薄膜晶体管及其制造方法.pdf

提供一种工作特性优良、缺陷能级极少的薄膜晶体管的制造方法。该方法包括：在绝缘性衬底(1)上，形成氮化硅膜(2)和氧化硅膜(3)构成的内涂敷膜的步骤；在内涂敷膜上形成非晶硅膜(10)的步骤；在硅膜(10)上形成氧化硅膜(11)构成的界面保护膜的步骤；向形成了界面保护膜的衬底照射YAG激光，对硅膜(10)进行激光退火的步骤；对激光退火后的硅膜(4)进行构图的步骤；以及在构图后的衬底上形成氧化硅膜(5)构成的栅绝缘膜的步骤；其中，在真空室内一边保持真空状态一边依次形成内涂敷膜、非晶硅膜(10)和界面保护膜。

1.  一种薄膜晶体管的制造方法，包括：
在衬底上形成非晶硅膜的硅膜形成步骤；
在所述硅膜上形成界面保护膜的界面保护膜形成步骤；
向形成了所述界面保护膜的衬底照射激光，对所述硅膜进行退火的激光退火步骤；以及
在激光退火后的衬底上形成栅绝缘膜的栅绝缘膜形成步骤；
其特征在于，一边保持真空状态一边依次形成所述硅膜和界面保护膜。

2.  一种薄膜晶体管的制造方法，包括：
在衬底上形成非晶硅膜的硅膜形成步骤；
在所述硅膜上形成界面保护膜的界面保护膜形成步骤；
向所述衬底照射激光，对所述硅膜进行退火的激光退火步骤；
对激光退火后的硅膜进行构图的照相制版步骤；以及
在构图后的衬底上形成栅绝缘膜的栅绝缘膜形成步骤；
其特征在于，一边保持真空状态一边依次形成所述硅膜和界面保护膜。

3.  如权利要求2所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述激光退火步骤由向形成了界面保护膜的构图前的衬底照射激光的步骤构成。

4.  如权利要求1或2所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述界面保护膜形成步骤由通过等离子体CVD形成绝缘性界面保护膜的步骤构成。

5.  如权利要求1或2所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于：
包括在所述衬底上形成内涂敷膜的内涂敷膜形成步骤，
所述硅膜形成步骤由在所述内涂敷膜上形成非晶硅膜的步骤构成，
在真空室内一边保持真空状态一边依次形成所述内涂敷膜、硅膜和界面保护膜。

6.  如权利要求1或2所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述界面保护膜形成步骤由在所述非晶硅膜上形成与栅绝缘膜相同组成构成的绝缘膜作为界面保护膜的步骤构成。

7.  如权利要求6所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述界面保护膜和栅绝缘膜是氧化硅膜。

8.  如权利要求1或2所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述激光退火步骤由向形成了硅膜的衬底照射YAG激光，并与衬底面平行地扫描其照射区域的步骤构成。

9.  如权利要求1或2所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，包括在形成所述栅绝缘膜前除去所述界面保护膜的保护膜除去步骤。

10.  如权利要求9所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述保护膜除去步骤由在构图后除去界面保护膜的步骤构成。

11.  一种薄膜晶体管，其特征在于，包括：向衬底上的非晶硅膜照射YAG激光而获得的多晶硅膜；用于在所述硅膜的界面上不形成自然氧化膜而形成的界面保护膜；以及在所述界面保护膜上形成的栅绝缘膜。

12.  如权利要求1所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述界面保护膜用至少包含一层绝缘膜的层形成。

13.  如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述界面保护膜是单层的氧化硅膜。

14.  如权利要求13所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述氧化硅膜的膜厚大于等于4nm小于等于200nm。

15.  如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述界面保护膜是由两层或两层以上的绝缘膜构成的多层膜。

16.  如权利要求15所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，界面保护膜是包含氧化硅膜(SiO₂)和氮化硅膜(SiN)的叠层膜。

17.  如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述界面保护膜的膜厚是对在该激光退火中使用的激光成为反射防止膜的膜厚。

18.  如权利要求17所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述界面保护膜是单层的氧化硅膜，其膜厚大于等于87nm小于等于98nm。

19.  如权利要求12至18中任何一项所述的薄膜晶体管的制造方法，其特征在于，所述激光是YAG激光。

20.  一种薄膜晶体管，包括绝缘性衬底、多晶硅膜、栅绝缘膜和栅电极，其特征在于：
所述多晶硅膜中的氧浓度大于等于1×10¹⁸个/cm³小于等于1×10²⁰个/cm³。

薄膜晶体管及其制造方法
技术领域
本发明涉及薄膜晶体管及其制造方法，更详细地说，涉及将通过对非晶硅进行激光退火获得的多晶硅用作半导体层的薄膜晶体管、例如构成液晶显示装置的各像素的薄膜晶体管的制造方法的改进。
背景技术
被称为有源矩阵型的液晶显示装置通过在玻璃基板上矩阵状地形成多个薄膜晶体管而构成。一般地，与氧化硅膜相比，非晶硅膜可在低温下制造，所以在现有的液晶显示装置中，广泛采用以非晶硅膜作为半导体层的薄膜晶体管、所谓的非晶硅TFT(Thin FilmTransistor)。
可是，由于向非晶硅膜照射激光，并使其局部熔融结晶化的激光退火技术的开发，即使在低温下也可制造多晶硅膜。将以用这样的激光退火获得的多晶硅作为半导体层的薄膜晶体管称为低温多晶硅TFT。目前，低温多晶硅TFT因其可使液晶显示装置进一步小型化、高性能而引人注目。
图5是表示现有的低温多晶硅TFT的结构的剖面图。这种低温多晶硅TFT是所谓的顶栅型的薄膜晶体管。在玻璃衬底等的绝缘性衬底1上，作为内涂敷膜形成氮化硅膜2和氧化硅膜3构成的两层绝缘膜，在该内涂敷膜上形成多晶硅膜4。多晶硅膜4是在形成非晶硅膜后，通过照射激光使其多结晶化而获得的半导体层，在该多晶硅膜4上，形成作为栅绝缘膜的氧化硅膜5。
在氧化硅膜5上，通过溅射形成铬膜等的导电性的金属膜，通过照相制版来构图该导电性金属膜，形成栅电极6。该栅电极6用作向半导体层(多晶硅膜4)中注入磷等杂质时的掩模。即，经由氧化硅膜5，将杂质离子掺杂在多晶硅膜4中，通过其后的加热处理(退火)激活被注入的杂质，在半导体层中形成源/漏区域。
在栅电极6上，通过等离子体CVD(化学汽相淀积)淀积氧化硅膜，形成层间绝缘膜7。然后，通过照相制版的构图，在该层间绝缘膜7中形成接触孔，通过溅射，在层间绝缘膜7上形成铬膜等的导电性金属膜。通过对该导电性金属膜进行构图，形成源和漏电极8。在这些源和漏电极8上，形成氮化硅膜9作为钝化膜。
图6表示现有的低温多晶硅TFT的制造工序的主要部分的一例，表示直至形成作为栅绝缘膜的氧化硅膜5前的工序。首先，在绝缘性衬底1上，依次形成氮化硅膜2、氧化硅膜3和非晶硅膜10(图6(a)的工序)。这些氮化硅膜2、氧化硅膜3和非晶硅膜10的形成在真空室内进行，例如使用平行平板型RF等离子体CVD装置。接着，进行用于将非晶硅膜10中的氢进行脱氢的加热处理，然后进行激光照射(图6(b)的工序)。在激光照射中，使用波长在紫外线区域的受激准分子激光。通过对非晶硅膜10照射激光而将非晶硅膜10熔融，通过其后的自然冷却使硅结晶。通过这样的激光退火，形成多晶硅膜4。
接着，如果将多晶硅膜4通过照相制版进行构图，则形成作为半导体层的岛状的多晶硅膜4(图6(c)的工序)。在形成这种岛状的多晶硅膜4后，通过等离子体CVD形成氧化硅膜5(图6(d)的工序)。
通过这样的制造处理来制造低温多晶硅TFT时，在从形成非晶硅膜10后，直至在多晶硅膜4上形成栅绝缘膜5之间，都为在绝缘性衬底1上露出硅膜4、10的状态。因此，如果在大气等的包含氧的环境中取出绝缘衬底1，则硅膜4、10也接触大气，在其表面上形成自然氧化膜。例如，形成栅绝缘膜5前进行的激光退火和照相制版等的各工序在大气中进行，所以在硅膜的表面上形成自然氧化膜。
一般地，非晶硅膜10和多晶硅膜4等的硅膜化学上为活性，在大气中硅原子容易与氧原子结合并在硅膜表面上形成氧化膜(自然氧化膜)。这样的自然氧化膜在硅膜表面的结晶构造上产生缺陷，使硅膜表面粗糙。薄膜晶体管的工作特性极大地依赖于多晶硅膜4和氧化硅膜5的界面状态，所以因在硅膜上形成自然氧化膜而有薄膜晶体管的特性恶化的问题。
特别是形成于非晶硅膜10的表面上的自然氧化膜通过激光退火而活性化，将进一步扩大结晶构造的缺陷。此外，非晶硅膜10与多晶硅膜4相比活性更大，所以与激光退火相比，激光退火前的非晶硅膜更容易在硅膜的表面上形成自然氧化膜。因此，在激光退火前的非晶硅膜10上形成自然氧化膜地情况下，有在薄膜晶体管的工作特性上产生的影响大的问题。
此外，在将多晶硅膜4通过照相制版构图为岛状的工序中，由于将衬底暴露在光抗蚀剂和抗蚀剂剥离液中，所以还有多晶硅膜4的表面被污染的问题。作为多晶硅膜4的表面的污染，例如有形成氧化膜、残留光抗蚀剂、以及多晶硅膜4的一部分表面被削除等，无论是哪种情况，都对多晶硅膜4和氧化硅膜5的界面产生不良影响，将作为薄膜晶体管的工作特性恶化。
以往提出了以防止这样的自然氧化膜造成的特性恶化为目的的低温多晶硅TFT的制造方法(例如专利文献1)。专利文献1中公开的制造方法，通过在非晶硅膜10的表面上预先形成热氧化膜，从而防止形成自然氧化膜。即，通过在大气或氧气等的环境中对衬底进行加热处理，在激光照射前的硅膜10的表面上形成热氧化膜。
可是，在使用玻璃衬底作为绝缘性衬底1时，如果考虑热应力等的影响，不能使衬底达到或超过600℃的高温，需要在低于600℃的温度下形成热氧化膜。在这样的温度条件下，为了在玻璃衬底上形成热氧化膜的情况下，其成膜速度非常慢，就形成期望的膜厚的热氧化膜来说，存在需要很长的处理时间的问题。而且，在形成热氧化膜前，不能避免在非晶硅膜的表面上形成自然氧化膜，所以被认为降低了作为薄膜晶体管的工作特性。
[专利文献1]特开平11-354441号公报(日本)
如上述那样，在现有的薄膜晶体管中，在直至形成栅绝缘膜的制造工序中，由于在非晶硅膜10、多晶硅膜4的表面上形成自然氧化膜，所以存在使作为薄膜晶体管的工作特性恶化的问题。此外，在照相制版工序中，存在多晶硅膜不被污染，使作为薄膜晶体管的工作特性恶化的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况的发明，其目的在于提供工作特性优良的薄膜晶体管及其制造方法。特别是，本发明的目的在于提供缺陷能级少、多晶硅膜的栅极侧的界面状态良好的薄膜晶体管及其制造方法。此外，本发明的目的在于低价地制造工作特性优良的薄膜晶体管。
此外，本发明的目的在于提供在多晶硅膜的栅极侧界面中没有自然氧化膜的薄膜晶体管的制造方法。此外，本发明的目的在于提供抑制在照相制版处理中多晶硅膜表面被污染的薄膜晶体管的制造方法。
本发明的薄膜晶体管的制造方法包括：在衬底上形成非晶硅膜的硅膜形成步骤；在所述硅膜上形成界面保护膜的界面保护膜形成步骤；向形成了所述界面保护膜的衬底照射激光，对所述硅膜进行退火的激光退火步骤；以及在激光退火后的衬底上形成栅绝缘膜的栅绝缘膜形成步骤；其中，一边保持真空状态一边依次形成所述4和界面保护膜。
根据这样的构成，由于从非晶硅膜的形成至界面保护膜的形成都是一边保持真空一边进行，所以非晶硅膜不暴露在大气等的包含氧的环境气体中，可以在非晶硅膜上形成界面保护膜。因此，可以防止或大幅度地抑制在硅膜的栅极侧界面上形成自然氧化膜。特别是通过在激光退火前形成界面保护膜，在激光退火时不需要保持真空状态，所以可以低价地制造薄膜晶体管。此外，通过保持真空状态，同时在非晶硅膜的形成中继续形成界面保护膜，从而使生产率不显著下降，可以低价地制造薄膜晶体管。例如，可以在同一真空室内形成非晶硅膜和界面保护膜。
此外，本发明的薄膜晶体管的制造方法包括：在衬底上形成非晶硅膜的硅膜形成步骤；在所述硅膜上形成界面保护膜的界面保护膜形成步骤；向所述衬底照射激光，对所述硅膜进行退火的激光退火步骤；对激光退火后的硅膜进行构图的照相制版步骤；以及在激光退火后的衬底上形成栅绝缘膜的栅绝缘膜形成步骤；其中，一边保持真空状态一边依次形成所述4和界面保护膜。
根据这样的构成，由于从非晶硅膜的形成至界面保护膜的形成都是一边保持真空一边进行，所以非晶硅膜不暴露在大气等的包含氧的环境气体中，可以在非晶硅膜上形成界面保护膜。因此，可以防止或大幅度地抑制在硅膜表面上形成自然氧化膜。特别是通过在激光退火前形成界面保护膜，在激光退火时不需要保持真空状态，所以可以低价地制造薄膜晶体管。再有，更期望在激光退火前形成界面保护膜，但即使在激光退火后形成界面保护膜，也可以获得一定的效果。
此外，本发明薄膜晶体管的制造方法除了上述构成以外，所述激光退火步骤由向形成了界面保护膜的构图前的衬底照射激光的步骤而构成。通过在激光退火前形成界面保护膜，在激光退火时，不需要保持真空状态，所以可低价地制造薄膜晶体管。
此外，本发明薄膜晶体管的制造方法除了上述构成以外，所述界面保护膜形成步骤由通过等离子体CVD来形成绝缘性的界面保护膜的步骤而构成。如果通过等离子体CVD来形成界面保护膜，则不对绝缘性衬底进行加热处理，可以高效率地形成界面保护膜。特别是与低温下对玻璃衬底形成热氧化膜的情况相比，成膜速度快，可容易地形成期望的膜厚构成的界面保护膜。此外，与低温热氧化膜相比，可以形成更致密的膜。
此外，本发明薄膜晶体管的制造方法除了上述构成以外，包括在所述衬底上形成内涂敷膜的内涂敷膜形成步骤，所述硅膜形成步骤由在所述内涂敷膜上形成非晶硅膜的步骤构成，在真空室内一边保持真空状态一边依次形成所述内涂敷膜、硅膜和界面保护膜。根据这样的构成，由于从内涂敷膜的形成至界面保护膜的形成都是一边保持真空状态一边进行，所以可防止在内涂敷膜和硅膜的界面上形成自然氧化膜。
此外，本发明薄膜晶体管的制造方法除了上述构成以外，所述界面保护膜形成步骤由在所述非晶硅膜上形成与栅绝缘膜相同组成构成的绝缘膜、最好是氧化硅膜作为界面保护膜的步骤而构成。根据这样的构成，可以使作为薄膜晶体管的工作特性提高。
此外，本发明薄膜晶体管的制造方法除了上述构成以外，所述激光退火步骤由向形成了硅膜的衬底照射YAG激光，并使其照射区域在衬底面上平行地扫描的步骤构成。通过照射具有对非晶硅膜可进行选择性退火的波长的YAG激光，对于形成界面保护膜后的非晶硅膜，可进行不在界面保护膜中显著地吸收能量的退火。
此外，本发明薄膜晶体管的制造方法除了上述构成以外，包括在形成所述栅绝缘膜前除去所述界面保护膜的保护膜除去步骤。根据这样的构成，可将形成于界面保护膜表面上的自然氧化膜与界面保护膜同时除去。因此，在薄膜晶体管的多晶硅膜和栅绝缘膜间不残存形成于界面保护膜的表面上的自然氧化膜，可以提高其工作特性。再有，期望在形成栅绝缘膜之前除去界面保护膜，缩短多晶硅膜的表面暴露在含有氧的环境气体中的时间。但是，与非晶硅膜相比，多晶硅膜难以形成自然氧化膜，即使在更早的时间被除去，也可以获得一定的效果。
此外，本发明薄膜晶体管的制造方法除了上述构成以外，所述保护膜除去步骤由在构图后除去界面保护膜的步骤构成。通过除去构图后的界面保护膜，在照相制版时，可防止硅膜表面暴露在光抗蚀剂和抗蚀剂剥离液中，可以提高薄膜晶体管的工作特性。
此外，本发明的薄膜晶体管包括：向衬底上的非晶硅膜照射YAG激光而获得的多晶硅膜；不使与所述硅膜的界面上形成自然氧化膜而形成的界面保护膜；以及在所述界面保护膜上形成的栅绝缘膜。为了不在硅膜和界面保护膜的界面上形成自然氧化膜，通过在硅膜上形成界面保护膜，可以提高薄膜晶体管的工作特性。
根据本发明的薄膜晶体管的制造方法，不将硅膜的表面暴露在大气等的包含氧的环境气体中，在硅膜上形成界面保护膜，所以可防止或大幅度地抑制在硅膜的栅极侧界面上形成自然氧化膜。因此，可以制造工作特性优良的薄膜晶体管。
根据本发明的薄膜晶体管的制造方法，在硅膜的激光退火前形成界面保护膜，所以在照相制版时硅膜表面不暴露在光抗蚀剂和抗蚀剂剥离液中，所以可抑制硅膜的栅极侧界面的污染。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的低温多晶硅TFT的制造处理中的主要部分的一例的工序图。
图2是表示本发明实施方式1的薄膜晶体管的一构成例的剖面图。
图3是表示本发明的实施方式1的低温多晶硅TFT的制造方法中的主要部分的一例流程图。
图4是表示本发明的实施方式2的低温多晶硅TFT的制造方法中的主要部分的一例流程图。
图5是表示现有的低温多晶硅TFT的结构例的剖面图。
图6是表示现有的低温多晶硅TFT的制造处理的主要部分的一例的工序图。
图7是表示本发明的实施方式3的低温多晶硅TFT的制造处理中的主要部分的一例的工序图。
图8是表示本发明的实施方式4的低温多晶硅TFT的制造处理中的主要部分的一例的工序图。
图9是表示本发明的实施方式3的低温多晶硅TFT的制造处理中的界面保护膜的膜厚与多晶硅膜的表面凹凸的关系图。
图10是表示本发明的实施方式5的低温多晶硅TFT的制造处理中的作为界面保护膜的氧化硅膜的膜厚与YAG激光的反射率的关系图。
具体实施方式
实施方式1
图1(a)～图1(d)表示本发明实施方式1的低温多晶硅TFT的制造方法的其主要部分的一例，表示直至形成栅绝缘膜5为止的各工序。
绝缘性衬底1是玻璃衬底等的具有绝缘性的透明衬底，在该绝缘性衬底1上依次形成氮化硅膜2、氧化硅膜3、非晶硅膜10及氧化硅膜11(图1(a)的工序)。非晶硅膜10是通过后述的激光照射而被多结晶化，通过离子掺杂成为有源半导体层的非晶状的硅膜。氮化硅膜2和氧化硅膜3都是用于使半导体层的特性稳定的绝缘性的内涂敷膜。氧化硅膜11是在制造工序中，防止非晶硅膜10成为露出的状态，保护其栅极侧的界面的绝缘性的界面保护膜。
这些氮化硅膜2、氧化硅膜3、非晶硅膜10及氧化硅膜11都通过CVD装置来形成。而且，这些所有的层都在装置的真空室内连续形成。即，不从真空室内运出衬底，保持真空状态，同时形成从氮化硅膜2的形成至氧化硅膜11的形成的处理。因此，非晶硅膜10不接触大气而被氧化硅膜11覆盖，防止作为结晶结构缺陷原因的自然氧化膜形成在非晶硅膜10的表面上。
在氮化硅膜2、氧化硅膜3、非晶硅膜10及氧化硅膜11的形成中，使用平行平板型RF等离子体CVD装置。如果通过等离子体CVD形成氧化硅膜11，则可以不对绝缘性衬底1进行加热处理而形成界面保护膜。因此，与通过加热处理在非晶硅膜10的表面上形成氧化膜(热氧化膜)的情况相比，可以形成界面保护膜而不受到热应力的影响。
此外，通过等离子体CVD形成的氧化硅膜11与热氧化膜相比，容易确保足够的膜厚。在绝缘性衬底1由玻璃构成，考虑其热应力，在小于600℃的温度条件下形成热氧化膜的情况下，其成膜速度非常慢，难以确保生产率，同时确保足够的膜厚。例如，在专利文献1中，形成了小于等于5nm的热氧化膜，但不容易将其膜厚更厚地形成。相反，在使用等离子体CVD的情况下，可以容易地形成膜厚数十nm的氧化硅膜。因此，通过等离子体CVD来形成氧化硅膜11，如果其膜厚达到10nm左右，则可以有效地保护非晶硅膜。
为了提高这种保护效果，通过等离子体CVD形成的氧化硅膜的膜厚可以厚一些，考虑到自然氧化膜的上限值，期望比5nm厚。此外，在进行氧化硅膜11和非晶硅膜10的构图时，由于对双方的膜同时进行腐蚀，所以就良好地加工图形来说，期望所述膜厚小于等于10nm。
而且，对于这样的低温下形成的热氧化膜的粗糙，使通过等离子体CVD形成的氧化硅膜11更致密，没有使411的界面变得粗糙，可以有效地保护界面。
接着，对于形成了氧化硅膜11的衬底照射激光，将非晶硅膜10多结晶化而获得多晶硅膜4(图1(b)的工序)。在要防止激光照射时形成自然氧化膜的情况下，可考虑使绝缘性衬底1维持真空状态，同时进行激光照射。这种情况下，激光照射装置价格昂贵，使制造成本上升。相反，如果在激光照射前，将氧化硅膜11形成在非晶硅膜10上，即使在大气等的包含氧的环境中照射激光，也不形成自然氧化膜。此外，由于激光照射时的非晶硅膜10被氧化硅膜11覆盖，所以与以往的自然冷却相比，可抑制熔融硅的冷却速度。因此，可改善硅的结晶生长，可以获得粒径更大的多晶硅膜4。
此外，在本实施方式中，在直至进行激光照射的期间，非晶硅膜10都不暴露在大气等的包含氧的环境气体中，所以在其表面上都不形成自然氧化膜。因此，因激光退火造成的活性化缺陷极少，可获得质量优良的多晶硅膜4。
就激光照射而言，使用其波长在红外区域的YAG(钇铝石榴石)激光。例如，所以基波的波长为1064nm的激光的二次谐波(波长532nm)分量。这种YAG激光是一种固体激光，其透过性高，具有适合于非晶硅膜10的激光退火的波长。因此，在激光照射时，即使在非晶硅膜10上形成了氧化硅膜11，能量几乎也不被氧化硅膜11吸收，而是仅经由氧化硅膜11有效地加热熔融非晶硅膜10。
此外，在YAG激光中，可在激光的照射方向上大致均匀地加热，所以可使结晶在照射方向的垂直方向、即在衬底面的平行方向上生长。因此，如果使YAG激光的照射光在衬底面的平行方向上进行扫描，则非晶硅膜10被依次熔融，通过其后的自然冷却而依次形成多晶硅膜4，通过使其照射区域在衬底面的整个面上移动，可以将非晶硅膜10的整个面多结晶化。
接着，如果通过照相制版来构图形成了氧化硅膜11的多晶硅膜4，则形成作为半导体层的岛状的多晶硅膜4(图1(c)的工序)。在形成该岛状的多晶硅膜4后，通过BHF(缓冲氟化氢)等药剂来清洗衬底表面。然后，通过等离子体CVD形成作为栅绝缘膜的氧化硅膜5(图1(d)的工序)。
在构图时，由于将氧化硅膜11形成在非晶硅膜10上，所以在照相制版时，硅膜表面不暴露在光抗蚀剂和抗蚀剂剥离液中，而且在硅膜的表面上不形成自然氧化膜。
再有，从图1(d)可知，在多晶硅膜4的上方，存在氧化硅膜11和氧化硅膜5，但在没有多晶硅膜4的部位，仅有氧化硅膜5，所以是形成的氧化硅膜的膜厚仅是氧化硅膜11的膜厚的结构。这种结构在叠层了层间绝缘膜7的图2中也是同样。
图2是表示本发明实施方式1的薄膜晶体管的一结构例的剖面图。该薄膜晶体管通过图1所示的制造工序形成直至栅绝缘膜5的各层后，还通过与以往的薄膜晶体管同样的制造工序，形成栅极电极6、层间绝缘膜7、源和漏电极8、钝化膜9。
该薄膜晶体管在多晶硅膜4和栅极电极6之间，存在氧化硅膜11和5，这两层氧化硅膜11和5具有作为栅绝缘膜的功能。作为这样的一个栅绝缘膜的氧化硅膜11的表面，在制造工序中暴露于大气中，在其表面上形成自然氧化膜，在结晶结构上产生缺陷。此外，在照相制版工序中表面被污染。但是，一般地，与硅膜的界面上的缺陷相比，栅绝缘膜中的结晶结构的缺陷(体积缺陷)对薄膜晶体管的特性不产生大的影响。因此，通过在非晶硅膜10上形成氧化硅膜11，可以提高薄膜晶体管的特性。
图3的步骤S101～S107是表示本发明实施方式1的低温多晶硅TFT的制造方法中的主要部分的一例流程图。首先，在绝缘性衬底1上，作为内涂敷膜，通过等离子体CVD依次形成氮化硅膜2和氧化硅膜3(步骤S101)。接着，在该内涂敷膜上，通过等离子体CVD形成非晶硅膜10(步骤S102)。而且，在非晶硅膜10上，通过等离子体CVD形成作为界面保护膜的氧化硅膜11(步骤S103)。
在将同一真空室内原样维持真空状态下，依次进行这些层的各层的形成，衬底在中途不暴露在大气等中。至少从形成非晶硅膜10到形成界面保护膜时，衬底不暴露在大气等中，在非晶硅膜10的栅极侧表面上不形成自然氧化膜。非晶硅膜10的脱氢处理，在形成了界面保护膜11后，通过对衬底进行加热处理来进行。
接着，通过向脱氢处理后的衬底照射YAG激光，对非晶硅膜10进行激光退火，将非晶硅膜结晶化(步骤S104)。如果对衬底面内的规定的照射区域全部扫描，则结束激光照射(步骤S105)。
然后，通过照相制版来构图被激光退火结晶化的多晶硅膜4(步骤S106)。此时，在构图前已经形成了界面保护膜，在构图时，非晶硅膜10的栅极侧表面不因光抗蚀剂和抗蚀剂剥离液而被污染。在构图后的衬底通过BHF等清洗后，通过等离子体CVD形成作为栅绝缘膜的氧化硅膜5(步骤S107)。
根据本实施方式，由于一边保持真空状态一边进行从非晶硅膜10的形成至氧化硅膜11的形成，所以可以防止在非晶硅膜10的表面上形成自然氧化膜。因此，可以获得在多晶硅膜4和氧化硅膜11之间不存在自然氧化膜的低温多晶硅TFT。即，可以获得缺陷能级极低、工作特性优良的薄膜晶体管。
此外，可以通过氧化硅膜11来防止将多晶硅膜4的表面暴露在光抗蚀剂和抗蚀剂剥离液中，并可防止在照相制版中多晶硅膜4的表面被污染。因此，可以抑制作为薄膜晶体管的工作特性的恶化。
此外，通过等离子体CVD，在非晶硅膜10上形成氧化硅膜11，与在玻璃衬底上低温下形成热氧化膜的情况相比，成膜速度快，可容易地形成期望的膜厚(例如大于等于10nm的膜厚)构成的氧化硅膜11。而且，与低温下形成的热氧化膜相比，可形成致密的膜，有效地保护非晶硅膜10的表面。
再有，在本实施方式中，说明了在激光照射前形成作为界面保护膜的氧化硅膜11的情况的例子，但本发明不限定这样的情况。例如，也可以在激光照射后的多晶硅膜4上形成氧化硅膜11。这种情况下，取代YAG激光，例如可以使用波长在紫外线区域的XeCl受激准分子激光。此外，更期望包括激光退火，从非晶硅膜10的形成至氧化硅膜11的形成都是一边保持真空状态一边进行，可以防止硅膜表面形成自然氧化膜。即，期望不将衬底从真空室内运出，就进行激光照射，可以防止在多晶硅膜4的表面上形成自然氧化膜。
此外，在本实施方式中，说明了在同一真空室内连续形成氮化硅膜2、氧化硅膜3、非晶硅膜10及氧化硅膜11的各层的情况下的例子，但本发明不限定于这样的情况。例如，在从形成氮化硅膜2至形成氧化硅膜11之间，如果使衬底保持真空状态，也可以在不同的真空室中形成各层。
此外，在本实施方式中，为了使栅绝缘膜和布线等的覆盖性良好，在对形成了氧化硅膜11的多晶硅膜4进行构图时，也可以将氧化硅膜11和多晶硅膜4的图形边缘部加工成锥体形状。即使是这种情况，也可以获得同样的效果，同时可降低布线的短路和断线。
实施方式2
在实施方式1中，说明了保留作为界面保护膜的氧化硅膜11的薄膜晶体管的制造方法。在该制造方法中，直至形成作为栅绝缘膜的氧化硅膜5，可认为在氧化硅膜11的表面上形成自然氧化膜，缺陷能级增加。将这样的氧化硅膜11保留在薄膜晶体管的多晶硅膜4和栅极电极6间。相反，在本实施方式中，通过在照相制版的构图后除去氧化硅膜11，进一步提高作为薄膜晶体管的工作特性。
图4的步骤S201～S208是表示本发明实施方式2的低温多晶硅TFT的制造方法中的主要部分的一例的流程图。从步骤S201至步骤S206，与从图3的步骤S101至步骤S106的处理过程相同。在通过照相制版来构图多晶硅膜4时，进行BHF等药液的衬底面的清洗。在清洗时，氧化硅膜11的一部分表面通过BHF等药液或干法腐蚀等而被除去(步骤S207)。再有，此时，也可以全部除去氧化硅膜11。在除去氧化硅膜11后，形成作为栅绝缘膜的氧化硅膜5(步骤S208)。
直至形成作为栅绝缘膜的氧化硅膜5，氧化硅膜11形成在硅膜上的衬底被暴露在大气中，在氧化硅膜11的表面上形成自然氧化膜，成为氧化硅膜11的表面的结晶结构的缺陷。因此，通过除去这样的氧化硅膜11，可以进一步提高作为薄膜晶体管的工作特性。特别是在对多晶硅膜4构图的照相制版后除去氧化硅膜11，所以可以防止将多晶硅膜4的表面在照相制版时暴露在光抗蚀剂和抗蚀剂剥离液中。
实施方式3
图7是表示本发明实施方式3的低温多晶硅TFT的制造方法的其主要部分的一例的图，与图1所示的实施方式1同样，表示直至形成栅绝缘膜5为止的各工序。
绝缘性衬底1是玻璃衬底等的具有绝缘性的透明衬底，在该绝缘性衬底1上依次形成氮化硅膜2、氧化硅膜3、非晶硅膜10及氧化硅膜11(图7(a)的工序)。非晶硅膜10是通过激光照射而被多结晶化，通过离子掺杂成为有源半导体层的非晶状的硅膜。氮化硅膜2和氧化硅膜3都是用于使半导体层的特性稳定的绝缘性的内涂敷膜。氧化硅膜11是在制造工序中，防止非晶硅膜10成为露出的状态，保护其栅极侧的界面的绝缘性的界面保护膜。
这些氮化硅膜2、氧化硅膜3、非晶硅膜10及氧化硅膜11与实施方式1的情况同样，都通过CVD装置来形成。而且，这些所有的层都在装置的真空室内连续形成。即，不从真空室内运出衬底，保持真空状态，同时形成从氮化硅膜2的形成至氧化硅膜11的形成的处理。因此，非晶硅膜10不接触大气而被氧化硅膜11覆盖，防止作为结晶结构缺陷原因的自然氧化膜形成在非晶硅膜10的表面上。
这里，氧化硅膜11的膜厚为100nm。而非晶硅膜10的膜厚为70nm。
接着，对于形成了氧化硅膜11的衬底照射YAG激光，将非晶硅膜10多结晶化而获得多晶硅膜4(图7(b)的工序)。由于激光照射时的非晶硅膜10被氧化硅膜11覆盖，所以与以往的自然冷却相比，可抑制熔融硅的冷却速度。因此，可改善硅的结晶生长，可以获得粒径更大的多晶硅膜4。
此外，在本实施方式中，在直至进行激光照射的期间，非晶硅膜10都不暴露在大气等的包含氧的环境气体中，所以在其表面上都不形成自然氧化膜。因此，因激光退火造成的活性化缺陷极少，可获得质量优良的多晶硅膜4。
此外，在YAG激光中，由于可在激光的照射方向上大致均匀地加热，所以可使结晶在照射方向的垂直方向、即衬底面的平行方向上生长。因此，如果在衬底面的平行方向上扫描YAG激光的照射光12，则非晶硅膜10被依次熔融，通过其后的自然冷却而依次形成多晶硅膜4，并通过使其照射区域在衬底面的整个面上移动，可以将非晶硅膜10的整个面多结晶化。
而且，由于将氧化硅膜11的膜厚设置为100nm，所以可抑制激光退火后的多晶硅膜4的表面凹凸。在激光照射时熔融的硅进行固化时，固化后的硅产生体积膨胀。即，固体硅的密度比液体硅的密度小。在一次脉冲激光照射中熔融的硅的固化因激光强度的摆动而不均匀。因此，在照射激光而不设置氧化硅膜11的以往例的情况下，最后固化的部分的硅膜4的膜厚因上述的体积膨胀而厚于前面固化部分的膜厚。即，产生多晶硅膜4的表面凹凸。氧化硅膜11具有物理性地抑制这种熔融硅固化时的体积膨胀造成的表面凹凸的效果。
可是，氧化硅膜11的玻璃软化点(粘滞系数小于等于10⁸/Pa·s的温度)为约1180℃，比硅的约1420℃的熔点低。这意味着熔融的非晶硅膜10熔融固化时氧化硅膜11不变软。因此，如果氧化硅膜11的膜厚薄，则抑制多晶硅膜4的表面凹凸的效果变小。因此，为了抑制多晶硅膜4的表面凹凸，将氧化硅膜11的膜厚加厚更有效。而且，从为了抑制表面凹凸的凸部中的电场集中和栅绝缘膜5的覆盖不良引起的耐压下降而降低表面凹凸的观点来看，将氧化硅膜11的膜厚加厚更有效。
图9是表示非晶硅膜10上的氧化硅膜11的膜厚和激光照射后的多晶硅膜4的表面凹凸之间的关系图。这里的表面凹凸是除去氧化硅膜11，通过使用前端直径0.1×2.5μm的触针的触针式表面测定器(装置名为TalyStep)按扫描长度100μm测定多晶硅膜4的表面时，从获得的凹凸的峰值中读取最高的前三个和最低的前三个峰值之差所得的值。根据图9，相对于没有氧化硅膜11的情况下(氧化硅膜11的膜厚为0的情况)，多晶硅膜4的表面凹凸为55nm，而氧化硅膜厚为4nm时表面凹凸为40nm，氧化硅膜厚10nm时表面凹凸为14nm，随着氧化硅膜厚加厚，表面凹凸减小。因此，为了抑制多晶硅膜4的表面凹凸，期望氧化硅膜11的膜厚大于等于4nm，更好大于等于10nm。
此外，如果氧化硅膜11的膜厚大于等于200nm，则在膜的成膜和除去上需要时间，导致成本上升，所以不期望如此。因此，氧化硅膜11的膜厚需要按大于等于4nm、小于等于200nm的范围来设置。最好是大于等于10nm、小于等于200nm的范围。
此外，在实施方式1、2、3中，氮化硅膜2、氧化硅膜3、非晶硅膜10和氧化硅膜11都在CVD装置的真空室内连续形成。因此，在非晶硅膜10上不产生污点。对于这种污点的产生，进行了调查。
在现有的方法中，在淀积非晶硅膜10后，进行激光照射，熔融、固化非晶硅膜10，形成多晶硅膜4。在淀积非晶硅膜10后，为了除去在激光照射之前的时间中附着在非晶硅膜10上的杂质和自然氧化膜，在激光照射之前通过硫酸和BHF的药剂来清洗衬底表面。在该清洗的最后，为了除去残留在衬底表面的硫酸和BHF而进行用纯水的清洗。在该纯水的清洗时，有时在非晶硅膜10的表面上局部地产生污点。
这种污点是非晶硅膜10中的硅原子和纯水中的氧松散地结合的SiO_x或溶于纯水中的分子状的SiO_x构成的物质，在除去纯水即干燥工序中，容易发生在纯水残留在衬底上的时间长的部位。非晶硅膜10本来就具有疏水性(防水性)，也成为污点发生的原因。
在随后的激光照射时污点存在的部分将激光乱反射，不能充分熔融，所以结晶性差，即成为结晶粒径小的氧化硅膜。因此，在污点发生的部分制作的薄膜晶体管的特性恶化。
相反，在本发明中，氮化硅膜2、氧化硅膜3、非晶硅膜10和氧化硅膜11都在CVD装置的真空室内连续形成，即不进行清洗工序，所以在非晶硅膜10上不产生污点。
当然，在本发明的制造方法中，在激光照射前也进行衬底清洗，但位于最表面的氧化硅膜11为亲水性，所以不产生污点。因此，具有防止制作特性差的薄膜晶体管的效果。
接着，将形成了氧化硅膜11的多晶硅膜4通过照相制版进行构图时，形成作为半导体层的岛状的多晶硅膜4(图7(c)的工序)。在形成该岛状的多晶硅膜4后，通过BHF等药剂来清洗衬底表面。然后，通过等离子体CVD形成作为栅绝缘膜的氧化硅膜5(图7(d)的工序)。
在构图时，由于将氧化硅膜11形成非晶硅膜10上，所以在照相制版时，硅膜表面不暴露在光抗蚀剂和抗蚀剂剥离液中，在硅膜的表面上不形成自然氧化膜。
在实施方式3中，除去氧化硅膜11后，重新形成栅绝缘膜5。从图7(c)、图7(d)可知，就除去氧化硅膜11来说，可在多晶硅膜4的构图后，也可以在构图前。在构图后进行的情况下，由于多晶硅膜4的表面不暴露在抗蚀剂和剥离液等中，所以可以抑制污染。在构图前进行的情况下，尽管多晶硅膜4的表面暴露在抗蚀剂等中，但在除去氧化硅膜11时氧化硅膜3不露出，所以多晶硅膜4图形部正下方以外的氧化硅膜3不被腐蚀，所以可抑制多晶硅膜4图形腐蚀部中的台阶差的增大，还具有提高栅绝缘膜5的覆盖性的效果。如果在构图前局部除去氧化硅膜11，在构图后全部除去，则可产生两者的效果。再有，也可以残留氧化硅膜11，将其作为栅绝缘膜，也可以在氧化硅膜11上充分淀积氧化硅膜，将它们作为栅绝缘膜。然后，可以形成图2或图5所示的薄膜晶体管。
实施方式4
在实施方式3中，作为激光照射时的界面保护膜，使用氧化硅膜，但作为界面保护膜，不限定于氧化硅膜。图8是将氧化硅膜和氮化硅膜构成的多层膜(双层膜)作为界面保护膜使用的例子，表示在激光照射前的剖面结构。
在图8中，1是玻璃衬底，2是氮化硅膜，3是氧化硅膜，10是非晶硅膜，13是厚度10nm的氧化硅膜，14是厚度80nm的氮化硅膜。氧化硅膜13和氮化硅膜14是在制造工序中，防止非晶硅膜10露出的状态，保护其栅极侧的界面的绝缘性的界面保护膜。
这些氮化硅膜2、氧化硅膜3、非晶硅膜10、氧化硅膜13和氮化硅膜14与实施方式1的情况同样，都通过CVD装置来形成。而且，所有层在CVD装置的真空室内连续形成。即，不从真空室内运出衬底，一边保持真空状态，一边进行从氮化硅膜2的形成至氮化硅膜14的形成的处理。
然后，与实施方式1、2、3同样，进行YAG激光照射的非晶硅膜10的多晶硅化、该多晶硅膜的构图、氮化硅膜14、氧化硅膜13的除去、栅绝缘膜的形成等，制作薄膜晶体管。
周围界面保护膜的氮化硅膜14的玻璃软化点大于等于1420℃的硅熔点，所以氮化硅膜14在激光照射时不软化。因此，与仅使用氧化硅膜的实施方式3相比，可以抑制多晶硅膜4的表面凹凸。此外，与仅使用氧化硅膜的情况相比，可以用更薄的膜抑制多晶硅膜的表面凹凸。氧化硅膜13被设置用于防止从氮化硅膜14向熔融的非晶硅膜10混入氮。
此外，在防止自然氧化膜的形成的效果、防止来自抗蚀剂的污染的效果和防止发生污点的效果上，与实施方式1、2、3同样。此外，也可以在多晶硅膜的构图前除去氮化硅膜14和氧化硅膜13。
在实施方式4中，作为界面保护膜，使用氧化硅膜13和氮化硅膜14的双层膜。作为界面保护膜并不限于此，相对于激光，如果是透明并且在硅的熔点中不变质的膜，则即使使用任何膜，也可以抑制多晶硅膜的表面凹凸。例如，可将SiC和Al₂O₃等与氧化硅膜和氮化硅膜组合使用。
此外，也可以仅除去氮化硅膜14，将氧化硅膜13作为栅绝缘膜或栅绝缘膜的一部分来使用。然后，与实施方式3同样，可以形成图2或图5所示的薄膜晶体管。
实施方式5
在实施方式3中，氧化硅膜11的膜厚为100nm并照射YAG激光。YAG激光的照射条件为照射能量密度0.55J/cm²、振荡频率1kHz、激光传送间隔每个脉冲为3μm。
在实施方式5中，将氧化硅膜11的膜厚设定为90nm。其他的结构元件与实施方式3相同。
本实施例中的膜厚90nm的氧化硅膜11具有作为波长532nm的YAG激光的防反射膜的作用。在没有氧化硅膜(膜厚0nm)的结构中，在将YAG激光从垂直方向照射非晶硅膜面时，激光的反射率约为47％。相反，在氧化硅膜11的膜厚为90nm时的YAG激光的反射率下降至19％。这意味着如果激光的功率(照射能量密度)相同，设有膜厚90nm的氧化硅膜11，则用一次激光照射熔融更宽的范围。在实施方式5中，即使激光的传送间隔为4μm，也可获得良好的多晶硅膜4。
这样，如果将界面保护膜的膜厚设定为激光的防反射膜的膜厚，则用相同照射能量密度在更宽的范围内熔融非晶硅膜10，所以可以增大设定激光的传送间隔，其结果是提高激光照射的生产率。在实施方式5中，与实施方式2相比，生产率提高了30％。
激光的反射率不仅因氧化硅膜11的膜厚而变化，而且因非晶硅膜10和氧化硅膜11的折射率而变化。一次，使反射率最小的膜厚需要测定使用的非晶硅膜和氧化硅膜的折射率来决定。这次使用了非晶硅膜10的折射率为5.13+0.612i、氧化硅膜11的折射率为1.46+0i的值(用复数折射率表示。实数部表示折射率，虚数部表示吸收率。由于没有氧化硅膜的吸收，所以虚数部为0i)。
图10表示将氧化硅膜作为界面保护膜(cap膜)时的该氧化硅膜和YAG激光的反射率。在膜厚在大于等于87nm、小于等于98nm的范围中反射率极小，为19％。因此，如果将该氧化硅膜11的膜厚以进入该范围来设定，则YAG激光的反射率最小，所以最好是这样设定。
此外，在界面保护膜中使用氧化硅膜和氮化硅膜的双层膜的情况下，在氧化硅膜13的膜厚为10nm，氮化硅膜14的膜厚在60nm附近时，激光的反射率最小。而且，如在实施方式4中所述，即使在将SiC和Al₂O₃等与氧化硅膜和氮化硅膜组合作为界面保护膜的情况中，通过考虑各个膜的折射率并将膜厚最佳化，可以获得同样的效果。
实施方式6
在通过实施方式1至5的任何一个制造方法制作薄膜晶体管时，在处理结束后的多晶硅膜4中混入大于等于1×10¹⁸个/cm³的氧。这里，在硅膜中的氧浓度到达比1×10²⁰个/cm³高的浓度时，氧在多晶硅膜4中形成原子团，成为电流的阻挡层，薄膜晶体管的特性恶化，所以作为根据本发明制造的不对薄膜晶体管的特性产生影响的氧浓度范围，最好是大于等于1×10¹⁸个/cm³、小于等于1×10²⁰个/cm³。
另一方面，如果将激光脉冲向同一部位照射多次，则氧化硅膜11或氧化硅膜13的氧取入熔融的硅膜中的时间变长，所以有时多晶硅膜4中的氧浓度上升得比1×10²⁰个/cm³高。因此，在激光照射时，需要确定激光的传送间隔、照射能量密度，以使多晶硅膜4中的氧浓度小于等于1×10²⁰个/cm³。
在本实施方式中，通过激光的传送间隔大于等于2μm、照射能量密度小于等于0.7J/cm²，可以使多晶硅膜中的氧浓度小于等于1×10²⁰个/cm³。
再有，在实施方式1至6中，可将制造的薄膜晶体管应用于显示装置。显示装置可以是使用液晶的装置，也可以是使用场致发光(EL)的装置。如果是使用具有多晶硅膜的薄膜晶体管的显示装置，则当然也可以应用于上述以外的显示装置。
此外，作为实施方式1至6中的激光退火的激光，使用了YAG激光(第二高谐波、波长532nm)，但如果使用多晶硅膜中的透过性高、结晶化时可获得大粒径的晶粒的波长370nm至710nm的激光，则具有同样的效果。此外，如果是界面保护膜的透过性高的波长，则也可以使用受激准分子等的其他激光。相对于普通的受激准分子激光的波长308nm的光，氧化硅膜和氮化硅膜是透明的。在使用受激准分子激光时，特别是在紫外线光区域的情况下，由于硅膜中的透过性低，所以非晶硅膜10的膜厚小于等于70nm就可以。再有，激光可以是振荡模式，也可以是连续模式。