JP3130659B2 - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は薄膜トランジスタ(Th
in Film Transistor以下TFTとい
う)とその製造方法に係り、特にTFTのゲート酸化膜
として適した良好な膜質であり、且つ膜厚の均一なSi
2 膜を有するTFT及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ファクシミリ用のイメージセンサ、液
晶、薄膜IC等に用いられるTFTのゲート酸化膜は、
大面積基板上にTFTを構成するとき、均一な膜質であ
ることとともに、その膜厚の均一性も求められる。
【0003】従来このようなTFTに適したゲート酸化
膜用SiO2 膜はCVD法で製造されることがよく知ら
れている。またCVD法によりSiO2 膜を形成するこ
とも周知である(例えば特開昭61−63020号公
報、特開昭62−216261号公報、特開平1−23
8024号公報、特開平2−93069号公報、特開平
2−170974号公報等参照)。
【0004】従来の代表的なゲート酸化膜用のSiO2
膜の製造方法によって形成されたSiO2 膜は(1)テ
トラエトキシンラン〔Si(OC2 5 4 〕(以下T
EOSという)とO2 ガスによる減圧CVD法(LPC
VD法)で形成したSiO2膜、(2)スパッタ法によ
り形成したSiO2 膜、(3)ECRプラズマCVD法
によって形成したSiO2 膜(4)TEOSとO2 ガス
によるプラズマCVD法(P−CVD法)により形成し
たSiO2 膜等がある。
【0005】これらのゲート酸化膜用SiO2 膜の特性
を表1に示す。
【0006】
【表1】
【0007】一般にゲート酸化膜用SiO2 膜として
は、耐圧6MV/cm以上、界面準位密度は1×1011
/cm2 ・eV以下、屈折率1.46程度のものが求めら
れている。
【0008】表1から明らかな如く、(1)TEOS+
2 ガスのLP−CVD法によるSiO2 膜は耐圧が低
く、屈折率が変動する等の問題点がある。 (2) スパッタ法によるSiO2 膜は、ステップカバレー
ジが悪く、ゲートリークを発生し易いという問題点があ
る。
【0009】(3) ECRプラズマCVD法によるSiO
2 膜は界面準位密度が大きく、TFTを形成した場合、
素子のオフ電流が大きいという問題点がある。 (4) TEOS+O2 ガスのP−CVD法によるSiO2
膜は表1に示す特性では最も優れたものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところが、TEOS+
2 ガスによるP−CVD法によってSiO2 膜を形成
するための従来の装置はサス・ステンレス・チャンバー
を使用しなければならない。そして、このサス・ステン
レス・チャンバーの不純物が生成する酸化膜中に混入し
易いこと、酸化膜の成膜温度が450℃以下と低く、高
温での膜生成が不可能であるという問題点がある。
【0011】さらに、このTEOS+O2 ガスによるP
−CVD法によって、大面積基板上にSiO2 膜を形成
する場合、膜の膜厚、膜質の均一性を得るために、チャ
ンバー内に均一なプラズマを生成させるべく、チャンバ
ーの外側に設ける平板電極を平行にし、このサス又はA
l電極内で製造しなければならない。
【0012】このため、この平行平板電極のサイズより
大きな基板にSiO2 膜を成膜するのは困難である。従
って、本発明の目的はTEOS+O2 ガスによるP−C
VD法によって大面積基板上に均一な膜厚で且つ均質な
ゲート酸化膜に適したSiO2 膜を成膜することであ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明者は、鋭意研究の結果、TEOS+O2 ガス
によるCVD法において、成膜温度を550℃〜650
℃として、プラズマを少量アシストしてSiO2 膜を成
膜することによって、大面積基板に均一な膜厚と膜質を
有するSiO2 膜を生成することが出来ることを見出し
た。
【0014】この時、O2 プラズマを発生させるための
電極は、チャンバー内に均質なプラズマを発生させる必
要はない、したがって従来のごとく平行平板電極を用い
ることなく、棒状電極で十分に均質なSiO2 膜を得る
ことができる。
【0015】
【作用】熱CVD法によるSiO2 膜の成膜は620℃
程度からはじまり、膜厚の均一性はこれのみで十分であ
るが、膜質の改善のために、O2 プラズマを発生させる
ものである。
【0016】プラズマを発生させることにより、低い温
度領域でも均一に成膜することができる。これにより大
面積基板に良質なSiO2 膜を均一な膜厚で得ることが
できる。
【0017】
【実施例】本発明の一実施例を図1〜図4によって説明
する。図1は本発明よにる薄膜トランジスタを製造する
CVD装置を示す概略構成図であり、図1(a)は装置
の断面図、図1(b)は装置の平面図を示す。
【0018】図1において、1は石英チャンバー、2は
試料基板、3、4はガス導入口、5は排気ポンプ、6は
ヒータ、7、7′は棒状電極を示す。ガス導入口3、4
からそれぞれO2 ガス、TEOSガスが石英チャンバー
1に導入される。また排気ポンプ5により石英チャンバ
ー1内の圧力を減圧する。
【0019】石英チャンバー1の外部に設けられたヒー
タ6により、石英チャンバー内の成膜温度を制御する。
本実施例において、石英チャンバー1とヒータ6の間に
例えば直径2cmの一対の棒状電極7、7′が設けられ
ており、両者に電圧を印加することにより石英チャンバ
ー1内にO2 プラズマを発生させるものである。
【0020】次にこの装置を用いたSiO2 膜の成膜方
法について説明する。石英チャンバー1内に例えば30
cm×30cm角の大面積の試料基板2・・・を図示省
略した支持台上に対向する形で載置し、次に示す如き成
膜条件によって試料基板2上にSiO2 膜を成膜する。
【0021】 TEOSガス 50sccm O2 ガス 500sccm 電力 100W 成膜温度 600℃ 圧力 0.05Torr〜2.0Torr この条件で成膜した膜を550℃以上の温度で長時間ア
ニールすることにより、より安定化したSiO2 膜を得
ることができる。なおTEOSガスやO2 ガスのそれぞ
れの量を変えても、同様な安定化したSiO2 膜を得る
ことができる。
【0022】形成したSiO2 膜は屈折率1.46、耐
圧、界面準位密度はともに、従来のTEOS+O2 ガス
によるP−CVD法によるものと変わらない良好な特性
を示す。しかもステップカバレージもCVD法により形
成するため良好である。
【0023】本実施例の如き大面積の試料基板にSiO
2 膜を形成する場合、その膜厚のバラツキが素子の特性
に影響する。そして膜厚の均一性は主にその成膜温度に
関係する。
【0024】図2に30cm×25cm基板に成膜した
TEOS+O2 ガスによる本実施例のCVD法により形
成したSiO2 膜の膜厚のバツラキと成膜温度の関係を
示す。
【0025】なお、この時の成膜条件は、次の通りであ
る。 TEOS: 50sccm O2 300sccm 電力 100W 圧力 0.05Torr〜2.0Torr 図2から明らかな如く、成膜温度を550℃以上とする
ことにより膜厚のバラツキが18%以下に押さえること
が出来、実用的均性が得られる。
【0026】熱CVD法によるSiO2 膜の成膜は62
0℃から初まるが、本発明ではプラズマをかけるため、
より低い温度領域においても均一に成膜できる。しかし
図2からも示される如くその成膜温度は550〜650
℃が適当である。
【0027】また、電力も本実施例では100Wの例に
ついて述べたがこの値に限定されるものではなく、必要
に応じて10W〜500Wの間の値をとることができ
る。次に本発明によるSiO2 膜をゲート酸化膜として
用いたTFTの一例として、ガラス基板上にC−MOS
FETから成るTFTを形成する場合の製造工程を図
3、図4によって説明する。
【0028】まず、ガラス基板として、例えば日本電気
ガラス社製のネオセラム(商品名)ガラス基板31を用
意し、このネオセラムガラス基板31上にジシラン(S
26 )ガスを用いた減圧CVD法によりアモルファ
スシリコン(a−Si)層32を約1000Åの厚さで
成膜する(図3(a)参照)。
【0029】成膜条件は以下の通りである。 Si2 6 ガス 100sccm 圧力 0.3Torr Heガス 200sccm 加熱温度 450〜570℃ 膜厚成長速度 50Å〜500Å/分 次にa−Si層32をN2 雰囲気中で550℃〜600
℃で8時間〜56時間加熱し固相成長させ固相成長した
膜32′とする。
【0030】固相成長した膜32′にフィールド酸化膜
用のSiO2 膜33をRFスパッタリングにより形成し
た後、レジストによりパターニングしてチャンネル部を
開孔する(図3(b)参照)。
【0031】SiO2 膜を含む基板上に本発明のゲート
酸化膜用のSiO2 膜34′を形成する。この時の成膜
条件は前記実施例と同様にする。 TEOSガス 50sccm O2 ガス 500sccm 電力 100W 成膜温度 600℃ 圧力 0.05Torr〜2.0Torr 膜厚 500Å〜1500Å 生成した膜を550℃以上の温度で長時間アニールす
る。
【0032】次にこのSiO2 膜34′上にゲート電極
用のa−Si層35′を形成する(図3(c)参照)。
レジストを用いた2段階のエッチングにより、ゲート電
極のパターニングを行い、ゲート酸化膜34、ゲート電
極35を形成する(図3(d)参照)。
【0033】イオン打込み用のマスクとして、一方のチ
ャンネル部開孔部にレジスト36を形成し、開孔部に第
1のドーパントイオン、例えばリン(P)イオンをドー
プする(図3(c)参照)。
【0034】このレジスト36を剥離し、第2のイオン
打込み用マスクのためのレジスト37を形成し、開孔部
に例えばホウ素(B)イオンをドープし、C−MOSF
ETを形成する(図3(f)参照)。
【0035】次にレジスト37を剥離後、N2 雰囲気中
550℃〜600℃で24時間加熱し、ドーパントの活
性化とゲート電極のa−Si層35の結晶化を行う。さ
らに例えばH2 雰囲気中で400℃、30分間加熱して
水素化を行い、チャンネル層を含む半導体層の欠陥準位
を減少させる(図4(a)参照)。
【0036】この後、基板全体にスパッタリングによっ
て層間絶縁膜としてSiO2 膜38を形成する(図4
(b)参照)。次にこのSiO2 膜38にコンタクトホ
ールを形成し、電極用のアルミニウム膜を成膜後、パタ
ーンニングして、ガラス基板上の非単結晶半導体層中に
低温プロセスによりC−MOSFETを完成する。
【0037】
【発明の効果】本発明により形成するゲート酸化膜用S
iO2 膜は従来のTEOS+O2 ガスによるP−CVD
法によるSiO2 膜と同様に良質なSiO2 膜を、例え
ば30cm×30cm角の如き大面積基板に均一な膜厚
と膜質を保った状態で成膜することができる。
【0038】また本発明により形成したSiO2 膜を用
いることにより、ステップカバレージがすぐれ、界面準
位密度が小さく、耐圧の大きいゲート酸化膜が得られ
る。従って、このゲート酸化膜を用いたTFTは活性S
i層の厚みを厚く出来、TFTの移動度を大きくするこ
とが出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による薄膜トランジスタを製造するCV
D装置の概略構成図である。
【図2】本発明により成膜したSiO2 膜の膜厚のバラ
ツキと成膜温度の関係を示す図である。
【図3】本発明により成膜したSiO2 膜を用いたC−
MOSFETの製造工程説明図の一部である。
【図4】本発明により成膜したSiO2 膜を用いたC−
MOSFETの製造工程説明図のうち図3の次工程説明
図である。
【符号の説明】
1 石英チャンバー 2 試料基板 6 ヒータ 7、7′ 棒状電極 34 ゲート酸化膜 35 ゲート電極

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 薄膜トランジスタに用いるゲート酸化膜
    として、テトラエトキシシラン(TEOS)ガスと酸素
    ガスによるプラズマCVD法によって、成膜温度を55
    0℃〜650℃にし、棒状電極によって酸素プラズマを
    発生させつつ成膜したSiO2 膜を用いることを特徴と
    する薄膜トランジスタ。
  2. 【請求項2】 薄膜トランジスタに用いるゲート酸化膜
    として、テトラエトキシシラン(TEOS)ガスと酸素
    ガスによるプラズマCVD法によって、成膜温度を55
    0℃〜650℃にし、棒状電極によりプラズマを発生さ
    せつつ成膜する工程を具備する薄膜トランジスタの製造
    方法。
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