JP3533830B2

JP3533830B2 - 薄膜トランジスタの製造方法

Info

Publication number: JP3533830B2
Application number: JP18250796A
Authority: JP
Inventors: 光敏宮坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1996-07-11
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 2004-05-31
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JPH1027911A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレイ
のアクティブマトリクス基板などに構成する薄膜トラン
ジスタの製造方法に関するものである。更に詳しくは、
本発明は、薄膜トランジスタの下地保護膜やゲート絶縁
膜から固定電荷を除去するための技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴとい
う。）を用いた薄膜装置などでは基板の表面側に絶縁膜
を形成する工程が何度かある。たとえば液晶ディスプレ
イのアクティブマトリクス基板の製造工程では、基板上
に下地保護膜や薄膜トランジスタのゲート絶縁膜をプラ
ズマＣＶＤ法（プラズマ化学気相堆積法）やスパッタ法
などで形成する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、半導体膜に接
する下地保護膜やゲート絶縁膜などをプラズマＣＶＤ法
やスパッタ法などで形成すると、これらの絶縁膜中に固
定電荷が生じやすく、このような固定電荷の存在はＴＦ
Ｔの電気的特性を低下させるという問題点がある。たと
えば図７に示すように、基板１０上の下地保護膜１１に
固定電荷が存在すると、その表面に形成したチャネル領
域１７では下地保護膜１１と接する部分に余分なチャネ
ル１７０（いわゆるバックチャネル）が形成され、オフ
リーク電流が増大する原因となる。このような現象はチ
ャネル領域１７が薄い程顕著である。また、ＴＦＴのソ
ース・ドレイン領域１６から注入された電荷が下地保護
膜１１やゲート絶縁膜１３の固定電荷と結合することが
あるが、このような挙動は時間的に変化するため、ＴＦ
Ｔの電気的特性に経時的変化が現れてしまう。

【０００４】本発明の課題は、ＴＦＴの下地保護膜など
の絶縁膜から固定電荷を除去することが可能なＴＦＴの
製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るＴＦＴの製造方法では、基板の表面側
に下地保護膜としての絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程
と、該絶縁膜を液中に浸漬して前記絶縁膜から固定電荷
を除去する固定電荷除去工程と、該絶縁膜の表面に薄膜
トランジスタを構成するための半導体膜を形成する半導
体膜形成工程とを有することを特徴とする。

【０００６】

【０００７】本発明では絶縁膜形成工程において形成し
た絶縁膜を液中に浸漬することによって絶縁膜から固定
電荷を除去しているため、この絶縁膜をＴＦＴの下地保
護膜に用いた場合には絶縁膜中への電荷の注入が起こり
にくい分、ＴＦＴの電気的特性において経時的な安定性
が向上する。また、固定電荷を除去した絶縁膜をＴＦＴ
の下地保護膜に用いるためチャネル領域にバックチャネ
ルが形成されることがないので、オフリーク電流を低減
できる。さらに、固定電荷を除去する方法として液中へ
の浸漬という方法を採用しているので、基板に形成した
絶縁膜全体を一括して処理でき、簡単な工程で済むとい
う利点もある。

【０００８】本発明では前記固定電荷除去工程を行った
後に、酸化性ガス含有雰囲気中で前記絶縁膜に熱処理を
行うことが好ましい。このような熱処理を行うと、絶縁
膜は焼き締めされて緻密化し、かつシリコン原子と酸素
原子との結合は弱くて不安定な状態から強くて安定な状
態となる。また、絶縁膜中では禁制帯中の電子やホール
に対するトラップ準位が減少する。それ故、ＴＦＴの電
気的特性は初期的および経時的の双方においてさらに向
上する。

【０００９】本発明において前記固定電荷除去工程で
は、前記絶縁膜を電解液中または純水中のいずれかに浸
漬する。また、前記固定電荷除去工程では前記絶縁膜を
電解液中に浸漬した後、純水中に浸漬してもよい。この
場合に前記液中には気体を吹き込んで該液をバブリング
しながら前記絶縁膜を浸漬することが好ましい。

【００１０】本発明において前記絶縁膜形成工程では、
前記絶縁膜をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法により形成
する。このようなプラズマを利用して絶縁膜を形成する
成膜方法では低圧ＣＶＤ法などに比較して絶縁膜中に固
定電荷が生じやすい分、本発明を適用したときの効果が
顕著である。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１、２を参照して本発明の実施
の形態を説明する。図１は請求項１に係る発明のＴＦＴ
の製造方法の工程を例示した工程図であり、図２は請求
項２に係る発明のＴＦＴの製造方法の工程を例示した工
程図である。

【００１２】［第１の実施の形態］ガラス基板などの表
面にＴＦＴを製造する場合には、一般に図１に示すよう
に、ガラス基板などの上にシリコン酸化膜などからなる
下地保護膜を形成する下地保護膜形成工程ＳＴ１１、少
なくともチャネル領域を構成するシリコン膜を形成する
半導体膜形成工程ＳＴ１２、チャネル領域の表面にシリ
コン酸化膜などからなるゲート絶縁膜を形成するゲート
絶縁膜形成工程ＳＴ１３、ゲート絶縁膜の上にタンタル
膜などのゲート電極を形成するゲート電極形成工程ＳＴ
１４、半導体膜に不純物イオンを導入する不純物導入工
程ＳＴ１５、それらの表面を覆うシリコン酸化膜などの
層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程ＳＴ１６、層
間絶縁膜にコンタクトホールを開けるコンタクトホール
形成工程ＳＴ１７、これらのコンタクトホールを介して
ソース・ドレイン領域に電極を接続させるソース・ドレ
イン電極形成工程ＳＴ１８をこの順に行う。

【００１３】これらの工程によって形成される各薄膜の
うち、本実施の形態では下地保護膜の膜質を向上させる
ことに特徴を有する。

【００１４】本実施の形態において下地保護膜の膜質を
向上させる場合には、基板の表面に下地保護膜（絶縁
膜）をプラズマＣＶＤ法やスパッタ法などにより形成し
た後に（下地保護膜形成工程ＳＴ１１／絶縁膜形成工
程）、この下地保護膜を所定の温度に設定した液中に浸
漬してこの絶縁膜から固定電荷を除去する固定電荷除去
工程ＳＴ２１を行う。

【００１５】この固定電荷除去工程ＳＴ２１では、下地
保護膜を形成した後の基板を硫酸水溶液や炭酸水溶液な
どといった酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモニ
ア水溶液などといったアルカリ水溶液に浸漬し（電解液
浸漬処理Ｔ２１１）、次に基板を純水中に浸漬して基板
から上記の電解液を洗い落した後に（純水浸漬処理ＳＴ
２１２）、基板に対する乾燥を行う（乾燥処理ＳＴ２１
３）。この固定電荷除去工程ＳＴ２１では、下地保護膜
を形成した後の基板を電解液に浸漬せずに基板をそのま
ま純水に浸漬し（純水浸漬処理ＳＴ２１２）、その後に
基板に対する乾燥を行ってもよい（乾燥処理ＳＴ２１
３）。いずれの場合でも、基板を浸漬する液には水蒸気
や炭酸ガスなどを吹き込んで液をバブリングしながら基
板の浸漬を行うことが好ましい。

【００１６】そして、下地保護膜の表面に非晶質、結晶
質、或いはそれらの混晶質のシリコン膜などといった半
導体膜を形成する（半導体膜形成工程ＳＴ１２）。続い
てレーザアニールなどを行い、半導体膜を結晶化させる
場合がある（結晶化工程ＳＴ２０）。

【００１７】次に半導体膜の表面に、プラズマＣＶＤ法
やスパッタ法などによりゲート絶縁膜を形成する（ゲー
ト絶縁膜形成工程ＳＴ１３／絶縁膜形成工程）。

【００１８】本実施の形態においてゲート絶縁膜の膜質
を向上させるときには、このゲート絶縁膜を所定の温度
に設定した液中に浸漬してこの絶縁膜から固定電荷を除
去する固定電荷除去工程ＳＴ２２を行う。

【００１９】この固定電荷除去工程ＳＴ２２でも、ゲー
ト絶縁膜を形成した後の基板を硫酸水溶液や炭酸水溶液
などといった酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモ
ニア水溶液などといったアルカリ水溶液に浸漬し（電解
液浸漬処理ＳＴ２２１）、次に基板を純水中に浸漬して
基板から上記の電解液を洗い落した後に（純水浸漬処理
ＳＴ２２２）、基板に対する乾燥を行う（乾燥処理ＳＴ
２２３）。この固定電荷除去工程ＳＴ２２では、下地保
護膜を形成した後の基板を電解液に浸漬せずに基板をそ
のまま純水に浸漬し（純水浸漬処理ＳＴ２２２）、その
後に基板に対する乾燥を行ってもよい（乾燥処理ＳＴ２
２３）。いずれの場合でも、基板を浸漬する液には水蒸
気や炭酸ガスなどを吹き込んで液をバブリングしながら
基板の浸漬を行うことが好ましい。

【００２０】しかる後にゲート絶縁膜の表面にゲート電
極を形成する（ゲート電極形成工程ＳＴ１４）。

【００２１】このような工程を経て製造したＴＦＴで
は、下地保護膜およびゲート絶縁膜を固定電荷除去工程
ＳＴ２１、ＳＴ２２において液中に浸漬することによっ
て、これらの絶縁膜から固定電荷を除去しているので、
ＴＦＴを動作させたときに下地保護膜やゲート絶縁膜へ
の電荷の注入が起こりにくい分、ＴＦＴの電気的特性
は、経時的な安定性が高い。また、固定電荷を除去した
絶縁膜をＴＦＴの下地保護膜に用いているので、チャネ
ル領域にバックチャネルが形成されない。それ故、ＴＦ
Ｔのオフリーク電流を低減できる。また、固定電荷を除
去した絶縁膜をゲート絶縁膜に用いているので、ドレイ
ン端への電子などの注入がない分、絶縁耐圧が高い。よ
って、ＴＦＴの初期的な電気的特性も向上する。さら
に、固定電荷を除去する方法として液中への浸漬という
方法を採用しているので、基板に形成した絶縁膜全体を
一括して処理でき、簡単な工程で済むという利点もあ
る。特に本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法やスパッ
タ法により形成した下地保護膜やゲート絶縁膜に対して
上記の固定電荷除去工程ＳＴ２１、ＳＴ２２を行ってい
るため、その効果が顕著である。すなわち、プラズマＣ
ＶＤ法やスパッタ法により形成した絶縁膜は、低圧ＣＶ
Ｄ法などといった他の成膜法に比較して固定電荷が生じ
やすい傾向にある分、このような絶縁膜に本発明を適用
すると、その効果が顕著である。

【００２２】[第２の実施の形態] 本実施の形態でも、図２に示すように、下地保護膜形成
工程ＳＴ１１、半導体膜形成工程ＳＴ１２、ゲート絶縁
膜形成工程ＳＴ１３、ゲート電極形成工程ＳＴ１４、不
純物導入工程ＳＴ１５、層間絶縁膜形成工程ＳＴ１６、
コンタクトホール形成工程ＳＴ１７、ソース・ドレイン
電極形成工程ＳＴ１８をこの順に行う。

【００２３】本実施の形態において下地保護膜の膜質を
向上させるときには、基板の表面に下地保護膜をプラズ
マＣＶＤ法やスパッタ法などにより形成した後に（下地
保護膜形成工程ＳＴ１１／絶縁膜形成工程）、この下地
保護膜を所定の温度に設定した液中に浸漬してこの絶縁
膜から固定電荷を除去する固定電荷除去工程ＳＴ２１を
行う。

【００２４】この固定電荷除去工程ＳＴ２１では、下地
保護膜を形成した後の基板を硫酸水溶液や炭酸水溶液な
どといった酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモニ
ア水溶液などといったアルカリ水溶液に浸漬し（電解液
浸漬処理Ｔ２１１）、次に基板を純水中に浸漬して基板
から上記の電解液を洗い落した後に（純水浸漬処理ＳＴ
２１２）、基板に対する乾燥を行う（乾燥処理ＳＴ２１
３）。この固定電荷除去工程ＳＴ２１では、下地保護膜
を形成した後の基板を電解液に浸漬せずに、基板をその
まま純水に浸漬し（純水浸漬処理ＳＴ２１２）、その後
に基板に対する乾燥を行ってもよい（乾燥処理ＳＴ２１
３）。いずれの場合でも、基板を浸漬する液には水蒸気
や炭酸ガスなどを吹き込んで液をバブリングしながら基
板の浸漬を行うことが好ましい。

【００２５】次に本実施の形態では、固定電荷除去工程
ＳＴ２１を行った後の下地保護膜を酸素ガスや水蒸気な
どといった酸化性ガスを含有する雰囲気中で加熱する熱
処理工程ＳＴ３１を行う。

【００２６】そして下地保護膜の表面に、非晶質、結晶
質、或いはそれらの混晶質のシリコン膜などといった半
導体膜を形成する（半導体膜形成工程ＳＴ１２）。続い
てレーザアニールなどを行い、半導体膜を結晶化させる
場合がある（結晶化工程ＳＴ２０）。

【００２７】次に半導体膜の表面にプラズマＣＶＤ法や
スパッタ法などによりゲート絶縁膜を形成する（ゲート
絶縁膜形成工程ＳＴ１３／絶縁膜形成工程）。

【００２８】ここで、ゲート絶縁膜の膜質を向上させる
ときには、このゲート絶縁膜を所定の温度に設定した液
中に浸漬してこの絶縁膜から固定電荷を除去する固定電
荷除去工程ＳＴ２２を行う。

【００２９】この固定電荷除去工程ＳＴ２２でも、ゲー
ト絶縁膜を形成した後の基板を硫酸水溶液や炭酸水溶液
などといった酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモ
ニア水溶液などといったアルカリ水溶液に浸漬し（電解
液浸漬処理ＳＴ２２１）、次に基板を純水中に浸漬して
基板から上記の電解液を洗い落した後に（純水浸漬処理
ＳＴ２２２）、基板に対する乾燥を行う（乾燥処理ＳＴ
２２３）。この固定電荷除去工程ＳＴ２２では、下地保
護膜を形成した後の基板を電解液に浸漬せずに、基板を
そのまま純水に浸漬し（純水浸漬処理ＳＴ２２２）、そ
の後に基板に対する乾燥を行ってもよい（乾燥処理ＳＴ
２２３）。いずれの場合でも、基板を浸漬する液には水
蒸気や炭酸ガスなどを吹き込んで液をバブリングしなが
ら基板の浸漬を行うことが好ましい。

【００３０】次に本実施の形態では、固定電荷除去工程
ＳＴ２２を行った後のゲート絶縁膜を酸素ガスや水蒸気
などといった酸化性ガスを含有する雰囲気中で加熱する
熱処理工程ＳＴ３２を行う。

【００３１】しかる後に基板に形成したゲート絶縁膜の
表面にゲート電極を形成する（ゲート電極形成工程ＳＴ
１４）。

【００３２】このような工程を経て製造したＴＦＴで
は、先に説明したように、固定電荷除去工程ＳＴ２２、
ＳＴ２３で固定電荷を除去した下地保護膜およびゲート
絶縁膜を用いてＴＦＴを形成したので、ＴＦＴの電気的
特性は初期的および経時的の双方において向上する。ま
た、固定電荷を除去する方法として液中への浸漬という
方法を採用しているので、基板に形成した絶縁膜全体を
一括して処理でき、簡単な工程で済むという利点もあ
る。特に、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法により形成し
た下地保護膜やゲート絶縁膜に対して上記の固定電荷除
去工程ＳＴ２１、２２を行っているため、固定電荷除去
工程ＳＴ２１、２２を行った効果が顕著である。すなわ
ち、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法により形成した絶縁
膜は、低圧ＣＶＤ法などといった他の成膜法に比較して
固定電荷が生じやすい傾向にある分、このような絶縁膜
に本発明を適用すると、その効果が顕著である。

【００３３】また、本実施の形態では固定電荷除去工程
ＳＴ２１、２２を行った後に酸化性ガス含有雰囲気中で
熱処理工程ＳＴ３１、３２を行っているため、下地保護
膜やゲート絶縁膜は焼き締めされて緻密化し、かつシリ
コン原子と酸素原子との結合は弱くて不安定な状態から
強くて安定な状態となる。また、絶縁膜では禁制帯中の
電子やホールに対するトラップ準位が減少する。それ
故、ＴＦＴの電気的特性については、初期的な特性およ
び経時的な安定性の双方が向上する。

【００３４】さらに熱処理工程ＳＴ３２では、結晶化工
程ＳＴ２０で予め結晶化した半導体膜、およびゲート絶
縁膜の双方に熱処理を行うことになる。このため、半導
体膜において各シリコン原子が格子点からわずかにずれ
ていても、このような微小なずれはこの熱処理工程ＳＴ
３２で補正される。すなわち、先の結晶化工程ＳＴ２０
の際に生じた半導体膜のストレスを解放することになっ
て結晶の完全性が高まる。併せて結晶粒と結晶粒との間
にわずかに存在する非結晶部分を結晶化させるため、半
導体膜の結晶化率が高まる。また、微小結晶は再結晶化
して大きな結晶に成長し、結晶粒界を減少させる。それ
故、良質の半導体膜を得ることができる。

【００３５】［実施例］（プラズマＣＶＤ装置の構成）本発明の実施例に係るＴ
ＦＴの製造方法に用いる薄膜形成装置として、プラズマ
化学気相堆積装置（ＰＥＣＶＤ装置）の構成を図３およ
び図４を参照して説明する。図３はプラズマＣＶＤ装置
の反応室付近の概略平面図、図４は、そのＡ−Ａ′線に
おける断面図である。

【００３６】これらの図において、本例のプラズマＣＶ
Ｄ装置２００は容量結合型であり、プラズマは、高周波
電源を用いて平行平板電極間に発生させるようになって
いる。

【００３７】プラズマＣＶＤ装置２００において、反応
室２０１は反応容器２０２によって外気から隔絶され、
成膜中には約５ｍｔｏｒｒから約５ｔｏｒｒまでの減圧
状態とされる。反応容器２０２の内部には下部平板電極
２０３と上部平板電極２０４が互いに平行に配置されて
おり、これらの２枚の電極が平行平板電極を構成してい
る。下部平板電極２０３と上部平板電極２０４とからな
る平行平板電極の間が反応室２０１である。本例では、
４１０ｍｍ×５１０ｍｍの平行平板電極を用い、電極間
距離は可変である。反応室２０１の容積も電極間距離の
変更にともなって２０９１ｃｍ3 から１０４５５ｃｍ3
までの範囲で可変である。電極間距離の変更は下部平板
電極２０３の位置を上下させることにより行うことがで
き、任意の距離に設定できる。電極間距離をある値に設
定したときの平行平板電極の面内における電極間距離の
偏差はわずか０．１ｍｍである。従って、電極間に生じ
る電界強度の偏差は平行平板電極の面内において１．０
％以下であり、プラズマは反応室２０１において均質に
発生する。

【００３８】下部平板電極２０３の上には、薄膜を堆積
すべきガラス製の大型の基板２０５が置かれ、基板２０
５の縁辺部２ｍｍがシャドーフレーム２０６により押さ
えつけられる。なお、図３では、装置の構成をわかりや
すいようにシャドーフレーム２０６を省略してある。

【００３９】下部平板電極２０３の内部には、基板２０
５を加熱するためのヒータ２０７（加熱手段）が設けら
れており、下部平板電極２０３の温度は２５℃から４０
０℃までの間で任意に設定できる。電極の温度をある値
に設定したとき、周辺５ｍｍを除く下部平板電極２０３
の面内における温度分布は設定温度に対して±１．０℃
以内であり、基板２０５の大きさを４００ｍｍ×５００
ｍｍに設定しても、基板２０５の面内における温度偏差
を２．０℃以下に保つことができる。

【００４０】シャドーフレーム２０６は、例えば基板２
０５として汎用のガラス基板（例えば、コーニングジャ
パン株式会社製♯７０５９、日本電気硝子株式会社製Ｏ
Ａ−２、またはＮＨテクノグラス株式会社製ＮＡ３５
等）を用いたとき、基板２０５がヒータ２０７からの熱
によって凹形に変形するのを防ぐとともに、基板のエッ
ジ部、裏面に不要な薄膜が形成されないように基板２０
５を押さえている。

【００４１】原料となる気体と、必要に応じて追加の気
体とからなる原料ガスは、配管２０８を通して上部平板
電極２０４の内部に導入され、さらに上部平板電極２０
４の内部に設けられたガス拡散板２０９の間をすり抜け
て上部平板電極２０４の全面から略均一な圧力で反応室
２０１の流れ出る。成膜中であれば、原料ガスの一部は
上部平板電極２０４から出たところで電離し、平行平板
電極間にプラズマを発生させる。原料ガスの一部ないし
全部は成膜に関与する。これに対し、成膜に関与しなか
った残留原料ガス、および成膜の化学反応の結果として
生じた生成ガスは、排気ガスとして反応容器２０２の周
辺上部に設けられた排気穴２１０から排出される。

【００４２】排気穴２１０のコンダクタンスは平行平板
電極間のコンダクタンスの１００倍以上であることが好
ましい。さらに、平行平板電極間のコンダクタンスはガ
ス拡散板２０９のコンダクタンスよりも十分に大きく、
やはり、その値はガス拡散板２０９のコンダクタンスの
１００倍以上であることが好ましい。このように構成す
ることにより、４１０ｍｍ×５１０ｍｍの大型の上部平
板電極２０４の全面より略均一な圧力で原料ガスが反応
室２０１に導入され、同時に排気ガスが反応室２０１か
ら全ての方向に均等な流量で排出される。

【００４３】各種の原料ガスの流量は、配管２０８に導
入される前に後述するマスフローコントローラーにより
所定の値に調整される。また、反応室２０１の内部の圧
力は、排気穴の出口に設けられたコンダクタンス・バル
ブ２１１により所定の値に調整される。コンダクタンス
・バルブ２１１の排気側にはターボ分子ポンプ等の真空
排気装置（図示せず。）が設けられている。本例では、
オイル・フリーの磁気浮上型ターボ分子ポンプが真空排
気装置（真空排気手段）の一部として用いられ、反応室
内の背景真空度を１０-7ｔｏｒｒ台としている。

【００４４】このように構成したＰＥＣＶＤ装置２００
において、図４に示すように、配管２０８から反応室２
０１内に原料ガスを供給するためのガス供給部２５０
（ガス供給手段）には、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラ
ン）などといった原料ガスを充填したガスボンベ２５０
１と、これらのガスボンベ２５０１から原料ガスを反応
室２０１に供給するためのガス供給経路２５０４と、こ
の経路に介挿されたマスフローコントローラ２５０５と
が構成されている。また、ガス供給部２５０には、酸素
ガスなどといった原料ガスを充填したガスボンベ２６０
１と、これらのガスボンベ２６０１から原料ガスを反応
室２０１に供給するためのガス供給経路２６０４と、こ
の経路に介挿されたマスフローコントローラ２６０５と
が構成されている。

【００４５】なお、図３および図４には、ガスの流れを
矢印で示してある。反応容器２０２および下部平板電極
２０３は、接地電位にあり、これらと上部平板電極２０
４とは、絶縁リング２１２により電気的な絶縁状態が保
たれる。プラズマ発生時には、発振源２１３（電源）か
ら出力されたＲＦ波が増幅器２１４にて増幅された後、
マッチング回路２１５を介して上部平板電極２０４に印
加される。

【００４６】本例で用いたプラズマＣＶＤ装置２００
は、上述のとおり、電極間距離およびガス流に極めて精
巧な制御を実現したことにより、４００ｍｍ×５００ｍ
ｍの大型の基板にも対応できる薄膜形成装置として構成
されている。これらの基本的な設計思想され踏襲すれ
ば、さらに大型の基板にも容易に対応でき、５５０ｍｍ
×６５０ｍｍほどの大型の基板にも十分に対応し得る装
置を構成できる。

【００４７】本例では、ＲＦ電源を用いているが、マイ
クロ波やＶＨＦ波を発する電源を用いてもよい。また、
ＲＦ電源では、工業用ＲＦ周波数（１３．５６ＭＨｚ）
の整数倍である２７．１２ＭＨｚ、４０．６ＭＨｚ、５
４．２４ＭＨｚ、６７．８ＭＨｚ等、いずれの周波数に
設定してもよい。かかる周波数の変更は、発振源２１
３、増幅器２１４、およびマッチング回路２１５を交換
することにより容易に行うことができる。なお、電磁波
プラズマでは周波数を上げると、プラズマ中の電子温度
が上がり、ラジカルの発生が容易になる。

【００４８】（ＴＦＴの製造方法）本発明に係るＴＦＴ
の製造方法ではいくつかの絶縁膜形成工程があるが、い
ずれの絶縁膜形成工程も、図３および図４を参照して説
明したＰＥＣＶＤ装置２００を用いる。以下に、図２に
示した工程順序に沿って本例のＴＦＴの製造方法を説明
する。

【００４９】本例では図５（Ａ）に示すように、液晶表
示パネルのアクティブマトリクス基板用の基板１０とし
て大型の汎用の無アリカリガラスを用いる。

【００５０】まず、基板１０を清浄化した後、図５
（Ｂ）に示すように基板１０の上にプラズマＣＶＤ法に
よりシリコン酸化膜からなる下地保護膜１１（絶縁膜）
を形成する（下地保護膜形成工程ＳＴ１１／絶縁膜形成
工程）。

【００５１】次に図５（Ｃ）に示すように、下地保護膜
１１から固定電荷を除去するために下地保護膜１１を液
中に浸漬する（下地保護膜に対する固定電荷除去工程Ｓ
Ｔ２１）。すなわち、下地保護膜１１を形成した後の基
板１０を、まず、硫酸水溶液や炭酸水溶液などといった
酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモニア水溶液な
どといったアルカリ水溶液に浸漬する（電解液４１への
浸漬処理ＳＴ２１１）。このときの電解液４１の温度は
９５℃〜１００℃であり、電解液４１は沸騰状態にあ
る。この際には電解液４１に水蒸気や炭酸ガスなどを吹
き込んで電解液４１をバブリングしながら基板１０の浸
漬を行う。次に図５（Ｄ）に示すように、基板１０を純
水４２中に浸漬し、基板１０から上記の電解液を洗い落
とす（純水への浸漬処理ＳＴ２１２）。このときの純水
４２の温度は９５℃〜１００℃であり、純水４２は沸騰
状態にある。この際にも純水４２に水蒸気などを吹き込
んで純水４１をバブリングしながら基板１０の浸漬を行
う。しかる後に基板１０を乾燥させる（乾燥処理ＳＴ２
１３）。

【００５２】次に本発明では、図５（Ｅ）に示すよう
に、固定電荷除去工程を行った後の下地保護膜１１を酸
化性ガス含有雰囲気中で炉内での熱処理や急速加熱処理
を行う（下地保護膜に対する熱処理工程ＳＴ３１）。こ
の酸化性ガスとしては、酸素ガスを含んだ窒素ガスやア
ルゴンガス、水蒸気を含んだ窒素ガスやアルゴンガスを
用いる。ここで、水蒸気を含む雰囲気中で熱処理を行う
場合には、雰囲気温度２５０℃〜３５０℃に対して水蒸
気が露結しないように、露点が１００℃位になるような
ガスを用いる。このような酸化性ガス含有雰囲気中で熱
処理を行うと、下地保護膜１１は焼き締めされて緻密化
し、かつシリコン原子と酸素原子との結合は弱くて不安
定な状態から強くて安定な状態となる。また、下地保護
膜１１では禁制帯中の電子やホールに対するトラップ準
位が減少する。

【００５３】次に図５（Ｆ）に示すように、薄膜トラン
ジスタの能動層となるべき真性のシリコン膜などの半導
体膜１２を約１５００オングストロームの膜厚で形成す
る（半導体膜形成工程ＳＴ１２）。この半導体膜１２は
ＣＶＤ法やＰＶＤ法により形成できる。このようにして
得られる半導体膜１２は、そのままａｓ−ｄｅｐｏｓｉ
ｔｅｄ膜として薄膜トランジスタのチャネル領域などの
半導体層として用いることができる。

【００５４】また半導体膜１２は、図５（Ｇ）に示すよ
うにレーザ光などの光学エネルギーまたは電磁エネルギ
ーを短時間照射して結晶化を進めてもよい（結晶化工程
ＳＴ２０）。最初に形成した半導体膜１２が非晶質、ま
たは非晶質と微結晶とが混在する混晶質であれば、この
工程は結晶化工程と称せられる。これに対して、最初に
形成した半導体膜１２が多結晶質であれば、この工程は
再結晶化工程と称せられる。この工程においてレーザ光
などのエネルギー強度が高ければ、結晶化の際に半導体
膜１２は一度溶融し冷却固化過程を経て結晶化（溶融結
晶化）する。これに対して半導体膜１２の結晶化を溶融
せずに固相にて進める方法を固相成長法（ＳＰＣ法）と
称する。固相成長法は、５５０℃程度から６５０℃程度
の温度で数時間から数十時間をかけて結晶化をすすめる
熱処理法（Ｆｕｒｎａｎｃｅ−ＳＰＣ法）と、一秒未満
から一分程度の短時間で７００℃から１０００℃の温度
で結晶化をすすめる急速加熱処理法（ＲＴＡ法）と、お
よびレーザ光等のエネルギー強度が低いときに生じる極
短時間固相成長法（ＶＳＴ−ＳＰＣ法）との三者に主と
して分類される。いずれの方法も適用可能であるが、溶
融結晶化、ＲＴＡ法、ＶＳＴ−ＳＰＣ法では、照射時間
が非常に短時間であり、かつ、照射領域が基板１０全体
からみると局所的であるため、半導体膜１２の結晶化に
際して基板１０全体が高温に熱せられることがない。そ
れ故、基板１０には熱による変形や割れなどが生じない
ので、大型の基板１０を高い生産性をもって製造するの
に適している。

【００５５】次に図５（Ｈ）に示すように、所定のパタ
ーンをもつレジストマスク２２を形成した後、このレジ
ストマスク２２を用いて、図５（Ｉ）に示すように半導
体膜１２をパターニングし、島状の半導体膜１２とす
る。

【００５６】半導体膜１２をパターニングした後は図６
（Ａ）に示すように、プラズマＣＶＤ法によりシリコン
酸化膜からなるゲート絶縁膜１３を形成する（ゲート絶
縁膜形成工程ＳＴ１３／絶縁膜形成工程）。ゲート絶縁
膜１３の形成にあたっても様々な方法が考えられるが、
ゲート絶縁膜１３の形成温度は３５０℃以下であること
が好ましい。これは、ＭＯＳ界面やゲート絶縁膜１３が
熱劣化するのを防ぐためである。同じことは以下の全て
の工程に対してもいえる。ゲート絶縁膜１３形成後の全
ての工程温度は３５０℃以下に抑えなければならない。
このように条件設定することにより、高性能の薄膜トラ
ンジスタを容易に、かつ安定的に製造できる。

【００５７】次にゲート絶縁膜１３から固定電荷を除去
するために、図６（Ｂ）に示すようにゲート絶縁膜１３
を液中に浸漬する（ゲート絶縁膜に対する固定電荷除去
工程ＳＴ２２）。すなわち、ゲート絶縁膜１３を形成し
た後の基板１０を硫酸水溶液や炭酸水溶液などといった
酸性水溶液、中性水溶液、あるいはアンモニア水溶液な
どといったアルカリ水溶液に浸漬する（電解液４３への
浸漬処理ＳＴ２２１）。このときの電解液４３の温度は
９５℃〜１００℃であり、電解液４３は沸騰状態にあ
る。この際には電解液４３に水蒸気や炭酸ガスなどを吹
き込んで電解液４３をバブリングしながら基板１０の浸
漬を行う。次に図６（Ｃ）に示すように、基板１０を純
水４４中に浸漬し、基板１０から上記の電解液を洗い落
とす（純水への浸漬処理ＳＴ２２２）。このときの純水
４４の温度は９５℃〜１００℃であり、純水４４は沸騰
状態にある。この際にも純水４４に水蒸気などを吹き込
んで純水４４をバブリングしながら基板１０の浸漬を行
う。しかる後に基板１０を乾燥させる（乾燥処理ＳＴ２
２３）。

【００５８】次に図６（Ｄ）に示すように、固定電荷除
去工程を行った後のゲート絶縁膜１３を酸化性ガス含有
雰囲気中で加熱する（ゲート絶縁膜に対する熱処理工程
ＳＴ３２）。この酸化性ガスとしては、酸素ガスを含ん
だ窒素ガスやアルゴンガス、水蒸気を含んだ窒素ガスや
アルゴンガスを用いる。ここで、水蒸気を含む雰囲気中
で熱処理を行う場合には、雰囲気温度２５０℃〜３５０
℃に対して水蒸気が露結しないように、露点が１００℃
位になるようなガスを用いる。このような酸化性ガス含
有雰囲気中で熱処理を行うと、絶縁膜は焼き締めされて
緻密化し、かつシリコン原子と酸素原子との結合は弱く
て不安定な状態から強くて安定な状態となる。また、絶
縁膜では禁制帯中の電子やホールに対するトラップ準位
が減少する。さらにこの熱処理工程では、半導体膜１２
およびゲート絶縁膜１３の双方に熱処理を行うことにな
る。このため、各シリコン原子が格子点からわずかにず
れていても、このような微小なずれはこの熱処理工程で
補正される。すなわち、先の結晶化の工程の際に生じた
半導体膜１２のストレスを解放することになって結晶の
完全性が高まる。併せて結晶粒と結晶粒との間にわずか
に存在する非結晶部分を結晶化させるため、半導体膜１
２の結晶化率が高まる。また、微小結晶は再結晶化して
大きな結晶に成長し、結晶粒界を減少させる。それ故、
良質の半導体膜１２を得ることができる。

【００５９】ここで行う熱処理としては炉内での熱処理
でもよいが、急速加熱処理を行うと、高温になる分、熱
処理の効果が高い。しかも、急速加熱処理によればスル
ープットもよい。

【００６０】次に図６（Ｅ）に示すように、ゲート電極
となる薄膜２１をＣＶＤ法やＰＶＤ法などで堆積する。
通常はゲート電極とゲート配線とは、同一の材料で同一
の工程により形成される。このため、電極材料として
は、電気抵抗が低く、かつ３５０℃程度の熱処理工程に
対して安定であることが求められる。ゲート電極となる
薄膜２１を堆積した後、図６（Ｆ）に示すようにパター
ニングを行い、ゲート電極１５を形成する（ゲート電極
形成工程ＳＴ１４）。次に半導体膜１２に対して不純物
イオンを導入し、ソース・ドレイン領域１６およびチャ
ネル領域１７を形成する（不純物導入工程ＳＴ１５）。

【００６１】このとき、ゲート電極１５がイオン注入の
マスクとなるため、チャネル領域１７は、ゲート電極１
５下のみに形成される自己整合構造となる。不純物イオ
ンの導入は、質量非分離型イオン注入装置を用いて注入
不純物元素の水素化合物と水素とを注入するイオン・ド
ーピング法と、質量分離型イオン注入装置を用いて所望
の不純物イオンのみを注入するイオン打ち込み法との二
種類が適用され得る。イオン・ドーピング法の原料ガス
としては、水素中に希釈された濃度が０．１％程度のホ
スフィン（ＰＨ3 ）やジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）などの注入
不純物の水素化物を用いる。イオン打ち込み法では、所
望の不純物元素のみを注入した後に引き続いて水素イオ
ン（プロトンや水素分子イオン）を注入する。前述のと
おり、ＭＯＳ界面やゲート絶縁膜１３を安定に保つには
イオン・ドーピング法あるいはイオン打ち込み法のいず
れの方法であってもイオン注入時の基板温度は３５０℃
以下でなければならない。一方、注入不純物の活性化を
３５０℃以下の低温で常に安定的に行うには、イオン注
入時の基板１０の温度は２００℃以上であることが好ま
しい。トランジスタのしきい値電圧を調整するためにチ
ャネルドープを行う場合、あるいはＬＤＤ構造を作成す
るといったように低濃度に注入された不純物イオンを低
温で確実に活性化するには、イオン注入時の基板１０の
温度は２５０℃以上であることが必要となる。このよう
に、基板１０の温度が高い状態でイオン注入を行うと、
半導体膜１２のイオン注入に伴う結晶破壊の際に再結晶
化も同時に生じるので、結果的にはイオン注入部の非晶
質化を防ぐことができる。すなわち、イオン注入された
領域は注入後も依然として結晶質として残り、その後の
活性化温度が３５０℃程度以下と低温であっても注入イ
オンの活性化が可能になる。ＣＭＯＳ構造となるように
薄膜トランジスタを製造するときには、ポリイミド樹脂
などの適当なマスク材を用いてＮＭＯＳまたはＰＭＯＳ
の一方を交互にマスクで覆い、上述の方法にてそれぞれ
のイオン注入を行う。

【００６２】次に、図６（Ｇ）に示すように、層間絶縁
膜１８をＣＶＤ法あるいはＰＶＤ法で形成する（層間絶
縁膜形成工程ＳＴ１６）。イオン注入と層間絶縁膜１８
の形成後、３５０℃程度以下の適当な熱環境下にて数十
分から数時間の熱処理を施して注入イオンの活性化及び
層間絶縁膜１８の焼き締めを行う。この熱処理温度は注
入イオンを確実に活性化する為にも２５０℃程度以上が
好ましい。ゲート絶縁膜１３と層間絶縁膜１８とではそ
の膜品質が異なっている。このため、層間絶縁膜１８を
形成した後、二つの絶縁膜にコンタクトホール１９を開
ける際、絶縁膜のエッチング速度が違っているのが普通
である。このような条件下ではコンタクトホール１９の
形状が下方程広い逆テーパー状になったり或いは庇が発
生してしまい、その後にソース・ドレイン電極２６を形
成した時に電気的な導通がうまく取れない原因（接続不
良の原因）となる。このような接続不良は層間絶縁膜１
８を焼き締めることによって効果的に防止できる。

【００６３】なお、層間絶縁膜１８を形成した後にソー
ス・ドレイン領域１６上にコンタクトホール１９を開孔
し（コンタクトホール形成工程ＳＴ１７）、しかる後に
ソース・ドレイン電極２６を形成する（ソース・ドレイ
ン電極形成工程ＳＴ１８）。この際にはＰＶＤ法やＣＶ
Ｄ法などを用いる。このようにしてＴＦＴ３０が形成さ
れる。

【００６４】このように形成したＴＦＴでは、絶縁膜を
液中に浸漬することによって絶縁膜から固定電荷を除去
しているため、この絶縁膜をＴＦＴの下地保護膜１１や
ゲート絶縁膜１３に用いた場合には絶縁膜中への電荷の
注入が起こりにくい分、ＴＦＴの電気的特性において経
時的な安定性が向上する。また、固定電荷を除去した絶
縁膜をＴＦＴの下地保護膜１１に用いているので、チャ
ネル領域１７にバックチャネルが形成されることがな
い。一方、固定電荷を除去した絶縁膜をＴＦＴのゲート
絶縁膜１３に用いているので、ドレイン端への電子など
の注入がない分、絶縁耐圧が向上する。よって、ＴＦＴ
の初期的な電気的特性も向上する。さらに、固定電荷を
除去する方法として液中への浸漬という方法を採用して
いるので、基板に形成した絶縁膜全体を一括して処理で
き、簡単な工程で済むという利点もある。

【００６５】［その他の実施例］本発明のＴＦＴの製造
方法において、スパッタ法により成膜した絶縁膜にも固
定電荷が発生しやすいので、この絶縁膜にも本発明を適
用してもよい。すなわち、スパッタ装置では、反応室内
のターゲットと基板とによって構成された平行平板電極
に高周波電界を形成するとともに、反応室内に供給され
たスパッタガスを用いてプラズマを形成し、ターゲット
からスパッタ蒸発させた原子または分子と、反応室内に
供給した酸素ガスなどとによって基板上にシリコン酸化
膜を形成する。また、スパッタ法あるいはプラズマＣＶ
Ｄ法に限らず、その他の成膜方法で形成した絶縁膜（下
地保護膜やゲート絶縁膜）に本発明を適用してもよいこ
とは勿論である。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＴＦ
Ｔの製造方法では、絶縁膜を液中に浸漬することによっ
て絶縁膜から固定電荷を除去することに特徴を有する。
従って、本発明によれば、固定電荷を除去した絶縁膜を
ＴＦＴの下地保護膜に用いているので、絶縁膜中への電
荷の注入が起こりにくい分、ＴＦＴの電気的特性におい
て経時的な安定性が向上する。また、固定電荷を除去し
た絶縁膜をＴＦＴの下地保護膜に用いているので、チャ
ネル領域にバックチャネルが形成されることがない。さ
らに、固定電荷を除去する方法として液中への浸漬とい
う方法を採用しているので、基板に形成した絶縁膜全体
を一括して処理でき、簡単な工程で済むという利点もあ
る。

【００６７】本発明において固定電荷除去工程を行った
後に酸化性ガス含有雰囲気中で絶縁膜に熱処理を行う
と、絶縁膜は焼き締めされて緻密化し、かつシリコン原
子と酸素原子との結合は弱くて不安定な状態から強くて
安定な状態となる。また、絶縁膜では禁制帯中の電子や
ホールに対するトラップ準位が減少する。それ故、ＴＦ
Ｔの初期的な電気的特性、およびその経時的な安定性が
さらに向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したＴＦＴの製造方法を示す工程
図である。

【図２】本発明を適用したＴＦＴの別の製造方法を示す
工程図である。

【図３】プラズマＣＶＤ装置の反応室付近の概略平面図
である。

【図４】図３のＡ−Ａ′線における断面図である。

【図５】本発明の実施例に係るＴＦＴの製造方法を示す
工程断面図である。

【図６】図５に続いて行う工程の断面図である。

【図７】ＴＦＴの断面図である。

【符号の説明】

１０基板１１下地保護膜１２半導体膜１３ゲート絶縁膜ＳＴ１１下地保護膜形成工程ＳＴ１２半導体膜形成工程ＳＴ１３ゲート絶縁膜形成工程ＳＴ１４ゲート電極形成工程ＳＴ１５不純物導入工程ＳＴ１６層間絶縁膜形成工程ＳＴ１７コンタクトホール形成工程ＳＴ１８ソース・ドレイン電極形成工程ＳＴ２１、ＳＴ２２固定電荷除去工程ＳＴ３１、ＳＴ３２熱処理工程

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面側に下地保護膜としての絶縁
膜を形成する絶縁膜形成工程と、該絶縁膜を液中に浸漬
して前記絶縁膜から固定電荷を除去する固定電荷除去工
程と、該絶縁膜の表面に薄膜トランジスタを構成するた
めの半導体膜を形成する半導体膜形成工程とを有するこ
とを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】基板の表面側に下地保護膜としての絶縁
膜を形成する絶縁膜形成工程と、該絶縁膜を液中に浸漬
して前記絶縁膜から固定電荷を除去する固定電荷除去工
程と、該固定電荷除去工程を行った後の前記絶縁膜を酸
化性ガス含有雰囲気中で加熱する熱処理工程と、該絶縁
膜の表面に薄膜トランジスタを構成するための半導体膜
を形成する半導体膜形成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。
【請求項３】請求項１または２に記載の薄膜トランジ
スタの製造方法において、前記固定電荷除去工程では、
前記絶縁膜を電解液中または純水中の少なくともいずれ
かの液に浸漬することを特徴とする薄膜トランジスタの
製造方法。
【請求項４】請求項１または２に記載の薄膜トランジ
スタの製造方法において、前記固定電荷除去工程では、
前記絶縁膜を電解液中に浸漬した後、純水中に浸漬する
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】請求項３または４に記載の薄膜トランジ
スタの製造方法において、前記固定電荷除去工程では、
前記液中に気体を吹き込んで該液をバブリングしながら
前記絶縁膜を浸漬することを特徴とする薄膜トランジス
タの製造方法。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の薄
膜トランジスタの製造方法において、前記絶縁膜形成工
程では前記絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により形成するこ
とを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】請求項１ないし５のいずれかに記載の薄
膜トランジスタの製造方法において、前記絶縁膜形成工
程では前記絶縁膜をスパッタ法により形成することを特
徴とする薄膜トランジスタの製造方法。