專利名稱：底部柵極型薄膜晶體管及其制造方法和顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于液晶顯示裝置(LCDLiquid Crystal Display)和有機電場發(fā)光顯示裝置的底部柵極(bottom gate)型薄膜晶體管(TFTThin FilmTransistor)及其制造方法。
背景技術：
氫化非晶硅(a-SiH)TFT可在廉價的玻璃襯底上通過低溫加工來高精度地制造，所以被廣泛用作液晶顯示裝置的開關元件。
在a-SiTFT的結構中，存在頂部柵極結構和底部柵極結構這兩種結構，但在頂部柵極結構中，當制造時，作為溝道的a-SiH薄膜和柵極絕緣膜的界面被污染。與之相反，作為底部柵極結構，因為不暴露于大氣中來連續(xù)地制作柵極絕緣膜和a-SiH薄膜，所以可防止因污染引起的TFT性能降低，與頂部柵極結構相比，優(yōu)點在于電子遷移率變大?？捎玫撞繓艠O結構的TFT作為液晶顯示裝置等的開關元件，但在這種底部柵極結構的TFT中，還有溝道保護型和溝道蝕刻型(也稱為背面溝道蝕刻型)。溝道蝕刻型與溝道保護型相比，制造過程中使用的光掩模數量少，有利于節(jié)約制造成本，所以如今溝道蝕刻型底部柵極結構的TFT成為主流。
圖7中用各步驟剖面圖來表示溝道型底部柵極結構的TFT制作過程。根據該圖來說明溝道蝕刻型底部柵極結構的TFT的制造過程。
在絕緣性襯底61上通過濺射法來形成200nm的柵極電極62，之后，通過光刻法和蝕刻法來進行島形加工(圖7(a))。作為柵極電極62，通常使用鋁膜或鈦等高熔點金屬膜與鋁膜的疊層膜。
通過等離子體化學氣相淀積法(Chemical Vapor Deposition；CVD法)來形成300nm的SiNx膜，來作為柵極絕緣膜63，接著，不在大氣中暴露表面，通過等離子體CVD法來形成200nm的a-SiH膜，來作為高電阻半導體膜64。用等離子體CVD法來形成20nm的n+-a-SiH膜，來作為低電阻半導體膜65。之后，通過光刻和蝕刻對高電阻半導體膜64和低電阻半導體膜65的疊層進行島形加工(圖7(b))。
之后，通過濺射法來形成源極·漏極電極金屬66(圖7(c))。之后，涂布抗蝕劑67(圖7(d))，通過光刻和蝕刻來對溝道部的上部進行開口，之后，通過相同的抗蝕劑圖案來蝕刻低電阻半導體膜65，形成背面溝道(圖7(e))。
該工序通常被稱為溝道蝕刻工序。
為了保護因蝕刻而露出的背面溝道，由CVD法來形成300nm的氮化硅膜作為保護膜68。最后，通過光刻和蝕刻保護膜68的規(guī)定部分，形成連接象素電極的開口69，完成TFT。
發(fā)明概述但是，上述制造方法中存在如下問題。即，為了減小低電阻半導體膜65和高電阻半導體膜64的蝕刻選擇比，在溝道蝕刻工序中產生過蝕刻，在蝕刻低電阻半導體膜65的同時，也必然蝕刻高電阻半導體膜64(圖7(e))。當產生這種過蝕刻時，損失了作為背面溝道的a-SiH膜的氫，產生在膜的縱向上的均勻性損失等所謂蝕刻損害。由于該蝕刻損害，TFT特性惡化，例如TFT的電場效果遷移率降低至一半。
另一方面，當為了減小背面溝道所對應的蝕刻損害而加大高電阻半導體膜64的膜厚時，制膜所需的時間增多，生產率降低。另外，當增大制膜速度來縮短制膜時間時，膜的質量降低。換言之，前者導致生產間隔時間增多，制造成本上升，后者導致合格率下降和TFT特性下降，因此，在現有的技術中，不能高效地制造可充分用作顯示高精度動畫的顯示裝置用的底部柵極結構的TFT。
本發(fā)明的第一目的是提供一種可解決上述問題的底部柵極結構TFT的制造方法，第二個目的是提供一種適用該制造方法的液晶顯示裝置和有機電場發(fā)光顯示裝置。解決上述問題的本發(fā)明如下構成。
第一發(fā)明組(1)第一發(fā)明的底部柵極型薄膜晶體管制造方法具有如下步驟·在絕緣性襯底上形成柵極的步驟，·形成柵極絕緣膜來覆蓋所述柵極的步驟，·在所述柵極絕緣膜上形成溝道用半導體薄膜的步驟，·在所述溝道用半導體薄膜上形成源極·漏極用半導體薄膜的步驟，
·在將所述溝道用半導體薄膜和所述源極·漏極用半導體薄膜構成的疊層加工成島形后，疊層源極·漏極用金屬的步驟，·在深度方向上蝕刻暫時疊層的所述源極·漏極用金屬的溝道預定區(qū)域，使源極·漏極用半導體薄膜露出的源極·漏極形成步驟，·使用非離子性激發(fā)子，在深度方向上蝕刻去除在所述源極·漏極形成步驟中露出的源極·漏極用半導體薄膜部分，形成溝道的溝道形成步驟。
在該制造方法中，使用非離子性激發(fā)子來進行源極·漏極用半導體薄膜的蝕刻(所謂溝道蝕刻)，當使用非離子性激發(fā)子時，因為激發(fā)子不使電場加速，所以降低了對背面溝道的蝕刻損害。因此，提高了制造時的合格率率，進一步提高溝道蝕刻型底部柵極結構TFT的品質可靠性。
(2)在上述(1)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，可使化學分子與電阻加熱的金屬接觸，進行分解后生成所述非離子性激發(fā)子。
該方法為應用觸媒CVD法的方法，可通過簡單的裝置來大量生成非離子性激發(fā)子。另外，若為該方法(接觸分解反應法)，則難以生成離子性激發(fā)子。這里，在化學分子中也包含H2分子等由相同元素構成的分子。
(3)在上述(2)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，使化學分子與電阻加熱的金屬接觸、進行分解后生成的所述非離子性激發(fā)子為原子團。
原子團作為非離子性激發(fā)子，因為能量大，所以蝕刻效率好。
(4)在上述(3)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，作為所述金屬，可使用鎢、鉭、鉬、釩、鉑、釷構成的組中選擇的金屬或由所述組選擇的兩種以上金屬構成的合金。
這些金屬用作接觸分解反應觸媒，熔點高，可電阻加熱，其中鎢最好。鎢之所以最好是因為它在所有金屬中的熔點最高，可非常高效地將氫氣分解成原子團，并且，即使蒸發(fā)的鎢混入硅半導體內，只要是微量，就不會對TFT特性產生致命的損害。
(5)在上述(4)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，在所述源極·漏極用半導體薄膜的蝕刻后，不在大氣中暴露該蝕刻表面，可形成作為保護膜的氮化硅膜。
當將溝道表面暴露于大氣中時，表面污染，從而導致TFT特性惡化，所以最好不在大氣中暴露溝道表面，而用保護膜進行保護。在本發(fā)明中，也可使用保護膜形成中使用的接觸分解反應裝置來進行溝道蝕刻。因為可在溝道蝕刻后連續(xù)形成保護膜，所以可容易實現上述結構。
(6)在上述(5)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，所述溝道用半導體薄膜為硅薄膜，所述源極·漏極用半導體薄膜為攙雜n型雜質的硅薄膜。
當對硅薄膜或攙雜n型雜質的硅薄膜的半導體進行使用激發(fā)子的溝道蝕刻時，可顯著發(fā)揮本發(fā)明的作用效果。但是，本發(fā)明不限于這些半導體膜。例如可使用硅·鍺薄膜等。
(7)在上述(6)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，所述硅薄膜為非晶硅薄膜或多晶硅薄膜。
(8)在上述(1)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，所述非離子性激發(fā)子為非離子性原子團。
(9)在上述(1)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，在所述源極·漏極用半導體薄膜的蝕刻后，不在大氣中暴露該蝕刻表面，形成作為保護膜的氮化硅膜。
(10)在上述(2)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，作為所述金屬，可使用鎢、鉭、鉬、釩、鉑、釷構成的組中選擇的金屬或由所述組選擇的兩種以上金屬構成的合金。
(11)在上述(3)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，作為化學分子可使用氫或氨或二者的混合物。
這些物質與電阻加熱的金屬接觸時容易分解，生成原子團。因此可高效地進行溝道蝕刻。
(12)在上述(3)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，所述非離子性原子團是氫原子團。
因為氫原子團不蝕刻鋁(Al)或鈦(Ti)等金屬，所以可將使用Al或Ti等金屬的源極·漏極作為掩模來進行溝道蝕刻。因此，該結構可提高TFT的生產性。將源極·漏極金屬作為掩模的技術已記載于日本特開平6-30397號公報中。該技術使用CH4或NF3來作為蝕刻氣體，使用Cr作為源極·漏極金屬。原因是若是由Cr以外的金屬構成的源極·漏極時，會因CH4或NF3而受到損害。因此，在上述結構中，因為使用氫原子團，所以在源極·漏極金屬中可使用Ti或Al。
(13)在上述(3)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，所述非離子性原子團是鹵素原子團。
因為鹵素原子團即使在作為半導體薄膜的硅薄膜表面上存在自然氧化膜時，也可容易地蝕刻自然氧化膜，所以不會降低對于硅的蝕刻均勻性。
(14)在上述(13)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，所述非離子性原子團是氟原子團。
氟原子團的優(yōu)點在于，例如可較容易確保源極·漏極用金屬等金屬和作為半導體薄膜的硅的選擇比。
(15)在上述(1)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，所述溝道形成步驟中的非離子性激發(fā)子的蝕刻是如下的蝕刻在與進行該蝕刻的容器分別設置的微波等離子體生成室中產生激發(fā)子，從該激發(fā)子中僅選擇非離子性激發(fā)子，導入該容器內。
等離子體生成裝置中生成的激發(fā)子中包含離子性激發(fā)子，通過等離子體裝置中發(fā)生的直流電場分量來進行加速。因此，當使用包含離子性激發(fā)子的等離子體進行溝道蝕刻時，溝道中會產生蝕刻損害。但在上述結構中，因為僅選擇使用非離子性激發(fā)子，所以激發(fā)子不會由于直流電場加速。因此降低了蝕刻損害。
(16)在上述(15)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，所述選擇的非離子性激發(fā)子為非離子性原子團。
(17)在上述(15)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，在所述源極·漏極用半導體薄膜的蝕刻后，不在大氣中暴露該蝕刻表面，形成作為保護膜的氮化硅膜。
當在大氣中暴露蝕刻表面時，該表面被污染，晶體管特性下降，若為上述結構，則因為沒有污染，所以可提高制造合格率，并提高品質可靠性。
第二發(fā)明組(18)第二發(fā)明的底部柵極型薄膜晶體管制造方法具有如下步驟·在絕緣性襯底上形成柵極的步驟，·形成柵極絕緣膜來覆蓋所述柵極的步驟，·在所述柵極絕緣膜上形成溝道用半導體薄膜的步驟，·在所述溝道用半導體薄膜上形成源極·漏極用半導體薄膜的步驟，
·在將所述溝道用半導體薄膜和所述源極·漏極用半導體薄膜構成的疊層加工成島形后，疊層源極·漏極用金屬的步驟，·在深度方向上蝕刻暫時疊層的所述源極·漏極用金屬的溝道預定區(qū)域，使源極·漏極用半導體薄膜露出的源極·漏極形成步驟，·使用分解包含氮原子的化學分子生成的含氮非離子性分解生成物來氮化在所述源極·漏極形成步驟中露出的源極·漏極用半導體薄膜部分的步驟。
在該結構中，形成使用分解包含氮原子的化學分子生成的含氮非離子性分解生成物來氮化覆蓋在溝道上方的源極·漏極用半導體薄膜部分(氮化區(qū)域)的氮化膜，作為該方法，在氮化時并非無用地氮化下層的溝道用半導體薄膜，而是可確實僅氮化源極·漏極用半導體薄膜的氮化區(qū)域，所以可實現良好的晶體管特性。在氮化的同時形成于氮化區(qū)域下層的溝道不暴露于大氣中，由上層的保護膜來保護。因此，當如上述構成時，可進一步提高TFT的可靠性·穩(wěn)定性。
在用溝道氧化或溝道氮化來代替底部柵極型TFT的溝道蝕刻步驟的方法記載于日本特許第3191745號公報中。具體而言，記載了如下方法在包含氧離子、或氧離子和氮離子、或氮原子團的等離子體中暴露n型化的非晶硅膜，將n型化的非晶硅膜變?yōu)橛傻趸嫵傻慕^緣膜。另外，當活性層為a-SiH的情況下，若為氧化法，從現有技術可知閾值電壓以下的晶體管特性降低。因此，氮化法比氧化法好。但是，上述公報中記載的氮化法為使用等離子體的方法，該方法難以得到充分的氮化速度。因為等離子體中包含有離子性分解生成物，所以受到電場加速而高速沖擊半導體膜。因此，對n型化的非晶硅膜下層中的硅膜造成損害，惡化晶體管特性。與之相反，在上述本發(fā)明構成的方法中，因為使用含氮非離子性分解生成物，所以對背面溝道的損害少。當如上述構成時，可實現穩(wěn)定的晶體管特性。
(19)在上述(18)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，可使含有氮原子的化學分子與電阻加熱的金屬接觸，進行分解后生成所述含氮非離子性分解生成物。
當如此構成時，可高效地生成含氮非離子性分解生成物，提高生產性。
(20)在上述(19)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，使用氨來作為包含所述氮原子的化學分子。
當使用氨來作為包含所述氮原子的化學分子時，通過與電阻加熱金屬的接觸分解反應來高效生成含氮非離子性分解生成物，從而可迅速進行氮化。
(21)在上述(19)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，作為所述電阻加熱金屬，可使用鎢、鉭、鉬、釩、鉑、釷構成的組中選擇的金屬或由所述組選擇的兩種以上金屬構成的合金。
優(yōu)選這些金屬作為接觸分解反應觸媒，熔點高，可電阻加熱。在作為用于接觸分解反應的金屬中，鎢最好。鎢在所有金屬中的熔點最高，可高效地分解包含氮原子的化學分子，并且，即使蒸發(fā)的鎢混入硅半導體內，只要是微量，就不會對TFT特性產生致命的損害。
(22)在上述(19)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，所述溝道用半導體薄膜為硅薄膜，所述源極·漏極用半導體薄膜為攙雜n型雜質的硅薄膜。
當對硅半導體膜適用使用含氮非離子性分解生成物來進行的溝道氮化時，可達到非常顯著的作用效果。
(23)在上述(22)方式的底部柵極型薄膜晶體管制造方法中，所述硅薄膜為非晶硅薄膜或多晶硅薄膜。
使用含氮非離子性分解生成物來進行的溝道氮化在非晶硅薄膜或多晶硅薄膜中可達到進一步顯著的作用效果。
第三發(fā)明組(24)第三發(fā)明的底部柵極型薄膜晶體管包括·在絕緣性襯底上形成的柵極，·形成來覆蓋所述柵極的柵極絕緣膜，·由所述柵極絕緣膜上疊層的第一半導體薄膜構成的溝道區(qū)域，·由所述溝道區(qū)域以外的區(qū)域上疊層的第二半導體薄膜構成的源極·漏極區(qū)域，·形成于所述第二半導體薄膜上的源極·漏極，·形成于所述溝道區(qū)域上的作為保護膜的氮化硅膜；其中，在接近所述溝道區(qū)域的所述氮化硅膜的表面附近，包含從鎢、鉭、鉬、釩、鉑、釷構成的組中選擇的一種以上的元素，所述一種以上的元素的合計原子濃度為1*1016·cm-3以上，1*1019·cm-3以下。
發(fā)明者們發(fā)現在使用電阻加熱的金屬和氣體分子的接觸分解反應來生成原子團等非離子性激發(fā)子時，電阻加熱的金屬蒸發(fā)，雖然量很少，但也混入作為溝道的第一半導體薄膜中。但是，當作為至少從鎢、鉭、鉬、釩、鉑、釷構成的組中選擇的金屬的情況下，若其混入量為1*1016·cm-3以上，1*1019·cm-3以下的原子濃度，則可知基本不會對晶體管特性產生致命的壞影響。根據上述知識來完成上述結構。
(25)在上述(24)方式的底部柵極型薄膜晶體管中，所述第一半導體薄膜為硅薄膜，所述第二半導體薄膜為攙雜n型雜質的硅薄膜。
(26)在上述(25)方式的底部柵極型薄膜晶體管中，所述硅薄膜和攙雜n型雜質的硅薄膜為非晶硅薄膜或多晶硅薄膜。
第四發(fā)明組(27)第四發(fā)明的底部柵極型薄膜晶體管包括·在絕緣性襯底上形成的柵極，·形成來覆蓋所述柵極的柵極絕緣膜，·由所述柵極絕緣膜上疊層的第一半導體薄膜構成的溝道，·由所述第一半導體薄膜上疊層的第二半導體薄膜構成的源極·漏極，·氮化所述溝道正上方的第二半導體薄膜部分構成的氮化區(qū)域，·在所述氮化區(qū)域以外的第二半導體薄膜上形成的源極·漏極；其中，在接近所述溝道的所述氮化區(qū)域側的表面附近，包含從鎢、鉭、鉬、釩、鉑、釷構成的組中選擇的一種以上的元素，所述一種以上的元素的合計原子濃度為1*1016·cm-3以上，1*1019·cm-3以下。
(28)在上述(27)方式的底部柵極型薄膜晶體管中，所述第一半導體薄膜為硅薄膜，所述第二半導體薄膜為攙雜n型雜質的硅薄膜。
(29)在上述(28)方式的底部柵極型薄膜晶體管中，所述硅薄膜和攙雜n型雜質的硅薄膜為非晶硅薄膜或多晶硅薄膜。
第五發(fā)明組(30)第五發(fā)明的液晶顯示裝置包括第一襯底，包括多個掃描電極、與所述多個掃描電極交叉的多個信號電極、在所述多個掃描電極和多個信號電極的各交叉部上至少設置一個的薄膜晶體管、和與所述薄膜晶體管連接的象素電極，
第二襯底，具有對置電極，該對置電極被配置成與所述象素電極相對，和夾在所述第一襯底和第二襯底之間的液晶；其中，所述薄膜晶體管為所述(24)至(29)之一所述的底部柵極型薄膜晶體管。
當將所述(24)至(29)之一所述的底部柵極型薄膜晶體管用作液晶顯示裝置用TFT時，可充分發(fā)揮其特性。當為上述結構時，可實現動作穩(wěn)定性優(yōu)化的液晶顯示裝置。
第六發(fā)明組(31)第六發(fā)明的液晶顯示裝置包括第一襯底，包括多個掃描電極、與所述多個掃描電極交叉的多個信號電極、在所述多個掃描電極和多個信號電極的各交叉部上至少設置一個的薄膜晶體管、和與所述薄膜晶體管連接的象素電極，第二襯底，具有對置電極，該對置電極被配置成與所述象素電極相對，和夾在所述第一襯底和第二襯底之間、包含有機電場發(fā)光材料的層；其中，所述薄膜晶體管為所述(24)至(29)之一所述的底部柵極型薄膜晶體管。
即使將所述(24)至(29)之一所述的底部柵極型薄膜晶體管用作有機電場發(fā)光顯示裝置用的開關元件，也可充分發(fā)揮其特性。當為上述結構時，可實現動作穩(wěn)定性優(yōu)化的液晶顯示裝置。
附圖的簡要說明

圖1是表示根據實施例1的底部柵極TFT的制造方法的各步驟的示意剖面圖。
圖2是表示實施例1和實施例2中使用的蝕刻及氮化裝置的示意圖。
圖3是根據實施例1的底部柵極TFT的平面示意圖。
圖4是表示根據實施例2的底部柵極TFT的制造方法的步驟的示意剖面圖。
圖5是表示可在實施例1和實施例2中使用的蝕刻及氮化裝置的其它實例的示意圖。
圖6是表示根據實施例3-5的顯示裝置概要的斜視圖。
圖7是表示現有的底部柵極TFT的制造方法的各步驟的示意剖面圖。
最佳實施例的說明根據實施例來說明本發(fā)明中底部柵極型TFT及其制造方法。在以下的實施例中，用a-SiH作為高電阻半導體膜，用攙雜磷的n型a-SiH作為低電阻半導體膜。但本發(fā)明不限于此，作為半導體膜，例如可使用多晶硅(也包含微結晶硅)、非晶硅·鍺、多晶硅·鍺等。本說明中的高電阻半導體膜被稱為溝道用半導體薄膜或第一半導體薄膜，低電阻半導體膜被稱為源極·漏極用半導體薄膜或第二半導體薄膜。
(實施例1)實施例1涉及由氫原子團來實施溝道蝕刻步驟的底部柵極型TFT的制造方法。
如圖1所示，在絕緣性襯底1上通過濺射法來形成200nm的柵極金屬膜，通過光刻和蝕刻來進行島形加工，形成柵極2(圖1(a))。作為柵極金屬，例如使用鋁或鈦等高熔點金屬與鋁的疊層膜。
通過CVD法來形成300nm的SiNx膜，來作為柵極絕緣膜3。接著，通過CVD法來形成200nm的a-SiH膜，來作為成為溝道層的高電阻半導體膜4。之后，用CVD法來形成20nm的n+-a-SiH膜，來作為低電阻半導體膜5。之后，通過光刻和蝕刻對高電阻半導體膜4和低電阻半導體膜5構成的疊層進行島形加工(圖1(b))。
之后，通過濺射法來形成源極·漏極電極金屬6(圖1(c))。
可使用例如鋁膜或鈦等高熔點金屬與鋁的疊層膜來作為源極·漏極金屬。
之后，在源極·漏極金屬6上形成光致抗蝕劑7(圖1(d))，通過光刻和蝕刻來對溝道部的上部進行開口，在該蝕刻中，不蝕刻低電阻半導體膜5。
之后，除去上述光致蝕刻劑7，使用圖2的蝕刻裝置，將上述形成規(guī)定形狀的源極·漏極作為掩模，對低電阻半導體膜5進行非離子性氫原子團的蝕刻。由此形成背面溝道(圖1(f))。該步驟的詳細內容如后述。
在形成溝道后，接著使用圖2的裝置，通過CVD法在襯底表面上形成膜厚300nm氮化硅膜構成的保護膜8。之后，如圖1(g)所示，通過光刻和蝕刻來對規(guī)定部分進行開口。該開口9用于連接象素電極。如上所述完成實施例1的底部柵極型TFT。該TFT的平面示意圖如圖3所示。圖1(g)是圖3的A-A’線的剖面圖。
下面說明使用上述蝕刻裝置的非離子性氫原子團的蝕刻步驟。圖2表示實施例1中使用的蝕刻裝置的示意圖。
圖2中，首先在兼作裝載臺的襯底加熱器26上裝載圖1(e)步驟結束后的襯底23。接著，用真空泵去除真空容器21內的空氣。之后，通過襯底加熱器26將襯底23的溫度加熱到例如250℃，同時，從外部電源25向由直徑0.2mm-0.8mmφ左右的鎢絲構成的金屬線22供電，將金屬線22加熱到1400℃-2100℃。在該狀態(tài)下，從導入口24向真空容器21內導入例如氫，形成10Pa左右壓力較低的氫氣氣氛。由此，真空容器21內的氫氣與金屬線22接觸，引起接觸分解反應，生成非離子性氫原子團。該氫原子團進行分子運動，沖擊襯底23，蝕刻源極·漏極6未覆蓋的部分的低電阻半導體膜(圖1(f)。由此形成背面溝道。
這里，所述溝道蝕刻步驟中的蝕刻速度隨加熱金屬線的溫度、襯底溫度、容器內的氣壓、加熱金屬線與襯底的距離等條件變化而變化。通過適當設定這些條件，可高效形成蝕刻損害少、品質高的溝道，本發(fā)明者們確認當蝕刻速度為200nm/min以上時，可制造TFT特性偏差少、品質高的TFT。
雖然上述溝道蝕刻步驟中使用氫來作為激發(fā)子的發(fā)生源，但激發(fā)子的發(fā)生源(化學分子)不限于氫。例如可使用氨、N2H4、水蒸氣或它們的混合氣體等。
在上述實施例中，雖然描述了通過氫原子團來實施溝道蝕刻的情況，但不用說，本發(fā)明并不限于此。例如可使用氟原子團等鹵素原子團來代替氫原子團。例如可使用NF3、CF4來作為氟原子團的發(fā)生源(化學分子)。
另外，上述溝道蝕刻步驟中使用的激發(fā)子只要是非離子性的就足夠了，但在必要時也可不是原子團。如果是非離子性激發(fā)子，則因為通過自身偏壓來加速，所以產生蝕刻損害的程度小。
當將上述蝕刻形成的背面溝道暴露于大氣中時，其表面被污染，降低了TFT性能。因此，期望在上述溝道形成后就接著進行保護膜8的疊層。這里，因為上述蝕刻裝置也可用作觸媒CVD裝置，所以當使用上述蝕刻裝置時，可在背面溝道形成后連續(xù)形成保護膜8。因此，通過本實施例，可制作防止背面溝道表面的污染的底部柵極型TFT。
另外，氫原子團等激發(fā)子可在例如100Pa左右壓力的氫氣氣氛中發(fā)生高頻等離子體，如為該方法，則也可生成離子性激發(fā)子。但是，通過高頻等離子體產生的直流分量(自身偏壓)加速離子性激發(fā)子的結果，在低電阻半導體膜下層的高電阻半導體膜中產生所謂的蝕刻損害。與之相反，上述蝕刻裝置中產生的激發(fā)子為非離子性的，從使用加熱金屬線22的原理可知，因為不會產生致命的自身偏壓，所以可進一步減少上述蝕刻損害。因此，最好使用使氫氣等氣體狀分子(將這種分子稱為化學分子)與電阻加熱金屬線接觸分解的方法來生成的激發(fā)子。
但在本發(fā)明中也可使用高頻等離子體發(fā)生的激發(fā)子。此時，上述蝕刻裝置和其它裝置、例如微波等離子體裝置等發(fā)生激發(fā)子，通過施加偏壓的網格電極將該激發(fā)子僅作為非離子性激發(fā)子，將該激發(fā)子導入上述蝕刻裝置后進行蝕刻，必要時采用所謂的遠程等離子體方式。圖5表示遠程等離子體方式中的裝置的實例。
圖5中，標號56為高頻等離子體發(fā)生室，54為兼作上部電極的氣體導入口，其中內置去除離子性激發(fā)子的網格電極。51為容器，53為兼作下部電極的襯底加熱器，55為高頻電極。
(實施例2)實施例2涉及TFT制造方法，具有代替實施例1中的溝道蝕刻步驟，使用氮原子團或活性NHx(x＝1-3)來氮化成為溝道的高電阻半導體膜正上方的低電阻半導體膜部分(氮化區(qū)域)的步驟。
圖4表示實施例2的制造過程中的各步驟的剖面圖。圖4(a)-(e)中與上述實施例1相同，所以下面說明氮化步驟以后的步驟。
實施例2的溝道蝕刻步驟也使用圖2的裝置，基本上與上述實施例2同樣操作。即，在兼作裝載臺的襯底加熱器26上裝載圖4(e)步驟結束后的襯底。接著，用真空泵去除真空容器21內的空氣。之后，通過襯底加熱器26將襯底23的溫度加熱到例如300℃，同時，從外部電源25向由直徑0.2mm-0.8mmφ左右的鎢絲構成的金屬線22供電，將金屬線22加熱到1000℃-1800℃。在該狀態(tài)下，從導入口24向真空容器21內導入氨，形成10Pa左右壓力較低的氨氣氣氛。由此，真空容器21內的氨氣(化學分子)與金屬線22接觸，引起接觸分解反應，生成非離子性分解生成物(氮原子團或NHx(x＝1-2))，該非離子性分解生成物沖擊襯底23，氮化源極·漏極6未覆蓋的部分的低電阻半導體膜(圖4(f))。由此形成氮化膜48(所謂氮化區(qū)域)，在其下形成溝道。
與實施例1的情況相同，通過該方法可不產生致命的離子性激發(fā)子，所以不會由于自身偏壓的加速而對溝道產生損害。通過氮化膜48來保護溝道，因為不與大氣接觸，所以可制造晶體管特性的偏離少、優(yōu)化可靠性的TFT。
這里，襯底溫度為300℃，若為該溫度時，可順利地進行氮化。另外，金屬線22的溫度為從1000℃至1800℃左右，若為該溫度時，難以引起因氨(NH3)分解產生的氫原子團的蝕刻，因為氮化成為優(yōu)勢，所以較適用。
雖然上述使用氨，但非離子性分解生成物的發(fā)生源不限于氨，也可是包含氮原子的化合物。但是，最好是接觸分解容易的化學分子，作為這種化合物，例如可使用N2H4。
另外，氮化速度可通過金屬線溫度、襯底溫度、氣壓、金屬線與襯底的距離等來調節(jié)。
另外，圖2中作為接觸分解反應用金屬，表示了線形的金屬線22，但觸媒金屬的形狀不限于此。也可是板狀或線圈狀等(實施例1中也相同)。
圖4中，標號41為襯底，42為柵極金屬，43為柵極絕緣膜，44為高電阻半導體薄膜，45為低電阻半導體薄膜，46為源極·漏極，47為抗蝕劑、48為氮化區(qū)域，49為保護膜，410為開口部。
(觸媒金屬與TFT特性的關系)在上述實施例1和2中，將鎢用作接觸分解反應中的觸媒金屬，但本發(fā)明中可使用的觸媒金屬不限于鎢。本發(fā)明者們通過實驗確認鎢、鉬、鉭、釩、鉑、釷或其合金等也可得到相同的效果。在該實驗中，將使用電阻加熱的金屬(觸媒金屬)的接觸分解反應適用于溝道蝕刻時，雖然是微量，但也認為觸媒金屬混入溝道中。原因在于，即使是熔點溫度以下的加熱，金屬也會蒸發(fā)，因此將其混入半導體層中。對該點作進一步研究。該結果可從下述了解。
(1)通過使用的觸媒金屬的種類、加熱溫度、溝道蝕刻處理時間、容器內殘留氧濃度等來對TFT溝道的觸媒金屬的混入量進行大變動。
(2)若條件相同，當將鎢作為觸媒金屬時，金屬的混入量少。其原因在于鎢在金屬中熔點最高，而蒸發(fā)氣壓低。
(3)向溝道中的觸媒金屬混入量如下。在使用鎢，金屬溫度為1800℃，溝道蝕刻處理時間約為1分鐘，氫分壓為10Pa，容器內的氧分壓(殘留氧量)非常少的條件(10-4Pa以下左右)下，原子濃度為1*1016·cm-3。
在上述容器內的氧分壓(殘留氧量)多的條件(10-2Pa左右)條件下，原子濃度為1*1019·cm-3。容器內的殘留氧濃度對混入量影響很大，當金屬由氧化物構成時，熔點下降，易蒸發(fā)。
(4)即使殘留氧濃度少，但當觸媒金屬溫度高時，混入量增加，例如觸媒金屬溫度為2100℃，溝道蝕刻處理時間約為1分鐘時，鎢混入量為1*1016cm-3原子濃度。認為在由硅薄膜構成的溝道中混入1*1019·cm-3原子濃度的鎢的TFT可用作晶體管。因為鎢在硅中不形成深的能級，載波的消失概率變動不大，所以最好用作電阻加熱的觸媒金屬。
(實施例3)在絕緣襯底上將上述實施例1中的TFT形成為矩陣形時，形成象素電極來與漏極連接，另外，可使用公知的方法來制作液晶顯示裝置。向該液晶顯示裝置輸入視頻信號，驅動各TFT，與使用現有制造方法中的TFT的情況相比，可確實開關各象素，結果可顯示良好的圖像。
(實施例4)與上述實施例3相同，使用實施例2中的TFT來制作液晶顯示裝置。向該液晶顯示裝置輸入視頻信號，驅動各TFT。結果，確認穩(wěn)定的開關動作。
(實施例5)另外，使用上述實施例1或2中的TFT來制作有機電場發(fā)光顯示裝置，與液晶顯示裝置的情況相同，與使用現有制造方法中的TFT的情況相比，可得到穩(wěn)定的顯示性能。
圖6表示根據實施例3-5的顯示裝置的基本結構。圖6的標號71為陣列襯底，72為對置襯底，73為柵極線，74為源極線，75為薄膜晶體管，76為黑色矩陣，77為液晶或有機電場發(fā)光材料。
如上所述，在本發(fā)明的底部柵極TFT及其制造方法中，可以非常低的損害來實現溝道蝕刻步驟。另外，可防止背面溝道因大氣暴露的污染。由此可實現TFT特性的提高及因此的合格率提高。另外，通過TFT特性的提高來以大畫面來實現高精度的顯示裝置。另外，通過背面溝道的損害降低或污染降低，即使變薄a-SiH膜，也可會引起TFT特性下降，所以可實現a-SiH制膜時間的縮短或CVD容器的清洗周期延長引起的制造間隔的縮短。
權利要求
1.一種底部柵極型薄膜晶體管制造方法，包括如下步驟·在絕緣性襯底上形成柵極的步驟，·形成柵極絕緣膜來覆蓋所述柵極的步驟，·在所述柵極絕緣膜上形成溝道用半導體薄膜的步驟，·在所述溝道用半導體薄膜上形成源極·漏極用半導體薄膜的步驟，·在將所述溝道用半導體薄膜和所述源極·漏極用半導體薄膜構成的疊層加工成島形后，疊層源極·漏極用金屬的步驟，·在深度方向上蝕刻暫時疊層的所述源極·漏極用金屬的溝道預定區(qū)域，使源極·漏極用半導體薄膜露出的源極·漏極形成步驟，和·使用非離子性激發(fā)子，在深度方向上蝕刻去除在所述源極·漏極形成步驟中露出的源極·漏極用半導體薄膜部分，形成溝道的溝道形成步驟。
2.根據權利要求1所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，可使化學分子與電阻加熱的金屬接觸，進行分解后生成所述非離子性激發(fā)子。
3.根據權利要求2所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，使化學分子與電阻加熱的金屬接觸、進行分解后生成的所述非離子性激發(fā)子為原子團。
4.根據權利要求3所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，作為所述金屬，可使用鎢、鉭、鉬、釩、鉑、釷構成的組中選擇的金屬或由所述組選擇的兩種以上金屬構成的合金。
5.根據權利要求4所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，在所述源極·漏極用半導體薄膜的蝕刻后，不在大氣中暴露該蝕刻表面，可形成作為保護膜的氮化硅膜。
6.根據權利要求5所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，所述溝道用半導體薄膜為硅薄膜，所述源極·漏極用半導體薄膜為攙雜n型雜質的硅薄膜。
7.根據權利要求6所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，所述硅薄膜為非晶硅薄膜或多晶硅薄膜。
8.根據權利要求1所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，所述非離子性激發(fā)子為非離子性原子團。
9.根據權利要求1所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，在所述源極·漏極用半導體薄膜的蝕刻后，不在大氣中暴露該蝕刻表面，形成作為保護膜的氮化硅膜。
10.根據權利要求2所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，作為所述金屬，可使用鎢、鉭、鉬、釩、鉑、釷構成的組中選擇的金屬或由所述組選擇的兩種以上金屬構成的合金。
11.根據權利要求3所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，作為化學分子可使用氫或氨或二者的混合物。
12.根據權利要求3所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，所述非離子性原子團是氫原子團。
13.根據權利要求3所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，所述非離子性原子團是鹵素原子團。
14.根據權利要求13所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，所述非離子性原子團是氟原子團。
15.根據權利要求1所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，所述溝道形成步驟中的非離子性激發(fā)子的蝕刻是如下的蝕刻在與進行該蝕刻的容器分別設置的微波等離子體生成室中發(fā)生激發(fā)子，從該激發(fā)子中僅選擇非離子性激發(fā)子，導入該容器內。
16.根據權利要求15所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，所述選擇的非離子性激發(fā)子為非離子性原子團。
17.根據權利要求15所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，在所述源極·漏極用半導體薄膜的蝕刻后，不在大氣中暴露該蝕刻表面，形成作為保護膜的氮化硅膜。
18.一種底部柵極型薄膜晶體管制造方法，包括如下步驟·在絕緣性襯底上形成柵極的步驟，·形成柵極絕緣膜來覆蓋所述柵極的步驟，·在所述柵極絕緣膜上形成溝道用半導體薄膜的步驟，·在所述溝道用半導體薄膜上形成源極·漏極用半導體薄膜的步驟，·在將所述溝道用半導體薄膜和所述源極·漏極用半導體薄膜構成的疊層加工成島形后，疊層源極·漏極用金屬的步驟，·在深度方向上蝕刻暫時疊層的所述源極·漏極用金屬的溝道預定區(qū)域，使源極·漏極用半導體薄膜露出的源極·漏極形成步驟，和·使用分解包含氮原子的化學分子生成的含氮非離子性分解生成物來氮化在所述源極·漏極形成步驟中露出的源極·漏極用半導體薄膜部分的步驟。
19.根據權利要求18所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，可使含有氮原子的化學分子與電阻加熱的金屬接觸，進行分解后生成所述含氮非離子性分解生成物。
20.根據權利要求19所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，使用氨來作為包含所述氮原子的化學分子。
21.根據權利要求19所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，作為所述電阻加熱金屬，可使用鎢、鉭、鉬、釩、鉑、釷構成的組中選擇的金屬或由所述組選擇的兩種以上金屬構成的合金。
22.根據權利要求19所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，所述溝道用半導體薄膜為硅薄膜，所述源極·漏極用半導體薄膜為攙雜n型雜質的硅薄膜。
23.根據權利要求22所述的底部柵極型薄膜晶體管制造方法，其中，所述硅薄膜為非晶硅薄膜或多晶硅薄膜。
24.一種底部柵極型薄膜晶體管，包括在絕緣性襯底上形成的柵極，形成來覆蓋所述柵極的柵極絕緣膜，由所述柵極絕緣膜上疊層的第一半導體薄膜構成的溝道，由所述溝道區(qū)域以外的區(qū)域上疊層的第二半導體薄膜構成的源極·漏極區(qū)域，形成于所述第二半導體薄膜上的源極·漏極，和形成于所述溝道區(qū)域上的作為保護膜的氮化硅膜；其中，在接近所述溝道區(qū)域的所述氮化硅膜的表面附近，包含從鎢、鉭、鉬、釩、鉑、釷構成的組中選擇的一種以上的元素，所述一種以上的元素的合計原子濃度為1*1016·cm-3以上，1*1019·cm-3以下。
25.根據權利要求24所述的底部柵極型薄膜晶體管，其中，所述第一半導體薄膜為硅薄膜，所述第二半導體薄膜為攙雜n型雜質的硅薄膜。
26.根據權利要求25所述的底部柵極型薄膜晶體管，其中，所述硅薄膜和所述攙雜n型雜質的硅薄膜為非晶硅薄膜或多晶硅薄膜。
27.一種底部柵極型薄膜晶體管，包括在絕緣性襯底上形成的柵極，形成來覆蓋所述柵極的柵極絕緣膜，由所述柵極絕緣膜上疊層的第一半導體薄膜構成的溝道，由所述第一半導體薄膜上疊層的第二半導體薄膜構成的源極·漏極，氮化所述溝道正上方的第二半導體薄膜部分構成的氮化區(qū)域，和在所述氮化區(qū)域以外的第二半導體薄膜上形成的源極·漏極；其中，在接近所述溝道的所述氮化區(qū)域側的表面附近，包含從鎢、鉭、鉬、釩、鉑、釷構成的組中選擇的一種以上的元素，所述一種以上的元素的合計原子濃度為1*1016·cm-3以上，1*1019·cm-3以下。
28.根據權利要求27所述的底部柵極型薄膜晶體管，其中，所述第一半導體薄膜為硅薄膜，所述第二半導體薄膜為攙雜n型雜質的硅薄膜。
29.根據權利要求28所述的底部柵極型薄膜晶體管，其中，所述硅薄膜和所述攙雜n型雜質的硅薄膜為非晶硅薄膜或多晶硅薄膜。
30.一種液晶顯示裝置，包括第一襯底，包括多個掃描電極、與所述多個掃描電極交叉的多個信號電極、在所述多個掃描電極和多個信號電極的各交叉部上至少設置一個的薄膜晶體管、和與所述薄膜晶體管連接的象素電極，第二襯底，具有對置電極，該對置電極被配置成與所述象素電極相對，和夾在所述第一襯底和第二襯底之間的液晶；其中，所述薄膜晶體管為所述權利要求24至29之一所述的底部柵極型薄膜晶體管。
31.一種液晶顯示裝置，包括第一襯底，包括多個掃描電極、與所述多個掃描電極交叉的多個信號電極、在所述多個掃描電極和多個信號電極的各交叉部上至少設置一個的薄膜晶體管、和與所述薄膜晶體管連接的象素電極，第二襯底，具有對置電極，該對置電極被配置成與所述象素電極相對，和夾在所述第一襯底和第二襯底之間、包含有機電場材料的層；其中，所述薄膜晶體管為所述權利要求24至29之一所述的底部柵極型薄膜晶體管。
全文摘要
在溝道蝕刻型底部柵極薄膜晶體管的制造中,可防止蝕刻步驟中溝道的蝕刻損害,提高晶體管的性能。通過使用電阻加熱金屬的接觸觸媒反應,由生成的氫原子團或氟原子團等非離子性激發(fā)子來進行溝道蝕刻,從而解決上述問題。另外,代替溝道蝕刻,通過由接觸分解電阻加熱金屬中所含的氮原子的化學分子生成的含氮非離子性分解生成物來氮化溝道正上方的源極、漏極半導體薄膜來解決。
文檔編號H01L21/302GK1353453SQ0114277
公開日2002年6月12日 申請日期2001年11月8日 優(yōu)先權日2000年11月8日
發(fā)明者坂井全弘, 寺內正治 申請人:松下電器產業(yè)株式會社