(57)【要約】【課題】  信頼性の高い半導体装置の作製方法を提供する。【解決手段】  ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、前記第１のＳｉＯxＮy膜上に島状の半導体層を形成し、前記島状の半導体層を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、  前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、前記マスクを介して前記島状の半導体層にホウ素またはリンを注入し、前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層にホウ素またはリンを注入することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層にホウ素を注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層にホウ素を注入することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層にリンを注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層にリンを注入することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層に０．２〜５×１０15原子／ｃｍ2のドーズ量でリンを注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層に０．１〜５×１０14原子／ｃｍ2のドーズ量でリンを注入することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項４】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層にホウ素を注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層にホウ素を注入し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜及び前記ゲイト電極上に層間絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項５】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層にリンを注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層にリンを注入し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜及び前記ゲイト電極上に層間絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項６】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層に０．２〜５×１０15原子／ｃｍ2のドーズ量でリンを注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層に０．１〜５×１０14原子／ｃｍ2のドーズ量でリンを注入し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜及び前記ゲイト電極上に層間絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか一項において、
前記層間絶縁膜を酸化珪素膜で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項８】
請求項４乃至６のいずれか一項において、
前記層間絶縁膜をＳｉＯxＮy膜で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項４乃至６のいずれか一項において、
前記層間絶縁膜を窒化珪素膜で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項４乃至６のいずれか一項において、
前記層間絶縁膜を有機樹脂膜で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１１】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に第１の酸化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化珪素膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層の表面に第２の酸化珪素膜を形成し、
前記第２の酸化珪素膜を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層にホウ素を注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層にホウ素を注入することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に第１の酸化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化珪素膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層の表面に第２の酸化珪素膜を形成し、
前記第２の酸化珪素膜を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層にリンを注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層にリンを注入することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に第１の酸化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化珪素膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層の表面に第２の酸化珪素膜を形成し、
前記第２の酸化珪素膜を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層に０．２〜５×１０15原子／ｃｍ2のドーズ量でリンを注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層に０．１〜５×１０14原子／ｃｍ2のドーズ量でリンを注入することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に第１の酸化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化珪素膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層の表面に第２の酸化珪素膜を形成し、
前記第２の酸化珪素膜を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層にホウ素を注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層にホウ素を注入し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜及び前記ゲイト電極上に層間絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に第１の酸化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化珪素膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層の表面に第２の酸化珪素膜を形成し、
前記第２の酸化珪素膜を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層にリンを注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層にリンを注入し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜及び前記ゲイト電極上に層間絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
ガラス基板上に第１のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第１のＳｉＯxＮy膜上に第１の酸化珪素膜を形成し、
前記第１の酸化珪素膜上に島状の半導体層を形成し、
前記島状の半導体層の表面に第２の酸化珪素膜を形成し、
前記第２の酸化珪素膜を覆って第２のＳｉＯxＮy膜を形成し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜上に、ゲイト電極、及び前記ゲイト電極よりも幅が大きな前記ゲイト電極上のマスクを形成し、
前記マスクを介して前記島状の半導体層に０．２〜５×１０15原子／ｃｍ2のドーズ量でリンを注入し、
前記マスクを除去した後、前記ゲイト電極をマスクに用いて前記島状の半導体層に０．１〜５×１０14原子／ｃｍ2のドーズ量でリンを注入し、
前記第２のＳｉＯxＮy膜及び前記ゲイト電極上に層間絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１４乃至１６のいずれか一項において、
前記層間絶縁膜を酸化珪素膜で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１４乃至１６のいずれか一項において、
前記層間絶縁膜をＳｉＯxＮy膜で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
請求項１４乃至１６のいずれか一項において、
前記層間絶縁膜を窒化珪素膜で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】
請求項１４乃至１６のいずれか一項において、
前記層間絶縁膜を有機樹脂膜で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２１】
請求項１１乃至１６のいずれか一項において、
前記第１及び第２の酸化珪素膜を１〜２０ｎｍの膜厚で形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２２】
請求項１乃至２１のいずれか一項において、
前記第１及び第２のＳｉＯxＮy膜のエネルギーバンドギャップは５．３〜７．０ｅＶであり、比誘電率は４〜６であり、かつｘ及びｙはそれぞれ０＜ｘ＜２及び０＜ｙ＜４／３を満たすことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２３】
請求項１乃至２２のいずれか一項において、
前記第１及び第２のＳｉＯxＮy膜中には、Ｎ（窒素）が１×１０19〜１×１０21ｃｍ-3含まれることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２４】
請求項１乃至２３のいずれか一項において、
前記第１及び第２のＳｉＯxＮy膜中には、Ｈ（水素）が１×１０20〜１×１０22ｃｍ-3含まれることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２５】
請求項１乃至２４のいずれか一項において、
前記ゲイト電極の両端が、前記マスクの両端よりもそれぞれ０．１〜１．０μｍ内側になるように前記ゲイト電極を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する発明は、結晶性を有する薄膜半導体を用いた半導体装置の作製方法に関する。特に、薄膜トランジスタの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、安価なガラス基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製する技術が急速に発達してきている。その理由は、アクティブマトリクス型液晶表示装置に関心が高まったことにある。
【０００３】
アクティブマトリクス型液晶表示装置は、マトリクス状に配置された数百万個もの各画素のそれぞれにＴＦＴを配置し、各画素電極に出入りする電荷をＴＦＴのスイッチング機能により制御するものである。
【０００４】
また、さらに進んでこのマトリクス状に配置されたＴＦＴを駆動する回路（周辺駆動回路と呼ばれる）を、同じガラス基板上にＴＦＴで集積化する構造も関心を集めている。
【０００５】
画素部にマトリクス状に設置されたＴＦＴは、その動作具合が液晶表示となって視覚的に確認できる。例えば、ノーマリブラックの液晶表示の場合、ＴＦＴが動作しない箇所は白色表示の際に、黒点となって現れる。
【０００６】
このように、ＴＦＴの動作不良は非常に外観を損ねるため、数百万個のＴＦＴすべてに高い信頼性が要求される。
特に、ＴＦＴの劣化の問題はいずれ動作不良を引き起こす原因となるため、各研究者らの間で様々な信頼性試験が行われている。
【０００７】
そのような信頼性試験の一つにＢＴ試験がある。これは、いわゆる加速試験であり、ＴＦＴに対してプラス／マイナスのバイアス電圧と加熱を加えて、その劣化を加速させる試験である。
【０００８】
例えば、プラス／マイナスのバイアス電圧はゲイト絶縁膜、ゲイト絶縁膜／活性層界面、コンタクト部等の劣化を加速させる。
また、加熱は可動イオンを活性化させたり、チャネル／ドレインの境界領域の劣化等を加速させる。
【０００９】
本出願人らは、このようなＢＴ試験によるＴＦＴの信頼性試験を重ねた結果、ガラス基板表面に形成する下地膜がＴＦＴの信頼性に大きく影響することを突き止めた。
【００１０】
最近よく使用されているコーニングガラス等は、石英ガラスと異なりＮａやＫ等の不純物を若干含有している。
これらの不純物がＴＦＴの活性層周辺に拡散すると、活性層／下地膜界面や活性層／ゲイト絶縁膜界面に寄生チャネルを形成する。
これらは、ＴＦＴ動作時のリーク電流の増加を招く原因となる。また、これらの拡散した不純物はしきい値電圧をシフトさせる原因となる。
【００１１】
従って、一般的に作製されるＴＦＴは、ガラス基板とデバイス本体との間に絶縁性薄膜をはさみこむ構造を採用している。この絶縁性被膜（以下、下地膜と呼ぶ）は、ガラス基板からの不純物の拡散を防ぐ効果と、下地膜上に堆積する薄膜との密着性を高める効果を求められている。
【００１２】
図１に示すのは、下地膜として、一般的に知られるＴＥＯＳ系酸化珪素膜（第１のＴＥＯＳ膜）を用いたＴＦＴをＢＴ試験で調べた結果である。
【００１３】
ＢＴ試験は、評価対象となるＴＦＴに＋２０Ｖの電圧印加と１５０℃の加熱を１時間同時に加える＋ＢＴ試験と、−２０Ｖの電圧印加と１５０℃の加熱を１時間同時に加える−ＢＴ試験とを行った。また、１５０℃１時間のベークのみの評価結果も付け加えた。
【００１４】
前述の様なＢＴ試験を施すと、＋ＢＴ試験、−ＢＴ試験ともにしきい値電圧のシフトが確認された。特に、−ＢＴ試験において著しく、かなり劣化が進んだことが窺われる。
【００１５】
さらに、−ＢＴ試験においてはオン領域（ＴＦＴがオン状態となっている領域）でのドレイン電流Ｉｄの立ち上がりが悪く、活性層／ゲイト絶縁膜界面の状態が悪い（サブスレッショルド係数Ｓが大きい）ことが確認できる。
【００１６】
また、１５０℃１時間のベークを施しただけでも劣化することが確認された。これは、可動イオンが下地膜中を移動したためと考えられる。
【００１７】
次に、図２に示すのは、図１と同様にＴＥＯＳ系酸化珪素膜（第２のＴＥＯＳ膜）を用いたＴＦＴをＢＴ試験で調べた結果である。ただし、この酸化珪素膜は成膜条件を変えることにより、より緻密な膜となっている。
【００１８】
しかし、図２の様に、しきい値電圧のシフトや活性層／ゲイト絶縁膜界面の悪化は改善できず、膜質を緻密にしてみてもＴＦＴの信頼性を改善することは出来なかった。
【００１９】
また、本出願人らは下地膜として不純物のブロッキング効果の高い窒化珪素膜を使用してみたが、ガラス基板との応力歪みが大きく、かつ、ガラス基板との密着性が悪いため、膜が剥がれる等の問題により採用することは出来なかった。
また、窒化珪素膜はＳｉクラスタが電荷捕獲中心となるので、ＢＴ試験においてしきい値のドリフトを著しく左右してしまうという問題もあった。
【００２０】
以上のことから、３００〜７５０℃、代表的には３００〜６５０℃の温度範囲の処理で作製されるＴＦＴにおいては、ガラス基板との密着性がよく、信頼性の高い下地膜が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本明細書で開示する発明は、上記の問題を解決してガラス基板からの不純物の拡散を防ぎ、ＴＦＴに高い信頼性を与える下地膜を形成する技術を提供する。
また、さらにゲイト絶縁膜や層間絶縁膜に、周囲からの汚染を防ぐ保護膜的な役割を与えてＴＦＴの最重要部位であるチャネル形成領域を保護することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本明細書で開示する発明の一つは、
絶縁ゲイト型電界効果半導体装置であって、
絶縁表面を有するガラス基板上に形成された絶縁性薄膜を有し、
前記絶縁性薄膜はＳｉＯxＮyで示される薄膜であることを特徴とする。
【００２３】
上記ＳｉＯxＮy示される薄膜（以下、ＳｉＯＮ膜と略記する）は、そのエネルギーバンドギャップが５．３〜７．０ｅＶであり、比誘電率が４〜６であり、ｘおよびｙは、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜４／３を満たすことを特徴とするものである。
【００２４】
上記ｘおよびｙは、作製条件によって変更が可能であり、実施様態にあわせて設定すれば良い。またその組成は、Ｎが１×１０19〜１×１０21ｃｍ-3含まれることが必要である。また、Ｈが１×１０20〜１×１０22ｃｍ-3含まれると、活性層を構成する珪素膜の未結合手を終端し、結晶性を良くするのに都合がよい。
【００２５】
また、ＳｉＯＮ膜を形成する際に原料ガスとしてクロールシラン、またはジクロールシランを用いれば、膜中に塩素を添加することも可能である。
【００２６】
上記のような組成を持つＳｉＯＮ膜は、膜中に含有されているＮ（ＳｉＮ結合）が、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋなど）イオンや重金属（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなど）イオンのドリフトを防ぎ、不純物がガラス基板からデバイスへ外拡散（ｏｕｔｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）するのを抑える。
また、塩素はＮａイオンやＦｅイオンをＮａＣｌやＦｅＣｌとして中和する効果を持つ。
【００２７】
勿論、この技術はガラス基板上に薄膜デバイスを形成するすべての場合において応用可能である。
【００２８】
ここで、下地膜としてＳｉＯＮ膜を用いた場合のＢＴ試験の結果を図３に示す。ＴＦＴ特性の測定方法は図１〜３を通じて同じである。
【００２９】
下地膜としてＴＥＯＳ系酸化珪素膜を用いた図１や図２の場合と比較すると、図３で示すＳｉＯＮ膜を用いた場合の結果から、明らかにしきい値のシフトが改善されていることが確認できる。
【００３０】
また、−ＢＴ試験の結果を見るとサブスレッショルド係数Ｓが小さく、活性層／ゲイト絶縁膜界面の状態も良好であることが確認できる。
【００３１】
なお、下地ＳｉＯＮ膜と活性層を構成する珪素膜との間に１〜２０ｎｍの薄い酸化珪素膜層を設けることで下地膜と珪素膜の密着性を大幅に改善できる。
【００３２】
本明細書で開示する他の発明は、
絶縁ゲイト型電界効果半導体装置であって、
珪素膜で構成される活性層において、
該活性層のチャネル形成領域は、その下側および上側においてＳｉＯxＮyで示される薄膜に囲まれていることを特徴とする。
【００３３】
チャネル形成領域が、その下側および／または上側でＳｉＯxＮyで示される薄膜に接しているとは、プレーナー型やスタガー型ＴＦＴの場合において、下地膜とゲイト絶縁膜がＳｉＯＮ膜で形成されているということである。
【００３４】
本発明で利用するＳｉＯＮ膜はいわゆる酸化珪素膜であるから、使用用途は下地膜に限ったものではない。
例えば、ＳｉＯＮ膜をゲイト絶縁膜として用いた場合の効果として、以下のことが本出願人らによって明らかにされている。
【００３５】
（１）静電気によって静電破壊しにくいこと
（２）その内部に電荷捕獲中心が存在しにくいこと
（３）活性層中のイオンがゲイト絶縁膜中に拡散しにくいこと
（４）金属材料成分を含んだゲイト電極から、金属成分が拡散しにくいこと
【００３６】
従って、下地膜およびゲイト絶縁膜によってチャネル形成領域を挟み込む構造は、ＴＦＴの信頼性を高める意味で極めて有用である。
【００３７】
特に、下地膜表面と活性層表面に１〜２０ｎｍの薄い酸化珪素膜を形成してチャネル形成領域を酸化珪素膜で包み、それをさらにＳｉＯＮ膜からなる下地膜およびゲイト絶縁膜で挟み込む構造が効果的である。
【００３８】
そうすることで、活性層／ゲイト絶縁膜界面の状態が改善されるためＴＦＴのしきい値が０Ｖ付近となり、ｎ−ｃｈ／ｐ−ｃｈＴＦＴをノーマリオフとすることができる。
【００３９】
本明細書で開示する他の発明は、
絶縁ゲイト型電界効果半導体装置であって、
珪素膜で構成される活性層を有し、
該活性層に接して形成されたゲイト絶縁膜を有した構造において、
前記構造からなるチャネル形成領域はその下側および／または上側をＳｉＯxＮyで示される薄膜で囲まれていることを特徴とする。
【００４０】
本発明の主旨は、プレーナー型、逆プレーナー型、スタガー型、逆スタガー型ＴＦＴの場合において、ゲイト絶縁膜を含めたチャネル形成領域が下地膜と層間絶縁膜によって囲まれているということである。
【００４１】
すなわち、ＴＦＴの最重要部位であるチャネル形成領域を外部より侵入してくる不純物から保護することを目的としている。
【００４２】
（作用）
本発明によれば、ＳｉＯＮ膜中に含有されているＮ（ＳｉＮ結合）が、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋなど）イオンや重金属（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなど）イオンのドリフトを防ぎ、不純物が外部からデバイスへ拡散するのを抑える役目を果たす。
【００４３】
すなわち、ＢＴ試験のような加速試験にも耐えうる高い信頼性を持つＴＦＴを作製することが可能となる。
【発明の効果】
【００４４】
下地膜としてＳｉＯＮ膜を用いることにより、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋなど）イオンや重金属（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなど）イオンのドリフトが防がれ、不純物がガラス基板からデバイスへ拡散するのを抑えることができた。
【００４５】
また、下地膜４０２の表面に薄い酸化珪素膜４０３を形成したことで、下地膜４０２と島状の半導体層４０４との密着性が向上した。
【００４６】
また、島状の半導体層４０４の表面に薄い酸化珪素膜４０５を形成したことで活性層／ゲイト絶縁膜界面の状態が改善され、ＴＦＴのしきい値が０Ｖ付近となり、ｐ−ｃｈ／ｎ−ｃｈＴＦＴともにノーマリオフとすることができた。
また、この工程中に水素終端されるため活性層の結晶性が向上した。
【００４７】
さらに、島状の半導体層４０４の表面に薄い酸化珪素膜４０５を形成したことで活性層／ゲイト絶縁膜界面のＣ（カーボン）の量が１桁減少することが判明した。そのため、ＴＦＴのしきい値の変動が小さくなり、液晶表示装置の画素部に使用した場合の表示ムラを抑えることができた。
【００４８】
また、チャネル形成領域をＳｉＯＮ膜で包み込むことにより、大気中からの不純物をも防ぐことができることが確認された。
【００４９】
本発明によるこれらの改善策によって、ＢＴ試験のような加速試験にも耐えうる高い信頼性を持つＴＦＴを作製することが可能となった。
【実施例１】
【００５０】
本実施例は、下地膜としてＳｉＯＮ膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製工程に関する。
本発明を利用したＴＦＴの作製工程を図４に示す。
【００５１】
まず、絶縁性表面を有するガラス基板４０１を用意する。ガラス基板としては、コーニング製７０５９や同１７３７基板が代表的である。勿論、石英基板でも差し支えない。本実施例では、コーニング製７０５９基板を使用する。
【００５２】
次に、下地膜４０２としてＳｉＯＮ膜を５０ｎｍ〜１．５μｍの厚さに形成する。最適化を考えると５００ｎｍ以下でよいが、信頼性を考慮して、１００〜５００ｎｍの膜厚が望ましい。
【００５３】
このＳｉＯＮ膜の成膜条件は、次の通りである。
ＲＦパワー    ２００Ｗ
ガス流量      ＳｉＨ4：１０ＳＣＣＭ    Ｎ2Ｏ：２００ＳＣＣＭ
ガス圧力      ０．３ｔｏｒｒ
成膜温度      ３５０〜４００℃
電極間距離    ２５ｍｍ（平行平板型の場合）
成膜レート    １００ｎｍ／ｍｉｎ
【００５４】
この条件で形成されたＳｉＯＮ膜は成膜スピードが速く、かつ、エッチングレートが小さいのが特徴である。他のＴＥＯＳ系酸化珪素膜と比較した結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
成膜スピードが速いということはスループットが良いということであり、エッチングレートが小さいということは膜質が緻密であるということである。
従って、成膜スピードが速く、かつ、エッチングレートが小さいという点でＳｉＯＮ膜が最も優れていることが理解できる。
【００５７】
なお、本実施例では下地膜４０２の形成を高周波（１３．５６ＭＨｚ）を印加するプラズマＣＶＤ法によったが、他にもＬＰＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、パルス波形を印加するプラズマＣＶＤ法等の気相法を用いることができる。
【００５８】
次に下地膜４０２の表面に薄い酸化珪素膜４０３を形成するのであるが、この酸化珪素膜４０３は下地膜４０２の形成から連続的に形成することができる。
【００５９】
本実施例では、下地膜４０２を形成する際に最後の１〜１０秒間だけ原料ガスにＯ2添加する。Ｏ2の添加量はＮ2Ｏの１〜２０％となるように調整する。
すると、プラズマ中においてはＳｉとＯ2の反応が速いため、下地膜の表面近傍には１〜２０ｎｍの薄い酸化珪素膜４０３が形成される。
【００６０】
また、薄い酸化珪素膜４０３の形成は、下地膜４０２を形成した後にＯ2プラズマによる処理を行う方法によっても良い。
【００６１】
このようにして形成された薄い酸化珪素膜４０３は、後に下地膜４０２の上に形成される珪素膜との密着性を高める効果を付与する。
【００６２】
次に、図示しない５０ｎｍの厚さの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法により形成し、適当な結晶化方法により結晶化する。この結晶化は加熱によっても、レーザー光の照射によっても良い。
【００６３】
次に、前記非晶質珪素膜を結晶化して得られた結晶性珪素膜をパターニングして、活性層を構成する島状の半導体層４０４を形成する。
【００６４】
次に、島状の半導体層４０４に対して以下の条件によるプラズマ処理を行い、薄い酸化珪素膜４０５を形成する。
ＲＦパワー    ２００Ｗ
ガス流量      Ｈ2：１００ＳＣＣＭ     Ｏ2：１００ＳＣＣＭ
ガス圧力      ０．３ｔｏｒｒ
処理温度      ３５０〜４００℃
電極間距離    ２５ｍｍ（平行平板型の場合）
処理時間      １０ｓｅｃ〜５ｍｉｎ
【００６５】
Ｈ2とＯ2は別々に用いても良く、先にＨ2でプラズマ処理を行って、その後にＯ2によるプラズマ処理を行っても良い。また、その逆であっても良い。
【００６６】
このプラズマ処理により島状の半導体層４０４の表面がクリーニングされる。そして、活性層／ゲイト絶縁膜界面には清浄な状態で形成された薄い酸化珪素膜層が存在するため界面準位が大幅に低減される。
そのため、ＴＦＴのしきい値が０Ｖ付近となりｐ−ｃｈ／ｎ−ｃｈＴＦＴともにノーマリオフとすることができる。
【００６７】
さらに、活性層／ゲイト絶縁膜界面のＣ（カーボン）の量を１桁減少することができるため、ＴＦＴのしきい値の変動が小さくなり、液晶表示装置の画素部に使用した場合の表示ムラを抑えることができる。
【００６８】
また、Ｈ2プラズマにより活性層内の未結合手が水素終端されるため活性層の結晶性が向上する。
【００６９】
次に、後にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜４０６を１５０ｎｍの厚さに形成する。このゲイト絶縁膜４０６はＳｉＯＮ膜や窒化珪素膜であっても良いが、信頼性をより高めるためにはＳｉＯＮ膜を用いるのが望ましい。
【００７０】
ゲイト絶縁膜４０６としてＳｉＯＮ膜を用いるのであれば、下地膜と同じ成膜条件で形成すれば良い。
【００７１】
次に、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする材料からなる膜４０７を４００ｎｍの厚さに形成する。このアルミニウム膜４０７は、後にゲイト電極として機能する。
【００７２】
次に、電解溶液中でアルミニウム膜４０７を陽極として、陽極酸化を行う。電解溶液としては、３％の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、ＰＨ＝６．９２に調整したものを使用する。
また、白金を陰極として化成電流５ｍＡ、到達電圧１０Ｖとして処理する。
【００７３】
こうして形成される緻密な陽極酸化膜４０８は、後にフォトレジストとの密着性を高める効果がある。また、電圧印加時間を制御することで陽極酸化膜４０８の厚さを制御できる。（図４（Ａ））
【００７４】
こうして、図４（Ａ）の状態が得られたら、アルミニウム膜４０７をパターニングして、図示しないゲイト電極を形成する。
【００７５】
次に、２度目の陽極酸化を行い、多孔質の陽極酸化膜４０９を形成する。電解溶液は３％のシュウ酸水溶液とし、白金を陰極として化成電流２〜３ｍＡ、到達電圧８Ｖとして処理する。
【００７６】
この時陽極酸化は基板に対して平行な方向に進行する。また、電圧印加時間を制御することで多孔質の陽極酸化膜４０９の長さを制御できる。
【００７７】
さらに、専用の剥離液でフォトレジストを除去した後、３度目の陽極酸化を行い、図４（Ｂ）の状態を得る。
【００７８】
この時、電解溶液は３％の酒石酸のエチレングリコール溶液をアンモニア水で中和して、ＰＨ＝６．９２に調整したものを使用する。そして、白金を陰極として化成電流５〜６ｍＡ、到達電圧１００Ｖとして処理する。
【００７９】
この際形成される陽極酸化膜４１０は、非常に緻密、かつ、強固である。そのため、ド−ピング工程などの後工程で生じるダメージからゲイト電極４１１を保護する効果を持つ。
【００８０】
次に、イオンドーピング法により、島状の半導体層４０５に不純物を注入する。Ｎチャネル型ＴＦＴを作製するならば不純物としてＰ（リン）を、Ｐチャネル型ＴＦＴを作製するならば不純物としてＢ（ホウ素）を用いる。
【００８１】
例えば、Ｐ（リン）の注入は加速電圧６０〜９０ｋＶ、ドーズ量０．２〜５×１０15原子／ｃｍ2で行う。
本実施例では、Ｐ（リン）の注入を加速電圧８０ｋＶ、ドーズ量１×１０15原子／ｃｍ2で行う。
【００８２】
すると、ゲイト電極４１１、多孔質の陽極酸化膜４０９がマスクとなり、後にソース／ドレインとなる領域４１２、４１３が自己整合的に形成される。
【００８３】
次に、図１（Ｃ）に示す様に、多孔質の陽極酸化膜４０９を除去して、２度目のドーピングを行う。なお、２度目のＰ（リン）の注入は加速電圧６０〜９０ｋＶ、ドーズ量０．１〜５×１０14原子／ｃｍ2で行う。
本実施例では、加速電圧８０ｋＶ、ドーズ量１×１０14原子／ｃｍ2とする。
【００８４】
すると、ゲイト電極４１１がマスクとなり、ソース領域４１２、ドレイン領域４１３と比較して不純物濃度の低い、低濃度不純物領域４１４、４１５が自己整合的に形成される。
【００８５】
同時に、ゲイト電極４１１の直下は不純物が全く注入されないため、ＴＦＴのチャネルとして機能する領域４１６が自己整合的に形成される。
【００８６】
このようにして形成される低濃度不純物領域（またはＬＤＤ領域）４１５は、チャネル領域４１６とドレイン領域４１３との間に高電界が形成されるのを抑制する効果を持つ。
【００８７】
次に、ＫｒＦエキシマレーザーを２００〜３００ｍＪ／ｃｍ2のエネルギー密度で照射することによって、イオン注入されたＰ（リン）の活性化を行う。
また、活性化は３００〜４５０℃２ｈｒの熱アニールによっても良いし、レーザーアニールと熱アニールを併用しても良い。
【００８８】
次に、図４（Ｄ）に示す様に、層間絶縁膜４１７として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により１μｍの厚さに形成する。勿論、窒化珪素膜や有機性樹脂等の他の絶縁性被膜を用いても良い。
【００８９】
次に、コンタクトホールを形成する。手順としてはまず、層間絶縁膜４１７をバッファーフッ酸を用いて開孔し、そのままバッファーフッ酸でゲイト絶縁膜４０６をエッチングして、ソース／ドレイン部コンタクトホールを完成させる。
【００９０】
次いで、クロム酸、酢酸、燐酸、硝酸を混合した組成からなるクロム混酸溶液を用いて陽極酸化膜４１０をエッチングして、ゲイト電極部コンタクトホールを完成させる。
【００９１】
このように、ゲイト絶縁膜４０６のエッチングを先に行えば、陽極酸化膜４１０は耐バッファーフッ酸性に優れているため、ゲイト電極４１１を保護することができる。
また、クロム混酸溶液はソース領域４１２、ドレイン領域４１３の表面を殆どエッチングしない。
【００９２】
コンタクトホールの形成が終了したら、配線電極４１８、４１９、４２０を形成して、水素雰囲気中で３５０℃２ｈｒのアニール処理を行う。
【００９３】
以上の工程を経て、図４（Ｄ）に示す薄膜トランジスタが作製される。
【００９４】
図４（Ｄ）に示すＴＦＴは、ＳｉＯＮ膜を下地膜として用いることで、アルカリ金属（Ｎａ、Ｋなど）イオンや重金属（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなど）イオンのドリフトを防ぎ、不純物がガラス基板からデバイスへ拡散するのを抑えることができる。
【００９５】
また、下地膜４０２の表面に薄い酸化珪素膜４０３を形成したことで、下地膜４０２と島状の半導体層４０４との密着性が向上した。
【００９６】
また、島状の半導体層４０４の表面に薄い酸化珪素膜４０５を形成したことで活性層／ゲイト絶縁膜界面の状態が改善され、ＴＦＴのしきい値が０Ｖ付近となり、ｐ−ｃｈ／ｎ−ｃｈＴＦＴともにノーマリオフとすることができた。
さらに、ＳＩＭＳ分析の結果、活性層／ゲイト絶縁膜界面のＣ（カーボン）の量を１桁減少させられることが確認できた。
そのため、ＴＦＴのしきい値の変動が小さくなり、液晶表示装置の画素部に使用した場合の表示ムラを抑えることができた。
【実施例２】
【００９７】
本実施例は、半導体層とゲイト絶縁膜をＳｉＯＮ膜で挟み込んだ構造の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製工程に関する。本実施例によるＴＦＴの作製工程は実施例１と同様であるので図４を参考にして説明する。
【００９８】
まず、絶縁性表面を有するガラス基板４０１を用意する。本実施例では、コーニング製７０５９や同１７３７基板を使用する。
【００９９】
次に、下地膜４０２としてＳｉＯＮを２００ｎｍの厚さに形成する。このＳｉＯＮ膜の成膜条件は、実施例１に詳細に説明したのでここでは省略する。
【０１００】
その上に、図示しない５０ｎｍの厚さの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法により形成し、適当な結晶化方法により結晶化する。この結晶化は加熱によっても、レーザー光の照射によっても良い。
【０１０１】
次に、前記非晶質珪素膜を結晶化して得られた結晶性珪素膜をパターニングして、活性層を構成する島状の半導体層４０４を形成する。
【０１０２】
その上に、後にゲイト絶縁膜として機能する酸化珪素膜４０６を１５０ｎｍの厚さに形成する。このゲイト絶縁膜４０６はＳｉＯＮ膜や窒化珪素膜であっても良いが、信頼性をより高めるためにはＳｉＯＮ膜を用いるのが望ましい。
【０１０３】
ゲイト絶縁膜４０６としてＳｉＯＮ膜を用いるのであれば、下地膜と同じ成膜条件で形成すれば良い。
【０１０４】
続いて、実施例１と同様の工程により、図４（Ｃ）の状態を得る。
【０１０５】
次に、図４（Ｄ）に示す様に、層間絶縁膜４１７としてＳｉＯＮ膜を１μｍの厚さに形成する。成膜条件は、実施例１に示した下地ＳｉＯＮ膜の成膜条件と同様である。
【０１０６】
続いて、実施例１と同様の工程により、図４（Ｄ）に示すような薄膜トランジスタが作製される。
【０１０７】
本実施例により作製されたＴＦＴは、ガラス基板からの不純物を抑えるだけでなく、大気中からの不純物をも防止する効果を持つ。
【実施例３】
【０１０８】
本実施例は、実施例１及び２においてゲイト電極として多結晶珪素膜を用いたＴＦＴの作製工程に関する。
本発明を利用した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の作製工程を図５に示す。
【０１０９】
まず、絶縁性表面を有するガラス基板５０１を用意する。本実施例では、コーニング製７０５９や同１７３７基板を使用する。
【０１１０】
次に、下地膜５０２としてＳｉＯＮを２００ｎｍの厚さに形成する。このＳｉＯＮ膜の成膜条件は、実施例１で詳細に示したのでここでは省略する。
【０１１１】
その上に、図示しない５０ｎｍの厚さの非晶質珪素膜をプラズマＣＶＤ法や減圧熱ＣＶＤ法により形成し、適当な結晶化方法により結晶化する。この結晶化は加熱によっても、レーザー光の照射によっても良い。
【０１１２】
次に、前記非晶質珪素膜を結晶化して得られた結晶性珪素膜をパターニングして、活性層を構成する島状の半導体層５０３を形成する。
【０１１３】
その上に、後にゲイト絶縁膜として機能するＳｉＯＮ膜５０４を１５０ｎｍの厚さに形成する。このゲイト絶縁膜５０４の形成方法は、前述の下地ＳｉＯＮ膜５０２の成膜条件と同様である。
【０１１４】
次に、多結晶珪素膜５０５を熱ＣＶＤ法により４００ｎｍの厚さに形成する。この多結晶珪素膜は成膜時に予め導電性を持つようにＰ（リン）を１×１０20〜１×１０21ｃｍ-3の濃度となるように添加してある。図５（Ａ）
【０１１５】
次いで、この多結晶珪素膜５０５をパターニングして、ＣＦ4＋Ｏ2系ガスによるプラズマエッチングを行う。この等方性エッチングにおいては、ゲイト絶縁膜５０４との選択比は１０程度である。
【０１１６】
この等方性エッチングは、多結晶珪素膜５０５を横方向に０．１〜１．０μｍ削るまで続ける。ただし、ゲイト絶縁膜５０４も徐々にエッチングされることを考慮しておく必要がある。
【０１１７】
こうして、図５（Ｂ）に示す様な、ゲイト電極として機能する多結晶珪素膜５０７が形成される。その際、マスクとして用いたフォトレジスト５０６は次の工程で活用するので残しておく。
【０１１８】
次に、イオンドーピング法により、島状の半導体層５０３に不純物を注入する。Ｎチャネル型ＴＦＴを作製するならば不純物としてＰ（リン）を、Ｐチャネル型ＴＦＴを作製するならば不純物としてＢ（ホウ素）を用いる。
【０１１９】
例えば、Ｐ（リン）の注入は加速電圧６０〜９０ｋＶ、ドーズ量０．２〜５×１０15原子／ｃｍ2で行う。
本実施例では、Ｐ（リン）の注入を加速電圧８０ｋＶ、ドーズ量１×１０15原子／ｃｍ2で行う。
【０１２０】
すると、フォトレジスト５０６がマスクとなり、後にソース／ドレインとなる領域５０８、５０９が自己整合的に形成される。
【０１２１】
次に、図５（Ｃ）に示す様に、フォトレジスト５０６を除去して、２度目のドーピングを行う。なお、２度目のＰ（リン）の注入は加速電圧６０〜９０ｋＶ、ドーズ量０．１〜５×１０14原子／ｃｍ2で行う。
本実施例では、加速電圧８０ｋＶ、ドーズ量１×１０14原子／ｃｍ2とする。
【０１２２】
すると、ゲイト電極５０７がマスクとなり、ソース領域５０８、ドレイン領域５０９と比較して不純物濃度の低い、低濃度不純物領域５１０、５１１が自己整合的に形成される。
【０１２３】
同時に、ゲイト電極５０７の直下は不純物が全く注入されないため、ＴＦＴのチャネルとして機能する領域５１２が自己整合的に形成される。
【０１２４】
このようにして形成される低濃度不純物領域（またはＬＤＤ領域）５１１は、チャネル領域５１２とドレイン領域５０９との間に高電界が形成されるのを抑制する効果を持つ。
【０１２５】
次に、図５（Ｄ）に示す様に、層間絶縁膜５１３として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により１μｍの厚さに形成する。この際、層間絶縁膜５１３としてＳｉＯＮ膜を用いればさらに効果的である。
勿論、窒化珪素、有機性樹脂等の他の絶縁性被膜を用いても構わない。
【０１２６】
次に、コンタクトホールを形成して、配線電極５１４、５１５、５１６を形成する。
そして、水素雰囲気中で３５０℃２ｈｒのアニール処理を行い、図５（Ｄ）に示すようなＴＦＴが完成する。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】ＢＴ試験の結果を示す図
【図２】ＢＴ試験の結果を示す図
【図３】ＢＴ試験の結果を示す図
【図４】ＴＦＴの作製工程を示す図
【図５】ＴＦＴの作製工程を示す図
【符号の説明】
【０１２８】
４０１        ガラス基板
４０２        下地膜
４０３        薄い酸化珪素膜
４０４        島状の半導体層
４０５        薄い酸化珪素膜
４０６        ゲイト絶縁膜
４０７        アルミニウム膜
４０８        緻密な陽極酸化膜
４０９        多孔質の陽極酸化膜
４１０        強固な陽極酸化膜
４１１        ゲイト電極
４１２        ソース領域
４１３        ドレイン領域
４１４        低濃度不純物領域
４１５        低濃度不純物領域
４１６        チャネル領域
４１７        層間絶縁膜
４１８        配線電極
４１９        配線電極
４２０        配線電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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