JPH0837308A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法

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JPH0837308A
JPH0837308A JP16938894A JP16938894A JPH0837308A JP H0837308 A JPH0837308 A JP H0837308A JP 16938894 A JP16938894 A JP 16938894A JP 16938894 A JP16938894 A JP 16938894A JP H0837308 A JPH0837308 A JP H0837308A
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Akira Nakamura
晃 中村
Fumiaki Emoto
文昭 江本
Koji Senda
耕司 千田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 水素ガス中熱処理でのシリコン窒化膜などの
表面におけるクラックの発生を防止する。 【構成】 石英基板1の上に多結晶シリコン膜2を形成
し、イオン注入によりドレイン領域5とソース領域6を
形成し、全面に被覆した層間絶縁膜7にコンタクト穴8
を設け、さらに全面に形成した導電膜をエッチングして
電極配線9を形成した後、内部応力として2.0×109
〜5.0×109の範囲内の圧縮応力を備えるようにシリ
コン窒化膜を形成し、水素ガス中で400℃〜500℃
の範囲内の温度で熱処理する。 【効果】 熱処理による過大な引っ張り応力に起因する
シリコン窒化膜のクラック発生が阻止され、信頼性が向
上するとともに、薄膜トランジスタの特性を効果的に回
復することができる。

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、特に
画像表示のための液晶表示装置に使用される液晶ディス
プレイを駆動する薄膜トランジスタの製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】1955年頃よりテレビジョン受像機の
ディスプレイとして実用化が始まったCRTすなわちブ
ラウン管はその用途を拡大し、その後40年近く民生
用、産業用を問わずテレビ、コンピュータ、計測機器等
の各種表示装置として主役の地位を揺るぎないものとし
てきた。しかし1980年代に入って各種電子機器のポ
ータブル化の要望が高まるにしたがって軽薄短小なる言
葉が流行し、ラジオやラジカセ、ヘッドホンステレオな
どを先頭に、特に民生機器を中心に電子機器の小型、薄
型化競争が激しくなった。
【0003】一方ディスプレイの方も軽量、薄型を特徴
とする直流ガス放電を利用するプラズマディスプレイ
(PDP)、エレクトロクロミックディスプレイ(EC
D)、液晶ディスプレイ(LCD)その他電気泳動を利
用するものなどが実用化のために盛んに研究開発されて
きた。特に液晶ディスプレイは同じ時期に実用化され始
めた卓上電子計算機、すなわち電卓の表示部やデジタル
ウオッチの表示盤として急速にその地歩を固めてきた。
さらに1990年に登場したTFT液晶ディスプレイは
カラーフィルタの高度な製造技術の進展とともに薄型、
軽量、低消費電力だけでなく表示色数、精細度、画面寸
法など表示能力の面からもブラウン管に迫るものとなっ
てきた。
【0004】その後、液晶ディスプレイは応用範囲を拡
大し、いまや薄型、軽量ディスプレイの主流として携帯
用小型カラーテレビジョン受像機や、ラップトップコン
ピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、および車
載用ナビゲータシステム等の各種表示装置として使用さ
れ出した。また最近では、家庭用小型ビデオカメラのビ
ューファインダーや投射型ディスプレイ(プロジェク
タ)といった小型で高精細表示への応用へと展開しつつ
ある。
【0005】このような液晶カラーテレビジョン受像機
や液晶ビューファインダーでは、高画質が得られるアモ
ルファスシリコンまたは多結晶シリコン等よりなる薄膜
トランジスタ(以下、TFTという)を用いたアクティ
ブマトリックス方式の液晶表示装置が使用されており、
これらの画面は数万個から数十万個の画素で構成され、
きわめて高度な製造技術により無欠陥に近い状態で製造
されなければならない。
【0006】このように無欠陥で形成された数十万の画
素を構成するTFTではリークまたはアルミニウム配線
等の腐食断線の原因となる外部よりのイオン汚染や水分
の浸透による汚染を防止するために表面保護膜を必要と
する。従来この目的のためにTFTの表面に膜厚500
〜1000nmのシリコン窒化膜を低温で気相成長する
ことが行われている。一方、このようにして形成された
画素を駆動するためのTFTには表示画質を向上させる
ためにオン電流を大きくし、オフ電流を小さくすること
が要求される。したがって、一般的にはつぎにこのTF
T基板を水素ガス雰囲気中、380℃で30分間処理す
ることによってTFTの特性を回復させていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このシ
リコン窒化膜はTFT製造法における最後の工程におい
てTFTの特性回復のために実施される水素ガス中熱処
理時の温度でクラックが生じるという問題を有してい
た。特に、TFTの特性回復のためには高温における水
素ガス中熱処理が有利であり、400℃以上の温度で行
うのが好ましいが、そうするとこのシリコン窒化膜に与
えるクラック発生などのダメージが大きくなり、表面保
護膜としての役割を果たせなくなるという課題を生じ
た。
【0008】本発明は上記課題を解決するものであり、
TFTの特性を従来よりさらに改善するために行われる
水素ガス中熱処理の比較的高温での処理温度においてT
FTの表面に形成された保護膜にクラック等の障害を生
じることなく、外部からのさまざまな汚染から防護する
ことができる表面保護膜を備えた薄膜トランジスタの製
造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、石英基板等の透明絶縁基板の上に多結晶シ
リコン膜を形成した後薄膜トランジスタ形成領域となる
多結晶シリコン膜を選択的に残す工程と、ゲート酸化膜
および多結晶シリコン膜からなるゲート電極を形成する
工程と、イオン注入により薄膜トランジスタのドレイン
領域およびソース領域を形成する工程と、全面にシリコ
ン酸化膜などの層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁
膜にドレイン領域およびソース領域に達するコンタクト
孔を形成する工程と、全面にアルミニウムを主成分とす
る導電膜を形成した後選択的にエッチングして電極配線
を形成する工程と、電極配線を含む薄膜トランジスタ構
成部を保護するためのシリコン窒化膜をその内部応力が
2.0×109〜5.0×109の範囲内の圧縮応力を備え
るように形成した後、400〜500℃の範囲内の温度
の水素ガス中で熱処理する工程とからなるものである。
【0010】
【作用】したがって本発明によれば、透明絶縁基板上に
形成された多結晶シリコン膜を活性領域とし、電極配線
を備えたTFTの上に内部応力が2.0×109〜5.0
×109の範囲内の圧縮応力を有するシリコン窒化膜を
プラズマCVD装置により形成した後、このTFTを4
00〜500℃の範囲内の温度で水素ガス中において熱
処理することによってこのシリコン窒化膜の内部に生じ
させていた圧縮応力を適度な引っ張り応力へ変化させて
いるために従来のような過大な引っ張り応力が内部に発
生せず、したがってシリコン窒化膜にクラックなどを生
じることがなく表面保護膜としての機能を保持すること
ができる。また、従来よりも高温で熱処理することが可
能となるため、TFTの特性回復を従来よりもさらに効
果的に実施することができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の薄膜トランジスタの製造方法
における一実施例について、図面を参照しながら説明す
る。
【0012】図1は本一実施例の製造方法を示す工程断
面図である。図1(a)に示すように、石英等よりなる
透明絶縁基板1の上に膜厚100nm程度の多結晶シリ
コン膜を形成した後、TFT形成領域となる多結晶シリ
コン膜2を選択的にドライエッチングすることによって
残す。
【0013】つぎに図1(b)に示すように、ゲート酸
化膜3および多結晶シリコン膜からなるゲート電極4を
形成する。つぎに図1(c)に示すように、イオン注入
によって多結晶シリコン膜2上のドレイン領域5および
ソース領域6を形成する。
【0014】つぎに図1(d)に示すように、全面にシ
リコン酸化膜などの層間絶縁膜7を被覆した後、図1
(e)に示すように、層間絶縁膜7にドレイン領域5お
よびソース領域6に達するコンタクト孔8を設け、つぎ
に全面にアルミニウムを主成分とする導電膜を形成した
後、選択的にエッチングして電極配線9を形成する。
【0015】つぎに、このようにして構成されたTFT
の全面に、図1(f)に示すように、表面保護膜として
シリコン窒化膜10を形成する。このとき形成されるシ
リコン窒化膜の内部には、圧縮応力として2.0×109
〜5.0×109の範囲内の内部応力が形成される。な
お、シリコン窒化膜10の下にシリコン酸化膜を形成し
ておいてもよい。
【0016】つぎに図1(g)に示すように、このTF
Tが形成された石英基板1を400〜500℃の範囲内
の温度で水素ガス中において熱処理をすることによって
本実施例におけるTFTが完成する。
【0017】つぎに本実施例におけるシリコン窒化膜の
内部応力について説明する。内部応力の測定は石英基板
1の変形量(反り量)をフラットネステスターで測定
し、次式(1)より算出した。
【0018】 δf=4・E・D2・δ/3(1−ν)・d・L2 ………… (1) ここで、式(1)は変形量δと内部応力δfの関係式で
あって、Lは変形量δを測定した間隔、dはシリコン窒
化膜の厚さ、Dは石英基板の厚さ、νはポアソン比、E
はヤング率である。測定に使用した材料の数値を式
(1)に代入して次の関係式(2)を得た。
【0019】 δf=3.69×1011・δ ………… (2) つぎにシリコン窒化膜10の形成後、および温度450
℃で水素ガス中熱処理を施した後のシリコン窒化膜10
の内部応力の測定結果を表1に、また参考として従来例
を表2に示す。なお、表1および表2における負号の変
形量は凹変形を示し、負号の内部応力は圧縮応力を意味
する。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】表1に見られるように、シリコン窒化膜1
0を形成した直後の内部応力は3.0×109〜4.2×
109ダイン/cm2の圧縮応力を有しているが、水素ガ
ス中熱処理後ではその応力の極性が反転し、1.6×1
9〜2.7×109ダイン/cm2の引っ張り応力へ変化
している。
【0023】一方、表2に示す従来例では、すでにシリ
コン窒化膜形成後の内部応力として2.7×109〜2.
8×109ダイン/cm2の引っ張り応力を生じており、
これが高温の水素ガス中熱処理によってさらにその引っ
張り応力が増大し、水素ガス中熱処理後では9.2×1
10〜11.1×1010ダイン/cm2に達している。こ
の大きな引っ張り応力が従来のシリコン窒化膜のクラッ
クの原因となっているのである。
【0024】このように、上記実施例によれば、シリコ
ン窒化膜の形成時の内部応力を2.0×109〜5.0×
109の範囲の圧縮応力を備えるように制御することに
より、400〜500℃の範囲内の温度で水素ガス中熱
処理を行っても、従来のような過大な引っ張り応力が内
部に発生することはなく、したがってクラック発生など
の障害からTFTを保護することができる。
【0025】なお、シリコン窒化膜成形後の圧縮応力が
2.0×109ダイン/cm2未満の場合は水素ガス中に
おける加熱処理後の引っ張り応力が過大となり、シリコ
ン窒化膜のクラック発生の原因となる。また圧縮応力が
5.0×109ダイン/cm2を超える場合、シリコン窒
化膜にクラックが入ることはないが、石英基板等の透明
絶縁基板の反りが過大となり、自動搬送時および露光工
程において問題が発生し、極端な場合は透明絶縁基板が
割れることがある。
【0026】また水素ガス中熱処理の際の熱処理温度が
400℃未満ではTFTの特性回復が不十分であり、5
00℃を超えるとシリコン窒化膜にクラックが入る。
【0027】なお本実施例ではシリコン窒化膜の例につ
いて説明したが、本発明は特にこの範囲に限定されるも
のではなく、シリコン酸化窒化膜においても同様の効果
が期待できるものである。
【0028】
【発明の効果】本発明は、透明絶縁基板上に形成された
多結晶シリコン膜を活性領域とし、電極配線を備えたT
FTの上に内部応力が2.0×109〜5.0×109の範
囲内の圧縮応力を有するシリコン窒化膜をプラズマCV
D装置により形成した後、このTFTを400〜500
℃の範囲内の温度で水素ガス中熱処理しているために、
シリコン窒化膜にクラックなどを生じることがなく表面
保護膜としての機能を保持することができ、また従来よ
りも高温で熱処理することが可能となるためTFTの特
性回復の効果を従来よりもさらに向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(g)は本発明の一実施例における薄
膜トランジスタの製造方法を示す工程断面図
【符号の説明】
1 石英基板(透明絶縁基板) 2 多結晶シリコン膜 3 ゲート酸化膜 4 ゲート電極 5 ドレイン領域 6 ソース領域 7 層間絶縁膜 8 コンタクト孔 9 電極配線 10 シリコン窒化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/336 9056−4M H01L 29/78 311 Y

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石英基板等の透明絶縁基板上に多結晶シ
    リコン膜を形成した後薄膜トランジスタ形成領域となる
    多結晶シリコン膜を選択的に残す工程と、ゲート酸化膜
    および多結晶シリコン膜からなるゲート電極を形成する
    工程と、イオン注入によって薄膜トランジスタのドレイ
    ン領域およびソース領域を形成する工程と、全面にシリ
    コン酸化膜などの層間絶縁膜を形成する工程と、前記層
    間絶縁膜に前記ドレイン領域およびソース領域に達する
    コンタクト孔を形成する工程と、全面にアルミニウムを
    主成分とする導電膜を形成した後選択的にエッチングし
    て電極配線を形成する工程と、前記電極配線を含み薄膜
    トランジスタ構成部を保護するためのシリコン窒化膜を
    その内部応力が2.0×109〜5.0×109の範囲内の
    圧縮応力を備えるようにプラズマCVD装置により形成
    した後、400〜500℃の範囲内の温度の水素ガス中
    で熱処理する工程とからなる薄膜トランジスタの製造方
    法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007005627A (ja) * 2005-06-24 2007-01-11 Sony Corp 半導体装置の製造方法
US7414288B2 (en) 1996-06-04 2008-08-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device having display device
US10191215B2 (en) 2015-05-05 2019-01-29 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Waveguide fabrication method

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