JP2000208422A - 積層膜形成方法及び薄膜製造装置 - Google Patents
積層膜形成方法及び薄膜製造装置Info
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低温プロセスで良質な多結晶半導体薄膜を形
成する際、その上下に位置する絶縁膜との界面での欠陥
を少なくし、安定な半導体薄膜と絶縁膜との積層を提供
する。 【解決手段】 半導体薄膜15とその下面に重ねた絶縁
膜14とからなる積層を基板11上に形成する際、半導
体薄膜15は真空チャンバ内で触媒を利用した化学気相
成長(触媒CVD)により成膜され、絶縁膜14は例え
ばプラズマを利用した化学気相成長(プラズマCVD)
により成膜される。この際、絶縁膜14と半導体薄膜1
5は真空を破ることなく連続的に成膜される。
成する際、その上下に位置する絶縁膜との界面での欠陥
を少なくし、安定な半導体薄膜と絶縁膜との積層を提供
する。 【解決手段】 半導体薄膜15とその下面に重ねた絶縁
膜14とからなる積層を基板11上に形成する際、半導
体薄膜15は真空チャンバ内で触媒を利用した化学気相
成長(触媒CVD)により成膜され、絶縁膜14は例え
ばプラズマを利用した化学気相成長(プラズマCVD)
により成膜される。この際、絶縁膜14と半導体薄膜1
5は真空を破ることなく連続的に成膜される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体薄膜と絶縁膜
を重ねた積層の製造方法及びこの積層を作成する為に用
いる薄膜製造装置に関する。特に、触媒を用いた化学気
相成長法により半導体薄膜を形成する技術に関する。
を重ねた積層の製造方法及びこの積層を作成する為に用
いる薄膜製造装置に関する。特に、触媒を用いた化学気
相成長法により半導体薄膜を形成する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体薄膜は薄膜トランジスタの活性層
に用いられる。薄膜トランジスタは液晶ディスプレイや
半導体集積回路などに広く用いられている。中でも、ア
クティブマトリクス方式の液晶ディスプレイの大型化及
び高精細化に伴い、薄膜トランジスタの高性能化が急務
となっている。薄膜トランジスタは非晶質シリコン薄膜
あるいは多結晶シリコン薄膜を活性層として形成され
る。多結晶シリコン薄膜を活性層とした方が薄膜トラン
ジスタの性能が優れている。更に、低温プロセスで多結
晶シリコン薄膜を形成する技術が製造コスト低減化の観
点から有望視されている。この低温プロセスではエキシ
マレーザ光を非晶質シリコン薄膜に照射し、これを一旦
溶融化した後結晶化することにより、比較的低温で多結
晶シリコン薄膜を得ている。これを活性層とすることに
より高移動度の薄膜トランジスタが得られる。それでも
この方法で得られる薄膜トランジスタの電子移動度は7
0乃至150cm2 /Vs程度である。画素スイッチン
グ用の薄膜トランジスタばかりでなく高度な機能を有す
る周辺回路を液晶ディスプレイに組み込む為には薄膜ト
ランジスタの高性能化が重要であり、特に300cm2
/Vs以上の移動度が必要とされている。従来のレーザ
アニールを用いた結晶化技術では300cm2 /Vsを
超える移動度を達成することは困難であった。これは、
エキシマレーザ光を照射して結晶化してもシリコン結晶
の粒界及び粒内やシリコン薄膜とゲート絶縁膜の界面に
結晶欠陥が存在している為である。
に用いられる。薄膜トランジスタは液晶ディスプレイや
半導体集積回路などに広く用いられている。中でも、ア
クティブマトリクス方式の液晶ディスプレイの大型化及
び高精細化に伴い、薄膜トランジスタの高性能化が急務
となっている。薄膜トランジスタは非晶質シリコン薄膜
あるいは多結晶シリコン薄膜を活性層として形成され
る。多結晶シリコン薄膜を活性層とした方が薄膜トラン
ジスタの性能が優れている。更に、低温プロセスで多結
晶シリコン薄膜を形成する技術が製造コスト低減化の観
点から有望視されている。この低温プロセスではエキシ
マレーザ光を非晶質シリコン薄膜に照射し、これを一旦
溶融化した後結晶化することにより、比較的低温で多結
晶シリコン薄膜を得ている。これを活性層とすることに
より高移動度の薄膜トランジスタが得られる。それでも
この方法で得られる薄膜トランジスタの電子移動度は7
0乃至150cm2 /Vs程度である。画素スイッチン
グ用の薄膜トランジスタばかりでなく高度な機能を有す
る周辺回路を液晶ディスプレイに組み込む為には薄膜ト
ランジスタの高性能化が重要であり、特に300cm2
/Vs以上の移動度が必要とされている。従来のレーザ
アニールを用いた結晶化技術では300cm2 /Vsを
超える移動度を達成することは困難であった。これは、
エキシマレーザ光を照射して結晶化してもシリコン結晶
の粒界及び粒内やシリコン薄膜とゲート絶縁膜の界面に
結晶欠陥が存在している為である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】レーザアニールに代わ
る成膜技術として触媒を用いた化学気相成長法(触媒C
VD法)が注目を集めており、例えば特開平8−250
438号公報に開示されている。触媒CVD法は、17
00℃以上の金属触媒体に原料ガスを接触させて分解
し、生成物を基板に堆積して半導体薄膜を生成する技術
である。この触媒CVD法は300℃程度の低い基板温
度で多結晶シリコンを成膜することができる。触媒CV
D法を用いることにより膜質の優れた多結晶シリコンを
成膜することができる。しかし、薄膜トランジスタは多
結晶シリコンなどの半導体薄膜ばかりでなく、これに上
下から接する絶縁膜の膜質も重要な制御因子となってい
る。多結晶シリコンのみを触媒CVD法で形成したので
は、高性能な薄膜トランジスタを得ることはできない。
製造プロセスの途中で、多結晶シリコンからなる半導体
薄膜と絶縁膜が接する界面に不安定な自然酸化膜が介在
してしまい、その結果キャリアのトラップを生じてしま
うからである。自然酸化膜は半導体薄膜形成プロセスと
絶縁膜形成プロセスとの間で基板を一旦大気に曝露する
ことで形成されてしまう。
る成膜技術として触媒を用いた化学気相成長法(触媒C
VD法)が注目を集めており、例えば特開平8−250
438号公報に開示されている。触媒CVD法は、17
00℃以上の金属触媒体に原料ガスを接触させて分解
し、生成物を基板に堆積して半導体薄膜を生成する技術
である。この触媒CVD法は300℃程度の低い基板温
度で多結晶シリコンを成膜することができる。触媒CV
D法を用いることにより膜質の優れた多結晶シリコンを
成膜することができる。しかし、薄膜トランジスタは多
結晶シリコンなどの半導体薄膜ばかりでなく、これに上
下から接する絶縁膜の膜質も重要な制御因子となってい
る。多結晶シリコンのみを触媒CVD法で形成したので
は、高性能な薄膜トランジスタを得ることはできない。
製造プロセスの途中で、多結晶シリコンからなる半導体
薄膜と絶縁膜が接する界面に不安定な自然酸化膜が介在
してしまい、その結果キャリアのトラップを生じてしま
うからである。自然酸化膜は半導体薄膜形成プロセスと
絶縁膜形成プロセスとの間で基板を一旦大気に曝露する
ことで形成されてしまう。
【0004】
【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
に鑑み、本発明は低温で良質な多結晶半導体薄膜を形成
する際、その上下に位置する絶縁膜との界面での欠陥を
少なくし、安定な半導体薄膜と絶縁膜との積層を提供す
ることを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手
段を講じた。即ち、本発明は、半導体薄膜とその片面又
は両面に重ねた絶縁膜とからなる積層を基板上に形成す
る積層膜形成方法であって、前記半導体薄膜は真空チャ
ンバ内で触媒を利用した化学気相成長により成膜され、
前記絶縁膜は真空チャンバ内で成膜され、前記半導体薄
膜と前記絶縁膜は、真空を破ること無く連続的に成膜す
ることを特徴とする。好ましくは、前記絶縁膜は真空チ
ャンバ内で触媒を利用した化学気相成長により成膜され
たSiO2、SiN又はSiON若しくはこれらの積層
である。或いは、前記絶縁膜は、真空チャンバ内でプラ
ズマを利用した化学気相成長により成膜したSiO2、
SiN又はSiON若しくはこれらの積層である。場合
によっては、前記半導体薄膜にエネルギービームを照射
して結晶化することもある。又本発明は、触媒を利用し
た化学気相成長により成膜を行なう触媒CVDチャンバ
と、プラズマを利用した化学気相成長により成膜を行な
うプラズマCVDチャンバと両チャンバを気密状態で連
結する機構とを備え、半導体薄膜とその片面又は両面に
重ねた絶縁膜とからなる積層を基板上に形成する薄膜製
造装置であって、前記半導体薄膜は触媒CVDチャンバ
内で触媒を利用した化学気相成長により成膜され、前記
絶縁膜はプラズマCVDチャンバ内でプラズマを利用し
た化学気相成長により成膜され、前記半導体薄膜と前記
絶縁膜は、真空を破ること無く連続的に成膜することを
特徴とする。
に鑑み、本発明は低温で良質な多結晶半導体薄膜を形成
する際、その上下に位置する絶縁膜との界面での欠陥を
少なくし、安定な半導体薄膜と絶縁膜との積層を提供す
ることを目的とする。係る目的を達成する為に以下の手
段を講じた。即ち、本発明は、半導体薄膜とその片面又
は両面に重ねた絶縁膜とからなる積層を基板上に形成す
る積層膜形成方法であって、前記半導体薄膜は真空チャ
ンバ内で触媒を利用した化学気相成長により成膜され、
前記絶縁膜は真空チャンバ内で成膜され、前記半導体薄
膜と前記絶縁膜は、真空を破ること無く連続的に成膜す
ることを特徴とする。好ましくは、前記絶縁膜は真空チ
ャンバ内で触媒を利用した化学気相成長により成膜され
たSiO2、SiN又はSiON若しくはこれらの積層
である。或いは、前記絶縁膜は、真空チャンバ内でプラ
ズマを利用した化学気相成長により成膜したSiO2、
SiN又はSiON若しくはこれらの積層である。場合
によっては、前記半導体薄膜にエネルギービームを照射
して結晶化することもある。又本発明は、触媒を利用し
た化学気相成長により成膜を行なう触媒CVDチャンバ
と、プラズマを利用した化学気相成長により成膜を行な
うプラズマCVDチャンバと両チャンバを気密状態で連
結する機構とを備え、半導体薄膜とその片面又は両面に
重ねた絶縁膜とからなる積層を基板上に形成する薄膜製
造装置であって、前記半導体薄膜は触媒CVDチャンバ
内で触媒を利用した化学気相成長により成膜され、前記
絶縁膜はプラズマCVDチャンバ内でプラズマを利用し
た化学気相成長により成膜され、前記半導体薄膜と前記
絶縁膜は、真空を破ること無く連続的に成膜することを
特徴とする。
【0005】本発明によれば、多結晶シリコンもしくは
非晶質シリコンからなる半導体薄膜の成膜に触媒CVD
法を用いる際、半導体薄膜の片面もしくは両面に接する
ことになる絶縁膜と半導体薄膜とを真空を破らずに連続
的に成膜することにより、界面に自然酸化膜などの不完
全な層を挟むことなく、薄膜トランジスタに必要な積層
構造を形成している。これにより、従来界面の不完全な
部分において、固定電荷の発生や注入電荷のトラップと
なっていた原因を排除することができ、信頼性の高い高
性能な薄膜トランジスタを形成することができる。本積
層膜形成方法及び本薄膜製造装置は、触媒CVD法によ
り成膜段階で高品質の半導体薄膜を形成でき、加えてダ
メージなく絶縁膜を積層できる。
非晶質シリコンからなる半導体薄膜の成膜に触媒CVD
法を用いる際、半導体薄膜の片面もしくは両面に接する
ことになる絶縁膜と半導体薄膜とを真空を破らずに連続
的に成膜することにより、界面に自然酸化膜などの不完
全な層を挟むことなく、薄膜トランジスタに必要な積層
構造を形成している。これにより、従来界面の不完全な
部分において、固定電荷の発生や注入電荷のトラップと
なっていた原因を排除することができ、信頼性の高い高
性能な薄膜トランジスタを形成することができる。本積
層膜形成方法及び本薄膜製造装置は、触媒CVD法によ
り成膜段階で高品質の半導体薄膜を形成でき、加えてダ
メージなく絶縁膜を積層できる。
【0006】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図1及び図2は、本発明に係
る積層膜形成方法を採用した薄膜トランジスタの製造方
法を示す工程図である。基本的には、半導体薄膜15と
その片面又は両面に重ねた絶縁膜14とからなる積層を
基板11上に形成する際、半導体薄膜15は真空チャン
バ内で触媒を利用した化学気相成長(触媒CVD)によ
り成膜され、絶縁膜14は例えばプラズマを利用した化
学気相成長(プラズマCVD)により成膜される。この
際、半導体薄膜15と絶縁膜14は真空を破ることなく
連続的に成膜される。
の形態を詳細に説明する。図1及び図2は、本発明に係
る積層膜形成方法を採用した薄膜トランジスタの製造方
法を示す工程図である。基本的には、半導体薄膜15と
その片面又は両面に重ねた絶縁膜14とからなる積層を
基板11上に形成する際、半導体薄膜15は真空チャン
バ内で触媒を利用した化学気相成長(触媒CVD)によ
り成膜され、絶縁膜14は例えばプラズマを利用した化
学気相成長(プラズマCVD)により成膜される。この
際、半導体薄膜15と絶縁膜14は真空を破ることなく
連続的に成膜される。
【0007】以下図1の工程(a)から図2の工程
(f)まで、薄膜トランジスタの製造方法を詳細に説明
する。まず図1の(a)に示す様に、無アルカリガラス
などからなる絶縁基板11にスパッタ法で全面的に10
0ないし300nmの厚みで金属膜12aを堆積する。
金属材料としてはMo,Al,Ta,W,Cu,Crを
用いることができる。若しくはこれら金属元素の合金を
用いてもよい。Moをスパッタする場合、その条件はス
パッタリング用のガスとしてArを120sccmの流
量で供給し、成膜チャンバの圧力を0.7Paに設定
し、基板加熱温度を150℃にする。
(f)まで、薄膜トランジスタの製造方法を詳細に説明
する。まず図1の(a)に示す様に、無アルカリガラス
などからなる絶縁基板11にスパッタ法で全面的に10
0ないし300nmの厚みで金属膜12aを堆積する。
金属材料としてはMo,Al,Ta,W,Cu,Crを
用いることができる。若しくはこれら金属元素の合金を
用いてもよい。Moをスパッタする場合、その条件はス
パッタリング用のガスとしてArを120sccmの流
量で供給し、成膜チャンバの圧力を0.7Paに設定
し、基板加熱温度を150℃にする。
【0008】次に(b)に示す様に、フォトリソグラフ
ィ法によりゲート配線のパタンに沿ってレジストを形成
する(図示省略)。このパタンニングされたレジストを
マスクにして金属膜12aにドライエッチングを施し、
テーパ形状のゲート電極12を形成する。ドライエッチ
ングの条件としては、SF6 /O2 の混合ガスを200
/300sccmの流量で導入し、チャンバ内圧力を2
0Paに設定し基板加熱温度を80℃に設定している。
ドライエッチングを施した後不要になったレジストを除
去する。
ィ法によりゲート配線のパタンに沿ってレジストを形成
する(図示省略)。このパタンニングされたレジストを
マスクにして金属膜12aにドライエッチングを施し、
テーパ形状のゲート電極12を形成する。ドライエッチ
ングの条件としては、SF6 /O2 の混合ガスを200
/300sccmの流量で導入し、チャンバ内圧力を2
0Paに設定し基板加熱温度を80℃に設定している。
ドライエッチングを施した後不要になったレジストを除
去する。
【0009】この後(c)に示す様に、プラズマCVD
でゲート窒化膜(SiN)13を50ないし100nm
の厚みで成膜し、続いてゲート酸化膜14(SiO2 )
を100ないし200nmの厚みで形成し、更に連続的
に触媒CVDで多結晶シリコンからなる半導体薄膜15
を30ないし80nmの厚みで形成する。プラズマCV
DによるSiNの成膜条件は、原料ガスSiH4 /NH
3 /N2 を200/1200/2000sccmの流量
で導入し、プラズマ化の為の高周波電力を1600Wに
設定し、反応炉の内部圧力を266.7Paに設定し、
基板の成膜温度を420℃に設定してある。又プラズマ
CVDによるSiO2 の成膜条件は、混合ガスSiH4
/N2 Oを100/7000sccmの流量で反応炉に
供給し、プラズマ化の為の高周波電力を1560Wに設
定し、反応炉の内部圧力を200Paに調整して、成膜
温度を同じく420℃に保つ。この様にしてゲート酸化
膜14を成膜した後、基板11をプラズマCVDチャン
バから触媒CVDチャンバに真空中を移送し、触媒CV
D法を用いて多結晶シリコンからなる半導体薄膜15を
形成する。ガス種はSiH4 /H2 の混合気体を5/3
00sccmの流量比で用い、チャンバ内圧力を6.7
Paに設定し、基板温度を300℃に設定し、チャンバ
内の金属触媒体の温度を1600℃乃至1800℃に設
定する。この触媒CVDにより多結晶シリコンからなる
半導体薄膜15を例えば30乃至80nmの厚みで成膜
する。この後次工程に進めてもよいし、触媒CVD法で
形成された多結晶シリコンを更に大粒径化する為、エキ
シマレーザアニールを施してもよい。エキシマレーザア
ニールを行なわない場合には、半導体薄膜15の上に更
に連続して真空を破ることなく他の絶縁膜を形成するこ
とができる。
でゲート窒化膜(SiN)13を50ないし100nm
の厚みで成膜し、続いてゲート酸化膜14(SiO2 )
を100ないし200nmの厚みで形成し、更に連続的
に触媒CVDで多結晶シリコンからなる半導体薄膜15
を30ないし80nmの厚みで形成する。プラズマCV
DによるSiNの成膜条件は、原料ガスSiH4 /NH
3 /N2 を200/1200/2000sccmの流量
で導入し、プラズマ化の為の高周波電力を1600Wに
設定し、反応炉の内部圧力を266.7Paに設定し、
基板の成膜温度を420℃に設定してある。又プラズマ
CVDによるSiO2 の成膜条件は、混合ガスSiH4
/N2 Oを100/7000sccmの流量で反応炉に
供給し、プラズマ化の為の高周波電力を1560Wに設
定し、反応炉の内部圧力を200Paに調整して、成膜
温度を同じく420℃に保つ。この様にしてゲート酸化
膜14を成膜した後、基板11をプラズマCVDチャン
バから触媒CVDチャンバに真空中を移送し、触媒CV
D法を用いて多結晶シリコンからなる半導体薄膜15を
形成する。ガス種はSiH4 /H2 の混合気体を5/3
00sccmの流量比で用い、チャンバ内圧力を6.7
Paに設定し、基板温度を300℃に設定し、チャンバ
内の金属触媒体の温度を1600℃乃至1800℃に設
定する。この触媒CVDにより多結晶シリコンからなる
半導体薄膜15を例えば30乃至80nmの厚みで成膜
する。この後次工程に進めてもよいし、触媒CVD法で
形成された多結晶シリコンを更に大粒径化する為、エキ
シマレーザアニールを施してもよい。エキシマレーザア
ニールを行なわない場合には、半導体薄膜15の上に更
に連続して真空を破ることなく他の絶縁膜を形成するこ
とができる。
【0010】続いて図2の(d)に示す様に、半導体薄
膜15の上にプラズマCVDでSiO2 を100ないし
300nmの厚みで成膜する。この時のプラズマCVD
によるSiO2 の成膜条件は、原料ガスSiH4 /N2
Oを100/7000sccmの流量で反応チャンバに
導入し、高周波電力を1560Wに設定し、チャンバ圧
力を200Paに設定し、成膜温度を420℃に設定し
た。この後フォトリソグラフィ法を用いて基板11の裏
面側から露光することにより、ゲート電極12を自己整
合マスクとして、レジストのパタニングを行う。このレ
ジストをマスクとしてバッファードフッ酸を用いてSi
O2 のエッチングを行い、ストッパ16に加工する。こ
の結果、ストッパ16の直下に位置する多結晶半導体薄
膜15の部分はチャネル領域CHとして保護されること
になる。ストッパ16をマスクとして不純物のイオンド
ーピングを行いLDD領域を形成する。更にフォトリソ
グラフィでソースS及びドレインDに合わせたレジスト
パタンを形成した後、これをマスクとして不純物のイオ
ンドーピングを行いソース領域S及びドレイン領域Dを
形成する。この後エキシマレーザ光を照射することによ
り、イオンドーピングされた不純物を活性化して、ボト
ムゲート構造の薄膜トランジスタを形成する。引き続き
ストッパ16を構成するSiO2 と半導体薄膜15を薄
膜トランジスタの素子領域の形状に合わせてパタニング
する。
膜15の上にプラズマCVDでSiO2 を100ないし
300nmの厚みで成膜する。この時のプラズマCVD
によるSiO2 の成膜条件は、原料ガスSiH4 /N2
Oを100/7000sccmの流量で反応チャンバに
導入し、高周波電力を1560Wに設定し、チャンバ圧
力を200Paに設定し、成膜温度を420℃に設定し
た。この後フォトリソグラフィ法を用いて基板11の裏
面側から露光することにより、ゲート電極12を自己整
合マスクとして、レジストのパタニングを行う。このレ
ジストをマスクとしてバッファードフッ酸を用いてSi
O2 のエッチングを行い、ストッパ16に加工する。こ
の結果、ストッパ16の直下に位置する多結晶半導体薄
膜15の部分はチャネル領域CHとして保護されること
になる。ストッパ16をマスクとして不純物のイオンド
ーピングを行いLDD領域を形成する。更にフォトリソ
グラフィでソースS及びドレインDに合わせたレジスト
パタンを形成した後、これをマスクとして不純物のイオ
ンドーピングを行いソース領域S及びドレイン領域Dを
形成する。この後エキシマレーザ光を照射することによ
り、イオンドーピングされた不純物を活性化して、ボト
ムゲート構造の薄膜トランジスタを形成する。引き続き
ストッパ16を構成するSiO2 と半導体薄膜15を薄
膜トランジスタの素子領域の形状に合わせてパタニング
する。
【0011】(e)に示す様に、プラズマCVD法でS
iO2 を50ないし200nmの厚みで堆積して層間絶
縁膜18を形成する。続いて、(f)に示す様に、Si
Nを100ないし500nmの厚みでプラズマCVDで
成膜しパシベーション膜19とする。この後、アニール
炉中で400℃1時間程度のアニールを加えることによ
り、層間絶縁膜18に含有されていた水素原子を半導体
薄膜15中に拡散させ、所謂水素化を行なう。このアニ
ールは300ないし500℃の温度範囲で行えば十分で
ある。この後、必要に応じ、薄膜トランジスタのソース
S及びドレインDに連通するコンタクトホールを開口
し、所望の配線電極あるいは画素電極を形成する。
iO2 を50ないし200nmの厚みで堆積して層間絶
縁膜18を形成する。続いて、(f)に示す様に、Si
Nを100ないし500nmの厚みでプラズマCVDで
成膜しパシベーション膜19とする。この後、アニール
炉中で400℃1時間程度のアニールを加えることによ
り、層間絶縁膜18に含有されていた水素原子を半導体
薄膜15中に拡散させ、所謂水素化を行なう。このアニ
ールは300ないし500℃の温度範囲で行えば十分で
ある。この後、必要に応じ、薄膜トランジスタのソース
S及びドレインDに連通するコンタクトホールを開口
し、所望の配線電極あるいは画素電極を形成する。
【0012】図3は図1に示した積層膜形成方法に用い
る薄膜製造装置の構成例を示す模式的な平面図である。
本装置は真空を破ることなく半導体薄膜と絶縁膜を連続
的に形成することができる。図示する様に、本薄膜製造
装置は、トランスファーチャンバ0の周りに、ロードチ
ャンバ1a、アンロードチャンバ1b、加熱チャンバ
2、冷却チャンバ3、プラズマCVDチャンバ4a,4
b及び触媒CVDチャンバ4c,4dがゲートバルブを
介して配置されている。回転駆動機構5と伸縮自在の保
持アーム5aからなる移送手段が、各チャンバ間で処理
対象となる基板を移送する。図1及び図2に示したボト
ムゲート構造の薄膜トランジスタを作成する場合、プロ
セスシーケンスとしては、まず加熱チャンバ2で基板を
例えば420℃に加熱する。次に、プラズマCVDチャ
ンバ4a,4bでは、基板温度を420℃として、Si
N,SiO2 又はSiONをプラズマCVD法で連続成
膜する。引き続きトランスファーチャンバ0を介して真
空中を基板移送し、触媒CVDチャンバ4cもしくは4
dで基板温度を例えば300℃として多結晶シリコンか
らなる半導体薄膜を触媒CVD法により成膜する。尚、
トップゲート構造の薄膜トランジスタを製造する場合に
は、上述したプロセスシーケンスが逆となり、まず加熱
チャンバ2で基板を例えば300℃に加熱する。次に触
媒CVDチャンバ4c又は4dの内現在使用可能な方に
基板を転送し、基板温度を300℃として多結晶シリコ
ンからなる半導体薄膜を触媒CVD法により成膜する。
引き続きトランスファーチャンバ0を介して基板搬送を
行ない、プラズマCVDチャンバ4a又は4bの内空い
ている方を選択してゲート絶縁膜をプラズマCVD法に
より成膜する。
る薄膜製造装置の構成例を示す模式的な平面図である。
本装置は真空を破ることなく半導体薄膜と絶縁膜を連続
的に形成することができる。図示する様に、本薄膜製造
装置は、トランスファーチャンバ0の周りに、ロードチ
ャンバ1a、アンロードチャンバ1b、加熱チャンバ
2、冷却チャンバ3、プラズマCVDチャンバ4a,4
b及び触媒CVDチャンバ4c,4dがゲートバルブを
介して配置されている。回転駆動機構5と伸縮自在の保
持アーム5aからなる移送手段が、各チャンバ間で処理
対象となる基板を移送する。図1及び図2に示したボト
ムゲート構造の薄膜トランジスタを作成する場合、プロ
セスシーケンスとしては、まず加熱チャンバ2で基板を
例えば420℃に加熱する。次に、プラズマCVDチャ
ンバ4a,4bでは、基板温度を420℃として、Si
N,SiO2 又はSiONをプラズマCVD法で連続成
膜する。引き続きトランスファーチャンバ0を介して真
空中を基板移送し、触媒CVDチャンバ4cもしくは4
dで基板温度を例えば300℃として多結晶シリコンか
らなる半導体薄膜を触媒CVD法により成膜する。尚、
トップゲート構造の薄膜トランジスタを製造する場合に
は、上述したプロセスシーケンスが逆となり、まず加熱
チャンバ2で基板を例えば300℃に加熱する。次に触
媒CVDチャンバ4c又は4dの内現在使用可能な方に
基板を転送し、基板温度を300℃として多結晶シリコ
ンからなる半導体薄膜を触媒CVD法により成膜する。
引き続きトランスファーチャンバ0を介して基板搬送を
行ない、プラズマCVDチャンバ4a又は4bの内空い
ている方を選択してゲート絶縁膜をプラズマCVD法に
より成膜する。
【0013】図4は、図3に示した触媒CVDチャンバ
の具体例を示す模式的なブロック図である。図4におい
て71は反応室である。但し、基板を出し入れするゲー
トバルブの部分は図示を省略している。73は触媒体で
あってタングステンなどのヒータである。74は原料ガ
ス供給管であって、原料ガスを供給するものである。多
結晶シリコンを形成する場合には、原料ガスはシラン、
ジシランなどのシラン系のシラン化合物と、水素ガスな
どの他の物質のガスの混合ガスである。74はヒータで
あって、処理対象となる絶縁基板11を加熱するもので
ある。76は電力供給源であって、触媒体73に電力を
供給するものである。係る構成において、絶縁基板11
はヒータ75により例えば300℃程度の低温で加熱さ
れている。原料ガスが原料ガス供給管74に供給され
る。原料ガスは触媒体73と接触し、原料ガスの内のシ
リコン化合物の全部もしくは一部が接触により分解され
てシリコン(Si)の種を生成する。分解されたSiの
種及び分解されなかったシリコン化合物及び他の物質の
ガス(水素ガスなど)が基板11に移動する。そして、
Siの種は絶縁基板11の表面に堆積し、多結晶シリコ
ンからなる半導体薄膜15を生成する。尚、原料ガスの
組成を変えることにより、多結晶シリコンからなる半導
体薄膜15の他、SiN,SiO2 ,SiONなどの絶
縁膜を堆積することもできる。この場合には、真空を破
ることなく同一チャンバ内で半導体薄膜と絶縁膜を連続
成膜することが可能になる。
の具体例を示す模式的なブロック図である。図4におい
て71は反応室である。但し、基板を出し入れするゲー
トバルブの部分は図示を省略している。73は触媒体で
あってタングステンなどのヒータである。74は原料ガ
ス供給管であって、原料ガスを供給するものである。多
結晶シリコンを形成する場合には、原料ガスはシラン、
ジシランなどのシラン系のシラン化合物と、水素ガスな
どの他の物質のガスの混合ガスである。74はヒータで
あって、処理対象となる絶縁基板11を加熱するもので
ある。76は電力供給源であって、触媒体73に電力を
供給するものである。係る構成において、絶縁基板11
はヒータ75により例えば300℃程度の低温で加熱さ
れている。原料ガスが原料ガス供給管74に供給され
る。原料ガスは触媒体73と接触し、原料ガスの内のシ
リコン化合物の全部もしくは一部が接触により分解され
てシリコン(Si)の種を生成する。分解されたSiの
種及び分解されなかったシリコン化合物及び他の物質の
ガス(水素ガスなど)が基板11に移動する。そして、
Siの種は絶縁基板11の表面に堆積し、多結晶シリコ
ンからなる半導体薄膜15を生成する。尚、原料ガスの
組成を変えることにより、多結晶シリコンからなる半導
体薄膜15の他、SiN,SiO2 ,SiONなどの絶
縁膜を堆積することもできる。この場合には、真空を破
ることなく同一チャンバ内で半導体薄膜と絶縁膜を連続
成膜することが可能になる。
【0014】図5は、図3に示した薄膜製造装置に組み
込まれるプラズマCVDチャンバの構成例を示す模式的
なブロック図である。プラズマCVDチャンバは真空排
気可能な反応室92からなり、その内部に高周波を印加
する電極93と、処理対象となる絶縁基板11を搭載す
るステージ94とを収納している。ノズル状になった電
極93の上部には導入管94が接続しており、バルブを
介して所望の反応ガスが導入される。導入管94には高
周波電源99が接続されており、電極93に高周波を印
加する。一方ステージ94は接地電位に接続されてお
り、その内部には絶縁基板11を加熱する為のヒータ9
5が格納されている。処理対象となる絶縁基板11はゲ
ートバルブ96を介して反応室92に送り込まれる。処
理が終わった後、絶縁基板11はゲートバルブ96を介
して取り出される。反応室92に収納されたステージ9
4の上に絶縁基板11を載置するとともに、これと対向
するノズル状の電極93から反応室92内に所望の反応
ガスを供給しながら、高周波電源99で高周波を上部の
平板電極93に印加すると、プラズマが発生し、絶縁基
板11の上に所望の絶縁膜が形成される。この際には、
ステージ94をヒータ95で加熱し、絶縁基板11を所
定の温度に保持しておく。
込まれるプラズマCVDチャンバの構成例を示す模式的
なブロック図である。プラズマCVDチャンバは真空排
気可能な反応室92からなり、その内部に高周波を印加
する電極93と、処理対象となる絶縁基板11を搭載す
るステージ94とを収納している。ノズル状になった電
極93の上部には導入管94が接続しており、バルブを
介して所望の反応ガスが導入される。導入管94には高
周波電源99が接続されており、電極93に高周波を印
加する。一方ステージ94は接地電位に接続されてお
り、その内部には絶縁基板11を加熱する為のヒータ9
5が格納されている。処理対象となる絶縁基板11はゲ
ートバルブ96を介して反応室92に送り込まれる。処
理が終わった後、絶縁基板11はゲートバルブ96を介
して取り出される。反応室92に収納されたステージ9
4の上に絶縁基板11を載置するとともに、これと対向
するノズル状の電極93から反応室92内に所望の反応
ガスを供給しながら、高周波電源99で高周波を上部の
平板電極93に印加すると、プラズマが発生し、絶縁基
板11の上に所望の絶縁膜が形成される。この際には、
ステージ94をヒータ95で加熱し、絶縁基板11を所
定の温度に保持しておく。
【0015】図6は、本発明に係る積層膜形成方法を採
用した薄膜トランジスタの製造方法の他の例を示す工程
図であり、特にトップゲート構造の薄膜トランジスタを
作成している。薄膜トランジスタは半導体薄膜15と、
その一面に重ねられたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁
膜14を介して半導体薄膜15に重ねられたゲート電極
12とを含む積層構造を有し、絶縁基板11上に形成さ
れる。まず工程(1)で、非晶質性又は多結晶性の半導
体薄膜15を絶縁基板11上に堆積する。例えば、触媒
CVD法で多結晶シリコンからなる半導体薄膜15を4
0乃至75nmの厚みで成膜する。次に工程(2)に進
み、真空を破ることなく半導体薄膜15の上に連続して
SiO2 、SiN又はSiONからなるゲート絶縁膜1
4をプラズマCVDにより成膜する。続いて工程(3)
に進み、ゲート絶縁膜14の上にゲート電極12を形成
する。ゲート電極12をマスクとしてセルフアライメン
トにより不純物を半導体薄膜15に注入することで、ト
ップゲート構造の薄膜トランジスタが得られる。最後に
工程(4)で半導体薄膜15及びゲート絶縁膜14を素
子領域の形状に合わせてパタニングする。アイランド状
にパタニングされた半導体薄膜15を層間絶縁膜18で
被覆する。
用した薄膜トランジスタの製造方法の他の例を示す工程
図であり、特にトップゲート構造の薄膜トランジスタを
作成している。薄膜トランジスタは半導体薄膜15と、
その一面に重ねられたゲート絶縁膜14と、ゲート絶縁
膜14を介して半導体薄膜15に重ねられたゲート電極
12とを含む積層構造を有し、絶縁基板11上に形成さ
れる。まず工程(1)で、非晶質性又は多結晶性の半導
体薄膜15を絶縁基板11上に堆積する。例えば、触媒
CVD法で多結晶シリコンからなる半導体薄膜15を4
0乃至75nmの厚みで成膜する。次に工程(2)に進
み、真空を破ることなく半導体薄膜15の上に連続して
SiO2 、SiN又はSiONからなるゲート絶縁膜1
4をプラズマCVDにより成膜する。続いて工程(3)
に進み、ゲート絶縁膜14の上にゲート電極12を形成
する。ゲート電極12をマスクとしてセルフアライメン
トにより不純物を半導体薄膜15に注入することで、ト
ップゲート構造の薄膜トランジスタが得られる。最後に
工程(4)で半導体薄膜15及びゲート絶縁膜14を素
子領域の形状に合わせてパタニングする。アイランド状
にパタニングされた半導体薄膜15を層間絶縁膜18で
被覆する。
【0016】最後に図7を参照して、本発明に従って製
造された薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリク
ス型表示装置の一例を説明する。図示する様に、本表示
装置は一対の絶縁基板101及び透明基板102と両者
の間に保持された電気光学物質103とを備えたフラッ
トパネル構造を有する。電気光学物質103としては、
例えば液晶材料を用いる。下側の絶縁基板101には画
素アレイ部104と駆動回路部とが集積形成されてい
る。駆動回路部は垂直スキャナ105と水平スキャナ1
06とに分かれている。尚、これらのスキャナに加えて
ビデオドライバやタイミングジェネレータを同一基板上
に集積形成することも可能である。絶縁基板101の周
辺部上端には外部接続用の端子部107が形成されてい
る。端子部107は配線108を介して垂直スキャナ1
05及び水平スキャナ106に接続している。画素アレ
イ部104には行状のゲート配線109と列状の信号配
線110が形成されている。両配線の交差部には画素電
極111とこれを駆動する薄膜トランジスタ112が形
成されている。薄膜トランジスタ112のゲート電極は
対応するゲート配線109に接続され、ドレイン電極は
対応する画素電極111に接続され、ソース電極は対応
する信号配線110に接続している。ゲート配線109
は垂直スキャナ105に接続する一方、信号配線110
は水平スキャナ106に接続している。画素電極111
をスイッチング駆動する薄膜トランジスタ112及び垂
直スキャナ105と水平スキャナ106に含まれる薄膜
トランジスタは、本発明に従って作成されたものであ
り、半導体薄膜と、その一面に重ねられたゲート絶縁膜
と、ゲート絶縁膜を介して半導体薄膜に重ねられたゲー
ト電極とを含む積層構成を有する。半導体薄膜は真空チ
ャンバ内で触媒を利用した化学気相成長により成膜さ
れ、絶縁膜も真空チャンバ内で成膜される。半導体薄膜
と絶縁膜は、真空を破ること無く連続的に成膜する。
造された薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリク
ス型表示装置の一例を説明する。図示する様に、本表示
装置は一対の絶縁基板101及び透明基板102と両者
の間に保持された電気光学物質103とを備えたフラッ
トパネル構造を有する。電気光学物質103としては、
例えば液晶材料を用いる。下側の絶縁基板101には画
素アレイ部104と駆動回路部とが集積形成されてい
る。駆動回路部は垂直スキャナ105と水平スキャナ1
06とに分かれている。尚、これらのスキャナに加えて
ビデオドライバやタイミングジェネレータを同一基板上
に集積形成することも可能である。絶縁基板101の周
辺部上端には外部接続用の端子部107が形成されてい
る。端子部107は配線108を介して垂直スキャナ1
05及び水平スキャナ106に接続している。画素アレ
イ部104には行状のゲート配線109と列状の信号配
線110が形成されている。両配線の交差部には画素電
極111とこれを駆動する薄膜トランジスタ112が形
成されている。薄膜トランジスタ112のゲート電極は
対応するゲート配線109に接続され、ドレイン電極は
対応する画素電極111に接続され、ソース電極は対応
する信号配線110に接続している。ゲート配線109
は垂直スキャナ105に接続する一方、信号配線110
は水平スキャナ106に接続している。画素電極111
をスイッチング駆動する薄膜トランジスタ112及び垂
直スキャナ105と水平スキャナ106に含まれる薄膜
トランジスタは、本発明に従って作成されたものであ
り、半導体薄膜と、その一面に重ねられたゲート絶縁膜
と、ゲート絶縁膜を介して半導体薄膜に重ねられたゲー
ト電極とを含む積層構成を有する。半導体薄膜は真空チ
ャンバ内で触媒を利用した化学気相成長により成膜さ
れ、絶縁膜も真空チャンバ内で成膜される。半導体薄膜
と絶縁膜は、真空を破ること無く連続的に成膜する。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多結晶シリコンもしくは非晶質シリコンからなる半導体
薄膜の成膜に触媒CVD法を用いる薄膜トランジスタの
製造プロセスにおいて、半導体薄膜の片面もしくは両面
に積層すべき絶縁膜を真空を破ることなく連続的に成膜
することにより、固定電荷の発生原因や注入電荷のトラ
ップ原因を排除することができ、高信頼性で且つ高性能
な薄膜トランジスタを形成することが可能になる。
多結晶シリコンもしくは非晶質シリコンからなる半導体
薄膜の成膜に触媒CVD法を用いる薄膜トランジスタの
製造プロセスにおいて、半導体薄膜の片面もしくは両面
に積層すべき絶縁膜を真空を破ることなく連続的に成膜
することにより、固定電荷の発生原因や注入電荷のトラ
ップ原因を排除することができ、高信頼性で且つ高性能
な薄膜トランジスタを形成することが可能になる。
【図1】本発明に係る積層膜形成方法を採用した薄膜ト
ランジスタの製造方法を示す工程図である。
ランジスタの製造方法を示す工程図である。
【図2】本発明に係る積層膜形成方法を採用した薄膜ト
ランジスタの製造方法の工程図である。
ランジスタの製造方法の工程図である。
【図3】本発明に係る薄膜製造装置の構成を示す模式的
な平面図である。
な平面図である。
【図4】本発明に係る薄膜製造装置に組み込まれる触媒
CVDチャンバを示す模式図である。
CVDチャンバを示す模式図である。
【図5】本発明に係る薄膜製造装置に組み込まれるプラ
ズマCVDチャンバの一例を示す模式図である。
ズマCVDチャンバの一例を示す模式図である。
【図6】本発明に係る積層膜形成方法を採用した薄膜ト
ランジスタの製造方法の他の例を示す工程図である。
ランジスタの製造方法の他の例を示す工程図である。
【図7】本発明に従って製造された薄膜トランジスタを
用いたアクティブマトリクス型表示装置を示す模式的な
斜視図である。
用いたアクティブマトリクス型表示装置を示す模式的な
斜視図である。
0・・・トランスファーチャンバ、2・・・加熱チャン
バ、4a・・・プラズマCVDチャンバ、4b・・・プ
ラズマCVDチャンバ、4c・・・触媒CVDチャン
バ、4d・・・触媒CVDチャンバ、11・・・絶縁基
板、12・・・ゲート電極、13・・・ゲート窒化膜、
14・・・ゲート酸化膜、15・・・半導体薄膜、71
・・・反応室、73・・・触媒体、74・・・原料ガス
供給管、75・・・ヒータ、76・・・電力供給源
バ、4a・・・プラズマCVDチャンバ、4b・・・プ
ラズマCVDチャンバ、4c・・・触媒CVDチャン
バ、4d・・・触媒CVDチャンバ、11・・・絶縁基
板、12・・・ゲート電極、13・・・ゲート窒化膜、
14・・・ゲート酸化膜、15・・・半導体薄膜、71
・・・反応室、73・・・触媒体、74・・・原料ガス
供給管、75・・・ヒータ、76・・・電力供給源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/31 H01L 21/31 C 21/316 21/316 X 29/786 29/78 617V 21/336 618A 627B 627G (72)発明者 浦園 丈展 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内 Fターム(参考) 4K030 AA05 AA13 AA18 BA29 BB12 FA01 KA28 LA18 5F045 AA08 AB03 AB04 AB32 AB33 AB34 AC01 AC12 AC15 AD07 AD08 AE17 AE21 AF07 CA15 DC51 DP03 DP05 DQ17 HA18 HA25 5F058 BC02 BC08 BC11 BD01 BD04 BD10 BD15 BF07 BF23 BF29 BF30 BG01 BH01 BJ01 BJ03 5F110 AA19 BB01 CC01 CC08 DD02 EE02 EE03 EE04 EE06 EE23 EE44 FF02 FF03 FF04 FF09 FF29 FF30 GG25 GG35 GG44 HJ18 HM15 NN04 NN12 NN23 NN40 PP03 QQ01 QQ09 QQ12 QQ23
Claims (9)
- 【請求項1】 半導体薄膜とその片面又は両面に重ねた
絶縁膜とからなる積層を基板上に形成する積層膜形成方
法であって、 前記半導体薄膜は真空チャンバ内で触媒を利用した化学
気相成長により成膜され、 前記絶縁膜は真空チャンバ内で成膜され、 前記半導体薄膜と前記絶縁膜は、真空を破ること無く連
続的に成膜することを特徴とする積層膜形成方法。 - 【請求項2】 前記絶縁膜は真空チャンバ内で触媒を利
用した化学気相成長により成膜されたSiO2、SiN
又はSiON若しくはこれらの積層であることを特徴と
する請求項1記載の積層膜形成方法。 - 【請求項3】 前記絶縁膜は、真空チャンバ内でプラズ
マを利用した化学気相成長により成膜したSiO2、S
iN又はSiON若しくはこれらの積層であることを特
徴とする請求項1記載の積層膜形成方法。 - 【請求項4】 前記半導体薄膜にエネルギービームを照
射して結晶化することを特徴とする請求項1記載の積層
膜形成方法。 - 【請求項5】 触媒を利用した化学気相成長により成膜
を行なう触媒CVDチャンバと、プラズマを利用した化
学気相成長により成膜を行なうプラズマCVDチャンバ
と両チャンバを気密状態で連結する機構とを備え、 半導体薄膜とその片面又は両面に重ねた絶縁膜とからな
る積層を基板上に形成する薄膜製造装置であって、 前記半導体薄膜は触媒CVDチャンバ内で触媒を利用し
た化学気相成長により成膜され、 前記絶縁膜はプラズマCVDチャンバ内でプラズマを利
用した化学気相成長により成膜され、 前記半導体薄膜と前記絶縁膜は、真空を破ること無く連
続的に成膜することを特徴とする薄膜製造装置。 - 【請求項6】 半導体薄膜と、その一面に重ねられたゲ
ート絶縁膜と、ゲート絶縁膜を介して半導体薄膜に重ね
られたゲート電極とを含む積層構成を有する薄膜トラン
ジスタであって、 前記半導体薄膜は真空チャンバ内で触媒を利用した化学
気相成長により成膜され、 前記絶縁膜は真空チャンバ内で成膜され、 前記半導体薄膜と前記絶縁膜は、真空を破ること無く連
続的に成膜することを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項7】 半導体薄膜の上にゲート絶縁膜を介して
ゲート電極が重ねられている請求項6記載の薄膜トラン
ジスタ。 - 【請求項8】 半導体薄膜の下にゲート絶縁膜を介して
ゲート電極が重ねられている請求項6記載の薄膜トラン
ジスタ。 - 【請求項9】 所定の間隙を介して互いに接合した一対
の基板と、該間隙に保持された電気光学物質とを有し、
一方の基板には対向電極を形成し、他方の基板には画素
電極及びこれを駆動する薄膜トランジスタを形成し、該
薄膜トランジスタを、半導体薄膜とその一面にゲート絶
縁膜を介して重ねられたゲート電極とで形成した表示装
置であって、 前記半導体薄膜は真空チャンバ内で触媒を利用した化学
気相成長により成膜され、 前記絶縁膜は真空チャンバ内で成膜され、 前記半導体薄膜と前記絶縁膜は、真空を破ること無く連
続的に成膜されることを特徴とする表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11002387A JP2000208422A (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 積層膜形成方法及び薄膜製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11002387A JP2000208422A (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 積層膜形成方法及び薄膜製造装置 |
Publications (1)
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---|---|
JP2000208422A true JP2000208422A (ja) | 2000-07-28 |
Family
ID=11527832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11002387A Pending JP2000208422A (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 積層膜形成方法及び薄膜製造装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000208422A (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1999
- 1999-01-08 JP JP11002387A patent/JP2000208422A/ja active Pending
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