JP2005086095A - Manufacturing method of thin-film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor.
液晶ディスプレイ(LCD)のスイッチング素子として、ポリシリコン(p−Si)を活性層に用いた薄膜トランジスタ(TFT)が知られている。ポリシリコン薄膜トランジスタ(p−SiTFT)には、いわゆる高温p−SiTFTと低温p−SiTFTとがある。高温p−SiTFTは、1000℃程度の高温プロセスに対応するために、ガラス基板でなく石英基板上にp−SiTFTが形成されている。 As a switching element of a liquid crystal display (LCD), a thin film transistor (TFT) using polysilicon (p-Si) as an active layer is known. Polysilicon thin film transistors (p-Si TFTs) include so-called high temperature p-Si TFTs and low temperature p-Si TFTs. The high temperature p-Si TFT is formed on a quartz substrate instead of a glass substrate in order to cope with a high temperature process of about 1000 ° C.
例えば、特許文献1には、高温p−SiTFTを用いた液晶ディスプレイが記載されている。この液晶ディスプレイは、凹部を有する石英基板と、凹部に設けられた遮光層と、遮光層上に設けられた第1層間絶縁膜と、第1層間絶縁膜上に設けられたTFTと、TFT上に設けられた第2層間絶縁膜とを備える。第1層間絶縁膜及び第2層間絶縁膜は、例えば、常圧又は減圧CVD法といった熱CVD法により成膜されたシリコン酸化膜をアニール処理して形成される。
For example,
また、p−SiTFTは、活性層を構成するポリシリコン膜中にダングリングボンドを有するので、水素終端処理することによりダングリングボンドを減少させる必要がある。この処理により、p−SiTFTの電気的特性は向上する。 Further, since the p-Si TFT has dangling bonds in the polysilicon film constituting the active layer, it is necessary to reduce the dangling bonds by performing hydrogen termination treatment. This process improves the electrical characteristics of the p-Si TFT.
ところで、熱CVD法以外のシリコン酸化膜を成膜する方法として、プラズマCVD法がある。プラズマCVD法は、熱CVD法に比してプロセスのTAT(Turn Around Time)を短縮できる。プラズマCVD法により成膜されたシリコン酸化膜をアニール処理することによって、層間絶縁膜のためのシリコン酸化膜が形成される。 Incidentally, there is a plasma CVD method as a method for forming a silicon oxide film other than the thermal CVD method. The plasma CVD method can shorten the TAT (Turn Around Time) of the process as compared with the thermal CVD method. A silicon oxide film for the interlayer insulating film is formed by annealing the silicon oxide film formed by the plasma CVD method.
しかしながら、プラズマCVD法を用いてシリコン酸化膜を形成したところ、得られたp−SiTFTの電気的特性は不十分であった。このことは、プラズマCVD法が用いられていない原因と推測される。 However, when a silicon oxide film was formed using the plasma CVD method, the electrical characteristics of the obtained p-Si TFT were insufficient. This is presumed to be the reason why the plasma CVD method is not used.
本発明者らが鋭意検討した結果、層間絶縁膜の形成後に行う水素終端処理において、ポリシリコン膜中のダングリングボンドが十分終端(ターミネート)されていないことが判明した。理想的には、水素終端処理を行うと、水素が拡散によって層間絶縁膜を通ってポリシリコン膜に到達する。本発明者らは、層間絶縁膜中のシリコンのダングリングボンドが原因と考えた。すなわち、このダングリングボンドによって水素が途中でトラップされてしまい、十分な水素がポリシリコン膜中に供給されなかったものと考えられる。 As a result of intensive studies by the present inventors, it has been found that dangling bonds in the polysilicon film are not sufficiently terminated (terminated) in the hydrogen termination treatment performed after the formation of the interlayer insulating film. Ideally, when hydrogen termination treatment is performed, hydrogen reaches the polysilicon film through the interlayer insulating film by diffusion. The present inventors considered that the cause is a dangling bond of silicon in the interlayer insulating film. That is, it is considered that hydrogen was trapped in the middle by this dangling bond and sufficient hydrogen was not supplied into the polysilicon film.
そこで、本発明は、プラズマCVD法により形成されるシリコン酸化膜中で水素がトラップされ難い、薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a thin film transistor in which hydrogen is hardly trapped in a silicon oxide film formed by a plasma CVD method.
上述の課題を解決するため、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、(a)第1の酸素含有ガスのガス流量が第1のシラン系ガスのガス流量の40倍以上である第1のプロセスガスを用いて、プラズマCVD法により石英基板上に第1のシリコン酸化膜を成膜する工程と、(b)第1のシリコン酸化膜をアニール処理する工程と、(c)第1のシリコン酸化膜をアニール処理した後に、第1のシリコン酸化膜上に薄膜トランジスタを形成する工程と、(d)薄膜トランジスタ上に、第2の酸素含有ガスのガス流量が第2のシラン系ガスのガス流量の40倍以上である第2のプロセスガスを用いて、プラズマCVD法により第2のシリコン酸化膜を成膜する工程と、(e)第2のシリコン酸化膜をアニール処理する工程と、(f)第2のシリコン酸化膜をアニール処理した後に、水素終端処理する工程とを備える。 In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention includes: (a) a first process gas in which the gas flow rate of the first oxygen-containing gas is 40 times or more the gas flow rate of the first silane-based gas. , A step of forming a first silicon oxide film on a quartz substrate by plasma CVD, (b) a step of annealing the first silicon oxide film, and (c) a first silicon oxide film A step of forming a thin film transistor on the first silicon oxide film after annealing, and (d) the gas flow rate of the second oxygen-containing gas is 40 times the gas flow rate of the second silane-based gas on the thin film transistor. Using the second process gas as described above, forming a second silicon oxide film by plasma CVD, (e) annealing the second silicon oxide film, and (f) second The silicon oxide film of After Le processed, and a step of hydrogen termination process.
上記第1のプロセスガスを用いて、プラズマCVD法により第1のシリコン酸化膜を成膜すると、膜中のSi−H結合の数は減少し、Si−OH結合の数が増加する。続いて行われるアニール処理によって、第1のシリコン酸化膜中のSi−H結合は、「Si−」というダングリングボンドを形成し、Si−OH結合は、脱水縮合によりSi−O−Si結合を形成する。よって、本発明の方法を用いれば、膜中にダングリングボンドの少ない第1のシリコン酸化膜が得られる。同様に、膜中にダングリングボンドの少ない第2のシリコン酸化膜が得られる。したがって、水素終端処理において、第1及び第2のシリコン酸化膜中で水素がトラップされ難くなる。 When the first silicon oxide film is formed by the plasma CVD method using the first process gas, the number of Si—H bonds in the film decreases and the number of Si—OH bonds increases. By subsequent annealing treatment, the Si—H bond in the first silicon oxide film forms a dangling bond “Si—”, and the Si—OH bond is converted to Si—O—Si bond by dehydration condensation. Form. Therefore, if the method of the present invention is used, a first silicon oxide film with few dangling bonds in the film can be obtained. Similarly, a second silicon oxide film with few dangling bonds in the film can be obtained. Accordingly, in the hydrogen termination process, hydrogen is hardly trapped in the first and second silicon oxide films.
具体的には、第1の酸素含有ガスはN2Oガスを含み、第1のシラン系ガスはSiH4ガスを含む。また、第2の酸素含有ガスはN2Oガスを含み、第2のシラン系ガスはSiH4ガスを含む。 Specifically, the first oxygen-containing gas includes N 2 O gas, and the first silane-based gas includes SiH 4 gas. The second oxygen-containing gas includes N 2 O gas, and the second silane-based gas includes SiH 4 gas.
また、薄膜トランジスタを形成する工程は、第1のシリコン酸化膜上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、アモルファスシリコン膜を600℃以上で熱処理して、ポリシリコン膜を形成する工程とを備える。アモルファスシリコン膜を熱処理する温度が、好ましくは600℃以上、より好ましくは800℃以上、特に好ましくは900℃以上といった高温であると、ポリシリコン膜の結晶性は向上する。 The step of forming the thin film transistor includes a step of forming an amorphous silicon film on the first silicon oxide film and a step of forming a polysilicon film by heat-treating the amorphous silicon film at 600 ° C. or higher. When the temperature at which the amorphous silicon film is heat-treated is preferably a high temperature such as 600 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher, and particularly preferably 900 ° C. or higher, the crystallinity of the polysilicon film is improved.
さらに、水素終端処理する工程においては、第2のシリコン酸化膜を水素雰囲気中で熱処理する。これにより、雰囲気中の水素が第2のシリコン酸化膜中に拡散して、薄膜トランジスタに到達する。また、水素終端処理する工程においては、第2のシリコン酸化膜を水素プラズマに晒す。これにより、プラズマ中の水素が第2のシリコン酸化膜中に拡散して、薄膜トランジスタに到達する。 Further, in the hydrogen termination process, the second silicon oxide film is heat-treated in a hydrogen atmosphere. Thereby, hydrogen in the atmosphere diffuses into the second silicon oxide film and reaches the thin film transistor. In the hydrogen termination process, the second silicon oxide film is exposed to hydrogen plasma. As a result, hydrogen in the plasma diffuses into the second silicon oxide film and reaches the thin film transistor.
本発明によれば、プラズマCVD法により形成されるシリコン酸化膜中で水素がトラップされ難い、薄膜トランジスタの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a thin film transistor in which hydrogen is not easily trapped in a silicon oxide film formed by a plasma CVD method.
以下、実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法について、図1〜図4を参照しながら説明する。図1〜図4は、実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を示す工程断面図である。図1〜図4に示す工程は、順次実行される。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。 Hereinafter, a method for manufacturing a thin film transistor according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4 are process cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a thin film transistor according to an embodiment. The steps shown in FIGS. 1 to 4 are sequentially performed. In addition, the same code | symbol is used for the same element and the overlapping description is abbreviate | omitted.
(石英基板の準備工程)
図1(A)に示されるように、凹部を有する石英基板2を準備する。その凹部には遮光層4が設けられている。石英基板2の凹部は、例えばエッチングにより形成される。遮光層4は、例えばタングステンシリサイド(W/Si)を含む金属から成る。遮光層4は、後述する薄膜トランジスタに光が到達しないように設けられている。
(Preparation process of quartz substrate)
As shown in FIG. 1A, a
(第1のシリコン酸化膜の成膜工程)
図1(B)に示されるように、プラズマCVD法により石英基板2上にシリコン酸化膜6(第1のシリコン酸化膜)を成膜する。まず、石英基板2をプラズマCVD装置CV1のチャンバC1内に導入する。チャンバC1内には、石英基板2を設置するためのサセプタS1と、サセプタS1に対向配置されたシャワーヘッドE1とが設けられている。シャワーヘッドE1には、インピーダンス整合回路を介して高周波電源R1が接続されている。サセプタS1は接地されている。
(First silicon oxide film forming step)
As shown in FIG. 1B, a silicon oxide film 6 (first silicon oxide film) is formed on the
チャンバC1外には、質量流量コントローラM11を介してガス供給源G11が接続されており、質量流量コントローラM12を介してガス供給源G12が接続されている。ガス供給源G11には、例えば一酸化二窒素ガス(N2Oガス)を含む第1の酸素含有ガスが充填されている。ガス供給源G12には、例えばモノシランガス(SiH4ガス)を含む第1のシラン系ガスが充填されている。第1の酸素含有ガスとしては、N2Oガスの他、酸素ガス、二酸化炭素ガス等が例示できる。第1のシラン系ガスは、有機シラン系ガス及び無機シラン系ガスのうち少なくとも一方を含む。第1のシラン系ガスとしては、SiH4ガスの他、ジシランガス、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)ガス等が例示できる。引き続く説明では、第1の酸素含有ガスをN2Oガス、第1のシラン系ガスをSiH4ガスとするが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Outside the chamber C1, a gas supply source G11 is connected via a mass flow controller M11, and a gas supply source G12 is connected via a mass flow controller M12. The gas supply source G11 is filled with a first oxygen-containing gas including, for example, dinitrogen monoxide gas (N 2 O gas). The gas supply source G12 is filled with a first silane-based gas including, for example, monosilane gas (SiH 4 gas). Examples of the first oxygen-containing gas include N 2 O gas, oxygen gas, carbon dioxide gas, and the like. The first silane-based gas includes at least one of an organic silane-based gas and an inorganic silane-based gas. Examples of the first silane-based gas include SiH 4 gas, disilane gas, and TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) gas. In the following description, the first oxygen-containing gas is N 2 O gas and the first silane-based gas is SiH 4 gas, but the present invention is not limited to these.
N2Oガス及びSiH4ガスは、ガス供給源G11,G12からチャンバC1内に供給される第1のプロセスガスに含まれる。第1のプロセスガスにおいて、N2Oガスのガス流量は、質量流量コントローラM11によって制御され、SiH4ガスのガス流量は、質量流量コントローラM12によって制御される。ここで、第1のプロセスガスは、N2Oガスのガス流量がSiH4ガスのガス流量の15倍を超えると好ましく、30倍以上であるとより好ましく、40倍以上であると更に好ましい。すなわち、第1のプロセスガス中の酸素原子濃度をシリコン原子濃度に比して増加させると好ましい。 N 2 O gas and SiH 4 gas are included in the first process gas supplied from the gas supply sources G11 and G12 into the chamber C1. In the first process gas, the gas flow rate of the N 2 O gas is controlled by the mass flow rate controller M11, and the gas flow rate of the SiH 4 gas is controlled by the mass flow rate controller M12. Here, the first process gas preferably has a N 2 O gas flow rate of more than 15 times the SiH 4 gas flow rate, more preferably 30 times or more, and even more preferably 40 times or more. That is, it is preferable to increase the oxygen atom concentration in the first process gas as compared to the silicon atom concentration.
第1のプロセスガスをチャンバC1内に供給した後、高周波電源R1によりシャワーヘッドE1に高周波電圧を印加すると、チャンバC1内にプラズマP1が生成される。このプラズマP1により、石英基板2上にシリコン酸化膜6が成膜される。第1のプロセスガスを用いれば、膜中にSi−H結合が少なく、Si−OH結合が多いシリコン酸化膜6を成膜することができる。第1のプロセスガス中の酸素原子濃度が高くなるためである。
After supplying the first process gas into the chamber C1, when a high frequency voltage is applied to the shower head E1 by the high frequency power source R1, a plasma P1 is generated in the chamber C1. A
(第1のシリコン酸化膜のアニール処理工程)
図1(C)に示されるように、シリコン酸化膜6をアニール処理する。これにより、アニール処理されたシリコン酸化膜8を形成する。シリコン酸化膜8は、後述する薄膜トランジスタと遮光層4とを電気的に分離することができる。すなわち、シリコン酸化膜8は層間絶縁膜として機能する。
(First silicon oxide film annealing process)
As shown in FIG. 1C, the
アニール処理は、例えば熱酸化炉を用いて行われる。処理温度は、900〜1050℃であると好ましい。処理時間は、30〜60分であると好ましい。アニール処理は、例えば1000℃程度の温度で20分間程度行われると好ましい。処理雰囲気としては、窒素等が例示できる。アニール処理によって、シリコン酸化膜6表面の不純物を除去できる。かかる不純物が残存していると、後述する薄膜トランジスタの電気的特性に悪影響を及ぼす。
The annealing process is performed using, for example, a thermal oxidation furnace. The treatment temperature is preferably 900 to 1050 ° C. The treatment time is preferably 30 to 60 minutes. The annealing treatment is preferably performed for about 20 minutes at a temperature of about 1000 ° C., for example. Nitrogen etc. can be illustrated as processing atmosphere. By the annealing treatment, impurities on the surface of the
アニール処理を施すと、Si−H結合は水素原子が脱離することにより「Si−」というダングリングボンドを形成し、Si−OH結合は脱水縮合によりSi−O−Si結合を形成する。ここで、アニール処理前のシリコン酸化膜6は、膜中にSi−H結合が少なくSi−OH結合が多い。このため、アニール処理を施すと、ダングリングボンドの少ないシリコン酸化膜8が得られる。
When annealing is performed, the Si—H bond forms a dangling bond “Si—” by desorption of hydrogen atoms, and the Si—OH bond forms a Si—O—Si bond by dehydration condensation. Here, the
(薄膜トランジスタ形成工程)
図2(A)〜図2(C)及び図3(A)に示されるように、シリコン酸化膜8上に薄膜トランジスタTFを形成する。薄膜トランジスタTFは、一般的な高温p−SiTFTと同様に形成される。まず、図2(A)に示されるように、例えば、減圧CVD法によってシリコン酸化膜8上にアモルファスシリコン膜9を形成する。続いて、図2(B)に示されるように、アモルファスシリコン膜9を600℃以上700℃以下で1〜10時間、好ましくは4〜6時間、熱処理して、ポリシリコン膜10を形成する。アモルファスシリコン膜9を熱処理する温度が、好ましくは600℃以上、より好ましくは800℃以上、特に好ましくは900℃以上といった高温であると、ポリシリコン膜10の結晶性は向上する。さらに、図2(C)に示されるように、フォトリソグラフィー法を用いてポリシリコン膜10を加工し、ポリシリコン膜11が得られる。このポリシリコン膜11上にゲート酸化膜12を形成する。ゲート酸化膜12は、例えば、熱酸化炉を用いてポリシリコン膜11の表面に形成される。しかる後、イオンドープを施して、図3(A)に示されるように、ゲート酸化膜12上にゲート電極14を形成する。電極14は、ポリシリコンを加工して得られる。
(Thin film transistor forming step)
As shown in FIGS. 2A to 2C and FIG. 3A, a thin film transistor TF is formed on the
(第2のシリコン酸化膜の成膜工程)
図3(B)に示されるように、プラズマCVD法により薄膜トランジスタTF上にシリコン酸化膜16(第2のシリコン酸化膜)を成膜する。まず、石英基板2をプラズマCVD装置CV2のチャンバC2内に導入する。チャンバC2内には、石英基板2を設置するためのサセプタS2と、サセプタS2に対向配置されたシャワーヘッドE2とが設けられている。シャワーヘッドE2には、インピーダンス整合回路を介して高周波電源R2が接続されている。サセプタS2は接地されている。
(Second silicon oxide film formation step)
As shown in FIG. 3B, a silicon oxide film 16 (second silicon oxide film) is formed over the thin film transistor TF by plasma CVD. First, the
チャンバC2外には、質量流量コントローラM21を介してガス供給源G21が接続されており、質量流量コントローラM22を介してガス供給源G22が接続されている。ガス供給源G21には、例えば一酸化二窒素ガス(N2Oガス)を含む第2の酸素含有ガスが充填されている。ガス供給源G22には、例えばモノシランガス(SiH4ガス)を含む第2のシラン系ガスが充填されている。第2の酸素含有ガスとしては、N2Oガスの他、酸素ガス、二酸化炭素ガス等が例示できる。第2のシラン系ガスは、有機シラン系ガス及び無機シラン系ガスのうち少なくとも一方を含む。第2のシラン系ガスとしては、SiH4ガスの他、ジシランガス、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)ガス等が例示できる。引き続く説明では、第2の酸素含有ガスをN2Oガス、第2のシラン系ガスをSiH4ガスとするが、本発明は、これらに限定されるものではない。 Outside the chamber C2, a gas supply source G21 is connected via a mass flow controller M21, and a gas supply source G22 is connected via a mass flow controller M22. The gas supply source G21 is filled with a second oxygen-containing gas including, for example, dinitrogen monoxide gas (N 2 O gas). The gas supply source G22 is filled with a second silane-based gas including, for example, monosilane gas (SiH 4 gas). Examples of the second oxygen-containing gas include N 2 O gas, oxygen gas, carbon dioxide gas, and the like. The second silane-based gas includes at least one of an organic silane-based gas and an inorganic silane-based gas. Examples of the second silane-based gas include SiH 4 gas, disilane gas, TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) gas, and the like. In the following description, the second oxygen-containing gas is N 2 O gas and the second silane-based gas is SiH 4 gas, but the present invention is not limited to these.
N2Oガス及びSiH4ガスは、ガス供給源G21,G22からチャンバC2内に供給される第2のプロセスガスに含まれる。第2のプロセスガスにおいて、N2Oガスのガス流量は、質量流量コントローラM21によって制御され、SiH4ガスのガス流量は、質量流量コントローラM22によって制御される。ここで、第2のプロセスガスは、N2Oガスのガス流量がSiH4ガスのガス流量の15倍を超えると好ましく、30倍以上であるとより好ましく、40倍以上であると更に好ましい。すなわち、第2のプロセスガス中の酸素原子濃度をシリコン原子濃度に比して増加させると好ましい。
N 2 O gas and SiH 4 gas are included in the second process gas supplied from the gas supply sources G21 and G22 into the chamber C2. In the second process gas, the gas flow rate of N 2 O gas is controlled by the mass flow rate controller M21, and the gas flow rate of SiH 4 gas is controlled by the mass flow rate controller M22. Here, the second process gas, preferably the gas flow rate of
第2のプロセスガスをチャンバC2内に供給した後、高周波電源R2によりシャワーヘッドE2に高周波電圧を印加すると、チャンバC2内にプラズマP2が生成される。このプラズマP2により、石英基板2上にシリコン酸化膜16が成膜される。第2のプロセスガスを用いれば、膜中にSi−H結合が少なく、Si−OH結合が多いシリコン酸化膜16を成膜することができる。第2のプロセスガス中の酸素原子濃度が高くなるためである。
After supplying the second process gas into the chamber C2, when a high-frequency voltage is applied to the shower head E2 by the high-frequency power source R2, plasma P2 is generated in the chamber C2. A
なお、第2の酸素含有ガスと第1の酸素含有ガスの種類及びガス流量は、同一でも異なっていてもよい。また、第2のシラン系ガスと第1のシラン系ガスとの種類及びガス流量も、同一でも異なっていてもよい。 Note that the types and gas flow rates of the second oxygen-containing gas and the first oxygen-containing gas may be the same or different. The types and gas flow rates of the second silane-based gas and the first silane-based gas may be the same or different.
(第2のシリコン酸化膜のアニール処理工程)
図3(C)に示されるように、シリコン酸化膜16をアニール処理する。これにより、アニール処理されたシリコン酸化膜18を形成する。シリコン酸化膜18は、薄膜トランジスタTFと薄膜トランジスタTF上方に形成される回路等の素子とを電気的に分離することができる。すなわち、シリコン酸化膜18は層間絶縁膜として機能する。
(Second silicon oxide film annealing process)
As shown in FIG. 3C, the
アニール処理は、例えば熱酸化炉を用いて行われる。処理温度は、900〜1050℃であると好ましい。処理時間は、30〜60分であると好ましい。アニール処理は、例えば1000℃程度の温度で20分間程度行われると好ましい。処理雰囲気としては、窒素等が例示できる。このアニール処理によって、シリコン酸化膜16表面の不純物を除去でき、更には薄膜トランジスタTFの活性層たるポリシリコン膜11のアクティベーションを行うことができる。不純物が残存していると、薄膜トランジスタTFの電気的特性に悪影響を及ぼす。
The annealing process is performed using, for example, a thermal oxidation furnace. The treatment temperature is preferably 900 to 1050 ° C. The treatment time is preferably 30 to 60 minutes. The annealing treatment is preferably performed for about 20 minutes at a temperature of about 1000 ° C., for example. Nitrogen etc. can be illustrated as processing atmosphere. By this annealing treatment, impurities on the surface of the
アニール処理を施すと、Si−H結合は水素原子が脱離することにより「Si−」というダングリングボンドを形成し、Si−OH結合は脱水によりSi−O−Si結合を形成する。ここで、アニール処理前のシリコン酸化膜16は、膜中にSi−H結合が少なくSi−OH結合が多い。このため、アニール処理を施すと、ダングリングボンドの少ないシリコン酸化膜18が得られる。
When annealing is performed, the Si—H bond forms a dangling bond “Si—” by desorption of hydrogen atoms, and the Si—OH bond forms a Si—O—Si bond by dehydration. Here, the
(水素終端処理工程)
図4(A)に示されるように、薄膜トランジスタTFを水素終端処理する。水素終端処理する工程においては、石英基板2上に形成されたシリコン酸化膜18を水素雰囲気中で熱処理すると好ましい。これにより、雰囲気中の水素がシリコン酸化膜18中に拡散し、薄膜トランジスタTFに到達する。また、水素終端処理する工程においては、シリコン酸化膜18を水素プラズマに晒すとしても好ましい。これにより、プラズマ中の水素がシリコン酸化膜18中に拡散し、薄膜トランジスタTFに到達する。
(Hydrogen termination process)
As shown in FIG. 4A, the thin film transistor TF is subjected to hydrogen termination. In the hydrogen termination process, it is preferable to heat-treat the
水素終端処理とは、薄膜トランジスタTFの活性層たるポリシリコン膜11のダングリングボンド(結晶欠陥)を水素によって終端させる処理である。主な水素の移動経路は、シリコン酸化膜18、シリコン酸化膜8を順に経由してポリシリコン膜11に到達する経路と考えられている。この他には、シリコン酸化膜18を経由してポリシリコン膜11に到達する経路、シリコン酸化膜18、ゲート酸化膜12を順に経由してポリシリコン膜11に到達する経路が考えられる。
The hydrogen termination process is a process for terminating dangling bonds (crystal defects) of the
ここで、上述のようにシリコン酸化膜8,18中のダングリングボンドの発生は抑制されているので、水素がシリコン酸化膜8,18中でトラップされ難くなる。このため、十分な水素がポリシリコン膜11に到達できるので、ポリシリコン膜11のダングリングボンドを十分に終端させることができる。よって、薄膜トランジスタTFの電気的特性を向上させることができる。
Here, since generation of dangling bonds in the
(配線形成工程)
図4(B)に示されるように、ゲート電極14に接続される配線22をゲート電極14上に形成する。ゲート電極14上において、フォトリソグラフィー法によりシリコン酸化膜18に凹部を形成し、その凹部に配線22を形成する。配線22は、例えばアルミニウムを含む金属から成る。この配線22を介してゲート電極14に電圧を印加することができる。
(Wiring formation process)
As shown in FIG. 4B, a
上記薄膜トランジスタTFを用いて液晶ディスプレイを製造すれば、液晶ディスプレイの表示特性を向上できる。また、プラズマCVD法を用いると、熱CVD法を用いるよりも、薄膜トランジスタTFの生産コストを低減でき、スループットも向上できる。 If a liquid crystal display is manufactured using the thin film transistor TF, the display characteristics of the liquid crystal display can be improved. When the plasma CVD method is used, the production cost of the thin film transistor TF can be reduced and the throughput can be improved as compared with the case of using the thermal CVD method.
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these Examples.
図5は、プラズマCVD法における成膜条件、及び、得られたシリコン酸化膜の特性を示す図である。図5に示した成膜条件を用いて、条件1〜条件4のシリコン酸化膜を形成した。アニール処理前のシリコン酸化膜は、上記シリコン酸化膜6,16に相当する。アニール処理されたシリコン酸化膜は、上記シリコン酸化膜8,18に相当する。アニール処理は、900℃で30分間行った。条件1〜条件4では、膜厚が略500nmとなるように、N2O/SiH4のガス流量比と、高周波電源のRF出力とを変化させた。条件1は、N2Oガスのガス流量がSiH4ガスのガス流量の40倍以上である。条件2は、N2Oガスのガス流量がSiH4ガスのガス流量の30倍である。条件3は、N2Oガスのガス流量がSiH4ガスのガス流量の15倍である。また、図5には、アニール処理の前後におけるシリコン酸化膜の膜厚、密度、応力及びVfb(フラットバンド電圧)といった膜特性を併せて示した。
FIG. 5 is a diagram showing film forming conditions in the plasma CVD method and characteristics of the obtained silicon oxide film. Using the film forming conditions shown in FIG. 5, silicon oxide films of
図6は、膜厚500nmにおけるVfbを示すグラフである。Vbは、アニール処理前のシリコン酸化膜のVfbを示し、Vaは、アニール処理後のシリコン酸化膜のVfbを示す。図5及び図6に示されるように、Vfbの絶対値はアニール処理によって小さくなる。Vfbの絶対値が小さいことは、Si−O−Si結合のネットワークで構成されるシリコン酸化膜中に、Si−OH結合や「Si−」等の欠陥が少ないことを示す。よって、Vfbの絶対値が小さいと好ましい。アニール処理前の欠陥は、主にSi−OH結合によるものであり、アニール処理後の欠陥は、主に「Si−」によるものであると考えられる。図5及び図6に示されるように、条件1及び2では、条件3及び4に比してVfbが改善している。
FIG. 6 is a graph showing V fb at a film thickness of 500 nm. V b represents the V fb of the silicon oxide film before the annealing process, V a denotes a V fb of the silicon oxide film after annealing. As shown in FIGS. 5 and 6, the absolute value of V fb is decreased by the annealing process. A small absolute value of V fb indicates that there are few defects such as Si—OH bonds and “Si—” in the silicon oxide film composed of a network of Si—O—Si bonds. Therefore, it is preferable that the absolute value of V fb is small. It is considered that the defects before the annealing treatment are mainly due to Si—OH bonds, and the defects after the annealing treatment are mainly due to “Si—”. As shown in FIGS. 5 and 6, in
また、図5に示されるように、プラズマCVD法では、脱水縮合によるシュリンケージを2%程度に抑えることができる。これに対して、熱CVD法によるシリコン酸化膜は、プラズマCVD法によるシリコン酸化膜よりシュリンケージが大きい。熱CVD法では、シュリンケージは8%程度に達する。このため、熱CVD法によるシリコン酸化膜では、クラックが生じてしまうおそれがあり、薄膜トランジスタの製造歩留まりが低下する。また、熱CVD法によるシリコン酸化膜では引っ張り応力が生じるが、プラズマCVD法によるシリコン酸化膜では、圧縮応力が生じる。さらに、プラズマCVD法によるシリコン酸化膜では、RF出力の調整によって応力を抑制可能である。 Further, as shown in FIG. 5, in the plasma CVD method, shrinkage due to dehydration condensation can be suppressed to about 2%. On the other hand, the silicon oxide film formed by the thermal CVD method has a larger shrinkage than the silicon oxide film formed by the plasma CVD method. In the thermal CVD method, the shrinkage reaches about 8%. For this reason, in the silicon oxide film formed by the thermal CVD method, cracks may occur, and the manufacturing yield of the thin film transistor decreases. In addition, tensile stress is generated in the silicon oxide film formed by the thermal CVD method, but compressive stress is generated in the silicon oxide film formed by the plasma CVD method. Furthermore, in the silicon oxide film formed by the plasma CVD method, the stress can be suppressed by adjusting the RF output.
図7は、FT−IRスペクトルを示すグラフである。条件1〜条件4のシリコン酸化膜について、それぞれアニール処理前後の波長に対する吸光度を測定した。スペクトル1b〜4bは、それぞれアニール処理前の条件1〜条件4のシリコン酸化膜について測定した結果を示す。スペクトル1a〜4aは、それぞれアニール処理後の条件1〜条件4のシリコン酸化膜について測定した結果を示す。波数3600〜3700cm−1のピークはSi−OH結合に相当する。Si−OH結合のピークは、条件1〜条件4のいずれにおいても、アニール処理前(スペクトル1b〜4b)では確認されたが、アニール処理後(スペクトル1a〜4a)では確認されなかった。これは、アニール処理によってSi−OH結合が脱水縮合してSi−O−Si結合となるためと考えられる。
FIG. 7 is a graph showing an FT-IR spectrum. With respect to the silicon oxide films of
さらに、アニール処理前のシリコン酸化膜について、ベースラインに対するSi−OH結合のピークの面積からSi−OH結合の定量化を行った。その結果、条件1のシリコン酸化膜(スペクトル1b)中のSi−OH結合は、条件2〜条件4に対して相対的に多いことが判明した。具体的には、条件1から条件4まで順に膜中のSi−OH結合が減少することが分かった。条件1のように、プロセスガス中のN2Oガスのガス流量比が大きいと、シリコン酸化膜中のSi−OH結合は増加すると考えられる。Si−OH結合は、メインピークを構成するSi−O結合(図示せず)に対して0.5%以上であると好ましい。
Further, for the silicon oxide film before the annealing treatment, the Si—OH bond was quantified from the area of the Si—OH bond peak with respect to the base line. As a result, it has been found that the number of Si—OH bonds in the silicon oxide film (
図8(A)及び図8(B)は、FT−IRスペクトルを示すグラフである。図8(A)は、アニール処理前後の条件1のシリコン酸化膜について示しており、図8(B)は、アニール処理前後の条件4のシリコン酸化膜について示している。波数2250〜2300cm−1のピークはSi−H結合に相当する。波数2300〜2400cm−1のピークは測定雰囲気中の二酸化炭素に起因するものである。図8(A)に示されるように、条件1ではアニール処理前後ともSi−H結合のピークは確認されなかった。一方、図8(B)に示されるように、条件4ではSi−H結合のピークがアニール処理前(スペクトル4b)に確認され、アニール処理後(スペクトル4a)には確認されなかった。条件1のように、プロセスガス中のN2Oガスのガス流量比が大きいと、シリコン酸化膜中のSi−H結合の数は減少すると考えられる。
8A and 8B are graphs showing FT-IR spectra. FIG. 8A shows a silicon oxide film under
上記FT−IRの測定結果より、プロセスガス中のN2Oガスのガス流量がSiH4ガスのガス流量の40倍以上であると、アニール処理前のシリコン酸化膜中のSi−OH結合は増加し、Si−H結合は減少するといえる。さらに、Vfbの測定結果より、アニール処理後の条件1及び2のシリコン酸化膜中に存在する「Si−」といった欠陥は、条件3及び4に比して少ないことが示された。
From the above FT-IR measurement results, when the gas flow rate of N 2 O gas in the process gas is 40 times or more the gas flow rate of SiH 4 gas, the Si—OH bonds in the silicon oxide film before the annealing process increase. And it can be said that Si-H bond decreases. Further, from the measurement result of V fb , it was shown that defects such as “Si—” existing in the silicon oxide film under
TF…薄膜トランジスタ、CV1,CV2…CVD装置、R1,R2…高周波電源、1a〜4a,1b〜4b…スペクトル、2…石英基板、4…遮光層、6,8…シリコン酸化膜(第1のシリコン酸化膜)、16,18…シリコン酸化膜(第2のシリコン酸化膜)、9…アモルファスシリコン膜、10,11…ポリシリコン膜、12…ゲート酸化膜、14…ゲート電極、22…配線、C1,C2…チャンバ、E1,E2…シャワーヘッド、G11,G12,G21,G22…ガス供給源、M11,M12,M21,M22…質量流量コントローラ、P1,P2…プラズマ、S1,S2…サセプタ。 TF ... thin film transistor, CV1, CV2 ... CVD apparatus, R1, R2 ... high frequency power source, 1a-4a, 1b-4b ... spectrum, 2 ... quartz substrate, 4 ... light shielding layer, 6, 8 ... silicon oxide film (first silicon (Oxide film), 16, 18 ... silicon oxide film (second silicon oxide film), 9 ... amorphous silicon film, 10, 11 ... polysilicon film, 12 ... gate oxide film, 14 ... gate electrode, 22 ... wiring, C1 , C2 ... chamber, E1, E2 ... shower head, G11, G12, G21, G22 ... gas supply source, M11, M12, M21, M22 ... mass flow controller, P1, P2 ... plasma, S1, S2 ... susceptor.
Claims (6)
前記第1のシリコン酸化膜をアニール処理する工程と、
前記第1のシリコン酸化膜をアニール処理した後に、前記第1のシリコン酸化膜上に薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記薄膜トランジスタ上に、第2の酸素含有ガスのガス流量が第2のシラン系ガスのガス流量の40倍以上である第2のプロセスガスを用いて、プラズマCVD法により第2のシリコン酸化膜を成膜する工程と、
前記第2のシリコン酸化膜をアニール処理する工程と、
前記第2のシリコン酸化膜をアニール処理した後に、水素終端処理する工程と、
を備える薄膜トランジスタの製造方法。 A first silicon oxide film is formed on a quartz substrate by a plasma CVD method using a first process gas in which the gas flow rate of the first oxygen-containing gas is 40 times or more the gas flow rate of the first silane-based gas. Forming a film;
Annealing the first silicon oxide film;
Forming a thin film transistor on the first silicon oxide film after annealing the first silicon oxide film;
A second silicon oxide film is formed on the thin film transistor by a plasma CVD method using a second process gas in which the gas flow rate of the second oxygen-containing gas is 40 times or more the gas flow rate of the second silane-based gas. Forming a film;
Annealing the second silicon oxide film;
A step of performing a hydrogen termination after annealing the second silicon oxide film;
A method for manufacturing a thin film transistor.
請求項1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The first oxygen-containing gas includes N 2 O gas, and the first silane-based gas includes SiH 4 gas.
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 1.
請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The second oxygen-containing gas includes N 2 O gas, and the second silane-based gas includes SiH 4 gas.
A method for producing the thin film transistor according to claim 1.
前記第1のシリコン酸化膜上にアモルファスシリコン膜を形成する工程と、
前記アモルファスシリコン膜を600℃以上で熱処理して、ポリシリコン膜を形成する工程と、
を備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The step of forming the thin film transistor includes
Forming an amorphous silicon film on the first silicon oxide film;
Heat-treating the amorphous silicon film at 600 ° C. or higher to form a polysilicon film;
The manufacturing method of the thin-film transistor as described in any one of Claims 1-3 provided with these.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 In the hydrogen termination process, the second silicon oxide film is heat-treated in a hydrogen atmosphere.
The manufacturing method of the thin-film transistor as described in any one of Claims 1-4.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 In the hydrogen termination process, the second silicon oxide film is exposed to hydrogen plasma.
The manufacturing method of the thin-film transistor as described in any one of Claims 1-4.
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