薄膜晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种在确保良好的生产性同时又具有优良特性和高可靠性的栅绝缘层的薄膜晶体管及其制造方法。本发明专利技术提供的薄膜晶体管，包括：在基板９上含有源区１７、沟道区１８、漏区１９的有源层１１，栅电极层１６，以及在有源层１１和栅电极层１６之间所形成的栅绝缘层１５的薄膜晶体管，栅绝缘层１５由在有源层１１一侧形成的第１氧化硅膜１２、在栅电极层１６一侧形成的第２氧化硅膜１４，和在第１氧化硅膜１２与第２氧化硅膜１４之间形成的氮化硅膜１３而形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及以氧化硅膜作为栅绝缘层的。
技术介绍
在现有的液晶显示器(LCD)或有机电致发光(OLED)等的器件中，利用了由非晶硅(a-Si)或氮化硅膜(SiNx)、或氧化硅膜(SiOx)等构成的薄膜所形成的、作为薄膜晶体管的非晶硅TFT(a-SiTFT)、低温多晶硅TFT(LTPS-TFT)。特别地，与非晶硅TFT相比，低温多晶硅TFT可具有更高的迁移率，而且可以在透明且有绝缘性的基板如玻璃基板上制作。作为低温多晶硅TFT的典型结构，可以举出如图18所示那样的共平面型晶体管。共平面型晶体管的结构如图18中所示的，在具有透明性以及绝缘性的玻璃基板100上形成有成为有源层101的多晶硅薄膜。该有源层101被分为由掺杂了n型或p型杂质而形成的源区102、沟道区103、漏区104；以覆盖该有源层101的方式形成有绝缘层105，在沟道区103上形成有栅电极106。另外，在层间绝缘层107上，配置了源电极108和漏电极109。但是，在低温多晶硅TFT的制造工序中，所利用的半导体元件必须是大面积的，因此使用的是廉价的玻璃基板；由于该玻璃基板的耐热性不够，因此必须在比较低温(一般在600℃左右以下)的工艺温度下制造。另一方面，在使用单晶硅基板的硅TFT的制造工序中，通过在水蒸汽气氛中或者氧气氛中高温(900℃～1000℃左右)氧化该单晶硅衬底表面来形成作为栅绝缘膜的氧化硅膜。这种通过热氧化而形成的栅绝缘膜是在膜中缺陷很少的品质非常高的膜，而且由于有源层和栅绝缘膜的界面也保持在清洁的状态下，因此栅绝缘膜和硅基板的界面特性也良好。对此，虽然在上述现有的低温多晶硅TFT的制造方法中难以得到界面特性良好的栅绝缘膜，但近年来，提出了即使在低温多晶硅TFT中也可以得到界面特性良好的栅绝缘膜的制造方法(例如参照专利文件1特开平10-163193号公告)。上述专利文件1的栅绝缘膜的制造方法是在多晶硅薄膜上形成氧化膜之后淀积催化剂金属，在600℃以下的氧化气氛中进行热处理的方法。但是，在如上述专利文件1那样的现有的低温多晶硅TFT的制造方法中，包括涂覆催化剂金属的工序和通过热处理来形成绝缘层的工序，还包括考虑其实用性而最终将催化剂金属从有源层去除的工序，因此其生产性不佳。另外，在如图18中示出的现有的低温多晶硅TFT(共平面型晶体管)的制造工序中，在形成栅绝缘层105之前，有源层101(源区102、漏区104和沟道区103)的图案化工序是必须的。因此，该有源层101与栅绝缘层105的界面难以得到如上述的硅TFT的制造工序那样的良好的特性。其结果是，会产生载流子的捕获以及散射，存在作为低温多晶硅TFT的特性之一的阈值电压的偏移(shift)变大、或亚阈值摆动(S值)变大等问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种在确保良好的生产率的同时具有优良特性和高可靠性的栅绝缘层的。为了达到上述目的，本专利技术的薄膜晶体管在基板上包括的含有源区、漏区、沟道区的有源层、栅电极层，以及在有源层和栅电极层之间形成的栅绝缘层，其特征在于栅绝缘层包括与有源层相接触地形成的第1氧化硅膜，和在第1氧化硅膜和栅电极层之间、与第1氧化硅膜相接触地形成的氮化硅膜。本专利技术的薄膜晶体管的特征还在于除了上述的结构之外，在氮化硅膜和栅电极层之间还含有第2氧化硅膜。本专利技术的薄膜晶体管的特征还在于有源层是由多晶硅形成的。本专利技术的薄膜晶体管的特征还在于第1氧化硅膜、氮化硅膜的膜厚之比为4～5∶1～2。本专利技术的薄膜晶体管的特征还在于第1氧化硅膜、氮化硅膜、第2氧化硅膜的膜厚之比为4～5∶1～2∶4～5。本专利技术的薄膜晶体管的特征还在于第1氧化硅膜的膜厚大于等于40nm且小于等于50nm。本专利技术的薄膜晶体管的特征还在于氮化硅膜的膜厚大于等于10nm且小于等于20nm。本专利技术的薄膜晶体管的特征还在于栅绝缘层整体的层厚大于等于50nm且小于等于200nm。本专利技术的薄膜晶体管的制造方法的特征在于包括在基板表面形成有源层的工序；在有源层上形成第1氧化硅膜的工序；在第1氧化硅膜上形成氮化硅膜的工序；以及在氮化硅膜上形成栅电极层的工序。本专利技术的上述薄膜晶体管的制造方法的特征还在于除了上述结构以外，形成栅电极层的工序是在氮化硅膜上形成第2氧化硅膜之后形成栅电极层的工序。本专利技术的上述薄膜晶体管的制造方法的特征还在于在形成第1氧化硅膜的工序中，在调整了压力的反应容器中每次分别输入至少一种含有硅原子的第1施硅气体、含有氧原子的施氧气体，然后通过等离子CVD法形成氧化硅膜；在形成氮化硅膜的工序中，在调整了压力的反应容器内每次分别输入至少一种含有硅原子的第2施硅气体、含有氮原子的施氮气体或稀释气体，然后通过等离子CVD法形成氮化硅膜。本专利技术的上述薄膜晶体管的制造方法的特征还在于第1施硅气体是从由四乙氧基原硅酸酯(盐)、六甲基二硅氨烷(hexamethyldislazane)、甲硅烷、乙硅烷组成的组中选择的任意一种的气体；施氧气体是从由氧、一氧化二氮、臭氧、二氧化碳、水组成的组中选择的任意一种气体。本专利技术的薄膜晶体管的制造方法的特征还在于第1施硅气体与上述的施氧气体的组成比例为1∶30～50。本专利技术的薄膜晶体管的制造方法的特征还在于氧化硅膜成膜时的压力为80～200Pa，基板温度为330～430℃。本专利技术的薄膜晶体管的制造方法的特征还在于第2施硅气体是从由四乙氧基原硅酸酯、六甲基二硅氨烷、甲硅烷、乙硅烷组成的组中选择的任意一种的气体；施氮气体是从由氨、一氧化氮、联氨组成的组中选择的任意一种气体。本专利技术的薄膜晶体管的制造方法的特征还在于第2施硅气体、施氮气体、稀释气体的组成比例为1∶10～25∶10～30。本专利技术的薄膜晶体管的制造方法的特征还在于氮化硅膜成膜时的压力为200～400Pa，基板温度为330～430℃。本专利技术的薄膜晶体管的制造方法的特征还在于在利用等离子CVD法分别形成第1氧化硅膜、第2氧化硅膜、氮化硅膜时，在电极上外加的高频电压的频率为27.1MHz。根据本专利技术的薄膜晶体管，可以减小阈值电压及其S值，可以具有优良的特性。另外，根据本专利技术的薄膜晶体管的制造方法，可以确保良好的生产性，同时可以大幅度降低栅绝缘层的膜中的缺陷以及栅绝缘层与硅薄膜的界面的缺陷密度，获得具有良好界面特性的栅绝缘层的薄膜晶体管。附图说明图1是根据本专利技术的实施方式的制造方法而形成的作为薄膜晶体管的多晶硅TFT的剖面示意图。图2是用于形成本专利技术的多晶硅TFT的栅绝缘层的等离子CVD设备的剖面示意图。图3是本专利技术的栅绝缘层与现有的栅绝缘层的各自的成膜工艺条件图。图4是在形成作为本专利技术的栅绝缘层的第1、第3氧化硅膜时的成膜温度与成膜速度的关系图。图5是在形成作为本专利技术的栅绝缘层的第1、第3层的氧化硅膜时的成膜温度与Dit、Vfb的关系图。图6是在形成作为本专利技术的栅绝缘层的第1、第3层的氧化硅膜时，相对于施硅气体的氧气组成比与成膜速度的关系图。图7是在形成作为本专利技术的栅绝缘层的第1、第3层的氧化硅膜时的氧气组成比与Dit、Vfb的关系图。图8是在形成作为本专利技术的栅绝缘层的第1、第3层的氧化硅膜时，工艺压力与成膜速度以及基板面内分布的关系图。图9是在形成作为本专利技术的栅绝缘层的第2层的氮化硅膜时，作为施氮气体的氨气相对于施硅气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜晶体管，具有在基板上的包含源区、漏区、沟道区的有源层、栅电极层以及在上述有源层和栅电极层之间所形成的栅绝缘层的薄膜晶体管，其特征在于：上述栅电极层包括与上述有源层相接触而形成的第１氧化硅膜和在该第１氧化硅膜与上述栅电极层之间 、与上述第１氧化硅膜相接触而形成的氮化硅膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-4-23 127777/20041.一种薄膜晶体管，具有在基板上的包含源区、漏区、沟道区的有源层、栅电极层以及在上述有源层和栅电极层之间所形成的栅绝缘层的薄膜晶体管，其特征在于上述栅电极层包括与上述有源层相接触而形成的第1氧化硅膜和在该第1氧化硅膜与上述栅电极层之间、与上述第1氧化硅膜相接触而形成的氮化硅膜。2.权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于在上述氮化硅膜和上述栅电极层之间具有第2氧化硅膜。3.权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其特征在于上述有源层是由多晶硅形成的。4.权利要求1所述的薄膜晶体管，其特征在于上述第1氧化硅膜与上述氮化硅膜的膜厚之比为4～5∶1～2。5.权利要求2所述的薄膜晶体管，其特征在于上述第1氧化硅膜、氮化硅膜、第2氧化硅膜的膜厚之比为4～5∶1～2∶4～5。6.权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其特征在于上述第1氧化硅膜的膜厚为大于等于40nm、小于等于50nm。7.权利要求1或2所述的薄膜晶体管，其特征在于上述氮化硅膜的膜厚为大于等于10nm、小于等于20nm。8.权利要求1～7所述的薄膜晶体管，其特征在于上述栅绝缘层整体的膜厚为大于等于50nm、小于等于200nm。9.一种薄膜晶体管的制造方法，其特征在于包括在基板表面上形成有源层的工序；在上述有源层上形成第1氧化硅膜的工序；在上述第1氧化硅膜上形成氮化硅膜的工序；和在上述氮化硅膜上形成栅电极层的工序。10.权利要求9所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于在上述形成栅电极层的工序是在上述氮化硅膜上形成第2氧化硅膜之后再形成栅电极层的工序。11.权利要求9或10所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于在上述形成第1氧化硅膜的工序中，在调整了压力的...

【专利技术属性】
技术研发人员：若松贞次，菊池亨，桥本征典，仓田敬臣，浅利伸，斋藤一也，
申请(专利权)人：株式会社爱发科，
类型：发明
国别省市：JP[日本]