Si層4bは、実施形態1と同様の成膜条件により形成される。高結晶性μc−Si層4aの膜厚は、好ましくは20〜70nm(本実施形態においては40nm)とし、低結晶性μc−Si層4bの膜厚は、好ましくは5〜25nm(本実施形態においては10nm)とする。なお、高結晶性μc−Si層4aの膜厚が70nmを超えると、オフ電流が著しく増加することがあり、20nm未満であると、オン電流が著しく低下することがある。また、低結晶性μc−Si層4bの膜厚が25nmを超えると、オン電流が著しく低下することがあり、5nm未満であると、オフ電流が著しく増加することがある。 The high crystalline μc-Si layer 4a and the low crystalline μc-Si layer 4b are formed under the same film forming conditions as in the first embodiment. The film thickness of the highly crystalline μc-Si layer 4a is preferably 20 to 70 nm (40 nm in the present embodiment), and the film thickness of the low crystallinity μc-Si layer 4b is preferably 5 to 25 nm (this embodiment). 10 nm). Note that when the film thickness of the highly crystalline μc-Si layer 4a exceeds 70 nm, the off-current may increase remarkably, and when it is less than 20 nm, the on-current may remarkably decrease. On the other hand, if the thickness of the low crystalline μc-Si layer 4b exceeds 25 nm, the on-current may be significantly reduced, and if it is less than 5 nm, the off-current may be significantly increased.

なお、半導体層4は、実施形態1と同様に、各構成層の間に界面を有していてもよいし、有さなくてもよいが、膜剥がれをより効果的に抑制する観点からは、界面を有さないことが好ましい。 The semiconductor layer 4 may or may not have an interface between the constituent layers as in the first embodiment, but from the viewpoint of more effectively suppressing film peeling. It is preferable not to have an interface.

次に、高結晶性μc−Si層4a、低結晶性μc−Si層4b及びコンタクト層5をドライエッチング法によりパターニングして、活性層(I島)を形成した後、図13(b)に示すように、ドライエッチング法によりコンタクト層5であるn−Si層をエッチングすることによって、ソース/ドレイン領域の分離を行う。 Next, after patterning the high crystalline μc-Si layer 4a, the low crystalline μc-Si layer 4b, and the contact layer 5 by a dry etching method to form an active layer (I island), FIG. As shown, the source / drain regions are separated by etching the n + -Si layer, which is the contact layer 5, by dry etching.

次に、図13(c)に示すように、実施形態1と同様にして、プラズマCVD法によりゲート絶縁膜3として膜厚400nmのシリコン窒化膜(SiNx膜)を成膜する。なお、本実施形態においては、シリコン酸化膜(SiOx)を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 13C, a silicon nitride film (SiNx film) having a film thickness of 400 nm is formed as the gate insulating film 3 by plasma CVD as in the first embodiment. In the present embodiment, a silicon oxide film (SiOx) may be used.

次に、図13(d)に示すように、ドライエッチング法によりコンタクトホール12を形成した後、スパッタリング法によりチタン(Ti)/アルミニウム(Al)/チタン(Ti)積層膜を形成する。膜厚は、それぞれTi=50nm、Al=100nm、Ti=50nmとする。そして、積層膜のエッチングを行うことによってゲート電極2及びソース/ドレイン電極6とする。 Next, as shown in FIG. 13D, after the contact hole 12 is formed by dry etching, a titanium (Ti) / aluminum (Al) / titanium (Ti) laminated film is formed by sputtering. The film thicknesses are Ti = 50 nm, Al = 100 nm, and Ti = 50 nm, respectively. Then, the gate electrode 2 and the source / drain electrode 6 are formed by etching the laminated film.

次に、図12で示したように、パッシベーション膜7を形成することによって、液晶表示装置における画素のスイッチング素子である実施形態6の半導体装置106を作製することができる。 Next, as shown in FIG. 12, by forming the passivation film 7, the semiconductor device 106 according to the sixth embodiment which is a pixel switching element in the liquid crystal display device can be manufactured.

半導体装置106によれば、実施形態1と同様に、リーク電流の低減、すなわちオフ特性の向上が可能となる。また、優れたオン特性を発揮することができる。更に、優れたオン特性を維持することができる。そして、界面におけるトラップ等に起因するオン特性、オフ特性及び信頼性の低下を抑制することができるとともに、デバイス特性を向上することができる。 According to the semiconductor device 106, as in the first embodiment, the leakage current can be reduced, that is, the off characteristics can be improved. In addition, excellent on-characteristics can be exhibited. Furthermore, excellent on-characteristics can be maintained. In addition, it is possible to suppress a decrease in on-characteristics, off-characteristics, and reliability due to a trap or the like at the interface, and it is possible to improve device characteristics.

実施形態1の半導体装置の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment. (a)〜(f)は、各製造工程における実施形態1の半導体装置の断面模式図である。(A)-(f) is a cross-sectional schematic diagram of the semiconductor device of Embodiment 1 in each manufacturing process. 高密度プラズマCVD装置を用いてμc−Si層を形成した場合の半導体層の拡大断面模式図である。It is an expanded section schematic diagram of a semiconductor layer at the time of forming a μc-Si layer using a high-density plasma CVD apparatus. 容量結合型CVD装置を用いてμc−Si層を形成した場合の半導体層の拡大断面模式図である。It is an expanded section schematic diagram of a semiconductor layer at the time of forming a μc-Si layer using a capacity coupling type CVD apparatus. 実施形態2の半導体装置の断面模式図である。6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to Embodiment 2. FIG. (a)〜(f)は、各製造工程における実施形態2の半導体装置の断面模式図である。(A)-(f) is a cross-sectional schematic diagram of the semiconductor device of Embodiment 2 in each manufacturing process. 実施形態3の半導体装置の断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment. (a)〜(f)は、各製造工程における実施形態3の半導体装置の断面模式図である。(A)-(f) is a cross-sectional schematic diagram of the semiconductor device of Embodiment 3 in each manufacturing process. 実施形態4の半導体装置の断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施形態5の半導体装置の断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a fifth embodiment. (a)〜(e)は、各製造工程における実施形態5の半導体装置の断面模式図である。(A)-(e) is a cross-sectional schematic diagram of the semiconductor device of Embodiment 5 in each manufacturing process. 実施形態6の半導体装置の断面模式図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a sixth embodiment. (a)〜(d)は、各製造工程における実施形態6の半導体装置の断面模式図である。(A)-(d) is a cross-sectional schematic diagram of the semiconductor device of Embodiment 6 in each manufacturing process. チャネル層がアモルファス(非晶質)シリコン(a−Si)からなる従来の半導体装置(TFT)を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the conventional semiconductor device (TFT) in which a channel layer consists of amorphous (amorphous) silicon (a-Si). チャネル層が微結晶シリコン(μc−Si)からなる従来の半導体装置(TFT)を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram showing a conventional semiconductor device (TFT) whose channel layer is made of microcrystalline silicon (μc-Si). 従来の半導体装置(Si層/ゲート絶縁膜(GI)=a−Si/SiNx)と別の従来の半導体装置(Si層/ゲート絶縁膜(GI)=μc−Si/SiOx及びSi層/ゲート絶縁膜(GI)=μc−Si/SiNx)のVgd(ゲート/ドレイン電圧)−Ids(ドレイン/ソース電流)特性を示すグラフである。Conventional semiconductor device (Si layer / gate insulating film (GI) = a-Si / SiNx) and another conventional semiconductor device (Si layer / gate insulating film (GI) = μc-Si / SiOx and Si layer / gate insulation) It is a graph which shows the Vgd (gate / drain voltage) -Ids (drain / source current) characteristic of a film | membrane (GI) = (micro | micron | mu) c-Si / SiNx). 半導体層がμc−Si層とa−Si層との積層構造からなる従来の半導体装置(TFT)を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram showing a conventional semiconductor device (TFT) in which a semiconductor layer has a laminated structure of a μc-Si layer and an a-Si layer.

符号の説明Explanation of symbols

1:絶縁基板
2:ゲート電極
3:ゲート絶縁膜
4:半導体層
4a:高結晶性μc−Si層
4b:低結晶性μc−Si層
4c:結晶性変化μc−Si層
4d:a−Si層
4e:μc−Si層
5:コンタクト層
6:ソース/ドレイン電極
7:パッシベーション膜
8:平坦化膜
9:透明電極
10:エッチングストッパ層
11:導電層
12:コンタクトホール
20:フォトレジスト
101、102、103、104、105、106、111、112、113:半導体装置
1: Insulating substrate 2: Gate electrode 3: Gate insulating film 4: Semiconductor layer 4a: High crystalline μc-Si layer 4b: Low crystalline μc-Si layer 4c: Crystallinity change μc-Si layer 4d: a-Si layer 4e: μc-Si layer 5: contact layer 6: source / drain electrode 7: passivation film 8: planarization film 9: transparent electrode 10: etching stopper layer 11: conductive layer 12: contact hole 20: photoresist 101, 102, 103, 104, 105, 106, 111, 112, 113: Semiconductor device

Claims (58)

絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置であって、
該半導体層は、コンタクト層側から順に、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層と、低結晶性半導体層よりも大きな結晶化率を有する高結晶性半導体層とが積層された構造を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. And
In order from the contact layer side, the semiconductor layer includes a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed, and a high crystalline semiconductor layer having a higher crystallization rate than the low crystalline semiconductor layer. A semiconductor device having the structure described above.
絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置であって、
該半導体層は、コンタクト層側から順に、結晶化率が厚み方向で変化する結晶性変化半導体層と、結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とが積層された構造を有し、
該結晶性変化半導体層は、高結晶性半導体層側からコンタクト層側に結晶化率が連続的に減少することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. And
The semiconductor layer has a structure in which, from the contact layer side, a crystalline change semiconductor layer in which the crystallization rate changes in the thickness direction and a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate higher than that of the crystalline change semiconductor layer are stacked. Have
The semiconductor device characterized in that the crystallinity change rate of the crystalline change semiconductor layer continuously decreases from the highly crystalline semiconductor layer side to the contact layer side.
絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置であって、
該半導体層は、コンタクト層側から順に、非晶質半導体層と、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層と、低結晶性半導体層よりも大きな結晶化率を有する高結晶性半導体層とが積層された構造を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. And
The semiconductor layer includes, in order from the contact layer side, an amorphous semiconductor layer, a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed, and a high crystallization rate that is higher than that of the low crystalline semiconductor layer. A semiconductor device having a structure in which a crystalline semiconductor layer is stacked.
絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置であって、
該半導体層は、コンタクト層側から順に、非晶質半導体層と、結晶化率が厚み方向で変化する結晶性変化半導体層と、結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とが積層された構造を有し、
該結晶性変化半導体層は、高結晶性半導体層側から非晶質半導体層側に結晶化率が連続的に減少することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. And
The semiconductor layer includes, in order from the contact layer side, an amorphous semiconductor layer, a crystalline change semiconductor layer in which the crystallization rate changes in the thickness direction, and a highly crystalline semiconductor having a crystallization rate higher than that of the crystalline change semiconductor layer Having a layered structure,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the crystallinity change semiconductor layer has a crystallization rate that continuously decreases from the highly crystalline semiconductor layer side to the amorphous semiconductor layer side.
絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置であって、
該半導体層は、コンタクト層側から順に、非晶質半導体層と、結晶質相を含有するバッファ半導体層と、バッファ半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とが積層された構造を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to the semiconductor layer through a contact layer. And
The semiconductor layer has a structure in which an amorphous semiconductor layer, a buffer semiconductor layer containing a crystalline phase, and a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate higher than that of the buffer semiconductor layer are stacked in this order from the contact layer side A semiconductor device comprising:
前記バッファ半導体層は、半導体層内に発生する応力を緩和する応力緩和層を含んで構成されることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the buffer semiconductor layer includes a stress relaxation layer for relaxing stress generated in the semiconductor layer. 前記バッファ半導体層は、非晶質半導体層及び高結晶性半導体層の構造上の相違を補償する構造補償層を含んで構成されることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the buffer semiconductor layer includes a structure compensation layer that compensates for a difference in structure between the amorphous semiconductor layer and the highly crystalline semiconductor layer. 前記バッファ半導体層は、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層を含んで構成され、
前記高結晶性半導体層は、低結晶性半導体層よりも結晶化率が大きいことを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
The buffer semiconductor layer includes a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed,
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the high crystalline semiconductor layer has a higher crystallization rate than the low crystalline semiconductor layer.
前記バッファ半導体層は、結晶化率が厚み方向で変化する結晶性変化半導体層を含んで構成され、
該結晶性変化半導体層は、高結晶性半導体層側から非晶質半導体層側に結晶化率が連続的に減少し、
前記高結晶性半導体層は、結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有することを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
The buffer semiconductor layer is configured to include a crystalline change semiconductor layer whose crystallization rate changes in the thickness direction,
The crystallinity changing semiconductor layer continuously decreases in crystallization rate from the high crystalline semiconductor layer side to the amorphous semiconductor layer side,
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the highly crystalline semiconductor layer has a crystallization rate higher than that of the crystalline change semiconductor layer.
前記バッファ半導体層は、その膜厚が5〜25nmであることを特徴とする請求項8又は9記載の半導体装置。 10. The semiconductor device according to claim 8, wherein the buffer semiconductor layer has a thickness of 5 to 25 nm. 前記低結晶性半導体層は、その膜厚が5〜25nmであることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein the low crystalline semiconductor layer has a thickness of 5 to 25 nm. 前記結晶性変化半導体層は、その膜厚が5〜25nmであることを特徴とする請求項4記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4, wherein the crystalline change semiconductor layer has a thickness of 5 to 25 nm. 前記結晶性変化半導体層は、高結晶性半導体層との界面近傍における結晶化率が高結晶性半導体層の結晶化率と実質的に等しいことを特徴とする請求項2、4又は9のいずれかに記載の半導体装置。 10. The crystallinity changing semiconductor layer according to claim 2, wherein the crystallization ratio in the vicinity of the interface with the highly crystalline semiconductor layer is substantially equal to the crystallization ratio of the highly crystalline semiconductor layer. A semiconductor device according to claim 1. 前記半導体装置は、半導体層構成層のうちの隣接するいずれかの層の間に明確な界面を有さないことを特徴とする請求項1〜5、8又は9のいずれかに記載の半導体装置。 10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device does not have a clear interface between any adjacent layers of the semiconductor layer constituting layers. . 前記結晶性変化半導体層は、コンタクト層側において実質的に非晶質であることを特徴とする請求項2、4又は9のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2, wherein the crystalline change semiconductor layer is substantially amorphous on a contact layer side. 前記非晶質半導体層は、その膜厚が5〜30nmであることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 3, wherein the amorphous semiconductor layer has a thickness of 5 to 30 nm. 前記半導体装置は、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層が絶縁基板側からこの順に積層された構造を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order from the insulating substrate side. 前記半導体層は、その結晶質相が微結晶を含有することを特徴とする請求項1〜5、8又は9のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the crystalline phase of the semiconductor layer contains microcrystals. 前記微結晶は、半導体層の面方向に対して略垂直な柱状結晶からなることを特徴とする請求項18記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 18, wherein the microcrystal is a columnar crystal substantially perpendicular to a surface direction of the semiconductor layer. 前記柱状結晶は、高結晶性半導体層において、その最大径が10〜40nmであることを特徴とする請求項19記載の半導体装置。 20. The semiconductor device according to claim 19, wherein the columnar crystal has a maximum diameter of 10 to 40 nm in a highly crystalline semiconductor layer. 前記高結晶性半導体層は、その結晶化率が60%以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the highly crystalline semiconductor layer has a crystallization rate of 60% or more. 前記低結晶性半導体層は、その結晶化率が30〜60%であることを特徴とする請求項1、3又は8のいずれかに記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the low crystalline semiconductor layer has a crystallization ratio of 30 to 60%. 前記結晶性変化半導体層は、その結晶化率が80〜0%の間で連続的に変化することを特徴とする請求項2、4又は9のいずれかに記載の半導体装置。 10. The semiconductor device according to claim 2, wherein the crystallinity-changing semiconductor layer has a crystallization rate that continuously changes between 80% and 0%. 前記高結晶性半導体層は、結晶質相として微結晶を含有し、かつインキュベーション層を実質的に含有しないことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the highly crystalline semiconductor layer contains microcrystals as a crystalline phase and substantially does not contain an incubation layer. 前記半導体層は、パーティクルを実質的に含有しないことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer substantially does not contain particles. 前記コンタクト層は、半導体層側から順に、不純物を含有する非晶質半導体層と、不純物を含有する結晶性半導体層とが積層された構造を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。 6. The contact layer according to claim 1, wherein the contact layer has a structure in which an amorphous semiconductor layer containing impurities and a crystalline semiconductor layer containing impurities are laminated in order from the semiconductor layer side. A semiconductor device according to claim 1. 前記コンタクト層は、半導体層側から順に、低濃度の不純物を含有する低濃度不純物半導体層と、低濃度不純物半導体層よりも高濃度の不純物を含有する高濃度不純物半導体層とが積層された構造を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。 The contact layer has a structure in which a low concentration impurity semiconductor layer containing a low concentration impurity and a high concentration impurity semiconductor layer containing a higher concentration impurity than the low concentration impurity semiconductor layer are stacked in order from the semiconductor layer side. The semiconductor device according to claim 1, comprising: 前記コンタクト層は、半導体層側から順に、シート抵抗値が5×10〜5×10Ω/cmである高抵抗半導体層と、シート抵抗値が5×10〜1×10Ω/cmである低抵抗半導体層とが積層された構造を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置。 The contact layer has a sheet resistance value of 5 × 10 7 to 5 × 10 8 Ω / cm 2 and a sheet resistance value of 5 × 10 4 to 1 × 10 6 Ω in order from the semiconductor layer side. 6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a structure in which a low resistance semiconductor layer of / cm 2 is stacked. 絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置の製造方法であって、
該半導体装置の製造方法は、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層を形成する工程と、
低結晶性半導体層よりも大きな結晶化率を有する高結晶性半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Manufacturing of a semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to a semiconductor layer through a contact layer A method,
The manufacturing method of the semiconductor device includes a step of forming a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed, and
Forming a high crystalline semiconductor layer having a larger crystallization rate than that of the low crystalline semiconductor layer.
絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置の製造方法であって、
該半導体装置の製造方法は、結晶化率が厚み方向で連続的に変化するように結晶性変化半導体層を形成する工程と、
結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Manufacturing of a semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to a semiconductor layer through a contact layer A method,
The manufacturing method of the semiconductor device includes a step of forming a crystalline change semiconductor layer so that the crystallization rate continuously changes in the thickness direction;
Forming a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate equal to or higher than that of the crystalline change semiconductor layer.
絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置の製造方法であって、
該半導体装置の製造方法は、非晶質半導体層を形成する工程と、
非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層を形成する工程と、
低結晶性半導体層よりも大きな結晶化率を有する高結晶性半導体層とを形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Manufacturing of a semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to a semiconductor layer through a contact layer A method,
The method for manufacturing the semiconductor device includes a step of forming an amorphous semiconductor layer,
Forming a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed;
Forming a high crystalline semiconductor layer having a higher crystallization rate than the low crystalline semiconductor layer.
絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置の製造方法であって、
該半導体装置の製造方法は、非晶質半導体層を形成する工程と、
結晶化率が連続的に変化するように結晶性変化半導体層を形成する工程と、
結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とを形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Manufacturing of a semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to a semiconductor layer through a contact layer A method,
The method for manufacturing the semiconductor device includes a step of forming an amorphous semiconductor layer,
Forming a crystalline change semiconductor layer such that the crystallization rate continuously changes;
Forming a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate equal to or higher than that of the crystalline change semiconductor layer.
絶縁基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁層及び半導体層がこの順に積層された構造と、ソース/ドレイン電極がコンタクト層を介して半導体層に電気的に接続された構造とを有する半導体装置の製造方法であって、
該半導体装置の製造方法は、非晶質半導体層を形成する工程と、
結晶質相を含有するバッファ半導体層を形成する工程と、
バッファ半導体層以上の結晶化率を有する高結晶性半導体層とを形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Manufacturing of a semiconductor device having a structure in which a gate electrode, a gate insulating layer, and a semiconductor layer are stacked in this order on an insulating substrate, and a structure in which a source / drain electrode is electrically connected to a semiconductor layer through a contact layer A method,
The method for manufacturing the semiconductor device includes a step of forming an amorphous semiconductor layer,
Forming a buffer semiconductor layer containing a crystalline phase;
Forming a highly crystalline semiconductor layer having a crystallization rate equal to or higher than that of the buffer semiconductor layer.
前記バッファ半導体層は、非晶質相及び結晶質相が混在する低結晶性半導体層を含んで構成され、
前記高結晶性半導体層は、低結晶性半導体層よりも結晶化率が大きいことを特徴とする請求項33記載の半導体装置の製造方法。
The buffer semiconductor layer includes a low crystalline semiconductor layer in which an amorphous phase and a crystalline phase are mixed,
34. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 33, wherein the high crystalline semiconductor layer has a crystallization rate larger than that of the low crystalline semiconductor layer.
前記バッファ半導体層は、結晶化率が厚み方向で変化する結晶性変化半導体層を含んで構成され、
該結晶性変化半導体層は、高結晶性半導体層側から非晶質半導体層側に結晶化率が連続的に減少し、
前記高結晶性半導体層は、結晶性変化半導体層以上の結晶化率を有することを特徴とする請求項33記載の半導体装置の製造方法。
The buffer semiconductor layer is configured to include a crystalline change semiconductor layer whose crystallization rate changes in the thickness direction,
The crystallinity changing semiconductor layer continuously decreases in crystallization rate from the high crystalline semiconductor layer side to the amorphous semiconductor layer side,
34. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 33, wherein the highly crystalline semiconductor layer has a crystallization rate higher than that of the crystalline change semiconductor layer.
前記半導体装置の製造方法は、ゲート電極を形成する工程と、
ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、
ゲート絶縁層上に半導体層を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項29〜33のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing the semiconductor device includes a step of forming a gate electrode,
Forming a gate insulating layer on the gate electrode;
34. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 29, further comprising a step of forming a semiconductor layer on the gate insulating layer.
前記半導体装置の製造方法は、半導体層上にコンタクト層を形成する工程と、
コンタクト層のゲート電極に対向する領域を除去する工程とを含むことを特徴とする請求項36記載の半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing the semiconductor device includes a step of forming a contact layer on the semiconductor layer;
37. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 36, further comprising a step of removing a region of the contact layer facing the gate electrode.
前記半導体装置の製造方法は、半導体層上にエッチングストッパ層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項36記載の半導体装置の製造方法。 37. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 36, wherein the method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming an etching stopper layer on the semiconductor layer. 前記半導体装置の製造方法は、半導体層を形成する工程と、
半導体層上にゲート絶縁層を形成する工程と、
ゲート絶縁層上にゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項29〜33のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing the semiconductor device includes a step of forming a semiconductor layer,
Forming a gate insulating layer on the semiconductor layer;
34. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 29, further comprising a step of forming a gate electrode on the gate insulating layer.
前記半導体層形成工程は、容量結合型プラズマ化学気相成長装置又は高密度プラズマ化学気相成長装置を用い、かつ成膜圧力及び/又は反応ガス流量比を制御することによって各半導体層構成層を形成することを特徴とする請求項22〜33のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor layer forming step uses a capacitively coupled plasma chemical vapor deposition apparatus or a high density plasma chemical vapor deposition apparatus, and controls each of the semiconductor layer constituent layers by controlling the film forming pressure and / or the reaction gas flow rate ratio. 34. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 22, wherein the method is formed. 前記高結晶性半導体層形成工程は、容量結合型プラズマ化学気相成長装置を用いることを特徴とする請求項29〜33のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 34. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 29, wherein the highly crystalline semiconductor layer forming step uses a capacitively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus. 前記高結晶性半導体層形成工程は、高密度プラズマ化学気相成長装置を用いることを特徴とする請求項29〜33のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 34. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 29, wherein the highly crystalline semiconductor layer forming step uses a high-density plasma chemical vapor deposition apparatus. 前記高密度プラズマ化学気相成長装置は、誘導結合プラズマ方式であることを特徴とする請求項42記載の半導体装置の製造方法。 43. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 42, wherein the high-density plasma chemical vapor deposition apparatus is an inductively coupled plasma system. 前記高密度プラズマ化学気相成長装置は、表面波プラズマ方式であることを特徴とする請求項42記載の半導体装置の製造方法。 43. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 42, wherein the high-density plasma chemical vapor deposition apparatus is a surface wave plasma system. 前記高密度プラズマ化学気相成長装置は、電子サイクロトロン共鳴方式であることを特徴とする請求項42記載の半導体装置の製造方法。 43. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 42, wherein the high-density plasma chemical vapor deposition apparatus is an electron cyclotron resonance system. 前記高結晶性半導体層形成工程は、成膜圧力が1.33×10−1〜4.00×10Paであることを特徴とする請求項42記載の半導体装置の製造方法。 43. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 42, wherein the highly crystalline semiconductor layer forming step has a film forming pressure of 1.33 * 10 < -1 > to 4.00 * 10 Pa. 前記高結晶性半導体層形成工程は、原料ガスとしてSiH及びHを用い、かつSiH/H比が1/50〜1/1であることを特徴とする請求項42記載の半導体装置の製造方法。 The high crystalline semiconductor layer forming step, using SiH 4 and H 2 as the raw material gas, and the semiconductor device according to claim 42, wherein the SiH 4 / H 2 ratio is 1 / 50-1 / 1 Manufacturing method. 前記半導体装置の製造方法は、高結晶性半導体層形成前に、Hプラズマによる表面処理を行うことを特徴とする請求項29〜33のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 Method of manufacturing a semiconductor device, a manufacturing method of a semiconductor device according to any one of claims 29 to 33 which before forming highly crystalline semiconductor layer, and performing a surface treatment with H 2 plasma. 前記低結晶性半導体層形成工程は、容量結合型プラズマ化学気相成長装置を用いることを特徴とする請求項29、31又は34記載の半導体装置の製造方法。 35. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 29, 31 or 34, wherein the low crystalline semiconductor layer forming step uses a capacitively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus. 前記低結晶性半導体層形成工程は、原料ガスとしてSiH及びHを用い、かつSiH/H比が1/150〜1/30であることを特徴とする請求項49記載の半導体装置の製造方法。 The low-crystalline semiconductor layer forming step, using SiH 4 and H 2 as the raw material gas, and the semiconductor device according to claim 49, wherein the SiH 4 / H 2 ratio is 1 / 150-1 / 30 Manufacturing method. 前記低結晶性半導体層形成工程は、高密度プラズマ化学気相成長装置を用いることを特徴とする請求項29、31又は34記載の半導体装置の製造方法。 35. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 29, 31 or 34, wherein the low crystalline semiconductor layer forming step uses a high-density plasma chemical vapor deposition apparatus. 前記低結晶性半導体層形成工程は、成膜圧力が6.66〜6.66×10Paであることを特徴とする請求項51記載の半導体装置の製造方法。 52. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 51, wherein the low crystalline semiconductor layer forming step has a film forming pressure of 6.66 to 6.66 × 10 Pa. 前記結晶性変化半導体層形成工程は、容量結合型プラズマ化学気相成長装置を用いることを特徴とする請求項30、32又は35記載の半導体装置の製造方法。 36. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 30, 32, or 35, wherein the crystalline change semiconductor layer forming step uses a capacitively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus. 前記結晶性変化半導体層形成工程は、原料ガスとしてSiH及びHを用い、かつSiH/H比を1/400〜1/5の範囲内で連続的に変化させることを特徴とする請求項53記載の半導体装置の製造方法。 The crystalline change semiconductor layer forming step uses SiH 4 and H 2 as source gases and continuously changes the SiH 4 / H 2 ratio within a range of 1/400 to 1/5. 54. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 53. 前記結晶性変化半導体層形成工程は、高密度プラズマ化学気相成長装置を用いることを特徴とする請求項30、32又は35記載の半導体装置の製造方法。 36. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 30, 32, or 35, wherein the crystallinity-change semiconductor layer forming step uses a high-density plasma chemical vapor deposition apparatus. 前記結晶性変化半導体層形成工程は、成膜圧力が1.33×10−1〜6.66×10Paであることを特徴とする請求項55記載の半導体装置の製造方法。 56. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 55, wherein the crystalline change semiconductor layer forming step has a film forming pressure of 1.33 × 10 −1 to 6.66 × 10 Pa. 請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置を含んで構成されることを特徴とする表示装置。 A display device comprising the semiconductor device according to claim 1. 請求項29〜33のいずれかに記載の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を含んで構成されることを特徴とする表示装置。 34. A display device comprising a semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to claim 29.
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