【事件の表示】
　特許第３２１０５６８号「薄膜トランジスタの製造方法と薄膜トランジスタアレイの製造方法と液晶表示装置の製造方法」の請求項１乃至７に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３２１０５６８号の請求項１乃至２に係る特許を取り消す。
　同請求項３乃至７に係る特許を維持する。
【理　由】
（１）手続きの経緯
　本件特許第３２１０５６８号の請求項１乃至７に係る発明についての出願は、平成８年３月１５日になされ、平成１３年７月１３日にその特許の設定登録がなされ、その後、川上恒治、セイコーエプソン株式会社及び日本電気株式会社より特許異議の申立てがなされ、平成１４年９月１２日付けで取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１４年１１月２６日に訂正請求がなされたものである。
　
（２）訂正の適否についての判断
ア．訂正の内容
＊訂正事項ａ
　請求項１における「窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程」を「前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に導入された水素の上方への拡散を防止する拡散防止膜を兼ねる窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程」と訂正する。
＊訂正事項ｂ
　請求項３における「多結晶シリコン薄膜のソース・ドレイン領域の形成のために不純物を導入する際に、前記不純物の水素希釈ガスをプラズマ分解したイオンを質量分離せず加速して注入することにより、ゲート絶縁膜およびゲート電極への水素の導入と、前記ソース・ドレイン領域への不純物の導入とを同時に行う請求項１または２に記載の薄膜トランジスタの製造方法」を「チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、
窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程と、
前記保護絶縁膜を形成した後、前記ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を前記多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、
を含み、
前記多結晶シリコン薄膜の前記ソース・ドレイン領域の形成のために不純物を導入する際に、前記不純物の水素希釈ガスをプラズマ分解したイオンを質量分離せず加速して、前記ゲート電極とゲート絶縁膜との界面で前記水素濃度が最も大きくなるように、注入することにより、前記ゲート絶縁膜およびゲート電極への水素の導入と、前記ソース・ドレイン領域への不純物の導入とを同時に行う薄膜トランジスタの製造方法」と訂正する。
＊訂正事項ｃ
　請求項４における「請求項１〜３のいずれかに記載の」を「請求項３に記載の」と訂正する。
＊訂正事項ｄ
　請求項５における「請求項１〜４のいずれかに記載の」を「請求項３または４に記載の」と訂正する。
＊訂正事項ｅ
  段落００１５を「請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法は、チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に導入された水素の上方への拡散を防止する拡散防止膜を兼ねる窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程と、保護絶縁膜を形成した後、ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、を含むものである。」と訂正する。
＊訂正事項ｆ
  段落００１９を「請求項３記載の薄膜トランジスタの製造方法は、チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程と、保護絶縁膜を形成した後、ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を前記多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、を含み、多結晶シリコン薄膜のソース・ドレイン領域の形成のために不純物を導入する際に、不純物の水素希釈ガスをプラズマ分解したイオンを質量分離せず加速して、ゲート電極とゲート絶縁膜との界面で前記水素濃度が最も大きくなるように、注入することにより、ゲート絶縁膜およびゲート電極への水素の導入と、ソース・ドレイン領域への不純物の導入とを同時に行うことを特徴とする。」と訂正する。
＊訂正事項ｇ
  段落００２１を「これにより、多結晶シリコン薄膜の未結合手を補償するのに十分な水素がゲート絶縁膜およびゲート電極へ導入される。請求項５記載の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項３または４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、ゲート絶縁膜は、常圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法にて形成した酸化シリコン膜と、プラズマＣＶＤ法にて形成した窒化シリコン膜またはスパッタ法にて形成した酸化タンタル膜とを積層した積層膜であり、酸化シリコン膜を多結晶シリコン薄膜と接して配置することを特徴とする。」と訂正する。
　
イ．訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
　上記訂正事項ａは、特許請求の範囲の請求項１において、窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程における窒化シリコン膜が、ゲート絶縁膜およびゲート電極に導入された水素の上方への拡散を防止する拡散防止膜を兼ねるものに限定するものであるから、特許請求の範囲の減縮を目的としたものである。そしてこの訂正は、願書に添付した明細書に記載した事項の範囲内のものであり、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものではない。
　上記訂正事項ｂは、特許請求の範囲の請求項３を独立の請求項とするとともに、多結晶シリコン薄膜のソース・ドレイン領域の形成のために不純物を導入する際に、不純物の水素希釈ガスをプラズマ分解したイオンを質量分離せず加速して注入することにより、ゲート電極とゲート絶縁膜との界面で前記水素濃度が最も大きくなるように注入することを限定するものであるから、特許請求の範囲の減縮及び明りょうでない記載の釈明を目的としたものである。そしてこの訂正は、願書に添付した明細書に記載した事項の範囲内のものであり、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものではない。
　上記訂正事項ｃ、ｄは、引用発明を整理するものであるから、特許請求の範囲の減縮を目的としたものである。そしてこの訂正は、願書に添付した明細書に記載した事項の範囲内のものであり、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものではない。
　上記訂正事項ｅ、ｆ及びｇは、請求項１、３、５が訂正されたことに伴い特許請求の範囲の記載と発明の詳細な説明の記載との整合を図るための訂正で、明りょうでない記載の釈明を目的としたものであり、願書に添付した明細書に記載した事項の範囲内のものであり、実質上特許請求の範囲を拡張し又は変更するものではない。
　
ウ．むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法第１２０条の４第３項で準用する特許法第１２６条第１項ただし書、第２項及び第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
（３）特許異議申立てについての判断
ア．特許異議申立ての理由の概要
　特許異議申立人川上恒治は、証拠として、甲第１号証（特開平７−３２６７６８号公報）、甲第２号証（特開平５−３１５３５８号公報）、甲第３号証（特開平６−３１４６９７号公報）及び甲第４号証（特開平６−２０９０１２号公報）を提示して、本件請求項１及び２により特定される発明は、甲第１号証に記載された発明であり、本件請求項３及び４により特定される発明は、甲第１乃至２号証に記載された発明に基いて、請求項５により特定される発明は、甲第１乃至４号証に記載された発明に基いて、また本件請求項６乃至７により特定される発明は、甲第１及び４号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、本件請求項１乃至７により特定される発明についての特許は、特許法第２９条第１項第３号或いは同法第２９条第２項の規定に違反してなされたものである旨主張している。
　特許異議申立人セイコーエプソン株式会社は、証拠として、甲第１号証（特開平６−２４４２０９号公報）、甲第２号証（特開平５−３１５３５８号公報）及び参考資料１乃至３（特開昭６３−１１９２６９号公報、特開平８−３２０７７号公報、特開平３−１８１１１９号公報）を提示して、本件請求項１乃至２により特定される発明は、甲第１乃至２号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、本件請求項１乃至４により特定される発明についての特許は、特許法第２９条第２項の規定に違反してなされたものである旨主張している。
　特許異議申立人日本電気株式会社は、証拠として、甲第１号証（特開平７−３２６７６８号公報）、甲第２号証（特開平７−１４２７４３号公報）、甲第３号証（特開平８−３２０７７号公報）、甲第４号証（特開平４−３１３２４０号公報）及び甲第５号証（特開平１−２２３４３０号公報）を提示して、本件請求項１乃至２により特定される発明は、甲第１乃至３号証に記載された発明に基いて、本件請求項３により特定される発明は、甲第１乃至４号証に記載された発明に基いて、また本件請求項６乃至７により特定される発明は、甲第５号証に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものであるから、本件請求項１乃至３及び６乃至７により特定される発明についての特許は、特許法第２９条第２項の規定に違反してなされたものである旨主張している。
　
イ．平成１４年９月１２日付けで通知された本件特許の取消理由は次のとおりである。
「１．請求項１及び２に係る発明は、下記刊行物１に記載された発明と同一であると認められる。
　よって、本件請求項１及び２に係る発明についての特許は、特許法第２９条第１項第３号の規定に違反してなされたものである。
　
　２．請求項３乃至４に係る発明は、下記刊行物１、２、５に記載の発明に基づいて、請求項５に係る発明は、下記刊行物１乃至４に記載の発明に基づいて、請求項６乃至７に係る発明は、下記刊行物１及び４に記載の発明に基づいて当業者であれば容易に発明をすることができたものと認められる。
　よって、本件請求項３乃至７に係る発明についての特許は、特許法第２９条第２項の規定に違反してなされたものである。
　　　　　　　　　　　　　 記
　刊行物１：特開平７−３２６７６８号公報（異議申立人川上恒治の提出した甲第１号証）
［特に実施例４に係る段落００８５、００８９、００９０、００９３の記載に注意されたい。］
　刊行物２：特開平５−３１５３５８号公報（異議申立人川上恒治の提出した甲第２号証）
　刊行物３：特開平６−３１４６９７号公報（異議申立人川上恒治の提出した甲第３号証）
　刊行物４：特開平６−２０９０１２号公報（異議申立人川上恒治の提出した甲第４号証）
　刊行物５：特開平４−３１３２４０号公報（異議申立人日本電気株式会社の提出した甲第４号証）
　
 ［異議申立人川上恒治外２名の提出した特許異議申立書の記載事項を十分参照されたい。］」
　
ウ．本件発明
　訂正明細書の本件発明は、特許請求の範囲の請求項１乃至７に記載された次のとおりのものである。
「【請求項１】　チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、
前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に導入された水素の上方への拡散を防止する拡散防止膜を兼ねる窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程と、
前記保護絶縁膜を形成した後、前記ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を前記多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、
を含む薄膜トランジスタの製造方法。（以下、「本件発明１」という。）
【請求項２】　熱処理を、水素および窒素のうち少なくとも一方を含む雰囲気で行う請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。（以下、「本件発明２」という。）
【請求項３】　多結晶シリコン薄膜のソース・ドレイン領域の形成のために不純物を導入する際に、前記不純物の水素希釈ガスをプラズマ分解したイオンを質量分離せず加速して注入することにより、ゲート絶縁膜およびゲート電極への水素の導入と、前記ソース・ドレイン領域への不純物の導入とを同時に行う請求項１または２に記載の薄膜トランジスタの製造方法」を「チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、
窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程と、
前記保護絶縁膜を形成した後、前記ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を前記多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、
を含み、
前記多結晶シリコン薄膜の前記ソース・ドレイン領域の形成のために不純物を導入する際に、前記不純物の水素希釈ガスをプラズマ分解したイオンを質量分離せず加速して、前記ゲート電極とゲート絶縁膜との界面で前記水素濃度が最も大きくなるように、注入することにより、前記ゲート絶縁膜およびゲート電極への水素の導入と、前記ソース・ドレイン領域への不純物の導入とを同時に行う薄膜トランジスタの製造方法。（以下、「本件発明３」という。）
【請求項４】　ゲート絶縁膜およびゲート電極のうち少なくとも一方の水素濃度が１０１９ｃｍ−３以上となるように水素を導入する請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。（以下、「本件発明４」という。）
【請求項５】　ゲート絶縁膜は、常圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法にて形成した酸化シリコン膜と、プラズマＣＶＤ法にて形成した窒化シリコン膜またはスパッタ法にて形成した酸化タンタル膜とを積層した積層膜であり、前記酸化シリコン膜を多結晶シリコン薄膜と接して配置する請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。（以下、「本件発明５」という。）
【請求項６】　チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタと、
この薄膜トランジスタに接続された画素電極と、
を備える薄膜トランジスタアレイの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、
窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を前記薄膜トランジスタおよび前記画素電極を覆うように全面に形成する工程と、
　前記保護絶縁膜を形成した後、前記ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を前記多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、
　前記熱処理後に、前記画素電極上を開口するように前記保護絶縁膜の一部を除去する工程と、
を含む薄膜トランジスタアレイの製造方法。（以下、「本件発明６」という。）
【請求項７】　請求項６記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法を備える液晶表示装置の製造方法。（以下、「本件発明７」という。）」
　
エ．刊行物記載の発明
　刊行物１には、薄膜トランジスタの作製方法が図面とともに開示されている。そして同刊行物には、次のように記載されている。
「窒化珪素膜は、注入されたイオンに対するバリア層として機能する。即ち、水素、フッ素、塩素から選ばれた元素が脱ガス化しないようなバリア層として機能する。このバリア層としては、窒化珪素膜の他に窒化アルミ膜、酸化アルミ膜、酸化窒化アルミ、酸化窒化珪素膜を用いることができる。酸化窒化アルミは、ＡｌＯｘＮｙで示される。酸化窒化珪素膜は、ＳｉＯｘＮｙで示され、窒化珪素膜に比較して、応力緩和機能が高いので、デバイスを被覆する被膜としても有効に機能する。
　全体を加熱処理するのは、前工程でイオン注入された原子を珪素半導体内に閉じ込め、さらに注入された元素による不対結合手の中和を促進させるためである。この加熱処理を行う雰囲気は、Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｏ２で可能である。また、この雰囲気中をフッ素や塩素を主成分としたものとすることも効果的である。特に水素、フッ素または塩素を主成分とした雰囲気中でこのアニールを行うと、このアニールにおける珪素半導体中や珪素半導体の界面における不対結合手を中和する効果を得ることがでる。この工程において、注入されたイオンによって珪素膜中の不対結合手が中和され、不対結合手に起因する準位（トラップ）や欠陥を減少させることができる。」（段落００１８〜００１９）
「一般に珪素半導体膜を利用してＴＦＴを構成する場合、絶縁ゲイト型電界効果トタンジスタの構成が採用される。そして、ゲイト絶縁膜として酸化珪素膜や窒化珪素膜が採用される。この場合、珪素半導体膜とゲイト絶縁膜との界面特性が極めて重要となる。
　そこで、上記発明においては、珪素半導体膜上に絶縁膜を形成した状態において、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンを注入することにより、珪素半導体中における珪素の不対結合手の中和と同時に、珪素半導体と絶縁膜との界面における界面準位を減少を得るものである。界面準位は、不対結合手に起因するものであるので、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンの注入によって、不対結合手を中和させることができる。そして界面準位を減少させることができる。
　上記構成において、水素、フッ素、塩素から選ばれたイオンの投影飛程を珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍とすることでその効果をさらに大きくすることができる。投影飛程とは、固体中に打ち込まれたイオンの静止位置について、最も確立の高い深さを与える指標である。従って、当該イオンの投影飛程を珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍にするということは、珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍に最も多くの当該イオンが打ち込まれるようにすることを意味する。この結果、珪素半導体膜と絶縁膜との界面近傍を中心に珪素の不対結合手の中和が行われることなり、珪素半導体膜と絶縁膜との界面における界面準位を大きく減少させることができる。」（段落００２１〜００２３）
「〔実施例４〕本実施例は、ＴＦＴの作製工程において、ゲイト電極の形成後に水素イオン野注入を行い、さらに窒化珪素膜でなるバリア層を形成することを主な特徴とするものである。
　図４に本実施例の作製工程を示す。本実施例では絶縁表面を有する基板としてガラス基板を用い、その表面にＴＦＴを形成する例を示す。まず、ガラス基板１１として、コーニング７０５９ガラスを用意する。そしてその表面に下地膜となる酸化珪素膜（図示せず）をスパッタ法により２０００Åの厚さに形成する。次に非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法または減圧熱ＣＶＤ法によって１０００Åの厚さに形成する。そして加熱あるいはレーザー光または強光の照射、さらにはそれらを組み合わせた方法により、非晶質珪素膜を結晶化させる。こうして結晶性珪素膜が得られる。
　次に、ＴＦＴの活性層として必要とされる形状に結晶性珪素膜をパターニングし、図４（Ａ）の１２で示される活性層を得る。
　次にゲイト絶縁膜となる酸化珪素膜１３をスパッタ法で１０００Åの厚さに形成する。そして、アルミニウムを主成分とする膜を５０００Åの厚さに蒸着法で形成する。このアルミニウムを主成分とする膜をパターニングしてゲイト電極１４を形成する。さらに陽極酸化法を用いてこのアルミニウムを主成分とする材料で構成されたゲイト電極１４の周囲に酸化物層１５を形成する。この酸化物層１５は、例えば２０００Åの厚さに形成される。この酸化物層１５が存在することで、後の一導電型を付与する不純物のイオン注入工程において、ゲイト電極１４の側面にマスクが設けられた形となり、オフセットゲイト領域を形成することができる。（図４（Ｂ））
　なおゲイト電極を、他の金属材料や半導体材料、さらにはそれらの積層体や混合物で構成するのでもよい。
　そしてＰ（燐）イオンの注入を行い、１６と１８で示される領域にＰイオンを注入する。この時、酸化物層１５がマスクとなり、１０で示される部分をオフセットゲイト領域として設けることができる。
　なお、本実施例においては、この工程において、Ｐイオンを注入したので、完成したＴＦＴはＮチャネル型となる。ここでＢイオンを注入すれば、Ｐチャネル型のＴＦＴを得ることができる。
　次に、水素イオンをイオンドーピング方によって、下記の条件で窒化珪素膜を介して注入する。（図４（Ｂ））
　加速電圧：３５ＫｅＶ
　ドーズ量：１×１０１６ｃｍ−２　ここで、プラズマドーピング法を用いるのは、その生産性の高いからである。水素イオンを注入する方法としては、イオンドーピング法があるが、これは質量分離を行う必要があり大面積に対する生産性が低いという問題がある。
　次に、（Ｂ）の工程で注入されたＰイオンの活性化と、イオン注入時に受けたダメージを回復、さらに水素イオンの活性のためにレーザー光の照射によるアニールを行う。ここでは、ＫｒＦエキシマレーザーを用い、１００〜３００ｍＪ／ｃｍ２のパワー密度で１〜数ショットの照射を行う。この工程において、レーザー光の照射と同時に３００度程度の加熱を併用することは効果的である。こうしてソース／ドレイン領域，１６／１８を形成することができる。また同時に自己整合的にチャネル形成領域１７が形成される。さらに注入された水素イオンを活性化することができる。
　また、レーザー光の照射の代わりに、それと同等の強光、例えば赤外光を照射しアニールを行うのでもよい。赤外光は、ガラス基板には吸収されにくく、珪素には吸収され易いので、珪素のみを選択的に加熱することができる。このような赤外光を用いた加熱は、ＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）とよばれている。またヒータ等による加熱手段を用いて、アニールを行うのでもよい。
　次に注入された水素イオンが脱ガス化しないようにするためのバリア層として機能する窒化珪素膜２３をシランとアンモニアを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、１０００Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜は、Ｓｉ３Ｎ４−ｘ (−0.3 ≦ｘ≦１）で示される。（図４（Ｃ））
　バリア層である窒化珪素膜２３を形成することによって、注入された水素イオンを活性層中に閉じ込められることができ、注入された水素イオンが後に外部に放出されたりすることがない状態とすることができる。
　次に、層間絶縁膜１９として酸化珪素膜を８０００Å程度の厚さにＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法で形成する。このプラズマＣＶＤ法での酸化珪素膜の成膜においては、加熱温度を３５０度以下、好ましくは３００度〜３５０度の温度で行うことが必要である。これは、（Ｂ）の工程で注入された水素イオンの離脱を防ぐためである。また窒化珪素膜２３が存在しているので、この工程における水素の離脱を防ぐことができる。
　次に、配線のための穴開けパターニングを行い、アルミニウムまたはアルミニウムと他の金属との多層膜を用いて、電極２０と２１とを形成する。さらにファイナルコート膜として窒化珪素膜２２を１０００〜５０００Å、例えば３０００Åの厚さに形成する。この窒化珪素膜２２の形成は、シランとアンモニアとを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法を用いればよい。
　最後に酸素、窒素、アルゴンまたはヘリウム雰囲気中において３５０度の温度加熱処理を行う。この加熱処理によって、注入された水素イオンが最終的に活性化され、欠陥やダングリングボンドの中和が行われる。こうしてＴＦＴを完成する。（図４（Ｄ））」（段落００７８〜段落００９３）
　以上図４を参酌してまとめると、刊行物１には次のような発明が記載されている。
「ＴＦＴの活性層として必要とされる形状にパターニングされた結晶性珪素膜とこの結晶性珪素膜上に形成されたゲイト絶縁膜と、このゲイト絶縁膜に形成されたゲイト電極と、を有する薄膜トランジスタの作製方法であって、
水素イオンをイオンドーピング方（法）によって、注入する工程と、
注入された水素イオンが脱ガス化しないようにするためのバリア層として機能する窒化珪素膜２３を形成する工程と、
窒化珪素膜２３を形成した後酸素、窒素、アルゴンまたはヘリウム雰囲気中において３５０度の温度加熱処理を行う工程と、
を含む薄膜トランジスタの作製方法。」
　刊行物２には、イオン注入工程を含むＳｉＭＯＳ型半導体装置の製造方法が図面とともに開示されている。そして同刊行物には、次のように記載されている。
「薄膜トランジスタの特性向上の一手段は、活性層内のＳｉ未結合手（ダングリングボンド）の終端処理である。すなわち、ターミネータと呼ばれる水素や弗素、塩素原子を活性層内に導入し、Ｓｉの未結合手と化学結合せしめることによって、信号伝達キャリアのトラップや再結合中心をつぶし、また粒界における電位障壁を低下させる。」（段落０００６）
「【課題を解決するための手段】本発明のＳｉＭＯＳ型半導体装置の製造方法は、基板上に多結晶Ｓｉ層または非晶質Ｓｉ層を活性層として堆積する工程と、当該活性層上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、Ｓｉの未結合手終端元素と不純物元素との化合物を含むソースガスをイオン化し、質量分離を行なわずに未結合手終端元素の深いピークがゲート電極下の活性層に到達する加速エネルギで活性層にイオン注入する工程とを含む。」（段落００１４）
「このようにして、ソース／ドレイン領域の不純物元素イオン注入と同時に、ソース領域、チャネル領域、ドレイン領域に未結合手終端元素をイオン注入することができる。活性層内の未結合手が終端化されるため、活性層のＳｉの特性が向上する。
【実施例】図１は、本発明の基本実施例を示す。図１（Ａ）は不純物ソースガスとしてＰＨ３を用いた場合のＳｉ中への非質量分離イオン注入の濃度分布を示すグラフである。ＰＨ３中のＰが不純物元素となり、ＨがＳｉの未結合手終端元素となる。
　なお、ＰＨ３はＨ２で希釈してある。この希釈用Ｈ２からもＨが生じる。グラフはＳｉ中のＰとＨの濃度をＳＩＭＳで分析した結果である。比較のために、Ｓｉ濃度分析値も示す。
　なお、測定条件は、加速電圧３０ＫｅＶ、ドース量５Ｅ１５ｃｍ−２であり、ＰＨ３／Ｈ２ガスをイオン化後質量分離を行なうことなく、Ｓｉ中にイオン注入した。」（段落００１８〜００２１）
「このうち、第１のピークはＰＨ３ガスのイオン化過程でＰの他に燐化水素化合物Ｐ１Ｈｘ、Ｐ２Ｈｘ等が形成され、それがそのままイオン打込みされたために生じたものと考えられる。さらに、第２のピークは、ＰＨ３ガスから分離したＨ、Ｈ２や希釈ガスの水素がイオン化してそのまま注入された結果生じたものと考えられる。」（段落００２３）
「質量分離しないイオン（ＰＨ３ガス５から発生したＰを含むイオンとＨのみを含むイオン）を上方から打ち込むと、上にゲート電極４が存在しないソース／ドレイン領域のＳｉ活性層２には不純物元素Ｐがイオン注入されて、ソース領域７およびドレイン領域８が形成される。」（段落００２７）
「このために、Ｓｉの未結合手終端元素の濃度分布がゲート電極４下のチャネル領域９表面部分に対応する深さに第２のピークを示すように、イオン注入の加速電圧および／またはゲート絶縁膜３とゲート電極４の厚みを調節することが望ましい。」（段落００３３）
「ゲート金属電極１４のある領域では、不純物イオンと水素イオンの第１のピークはゲート金属電極１４中で消費され、水素濃度の第２のピークが多結晶Ｓｉ活性層１２、すなわちチャネル領域とゲート酸化膜１３との界面付近に現れる。
　このため、ソース領域、ドレイン領域に高濃度の不純物イオンを注入すると同時にターミネータの水素の導入ができ、さらにチャネル領域に高濃度のターミネータの導入ができる。
　本実施例では、ゲート金属をＡｌとしたが、他の金属、たとえばＭｏ、ＷやＴｉ等の高融点金属、あるいはシリサイドや多結晶Ｓｉ等を用いることもできる。また、ゲート絶縁膜としてＳｉＯ２だけでなく、ＳｉＮｘ、ＳｉＯＮやＡｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５等を用いることもできる。」（段落００４１〜００４３）
　刊行物３には、薄膜トランジスタの製造方法が図面とともに開示されている。そして同刊行物には、次のように記載されている。
「【作用】本発明によれば、ＭＯＳ（金属−酸化膜−半導体層）型薄膜トランジスタにおいて、チャンネル領域となる非単結晶シリコン半導体層と、ゲート電極とが、水、水素または水素イオンを含んだゲート絶縁膜を間に挟んで形成されている。その半導体層に負の電位を、ゲート電極に正の電位を印加することにより、ゲート絶縁膜中の水または水素が水素イオンとして半導体層に引き寄せられて、半導体層中に導入される。よって、非単結晶シリコン（非晶質シリコン、微結晶シリコンまたは多結晶シリコン）半導体層に存在するダングリングボンドが終端化される。」（段落００１２）
「（実施例２）図２（ｈ）に、本発明の他の実施例を用いて作製したＴＦＴの断面図を示す。このＴＦＴは、ゲート絶縁膜２５が、水素を含むシリコン酸化膜からなる第１のゲート絶縁膜５ａと、二酸化シリコン膜または窒化シリコン膜（ＳｉＮＸ）からなる第２のゲート絶縁膜５ｂとから構成されている。この図において、同じ機能を有する部分は、図１と同じ番号で示した。」（段落００２６）
　刊行物４には、半導体装置の製造方法が図面とともに開示されている。そして同刊行物には、次のように記載されている。
「本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、非単結晶シリコン半導体層の水素化による特性向上を工程数を増やすことなく効率よく行い、高性能な半導体装置を得ることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。」（段落００１４）
「次に、スパッタリング法によりＡｌを蒸着し、エッチングにより所定の形状にパターニングして、ソース領域１０３ａに通じるソース電極１０８およびドレイン領域１０３ｂに通じるドレイン電極１０９を形成する。このＴＦＴを画素用スイッチング素子として形成する場合には、ドレイン電極１０９をＩＴＯなどの透明導電膜を用いて形成し、画素電極とする。
　その後、例えば、プラズマＣＶＤ法により、基板温度２５０℃程度にして窒化膜を被着形成してパッシベーション膜１１０とする。これをエッチングにより所定の形状にパターニングして、画素電極１２１を露出させる。このパッシベーション膜１１０により、外部環境からの汚染を防ぐことができる。以上の工程により、ｐ−Ｓｉ　ＴＦＴを備えたアクティブマトリクス基板が得られる。」（段落００３２〜００３３）
「次に、図２（ｂ）に示すように、ｐ−Ｓｉ膜２０３を覆うように、例えば、プラズマＣＶＤ法などにより、基板温度３００℃程度にして膜厚５００オングストローム程度の水素を含む窒化シリコン膜２０４を第１のゲート絶縁膜として形成する。続いて第１のゲート絶縁膜２０４を覆うように、例えば、プラズマＣＶＤ法などにより、基板温度３００℃程度にして膜厚５００オングストローム程度の二酸化シリコン膜２０５を第２のゲート絶縁膜として形成する。この状態の基板に、例えば、水素雰囲気中、基板温度３００〜５００℃、好ましくは３５０〜４００℃にして３０分〜５時間程度の熱処理を行う。この熱処理により、水素を含む窒化シリコン膜２０４中から原子状水素が脱離してｐ−Ｓｉ膜２０３中に拡散し、ｐ−Ｓｉの結晶粒界に存在するダングリングボンドを終端化する。」（段落００３８）
　刊行物５には、薄膜トランジスタの製造方法が図面とともに開示されている。そして同刊行物には、次のように記載されている。
「次に図２（ｂ）に示すようにシリコン酸化膜をゲート電極をマスクとしてゲート電極近傍がテーパー状になるように除去し、ゲート電極をマスクとして、ＰＨ３を５％含むＨ２ガスを原料としたプラズマから、質量分析なしに３０ＫｅＶのエネルギで不純物イオン２０７を打ち込み、ソース・ドレイン部２０８および不純物を含まない多結晶シリコン層２０９を自己整合的に形成し、６００℃でアニールして不純物を活性化させる。」（２頁２欄２１行〜２８行）　
「（４）質量分析を用いないイオン注入装置によって不純物と同時に打ち込まれる水素がシリコン窒化膜に給蔵されることにより、多結晶シリコンの欠陥に水素が供給され、薄膜トランジスタの特性が向上する。」（３頁４欄１７行〜２０行）
　
エ．対比・判断
＜本件発明１について＞
　本件発明１と刊行物１に記載の発明とを対比すると、刊行物１に記載の発明における「ＴＦＴの活性層として必要とされる形状にパターニングされた結晶性珪素膜」は、本件発明１の「チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜」に相当し、刊行物１に記載の発明における「水素イオンをイオンドーピング方（法）によって、注入する工程」は、図４の記載からみて、本件発明１の「前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程」に相当する。
　また刊行物１に記載の発明における「注入された水素イオンが脱ガス化しないようにするためのバリア層として機能する窒化珪素膜２３を形成する工程」は、窒化珪素膜２３が水素イオンが脱ガス化しないようにするためのバリア層として機能する以上、導入された水素の上方への拡散を防止する拡散防止膜として機能していることは明らかであるから、本件発明１の「前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に導入された水素の上方への拡散を防止する拡散防止膜を兼ねる窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程」に相当する。（窒化珪素膜２３は、図４の記載及びその機能からみて保護絶縁膜に当たる。）
　更に刊行物１に記載の発明における「窒化珪素膜２３を形成した後酸素、窒素、アルゴンまたはヘリウム雰囲気中において３５０度の温度加熱処理を行う工程」は、刊行物１における「最後に酸素、窒素、アルゴンまたはヘリウム雰囲気中において３５０度の温度加熱処理を行う。この加熱処理によって、注入された水素イオンが最終的に活性化され、欠陥やダングリングボンドの中和が行われる。」旨の記載からみて、本件発明１の「前記ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を前記多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程」に相当する。
　よって両者は「チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、
前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に導入された水素の上方への拡散を防止する拡散防止膜を兼ねる窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程と、
前記保護絶縁膜を形成した後、前記ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を前記多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、
を含む薄膜トランジスタの製造方法。」の点で一致し、相違点はない。
＜本件発明２について＞
　本件発明２と刊行物１に記載の発明とを対比すると、刊行物１には「窒化珪素膜２３を形成した後窒素雰囲気中において３５０度の温度の加熱処理を行う工程」が更に記載されているから、両者は「熱処理を、窒素を含む雰囲気で行う請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。」の点で一致し、相違点はない。
＜本件発明３について＞
　本件発明３と刊行物１、２及び５に記載の発明とを対比すると、刊行物１、２及び５には、本件発明１の必須の構成要件である、「多結晶シリコン薄膜の前記ソース・ドレイン領域の形成のために不純物を導入する際に、不純物の水素希釈ガスをプラズマ分解したイオンを質量分離せず加速して、ゲート電極とゲート絶縁膜との界面で水素濃度が最も大きくなるように、注入する」点について記載も示唆もされていない。
　そして、本件発明１は、上記の点を備えることにより、「従来のように水素プラズマ処理を行うことなく、イオンドーピング法により不純物導入と同時にゲート絶縁膜１４およびゲート電極１５に水素を導入し、熱処理により多結晶シリコン薄膜１３のチャネル領域に拡散させることにより、チャネル領域の未結合手を補償するのに必要な水素の拡散距離を短くし、水素化の効率を向上し、薄膜トランジスタの特性の向上を図るとともに、従来の数時間〜十数時間を要した水素プラズマ処理に比べ、この実施の形態における水素を拡散させるための熱処理は２時間程度ですみ、製造時間を短縮し、生産性を向上することができる。延いては、この実施の形態のように液晶表示装置に用いる薄膜トランジスタアレイの生産性を向上することできる。」という明細書記載の効果（段落００３４参照）を奏するものである。
  したがって、本件発明３が、刊行物１、２及び５に記載された発明に基いて当業者が容易に発明をすることができたものであるとは認めることができない。
＜本件発明４について＞
　本件発明４は、本件発明３の構成を前提とするものであるから、本件発明３の場合と同様の理由により、本件発明４が、刊行物１、２及び５に記載された発明に基いて、容易に発明をすることができたものであるとは認めることができない。
＜本件発明５について＞
　本件発明５と刊行物１乃至４に記載の発明とを対比すると、刊行物１乃至４には、本件発明５の前提となる構成要件である、「多結晶シリコン薄膜の前記ソース・ドレイン領域の形成のために不純物を導入する際に、多前記不純物の水素希釈ガスをプラズマ分解したイオンを質量分離せず加速して、前記ゲート電極とゲート絶縁膜との界面で前記水素濃度が最も大きくなるように、注入する」点について記載も示唆もされていない。
　そして、本件発明５は、上記の点を備えることにより、本件発明３と同様に明細書記載の効果を奏するものである。
  したがって、本件発明５が、刊行物１乃至４に記載された発明に基いて、容易に発明をすることができたものであるとは認めることができない。
＜本件発明６について＞
　本件発明６と刊行物１及び４に記載の発明とを対比すると、刊行物１及び４には、本件発明６の必須の構成要件である、薄膜トランジスタとこの薄膜トランジスタに接続された画素電極とを備える薄膜トランジスタアレイの製造方法において、「窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を薄膜トランジスタおよび画素電極を覆うように全面に形成する工程と前記保護絶縁膜を形成した後、ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と前記熱処理後に、前記画素電極上を開口するように前記保護絶縁膜の一部を除去する工程」を備える点について記載も示唆もされていない。
　そして、本件発明６は、上記の点を備えることにより、「従来のように水素プラズマ処理を行うことなく、イオンドーピング法により不純物導入と同時にゲート絶縁膜１４およびゲート電極１５に水素を導入し、熱処理により多結晶シリコン薄膜１３のチャネル領域に拡散させることにより、チャネル領域の未結合手を補償するのに必要な水素の拡散距離を短くし、水素化の効率を向上し、薄膜トランジスタの特性の向上を図るとともに、従来の数時間〜十数時間を要した水素プラズマ処理に比べ、この実施の形態における水素を拡散させるための熱処理は２時間程度ですみ、製造時間を短縮し、生産性を向上することができる。延いては、この実施の形態のように液晶表示装置に用いる薄膜トランジスタアレイの生産性を向上することできる。」という明細書記載の効果（段落００３４参照）を奏するものである。
  したがって、本件発明６が、刊行物１及び４に記載された発明に基いて、容易に発明をすることができたものであるとは認めることができない。
＜本件発明７について＞
　本件発明７は、本件発明６の構成を前提とするものであるから、本件発明６の場合と同様の理由により、刊行物１及び４に記載された発明に基いて、容易に発明をすることができたものであるとは認めることができない。
　
（４）まとめ
　以上のとおり、本件請求項１及び２に係る発明についての特許は、特許法第２９条第１項第３号の規定に違反してなされたものであるから、特許法第１１３条第２号に該当し、取り消されるべきものである。
　また本件請求項３乃至７に係る発明についての特許は、取消理由通知で指摘した特許異議申立ての理由及び証拠によっては、これを取り消すことはできない。
　なお、その他特許異議申立ての理由及び証拠によっても、本件請求項３乃至７に係る発明についての特許を取り消すことはできない。
　よって、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１５年９月２４日（２００３．９．２４）
【訂正の要旨】
審決（決定）の【理由】欄参照。
（５４）【発明の名称】
薄膜トランジスタの製造方法と薄膜トランジスタアレイの製造方法と液晶表示装置の製造方法
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
　前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、
　
前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に導入された水素の上方への拡散を防止する拡散防止膜を兼ねる
　前記保護絶縁膜を形成した後、前記ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を前記多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、
を含む薄膜トランジスタの製造方法。
　【請求項２】熱処理を、水素および窒素のうち少なくとも一方を含む雰囲気で行う請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
　【請求項３】
チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
　
前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、
　
窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程と、
　
前記保護絶縁膜を形成した後、前記ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を前記多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、
を含み、
　
前記
前記
、前記ゲート電極とゲート絶縁膜との界面で前記水素の濃度が最も大きくなるように、
前記
う薄
　【請求項４】ゲート絶縁膜およびゲート電極のうち少なくとも一方の水素濃度が１０１９ｃｍ−３以上となるように水素を導入する請求項
３
　【請求項５】ゲート絶縁膜は、常圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法にて形成した酸化シリコン膜と、プラズマＣＶＤ法にて形成した窒化シリコン膜またはスパッタ法にて形成した酸化タンタル膜とを積層した積層膜であり、前記酸化シリコン膜を多結晶シリコン薄膜と接して配置する請求項
３または４
　【請求項６】チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタと、
　この薄膜トランジスタに接続された画素電極と、
を備える薄膜トランジスタアレイの製造方法であって、
　前記ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、
　窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を前記薄膜トランジスタおよび前記画素電極を覆うように全面に形成する工程と、
　前記保護絶縁膜を形成した後、前記ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を前記多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、
　前記熱処理後に、前記画素電極上を開口するように前記保護絶縁膜の一部を除去する工程と、
を含む薄膜トランジスタアレイの製造方法。
　【請求項７】請求項６記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法を備える液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【発明の属する技術分野】
　この発明は、アクティブマトリックス型液晶表示装置等に用いられ、多結晶シリコン薄膜を活性層に用いた薄膜トランジスタの製造方法と薄膜トランジスタアレイの製造方法に関するものである。
　【０００２】
　【従来の技術】
　近年、薄膜トランジスタを集積化した液晶表示装置やイメージセンサでは、高密度化の技術トレンドとともに低コスト化への要望が強く、従来の非晶質シリコン薄膜を活性層に用いた薄膜トランジスタから、多結晶シリコン薄膜を活性層に用いた薄膜トランジスタの開発が活発化している。多結晶シリコン薄膜トランジスタは、非晶質シリコン薄膜トランジスタに比べて電子移動度が２桁以上大きく、素子の微細化や駆動回路を同一基板上に集積可能である等の利点を有している。
　【０００３】
　以下、図４を参照しながら従来の薄膜トランジスタの製造方法について説明する。図４は従来の薄膜トランジスタの製造方法を示す工程断面図であり、ここではアクティブマトリックス型液晶表示装置に用いられているトップゲート型多結晶シリコン薄膜トランジスタアレイの１画素部の工程断面図を示す。
　【０００４】
　まず、図４（ａ）に示すように、ガラス基板等の透光性基板１１上に多結晶シリコン薄膜１３を形成し、多結晶シリコン薄膜１３を島状に加工した後、酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜１４を形成する。つぎに、ゲート絶縁膜１４上にゲート電極１５を形成する。その後、ソース・ドレイン領域形成のため不純物のイオン注入を行い、導入した不純物の活性化処理を行う。
　【０００５】
　つぎに、図４（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜１８を形成し、ソース・ドレイン領域上の層間絶縁膜１８を部分的に除去してコンタクトホール１９を開口する。その後、活性層の多結晶シリコン薄膜１３中の未結合手（ダングリングボンド）を補償して薄膜トランジスタの特性を向上するための水素プラズマ処理を行う。
　【０００６】
　水素プラズマ処理後、図４（ｃ）に示すように、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　ｏｘｉｄｅ）膜からなる表示電極２０ａおよびドレイン電極２０ｂを形成する。その後、Ｔｉ膜とＡｌ膜の積層膜からなるソース電極配線２１を形成する。つぎに、図４（ｄ）に示すように、窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜２２を形成して薄膜トランジスタが完成する。なお、この後、図示しないが、画素電極２０ａ上を開口するように保護絶縁膜２２の一部を除去して、液晶表示装置の薄膜トランジスタアレイが完成する。
　【０００７】
　この従来の製造方法では、活性層の多結晶シリコン薄膜１３中に多数の未結合手を有すると、その未結合手がシリコンの価電子帯と伝導帯との間に準位を生成し、薄膜トランジスタの特性を劣化させるため、多結晶シリコン薄膜１３中の未結合手を補償する手法として、一般的な水素プラズマ処理を行っている。この水素プラズマ処理により多結晶シリコン薄膜１３の未結合手を補償した水素は、４００℃以上の熱処理により再脱離するため、水素プラズマ処理工程は、不純物注入後の活性化処理等の高温プロセスの後に実施しなければならない。
　【０００８】
　さらに、保護絶縁膜２２である窒化シリコン膜は、水素の拡散防止膜すなわち水素の透過率が小さいため、保護絶縁膜２２の形成後に水素プラズマ処理を行うと、プラズマ中の水素ラジカルの窒化シリコン中での拡散係数が小さく、水素プラズマ処理工程に多大な時間がかかるため、保護絶縁膜２２の形成前に水素プラズマ処理を行わなければならない。
　【０００９】
　さらに、この図４のように液晶表示装置の薄膜トランジスタアレイに用いた場合、表示電極２０ａとなるＩＴＯ膜が露出した状態で水素プラズマ処理を行うと、ＩＴＯ膜表面が還元・黒化されるため、水素プラズマ処理工程はＩＴＯ膜の形成前に実施しなければならない。
　【００１０】
　【発明が解決しようとする課題】
　上記従来の製造方法では、水素プラズマ処理により、多結晶シリコン薄膜１３中の未結合手を補償して、薄膜トランジスタの特性を向上させているが、水素プラズマ処理は、薄膜トランジスタ特性が安定化するまでには数時間〜数十時間を要し、薄膜トランジスタの製造工程の中では極めて処理時間が長く、スループットを低下させる最大要因となっている。
　【００１１】
　さらに、一般的に水素プラズマ処理には平行平板型プラズマ装置が用いられることが多いが、平行平板型プラズマ装置ではバッチ方式への対応が困難であり、１枚当たりの処理時間の短縮が困難である。このように水素プラズマ処理を用いて薄膜トランジスタの特性の向上を図る従来の製造方法では、製造時間が長くなり、生産性が悪いという問題があった。
　【００１２】
　この発明の目的は、多結晶シリコン薄膜の未結合手を補償して特性の向上を図るとともに、製造時間を短縮し生産性を向上することのできる薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。また、この発明の他の目的は、薄膜トランジスタの多結晶シリコン薄膜の未結合手を補償して特性の向上を図るとともに、製造時間を短縮し生産性を向上することのできる薄膜トランジスタアレイの製造方法を提供することである。
　【００１３】
　【課題を解決するための手段】
　【００１４】
　【００１５】
　請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法は、チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、
ゲート絶縁膜およびゲート電極に導入された水素の上方への拡散を防止する拡散防止膜を兼ねる
　【００１６】
　この製造方法によれば、ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入し、熱処理で多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させることにより、チャネル領域の未結合手を補償するのに必要な水素の拡散距離を短くし、また、保護絶縁膜の窒化シリコン膜は水素の透過率が小さいため、水素が保護絶縁膜の方へは拡散しにくく多結晶シリコン薄膜の方へ拡散し、水素化の効率を向上することができる。また、従来の数時間〜十数時間を要した水素プラズマ処理に比べ、水素を拡散させるための熱処理は２時間程度ですみ、製造時間を短縮し、生産性を向上することができる。
　【００１７】
　【００１８】
　請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法において、熱処理を、水素および窒素のうち少なくとも一方を含む雰囲気で行う。
　【００１９】
　請求項３記載の薄膜トランジスタの製造方法は、
チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を形成する工程と、保護絶縁膜を形成した後、ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、を含み、
、ゲート電極とゲート絶縁膜との界面で水素の濃度が最も大きくなるように、
　【００２０】
　このように、ゲート絶縁膜およびゲート電極への水素の導入を、ソース・ドレイン領域への不純物の導入と同時に行うことにより、製造時間をより短縮することができる。請求項４記載の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項
３
　【００２１】
　これにより、多結晶シリコン薄膜の未結合手を補償するのに十分な水素がゲート絶縁膜およびゲート電極へ導入される。請求項５記載の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項
３または４
　【００２２】
　このようにプラズマＣＶＤ法にて形成した酸化シリコン膜，窒化シリコン膜は膜中に多くの水素を含むため、より効果的に多結晶シリコン薄膜の未結合手を補償し、水素化の効率を向上することができる。請求項６記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法は、チャネル領域およびソース・ドレイン領域となる多結晶シリコン薄膜と、この多結晶シリコン薄膜上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する薄膜トランジスタと、この薄膜トランジスタに接続された画素電極と、を備える薄膜トランジスタアレイの製造方法であって、ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入する工程と、窒化シリコン膜からなる保護絶縁膜を薄膜トランジスタおよび画素電極を覆うように全面に形成する工程と、保護絶縁膜を形成した後、ゲート絶縁膜およびゲート電極中の水素を多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させるための熱処理を行う工程と、熱処理後に、画素電極上を開口するように保護絶縁膜の一部を除去する工程と、を含むものである。
　【００２３】
　この製造方法により、薄膜トランジスタの多結晶シリコン薄膜の未結合手を補償して特性の向上を図るとともに、製造時間を短縮し生産性を向上することができる。請求項７記載の液晶表示装置の製造方法は、請求項６記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法を備えるものである。
　【００２４】
　【発明の実施の形態】
　以下、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態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であり、ここでは、従来例同様、アクティブマトリックス型液晶表示装置に用いられているトップゲート型多結晶シリコン薄膜トランジスタアレイの１画素部の工程断面図を示す。
　【００２５】
　まず、図１（ａ）に示すように、ガラス基板１１上にバッファ層１２となる酸化シリコン膜を３０００Å形成する。このバッファ層１２上にプラズマＣＶＤ法を用いて非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜を８５０Å堆積する。この後、ａ−Ｓｉ薄膜中の水素を低減するため、１Ｔｏｒｒの減圧窒素雰囲気下で４５０℃，９０分の熱処理を行う。この熱処理の後、エキシマレーザアニールにてａ−Ｓｉ薄膜を結晶化して多結晶シリコン薄膜１３を形成する。エキシマレーザアニールは、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、照射は真空中で行い、エネルギー密度は第１ステップ２６０ｍＪ／ｃｍ２、第２ステップ３９０ｍＪ／ｃｍ２の２ステップ照射にて結晶化を行った。平均照射数は第１，第２ステップとも１６ｓｈｏｔ／ｐｏｉｎｔである。
　【００２６】
　このようにａ−Ｓｉ薄膜を結晶化して多結晶シリコン薄膜１３を形成した後、多結晶シリコン薄膜１３を島状に加工し、つぎに、ゲート絶縁膜１４となる酸化シリコン膜を８５０Å形成する。この酸化シリコン膜（ゲート絶縁膜１４）は、シラン（ＳｉＨ４）および酸素の混合ガスを用いた常圧ＣＶＤ法により基板温度４５０℃にて形成した。このゲート絶縁膜１４の形成温度が本プロセス中での最高温度である。ゲート絶縁膜１４の形成後、Ａｌ−Ｚｒ合金（Ｚｒ濃度１０％）を３０００Å堆積してゲート電極１５の形状に加工する。
　【００２７】
　Ａｌ−Ｚｒ合金にてゲート電極１５を形成後、多結晶シリコン薄膜１３にソース・ドレイン領域を形成するためにゲート電極１５をマスクとして燐イオンを注入する。この燐イオンの注入には、イオンドーピング法を用い、水素ベース１０％のホスフィン（ＰＨ３）を高周波プラズマにより分解・イオン化したものを加速電圧８０ｋＶ，ドーズ量１×１０１５ｃｍ−２にて注入した。イオンドーピング法は、水素ベース１０％のホスフィン（ＰＨ３）を高周波プラズマにより分解したイオンを、質量分離を行わずに加速して注入するため、燐（Ｐ）イオン以外に、水素（ＨＸ；ｘ＝１，２）イオンと燐の水素化（ＰＨＸ；ｘ＝１〜３）イオンとが同時に生成され注入される。また、薄膜トランジスタのソース・ドレイン領域以外にもマスクとなるゲート電極１５およびゲート絶縁膜１４中にも同様にＨＸ（ｘ＝１，２）イオンとＰＨＸ（ｘ＝０〜３）イオンとが注入されるが、水素イオンは燐イオンに比較して質量数が小さいため、同一の加速電圧にて注入した場合にはより深い領域まで注入され、ゲート電極１５の下部およびゲート絶縁膜１４中に多量の水素イオンが注入される。
　【００２８】
　不純物注入後、図１（ｂ）に示すように、４０００Åの酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜１８を形成する。層間絶縁膜１８はシラン（ＳｉＨ４）および酸素の混合ガスを用いた常圧ＣＶＤにより基板温度４００℃にて形成した。この層間絶縁膜１８の形成時に、４００℃，３０分程度の熱履歴が加わるため、この熱工程により先に注入した燐イオンの活性化処理を同時に行っている。層間絶縁膜１８の形成後、ソース・ドレイン領域上の層間絶縁膜１８を部分的に除去してコンタクトホール１９を開口する。
　【００２９】
　つぎに、図１（ｃ）に示すように、ＩＴＯ膜からなる表示電極２０ａおよびドレイン電極２０ｂを形成し、その後、１０００ÅのＴｉ膜および７０００ÅのＡｌ膜の積層膜からなるソース電極配線２１を形成する。つぎに、図１（ｄ）に示すように、水素，窒素，アンモニアおよびシランの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成して保護絶縁膜２２とする。その後、水素雰囲気（１Ｔｏｒｒ）にて３５０℃，１２０分のアニール処理を行い、薄膜トランジスタが完成する。なお、この後、図示しないが、画素電極２０ａ上を開口するように保護絶縁膜２２の一部を除去して、液晶表示装置の薄膜トランジスタアレイが完成する。
　【００３０】
　図２はイオンドーピング法にてソース・ドレイン領域に燐イオンを注入した後のゲート電極１５／ゲート絶縁膜１４／多結晶シリコン薄膜１３中における水素濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定した結果であり、図１（ａ）のＡ−Ｂ線上の水素濃度を示す。この実施の形態のように、イオンドーピング法にて水素ベース１０％のホスフィン（ＰＨ３）をプラズマ分解したイオンを質量分離することなく注入することにより、図２に示すように、イオンドーピング後のゲート絶縁膜１４あるいはゲート電極１５中の水素濃度が１０２０ｃｍ−３以上となる。
　【００３１】
　なお、不純物注入にイオン注入法を用いた場合には、注入不純物の質量分離を行っているため、所定のイオン以外の不純物はゲート電極１５およびゲート絶縁膜１４中に注入されないが、この実施の形態のようにイオンドーピング法を用いる場合には、所定のイオン（燐イオン）以外に多量の水素イオンを同時にゲート電極１５およびゲート絶縁膜１４中に注入できる（図２）。この水素イオンが、保護絶縁膜２２を形成した後の熱処理により、多結晶シリコン薄膜１３のチャネル領域（ゲート電極１５がマスクとなり燐イオンが注入されていない多結晶シリコン薄膜１３の領域）に拡散し、このチャネル領域の未結合手を効果的に補償する。なお、この実施の形態では、図２に示すように、ゲート絶縁膜１４あるいはゲート電極１５中の水素濃度が１０２０ｃｍ−３以上となるようにしたが、これはゲート絶縁膜１４あるいはゲート電極１５中の水素濃度が１０１９ｃｍ−３以上であれば、チャネル領域の未結合手を効果的に補償することができる。
　【００３２】
　図３（ａ）は保護絶縁膜２２形成後の水素雰囲気下での熱処理（アニール）のＴＦＴ特性に与える効果を示す図であり、縦軸をＴＦＴのドレイン電流Ｉｄとし、横軸をゲート電圧Ｖｇとして、Ｉｄ−Ｖｇ特性を示している。なお、図３（ａ）の縦軸の目盛りの例えば「１Ｅ−０８」は、１×１０−８を示す。測定系の概略図を図３（ｂ）に示す。測定したＴＦＴのサイズはチャネル幅Ｗ＝１２μｍ、チャネル長Ｌ＝１２μｍである。ドレイン電流Ｉｄの測定は、ドレイン電圧Ｖｄを１０Ｖで一定にして、ゲート電圧Ｖｇを変化させて行った。
　【００３３】
　図３（ａ）の破線で示すように、保護絶縁膜２２を形成した熱処理前の状態では、ＴＦＴ特性は不十分であり、Ｉｄ−Ｖｇ特性の立ち上がり領域の傾きも小さく、移動度は４０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、しきい値電圧は１２Ｖであった。これに対し、図３（ａ）の実線で示すように、熱処理後の状態では、Ｉｄ−Ｖｇ特性の立ち上がり領域の傾きは急峻となり、移動度は１００ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ、しきい値電圧は１．８Ｖとなり、大幅にＴＦＴ特性が向上した。
　【００３４】
　以上のようにこの実施の形態によれば、従来のように水素プラズマ処理を行うことなく、イオンドーピング法により不純物導入と同時にゲート絶縁膜１４およびゲート電極１５に水素を導入し、熱処理により多結晶シリコン薄膜１３のチャネル領域に拡散させることにより、チャネル領域の未結合手を補償するのに必要な水素の拡散距離を短くし、水素化の効率を向上し、薄膜トランジスタの特性の向上を図るとともに、従来の数時間〜十数時間を要した水素プラズマ処理に比べ、この実施の形態における水素を拡散させるための熱処理は２時間程度ですみ、製造時間を短縮し、生産性を向上することができる。延いては、この実施の形態のように液晶表示装置に用いる薄膜トランジスタアレイの生産性を向上することができる。
　【００３５】
　また、保護絶縁膜２２として窒化シリコン膜を用いることにより、窒化シリコン膜は水素の透過率が小さく、さらに、窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法にて形成することにより膜中に多くの水素を含むため、ゲート絶縁膜１４およびゲート電極１５中の水素が保護絶縁膜２２の方へは拡散しにくく、多結晶シリコン薄膜１３の方へ優先的に拡散し、水素化の効率がより向上し、多結晶シリコン薄膜１３のチャネル領域の未結合手を効果的に補償でき、薄膜トランジスタの特性向上をより図ることができる。
　【００３６】
　また、従来必要であった水素プラズマ処理装置の代わりに、アニール装置を用いればよく、装置コストを大幅に低減可能となる。また、アニール装置では多数枚を同一処理できるため、１枚当たりの処理時間が大幅に短縮され、製造工程のスループットを大幅に増大することができる。なお、この実施の形態では、質量分離工程を行わないイオンドーピング法により、不純物の導入と同時にゲート絶縁膜１４およびゲート電極１５への水素を導入しているため、製造時間を短縮する上で大きな効果が得られるが、質量分離工程を含み特定のイオンのみを注入するイオン注入法により不純物の導入と水素の導入とを別々に行っても効果はある。
　【００３７】
　なお、この実施の形態では、保護絶縁膜２２形成後の熱処理として、水素雰囲気でのアニールを実施したが、窒素雰囲気・常圧下でのアニールを実施すれば、生産性をより向上させることができる。これは、窒素雰囲気・常圧下で行うことにより、アニール装置に真空排気系が不要となり、装置コストを大幅に低減し、真空排気・大気開放サイクルが不要となるためより生産性が向上する。また、水素雰囲気の場合、安全性の点から大気圧で使用するとしても、防爆構造が必要となるが、水素雰囲気の場合には不要である。
　【００３８】
　また、保護絶縁膜２２形成後の熱処理は、水素および窒素のうち少なくとも一方を含む熱処理雰囲気で、処理温度３００℃以上５００℃以下で行う。これは、ゲート絶縁膜１４あるいはゲート電極１５中の水素がチャネル領域に拡散するためには３００℃以上の温度が必要であり、また、５００℃を超えればチャネル領域の未結合手を補償していた水素が再脱離して特性が劣化するためである。
　【００３９】
　なお、この発明の実施の形態では、ゲート絶縁膜１４として常圧ＣＶＤ法にて形成した酸化シリコン膜を用いたが、プラズマＣＶＤ法にて形成した酸化シリコン膜を用いてもよい。また、多結晶シリコン薄膜１３上に常圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法にて形成した酸化シリコン膜と、プラズマＣＶＤ法にて形成した窒化シリコン膜またはスパッタ法にて形成した酸化タンタル膜とを積層した積層膜を、ゲート絶縁膜１４として用いることにより、より効果的に多結晶シリコン薄膜１３の未結合手を補償することが可能となる。これは、プラズマＣＶＤ法にて形成した酸化シリコン膜，窒化シリコン膜は膜中に多くの水素を含んでいるためである。なお、多結晶シリコン薄膜１３と接して配置する絶縁膜としては、酸化シリコン膜が界面準位が少なく良好な特性を示す。
　【００４０】
　なお、上記実施の形態では、ソース・ドレイン領域形成のための不純物として燐を導入したが、これはｎチャネルの薄膜トランジスタを作製する場合には砒素などドナーとして働くものなら何でもよく、ｐチャネルの薄膜トランジスタを作製する場合にはほう素などアクセプタとして働くものならば何でもよい。
　【００４１】
　【発明の効果】
　この発明の薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート絶縁膜およびゲート電極に水素を導入し、熱処理で多結晶シリコン薄膜のチャネル領域に拡散させることにより、チャネル領域の未結合手を補償するのに必要な水素の拡散距離を短くし、水素化の効率を向上し、薄膜トランジスタの特性の向上を図るとともに、従来の数時間〜十数時間を要した水素プラズマ処理に比べ、水素を拡散させるための熱処理は２時間程度ですみ、製造時間を短縮し、生産性を向上することができる。
　【００４２】
　また、従来必要であった水素プラズマ処理装置の代わりに、アニール装置を用いればよく、装置コストを大幅に低減可能となる。また、アニール装置では多数枚を同一処理できるため、１枚当たりの処理時間が大幅に短縮され、製造工程のスループットを大幅に増大することができる。また、保護絶縁膜として窒化シリコン膜を用いることにより、窒化シリコン膜は水素の透過率が小さく、水素が保護絶縁膜の方へは拡散しにくく多結晶シリコン薄膜の方へ拡散し、水素化の効率をより向上することができる。
　【００４３】
　また、熱処理は、水素および窒素のうち少なくとも一方を含む雰囲気で行うことができる。また、ゲート絶縁膜およびゲート電極への水素の導入を、ソース・ドレイン領域形成のための不純物の水素希釈ガスをプラズマ分解したイオンを質量分離せずに加速して注入することにより、ソース・ドレイン領域への不純物の導入と同時に行うことができ、製造時間をより短縮することができる。
　【００４４】
　また、ゲート絶縁膜およびゲート電極のうち少なくとも一方の水素濃度が１０１９ｃｍ−３以上となるように水素を導入することにより、多結晶シリコン薄膜の未結合手を補償するのに十分な水素が導入される。また、ゲート絶縁膜として、常圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法にて形成した酸化シリコン膜と、プラズマＣＶＤ法にて形成した窒化シリコン膜またはスパッタ法にて形成した酸化タンタル膜とを積層した積層膜を用い、酸化シリコン膜を多結晶シリコン薄膜と接して配置することにより、プラズマＣＶＤ法にて形成した酸化シリコン膜，窒化シリコン膜は膜中に多くの水素を含むため、より効果的に多結晶シリコン薄膜の未結合手を補償し、水素化の効率を向上することができる。
　【００４５】
　また、この発明の薄膜トランジスタアレイの製造方法は、この発明の薄膜トランジスタの製造方法を用いることにより、薄膜トランジスタの多結晶シリコン薄膜の未結合手を補償して特性の向上を図るとともに、製造時間を短縮し生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　この発明の実施の形態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である。
　【図２】
　この発明の実施の形態におけるイオンドーピングにて燐を注入した場合のゲート電極下での水素の深さ方向プロファイルを示す図である。
　【図３】
　この発明の実施の形態における薄膜トランジスタの電流−電圧特性およびその測定系を示す図である。
　【図４】
　従来の薄膜トランジスタの製造方法を示す工程断面図である。
　【符号の説明】
　１１　ガラス基板
　１２　バッファ層
　１３　多結晶シリコン薄膜
　１４　ゲート絶縁膜
　１５　ゲート電極
　１８　層間絶縁膜
　１９　コンタクトホール
　２０ａ　画素電極
　２０ｂ　ドレイン電極
　２１　ソース電極配線
　２２　保護絶縁膜