JPH1051006A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜トランジスタの信頼性を高める技術を提
供する。 【解決手段】 薄膜トランジスタ上に形成された層間絶
縁膜を有し、前記層間絶縁膜の最下層には窒化珪素膜が
形成されており、前記窒化珪素膜上には樹脂膜が形成さ
れている。この構成により、樹脂膜中に窒化珪素膜中の
ＯＨ基を吸収させて、半導体装置の信頼性を高めること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
高い信頼性を有した薄膜トランジスタに関する。またそ
の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ガラス基板や石英基板上に形
成された薄膜トランジスタが知られている。しかし、薄
膜トランジスタはその信頼性や歩留りが低いことでも知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本明細書で開示する発
明は、薄膜トランジスタの信頼性を高める技術を提供す
ることを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の一つは、薄膜トランジスタ上に形成された層間絶縁膜
を有し、前記層間絶縁膜の最下層には窒化珪素膜が形成
されており、前記窒化珪素膜上には樹脂膜が形成されて
いることを特徴とする。

【０００５】他の発明の構成は、薄膜トランジスタ上に
多層に形成された層間絶縁膜を有し、前記層間絶縁膜の
全ては樹脂膜を含み、前記薄膜トランジスタに接して窒
化珪素膜が形成されていることを特徴とする。

【０００６】他の発明の構成は、半導体装置上に窒化珪
素膜を成膜する工程と、前記窒化珪素膜上に樹脂膜を形
成する工程と、前記樹脂膜中に前記窒化珪素膜中のＯＨ
基を吸収させる工程と、を有することを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】層間絶縁膜として、窒化珪素膜と
樹脂膜とを複合化（積層）したものを用いることによ
り、樹脂膜中に窒化珪素膜中のＯＨ基を吸収させて、半
導体装置の信頼性を高めることができる。

【０００８】また樹脂膜を層間絶縁膜として利用するこ
とにより、その表面を平坦にすることができ、形成され
る配線の分断を防止することができる。

【０００９】

【実施例】

〔実施例１〕図１及び図２の本実施例の薄膜トランジス
タの作製工程を示す。まず図１（Ａ）に示すように、ガ
ラス基板１０１上に下地膜１０２として酸化珪素膜をプ
ラズマＣＶＤ法により３０００Åの厚さに成膜する。

【００１０】さらに図示しない非晶質珪素膜をプラズマ
ＣＶＤ法で５００Åの厚さに成膜する。そしてレーザー
光の照射によりこの非晶質珪素膜を結晶化させ、図示し
ない結晶性珪素膜を得る。

【００１１】結晶性珪素膜を得たら、パターニングを行
い、１０２で示される結晶性珪素膜でなる島状のパター
ンを得る。この島状のパターンが後に薄膜トランジスタ
の活性層となる。こうして図１（Ａ）に示す状態を得
る。

【００１２】次にゲイト絶縁膜１０４として酸化珪素膜
をプラズマＣＶＤ法により１０００Åの厚さに成膜す
る。さらにゲイト電極を構成するための図示しないアル
ミニウム膜を４０００Åの厚さにスパッタで成膜する。

【００１３】このアルミニウム膜中には、スカンジウム
を微量に含有させる。これは後の工程において、アルミ
ニウムの異常成長によるヒロックやウィスカーの発生を
抑制するためである。ヒロックやウィスカーというの
は、針状あるいは刺状の突起物のことである。

【００１４】次に図示しないアルミニウム膜をパターニ
ングすることにより、１０５で示されるパターンを形成
する。このアルミニウムパターン１０５が後にゲイト電
極となる。こうして図１（Ｂ）に示す状態を得る。

【００１５】なお、ゲイト電極としては、アルミニウム
以外に各種金属材料やシリサイド材料を用いることがで
きる。また半導体材料を用いることもできる。

【００１６】次に陽極酸化法により、１０６で示される
陽極酸化物（膜と表現するのは適切でない）を形成す
る。この工程では、電解溶液として３％のシュウ酸水溶
液を用いる。この工程で形成される陽極酸化物１０６
は、多孔質状を有している。ここでは、この陽極酸化物
１０６の成長距離を５０００Åとする。

【００１７】この後、再度の陽極酸化を行う。この工程
は、電解溶液として、３％の酒石酸を含んだエチレング
リコール溶液をアンモニア水で中和したものを用いる。

【００１８】この工程では、１０８で示される陽極酸化
膜（この場合は膜と表現するのが適切である）を１００
０Åの厚さに形成する。この工程においては、電解溶液
が多孔質の陽極酸化物１０６中に侵入するので、１０８
で示されるようにアルミニウムパターン１０７の周囲に
陽極酸化膜が形成される。この工程で形成される陽極酸
化膜１０８は、緻密な強固な膜質を有している。こうし
て図１（Ｃ）に示す状態を得る。

【００１９】図１（Ｃ）に示す状態において、１０７で
示されるアルミニウムパターンがゲイト電極となる。

【００２０】次にソース及びドレイン領域を形成するた
めの条件でもって、不純物のドーピングを行う。ここで
は、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを作製するため
に、Ｐ（リン）をプラズマドーピング法でもってドーピ
ングする。

【００２１】このドーピング工程においては、自己整合
的に１００と１０９で示される領域にＰのドーピングが
行われる。後に１００で示される領域がソース領域、１
０９で示される領域がドレイン領域となる。なお、１０
８で示される領域にはＰのドーピングは行われない。こ
うして図１（Ｃ）に示す状態を得る。

【００２２】次に多孔質状の陽極酸化物１０６を除去す
る。そして再度Ｐのドーピングを行う。ここでは、図１
（Ｃ）に示す工程におけるドーピングよりも低ドーズ量
でもってドーピングを行う。この結果、１１０と１１２
の領域が低濃度不純物領域となる。ここで、ドレイン領
域１０９側の低濃度不純物領域１１２が一般にＬＤＤ
（ライトドープドレイン）領域と呼ばれる領域となる。

【００２３】また１１１で示される領域がチャネル領域
として画定する。なお、陽極酸化膜１０８の膜厚でもっ
て、オフセットゲイト領域がチャネル領域１１１の両側
に形成されが、陽極酸化膜１０８の膜厚が薄いのでここ
ではその存在を無視する。

【００２４】こうして図１（Ｄ）に示す状態を得る。次
に第１の層間絶縁膜として、窒化珪素膜１１３とポリイ
ミドでなる樹脂膜１１４とを積層する。膜厚はそれぞれ
３０００Åと１μｍ（最大値）とする。ポリイミドでな
る樹脂膜は、その表面を平坦にすることができるという
特徴がある。こうして図１（Ｅ）に示す状態を得る。

【００２５】窒化珪素膜１１３はポリイミドでなる樹脂
膜が薄膜トランジスタに接することを防ぐために重要で
ある。樹脂膜はその成膜に当たって、有機物のガスが発
生するので、それが薄膜トランジスタに直接触れないよ
うにすることは重要となる。

【００２６】樹脂膜１１４の成膜は、スピンコート法に
よる塗布工程と、ベーク工程とで行われる。ベーク工程
は、２００度の温度で行う。このベーク工程において、
窒化珪素膜１１３中に含まれる水分、特にＯＨ基が樹脂
膜中に吸収される。そして、窒化珪素膜中に存在するＯ
Ｈ基に起因するトラップ密度を減少させることができ
る。

【００２７】図１（Ｅ）に示す状態を得たら、コンタク
トホールの形成を行い、ソース電極１１５とドレイン電
極１１６の形成を行う。これらの電極は、チタン膜とア
ルミニウム膜とチタン膜との積層膜でもって構成され
る。

【００２８】最後に３５０度の水素雰囲気中において、
１時間の加熱処理を行うことにより、図２に示す薄膜ト
ランジスタを完成させる。

【００２９】本実施例に示すような薄膜トランジスタの
特性の代表例を図４の実線に示す。また比較のために作
製した図３に示すような樹脂膜を層間絶縁膜として利用
せず、窒化珪素膜１１３のみを層間絶縁膜として利用し
た薄膜トランジスタの特性を図４の点線で示す。

【００３０】図４の点線で示されるように、層間絶縁膜
として窒化珪素膜のみを利用した場合、図４の点線で示
されるような特性を示すサンプルが数多く得られてしま
う。しかし、ポリイミドでなる樹脂膜を窒化珪素膜に積
層し、この積層膜を層間絶縁膜として利用することで、
図４の点線で示されるような特性を示すサンプルを激減
させ、図４の実線で示されるような特性を有する薄膜ト
ランジスタを得ることができる。

【００３１】〔実施例２〕本実施例は、本明細書に開示
する発明をアクティブマトリクス型の液晶表示装置に利
用する場合の例を示す。まず実施例１に示した作製工程
に従って、図５（Ａ）に示す状態を得る。

【００３２】次に第２の層間絶縁膜としてポリイミドで
なる樹脂膜５０１を形成する。そしてチタン膜でもっ
て、薄膜トランジスタを遮光するための遮光膜５０２を
形成する。こうして図５（Ｂ）に示す状態を得る。

【００３３】次に第３の層間絶縁膜としてポリイミドで
なる樹脂膜５０３を形成する。そしてコンタクトホール
の形成を行い、ＩＴＯでもって画素電極５０４を形成す
る。

【００３４】本実施例に示すような構成をした場合、各
層間絶縁膜をその表面を平坦とすることができる樹脂膜
で構成するので、当該層間絶縁膜上に形成される配線が
段差を乗り越えたりする状態となることを回避すること
ができる。そして、段差乗り越え部に発生してしまう配
線の段切れを防止することができる。

【００３５】また、薄膜トランジスタの動作に悪影響を
与え、その信頼を著しく損なうＯＨ基を樹脂膜が吸収す
るので、薄膜トランジスタの信頼性を高めることができ
る。

【００３６】〔実施例３〕本明細書に開示する発明は、
アクティブマトリクス型の液晶表示パネルに利用するこ
とができる。以下において、アクティブマトリクス型の
液晶パネルを利用した各種装置の例を示す。

【００３７】図６（Ａ）に示すのは、デジタルスチール
カメラや電子カメラ、または動画を扱うことができるビ
デオムービーと称される撮影装置である。

【００３８】この装置は、カメラ部２００２に配置され
たＣＣＤカメラ（または適当な撮影手段）で撮影した画
像を電子的に保存する機能を有している。そして撮影し
た画像を本体２００１に配置された液晶表示パネル２０
０３に表示する機能を有している。装置の操作は、操作
ボタン２００４によって行われる。なお、液晶パネルに
は、バックライトからの光照射によって表示を行うもの
と、外部からの光を反射して表示を行う反射型と呼ばれ
る形式とがある。

【００３９】図６（Ｂ）に示すのは、携帯型のパーソナ
ルコンピュータ（情報処理装置）である。この装置は、
本体２１０１に装着された開閉可能なカバー（蓋）２１
０２に液晶表示パネル２１０４が備えられ、キーボード
２１０３から各種情報を入力したり、各種演算操作を行
うことができる。

【００４０】図６（Ｃ）に示すのは、カーナビゲーショ
ンシステム（情報処理装置）にフラットパネルディスプ
レイを利用した場合の例である。カーナビゲーションシ
ステムは、アンテナ部２３０４と液晶表示パネル２３０
２を備えた本体から構成されている。

【００４１】ナビゲーションに必要とされる各種情報の
切り換えは、操作ボタン２３０３によって行われる。一
般には図示しないリモートコントロール装置によって操
作が行われる。

【００４２】図６（Ｄ）に示すのは、投射型の画像表示
装置の例である。図において、光源２４０２から発せら
れた光は、液晶表示パネル２４０３によって光学変調さ
れ、画像となる。画像は、ミラー２４０４、２４０５で
反射されてスクリーン２４０６に映し出される。

【００４３】図６（Ｅ）に示すのは、ビデオカメラ（撮
影装置）の本体２５０１にビューファインダーと呼ばれ
る表示装置が備えられた例である。

【００４４】ビューファインダーは、大別して液晶表示
パネル２５０２と画像が映し出される接眼部２５０３と
から構成されている。

【００４５】図６（Ｅ）に示すビデオカメラは、操作ボ
タン２５０４によって操作され、テープホルダー２５０
５に収納された磁気テープに画像が記録される。また図
示しないカメラによって撮影された画像は液晶表示パネ
ル２５０２に表示される。また表示装置２５０２には、
磁気テープに記録された画像が映し出される。

【００４６】

【発明の効果】本明細書で開示する発明を利用すること
により、薄膜トランジスタの信頼性を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図２】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図３】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図４】 薄膜トランジスタの特性を示す図。

【図５】 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。

【図６】 液晶パネルを利用した装置を示す図。

【符号の説明】

１０１ ガラス基板 １０２ 下地膜（酸化珪素膜） １０３ 活性層パターン １０４ ゲイト絶縁膜（酸化珪素膜） １０５ アルミニウムパターン １０６ 多孔質状の陽極酸化物 １０７ ゲイト電極 １００ ソース領域 １０８ Ｐ元素のドーピングが行われない領域 １０９ ドレイン領域 １１０ 低濃度不純物領域 １１１ チャネル領域 １１２ 低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域） １１３ 窒化珪素膜 １１４ ポリイミドでなる樹脂膜 １１５ ソース電極 １１６ ドレイン電極 ３０１ ソース電極 ３０２ ドレイン電極 ５０１ ポリイミドでなる樹脂膜 ５０２ 遮光膜 ５０３ ポリイミドでなる樹脂膜 ５０４ 画素電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺本 聡 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄膜トランジスタ上に形成された層間絶縁
   膜を有し、 前記層間絶縁膜の最下層には窒化珪素膜が形成されてお
   り、 前記窒化珪素膜上には樹脂膜が形成されていることを特
   徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】薄膜トランジスタ上に多層に形成された層
   間絶縁膜を有し、 前記層間絶縁膜の全ては樹脂膜を含み、 前記薄膜トランジスタに接して窒化珪素膜が形成されて
   いることを特徴とする半導体装置。
3. 【請求項３】半導体装置上に窒化珪素膜を成膜する工程
   と、 前記窒化珪素膜上に樹脂膜を形成する工程と、 前記樹脂膜中に前記窒化珪素膜中のＯＨ基を吸収させる
   工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。