JP2004014644A - Method for manufacturing transistor, integrated circuit and electro-optical device using same, as well as electronic apparatus mounted with the device - Google Patents

Method for manufacturing transistor, integrated circuit and electro-optical device using same, as well as electronic apparatus mounted with the device Download PDF

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JP2004014644A JP2002163383A JP2002163383A JP2004014644A JP 2004014644 A JP2004014644 A JP 2004014644A JP 2002163383 A JP2002163383 A JP 2002163383A JP 2002163383 A JP2002163383 A JP 2002163383A JP 2004014644 A JP2004014644 A JP 2004014644A
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安部 大介
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of establishing the characteristics of the bulk of a gate insulating film and the characteristics of an MOS interface. <P>SOLUTION: This method for manufacturing a transistor comprises a process (Fig. (f)) for depositing silicon oxide made of at least TEOS and oxygen on a semiconductor being the active layer of an MOS transistor by a parallel flat RF plasma CVD method to form a gate insulating film, a process (Fig. 1(g)) for forming a semiconductor film on the gate insulating film, and a process (Fig. 1(g)) for carrying out heat treatment to the gate insulating film. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランジスタの製造方法に関する。さらには、そのトランジスタを採用した集積回路、及びそのトランジスタを画素に接続されるスイッチング素子やドライバー回路として用いたEL(エレクトロルミネッセンス)表示装置及び液晶表示装置又は電気泳動装置等に代表される電気光学装置、並びにその電気光学装置を搭載した電子機器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置や有機EL表示装置などの電気光学装置の基板に、ガラスや樹脂等の比較的に大型の透明基板を用いることが検討されている。これ等の基板は耐熱温度が相対的に低い。このため、この基板に集積されるTFTなどの半導体装置や各種のデバイスを低温プロセスによって製造する技術の開発がなされている。また、有機EL表示素子は電流駆動によって動作するため、より駆動性能の良いTFTが必要であり、低温ポリシリコンTFTの製造技術が重要である。
【0003】
低温ポリシリコンTFTの製造には、MOSトランジスタのゲート絶縁膜を形成する工程が不可欠である。ゲート絶縁膜の良否がトランジスタ性能に大きな影響を与える。ゲート絶縁膜の形成には、ECR−PECVD法(ECRプラズマ化学気相堆積法)、平行平板型RFプラズマCVD法が使用される。ECR−PECVD法を使用すると、ゲート絶縁膜を堆積後に熱処理を加えることによってMOS界面の特性を熱酸化膜並に向上させることができる。また、平行平板型RFプラズマCVDを用いた場合、ゲート絶縁膜のバルクの特性は良好である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ECR−PECVD法を使用して形成したゲート絶縁膜には、フラットバンド電圧のシフトが大きい、絶縁耐圧が低い等の、好ましくない傾向もあり、膜質の更なる改善が望まれる。一方、平行平板型RFプラズマCVDを使用して形成したゲート絶縁膜は、MOS界面に多くの欠陥を含んでいる。いずれの方法によっても、ゲート絶縁膜のバルクの特性とMOS界面の特性の両方が共に良好であるゲート絶縁膜を得ることは難しい。
【0005】
よって、本発明は、低温プロセスによってゲート絶縁膜のバルクの特性と界面の特性を両立させ得る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のトランジスタの製造方法は、第1の半導体上にゲート絶縁膜を形成する工程、前記ゲート絶縁膜上に第2の半導体を形成する工程、及び前記第2の半導体を形成した後に熱処理を行う工程、を具備することを特徴とする。
【0007】
かかる工程によって製造することによって、トランジスタの能動層となる半導体膜とゲート絶縁膜との界面(以下MOS界面と称す)の低欠陥密度、膜中の低電荷密度、高絶縁耐圧等の優れた品質を併せ持つゲート絶縁膜の形成が実現可能となり、高品質なゲート絶縁膜を有するトランジスタを低温プロセスで製造することが可能となる。
【0008】
トランジスタの能動層となる第1の半導体はシリコン基板であるか、または少なくとも表面が絶縁性の基板上に形成したシリコン膜を用いることができる。それにより、本発明で開示された工程以外の製造工程において、現在広く実用化されている半導体基板を用いた集積回路やアモルファスシリコンTFT、ポリシリコンTFTの製造工程を踏襲することができる。
【0009】
ゲート絶縁膜の形成方法はテトラエトキシシラン及び酸素を主たる原材料とする酸化シリコンをプラズマCVD法、特に平行平板型プラズマCVD法にて堆積する。それにより、良好な品質の絶縁膜を形成することができ、かつ、基板(第1の半導体)面内均一に絶縁膜を形成することができる。
【0010】
また、前記ゲート絶縁膜は、摂氏350度以上450度以下の雰囲気中で形成されることを特徴とする。それにより、熱処理後のゲート絶縁膜およびMOS界面の品質を良好なものにすることができる。
【0011】
好ましくは、前記ゲート絶縁膜上に形成する第2の半導体膜としてはシリコン膜またはゲルマニウム膜を用いると好ましい。トランジスタの能動層への不純物の拡散の影響を排除することができるからである。
【0012】
また、第2の半導体は、非晶質であることを特徴とする。それにより、後の工程で行われる熱処理による膜質およびMOS界面の改善効果を大きくすることができる。
【0013】
第2の半導体はプラズマCVD、特に平行平板型プラズマCVD法にて堆積する。それにより、後の工程で行われる熱処理による膜質およびMOSの改善効果を大きくすることができる。
【0014】
また、前記熱処理は、摂氏300度以上450度以下の雰囲気中にて行われることを特徴とする。それにより、上記以外の温度範囲で熱処理を行った場合に比べてゲート絶縁膜の膜質、及びMOS界面品質の改善効果を最大にすることができる。また、前記熱処理は、光エネルギーを照射する工程を含むことを特徴とする。光エネルギーとしては、例えば、レーザ光またはハロゲンランプ光などを用いることができる。それにより、加熱炉等で加熱するのに比較して短い工程時間で膜質、MOS界面の改善が図れるので、工程時間を短縮し、製造コストを低減することができる。ここで、光エネルギーを照射する場合においても第一の半導体膜の温度が摂氏300度以上450度以下になるように光エネルギー強度や照射時間を制御することが重要である。
【0015】
また、前記第2の半導体をパターニングする工程、及び前記第1の半導体に不純物を注入する工程を更に備え、前記熱処理は、前記不純物を注入する工程の後に行うことを特徴とする。より具体的には、ゲート電極の形状に第2の半導体膜をパターニングした後、第2の半導体膜をマスクとしてトランジスタのソース、ドレイン部分に1x1019cm−3以上、1x1021cm−3以下の3族元素または5族元素の不純物を注入し、その後熱処理を行う。それにより、トランジスタのソース部分およびドレイン部分への不純物注入とゲート電極を低抵抗化するためのゲート電極への不純物注入を同時に行うことができるため工程時間を短縮し、製造コストを低減することが可能となる。
【0016】
また、前記第2の半導体をゲート電極として用いることを特徴とする。それにより、ゲート電極材料の堆積工程を省略することができるため工程時間を短縮し、製造コストを低減することができる。ここで、「ゲート電極として用いる」とは、ゲート電極の一部として使用する場合、及び全部として使用する場合の双方を含む。
【0017】
また、前記熱処理を行った後、前記第2の半導体を除去する工程を更に備えたことを特徴とする。尚、第2の半導体を除去した後には、第2の半導体膜とは異なった種類の電極材料を前記ゲート絶縁膜上に堆積し、これをパターニングしてゲート電極とするとよい。それにより、最もゲート電極材料に適したものをゲート電極として利用できるため、例えば、より低抵抗なゲート電極材料を用いることによって回路をより高速動作させることが可能となる。
【0018】
また、前記熱処理工程の後、全ての工程において基板温度を摂氏350度以下の工程温度でデバイスを完成させると好ましい。それにより、製造工程中でのゲート絶縁膜及びMOS界面の品質劣化を防止し、高品質なMOSトランジスタを製造することができる。
【0019】
また、前記MOSトランジスタは全工程において工程温度摂氏500度以下の低温プロセスによってガラス基板上に製造されると好ましい。それによって、低コストで高品質なトランジスタを製造することが可能となる。
【0020】
本発明の製造方法によって製造されたトランジスタは、トランジスタのMOS界面の低欠陥密度、膜中の低電荷密度、高絶縁耐圧等の優れた品質を併せ持つゲート絶縁膜の形成が実現可能となり、高品質なゲート絶縁膜を有する高性能なトランジスタを低温プロセスで製造することが可能となる。
【0021】
また、本発明の集積回路は、上記したいずれかの製法によって製造されたトランジスタを含む。
【0022】
また、本発明の電気光学装置は、スイッチング素子と、前記スイッチング素子により制御される電気光学層と、を含む電気光学装置において、前記スイッチング素子は、上記した方法により製造されるトランジスタを含む。
【0023】
また、本発明の電子機器は、表示部として電気光学装置を含む電子機器において、
前記表示部として前記の電気光学装置を搭載したことを特徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0025】
本発明の実施の形態では、以下に詳述するように、MOSトランジスタのゲート絶縁膜を堆積した後に、半導体膜を被着し、この半導体膜を被着した状態で熱処理を施すことによって、ゲート絶縁膜中およびMOS界面の欠陥を減らし、膜質を改善している。ゲート絶縁膜としては、例えば、シリコンの熱酸化膜やCVDにより堆積した酸化シリコン膜等を用いることができるが、特に500℃以下程度で形成する必要がある低温プロセスでは、テトラエトキシシランおよび酸素ガスを原料として平行平板型RFプラズマCVD法によって堆積すると、より良い特性の絶縁膜を得ることができる。
【0026】
上記半導体膜としてシリコンあるいはゲルマニウムなどの4族元素の半導体膜が使用可能である。3族元素と5族元素などの化合物からなる化合物半導体は熱処理時にトランジスタの能動層部分や製造装置全体に3族元素あるいは5族元素が拡散し、完成後のトランジスタの特性に影響を及ぼす可能性があるため、好ましくない。
【0027】
図1および図2は、本発明を適用したMOSトランジスタの製造方法の実施例を説明する工程図である。本実施例では薄膜トランジスタ(TFT)の製造工程について述べるが、本発明の適用範囲はTFTに限るものではなく、半導体基板を用いて基板自体をトランジスタの能動層とする一般的なMOSトランジスタおよびそれを用いた集積回路等も含まれることは言うまでもない。
【0028】
(半導体薄膜の形成)
図1(a)に示すように、基板11の上に下地保護膜12を形成する。基板11としては、石英基板、ガラス基板、耐熱プラスチック等の透明な絶縁基板、セラミックス等の不透明絶縁基板、あるいは金属等の導電性基板、半導体基板などさまざまな材質の基板を使用可能である。下地保護膜12は、ガラス基板等の中に含まれるナトリウム等の可動のイオンが半導体膜13中に混入しないようにする。下地保護膜22は酸化シリコン膜(SiO:0<x≦2)や窒化シリコン膜(Si:0<x≦2)等の絶縁性物質膜あるいはそれらの積層膜である。
【0029】
下地保護膜12は、基板11を純水やアルコールなどの有機溶剤、硫酸、硝酸などの酸で洗浄した後、基板11上に常圧化学気相堆積法(APCVD法)、低圧化学気相堆積法(LPCVD法)、プラズマ化学気相堆積法(PECVD法)等のCVD法あるいはスパッタ法などによって形成する。下地保護膜12として酸化シリコン膜を使用する場合、APCVD法では基板温度を250℃程度から450℃程度とし、モノシラン(SiH)や酸素を原料として形成することができる。PECVD法やスパッタ法では基板温度は室温から400℃程度である。PECVD法では下地保護膜12として酸化シリコン膜を使用する場合、モノシランと酸素または亜酸化窒素(NO)を原料として形成することができる。また、窒化シリコン膜を使用する場合モノシランとアンモニア(NH)または窒素を原料ガスとして形成することができる。下地保護膜12の膜厚は基板からの不純物元素の拡散と混入を防ぐのに十分な膜厚とする。例えば、100nm程度以上である。ロット間や基板間のばらつきを考慮すると、200nm程度以上が好ましく、300nm程度あれば保護膜としての機能を十分に果たし得る。下地保護膜(絶縁膜)12があまりにも厚くなると膜のストレスに起因するクラックが生じ易くなる。この点からすれば、最大膜厚は2μm程度が好ましいが、生産性を重視した場合、下地保護膜の膜厚は300nm程度が好ましい。
【0030】
次に、図1(b)に示すように、下地保護膜12の上に半導体膜13を形成する。上述した下地保護膜12は必須のものではないが、半導体薄膜トランジスタをガラス基板上に作製する場合、半導体膜13への不純物制御が重要であるため、ガラス基板11中のナトリウムなどの可動イオンが半導体膜13中に混入しないように下地保護膜12を形成した後に半導体膜13を堆積することが好ましい。
【0031】
半導体膜13として、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)等の4族の単体の半導体膜の他に、シリコン・ゲルマニウム(SiGe1−x:0<x<1)やシリコン・カーバイド(Si1−x:0<x<1)やゲルマニウム・カーバイド(Ge1−x:0<x<1)等の4族の元素複合体の半導体膜、ガリウム・ヒ素(GaAs)やインジウム・アンチモン(InSb)等の3族元素と5族元素との複合化合物半導体膜、又は、カドミウム・セレン(CdSe)等の2族元素と6族元素との複合体化合物半導体膜等がある。
【0032】
また、シリコン・ゲルマニウム・ガリウム・ヒ素(SiGeGaAs:x+y+z=1)等のように更に複合化合物半導体膜やこれ等の半導体膜にリン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)等のドナー元素を添加したN型半導体膜、あるいはホウ素、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)等のアクセプタ元素を添加したP型半導体膜に対しても適用可能である。
【0033】
これ等半導体膜13は、APCVD法、LPCVD法、PECVD法等のCVD法、あるいはスパッタ法や蒸着法などのPVD法で形成する。
【0034】
半導体膜13としてシリコン膜を用いる場合、LPCVD法では、基板温度を400℃程度から700℃程度としてジシラン(Si)等を原料としてシリコンを堆積する。PECVD法ではモノシラン(SiH)等を原料として基板温度が100℃程度から500℃程度でシリコンを堆積可能である。
【0035】
スパッタ法を用いるときには、基板温度は室温から400℃程度である。このように、堆積した半導体膜13の初期状態は非晶質や混晶質、微結晶質、あるいは多結晶質など様々な状態があるが、初期状態はいずれの状態であっても良い。半導体膜13の膜厚は、それを半導体薄膜トランジスタに用いるときには20nmから100nm程度が適当である。
【0036】
(半導体薄膜の結晶化)
次に、堆積した半導体膜13の結晶化を行う。ここで、「結晶化」という言葉は、非晶質の半導体膜に対して熱エネルギを与え、多結晶あるいは単結晶の半導体膜に変質させること、更に、微結晶膜や多結晶膜の半導体膜に対して熱エネルギを与えて、結晶膜の膜質の改善や溶融固化による再結晶化を行うことについても用いられる。本説明では、非晶質の結晶化のみならず、多結晶質や微結晶質の結晶化をも含めて総て結晶化と称する。
【0037】
半導体膜13の結晶化の工程は、いわゆるレーザ照射による方法や固相成長による方法によって実現することができるが、これに限定されない。
【0038】
一例として、ポリシリコンTFT製造方法のうち低温プロセスで行えるレーザ照射による結晶化方法について説明する。
【0039】
半導体膜13が形成された基板を図示しないレーザ照射チャンバにセットする。レーザ照射チャンバは一部分が石英の窓によってできており、真空中若しくは非酸化性ガスによってチャンバ内の雰囲気を置換した後にこの石英窓からレーザ光を照射する。このレーザ光は半導体膜13の膜表面で強く吸収され、下地絶縁膜12や基板11に殆ど吸収されないことが望ましい。このレーザ光として紫外線域あるいはその近傍の波長を持つエキシマレーザ、アルゴンイオンレーザ、YAGレーザ高調波等が好ましい。また、半導体膜13を高温に加熱すると同時に基板11へのダメージを防ぐためには大出力で極短時間のパルス発振であることが必要となる。上記レーザ光の中でも、特に、キセノン・クロライド(XeCl)レーザ(波長308nm)やクリプトンフロライド(KrF)レーザ(波長248nm)等のエキシマレーザが最も適している。
【0040】
これ等のレーザ光の照射方法について説明する。レーザパルスの強度半値幅は10ns程度から500ns程度の極短時間である。レーザ照射は基板11を室温(25℃)程度から400℃の間で行う。レーザ照射の一回の照射面積は対角5mm程度から60mm程度の正方形状又は長方形状である。
【0041】
例えば、一回のレーザ照射で8mm□程度の正方形の面積が結晶化できるビームを用いた場合について説明する。一箇所に一発のレーザ照射を行った後、基板とレーザとの位置を相対的に水平方向に僅かにずらす。この後、再び一発のレーザ照射を行う。このショットアンドスキャンを連続的に繰り返すことによって大面積の基板にも対応できる。より具体的には、各照射毎に照射領域を1%程度から99%程度ずらしてショットを繰り返す。
【0042】
最初に水平方向(X方向)に走査した後、次に、垂直方向(Y方向)に適当な量だけずらし、再び、水平方向に所定量ずらしつつショットアンドスキャンを連続的に行う。以後、これを繰り返して基板全面に第1回のレーザ照射を行う。
【0043】
この第1回目のレーザ照射エネルギ密度はキセノン・クロライドレーザの場合、50mJ/cm程度から600mJ/cm程度の間が好ましい。第1回目のレーザ照射が終了した後、必要に応じて第2回目のレーザ照射を全面に施す。
【0044】
第2回目のレーザ照射を行う場合、そのエネルギ密度は第1回目よりも高い値が好ましく、100mJ/cm程度から1000mJ/cm程度の間としても良い。走査方法は第1回目のレーザ照射と同じで正方向形状の照射領域をY方向とX方向に適当量ずらせて走査する。
【0045】
更に、必要に応じてエネルギ密度をより高くした第3回目或いは第4回目のレーザ照射を行うことも可能である。こうした多段階レーザ照射法を用いるとレーザ照射領域端部に起因するばらつきを完全に消失させることが可能になる。
【0046】
多段階レーザ照射の各回目の照射に限らず通常の一段階照射でも、レーザ照射は総て半導体膜13が完全溶融するエネルギ密度より5%程度低いエネルギで行う。シリコン膜を一旦完全溶融させてしまうと、液体シリコン膜が過冷却状態に陥り、結果として高い密度の結晶核発生が起こる。
【0047】
このような現象により形成されるpoly−Si膜は極めて小さな結晶粒が高密度で存在する、いわゆる微結晶という形態になる。このようなpoly−Si膜は結晶粒界が多いため膜中欠陥(主にはダングリングボンド)が大量に存在し、TFTとしては使用に耐えない膜となってしまう。
【0048】
以上は正方形状のレーザビームを用いたレーザ結晶化法を述べたが、照射領域形状を幅100μm程度以上で長さが数10cm以上のライン状とし、このライン状レーザ光を走査して結晶化を進めても良い。この場合、各照射毎のビームの幅方向の重なりはビーム幅の5%程度から95%程度とする。ビーム幅が100μmでビーム毎の重なり量が90%であれば、一回の照射毎にビームは10μm進むので同一点は10回のレーザ照射を受けることとなる。
【0049】
一般的に半導体膜を基板全体で均一に結晶化させるには少なくとも5回程度以上のレーザ照射が望ましいので、照射毎のビームの重なり量は80%程度以上が求められる。高い結晶性の多結晶膜を確実に得るには同一点が10回程度から30回程度の照射が行われる様に重なり量を90%程度から97%程度へと調整するのが好ましい。ラインビームを用いることによって1方向のスキャニングで広い面積の結晶化ができるので、前述の正方形ビームに比べてスループットを高められるというメリットが得られる。
【0050】
また、このように多数回の照射を繰り返すことによって、半導体膜中に注入された不純物の活性化率も高めることができる。このときの最大照射エネルギ密度は前述の条件を踏襲する。
【0051】
ここまでは、低温プロセスで製造するポリシリコンTFTの場合について述べたが、本発明の実施の形態の冒頭にも述べたように、基板として半導体基板を用いてこれをそのままトランジスタの能動層として使うことも可能である。この場合、以上に述べてきたような下地保護膜の形成工程、半導体薄膜の形成工程、半導体薄膜の結晶化工程等は不要となる。
【0052】
(素子分離工程)
次に、トランジスタの領域を画定する素子分離を行う。素子分離技術としてはLOCOS法、フィールドシールド法、STI法などを使用することもできるが、ここでは、TFT製造工程で一般的なフォトリソグラフィおよびエッチングにより素子分離を行う方法について説明する。
【0053】
図1(c)に示すように、フォトリソグラフィによりトランジスタの能動層となる領域部分だけが残るように、フォトレジスト14によるマスクパターンを形成する。
【0054】
次に、図1(d)に示すように、このレジスト14をマスクとして半導体膜13をエッチングする。この際、半導体膜13の端部が傾斜したテーパ面となるようにエッチングを行う。例えば、ウェットエッチングまたはドライエッチング等の等方性エッチングによりエッチングを行うことにより、半導体膜13の端部を斜めに形成する。例えば、ケミカルドライエッチングは、4フッ化炭素(CF)、酸素ガス(O)を含む混合ガスを使用するリモートプラズマ方式を採用することが可能である。
【0055】
また、図11に示すように、フォトレジストのマスク14の端部をテーパ面とし、反応性イオンエッチング(RIE)等の異方性エッチングによって半導体膜13をエッチングすることとしても良い。この場合には、マスクのテーパ面形状が半導体膜に転写されるように、半導体膜13のエッチング速度とフォトレジストマスク14のエッチング速度との速度比を考慮してマスク14の膜厚やテーパ角度などが選定される。
【0056】
マスク14の端部をテーパ面とする方法としては、フォトレジストへのパターン露光の際にデフォーカスする手法、中間階調マスクを使用してフォトレジストへのパターン露光を行う手法などを適宜に選択してマスク14に適当なテーパ面を形成する。テーパ面の傾斜角度θとしては、ステップ・カバレッジ性の点から80度以下となるようにすることが好ましい。
【0057】
このようにして半導体膜13にテーパ面を形成した後、図1(e)に示すように、フォトレジスト(マスク)14を剥離する。
【0058】
(ゲート絶縁膜形成)
次に、図1(f)に示すように、半導体膜13のパターニング後に、この上にTFTのゲート絶縁層として絶縁膜15を形成する。
【0059】
絶縁膜15の形成方法としては基板11上に常圧化学気相堆積法(APCVD法)や低圧化学気相堆積法(LPCVD法)、プラズマ化学気相堆積法(PECVD法)等のCVD法或いはスパッタ法等により、絶縁材料を堆積する。いずれの方法を用いても絶縁膜の形成は可能である。
【0060】
本発明では、特に、TEOS(テトラエトキシシラン;Si(OC)及び酸素ガスを用いた平行平板型RFプラズマCVDを用いて酸化シリコン膜(SiO)を絶縁膜15として形成する。後述するように、このプロセスと、この後の工程で行う半導体膜堆積及び熱処理とを組み合わせることによって、MOS界面の改善を図ることができる。
【0061】
この場合、真空プラズマ室で使用するガスはTEOS、酸素ガスOであり、ヘリウムHe、アルゴンArなどの希釈ガスを混入させても構わない。成膜時の真空度は100から200Pa程度とし、成膜時の基板温度は350℃から450℃程度が望ましい。このような条件で成膜することにより、高絶縁耐圧、低電荷密度の高品質な酸化シリコン膜(ゲート絶縁膜)15を得ることが可能となる。
【0062】
(半導体層堆積、熱処理)
次に、図1(g)に示すように、ゲート絶縁膜15上に半導体膜16を堆積する。ここで、半導体としては4族元素であるシリコンまたはゲルマニウムが最適である。
【0063】
半導体膜16の堆積方法はスパッタ法、蒸着法、CVD法等、どのような方法を用いてもよいが、半導体膜を広い面積に堆積する方法としてはPECVD法が最も一般的である。PECVDでシリコン膜を堆積する場合にはモノシラン等を原料ガスとして、ゲルマニウム膜を堆積する場合にはモノゲルマン等を原料ガスとして、基板温度100℃から500℃程度で堆積することが可能である。半導体膜は非晶質であることが望ましい。結晶質の半導体であっても後で行われる熱処理工程でのMOS界面の欠陥低減効果はあるが、非晶質の方がその効果は大きく、また、非晶質であれば低温プロセスでも容易に形成することが可能であり、成膜装置も安価で大面積化が容易であるなど、多くのメリットを有している。
【0064】
なお、GaAs等の化合物半導体は後の熱処理工程等で装置を汚染したり、酸化シリコン膜15やトランジスタの能動層となる半導体膜13に拡散したりする恐れがあり、それによってトランジスタの特性に影響を及ぼす恐れがあるため好ましくない。
【0065】
これらの適当な半導体膜16を堆積した後熱処理を行う。熱処理の方法としては加熱された炉の中で行う方法とレーザ光またはハロゲンランプ光などの光エネルギーを照射することにより行う方法がある。
【0066】
炉で行う場合には300℃以上、450℃以下の温度に加熱された炉の中で10分以上熱処理を行う。300℃以上の炉の中に基板を導入した場合、一般的には基板温度が安定するまでには20分程度必要なため、30分程度以上の熱処理をすることが望ましい。熱処理時の雰囲気はどのような雰囲気であっても構わない。この熱処理を行うことにより、酸化シリコン膜15の絶縁耐圧の良好な特性を保ったまま、酸化シリコン膜中15の電荷密度、半導体膜13と酸化シリコン膜15との界面の準位密度を低減させることができる。後述するが、実験により、ゲート絶縁膜上に非晶質Siを堆積後、400℃で30分間、窒素雰囲気での熱処理を行うことによって、界面準位密度が3×1010(cm−2eV−1)以下にまで低減することを確認した。この界面準位密度は熱酸化膜の界面準位密度にも匹敵する極めて低い値であり、良好な界面が形成されているといえる。
【0067】
また、光エネルギーを照射する方法では、例えば、前記半導体膜の結晶化の部分で述べたような方法で行うことができる。このとき、半導体膜16は瞬間的に加熱され、その熱が酸化シリコン膜15および半導体膜13に伝わることによって熱処理がなされ、酸化シリコン膜15及びMOS界面の欠陥が低減される。
【0068】
このように欠陥が低減される理由は、酸化シリコン膜15中の水素Hや酸素O、水分HOが熱処理時に半導体膜16によって分解され、酸化シリコンの未結合端が水蒸気HOなどの分解によって生じた原子状水素、原子状酸素、水素イオン、ヒドロキシイオン、酸素イオン等によって終端されることによるものと推定される。
【0069】
(半導体膜除去)
次に、図1(h)に示すように、エッチングによって半導体膜16を除去する。この後の工程との相性を考慮し、あるいは、よりゲート配線膜として好ましい材料を使用したい場合に、前工程の半導体膜16を全面エッチングにより除去する。別言すれば、最適な活性金属膜16と最適なゲート配線膜とが異なる材質の場合には、活性金属膜16を除去して、次に述べるゲート配線膜17を再形成する。
【0070】
(ゲート配線形成)
図2(i)に示すように、酸化シリコン膜(ゲート絶縁膜)15の上にゲート配線膜17を形成する。このとき、前工程で使用した半導体膜16を除去することなく、そのままゲート配線膜17の全部もしくは一部として使用することもできる。この場合、前記の半導体膜16の除去工程及び新たにゲート配線膜17を堆積する工程は不要となり、トランジスタの製造工程を短縮することが可能となる。
【0071】
また、新たに半導体膜16とは異なった材質のゲート配線膜17を堆積してもよい。ゲート配線膜17の堆積はスパッタ法、CVD法、蒸着法など、適当な堆積方法を選択して、タンタル、アルミニウムなどの適当な金属、ポリシリコン、あるいはポリシリコンと金属の合金などを堆積することができる。
【0072】
図2(j)に示すように、次に、ゲート配線膜17をパターニングしてゲート配線17を形成する。このときのパターニングはフォトリソグラフィとエッチングにより行う。
【0073】
(不純物注入、活性化工程)
引き続いて半導体膜15に不純物イオン注入を行ってソース・ドレイン領域を形成する。このとき、ゲート電極17がイオン注入のマスクとなっているので、チャンネルはゲート電極下のみに形成される自己整合構造となる。不純物イオン注入は質量非分離型イオン注入装置を用いて注入不純物元素の水素化物と水素を注入するイオン・ドーピング法と、質量分離型イオン注入装置を用いて所望の不純物元素のみを注入するイオン打ち込み法の二種類が適応され得る。イオン・ドーピング法の原料ガスとしては水素中に希釈された濃度0.1%程度から10%程度のホスフィン(PH)やジボラン(B)等の注入不純物元素の水素化物を用いる。ゲート絶緑膜を安定に保つ為には、イオン・ドーピング法及びイオン打ち込み法のいずれにおいても、イオン注入時の基板温度は350℃以下であることが好ましい。CMOS−TFTを作成するときはポリイミド樹脂等の適当なマスク材を用いてNMOS又はPMOSの一方を交互にマスクで覆い、上述の方法にてそれぞれのイオン注入を行う。この不純物注入工程でのソース、ドレイン部分の不純物濃度は1x1019cm−3以上、1x1021cm−3以下とすることが望ましい。不純物濃度が上記の場合、後の不純物活性化工程を経ることによってソース、ドレイン部分は十分に低抵抗化する。また、ゲート電極17として半導体膜を使用している場合にはこの不純物がゲート電極として使用する半導体中に注入されることによってゲート電極を低抵抗化することができる。特に、前記の半導体膜16成膜直後にゲート絶縁膜15の膜質改善を目的とした熱処理をレーザ光の照射によって行った場合、半導体膜16は結晶化させることができるため、この半導体膜16をゲート配線層17として使用する場合には前記濃度の不純物をゲート電極をマスクとして注入することにより、ゲート電極中にも注入された不純物からのキャリアによってゲート電極を十分低抵抗化することができる。
【0074】
次に、不純物の活性化を行う。活性化の方法としてはレーザ照射による方法や300℃以上の炉で加熱する(低温熱処理)方法、ランプによる高速熱処理法などがあるが、適当な方法を選択することができるが、トランジスタのチャネルとなる部分の半導体膜13の温度が最高でも350℃以下とすることが重要である。
【0075】
(以降の工程)
ここまでの工程で半導体膜13の素子分離が完了し、ゲート配線膜16の形成も完了している。これ以降の工程においてMOSトランジスタが完成するまでの間、基板温度を350℃以下の温度で処理をすることが重要である。
【0076】
次に、図2(k)に示すように、基板11上にCVD法などによって酸化シリコンを堆積し、層間絶縁膜18を形成する。
【0077】
図2(l)に示すように、層間絶縁膜18およびゲート絶縁膜15のソース、ドレイン部分にコンタクトホールを開孔し、アルミニウム等の金属をスパッタ法等によって堆積して配線膜19を形成する。
【0078】
次に、図2(m)に示すように、配線膜19をパターニングし、ソース、ドレイン電極及び配線19を形成する。この上に、酸化シリコン、窒化シリコン、PSG等の保護膜20を堆積することにより薄膜トランジスタが完成する。
【0079】
なお、本実施の形態の説明では上記のような工程順としたが、例えば、ゲート絶縁膜15の形成後に素子分離を行う、あるいは、ゲート配線膜15の形成前に、レジストマスクあるいはその他メタルマスクなどを利用して不純物注入を行うなど、工程順を適宜に入れ変えてもよい。
【0080】
また、結晶化直後あるいはゲート絶縁膜15の形成直後などにプラズマ処理などによって半導体膜13やゲート絶縁膜15の膜質を改善する工程を含んでもよい。
【0081】
更に、ゲート絶緑膜15の形成直後の半導体膜16をそのままゲート配線17の全部もしくは、一部として使用する場合で、その後の工程において300℃以上、10分以上の熱処理を行う工程がある揚合には上述した半導体層16形成直後の熱処理工程は省略することができる。
【0082】
次に、上記実施の形態によって得られるゲート絶縁膜の特性について図3乃至図8を参照して説明する。
【0083】
図3及び図4は、本発明に係る製造工程、すなわち、TEOSと酸素を原料ガスとして平行平板型RFプラズマCVD法によって絶縁膜(酸化シリコン膜)を形成し、次にシリコン膜を堆積して熱処理(窒素雰囲気、400℃、1時間)を行った場合の絶縁膜の特性を説明するグラフである。
【0084】
図3は、本発明に係る製造工程によるMOSトランジスタのゲート絶縁膜の容量(C)対ゲート電圧(V)特性(C−V特性)を示している。図中の低周波(Low)特性曲線はゲート電圧の周波数を5〜10Hzとした場合の特性を示しており、高周波(High)特性曲線はゲート電圧の印加周波数を100kHzとした場合の特性を示している。この両曲線から半導体膜とゲート絶縁膜の界面の準位密度を求めることが可能である(Quasistatic Method法)。これによれば、界面準位密度Dit(Density of interface trapstate)は、2.4×1010/cmeVであり、十分低い値である。フラットバンド電圧のシフトも十分小さく、ゲート絶縁膜中の電荷密度も小さいことが分かる。このC−V特性曲線から、良好なゲート絶縁膜および界面が形成されていることがわかる。
【0085】
図4は、本発明に係るMOSトランジスタ製造工程によるゲート絶縁膜の電流密度(I)対電界強度(V)特性(I−V特性)を示している。全部で5個所の測定を行っており、それぞれのI−V特性を重ねて図中に表示してある。印加電界(横軸)に対して急に電流が増加した部分で絶縁破壊が生じている。電流密度で1x10−2A/cm以上電流が流れた時の印加電界を絶縁耐圧と定義すると絶縁耐圧は8MV/cm以上であり、シリコンの熱酸化膜と同等の高い絶縁性を示している。
【0086】
以上のように、本発明の製造工程によれば、結晶欠陥の少ない界面を形成しており、絶縁耐圧も高い、良好なゲート絶縁膜が得られている。
【0087】
図5及び図6は、従来の低温ポリシリコンTFT製造工程によるゲート絶縁膜の特性例(比較例)から本発明の優位性を説明するグラフである。
図5は低温プロセスで最も一般的なゲート絶縁膜の堆積方法である、平行平板型RFプラズマCVDを用いて、TEOS、酸素を原料ガスとしてSi基板上にゲート絶縁膜としてSiO膜を堆積し、そのゲート絶縁膜上に半導体膜を堆積することなく、窒素雰囲気中で400℃、1時間の熱処理を行った場合のC−V特性例を示している。この条件下では、界面準位密度Ditは、8.5×1011/cmeVである。この絶縁膜の図3で示した特性を持つ絶縁膜との違いは熱処理時にゲート絶縁膜上にシリコン膜が存在するか否かだけである。図5と図3の比較により、高品質なMOS界面形成のためには、本発明のようにゲート絶縁膜上に半導体膜が存在する状態で熱処理することが極めて有効であることが明確に分かる。
【0088】
図6は、別の比較例のゲート絶縁膜のI−V特性例を示している。図6で示したゲート絶縁膜の形成方法は、SiH4とO2を原料ガスとしてECR−プラズマCVD法により基板温度25℃程度で堆積し、熱処理を行ったものである。この方法によればMOS界面におけるDitは本発明と同程度のものが得られることが従来から知られており、筆者の実験によっても確かめられている。しかしながら、図6に示すようにこの膜の絶縁耐圧は平均2.5MV/cm程度であり、ゲート絶縁膜の絶縁性としては十分ではない。
【0089】
従って、TEOSとOを原料ガスとして平行平板型プラズマCVD法によって絶縁膜を形成し、この絶縁膜に半導体膜を堆積して熱処理を行う本願発明のプロセスの方が従来の方法に比べて良好な特性(界面欠陥、耐圧等)のゲート絶縁膜を提供することが明確となった。
【0090】
図7及び図8は、他のゲート絶縁膜成膜方法として基板温度300℃程度でECR−プラズマCVD法により、SiHとOを原料ガスとしてSiOを堆積し、更にその上にシリコンを堆積して熱処理(400℃、窒素雰囲気、1時間)を行った場合(比較例2)の熱処理によるMOS界面の改善程度を説明するグラフである。
【0091】
図7は、ECR−プラズマCVD法によって基板温度300℃程度でシラン、酸素を材料として酸化シリコン膜を堆積し、窒素雰囲気下で、400℃、1時間の熱処理を行った場合のC−V特性を示している。この例では、界面準位密度Ditは、5.5×1011/cmeVである。
【0092】
一方、図8は、ECR−プラズマCVD法によってシラン、酸素を材料として酸化シリコン膜を堆積し、更に、この酸化シリコン膜の上にシリコン膜を堆積した後に、窒素雰囲気下で、400℃、1時間の熱処理を行った場合のC−V特性を示している。この例では、界面準位密度Ditは、3.5×1011/cmeVである。
【0093】
このように、酸化シリコン膜の堆積方法を変えても熱処理時にゲート酸化シリコン膜上にシリコン膜が存在することによるMOS界面のDit低減効果は確認できる。したがって、熱処理時にゲート絶縁膜上に半導体膜が存在することの有効性は明らかである。しかしながら、ゲート絶縁膜の堆積方法によってDit低減効果の大きさには大きな違いがあり、平行平板型プラズマCVDを用いてTEOSと酸素を原料ガスとしてSiO膜を堆積することが望ましい。
【0094】
【実施例】
次に、本発明のより好適な実施例を図1及び図2を参照して説明する。
【0095】
本発明で用いられる基板11及び下地保護膜12に関しては上述の説明に準ずるが、ここでは、基板11の一例として300mm×300mmの正方形状の汎用無アルカリガラスを用いた。まず、基板11上に絶縁性物質である下地保護膜12を形成した。実施例では、平行平板型PECVD装置にて500nm程度の膜厚を有する酸化シリコン膜12を堆積した(図1(a))。
【0096】
次に、後に薄膜トランジスタの能動層となる半導体膜13として真性シリコン膜を形成した。半導体膜13の厚みは50nm程度であった。本例では高真空型LPCVD装置を用いて、原料ガスであるジシラン(Si)を200SCCM程度流し、425℃の堆積温度で非晶質シリコン膜を堆積した。
【0097】
まず、高真空型LPCVD装置の反応室を250℃とした状態で反応室の内部に複数枚(例えば17枚)の基板を表側を下向きとして配置した。こうした後に、ターボ分子ポンプの運転を開始した。ターボ分子ポンプが定常回転に達した後、反応室内の温度を約1時間掛けて250℃から425℃の堆積温度に迄上昇させた。昇温開始後の最初の10分間は反応室にガスを全く導入せず真空中で昇温を行い、しかる後、純度が99.9999%以上の窒素ガスを300SCCM流し続けた。この時の反応室内における平衡圧力は、3.0×10−3Torrであった。堆積温度に到達した後、原料ガスであるジシラン(Si)を200SCCM流すと共に、純度が99.9999%以上の希釈用ヘリウム(He)を1000SCCM流した。堆積開始直後の反応室内圧力は凡そ0.85Torrであった。堆積の進行と共に反応室内の圧力は徐々に上昇し、堆積終了直前の圧力は凡そ1.25Torrとなった。このように堆積したシリコン膜13は基板11の周辺部約7mmを除いた286mm角の領域内において、その膜厚変動は±5%以内であった。
【0098】
次に、レーザ一光の照射を行った。本例ではキセノン・クロライド(XeCl)のエキシマレーザ(波長:308nm)を真空チャンバ内で基板温度25℃で照射した。レーザパルスの強度半値幅(時間に対する半値幅)は25nSであった。
【0099】
一回のレーザ照射面積は長さ150mm×幅400μmのライン状で、照射面でのエネルギ密度は400mJ/cmであった。このレーザ光を幅方向に95%ずつ重ねつつ(つまり照射するごとに20μmずつ)相対的にずらしながら照射を繰り返した。こうして一辺300mmの基板全体のアモルファスシリコンを結晶化した。結晶化による半導体層の結晶粒界におけるラフネスの発生を最小限に抑えるために、ラインビームの幅方向にはエッジ領域が前後にそれぞれ200μm(すなわち、弱いエネルギ密度の領域)があり、アモルファスシリコン膜(a−Si)には400mJ/cmのエネルギ密度のレーザ照射が施される前に、これより低いエネルギでのレーザ照射が行われた。このように段階的に照射エネルギを増加させることによって、表面ラフネスを抑制しながら結晶化を行った(図1(b))。
【0100】
次に、フォトリソグラフィーを行うべく、フォトレジスト14を塗布し、トランジスタの能動層となる部分をパターニングした(図1(c))。これをマスクとして、半導体膜13のエッチングを行い、素子分離を行った。半導体膜13のエッチングの方法としては、CFガス及び酸素ガスOの混合ガスを使用して、リモートプラズマ方式の化学的ドライエッチングを行った(図1(d))。これにより、半導体層13の端部はテーパ面となり、例えば、傾斜角度が60度程度のテーパ面を得ることができた。半導体膜13のエッチング後、フォトレジスト14を大気圧酸素プラズマによるアッシングにより除去した(図1(e))。
【0101】
次に、基板11を絶縁膜形成用の平行平板型RFプラズマCVD装置のプロセスチャンバヘと搬送した。チャンバ内にTEOSガス、酸素Oガス、ヘリウムHeガスを導入し、チャンバ圧力を1(Torr)に調節した。このときの基板温度は400℃に調節した。チャンバ内のガス圧力が安定したらRF(高周波)放電を開始し、酸化シリコン膜の成膜を開始した。投入したマイクロ波パワーは1kWであった。成膜は100nm/minの成膜速度で行った。これにより、ゲート絶縁膜15を100nm形成した(図1(f))。
【0102】
次に、基板11を非晶質シリコン堆積用の平行平板型RFプラズマCVD装置のプロセスチャンバヘと搬送した。半導体層16として非晶質シリコンを基板温度300℃でSiHガスを原料ガスとして、200nmスパッタにより堆積した。この時のチャンバ圧力は1Torrであり、1kWのRF電力を投入した(図1(g))。
【0103】
次に、基板11を炉の中に入れ、400℃まで昇温し、窒素雰囲気下において30分間熱処理を行った後、基板11を取り出し、CF4と酸素を用いたリモートプラズマ方式のケミカルドライエッチングにより非晶質シリコン膜16を全面除去した(図1(h))。
【0104】
次に、ゲート電極16となる膜厚が600nmのタンタル薄膜17をスパッタ法により形成した。タンタル薄膜を形成する際の基板温度は180℃であった(図2(i))。
【0105】
ゲート電極となる薄膜17をフォトリソグラフィー及びエッチングによりパターニングし、引き続いて半導体膜13に不純物イオン注入を行ってソース・ドレイン領域及びチャンネル領域を形成した。このとき、ゲート電極17がイオン注入のマスクとなっているため、チャンネルはゲート電極下のみに形成される自己整合構造となった。本例では、NMOS形成を目指し、イオン注入装置を用いて、原料ガスとしてホスフィン(PH)を用い、加速電圧100keVで注入した。イオン注入量は1×1016cm−2であった。
【0106】
次に、注入された不純物リンを活性化するために窒素雰囲気下において300℃で4時間の熱処理を加えた。
【0107】
次に、層間絶縁膜18として平行平板型PECVDにより、TEOSガスおよび酸素ガスの混合ガスを用いて基板温度300℃で酸化シリコン膜を500nm堆積した(図2(k))。次に、ソース・ドレイン上にコンタクトホールを開孔し、ソース、ドレイン取り出し電極と配線膜19としてアルミニウムをスパッタ法で基板温度150℃で堆積し(図2(l))、この膜19をパターニングして保護膜を堆積して薄膜トランジスタが完成した(図2(m))。
【0108】
本発明の製造プロセスによって製造されたMOSトランジスタは、特に、半導体集積回路装置や液晶表示装置、有機EL表示装置などの電気光学装置に使用して好都合である。このような表示装置を備えた電子機器の例について以下に説明するが、本発明の応用は例示のものに限定されるものではない。
【0109】
〈モバイル型コンピュータ〉
まず、上述した実施形態に係るトランジスタを含む表示装置をモバイル型のパーソナルコンピュータ(情報処理装置)に適用した例について説明する。図9は、このパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。同図において、パーソナルコンピュータ1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、上述した表示装置1106を備えた表示装置ユニットとから構成されている。また、パーソナルコンピュータ内部には図示されていない上述した半導体集積回路が多数含まれている。
【0110】
〈携帯電話〉
次に、上述した実施形態に係る表示装置を、携帯電話の表示部に適用した例について説明する。図10は、この携帯電話の構成を示す斜視図である。同図において、携帯電話1200は、複数の操作ボタン1202の他、受話口1024、送話口1206と共に上述した表示装置1208および図示されていない上述の半導体集積回路を備えるものである。
【0111】
〈ディジタルスチルカメラ〉
上述した実施形態に係る表示装置をファインダに用いたディジタルスチルカメラについて説明する。図11は、このディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図であるが、外部機器との接続についても簡易に示すものである。
【0112】
通常のカメラは、被写体の光像によってフィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子により光電変換して撮像信号を生成する。ディジタルスチルカメラ1300のケース1302の背面には、上述した表示装置1304が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて表示を行う構成となっている。このため、表示装置1304は、被写体を表示するファインダとして機能する。また、ケース1302の観察側(図においては裏面側)には、光学レンズやCCD等を含んだ受光ユニットが設けられている。
【0113】
撮影者が表示装置1304に表示された被写体を像を確認して、シャッタボタン1308を押すと、その時点におけるCCDの撮像信号が、回路基板1310のメモリに転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ1300は、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とを備えている。そして、同図に示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニタ1430が、また、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピュータ1430が、それぞれ必要に応じて接続され、更に、所定の操作によって、回路基板1308のメモリに格納された撮像信号が、テレビモニタ1330や、コンピュータ1340に出力される構成となっている。
【0114】
このようにディジタルスチルカメラ内では複雑な信号処理がなされており、その信号処理や画像記憶のために上述の半導体集積回路が複数個含まれている。
【0115】
〈電子ブック〉
図12は、本発明の電子機器の一例としての電子ブックの構成を示す斜視図である。同図において、符号1400は、電子ブックを示している。電子ブック1400は、ブック型のフレーム1402と、このフレーム1402に開閉可能なカバー1403とを有する。フレーム1402には、その表面に表示面を露出させた状態で表示装置1404が設けられ、更に、操作部1405が設けられている。フレーム1402の内部には、コントローラ、カウンタ、メモリなど、上述の半導体集積回路が複数個内蔵されている。表示装置1404は、本実施形態では、電子インクを薄膜素子に充填して形成した画素部と、この画素部と一体に備えられ且つ集積化された周辺回路とを備える。周辺回路には、デコーダ方式のスキャンドライバ及びデータドライバを備える。
【0116】
なお、電子機器や情報処理装置としては、図9に示すパーソナルコンピュータ、図11に示すディジタルスチルカメラ、図12に示す電子ブックの他にも、電子ペーパ、液晶テレビや、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器などが挙げられる。そして、これ等の各種電子機器の表示部には、上述した表示装置が適用可能である。
【0117】
以上に説明したように、従来の、特に低温プロセスでのMOSトランジスタ製造技術ではMOS界面の欠陥密度の低減と、ゲート絶縁膜の電荷密度の低減、絶縁耐圧の高耐圧化を同時に実現することが困難であり、トランジスタの高性能化には限界があった。本発明により、極めて高品質なゲート絶縁膜を低温で形成することが可能となり、高性能なトランジスクを低温プロセスで製造することが可能となった。
【0118】
なお、本発明はMOSトランジスタのみならず、高品質な酸化シリコン/シリコン界面、酸化シリコン膜のバルク特性が必要とされる全ての半導体素子に適用可能である。また、半導体膜の保護膜として界面準位密度が低い保護膜を酸化シリコン膜で形成する必要がある全ての半導体素子などにも適用可能である。特に、低温での形成が必須の場合には極めて有効な手段である。
【0119】
【発明の効果】
本発明によれば、ゲート絶縁膜を堆積した後に半導体膜を堆積して熱処理を行ってMOS界面の欠陥密度を低減した質の良いゲート絶縁膜を得ることができるため特に低温プロセスにおいても高性能なトランジスタを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態(TFTの製造過程)を説明する工程図である。
【図2】本発明の実施の形態を説明する工程図である。
【図3】本発明によるゲート絶縁膜のC−V特性を説明するグラフである。
【図4】本発明によるゲート絶縁膜の絶縁耐圧特性を説明するグラフである。
【図5】参考例のゲート絶縁膜のC−V特性を説明するグラフである。
【図6】参考例のゲート絶縁膜の絶I−V特性を説明するグラフである。
【図7】参考例のゲート絶縁膜のC−V特性を説明するグラフである。
【図8】参考例のゲート絶縁膜のC−V特性を説明するグラフである。
【図9】本発明の係るTFTを携帯型パーソナルコンピュータに用いた例を説明する説明図である。
【図10】本発明の係るTFTを携帯電話機に用いた例を説明する説明図である。
【図11】本発明の係るTFTをデジタルカメラに用いた例を説明する説明図である。
【図12】本発明の係るTFTを電子ブックに用いた例を説明する説明図である。
【符号の説明】
11 基板
12 保護膜
13 半導体膜
14 フォトレジスト
15 ゲート絶縁膜
16 活性金属膜
17 ゲート電極膜
18 層間絶縁膜
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a transistor. Further, an integrated circuit employing the transistor, and electro-optics represented by an EL (electroluminescence) display device, a liquid crystal display device, or an electrophoresis device using the transistor as a switching element or a driver circuit connected to a pixel. The present invention relates to a device and an electronic apparatus equipped with the electro-optical device.
[0002]
[Prior art]
It has been studied to use a relatively large transparent substrate such as glass or resin for a substrate of an electro-optical device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device. These substrates have relatively low heat resistant temperatures. For this reason, a technology for manufacturing a semiconductor device such as a TFT integrated on the substrate and various devices by a low-temperature process has been developed. In addition, since the organic EL display element operates by current driving, a TFT having better driving performance is required, and a technique for manufacturing a low-temperature polysilicon TFT is important.
[0003]
In manufacturing a low-temperature polysilicon TFT, a step of forming a gate insulating film of a MOS transistor is indispensable. The quality of the gate insulating film has a great effect on transistor performance. ECR-PECVD (ECR plasma chemical vapor deposition) and parallel plate RF plasma CVD are used to form the gate insulating film. When the ECR-PECVD method is used, the characteristics of the MOS interface can be improved to the same level as a thermal oxide film by applying a heat treatment after depositing the gate insulating film. When the parallel plate RF plasma CVD is used, the bulk characteristics of the gate insulating film are good.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, a gate insulating film formed by using the ECR-PECVD method has an unfavorable tendency such as a large shift of a flat band voltage and a low withstand voltage, and further improvement of the film quality is desired. On the other hand, a gate insulating film formed using parallel plate RF plasma CVD contains many defects at the MOS interface. Either method makes it difficult to obtain a gate insulating film having both good bulk characteristics and good MOS interface characteristics.
[0005]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of achieving both bulk characteristics and interface characteristics of a gate insulating film by a low-temperature process.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a transistor according to the present invention includes a step of forming a gate insulating film on a first semiconductor, a step of forming a second semiconductor on the gate insulating film, and a step of forming the second semiconductor. And performing a heat treatment after the formation.
[0007]
By manufacturing in accordance with such a process, excellent quality such as a low defect density at an interface between a semiconductor film serving as an active layer of a transistor and a gate insulating film (hereinafter referred to as a MOS interface), a low charge density in the film, and a high withstand voltage. Thus, a transistor having a high-quality gate insulating film can be manufactured by a low-temperature process.
[0008]
The first semiconductor serving as the active layer of the transistor can be a silicon substrate or a silicon film formed on a substrate having at least an insulating surface. Thereby, in the manufacturing process other than the process disclosed in the present invention, it is possible to follow the manufacturing process of an integrated circuit, an amorphous silicon TFT, and a polysilicon TFT using a semiconductor substrate which is currently widely used.
[0009]
As a method for forming the gate insulating film, silicon oxide containing tetraethoxysilane and oxygen as main raw materials is deposited by a plasma CVD method, particularly, a parallel plate type plasma CVD method. Thus, an insulating film of good quality can be formed, and the insulating film can be formed uniformly in the substrate (first semiconductor) surface.
[0010]
Further, the gate insulating film is formed in an atmosphere of 350 degrees Celsius or more and 450 degrees or less. Thereby, the quality of the gate insulating film and the MOS interface after the heat treatment can be improved.
[0011]
Preferably, a silicon film or a germanium film is used as the second semiconductor film formed over the gate insulating film. This is because the influence of diffusion of impurities into the active layer of the transistor can be eliminated.
[0012]
Further, the second semiconductor is amorphous. Thus, the effect of improving the film quality and the MOS interface by the heat treatment performed in a later step can be increased.
[0013]
The second semiconductor is deposited by plasma CVD, particularly by a parallel plate type plasma CVD method. Thereby, the effect of improving the film quality and the MOS by the heat treatment performed in a later step can be increased.
[0014]
Further, the heat treatment is performed in an atmosphere of 300 ° C. or more and 450 ° C. or less. Thereby, the effect of improving the film quality of the gate insulating film and the quality of the MOS interface can be maximized as compared with the case where the heat treatment is performed in a temperature range other than the above. Further, the heat treatment includes a step of irradiating light energy. As the light energy, for example, laser light or halogen lamp light can be used. As a result, the film quality and the MOS interface can be improved in a shorter process time as compared with heating in a heating furnace or the like, so that the process time can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. Here, even when irradiating light energy, it is important to control the light energy intensity and the irradiation time so that the temperature of the first semiconductor film is 300 to 450 degrees Celsius.
[0015]
The method may further include a step of patterning the second semiconductor and a step of implanting an impurity into the first semiconductor, wherein the heat treatment is performed after the step of implanting the impurity. More specifically, after patterning the second semiconductor film into the shape of the gate electrode, 1 × 10 5 19 cm -3 1x10 21 cm -3 The following Group 3 element or Group 5 element impurities are implanted, and then heat treatment is performed. Accordingly, impurity implantation into the source and drain portions of the transistor and impurity implantation into the gate electrode for lowering the resistance of the gate electrode can be performed simultaneously, so that the process time can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. It becomes possible.
[0016]
Further, the invention is characterized in that the second semiconductor is used as a gate electrode. Accordingly, the step of depositing the gate electrode material can be omitted, so that the process time can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. Here, “used as a gate electrode” includes both a case where the gate electrode is used as a part and a case where the gate electrode is used as a whole.
[0017]
The method may further include a step of removing the second semiconductor after performing the heat treatment. After the second semiconductor is removed, an electrode material different from that of the second semiconductor film may be deposited on the gate insulating film and patterned to form a gate electrode. Accordingly, a material most suitable for the gate electrode material can be used as the gate electrode. For example, by using a gate electrode material having lower resistance, it becomes possible to operate the circuit at higher speed.
[0018]
Further, it is preferable to complete the device at a process temperature of 350 ° C. or lower in all the processes after the heat treatment process. Thereby, quality deterioration of the gate insulating film and the MOS interface during the manufacturing process can be prevented, and a high-quality MOS transistor can be manufactured.
[0019]
Preferably, the MOS transistor is manufactured on a glass substrate by a low-temperature process at a process temperature of 500 degrees Celsius or less in all processes. Thus, a high-quality transistor can be manufactured at low cost.
[0020]
In the transistor manufactured by the manufacturing method of the present invention, it is possible to form a gate insulating film having excellent quality such as low defect density at the MOS interface of the transistor, low charge density in the film, and high withstand voltage. It is possible to manufacture a high-performance transistor having a simple gate insulating film by a low-temperature process.
[0021]
Further, an integrated circuit of the present invention includes a transistor manufactured by any one of the manufacturing methods described above.
[0022]
According to another aspect of the invention, there is provided an electro-optical device including a switching element and an electro-optical layer controlled by the switching element, wherein the switching element includes a transistor manufactured by the above-described method.
[0023]
Further, the electronic device of the present invention is an electronic device including an electro-optical device as a display unit,
The electro-optical device is mounted as the display unit.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
In the embodiment of the present invention, as will be described in detail below, after depositing a gate insulating film of a MOS transistor, a semiconductor film is deposited, and a heat treatment is performed in a state where the semiconductor film is deposited. Defects in the insulating film and at the MOS interface are reduced, and the film quality is improved. As the gate insulating film, for example, a thermal oxide film of silicon, a silicon oxide film deposited by CVD, or the like can be used. Particularly, in a low-temperature process that needs to be formed at about 500 ° C. or less, tetraethoxysilane and oxygen gas are used. Is deposited as a raw material by a parallel plate RF plasma CVD method, an insulating film having better characteristics can be obtained.
[0026]
As the semiconductor film, a semiconductor film of a Group 4 element such as silicon or germanium can be used. Compound semiconductors composed of compounds such as Group III elements and Group V elements may diffuse the Group III or Group V elements into the active layer portion of the transistor and the entire manufacturing apparatus during heat treatment, which may affect the characteristics of the completed transistor. Therefore, it is not preferable.
[0027]
1 and 2 are process diagrams illustrating an embodiment of a method for manufacturing a MOS transistor to which the present invention is applied. In this embodiment, a manufacturing process of a thin film transistor (TFT) will be described. However, the application range of the present invention is not limited to the TFT, and a general MOS transistor using a semiconductor substrate as the active layer of the transistor itself and a general MOS transistor. It goes without saying that the integrated circuit and the like used are also included.
[0028]
(Formation of semiconductor thin film)
As shown in FIG. 1A, a base protective film 12 is formed on a substrate 11. As the substrate 11, various substrates such as a quartz substrate, a glass substrate, a transparent insulating substrate such as a heat-resistant plastic, an opaque insulating substrate such as a ceramic, a conductive substrate such as a metal, and a semiconductor substrate can be used. The base protective film 12 prevents mobile ions such as sodium contained in a glass substrate or the like from entering the semiconductor film 13. The underlying protective film 22 is made of a silicon oxide film (SiO x : 0 <x ≦ 2) or a silicon nitride film (Si 3 N x : 0 <x ≦ 2) or a laminated film thereof.
[0029]
The underlayer protective film 12 is formed by cleaning the substrate 11 with an organic solvent such as pure water or alcohol, or an acid such as sulfuric acid or nitric acid, and then applying normal pressure chemical vapor deposition (APCVD) or low pressure chemical vapor deposition on the substrate 11. It is formed by a CVD method such as a plasma CVD method (LPCVD method), a plasma chemical vapor deposition method (PECVD method), or a sputtering method. When a silicon oxide film is used as the base protective film 12, the substrate temperature is set to about 250 ° C. to about 450 ° C. in the APCVD method, and monosilane (SiH 4 ) Or oxygen as a raw material. In the PECVD method and the sputtering method, the substrate temperature is from room temperature to about 400 ° C. When a silicon oxide film is used as the base protective film 12 in the PECVD method, monosilane and oxygen or nitrous oxide (N 2 O) can be formed as a raw material. When a silicon nitride film is used, monosilane and ammonia (NH 3 ) Or nitrogen as the source gas. The thickness of the base protective film 12 is set to a thickness sufficient to prevent diffusion and mixing of the impurity element from the substrate. For example, it is about 100 nm or more. Considering the variation between lots and substrates, the thickness is preferably about 200 nm or more, and if it is about 300 nm, the function as a protective film can be sufficiently achieved. If the underlying protective film (insulating film) 12 is too thick, cracks are likely to occur due to the stress of the film. From this point, the maximum film thickness is preferably about 2 μm, but when importance is placed on productivity, the film thickness of the base protective film is preferably about 300 nm.
[0030]
Next, as shown in FIG. 1B, a semiconductor film 13 is formed on the underlying protective film 12. Although the above-described underlayer protective film 12 is not essential, when a semiconductor thin film transistor is formed on a glass substrate, it is important to control impurities in the semiconductor film 13. It is preferable to deposit the semiconductor film 13 after forming the base protective film 12 so as not to be mixed in the film 13.
[0031]
As the semiconductor film 13, in addition to a single-layer semiconductor film of Group 4 such as silicon (Si) and germanium (Ge), silicon-germanium (Si) x Ge 1-x : 0 <x <1) or silicon carbide (Si x C 1-x : 0 <x <1) or germanium carbide (Ge x C 1-x : A semiconductor film of a group 4 element complex such as 0 <x <1), a composite compound semiconductor film of a group 3 element and a group 5 element such as gallium arsenide (GaAs) or indium antimony (InSb), or There is a composite compound semiconductor film of a group 2 element such as cadmium selenium (CdSe) and a group 6 element.
[0032]
In addition, silicon, germanium, gallium, arsenic (Si x Ge y Ga z As z : X + y + z = 1), an N-type semiconductor film obtained by further adding a donor element such as phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) to a compound semiconductor film such as x + y + z = 1) or boron; The present invention is also applicable to a P-type semiconductor film to which an acceptor element such as aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In) is added.
[0033]
These semiconductor films 13 are formed by a CVD method such as an APCVD method, an LPCVD method, or a PECVD method, or a PVD method such as a sputtering method or an evaporation method.
[0034]
When a silicon film is used as the semiconductor film 13, in the LPCVD method, the substrate temperature is set to about 400 ° C. to about 700 ° C. and disilane (Si 2 H 6 ) Is deposited as a raw material to deposit silicon. In the PECVD method, monosilane (SiH 4 ) Can be deposited at a substrate temperature of about 100 ° C. to about 500 ° C.
[0035]
When using the sputtering method, the substrate temperature is from room temperature to about 400 ° C. As described above, the initial state of the deposited semiconductor film 13 includes various states such as amorphous, mixed crystal, microcrystalline, and polycrystalline. However, the initial state may be any state. When the semiconductor film 13 is used for a semiconductor thin film transistor, the thickness is suitably about 20 nm to 100 nm.
[0036]
(Crystallization of semiconductor thin film)
Next, the deposited semiconductor film 13 is crystallized. Here, the term “crystallization” refers to applying thermal energy to an amorphous semiconductor film to transform it into a polycrystalline or single-crystal semiconductor film, and furthermore, a microcrystalline film or a polycrystalline semiconductor film. Is applied to improve the film quality of the crystal film or to perform recrystallization by melting and solidifying by applying heat energy to the film. In the present description, not only amorphous crystallization but also polycrystalline or microcrystalline crystallization is referred to as crystallization.
[0037]
The step of crystallizing the semiconductor film 13 can be realized by a method using so-called laser irradiation or a method using solid-phase growth, but is not limited thereto.
[0038]
As an example, a crystallization method by laser irradiation that can be performed by a low-temperature process in a method of manufacturing a polysilicon TFT will be described.
[0039]
The substrate on which the semiconductor film 13 is formed is set in a laser irradiation chamber (not shown). The laser irradiation chamber is partially formed by a quartz window, and the laser light is emitted from the quartz window after the atmosphere in the chamber is replaced in a vacuum or by a non-oxidizing gas. It is desirable that this laser light is strongly absorbed by the film surface of the semiconductor film 13 and hardly absorbed by the base insulating film 12 and the substrate 11. As the laser light, an excimer laser, an argon ion laser, a YAG laser harmonic, or the like having a wavelength in or near the ultraviolet region is preferable. In addition, in order to heat the semiconductor film 13 to a high temperature and prevent damage to the substrate 11 at the same time, it is necessary that the pulse oscillation be performed at a high output and for a very short time. Among the above laser beams, an excimer laser such as a xenon chloride (XeCl) laser (wavelength 308 nm) or a krypton fluoride (KrF) laser (wavelength 248 nm) is most suitable.
[0040]
A method for irradiating these laser beams will be described. The half width of the laser pulse intensity is very short, about 10 ns to about 500 ns. The laser irradiation is performed on the substrate 11 at about room temperature (25 ° C.) to 400 ° C. One irradiation area of the laser irradiation has a square or rectangular shape with a diagonal of about 5 mm to about 60 mm.
[0041]
For example, a case is described in which a beam that can crystallize a square area of about 8 mm square by one laser irradiation is used. After one laser irradiation to one place, the position of the laser is slightly shifted in the horizontal direction relatively to the substrate. Thereafter, one laser irradiation is performed again. By repeating this shot and scan continuously, it is possible to cope with a large area substrate. More specifically, shots are repeated with the irradiation area shifted from about 1% to about 99% for each irradiation.
[0042]
After scanning in the horizontal direction (X direction) first, the shot and scan are continuously performed while being shifted in the vertical direction (Y direction) by an appropriate amount and again shifted in the horizontal direction by a predetermined amount. Thereafter, this is repeated to perform the first laser irradiation on the entire surface of the substrate.
[0043]
This first laser irradiation energy density is 50 mJ / cm in the case of a xenon chloride laser. 2 About 600mJ / cm 2 Between degrees is preferred. After the first laser irradiation is completed, the second laser irradiation is performed on the entire surface as necessary.
[0044]
When performing the second laser irradiation, the energy density thereof is preferably higher than that of the first laser irradiation, and is 100 mJ / cm. 2 From about 1000mJ / cm 2 It may be between degrees. The scanning method is the same as that of the first laser irradiation, and scans the irradiation area in the forward direction by shifting the irradiation area in the Y direction and the X direction by an appropriate amount.
[0045]
Further, it is also possible to perform the third or fourth laser irradiation with a higher energy density as needed. When such a multi-step laser irradiation method is used, it is possible to completely eliminate the variation caused by the end of the laser irradiation area.
[0046]
Not only in each of the multi-stage laser irradiations, but also in the ordinary single-stage irradiation, all the laser irradiations are performed at an energy about 5% lower than the energy density at which the semiconductor film 13 is completely melted. Once the silicon film is completely melted, the liquid silicon film falls into a supercooled state, and as a result, high-density crystal nuclei are generated.
[0047]
The poly-Si film formed by such a phenomenon has a form of so-called microcrystal in which extremely small crystal grains exist at a high density. Since such a poly-Si film has many crystal grain boundaries, a large number of defects (mainly, dangling bonds) are present in the film, and the film cannot be used as a TFT.
[0048]
Although the laser crystallization method using a square laser beam has been described above, the irradiation region is formed into a line having a width of about 100 μm or more and a length of several tens of cm or more, and the linear laser light is scanned for crystallization. You may proceed. In this case, the overlap in the width direction of the beam for each irradiation is about 5% to about 95% of the beam width. If the beam width is 100 μm and the overlap amount for each beam is 90%, the beam advances 10 μm for each irradiation, so that the same point receives 10 laser irradiations.
[0049]
Generally, at least about five times of laser irradiation is desirable in order to uniformly crystallize a semiconductor film over the entire substrate. Therefore, the beam overlap amount for each irradiation needs to be about 80% or more. In order to reliably obtain a polycrystalline film having high crystallinity, it is preferable to adjust the overlap amount from about 90% to about 97% so that the same point is irradiated about 10 to 30 times. By using a line beam, crystallization of a large area can be performed by scanning in one direction, so that there is an advantage that the throughput can be increased as compared with the square beam described above.
[0050]
In addition, by repeating the irradiation many times as described above, the activation rate of the impurities implanted in the semiconductor film can be increased. The maximum irradiation energy density at this time follows the above-described condition.
[0051]
So far, the case of a polysilicon TFT manufactured by a low-temperature process has been described. However, as described at the beginning of the embodiment of the present invention, a semiconductor substrate is used as a substrate and this is used as it is as an active layer of a transistor. It is also possible. In this case, the steps of forming the underlayer protective film, forming the semiconductor thin film, and crystallizing the semiconductor thin film as described above become unnecessary.
[0052]
(Element separation process)
Next, element isolation for defining a region of the transistor is performed. As a device isolation technique, a LOCOS method, a field shield method, an STI method, or the like can be used. Here, a method of performing element isolation by photolithography and etching in a TFT manufacturing process will be described.
[0053]
As shown in FIG. 1C, a mask pattern using a photoresist 14 is formed by photolithography so that only a region serving as an active layer of the transistor remains.
[0054]
Next, as shown in FIG. 1D, the semiconductor film 13 is etched using the resist 14 as a mask. At this time, the etching is performed so that the end of the semiconductor film 13 has an inclined tapered surface. For example, the edge of the semiconductor film 13 is formed obliquely by performing etching by isotropic etching such as wet etching or dry etching. For example, chemical dry etching uses carbon tetrafluoride (CF 4 ), Oxygen gas (O 2 ) Can be adopted for the remote plasma system using a mixed gas containing
[0055]
Further, as shown in FIG. 11, the semiconductor film 13 may be etched by anisotropic etching such as reactive ion etching (RIE) with the end of the photoresist mask 14 having a tapered surface. In this case, the film thickness and the taper angle of the mask 14 are taken into consideration in consideration of the speed ratio between the etching speed of the semiconductor film 13 and the etching speed of the photoresist mask 14 so that the tapered surface shape of the mask is transferred to the semiconductor film. Is selected.
[0056]
As a method of making the end portion of the mask 14 a tapered surface, a method of defocusing at the time of pattern exposure to a photoresist, a method of pattern exposure to a photoresist using an intermediate gradation mask, and the like are appropriately selected. Thus, an appropriate tapered surface is formed on the mask 14. It is preferable that the inclination angle θ of the tapered surface be 80 degrees or less from the viewpoint of step coverage.
[0057]
After the tapered surface is formed on the semiconductor film 13 in this manner, the photoresist (mask) 14 is peeled off as shown in FIG.
[0058]
(Formation of gate insulating film)
Next, as shown in FIG. 1F, after patterning the semiconductor film 13, an insulating film 15 is formed thereon as a gate insulating layer of the TFT.
[0059]
The insulating film 15 may be formed on the substrate 11 by a CVD method such as an atmospheric pressure chemical vapor deposition method (APCVD method), a low pressure chemical vapor deposition method (LPCVD method), or a plasma chemical vapor deposition method (PECVD method). An insulating material is deposited by a sputtering method or the like. Either method can be used to form an insulating film.
[0060]
In the present invention, in particular, TEOS (tetraethoxysilane; Si (OC 2 H 5 ) 4 ) And a silicon oxide film (SiO 2) using parallel plate RF plasma CVD using oxygen gas. 2 ) Is formed as the insulating film 15. As will be described later, the MOS interface can be improved by combining this process with the semiconductor film deposition and heat treatment performed in the subsequent steps.
[0061]
In this case, the gas used in the vacuum plasma chamber is TEOS, oxygen gas O 2 However, a diluting gas such as helium He or argon Ar may be mixed. The degree of vacuum during film formation is preferably about 100 to 200 Pa, and the substrate temperature during film formation is preferably about 350 ° C. to 450 ° C. By forming the film under such conditions, a high-quality silicon oxide film (gate insulating film) 15 having a high withstand voltage and a low charge density can be obtained.
[0062]
(Semiconductor layer deposition, heat treatment)
Next, a semiconductor film 16 is deposited on the gate insulating film 15 as shown in FIG. Here, silicon or germanium, which is a Group 4 element, is optimal as the semiconductor.
[0063]
Although any method such as a sputtering method, an evaporation method, and a CVD method may be used as a method for depositing the semiconductor film 16, a PECVD method is the most common method for depositing a semiconductor film over a wide area. When a silicon film is deposited by PECVD, monosilane or the like can be used as a source gas, and when a germanium film is deposited, monogermane or the like can be used as a source gas at a substrate temperature of about 100 ° C. to 500 ° C. The semiconductor film is desirably amorphous. Although a crystalline semiconductor has an effect of reducing defects at the MOS interface in a heat treatment step to be performed later, the effect is larger in an amorphous state, and the amorphous state can be easily obtained even in a low-temperature process. It has many advantages, for example, it can be formed, and a film forming apparatus is inexpensive and the area can be easily increased.
[0064]
Note that a compound semiconductor such as GaAs may contaminate the device in a later heat treatment step or the like, or may diffuse into the silicon oxide film 15 or the semiconductor film 13 serving as an active layer of the transistor, thereby affecting the characteristics of the transistor. It is not preferable because it may cause
[0065]
After these appropriate semiconductor films 16 are deposited, heat treatment is performed. The heat treatment may be performed in a heated furnace or by irradiating light energy such as laser light or halogen lamp light.
[0066]
When the heat treatment is performed in a furnace, the heat treatment is performed in a furnace heated to a temperature of 300 ° C. or more and 450 ° C. or less for 10 minutes or more. When the substrate is introduced into a furnace at 300 ° C. or higher, it generally takes about 20 minutes for the substrate temperature to stabilize. Therefore, it is preferable to perform the heat treatment for about 30 minutes or more. The atmosphere during the heat treatment may be any atmosphere. By performing this heat treatment, the charge density of the silicon oxide film 15 and the level density at the interface between the semiconductor film 13 and the silicon oxide film 15 are reduced while maintaining the excellent characteristics of the withstand voltage of the silicon oxide film 15. be able to. As will be described later, by performing experiments, amorphous silicon is deposited on the gate insulating film, and then heat treatment is performed at 400 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. 10 (Cm -2 eV -1 ) It was confirmed that it was reduced to the following. This interface state density is an extremely low value comparable to the interface state density of the thermal oxide film, and it can be said that a good interface is formed.
[0067]
The method of irradiating light energy can be performed, for example, by the method described in the section of crystallization of the semiconductor film. At this time, the semiconductor film 16 is instantaneously heated, and the heat is transmitted to the silicon oxide film 15 and the semiconductor film 13 to perform heat treatment, thereby reducing defects at the silicon oxide film 15 and the MOS interface.
[0068]
The reason that the defects are reduced as described above is that the hydrogen H in the silicon oxide film 15 is reduced. 2 And oxygen O 2 , Moisture H 2 O is decomposed by the semiconductor film 16 during the heat treatment, and the unbonded end of the silicon oxide becomes water vapor H. 2 It is presumed to be due to termination by atomic hydrogen, atomic oxygen, hydrogen ions, hydroxy ions, oxygen ions, etc. generated by decomposition of O or the like.
[0069]
(Semiconductor film removal)
Next, as shown in FIG. 1H, the semiconductor film 16 is removed by etching. In consideration of compatibility with the subsequent steps, or when it is desired to use a more preferable material for the gate wiring film, the entire surface of the semiconductor film 16 in the previous step is removed by etching. In other words, when the optimum active metal film 16 and the optimum gate wiring film are made of different materials, the active metal film 16 is removed and the gate wiring film 17 described below is formed again.
[0070]
(Gate wiring formation)
As shown in FIG. 2I, a gate wiring film 17 is formed on the silicon oxide film (gate insulating film) 15. At this time, without removing the semiconductor film 16 used in the previous step, it can be used as the whole or a part of the gate wiring film 17 as it is. In this case, the step of removing the semiconductor film 16 and the step of newly depositing the gate wiring film 17 become unnecessary, and the transistor manufacturing process can be shortened.
[0071]
Further, a gate wiring film 17 made of a different material from the semiconductor film 16 may be newly deposited. The gate wiring film 17 is deposited by selecting an appropriate deposition method such as a sputtering method, a CVD method, or an evaporation method, and depositing an appropriate metal such as tantalum or aluminum, polysilicon, or an alloy of polysilicon and a metal. Can be.
[0072]
Next, as shown in FIG. 2J, the gate wiring film 17 is patterned to form the gate wiring 17. The patterning at this time is performed by photolithography and etching.
[0073]
(Impurity injection and activation process)
Subsequently, impurity ions are implanted into the semiconductor film 15 to form source / drain regions. At this time, since the gate electrode 17 serves as a mask for ion implantation, the channel has a self-aligned structure formed only under the gate electrode. Impurity ion implantation is an ion doping method in which hydride and hydrogen of an impurity element are implanted using a mass non-separable ion implanter, and an ion implantation method in which only a desired impurity element is implanted using a mass separable ion implanter. Two types of law can be applied. As a source gas for the ion doping method, phosphine (PH) having a concentration of about 0.1% to about 10% diluted in hydrogen is used. 3 ) And diborane (B 2 H 6 ) And the like are used. In order to keep the gate insulating film stable, the substrate temperature at the time of ion implantation is preferably 350 ° C. or lower in both the ion doping method and the ion implantation method. When fabricating a CMOS-TFT, one of an NMOS and a PMOS is alternately covered with a mask using an appropriate mask material such as a polyimide resin, and the respective ions are implanted by the above-described method. The impurity concentration in the source and drain portions in this impurity implantation step is 1 × 10 19 cm -3 1x10 21 cm -3 It is desirable to make the following. In the case where the impurity concentration is as described above, the resistance of the source and drain portions is sufficiently reduced by performing the impurity activation step later. When a semiconductor film is used as the gate electrode 17, the impurity is implanted into the semiconductor used as the gate electrode, whereby the resistance of the gate electrode can be reduced. In particular, when heat treatment for improving the film quality of the gate insulating film 15 is performed by laser light irradiation immediately after the formation of the semiconductor film 16, the semiconductor film 16 can be crystallized. When the gate electrode is used as the gate wiring layer 17, the impurity having the above concentration is implanted using the gate electrode as a mask, so that the gate electrode can have a sufficiently low resistance by carriers from the implanted impurity.
[0074]
Next, activation of impurities is performed. Examples of the activation method include a method by laser irradiation, a method of heating in a furnace at 300 ° C. or higher (low-temperature heat treatment), a high-speed heat treatment by a lamp, and the like. An appropriate method can be selected. It is important that the temperature of the portion of the semiconductor film 13 be 350 ° C. or less at the maximum.
[0075]
(Subsequent process)
Up to this step, the element isolation of the semiconductor film 13 is completed, and the formation of the gate wiring film 16 is also completed. It is important to carry out the process at a substrate temperature of 350 ° C. or less until the MOS transistor is completed in the subsequent steps.
[0076]
Next, as shown in FIG. 2K, silicon oxide is deposited on the substrate 11 by a CVD method or the like, and an interlayer insulating film 18 is formed.
[0077]
As shown in FIG. 2L, contact holes are formed in the source and drain portions of the interlayer insulating film 18 and the gate insulating film 15, and a metal such as aluminum is deposited by a sputtering method or the like to form a wiring film 19. .
[0078]
Next, as shown in FIG. 2M, the wiring film 19 is patterned to form source and drain electrodes and the wiring 19. A thin film transistor is completed by depositing a protective film 20 of silicon oxide, silicon nitride, PSG or the like thereon.
[0079]
In the description of the present embodiment, the steps are performed in the order described above. For example, element isolation is performed after the gate insulating film 15 is formed, or a resist mask or another metal mask is formed before the gate wiring film 15 is formed. The order of the steps may be changed as appropriate, for example, by implanting impurities using the above method.
[0080]
Further, a step of improving the film quality of the semiconductor film 13 or the gate insulating film 15 by plasma treatment or the like immediately after crystallization or immediately after the formation of the gate insulating film 15 may be included.
[0081]
Furthermore, in the case where the semiconductor film 16 immediately after the formation of the gate insulating film 15 is used as it is as all or a part of the gate wiring 17, there is a step of performing a heat treatment at 300 ° C. or more and 10 minutes or more in a subsequent step. In this case, the above-described heat treatment step immediately after the formation of the semiconductor layer 16 can be omitted.
[0082]
Next, characteristics of the gate insulating film obtained by the above embodiment will be described with reference to FIGS.
[0083]
3 and 4 show a manufacturing process according to the present invention, that is, an insulating film (silicon oxide film) is formed by a parallel plate RF plasma CVD method using TEOS and oxygen as source gases, and then a silicon film is deposited. 9 is a graph illustrating characteristics of an insulating film when heat treatment (nitrogen atmosphere, 400 ° C., 1 hour) is performed.
[0084]
FIG. 3 shows a capacitance (C) -gate voltage (V) characteristic (CV characteristic) of a gate insulating film of a MOS transistor in a manufacturing process according to the present invention. The low frequency (Low) characteristic curve in the figure shows the characteristic when the gate voltage frequency is 5 to 10 Hz, and the high frequency (High) characteristic curve shows the characteristic when the gate voltage application frequency is 100 kHz. ing. From these two curves, the level density at the interface between the semiconductor film and the gate insulating film can be obtained (Quasistatic Method). According to this, the interface state density Dit (Density of interface trapstate) is 2.4 × 10 10 / Cm 2 eV, which is a sufficiently low value. It can be seen that the shift of the flat band voltage is sufficiently small and the charge density in the gate insulating film is also small. From this CV characteristic curve, it can be seen that a good gate insulating film and an interface are formed.
[0085]
FIG. 4 shows a current density (I) versus electric field strength (V) characteristic (IV characteristic) of a gate insulating film in a MOS transistor manufacturing process according to the present invention. A total of five measurements are performed, and the respective IV characteristics are superimposed and displayed in the figure. Dielectric breakdown occurs in a portion where the current suddenly increases with respect to the applied electric field (horizontal axis). 1x10 at current density -2 A / cm 2 If the applied electric field when the current flows is defined as the withstand voltage, the withstand voltage is 8 MV / cm or more, which indicates the same high insulating property as a silicon thermal oxide film.
[0086]
As described above, according to the manufacturing process of the present invention, a favorable gate insulating film having an interface with few crystal defects and a high withstand voltage is obtained.
[0087]
FIGS. 5 and 6 are graphs illustrating advantages of the present invention based on a characteristic example (comparative example) of a gate insulating film in a conventional low-temperature polysilicon TFT manufacturing process.
FIG. 5 shows a method of depositing a gate insulating film most commonly used in a low-temperature process, using a parallel plate RF plasma CVD method, using TEOS and oxygen as source gases and forming a SiO 2 as a gate insulating film on a Si substrate. 2 This shows an example of CV characteristics when a film is deposited and a heat treatment is performed at 400 ° C. for one hour in a nitrogen atmosphere without depositing a semiconductor film on the gate insulating film. Under this condition, the interface state density Dit is 8.5 × 10 11 / Cm 2 eV. This insulating film differs from the insulating film having the characteristics shown in FIG. 3 only in whether or not a silicon film exists on the gate insulating film at the time of heat treatment. 5 and FIG. 3 clearly show that heat treatment in a state where a semiconductor film is present on the gate insulating film as in the present invention is extremely effective for forming a high quality MOS interface. .
[0088]
FIG. 6 shows an example of IV characteristics of a gate insulating film of another comparative example. The method for forming the gate insulating film shown in FIG. 6 is a method in which SiH4 and O2 are used as source gases and deposited at a substrate temperature of about 25 [deg.] C. by an ECR-plasma CVD method, and heat treatment is performed. According to this method, it is conventionally known that the Dit at the MOS interface is equivalent to that of the present invention, and it has been confirmed by the author's experiment. However, as shown in FIG. 6, the dielectric withstand voltage of this film is about 2.5 MV / cm on average, and the insulation of the gate insulating film is not sufficient.
[0089]
Therefore, TEOS and O 2 The process of the present invention in which an insulating film is formed by a parallel plate type plasma CVD method using as a source gas, a semiconductor film is deposited on the insulating film, and heat treatment is performed, has better characteristics (interface defects, It has become clear to provide a gate insulating film having a withstand voltage.
[0090]
FIGS. 7 and 8 show another method of forming a gate insulating film by using an ECR-plasma CVD method at a substrate temperature of about 300.degree. 4 And O 2 Using SiO as the source gas 2 FIG. 9 is a graph illustrating the degree of improvement of the MOS interface by heat treatment (Comparative Example 2) in the case where heat treatment (400 ° C., nitrogen atmosphere, 1 hour) is performed by depositing silicon thereon and then performing heat treatment (400 ° C., nitrogen atmosphere, 1 hour).
[0091]
FIG. 7 shows CV characteristics when a silicon oxide film is deposited using silane and oxygen at a substrate temperature of about 300 ° C. by an ECR-plasma CVD method and a heat treatment is performed at 400 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. Is shown. In this example, the interface state density Dit is 5.5 × 10 11 / Cm 2 eV.
[0092]
On the other hand, FIG. 8 shows that a silicon oxide film is deposited using silane and oxygen as materials by ECR-plasma CVD method, and further, a silicon film is deposited on the silicon oxide film, and then at 400 ° C., 1 ° C. in a nitrogen atmosphere. This shows the CV characteristics when heat treatment is performed for a long time. In this example, the interface state density Dit is 3.5 × 10 11 / Cm 2 eV.
[0093]
Thus, even if the method of depositing the silicon oxide film is changed, the effect of reducing the Dit at the MOS interface due to the presence of the silicon film on the gate silicon oxide film during the heat treatment can be confirmed. Therefore, the effectiveness of the presence of the semiconductor film on the gate insulating film during the heat treatment is apparent. However, there is a great difference in the magnitude of the Dit reduction effect depending on the method of depositing the gate insulating film. 2 It is desirable to deposit a film.
[0094]
【Example】
Next, a more preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0095]
The substrate 11 and the underlying protective film 12 used in the present invention follow the above description, but here, a 300 mm × 300 mm square general-purpose non-alkali glass is used as an example of the substrate 11. First, a base protective film 12 as an insulating material was formed on a substrate 11. In the example, a silicon oxide film 12 having a thickness of about 500 nm was deposited by a parallel plate type PECVD apparatus (FIG. 1A).
[0096]
Next, an intrinsic silicon film was formed as the semiconductor film 13 to be an active layer of the thin film transistor later. The thickness of the semiconductor film 13 was about 50 nm. In this example, a high-vacuum LPCVD apparatus is used to produce disilane (Si 2 H 6 ) At about 200 SCCM to deposit an amorphous silicon film at a deposition temperature of 425 ° C.
[0097]
First, a plurality of (for example, 17) substrates were placed inside a reaction chamber of a high-vacuum LPCVD apparatus at 250 ° C. with the front side facing down. After this, the operation of the turbo-molecular pump was started. After the turbo molecular pump reached steady state rotation, the temperature in the reaction chamber was increased from 250 ° C. to a deposition temperature of 425 ° C. over about one hour. During the first 10 minutes after the start of the temperature rise, the temperature was raised in a vacuum without introducing any gas into the reaction chamber, and thereafter, nitrogen gas having a purity of 99.9999% or more was continuously flowed at 300 SCCM. The equilibrium pressure in the reaction chamber at this time was 3.0 × 10 -3 Torr. After reaching the deposition temperature, disilane (Si 2 H 6 ) Was flowed at 200 SCCM, and helium (He) for dilution having a purity of 99.9999% or more was flowed at 1000 SCCM. The pressure in the reaction chamber immediately after the start of the deposition was about 0.85 Torr. As the deposition progressed, the pressure in the reaction chamber gradually increased, and the pressure immediately before the termination of the deposition was approximately 1.25 Torr. The thickness of the silicon film 13 thus deposited was within ± 5% within a 286 mm square region excluding the peripheral portion of about 7 mm of the substrate 11.
[0098]
Next, irradiation with one laser beam was performed. In this example, an excimer laser (wavelength: 308 nm) of xenon chloride (XeCl) was irradiated at a substrate temperature of 25 ° C. in a vacuum chamber. The half width of the laser pulse intensity (half width with respect to time) was 25 nS.
[0099]
One laser irradiation area is a line shape of 150 mm length × 400 μm width, and the energy density on the irradiation surface is 400 mJ / cm. 2 Met. Irradiation was repeated while overlapping the laser beams by 95% in the width direction (that is, by 20 μm for each irradiation) and relatively shifted. Thus, the amorphous silicon of the entire substrate having a side of 300 mm was crystallized. In order to minimize the occurrence of roughness at the crystal grain boundaries of the semiconductor layer due to crystallization, the edge region is 200 μm before and after the edge region in the width direction of the line beam (that is, a region with a low energy density). 400 mJ / cm for (a-Si) 2 Before the laser irradiation with the energy density of? Was performed, the laser irradiation with lower energy was performed. By increasing the irradiation energy stepwise as described above, crystallization was performed while suppressing the surface roughness (FIG. 1B).
[0100]
Next, in order to perform photolithography, a photoresist 14 was applied, and a portion to be an active layer of the transistor was patterned (FIG. 1C). Using this as a mask, the semiconductor film 13 was etched to perform element isolation. As a method of etching the semiconductor film 13, CF 4 Gas and oxygen gas O 2 The chemical dry etching of the remote plasma method was performed using the mixed gas of FIG. 1 (FIG. 1D). Thereby, the end portion of the semiconductor layer 13 has a tapered surface, and for example, a tapered surface with an inclination angle of about 60 degrees could be obtained. After the etching of the semiconductor film 13, the photoresist 14 was removed by ashing using atmospheric pressure oxygen plasma (FIG. 1E).
[0101]
Next, the substrate 11 was transferred to a process chamber of a parallel plate type RF plasma CVD apparatus for forming an insulating film. TEOS gas and oxygen O in the chamber 2 Gas and helium He gas were introduced, and the chamber pressure was adjusted to 1 (Torr). At this time, the substrate temperature was adjusted to 400 ° C. When the gas pressure in the chamber was stabilized, RF (high frequency) discharge was started, and formation of a silicon oxide film was started. The input microwave power was 1 kW. The film was formed at a film formation rate of 100 nm / min. Thereby, the gate insulating film 15 was formed to have a thickness of 100 nm (FIG. 1F).
[0102]
Next, the substrate 11 was transferred to a process chamber of a parallel plate RF plasma CVD apparatus for depositing amorphous silicon. Amorphous silicon is used as the semiconductor layer 16 at a substrate temperature of 300.degree. 4 Using a gas as a source gas, deposition was performed by 200 nm sputtering. At this time, the chamber pressure was 1 Torr, and RF power of 1 kW was applied (FIG. 1 (g)).
[0103]
Next, the substrate 11 is placed in a furnace, heated to 400 ° C., and subjected to a heat treatment in a nitrogen atmosphere for 30 minutes. Then, the substrate 11 is taken out and subjected to chemical dry etching of a remote plasma method using CF 4 and oxygen. The entire surface of the amorphous silicon film 16 was removed (FIG. 1H).
[0104]
Next, a tantalum thin film 17 having a thickness of 600 nm to be a gate electrode 16 was formed by a sputtering method. The substrate temperature when forming the tantalum thin film was 180 ° C. (FIG. 2 (i)).
[0105]
The thin film 17 serving as a gate electrode was patterned by photolithography and etching, and subsequently, impurity ions were implanted into the semiconductor film 13 to form source / drain regions and channel regions. At this time, since the gate electrode 17 serves as a mask for ion implantation, the channel has a self-aligned structure formed only under the gate electrode. In this example, phosphine (PH) is used as a source gas by using an ion implantation apparatus with the aim of forming an NMOS. 3 ) Was implanted at an acceleration voltage of 100 keV. The ion implantation amount is 1 × 10 16 cm -2 Met.
[0106]
Next, heat treatment was performed at 300 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere to activate the implanted impurity phosphorus.
[0107]
Next, a 500 nm silicon oxide film was deposited as an interlayer insulating film 18 at a substrate temperature of 300 ° C. by parallel plate PECVD using a mixed gas of TEOS gas and oxygen gas (FIG. 2K). Next, contact holes are formed on the source / drain, and aluminum is deposited as a source / drain extraction electrode and a wiring film 19 at a substrate temperature of 150 ° C. by a sputtering method (FIG. 2 (l)), and the film 19 is patterned. Then, a protective film was deposited to complete a thin film transistor (FIG. 2 (m)).
[0108]
The MOS transistor manufactured by the manufacturing process of the present invention is particularly suitable for use in an electro-optical device such as a semiconductor integrated circuit device, a liquid crystal display device, and an organic EL display device. An example of an electronic device including such a display device will be described below, but the application of the present invention is not limited to the example.
[0109]
<Mobile computer>
First, an example in which the display device including the transistor according to the above-described embodiment is applied to a mobile personal computer (information processing device) will be described. FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of this personal computer. In the figure, a personal computer 1100 includes a main body 1104 having a keyboard 1102, and a display device unit having the above-described display device 1106. Further, the inside of the personal computer includes many of the above-mentioned semiconductor integrated circuits not shown.
[0110]
<mobile phone>
Next, an example in which the display device according to the above-described embodiment is applied to a display unit of a mobile phone will be described. FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the mobile phone. In the figure, a mobile phone 1200 includes, in addition to a plurality of operation buttons 1202, an earpiece 1024, a mouthpiece 1206, the above-described display device 1208, and the above-described semiconductor integrated circuit (not shown).
[0111]
<Digital still camera>
A digital still camera using the display device according to the above-described embodiment as a finder will be described. FIG. 11 is a perspective view showing the configuration of the digital still camera, but also simply shows the connection with an external device.
[0112]
While an ordinary camera exposes a film with an optical image of a subject, the digital still camera 1300 photoelectrically converts the optical image of the subject with an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) to generate an image signal. The display device 1304 described above is provided on the back of the case 1302 of the digital still camera 1300, and is configured to perform display based on an imaging signal from a CCD. Therefore, the display device 1304 functions as a finder that displays a subject. A light receiving unit including an optical lens, a CCD, and the like is provided on the observation side (the back side in the figure) of the case 1302.
[0113]
When the photographer confirms the image of the subject displayed on the display device 1304 and presses the shutter button 1308, the imaging signal of the CCD at that time is transferred and stored in the memory of the circuit board 1310. Further, the digital still camera 1300 includes a video signal output terminal 1312 and an input / output terminal 1314 for data communication on a side surface of the case 1302. As shown in the figure, a television monitor 1430 is connected to a video signal output terminal 1312, and a personal computer 1430 is connected to an input / output terminal 1314 for data communication as necessary. By this operation, the imaging signal stored in the memory of the circuit board 1308 is output to the television monitor 1330 and the computer 1340.
[0114]
As described above, complicated signal processing is performed in the digital still camera, and a plurality of the above-described semiconductor integrated circuits are included for the signal processing and image storage.
[0115]
<E-book>
FIG. 12 is a perspective view showing a configuration of an electronic book as an example of the electronic apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 1400 indicates an electronic book. The electronic book 1400 has a book-type frame 1402 and a cover 1403 that can be opened and closed on the frame 1402. The frame 1402 is provided with a display device 1404 with a display surface exposed on the surface thereof, and further provided with an operation unit 1405. The frame 1402 contains a plurality of the above-described semiconductor integrated circuits such as a controller, a counter, and a memory. In the present embodiment, the display device 1404 includes a pixel portion formed by filling a thin film element with electronic ink, and a peripheral circuit integrated with the pixel portion and integrated. The peripheral circuit includes a decoder-type scan driver and a data driver.
[0116]
In addition to the personal computer shown in FIG. 9, the digital still camera shown in FIG. 11, and the electronic book shown in FIG. 12, electronic paper and a liquid crystal television, a viewfinder type, and a monitor Type video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic organizers, calculators, word processors, workstations, videophones, POS terminals, devices with touch panels, and the like. The display device described above can be applied to the display units of these various electronic devices.
[0117]
As described above, in the conventional MOS transistor manufacturing technology, particularly in a low-temperature process, it is possible to simultaneously reduce the defect density at the MOS interface, reduce the charge density of the gate insulating film, and increase the withstand voltage. It is difficult, and there is a limit in improving the performance of the transistor. According to the present invention, an extremely high-quality gate insulating film can be formed at a low temperature, and a high-performance transistor can be manufactured by a low-temperature process.
[0118]
The present invention is applicable not only to MOS transistors but also to all semiconductor devices that require a high-quality silicon oxide / silicon interface and bulk characteristics of a silicon oxide film. Further, the present invention can be applied to all semiconductor elements and the like in which a protective film having a low interface state density needs to be formed of a silicon oxide film as a protective film for a semiconductor film. In particular, this is an extremely effective means when formation at a low temperature is essential.
[0119]
【The invention's effect】
According to the present invention, a semiconductor film is deposited after a gate insulating film is deposited, and heat treatment is performed to obtain a high-quality gate insulating film with a reduced defect density at a MOS interface. It is possible to manufacture a simple transistor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a process diagram illustrating an embodiment (a process of manufacturing a TFT) of the present invention.
FIG. 2 is a process chart illustrating an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph illustrating CV characteristics of a gate insulating film according to the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating a withstand voltage characteristic of a gate insulating film according to the present invention.
FIG. 5 is a graph illustrating CV characteristics of a gate insulating film of a reference example.
FIG. 6 is a graph illustrating the absolute IV characteristics of the gate insulating film of the reference example.
FIG. 7 is a graph illustrating CV characteristics of a gate insulating film of a reference example.
FIG. 8 is a graph illustrating CV characteristics of a gate insulating film of a reference example.
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example in which the TFT according to the present invention is used in a portable personal computer.
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating an example in which the TFT according to the present invention is used for a mobile phone.
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating an example in which a TFT according to the present invention is used in a digital camera.
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating an example in which the TFT according to the present invention is used in an electronic book.
[Explanation of symbols]
11 Substrate
12 Protective film
13 Semiconductor film
14 Photoresist
15 Gate insulating film
16 Active metal film
17 Gate electrode film
18 interlayer insulating film

Claims (12)

トランジスタの製造方法において、
第1の半導体上にゲート絶縁膜を形成する工程、
前記ゲート絶縁膜上に第2の半導体を形成する工程、及び
前記第2の半導体を形成した後に熱処理を行う工程、を具備することを特徴とするトランジスタの製造方法。
In a method for manufacturing a transistor,
Forming a gate insulating film on the first semiconductor;
A method for manufacturing a transistor, comprising: a step of forming a second semiconductor over the gate insulating film; and a step of performing a heat treatment after the formation of the second semiconductor.
請求項1に記載のトランジスタの製造方法において、
前記ゲート絶縁膜は、摂氏350度以上450度以下の雰囲気中で形成されることを特徴とするトランジスタの製造方法。
The method for manufacturing a transistor according to claim 1,
The method for manufacturing a transistor, wherein the gate insulating film is formed in an atmosphere at a temperature of 350 to 450 degrees Celsius.
請求項1又は請求項2に記載のトランジスタの製造方法において、
前記第2の半導体は、非晶質であることを特徴とするトランジスタの製造方法。
The method for manufacturing a transistor according to claim 1 or 2,
The method for manufacturing a transistor, wherein the second semiconductor is amorphous.
請求項1乃至請求項3のうちいずれかに記載のトランジスタの製造方法において、
前記第2の半導体をプラズマCVD法にて堆積することを特徴とするトランジスタの製造方法。
The method for manufacturing a transistor according to claim 1, wherein
A method for manufacturing a transistor, wherein the second semiconductor is deposited by a plasma CVD method.
請求項1乃至請求項4のうちいずれかに記載のトランジスタにおいて、
前記熱処理は、摂氏300度以上450度以下の雰囲気中にて行われることを特徴とするトランジスタの製造方法。
The transistor according to any one of claims 1 to 4,
The method for manufacturing a transistor, wherein the heat treatment is performed in an atmosphere of 300 to 450 degrees Celsius.
請求項1乃至請求項3のうちいずれかに記載のトランジスタの製造方法において、
前記熱処理は、光エネルギーを照射する工程を含むことを特徴とするトランジスタの製造方法。
The method for manufacturing a transistor according to claim 1, wherein
The method for manufacturing a transistor, wherein the heat treatment includes a step of irradiating light energy.
請求項1乃至請求項6のうちいずれかに記載のトランジスタの製造方法において、
前記第2の半導体をパターニングする工程、及び
前記第1の半導体に不純物を注入する工程を更に備え、
前記熱処理は、前記不純物を注入する工程の後に行うことを特徴とするトランジスタの製造方法。
The method for manufacturing a transistor according to claim 1, wherein
Patterning the second semiconductor; and implanting an impurity into the first semiconductor,
The method for manufacturing a transistor, wherein the heat treatment is performed after the step of implanting the impurity.
請求項1乃至請求項7のうちいずれかに記載のトランジスタの製造方法において、前記第2の半導体をゲート電極として用いることを特徴とするトランジスタの製造方法。The method for manufacturing a transistor according to claim 1, wherein the second semiconductor is used as a gate electrode. 請求項1乃至請求項6のうちいずれかに記載のトランジスタの製造方法において、
前記熱処理を行った後、前記第2の半導体を除去する工程を更に備えたことを特徴とするトランジスタの製造方法。
The method for manufacturing a transistor according to claim 1, wherein
A method for manufacturing a transistor, further comprising a step of removing the second semiconductor after performing the heat treatment.
請求項1乃至請求項9のうちいずれかに記載の方法により製造されたトランジスタを含む集積回路。An integrated circuit including a transistor manufactured by the method according to claim 1. スイッチング素子と、前記スイッチング素子により制御される電気光学層と、を含む電気光学装置において、
前記スイッチング素子は、請求項1乃至請求項9のうちいずれかに記載の方法により製造されるトランジスタを含むことを特徴とする電気光学装置。
In an electro-optical device including a switching element and an electro-optical layer controlled by the switching element,
The electro-optical device according to claim 1, wherein the switching element includes a transistor manufactured by the method according to any one of claims 1 to 9.
表示部として電気光学装置を含む電子機器において、
前記表示部として請求項11に記載の電気光学装置を搭載したことを特徴とする電子機器。
In electronic equipment including an electro-optical device as a display unit,
An electronic apparatus comprising the electro-optical device according to claim 11 as the display unit.
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