(57)【要約】【課題】トランジスタの特性を低下させることなく、低温ポリシリコンＴＦＴのゲート酸化膜として用いる酸化シリコン膜を形成する。【解決手段】ガラス基板１０１の上に、ＨＳｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］3からなる原料ガスが供給された状態とし、ポリシリコン層１０４（ガラス基板１０１）の表面に原料の分子が吸着した吸着層を形成し、次に、反応容器内への原料ガスの導入を停止し、反応容器内に、例えば窒素ガスなどの不活性ガスを導入し、導入した不活性ガスにより反応容器内をパージし、次に、反応容器の内部に例えばオゾンを２％含んだ酸素ガスを酸化ガスとして導入し、酸化ガスが基板の表面に供給された状態として吸着層を酸化し、続いて窒素ガスなどの不活性ガスを導入し、ガラス基板１０１およびポリシリコン層１０４の表面にシリコン１原子層分の酸化シリコン層が形成された状態とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＦＴのチャネルが形成される低温ポリシリコン層に接するゲート酸化膜の製造方法において、
有機配位子を含むシリコン化合物からなる原料ガスを前記低温ポリシリコン層の表面に供給して吸着層を形成する第１工程と、
不活性ガスによりパージを行う第２工程と、
前記吸着層の表面に酸化ガスを供給して前記吸着層を酸化する第３工程と、
不活性ガスによりパージを行う第４工程と
を繰り返す原子層成長法により前記ゲート酸化膜を形成する
ことを特徴とする低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法において、
前記原料ガスは、アルキルシラン、アルコキシシラン、アミノシラン、及びフッ化アルコキシシランのいずれかから構成されたものである
ことを特徴とする低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法。
【請求項３】
請求項１記載の低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法において、
前記原料ガスは、ジエチルシラン、テトラエトキシシラン、トリスジメチルアミノシラン、フロロトリエトキシシランのいずれかから構成されたものである
ことを特徴とする低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法において、前記酸化ガスは、オゾンを含むことを特徴とする低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機配位子を含むシリコン化合物を原料とした原子層成長法によりゲート酸化膜を形成する低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や有機ＥＬを用いた表示装置などでは、ガラス基板の上に形成された薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下”ＴＦＴ”と略す）をスイッチング素子として用いている。近年では、より低温でガラス上に形成できる低温ポリシリコンを用いたＴＦＴが主流となりつつある。低温ポリシリコンＴＦＴでは、ゲート絶縁膜に、シリコン酸化（ＳｉＯ2）膜が用いられている。
【０００３】
上述したゲート絶縁膜に利用されるＳｉＯ2膜は、一般に、アルコキシシランであるＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4）をソースとし、酸素を酸化剤とした４００℃以下の温度のプラズマＣＶＤ法で形成されている（特許文献１，２参照）。一方、ＬＳＩ向けのＳｉＯ2膜の形成技術としては、原料ガス／酸化ガスとしてＴＥＯＳ／Ｏ2やＴＥＯＳ／Ｏ3などを用いた、低圧ＣＶＤ法や常圧ＣＶＤ法による膜形成技術が開発されている。これらの技術では、基板温度は６００℃程度である。
【０００４】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開２００２−１３２１８５号公報
【特許文献２】特開２００２−１８５００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ＣＶＤ法により形成される膜は、膜中に多くの結晶欠陥を含んでおり、緻密性が充分でないなど、信頼性があまり高くない。また、膜の形成時に、プラズマ中の荷電粒子の影響により、半導体と絶縁膜との界面が損傷を受けるなどの問題もある。例えば、界面がプラズマにより損傷を受けるとトラップが形成され、性能を大きく低下させる。このように、ＣＶＤ法により形成したＳｉＯ2膜をゲート電極として用いると、トランジスタの特性があまり良くないという問題を有していた。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、トランジスタの特性を低下させることなく、低温ポリシリコンＴＦＴのゲート酸化膜として用いる酸化シリコン膜が形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法は、有機配位子を含むシリコン化合物からなる原料ガスをポリシリコン層の表面に供給して吸着層を形成する第１工程と、不活性ガスによりパージを行う第２工程と、吸着層の表面に例えばオゾンなどの酸化ガスを供給して吸着層を酸化する第３工程と、不活性ガスによりパージを行う第４工程とを繰り返す原子層成長法によりゲート酸化膜を形成するようにしたものである。
【０００８】
上記原料ガスは、アルキルシラン、アルコキシシラン、アミノシラン、及びフッ化アルコキシシランのいずれかから構成されたものや、ジエチルシラン、テトラエトキシシラン、フロロトリエトキシシランのいずれかから構成されたものであればよい。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、有機配位子を含むシリコン化合物からなる原料ガスを用いた原子層成長法により、ゲート酸化膜を形成するようにしたので、トランジスタの特性を低下させることなく、低温ポリシリコンＴＦＴのゲート酸化膜として用いる酸化シリコン膜が形成できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法を説明するための工程図である。図１では、本発明の方法を、液晶表示装置などに用いられるトップゲート型の薄膜トランジスタに適用した場合について説明する。
【００１１】
まず、図１（ａ）に示すように、ガラス基板１０１の上に、所定の間隔を開けてソース電極１０２,ドレイン電極１０３が形成された状態とする。これらは、例えば、所定の金属膜をガラス基板１０１の上に形成した後、金属膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで形成できる。
【００１２】
次に、図１（ｂ）に示すように、ガラス基板１０１の上にソース電極１０２,ドレイン電極１０３に渡るポリシリコン層（低温ポリシリコン層）１０４が形成された状態とする。ポリシリコン層１０４は、ガラス基板１０１の上に、例えば、膜厚１００ｎｍ程度にアモルファスＳｉの膜を形成した後、線状のエキシマレーザを基板に対して一方向から連続的に重なり合うように照射することによってアモルファスＳｉを多結晶化し、多結晶化した膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで形成できる。
【００１３】
次に、形成したポリシリコン層１０４や各電極を含めたガラス基板１０１の上に、原子層成長方法により膜厚２ｎｍ程度に酸化シリコンを堆積することで、図１（ｃ）に示すように、膜厚１０ｎｍ程度の酸化シリコンからなるＳｉＯ2膜１０５が形成された状態とする。ここで、原子層成長方法によるＳｉＯ2膜１０５の形成について、より詳細に説明する。
【００１４】
まず、所定の反応容器の内部にポリシリコン層１０４が形成されたガラス基板１０１を固定し、所定の排気機構により反応容器内を１Ｐａ以下の圧力とする。ついで、基板温度４００℃の状態とし、反応容器内にＨＳｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］3からなる原料ガスを導入し、ガラス基板１０１の上に原料ガスが供給された状態とする。ＨＳｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］3は、常温では液体であるので、気化して供給する。原料ガスの供給は、約５秒間行い、ポリシリコン層１０４の表面が原料ガスに５秒間曝された状態とする。原料ガスの投入量は、例えば０．１ｇ程度であればよい。このことにより、ポリシリコン層１０４（ガラス基板１０１）の表面に原料の分子が吸着した吸着層が形成される。
【００１５】
次に、反応容器内への原料ガスの導入を停止し、反応容器内に、例えば窒素ガスなどの不活性ガスを導入し、導入した不活性ガスにより反応容器内をパージし、ポリシリコン層１０４を含む基板１０１の表面に吸着した吸着層以外の余剰ガスが反応容器から除去された状態とする。パージは、約５秒間行う。
【００１６】
次に、反応容器の内部に例えばオゾンを２％含んだ酸素ガスを酸化ガスとして導入し、酸化ガスが基板の表面に供給された状態とする。酸化ガスの供給は、約５秒間行い、吸着層の表面が酸化ガスに５秒間曝された状態とする。このことにより、ポリシリコン層１０４の表面に吸着している吸着層が酸化され、ガラス基板１０１及びポリシリコン層１０４の表面にシリコン１原子層分の酸化シリコン層が形成された状態となる。
【００１７】
次に、反応容器の内部を不活性ガスによってパージし、ガラス基板１０１の上に不活性ガスが供給された状態とし、酸化ガスがガラス基板１０１の上より除去された状態とする。パージは、約５秒間行う。次に、ガラス基板１０１の上に上述した原料ガスを供給し、既に形成されているＳｉ１原子層分の酸化シリコン層の上に新たな吸着層が形成された状態とする。
【００１８】
この後、上述した「原料ガス供給、パージ、酸化ガス供給、パージ」の一連のサイクルを例えば１００回繰り返すことで、図１（ｃ）に示すように、膜厚１０ｎｍ程度のＳｉＯ2膜１０５が形成された状態とする。なお、基板温度は、４００℃に限らず、５０〜５００℃の範囲であればよい。上述した１つのサイクルは、約２０秒であり、１つのサイクルにおいて形成される酸化シリコンの膜厚は、約０．０７ｎｍである。なお、１サイクルにおいて投入するシリコン原料の量を３．９ｇ程度とすることで、１つのサイクルにおいて形成される酸化シリコンの膜厚は、約０．０９ｎｍ程度に増加する。
【００１９】
以上のようにしてＳｉＯ2膜１０５を形成した後、図１（ｄ）に示すように、ソース電極１０２とドレイン電極１０３とに挟まれた領域のＳｉＯ2膜１０５の上に、例えばアルミニウムからなるゲート電極１０６が形成された状態とする。例えば、ＳｉＯ2膜１０５の上に膜厚１００ｎｍ程度にアルミニウムの膜を形成し、形成したアルミニウムの膜に、所望の形状のレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとしてアルミニウム膜を選択的にエッチングすることで、ゲート電極１０６を形成することができる。
【００２０】
次に、ゲート電極１０６の形成に用いた上記レジストパターンを用い、ＳｉＯ2膜１０５を選択的にエッチングし、図１（ｅ）に示すように、ゲート酸化膜１０７が形成された状態とする。また、これらの加工により、ゲート電極１０６の両脇の領域のポリシリコン層１０４が露出された状態とする。
【００２１】
次に、ゲート電極１０６をマスクとして利用し、ゲート電極１０６の両脇に露出したポリシリコン層１０４に例えばリンをイオン注入することで、図１（ｆ）に示すように、ソース１０８及びドレイン１０９が形成された状態とする。これらの結果、ソース電極１０２にオーミック接続したソース１０８及びドレイン電極１０３にオーミック接続したドレイン１０９が形成される。
【００２２】
また、ポリシリコン層１０４のゲート電極１０６の下方の領域は、イオンが注入されず、ノンドープであり、チャネルが形成される領域（チャネル領域）となる。従って、図１に示す薄膜トランジスタは、チャネル領域を挾むように接して配置されたソース１０８及びドレイン１０９と、チャネル領域の上に形成されたゲート酸化膜１０７と、ゲート酸化膜１０７の上に形成されたゲート電極１０６とから構成されたものとなる。
【００２３】
上述した図１に示す薄膜トランジスタ（電界効果トランジスタ）は、原子層成長方法により形成したＳｉＯ2膜１０５を加工することでゲート酸化膜１０７を形成した。従って、本実施の形態では、ポリシリコン層１０４のチャネル領域に接触する部分のゲート絶縁膜は、原子層成長法により形成されたＳｉＯ2膜から構成されている。
【００２４】
この結果、本実施の形態による電界効果型トランジスタによれば、半導体層のチャネル領域とゲート絶縁膜との界面は、プラズマに曝されることがないので、例えばゲート絶縁膜における界面準位密度の増加を抑制できるようになり、トランジスタの特性劣化が抑制できるようになる。なお、上述した原子層成長方法によるＳｉＯ2膜１０５の形成では、各ガスの供給時間など、適宜設定し、最適な条件で行う。言い換えると、原子層成長法によれば、化学吸着と酸化反応とが、異なる工程で行われるので、各工程に最適な条件を設定することが可能となる。
【００２５】
次に、上述した本発明の方法により形成したＳｉＯ2膜と、従来のようにプラズマＣＶＤ法で形成したＳｉＯ2膜との特性の違いについて説明する。まず、プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜は、次に示す条件で形成する。平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を用いる。電極面積は直径２００ｍｍである。原料ガスは、Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4を用いる。酸化ガスは、酸素ガスを用いる。基板温度は３５０℃とする。プラズマＣＶＤ装置の成膜室内の圧力は、６０Ｐａ程度とする。プラズマ生成のためのＲＦパワーは、５０Ｗとする。
【００２６】
上述した条件で形成したプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜は、界面準位が１×１０12／ｃｍ2ｅＶであり、フラットバンド電圧は、−２０Ｖであった。これに対し、前述した本実施の形態のＳｉＯ2膜は、界面準位が７×１０10／ｃｍ2ｅＶと熱酸化膜に近く、フラットバンド電圧は−０．５Ｖであった。
【００２７】
また、常圧ＣＶＤ法で形成したＳｉＯ2膜と、バッファード弗酸に対するエッチングレートを比較した。この比較では、本実施の形態のＳｉＯ2膜は、０．０５μｍ／ｍｉｎであり、常圧ＣＶＤ法によるＳｉＯ2膜は、０．２μｍ／ｍｉｎである。従って、本実施の形態のＳｉＯ2膜の方が、エッチングレートが１／４と非常に遅く、膜の緻密性に優れていることが判る。
【００２８】
次に、本発明の低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法における他の実施の形態について説明する。なお、以降においても、図１を用いて説明する。まず、図１（ａ）に示すように、ガラス基板１０１の上に、所定の間隔を開けてソース電極１０２,ドレイン電極１０３が形成された状態とする。これらは、例えば、所定の金属膜をガラス基板１０１の上に形成した後、金属膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで形成できる。
【００２９】
次に、図１（ｂ）に示すように、ガラス基板１０１の上にソース電極１０２,ドレイン電極１０３に渡るポリシリコン層（低温ポリシリコン層）１０４が形成された状態とする。ポリシリコン層１０４は、ガラス基板１０１の上に、例えば、膜厚１００ｎｍ程度にアモルファスＳｉの膜を形成した後、線状のエキシマレーザを基板に対して一方向から連続的に重なり合うように照射することによってアモルファスＳｉを多結晶化し、多結晶化した膜を公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで形成できる。
【００３０】
次に、形成したポリシリコン層１０４や各電極を含めたガラス基板１０１の上に、原子層成長方法により膜厚２ｎｍ程度に酸化シリコンを堆積することで、図１（ｃ）に示すように、膜厚１０ｎｍ程度の酸化シリコンからなるＳｉＯ2膜１０５が形成された状態とする。ここで、原子層成長方法によるＳｉＯ2膜１０５の形成について、より詳細に説明する。
【００３１】
まず、所定の反応容器の内部にポリシリコン層１０４が形成されたガラス基板１０１を固定し、所定の排気機構により反応容器内を２〜３Ｐａ程度の圧力とする。ついで、基板温度４００℃の状態とし、反応容器内にＳｉＨ2（Ｃ2Ｈ5）2からなる原料ガスを導入し、ガラス基板１０１の上に原料ガスが供給された状態とする。ＳｉＨ2（Ｃ2Ｈ5）2は、常温では液体であるので、気化して供給する。原料ガスの供給は、約５秒間行い、ポリシリコン層１０４の表面が原料ガスに５秒間曝された状態とする。原料ガスの投入量は、例えば０．５ｇ程度であればよい。このことにより、ポリシリコン層１０４（ガラス基板１０１）の表面に原料の分子が吸着した吸着層が形成される。
【００３２】
次に、反応容器内への原料ガスの導入を停止し、反応容器内に、例えば窒素ガスなどの不活性ガスを導入し、導入した不活性ガスにより反応容器内をパージし、ポリシリコン層１０４を含む基板１０１の表面に吸着した吸着層以外の余剰ガスが反応容器から除去された状態とする。パージは、約５秒間行う。
【００３３】
次に、反応容器の内部に酸化ガスとしてオゾンを導入し、オゾンが基板の表面に供給された状態とする。オゾンの供給は、約５秒間行い、吸着層の表面が酸化ガスに５秒間曝された状態とする。このことにより、ポリシリコン層１０４の表面に吸着している吸着層が酸化され、ガラス基板１０１及びポリシリコン層１０４の表面にシリコン１原子層分の酸化シリコン層が形成された状態となる。オゾンは酸化力が強いので、吸着しているシリコン原料を、より完全に酸化させることが可能であり、シリコン原料の配位子が膜中に残留することが抑制できるようになる。
【００３４】
次に、反応容器の内部を不活性ガスによってパージし、ガラス基板１０１の上に不活性ガスが供給された状態とし、オゾンがガラス基板１０１の上より除去された状態とする。パージは、約５秒間行う。この後、上述した「原料ガス供給、パージ、オゾン供給、パージ」の一連のサイクルを例えば１００回繰り返すことで、図１（ｃ）に示すように、膜厚１０ｎｍ程度のＳｉＯ2膜１０５が形成された状態とする。なお、基板温度は、４００℃に限らず、５０〜５００℃の範囲であればよい。上述した１つのサイクルは、約２０秒であり、１つのサイクルにおいて形成される酸化シリコンの膜厚は、約０．０５ｎｍである。
【００３５】
以上のようにしてＳｉＯ2膜１０５を形成した後、図１（ｄ）に示すように、ソース電極１０２とドレイン電極１０３とに挟まれた領域のＳｉＯ2膜１０５の上に、例えばアルミニウムからなるゲート電極１０６が形成された状態とする。例えば、ＳｉＯ2膜１０５の上に膜厚１００ｎｍ程度にアルミニウムの膜を形成し、形成したアルミニウムの膜に、所望の形状のレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとしてアルミニウム膜を選択的にエッチングすることで、ゲート電極１０６を形成することができる。
【００３６】
次に、ゲート電極１０６の形成に用いた上記レジストパターンを用い、ＳｉＯ2膜１０５を選択的にエッチングし、図１（ｅ）に示すように、ゲート酸化膜１０７が形成された状態とする。また、これらの加工により、ゲート電極１０６の両脇の領域のポリシリコン層１０４が露出された状態とする。
【００３７】
次に、ゲート電極１０６をマスクとして利用し、ゲート電極１０６の両脇に露出したポリシリコン層１０４に例えばリンをイオン注入することで、図１（ｆ）に示すように、ソース１０８及びドレイン１０９が形成された状態とする。これらの結果、ソース電極１０２にオーミック接続したソース１０８及びドレイン電極１０３にオーミック接続したドレイン１０９が形成される。
【００３８】
また、ポリシリコン層１０４のゲート電極１０６の下方の領域は、イオンが注入されず、ノンドープであり、チャネルが形成される領域（チャネル領域）となる。従って、図１に示す薄膜トランジスタは、チャネル領域を挾むように接して配置されたソース１０８及びドレイン１０９と、チャネル領域の上に形成されたゲート酸化膜１０７と、ゲート酸化膜１０７の上に形成されたゲート電極１０６とから構成されたものとなる。
【００３９】
なお、上述した実施の形態では、原料ガスとしてＨＳｉ［Ｎ（ＣＨ3）2］3及びＳｉＨ2（Ｃ2Ｈ5）2を用いるようにしたが、これに限るものではない。他の、有機配位子を含むシリコン化合物を用いるようにしても同様である。例えば、一般に、ＳｉＲ4，ＳｉＲxＨ4-xで示されるアルキルシラン、Ｓｉ（ＯＲ）4で示されるアルコキシシラン、ＨnＳｉ［ＮＲ］4-nで示されるアミノシラン、ＦxＳｉ（ＯＲ）4-xで示されるフッ化アルコキシシランを原料ガスとして用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態における低温ポリシリコンＴＦＴゲート酸化膜の形成方法を説明するための工程図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０１…ガラス基板、１０２…ソース電極、１３０…ドレイン電極、１０４…ポリシリコン層、１０５…ＳｉＯ2膜、１０６…ゲート電極、１０７…ゲート酸化膜、１０８…ソース、１０９…ドレイン。
【図１】
2005303265.tif 000003