JP2007273709A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造工程の簡略化と素子特性の安定化を両立できる薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】 多成分ガラス基板１の上方に遮光電極３を備え、前記遮光電極３の上方に単層または多層の汚染防止絶縁膜４１を備え、前記汚染防止絶縁膜４１の上方に多結晶シリコン膜５を備え、前記多結晶シリコン膜５の上方にゲート絶縁膜６を備え、前記ゲート絶縁膜６の上方にゲート電極７を備え、前記ゲート電極７の上方に層間分離絶縁膜８を備え、前記層間分離絶縁膜８と前記ゲート絶縁膜６とを開口して前記多結晶シリコン膜５と導電接続されたソース・ドレイン電極を少なくとも備えている。さらに、前記多成分ガラス基板１の上層、前記汚染防止絶縁膜２１の上層、前記ゲート絶縁膜６の上層、前記層間分離絶縁膜８の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層２１，２２，２３，２４を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多成分ガラス基板上に形成した薄膜トランジスタ及びその製造方法に関し、特に製造工程の簡略化及び素子特性の安定化を両立できる薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。

液晶表示装置及び自発光表示装置の駆動素子（表示画素部及び制御回路部の素子）として、非晶質シリコン（以下、ａ−Ｓｉという。）膜が能動層である薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという。）の代わりに、多結晶シリコン（以下、ｐ−Ｓｉという。）膜が能動層であるＴＦＴを用いると、一層の高精細化及び高画質化が実現できる。その理由は、ｐ−Ｓｉ膜がａ−Ｓｉ膜の数十倍〜数百倍のキャリア（電子及び正孔）移動度を持つからである。

ｐ−Ｓｉ膜を能動層に用いたＴＦＴ（以下、ｐ−Ｓｉ ＴＦＴという。）は、製造温度が６００℃以上の高温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴと、製造温度が６００℃未満の低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴに大別される。一般に高温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴは、耐熱性に優れた石英ウエハ基板上に形成され、良質な熱酸化膜が得られる等の利点があるが、石英ウエハが高価である、石英ウエハサイズが小さい等の理由から、製造コストが高価である等の欠点がある。

これに対して、低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴは、高温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴほどの良質な熱酸化膜等は得られないものの、安価で、サイズの大きい多成分ガラス基板（以下、ガラス基板という。）上に形成できることから、製造コストが低い等の利点がある。そのため、小型、軽量、高性能、低価格の要求が強い製品群（例えば、携帯電話及び携帯ゲーム機等）の表示装置には、低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴを用いた液晶表示装置が多用されている。

当該技術分野で一般的に用いるガラス基板には、僅かではあるが、ナトリウム（以下、Ｎａという。）やカリウム（以下、Ｋという。）等のアルカリ元素、カルシウム（以下、Ｃａという。）、マグネシウム（以下、Ｍｇという。）等のアルカリ土類元素が含まれている。これらの元素の他にも、Ｓｉに対してＰ型伝導の不純物作用を持つ三価のボロン（以下、Ｂという。）、アルミ（以下、Ａｌという。）等も多量に含まれている。

これらの不純物は、低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの閾動作電圧（以下、Ｖｔという。）を変動させる、或いは長期の動作信頼性を低下させる。特に、Ｎａは、その発生源（人体及び製造環境等）の多さと可動性の高さ、素子特性に与える被害の甚大さから、その汚染を最も防がなければならない元素の一つとなっている。そのため、ガラス基板上に低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴを形成する場合は、ガラス基板側からの不純物汚染防止を目的として、例えば特許文献１及び特許文献２の技術のように、ガラス基板の直上に酸化珪素（以下、ＳｉＯという。）膜、窒化珪素（以下、ＳｉＮという。）膜を設けている。特に前記ＳｉＮ膜は、Ｎａに対する拡散阻止能力がＳｉＯ膜よりも数倍高いため、ＳｉＮ膜とＳｉＯ膜とを積層して用いる場合が多い。

低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴに用いられるｐ−Ｓｉ膜は、一般にエキシマレーザアニール法を用いて形成される。エキシマレーザアニール法では、ａ−Ｓｉ膜を一旦溶かして固めるため、溶融状態のＳｉと反応性が低く、濡れ性の悪いＳｉＯ膜をｐ−Ｓｉ膜の直下に設ける必要がある。その理由は、溶融状態のＳｉと反応性が高く、濡れ性の良い膜では不純物を多量に含むｐ−Ｓｉ膜が形成されてしまうからである。そのため、例えば特許文献１の技術では、ＳｉＯ膜だけをガラス基板側からの不純物汚染を防止するための膜（以下、汚染防止膜という。）として使用している。

しかしながら、ＳｉＯ膜は不純物、特にＮａに対する拡散阻止能力が低い欠点があるため、ＳｉＯ膜を十分に厚くする必要があり、製造時間が長くなる課題があった。さらに、ＳｉＯ膜中への不純物拡散は常に進行するので、長期の動作信頼性が劣る課題もあった。

前述の特許文献１の技術の課題は、例えば特許文献２の技術のように、汚染防止膜をＳｉＮ膜及びＳｉＯ膜の積層構造にすることで解決できる。その理由は、ＳｉＯ膜と比べて、ＳｉＮ膜の不純物に対する拡散阻止能力が十分に高いからである。

しかしながら、汚染防止膜を設ける工程がＳｉＮ膜用とＳｉＯ膜用との２工程に増加してしまい、製造時間や製造コストが増加する課題があった。この課題は、例えば特許文献３の技術のように、ＳｉＮ膜の代わりに酸化窒化珪素（以下ＳｉＯＮ）膜を用いた場合も同様であった。

また、特許文献４では、低級なガラス基板上に第１のバッファ層を積層し、その第１のバッファ層の上にリンイオンをドーピングし、その上に第２のバッファ層を設けている。また、第１バッファ層の上にリンイオンをドーピングして、その上に第２バッファ層を設けることで、第１及び第２のバッファ層の界面に捕獲層を設けている。また、バッファ層の上から塩素イオンあるいはリンイオンをドーピングして、基板とバッファ層の界面に反応層を形成している。また、第１、第２のバッファ層を積層したあとにドーピングを行い、第１、第２のバッファ層の界面に捕獲層を設けている。

また、特許文献５では、半導体膜の下層に減圧ＣＶＤで酸化膜を形成する原料ガスにハロゲンを含むガスを混入させて膜中に導入する構成が開示されている。また、半導体膜の上層のゲート絶縁膜に前記の減圧ＣＶＤの方法と、スパッタ法でスパッタガスにハロゲン材料ガスを混入させる方法が開示されている。

上記特許文献４及び５は、汚染捕獲物質（元素）を絶縁膜内に存在させるものであるが、膜厚方向では、特許文献４の場合、汚染捕獲物質が、複数の絶縁膜（素膜）の積層体で構成された絶縁層の内部（素膜の界面）に中心を持って分布している。また、特許文献５では、汚染捕獲物質が、絶縁膜厚全体に渡って実質的に均等に含まれる。また、膜面内方向では、特許文献４及び５では、汚染捕獲物質が膜面全体に存在する。

しかしながら、特許文献４では、汚染捕獲物質が積層体を構成するため、特別なプロセスを追加しなければ、所望の効果を得られないという問題がある。

また、特許文献５では、下地膜、ゲート絶縁膜の膜厚方向全域に捕獲物質が含まれているため、ＴＦＴ特性そのものに弊害を及ぼす恐れがあり、特にチャネル形成領域のゲート絶縁膜にハロゲンが存在することによって、信頼性（動作環境化での特性変化）への影響が回避できないという問題がある。また、成膜された後で捕獲物質を導入することで、プロセス上、ＣＶＤの原料ガスおよびスパッタガスに捕獲物質（元素）含有ガスを添加する弊害（膜を疎にする、密着性、表面平坦性を阻害する）を回避できないという問題がある。

特開平９−１５６５２号公報 （第２図） 特開２０００−３２３７１７号公報 （第１図） 特開平５−１２９６０９号公報 （第３図） 特開２０００−２１４６１２号 特許３４８３５８１号 本発明の目的は、前記課題を解決し、製造工程の簡略化及び素子の安定化を両立できる薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る薄膜トランジスタは、多成分ガラス基板の上方に遮光電極を備え、前記遮光電極の上方に単層または多層の汚染防止絶縁膜を備え、前記汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を備え、前記多結晶シリコン膜の上方にゲート絶縁膜を備え、前記ゲート絶縁膜の上方にゲート電極を備え、前記ゲート電極の上方に層間分離絶縁膜を備え、前記層間分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを開口して前記多結晶シリコン膜と導電接続されたソース・ドレイン電極を少なくとも備えた薄膜トランジスタにおいて、前記多成分ガラス基板の上層、前記汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、導入位置は、各絶縁層厚さの上層部に備えた不純物捕獲層であり、ガラス基板への導入以外では導入方法に起因して、被エッチング膜の除去される位置にのみ導入され、絶縁膜全面には捕獲層は形成されない。また捕獲層は、ガラス基板と半導体層の間の絶縁膜のほか、ゲート絶縁膜、さらにゲート層の上の層間絶縁膜の上部に形成している。

本発明においても、汚染捕獲物質（元素）を絶縁膜内に存在させるという点では、特許文献４及び５と同様であるが、その汚染捕獲物質の存在位置が、膜厚方向及び膜面内方向で異なる。すなわち、本発明において、膜厚方向では、絶縁層の表層付近を中心に分布している。さらに、膜面内方向では、ガラス基板表面を除いて、絶縁層の直上の被加工膜の加工プロセス（ドライエッチ〜アッシング）を利用して絶縁膜表面に汚染捕獲物質を含有させるので、被加工膜が除去される部分にのみ存在する。

したがって、本発明では、所望の効果を得るために、特別なプロセスを追加する必要性がない構造が得られる。さらに、下地膜、ゲート絶縁膜の膜厚方向全域に捕獲物質が含まれていないため、ＴＦＴ特性そのものへの弊害、特にチャネル形成領域のゲート絶縁膜にハロゲンが存在することによる信頼性（動作環境化での特性変化）への影響が回避できる。

前記不純物捕獲層を設ける薄膜トランジスタは、前記トランジスタに限られるものではない。本発明に係る薄膜トランジスタは、多成分ガラス基板の上方に単層または多層の第１の汚染防止絶縁膜を備え、前記第１の汚染防止絶縁膜の上方に遮光電極を備え、前記遮光電極の上方に単層または多層の第２の汚染防止絶縁膜を備え、前記第２の汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を備え、前記多結晶シリコン膜の上方にゲート絶縁膜を備え、前記ゲート絶縁膜の上方にゲート電極を備え、前記ゲート電極の上方に層間分離絶縁膜を備え、前記層間分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを開口して前記多結晶シリコン膜と導電接続されたソース・ドレイン電極を少なくとも備えた薄膜トランジスタであってもよく、この種の薄膜トランジスタにおいて、前記第１の汚染防止絶縁膜の上層、前記第２の汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を有する構成として構築してもよいものである。

また本発明に係る薄膜トランジスタは、多成分ガラス基板の上方に単層または多層の汚染防止絶縁膜を備え、前記汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を備え、前記多結晶シリコン膜の上方にゲート絶縁膜を備え、前記ゲート絶縁膜の上方にゲート電極を備え、前記ゲート電極の上方に層間分離絶縁膜を備え、前記層間分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを開口して前記多結晶シリコン膜と導電接続されたソース・ドレイン電極を少なくとも備えた薄膜トランジスタであってもよく、この薄膜トランジスタにおいて、前記多成分ガラス基板の上層、前記汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を有する構成として構築してもよいものである。

上記説明では、本発明を薄膜トランジスタの構成として捉えたが、これに限られるものではなく、薄膜トランジスタの製造方法として構成してもよいものである。この場合、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、多成分ガラス基板の上方に遮光電極を形成する工程と、前記遮光電極の上方に単層または多層の汚染防止絶縁膜を形成する工程と、前記汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜の上方にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上方にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の上方に層間分離絶縁膜を形成する工程と、前記層間分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを開口して前記多結晶シリコン膜と導電接続されたソース・ドレイン電極を形成する工程と、前記多成分ガラス基板の上層、前記汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を形成する工程を少なくとの実行する構成として構築する。

また本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、多成分ガラス基板の上方に単層または多層の第１の汚染防止絶縁膜を形成する工程と、前記第１の汚染防止絶縁膜の上方に遮光電極を形成する工程と、前記遮光電極の上方に単層または多層の第２の汚染防止絶縁膜を形成する工程と、前記第２の汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜の上方にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上方にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の上方に層間分離絶縁膜を形成する工程と、前記層間分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを開口して前記多結晶シリコン膜と導電接続されたソース・ドレイン電極を形成する工程と、前記第１の汚染防止絶縁膜の上層、前記第２の汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を形成する工程を少なくとも実行する構成として構築してもよいものである。

また本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、多成分ガラス基板の上方に単層または多層の汚染防止絶縁膜を形成する工程と、前記汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜の上方にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上方にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の上方に層間分離絶縁膜を形成する工程と、前記層間分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを開口して前記多結晶シリコン膜と導電接続されたソース・ドレイン電極を形成する工程と、前記多成分ガラス基板の上層、前記汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を形成する工程を実行する構成として構築してもよいものである。

以上説明したように本発明によれば、膜厚方向では不純物捕獲層が絶縁膜の上層に分布し、膜面内方向では不純物層が被加工物の除去される部分に存在するため、特別なプロセスを追加しなくても所望の効果が得られる。さらに、下地膜、ゲート絶縁膜の膜厚方向全域に捕獲物質が含まれていることによるＴＦＴ特性そのものへの弊害、特にチャネル形成領域のゲート絶縁膜にハロゲンが存在することによる信頼性（動作環境化での特性変化）への影響を回避できる。さらに、成膜された後で捕獲物質を導入することで、プロセス上、ＣＶＤの原料ガスおよびスパッタガスに捕獲物質（元素）含有ガスを添加する弊害（膜を疎にする、密着性、表面平坦性を阻害するなど）を回避できる。

さらに、従来の技術よりも汚染防止膜全体の厚さを薄くできる。その理由は、ガラス基板及び絶縁膜の上層に不純物捕獲層を自ら備えているからである。そのため、従来の技術よりも製造時間及び製造コストを削減できる。

さらに、従来の技術よりも素子の動作信頼性を向上できる。その理由は、不純物捕獲層中に導入したハロゲン元素の陽イオン系不純物に対する捕獲作用が強いからである。そのため、従来の技術よりも製品寿命を延ばすことができる。

さらに、従来の技術よりも汚染防止膜の形成に関わる工程を簡略化できる。その理由は、ドライエッチング工程及びアッシング工程と同時にガラス基板及び絶縁膜の上層に塩素及びフッ素を導入して、不純物捕獲層を形成するからである。そのため、従来の技術よりも製造時間及び製造コストを削減できる。

さらに、副次的効果として、従来の技術よりもガラス基板全体の可視光透過量を増加させることができる。その理由は、可視光透過率の高い酸化膜だけを使用しても、高い不純物阻止能力が得られるため、酸化膜以外の無機膜と積層した場合の界面における屈折率差に依存した透過損が軽減できるからである。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの構造、及びその製造方法を示す断面図である。

図１（ｄ）に示すように、本発明の実施形態１に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴは、ガラス基板１の上層２１、汚染防止ＳｉＯ膜４１の上層２２、ゲートＳｉＯ膜の上層２３及び層間分離ＳｉＯ膜８の上層２４に、塩素（以下、Ｃｌという。）及びびフッ素（以下、Ｆという。）の双方または片方を所定の深さで所定の濃度含む不純物捕獲層２１，２２，２３，２４を備えている。

本発明の実施形態１において、前記不純物捕獲層２１は、遮光電極３の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２１は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した部分のガラス基板１の上層に形成されている。前記不純物捕獲層２２は、ｐ−Ｓｉ膜５の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２２は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した汚染防止ＳｉＯ膜４１の上層に形成されている。前記不純物捕獲層２３は、チャネル形成領域の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２３は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出したゲートＳｉ−Ｏ膜６の上層に形成されている。前記不純物捕獲層２４は、ソース・ドレイン電極９１，９２，９３の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２１は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した層間ＳｉＯ膜８の上層に形成されている。

次に、本発明の実施形態１に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの製造方法を図１に基づいて説明する。

図１（ａ）に示すように、ガラス基板１の上に遮光電極３をＣｌ系ガスとＦ系ガスの双方または片方を使用したドライエッチング工程と、Ｆ系ガスと酸素（以下、Ｏ_２という。）ガスの双方を使用したアッシング工程によって形成する。

前記図１（ａ）に示す製造工程において、前記ドライエッチング工程の超過処理時間及び基板バイアス、前記アッシング工程の処理時間を調整して、ガラス基板１の上層にＣｌとＦの双方または片方を所定の濃度含む不純物捕獲層２１を所定の深さ形成する。

なお、前記超過処理時間とは、ガラス基板１の面内における平均的なドライエッチング終了時間を超えた処理時間を意味しており、製造装置に設定したドライエッチング処理時間またはドライエッチング終点検出機により決定された終了時刻に追加した処理時間を意味している。
次に図１（ｂ）に示すように、前記遮光電極３の上に汚染防止ＳｉＯ膜４１を形成した後、前記汚染防止ＳｉＯ膜４１の上に島状化したｐ−Ｓｉ膜５をＣｌ系ガスとＦ系ガスの双方または片方を使用したドライエッチング工程と、Ｆ系ガスとＯ２ガスの双方を使用したアッシング工程とによって形成する。

前記図１（ｂ）に示す製造工程において、前記ドライエッチング工程の超過処理時間及び基板バイアス、前記アッシング工程の処理時間を調整して、汚染防止ＳｉＯ膜４１の上層にＣｌとＦの双方または片方を所定の濃度含む不純物捕獲層２２を所定の深さに形成する。

次に図１（ｃ）に示すように、前記ｐ−Ｓｉ膜５の上にゲートＳｉＯ膜６を形成した後、前記ゲートＳｉＯ膜６の上にゲート電極７をＣｌ系ガスとＦ系ガスの双方または片方を使用したドライエッチング工程と、Ｆ系ガスとＯ_２ガスの双方を使用したアッシング工程とによって形成する。

前記図１（ｃ）に示す製造工程において、ドライエッチング工程の超過処理時間及び基板バイアス、前記アッシング工程の処理時間を調整して、ゲートＳｉＯ膜６の上層にＣｌとＦの双方または片方を所定の濃度含む不純物捕獲層２３を所定の深さ形成する。

次に図１（ｄ）に示すように、前記ゲート電極７の上に層間分離ＳｉＯ膜８を形成した後、前記ｐ−Ｓｉ膜５のソース・ドレイン領域上の層間分離ＳｉＯ膜８及びゲートＳｉＯ膜６の一部を開口する。そして、層間分離ＳｉＯ膜８の上にｐ−Ｓｉ膜５のソース・ドレイン領域と導電接続されたソース・ドレイン電極９１，９２，９３をＣｌ系ガスとＦ系ガスの双方または片方を使用したドライエッチング工程と、Ｆ系ガスとＯ２ガスの双方を使用したアッシング工程とによって形成する。

以上の製造工程を経て、前記不純物捕獲層２１は、遮光電極３の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２１は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した部分のガラス基板１の上層に形成される。前記不純物捕獲層２２は、ｐ−Ｓｉ膜５の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２２は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した汚染防止ＳｉＯ膜４１の上層に形成される。前記不純物捕獲層２３は、チャネル形成領域の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２３は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出したゲートＳｉ−Ｏ膜６の上層に形成される。前記不純物捕獲層２４は、ソース・ドレイン電極９１，９２，９３の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２１は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した層間ＳｉＯ膜８の上層に形成される。

前記図１（ｄ）に示す製造工程において、前記ドライエッチング工程の超過処理時間及び基板バイアス、前記アッシング工程の処理時間を調整して、層間分離ＳｉＯ膜８の上層にＣｌとＦの双方または片方を所定の濃度含む不純物捕獲層２４を所定の深さに形成する。

本発明の実施形態１において、前記不純物捕獲層２１は、遮光電極３の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２１は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した部分のガラス基板１の上層に形成される。前記不純物捕獲層２２は、ｐ−Ｓｉ膜５の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２２は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した汚染防止ＳｉＯ膜４１の上層に形成される。前記不純物捕獲層２３は、チャネル形成領域の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２３は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出したゲートＳｉ−Ｏ膜６の上層に形成される。前記不純物捕獲層２４は、ソース・ドレイン電極９１，９２，９３の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２１は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した層間ＳｉＯ膜８の上層に形成される。

図１（ｄ）の製造工程後において、ガラス基板の上方に、汚染防止膜としてのＳｉＮ膜やＳｉＯＮ膜のような無機膜を形成する、或いは平坦化膜としての有機膜を形成してもよい。ＳｉＮ膜及びＳｉＯＮ膜を設けた場合は、ガラス基板上方からの不純物汚染を一層防止できる。なお、汚染防止ＳｉＯ膜４１及び層間分離ＳｉＯ膜８をＳｉＮ膜及びＳｉＯＮ膜に置き換えてもよい。その場合、ｐ−Ｓｉ膜５外部からの不純物汚染をより一層防止できる。

図１に示す本発明の実施形態１に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴは、例えば遮光構造を必須とする製品群（プロジェクター等）の液晶表示装置等に応用できる。

（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの構造を示す断面図である。

図２に示す本発明の実施形態２に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴは、実施形態１に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴにおける遮光電極３の下方に汚染防止ＳｉＯ膜４２を設けたものである。

本発明の実施形態２において、前記不純物捕獲層２１は、遮光電極３の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２１は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した部分のガラス基板１の上層に形成されている。前記不純物捕獲層２２は、ｐ−Ｓｉ膜５の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２２は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した汚染防止ＳｉＯ膜４１の上層に形成されている。前記不純物捕獲層２３は、チャネル形成領域の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２３は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出したゲートＳｉ−Ｏ膜６の上層に形成されている。前記不純物捕獲層２４は、ソース・ドレイン電極９１，９２，９３の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２１は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した層間ＳｉＯ膜８の上層に形成されている。

本発明の実施形態２によれば、ガラス基板１上に遮光電極３を形成した場合と比較して、遮光電極３のガラス基板１に対する密着性を向上させることができるという利点がある。

なお、本発明の実施形態２において、汚染防止ＳｉＯ膜４１，４２及び層間分離ＳｉＯ膜８をＳｉＮ膜及びＳｉＯＮ膜に置き換えてもよい。その場合、ｐ−Ｓｉ膜５外部からの不純物汚染をより一層防止できる。

（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態３に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの構造を示す断面図である。

図３に示す本発明の実施形態３に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴは、実施形態１における遮光電極３を設けず、ガラス基板１の上層に不純物捕獲層２１だけを設けた構造に構成したものである。

本発明の実施形態３において、前記不純物捕獲層２１は、遮光電極３が設けられていないため、前記不純物捕獲層２１は、ガラス基板１の上層全面に形成されている。前記不純物捕獲層２２は、ｐ−Ｓｉ膜５の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２２は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した汚染防止ＳｉＯ膜４１の上層に形成される。前記不純物捕獲層２３は、チャネル形成領域の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２３は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出したゲートＳｉ−Ｏ膜６の上層に形成される。前記不純物捕獲層２４は、ソース・ドレイン電極９１，９２，９３の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２１は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した層間ＳｉＯ膜８の上層に形成される。

本発明の実施形態３によれば、実施形態１における遮光電極３を形成する工程を省略することができるという利点がある。

図３に示す低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴは、例えば遮光構造を必須としない製品群（携帯電話及び携帯ゲーム機等）の液晶表示装置及び自発光表示装置等に応用できる。

（実施形態４）
図４は、本発明の実施形態４に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの構造を示す断面図である。

図４に示す本発明の実施形態４に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴは、実施形態１における汚染防止ＳｉＯ膜４１の構造を、下層汚染防止ＳｉＮ膜４２、或いは下層汚染防止ＳｉＯＮ膜４２及び上層汚染防止ＳｉＯ膜４１による多層構造に構成したものである。

本発明の実施形態４において、前記不純物捕獲層２２は、ｐ−Ｓｉ膜５の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２２は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した汚染防止ＳｉＯ膜４１の上層に形成される。前記不純物捕獲層２３は、チャネル形成領域の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２３は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出したゲートＳｉ−Ｏ膜６の上層に形成される。前記不純物捕獲層２４は、ソース・ドレイン電極９１，９２，９３の下の部分に形成されず、前記不純物捕獲層２１は、ドライエッチングの被加工層が除去されて露出した層間ＳｉＯ膜８の上層に形成される。

本発明の実施形態４によれば、ガラス基板１側からの不純物汚染を一層防止できるだけでなく、不純物捕獲層２２と下層汚染防止ＳｉＮ膜４２或いは下層汚染防止ＳｉＯＮ膜４２との相乗効果によって、汚染防止膜全体の厚さを薄くすることができるという利点がある。

（実施例）
次に、本発明の実施形態に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴ、特に図３に示す実施形態３に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴを例にとって、その作用及び効果を実施例として詳細に説明する。

図５は、本発明の実施形態３に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの構造を示す断面図である。図６は、図５に示す本発明の実施形態３に係る作用及び効果を説明するに際して用いる、ＣｌとＦの深さ濃度分布とＮａの深さ強度分布を示す図である。図７は、図５に示す本発明の実施形態３に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴに係る作用及び効果を説明するに際して用いる、ＣｌとＦの深さ濃度分布とＫの深さ強度分布を示す図である。これらの図を用いて本発明の実施形態３に係る作用及び効果を説明する。

図６及び図７は、図５に示す低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの絶縁膜領域において、図中の矢印方向に二次イオン質量分光（以下、ＳＩＭＳという。）分析を行った場合における結果である。図６及び図７においては、横軸原点をガラス基板表面位置とし、横軸−１４００ｎｍ付近をガラス基板最上面位置として、ハロゲン元素（ＣｌとＦ）濃度とアルカリ元素（ＮａとＫ）強度の深さ分布を表している。

アルカリ元素は、ＳＩＭＳ分析時の絶縁膜、特にＳｉＯ膜中における移動速度が速く、正確な濃度分布を与えないため、強度分布で深さ方向の存在を表している。なお、図５に示す低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴでは、有機平坦化膜１１をアルカリ元素の供給源としても利用している。また、図６及び図７に示すＡ、Ｂ、Ｃの場所は、それぞれ図５中のＡ部、Ｂ部、Ｃ部の場所におおよそ対応している。図８に示す表１に、図６及び図７のＳＩＭＳ分析条件を纏めている。

図５に示す低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴにおいては、図中のＡ部（ゲートＳｉＯ膜上）とＢ部（層間分離ＳｉＯ膜上）に本発明を適用した。図９に示す表２に、それぞれの処理条件（ドライエッチング条件及びアッシング条件）を纏めている。

被エッチング膜と下地材料（ガラス基板や絶縁膜等）とのエッチング選択比が小さい場合は、基板バイアスよりもドライエッチングの超過処理時間及びアッシング時間を調整して、各絶縁膜上層のＣｌとＦの濃度および深さを制御するのが好ましい。

逆にエッチング選択比が大きい場合は、処理時間に加えて、基板バイアスも調整して、各絶縁膜上層のＣｌとＦの濃度と深さを制御することができる。

なお、超過処理時間及び基板バイアスの調整によって、絶縁膜上層のＣｌとＦの濃度と深さを制御するのは、他のエッチング条件、例えば放電電力、ガス圧力、ガス流量等を変えてしまうと、目的とする加工精度が損なわれてしまうからである。ちなみに超過処理時間の調整は、時として加工寸法の細りを生じる場合があったが、幅広いドライエッチング条件において、３００ｍｍ×３５０ｍｍサイズのガラス基板面内のパターン寸法に対し、最大サイドエッチング量３００ｎｍ以下（片側寸法）で調整することができた。

一般にアルカリ元素の絶縁膜中の移動速度は、ＳｉＯ膜＞ＳｉＮ膜である。そのため、移動速度の速いＳｉＯ膜から移動速度の遅いＳｉＮ膜へとアルカリ元素が通過する際は、アルカリ元素の移動速度が減速され、ＳｉＯ膜→ＳｉＮ膜界面でアルカリ元素が滞留する結果、ＳＩＭＳ分析時の検出強度が増加する。これは、例えば図６中と図７中のＣ部の界面構成に相当する。

逆に、移動速度の遅いＳｉＮ膜から移動速度の速いＳｉＯ膜へとアルカリ元素が通過する際は、アルカリ元素の移動速度は減速されず、ＳｉＮ膜→ＳｉＯ膜界面でアルカリ元素が滞留しない結果、ＳＩＭＳ分析時の検出強度が増加しない。これは、例えば図６中と図７中のＢ部の界面構成に相当する。

そして同じ絶縁膜中であれば、アルカリ元素の移動速度に差が生じない限り、ＳＩＭＳ分析時の検出強度にも差は現れない。これは、例えば図６及び図７のＡ部の界面構成に相当する。

図６及び図７のＢ部を見て明らかなように、本来ならばアルカリ元素が滞留せず、ＳＩＭＳ分析時の検出強度が増加しないはずのＳｉＮ膜１０→ＳｉＯ膜８界面でアルカリ元素の検出強度が鋭く増加している。これは、アルカリ元素の移動速度がＳｉＮ膜１０→ＳｉＯ膜界面８で急激に減速されていることを示している。この減速効果は、特許文献４や特許文献５の技術に示されるように、ハロゲン元素によるアルカリ元素のトラップ（捕獲）作用あるいはゲッタリング作用によるものである。なお、図６及び図７のＡ部にアルカリ元素の鋭い強度ピークが得られなかった理由としては、Ｂ部で大半のアルカリ元素が捕獲されたこと等が考えられる。

種々の検討の結果、ハロゲン元素によるアルカリ元素の捕獲作用は、アルカリ元素以外の陽イオン系不純物全般（例えばＡｌやＢ等の金属元素等）に対しても一定の作用をすることがわかった。また同じハロゲン元素でも捕獲作用の度合いが異なり、Ｃｌ＞Ｆであることもわかった。

さらにハロゲン元素の濃度と深さをある範囲内に制御しないと、配線金属の腐食や素子特性の劣化等が生じることもわかった。つまり、ハロゲン元素を絶縁膜中に所定深さ、所定濃度を含有させないと十分な不純物捕獲作用を得られないが、各々の所定範囲を超えてしまうと悪影響が出ると言うことである。悪影響が出ず、十分な効果が得られる処理範囲（絶縁膜表層のＣｌとＦの濃度範囲および深さ範囲）を表３に纏めている。

以上の結果、前記不純物捕獲層中の塩素濃度が１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１Ｅ２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、フッ素濃度が１Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１Ｅ２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが望ましいものである。前記不純物捕獲層中の塩素含有深さが５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、フッ素含有深さが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが望ましいものである。

以上説明したように本発明によれば、ガラス基板及び絶縁膜の上層に不純物捕獲層を自ら備えているため、従来の技術よりも汚染防止膜全体の厚さを薄くでき、従来の技術よりも製造時間及び製造コストを削減できる。

本発明の実施形態１に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの構造及び製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの構造を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの構造を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る作用及び効果を説明するために用いた低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの構造を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの作用及び効果を説明するＣｌとＦの深さ濃度分布とＮａの深さ強度分布を示す図である。 本発明の実施形態に係る低温ｐ−Ｓｉ ＴＦＴの作用及び効果を説明するＣｌとＦの深さ濃度分布とＫの深さ強度分布を示す図である。 図８に示す表１は、ＳＩＭＳ分析条件を示す表である。 図９に示す表２は、本発明の実施形態における処理条件例を示す表である。 図１０に示す表３は、本発明の実施形態における処理範囲を示す表である。

符号の説明

１ ガラス基板
２１ ガラス基板上の不純物捕獲層
２２ 汚染防止ＳｉＯ膜上の不純物捕獲層
２３ ゲートＳｉＯ膜上の不純物捕獲層
２４ 層間分離ＳｉＯ膜上の不純物捕獲層
３ 遮光電極
４１ 上層汚染防止ＳｉＯ膜
４２ 上層汚染防止ＳｉＯ膜
５ ｐ−Ｓｉ膜
６ ゲートＳｉＯ膜
７ ゲート電極
８ 層間分離ＳｉＯ膜
９１ ドレイン電極
９２ ドレイン電極
９３ ドレイン電極
１０ 保護ＳｉＮ膜
１１ 有機平坦化膜

Claims (10)

1. 多成分ガラス基板の上方に遮光電極を備え、前記遮光電極の上方に単層または多層の汚染防止絶縁膜を備え、前記汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を備え、前記多結晶シリコン膜の上方にゲート絶縁膜を備え、前記ゲート絶縁膜の上方にゲート電極を備え、前記ゲート電極の上方に層間分離絶縁膜を備え、前記層間分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを開口して前記多結晶シリコン膜と導電接続されたソース・ドレイン電極を少なくとも備えた薄膜トランジスタにおいて、
   前記多成分ガラス基板の上層、前記汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. 前記多成分ガラス基板と前記遮光電極の間に単層または多層の第１の汚染防止絶縁膜を備え、前記の上方に単層または多層の第２の汚染防止絶縁膜を備え、前記第２の汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を備えており、
   前記第１の汚染防止絶縁膜の上層、前記第２の汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を有す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。
3. 多成分ガラス基板の上方に単層または多層の汚染防止絶縁膜を備え、前記汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を備え、前記多結晶シリコン膜の上方にゲート絶縁膜を備え、前記ゲート絶縁膜の上方にゲート電極を備え、前記ゲート電極の上方に層間分離絶縁膜を備え、前記層間分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを開口して前記多結晶シリコン膜と導電接続されたソース・ドレイン電極を少なくとも備えた薄膜トランジスタにおいて、
   前記多成分ガラス基板の上層、前記汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
4. 前記不純物捕獲層中の塩素濃度が１Ｅ１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１Ｅ２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であり、フッ素濃度が１Ｅ１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１Ｅ２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする請求項１、２又は３のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
5. 前記不純物捕獲層中の塩素含有深さが５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、フッ素含有深さが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。
6. 多成分ガラス基板の上方に遮光電極を形成する工程と、前記遮光電極の上方に単層または多層の汚染防止絶縁膜を形成する工程と、前記汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜の上方にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上方にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の上方に層間分離絶縁膜を形成する工程と、前記層間分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを開口して前記多結晶シリコン膜と導電接続されたソース・ドレイン電極を形成する工程とを少なくとも備えた薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記多成分ガラス基板の上層、前記汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を形成する工程を備えることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
7. 多成分ガラス基板の上方に単層または多層の第１の汚染防止絶縁膜を形成する工程と、前記第１の汚染防止絶縁膜の上方に遮光電極を形成する工程と、前記遮光電極の上方に単層または多層の第２の汚染防止絶縁膜を形成する工程と、前記第２の汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜の上方にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上方にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の上方に層間分離絶縁膜を形成する工程と、前記層間分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを開口して前記多結晶シリコン膜と導電接続されたソース・ドレイン電極を形成する工程とを少なくとも備えた薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記第１の汚染防止絶縁膜の上層、前記第２の汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を形成する工程を備えることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
8. 多成分ガラス基板の上方に単層または多層の汚染防止絶縁膜を形成する工程と、前記汚染防止絶縁膜の上方に多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜の上方にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜の上方にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の上方に層間分離絶縁膜を形成する工程と、前記層間分離絶縁膜と前記ゲート絶縁膜とを開口して前記多結晶シリコン膜と導電接続されたソース・ドレイン電極を形成する工程とを少なくとも備えた薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記多成分ガラス基板の上層、前記汚染防止絶縁膜の上層、前記ゲート絶縁膜の上層、前記層間分離絶縁膜の上層の少なくとも一つに、塩素とフッ素の双方または片方を含む不純物捕獲層を形成する工程を備えることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
9. 前記不純物捕獲層を形成する工程が、少なくとも塩素系ガスとフッ素系ガスの双方または片方を含むドライエッチング工程と、少なくともフッ素系ガスを含むアッシング工程の双方または片方を同時に実行することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
10. 前記不純物捕獲層中の塩素濃度とフッ素濃度および塩素含有深さとフッ素含有深さを、前記ドライエッチング工程の超過処理時間と基板バイアスの双方または片方および前記アッシング工程の処理時間の少なくとも一方によって制御することを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。

Images