JP2004140407A

JP2004140407A - 薄膜トランジスタの製造方法

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Publication number: JP2004140407A
Application number: JP2004005520A
Authority: JP
Inventors: Mitsutoshi Miyasaka; 宮坂　光敏
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JP4211609B2

Abstract

【課題】　ＴＦＴの下地保護膜やゲート絶縁膜などといった絶縁膜から固定電荷を除去することが可能なＴＦＴの製造方法を提供することにある。
【解決手段】　下地保護膜形成工程ＳＴ１１、半導体膜形成工程ＳＴ１２、ゲート絶縁膜形成工程ＳＴ１３・・・を行ってＴＦＴを製造する際には、下地保護膜やゲート絶縁膜をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などにより形成した後に、これらの絶縁膜を硫酸水溶液や炭酸水溶液などといった酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモニア水溶液などといったアルカリ水溶液に浸漬し、次に基板を純水中に浸漬して基板から上記の電解液を洗い落す固定電荷除去工程ＳＴ２１、２２を行う。また、固定電荷除去工程ＳＴ２１、２２を行った後には、絶縁膜を酸素ガスや水蒸気などといった酸化性ガスを含有する雰囲気中で加熱する熱処理工程ＳＴ３１、３２を行う。
【選択図】　図２

Description

　本発明は、液晶ディスプレイのアクティブマトリクス基板などに構成する薄膜トランジスタの製造方法に関するものである。更に詳しくは、本発明は、薄膜トランジスタの下地保護膜やゲート絶縁膜から固定電荷を除去するための技術に関するものである。

　薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという。）を用いた薄膜装置などでは基板の表面側に絶縁膜を形成する工程が何度かある。たとえば液晶ディスプレイのアクティブマトリクス基板の製造工程では、基板上に下地保護膜や薄膜トランジスタのゲート絶縁膜をプラズマＣＶＤ法（プラズマ化学気相堆積法）やスパッタ法などで形成する。

　しかし、半導体膜に接する下地保護膜やゲート絶縁膜などをプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などで形成すると、これらの絶縁膜中に固定電荷が生じやすく、このような固定電荷の存在はＴＦＴの電気的特性を低下させるという問題点がある。たとえば図７に示すように、基板１０上の下地保護膜１１に固定電荷が存在すると、その表面に形成したチャネル領域１７では下地保護膜１１と接する部分に余分なチャネル１７０（いわゆるバックチャネル）が形成され、オフリーク電流が増大する原因となる。このような現象はチャネル領域１７が薄い程顕著である。また、ＴＦＴのソース・ドレイン領域１６から注入された電荷が下地保護膜１１やゲート絶縁膜１３の固定電荷と結合することがあるが、このような挙動は時間的に変化するため、ＴＦＴの電気的特性に経時的変化が現れてしまう。

　そこで、本発明の課題は、ＴＦＴの下地保護膜やゲート絶縁膜などといった絶縁膜から固定電荷を除去することが可能なＴＦＴの製造方法を提供することにある。

　上記課題を解決するため、本発明に係るＴＦＴの製造方法では、基板の表面側に下地保護膜としての絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、該絶縁膜を液中に浸漬して前記絶縁膜から固定電荷を除去する固定電荷除去工程と、該絶縁膜の表面に薄膜トランジスタを構成するための半導体膜を形成する半導体膜形成工程とを有することを特徴とする。

　また、本発明に係るＴＦＴの製造方法では、基板の表面側に薄膜トランジスタを構成するための半導体膜を形成する半導体膜形成工程と、該半導体膜の表面にゲート絶縁膜としての絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、該絶縁膜を液中に浸漬して前記絶縁膜から固定電荷を除去する固定電荷除去工程とを有することを特徴とする。

　本発明では絶縁膜形成工程において形成した絶縁膜を液中に浸漬することによって絶縁膜から固定電荷を除去しているため、この絶縁膜をＴＦＴの下地保護膜やゲート絶縁膜に用いた場合には絶縁膜中への電荷の注入が起こりにくい分、ＴＦＴの電気的特性において経時的な安定性が向上する。また、固定電荷を除去した絶縁膜をＴＦＴの下地保護膜に用いた場合にはチャネル領域にバックチャネルが形成されることがないので、オフリーク電流を低減できる。一方、固定電荷を除去した絶縁膜をＴＦＴのゲート絶縁膜に用いた場合には、ドレイン端への電子などの注入がない分、絶縁耐圧が向上する。よって、ＴＦＴの初期的な電気的特性も向上する。さらに、固定電荷を除去する方法として液中への浸漬という方法を採用しているので、基板に形成した絶縁膜全体を一括して処理でき、簡単な工程で済むという利点もある。

　本発明では前記固定電荷除去工程を行った後に、酸化性ガス含有雰囲気中で前記絶縁膜に熱処理を行うことが好ましい。このような熱処理を行うと、絶縁膜は焼き締めされて緻密化し、かつシリコン原子と酸素原子との結合は弱くて不安定な状態から強くて安定な状態となる。また、絶縁膜中では禁制帯中の電子やホールに対するトラップ準位が減少する。それ故、ＴＦＴの電気的特性は初期的および経時的の双方においてさらに向上する。

　本発明において前記固定電荷除去工程では、前記絶縁膜を電解液中または純水中のいずれかに浸漬する。また、前記固定電荷除去工程では前記絶縁膜を電解液中に浸漬した後、純水中に浸漬してもよい。この場合に前記液中には気体を吹き込んで該液をバブリングしながら前記絶縁膜を浸漬することが好ましい。

　本発明において前記絶縁膜形成工程では、前記絶縁膜をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法により形成する。このようなプラズマを利用して絶縁膜を形成する成膜方法では低圧ＣＶＤ法などに比較して絶縁膜中に固定電荷が生じやすい分、本発明を適用したときの効果が顕著である。

　以上説明したように、本発明に係るＴＦＴの製造方法では、絶縁膜を液中に浸漬することによって絶縁膜から固定電荷を除去することに特徴を有する。従って、本発明によれば、固定電荷を除去した絶縁膜をＴＦＴの下地保護膜やゲート絶縁膜に用いているので、絶縁膜中への電荷の注入が起こりにくい分、ＴＦＴの電気的特性において経時的な安定性が向上する。また、固定電荷を除去した絶縁膜をＴＦＴの下地保護膜に用いているので、チャネル領域にバックチャネルが形成されることがない。また、固定電荷を除去した絶縁膜をＴＦＴのゲート絶縁膜に用いているので、ドレイン端への電子などの注入がない分、絶縁耐圧が高い。よって、ＴＦＴの初期的な電気的特性も向上する。さらに、固定電荷を除去する方法として液中への浸漬という方法を採用しているので、基板に形成した絶縁膜全体を一括して処理でき、簡単な工程で済むという利点もある。

　本発明において固定電荷除去工程を行った後に酸化性ガス含有雰囲気中で絶縁膜に熱処理を行うと、絶縁膜は焼き締めされて緻密化し、かつシリコン原子と酸素原子との結合は弱くて不安定な状態から強くて安定な状態となる。また、絶縁膜では禁制帯中の電子やホールに対するトラップ準位が減少する。それ故、ＴＦＴの初期的な電気的特性、およびその経時的な安定性がさらに向上する。

発明の実施の形態

　図１、２を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は請求項１、２に係る発明の工程図であり、図１は請求項３、４に係る発明の工程図である。

　［第１の実施の形態］
　ガラス基板などの表面にＴＦＴを製造する場合には、一般に図１に示すように、ガラス基板などの上にシリコン酸化膜などからなる下地保護膜を形成する下地保護膜形成工程ＳＴ１１、少なくともチャネル領域を構成するシリコン膜を形成する半導体膜形成工程ＳＴ１２、チャネル領域の表面にシリコン酸化膜などからなるゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程ＳＴ１３、ゲート絶縁膜の上にタンタル膜などのゲート電極を形成するゲート電極形成工程ＳＴ１４、半導体膜に不純物イオンを導入する不純物導入工程ＳＴ１５、それらの表面を覆うシリコン酸化膜などの層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程ＳＴ１６、層間絶縁膜にコンタクトホールを開けるコンタクトホール形成工程ＳＴ１７、これらのコンタクトホールを介してソース・ドレイン領域に電極を接続させるソース・ドレイン電極形成工程ＳＴ１８をこの順に行う。

　これらの工程によって形成される各薄膜のうち、本発明では下地保護膜およびゲート絶縁膜の膜質を向上させることに特徴を有する。

　本発明において下地保護膜の膜質を向上させる場合には、基板の表面に下地保護膜（絶縁膜）をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などにより形成した後に（下地保護膜形成工程ＳＴ１１／絶縁膜形成工程）、この下地保護膜を所定の温度に設定した液中に浸漬してこの絶縁膜から固定電荷を除去する固定電荷除去工程ＳＴ２１を行う。

　この固定電荷除去工程ＳＴ２１では、下地保護膜を形成した後の基板を硫酸水溶液や炭酸水溶液などといった酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモニア水溶液などといったアルカリ水溶液に浸漬し（電解液浸漬処理Ｔ２１１）、次に基板を純水中に浸漬して基板から上記の電解液を洗い落した後に（純水浸漬処理ＳＴ２１２）、基板に対する乾燥を行う（乾燥処理ＳＴ２１３）。この固定電荷除去工程ＳＴ２１では、下地保護膜を形成した後の基板を電解液に浸漬せずに基板をそのまま純水に浸漬し（純水浸漬処理ＳＴ２１２）、その後に基板に対する乾燥を行ってもよい（乾燥処理ＳＴ２１３）。いずれの場合でも、基板を浸漬する液には水蒸気や炭酸ガスなどを吹き込んで液をバブリングしながら基板の浸漬を行うことが好ましい。

　そして、下地保護膜の表面に非晶質、結晶質、或いはそれらの混晶質のシリコン膜などといった半導体膜を形成する（半導体膜形成工程ＳＴ１２）。続いてレーザアニールなどを行い、半導体膜を結晶化させる場合がある（結晶化工程ＳＴ２０）。

　次に半導体膜の表面に、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法などによりゲート絶縁膜を形成する（ゲート絶縁膜形成工程ＳＴ１３／絶縁膜形成工程）。

　本発明においてゲート絶縁膜の膜質を向上させるときには、このゲート絶縁膜を所定の温度に設定した液中に浸漬してこの絶縁膜から固定電荷を除去する固定電荷除去工程ＳＴ２２を行う。
この固定電荷除去工程ＳＴ２２でも、ゲート絶縁膜を形成した後の基板を硫酸水溶液や炭酸水溶液などといった酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモニア水溶液などといったアルカリ水溶液に浸漬し（電解液浸漬処理ＳＴ２２１）、次に基板を純水中に浸漬して基板から上記の電解液を洗い落した後に（純水浸漬処理ＳＴ２２２）、基板に対する乾燥を行う（乾燥処理ＳＴ２２３）。この固定電荷除去工程ＳＴ２２では、下地保護膜を形成した後の基板を電解液に浸漬せずに基板をそのまま純水に浸漬し（純水浸漬処理ＳＴ２２２）、その後に基板に対する乾燥を行ってもよい（乾燥処理ＳＴ２２３）。いずれの場合でも、基板を浸漬する液には水蒸気や炭酸ガスなどを吹き込んで液をバブリングしながら基板の浸漬を行うことが好ましい。
しかる後にゲート絶縁膜の表面にゲート電極を形成する（ゲート電極形成工程ＳＴ１４）。

　このような工程を経て製造したＴＦＴでは、下地保護膜およびゲート絶縁膜を固定電荷除去工程ＳＴ２１、ＳＴ２２において液中に浸漬することによって、これらの絶縁膜から固定電荷を除去しているので、ＴＦＴを動作させたときに下地保護膜やゲート絶縁膜への電荷の注入が起こりにくい分、ＴＦＴの電気的特性は、経時的な安定性が高い。また、固定電荷を除去した絶縁膜をＴＦＴの下地保護膜に用いているので、チャネル領域にバックチャネルが形成されない。それ故、ＴＦＴのオフリーク電流を低減できる。また、固定電荷を除去した絶縁膜をゲート絶縁膜に用いているので、ドレイン端への電子などの注入がない分、絶縁耐圧が高い。よって、ＴＦＴの初期的な電気的特性も向上する。さらに、固定電荷を除去する方法として液中への浸漬という方法を採用しているので、基板に形成した絶縁膜全体を一括して処理でき、簡単な工程で済むという利点もある。特に本発明では、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法により形成した下地保護膜やゲート絶縁膜に対して上記の固定電荷除去工程ＳＴ２１、ＳＴ２２を行っているため、その効果が顕著である。すなわち、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法により形成した絶縁膜は、低圧ＣＶＤ法などといった他の成膜法に比較して固定電荷が生じやすい傾向にある分、このような絶縁膜に本発明を適用すると、その効果が顕著である。

　［第２の実施の形態］
　本発明でも、図２に示すように、下地保護膜形成工程ＳＴ１１、半導体膜形成工程ＳＴ１２、ゲート絶縁膜形成工程ＳＴ１３、ゲート電極形成工程ＳＴ１４、不純物導入工程ＳＴ１５、層間絶縁膜形成工程ＳＴ１６、コンタクトホール形成工程ＳＴ１７、ソース・ドレイン電極形成工程ＳＴ１８をこの順に行う。

　本発明において下地保護膜の膜質を向上させるときには、基板の表面に下地保護膜をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などにより形成した後に（下地保護膜形成工程ＳＴ１１／絶縁膜形成工程）、この下地保護膜を所定の温度に設定した液中に浸漬してこの絶縁膜から固定電荷を除去する固定電荷除去工程ＳＴ２１を行う。

　この固定電荷除去工程ＳＴ２１では、下地保護膜を形成した後の基板を硫酸水溶液や炭酸水溶液などといった酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモニア水溶液などといったアルカリ水溶液に浸漬し（電解液浸漬処理Ｔ２１１）、次に基板を純水中に浸漬して基板から上記の電解液を洗い落した後に（純水浸漬処理ＳＴ２１２）、基板に対する乾燥を行う（乾燥処理ＳＴ２１３）。この固定電荷除去工程ＳＴ２１では、下地保護膜を形成した後の基板を電解液に浸漬せずに、基板をそのまま純水に浸漬し（純水浸漬処理ＳＴ２１２）、その後に基板に対する乾燥を行ってもよい（乾燥処理ＳＴ２１３）。いずれの場合でも、基板を浸漬する液には水蒸気や炭酸ガスなどを吹き込んで液をバブリングしながら基板の浸漬を行うことが好ましい。

　次に本発明では、固定電荷除去工程ＳＴ２１を行った後の下地保護膜を酸素ガスや水蒸気などといった酸化性ガスを含有する雰囲気中で加熱する熱処理工程ＳＴ３１を行う。
そして下地保護膜の表面に、非晶質、結晶質、或いはそれらの混晶質のシリコン膜などといった半導体膜を形成する（半導体膜形成工程ＳＴ１２）。続いてレーザアニールなどを行い、半導体膜を結晶化させる場合がある（結晶化工程ＳＴ２０）。
次に半導体膜の表面にプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などによりゲート絶縁膜を形成する（ゲート絶縁膜形成工程ＳＴ１３／絶縁膜形成工程）。

　ここで、ゲート絶縁膜の膜質を向上させるときには、このゲート絶縁膜を所定の温度に設定した液中に浸漬してこの絶縁膜から固定電荷を除去する固定電荷除去工程ＳＴ２２を行う。
この固定電荷除去工程ＳＴ２２でも、ゲート絶縁膜を形成した後の基板を硫酸水溶液や炭酸水溶液などといった酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモニア水溶液などといったアルカリ水溶液に浸漬し（電解液浸漬処理ＳＴ２２１）、次に基板を純水中に浸漬して基板から上記の電解液を洗い落した後に（純水浸漬処理ＳＴ２２２）、基板に対する乾燥を行う（乾燥処理ＳＴ２２３）。この固定電荷除去工程ＳＴ２２では、下地保護膜を形成した後の基板を電解液に浸漬せずに、基板をそのまま純水に浸漬し（純水浸漬処理ＳＴ２２２）、その後に基板に対する乾燥を行ってもよい（乾燥処理ＳＴ２２３）。いずれの場合でも、基板を浸漬する液には水蒸気や炭酸ガスなどを吹き込んで液をバブリングしながら基板の浸漬を行うことが好ましい。

　次に本発明では、固定電荷除去工程ＳＴ２２を行った後のゲー絶縁膜を酸素ガスや水蒸気などといった酸化性ガスを含有する雰囲気中で加熱する熱処理工程ＳＴ３２を行う。
しかる後に基板に形成したゲート絶縁膜の表面にゲート電極を形成する（ゲート電極形成工程ＳＴ１４）。

　このような工程を経て製造したＴＦＴでは、先に説明したように、固定電荷除去工程ＳＴ２２、ＳＴ２３で固定電荷を除去した下地保護膜およびゲート絶縁膜を用いてＴＦＴを形成したので、ＴＦＴの電気的特性は初期的および経時的の双方において向上する。また、固定電荷を除去する方法として液中への浸漬という方法を採用しているので、基板に形成した絶縁膜全体を一括して処理でき、簡単な工程で済むという利点もある。特に、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法により形成した下地保護膜やゲート絶縁膜に対して上記の固定電荷除去工程ＳＴ２１、２２を行っているため、固定電荷除去工程ＳＴ２１、２２を行った効果が顕著である。すなわち、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法により形成した絶縁膜は、低圧ＣＶＤ法などといった他の成膜法に比較して固定電荷が生じやすい傾向にある分、このような絶縁膜に本発明を適用すると、その効果が顕著である。

　また、本発明では固定電荷除去工程ＳＴ２１、２２を行った後に酸化性ガス含有雰囲気中で熱処理工程ＳＴ３１、３２を行っているため、下地保護膜やゲート絶縁膜は焼き締めされて緻密化し、かつシリコン原子と酸素原子との結合は弱くて不安定な状態から強くて安定な状態となる。また、絶縁膜では禁制帯中の電子やホールに対するトラップ準位が減少する。それ故、ＴＦＴの電気的特性については、初期的な特性および経時的な安定性の双方が向上する。
さらに熱処理工程ＳＴ３２では、結晶化工程ＳＴ２０で予め結晶化した半導体膜、およびゲート絶縁膜の双方に熱処理を行うことになる。このため、半導体膜において各シリコン原子が格子点からわずかにずれていても、このような微小なずれはこの熱処理工程ＳＴ３２で補正される。すなわち、先の結晶化工程ＳＴ２０の際に生じた半導体膜のストレスを解放することになって結晶の完全性が高まる。併せて結晶粒と結晶粒との間にわずかに存在する非結晶部分を結晶化させるため、半導体膜の結晶化率が高まる。また、微小結晶は再結晶化して大きな結晶に成長し、結晶粒界を減少させる。それ故、良質の半導体膜を得ることができる。

　［実施例］
　（プラズマＣＶＤ装置の構成）
本発明の実施例に係るＴＦＴの製造方法に用いる薄膜形成装置として、プラズマ化学気相堆積装置（ＰＥＣＶＤ装置）の構成を図３および図４を参照して説明する。図３はプラズマＣＶＤ装置の反応室付近の概略平面図、図４は、そのＡ−Ａ′線における断面図である。

　これらの図において、本例のプラズマＣＶＤ装置２００は容量結合型であり、プラズマは、高周波電源を用いて平行平板電極間に発生させるようになっている。

　プラズマＣＶＤ装置２００において、反応室２０１は反応容器２０２によって外気から隔絶され、成膜中には約５ｍｔｏｒｒから約５ｔｏｒｒまでの減圧状態とされる。反応容器２０２の内部には下部平板電極２０３と上部平板電極２０４が互いに平行に配置されており、これらの２枚の電極が平行平板電極を構成している。下部平板電極２０３と上部平板電極２０４とからなる平行平板電極の間が反応室２０１である。本例では、４１０ｍｍ×５１０ｍｍの平行平板電極を用い、電極間距離は可変である。反応室２０１の容積も電極間距離の変更にともなって２０９１ｃｍ3 から１０４５５ｃｍ3 までの範囲で可変である。電極間距離の変更は下部平板電極２０３の位置を上下させることにより行うことができ、任意の距離に設定できる。電極間距離をある値に設定したときの平行平板電極の面内における電極間距離の偏差はわずか０．１ｍｍである。従って、電極間に生じる電界強度の偏差は平行平板電極の面内において１．０％以下であり、プラズマは反応室２０１において均質に発生する。

　下部平板電極２０３の上には、薄膜を堆積すべきガラス製の大型の基板２０５が置かれ、基板２０５の縁辺部２ｍｍがシャドーフレーム２０６により押さえつけられる。なお、図３では、装置の構成をわかりやすいようにシャドーフレーム２０６を省略してある。

　下部平板電極２０３の内部には、基板２０５を加熱するためのヒータ２０７（加熱手段）が設けられており、下部平板電極２０３の温度は２５℃から４００℃までの間で任意に設定できる。電極の温度をある値に設定したとき、周辺５ｍｍを除く下部平板電極２０３の面内における温度分布は設定温度に対して±１．０℃以内であり、基板２０５の大きさを４００ｍｍ×５００ｍｍに設定しても、基板２０５の面内における温度偏差を２．０℃以下に保つことができる。

　シャドーフレーム２０６は、例えば基板２０５として汎用のガラス基板（例えば、コーニングジャパン株式会社製♯７０５９、日本電気硝子株式会社製ＯＡ−２、またはＮＨテクノグラス株式会社製ＮＡ３５等）を用いたとき、基板２０５がヒータ２０７からの熱によって凹形に変形するのを防ぐとともに、基板のエッジ部、裏面に不要な薄膜が形成されないように基板２０５を押さえている。

　原料となる気体と、必要に応じて追加の気体とからなる原料ガスは、配管２０８を通して上部平板電極２０４の内部に導入され、さらに上部平板電極２０４の内部に設けられたガス拡散板２０９の間をすり抜けて上部平板電極２０４の全面から略均一な圧力で反応室２０１の流れ出る。成膜中であれば、原料ガスの一部は上部平板電極２０４から出たところで電離し、平行平板電極間にプラズマを発生させる。原料ガスの一部ないし全部は成膜に関与する。これに対し、成膜に関与しなかった残留原料ガス、および成膜の化学反応の結果として生じた生成ガスは、排気ガスとして反応容器２０２の周辺上部に設けられた排気穴２１０から排出される。

　排気穴２１０のコンダクタンスは平行平板電極間のコンダクタンスの１００倍以上であることが好ましい。さらに、平行平板電極間のコンダクタンスはガス拡散板２０９のコンダクタンスよりも十分に大きく、やはり、その値はガス拡散板２０９のコンダクタンスの１００倍以上であることが好ましい。このように構成することにより、４１０ｍｍ×５１０ｍｍの大型の上部平板電極２０４の全面より略均一な圧力で原料ガスが反応室２０１に導入され、同時に排気ガスが反応室２０１から全ての方向に均等な流量で排出される。

　各種の原料ガスの流量は、配管２０８に導入される前に後述するマスフローコントローラーにより所定の値に調整される。また、反応室２０１の内部の圧力は、排気穴の出口に設けられたコンダクタンス・バルブ２１１により所定の値に調整される。コンダクタンス・バルブ２１１の排気側にはターボ分子ポンプ等の真空排気装置（図示せず。）が設けられている。本例では、オイル・フリーの磁気浮上型ターボ分子ポンプが真空排気装置（真空排気手段）の一部として用いられ、反応室内の背景真空度を１０-7ｔｏｒｒ台としている。

　このように構成したＰＥＣＶＤ装置２００において、図４に示すように、配管２０８から反応室２０１内に原料ガスを供給するためのガス供給部２５０（ガス供給手段）には、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）などといった原料ガスを充填したガスボンベ２５０１と、これらのガスボンベ２５０１から原料ガスを反応室２０１に供給するためのガス供給経路２５０４と、この経路に介挿されたマスフローコントローラ２５０５とが構成されている。また、ガス供給部２５０には、酸素ガスなどといった原料ガスを充填したガスボンベ２６０１と、これらのガスボンベ２６０１から原料ガスを反応室２０１に供給するためのガス供給経路２６０４と、この経路に介挿されたマスフローコントローラ２６０５とが構成されている。

　なお、図３および図４には、ガスの流れを矢印で示してある。反応容器２０２および下部平板電極２０３は、接地電位にあり、これらと上部平板電極２０４とは、絶縁リング２１２により電気的な絶縁状態が保たれる。プラズマ発生時には、発振源２１３（電源）から出力されたＲＦ波が増幅器２１４にて増幅された後、マッチング回路２１５を介して上部平板電極２０４に印加される。
本例で用いたプラズマＣＶＤ装置２００は、上述のとおり、電極間距離およびガス流に極めて精巧な制御を実現したことにより、４００ｍｍ×５００ｍｍの大型の基板にも対応できる薄膜形成装置として構成されている。これらの基本的な設計思想され踏襲すれば、さらに大型の基板にも容易に対応でき、５５０ｍｍ×６５０ｍｍほどの大型の基板にも十分に対応し得る装置を構成できる。

　本例では、ＲＦ電源を用いているが、マイクロ波やＶＨＦ波を発する電源を用いてもよい。また、ＲＦ電源では、工業用ＲＦ周波数（１３．５６ＭＨｚ）の整数倍である２７．１２ＭＨｚ、４０．６ＭＨｚ、５４．２４ＭＨｚ、６７．８ＭＨｚ等、いずれの周波数に設定してもよい。かかる周波数の変更は、発振源２１３、増幅器２１４、およびマッチング回路２１５を交換することにより容易に行うことができる。なお、電磁波プラズマでは周波数を上げると、プラズマ中の電子温度が上がり、ラジカルの発生が容易になる。

　（ＴＦＴの製造方法）
　本発明に係るＴＦＴの製造方法ではいくつかの絶縁膜形成工程があるが、いずれの絶縁膜形成工程も、図３および図４を参照して説明したＰＥＣＶＤ装置２００を用いる。以下に、図２に示した工程順序に沿って本例のＴＦＴの製造方法を説明する。
本例では図５（Ａ）に示すように、液晶表示パネルのアクティブマトリクス基板用の基板１０として大型の汎用の無アリカリガラスを用いる。

　まず、基板１０を清浄化した後、図５（Ｂ）に示すように基板１０の上にプラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜からなる下地保護膜１１（絶縁膜）を形成する（下地保護膜形成工程ＳＴ１１／絶縁膜形成工程）。

　次に図５（Ｃ）に示すように、下地保護膜１１から固定電荷を除去するために下地保護膜１１を液中に浸漬する（下地保護膜に対する固定電荷除去工程ＳＴ２１）。すなわち、下地保護膜１１を形成した後の基板１０を、まず、硫酸水溶液や炭酸水溶液などといった酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモニア水溶液などといったアルカリ水溶液に浸漬する（電解液４１への浸漬処理ＳＴ２１１）。このときの電解液４１の温度は９５℃〜１００℃であり、電解液４１は沸騰状態にある。この際には電解液４１に水蒸気や炭酸ガスなどを吹き込んで電解液４１をバブリングしながら基板１０の浸漬を行う。次に図５（Ｄ）に示すように、基板１０を純水４２中に浸漬し、基板１０から上記の電解液を洗い落とす（純水への浸漬処理ＳＴ２１２）。このときの純水４２の温度は９５℃〜１００℃であり、純水４２は沸騰状態にある。この際にも純水４２に水蒸気などを吹き込んで純水４１をバブリングしながら基板１０の浸漬を行う。しかる後に基板１０を乾燥させる（乾燥処理ＳＴ２１３）。

　次に本発明では、図５（Ｅ）に示すように、固定電荷除去工程を行った後の下地保護膜１１を酸化性ガス含有雰囲気中で炉内での熱処理や急速加熱処理を行う（下地保護膜に対する熱処理工程ＳＴ３１）。この酸化性ガスとしては、酸素ガスを含んだ窒素ガスやアルゴンガス、水蒸気を含んだ窒素ガスやアルゴンガスを用いる。ここで、水蒸気を含む雰囲気中で熱処理を行う場合には、雰囲気温度２５０℃〜３５０℃に対して水蒸気が露結しないように、露点が１００℃位になるようなガスを用いる。このような酸化性ガス含有雰囲気中で熱処理を行うと、下地保護膜１１は焼き締めされて緻密化し、かつシリコン原子と酸素原子との結合は弱くて不安定な状態から強くて安定な状態となる。また、下地保護膜１１では禁制帯中の電子やホールに対するトラップ準位が減少する。

　次に図５（Ｆ）に示すように、薄膜トランジスタの能動層となるべき真性のシリコン膜などの半導体膜１２を約１５００オングストロームの膜厚で形成する（半導体膜形成工程ＳＴ１２）。この半導体膜１２はＣＶＤ法やＰＶＤ法により形成できる。このようにして得られる半導体膜１２は、そのままａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ膜として薄膜トランジスタのチャネル領域などの半導体層として用いることができる。

　また半導体膜１２は、図５（Ｇ）に示すようにレーザ光などの光学エネルギーまたは電磁エネルギーを短時間照射して結晶化を進めてもよい（結晶化工程ＳＴ２０）。最初に形成した半導体膜１２が非晶質、または非晶質と微結晶とが混在する混晶質であれば、この工程は結晶化工程と称せられる。これに対して、最初に形成した半導体膜１２が多結晶質であれば、この工程は再結晶化工程と称せられる。この工程においてレーザ光などのエネルギー強度が高ければ、結晶化の際に半導体膜１２は一度溶融し冷却固化過程を経て結晶化（溶融結晶化）する。これに対して半導体膜１２の結晶化を溶融せずに固相にて進める方法を固相成長法（ＳＰＣ法）と称する。固相成長法は、５５０℃程度から６５０℃程度の温度で数時間から数十時間をかけて結晶化をすすめる熱処理法（Ｆｕｒｎａｎｃｅ−ＳＰＣ法）と、一秒未満から一分程度の短時間で７００℃から１０００℃の温度で結晶化をすすめる急速加熱処理法（ＲＴＡ法）と、およびレーザ光等のエネルギー強度が低いときに生じる極短時間固相成長法（ＶＳＴ−ＳＰＣ法）との三者に主として分類される。いずれの方法も適用可能であるが、溶融結晶化、ＲＴＡ法、ＶＳＴ−ＳＰＣ法では、照射時間が非常に短時間であり、かつ、照射領域が基板１０全体からみると局所的であるため、半導体膜１２の結晶化に際して基板１０全体が高温に熱せられることがない。それ故、基板１０には熱による変形や割れなどが生じないので、大型の基板１０を高い生産性をもって製造するのに適している。

　次に図５（Ｈ）に示すように、所定のパターンをもつレジストマスク２２を形成した後、このレジストマスク２２を用いて、図５（Ｉ）に示すように半導体膜１２をパターニングし、島状の半導体膜１２とする。

　半導体膜１２をパターニングした後は図６（Ａ）に示すように、プラズマＣＶＤ法によりシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１３を形成する（ゲート絶縁膜形成工程ＳＴ１３／絶縁膜形成工程）。ゲート絶縁膜１３の形成にあたっても様々な方法が考えられるが、ゲート絶縁膜１３の形成温度は３５０℃以下であることが好ましい。これは、ＭＯＳ界面やゲート絶縁膜１３が熱劣化するのを防ぐためである。同じことは以下の全ての工程に対してもいえる。ゲート絶縁膜１３形成後の全ての工程温度は３５０℃以下に抑えなければならない。このように条件設定することにより、高性能の薄膜トランジスタを容易に、かつ安定的に製造できる。

　次にゲート絶縁膜１３から固定電荷を除去するために、図６（Ｂ）に示すようにゲート絶縁膜１３を液中に浸漬する（ゲート絶縁膜に対する固定電荷除去工程ＳＴ２２）。すなわち、ゲート絶縁膜１３を形成した後の基板１０を硫酸水溶液や炭酸水溶液などといった酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモニア水溶液などといったアルカリ水溶液に浸漬する（電解液４３への浸漬処理ＳＴ２２１）。このときの電解液４３の温度は９５℃〜１００℃であり、電解液４３は沸騰状態にある。この際には電解液４３に水蒸気や炭酸ガスなどを吹き込んで電解液４３をバブリングしながら基板１０の浸漬を行う。次に図６（Ｃ）に示すように、基板１０を純水４４中に浸漬し、基板１０から上記の電解液を洗い落とす（純水への浸漬処理ＳＴ２２２）。このときの純水４４の温度は９５℃〜１００℃であり、純水４４は沸騰状態にある。この際にも純水４４に水蒸気などを吹き込んで純水４４をバブリングしながら基板１０の浸漬を行う。しかる後に基板１０を乾燥させる（乾燥処理ＳＴ２２３）。

　次に本発明では、次に図６（Ｄ）に示すように、固定電荷除去工程を行った後のゲート絶縁膜１３を酸化性ガス含有雰囲気中で加熱する（ゲート絶縁膜に対する熱処理工程ＳＴ３２）。この酸化性ガスとしては、酸素ガスを含んだ窒素ガスやアルゴンガス、水蒸気を含んだ窒素ガスやアルゴンガスを用いる。ここで、水蒸気を含む雰囲気中で熱処理を行う場合には、雰囲気温度２５０℃〜３５０℃に対して水蒸気が露結しないように、露点が１００℃位になるようなガスを用いる。このような酸化性ガス含有雰囲気中で熱処理を行うと、絶縁膜は焼き締めされて緻密化し、かつシリコン原子と酸素原子との結合は弱くて不安定な状態から強くて安定な状態となる。また、絶縁膜では禁制帯中の電子やホールに対するトラップ準位が減少する。さらにこの熱処理工程では、半導体膜１２およびゲート絶縁膜１３の双方に熱処理を行うことになる。このため、各シリコン原子が格子点からわずかにずれていても、このような微小なずれはこの熱処理工程で補正される。すなわち、先の結晶化の工程の際に生じた半導体膜１２のストレスを解放することになって結晶の完全性が高まる。併せて結晶粒と結晶粒との間にわずかに存在する非結晶部分を結晶化させるため、半導体膜１２の結晶化率が高まる。また、微小結晶は再結晶化して大きな結晶に成長し、結晶粒界を減少させる。それ故、良質の半導体膜１２を得ることができる。
ここで行う熱処理としては炉内での熱処理でもよいが、急速加熱処理を行うと、高温になる分、熱処理の効果が高い。しかも、急速加熱処理によればスループットもよい。

　次に図６（Ｅ）に示すように、ゲート電極となる薄膜２１をＣＶＤ法やＰＶＤ法などで堆積する。通常はゲート電極とゲート配線とは、同一の材料で同一の工程により形成される。このため、電極材料としては、電気抵抗が低く、かつ３５０℃程度の熱処理工程に対して安定であることが求められる。ゲート電極となる薄膜２１を堆積した後、図６（Ｆ）に示すようにパターニングを行い、ゲート電極１５を形成する（ゲート電極形成工程ＳＴ１４）。次に半導体膜１２に対して不純物イオンを導入し、ソース・ドレイン領域１６およびチャネル領域１７を形成する（不純物導入工程ＳＴ１５）。

　このとき、ゲート電極１５がイオン注入のマスクとなるため、チャネル領域１７は、ゲート電極１５下のみに形成される自己整合構造となる。不純物イオンの導入は、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合物と水素とを注入するイオン・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イオンのみを注入するイオン打ち込み法との二種類が適用され得る。
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が０．１％程度のホスフィン（ＰＨ3 ）やジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）などの注入不純物の水素化物を用いる。イオン打ち込み法では、所望の不純物元素のみを注入した後に引き続いて水素イオン（プロトンや水素分子イオン）を注入する。前述のとおり、ＭＯＳ界面やゲート絶縁膜１３を安定に保つにはイオン・ドーピング法あるいはイオン打ち込み法のいずれの方法であってもイオン注入時の基板温度は３５０℃以下でなければならない。一方、注入不純物の活性化を３５０℃以下の低温で常に安定的に行うには、イオン注入時の基板１０の温度は２００℃以上であることが好ましい。トランジスタのしきい値電圧を調整するためにチャネルドープを行う場合、あるいはＬＤＤ構造を作成するといったように低濃度に注入された不純物イオンを低温で確実に活性化するには、イオン注入時の基板１０の温度は２５０℃以上であることが必要となる。このように、基板１０の温度が高い状態でイオン注入を行うと、半導体膜１２のイオン注入に伴う結晶破壊の際に再結晶化も同時に生じるので、結果的にはイオン注入部の非晶質化を防ぐことができる。すなわち、イオン注入された領域は注入後も依然として結晶質として残り、その後の活性化温度が３５０℃程度以下と低温であっても注入イオンの活性化が可能になる。ＣＭＯＳ構造となるように薄膜トランジスタを製造するときには、ポリイミド樹脂などの適当なマスク材を用いてＮＭＯＳまたは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。

　次に、図６（Ｇ）に示すように、層間絶縁膜１８をＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法で形成する（層間絶縁膜形成工程ＳＴ１６）。イオン注入と層間絶縁膜１８の形成後、３５０℃程度以下の適当な熱環境下にて数十分から数時間の熱処理を施して注入イオンの活性化及び層間絶縁膜１８の焼き締めを行う。この熱処理温度は注入イオンを確実に活性化する為にも２５０℃程度以上が好ましい。ゲート絶縁膜１３と層間絶縁膜１８とではその膜品質が異なっている。このため、層間絶縁膜１８を形成した後、二つの絶縁膜にコンタクトホール１９を開ける際、絶縁膜のエッチング速度が違っているのが普通である。このような条件下ではコンタクトホール１９の形状が下方程広い逆テーパー状になったり或いは庇が発生してしまい、その後にソース・ドレイン電極２６を形成した時に電気的な導通がうまく取れない原因（接続不良の原因）となる。このような接続不良は層間絶縁膜１８を焼き締めることによって効果的に防止できる。

　なお、層間絶縁膜１８を形成した後にソース・ドレイン領域１６上にコンタクトホール１９を開孔し（コンタクトホール形成工程ＳＴ１７）、しかる後にソース・ドレイン電極２６を形成する（ソース・ドレイン電極形成工程ＳＴ１８）。

　この際にはＰＶＤ法やＣＶＤ法などを用いる。このようにしてＴＦＴ３０が形成される。
このように形成したＴＦＴでは、絶縁膜を液中に浸漬することによって絶縁膜から固定電荷を除去しているため、この絶縁膜をＴＦＴの下地保護膜１１やゲート絶縁膜１３に用いた場合には絶縁膜中への電荷の注入が起こりにくい分、ＴＦＴの電気的特性において経時的な安定性が向上する。また、固定電荷を除去した絶縁膜をＴＦＴの下地保護膜１１に用いているので、チャネル領域１７にバックチャネルが形成されることがない。一方、固定電荷を除去した絶縁膜をＴＦＴのゲート絶縁膜１３に用いているので、ドレイン端への電子などの注入がない分、絶縁耐圧が向上する。よって、ＴＦＴの初期的な電気的特性も向上する。さらに、固定電荷を除去する方法として液中への浸漬という方法を採用しているので、基板に形成した絶縁膜全体を一括して処理でき、簡単な工程で済むという利点もある。

　［その他の実施例］
　本発明のＴＦＴの製造方法において、スパッタ法により成膜した絶縁膜にも固定電荷が発生しやすいので、この絶縁膜にも本発明を適用してもよい。すなわち、スパッタ装置では、反応室内のターゲットと基板とによって構成された平行平板電極に高周波電界を形成するとともに、反応室内に供給されたスパッタガスを用いてプラズマを形成し、ターゲットからスパッタ蒸発させた原子または分子と、反応室内に供給した酸素ガスなどとによって基板上にシリコン酸化膜を形成する。また、スパッタ法あるいはプラズマＣＶＤ法に限らず、その他の成膜方法で形成した絶縁膜（下地保護膜やゲート絶縁膜）に本発明を適用してもよいことは勿論である。

本発明を適用したＴＦＴの製造方法を示す工程図である。本発明を適用したＴＦＴの別の製造方法を示す工程図である。プラズマＣＶＤ装置の反応室付近の概略平面図である。図３のＡ−Ａ′線における断面図である。本発明の実施例に係るＴＦＴの製造方法を示す工程断面図である。図５に続いて行う工程の断面図である。ＴＦＴの断面図である。

符号の説明

１０基板
１１下地保護膜
１２半導体膜
１３ゲート絶縁膜
ＳＴ１１下地保護膜形成工程
ＳＴ１２半導体膜形成工程
ＳＴ１３ゲート絶縁膜形成工程
ＳＴ１４ゲート電極形成工程
ＳＴ１５不純物導入工程
ＳＴ１６層間絶縁膜形成工程
ＳＴ１７コンタクトホール形成工程
ＳＴ１８ソース・ドレイン電極形成工程
ＳＴ２１、ＳＴ２２固定電荷除去工程
ＳＴ３１、ＳＴ３２熱処理工程

Claims

　薄膜トランジスタの製造方法において、
　基板上に半導体膜を形成する工程と、
　前記半導体膜上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
　前記ゲート絶縁膜を電解液中に浸漬した後、純水中に浸漬することによって前記ゲート絶縁膜から固定電荷を除去する工程と、
　を有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
　請求項１において、前記ゲート絶縁膜から前記固定電荷を除去した後、前記絶縁膜を酸化性ガス含有雰囲気中で熱処理する工程を有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
　請求項１又は請求項２において、前記ゲート絶縁膜から前記固定電荷を除去する工程では、前記電解液中に気体を吹き込んで前記電解液をバブリングしながら前記ゲート絶縁膜を浸漬することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。