JP2007173803A - Thin film forming device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜成膜装置に関し、特に成膜後のアニール処理を経ない多結晶シリコン膜を半導体層として用いた薄膜トランジスタの製造を実現するための薄膜成膜装置に関するものである。 The present invention relates to a thin film deposition apparatus, and more particularly to a thin film deposition apparatus for realizing the manufacture of a thin film transistor using a polycrystalline silicon film as a semiconductor layer that does not undergo annealing treatment after deposition.
液晶表示パネルを構成するアクティブマトリクス基板においては、複数のソース線と複数のゲート線がマトリクス状に配設され、隣接する2本のソース線と隣接する2本のゲート線とに囲まれた領域が各画素を構成している。そして、各画素にはそれぞれ画素電極が設けられ、その画素電極に対する信号の書き込みを制御するためのスイッチング素子が設けられている。このスイッチング素子としては薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, 以下、TFTと略記する)が多用されており、特にトップゲート構造のTFTの一例を以下に説明する。 In an active matrix substrate that constitutes a liquid crystal display panel, a plurality of source lines and a plurality of gate lines are arranged in a matrix and are surrounded by two adjacent source lines and two adjacent gate lines Constitutes each pixel. Each pixel is provided with a pixel electrode, and a switching element for controlling signal writing to the pixel electrode is provided. As this switching element, a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) is frequently used. In particular, an example of a top gate TFT will be described below.
トップゲート型TFTは、図11に示すように、透明基板101上にソース領域102とドレイン領域104とチャネル領域103とを有するアイランド状の半導体層105が設けられ、チャネル領域103上にゲート絶縁膜106が設けられ、ゲート絶縁膜106上にはゲート電極107が設けられている。ゲート電極107および半導体層105を覆うように層間絶縁膜108が設けられ、層間絶縁膜108上にはコンタクトホール109を通じて半導体層105のソース領域102に接続されたソース電極110が設けられるとともに、コンタクトホール111を通じて半導体層105のドレイン領域104に接続されたドレイン電極112が設けられている。そして、このTFTがアクティブマトリクス基板の各画素のスイッチング素子として用いられる場合には、これらソース電極110、ドレイン電極112を覆うように層間絶縁膜108上にパッシベーション膜113が設けられ、パッシベーション膜113のコンタクトホール114を通じてドレイン電極112に接続された画素電極115が設けられている。
As shown in FIG. 11, the top gate TFT includes an island-
上記TFTの構造において、各層を構成する材料の一例を挙げると、半導体層105は多結晶シリコン(poly−Si)から構成され、ソース電極110、ドレイン電極112およびゲート電極107は導電性金属材料から構成され、画素電極115はインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide, 以下、ITOと略記する)等の透明導電膜から構成されている。また、ゲート絶縁膜106、層間絶縁膜108等の絶縁膜はシリコン酸化膜(SiO2膜)から構成され、パッシベーション膜113はシリコン窒化膜(SiNx膜)から構成されている。このTFTは、ゲート電極107に電圧を印加した際の電界の作用によりチャネル領域103に誘起される電荷を制御することでソース−ドレイン間に流れる電流をオン、オフし、スイッチング素子として機能する。
In the TFT structure, as an example of a material constituting each layer, the
上に例示したように、近年、液晶表示パネルのアクティブマトリクス基板等にスイッチング素子として用いられるTFTでは、上記半導体層として多結晶シリコンが多用されるようになってきた。その理由は、多結晶シリコンはアモルファスシリコンに比べてキャリアの移動度が大きく、アモルファスシリコンの移動度が0.3〜1cm2/V・sec程度であるのに対して、多結晶シリコンの移動度は10〜100cm2/V・sec程度が得られる。このように、いわゆる多結晶シリコンTFTは、アモルファスシリコンTFTに比べてキャリアの移動度が大きいことから駆動能力が大きく、高速動作が可能になるという利点を有しているからである。 As exemplified above, in recent years, in a TFT used as a switching element for an active matrix substrate or the like of a liquid crystal display panel, polycrystalline silicon has been frequently used as the semiconductor layer. The reason is that polycrystalline silicon has higher carrier mobility than amorphous silicon, and amorphous silicon has a mobility of about 0.3 to 1 cm 2 / V · sec, whereas polycrystalline silicon has a mobility. Is about 10 to 100 cm 2 / V · sec. As described above, the so-called polycrystalline silicon TFT has the advantage that the carrier mobility is larger than that of the amorphous silicon TFT, so that the driving capability is large and high speed operation is possible.
ところで、上記TFTの製造プロセスにおいて、半導体層をなす多結晶シリコン膜の成膜は以下の工程を経て行われていた。まず、低圧熱CVD装置を用いて基板上にアモルファスシリコン膜を成膜する。この際、アモルファスシリコン膜の組織中には水素が含有されるので、続いて、例えば電気炉型等の熱アニール装置を用いて基板を加熱し、アモルファスシリコン膜の脱水素処理を行う。その後、例えばXeCl、ArF、ArCl、XeF等のハロゲンガスを用いたガスレーザアニール装置を用いて脱水素後のアモルファスシリコン膜の多結晶化を行い、アモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜に変換していた。このようにアモルファスシリコン膜を多結晶シリコン膜に変換する技術については、例えば特開平10−242469号公報に開示が為されている。 Incidentally, in the TFT manufacturing process, the polycrystalline silicon film forming the semiconductor layer has been formed through the following steps. First, an amorphous silicon film is formed on a substrate using a low pressure thermal CVD apparatus. At this time, since the structure of the amorphous silicon film contains hydrogen, subsequently, the substrate is heated using a thermal annealing apparatus such as an electric furnace type to perform dehydrogenation treatment of the amorphous silicon film. Thereafter, the amorphous silicon film after dehydrogenation was polycrystallized by using a gas laser annealing apparatus using a halogen gas such as XeCl, ArF, ArCl, XeF, etc. to convert the amorphous silicon film into a polycrystalline silicon film. . A technique for converting an amorphous silicon film into a polycrystalline silicon film is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-242469.
この方法は一般的に固相成長法と呼ばれる多結晶シリコン膜の形成法である。この他、低圧CVD法、スパッタ法などを用いて直接多結晶シリコンを成膜することもできるが、従来、このようにして直接成膜した多結晶シリコンの場合、結晶粒径が小さく、キャリアの移動度があまり大きくならなかった。そこで、比較的低温で一旦アモルファスシリコンを成膜した後、それより高温の熱処理(アニール処理)を施し、数μmの結晶粒径を持つ多結晶シリコン膜を成長させる、という方法が採用されていた。 This method is a method of forming a polycrystalline silicon film generally called a solid phase growth method. In addition, although it is possible to directly form a polycrystalline silicon film by using a low pressure CVD method, a sputtering method, etc., conventionally, in the case of a polycrystalline silicon film directly formed in this way, the crystal grain size is small, The mobility did not increase too much. In view of this, a method was employed in which an amorphous silicon film was formed once at a relatively low temperature, and then a higher temperature heat treatment (annealing process) was applied to grow a polycrystalline silicon film having a crystal grain size of several μm. .
しかしながら、上記従来の多結晶シリコン膜の形成方法では、水素を含有したアモルファスシリコン(以下、水素化アモルファスシリコンという)の成膜、水素化アモルファスシリコン膜の脱水素処理、アモルファスシリコン膜の多結晶化処理、と成膜プロセスが複雑であり、TAT(Turn Around Time、完成までの時間)が増加する原因となっていた。また、製造コストが高騰する原因ともなっていた。さらに、装置間で基板を搬送する際、基板が大気中に曝されることになり、基板の表面に自然酸化膜が形成されたり、パーティクルや有機物等の汚染物質が付着するという問題もあり、TFTの歩留まりや信頼性が低下する恐れがあった。さらに、この問題を解消するために自然酸化膜の除去工程や洗浄工程を加えると、TATがますます悪化するという問題があった。製造装置としても、低圧熱CVD装置、熱アニール装置、レーザアニール装置と高価な装置が別個に必要であり、設備費の高騰や製造ライン内の装置占有スペースの増大につながっていた。 However, in the conventional method for forming a polycrystalline silicon film, hydrogen-containing amorphous silicon (hereinafter referred to as hydrogenated amorphous silicon) is formed, the hydrogenated amorphous silicon film is dehydrogenated, and the amorphous silicon film is polycrystallized. The process and the film formation process are complicated, which causes an increase in TAT (Turn Around Time). In addition, the manufacturing cost has increased. Furthermore, when the substrate is transported between apparatuses, the substrate is exposed to the atmosphere, and there is a problem that a natural oxide film is formed on the surface of the substrate, or contaminants such as particles and organic matter are attached, There was a risk that the yield and reliability of the TFT would be reduced. Furthermore, when a natural oxide film removal process or a cleaning process is added to solve this problem, there is a problem that TAT is further deteriorated. As a manufacturing apparatus, a low-pressure thermal CVD apparatus, a thermal annealing apparatus, a laser annealing apparatus, and an expensive apparatus are separately required, leading to an increase in equipment costs and an increase in the space occupied by the apparatus in the manufacturing line.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、製造プロセスを簡単化することができ、TATの短縮や製造コストの低減に寄与し得るTFTの製造方法を実現する薄膜成膜装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can simplify the manufacturing process and realize a thin film formation that realizes a TFT manufacturing method that can contribute to shortening TAT and reducing manufacturing cost. An object is to provide a membrane device.
本発明に関連するTFTの製造方法は、少なくとも表面が絶縁性である基板上に多結晶シリコン膜を成膜する工程と、多結晶シリコン膜表面に絶縁膜を成膜する工程と、次いで絶縁膜表面に導電膜を成膜する工程とを連続して行った後、導電膜にフォトリソグラフィー処理およびエッチング処理を施すことにより導電膜をゲート電極に加工する工程と、多結晶シリコン膜に選択性イオン注入処理を施し、次いで絶縁膜および多結晶シリコン膜にフォトリソグラフィー処理およびエッチング処理を施すことにより多結晶シリコン膜をソース領域、ドレイン領域およびチャネル領域を有する半導体層に加工するとともに絶縁膜を多結晶シリコン膜の上面上にゲート絶縁膜として残存させる工程とを有する。 The TFT manufacturing method related to the present invention includes a step of forming a polycrystalline silicon film on a substrate having at least an insulating surface, a step of forming an insulating film on the surface of the polycrystalline silicon film, and then an insulating film. A process of forming a conductive film on the surface, and then processing the conductive film into a gate electrode by subjecting the conductive film to a photolithography process and an etching process. An implantation process is performed, and then a photolithography process and an etching process are performed on the insulating film and the polycrystalline silicon film to process the polycrystalline silicon film into a semiconductor layer having a source region, a drain region, and a channel region, and the insulating film is polycrystalline And a step of remaining as a gate insulating film on the upper surface of the silicon film.
従来の多結晶シリコンTFTの製造方法は、アモルファスシリコンの成膜後、アニール処理を施してアモルファスシリコンを多結晶化し、多結晶シリコンからなる半導体層を形成していた。直接成膜した後、アニール等の熱処理を経ていない多結晶シリコン(この多結晶シリコンのことを以下、as−depo.多結晶シリコンと記す)では、キャリアの移動度があまり大きくならず、アモルファスシリコンと同等だったからである。これに対して、本出願人は鋭意研究した結果、多結晶シリコン膜をある特定の成膜方法によって成膜すれば、移動度100には至らないものの、as−depo.多結晶シリコンでもアモルファスシリコンと比べると充分に大きな移動度が得られることを発見した。 In the conventional method for manufacturing a polycrystalline silicon TFT, after forming amorphous silicon, an annealing process is performed to polycrystallize amorphous silicon to form a semiconductor layer made of polycrystalline silicon. In polycrystalline silicon that has not been subjected to a heat treatment such as annealing directly after film formation (this polycrystalline silicon is hereinafter referred to as as-depo.polycrystalline silicon), the carrier mobility is not so high, and amorphous silicon. Because it was equivalent. On the other hand, as a result of intensive studies by the present applicant, the mobility does not reach 100 if the polycrystalline silicon film is formed by a specific film forming method, but the as-depo. It was discovered that polycrystalline silicon can provide a sufficiently large mobility compared to amorphous silicon.
そこで、本発明に関連するTFTの製造方法は、このas−depo.多結晶シリコン膜をそのままTFTの半導体層に利用したものである。まず多結晶シリコン膜、絶縁膜、導電膜を順次成膜した後、導電膜にフォトリソグラフィー処理およびエッチング処理を施して導電膜をゲート電極に加工する。次に、多結晶シリコン膜に選択性イオン注入処理を施した後、絶縁膜および多結晶シリコン膜にフォトリソグラフィー処理およびエッチング処理を施して多結晶シリコン膜をソース領域、ドレイン領域およびチャネル領域を有する半導体層に加工するとともに、絶縁膜を多結晶シリコン膜の上面上にゲート絶縁膜として残存させる。 Therefore, a method of manufacturing a TFT related to the present invention is described in this as-depo. The polycrystalline silicon film is used as it is for the semiconductor layer of the TFT. First, a polycrystalline silicon film, an insulating film, and a conductive film are sequentially formed, and then the conductive film is processed into a gate electrode by performing a photolithography process and an etching process. Next, after the selective ion implantation process is performed on the polycrystalline silicon film, the insulating film and the polycrystalline silicon film are subjected to a photolithography process and an etching process so that the polycrystalline silicon film has a source region, a drain region, and a channel region. While processing into the semiconductor layer, the insulating film is left as a gate insulating film on the upper surface of the polycrystalline silicon film.
この製造方法によれば、従来アモルファスシリコン成膜後に行っていたアニール工程が不要になるため、多結晶シリコン膜、絶縁膜、導電膜の3層の膜の成膜工程を連続して行うことができる。したがって、アニール工程が必須であった従来の多結晶シリコンTFTの製造方法に比べて、TATの短縮、製造コストの低減を図ることができる。 According to this manufacturing method, since the annealing process conventionally performed after the amorphous silicon film formation is not required, the film formation process of the three layers of the polycrystalline silicon film, the insulating film, and the conductive film can be continuously performed. it can. Therefore, the TAT can be shortened and the manufacturing cost can be reduced as compared with the conventional method for manufacturing a polycrystalline silicon TFT in which an annealing process is essential.
上記のTFTの製造方法では、多結晶シリコン膜の成膜工程と絶縁膜の成膜工程と導電膜の成膜工程とを連続して行うと記載したが、これら3層の膜を基板を大気に曝すことなく連続して成膜することが望ましい。この構成によれば、基板の表面に自然酸化膜が形成されたり、パーティクルや有機物等の汚染物質が付着するという従来の問題が回避できるので、TFTの歩留の向上、信頼性の向上を図ることができる。また、成膜工程中に自然酸化膜の除去工程や洗浄工程を加える必要もない。 In the above-described TFT manufacturing method, the polycrystalline silicon film forming process, the insulating film forming process, and the conductive film forming process are described as being continuously performed. It is desirable to form a film continuously without exposure. According to this configuration, it is possible to avoid the conventional problem that a natural oxide film is formed on the surface of the substrate or a contaminant such as particles or organic substances adheres, so that the yield of TFT and the improvement of reliability are aimed at. be able to. Further, it is not necessary to add a natural oxide film removal process or a cleaning process during the film formation process.
前述したように、ある程度高い移動度を有する、本発明に関連する多結晶シリコン膜の成膜方法として、スパッタ法を用いることができる。特に、スパッタリングガスとしてヘリウムガスを用いた2周波励起スパッタ法を用いることが望ましい。「2周波励起スパッタ法」とは、ターゲットを保持する上部電極側と基板を保持する下部電極側の双方に高周波電力を印加してスパッタを行う方法のことである。 As described above, a sputtering method can be used as a method for forming a polycrystalline silicon film related to the present invention having a certain degree of mobility. In particular, it is desirable to use a dual frequency excitation sputtering method using helium gas as the sputtering gas. The “dual frequency excitation sputtering method” is a method in which high-frequency power is applied to both the upper electrode side holding the target and the lower electrode side holding the substrate to perform sputtering.
本発明に関連するアクティブマトリクス基板は、ソース領域とドレイン領域との間に介在するチャネル領域を有する多結晶シリコン膜からなる半導体層と、半導体層の上面上に形成された絶縁膜からなるゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介してチャネル領域の上方に形成された導電膜からなるゲート電極とを有する薄膜トランジスタを有し、導電膜からなるとともにゲート電極と連接して設けられたゲート配線の下方に、多結晶シリコン膜と絶縁膜とが下から順に積層されている。 An active matrix substrate related to the present invention includes a semiconductor layer made of a polycrystalline silicon film having a channel region interposed between a source region and a drain region, and a gate insulation made of an insulating film formed on the upper surface of the semiconductor layer. A thin film transistor having a film and a gate electrode made of a conductive film formed above the channel region with a gate insulating film interposed therebetween, and formed below the gate wiring made of the conductive film and connected to the gate electrode The polycrystalline silicon film and the insulating film are laminated in order from the bottom.
本発明に関連するアクティブマトリクス基板は、上記のTFTの製造方法により得られるものである。上記のTFTの製造方法は、多結晶シリコン膜、絶縁膜、導電膜を積層した後、導電膜のみをパターニングしてゲート電極に加工し、絶縁膜および多結晶シリコン膜をパターニングして多結晶シリコン膜を半導体層に加工するとともに絶縁膜を多結晶シリコン膜の上面上にゲート絶縁膜として残存させるものである。したがって、ゲート配線の箇所もTFTの箇所と同様の積層構造とならざるを得ない。すなわち、ゲート電極に連接して設けられるゲート配線の下方には、as−depo.多結晶シリコン膜と絶縁膜とが下から順に積層された構造を採る。この配線構造は、上記のTFTの製造方法を用いた場合に特有のものである。 The active matrix substrate related to the present invention is obtained by the above-described TFT manufacturing method. In the above-described TFT manufacturing method, after a polycrystalline silicon film, an insulating film, and a conductive film are stacked, only the conductive film is patterned to be processed into a gate electrode, and the insulating film and the polycrystalline silicon film are patterned to obtain polycrystalline silicon. The film is processed into a semiconductor layer and the insulating film is left as a gate insulating film on the upper surface of the polycrystalline silicon film. Therefore, the location of the gate wiring has to be the same laminated structure as the location of the TFT. That is, as-depo. Is below the gate wiring connected to the gate electrode. A structure in which a polycrystalline silicon film and an insulating film are sequentially stacked from the bottom is adopted. This wiring structure is unique when the above-described TFT manufacturing method is used.
本発明の薄膜成膜装置は、基板上に多結晶シリコン膜を成膜する第1の成膜室と、多結晶シリコン膜上に絶縁膜を成膜する第2の成膜室と、絶縁膜上に導電膜を成膜する第3の成膜室とが、基板搬送室を介して大気に対して気密保持可能に連設されたことを特徴とする。この薄膜成膜装置を用いることにより、多結晶シリコン膜、絶縁膜、導電膜の3層の膜を大気に曝すことなく連続して成膜することが可能になる。そして、成膜装置の合理化が図れ、設備費の削減や製造ラインの省スペース化に寄与することができる。 The thin film deposition apparatus of the present invention includes a first deposition chamber for depositing a polycrystalline silicon film on a substrate, a second deposition chamber for depositing an insulating film on the polycrystalline silicon film, and an insulating film. A third film formation chamber on which a conductive film is formed is connected to the atmosphere through the substrate transfer chamber so as to be kept airtight. By using this thin film forming apparatus, it is possible to continuously form a three-layer film of a polycrystalline silicon film, an insulating film, and a conductive film without exposing to the atmosphere. And rationalization of a film-forming apparatus can be achieved, and it can contribute to the reduction of equipment cost and the space-saving of a manufacturing line.
上記の薄膜成膜装置のうち、特に第1の成膜室および第2の成膜室の具体的な構成としては、例えば第1の成膜室がスパッタ成膜室、第2の成膜室がプラズマCVD成膜室である構成、もしくは第1の成膜室がラジアルラインスロットアンテナ型プラズマCVD成膜室、第2の成膜室がプラズマCVD成膜室である構成等を採用することができる。 Among the thin film deposition apparatuses described above, in particular, the first film formation chamber and the second film formation chamber have specific configurations, for example, the first film formation chamber is a sputter film formation chamber and the second film formation chamber. May be a plasma CVD film forming chamber, or a structure in which the first film forming chamber is a radial line slot antenna type plasma CVD film forming chamber and the second film forming chamber is a plasma CVD film forming chamber. it can.
本発明によれば、as−depo.多結晶シリコン膜をそのままTFTの半導体層に利用するものであり、従来アモルファスシリコン成膜後に行っていたアニール工程が不要になるため、多結晶シリコン膜、絶縁膜、導電膜の3層の成膜を連続して行うことができる。したがって、アニール工程が必須であった従来の製造方法に比べてTATの短縮、製造コストの低減を図ることができる。また、多結晶シリコン膜、絶縁膜、導電膜の成膜を、基板を大気に曝すことなく連続して行った場合、これらの膜の界面に自然酸化膜が形成されたり、パーティクルや有機物等の汚染物質が付着することがないため、歩留向上、信頼性向上を図ることができる。さらに、多結晶シリコン膜、絶縁膜、導電膜をそれぞれ成膜する第1の成膜室、第2の成膜室、第3の成膜室を備えることで、成膜装置を1台でまかなうことができ、設備費の削減や製造ラインの省スペース化にも寄与することができる。 According to the present invention, as-depo. The polycrystalline silicon film is used as it is for the semiconductor layer of the TFT, and the annealing process conventionally performed after the amorphous silicon film formation is unnecessary, so that the three layers of the polycrystalline silicon film, the insulating film, and the conductive film are formed. Can be performed continuously. Therefore, the TAT can be shortened and the manufacturing cost can be reduced as compared with the conventional manufacturing method in which the annealing process is essential. In addition, when a polycrystalline silicon film, an insulating film, and a conductive film are continuously formed without exposing the substrate to the atmosphere, a natural oxide film is formed at the interface between these films, particles, organic substances, etc. Since contaminants do not adhere, yield and reliability can be improved. Further, the first film formation chamber, the second film formation chamber, and the third film formation chamber for forming the polycrystalline silicon film, the insulating film, and the conductive film, respectively, can be provided so that one film forming apparatus can be provided. This can contribute to reduction of equipment costs and space saving of the production line.
以下、本発明の一実施の形態を図1ないし図10を参照して説明する。図1は、本実施の形態におけるTFTの製造方法により得られたTFTを有するアクティブマトリクス基板の構成を示す平面図である。このアクティブマトリクス基板は、例えば液晶表示パネルの液晶を挟んで対峙する2枚の基板のうちの一方の基板を構成するものである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing the configuration of an active matrix substrate having TFTs obtained by the TFT manufacturing method of the present embodiment. This active matrix substrate constitutes one of the two substrates facing each other across the liquid crystal of the liquid crystal display panel, for example.
アクティブマトリクス基板1は、図1に示すように、複数のソース線2と複数のゲート線3がマトリクス状に配設され、隣接する2本のソース線2と隣接する2本のゲート線3とに囲まれた領域が1つの画素4となる。そして、各画素4にはそれぞれ画素電極5が設けられ、その画素電極5に対する信号の書き込みを制御するためのスイッチング素子が設けられている。このスイッチング素子はトップゲート構造(順スタガ型ともいう)のTFT6である。
As shown in FIG. 1, the active matrix substrate 1 includes a plurality of
TFTの断面構造を図3Gの破断線の右側に示す。図3Gの破断線の右側の図は図1のR−R線に沿う断面図である。ガラス等の透明基板7の上面に、n型不純物が拡散されたソース領域8およびドレイン領域9とチャネル領域10とを有する多結晶シリコン膜からなるアイランド状の半導体層11が形成されている。半導体層11の上面にゲート絶縁膜12が形成され、チャネル領域10の上方にはゲート絶縁膜12を介してゲート電極13が形成されている。ゲート電極13および半導体層11を覆うように層間絶縁膜14が形成され、層間絶縁膜14を貫通して半導体層11のソース領域8、ドレイン領域9にそれぞれ達するコンタクトホール15,16が形成されている。コンタクトホール15上には半導体層11のソース領域8に電気的に接続されたソース電極17が形成されるとともに、コンタクトホール16上には半導体層11のドレイン領域9に電気的に接続されたドレイン電極18が形成されている。そして、ソース電極17、ドレイン電極18を覆うように層間絶縁膜14上にパッシベーション膜19が形成され、パッシベーション膜19のコンタクトホール20を通じてドレイン電極18に電気的に接続された画素電極5が形成されている。
The cross-sectional structure of the TFT is shown on the right side of the broken line in FIG. 3G. The right side of the broken line in FIG. 3G is a cross-sectional view taken along the line RR in FIG. An island-
なお、本実施の形態のTFT6のゲート電極13、ソース電極17は、図1に示したように、ゲート線3、ソース線2と一体に形成され、これらゲート線3、ソース線2からそれぞれ分岐したものである。本実施の形態において、例えばゲート絶縁膜12および層間絶縁膜14はシリコン酸化膜等の絶縁膜、ゲート線3およびゲート電極13、ソース線2およびソース電極17およびドレイン電極18はアルミニウム等の金属膜(導電膜)、パッシベーション膜19はシリコン窒化膜等の絶縁膜、画素電極5はITO等の透明導電膜で形成されている。
As shown in FIG. 1, the
ゲート線3の部分の断面構造を図3Gの破断線の左側に示す。図3Gの破断線の左側の図は図1のL−L線に沿う断面図である。透明基板7の上面に多結晶シリコン膜22、絶縁膜23、ゲート線3をなす金属膜24が積層され、これら3層の積層膜が層間絶縁膜14およびパッシベーション膜19に覆われている。多結晶シリコン膜22はTFT6の半導体層11を構成するもの、絶縁膜23はTFT6のゲート絶縁膜12を構成するもの、金属膜24はTFT6のゲート電極13を構成するものであり、実際にはこの金属膜24のみがゲート線3を構成している。従来一般のTFTの製造方法を用いた場合、ゲート配線構造は透明基板上に金属膜からなるゲート線が通るのみであるが、このような積層構造のゲート配線構造を採るのは本発明特有のものである。
The cross-sectional structure of the
次に、このアクティブマトリクス基板1を製造する手順を、工程断面図である図2および図3、工程平面図である図4および図5、薄膜成膜装置の構成を示す図6ないし図10を参照しながら説明する。なお、図2および図3の工程断面図は、上述したように破断線の右側がTFTの部分、破断線の左側がゲート線の部分を示している。 Next, the steps for manufacturing the active matrix substrate 1 are shown in FIGS. 2 and 3 which are process sectional views, FIGS. 4 and 5 which are process plan views, and FIGS. 6 to 10 which show the configuration of a thin film deposition apparatus. The description will be given with reference. In the process cross-sectional views of FIGS. 2 and 3, as described above, the right side of the break line indicates the TFT portion, and the left side of the break line indicates the gate line portion.
まず、図2Aに示すように、ガラス基板等の透明基板7上に、後にTFT6の半導体層11となる多結晶シリコン膜22、ゲート絶縁膜12となるシリコン酸化膜等の絶縁膜23、ゲート電極13となるアルミニウム等の金属膜24を連続的に成膜する。
First, as shown in FIG. 2A, on a
ここで、これら3層を連続成膜する際に使用する薄膜成膜装置について説明する。図6は本実施の形態による薄膜成膜装置31を示す概略構成図であり、略五角形状の基板搬送室32の周囲に、3つの成膜室33,34,35と1つのローダ室36と1つのアンローダ室37とが連設されている。また、3つの成膜室の内訳は、多結晶シリコン膜22を成膜する第1成膜室33、シリコン酸化膜等の絶縁膜23を成膜する第2成膜室34、アルミニウム等の金属膜24を成膜する第3成膜室35、である。
Here, a thin film deposition apparatus used when these three layers are continuously deposited will be described. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a thin
次に、個々の成膜室の構成を説明する。図7は第1成膜室33の概略構成を示す図であり、この第1成膜室33は多結晶シリコン膜22を成膜するための2周波励起型スパッタ成膜室である。
Next, the configuration of each film forming chamber will be described. FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the first
図7に示す第1成膜室33は、減圧状態に保持可能なチャンバー39を有しており、図6に示した基板搬送室32の側方にゲートバルブ40を介して連設されている。チャンバー39の上部に上部電極41が設けられ、上部電極41の下面にシリコンターゲット42が着脱可能に装着されるとともに、チャンバー39の下部には下部電極43が設けられ、下部電極43の上面に透明基板7が着脱可能に装着されている。なお、シリコンターゲット42または透明基板7の装着には静電チャック等の周知の装着手段が用いられている。
The first
そして、上部電極41に第1の高周波電源44が接続されるとともに、上部電極41と第1の高周波電源44との間には整合回路45が組み込まれており、高周波の反射波をゼロにする作用を奏している。また、上部電極41には、インピーダンス調整用のローパスフィルタなどのバンドパスフィルタ46を介して直流電源47が接続されている。このバンドパスフィルタ46は、直流電源47に高周波が乗らないように回路のインピーダンスを無限大に調整するものである。さらに、下部電極43にも第2の高周波電源48が接続されるとともに、下部電極43と第2の高周波電源48との間には上記整合回路45と同様の作用を奏する整合回路49が組み込まれている。なお、第1成膜室33は、真空引き用およびガス排気用の排気ユニット50、チャンバー39内へのガス供給機構51等を有しているが、図7ではこれらを簡略化して図示した。
A first high-
この第1成膜室33を用いて多結晶シリコン膜22を成膜する際には、チャンバー39内をヘリウムガス雰囲気とし、上部電極41にシリコンターゲット42を、下部電極43に透明基板7を装着した状態で、上部電極41に第1の高周波電源44から高周波電力を供給し、直流電源47から負荷直流電力を供給するとともに、下部電極43に第2の高周波電源48から高周波電力を供給する。これにより、ヘリウムイオンによってシリコンターゲット42がスパッタされ、透明基板7上に多結晶シリコン膜22が成膜される。
When the
なお、多結晶シリコン膜22を成膜するための第1成膜室33として、上記のスパッタ成膜室に代えて、ラジアルラインスロットアンテナ型プラズマCVD成膜室を用いることもできる。図9はラジアルラインスロットアンテナ型のプラズマCVD成膜室53の概略構成を示しており、マイクロ波を放射するラジアルラインスロットアンテナ54を備えたマイクロ波プラズマ励起方式の成膜室である。また、図10はラジアルラインスロットアンテナ54の平面図である。
As the first
図9に示すように、チャンバー55の上部にラジアルラインスロットアンテナ54が設置されており、これと対向するようにチャンバー55の下部には透明基板7を支持するためのサセプタ56が設置されている。したがって、透明基板7の上方がプラズマ形成空間57となり、ラジアルラインスロットアンテナ54からこのプラズマ形成空間57に向けてマイクロ波が放射されるようになっている。ラジアルラインスロットアンテナ54の表面にはマイクロ波放射用の多数のスロット穴(図9においては図示を省略する)が設けられ、マイクロ波発生システム58で生成された2.45GHzのマイクロ波が導波管59、同軸導波管変換器60を経てアンテナ54の裏面側から給電される構成となっている。
As shown in FIG. 9, a radial line slot antenna 54 is installed in the upper part of the
ラジアルラインスロットアンテナ54は、円板状の導体61の下面に例えばAlN、Al2O3等の誘電体材料からなるマイクロ波の遅波路形成体62が固定され、遅波路形成体62の下面には、多数のスロット穴63を有するアルミニウム等の金属板からなるスロット体64が配置されている。さらに、スロット体64の下面に、マイクロ波を透過させる性質を持つ、例えばAlN、Al2O3等の誘電体からなる押さえ体65が固定されている。押さえ体65はその周縁部でネジ66により導体61に固定されており、したがって、スロット体64は遅波路形成体62と押さえ体65とをなす2枚の誘電体板の間に挟持された状態で固定されている。
In the radial line slot antenna 54, a microwave slow waveguide forming body 62 made of a dielectric material such as AlN or Al 2 O 3 is fixed to the lower surface of a disk-shaped conductor 61, and the lower surface of the slow waveguide forming body 62 is fixed. A
ラジアルラインスロットアンテナ54のスロット穴63の平面的な配置は図10に示す通りであり、一対のスロット穴63が同心円状に多数配置されており、マイクロ波はこれらスロット穴63から空間に放射される。なお、図10中の符号67はネジ孔である。さらに、ラジアルラインスロットアンテナ54の導体61には、マイクロ波給電による加熱を防止するための冷却水を流す冷却管(図示略)が挿通されている。
The planar arrangement of the slot holes 63 of the radial line slot antenna 54 is as shown in FIG. 10, and a number of pairs of slot holes 63 are arranged concentrically, and microwaves are radiated from the slot holes 63 into the space. The In addition, the code |
図9に示すように、チャンバー55上部の周縁部にガス導入ポート68が設けられており、反応ガス供給源(図示略)から供給される反応ガスが配管69を通してチャンバー55内のプラズマ形成空間57に供給されるようになっている。一方、チャンバー55の下部には排気口70が設けられ、排気口70に接続された真空ポンプ等の真空排気源(図示略)によりチャンバー55内が減圧されるようになっている。また、チャンバー55の側方には、チャンバー55内を大気に開放することなく基板搬送室32との間で透明基板7の搬出入を行うためのロードロック室71が設けられている。
As shown in FIG. 9, a gas introduction port 68 is provided at the peripheral edge of the upper portion of the
上記構成のラジアルラインスロットアンテナ型プラズマCVD成膜室53においては、ガス導入ポート68から成膜に必要な反応ガス、例えばSiH4、PH3等のガスがチャンバー55内に供給される。そして、ラジアルラインスロットアンテナ54から放射された2.45GHzのマイクロ波によってプラズマ形成空間57においてプラズマが発生し、反応ガスが解離して生じたラジカルが基板表面で化学反応を起こすことによって多結晶シリコン膜22が形成される。
In the radial line slot antenna type plasma CVD film forming chamber 53 having the above-described configuration, a reaction gas required for film formation, such as SiH 4 and PH 3 , is supplied into the
図8は第2成膜室34の概略構成を示す図であり、この第2成膜室34はシリコン酸化膜等の絶縁膜23を成膜するための2周波励起型プラズマCVD成膜室である。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of the second
図8に示すように、チャンバー74の上部に高周波電極75およびシャワープレート76が設けられ、チャンバー74の下部にはシャワープレート76に対向して透明基板7を載置するサセプタ電極77が設けられている。高周波電極75は、導電体からなるハウジング78の内部に整合回路79が収納された高周波電極側マッチングボックス80を介して第1の高周波電源81と接続されている。また、高周波電極75とシャワープレート76とにより空間82が形成され、この空間82内に反応ガスを導入するためのガス導入管83が設けられている。そして、ガス導入管83を通じてこの空間82内に導入された反応ガスは、シャワープレート76の多数の孔76aからチャンバー74内に供給されるようになっている。なお、符号84はチャンバー74の壁部と高周波電極75とを絶縁する絶縁体である。
As shown in FIG. 8, a
サセプタ電極77の周囲にサセプタシールド85が設けられ、サセプタ電極77およびサセプタシールド85はベローズ86により上下動可能に構成されている。この構成によって、高周波電極75とサセプタ電極77との間の距離が調整可能となっている。また、サセプタ電極77は、内部に整合回路が収納されたサセプタ電極側マッチングボックス87を介して第2の高周波電源88と接続されている。
A
高周波電極側マッチングボックス80には、ハウジング78の内部に第1の高周波電源81と高周波電極75との間のインピーダンスの整合を図る整合回路79が備えられ、第1の高周波電源81からの高周波電力が整合回路79を経て給電線89により高周波電極75に供給されるようになっている。整合回路79の構成は、第1の高周波電源81に対してコイル90とチューニングコンデンサ91が直列に接続され、これと並列にロードコンデンサ92が接続され一端が接地されている。そして、チューニングコンデンサ91の容量を調整することにより第1の高周波電源81と高周波電極75との間のインピーダンスの調整が行われる。
The high frequency electrode side matching box 80 is provided with a matching circuit 79 for matching the impedance between the first high
高周波電極側マッチングボックス80のハウジング78の側壁は給電線89に対して非平行に形成されている。これにより、給電時に流れる高周波電流の往路の電流と復路の電流との流れ方向が非平行になり、相互インダクタンスの増大を防止することができる。その結果、第2成膜室34での電力消費効率が大きく向上し、シリコン酸化膜の成膜速度の増大、膜質の向上を図ることができる。
The side wall of the
上記構成の第2成膜室34においてシリコン酸化膜の成膜を行う際には、サセプタ電極77上に透明基板7を載置し、第1、第2の高周波電源81,88から高周波電極75とサセプタ電極77の双方にそれぞれ高周波電力を印加するとともにガス導入管83からシャワープレート76を介してモノシラン等を含む反応ガスをチャンバー74内に供給してプラズマを発生させ、透明基板7上にシリコン酸化膜を成膜する。
When the silicon oxide film is formed in the second
また、第3成膜室35は、アルミニウム等の一般的な金属膜を成膜するためのスパッタ成膜室であり、ごく一般的なスパッタ装置の構成で良いため、説明を省略する。勿論、第1成膜室33と同様の構成としてもかまわない。
The third
図6に示すローダ室36、アンローダ室37には、ローダカセット(図示略)、アンローダカセット(図示略)が着脱可能に設けられている。これら2つのカセットは、複数枚の透明基板7が収容可能なものであり、ローダカセットに成膜前の基板7が収容され、アンローダカセットには成膜済の基板7が収容される。そして、3つの成膜室33,34,35とローダ室36、アンローダ室37の中央に位置する基板搬送室32に基板搬送ロボット94が設置されている。基板搬送ロボット94はその上部に伸縮自在なリンク機構を有するアーム95を有し、アーム95は回転可能かつ昇降可能となっており、アーム95の先端部で基板7を支持、搬送するようになっている。
A loader cassette (not shown) and an unloader cassette (not shown) are detachably provided in the
上記構成の薄膜成膜装置31は、例えば各成膜室33,34,35における成膜条件等、種々の処理条件や処理シーケンスをオペレータが設定する他は、各部の動作が制御部(図示略)により制御されており、自動運転する構成になっている。したがって、この薄膜成膜装置31を使用する際には、処理前の基板7をローダカセットにセットし、オペレータがスタートスイッチを操作すれば、基板搬送ロボット94によりローダカセットから各成膜室33,34,35内に基板7が搬送され、各成膜室33,34,35で多結晶シリコン膜の成膜、シリコン酸化膜の成膜、アルミニウム膜の成膜の一連の成膜処理が順次自動的に行われた後、基板搬送ロボット94によりアンローダカセットに収容される。
The thin
その際、各成膜室33,34,35やローダ室36、アンローダ室37と基板搬送室32との間にはロードロック室やゲートバルブ等が設置され、大気に対して気密状態が保持される構成になっており、薄膜成膜装置31内に一旦導入された基板7は全く大気に曝されることなく、成膜が行われる。したがって、多結晶シリコン膜、絶縁膜、金属膜の3層の界面に自然酸化膜が成長したり、パーティクルや汚染物質が侵入することがなく、清浄な界面が得られる。
At that time, a load lock chamber, a gate valve, and the like are installed between the
次に、多結晶シリコン膜22、絶縁膜23、金属膜24の3層の連続成膜が終了した後、図2Bに示すように、フォトリソグラフィー処理によりゲート線3およびゲート電極13の形状となるレジストパターン(図示せず)を形成し、金属膜24のみをエッチングし得るエッチャントを用いてエッチング処理を行うことにより、最上層の金属膜24のみをパターニングしてゲート線3およびゲート電極13を形成する。この際、平面形状は図4Bのようになる。以下同様に、図4Dは図2D、図5Fは図3F、図5Gは図3Gの時点の平面図を示す。
Next, after the continuous deposition of the three layers of the
次に、図2Cに示すように、ゲート線3およびゲート電極13の上方からリン、砒素等のn型不純物をイオン注入することによって、多結晶シリコン膜22のうち、ゲート線3およびゲート電極13の下方(チャネル領域10となる領域)を除いた領域をn型不純物拡散領域25とする。その後、レジストパターンを除去する。
Next, as shown in FIG. 2C, n-type impurities such as phosphorus and arsenic are ion-implanted from above the
次に、図2Dに示すように、フォトリソグラフィー処理により半導体層11のアイランド状の形状となるレジストパターン(図示せず)を形成し、絶縁膜23および多結晶シリコン膜22をエッチングし得るエッチャントを用いてエッチング処理を行うことにより、絶縁膜23および多結晶シリコン膜22をパターニングしてソース領域8、ドレイン領域9を有する半導体層11を形成する。ここで、ソース領域8とドレイン領域9との間がチャネル領域10となる。絶縁膜23は、半導体層11と同一形状のまま半導体層11の上面に残存してゲート絶縁膜12となる。また、ゲート線3の部分は下から多結晶シリコン膜22、絶縁膜23、金属膜24の3層が積層された状態となる。平面形状は図4Dに示す通りである。ゲート線3の部分では3層の積層膜が直線的に延び、TFT6の半導体層11の部分では多結晶シリコン膜22、絶縁膜23の2層がゲート線3と直交する方向に外側に張り出した形状となる。
Next, as shown in FIG. 2D, a resist pattern (not shown) having an island shape of the
以下の工程は従来の製造プロセスと同様である。図3Eに示すように、全面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜14を成膜する。次いで、フォトリソグラフィー処理およびエッチング処理によりこの層間絶縁膜14をパターニングし、半導体層11のソース領域8、ドレイン領域9にそれぞれ達するコンタクトホール15,16を形成する。
The following steps are the same as the conventional manufacturing process. As shown in FIG. 3E, an
次いで、図3Fおよび図5Fに示すように、全面にAl等の金属膜を成膜し、これをパターニングすることによりソース線2およびソース電極17、ドレイン電極18をそれぞれ形成する。
Next, as shown in FIGS. 3F and 5F, a metal film such as Al is formed on the entire surface, and this is patterned to form the
次に、図3Gおよび図5Gに示すように、全面にシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜19を成膜した後、フォトリソグラフィー処理およびエッチング処理によりパッシベーション膜19をパターニングし、ドレイン電極18に達するコンタクトホール20を形成する。次いで、全面にITO等の透明導電膜を成膜し、フォトリソグラフィー処理およびエッチング処理によりパターニングすることにより画素電極5を形成する。以上の工程により、画素電極5と接続されたTFT6を有するアクティブマトリクス基板1が完成する。
Next, as shown in FIGS. 3G and 5G, after a
本実施の形態における製造方法は、as−depo.多結晶シリコン膜をそのままTFT6の半導体層11に利用するものであり、従来アモルファスシリコン成膜後に行っていたアニール工程が不要になるため、多結晶シリコン膜22、絶縁膜23、金属膜24の3層の成膜を連続して行うことができる。したがって、アニール工程が必須であった従来の製造方法に比べてTATの短縮、製造コストの低減を図ることができる。
The manufacturing method in the present embodiment is as-depo. Since the polycrystalline silicon film is used as it is for the
また、多結晶シリコン膜22、絶縁膜23、金属膜24の成膜を、基板を大気に曝すことなく連続して行う方法であるため、これらの膜の界面に自然酸化膜が形成されたり、パーティクルや有機物等の汚染物質が付着するという従来の問題が回避できる。その結果、TFTの歩留の向上、信頼性の向上を図ることができる。
Further, since the
また、多結晶シリコン膜22、絶縁膜23、金属膜24をそれぞれ成膜する第1の成膜室33、第2の成膜室34、第3の成膜室35を備えた薄膜成膜装置31を用いるので、成膜装置を1台でまかなうことができ、設備費の削減や製造ラインの省スペース化にも寄与することができる。
A thin film deposition apparatus provided with a
なお、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えばTFTの各部を構成する具体的な膜の種類、薄膜成膜装置の具体的な構成等に関しては、適宜変更が可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the specific types of films constituting each part of the TFT, the specific configuration of the thin film forming apparatus, and the like can be appropriately changed.
本願発明は、薄膜トランジスタの製造に広く適用できるものである。 The present invention can be widely applied to the manufacture of thin film transistors.
1 アクティブマトリクス基板、2 ソース線、3 ゲート線、6 薄膜トランジスタ(TFT)、7 透明基板、8 ソース領域、9 ドレイン領域、10 チャネル領域、11 半導体層、12 ゲート絶縁膜、13 ゲート電極、17 ソース電極、18 ドレイン電極、22 多結晶シリコン膜、23 絶縁膜、24 金属膜(導電膜)、31 薄膜成膜装置、32 基板搬送室、33 第1成膜室、34 第2成膜室、35 第3成膜室
1 active matrix substrate, 2 source line, 3 gate line, 6 thin film transistor (TFT), 7 transparent substrate, 8 source region, 9 drain region, 10 channel region, 11 semiconductor layer, 12 gate insulating film, 13 gate electrode, 17 source Electrode, 18 Drain electrode, 22 Polycrystalline silicon film, 23 Insulating film, 24 Metal film (conductive film), 31 Thin film deposition apparatus, 32 Substrate transfer chamber, 33 First deposition chamber, 34 Second deposition chamber, 35 Third deposition chamber
Claims (3)
2. The thin film deposition apparatus according to claim 1, wherein the first deposition chamber is a radial line slot antenna type plasma CVD deposition chamber, and the second deposition chamber is a plasma CVD deposition chamber. .
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