[发明专利]薄膜晶体管的制造方法、有源矩阵基板的制造方法以及液晶显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于液晶显示器的有源元件中的薄膜晶体管(以下称为TFT)的栅极绝缘膜形成技术及液晶显示装置。

技术背景

关于作为液晶显示器的有源元件所使用的薄膜晶体管(TFT)的制造方法，从谋求液晶显示器的大面积化、低成本化的观点出发，希望能够使用廉价的玻璃基板的低温处理。在这样的低温处理中，需要能够形成与高温工艺相比美的大粒子直径的多晶硅膜以及能够充分地激活杂质同时能够形成具有高于热氧化膜的膜质量的高质量的栅极绝缘膜也是重要的。

作为以低温形成栅极绝缘膜的技术，迄今为止，有常压CVD、减压CVD、ECR-CVD法等成膜方法，而常压CVD、减压CVD法虽然生产率高，但作为TFT的栅极绝缘膜的膜质量低劣。例如，存在硅氧化膜中的空间电荷及界面电荷增大，TFT的导通电流特性下降、关断漏电流特性下降以及阈值电压偏移等问题，此处，在ECR-CVD法中，虽然膜质量比较好，但存在生产率显著地降低的问题，以往任一种成膜方法都不满足用于形成在液晶显示器的有源元件中使用的TFT的栅极绝缘膜的必要条件。

还有，作为用于形成硅氧化膜的低温处理，除上述的成膜方法之外，还有等离子化学气相淀积方法(等离子CVD法)。等离子CVD法是通过在电极间加入高频，使得在反应室内在原料气体内引起放电，并用由此形成的等离子分解原料气体，引起反应以形成膜。这样的成膜方法由于具有成膜速度高，加在基板上的应力小，台阶覆盖率(Stepcoverage)良好等优点，故至今仍用于半导体集成电路层间绝缘膜的形成。还有，夏普技报(第61号；1995年4月号)所记载的作为用于形成TFT的栅极绝缘膜的成膜方法也正被人们所关注。在这里所研究的等离子CVD法的条件，用于发生等离子的电极间距离为35mm到65mm的范围，反应室内的压力为800mmTor到1200mTor的范围，在超出这样的范围的条件下，不适于形成TFT的栅极绝缘膜，这是同一夏普技报等中所指出的内容，这是因为在评估这样的条件下的成膜特性时，越减小电极间距离越容易在硅氧化膜中产生空间电荷，与此同时，在与硅氧化膜接触的半导体膜表面上易于产生界面能级，并由于因该界面能级而引起的界面电荷的存在，使TFT的导通电流特性和关断漏电流特性都具有下降的趋势。另外，还因为在上述条件范围内，越降低反应室内的压力，则基于同样的理由，TFT的导通电流特性和关断漏电流特性都具有下降的趋势。

然而，关于等离子CVD法，虽然在上述条件范围内改变各参数进行了种种研究，但该工艺尚未达到真正地能应用于形成TFT的栅极绝缘膜的程度，其原因是因为在硅晶片等比较狭小的基板上，而且与作为层间绝缘膜而淀积硅氧化膜的情况不同，在形成TFT的栅极绝缘膜时，不仅要求成膜速度高，加在基板上的应力小，台阶覆盖率良好，而且还要具有本领域的特有的附加必要条件。即，要求在作为TFT的栅极绝缘膜而形成的基础上，与上述硅氧化膜的空间电荷和界面能级相关连的电特性良好，而且能够像液晶显示板的有源矩阵等那样在360mm×465mm这样的大面积基板的整个面上均匀且高速地形成硅氧化膜，而像以往技术那样仅仅原封不动地把用于形成半导体集成电路的层间绝缘膜的成膜条件应用到TFT栅极绝缘膜的形成中，则不能满足上述的必要条件。

例如，在等离子CVD法中，若按照以往的技术，从获得与空间电荷和界面能级相关连的电特性良好的硅氧化膜的观点出发设定成膜条件，并在电极间距离为35mm、反应室内的压力为1500mTorr、作为原料气体的TEOS气体流量小于30sccm的条件下形成硅氧化膜的话，则不仅成膜速度显著地降低为250埃/分左右，而且如果依据后述的评估方法用从(1)式求出的值表示膜厚的离散性，则该值变成约20％这样极大的结果。在这里，为了真正地适用于TFT的栅极绝缘膜的形成工艺，则需要确保700埃/分以上的成膜速度，而且把膜厚的离散性抑制在7％以下。

鉴于这样的问题，本发明的目的在于提供虽然是低温处理，但能够在大面积的基板上以均匀的膜厚、较高的成膜速度形成电性能良好的、高质量的栅极绝缘膜的TFT的制造方法。

发明的公开

为解决上述课题，本专利发明者对于在等离子CVD法中以前被认为不适宜作为栅极绝缘膜的成膜条件的那些条件进行了反复研究，结果发现在这样的条件范围内能够形成适合于TFT的栅极绝缘膜的硅氧化膜，并且还建议把在这样的条件下形成的硅氧化膜作为TFT的栅极绝缘膜使用。