(57)【要約】【課題】例えば半導体層にオーバーエッチングを生じさせることなく、半導体層に水素化処理を行い、駆動能力の高い薄膜トランジスターを製造する。【解決手段】薄膜トランジスターの製造方法は、基板（１０）上に、半導体層（１１０）を形成する工程と、半導体層上に基板を覆うようにシリコン酸化膜（１３０）を形成する工程と、シリコン酸化膜上に基板を覆うようにシリコン窒化膜（１４０）を形成する工程と、シリコン窒化膜上にゲート電極（１２０）を形成する工程と、半導体層の形成領域及びゲート電極の形成領域を除く領域において、シリコン窒化膜に貫通孔（２１０）を形成する工程と、貫通孔を介して半導体層に水素を供給する工程と、を有する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に前記基板を覆うようにシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜上に前記基板を覆うようにシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体層の形成領域及び前記ゲート電極の形成領域を除く領域において、前記シリコン窒化膜に貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔を介して前記半導体層に水素を供給する工程と、
を有する薄膜トランジスターの製造方法。
【請求項２】
前記半導体層にチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、
前記ゲート電極上に前記基板を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に、前記ソース領域又は前記ドレイン領域の一部が露出するようにコンタクトホールを形成する工程と、
を有し、
前記貫通孔を形成する工程は、前記貫通孔と前記チャネル領域との距離が、前記コンタクトホールと前記チャネル領域との距離よりも小さくなるように、前記貫通孔を形成する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスターの製造方法。
【請求項３】
前記貫通孔を形成する工程は、前記チャネル領域を取り囲むように、前記貫通孔を複数形成す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ーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスターの製造方法の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の薄膜トランジスター（以下、「ＴＦＴ」と適宜称する）として、半導体膜として高温ポリシリコン（ＨＴＰＳ：High Temperature Poly Silicon）膜が用いられる高温ポリシリコンＴＦＴがある。高温ポリシリコンＴＦＴの製造プロセスでは、ＴＦＴの駆動能力を高めるために（即ち、オン電流を増大させるために）、高温ポリシリコン膜に水素を供給する水素化処理が一般的に行われる（例えば特許文献１参照）。水素化処理を行うことにより、高温ポリシリコン膜内に存在する欠陥準位を低減でき、ＴＦＴの駆動能力を高めることができる。
【０００３】
一方、この種のＴＦＴでは、ＴＦＴの駆動能力を高めるために、ゲート絶縁膜としてシリコン窒化膜が用いられる場合がある。シリコン窒化膜は、シリコン酸化膜と比べて誘電率が高いので、ＴＦＴの駆動能力を高めることができる。
【０００４】
ここで、高温ポリシリコンＴＦＴにおいてゲート絶縁膜としてシリコン窒化膜を用いる場合、水素がシリコン窒化膜を透過しにくいという性質を有しているため、水素化処理を十分に行うことができず、ＴＦＴの駆動能力を高めることが困難であるという技術的問題点がある。
【０００５】
このような問題点を解決するために、例えば特許文献１では、基板上に半導体膜（poly-Si膜）、シリコン窒化膜及びゲート電極を順に積層し、シリコン窒化膜のうちゲート電極と半導体膜との間に挟まれた部分以外の部分をエッチングにより除去した後に、水素化処理を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２７５７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述した例えば特許文献１に開示された技術によれば、シリコン窒化膜をエッチングにより除去する際、半導体膜にオーバーエッチングが生じてしまう（即ち、このエッチングにより半導体膜の一部が除去されてしまう）おそれがあり、最悪の場合には、半導体膜が分断（或いは切断）されてしまうおそれがあるという技術的問題点がある。
【０００８】
本発明は、例えば前述した問題点に鑑みなされたものであり、ゲート絶縁膜としてシリコン窒化膜を有する薄膜トランジスターを製造する薄膜トランジスターの製造方法であって、例えば半導体層にオーバーエッチングが生じることを回避できるとともに半導体層に水素化処理を確実に行うことができ、駆動能力の高い薄膜トランジスターを製造することが可能な薄膜トランジスターの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る薄膜トランジスターの製造方法は上記課題を解決するために、基板上に、半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に前記基板を覆うようにシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上に前記基板を覆うようにシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜上にゲート電極を形成する工程と、前記半導体層の形成領域及び前記ゲート電極の形成領域を除く領域において、前記シリコン窒化膜に貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を介して前記半導体層に水素を供給する工程と、を有する。
【００１０】
本発明に係る薄膜トランジスターの製造方法によれば、先ず、例えばガラス基板、石英基板等の基板上に、例えば高温ポリシリコンからなる半導体層を形成する。次に、半導体層上に基板を覆うようにシリコン酸化膜を形成する。典型的には、基板上に形成された半導体層を覆うように、基板の概ね全面にシリコン酸化膜を形成する。次に、シリコン酸化膜上に基板を覆うようにシリコン窒化膜を形成する。典型的には、シリコン酸化膜と同様に、基板上に形成された半導体層を覆うように、基板の概ね全面にシリコン窒化膜を形成する。次に、シリコン窒化膜上にゲート電極を形成する。この際、ゲート電極の少なくとも一部が、半導体層におけるチャネル領域となるべき領域に重なるように、ゲート電極を形成する。なお、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜のうち半導体層とゲート電極との間に位置する部分が、薄膜トランジスターのゲート絶縁膜として機能する。
【００１１】
次に、本発明では特に、半導体層の形成領域及びゲート電極の形成領域を除く領域において、シリコン窒化膜に貫通孔を形成し、この貫通孔を介して半導体層に水素を供給する。即ち、本発明では特に、先ず、基板上におけるシリコン窒化膜が形成された領域のうち半導体層の形成領域（即ち、半導体層が形成された領域）とゲート電極の形成領域（即ち、ゲート電極が形成された領域）とを除く領域、言い換えれば、基板上において、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜が形成されているが半導体層及びゲート電極が形成されていない領域に、シリコン窒化膜を貫通する貫通孔を例えばエッチングにより形成する。シリコン窒化膜に貫通孔を形成することにより、シリコン窒化膜下に形成したシリコン酸化膜の一部を露出させる。次に、例えば、半導体層、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びゲート電極等が形成された基板を水素雰囲気に曝すことにより、シリコン窒化膜に形成した貫通孔を介して半導体層に水素を供給する。この際、貫通孔内でシリコン酸化膜の一部が露出しているので、水素は、貫通孔からシリコン酸化膜内に侵入及び拡散することにより、半導体層に到達する。即ち、本発明によれば、水素が透過しにくいシリコン窒化膜に形成した貫通孔を介して水素をシリコン酸化膜内に侵入及び拡散させることによって、半導体層に水素を供給する（即ち、半導体層に水素化処理を行う）ことができる。ここで、半導体層の形成領域及びゲート電極の形成領域を除く領域に貫通孔を形成するので、貫通孔を例えばエッチングにより形成する際、半導体層にオーバーエッチングが生じることはない。
【００１２】
よって、本発明に係る薄膜トランジスターの製造方法によれば、例えば半導体層にオーバーエッチングが生じることを回避できるとともに半導体層に水素化処理を確実に行うことができる。したがって、駆動能力の高い薄膜トランジスターを製造することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る薄膜トランジスターの製造方法の一態様では、前記半導体層にチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、前記ゲート電極上に前記基板を覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に、前記ソース領域又は前記ドレイン領域の一部が露出するようにコンタクトホールを形成する工程と、を有し、前記貫通孔を形成する工程は、前記貫通孔と前記チャネル領域との距離が、前記コンタクトホールと前記チャネル領域との距離よりも小さくなるように、前記貫通孔を形成する。
【００１４】
この態様によれば、貫通孔とチャネル領域との距離が、コンタクトホールとチャネル領域との距離よりも小さいので、貫通孔を介して半導体層に水素を供給する効率を高めることができる。即ち、この態様によれば、貫通孔がチャネル領域に比較的近接して形成されるので、貫通孔及びシリコン酸化膜を介して水素を半導体層に供給する水素化処理を確実に行うことが可能となる。なお、貫通孔が半導体層に近いほど、半導体層に水素化処理をより確実に行うことができる。また、貫通孔はチャネル領域により近いほうが好ましい。貫通孔がチャネル領域に近いほど、チャネル領域に水素化処理をより確実に行うことができ、薄膜トランジスターの駆動能力をより確実に高めることができる（即ち、薄膜トランジスターのオン電流をより一層増大させることができる）。
【００１５】
前述した、半導体層にチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を形成する工程を有する態様では、前記貫通孔を形成する工程は、前記チャネル領域を取り囲むように、前記貫通孔を複数形成してもよい。
【００１６】
この場合には、半導体層のチャネル領域により均一に水素を供給することができる。即ち、半導体層のチャネル領域に水素化処理をより均一に行うことができる。よって、薄膜トランジスターの駆動能力をより高めることができる。
【００１７】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係るＴＦＴの構成を示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係るＴＦＴが有する半導体層及びゲート電極の平面形状を示す平面図である。
【図３】第１実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図（その１）である。
【図４】第１実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図（その２）である。
【図５】第１実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図（その３）である。
【図６】第１実施形態に係る水素供給ホールを形成する工程を示す平面図である。
【図７】第１実施形態に係る水素供給ホールを形成する工程を示す断面図である。
【図８】第１実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図（その４）である。
【図９】第１実施形態に係る水素化処理を行う工程を示す断面図である。
【図１０】第１実施形態に係る水素化処理を行う工程を示す平面図である。
【図１１】第１実施形態に係る水素供給ホールの配置を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００２０】
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係るＴＦＴの製造方法について、図１から図１１を参照して説明する。
【００２１】
先ず、本実施形態に係るＴＦＴの製造方法によって製造されるＴＦＴの構成について、図１及び図２を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係るＴＦＴの構成を示す断面図である。図２は、本実施形態に係るＴＦＴが有する半導体層及びゲート電極の平面形状を示す平面図である。なお、図１は、図２のＡ−Ａ’線断面図に相当する。
【００２３】
図１において、本実施形態に係るＴＦＴ１００は、例えばガラス基板、石英基板等である基板１０上に形成されたＴＦＴであり、半導体層１１０と、シリコン酸化膜１３０と、シリコン窒化膜１４０と、ゲート電極１２０と、ソース電極１５０ａと、ドレイン電極１５０ｂとを備えている。
【００２４】
半導体層１１０は、高温ポリシリコン（ＨＴＰＳ）から形成されており、チャネル領域１１１、ソース領域１１２ａ及びドレイン領域１１２ｂを有している。なお、チャネル領域１１１とソース領域１１２ａとの界面、又は、チャネル領域１１１とドレイン領域１１２ｂとの界面にはＬＤＤ（Lightly Doped Drain）領域が形成されていてもよい。
【００２５】
図２に示すように、半導体層１１０は、所定の平面形状を有している。
【００２６】
図１において、シリコン酸化膜１３０は、半導体層１１０上に基板１０を覆うように形成されたシリコン酸化膜である。シリコン酸化膜１３０は、基板１０上に形成された半導体層１１０を覆うように、基板１０の概ね全面に形成されている。
【００２７】
シリコン窒化膜１４０は、シリコン酸化膜１３０上に基板１０を覆うように形成されたシリコン窒化膜である。シリコン窒化膜１４０は、シリコン酸化膜１３０と同様に、基板１０上に形成された半導体層１１０を覆うように、基板１０の概ね全面に形成されている。
【００２８】
ゲート電極１２０は、シリコン窒化膜１４０上に導電性材料から形成されている。
【００２９】
図１及び図２に示すように、ゲート電極１２０は、所定の平面形状を有しており、ゲート電極１２０の一部が半導体層１１０のチャネル領域１１１に重なっている。
【００３０】
シリコン酸化膜１３０及びシリコン窒化膜１４０のうち半導体層１１０とゲート電極１４０との間に位置する部分が、ＴＦＴ１００のゲート絶縁膜として機能する。このように、ＴＦＴ１００は、ゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜１３０に加えてシリコン窒化膜１４０が用いられるので、例えばゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜１３０のみを用いる場合と比較して、ＴＦＴ１００の駆動能力を高めることができる。
【００３１】
ソース電極１５０ａは、ゲート電極１２０の上層側に形成された絶縁膜４１上に導電性材料から形成されている。ソース電極１５０ａは、絶縁膜４１、シリコン窒化膜１４０及びシリコン酸化膜１３０を貫通するコンタクトホール８１ａを介して、半導体層１１０のソース領域１１２ａに電気的に接続されている。
【００３２】
ドレイン電極１５０ｂは、ソース電極１５０ａと同様に、絶縁膜４１上に導電性材料から形成されている。ドレイン電極１５０ｂは、絶縁膜４１、シリコン窒化膜１４０及びシリコン酸化膜１３０を貫通するコンタクトホール８１ｂを介して、半導体層１１０のドレイン領域１１２ｂに電気的に接続されている。
【００３３】
絶縁膜４１は、例えばシリコン酸化物から形成されている。
【００３４】
次に、前述したように構成されたＴＦＴ１００の製造方法について、図３から図１１を参照して説明する。
【００３５】
図３から図５は、本実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。なお、図３から図５は、図１に示した断面図に対応して示してある。
【００３６】
先ず、図３に示すように、基板１０上に所定の平面形状（図２参照）を有するように、半導体層１１０を高温ポリシリコンから形成する。次に、半導体層１１０上に基板１０を覆うようにシリコン酸化膜１３０を形成する。即ち、基板１０上に形成された半導体層１１０を覆うように、基板１０の概ね全面にシリコン酸化膜１３０を形成する。次に、シリコン酸化膜１３０上に基板１０を覆うようにシリコン窒化膜１４０を形成する。即ち、シリコン酸化膜１３０と同様に、基板１０上に形成された半導体層１１０を覆うように、基板１０の概ね全面にシリコン窒化膜１４０を形成する。次に、シリコン窒化膜１４０上に導電材料からなる導電膜１２１を形成する。
【００３７】
次に、図４に示すように、導電膜１２１上に、図２に示したゲート電極１２０の平面形状に対応する所定の平面形状を有するようにレジスト膜８１０を形成する。次に、レジスト膜８１０をマスクとして、導電膜１２１をエッチングによりパターニングすることで、ゲート電極１２０（図５参照）を形成する。
【００３８】
図６は、本実施形態に係る水素供給ホールを形成する工程を示す平面図である。図７は、本実施形態に係る水素供給ホールを形成する工程を示す断面図である。図７は、図６のＢ−Ｂ’線断面図に相当する。
【００３９】
図６及び図７に示すように、ゲート電極１２０を形成した後に、半導体層１１の形成領域及びゲート電極１２０の形成領域を除く領域において、シリコン窒化膜１４０及びシリコン酸化膜１３０を貫通する水素供給ホール２１０を形成する。即ち、基板１０上におけるシリコン窒化膜１４０及びシリコン酸化膜１３０が形成された領域のうち半導体層１１０が形成された領域とゲート電極１２０が形成された領域とを除く領域（言い換えれば、基板１０上において、シリコン窒化膜１４０及びシリコン酸化膜１３０が形成されているが半導体層１１０及びゲート電極１２０が形成されていない領域）に、シリコン窒化膜１４０及びシリコン酸化膜１３０を貫通する水素供給ホール２１０を例えばエッチングにより形成する。この際、シリコン窒化膜１４０及びシリコン酸化膜１３０に水素供給ホール２１０を形成することにより、シリコン窒化膜１４０下に形成したシリコン酸化膜１３０の一部を露出させる。なお、水素供給ホール２１０は本発明に係る「貫通孔」の一例である。なお、水素供給ホール２１０は、シリコン酸化膜１３０が露出するようにシリコン窒化膜１４０に形成されればよく、シリコン窒化膜１４０のみを貫通するように形成されてもよい。
【００４０】
図８は、本実施形態に係るＴＦＴの製造工程を示す断面図である。なお、図８は、図１に示した断面図に対応して示してある。
【００４１】
次に、図８に示すように、例えばゲート電極１２０をマスクとして半導体層１１０に不純物をドープすることにより、チャネル領域１１１、ソース領域１１２ａ及びドレイン領域１１２ｂを形成する。次に、ゲート電極１２０の上層側に絶縁膜４１を例えばシリコン酸化物等の絶縁材料から形成する。絶縁膜４１を形成した後に、高温ポリシリコンからなる半導体層１０に水素を供給する水素化処理を行う。
【００４２】
図９は、本実施形態に係る水素化処理を行う工程を示す断面図である。図１０は、本実施形態に係る水素化処理を行う工程を示す平面図である。なお、図９は、図７に示した断面図に対応して示してある。
【００４３】
図９及び図１０に示すように、本実施形態に係る水素化処理では、半導体層１０、シリコン酸化膜１３０、シリコン窒化膜１４０及びゲート電極１２０等が形成された基板１０を水素雰囲気に曝すことにより、水素供給ホール２１０を介して半導体層１１０に水素を供給する。この際、水素供給ホール２１０内でシリコン酸化膜１３０の一部が露出しているので、水素は、水素供給ホール２１０からシリコン酸化膜１３０内に侵入及び拡散することにより、半導体層２１０に到達する（図中、矢印Ｐ１参照）。即ち、本実施形態に係る水素化処理によれば、水素が透過しにくいシリコン窒化膜１４０に形成した水素供給ホール２１０を介して水素をシリコン酸化膜１３０内に侵入及び拡散させることによって、半導体層１１０に水素を供給する（即ち、半導体層１１０に水素化処理を行う）ことができる。ここで、半導体層１１０の形成領域及びゲート電極１２０の形成領域を除く領域に水素供給ホール２１０を形成するので、水素供給ホール２１０を例えばエッチングにより形成する際、半導体層１１０にオーバーエッチングが生じることはない。なお、絶縁膜４１は、例えばシリコン酸化物等の絶縁材料から形成され、水素を透過させることができる。
【００４４】
このように水素化処理を行った後に、図１に示したコンタクトホール８１ａ及び８１ｂを絶縁膜４１に形成する。次に、絶縁膜４１上にソース電極１５０ａ及びドレイン電極１５０ｂを形成する。この際、ソース電極１５０ａとソース領域１１２ａとがコンタクトホール８１ａを介して電気的に接続されるようにソース電極１５０ａを形成し、ドレイン電極１５０ｂとドレイン領域１１２ｂとがコンタクトホール８１ｂを介して電気的に接続されるようにドレイン電極１５０ｂを形成する。
【００４５】
以上のようにして、図１に示したＴＦＴ１００を製造することができる。ここで、本実施形態では特に、前述したように、半導体層１１０の形成領域及びゲート電極１２の形成領域を除く領域において、水素供給ホール２１０を形成し、この水素供給ホール２１０を介して半導体層１１０に水素を供給するので、半導体層１１０にオーバーエッチングが生じることを回避できるとともに半導体層１１０に水素化処理を確実に行うことができる。したがって、駆動能力の高いＴＦＴ１００を製造することが可能となる。
【００４６】
次に、本実施形態に係る水素供給ホール２１０の配置について説明を加える。
【００４７】
図１１は、本実施形態に係る水素供給ホールの配置を説明するための模式図である。
【００４８】
図１１に示すように、本実施形態では特に、水素供給ホール２１０とチャネル領域１１１との距離Ｄ１が、コンタクトホール８１ｂとチャネル領域１１１との距離Ｄ２よりも小さくなるように、水素供給ホール２１０を形成する。よって、例えば距離Ｄ１が距離Ｄ２よりも大きい場合と比較して、水素供給ホール２１０を介して半導体層１１０に水素を供給する効率を高めることができる。即ち、本実施形態では、水素供給ホール２１０がチャネル領域１１１に比較的近接して形成されるので、水素供給ホール２１０及びシリコン酸化膜１３０を介して水素を半導体層１１０に供給する水素化処理を確実に行うことが可能となる。なお、水素供給ホール２１０が半導体層１１０に近いほど、半導体層１１０に水素化処理をより確実に行うことができる。また、水素供給ホール２１０はチャネル領域１１１により近いほうが好ましい。水素供給ホール２１０がチャネル領域１１１に近いほど、チャネル領域１１１に水素化処理をより確実に行うことができ、ＴＦＴ１００の駆動能力をより確実に高めることができる（即ち、ＴＦＴ１００のオン電流をより一層増大させることができる）。
【００４９】
更に、図６に示すように、本実施形態では特に、チャネル領域１１１を取り囲むように、水素供給ホール２１０を複数（具体的には、４個）形成する。よって、複数の水素供給ホール２１０を介して半導体層１１０のチャネル領域１１１により均一に水素を供給することができる。即ち、半導体層２１０のチャネル領域１１１に水素化処理をより均一に行うことができる。したがって、ＴＦＴ１００の駆動能力をより高めることができる。なお、本実施形態では、水素供給ホール２１０を４個形成する例を挙げたが、水素供給ホール２１０を１個だけ形成してもよいし、２個、３個或いは５個以上形成してもよい。水素供給ホール２１０の個数が多いほど、水素供給ホール２１０を介して半導体層１１０に水素を供給する効率を高めることができる。
【００５０】
なお、本発明に係る薄膜トランジスターの製造方法は、例えばＴＦＴアクティブマトリクス駆動形式の液晶装置、有機エレクトロルミネッセンス（Ｅｌ）装置等の電気光学装置を製造する製造プロセスに適用可能である。
【００５１】
本発明は、前述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う薄膜トランジスターの製造方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１０…基板、４１…絶縁膜、８１ａ、８１ｂ…コンタクトホール、１００…ＴＦＴ、１１０…半導体層、１１１…チャネル領域、１１２ａ…ソース領域、１１２ｂ…ドレイン領域、１２０…ゲート電極、１３０…シリコン酸化膜、１４０…シリコン窒化膜、１５０ａ…ソース電極、１５０ｂ…ドレイン電極。
【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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【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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【図１１】
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