JP3162897B2 - 薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法

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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、例えば液晶表示デバイ
スの制御素子として利用される薄膜トランジスタ(Thin
Film Transistor:以下TFTという)及びその製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶デバイスとしてのLCDにあって
は、近年は単純マトリックス方式からアクティブマトリ
ックス方式の開発が盛んとなっている。アクティブマト
リックス方式には、各画素毎に薄膜トランジスタを付け
たTFT型と非線形ダイオ−ドを付けたダイオ−ド型と
がある。このうち、TFT型は、そのスイッチング特性
と画素容量を利用して、選択期間に印加された電圧を次
の走査まで保持するものであり、大容量で高いコントラ
スト及び中間調を容易に得ることができる。
【0003】前記TFTは、透明絶縁基板上に半導体材
料を堆積し、この半導体材料を利用してMIS型のトラ
ンジスタを形成したものであり、前記半導体材料として
はアモルファスシリコンや多結晶シリコンなどが用いら
れている。例えば、特開平3−22540号公報(H0
1L21/336)では、前記半導体材料として粒径の
大きな多結晶シリコンを作成する方法を提供することに
より、TFTの特性を向上させることが示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来例にあっては、能
動層としての多結晶シリコン膜をパターニングした後、
CVD法やスパッタ法により、この能動層の上にゲート
絶縁膜としてのシリコン酸化膜を堆積させている。しか
しながら、このような方法では、画素数が多くなればな
るほど又は絶縁基板が大面積化するほど、ゲート絶縁膜
の膜厚が不均一となり、各画素の特性にばらつきが生
じ、表示特性が劣化する問題がある。
【0005】特に、LCDでは絶縁基板上に数十万〜数
百万単位の画素を有しており、各画素(TFT)毎の特
性にある程度均一性がないと、LCDとしての表示特性
が劣化し、商品価値が低下する問題を有している。本発
明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関し、斯か
る問題点を解消するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の薄膜トラ
ンジスタは、絶縁基板の上に能動層として形成された非
単結晶シリコン膜と、この非単結晶シリコン膜の上に液
相成長法により形成されたシリコン酸化膜と、このシリ
コン酸化膜と前記非単結晶シリコン膜との間に形成され
た熱酸化膜とを備え、この熱酸化膜及び前記シリコン酸
化膜をゲート絶縁膜として使用するものである。
【0007】また、本発明の第2の薄膜トランジスタの
製造方法は、絶縁基板の上に能動層としての非単結晶シ
リコン膜を形成する工程と、この非単結晶シリコン膜を
パターニングしてアイランド化する工程と、前記絶縁基
板の上に液相成長法により前記非単結晶シリコン膜を覆
うシリコン酸化膜を形成する工程と、熱処理により前記
非単結晶シリコン膜とシリコン酸化膜との界面に熱酸化
膜を形成する工程と、前記熱酸化膜及びシリコン酸化膜
をゲート絶縁膜として、前記絶縁基板の上にMIS型ト
ランジスタを形成する工程とを含むものである。
【0008】また、本発明の第3の薄膜トランジスタの
製造方法は、絶縁基板の上にCVD法により多結晶シリ
コン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜をパタ
ーニングしてアイランド化する工程と、この上に液相成
長法により前記多結晶シリコン膜を覆うシリコン酸化膜
を形成する工程と、低温アニール法又はRTA法により
前記多単結晶シリコン膜とシリコン酸化膜との界面に熱
酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜の上にゲ
ート電極としての導電層を形成する工程と、前記多結晶
シリコン膜に不純物を注入してソース、ドレイン領域を
形成する工程とを含むものである。
【0009】また、本発明の第4の薄膜トランジスタの
製造方法は、前記多結晶シリコン膜を、CVD法でアモ
ルファスシリコン膜を堆積した後に、これを低温でアニ
ールすることにより形成したものである。また、本発明
の第5の薄膜トランジスタの製造方法は、前記液相成長
法により形成したシリコン酸化膜中の酸素空位を補填す
る処理を行うものである。
【0010】
【作用】液相成長法(LPD:Liquid Phase Deposition)
は、既によく知られたものであるので、極く簡単に説明
する。即ち、ケイフッ化水素酸(H2SiF6)に二酸化シ
リコンを溶解して飽和水溶液とした後、ホウ酸水溶液を
添加することによって過飽和状態を作り、二酸化シリコ
ンを析出させて、シリコン酸化膜を堆積させる方法であ
る。そのための装置は、飽和水溶液を満たした容器と撹
拌子とホウ酸水溶液滴下装置とからなる非常に簡単なも
のである。
【0011】そして、飽和水溶液を満たした容器内にシ
リコンウェハを浸すという簡単な作業だけで、シリコン
ウェハ表面にLPD−SiO2膜を形成することができ
る。この液相成長法は、低温形成が可能(約100℃
以下)、選択成長が可能、基板の大口径化が容易、
ステップカバレッジが良い、膜の均一性に優れてい
る、製造に危険なガスを用いないため安全、装置及
び作業が簡単、コストが安価、スループットがよい
等、CVD法などに比べて利点が多い。
【0012】しかしながら、LPD−SiO2膜中には
多数の酸素空位が存在し、界面準位密度が熱酸化膜に比
べて大きい不具合がある。そこで、本発明にあっては、
まずLPD法の利点を生かし、能動層となるアモルファ
スシリコンや多結晶シリコン等の非単結晶シリコンの上
に、まず、LPD法により、ステップカバレッジ性が良
く且つ膜厚が均一になるようにシリコン酸化膜を形成
し、その後、非単結晶シリコン膜とLPD−SiO2
との界面に熱酸化膜を形成することで、ゲート絶縁膜と
しての界面準位密度を改善する。
【0013】更に、請求項3又は4に記載の発明にあっ
ては、全ての工程が、約600℃程度のいわゆる低温プ
ロセスで行うことができる(RTA法は1000℃の温
度を使用するが、短時間であるため、実質的に低温プロ
セスに等しい)。更に、請求項5に記載の発明にあって
は、液相成長法により形成したシリコン酸化膜中の酸素
空位を補填する処理を行うので、絶縁膜としての特性が
向上する。
【0014】
【実施例】本発明の実施例を図1及び図2に基づいて説
明する。各図は本発明の薄膜トランジスタを作成するプ
ロセスを示す断面図である。 工程:石英ガラス等の透明絶縁基板1の上に、減圧C
VD法(温度450℃、使用ガス:Si26)又はプラ
ズマCVD法(温度300℃、使用ガス:SiH4)に
より、アモルファスシリコン膜2を0.07μm堆積さ
せる(図1A)。
【0015】工程:これを電気炉内に入れ、温度59
0℃で48時間のアニールを行って、前記アモルファス
シリコン膜2を多結晶シリコン膜3として変質させる
(図1B)。 工程:前記多結晶Si膜3をレジスト塗布、マスク露
光、現像等の工程を経てパターニングし、この上に、L
PD法によりLPD−SiO2膜4を0.1μmの膜厚
になるように堆積させる(図1C)。
【0016】工程:水蒸気雰囲気中で温度600℃で
のアニール又は温度1100℃での急速アニール(RT
A法:Rapid Thermal Annealing)を行い、前記多結晶
Si膜3の表面を酸化させ、多結晶Si膜3とLPD−
SiO2膜4との界面に膜厚約0.01μm以下の薄い
熱酸化膜5を形成する(図1D)。 工程:前記LPD−SiO2膜4の上に、減圧CVD
法により、リン(P)をドープした多結晶シリコン層6
を0.3μm程度堆積させる(図2A)。
【0017】工程:前記多結晶Si層6をレジスト7
塗布、マスク露光、現像等の工程を経てパターニング
し、ゲート電極8として加工する。更に、このゲート電
極8をマスクとして、イオン注入法により前記多結晶シ
リコン膜3にソース、ドレイン領域9、10を形成し、
温度600℃で1時間加熱して、これらの領域を活性化
させる。尚、不純物領域の活性化はレーザアニールで行
ってもよい(図2B)。
【0018】工程:前記レジスト7をアッシングした
後、工程で形成したデバイスの表面に、減圧CVD法
によりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜11を堆積す
る(図2C)。 工程:通常の方法により、前記層間絶縁膜11、LP
D−SiO2膜4及び熱酸化膜5に、前記ソース領域9
及びドレイン領域10に通じるコンタクトホール12、
13を形成し、スパッタ法によりアルミニウム合金を蒸
着して、ソース、ドレイン電極14、15を形成する。
【0019】以上の、TFTの製造プロセスにあって
は、温度約600℃以下の、所謂低温プロセスで製造で
きるため(工程でのRTA法は温度1000℃を越え
るが、短時間であるため、実質的に低温プロセスに等し
い)、基板として石英ではなく、比較的安価なガラス等
の材料を採用することができ、製造コストの低減を実現
できる。
【0020】尚、本実施例にあっては、能動層として多
結晶シリコンを用いたが、アモルファスシリコンを用い
ても良いことは勿論である。また、多結晶シリコンの製
造も、本実施例の通りアモルファスシリコンをアニール
する方法に限定するものではなく、CVD等により直接
堆積させてもよい。また、本実施例にあっては、LPD
−SiO2膜4と熱酸化膜5とでゲート酸化膜を構成し
ている。前述した通り、LPD−SiO2膜4には酸素
空位が存在するが、引き続いて行われる水蒸気雰囲気
(酸素を含む雰囲気)での熱処理により酸素が補填され
て酸素空位が改善されるだけでなく、工程で前記多結
晶Si膜3とLPD−SiO2膜4との界面に薄い熱酸
化膜5を形成することにより、界面準位密度が低減され
る。
【0021】尚、前記酸素空位を酸素で改善するため
に、水蒸気雰囲気中での熱処理としたが、例えば、酸素
プラズマ処理でもよく、要は、酸素を補填するような処
理であればよい。
【0022】
【発明の効果】本発明の薄膜トランジスタ及びその製造
方法にあっては、LPD法の利点を生かし、能動層と非
単結晶シリコンの上に、LPD法により、ステップカバ
レッジ性が良く且つ膜厚が均一になるようにシリコン酸
化膜を形成し、しかも、非単結晶シリコン膜とLPD−
SiO2膜との界面に熱酸化膜を形成することで、ゲー
ト絶縁膜としての界面準位密度を改善する。
【0023】即ち、基板上の各TFTにおいて、夫々の
ゲート酸化膜の膜厚にバラツキが生じにくく、ほぼ同等
の特性を得ることができるので、これをLCD等の表示
デバイスに採用した場合の表示特性を向上させることが
できる。特に、請求項3又は4に記載の薄膜トランジス
タの製造方法にあっては、温度約600℃以下の、所謂
低温プロセスで製造できるため、基板として高価な石英
ではなく、比較的安価なガラス等の材料を採用すること
ができ、製造コストの低減を実現できる。
【0024】更に、請求項5に記載の薄膜トランジスタ
の製造方法にあっては、液相成長法で形成した絶縁膜の
特性を向上させることができるので、デバイスとしての
信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における薄膜トランジスタの製
造プロセスを示す断面図である。
【図2】本発明の実施例における薄膜トランジスタの製
造プロセスを示す断面図である。
【符号の説明】
1 絶縁基板 3 多結晶シリコン膜(非単結晶シリコン膜) 4 LPD−SiO2膜(シリコン酸化膜) 5 熱酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/336 H01L 21/265 P (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/265 H01L 21/316 H01L 21/336

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁基板の上に能動層として形成された
    非単結晶シリコン膜と、この非単結晶シリコン膜の上に
    液相成長法により形成されたシリコン酸化膜と、このシ
    リコン酸化膜と前記非単結晶シリコン膜との間に形成さ
    れた熱酸化膜とを備え、この熱酸化膜及び前記シリコン
    酸化膜をゲート絶縁膜として使用することを特徴とした
    薄膜トランジスタ。
  2. 【請求項2】 絶縁基板の上に能動層としての非単結晶
    シリコン膜を形成する工程と、この非単結晶シリコン膜
    をパターニングしてアイランド化する工程と、前記絶縁
    基板の上に液相成長法により前記非単結晶シリコン膜を
    覆うシリコン酸化膜を形成する工程と、熱処理により前
    記非単結晶シリコン膜とシリコン酸化膜との界面に熱酸
    化膜を形成する工程と、前記熱酸化膜及びシリコン酸化
    膜をゲート絶縁膜として、前記絶縁基板の上にMIS型
    トランジスタを形成する工程とを含むことを特徴とした
    薄膜トランジスタの製造方法。
  3. 【請求項3】 絶縁基板の上にCVD法により多結晶シ
    リコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜をパ
    ターニングしてアイランド化する工程と、この上に液相
    成長法により前記多結晶シリコン膜を覆うシリコン酸化
    膜を形成する工程と、低温アニール法又はRTA(Rapid
    Thermal Annealing)法により前記多単結晶シリコン膜
    とシリコン酸化膜との界面に熱酸化膜を形成する工程
    と、前記シリコン酸化膜の上にゲート電極としての導電
    層を形成する工程と、前記多結晶シリコン膜に不純物を
    注入してソース、ドレイン領域を形成する工程とを含む
    ことを特徴とした薄膜トランジスタの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記多結晶シリコン膜は、CVD法によ
    りアモルファスシリコン膜を堆積した後に、これを低温
    でアニールすることにより形成したことを特徴とする請
    求項3に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記液相成長法により形成したシリコン
    酸化膜中の酸素空位を補填する処理を行うことを特徴と
    した請求項1、2、3又は4に記載の薄膜トランジスタ
    及び薄膜トランジスタの製造方法。
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