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公開番号2025074478
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-14
出願番号2023185303
出願日2023-10-30
発明の名称薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ
出願人日新電機株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H10D 30/67 20250101AFI20250507BHJP()
要約【課題】ゲート絶縁膜としてフッ素含有シリコン窒化膜を利用した薄膜トランジスタの製造方法において、ゲート絶縁膜上でのレジストのパターニングを安定して行えるようにする。
【解決手段】薄膜トランジスタの製造方法は、基板2上に酸化物半導体層3を形成する半導体層形成工程と、酸化物半導体層3上に、フッ素を含むシリコン窒化膜(SiN:F)からなるゲート絶縁層4を形成するゲート絶縁層形成工程と、レジストを用いたパターニング法によりゲート絶縁層4上にゲート電極5を形成するゲート電極形成工程とを含む。ゲート電極形成工程は、レジストの密着性を向上させる表面処理層をゲート絶縁層4上に形成する表面処理工程と、表面処理層上にレジストを塗布するレジスト塗布工程と、を含む。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
トップゲート型の薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上に形成した半導体層上に、フッ素を含むシリコン窒化膜（ＳｉＮ：Ｆ）からなるゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、
前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを含み、
当該ゲート電極形成工程が、
レジストの密着性を向上させる表面処理層を前記ゲート絶縁層上に形成する表面処理工程と、
前記表面処理層の表面にレジストを塗布した後、当該レジストのパターニングを行うレジストパターニング工程と、
前記レジストパターニング工程で前記レジストが除去された前記ゲート絶縁層上にゲート電極を成膜するゲート電極成膜工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
前記表面処理工程が、
前記ゲート絶縁層上にプライマーを塗布して疎水化させる疎水化工程と、
前記プライマーに含まれる溶剤を熱処理により除去するアニール工程とを含む請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記ゲート電極形成工程が、
塗布したレジストを除去した後に前記ゲート絶縁層上に残留する前記表面処理層を除去する表面処理層除去工程をさらに含む請求項２に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記ゲート絶縁層形成工程において、前記ゲート絶縁層をプラズマＣＶＤ法により形成する請求項１に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】
ボトムゲート型の薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板上に形成したゲート電極上に、フッ素を含むシリコン窒化膜（ＳｉＮ：Ｆ）からなるゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、
前記ゲート絶縁層上に半導体層を形成する半導体層形成工程とを含み、
当該半導体層形成工程が、
レジストの密着性を向上させる表面処理層を前記ゲート絶縁層上に形成する表面処理工程と、
前記表面処理層の表面にレジストを塗布した後、当該レジストのパターニングを行うレジストパターニング工程と、
前記レジストパターニング工程で前記レジストが除去された前記ゲート絶縁層上に半導体膜を成膜する半導体膜成膜工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】
基板上に、半導体層と、フッ素を含むシリコン窒化膜（ＳｉＮ：Ｆ）からなるゲート絶縁層と、ゲート電極とが順に積層されたトップゲート型の薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層と前記ゲート電極との間の界面に、レジストの密着性を向上させる表面処理層が存在する薄膜トランジスタ。
【請求項７】
基板上に、ゲート電極と、フッ素を含むシリコン窒化膜（ＳｉＮ：Ｆ）からなるゲート絶縁層と、半導体層とが順に積層されたボトムゲート型の薄膜トランジスタであって、
前記ゲート絶縁層と前記半導体層との間の界面にレジストの密着性を向上させる表面処理層が存在する薄膜トランジスタ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法及び薄膜トランジスタに関するものである。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ系（ＩＧＺＯ）の酸化物半導体を半導体層（チャネル層）に用いた薄膜トランジスタの開発が活発に行われている。この薄膜トランジスタでは、半導体層の周辺には、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）や酸化シリコン膜（ＳｉＯ）等からなる保護層やゲート絶縁層等の各種絶縁層が形成されている。例えば、特許文献１には、ＳｉＣｌ
４
ガスとＳｉＦ
４
ガスと酸素ガスとを含む混合ガスをプロセスガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、フッ素含有酸化シリコン膜からなる絶縁層を酸化物半導体層の上に形成する薄膜トランジスタの製造方法が記載されている。この製造方法では、酸化物半導体である半導体層の上にフッ素を含有する酸化シリコン膜を形成することで、フッ素が酸化物半導体の欠陥を終端し、電気的特性を改善することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－１９５６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した特許文献１の製造方法では、比較的高価なＳｉＣｌ
４
ガスを用いるためコストが高くなるという課題がある。低コスト化のために、ＳｉＣｌ
４
ガスを用いることなく、ＳｉＦ
４
ガスと酸素ガスからなる混合ガスにて、フッ素含有シリコン酸化膜を成膜する場合、酸化物半導体である半導体層上では成膜は不安定となってしまう。
【０００５】
一方で、ＳｉＦ
４
ガス、窒素ガス及び水素ガスからなる混合ガスを用いてフッ素含有シリコン窒化膜を成膜する場合、酸化物半導体である半導体層上にも安定して成膜することができ、高い絶縁性を発揮することができる。しかしながらこの場合には、フッ素含有シリコン窒化膜の上に、レジストを用いたパターニング法により例えばゲート電極等を形成する際に、フッ素含有シリコン窒化膜とレジストとの密着性が高くなく、レジストのパターニングの際に現像液がフッ素含有シリコン窒化膜とレジストとの間に浸入してしまい、パターニングのプロセスが不安定になってしまうことが分かった。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、ゲート絶縁膜としてフッ素含有シリコン窒化膜を利用した薄膜トランジスタの製造方法において、ゲート絶縁膜上でのレジストのパターニングを安定して行えるようにすることを主たる課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、トップゲート型の薄膜トランジスタの製造方法であって、基板上に形成した半導体層上に、フッ素を含むシリコン窒化膜（ＳｉＮ：Ｆ）からなるゲート絶縁層を形成するゲート絶縁層形成工程と、前記ゲート絶縁層上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを含み、当該ゲート電極形成工程が、レジストの密着性を向上させる表面処理層を前記ゲート絶縁層上に形成する表面処理工程と、前記表面処理層の表面にレジストを塗布した後、当該レジストのパターニングを行うレジストパターニング工程と、前記レジストパターニング工程で前記レジストが除去された前記ゲート絶縁層上にゲート電極を成膜するゲート電極成膜工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
このような製造方法であれば、表面処理層を介することで、ゲート絶縁層を構成するフッ素を含むシリコン窒化膜とレジストとの密着性が向上するので、レジストのパターニングの際におけるフッ素を含有するシリコン窒化膜とレジストとの間への現像液の浸入を抑制でき、パターニングを安定して行うことができるようになる。これによりトップゲート型の薄膜トランジスタの製造の歩留まりを向上し、製造コストを低減できる。
【０００９】
前記表面処理工程の具体的態様として、前記ゲート絶縁層上にプライマーを塗布して疎水化させる疎水化工程と、前記プライマーに含まれる溶剤を熱処理により除去するアニール工程とを含むものが挙げられる。
このような方法であれば、ゲート絶縁層の表面を疎水化することで、レジストのパターニングの際に水溶液である現像液の浸入をより確実に防ぐことができる。さらに、プライマー塗布後に熱処理を行い、溶剤を除去することで、プライマーとフッ素含有シリコン窒化膜との化学結合を促進し、レジスト層とフッ素含有シリコン窒化膜との密着性をより一層向上できる。
【００１０】
ゲート絶縁層上に塗布したプライマーは、レジストを除去した後にも残留しやすく、想定外の固定電荷を発生させる恐れや、フッ素含有シリコン窒化膜を劣化させる恐れがある。
そのため前記ゲート電極形成工程が、塗布したレジストを除去した後に前記ゲート絶縁層上に残留する前記表面処理層を除去する表面処理層除去工程を含むのが好ましい。
このようにすれば、レジスト除去後に残留するプライマー層を低減させ、良好な薄膜トランジスタ特性が得られるようになる。
（【００１１】以降は省略されています）

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