JP2006173327A - 薄膜トランジスタとその製造方法および製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ゲート絶縁膜を平滑化することで移動度の高い薄膜トランジスタが得られるが、抵抗率や絶縁耐圧が低く、信頼性が低い場合が有るという問題があった。本発明は、上記の課題を解決し、移動度が高く、抵抗率や絶縁耐圧が高く、信頼性が高い薄膜トランジスタを提供するものである。
【解決手段】 本発明は、ゲート絶縁膜上に半導体膜が形成された薄膜トランジスタの製造方法であって、ゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜の表面を、ガスクラスターイオンビームを照射することでゲート絶縁膜表面を平滑化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である。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明は、ゲート絶縁膜上に半導体膜が形成された薄膜トランジスタの製造方法であって、ゲート絶縁膜を形成する工程と、ゲート絶縁膜の表面を、ガスクラスターイオンビームを照射することでゲート絶縁膜表面を平滑化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である。
【選択図】 図１
Description
本発明は薄膜トランジスタ、およびその製造方法に関する。
従来、液晶表示装置の駆動用の半導体デバイスや、光電変換装置の駆動要の半導体デバイスとして薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：以下、ＴＦＴと略す）が用いられている。その構造は、コプラナー型、スタガー型、逆スタガー型等が提案されている。
このようなＴＦＴには、用途に応じて様々な機能が要求されている。特に近年の大画面、高精細液晶ディスプレイにおいては一画素への書き込みに確保できる時間が短いため薄膜トランジスタの書き込み能力の向上即ち高移動度化が不可欠となってくる。
特許文献１には、液晶フラットディスプレイの駆動デバイスに用いられる逆スタガー型のＴＦＴの、キャリアの移動度を向上させるために、ゲート絶縁膜の少なくとも薄膜トランジスタのチャネル領域と接する界面を平滑化する方法が開示されている。
特許文献１に開示されている方法は、ゲート絶縁膜となるシリコン窒化膜を形成する際のプラズマＣＶＤ法の成膜条件を適宜設定することによって、所望の平滑性を達成している。また特許文献２には、凹凸を有するゲート絶縁膜表面にこのゲート絶縁膜とエッチング比が等しい膜を形成しドライエッチングすることによって平坦で平滑性のよいゲート絶縁膜を形成する技術が開示されている。
また、プラスチックまたはガラスモールド用の金型表面を研磨する超精密研磨加工方法や、光学用金属ミラー、ガラス基板、セラミック基板をガスクラスターイオンビームにより研磨する超精密研磨加工方法に関しては特許文献３に記載されている。
特開平０６−０４５６０５号公報
特開平０５−０１３７６３号公報
特開平０８−１２０４７０号公報
特許文献１に記載の薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート絶縁膜である窒化シリコン膜の平滑性に由来する移動度の高い薄膜トランジスタを製造できるものの、該窒化シリコン膜のＳｉに対するＮの体積比率が低いため、抵抗率や絶縁耐圧が低く、信頼性が低い場合が有るという問題があった。
また、特許文献２に記載のゲート絶縁膜形成方法は、ゲート絶縁膜の平滑化に際し、絶縁膜表面に例えばシラノール系化合物をスピン塗布するため、ゲート絶縁膜と半導体層との界面を清浄に保つ事ができないためリーク電流増加する、あるいは薄膜トランジスタが所望の特性を得ることができない場合があった。また、通常のドライエッチング法によりスピン塗布法により形成した膜とともにゲート絶縁膜をエッチングして平坦化する場合、ゲート絶縁膜の膜厚に対して一分あたりのエッチング速度が１桁から２桁も大きいため膜厚の制御が難しい。
そこで、本発明の目的は高移動度で信頼性の高い薄膜トランジスタとその製造方法を提供することである。
前述の課題を鑑みて、本発明はゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜上にチャネル領域を提供するための半導体膜を形成する工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート絶縁膜を形成した後に、前記ゲート絶縁膜表面を、ガスクラスターイオンビームを照射することによって平滑化する工程と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法を特徴とする。
本発明によれば、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の平滑化に際して、塊状の原子集団であるクラスターをイオンビームとして照射するので１原子あたりのエネルギーが小さく、ゲート絶縁膜表面に損傷を与えることなく、ゲート絶縁膜と半導体膜との界面におけるトラップ準位が低減して薄膜トランジスタの信頼性を向上させることができる。
本発明に基づく薄膜トランジスタの製造方法を工程と共に図面を用いて詳細に説明する。
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁膜とチャネルを提供する半導体層の界面を平滑にするために、ガスクラスターイオンビームを照射するものである。このとき照射するガス種としては、様々なものを使用することが可能であるが、特に、酸素、窒素または亜酸化窒素を照射するのが好ましい。
ソースガスとして酸素、窒素または亜酸化窒素を用いたガスクラスターイオンビームを絶縁膜上に照射すると、ゲート絶縁膜の平滑化を実現すると共に、表面の不結合手を終端し界面のトラップ準位を減少させる事ができるので、薄膜トランジスタの信頼性も向上する。
ソースガスとしては、希ガスを用いることも可能である。この場合にはアルゴン、クリプトン、キセノン等が使用できるが、製造においては安価なアルゴンを用いることが好適である。他に、酸素、窒素、亜酸化窒素、アルゴン、クリプトンおよびキセノンからなる群より任意のガスを選択混合して用いても構わない。また、クラスターの生成を促進する目的で冷却効率を高めるために、これらのガスに例えばヘリウム、ネオン、水素のようなクラスターを生成しにくいガスを混合して用いる事もある。以下実施例において本発明の構成に関して詳細に述べる。
（実施例１）
図１に本実施例の製造方法を説明するための断面図を示す。図１（ａ）において、絶縁性の基板１０１上にバリアー層１０２とゲート電極１０３を形成する。このバリアー層は基板から素子側への不純物の拡散を防ぐためのもので、必要に応じて設けられる。製造方法は、通常の方法を用い、バリアー層１０２を形成後、ゲート電極１０３となる絶縁膜をバリアー膜上に成膜し、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、ゲート電極１０３を形成する。バリアー層としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等が用いられ、その膜厚は５０〜２００ｎｍ程度でよい。ゲート電極としては膜厚５０ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは７０ｎｍ〜２００ｎｍであって、材料としてはＡｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、ＡｌＴｉ、ＡｌＮｄ等の導電性材料の少なくとも１層で形成された膜が用いられる。
図１に本実施例の製造方法を説明するための断面図を示す。図１（ａ）において、絶縁性の基板１０１上にバリアー層１０２とゲート電極１０３を形成する。このバリアー層は基板から素子側への不純物の拡散を防ぐためのもので、必要に応じて設けられる。製造方法は、通常の方法を用い、バリアー層１０２を形成後、ゲート電極１０３となる絶縁膜をバリアー膜上に成膜し、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて、ゲート電極１０３を形成する。バリアー層としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等が用いられ、その膜厚は５０〜２００ｎｍ程度でよい。ゲート電極としては膜厚５０ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは７０ｎｍ〜２００ｎｍであって、材料としてはＡｌ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、ＡｌＴｉ、ＡｌＮｄ等の導電性材料の少なくとも１層で形成された膜が用いられる。
続いて、図１（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１０４として窒化シリコン膜を１５０ｎｍの厚さにＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で成膜した。このとき、流入するガスとしてはモノシランとアンモニアと窒素との流量比を１：５：３５とした。
ゲート絶縁膜に関して、誘電率の高い窒化シリコンが最も好ましいが、絶縁性により優れる酸化シリコンあるいは酸窒化シリコンでもよい。なお、ゲート絶縁膜としては上述のシリコン化合物に限らず例えば、タンタル、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、チタンなどの金属の酸化物、窒化物、酸窒化物でもよい。また、上記の種々の酸化物、窒化物、酸窒化物を任意に積層した構造としても構わない。
その後、ゲート絶縁膜を成膜した基板にガスクラスターイオンビーム１０５を照射する。ガスクラスターイオンビーム（ＧＣＩＢ：Ｇａｓ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：以下ＧＣＩＢ照射と略す）の条件は５ｋｅＶのエネルギーに加速した酸素クラスターイオンを７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2のドーズ量となるように３０分照射した（図１（ｃ）参照）。
図２はドーズ量と表面粗さの関係、およびドーズ量と薄膜トランジスタを形成した際のキャリアの移動度との関係を示すものである。表面粗さに関しては、ＡＦＭにより表面の凹凸を検出することによってＲｍｓの値として示しており、キャリア移動度に関しては、一般的に用いられる方法でよく、例えば、電界Ｅと磁場Ｂを印加した場合に発生するホール効果の測定を利用したものが一般的である。この方法は、ホール効果の測定と、導電率σ＝ｅ・ｎ・μ（ｅ：電子電荷）の関係式に当てはめ、キャリア移動度μを算出するものである。なお、導電率σは通常の測定方法によって求められた既知の値である。照射後のゲート絶縁膜の表面粗さは０．２８ｎｍＲＭＳであった。また、窒化シリコン膜の表面から４ｎｍの深さまでは酸化シリコン膜となっていた。
次に図１（ｄ）に示すように、半導体膜１０６としてアモルファス水素化シリコンを５０ｎｍの厚さに、不純物ドープ層１０７としてリンをドープしたn+アモルファス水素化シリコンを３０ｎｍの厚さにそれぞれＰＥＣＶＤで成膜した。
半導体膜１０６としては、アモルファス水素化シリコン以外に、アモルファスシリコンや多結晶シリコンを使うこともできる。
以上、ゲート絶縁膜の形成から半導体膜の形成までの間、絶縁膜と半導体膜との界面を大気にさらすことなく形成した。
図８は、ゲート絶縁膜の形成から半導体膜の形成までの間、絶縁膜と半導体膜との界面を大気にさらすことなく製造するための薄膜トランジスタ製造装置の概略構成図である。図８において、７０１、７０２は成膜室、７０３はガスクラスターイオン照射室、７０４はアンロードロック、７０５はロードロック、７０６は加熱室、７０７は搬送室である。
図８の薄膜トランジスタ製造装置の構成は、搬送室７０７の外周囲に、成膜室７０１、成膜室７０２、ガスクラスターイオン照射室７０３、アンロードロック７０４、ロードロック７０５、加熱室７０６が配置され、ロードロック７０５には、基板を薄膜トランジスタ製造装置外から搬入するための入り口となる不図示のシャッター（以下、シャッターは全て図面上には示していない。）と基板を搬送室７０７へ搬入するための出口となるシャッターが設けられている。アンロードロック７０４には、基板を搬送室７０７から搬入するための入り口となるシャッターと基板を搬出するための出口となるシャッターが設けられている。搬送室７０７との外周囲に形成された、アンロードロック７０４およびロードロック７０５以外の成膜室７０１、成膜室７０２、ガスクラスターイオン照射室７０３および加熱室７０６には、上記の各室と搬送室７０７との間で基板を搬入および搬出するためのシャッターが設けられている。更に、搬送室７０７、成膜室７０１、成膜室７０２、ガスクラスターイオン照射室７０３、アンロードロック７０４、ロードロック７０５および加熱室７０６の各々には減圧のための減圧ポンプ（不図示）が設けられ減圧できるようになっている。
シャッターは、搬送室７０７の外周囲に、成膜室７０１、成膜室７０２、ガスクラスターイオン照射室７０３、アンロードロック７０４、ロードロック７０５および加熱室７０６を気密可能な構造をしている。
次に、薄膜トランジスタ製造装置の動作の概略を説明する。成膜室７０１、成膜室７０２、ガスクラスターイオン照射室７０３、アンロードロック７０４、ロードロック７０５、加熱室７０６および搬送室７０７は、シャッター（基板１０１の出入り口：不図示）が設けられ、各々に減圧ポンプにより減圧可能な気密室となっている。通常、成膜室７０１、成膜室７０２、ガスクラスターイオン照射室７０３、アンロードロック７０４、ロードロック７０５、加熱室７０６および搬送室７０７は減圧されている。
尚、基板を搬送する搬送装置も図面には記載していないが、通常の搬送装置を用いることができることは言うまでもない。
ロードロック７０５には、外部から表面にバリアー層１０２とゲート電極１０３が形成された基板（以下、基板と略す）１０１を搬入するための入り口（不図示）が設けられ、ロードロック７０５に基板１０１が搬入されると、ロードロック７０５を、減圧ポンプ（不図示）を用いて減圧し、その後、ロードロック７０５の搬送室７０７側に設けられた出口（不図示）から基板１０１を搬送室に搬送する。搬送された基板は、成膜室７０１に設けられたシャッターから成膜室７０１に搬送され、ゲート絶縁膜１０４が基板１０１の表面に成膜される。その後、基板１０１は成膜室７０１のシャッターから搬送室７０７、ガスクラスターイオン照射室７０３のシャッターを経由し、ガスクラスターイオン照射室７０３に搬送される。基板１０１の表面にガスクラスターイオンを照射した後、基板１０１をガスクラスターイオン照射室７０３のシャッターから搬送室７０７、成膜室７０２のシャッターを経由して成膜室７０２に搬送する。ここで半導体膜１０６および不純物ドープ層１０７を基板１０１上に成膜し、その後、成膜室７０２のシャッターから搬送室７０７へ搬送する。続いてアンロードロック７０４の入り口からアンロードロック７０４へ搬送し、アンロードロック７０４を大気圧まで加圧した後、アンロードロック７０４から基板１０１を搬出することで前述のゲート絶縁膜１０４の成膜から半導体膜１０６・不純物ドープ層１０７の成膜までを、基板を大気中に曝すことなく形成することができる。
尚、成膜に搬送する前に必要に応じて加熱室７０６で予め基板を所望の温度に加熱しておくと、製造時間が短縮されて好ましい。また、アンロードロック７０４は、基板を搬出した後、次の基板の搬入までに減圧されることは言うまでもない。
尚、図面は示さないが、ロードロック−成膜室−ガスクラスターイオン照射室−成膜室−アンロードロックの順に直列に配置し、基板をロードロックからアンロードロックに順次搬送しながら、ゲート絶縁膜の成膜、ガスクラスターイオン照射、半導体膜・不純物ドープ層の成膜の順に行うことができることは言うまでもない。
上述の各室を直列に配置した場合、成膜室とガスクラスターイオン照射室とは直接結合しているが、搬送室を設けた場合のように、各室の間に減圧室を設け、ガスを排気した後に基板を搬送することも可能である。
最後に、図１（ｅ）に示すようにソース・ドレイン電極１０８を形成してボトムゲート型の薄膜トランジスタを形成した。
このような方法で形成された薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜と半導体膜との界面が平滑かつ清浄であるため、図２に示すように移動度が向上した。尚、本実施例では７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2のドーズ量を照射したが、ゲート絶縁膜表面の均質化のため５×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2以上照射するのが好ましく、ドーズ量の上限値としては１×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2以下の範囲にドーズ量を設定するのが好ましい。これは、ドーズ量が１×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2を超えると、入射エネルギーにもよるが、例えば５ｋｅＶで加速した場合には、１時間近く照射する必要があり、スループットが悪くなるためである。
このような値に設定することによって、薄膜トランジスタのキャリア移動度を０．８ｃｍ2／Ｖ・ｓ以上とすることが可能となり、高性能な薄膜トランジスタを提供することが可能となる。また、窒化シリコン膜のＮ／Ｓｉ比が向上するので、信頼性が向上した。
さらに、窒化シリコン膜表面４ｎｍが酸化シリコン膜となったことで誘電率を低下させることなく絶縁性が向上する（図７参照）ので、信頼性が向上した。
以下に述べる実施例においてもＧＣＩＢ照射により本例と同様に絶縁性が向上した。
ここでガスクラスターイオンビームに関して説明する。ガスクラスターとは、常温で気体状物質の数百〜数千程度の原子集団または分子集団であるクラスターを形成し、この集団をイオン化して加速電圧によって加速するものである。
通常のイオンビーム（モノマー）と比較して、総エネルギーは等しいが各原子（分子）が持つエネルギーが低く、はるかに大きな質量と運動量を有しており、加工物に衝突した場合に、ラテラルスパッタの効果も併せ持つことから、通常のイオンビームによる加工よりも高い平滑性を実現することが可能となる。
（実施例２）
本実施例において、実施例１と同様の場合には説明を省略する。
本実施例において、実施例１と同様の場合には説明を省略する。
本実施例においても、図１において説明したような工程で薄膜トランジスタを形成する。本実施例においてはガスクラスターイオンのガス種として窒素を用いている。ゲート絶縁膜を成膜した基板をガスクラスターイオンビーム照射室で５ｋｅＶのエネルギーに加速した窒素クラスターイオンを７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2のドーズ量照射した（図３参照）。照射後のゲート絶縁膜の表面粗さは０．３ｎｍＲＭＳであった。
上記の方法で製造した薄膜トランジスタはゲート絶縁膜と半導体膜との界面が平滑かつ清浄であるため、移動度が向上した。また、窒化シリコン膜のＮ／Ｓｉ比が向上するので、信頼性が向上した。この信頼性の向上は、ガスクラスターイオンビームの照射により特に窒化シリコン膜表面においてＮ／Ｓｉ比が向上していることも要因である。尚、本実施例では７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2のドーズ量を照射したが、ゲート絶縁膜表面の均質化のため５×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2以上１×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2以下の範囲にドーズ量を設定するのが好ましい。
（実施例３）
本実施例においては、ゲート絶縁膜として酸化シリコン膜を用いている。ＰＥＣＶＤにてゲート絶縁膜としての酸化シリコン膜を形成する際に流入するガス種をＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）と酸素との流量比を１：２０としておこなった。このときの膜厚は１５０ｎｍである。その後、ゲート絶縁膜を成膜した基板をガスクラスターイオンビーム照射室で５ｋｅＶのエネルギーに加速した酸素クラスターイオンを７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2のドーズ量照射した（図４参照）。照射後のゲート絶縁膜の表面粗さは０．２３ｎｍＲＭＳであった。
本実施例においては、ゲート絶縁膜として酸化シリコン膜を用いている。ＰＥＣＶＤにてゲート絶縁膜としての酸化シリコン膜を形成する際に流入するガス種をＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）と酸素との流量比を１：２０としておこなった。このときの膜厚は１５０ｎｍである。その後、ゲート絶縁膜を成膜した基板をガスクラスターイオンビーム照射室で５ｋｅＶのエネルギーに加速した酸素クラスターイオンを７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2のドーズ量照射した（図４参照）。照射後のゲート絶縁膜の表面粗さは０．２３ｎｍＲＭＳであった。
上記の方法で製造した薄膜トランジスタはゲート絶縁膜と半導体膜との界面が平滑かつ清浄であるため、移動度が向上した。また、ガスクラスターイオンビームの照射により特に酸化シリコン膜と半導体膜との界面において、酸化シリコン膜のＯ／Ｓｉ比が向上するので、信頼性が向上した。尚、本実施例では７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2のドーズ量を照射したが、ゲート絶縁膜表面の均質化のため６×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2以上１×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2以下の範囲にドーズ量を設定するのが好ましい。このような値に設定することにより、やはり、薄膜トランジスタのキャリア移動度を０．８ｃｍ2／Ｖ・ｓ以上とすることが可能となる。
（実施例４）
本実施例においては、ゲート絶縁膜として酸窒化シリコン膜を用いている。ゲート絶縁膜１０４として酸窒化シリコン膜を１５０ｎｍの厚さにＰＥＣＶＤで成膜した。このとき、モノシランと亜酸化窒素との流量比を２：３とした。その後、ゲート絶縁膜を成膜した基板をガスクラスターイオンビーム照射室で５ｋｅＶのエネルギーに加速した亜酸化窒素クラスターイオンを７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ２のドーズ量照射した（図５）。照射後のゲート絶縁膜の表面粗さは０．２６ｎｍＲＭＳであった。
本実施例においては、ゲート絶縁膜として酸窒化シリコン膜を用いている。ゲート絶縁膜１０４として酸窒化シリコン膜を１５０ｎｍの厚さにＰＥＣＶＤで成膜した。このとき、モノシランと亜酸化窒素との流量比を２：３とした。その後、ゲート絶縁膜を成膜した基板をガスクラスターイオンビーム照射室で５ｋｅＶのエネルギーに加速した亜酸化窒素クラスターイオンを７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ２のドーズ量照射した（図５）。照射後のゲート絶縁膜の表面粗さは０．２６ｎｍＲＭＳであった。
上記の方法で製造した薄膜トランジスタはゲート絶縁膜と半導体膜との界面が平滑かつ清浄であるため、移動度が向上した。また、ガスクラスターイオンビームの照射により特に酸窒化シリコン膜表面の（Ｏ，Ｎ）／Ｓｉ比が向上するので、信頼性が向上した。尚、本実施例では７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2のドーズ量を照射したが、ゲート絶縁膜表面の均質化のため５×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2以上１×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2以下の範囲にドーズ量を設定するのが好ましい。このような値に設定することにより、やはり、薄膜トランジスタのキャリア移動度を０．８ｃｍ2／Ｖ・ｓ以上とすることが可能となる。
（実施例５）
本実施例においては、実施例１の形態に対してゲート絶縁膜表面に照射するガスクラスターイオンのガス種をアルゴンとした。ゲート絶縁膜を成膜した基板をガスクラスターイオンビーム照射室で３ｋｅＶのエネルギーに加速したアルゴンクラスターイオンを１×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ２のドーズ量照射した（図６）。照射後のゲート絶縁膜の表面粗さは０．３３ｎｍＲＭＳであった。
本実施例においては、実施例１の形態に対してゲート絶縁膜表面に照射するガスクラスターイオンのガス種をアルゴンとした。ゲート絶縁膜を成膜した基板をガスクラスターイオンビーム照射室で３ｋｅＶのエネルギーに加速したアルゴンクラスターイオンを１×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ２のドーズ量照射した（図６）。照射後のゲート絶縁膜の表面粗さは０．３３ｎｍＲＭＳであった。
次に半導体膜１０６としてアモルファス水素化シリコンを５０ｎｍの厚さにＰＥＣＶＤで成膜した。以上、ゲート絶縁膜と半導体膜との界面を形成する工程は図８に示す薄膜トランジスタ製造装置を用い、該界面を大気にさらすことなく形成した。
そして、ドープ層１０７とソース・ドレイン電極１０８を形成してボトムゲート型の薄膜トランジスタを製造した。
上記の方法で製造した薄膜トランジスタはゲート絶縁膜と半導体膜との界面が平滑かつ清浄であるため、移動度が向上した。また、窒化シリコン膜のＮ／Ｓｉ比が向上するので、信頼性が向上した。尚、本実施例では１×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2のドーズ量を照射したが、ゲート絶縁膜表面の均質化のため７×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2以上１．３×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2以下の範囲にドーズ量を設定するのが好ましい。このような値に設定することにより、やはり、薄膜トランジスタのキャリア移動度を０．８ｃｍ2／Ｖ・ｓ以上とすることが可能となる。
１０１ 基板
１０２ バリアー層
１０３ ゲート電極
１０４ ゲート絶縁膜
１０５ クラスターイオン
１０６ 半導体膜
１０７ ドープ層
１０８ ソース・ドレイン電極
１０２ バリアー層
１０３ ゲート電極
１０４ ゲート絶縁膜
１０５ クラスターイオン
１０６ 半導体膜
１０７ ドープ層
１０８ ソース・ドレイン電極
Claims (7)
- ゲート絶縁膜を形成する工程と、該ゲート絶縁膜上にチャネル領域を形成するための半導体膜を形成する工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、その後、前記ゲート絶縁膜表面を、ガスクラスターイオンビームを照射することによって平滑化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。
- 前記ゲート絶縁膜が窒素、酸素の少なくとも１種類の元素を含む化合物であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記ガスクラスターイオンビームのソースガスが酸素、窒素、亜酸化窒素、アルゴン、クリプトンおよびキセノンからなる群から選ばれた少なくとも１種類以上のガスであることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記ゲート絶縁膜の平滑化後に、該平滑化面を大気にさらさないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法によって形成されたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
- 基板上に所望の膜を形成するための成膜室と、該成膜室によって形成された膜表面を平滑化するためのガスクラスターイオンビーム照射室とを有し、前記成膜室と照射室とが連結されていることを特徴とする半導体デバイスの製造装置。
- 更に、前記成膜室と前記照射室とが、前記基板を真空中で搬送するための搬送室を介して連結されていることを特徴とする請求項６記載の半導体デバイスの製造装置。
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