半導體裝置的制造方法和半導體裝置的制作方法

專利名稱：半導體裝置的制造方法和半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體裝置的制造方法和半導體裝置。更詳細而言， 涉及適宜應用在移動度較高的薄膜晶體管等的制造中的半導體裝置的 制造方法和應用該制造方法能夠得到的半導體裝置及顯示裝置。
背景技術：
半導體裝置是具備利用半導體的電特性的有源元件的電子裝置， 廣泛應用于音響設備、通信設備、計算機、家電設備等。其中，薄膜
晶體管(Thin Film Transistor;以下也稱為"TFT")在有源矩陣驅動方 式的液晶顯示裝置等中， 一般作為控制像素的驅動的開關元件或驅動 電路等使用。近年來，隨著液晶顯示裝置的大型化和高精細化的快速 發展，強烈要求TFT的高性能化，還要求制造成本的下降。
作為TFT的結構，己知有在玻璃基板上疊層基底絕緣膜、硅層、 柵極絕緣膜和柵電極，并在硅層上連接源電極和漏電極的結構。作為 基底絕緣膜和柵極絕緣膜，已知有使用氮化硅膜的情況(例如，參照 專利文獻1和2)。而且，近年來，在有源矩陣驅動方式的液晶顯示裝 置中，作為適宜于TFT的高性能化的硅層的材料，使用有多晶硅
(polysilicon)。多晶硅膜與無定形硅(非晶硅)相比，移動度優異， 還能夠實現低溫工藝的成膜。通過低溫工藝，能夠抑制玻璃基板在高 溫下產生應變，因此能夠如設計的那樣制造在基板上具有細微的結構 的TFT，有利于實現TFT的高性能化。另一方面，為了充分地引出多 晶硅膜的移動度，需要通過氫化處理使結晶粒界和結晶缺陷非活化的 工序。
與此相對，公開有在多晶硅膜的兩面或至少其中某一面上，形成 含有氫的含氫膜，使含氫膜中的氫游離并在多晶硅膜中擴散的技術(例 如，參照專利文獻3)。但是，當利用該技術制作TFT時，因為為了使 含氫膜中的氫游離需要足夠的高溫，所以難以通過低溫工藝制造TFT，
就這點而言還需要改進。
另外，以基板面的平坦化、TFT的保護等為目的， 一般在TFT的
上層配置層間絕緣膜。作為層間絕緣膜的形成方法，除了等離子體化
學氣相沉積(CVD)法之外，還公開有使用含有聚硅氮烷的液體材料 通過液相法形成的方法(例如，參照專利文獻4和5)。
專利文獻1:日本專利特開平5-275701號公報
專利文獻2:日本專利特開平11-163353號公報
專利文獻3:日本專利特開2001-93853號公報
專利文獻4:日本專利特開2005-203542號公報
專利文獻5:日本專利特開2005-93700號公報

發明內容
本發明是鑒于上述現狀而完成的，其目的是提供一種能夠以低溫 且簡單的工藝制造高性能的半導體裝置的半導體裝置的制造方法和使 用該制造方法而得到的半導體裝置及顯示裝置。
本發明的發明人在對以低溫工藝進行多晶硅層的氫化處理，制造 高性能的半導體裝置的方法進行了各種研究探討后，著眼于配置在多 晶硅膜的兩側的絕緣膜。發現在這些絕緣膜上設置氫阻隔層，在抑制 氫從多晶硅層的周圍擴散的基礎上進行多晶硅層的氫化處理，由此， 即使在低溫且短時間內進行多晶硅層的氫化退火的情況下，也能夠充 分地使多晶硅層的結晶粒界和結晶缺陷非活化，能夠得到較高的移動 度，于是想到能夠圓滿地解決上述問題，從而完成本發明。
艮口，本發明是一種半導體裝置的制造方法，該半導體裝置在基板
上依次具有第一絕緣膜、半導體層和第二絕緣膜，上述制造方法包括 形成包括氫阻隔層的第一絕緣膜的工序；在配置有第一絕緣膜的氫阻 隔層的區域上形成半導體層的工序；使半導體層中含有氫的工序；至 少在配置有半導體層的區域形成包括氫阻隔層的第二絕緣膜的工序； 和進行半導體層的氫化退火的工序。 以下，對本發明進行詳細說明。
本發明的半導體裝置的制造方法包括第一絕緣膜形成工序、半導 體層形成工序、氫注入工序、第二絕緣膜形成工序和氫化退火工序。本發明的半導體裝置的制造方法只要是具有這些工序，并不受其它工 序的特別限定。
上述第一絕緣膜形成工序是形成包括氫阻隔層的第一絕緣膜的工 序。作為第一絕緣膜的結構，只要包括氫阻隔層則沒有特別限定，既 可以由1層構成，也可以疊層有多層。氫阻隔層既可以僅包含在第一 絕緣膜的一部分區域，也可以包含在第一絕緣膜的所有區域，但是從 使第一絕緣膜形成工序簡單化的觀點出發，優選包含在第一絕緣膜的 所有區域。作為第一絕緣膜的氫阻隔層，只要氫透過性較低則沒有特
別限定，例如能夠列舉由Ta、 Ti、 Mo、 W等或它們的合金構成的金屬 膜、氮化硅膜等，其中優選氮化硅膜。作為氮化硅(SiNx)，沒有特別 限定，但特別優選四氮化三硅(Si3N4)。另外，因為氮氧化硅(SiNO) 的氫透過性也較低，所以能夠優選作為SiNx的代替材料使用。并且， 第一絕緣膜的氫阻隔層與半導體層的間隔優選不足200nm。在與半導 體層的間隔為200nm以上時，不能將氫保持在半導體層的附近，存在 不能在低溫下進行充分的氫化處理的可能。與半導體層的間隔的更加 優選的上限是100nm，進一步優選的上限為50nm。作為第一絕緣膜的 形成方法，優選化學氣相沉積(CVD)法等。
上述半導體層形成工序為在配置有第一絕緣膜的氫阻隔層的區域 上形成半導體層的工序。作為半導體層，從廉價性和量產性的觀點考 慮，優選為硅層，其中，從通過氫化處理實現高移動度的觀點出發， 特別優選為低溫多晶硅層、連續粒界結晶硅(CGS)層。作為半導體 層的形成方法沒有特別限定，例如能夠列舉以下方法利用CVD法等 形成無定形硅(非晶硅)膜，接著利用激光退火法等使無定形硅膜熔 融再結晶化而形成多晶硅膜，接著利用光刻法等對得到的多晶硅膜(半 導體膜)進行圖案化。
其中，在本發明中，只要半導體層的至少一部分在配置有第一絕 緣膜的氫阻隔層的區域上形成即可，但是從本發明的作用效果的觀點 出發，優選整個半導體層形成在配置有第一絕緣膜的氫阻隔層的區域 上。
上述氫注入工序為使半導體層中含有氫的工序。在上述半導體層 形成工序中形成半導體膜后，通常連續進行基于光刻法等的圖案化(半
導體層的完成)、雜質的注入、第二絕緣膜形成前的清洗等，上述氫注 入工序如果在半導體膜的形成后且在第二絕緣膜的形成前、或在第二 絕緣膜的形成中進行，則可以在任何階段實施。在本發明中，例如， 也可以在同一腔室中連續進行以下一連的工藝在通過CVD法形成第 二絕緣膜的Si02膜后，進行氫注入工序，之后形成作為第二絕緣膜的
氫含有層的SiNj莫。作為使之含有氫的方法，沒有特別限定，優選使
用暴露于氫氣氛圍的氫暴露處理、暴露于氫等離子體氛圍的氫等離子 體處理等。
上述第二絕緣膜形成工序為至少在配置有半導體層的區域形成包 括氫阻隔層的第二絕緣膜的工序。作為第二絕緣膜的結構，只要包括 氫阻隔層則沒有特別的限定，既可以由一層構成，也可以疊層有多層。 氫阻隔層只要包含在第二絕緣膜的配置有半導體層的區域即可，既可 以包含在第二絕緣膜的一部分區域，也可以包含在第二絕緣膜的所有 區域，但是從使第二絕緣膜形成工序簡單化的觀點出發，優選包含在 第二絕緣膜的所有區域。作為第二絕緣膜的氫阻隔層，只要氫透過性 較低即可，沒有特別限定，但是優選為氮化硅膜。并且，第二絕緣膜 的氫阻隔層優選也作為水分阻隔層起作用。通過使第二絕緣膜中存在 水分阻隔層，能夠防止水分從層間絕緣膜等的第二絕緣膜的上層浸入， 從而能夠防止半導體裝置的可靠性下降。作為水分阻隔層，只要透濕 性較低即可，沒有特別限定，例如能夠列舉由氮化硅構成的材料等。
進一步，第二絕緣膜的氫阻隔層與半導體層的間隔優選為不足200nm。 當與半導體層的間隔為200nm以上時，不能將氫保持在半導體層的附 近，存在不能在低溫下進行充分的氫化處理的可能。與半導體層的間 隔的更加優選的上限是100nm，進一步優選的上限為50nm。作為第二 絕緣膜的形成方法，優選CVD法等。
上述氫化退火工序為進行半導體層的氫化退火的工序。氫化退火 工序的實施也可以不僅僅以半導體層的氫化退火為目的。作為上述氫 化退火的方法沒有特別限定，能夠使用以高溫氣氛的爐進行加熱的方 法、RTA (Rapid Thermal Annealing:快速熱退火)法等。上述半導體 層的氫化退火優選在40(TC以下進行。在本發明中，因為使用封在氫阻 隔層間的氫進行氫化退火，所以與使氫從氫含有層放出的方法相比，
氫量的控制性較好，并且，能夠進行低溫下的氫化退火。如果在40(TC 以下，則能夠抑制玻璃基板的應變，有利于半導體裝置的細微化。另 外，作為柵電極能夠使用低價的Al或Al合金等低熔點金屬。半導體 層的氫化退火的更優選的溫度的上限是350。C，優選的下限是150°C。
根據本發明制造的半導體裝置只要在基板上依次具有第一絕緣 膜、半導體層和第二絕緣膜即可，沒有特別限定，例如能夠適當地使 用在第二絕緣膜上具有柵電極的方式(以下，也稱為頂部柵極結構)、 在第一絕緣膜下具有柵電極的方式(以下，也稱為底部柵極結構)、在 第一絕緣膜下和第二絕緣膜上分別具有柵電極的方式(以下，也稱為 雙柵極結構)。其中，本發明的半導體裝置的制造方法優選為40(TC以 下的低溫工藝。在此情況下，作為柵電極和基板的材料，能夠采用熱 變形溫度為40(TC以下的廉價的材料。因此，關于上述柵電極，如果考 慮廉價性則優選熱變形溫度為40(TC以下，例如能夠列舉Al (熔點 660.37°C)、 Al合金等。柵電極的熱變形溫度的更加優選的上限是 350°C。作為上述基板，優選具有絕緣性的基板(絕緣基板)，例如能 夠列舉玻璃基板、塑料基板。其中，關于上述基板，如果考慮廉價性， 則優選熱變形溫度為40(TC以下，例如能夠適當地使用塑料基板。基板 的熱變形溫度的更加優選的上限是350。C。根據本發明，通過40(TC以 下的低溫工藝，能夠進行氫化退火工序等半導體裝置的制造工序。因 此，對于柵電極、基板能夠使用熱變形溫度為400。C以下的材料，在這 種情況下本發明的制造方法特別適合。另外，在本說明書中，所謂熱 變形溫度是指被加熱的物質開始軟化、變形的溫度， 一般為比熔點低 的溫度。
在本發明中，作為上述半導體層的優選方式，能夠列舉被氫阻隔 層包圍的方式。通過利用氫阻隔層包圍半導體層的上下面及其側面， 氫被保持在由氫阻隔層包圍的區域內，因此能夠大幅提高半導體層的 氫化處理的效果。其中，作為包圍半導體層的氫阻隔層，除了第一絕 緣膜和第二絕緣膜中的氫阻隔層以外，還可以使用其它的氫阻隔層， 例如，在第二絕緣膜上依次設置有柵電極和層間絕緣膜的方式中，也 可以使用層間絕緣膜中的氫阻隔層。
另外，在本發明中，上述半導體層在其上下配置有氮化硅膜，該
上下配置的各氮化硅膜的配置有電極的區域以外的膜厚優選為20nm 以上。如果分別配置在半導體層的上下的氮化硅膜的配置有電極的區 域以外的膜厚不足20nm，則氫的阻隔效果顯著降低，存在不能在低溫 且短時間內充分地進行半導體層的氫化退火的可能。但是，在配置有 電極的區域，因為電極代替氮化硅膜作為氫阻隔層起作用，所以氮化 硅膜的膜厚可以不足20nm。
作為在半導體層的上下分別配置有膜厚為20nm以上的氮化硅膜 的方式，除了第一絕緣膜和第二絕緣膜的氮化硅膜的膜厚為20nm以上 的方式以外，例如在第二絕緣膜上依次設置有島狀的柵電極和層間絕 緣膜的情況下，也可以為以下方式第一絕緣膜的氮化硅膜的膜厚為 20nm以上，第二絕緣膜的氮化硅膜的膜厚與層間絕緣膜的氮化硅膜的 膜厚的和(合計膜厚)為20mn以上。
另外，因為存在因柵電極的圖案化時的蝕刻等導致氮化硅膜在進 行氫化退火工序的時刻變得比成膜時薄的問題，所以必須考慮成膜后 的膜厚減少而設定氮化硅膜的膜厚。例如，在形成有由氮化硅膜和氧 化硅膜構成的柵極絕緣膜的情況下，因柵電極的圖案化時的蝕刻，雖 然柵電極下的氮化硅膜的膜厚不減少，但柵電極下以外的氮化硅膜的 膜厚減少。當發生這種在后工序中的膜厚減少時，為了使進行氫化退 火工序的時刻的氮化硅膜的合計膜厚為20nm以上，能夠采用使成膜時 的膜厚變厚的在柵電極上形成氮化硅膜等的方式。
根據本發明制造的半導體裝置通常以基板面的平坦化和第二絕緣 膜等的保護為目的，進一步在第二絕緣膜上具有層間絕緣膜。另外， 當在第二絕緣膜上存在柵電極時，層間絕緣膜優選覆蓋柵電極。作為 層間絕緣膜的形成方法，沒有特別限定，能夠列舉等離子體CVD法、 液相法等。在本發明中，當第二絕緣膜中的氫阻隔層作為氮化硅層等 的水分阻隔層起作用時，能夠適當地使用利用液相法形成層間絕緣膜 的方法。即，根據本發明制造的半導體裝置進一步在第二絕緣膜上具 有層間絕緣膜，本發明的半導體裝置的制造方法優選包括使用液狀材 料形成層間絕緣膜的工序。由此，能夠實現制造工藝、制造裝置的簡 單化、原材料的成本下降，降低制造成本。其中，作為液狀材料，既 可以是由溶液等液體構成的材料，也可以是固體成分分散在液體成分中的材料。
另外，本發明也是根據上述半導體裝置的制造方法制造的半導體 裝置(以下，也稱為第一半導體裝置)。這種本發明的第一半導體裝置 因為在半導體層的兩側配置有氫阻隔層，所以在低溫工藝中也能夠高 效率地進行氫化處理而制造，從而能夠實現高性能化。
另外，本發明也是一種半導體裝置(以下，也稱為第二半導體裝 置)，其在基板上依次具有第一絕緣膜、半導體層和第二絕緣膜，上述 第一絕緣膜和第二絕緣膜至少在配置有半導體層的區域包括氫阻隔
層，上述氫阻隔層與半導體層之間的間隔不足200nm。這種本發明的 第二半導體裝置，由于氫阻隔層與半導體層的間隔不足200nm，且具 有能夠在將氫保持在半導體層的附近的狀態下進行氫化處理的結構， 所以能夠以低溫工藝進行制造，能夠實現高性能化。氫阻隔層與半導 體層的間隔的更加優選的上限是100nm，進一步優選的上限是50nm。
另外，本發明也是一種半導體裝置(以下，也稱為第三半導體裝 置)，其在基板上依次具有第一絕緣膜、半導體層和第二絕緣膜，上述 第一絕緣膜和第二絕緣膜包括氫阻隔層，上述半導體層被氫阻隔層包 圍。這種本發明的第三半導體裝置，因為以氫阻隔層包圍半導體層， 所以能夠在將氫保持在半導體層的附近的狀態下進行氫化處理。因此， 本發明的第三半導體裝置能夠實現在低溫且短時間的工藝中的制造， 能夠實現高性能化。另外，作為包圍半導體層的氫阻隔層，除了第一 絕緣膜和第二絕緣膜中的氫阻隔層以外，還可以使用其它的氫阻隔層， 例如，在第二絕緣膜上依次設置有柵電極和層間絕緣膜的方式中，也 可以使用層間絕緣膜中的氫阻隔層。另外，本發明更加優選將第二半 導體裝置和第三半導體裝置組合的方式。
作為上述第二或第三半導體裝置的優選方式，與第一半導體裝置 的優選方式相同。以下，雖然列舉上述第二或第三半導體裝置的優選 方式，但是關于其詳細內容，因為與涉及本發明的半導體裝置的制造 方法的說明重復，所以省略。
作為上述第二或第三半導體裝置的方式，優選使用在第二絕緣膜 上具有柵電極的方式、在第一絕緣膜下具有柵電極的方式、在第一絕 緣膜下和第二絕緣膜上分別具有柵電極的方式等。在上述第二或第三半導體裝置中，上述基板優選熱變形溫度為40(TC以下。上述柵電極優 選熱變形溫度為400°C以下。上述第一絕緣膜和第二絕緣膜的氫阻隔層 優選由氮化硅膜構成。上述半導體層在其上下配置有氮化硅膜，該上 下配置的各氮化硅膜的配置有電極的區域以外的膜厚優選為20nm以 上。上述第二絕緣膜的氫阻隔層優選還作為水分阻隔層起作用。并且， 上述第二或第三半導體裝置優選還包括在第二絕緣膜上使用液狀材料 形成的層間絕緣膜。
本發明進一步還是包括上述半導體裝置的顯示裝置。根據本發明 的顯示裝置，能夠實現顯示裝置的高性能化。作為本發明的顯示裝置， 能夠列舉液晶顯示裝置、有機電致發光顯示裝置等，優選在同一基板 上設置像素電路部的TFT和周邊電路部的TFT的板上系統 (system-on-glass)方式的顯不裝置。
根據本發明的半導體裝置的制造方法，在配置于半導體層的兩側 的絕緣膜上設置氫阻隔層，因為在抑制氫從半導體層的周圍擴散的基 礎上進行半導體層的氫化處理，所以能夠在低溫、短時間且簡單的工 藝中進行半導體層的氫化處理，能夠制造具有較高的移動度的高性能 的半導體裝置。


圖1-1 (a) (c)是表示實施方式1的TFT的制造工序的前半部
分的截面示意圖。
圖1-2 (f) (g)是表示實施方式1的TFT的制造工序的后半部
分的截面示意圖。
圖2是表示具有本發明的雙柵極結構的TFT的截面示意圖。 圖3是表示具有本發明的底部柵極結構的TFT的截面示意圖。 圖4-1 (a) (e)是表示實施方式2的TFT的制造工序的前半部
分的截面示意圖。
圖4-2 (f) (h)是表示實施方式2的TFT的制造工序的后半部 分的截面示意圖。
圖5是表示通過由SiNj莫的封氫效果確認試驗制作的Nch型TFT 的截面示意圖，(a)表示僅在p-Si層的下層側配置SiNj莫的方式，(b)
表示僅在p-Si層的上層側配置SiNx膜的方式，(c)表示在p-Si層的下
層側和上層側均配置SiNj莫的方式。
符號的說明
1:激光
2:氫等離子體或氫氣
3:雜質
10、 40:玻璃基板
11、 41、 51、 61、 71:基底絕緣膜
lla、 21a、 31a、 41a、 51a、 71a: SiNj莫 llb、 21b、 31b、 41b、 51b、 71b: Si。2膜
12、 42:無定形硅膜
13、 23、 33、 43、 53、 63、 73:多晶硅層
14、 21、 24、 31、 41、 44、 54、 64、 74:柵極絕緣膜 14a、 24a、 34a、 44a、 64a、 74a: SiOj莫
14b、 24b、 34b、 44b、 49、 64b、 74b: SiNx膜
15、 25a、 25b、 35、 45、 55、 65、 75:柵電極
16、 26、 34、 36、 46、 56、 66、 76:層間絕緣膜
17、 47:接觸孔
18、 48:源電極
具體實施例方式
以下，雖然列舉實施方式對本發明進行更詳細的說明，但本發明 并不僅限于這些實施方式。 (實施方式O
圖1-1 (a) (e)和1-2 (f) (g)是表示實施方式1的半導 體裝置(TFT)的制造工序的截面示意圖。
在本實施方式中，首先，如圖l-l (a)所示，在玻璃基板10上依 次形成膜厚50nm的氮化硅(SiNx)膜11a、膜厚100nm的氧化硅(Si02) 膜iib、和膜厚50nm的無定形硅(a-Si)膜12。作為SiNj莫lla、 Si02 膜llb和a-Si膜12的形成方法，優選等離子體化學氣相沉積(CVD) 法、常壓CVD法、低壓CVD法、遠程等離子體CVD法，優選SiNx膜lla、 SiOj莫llb和a-Si膜12連續成膜。作為用于形成SiNj莫lla 的原料氣體，能夠使用單硅垸(SiH4)和氨氣(NH3)的混合氣體等。 作為形成SiOJ莫llb的原料氣體，雖然沒有特別限定，但是優選四乙 基原硅酸鹽(TEOS: tetraethoxy silane)。 SiHj莫lla除了作為氫阻隔 層的功能外，還具有防止來自玻璃基板10的離子等雜質的擴散的功能。 SiOj莫llb具有作為緩沖膜的功能。由SiNj莫lla和SiOj莫llb構成 基底絕緣膜ll。其中，基底絕緣膜一般也被稱為底涂層或打底層。
接著，如圖1-1 (b)所示，向a-Si膜12照射激光1使之熔融再結 晶化，由此，形成多晶硅(p-Si)膜。而且，在該結晶化中，也可以使 用固相晶化(Solid Phase Crystallization: SPC)法、組合SPC法和激 光照射的方法。
接著，如圖l-l (c)所示，通過按各TFT的尺寸對p-Si膜進行圖 案化，形成p-Si層13。 p-Si層13的形狀優選為島狀，例如，能夠列舉 出長方體形狀、四角錐臺形狀等的角錐臺形狀、倒角錐臺形狀、圓錐 臺形狀、橢圓錐臺形狀。接著，為了除去雜質和有機膜，進行紫外線 (UV)清洗、臭氧(03)清洗、氫氟酸(HF)清洗、水清洗或堿清洗 等。然后，將形成有p-Si層13的面暴露在氫等離子體或氫氣2中。
接著，如圖1-1 (d)所示，形成膜厚25nm的SiOj莫14a和膜厚 40nm的SiNj莫14b。作為形成SiCy莫14a和SiNj莫14b的形成方法， 從膜厚控制和階梯覆蓋性等的觀點出發，優選等離子體化學氣相沉積 (CVD)法、常壓CVD法、低壓CVD法、遠程等離子體CVD法等， 優選SiOj莫14a和SiNj莫14b連續成膜。SiNj莫14b構成氫阻隔層， 由SiOj莫14a和SiNj莫14b構成柵極絕緣膜14。由此，在本實施方式 中，p-Si層13被作為氫阻隔層的SiNx膜lla和SiNj莫14b包夾，氫 被封在p-Si層13周邊。
在本實施方式中，柵極絕緣膜14具有介電常數高的SiNx膜14b， 由此，能夠降低有效氧化膜厚度(equivalent oxide thickness: EOT), 能夠實現TFT的高性能化。并且，柵極絕緣膜14優選具有最上層由氮 化硅(SiNx)膜構成的疊層結構。由此，因為能夠在SiNx膜的界面捕 捉硼(B)、鈉(Na)、磷(P)、重金屬等雜質，從而能夠抑制雜質擴 散到柵極絕緣膜14中，所以能夠實現TFT的高性能化。并且，柵極絕緣膜14優選具有最下層由氧化硅(Si02)膜構成的疊層結構。因為Si02 膜與由硅等構成的半導體層的界面特性優良，所以能夠實現TFT的高 性能化。其中，如本實施方式所示，柵極絕緣膜14特別優選具有在半 導體層上依次疊層有氧化硅膜和氮化硅膜的結構。另外，作為柵極絕 緣膜14，還優選使用具有在半導體層上依次疊層有氧化硅膜、氮化硅 膜和氧化硅膜的結構。
此外，作為構成柵極絕緣膜14的材料而言，沒有特別限定，例如 也可以使用介電常數比Si02低的材料SiOF、 SiOC等，介電常數比Si02 高的材料二氧化鈦(Ti02)、三氧化二鋁(A1203)、五氧化二鉭(Ta205) 等氧化鉭、二氧化鉿(Hf02)、 二氧化鋯(Zr02)等，代替SiOj莫14a。 接著，使用濺射法或CVD法等，使金屬膜堆積后，利用光刻法等 進行圖案化，由此如圖1-1 (e)所示，形成柵電極15。 SiNx層14b由 于具有高的耐等離子體性，所以通過使柵極絕緣膜14具有SiNx層14b 作為最上層，能夠不對柵極絕緣膜14造成等離子體損傷，通過等離子 體蝕刻(等離子體灰化)等干式蝕刻形成柵電極15。由此，能夠確保 柵極絕緣膜14的可靠性，并能夠實現柵電極15乃至TFT的細微化。 從抑制柵極絕緣膜14的內部的聲子振動的觀點出發，柵電極15優選 含有金屬而構成，作為柵電極15的材料，例如能夠使用鋁(A1)、鉅 (Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)等金屬或它們的合金，也可以將其疊層使 用。
接著，在殘存有在柵電極15的圖案化中所利用過的光刻膠層的狀 態下，向p-Si層13注入雜質3。作為雜質3，當形成N溝道TFT時注 入磷離子(P+)，當形成P溝道TFT時注入硼離子(B+)
接著，兼具p-Si層13的氫化和注入p-Si層13中的雜質3的活化， 進行退火。由此，使p-Si氫化，能夠使懸空鍵(dangling bond)終止
(終端化)。作為退火的方法，優選在400。C以下(例如300 350。C)、 10分鐘以下的條件下對整個基板進行加熱的方法。另外，根據TDS
(Thermal Desorption Spectroscopy:熱脫附法)的氫脫離譜的測定結果， SiNx層14b當在SiNx層14b的形成溫度以上時，存在使氫脫離的可能， 但是，在本實施方式中，因為p-Si層13的周邊存在氫，所以如果在比 SiNx層14b的形成溫度還低的400。C以下進行數分鐘的退火，就能夠充
分地進行氫化。
接著，為了除去雜質和有機膜，在進行UV清洗、03清洗、HF清 洗、水清洗或堿清洗等之后，通過使用含有聚硅氮垸的液狀材料的液
相法，如圖1-2 (f)所示，形成由聚硅氮烷燒制膜構成的層間絕緣膜
16。 雖然聚硅氮烷燒制膜在膜內含有大量的水分，但是因為在柵極絕 緣膜14中存在SiNx層14b，所以能夠確保半導體裝置的可靠性。另外， 在使用液相法形成層間絕緣膜16的情況下，因為在涂敷液狀材料后必 然進行加熱處理，所以也可以省略上述p-Si層13的退火，在與其相同 的條件下進行液狀材料的涂敷后的加熱處理。另外，關于層間絕緣膜 16，也可以不使用液相法，而通過等離子體CVD法等形成SiNj莫、
Si02膜等。
接著，進行接觸蝕刻。具體而言，在進行到達SiNj莫14b為止的 干式蝕刻之后，進行到達p-Si層13為止的濕式蝕刻，由此形成接觸孔
17。 在此情況下，因為SiNx膜14b具有高的耐等離子體性，所以能夠 抑制SiOj莫14a等受到因干式蝕刻而引起的損傷。
最后，通過形成源電極18，如圖l-2 (g)所示，完成TFT。根據 本實施方式，因為只需在400。C以下進行數分鐘的退火，就能夠充分地 進行氫化，所以能夠以低溫工藝制造高性能的TFT。
另外，在本實施方式中，如圖1-2 (g)所示，雖然對頂部柵極結 構的TFT的制造工序進行了表示，但是通過對工序的順序進行若干變 更，也能夠制造圖2所示的雙柵極結構的TFT和圖3所示的底部柵極 結構的TFT。
(實施方式2)
在本實施方式中，對半導體層被第一絕緣膜和第二絕緣膜的氫阻 隔層包圍的方式的TFT進行說明。其中，對于與實施方式l重復的內 容，省略其一部分說明。
圖4-1 (a) (e)和4-2 (f) (h)是表示實施方式2的半導 體裝置(TFT)的制造工序的截面示意圖。
在本實施方式中，首先，如圖4-l (a)所示，在玻璃基板40上依 次形成膜厚50nm的氮化硅(SiN》膜41a、膜厚100nm的氧化硅(Si02) 膜41b和膜厚50nm的無定形硅(a-Si)膜42。 SiNj莫41a除了作為氫阻隔層的功能之外，還具有防止來自玻璃基板40的離子等雜質的擴散
的功能。Si02膜41b具有作為緩沖膜的功能。由SiNx膜41a和SiOj莫 41b構成基底絕緣膜41。
接著，如圖4-1 (b)所示，通過向a-Si膜42照射激光1使之熔融 再結晶化，由此形成多晶硅(p-Si)膜。
接著，如圖4-l (c)所示，通過按各TFT的尺寸對p-Si膜進行圖 案化，形成p-Si層43。接著，為了除去雜質和有機膜，進行紫外線(UV) 清洗、臭氧(03)清洗、氫氟酸(HF)清洗、水清洗或堿清洗等。然 后，將形成有p-Si層13的面暴露在氫等離子體或氫氣2中。
接著，如圖4-1 (d)所示，形成膜厚20nm的Si02膜44a和膜厚 40nm的SiNj莫44b。 SiNj莫44b構成氫阻隔層，由SiOj莫44a和SiNx 膜44b構成柵極絕緣膜44。
在本實施方式中，柵極絕緣膜44具有介電常數較高的SiNx膜44b， 由此，能夠降低有效氧化膜厚度(equivalent oxide thickness: EOT), 能夠實現TFT的高性能化。并且，柵極絕緣膜44優選具有最上層由氮 化硅(SiNx)膜構成的疊層結構。由此，因為能夠在SiNj莫的界面捕 捉硼(B)、鈉(Na)、磷(P)、重金屬等雜質，從而能夠抑制雜質擴 散到柵極絕緣膜44中，所以能夠實現TFT的高性能化。并且，柵極絕 緣膜44優選具有最下層由氧化硅(Si02)膜構成的疊層結構。因為Si02 膜與由硅等構成的半導體層的界面特性優良，所以能夠實現TFT的高 性能化。其中，如本實施方式所示，柵極絕緣膜44特別優選具有在半 導體層上依次疊層有氧化硅膜和氮化硅膜的結構。
接著如圖4-1 (e)所示，通過利用干式蝕刻的光刻法等進行圖案 化，由此除去p-Si層43附近以外的Si()2膜41b、 Si02膜44a和SiNx 膜44b。
接著，使用濺射法或CVD法，使金屬膜堆積后，利用光刻法等進 行圖案化，由此，如圖4-2(f)所示，形成柵電極45。因為SiNx層44b 具有高的耐等離子體性，所以通過使柵極絕緣膜44具有SiNx層44b 作為最上層，能夠不對柵極絕緣膜44造成等離子體損傷，通過等離子 體蝕刻(等離子體灰化)等干式蝕刻形成柵電極45。由此，能夠確保 柵極絕緣膜44的可靠性，并能夠實現柵電極45乃至TFT的細微化。
接著，在殘存有在柵電極45的圖案化中所利用過的光刻膠層的狀 態下，向p-Si層43注入雜質3。作為雜質3，當形成N溝道TFT時注 入磷離子(P+)，當形成P溝道TFT時注入硼離子(B+)
接著，如圖4-2 (g)所示，以覆蓋p-Si層43附近以外的玻璃基板 40、 p-Si層43附近的SiNx層44b和SiNx層44b上的柵電極45的方式 形成膜厚50nm的SiNj莫49。 SiNj莫49具有作為氫阻隔層的功能。由 此，在本實施方式中，p-Si層43被作為氫阻隔層的三個SiNj莫41a、 44b和49包圍，氫被封在p-Si層43的周邊。
接著，兼具p-Si層43的氫化和注入p-Si層43中的雜質3的活化， 進行退火。由此，使p-Si氫化，能夠使懸空鍵(dangling bond)終止 (終端化)。作為退火的方法，優選在400。C以下(例如300 350。C)、 10分鐘以下的條件下對整個基板進行加熱的方法。另外，根據TDS (Thermal Desorption Spectroscopy:熱脫附法)的氫脫離譜的測定結果， SiNy層44b和49當在SiNx層44b和49的形成溫度以上時，存在使氫 脫離的可能，但是，在本實施方式中，因為在p-Si層43的周邊存在氫， 所以如果在比SiK層44b和49的形成溫度還低的400。C以下進行數分 鐘的退火，能夠充分地進行氫化。
接著，為了除去雜質和有機膜，在進行UV清洗、03清洗、HF清 洗、水清洗或堿清洗之后，通過使用含有聚硅氮烷的液狀材料的液相 法，如圖4-2 (h)所示，形成由聚硅氮垸燒制膜構成的層間絕緣膜46。 雖然聚硅氮垸燒制膜在膜內含有大量的水分，但是因為在柵極絕緣膜 44中存在SiNx層44b，所以能夠確保半導體裝置的可靠性。
接著，進行接觸蝕刻。具體而言，首先，在進行到達SiNx膜44b 為止的干式蝕刻之后，進行到達p-Si層43為止的濕式蝕刻，由此形成 接觸孔47。在此情況下，因為SiNj莫44b具有較高的耐等離子體性， 所以能夠抑制Si02膜44a等受到因干式蝕刻而引起的損傷。
最后，通過形成源電極48，完成TFT。根據本實施方式，因為只 需在400。C以下進行數分鐘的退火，就能夠充分地進行氫化，所以能夠 以低溫工藝制造高性能的TFT。
(SiNx膜的封氫效果確認試驗)
為了確認SiNj莫的封氫效果，制作圖5 (a) (c)所示的3種
結構的Nch型TFT，調查變更SiHJ莫的配置時的TFT的移動度的變化。 圖5 (a)所示的TFT具有僅在p-Si層53的下層側配置有SiNj莫51a 的結構，圖5 (b)所示的TFT具有僅在p-Si層63的上層側配置有SiNx 膜64b的結構，圖5 (c)所示的TFT具有在p-Si層73的下層側和上 層側這兩側分別配置有SiNx膜71a、 74b的結構。
作為TFT的制作條件，除了使氫化溫度為350°C，利用等離子體 CVD法的柵極絕緣膜的形成溫度為400。C以外，根據實施方式1所示 的條件進行制作。
對移動度進行測定的結果是，在圖5 (a)所示的TFT中移動度為 75cm2/Vs，在圖5 (b)所示的TFT中移動度為100cmVVs，在圖5 (c) 所示的TFT中移動度為175cm2/Vs。如上所述，確認出通過在p-Si層 的下層側和上層側這兩側配置作為氫阻隔層的SiNx膜，能夠提高Nch 型TFT的移動度。
另夕卜，在圖5 (c)所示的TFT中，使SiOj莫74a的膜厚為50nm， 將p-Si層73與上層側的SiNj莫(膜厚40nm) 74b之間的間隔固定在 50nm，對將p-Si層73與下層側的SiNj莫71b的間隔"102膜71b的 膜厚)變更為50nm、 lOOnm、 200nm時的Nch型TFT的移動度的變化 進行調査。其結果確認為，相比于p-Si層與下層側的SiNj莫的間隔為 50nm或lOOnm時，當200nm時Nch型TFT的移動度下降。
另外，本專利申請以2006年1月25日申請的日本國專利申請 2006-016782號為基礎，根據巴黎公約或申請國的法規而主張優先權。 該申請的所有的內容作為參照均被納入本申請中。
本說明書中的"以上"、"以下"均包括該數值。即，所謂"以上"， 是指不少于(該值和該值以上)的意思。
權利要求
1.一種半導體裝置的制造方法，該半導體裝置在基板上依次具有第一絕緣膜、半導體層和第二絕緣膜，該制造方法的特征在于，包括形成包括氫阻隔層的第一絕緣膜的工序；在配置有第一絕緣膜的氫阻隔層的區域上形成半導體層的工序；使半導體層中含有氫的工序；至少在配置有半導體層的區域形成包括氫阻隔層的第二絕緣膜的工序；和進行半導體層的氫化退火的工序。
2. 如權利要求l所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于 所述半導體裝置在第二絕緣膜上具有柵電極。
3. 如權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于 所述半導體裝置在第一絕緣膜下具有柵電極。
4. 如權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于 所述半導體裝置在第一絕緣膜下和第二絕緣膜上分別具有柵電極。
5. 如權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述半導體層的氫化退火在400℃以下進行。
6. 如權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述基板的熱變形溫度為400℃以下。
7. 如權利要求2 4的任一項所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述柵電極的熱變形溫度為400℃以下。
8. 如權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于所述半導體層被氫阻隔層包圍。
9. 如權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于 所述第一絕緣膜和第二絕緣膜的氫阻隔層與半導體層的間隔不足200nm。
10. 如權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于 所述第一絕緣膜和第二絕緣膜的氫阻隔層由氮化硅膜構成。
11. 如權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于 所述半導體層在上下配置有氮化硅膜，該上下配置的各氮化硅膜的配置有電極的區域以外的膜厚為20nm以上。
12. 如權利要求1所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于 所述第二絕緣膜的氫阻隔層還作為水分阻隔層起作用。
13. 如權利要求12所述的半導體裝置的制造方法，其特征在于 所述半導體裝置在第二絕緣膜上還具有層間絕緣膜， 該制造方法包括使用液狀材料形成層間絕緣膜的工序。
14. 一種半導體裝置，其特征在于通過權利要求1 13的任一項所述的半導體裝置的制造方法制造 而成。
15. —種半導體裝置，其在基板上依次具有第一絕緣膜、半導體層和第二絕緣膜，其特征在于該第一絕緣膜和第二絕緣膜至少在配置有半導體層的區域包括氫 阻隔層，該氫阻隔層與半導體層之間的間隔不足200nm。
16. —種半導體裝置，其在基板上依次具有第一絕緣膜、半導體層和第二絕緣膜，其特征在于該第一絕緣膜和第二絕緣膜包括氫阻隔層， 該半導體層被氫阻隔層包圍。
17. 如權利要求15或16所述的半導體裝置，其特征在于 所述半導體裝置在第二絕緣膜上具有柵電極。
18. 如權利要求15或16所述的半導體裝置，其特征在于 所述半導體裝置在第一絕緣膜下具有柵電極。
19. 如權利要求15或16所述的半導體裝置，其特征在于 所述半導體裝置在第一絕緣膜下和第二絕緣膜上分別具有柵電極。
20. 如權利要求15或16所述的半導體裝置，其特征在于 所述基板的熱變形溫度為400℃以下。
21. 如權利要求17 19的任一項所述的半導體裝置，其特征在于 所述柵電極的熱變形溫度為400℃以下。
22. 如權利要求15或16所述的半導體裝置，其特征在于-所述第一絕緣膜和第二絕緣膜的氫阻隔層由氮化硅膜構成。
23. 如權利要求15或16所述的半導體裝置，其特征在于 所述半導體層在上下配置有氮化硅膜，該上下配置的各氮化硅膜的配置有電極的區域以外的膜厚為 20nm以上。
24. 如權利要求15或16所述的半導體裝置，其特征在于 所述第二絕緣膜的氫阻隔層還作為水分阻隔層起作用。
25. 如權利要求15或16所述的半導體裝置，其特征在于，還包括在第二絕緣膜上使用液狀材料形成的層間絕緣膜。
26. —種顯示裝置，其特征在于，包括-權利要求14 16的任一項所述的半導體裝置。
全文摘要
本發明涉及半導體裝置的制造方法和半導體裝置。本發明提供一種半導體裝置的制造方法，能夠以低溫且簡單的工藝制造高性能的半導體裝置。本發明的半導體裝置的制造方法是在基板上依次具有第一絕緣膜、半導體層和第二絕緣膜的半導體裝置的制造方法，所述制造方法包括形成包括氫阻隔層的第一絕緣膜的工序；在配置有第一絕緣膜的氫阻隔層的區域上形成半導體層的工序；使半導體層中含有氫的工序；至少在配置有半導體層的區域形成包括氫阻隔層的第二絕緣膜的工序；和進行半導體層的氫化退火的工序。
文檔編號H01L21/336GK101346810SQ200680049220
公開日2009年1月14日 申請日期2006年9月6日 優先權日2006年1月25日
發明者安松拓人 申請人:夏普株式會社