(57)【要約】【課題】特性を劣化させることなく平坦化が可能な薄膜トランジスタを提供する。【解決手段】ゲート電極22を覆ってゲート絶縁膜21上に、水素化窒化シリコン膜により層間絶縁膜25を形成する。層間絶縁膜25上に、ＢＰＳＧとＴＥＯＳとのいずれか一方により中間膜を形成する。中間膜を５００℃近傍に加熱して流動化させることで平坦化用の平坦化膜26を形成する。中間膜を加熱した際でも、活性層12とゲート絶縁膜21との間の欠陥準位に水素化窒化シリコン膜により形成した層間絶縁膜25から水素原子を充分に供給するので、特性を劣化させることなく平坦化が可能になる。【選択図】図１
2008016558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に多結晶シリコンにて半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記ゲート電極を覆って前記絶縁膜上に、水素化窒化シリコン膜により層間膜を形成する層間膜形成工程と、
前記層間膜上に、ＢＰＳＧとＴＥＯＳとのいずれか一方により中間膜を形成する中間膜形成工程と、
所定の温度に加熱して前記中間膜を流動化させることで平坦化用の平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程と
を具備したことを特徴とした薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
平坦化膜形成工程の後、平坦化膜、層間膜および絶縁膜を通してコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、
前記コンタクトホールを介して一部が半導体層に電気的に接続するように配線層を前記平坦化膜上に形成する配線層形成工程と、
前記配線層を覆って前記平坦化膜上に、ＢＰＳＧとＴＥＯＳとのいずれか一方により中間平坦化膜を形成する中間平坦化膜形成工程と、
所定の温度に加熱して前記中間平坦化膜を流動化させることで平坦化用の上部平坦化膜を形成する上部平坦化膜形成工程と
を具備したことを特徴とした請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
基板上に多結晶シリコンにて設けられた半導体層と、
この半導体層上に設けられた絶縁膜と、
この絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
このゲート電極を覆って前記絶縁膜上に設けられた層間膜と、
この層間膜上に設けられた平坦化用の平坦化膜とを具備し、
前記層間膜は、水素化窒化シリコン膜であり、
前記平坦化膜は、ＢＰＳＧとＴＥＯＳとのいずれか一方である
ことを特徴とした薄膜トランジスタ。
【請求項４】
平坦化膜、層間膜および絶縁膜を通して形成されたコンタクトホールと、
前記平坦膜上に設けられ、一部が前記コンタクトホールを介して半導体層に電気的に接続された配線層と、
この配線層を覆って前記平坦化膜上に設けられた平坦化用の上部平坦化膜とを具備し、
前記上部平坦化膜は、ＢＰＳＧとＴＥＯＳとのいずれか一方である
ことを特徴とした請求項３記載の薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成される薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば液晶表示装置としての液晶パネルなどに用いられる液晶表示素子である液晶セルのアレイ基板のガラス基板上などに形成される薄膜トランジスタは、このガラス基板上に半導体層が形成され、この半導体層上に絶縁膜が形成され、この絶縁膜上にゲート電極が形成され、このゲート電極を覆って絶縁膜上に層間絶縁膜が形成される。
【０００３】
このような薄膜トランジスタの平坦性は、例えば液晶パネルにおいて、この薄膜トランジスタの上部に形成される配向膜の平坦性、すなわち配向膜の配向処理の精度、ひいては液晶パネルの表示品位に影響を与える。
【０００４】
そこで、薄膜トランジスタの上部の平坦性を確保するために、層間絶縁膜上に、平坦化用の平坦化膜を形成することがあり、このような平坦化膜の形成による平坦化において、半導体関係では、エッチバックやＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法などが種々提案されている。
【０００５】
しかしながら、これらの方法は、ガラス基板の平坦性の問題から、上記アレイ基板に適用することは容易でない。
【０００６】
また、多結晶シリコンすなわちポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）により半導体層が形成されたＴＦＴでは、有機膜を塗布したり、無機材料を含有したりした塗布膜など、いわゆる塗布膜系がある。
【０００７】
しかしながら、このような塗布膜系の材料では、低温で塗布し、熱処理により固化させるものの、吸湿性の問題やクラックなどが生じやすいという問題があり、実用化がされていない。
【０００８】
ところで、半導体においては、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）、あるいはＴＥＯＳ（TetraEthylOrthoSilicate）などにより形成した膜を、基板温度５００℃近傍で成膜することで流動化し、平坦化することが知られており、このような平坦化膜の形成を薄膜トランジスタの製造方法に適用したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−３３８７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の薄膜トランジスタは、次のような問題点を有している。
【００１０】
すなわち、ポリシリコンにより半導体層が形成されたＴＦＴでは、半導体層とゲート絶縁膜との間の欠陥準位を終端するために、水素プラズマによる水素化処理を施し、その上にＢＰＳＧ膜を形成する必要があるものの、この水素が、４００℃以上になると脱離するようになる一方で、ＢＰＳＧ膜には水素を保持する能力がないため、終端した水素がＴＦＴ外へと抜けてしまい、ＴＦＴ特性が劣化するおそれがある。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、特性を劣化させることなく平坦化が可能な薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、基板上に多結晶シリコンにて半導体層を形成する半導体層形成工程と、前記半導体層上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、前記絶縁膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、前記ゲート電極を覆って前記絶縁膜上に、水素化窒化シリコン膜により層間膜を形成する層間膜形成工程と、前記層間膜上に、ＢＰＳＧとＴＥＯＳとのいずれか一方により中間膜を形成する中間膜形成工程と、所定の温度に加熱して前記中間膜を流動化させることで平坦化用の平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程とを具備したものである。
【００１３】
そして、ゲート電極を覆って絶縁膜上に、水素化窒化シリコン膜により層間膜を形成するとともに、この層間膜上に、ＢＰＳＧとＴＥＯＳとのいずれか一方により中間膜を形成し、所定の温度に加熱して中間膜を流動化させることで平坦化用の平坦化膜を形成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、中間膜を所定の温度に加熱した際でも、半導体層と絶縁膜との間の欠陥準位に水素化窒化シリコン膜により形成された層間膜から水素原子が充分に供給されるので、特性を劣化させることなく平坦化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の第１の実施の形態の薄膜トランジスタの構成を図１および図２を参照して説明する。
【００１６】
図１において、１は薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）で、このＴＦＴ１は、例えば表示装置としての液晶表示装置である液晶パネルなどに用いられるもので、基板としての絶縁基板であるガラス基板３上に形成されている。
【００１７】
ガラス基板３の表面には、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）や酸化シリコン膜(ＳｉＯｘ)などにて構成された図示しないアンダーコート層が成膜され、このアンダーコート層上に半導体層としての半導体薄膜である島状の活性層12が設けられている。この活性層12は、非晶質半導体であるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）のエキシマレーザアニールによる結晶化によって形成された多結晶半導体であるポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）にて構成されている。そして、この活性層12の幅方向の中央部にチャネル領域14が設けられ、このチャネル領域14を挟んだ両側にソース領域15およびドレイン領域16が設けられている。
【００１８】
さらに、活性層12上には、アンダーコート層上に亘って、絶縁性を有する酸化シリコン膜などの絶縁膜としてのゲート絶縁膜21が成膜され、この活性層12のチャネル領域14に対向するゲート絶縁膜21上には、ゲート電極22が積層されている。
【００１９】
ゲート電極22は、例えば液晶パネルの走査線などに一体的に接続されている。そして、このゲート電極22、ゲート絶縁膜21および活性層12により、ＴＦＴ１が形成されている。
【００２０】
また、ゲート絶縁膜21上には、ゲート電極22覆って層間膜としての層間絶縁膜25が積層され、この層間絶縁膜25上には、平坦化膜26が積層されている。
【００２１】
ここで、層間絶縁膜25は、水素化窒化シリコン膜（ＳｉＮ−Ｈ）により形成されている。
【００２２】
また、平坦化膜26は、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）膜、あるいはＴＥＯＳ（TetraEthylOrthoSilicate）膜のいずれか一方であり、ゲート電極22を覆う層間絶縁膜25の段差を吸収して上面が平坦な平坦面26aとなっている。
【００２３】
さらに、これら平坦化膜26、層間絶縁膜25およびゲート絶縁膜21には、これらを貫通し、活性層12のソース領域15およびドレイン領域16に連通したコンタクトホール27，28がそれぞれ設けられ、これらコンタクトホール27，28を覆って平坦化膜26上に、ソース領域15と電気的に接続される配線層としてのソース電極31と、ドレイン領域16に電気的に接続される配線層としてのドレイン電極32とが積層されている。そして、液晶パネルにおいては、平坦化膜26上に、図示しないが、例えば保護膜としてのパッシベーション膜と、このパッシベーション膜に形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極32に電気的に接続される画素電極と、この画素電極を覆ってパッシベーション膜上に形成される液晶層の配向用の配向膜とが順次形成されている。
【００２４】
次に、上記第１の実施の形態の製造方法を説明する。
【００２５】
まず、ガラス基板３上にアンダーコート層を形成してから、このアンダーコート層上にアモルファスシリコン層を島状に積層させ、この島状のアモルファスシリコン層にエキシマレーザビームを照射してレーザアニールさせて結晶化させてポリシリコン層である活性層12を形成する（半導体層形成工程）。
【００２６】
この後、例えばＳｉＨ４／Ｎ２Ｏ／Ａｒ／Ｎ２系の混合ガスを用いたＣＶＤチャンバ内でのプラズマＣＶＤ法にて、この活性層12を覆ってアンダーコート層上にゲート絶縁膜21を積層する（絶縁膜形成工程）。
【００２７】
この後、このゲート絶縁膜21上の全面に、図示しない導電性材を積層させてから、この導電性材のポリシリコン層のチャネル領域14となる部分上に、図示しないレジストを積層させ、例えば塩素（Ｃｌ２）ガスを用いたドライエッチングである反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching:ＲＩＥ）にて、レジストをマスクとして導電性材をエッチングしてレジストより外側の部分を除去してゲート電極22とする（ゲート電極形成工程）。なお、ゲート電極22上のレジストは、エッチングの後、アッシングして除去する。
【００２８】
次いで、このゲート電極22をマスクとして、活性層12のソース領域15およびドレイン領域16となる領域のそれぞれをボロンにてイオンドーピングし、このボロンを活性化させる（活性化工程）。
【００２９】
この結果、活性層12のボロンにてイオンドーピングされていないゲート電極22下の部分がチャネル領域14となり、このチャネル領域14の両側に連続してソース領域15およびドレイン領域16が形成される。
【００３０】
この後、例えば原料ガスに水素を混入したプラズマＣＶＤ法により、ゲート電極22およびゲート絶縁膜21を覆って水素化窒化シリコン膜である層間絶縁膜25を形成する（層間膜形成工程）。このとき、層間絶縁膜25は、ゲート絶縁膜21に対するゲート電極22の突出分、ゲート電極22の上方の位置に段差25aが形成される。また、この層間絶縁膜25は、活性層12とゲート絶縁膜21との間の欠陥準位に水素原子Ｈを供給し、この欠陥準位を終端させる。
【００３１】
さらに、例えば熱ＣＶＤ法などにて、図２(a)に示すように、この層間絶縁膜25上にＢＰＳＧ、あるいはＴＥＯＳにより中間膜35を形成する（中間膜形成工程）。この中間膜35には、層間絶縁膜25の段差25aに対応する中間膜段差35aが形成される。
【００３２】
そして、この中間膜35を、例えばリフローなどにより、所定の温度、例えば５００℃近傍に加熱することで流動化し、中間膜段差35aを平坦化して、図２(b)に示すように、上側を平坦面26aとした平坦化膜26を形成する（平坦化膜形成工程）。
【００３３】
このとき、加熱により、４００℃近傍から水素原子Ｈの一部が脱離し始めるものの、５００℃近傍でも、活性層12とゲート絶縁膜21との間の欠陥準位を終端させるのに充分な水素原子Ｈを供給し、ＴＦＴ特性を保つ。
【００３４】
次いで、これら平坦化膜26、層間絶縁膜25およびゲート絶縁膜21のそれぞれを貫通して活性層12のソース領域15あるいはドレイン領域16に連通したコンタクトホール27，28を形成する（コンタクトホール形成工程）。
【００３５】
そして、これらコンタクトホール27，28を含む平坦化膜26上に、導電性材を積層してからパターニングして、活性層12のソース領域15あるいはドレイン領域16に電気的に接続されたソース電極31およびドレイン電極32を形成してＴＦＴ１とする（配線層形成工程）。
【００３６】
上述したように、上記第１の実施の形態によれば、ゲート電極22を覆ってゲート絶縁膜21上に、水素化窒化シリコン膜により層間絶縁膜25を形成するとともに、この層間絶縁膜25上に、ＢＰＳＧとＴＥＯＳとのいずれか一方により中間膜35を形成し、５００℃近傍に加熱して中間膜35を流動化させることで平坦化用の平坦化膜26を形成することにより、中間膜35を加熱した際でも、活性層12とゲート絶縁膜21との間の欠陥準位に水素化窒化シリコン膜により形成された層間絶縁膜25から水素原子Ｈが充分に供給されるので、この水素原子Ｈにより、欠陥準位を終端させた状態に保つことができ、ＴＦＴ１の特性を劣化させることなく平坦化が可能になる。
【００３７】
また、活性層12とゲート絶縁膜21との間の欠陥準位に層間絶縁膜25から水素原子Ｈを供給するので、この欠陥準位を終端するための水素化処理も必要ないから、製造工数を削減でき、製造コストを抑制できる。
【００３８】
しかも、ＢＰＳＧ膜、あるいはＴＥＯＳ膜の流動化によって平坦化膜26を平坦化することで、平坦化膜26を容易に平坦化でき、かつ、平坦性の確保が容易でないガラス基板３を用いる液晶パネルに対しても、容易に適用できる。
【００３９】
そして、平坦化膜26によりＴＦＴ１の上部を平坦化できることで、このＴＦＴ１を液晶パネルに用いる場合には、平坦化膜26の上方に成膜される配向膜を均一かつ充分に配向処理でき、液晶パネルの表示品位を向上できる。
【００４０】
次に、第２の実施の形態を図３を参照して説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４１】
この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態のソース電極31およびドレイン電極32を覆って、図３(b)に示すように、平坦化膜26上に上部平坦化膜41が形成されたものである。
【００４２】
この上部平坦化膜41は、ＢＰＳＧ膜、あるいはＴＥＯＳ膜のいずれか一方であり、ソース電極31およびドレイン電極32を覆う部分の段差を吸収して上面が平坦な上部平坦面41aとなっている。また、液晶パネルにおいては、上部平坦化膜41上に、図示しないが、例えば上部平坦化膜41に形成されたコンタクトホールを介してドレイン電極32に電気的に接続される画素電極と、この画素電極を覆って上部平坦化膜41上に形成される液晶層の配向用の配向膜とが順次形成されている。
【００４３】
そして、この上部平坦化膜41を形成する際には、上記第１の実施の形態の配線層形成工程の後、平坦化膜26上に、図３(a)に示すように、ソース電極31およびドレイン電極32を覆って、ＢＰＳＧ、あるいはＴＥＯＳにより中間平坦化膜42を形成し（中間平坦化膜形成工程）、さらに、この中間平坦化膜42を所定の温度、例えば５００℃近傍に加熱することで流動化し、中間平坦化膜42のソース電極31およびドレイン電極32を覆う段差42a，42aを平坦化して、図３(b)に示すように、上側を上部平坦面41aとした上部平坦化膜41を形成する（上部平坦化膜形成工程）。
【００４４】
この結果、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、上部平坦膜41上に形成される配向膜を、より均一に配向処理でき、液晶パネルの表示品位を、より向上できる。
【００４５】
なお、上記各実施の形態において、ＴＦＴ１は、液晶表示装置などの表示装置に用いるものだけでなく、他の様々な半導体装置に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態の薄膜トランジスタを示す説明断面図である。
【図２】(a)は同上薄膜トランジスタの製造方法の中間膜形成工程を示す説明断面図、(b)は同上薄膜トランジスタの製造方法の平坦化膜形成工程を示す説明断面図である。
【図３】(a)は本発明の第２の実施の形態の薄膜トランジスタの製造方法の中間平坦化膜形成工程を示す説明断面図、(b)は同上薄膜トランジスタの製造方法の上部平坦化膜形成工程を示す説明断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    薄膜トランジスタ
３    基板としてのガラス基板
12    半導体層としての活性層
21    絶縁膜としてのゲート絶縁膜
22    ゲート電極
25    層間膜としての層間絶縁膜
26    平坦化膜
27，28    コンタクトホール
31    配線層としてのソース電極
32    配線層としてのドレイン電極
35    中間膜
41    上部平坦化膜
42    中間平坦化膜
【図１】
2008016558.tif 000003
【図２】
2008016558.tif 000004
【図３】
2008016558.tif 000005