JP2002324809A - Thin film transistor and method for manufacturing the same - Google Patents

Thin film transistor and method for manufacturing the same

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JP2002324809A
JP2002324809A JP2002019342A JP2002019342A JP2002324809A JP 2002324809 A JP2002324809 A JP 2002324809A JP 2002019342 A JP2002019342 A JP 2002019342A JP 2002019342 A JP2002019342 A JP 2002019342A JP 2002324809 A JP2002324809 A JP 2002324809A
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layer
thin film
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polycrystalline silicon
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Kazuhiko Horikoshi
和彦 堀越
Kiyoshi Ogata
潔 尾形
Takuo Tamura
太久夫 田村
Miwako Nakahara
美和子 中原
Yasushi Nakano
泰 中野
Ryoji Oritsuki
良二 折付
Toshihiko Itoga
敏彦 糸賀
Naohiro Kamo
尚広 賀茂
Osamu Okura
理 大倉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film transistor consisting an inexpensive non-anneal glass as a substrate, having high reliability at a process temperature of less than 500 deg.C, and showing a superior characteristic. SOLUTION: In order to resolve the problem mentioned above, a mixed gas consisting of a ozone gas and H2 O, or N2 O is supplied at the processing temperature of less than 500 deg.C to a polycrystalline silicon film crystallized by a laser irradiation or a silicon oxide film with more than 4 nm in thickness on a surface of the polycrystalline silicon film by performing an ozone oxidation processing after processing using a solution such as ozone water or a NH3 hydrogen peroxide aqueous solution, etc. It is possible to manufacture the small thin film transistor on the non-anneal glass substrate with small characteristic change by performing the processing.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に用い
られる薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor used for a liquid crystal display and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、ノートパソコンや携帯機器等の表
示装置として用いられる液晶ディスプレイにおいて、そ
の駆動方式は単純マトリクス方式からアクティブマトリ
クス方式へと進み、特に、ガラス基板上に多くの薄膜ト
ランジスタ(以下、TFT:Thin Film Tra
nsistor)を形成したTFTアクティブマトリク
ス駆動方式が主流になりつつある。TFT駆動方式の中
で、多結晶シリコン層を用いたTFTは非晶質シリコン
層の場合と比較して電子移動度が大きいため、表示用画
素部のトランジスタとしてばかりでなく、駆動用トラン
ジスタとしてガラス基板上に作り込むことが可能であ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, in a liquid crystal display used as a display device of a notebook personal computer, a portable device, or the like, a driving system has been changed from a simple matrix system to an active matrix system. TFT: Thin Film Tra
The TFT active matrix driving method in which an nistor is formed is becoming mainstream. Among the TFT driving methods, a TFT using a polycrystalline silicon layer has a higher electron mobility than that of an amorphous silicon layer, so that not only a transistor in a display pixel portion but also a glass transistor as a driving transistor is used. It can be built on a substrate.

【0003】従来、多結晶シリコンの形成には1000
℃程度の高温を必要とするため,基板には高価な石英ガ
ラス基板の使用が必須であった。最近では約600℃の
プロセス温度で多結晶シリコンを形成できる技術開発が
進み、石英基板以外のガラス素材が使用可能となった。
この方法では,ガラス基板上に形成されたアモルファス
シリコン膜へのレーザ照射等により,基板温度を上昇さ
せることなく、アモルファスシリコン膜のみを加熱し結
晶化させることができる。
Conventionally, the formation of polycrystalline silicon is 1000
Since a high temperature of about ° C is required, an expensive quartz glass substrate must be used for the substrate. Recently, technology has been developed to form polycrystalline silicon at a process temperature of about 600 ° C., and glass materials other than quartz substrates can be used.
According to this method, only the amorphous silicon film can be heated and crystallized by irradiating the amorphous silicon film formed on the glass substrate with a laser without increasing the substrate temperature.

【0004】一方、単結晶シリコン基板を用いた集積回
路素子においては、シリコンの熱酸化膜(膜厚、数nm
〜数10nm)がゲート絶縁膜として使用されている。
しかしながら、このシリコンの熱酸化膜の形成には約1
000℃の熱処理が必要であって、このプロセスを上記
した600℃以下のプロセス温度を必要条件とする多結
晶ポリシリコンTFTの製造プロセスには利用できな
い。
On the other hand, in an integrated circuit device using a single crystal silicon substrate, a thermal oxide film of silicon (thickness: several nm) is used.
数 10 nm) is used as a gate insulating film.
However, the formation of this thermal oxide film of silicon requires about 1
A heat treatment at 000 ° C. is required, and this process cannot be used for the above-described process of manufacturing a polycrystalline polysilicon TFT requiring a process temperature of 600 ° C. or less.

【0005】TFTの製造プロセスでは、通常、TEO
S(Tetraethoxysilane)を原料とし
て、プラズマCVD法等により形成されたSiO
(膜厚:約100nm)をゲート絶縁膜としている。し
かしながら、このプラズマCVD法によるSiO
(以下TEOS膜)は界面準位密度が大きく,そのまま
ゲート絶縁膜として用いた場合には、しきい値電圧の変
動等に見られるようなTFT特性の著しい性能低下をも
たらすことになる。更にまた、このような場合にはTF
Tの耐圧が経時的に激しく劣化をもたらし、その結果と
してTFTの絶縁破壊を起こすこともある。したがっ
て、TFT用ゲート絶縁膜とシリコン層との界面には、
シリコンの熱酸化によって形成させた熱酸化膜に匹敵す
る界面準位密度の小さな酸化膜の形成が望まれる。
In a TFT manufacturing process, TEO is usually used.
Using S (Tetraethoxysilane) as a raw material, an SiO 2 film (thickness: about 100 nm) formed by a plasma CVD method or the like is used as a gate insulating film. However, the SiO 2 film (hereinafter referred to as a TEOS film) formed by the plasma CVD method has a high interface state density, and when used directly as a gate insulating film, TFT characteristics such as fluctuation in threshold voltage are remarkable. This will result in reduced performance. Furthermore, in such a case, TF
The breakdown voltage of T causes severe degradation over time, and as a result, dielectric breakdown of the TFT may occur. Therefore, at the interface between the TFT gate insulating film and the silicon layer,
It is desired to form an oxide film having a low interface state density comparable to a thermal oxide film formed by thermal oxidation of silicon.

【0006】上記した課題に対して、例えば特開平8−
195494号公報によれば,通常の高耐熱ガラス基板
を用い,600℃以下のプロセス温度で多結晶シリコン
TFTの製造方法が開示されている。
In order to solve the above problem, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
195494 discloses a method for manufacturing a polycrystalline silicon TFT using a normal high heat-resistant glass substrate at a process temperature of 600 ° C. or lower.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記した特開平8−1
95494号公報によれば、多結晶シリコン層の形成は
約600℃の温度で行われるため、使用可能なガラス基
板としてアニールガラス基板に限定される。従って、ア
ニールガラス基板の代わりに無アニールガラス基板を使
用した場合には、約600℃という温度条件がガラス基
板の収縮を引き起こし、このことがガラス基板の反りや
歪を発生させ、最悪の場合にはガラス基板自身の割れや
膜剥離等の不都合を齎すことになる。一般に,ガラスの
歪点が高いほど熱的安定性は高くなるが,ガラス基板製
造工程において溶融,成形,加工が困難となり,製造コ
ストが高くなる。したがって,コストを抑えるためには
歪点が低く,安価なガラスの使用を可能にする製造方法
が必須である。
The above-mentioned JP-A-8-1
According to Japanese Patent No. 95494, a polycrystalline silicon layer is formed at a temperature of about 600 ° C., so that usable glass substrates are limited to annealed glass substrates. Therefore, when an unannealed glass substrate is used instead of an annealed glass substrate, a temperature condition of about 600 ° C. causes shrinkage of the glass substrate, which causes warpage and distortion of the glass substrate, and in the worst case This causes inconveniences such as cracking of the glass substrate itself and film peeling. In general, the higher the strain point of glass, the higher the thermal stability, but the more difficult it is to melt, shape, and process in the glass substrate manufacturing process, and the higher the manufacturing cost. Therefore, in order to suppress the cost, a manufacturing method that has a low strain point and enables the use of inexpensive glass is essential.

【0008】通常,薄膜トランジスタの基板として用い
られる無アルカリガラス基板の歪点は約600℃であ
り,歪点よりやや低い温度以上の熱履歴により,ガラス
のコンパクション(熱収縮)は急激に大きくなる。例え
ば,無アニールのコーニング社製のコーニング7059
F(歪点593℃)は,600℃,1時間,冷却速度1
℃/分の熱履歴により約800ppmのコンパクション
がある。また歪点の高いコーニング1735F(歪点6
65℃)の場合,上記と同様の熱履歴が加わると173
ppmのコンパクションを示す。そして、予め660℃
/1hrのアニール処理を行うことにより,同様の熱履
歴によるコンパクションを約10ppmまで低下させる
ことが可能とされている。
Usually, the strain point of an alkali-free glass substrate used as a substrate of a thin film transistor is about 600 ° C., and the compaction (thermal shrinkage) of glass rapidly increases due to a thermal history slightly higher than the strain point. For example, Corning 7059 manufactured by Corning without annealing
F (strain point 593 ° C) is 600 ° C, 1 hour, cooling rate 1
There is about 800 ppm compaction due to the thermal history in ° C./min. Also, Corning 1735F with a high strain point (strain point 6
65 ° C.), the same thermal history as above adds 173
Shows compaction in ppm. And 660 ° C in advance
By performing the annealing treatment for / 1 hr, it is possible to reduce the compaction due to the same thermal history to about 10 ppm.

【0009】多結晶TFTパネル用の基板には,通常2
0ppm以下の熱収縮率が要求されるため,これまでは
アニールガラス基板の使用が必須とされてきた(嶋田隆
司監修,サイエンスフォーラム刊:液晶ディスプレイ製
造技術ハンドブック,pp.191〜199)。従っ
て、プロセス温度の上限を単純に無アニールガラス基板
の収縮が無視できる程度の温度、例えば450〜500
℃に下げた場合、以下に述べる問題が発生する。
A substrate for a polycrystalline TFT panel usually has two
Since a heat shrinkage of 0 ppm or less is required, the use of an annealed glass substrate has been indispensable so far (supervised by Takashi Shimada, published by Science Forum: Liquid Crystal Display Manufacturing Technology Handbook, pp. 191-199). Therefore, the upper limit of the process temperature is simply set to a temperature at which shrinkage of the non-annealed glass substrate can be ignored, for example, 450 to 500.
When the temperature is lowered to ° C., the following problems occur.

【0010】即ち、多結晶シリコン層の上に形成される
ゲート絶縁層として、一般的にはTEOS(Tetraethox
ysilane)を原料ガスとしてプラズマCVD(Chemical
Vapor Deposition) 法等を用いてSiO膜(以下T
EOS膜とする)を約100nmの厚さで形成する。し
かしながら、多結晶シリコン層とTEOSからなる絶縁
層との界面においては界面準位密度が大きいため、TF
Tとしてのしきい値電圧が変動し易く、またゲート絶縁
層としての絶縁耐圧特性が経時的に著しく劣化する等、
TFTの信頼性において大きな問題が存在する。従っ
て、無アニールガラス基板の使用を前提とした場合、プ
ロセス温度の上限を450〜500℃程度とし、かつ多
結晶シリコン層とゲート絶縁層との界面準位密度を熱酸
化法によるシリコン酸化層に準ずる程度に低減する工夫
が重要である。
That is, as a gate insulating layer formed on a polycrystalline silicon layer, generally, TEOS (Tetraethox) is used.
ysilane) as a source gas for plasma CVD (Chemical
SiO 2 film (hereinafter referred to as T
EOS film) is formed with a thickness of about 100 nm. However, since the interface state density is large at the interface between the polycrystalline silicon layer and the insulating layer made of TEOS, TF
The threshold voltage as T tends to fluctuate, and the withstand voltage characteristics as the gate insulating layer significantly deteriorates with time.
There is a major problem in TFT reliability. Therefore, assuming that an unannealed glass substrate is used, the upper limit of the process temperature is set to about 450 to 500 ° C., and the interface state density between the polycrystalline silicon layer and the gate insulating layer is set to the silicon oxide layer by the thermal oxidation method. It is important to devise a similar reduction.

【0011】本発明は上記した課題を解決し、高信頼度
を有する多結晶シリコン層を用いたTFTを、低温度の
プロセス条件で、しかも無アニールガラス基板上に形成
することを目的とする。尚,本発明において,ガラス基
板を600℃,1時間の熱処理後,1℃/分で冷却した
場合,そのコンパクションが30ppm以上であるガラ
ス基板を無アニールガラス基板と定義した。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to form a TFT using a highly reliable polycrystalline silicon layer on a non-annealed glass substrate under low-temperature process conditions. In the present invention, a glass substrate having a compaction of 30 ppm or more when the glass substrate is cooled at 1 ° C./min after heat treatment at 600 ° C. for 1 hour is defined as an unannealed glass substrate.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明では無アニールガラス基板の上方にチャ
ネル領域とソース領域とドレイン領域とを形成するため
のポリシリコン結晶層と、第1の絶縁層と第2の絶縁層
とを形成する。そして、チャネル領域に対応する位置で
あって第2の絶縁層の上にゲート領域を、またゲート領
域、ソース領域、ドレイン領域の各領域と電気的な接続
を行なうためのゲート電極、ソース電極、ドレイン電極
とを形成した。この時、第1の絶縁層が500℃以下の
温度でチャネル領域の表面を酸化させてなるシリコン酸
化層であって、少なくともチャネル領域の表面を覆うよ
うにして形成されており、かつその膜厚が4nm以上で
あるようにした。
According to the present invention, a polysilicon crystal layer for forming a channel region, a source region, and a drain region above an unannealed glass substrate is provided. And the second insulating layer are formed. And a gate electrode and a source electrode for electrically connecting a gate region on the second insulating layer at a position corresponding to the channel region and each of the gate region, the source region, and the drain region. A drain electrode was formed. At this time, the first insulating layer is a silicon oxide layer formed by oxidizing the surface of the channel region at a temperature of 500 ° C. or less, and is formed so as to cover at least the surface of the channel region. Was 4 nm or more.

【0013】また本発明は、少なくともオゾンを含有す
る雰囲気、オゾンとHOを含む雰囲気、またはオゾン
とNOとを含む雰囲気の中で多結晶シリコン層の表面
を酸化させることにより、第1の絶縁層であるシリコン
酸化層を形成するようにした。更にまた本発明は、第1
の絶縁層を形成する工程において、酸素供与性の溶液を
用いて多結晶シリコン層の表面に第1のシリコン酸化層
を形成した後、オゾンを含む雰囲気中で第1のシリコン
層と多結晶シリコン層との間に第2のシリコン酸化層を
形成するようにした。そして本発明は、上記した第1の
絶縁層の上方に配設された第2の絶縁層が少なくとも化
学堆積法、物理堆積法、またはスピン塗布法を用いて形
成した。
Further, the present invention provides a method for oxidizing the surface of a polycrystalline silicon layer in an atmosphere containing at least ozone, an atmosphere containing ozone and H 2 O, or an atmosphere containing ozone and N 2 O. A silicon oxide layer, which is the first insulating layer, was formed. Furthermore, the present invention provides the first
Forming a first silicon oxide layer on the surface of the polycrystalline silicon layer using an oxygen-donating solution in the step of forming the first silicon layer and the polycrystalline silicon layer in an atmosphere containing ozone. A second silicon oxide layer was formed between the layers. In the present invention, the second insulating layer provided above the first insulating layer is formed using at least a chemical deposition method, a physical deposition method, or a spin coating method.

【0014】上記したように、HOまたはNOを含
むオゾン雰囲気中で多結晶シリコン層の表面を酸化させ
ることによってシリコン酸化層を形成するため、多結晶
シリコン層とシリコン酸化層との界面を良好な状態に保
つことが出来る。しかも、従来より低いプロセス温度で
シリコン酸化膜の形成を行なうことが可能であるので、
比較的安価な無アニールガラスを基板として使用するこ
とが出来る。
As described above, the surface of the polycrystalline silicon layer is oxidized in an ozone atmosphere containing H 2 O or N 2 O to form the silicon oxide layer. The interface can be kept in a good state. Moreover, since it is possible to form a silicon oxide film at a lower process temperature than before,
A relatively inexpensive non-annealed glass can be used as the substrate.

【0015】換言すれば、上記した方法によって作製さ
れた薄膜トランジスタは、シリコン多結晶からなるチャ
ネル領域の表面とその上に形成されたゲート絶縁層との
界面が良好であるため、そこでの界面準位密度に密接に
関係する薄膜トランジスタの特性、例えばしきい値電圧
の変動を低減することが可能になるため、その結果とし
て優れたTFT特性を発揮することが出来る。そして、
基板として無アニールガラス基板の使用が可能であるた
め、石英ガラス等に比較して大きな面積に、しかも安価
にTFTを作製することが可能となる。上記した解決手段
において,絶縁層が2層構造としたが、必ずしも2層構
造である必要はない。
In other words, the thin film transistor manufactured by the above method has a good interface between the surface of the channel region made of polycrystalline silicon and the gate insulating layer formed thereon, so that the interface state there Since characteristics of a thin film transistor which is closely related to density, for example, fluctuation of a threshold voltage can be reduced, excellent TFT characteristics can be exhibited as a result. And
Since an unannealed glass substrate can be used as the substrate, it is possible to manufacture a TFT with a larger area and at lower cost than quartz glass or the like. In the above solution, the insulating layer has a two-layer structure. However, the insulating layer does not necessarily have to have a two-layer structure.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施例を
図面を用いて説明する。図1は第1の実施例である薄膜
トランジスタの要部断面を表わす構造図である。無アニ
ールガラス基板1上に形成された拡散防止層2上に、多
結晶シリコン層からなるソース領域8、ドレイン領域
9、チャネル領域12が形成されている。そして、チャ
ネル領域12上には、多結晶シリコン層を酸化して形成
されたSiO層6a、及び堆積法により形成された絶
縁層6bとからなるゲート絶縁層6が配されている。ゲ
ート絶縁層6の上部にはチャネル領域12に対応する位
置にゲート領域7が形成され、このゲート領域7の表面
の一部を覆うようにして層間絶縁層10が形成されてい
る。そして、この層間絶縁層10に設けられた開口部を
介してソース領域8、ドレイン領域9及びゲート領域7
が各々の電極11によって電気的に接続されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a structural diagram showing a cross section of a main part of a thin film transistor according to a first embodiment. On a diffusion prevention layer 2 formed on an unannealed glass substrate 1, a source region 8, a drain region 9, and a channel region 12 made of a polycrystalline silicon layer are formed. On the channel region 12, a gate insulating layer 6 composed of an SiO 2 layer 6a formed by oxidizing a polycrystalline silicon layer and an insulating layer 6b formed by a deposition method is arranged. A gate region 7 is formed above gate insulating layer 6 at a position corresponding to channel region 12, and an interlayer insulating layer 10 is formed to cover a part of the surface of gate region 7. The source region 8, the drain region 9 and the gate region 7 are formed through openings provided in the interlayer insulating layer 10.
Are electrically connected by the respective electrodes 11.

【0017】次に、上記の図1に示した構造の製造方法
を、図2に示したプロセスフローを用いて説明する。先
ず、無アニールガラス基板1上に、通常のプラズマCV
D(Chemical Vapour Depositi
on)法を用いてSiN膜またはSiO膜からなる拡
散防止層2を形成する。その後、続けてCVD法を用い
てアモルファスシリコン膜3(膜厚50nm)を形成す
る(図2(a))。次に、アモルファスシリコン膜3の
表面にエキシマレーザ光5を照射し、アモルファスシリ
コン膜3の一部または全部を結晶化させて多結晶シリコ
ン層4を得る(図2(b))。エキシマレーザ光5はア
モルファスシリコン膜3に吸収され、そして加熱及び結
晶化が行なわれるので、このエキシマレーザ光5の照射
によって無アニールガラス基板1が450℃以上に加熱
されることはない。図2(b)では便宜上、ガラス基板
1の全面にレーザ光が照射されているかのごとく図示し
ているが、実際には短冊状に集光させたエキシマレーザ
光5を走査させるようにして照射されている。
Next, a method of manufacturing the structure shown in FIG. 1 will be described with reference to a process flow shown in FIG. First, a normal plasma CV is placed on an unannealed glass substrate 1.
D (Chemical Vapor Depositi
on) method, a diffusion preventing layer 2 made of a SiN film or a SiO 2 film is formed. Thereafter, an amorphous silicon film 3 (film thickness: 50 nm) is formed by using the CVD method (FIG. 2A). Next, the surface of the amorphous silicon film 3 is irradiated with excimer laser light 5 to crystallize part or all of the amorphous silicon film 3 to obtain a polycrystalline silicon layer 4 (FIG. 2B). Since the excimer laser light 5 is absorbed by the amorphous silicon film 3 and is heated and crystallized, the non-annealed glass substrate 1 is not heated to 450 ° C. or more by the irradiation of the excimer laser light 5. In FIG. 2B, for the sake of convenience, the entire surface of the glass substrate 1 is illustrated as if it were irradiated with laser light. However, in practice, the excimer laser light 5 condensed in a strip shape is scanned so as to be scanned. Have been.

【0018】こうして形成した多結晶シリコン層4の表
面を酸化させて、4nm以上のシリコン酸化層6a(第
1の絶縁層)を形成する。次にCVD等の堆積法を用い
て約90nmのシリコン絶縁層6b(第2の絶縁層)を
形成し、膜厚が合計約100nmのゲート絶縁層6を形
成する(図2(c))。ゲート絶縁層6上にゲート領域
7を形成し、所望の形状に加工する(図2(d))。ゲ
ート領域の材料としては、不純物ドープシリコン膜、金
属、金属化合物(TiN、TiW等)等の導電性の材料
を用いる。
The surface of the polycrystalline silicon layer 4 thus formed is oxidized to form a silicon oxide layer 6a (first insulating layer) of 4 nm or more. Next, a silicon insulating layer 6b (second insulating layer) having a thickness of about 90 nm is formed using a deposition method such as CVD, and a gate insulating layer 6 having a total thickness of about 100 nm is formed (FIG. 2C). A gate region 7 is formed on the gate insulating layer 6 and processed into a desired shape (FIG. 2D). As a material for the gate region, a conductive material such as an impurity-doped silicon film, a metal, or a metal compound (TiN, TiW, or the like) is used.

【0019】次に、加工されたゲート領域7をマスクと
して、多結晶シリコン層4に不純物イオンの打ち込みを
行い、ソース領域8、ドレイン領域9を形成した後、不
純物活性化のためにRTA(Rapid Therma
l Annealing)処理を行った。尚、このRT
A処理においても多結晶シリコン層4のみが加熱される
ため、下地の無アニールガラス基板の温度が上がること
はない。
Next, using the processed gate region 7 as a mask, impurity ions are implanted into the polycrystalline silicon layer 4 to form a source region 8 and a drain region 9, and then RTA (Rapid) for activating the impurity. Therma
l Annealing) treatment. In addition, this RT
Even in the process A, only the polycrystalline silicon layer 4 is heated, so that the temperature of the underlying unannealed glass substrate does not increase.

【0020】次に、図2(d)に示すゲート領域7の表
面を覆うようにしてゲート絶縁膜6の上に層間絶縁層1
0を形成した後、この層間絶縁層10の所定の位置にゲ
ート領域7、ソース領域8、ドレイン領域9と電気的接
続を行うための開口部を形成し、この開口部を介してゲ
ート領域7、ソース領域8、ドレイン領域9と接続した
各電極11を形成し、図1に示した薄膜トランジスタが
完成する。
Next, the interlayer insulating layer 1 is formed on the gate insulating film 6 so as to cover the surface of the gate region 7 shown in FIG.
0, an opening for making electrical connection with the gate region 7, the source region 8, and the drain region 9 is formed at a predetermined position of the interlayer insulating layer 10, and the gate region 7 is formed through the opening. Then, each electrode 11 connected to the source region 8 and the drain region 9 is formed, and the thin film transistor shown in FIG. 1 is completed.

【0021】ところで、図2(c)に示した第1の絶縁
膜の膜厚について説明する。図3は熱酸化膜/TEOS
の2層ゲート絶縁膜構造であるMOSトランジスタにお
ける熱酸化膜(第1の絶縁膜)の膜厚とフラットバンド
電圧との関係を示したものである。この図から明らかな
ように,熱酸化膜厚が4nm未満の場合にはMOSトラ
ンジスタにおけるフラットバンド電圧が低下してしま
う。この現象は、熱酸化膜と下地膜であるシリコン層と
の界面における界面準位密度が大きく、この界面準位に
電子が捕獲されることによって所望のトランジスタ特性
を発揮させることが不可能になるためである。一方、熱
酸化膜厚が4nm以上であればフラットバンド電圧はほ
ぼ一定値を示し、所望のトランジスタ特性を確保するこ
とが可能になる。
The thickness of the first insulating film shown in FIG. 2C will be described. FIG. 3 shows a thermal oxide film / TEOS
3 shows the relationship between the thickness of the thermal oxide film (first insulating film) and the flat band voltage in the MOS transistor having the two-layer gate insulating film structure. As is apparent from this figure, when the thermal oxide film thickness is less than 4 nm, the flat band voltage in the MOS transistor decreases. This phenomenon is caused by a high interface state density at the interface between the thermal oxide film and the underlying silicon layer, and it becomes impossible to exhibit desired transistor characteristics by capturing electrons at the interface state. That's why. On the other hand, if the thermal oxide film thickness is 4 nm or more, the flat band voltage shows a substantially constant value, and it becomes possible to secure desired transistor characteristics.

【0022】尚、熱酸化膜厚の上限は敢えて規定する必
要はないが、ゲート絶縁膜を熱酸化膜/TEOSなる2
層構造とする場合には必要以上に厚くする必要はない。
即ち、薄膜トランジスタの生産性を考慮すれば、熱酸化
という方法は酸化膜の形成速度が小さい方法であること
を考えて、その膜厚の上限として例えば20nm程度が
適当である。
It is not necessary to stipulate the upper limit of the thermal oxide film thickness.
In the case of a layer structure, it is not necessary to increase the thickness more than necessary.
That is, in consideration of the productivity of the thin film transistor, the upper limit of the film thickness is, for example, about 20 nm, considering that the thermal oxidation method is a method in which an oxide film is formed at a low speed.

【0023】上記した第1の実施例ではゲート絶縁層6
が2層である場合を説明したが、図4に示すように1層
の構造であっても良い。この場合、上記した工程におい
て第2の絶縁層6bの形成工程を省くだけでよい。
In the first embodiment, the gate insulating layer 6
Has been described as having two layers, but may have a one-layer structure as shown in FIG. In this case, it is only necessary to omit the step of forming the second insulating layer 6b in the above steps.

【0024】次に、多結晶シリコン層4の表面を酸化し
て得られるシリコン酸化層6aの形成方法について、以
下に詳しく説明する。 (1)オゾン雰囲気に水蒸気を導入する形成方法 無アニールガラス基板1の上に多結晶シリコン層4が形
成されたサンプルを第1の処理室に搬入し、無アニール
ガラス基板1に対して熱的な悪影響を及ぼさない程度の
温度、例えば約450℃で加熱する。一方、第1の処理
室とは隔離されて隣接する第2の処理室に、オゾン(約
10SLM)、水蒸気(約100SCCM)を導入し、
第2の処理室内を約700Torrに制御した。オゾン
は純酸素ガス(10SLM)と微量のNガス(55S
CCM)との混合ガスを原料とし、良く知られた無声放
電型オゾナイザを用いて100g/Nm(オゾン濃度
約5%)のオゾンを生成した。尚、水蒸気は、耐圧容器
に充填した純水を100〜200℃に加熱し、大気圧以
上の圧力を有する水蒸気を耐圧容器内に作製した後、減
圧してマスフローコントローラを用いて流量約100S
CCMの割合で第2の処理室の中に導入した。
Next, a method for forming a silicon oxide layer 6a obtained by oxidizing the surface of the polycrystalline silicon layer 4 will be described in detail below. (1) Forming Method of Introducing Water Vapor into Ozone Atmosphere A sample in which the polycrystalline silicon layer 4 is formed on the non-annealed glass substrate 1 is carried into the first processing chamber, and the sample is thermally treated with respect to the unannealed glass substrate 1. The heating is performed at a temperature that does not adversely affect the temperature, for example, about 450 ° C. On the other hand, ozone (about 10 SLM) and steam (about 100 SCCM) are introduced into a second processing chamber adjacent to and separated from the first processing chamber,
The inside of the second processing chamber was controlled at about 700 Torr. Ozone is pure oxygen gas (10 SLM) and trace amount of N 2 gas (55S).
Using a mixed gas with CCM) as a raw material, 100 g / Nm 3 (ozone concentration of about 5%) ozone was generated using a well-known silent discharge type ozonizer. The water vapor was heated to 100 to 200 ° C. by heating pure water filled in a pressure-resistant container, and steam having a pressure higher than the atmospheric pressure was produced in the pressure-resistant container.
It was introduced into the second processing chamber at the rate of CCM.

【0025】上記のオゾン中に水蒸気を導入した酸化処
理雰囲気にある第2の処理室に、第1の処理室から45
0℃に加熱されたサンプルを搬入する。このような処理
を行なうことによって、多結晶シリコン層4の表面が酸
化され、その結果としてその表面に4nm以上の膜厚を
有する第1の絶縁層6a、即ちSiO層が形成され
る。
From the first processing chamber to the second processing chamber in the oxidation processing atmosphere in which steam is introduced into ozone, 45
The sample heated to 0 ° C. is loaded. By performing such processing, the surface of the polycrystalline silicon layer 4 is oxidized, and as a result, a first insulating layer 6a having a thickness of 4 nm or more, that is, a SiO 2 layer is formed on the surface.

【0026】上記した実施例では、水蒸気を安定して第
2の処理室へ供給するために、供給圧力を大気圧より低
い圧力、例えば700Torrとしたが、安定な水蒸気
の供給を行なうことが出来るのであれば、供給圧力は7
00Torrに限定されない。
In the above-described embodiment, the supply pressure is set to a pressure lower than the atmospheric pressure, for example, 700 Torr in order to stably supply the steam to the second processing chamber. However, a stable supply of the steam can be performed. , The supply pressure is 7
It is not limited to 00 Torr.

【0027】(2)オゾン雰囲気にNOガスを導入す
る形成方法 上記した(1)の場合と同様に、100g/Nmのオ
ゾン雰囲気に、水蒸気の代わりにNOガスを100S
CCM供給する。しかる後、上記した酸化雰囲気中に、
約450℃に加熱されたサンプルを搬入させることによ
り、多結晶シリコン層4の表面に膜厚が4nm以上の第
1の絶縁層6aを形成することができる。この場合に
は,絶縁層中に窒素(N)が混入し,酸窒化層(SiN
)となる。本実施例を用いた場合には,SiN
/p−Si界面に窒素が約0.5at%程度偏析す
る。酸窒化膜はSiO膜のダングリングボンドを終端
し,ゲート絶縁膜の信頼性を向上させる効果もある。
(2) Forming method of introducing N 2 O gas into ozone atmosphere As in the case of (1) above, 100 g / Nm 3 ozone atmosphere is supplied with N 2 O gas instead of water vapor for 100 S / Nm 3.
Supply CCM. Then, in the oxidizing atmosphere described above,
By loading the sample heated to about 450 ° C., the first insulating layer 6 a having a thickness of 4 nm or more can be formed on the surface of the polycrystalline silicon layer 4. In this case, nitrogen (N) is mixed in the insulating layer, and the oxynitride layer (SiN
x O y ). When this embodiment is used, SiN x
About 0.5 at% of nitrogen segregates at the O y / p-Si interface. The oxynitride film also has the effect of terminating dangling bonds in the SiO 2 film and improving the reliability of the gate insulating film.

【0028】(3)膜厚1nm程度の酸化膜を形成した
後、続けてオゾン酸化を行う方法 多結晶シリコン層4の表面にあらかじめ膜厚が約1nm
程度の極薄酸化膜を形成した後、オゾンを含む雰囲気で
処理を行うことにより、多結晶シリコン層4の表面に4
nm以上の膜厚を有する第1のゲート絶縁層6a(Si
層)を形成することができる。膜厚が約1nm程度
の酸化膜の形成方法として、例えば純水中にオゾンガス
をバブリングしたオゾン水中に、多結晶シリコン層4を
形成したサンプルを浸漬させることによって得られる。
また、オゾン水の代わりにアンモニア/過酸化水素水溶
液に上記したサンプルを浸漬させても良い。シリコン表
面に予め形成する上記のシリコン酸化膜の膜厚は約1n
m程度に限定されることなく、酸化膜の表面に飛来した
オゾン等の酸化種を多数吸着させるサイトとして作用す
れば良い。従って、酸化膜の密度が小さい状態を形成す
る膜厚として、約0.1〜1nmであれば好都合であ
る。
(3) A method in which an oxide film having a thickness of about 1 nm is formed, and then ozone oxidation is performed.
After forming an ultra-thin oxide film having a thickness of about 4 nm, the surface of the polycrystalline silicon layer 4 is treated by performing treatment in an atmosphere containing ozone.
The first gate insulating layer 6a (Si
O 2 layer). A method for forming an oxide film having a thickness of about 1 nm is obtained, for example, by immersing the sample on which the polycrystalline silicon layer 4 is formed in ozone water in which ozone gas is bubbled in pure water.
Further, the above-described sample may be immersed in an ammonia / hydrogen peroxide aqueous solution instead of the ozone water. The thickness of the silicon oxide film previously formed on the silicon surface is about 1 n.
The thickness is not limited to about m, and may serve as a site for adsorbing a large number of oxidizing species such as ozone flying on the surface of the oxide film. Therefore, it is advantageous that the thickness of the oxide film to form a state where the density is small is about 0.1 to 1 nm.

【0029】次に、シリコン層の酸化のメカニズムにつ
いて簡単に説明する。シリコンの表面が酸化種の雰囲気
に晒されたとき、先ずこの酸化種がシリコンの表面に吸
着し、酸化反応が開始される。また、シリコンの表面に
シリコン酸化膜を有する場合には、シリコン酸化膜の表
面に吸着した酸化種がシリコン酸化膜中を拡散する。酸
化種の拡散が進行してシリコン酸化膜/シリコンの界面
に到達すると、そこでシリコンと酸化種との反応が起こ
り、シリコン酸化膜が成長する。従って、酸化反応によ
って形成されるシリコン酸化膜がある程度厚くなって、
酸化反応よりも酸化種の拡散が律速されるような条件下
では、酸化種がシリコン酸化膜中を拡散する拡散速度が
大きいほど、シリコン酸化膜の形成速度も大きいことに
なる。
Next, the mechanism of oxidation of the silicon layer will be briefly described. When the surface of silicon is exposed to an atmosphere of an oxidizing species, the oxidizing species first adsorbs on the surface of the silicon, and an oxidation reaction starts. When a silicon oxide film is provided on the surface of silicon, the oxidizing species adsorbed on the surface of the silicon oxide film diffuses in the silicon oxide film. When the diffusion of the oxidizing species proceeds and reaches the silicon oxide film / silicon interface, a reaction between the silicon and the oxidizing species occurs, and the silicon oxide film grows. Therefore, the silicon oxide film formed by the oxidation reaction becomes somewhat thick,
Under conditions where the diffusion of the oxidizing species is more rate-determining than the oxidation reaction, the higher the diffusion rate of the oxidizing species in the silicon oxide film, the higher the rate of formation of the silicon oxide film.

【0030】一方、酸化種の拡散速度はシリコン酸化膜
中の酸化種の濃度勾配に比例するため、シリコン酸化膜
の最表面における酸化種濃度を多くすることによって拡
散速度を上げることができる。最表面の酸化種濃度を上
げるためには、吸着サイトを増加させればよい。上記し
たオゾン水、またはアンモニア/過酸化水素水溶液にシ
リコン表面を晒すことによって形成される約1nm程度
の酸化膜は一般に良く用いられる熱酸化膜ほど緻密では
なく、最表面における吸着サイトが多数存在する。この
ため、シリコン表面に予め約1nm程度のシリコン酸化
膜を形成しておくことは、酸化種を多数吸着させてその
表面における酸化種濃度を増加させる効果を有すること
になる。
On the other hand, since the diffusion rate of the oxidizing species is proportional to the concentration gradient of the oxidizing species in the silicon oxide film, the diffusion rate can be increased by increasing the concentration of the oxidizing species on the outermost surface of the silicon oxide film. In order to increase the concentration of oxidized species on the outermost surface, the number of adsorption sites may be increased. An oxide film of about 1 nm formed by exposing the silicon surface to ozone water or an aqueous solution of ammonia / hydrogen peroxide is not as dense as a generally used thermal oxide film, and has many adsorption sites on the outermost surface. . Therefore, forming a silicon oxide film of about 1 nm in advance on the silicon surface has the effect of adsorbing a large number of oxidizing species and increasing the oxidizing species concentration on the surface.

【0031】次に、上記の実施例で述べたオゾン供給方
法について詳細に説明する。オゾンは、通常200℃以
上で分解する。このため、約450℃の温度に加熱され
た基板にオゾンを供給した場合、基板からの熱輻射によ
って供給したオゾンの大部分は容易に分解されてしま
う。この不都合を避けるためにオゾンの供給量を増加さ
せた場合、多量のオゾンガスにより基板表面温度が低下
し、基板表面での酸化反応が阻害される結果になる。従
って、このような場合には、オゾン供給量の増加から期
待されるほどの酸化膜が形成されない。
Next, the ozone supply method described in the above embodiment will be described in detail. Ozone usually decomposes at 200 ° C. or higher. For this reason, when ozone is supplied to a substrate heated to a temperature of about 450 ° C., most of the supplied ozone is easily decomposed by heat radiation from the substrate. When the supply amount of ozone is increased to avoid this inconvenience, a large amount of ozone gas lowers the substrate surface temperature, resulting in inhibition of the oxidation reaction on the substrate surface. Therefore, in such a case, an oxide film is not formed as much as expected from an increase in the supply amount of ozone.

【0032】基板表面における酸化反応を促進するため
には、基板表面に到達する以前の過程において、オゾン
そのものの分解と基板表面の温度低下とを防ぐことが必
要である。換言すれば、オゾンガス搬送経路中の温度は
オゾンが分解しない程度の200℃以下、望ましくは1
50℃以下に保持し、かつ基板表面のみを高温に保持す
ることが重要である。これらの要求を満たすために、発
明者らは基板表面にオゾンを供給したときの基板表面の
温度変化を詳細に解析し、その知見に基いて基板表面の
温度制御方法の検討を行った。
In order to accelerate the oxidation reaction on the substrate surface, it is necessary to prevent the decomposition of ozone itself and the decrease in the temperature of the substrate surface before reaching the substrate surface. In other words, the temperature in the ozone gas transport path is 200 ° C. or less, which is a level at which ozone is not decomposed, and is preferably 1 ° C.
It is important to keep the temperature at 50 ° C. or lower and keep only the substrate surface at a high temperature. In order to satisfy these requirements, the inventors analyzed in detail the temperature change of the substrate surface when ozone was supplied to the substrate surface, and studied a method of controlling the temperature of the substrate surface based on the knowledge.

【0033】一般に、汎用ヒータを用いて温度制御がな
されるステージに基板を保持している状態で、この基板
表面にガスを供給した場合、基板表面の温度は図5に示
すような変化を示す。即ち、図5は横軸に時間経過を、
また縦軸にヒータ入力、ヒータの装着されているステー
ジ内部の温度、基板表面の温度変化を表わしている。ヒ
ータに所定の入力が行なわれているとき、ステージ内部
の温度及び基板表面の温度は何れも所定の温度を維持し
ている。しかしながら、ガスの供給が開始されるとほぼ
時刻を同じくして基板表面の温度が急速に低下を開始す
る。そして、時間t1を経過してステージ内部の温度が
低下し始めるとヒータのフィードバック機構が作動す
る。時間t2の経過後、ヒータへの入力が増加し、それ
によってステージ内部の温度が徐々に回復する。ヒータ
内部の温度が再び設定温度である定常状態に戻った後
は、供給されたガスにある程度の熱が奪われるため、ヒ
ータの入力はガス供給前に比較してやや大きくなるが、
基板表面の温度はガス供給前よりも低い温度で定常状態
に達する。
Generally, when a gas is supplied to the surface of a substrate while holding the substrate on a stage whose temperature is controlled using a general-purpose heater, the temperature of the substrate surface changes as shown in FIG. . That is, FIG. 5 shows the time lapse on the horizontal axis,
The vertical axis represents the heater input, the temperature inside the stage where the heater is mounted, and the temperature change on the substrate surface. When a predetermined input is made to the heater, the temperature inside the stage and the temperature on the substrate surface both maintain the predetermined temperature. However, when the supply of gas is started, the temperature of the substrate surface starts to decrease rapidly at almost the same time. When the temperature inside the stage starts to decrease after the time t1, the feedback mechanism of the heater operates. After the elapse of the time t2, the input to the heater increases, whereby the temperature inside the stage gradually recovers. After the temperature inside the heater returns to the steady state at the set temperature again, the supplied gas loses some heat, so the input of the heater becomes slightly larger than before the gas supply,
The substrate surface temperature reaches a steady state at a lower temperature than before gas supply.

【0034】図5において、T1は基板表面にガスを供
給したことに起因する温度低下量であり、t1はガス供
給開始時から基板表面温度が最低になるまでの時間であ
る。前述したように、オゾンによる酸化反応プロセスに
おいては、酸化膜の形成速度が大きいのは酸化反応の初
期段階である。従って、オゾン供給直後における基板表
面の温度低下を極力抑制することが酸化反応を促進させ
る上で肝要である。即ち、上述の基板表面の温度低下量
T1ならびにその温度が下がりきるまでの時間t1をい
かに小さく抑えることが出来るかどうかが酸化膜成長の
鍵となる。
In FIG. 5, T1 is the temperature decrease caused by the supply of gas to the substrate surface, and t1 is the time from the start of gas supply until the substrate surface temperature becomes minimum. As described above, in the oxidation reaction process using ozone, the formation rate of the oxide film is high at the initial stage of the oxidation reaction. Therefore, it is important to minimize the temperature drop on the substrate surface immediately after the supply of ozone in order to promote the oxidation reaction. That is, the key to the growth of the oxide film is how much the above-mentioned temperature decrease amount T1 on the substrate surface and the time t1 until the temperature is completely reduced can be suppressed.

【0035】発明者らが改善した基板加熱ステージの概
略を図6に示す。図6(a)はその平面図であり、図6
(b)は側面図である。熱伝導性の良い窒化アルミニウ
ム(AlN)を用いて基板ステージ13を作製し、ヒー
タである熱源14は基板ステージ13の表面近くに内蔵
させる構造とした。また、熱源制御用の温度検出器15
を基板ステージ13の表面近くに取り付けた。さらにP
ID制御のパラメータを最適化することにより、熱源1
4と基板ステージ13との間に介在する熱時定数を極力
小さくした。
FIG. 6 schematically shows a substrate heating stage improved by the inventors. FIG. 6A is a plan view of FIG.
(B) is a side view. The substrate stage 13 was manufactured using aluminum nitride (AlN) having good thermal conductivity, and a heat source 14 as a heater was built in near the surface of the substrate stage 13. Further, a temperature detector 15 for controlling a heat source is provided.
Was mounted near the surface of the substrate stage 13. Further P
By optimizing the ID control parameters, the heat source 1
The thermal time constant interposed between the substrate 4 and the substrate stage 13 was minimized.

【0036】この基板加熱ステージを用いて図5で示し
た場合と同様の実験を行なった結果を図7に示す。この
結果、基板表面にガスを供給する場合において、基板表
面温度の低下量(T1)及び基板温度が下がりきるまで
の時間(t1)を図5で示した場合よりもはるかに低減
させることが可能になった。尚、上記した実施例では基
板ステージの材料にAlNを用いたが、図7に示した場
合と同様の効果を示すものであればこれに限定されるも
のではない。
FIG. 7 shows the result of performing the same experiment as that shown in FIG. 5 using this substrate heating stage. As a result, when the gas is supplied to the substrate surface, the amount of decrease (T1) in the substrate surface temperature and the time (t1) until the substrate temperature is completely reduced can be much reduced as compared with the case shown in FIG. Became. In the above-described embodiment, AlN is used as the material of the substrate stage. However, the material is not limited to this as long as the same effect as that shown in FIG. 7 can be obtained.

【0037】多結晶シリコン層4の表面を酸化して形成
した第1の絶縁層6a(SiO層)上に形成した第2
の絶縁層6bは、例えばCVD法、PVD法、またはス
ピン塗布法により形成する。CVD法の場合、TEOS
を原料ガスとして熱分解反応を利用する方法、またモノ
シランやジシランを原料ガスとして熱分解を利用する方
法等がある。また、PVD法の場合、スパッタ法、蒸着
法等がある。例えばSiOターゲットを用い、Ar/
混合ガス中でRFスパッタを行うことによって、緻
密なSiO膜が得られる。また、スピン塗布法では、
SOG(Spin On Glass)法等がある。以
上で述べた方法によって、ゲート絶縁層6が完成する。
The second insulating layer 6a (SiO 2 layer) formed by oxidizing the surface of the polycrystalline silicon layer 4 is formed.
The insulating layer 6b is formed by, for example, a CVD method, a PVD method, or a spin coating method. In case of CVD method, TEOS
And a method of utilizing thermal decomposition using monosilane or disilane as a source gas. In the case of the PVD method, there are a sputtering method, an evaporation method, and the like. For example, using an SiO 2 target, Ar /
By performing RF sputtering in an O 2 mixed gas, a dense SiO 2 film can be obtained. In the spin coating method,
There is an SOG (Spin On Glass) method or the like. The gate insulating layer 6 is completed by the method described above.

【0038】以上で述べたプロセスを用いて、無アニー
ルガラス基板上に450℃以下なる低温で形成されたT
FTは、多結晶シリコン層であるチャネル領域の上に4
nm以上のゲート絶縁膜を有し、その絶縁膜に多結晶シ
リコン層を酸化させて形成させたSiO層を用いるこ
とによって、その界面準位密度を下げることが出来、そ
の結果としてTFTの重要な特性のひとつであるしきい
電圧Vthの経時的変動を小さく抑えることが可能であ
ることを確認した。
Using the above-described process, the T formed at a low temperature of 450 ° C. or less on an unannealed glass substrate.
The FT has 4 above the channel region, which is a polycrystalline silicon layer.
By using a SiO 2 layer formed by oxidizing a polycrystalline silicon layer as a gate insulating film having a gate insulating film of nm or more, the interface state density can be reduced. It has been confirmed that the variation with time of the threshold voltage Vth, which is one of the characteristics, can be reduced.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上で説明したように、オゾン酸化を利
用した多結晶シリコン膜の表面処理を用いることによ
り、安価な無アニールガラス基板上に液晶表示用の薄膜
トランジスタを形成することが出来る。
As described above, a thin film transistor for liquid crystal display can be formed on an inexpensive non-annealed glass substrate by using the surface treatment of a polycrystalline silicon film using ozone oxidation.

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

【図1】第1の実施例である薄膜トランジスタを説明す
るための概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a thin film transistor according to a first embodiment.

【図2】第1の実施例である薄膜トランジスタの製造方
法を説明するための工程図である。
FIG. 2 is a process chart for explaining a method of manufacturing the thin film transistor according to the first embodiment.

【図3】熱酸化膜厚とフラットバンド電圧との関係を表
す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a thermal oxide film thickness and a flat band voltage.

【図4】第2の実施例である薄膜トランジスタを説明す
るための概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view illustrating a thin film transistor according to a second embodiment.

【図5】従来の基板加熱方法を説明するための説明図で
ある。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a conventional substrate heating method.

【図6】本発明を実施するための基板加熱機構を説明す
るための概略図である。。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a substrate heating mechanism for carrying out the present invention. .

【図7】本実施例における基板の表面温度変化を説明す
るための概略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a change in surface temperature of a substrate in the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…無アニールガラス基板、2…拡散防止層、3…アモ
ルファスシリコン層、4…多結晶シリコン層、5…エキ
シマレーザ光、6a…第1の絶縁層、6b…第2の絶縁
層、7…ゲート領域、8…ソース領域、9…ドレイン領
域、10…層間絶縁層、11…電極、12…チャネル領
域、13…基板ステージ、14…熱源、15…温度検出
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Unannealed glass substrate, 2 ... Diffusion prevention layer, 3 ... Amorphous silicon layer, 4 ... Polycrystalline silicon layer, 5 ... Excimer laser beam, 6a ... 1st insulating layer, 6b ... 2nd insulating layer, 7 ... Gate region, 8 source region, 9 drain region, 10 interlayer insulating layer, 11 electrode, 12 channel region, 13 substrate stage, 14 heat source, 15 temperature detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/316 H01L 29/78 617V 29/786 617U 617T (72)発明者 田村 太久夫 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中原 美和子 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中野 泰 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 折付 良二 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 糸賀 敏彦 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 賀茂 尚広 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 (72)発明者 大倉 理 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所ディスプレイグループ内 Fターム(参考) 2H090 HA03 HB03X HC05 JB02 JD09 2H091 FA37Y GA01 GA13 LA12 2H092 JA24 JA34 JA37 JA41 JB56 KA04 KA05 KB25 MA25 MA30 NA29 PA01 PA07 5F058 BA20 BB07 BC02 BC11 BD01 BF53 BF62 BF63 BF69 BJ10 5F110 AA14 AA17 AA30 BB01 CC02 DD02 DD13 DD14 EE01 EE02 EE06 EE09 FF02 FF04 FF09 FF21 FF22 FF23 FF27 FF28 FF29 FF35 GG02 GG13 GG25 GG44 HJ13 HJ23 NN02 PP03 QQ11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/316 H01L 29/78 617V 29/786 617U 617T (72) Inventor Takuo Tamura Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture 292 Yoshida-cho, Hitachi, Ltd.Production Technology Laboratory (72) Inventor Miwako Nakahara 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Pref. 3300 Hayano Hitachi Display Co., Ltd. (72) Inventor Ryoji Oritsuki 3300 Hayano Mobara, Chiba Prefecture Hitachi Display Co., Ltd. Hitachi Central Research Laboratory (72) Inventor Kamo 3300 Hayano, Mobara-shi, Chiba Prefecture, Hitachi, Ltd. Display Group, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Osamu 3300, Hayano, Mobara-shi, Chiba Prefecture, Hitachi, Ltd. GA13 LA12 2H092 JA24 JA34 JA37 JA41 JB56 KA04 KA05 KB25 MA25 MA30 NA29 PA01 PA07 5F058 BA20 BB07 BC02 BC11 BD01 BF53 BF62 BF63 BF69 BJ10 5F110 AA14 AA17 AA30 BB01 CC02 DD02 DD13 FF29 FF02 FF01 FF02 FF01 FF02 FF02 FF01 FF02 FF GG02 GG13 GG25 GG44 HJ13 HJ23 NN02 PP03 QQ11

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ガラス基板の上方に形成されたシリコン多
結晶からなるチャネル領域とソース領域とドレイン領域
と,第1の絶縁層と,第2の絶縁層と電極とを備え,前
記ガラス基板が無アニールガラス基板であり,かつ前記
第1の絶縁層がチャネルを覆うようにして形成されてい
ることを特徴とする薄膜トランジスタ。
1. A semiconductor device comprising: a channel region, a source region, a drain region, a first insulating layer, a second insulating layer, and an electrode formed of a polycrystalline silicon formed above a glass substrate. A thin film transistor, which is a non-annealed glass substrate, wherein the first insulating layer is formed so as to cover a channel.
【請求項2】前記第1の絶縁層の膜厚が4nm以上であ
ることを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジス
タ。
2. The thin film transistor according to claim 1, wherein said first insulating layer has a thickness of 4 nm or more.
【請求項3】前記第1の絶縁層が、500℃以下の温度
で前記チャネル領域の表面を酸化させてなるシリコン酸
化層であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜トラ
ンジスタ。
3. The thin film transistor according to claim 1, wherein said first insulating layer is a silicon oxide layer formed by oxidizing a surface of said channel region at a temperature of 500 ° C. or lower.
【請求項4】前記第1の絶縁層が,500℃以下の温度
で前記チャネル領域の表面を酸窒化させてなるシリコン
酸窒化層であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜
トランジスタ。
4. The thin film transistor according to claim 1, wherein said first insulating layer is a silicon oxynitride layer formed by oxynitriding the surface of said channel region at a temperature of 500 ° C. or less.
【請求項5】前記第2の絶縁層は前記第1の絶縁層の上
方に配設され、かつ化学堆積法を用いて形成されてなる
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
5. The thin film transistor according to claim 1, wherein said second insulating layer is provided above said first insulating layer, and is formed by using a chemical deposition method.
【請求項6】前記第2の絶縁層は前記第1の絶縁層の上
方に配設され、かつ物理堆積法を用いて形成されてなる
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
6. The thin film transistor according to claim 1, wherein said second insulating layer is provided above said first insulating layer, and is formed by using a physical deposition method.
【請求項7】前記第2の絶縁層は前記第1の絶縁層の上
方に配設され、かつスピン塗布法を用いて形成されてな
ることを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジス
タ。
7. The thin film transistor according to claim 1, wherein said second insulating layer is disposed above said first insulating layer and formed by using a spin coating method.
【請求項8】前記チャネル領域とソース領域とドレイン
領域とが形成される側の、前記無アニールガラス基板の
表面に、拡散防止膜が形成されてなることを特徴とする
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
8. The method according to claim 1, wherein a diffusion preventing film is formed on a surface of the non-annealed glass substrate on a side where the channel region, the source region, and the drain region are formed. Thin film transistor.
【請求項9】ガラス基板の上方に形成されたシリコン多
結晶からなるチャネル領域とソース領域とドレイン領域
と,絶縁層と電極とを備え,前記ガラス基板が無アニー
ルガラス基板であり,かつ前記絶縁層がチャネルを覆う
ようにして形成されていることを特徴とする薄膜トラン
ジスタ。
9. A semiconductor device comprising: a channel region made of polycrystalline silicon formed above a glass substrate; a source region and a drain region; an insulating layer and an electrode; wherein the glass substrate is a non-annealed glass substrate; A thin film transistor, wherein the layer is formed so as to cover a channel.
【請求項10】前記絶縁層が500℃以下の温度で形成
されてなることを特徴とする請求項9に記載の薄膜トラ
ンジスタ。
10. The thin film transistor according to claim 9, wherein said insulating layer is formed at a temperature of 500 ° C. or less.
【請求項11】前記絶縁層が500℃以下の温度で前記
チャネル領域の表面を酸化させてなるシリコン酸化層で
あることを特徴とする請求項9に記載の薄膜トランジス
タ。
11. The thin film transistor according to claim 9, wherein said insulating layer is a silicon oxide layer formed by oxidizing a surface of said channel region at a temperature of 500 ° C. or lower.
【請求項12】前記絶縁層が500℃以下の温度で前記
チャネル領域の表面を酸窒化させてなるシリコン酸窒化
層であることを特徴とする請求項9に記載の薄膜トラン
ジスタ。
12. The thin film transistor according to claim 9, wherein said insulating layer is a silicon oxynitride layer formed by oxynitriding the surface of said channel region at a temperature of 500 ° C. or lower.
【請求項13】薄膜トランジスタの製造方法であって、
(1)無アニールガラス基板の上方に非晶質シリコン層
を形成する工程と、(2)該非晶質シリコン層にレーザ
光を照射して多結晶シリコン層を形成する工程と、
(3)該多結晶シリコン層の所定の位置にチャネル領域
とソース領域とドレイン領域とを形成する工程と、
(4)前記多結晶シリコン層の少なくとも前記チャネル
領域の表面を500℃以下の温度で酸化させて、第1の
絶縁層を形成する工程と、(5)該第1の絶縁層の上に
第2の絶縁層を形成する工程と、(6)前記チャネル領
域に対応する位置であって、前記第2の絶縁層の上にゲ
ート領域を形成する工程と、(7)該ゲート領域を覆う
ようにして層間絶縁層を形成した後、前記ソース領域と
前記ドレイン領域と前記ゲート領域と電気的な接続を行
なうようにして各々の電極を形成する工程とを備えたこ
とを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
13. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising:
(1) a step of forming an amorphous silicon layer above an unannealed glass substrate; and (2) a step of irradiating the amorphous silicon layer with a laser beam to form a polycrystalline silicon layer;
(3) forming a channel region, a source region, and a drain region at predetermined positions of the polycrystalline silicon layer;
(4) a step of oxidizing at least a surface of the channel region of the polycrystalline silicon layer at a temperature of 500 ° C. or less to form a first insulating layer; and (5) forming a first insulating layer on the first insulating layer. (6) a step of forming a gate region on the second insulating layer at a position corresponding to the channel region, and (7) a step of covering the gate region. Forming an interlayer insulating layer, and forming respective electrodes so as to electrically connect the source region, the drain region, and the gate region. Method.
【請求項14】前記第1の絶縁層を形成する工程におい
て、少なくともオゾンを含有する雰囲気中で前記多結晶
シリコン層の表面を酸化させることにより、前記第1の
絶縁層を形成することを特徴とする請求項13に記載の
薄膜トランジスタの製造方法。
14. The method according to claim 14, wherein in the step of forming the first insulating layer, the surface of the polycrystalline silicon layer is oxidized in an atmosphere containing at least ozone to form the first insulating layer. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 13.
【請求項15】前記第1の絶縁層を形成する工程におい
て、オゾンとHOを含む雰囲気中で前記多結晶シリコ
ン層の表面を酸化させることにより、前記第1の絶縁層
を形成することを特徴とする請求項13に記載の薄膜ト
ランジスタの製造方法。
15. The step of forming the first insulating layer, wherein the surface of the polycrystalline silicon layer is oxidized in an atmosphere containing ozone and H 2 O to form the first insulating layer. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 13, wherein:
【請求項16】前記第1の絶縁層を形成する工程におい
て、オゾンとNOとを含む雰囲気中で前記多結晶シリ
コン層の表面を酸化させることにより、前記第1の絶縁
層を形成することを特徴とする請求項13に記載の薄膜
トランジスタの製造方法。
16. The step of forming the first insulating layer, wherein the surface of the polycrystalline silicon layer is oxidized in an atmosphere containing ozone and N 2 O to form the first insulating layer. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 13, wherein:
【請求項17】前記第1の絶縁層を形成する工程におい
て、酸素供与性の溶液を用いて前記多結晶シリコン層の
表面に第1のシリコン酸化層を形成した後、オゾンを含
む雰囲気中で前記第1のシリコン層と前記多結晶シリコ
ン層との間に第2のシリコン酸化層を形成することを特
徴とする請求項13に記載の薄膜トランジスタの製造方
法。
17. In the step of forming the first insulating layer, after forming a first silicon oxide layer on the surface of the polycrystalline silicon layer using an oxygen donating solution, the first silicon oxide layer is formed in an atmosphere containing ozone. 14. The method according to claim 13, wherein a second silicon oxide layer is formed between the first silicon layer and the polycrystalline silicon layer.
【請求項18】前記多結晶シリコン層の表面に供給され
るオゾンガスまたはオゾンを含有するガスが、前記オゾ
ンの分解温度以下に加熱されてなることを特徴とする請
求項14乃至17の何れかに記載の薄膜トランジスタの
製造方法。
18. The method according to claim 14, wherein the ozone gas or the gas containing ozone supplied to the surface of the polycrystalline silicon layer is heated to a temperature lower than the decomposition temperature of the ozone. A method for manufacturing the thin film transistor according to the above.
【請求項19】前記オゾンガスまたはオゾンを含有する
ガスが150℃以下の温度に加熱されてなることを特徴
とする請求項14乃至17の何れかに記載の薄膜トラン
ジスタの製造方法。
19. The method according to claim 14, wherein the ozone gas or the gas containing ozone is heated to a temperature of 150 ° C. or less.
【請求項20】前記第1の絶縁層を形成する工程におい
て、前記多結晶シリコン層の表面に密度の小さい第1の
シリコン酸化層を形成した後、前記第1のシリコン酸化
層と前記多結晶シリコン層との間に密度の大きい第2の
シリコン酸化層を形成することを特徴とする請求項13
に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
20. In the step of forming the first insulating layer, after forming a low density first silicon oxide layer on the surface of the polycrystalline silicon layer, the first silicon oxide layer and the polycrystalline silicon 14. A high density second silicon oxide layer is formed between the silicon oxide layer and the silicon layer.
3. The method for manufacturing a thin film transistor according to item 1.
【請求項21】前記第1のシリコン酸化層の膜厚が0.
1〜1nmの範囲であることを特徴とする請求項17ま
たは21に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
21. The first silicon oxide layer has a thickness of 0.1 mm.
22. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 17, wherein the thickness is in a range of 1 to 1 nm.
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JP2015502029A (en) * 2011-11-11 2015-01-19 京東方科技集團股▲ふん▼有限公司 THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND DISPLAY DEVICE
JP2018523928A (en) * 2015-08-19 2018-08-23 クンシャン ニュー フラット パネル ディスプレイ テクノロジー センター カンパニー リミテッド Thin film transistor and manufacturing method thereof

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100452436C (en) * 2003-07-09 2009-01-14 精工爱普生株式会社 Transistor manufacturing method, electro-optic device and electronic instrument
JP2015502029A (en) * 2011-11-11 2015-01-19 京東方科技集團股▲ふん▼有限公司 THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND DISPLAY DEVICE
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