(57)【要約】【課題】  動作特性に優れ、欠陥準位が極めて少ない薄膜トランジスタの製造方法を提供する。【解決手段】  絶縁性基板１上に、窒化シリコン膜２及び酸化シリコン膜３からなるアンダーコート膜を形成するステップと、アンダーコート膜上に非晶質のシリコン膜１０を形成するステップと、シリコン膜１０上に酸化シリコン膜１１からなる界面保護膜を形成するステップと、界面保護膜が形成された基板にＹＡＧレーザーを照射し、シリコン膜１０をレーザーアニールするステップと、レーザーアニール後のシリコン膜４をパターニングするステップと、パターニング後の基板上に酸化シリコン膜５からなるゲート絶縁膜を形成するステップからなり、アンダーコート膜、非晶質シリコン膜１０及び界面保護膜が、真空チャンバー内において真空状態を保ちながら順次に形成される。【選択図】          図１
2005064453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に非晶質のシリコン膜を形成するシリコン膜形成ステップと、
上記シリコン膜上に界面保護膜を形成する界面保護膜形成ステップと、
上記界面保護膜が形成された基板にレーザーを照射し、上記シリコン膜をアニールするレーザーアニールステップと、
レーザーアニール後の基板上にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成ステップとを備え、
上記シリコン膜及び界面保護膜が真空状態を保ちながら順次に形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２】
基板上に非晶質のシリコン膜を形成するシリコン膜形成ステップと、
上記シリコン膜上に界面保護膜を形成する界面保護膜形成ステップと、
上記基板にレーザーを照射し、上記シリコン膜をアニールするレーザーアニールステップと、
レーザーアニール後のシリコン膜をパターニングする写真製版ステップと、
パターニング後の基板上にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成ステップとを備え、
上記シリコン膜及び界面保護膜が真空状態を保ちながら順次に形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
上記レーザーアニールステップは、界面保護膜が形成されたパターニング前の基板にレーザーを照射するステップからなることを特徴とする請求項２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
上記界面保護膜形成ステップは、プラズマＣＶＤにより絶縁性の界面保護膜を形成するステップからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
上記基板上にアンダーコート膜を形成するアンダーコート膜形成ステップを備え、
上記シリコン膜形成ステップは、上記アンダーコート膜上に非晶質のシリコン膜を形成するステップからなり、
上記アンダーコート膜、シリコン膜及び界面保護膜が真空チャンバー内において真空状態を保ちながら順次に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
上記界面保護膜形成ステップは、界面保護膜として、ゲート絶縁膜と同一の組成からなる絶縁膜を上記非晶質シリコン膜上に形成するステップからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項７】
上記界面保護膜及びゲート絶縁膜が酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項６に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項８】
上記レーザーアニールステップは、シリコン膜が形成された基板にＹＡＧレーザーを照射し、その照射領域を基板面に平行にスキャンさせるステップからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項９】
上記ゲート絶縁膜の形成前に上記界面保護膜を除去する保護膜除去ステップを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
上記保護膜除去ステップは、パターニング後に界面保護膜を除去するステップからなることを特徴とする請求項９に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
基板上の非晶質のシリコン膜にＹＡＧレーザーを照射して得られる多結晶シリコン膜と、上記シリコン膜との界面に自然酸化膜を形成させることなく形成された界面保護膜と、上記界面保護膜上に形成されたゲート絶縁膜とを備えたことを特徴とする薄膜トランジスタ。
【請求項１２】
上記界面保護膜は少なくとも１層の絶縁膜を含む層で形成されることを特徴とする請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
上記界面保護膜が酸化シリコン膜の単層であることを特徴とする請求項１２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１４】
上記酸化シリコン膜の膜厚が４ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１３記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１５】
上記界面保護膜が２層以上の絶縁膜からなる多層膜であることを特徴とする請求項１２記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１６】
界面保護膜が酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）と窒化シリコン膜（ＳｉＮ）を含む積層膜であることを特徴とする請求項１５記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１７】
上記界面保護膜の膜厚が、該レーザーアニールに使用するレーザー光の反射防止膜となる膜厚であることを特徴とする請求項１２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１８】
上記界面保護膜は酸化シリコン膜の単層であり、その膜厚が８７ｎｍ以上９８ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１７記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１９】
上記レーザーがＹＡＧレーザーであることを特徴とする請求項１２ないし１８のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項２０】
絶縁性の基板と、多結晶シリコン膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極を備えた薄膜トランジスタであって、
上記多結晶シリコン膜の膜中酸素濃度が１×１０１８個/cm3以上１×１０20個/cm3以下であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、非晶質シリコンをレーザーアニールすることにより得られる多結晶シリコンを半導体層として用いる薄膜トランジスタ、例えば、液晶表示装置の各画素を構成する薄膜トランジスタの製造方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリクス型と呼ばれる液晶表示装置は、ガラス基板上に多数の薄膜トランジスタをマトリクス状に形成することによって構成される。一般に、非晶質シリコン膜は、多結晶シリコン膜よりも低温で製造することができるため、従来の液晶表示装置では、非晶質シリコン膜を半導体層とする薄膜トランジスタ、いわゆるアモルファスシリコンＴＦＴ（Thin Film Transistor）が広く採用されている。
【０００３】
ところが、非晶質シリコン膜にレーザーを照射し、局所的に溶融結晶化させるレーザーアニール技術の開発によって、多結晶シリコン膜を低温でも製造できるようになった。このようなレーザーアニールで得られる多結晶シリコンを半導体層とする薄膜トランジスタは、低温ポリシリコンＴＦＴと呼ばれている。低温ポリシリコンＴＦＴは、液晶表示装置を更に小型化、高性能化することが可能であることから、最近、注目されている。
【０００４】
図５は、従来の低温ポリシリコンＴＦＴの構成を示した断面図である。この低温ポリシリコンＴＦＴは、いわゆるトップゲート型の薄膜トランジスタである。ガラス基板などの絶縁性基板１上には、窒化シリコン膜２及び酸化シリコン膜３からなる２層の絶縁膜がアンダーコート膜として形成され、このアンダーコート膜上に多結晶シリコン（ポリシリコン）膜４が形成されている。多結晶シリコン膜４は、非晶質シリコン（アモルファスシリコン）膜を形成した後、レーザーを照射して多結晶化させることによって得られる半導体層であり、この多結晶シリコン膜４上には、ゲート絶縁膜としての酸化シリコン膜５が形成されている。
【０００５】
酸化シリコン膜５上には、スパッタリングによりクロム膜などの導電性の金属膜が形成されており、この導電性金属膜を写真製版によってパターニングすることにより、ゲート電極６が形成される。このゲート電極６は、半導体層（多結晶シリコン膜４）にリンなどの不純物を注入する際のマスクとしても用いられる。すなわち、酸化シリコン膜５を介して、多結晶シリコン膜４に不純物がイオンドーピングされ、その後の加熱処理（アニール）によって注入された不純物が活性化され、半導体層にソース・ドレイン領域が形成されている。
【０００６】
ゲート電極６上には、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により酸化シリコン膜が堆積され、層間絶縁膜７が形成されている。その後、写真製版によるパターニングによりこの層間絶縁膜７にコンタクトホールが形成され、スパッタリングによって層間絶縁膜７上にクロム膜などの導電性金属膜が形成される。この導電性金属膜をパターニングすることにより、ソース及びドレイン電極８が形成される。これらのソース及びドレイン電極８上には、パッシベーション膜として窒化シリコン膜９が形成されている。
【０００７】
図６は、従来の低温ポリシリコンＴＦＴの製造プロセスの要部の一例を示した図であり、ゲート絶縁膜としての酸化シリコン膜５が形成されるまでの工程が示されている。まず、絶縁性基板１上に、窒化シリコン膜２、酸化シリコン膜３及び非晶質シリコン膜１０が順次に形成される（図６（ａ）の工程）。これらの窒化シリコン膜２、酸化シリコン膜３及び非晶質シリコン膜１０の形成は、真空チャンバー内において行われ、例えば、平行平板型ＲＦプラズマＣＶＤ装置が用いられる。次に、非晶質シリコン膜１０中の水素を脱気するための加熱処理が行われ、その後にレーザー照射が行われる（図６（ｂ）の工程）。レーザー照射には、波長が紫外領域であるエキシマレーザーが用いられる。非晶質シリコン膜１０に対しレーザーを照射することによって非晶質シリコン膜１０が溶融し、その後の自然冷却によってシリコンが結晶化される。この様なレーザーアニールによって、多結晶シリコン膜４が形成される。
【０００８】
次に、多結晶シリコン膜４を写真製版によりパターニングすると、半導体層となる島状の多結晶シリコン膜４が形成される（図６（ｃ）の工程）。この島状の多結晶シリコン膜４の形成後、プラズマＣＶＤにより酸化シリコン膜５が形成される（図６（ｄ）の工程）。
【０００９】
この様な製造プロセスによって低温ポリシリコンＴＦＴを製造する場合、非晶質シリコン膜１０を形成してから、多結晶シリコン膜４上にゲート絶縁膜５を形成するまでの間、絶縁性基板１上でシリコン膜４，１０が露出した状態となる。このため、絶縁性基板１を大気中などの酸素を含む雰囲気中に出せば、シリコン膜４，１０も大気に触れ、その表面に自然酸化膜が形成される。例えば、ゲート絶縁膜５の形成前に行われるレーザーアニールや写真製版などの各工程は大気中で行われることから、シリコン膜の表面に自然酸化膜が形成される。
【００１０】
一般に、非晶質シリコン膜１０及び多結晶シリコン膜４などのシリコン膜は、化学的に活性であり、大気中ではシリコン原子が酸素原子と容易に結合してシリコン膜表面に酸化膜（自然酸化膜）が形成される。この様な自然酸化膜は、シリコン膜表面の結晶構造に欠陥を生じさせ、シリコン膜表面を荒れさせる。薄膜トランジスタの動作特性は、多結晶シリコン膜４と酸化シリコン膜５との界面の状態に大きく依存するため、シリコン膜上に自然酸化膜が形成されることにより、薄膜トランジスタの特性が劣化するという問題があった。
【００１１】
特に、非晶質シリコン膜１０の表面に形成された自然酸化膜は、レーザーアニールによって活性化され、結晶構造の欠陥をより拡大させてしまう。それに加えて、非晶質シリコン膜１０は、多結晶シリコン膜４に比べてより活性であるため、レーザーアニール後よりもレーザーアニール前の方がシリコン膜の表面に自然酸化膜が形成されやすい。このため、レーザーアニール前の非晶質シリコン膜１０上に自然酸化膜が形成された場合、薄膜トランジスタの動作特性に与える影響が大きいという問題があった。
【００１２】
また、多結晶シリコン膜４を写真製版により島状にパターニングする工程では、基板がフォトレジストやレジスト剥離液に曝されるため、多結晶シリコン膜４の表面が汚染されてしまうという問題もあった。多結晶シリコン膜４の表面の汚染としては、例えば、酸化膜の形成、フォトレジストの残留、及び、多結晶シリコン膜４の表面の一部が削り取られることなどが考えられるが、いずれの場合であっても、多結晶シリコン膜４と酸化シリコン膜５との界面の状態に悪影響を及ぼし、薄膜トランジスタとしての動作特性が劣化してしまう。
【００１３】
このような自然酸化膜による特性劣化を防止することを目的とした低温ポリシリコンＴＦＴの製造方法が従来から提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１に記載された製造方法は、非晶質シリコン膜１０の表面に熱酸化膜を予め形成しておくことにより、自然酸化膜の形成を防止しようとするものである。すなわち、大気や酸素ガスなどの雰囲気中で基板を加熱処理することによって、レーザー照射前のシリコン膜１０の表面に熱酸化膜を形成している。
【００１４】
ところが、絶縁性基板１としてガラス基板を用いる場合、熱歪みなどの影響を考慮すれば、基板を６００℃以上の高温にすることはできず、６００℃未満の温度で熱酸化膜を形成させる必要がある。このような温度条件下で、ガラス基板上に熱酸化膜を形成させようとした場合、その成膜速度は極めて遅く、所望の膜厚の熱酸化膜を形成するには長い処理時間が必要になるという問題があった。さらに、熱酸化膜が形成される前に、非晶質シリコン膜の表面に自然酸化膜が形成されるのを回避することはできず、薄膜トランジスタとしての動作特性が低下してしまうと考えられる。
【特許文献１】特開平１１−３５４４４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述した通り、従来の薄膜トランジスタでは、ゲート絶縁膜が形成されるまでの製造工程において、非晶質シリコン膜１０、多結晶シリコン膜４の表面に自然酸化膜が形成されるため、薄膜トランジスタとしての動作性能を劣化させているという問題があった。また、写真製版工程において、多結晶シリコン膜表面が汚染され、薄膜トランジスタとしての動作性能を劣化させているという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、動作特性の優れた薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。特に、欠陥準位が少なく、多結晶シリコン膜のゲート側の界面状態が良好な薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。また、動作特性の優れた薄膜トランジスタを安価に製造することを目的とする。
【００１７】
また、多結晶シリコン膜のゲート側界面に自然酸化膜を有しない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。また、写真製版処理において多結晶シリコン膜表面が汚染されるのを抑制し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。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明による薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に非晶質のシリコン膜を形成するシリコン膜形成ステップと、上記シリコン膜上に界面保護膜を形成する界面保護膜形成ステップと、上記界面保護膜が形成された基板にレーザーを照射し、上記シリコン膜をアニールするレーザーアニールステップと、レーザーアニール後の基板上にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成ステップとを備え、上記シリコン膜及び界面保護膜が真空状態を保ちながら順次に形成されるように構成される。
【００１９】
この様な構成によれば、非晶質シリコン膜の形成から界面保護膜の形成までが真空状態を保ちながら行われるので、大気等の酸素を含む雰囲気ガスに非晶質シリコン膜が曝されることなく、非晶質シリコン膜上に界面保護膜を形成することができる。従って、シリコン膜のゲート側界面に自然酸化膜が形成されるのを防止し、あるいは、大幅に抑制することができる。特に、レーザーアニール前に界面保護膜を形成することにより、レーザーアニールの際、真空状態に保つ必要がないため、薄膜トランジスタを安価に製造することができる。また、真空状態を保ちながら、非晶質シリコン膜の形成に引き続き界面保護膜を形成することにより、スループットを顕著に低下させることなく、薄膜トランジスタを安価に製造することができる。例えば、非晶質シリコン膜及び界面保護膜を同一の真空チャンバー内で形成することができる。
【００２０】
また、本発明による薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に非晶質のシリコン膜を形成するシリコン膜形成ステップと、上記シリコン膜上に界面保護膜を形成する界面保護膜形成ステップと、上記基板にレーザーを照射し、上記シリコン膜をアニールするレーザーアニールステップと、レーザーアニール後のシリコン膜をパターニングする写真製版ステップと、パターニング後の基板上にゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成ステップとを備え、上記シリコン膜及び界面保護膜が真空状態を保ちながら順次に形成されるように構成される。
【００２１】
この様な構成によれば、非晶質シリコン膜の形成から界面保護膜の形成までが真空状態を保ちながら行われるので、大気等の酸素を含む雰囲気ガスにシリコン膜が曝されることなくシリコン膜上に界面保護膜を形成することができる。従って、シリコン膜表面に自然酸化膜が形成されるのを防止し、あるいは、大幅に抑制することができる。特に、パターニング前に界面保護膜を形成することにより、パターニングの際、真空状態に保つ必要がないので、薄膜トランジスタを安価に製造することができる。なお、レーザーアニール前に界面保護膜を形成する方がより望ましいが、レーザーアニール後に界面保護膜を形成しても一定の効果を得ることができる。
【００２２】
また、本発明による薄膜トランジスタの製造方法は、上記構成に加え、上記レーザーアニールステップが、界面保護膜が形成されたパターニング前の基板にレーザーを照射するステップからなる。レーザーアニール前に界面保護膜を形成することによって、レーザーアニールの際、真空状態に保つ必要がないので、薄膜トランジスタを安価に製造することができる。
【００２３】
また、本発明による薄膜トランジスタの製造方法は、上記構成に加え、上記界面保護膜形成ステップが、プラズマＣＶＤにより絶縁性の界面保護膜を形成するステップからなる。界面保護膜をプラズマＣＶＤにより形成すれば、絶縁性基板に対して加熱処理を行うことなく、効率的に界面保護膜を形成することができる。特に、ガラス基板に対し低温下で熱酸化膜を形成する場合に比べ、成膜速度が早く、所望の膜厚からなる界面保護膜を容易に形成することができる。また、低温熱酸化膜よりも緻密な膜を形成することができる。
【００２４】
また、本発明による薄膜トランジスタの製造方法は、上記構成に加え、上記基板上にアンダーコート膜を形成するアンダーコート膜形成ステップを備え、上記シリコン膜形成ステップが、上記アンダーコート膜上に非晶質のシリコン膜を形成するステップからなり、上記アンダーコート膜、シリコン膜及び界面保護膜が真空チャンバー内において真空状態を保ちながら順次に形成される。この様な構成によれば、アンダーコート膜の形成から界面保護膜の形成までが真空状態を保ちながら行われるので、アンダーコート膜及びシリコン膜の界面に自然酸化膜が形成されるのも防止することができる。
【００２５】
また、本発明による薄膜トランジスタの製造方法は、上記構成に加え、上記界面保護膜形成ステップが、界面保護膜として、ゲート絶縁膜と同一の組成からなる絶縁膜、好ましくは、酸化シリコン膜を上記非晶質シリコン膜上に形成するステップからなる。この様な構成により、薄膜トランジスタとしての動作特性を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明による薄膜トランジスタの製造方法は、上記構成に加え、上記レーザーアニールステップが、シリコン膜が形成された基板にＹＡＧレーザーを照射し、その照射領域を基板面に平行にスキャンさせるステップからなる。透過性が高く、非晶質シリコン膜を選択的にアニールすることができる波長を有するＹＡＧレーザーを照射することによって、界面保護膜が形成された後の非晶質シリコン膜に対し、界面保護膜において顕著にエネルギー吸収されることなくアニールすることができる。
【００２７】
また、本発明による薄膜トランジスタの製造方法は、上記構成に加え、上記ゲート絶縁膜の形成前に上記界面保護膜を除去する保護膜除去ステップを備えて構成される。この様な構成により、界面保護膜の表面に形成された自然酸化膜を界面保護膜とともに除去することができる。このため、界面保護膜の表面に形成された自然酸化膜を、薄膜トランジスタの多結晶シリコン膜及びゲート絶縁膜間に残存せず、その動作特性を向上させることができる。なお、界面保護膜の除去をゲート絶縁膜の形成直前に行い、多結晶シリコン膜の表面が酸素を含む雰囲気ガスに曝される時間を短くすることが望ましい。ただし、多結晶シリコン膜は、非晶質シリコン膜に比べて自然酸化膜が形成され難く、より早い時期に除去しても一定の効果が得られる。
【００２８】
また、本発明による薄膜トランジスタの製造方法は、上記構成に加え、上記保護膜除去ステップが、パターニング後に界面保護膜を除去するステップからなる。パターニング後の界面保護膜を除去することにより、写真製版の際、シリコン膜表面がフォトレジストやレジスト剥離液に曝されるのを防止することができ、薄膜トランジスタの動作特性を向上させることができる。
【００２９】
また、本発明による薄膜トランジスタは、基板上の非晶質のシリコン膜にＹＡＧレーザーを照射して得られる多結晶シリコン膜と、上記シリコン膜との界面に自然酸化膜を形成させることなく形成された界面保護膜と、上記界面保護膜上に形成されたゲート絶縁膜とを備えて構成される。シリコン膜と界面保護膜との界面に自然酸化膜が形成されないように、シリコン膜上に界面保護膜を形成することにより、薄膜トランジスタの動作特性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明による薄膜トランジスタの製造方法によれば、シリコン膜の表面を大気等の酸素を含む雰囲気ガスに曝すことなく、シリコン膜上に界面保護膜が形成されるため、シリコン膜のゲート側界面に自然酸化膜が形成されるのを防止し、あるいは、大幅に抑制することができる。従って、動作特性の優れた薄膜トランジスタを製造することができる。
【００３１】
本発明による薄膜トランジスタの製造方法によれば、シリコン膜のパターニング前に界面保護膜を形成しているため、写真製版の際にシリコン膜表面がフォトレジストやレジスト剥離液に曝されないので、シリコン膜のゲート側界面の汚染を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
実施の形態１．
図１の（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施の形態１による低温ポリシリコンＴＦＴの製造方法について、その要部の一例を示した図であり、ゲート絶縁膜５が形成されるまでの各工程が示されている。
【００３３】
絶縁性基板１は、ガラス基板などの絶縁性を有する透明基板であり、この絶縁性基板１上に窒化シリコン膜２、酸化シリコン膜３、非晶質シリコン膜１０及び酸化シリコン膜１１が順次に形成される（図１（ａ）の工程）。非晶質シリコン膜１０は、後述するレーザー照射により多結晶化され、イオンドーピングによって活性半導体層となるアモルファス状のシリコン膜である。窒化シリコン膜２及び酸化シリコン膜３は、ともに半導体層の特性を安定化させるための絶縁性のアンダーコート膜である。酸化シリコン膜１１は、製造工程中、非晶質シリコン膜１０が露出した状態となるのを防止し、そのゲート側の界面を保護する絶縁性の界面保護膜である。
【００３４】
これらの窒化シリコン膜２、酸化シリコン膜３、非晶質シリコン膜１０及び酸化シリコン膜１１は、いずれもＣＶＤ装置によって形成される。しかも、これら全ての層がＣＶＤ装置の真空チャンバー内において連続して形成される。つまり、真空チャンバー内から基板が搬出されることなく、真空状態を保ちながら窒化シリコン膜２の形成から酸化シリコン膜１１の形成までの処理が行われる。従って、非晶質シリコン膜１０は、大気にふれることなく酸化シリコン膜１１に覆われ、結晶構造の欠陥の原因となる自然酸化膜が非晶質シリコン膜１０の表面に形成されるのを防止している。
【００３５】
窒化シリコン膜２、酸化シリコン膜３、非晶質シリコン膜１０及び酸化シリコン膜１１の形成には、平行平板型ＲＦプラズマＣＶＤ装置が用いられる。酸化シリコン膜１１をプラズマＣＶＤにより形成すれば、絶縁性基板１を加熱処理することなく界面保護膜を形成することができる。従って、加熱処理によって非晶質シリコン膜１０の表面に酸化膜（熱酸化膜）を形成する場合に比べ、熱歪みの影響を受けることなく、界面保護膜を形成することができる。
【００３６】
また、プラズマＣＶＤによって形成される酸化シリコン膜１１は、熱酸化膜に比べて十分な膜厚を確保することが容易である。絶縁性基板１がガラスからなり、その熱歪みを考慮して６００℃未満の温度条件下で熱酸化膜を形成しようとする場合、その成膜速度は極めて遅く、スループットを確保しながら十分な膜厚を確保することが困難になる。例えば、特許文献１では５ｎｍ以下の熱酸化膜が形成されているが、この膜厚をより厚くすることは容易ではない。これに対し、プラズマＣＶＤを用いた場合には、膜厚が数十ｎｍの酸化シリコン膜を容易に形成することができる。従って、酸化シリコン膜１１をプラズマＣＶＤにより形成し、その膜厚を１０ｎｍ程度とすれば、非晶質シリコン膜を効果的に保護することができる。
【００３７】
この保護効果を高めるには、プラズマＣＶＤによって形成される酸化シリコン膜の膜厚は厚い方が良く、自然酸化膜の上限値と考えられる５ｎｍより厚いことが望ましい。また、酸化シリコン膜１１と非晶質シリコン膜１０とのパターニングを行う時には、両方の膜について同時にエッチングを行うことになるため、パターンを良好に加工するには、前記膜厚は１０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００３８】
さらに、この様な低温下で形成された熱酸化膜は粗悪であるのに対し、プラズマＣＶＤによって形成される酸化シリコン膜１１はより緻密な膜となり、シリコン膜１１の界面を荒らすことなく、界面を効果的に保護することができる。
【００３９】
次に、酸化シリコン膜１１が形成された基板に対してレーザーが照射され、非晶質シリコン膜１０を多結晶化して多結晶シリコン膜４が得られる（図１（ｂ）の工程）。レーザー照射時における自然酸化膜の形成を防止しようとする場合、絶縁性基板１を真空状態に維持しながら、レーザー照射を行うことが考えられる。この場合、レーザー照射装置が高価になり、製造コストを上昇させると考えられる。これに対し、レーザー照射前に、酸化シリコン膜１１を非晶質シリコン膜１０上に形成しておけば、レーザー照射を大気中などの酸素を含む雰囲気中で行っても自然酸化膜が形成されることはない。また、レーザー照射時の非晶質シリコン膜１０が酸化シリコン膜１１で覆われているため、従来の自然冷却に比べ、溶融シリコンの冷却速度が抑制される。このため、シリコンの結晶成長が改善され、より粒径の大きな多結晶シリコン膜４を得ることができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、レーザー照射が行われるまでの間、非晶質シリコン膜１０が大気などの酸素を含む雰囲気ガスに一切曝されていないことから、その表面に自然酸化膜が全く形成されていない。このため、レーザーアニールによって活性化される欠陥が極めて少なく、良質の多結晶シリコン膜４が得られる。
【００４１】
レーザー照射には、波長が赤外領域であるＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーが用いられる。例えば、基本波の波長が１０６４ｎｍであるレーザーの２次高調波（波長５３２ｎｍ）成分が用いられる。このＹＡＧレーザーは、固体レーザーの一種であり、透過性が高く、非晶質シリコン膜１０のレーザーアニール（溶融結晶化）に適した波長を有する。このため、レーザー照射の際、非晶質シリコン膜１０上に酸化シリコン膜１１が形成されていても、酸化シリコン膜１１にエネルギーをほとんど吸収されることなく、酸化シリコン膜１１を介して非晶質シリコン膜１０だけを効果的に加熱溶融することができる。
【００４２】
また、ＹＡＧレーザーでは、レーザーの照射方向について概ね均一に加熱することができるため、照射方向に垂直な方向、すなわち、基板面に平行な方向に結晶を成長させることができる。従って、基板面に平行な方向にＹＡＧレーザーの照射光１２をスキャンさせれば、非晶質シリコン膜１０が順次に溶融され、その後の自然冷却によって多結晶シリコン膜４を順次に形成し、その照射領域を基板面の全面に移動させることにより、非晶質シリコン膜１０の全面を多結晶化することができる。
【００４３】
次に、酸化シリコン膜１１が形成された多結晶シリコン膜４を写真製版によりパターニングすると、半導体層となる島状の多結晶シリコン膜４が形成される（図１（ｃ）の工程）。この島状の多結晶シリコン膜４の形成後、ＢＨＦ（Buffered Hydrogen Fluoride）などの薬剤により基板表面が洗浄される。その後、プラズマＣＶＤによりゲート絶縁膜としての酸化シリコン膜５が形成される（図１（ｄ）の工程）。
【００４４】
パターニングの際、酸化シリコン膜１１を非晶質シリコン膜１０上に形成されているため、写真製版の際、シリコン膜表面がフォトレジストやレジスト剥離液に曝されず、また、シリコン膜の表面に自然酸化膜が形成されない。
【００４５】
なお、図１（ｄ）から明らかなように、多結晶シリコン膜４の上方には、酸化シリコン膜１１と酸化シリコン膜５とが存在するが、多結晶シリコン膜４がない箇所においては、酸化シリコン膜５のみしかないので、形成される酸化シリコンの膜厚が、酸化シリコン膜１１の膜厚分だけ薄い構造となる。この構造は、層間絶縁膜７を積層した図２においても同様である。
【００４６】
図２は、本発明の実施の形態１による薄膜トランジスタの一構成例を示した断面図である。この薄膜トランジスタは、図１に示した製造プロセスによってゲート絶縁膜５までの各層が形成された後、更に従来の薄膜トランジスタと同様の製造プロセスによって、ゲート電極６、層間絶縁膜７、ソース及びドレイン電極８、パッシベーション膜９が形成されたものである。
【００４７】
この薄膜トランジスタは、多結晶シリコン膜４及びゲート電極６間に、酸化シリコン膜１１及び５が存在し、これら２層の酸化シリコン膜１１及び５が、ゲート絶縁膜として機能することになる。この様なゲート絶縁膜の１つである酸化シリコン膜１１の表面は、製造工程において大気に曝され、その表面に自然酸化膜が形成され、結晶構造に欠陥が生じていると考えられる。また、写真製版工程において表面が汚染されていると考えられる。しかしながら、一般に、ゲート絶縁膜中における結晶構造の欠陥（バルク欠陥）は、シリコン膜との界面における欠陥ほど、薄膜トランジスタの特性に大きな影響は与えない。このため、非晶質シリコン膜１０上に酸化シリコン膜１１を形成することにより、薄膜トランジスタの特性を向上させることができる。
【００４８】
図３のステップＳ１０１〜Ｓ１０７は、本発明の実施の形態１による低温ポリシリコンＴＦＴの製造方法における要部の一例を示したフローチャートである。まず、絶縁性基板１上にアンダーコート膜として窒化シリコン膜２及び酸化シリコン膜３をプラズマＣＶＤにより順次に形成する（ステップＳ１０１）。次に、このアンダーコート膜上に非晶質シリコン膜１０をプラズマＣＶＤにより形成する（ステップＳ１０２）。さらに、非晶質シリコン膜１０上に界面保護膜としての酸化シリコン膜１１をプラズマＣＶＤにより形成する（ステップＳ１０３）。
【００４９】
これらの各層の形成は、同一の真空チャンバー内を真空状態に維持したまま順次に行われており、途中で基板が大気等に曝されることはない。少なくとも、非晶質シリコン膜１０が形成されてから界面保護膜が形成されるまでは基板が大気等に曝されず、非晶質シリコン膜１０のゲート側表面に自然酸化膜は形成されない。非晶質シリコン膜１０の脱水素処理は、界面保護膜１１が形成された後、基板を加熱処理することによって行われる。
【００５０】
次に、脱水素処理後の基板にＹＡＧレーザーを照射することによって、非晶質シリコン膜１０をレーザーアニールし、非晶質シリコン膜１０を結晶化する（ステップＳ１０４）。基板面内における所定の照射領域をすべてスキャンすれば、レーザー照射を終了する（ステップＳ１０５）。
【００５１】
その後、レーザーアニールによって結晶化された多結晶シリコン膜４を写真製版によりパターニングする（ステップＳ１０６）。このとき、パターニング前に界面保護膜が既に形成されており、パターニングの際、非晶質シリコン膜１０のゲート側表面はフォトレジストやレジスト剥離液により汚染されない。パターニングされた基板は、ＢＨＦなどにより洗浄された後、プラズマＣＶＤによってゲート絶縁膜としての酸化シリコン膜５が形成される（ステップＳ１０７）。
【００５２】
本実施の形態によれば、真空状態を保ちながら非晶質シリコン膜１０の形成から酸化シリコン膜１１の形成までが行われるので、非晶質シリコン膜１０の表面に自然酸化膜が形成されるのを防止することができる。また、レーザーアニール時や写真製版時にも酸化シリコン膜１１によって自然酸化膜が形成されるのを防止している。このため、多結晶シリコン膜４と酸化シリコン膜１１との間に自然酸化膜が存在しない低温ポリシリコンＴＦＴを得ることができる。つまり、欠陥準位が極めて低く、動作特性に優れた薄膜トランジスタを得ることができる。
【００５３】
また、酸化シリコン膜１１によって多結晶シリコン膜４の表面がフォトレジストやレジスト剥離液に曝されるのを防止し、写真製版において多結晶シリコン膜４の表面が汚染されるのを防止することができる。従って、薄膜トランジスタとしての動作特性の劣化を抑制することができる。
【００５４】
また、プラズマＣＶＤによって非晶質シリコン膜１０上に酸化シリコン膜１１を形成することにより、ガラス基板上に低温で熱酸化膜を形成させる場合に比べ、成膜速度が速く、所望の膜厚（例えば１０ｎｍ以上の膜厚）からなる酸化シリコン膜１１を容易に形成することができる。さらに、低温で形成された熱酸化膜よりも緻密な膜を形成し、非晶質シリコン膜１０の表面を効果的に保護することができる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、レーザー照射前に界面保護膜としての酸化シリコン膜１１が形成される場合の例について説明したが、本発明はこの様な場合に限定されない。例えば、レーザー照射後の多結晶シリコン膜４上に酸化シリコン膜１１を形成してもよい。この場合、ＹＡＧレーザーに代えて、例えば、波長が紫外領域であるＸｅＣｌエキシマレーザーを用いることもできる。また、レーザーアニールを含めて、非晶質シリコン膜１０の形成から酸化シリコン膜１１の形成までが真空状態を保ちながら行われるなら、シリコン膜表面における自然酸化膜の形成を防止することができるのでより望ましい。つまり、真空チャンバー内から基板を搬出することなく、レーザー照射を行えば、多結晶シリコン膜４の表面に自然酸化膜が形成されるのを防止することができるので望ましい。
【００５６】
また、本実施の形態では、窒化シリコン膜２、酸化シリコン膜３、非晶質シリコン膜１０及び酸化シリコン膜１１の各層が、同一の真空チャンバー内において連続して形成される場合の例について説明したが、本発明はこの様な場合に限定されない。例えば、窒化シリコン膜２が形成されてから、酸化シリコン膜１１が形成されるまでの間、基板が真空状態に保たれるならば、異なる真空チャンバーにおいて各層を形成してもよい。
【００５７】
また、本実施の形態では、ゲート絶縁膜や配線等の被覆性（カバレッジ）を良好にするために酸化シリコン膜１１が形成された多結晶シリコン膜４をパターニングする際に、酸化シリコン膜１１及び多結晶シリコン膜４のパターンエッジ部がテーパー形状になるように加工しても良い。この場合でも、同様の効果が得られ、併せて、配線の短絡や断線を低減することができる。
【００５８】
実施の形態２．
実施の形態１では、界面保護膜としての酸化シリコン膜１１を残存させる薄膜トランジスタの製造方法について説明した。この製造方法では、ゲート絶縁膜としての酸化シリコン膜５が形成されるまでに、酸化シリコン膜１１の表面に自然酸化膜が形成され、欠陥準位が増加していると考えられる。このような酸化シリコン膜１１を薄膜トランジスタの多結晶シリコン膜４及びゲート電極６間に残存させている。これに対し、本実施の形態では、写真製版によるパターニング後に酸化シリコン膜１１を除去することによって、薄膜トランジスタとしての動作特性をさらに向上させている。
【００５９】
図４のステップＳ２０１〜Ｓ２０８は、本発明の実施の形態２による低温ポリシリコンＴＦＴの製造方法における要部の一例を示したフローチャートである。ステップＳ２０１からステップＳ２０６までは、図３のステップＳ１０１からステップＳ１０６までの処理手順と同様である。写真製版により多結晶シリコン膜４がパターニングされると、ＢＨＦなどの薬液による基板面の洗浄が行われる。洗浄の際、酸化シリコン膜１１の表面の一部がＢＨＦなどの薬液によるか、または、ドライエッチングなどにより除去される（ステップＳ２０７）。なお、このとき、酸化シリコン膜１１の全部が除去されても良い。酸化シリコン膜１１の除去後、ゲート絶縁膜としての酸化シリコン膜５が形成される（ステップＳ２０８）。
【００６０】
酸化シリコン膜１１がシリコン膜上に形成された基板は、ゲート絶縁膜としての酸化シリコン膜５を形成するまでに大気に曝され、酸化シリコン膜１１の表面に自然酸化膜が形成され、酸化シリコン膜１１の表面における結晶構造の欠陥となると考えられる。従って、この様な酸化シリコン膜１１を除去することにより、薄膜トランジスタとしての動作特性をさらに向上させることができる。特に、多結晶シリコン膜４をパターニングする写真製版後に酸化シリコン膜１１が除去されるので、多結晶シリコン膜４の表面が写真製版の際にフォトレジストやレジスト剥離液に曝されるのを防止することができる。
【００６１】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３による低温ポリシリコンＴＦＴの製造方法について、その要部の一例を示した図であり、図１に示した実施の形態１と同じくゲート絶縁膜５が形成されるまでの各工程が示されている。
【００６２】
絶縁性基板１は、ガラス基板などの絶縁性を有する透明基板であり、この絶縁性基板１上に窒化シリコン膜２、酸化シリコン膜３、非晶質シリコン膜１０及び酸化シリコン膜１１が順次に形成される（図７（ａ）の工程）。非晶質シリコン膜１０は、レーザー照射により多結晶化され、イオンドーピングによって活性半導体層となるアモルファス状のシリコン膜である。窒化シリコン膜２及び酸化シリコン膜３は、ともに半導体層の特性を安定化させるための絶縁性のアンダーコート膜である。酸化シリコン膜１１は、製造工程中、非晶質シリコン膜１０が露出した状態となるのを防止し、そのゲート側の界面を保護する絶縁性の界面保護膜である。
【００６３】
これらの窒化シリコン膜２、酸化シリコン膜３、非晶質シリコン膜１０及び酸化シリコン膜１１は実施の形態１の場合と同様、いずれもＣＶＤ装置によって形成される。しかも、これら全ての層がＣＶＤ装置の真空チャンバー内において連続して形成される。つまり、真空チャンバー内から基板が搬出されることなく、真空状態を保ちながら窒化シリコン膜２の形成から酸化シリコン膜１１の形成までの処理が行われる。従って、非晶質シリコン膜１０は、大気にふれることなく酸化シリコン膜１１に覆われ、結晶構造の欠陥の原因となる自然酸化膜が非晶質シリコン膜１０の表面に形成されるのを防止している。
【００６４】
ここで、酸化シリコン膜１１の膜厚は１００ｎｍである。また非晶質シリコン膜１０の膜厚は７０ｎｍである。
【００６５】
次に、酸化シリコン膜１１が形成された基板に対してＹＡＧレーザーが照射され、非晶質シリコン膜１０を多結晶化して多結晶シリコン膜４が得られる（図７（ｂ）の工程）。レーザー照射時の非晶質シリコン膜１０が酸化シリコン膜１１で覆われているため、従来の自然冷却に比べ、溶融シリコンの冷却速度が抑制される。このため、シリコンの結晶成長が改善され、より粒径の大きな多結晶シリコン膜４を得ることができる。
【００６６】
また、本実施の形態では、レーザー照射が行われるまでの間、非晶質シリコン膜１０が大気などの酸素を含む雰囲気ガスに一切曝されていないことから、その表面に自然酸化膜が全く形成されていない。このため、レーザーアニールによって活性化される欠陥が極めて少なく、良質の多結晶シリコン膜４が得られる。
【００６７】
また、ＹＡＧレーザーでは、レーザーの照射方向について概ね均一に加熱することができるため、照射方向に垂直な方向、すなわち、基板面に平行な方向に結晶を成長させることができる。従って、基板面に平行な方向にＹＡＧレーザーの照射光１２をスキャンさせれば、非晶質シリコン膜１０が順次に溶融され、その後の自然冷却によって多結晶シリコン膜４を順次に形成し、その照射領域を基板面の全面に移動させることにより、非晶質シリコン膜１０の全面を多結晶化することができる。
【００６８】
さらに、酸化シリコン膜１１の膜厚を１００ｎｍと厚く設けたのでレーザーアニール後の多結晶シリコン膜４の表面凹凸が抑制できる。レーザー照射時に溶融したシリコンが固化する際に、固化したシリコンは体積膨張を起こす。すなわち固体シリコンの密度は液体シリコンの密度より小さい。一回のパルスレーザ光照射で溶融したシリコンの固化はレーザー光強度の揺らぎ等により均一に起こらない。このため酸化シリコン膜１１を設けずにレーザー光を照射する従来例の場合、最後に固化した部分のシリコン膜４は前述の体積膨張により先に固化した部分より膜厚が厚くなる。すなわち多結晶シリコン膜４の表面凹凸が発生することになる。酸化シリコン膜１１は、この溶融シリコンが固化する際の体積膨張による表面凹凸を物理的に抑制する効果がある。
【００６９】
ところが、酸化シリコン膜１１のガラス軟化点（粘性率が１０８／Ｐａ・ｓ以下になる温度）は約１１８０℃とシリコンの融点約１４２０℃に比べて低い。これは溶融した非晶質シリコン膜１０が溶融し固化する際酸化シリコン膜１１は軟らかくなっていることを意味する。このため酸化シリコン膜１１の膜厚が薄いと多結晶シリコン膜４の表面凹凸を抑制する効果が小さくなる。従って多結晶シリコン膜４の表面凹凸を抑えるためには酸化シリコン膜１１の膜厚は厚い方がより効果的である。さらに、表面凹凸の凸部における電界集中やゲート絶縁膜５の被覆不良により引き起こされる耐圧低下を抑制するために表面凹凸を低減する観点からも、酸化シリコン膜１１の膜厚は厚い方がより効果的である。
【００７０】
図９は非晶質シリコン膜１０上の酸化シリコン膜１１の膜厚と、レーザー照射後の多結晶シリコン膜４の表面凹凸との関係を示したものである。ここでの表面凹凸は、酸化シリコン膜１１を除去し、多結晶シリコン膜４の表面を先端径０．１×２．５μｍの触針を用いた触針式表面測定器（装置名はTalyStep）によりスキャン長１００μｍで測定したときにえられる凹凸のピークの最高から３番目と最低から３番目との差を読み取った値である。図９より、酸化シリコン膜１１が無い場合（酸化シリコン膜１１の膜厚が０の場合）、多結晶シリコン膜４の表面凹凸は５５ｎｍあるのに対し、酸化シリコン膜厚４ｎｍで４０ｎｍ、酸化シリコン膜厚１０ｎｍで１４ｎｍとなり、酸化シリコン膜厚が厚くなるに従って表面凹凸は減少する。従って多結晶シリコン膜４の表面凹凸を抑制するためには酸化シリコン膜１１の膜厚は４ｎｍ以上あるのが望ましい、より好ましくは１０ｎｍ以上あるのが望ましい。
【００７１】
また、酸化シリコン膜１１の膜厚が２００ｎｍ以上になると、膜の成膜や除去に時間がかかりコスト上昇を招くので望ましくない。従って酸化シリコン膜１１の膜厚は４ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲で設けることが必要である。より好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲がのぞましい。
【００７２】
また、実施の形態１、２、３では窒化シリコン膜２、酸化シリコン膜３、非晶質シリコン膜１０及び酸化シリコン膜１１が、いずれもＣＶＤ装置の真空チャンバー内において連続して形成される。このため非晶質シリコン膜１０上にシミが発生しない。このシミの発生について調査した。
【００７３】
従来の方法では非晶質シリコン膜１０を堆積した後、レーザー光照射を行い非晶質シリコン膜１０を溶融、固化せしめて多結晶シリコン膜４を形成する。非晶質シリコン膜４を堆積後、レーザー光照射の前までの時間に非晶質シリコン膜１０に付着した不純物や自然酸化膜を除去するために、レーザー光照射の直前に硫酸やＢＨＦ（Buffered Hydrogen Fluoride）の薬剤により基板表面を洗浄することが行われる。この洗浄の最後に、基板表面に残留した硫酸やＢＨＦを除去するために純水での洗浄が行われる。この純水での洗浄時に非晶質シリコン膜１０の表面に部分的にシミが発生することがある。
【００７４】
このシミは非晶質シリコン１０中のシリコン原子と純水中の酸素がゆるく結合したＳｉＯｘや、または純水中に溶けた分子状のＳｉＯｘからなる物質であり、純水除去時すなわち乾燥工程で、純水が基板上に残っている時間が長い場所で発生しやすい。非晶質シリコン膜１０が本来疎水性（撥水性）であることもシミの発生の原因になっている。
【００７５】
この後のレーザー光照射時にシミの存在する部分は、レーザー光を乱反射させて、充分溶融されないために、結晶性の悪い、すなわち結晶粒径の小さな多結晶シリコン膜になってしまう。このためシミの発生した部分に作られた薄膜トランジスタの特性は劣化する。
【００７６】
これに対し、本発明では、窒化シリコン膜２、酸化シリコン膜３、非晶質シリコン膜１０及び酸化シリコン膜１１が、いずれもＣＶＤ装置の真空チャンバー内において連続して形成されるため、すなわち洗浄工程を行わないため非晶質シリコン膜１０の上にシミが発生しない。
【００７７】
もちろん、本発明の製造方法においても、レーザー光照射前に基板洗浄を行うが、最表面にある酸化シリコン膜１１は親水性のためシミは発生しない。このため特性の悪い薄膜トランジスタが作製されるのを防止する効果がある。
【００７８】
次に、酸化シリコン膜１１が形成された多結晶シリコン膜４を写真製版によりパターニングすると、半導体層となる島状の多結晶シリコン膜４が形成される（図７（ｃ）の工程）。この島状の多結晶シリコン膜４の形成後、ＢＨＦなどの薬剤により基板表面が洗浄される。その後、プラズマＣＶＤによりゲート絶縁膜としての酸化シリコン膜５が形成される（図７（ｄ）の工程）。
【００７９】
パターニングの際、酸化シリコン膜１１が非晶質シリコン膜１０上に形成されているため、写真製版の際、シリコン膜表面がフォトレジストやレジスト剥離液に曝されず、また、シリコン膜の表面に自然酸化膜が形成されない。
【００８０】
実施の形態３では、酸化シリコン膜１１を除去してから新たにゲート絶縁膜５を形成した。酸化シリコン膜１１を除去するのは、図７（ｃ）、図７（ｄ）からわかるように、多結晶シリコン膜４のパターニング後でもよいし、パターニング前でも良い。パターニング後に行う場合は、多結晶シリコン膜４の表面がレジストや剥離液等に曝されないので汚染を抑制できる。パターニング前に行う場合は、多結晶シリコン膜４の表面がレジスト等により被曝することになるものの、酸化シリコン膜１１を除去する際には酸化シリコン膜３が露出していないため、多結晶シリコン膜４パターン部直下以外の酸化シリコン膜３がエッチングされるということがないので、多結晶シリコン膜４パターンエッヂ部での段差の増大も抑制でき、ゲート絶縁膜５の被覆性も向上するという効果を有する。パターニング前に酸化シリコン膜１１を一部除去し、パターニング後に全部除去すると、両方の効果がえられるのでよい。なお、酸化シリコン膜１１を残してこれをゲート絶縁膜としても良いし、酸化シリコン膜１１の上に酸化シリコン膜を積み足してこれらをゲート絶縁膜としても良い。その後は、図２または図５に示す薄膜トランジスタを形成することができる。
【００８１】
実施の形態４
実施の形態３ではレーザー光照射時の界面保護膜として酸化シリコン膜を使用したが、界面保護膜としては酸化シリコン膜に限定されるものではない。図８は酸化シリコン膜と窒化シリコン膜からなる多層膜（２層膜）を界面保護膜として使用した例であり、レーザー光照射前の断面構造を示したものである。
【００８２】
図８において、１はガラス基板、２は窒化シリコン膜、３は酸化シリコン膜、１０は非晶質シリコン膜、１３は厚さ１０ｎｍの酸化シリコン膜、１４は厚さ８０ｎｍの窒化シリコン膜である。酸化シリコン膜１３および窒化シリコン膜１４は、製造工程中、非晶質シリコン膜１０が露出した状態となるのを防止し、そのゲート側の界面を保護する絶縁性の界面保護膜である。
【００８３】
これらの窒化シリコン膜２、酸化シリコン膜３、非晶質シリコン膜１０、酸化シリコン膜１３および窒化シリコン膜１４は実施の形態１の場合と同様、いずれもＣＶＤ装置によって形成される。しかも、これら全ての層がＣＶＤ装置の真空チャンバー内において連続して形成される。つまり、真空チャンバー内から基板が搬出されることなく、真空状態を保ちながら窒化シリコン膜２の形成から窒化シリコン膜１４の形成までの処理が行われる。
【００８４】
この後は実施の形態１、２、３と同様に、ＹＡＧレーザー光照射による非晶質シリコン膜１０の多結晶シリコン化、この多結晶シリコン膜のパターニング、窒化シリコン膜１４、酸化シリコン膜１３の除去、ゲート絶縁膜の形成等が行われて薄膜トランジスタが作製される。
【００８５】
界面保護膜としての窒化シリコン膜１４のガラス軟化点はシリコンの融点の１４２０℃以上であるため、窒化シリコン膜１４はレーザー光照射時に軟化しない。このため酸化シリコン膜のみを使用する実施の形態３に比べて、多結晶シリコン膜４の表面凹凸を抑制することができる。または酸化シリコン膜のみを使用する場合に比べてより薄い膜で多結晶シリコン膜の表面凹凸を抑制することができる。酸化シリコン膜１３は窒化シリコン膜１４から溶融した非晶質シリコン膜１０へ窒素（Ｎ）が混入するのを防止するために設けられている。
【００８６】
そのほか、自然酸化膜の形成を防止する効果やレジストからの汚染を防止する効果およびシミの発生を防止する効果については実施の形態１、２、３と同様である。また多結晶シリコン膜のパターニングの前に窒化シリコン膜１４と酸化シリコン膜１３を除去しても良い。
【００８７】
実施の形態４においては、界面保護膜として酸化シリコン膜１３と窒化シリコン膜１４
の２層膜を使用した。界面保護膜としてはこれに限るものではなく、レーザー光に対して透明で、かつシリコンの融点において変質しない膜であればどのような膜を用いても、多結晶シリコン膜の表面凹凸を抑制することができる。例えばＳｉＣやＡｌ２Ｏ３などを酸化シリコン膜や窒化シリコン膜と組み合わせて使用することもできる。
【００８８】
また、窒化シリコン膜１４のみを除去して酸化シリコン膜１３をゲート絶縁膜またはゲート絶縁膜の一部として使用しても良い。その後は、実施の形態３と同様に、図２または図５に示す薄膜トランジスタを形成することができる。
【００８９】
実施の形態５
実施の形態３では酸化シリコン膜１１の膜厚を１００ｎｍとしてＹＡＧレーザー光を照射した。ＹＡＧレーザー光の照射条件は、照射エネルギー密度０．５５Ｊ／ｃｍ2、発振周波数１ｋＨｚ、レーザー送りピッチ３μｍ／ｐｕｌｓｅであった。
【００９０】
実施の形態５では、酸化シリコン膜１１の膜厚を９０ｎｍに設定した。その他の構成要素は実施の形態３と同じである。
【００９１】
本実施例における膜厚９０ｎｍの酸化シリコン膜１１は波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザー光の反射防止膜として作用する。酸化シリコン膜が無い（膜厚が０ｎｍ）構成で、ＹＡＧレーザー光を非晶質シリコン膜面に垂直方向から照射した場合、レーザー光の反射率は約４７％である。これに対し、酸化シリコン膜１１の膜厚を９０ｎｍにした場合のＹＡＧレーザー光の反射率は約１９％にまで低下する。これは、レーザー光のパワー（照射エネルギー密度）が同じならば、膜厚９０ｎｍの酸化シリコン膜１１を設けると、一回のレーザー光照射でより広い範囲が溶融することを意味する。実施の形態５ではレーザー光の送りピッチを４μｍにしても良好な多結晶シリコン膜４が得られた。
【００９２】
このように界面保護膜の膜厚をレーザー光の反射防止膜になるような膜厚に設定すると、同じ照射エネルギー密度でより広範囲にわたって非晶質シリコン膜１０が溶融するために、レーザー光の送りピッチを大きく設定することができ、その結果レーザー光照射のスループットが向上する。実施の形態５では、実施の形態３に比してスループットが３０％向上した。
【００９３】
レーザー光の反射率は酸化シリコン膜１１の膜厚だけでなく、非晶質シリコン膜１０および酸化シリコン膜１１の屈折率によって変化する。このため反射率を最小にする膜厚は使用する非晶質シリコン膜および酸化シリコン膜の屈折率を測定して決定する必要がある。今回は非晶質シリコン膜１０の屈折率が５．１３＋０．６１２ｉ、酸化シリコン膜１１の屈折率が１．４６＋０ｉの値を使用した。（複素屈折率で表示。実数部が屈折率、虚数部が吸収率を示す。酸化シリコン膜の吸収はないものとしたので、虚数部を０ｉとした。）  
【００９４】
図１０に酸化シリコン膜を界面保護膜（ｃａｐ膜）とした場合の該酸化シリコン膜厚とＹＡＧレーザー光の反射率を示す。膜厚が８７ｎｍ以上９８ｎｍ以下の範囲で反射率は極小を示し、１９％になっている。したがって、該酸化シリコン膜１１の膜厚をこの範囲に入るように設定すれば、ＹＡＧレーザー光の反射率が最小になるので、のぞましい。
【００９５】
また、界面保護膜に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の２層膜を使用した場合、酸化シリコン膜１３の膜厚を１０ｎｍ、窒化シリコン膜１４の膜厚を６０ｎｍ近傍にした場合、レーザー光の反射率が最小になる。さらに、実施の形態４で述べたようにＳｉＣやＡｌ２Ｏ３などを酸化シリコン膜や窒化シリコン膜と組み合わせて界面保護膜とする場合においても、各々の膜の屈折率を考慮して膜厚を最適化することにより同様の効果をえることができる。
【００９６】
実施の形態６
実施の形態１ないし５のいずれかにおける製造方法によって薄膜トランジスタを作製するとプロセス完了後の多結晶シリコン膜４には１×１０１８個／ｃｍ3以上の酸素が混入される。ここで、シリコン膜中の酸素濃度が１×１０２０個／ｃｍ3より高濃度になると、酸素が多結晶シリコン膜４中でクラスタを形成して、電流の障壁になり、薄膜トランジスタの特性が劣化することから、本発明により製造される薄膜トランジスタの特性に影響を与えない酸素濃度範囲としては、１×１０１８個／ｃｍ3以上１×１０２０個／ｃｍ3以下であることがのぞましい。
【００９７】
一方、レーザー光パルスを同一場所に多数回照射すると酸化シリコン膜１１もしくは酸化シリコン膜１３の酸素が溶融したシリコン膜中に取り込まれる時間が長くなるため、多結晶シリコン膜４中の酸素濃度が１×１０２０個／ｃｍ3より高く上昇することがある。従って、レーザー光照射の際には多結晶シリコン膜４中の酸素濃度が１×１０２０個／ｃｍ3以下になるようにレーザー光の送りピッチ、照射エネルギー密度を決定しなければならない。
【００９８】
本実施の形態においては、レーザー光の送りピッチ２μm以上、照射エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2以下とすることにより、多結晶シリコン膜中の酸素濃度を１×１０２０個／ｃｍ3以下とすることができた。
【００９９】
なお、実施の形態１から６において、製造した薄膜トランジスタを表示装置に適用することも可能である。表示装置は液晶を用いたものであってもよいし、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）を用いたものであってもよい。多結晶シリコン膜を有する薄膜トランジスタを使用する表示装置であれば、上記以外の表示装置にも適用できることはいうまでもない。
【０１００】
また、実施の形態１から６におけるレーザーアニールのレーザーとしてはＹＡＧレーザー（第２高調波、波長５３２ｎｍ）を使用したが、多結晶シリコン膜中の透過性が高く、結晶化の際に大粒径の結晶粒が得られる波長である３７０ｎｍから７１０ｎｍのレーザーを使用すると同様の効果がある。また界面保護膜の透過性が高い波長であればエキシマレーザー等の他のレーザーを使用しても良い。酸化シリコン膜や窒化シリコン膜は通常のエキシマレーザーの波長３０８ｎｍの光に対して透明である。エキシマレーザーを使用する際には、特に紫外光領域の場合、シリコン膜中の透過性が低いため、非晶質シリコン膜１０の膜厚は７０ｎｍ以下とした方がよい。なお、レーザーは、発振モードでも連続モードでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の実施の形態１による低温ポリシリコンＴＦＴの製造プロセスにおける要部の一例を示した工程図である。
【図２】本発明の実施の形態１による薄膜トランジスタの一構成例を示した断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による低温ポリシリコンＴＦＴの製造方法における要部の一例を示したフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２による低温ポリシリコンＴＦＴの製造方法における要部の一例を示したフローチャートである。
【図５】従来の低温ポリシリコンＴＦＴの構成例を示した断面図である。
【図６】従来における低温ポリシリコンＴＦＴの製造プロセスの要部の一例を示した工程図である。
【図７】本発明の実施の形態３による低温ポリシリコンＴＦＴの製造プロセスにおける要部の一例を示した工程図である。
【図８】本発明の実施の形態４による低温ポリシリコンＴＦＴの製造プロセスにおける要部の一例を示した断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３による低温ポリシリコンＴＦＴの製造プロセスにおける界面保護膜の膜厚と多結晶シリコン膜の表面凹凸との関係をあらわした図である。
【図１０】本発明の実施の形態５による低温ポリシリコンＴＦＴの製造プロセスにおける界面保護膜である酸化シリコン膜の膜厚とＹＡＧレーザー光の反射率との関係をあらわした図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１  絶縁性基板
２  アンダーコート膜（窒化シリコン膜）
３  アンダーコート膜（酸化シリコン膜）
４  多結晶シリコン膜
５  ゲート絶縁膜（酸化シリコン膜）
６  ゲート電極
７  層間絶縁膜
８  ソース・ドレイン電極
９  パッシベーション膜
１０  非晶質シリコン膜
１１  界面保護膜（酸化シリコン膜）
１２  ＹＡＧレーザーの照射光
１３  酸化シリコン膜
１４  窒化シリコン膜
【図１】
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【図２】
2005064453.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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