JPH01106470A - 薄膜トランジタ - Google Patents

薄膜トランジタ

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JPH01106470A
JPH01106470A JP62263414A JP26341487A JPH01106470A JP H01106470 A JPH01106470 A JP H01106470A JP 62263414 A JP62263414 A JP 62263414A JP 26341487 A JP26341487 A JP 26341487A JP H01106470 A JPH01106470 A JP H01106470A
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JP
Japan
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layer
silicon nitride
stress
thin film
gate insulating
Prior art date
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Pending
Application number
JP62263414A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Minamino
裕 南野
Yoshiya Takeda
悦矢 武田
Takao Kawaguchi
隆夫 川口
Tatsuhiko Tamura
達彦 田村
Noriko Ookawa
大川 野里子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP62263414A priority Critical patent/JPH01106470A/ja
Publication of JPH01106470A publication Critical patent/JPH01106470A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、絶縁ゲート型薄膜トランジスタの構成に関す
るものであり、特に液晶等との組み合わせで画像表示装
置を構成するための、シリコンを主成分とする非晶質半
導体を用いた薄膜トランジスタ(以下TPTと略す)に
関するものである。
従来の技術 第3図に従来の構成のTPTを示す、第3図(a)は、
絶縁性基板30上にゲート電極となる第一の導体31が
形成され、前記ゲート電極上に、ゲート絶縁物層32が
プラズマCVD法、スパッタ法、ゲート金属の酸化、等
により形成される。
前記ゲート絶縁物上に非単結晶半導体層33をプ)ダマ
CVD法、スパッタ法、蒸着法等で形成し、前記非単結
晶半導体上に、ソース、ドレイン電極となる第1の導体
34.35が形成される逆スタガー型TPTである。第
3図(a)は、第3図(b)のc−c’線断面図である
。前記ゲート絶縁物を形成する方法としては、プラズマ
CVD法、スパッタ法を用いて窒化シリコンSiNxあ
るいは酸化シリコンSi○2を用いる方法、TPTのO
N電流を増加させる目的で誘電率の高い絶縁物質として
公知であるTaOxを反応性スパッタを用いて形成する
方法、ゲート金属として用いられるAIJ??Taを熱
酸化、プラズマ酸化、あるいは陽極酸化してAl2O3
やTaδXを形成しゲート絶縁膜とする方法、等の例が
挙げられる。前記非単結晶半導体層としては、非晶質S
iが大面積の成膜が可能である、ゲート絶縁膜としてS
iNxを用いた組み合わせで良好な界面を形成すること
が可能、などの理由で用いられる。又、CdSeも移動
度の高いTPTの材料として知られている。
発明が解決しようとする問題点 上記の方法により作成したトランジスタでは、ゲート絶
縁層としてSiNxを用いた場合、トランジスタの移動
度は非晶質シリコン半導体中での本質的な電子の移動度
及びゲート絶縁膜と非晶質シリコン半導体層界面での界
面準位密度等で決まる。ゲート絶縁膜と非晶質シリコン
半導体層界面での界面準位密度が大きくなれば、界面に
沿ってドレイン電界方向に移動する電子が界面準位にト
ラップされる確率が大きくなりトランジスタの移動度は
低下する。この界面準位に関係する要因としてゲート絶
縁膜と非晶質シリコン半導体層界面での応力歪がある。
ゲート絶縁膜に窒化シリコンを用いた場合、非晶質シリ
コンは圧縮応力を有しているために窒化シリコンに引っ
張り応力を持たせた場合当然その界面に応力歪を生じる
従ってこの応力歪を減少させることが出来ればTPTの
移動度を大きくすることが出来る。しかしながら窒化シ
リコンの作成条件を変えて窒化シリコンに圧縮応力をも
たせて応力歪を小さくしようとした場合、絶縁層と半導
体層の膜の密着性がかえって悪くなりTPTの特性を落
としてしまうという欠点がある。従って界面での窒化シ
リコン層と非晶質シリコン層の良好な界面を維持しなが
らトランジスタの移動度が増加するようにゲート絶縁層
であるSiNxの応力を制御することが肝要である。
問題点を解決するための手段 本発明はシリコンを主成分とする非単結晶半導体を用い
た薄膜トランジスタに於て、従来の膜厚方向に均一な特
性を有する窒化シリコン単層膜に変わるゲート絶縁膜と
して膜質を連続的に変化させて窒化シリコンの応力が非
晶質シリコン近傍よりもゲート近傍の方が小さくするか
、或はゲート電極近傍の窒化シリコンに圧縮応力を持た
せた薄膜トランジスタを提供する。更にゲート絶縁層で
ある窒化シリコンが膜質の異なる2層以上の窒化シリコ
ン層により構成され全ての層が引っ張り応力を有してい
る場合に各々の窒化シリコン層の応力がゲート電極に近
い層が非晶質シリコン層と界面を接している層よりも応
力が小さいが、或は非晶質シリコン層と界面を接さない
層に圧縮応力を持たせた薄膜トランジスタを提供する。
作用 現在プラズマCVD法による連続蒸着により界面を清浄
に保つことが出来る理由から、非単結晶半導体層に非晶
質シリコンa−3i、界面を接するゲート絶縁膜に窒化
シリコンSiNxが現在もっとも良く使われている材料
の一つである。しかしながらこのTPTの場合、a−3
Lは圧縮応力であるために、SiNxに引っ張り応力を
持たせた場合その界面に応力歪が生じていることが予想
される。ゲート絶縁膜である窒化シリコンをプラズマC
VD法で作成する場合、原料ガスとしてSiH4、NH
3、N2、H2を用いるのであるが、このN2、H2の
混合比を変えることにより窒化シリコンの応力を変化さ
せることが出来る0例えばゲート絶縁層としてゲート電
極に接する部分の窒化シリコン膜に圧縮応力を゛もたせ
るか、或は小さな引っ張り応力を持たせ、非晶質シリコ
ン半導体層と界面を接する部分の窒化シリコンは通常の
引っ張り応力を持った窒化シリコンとすれば、膜厚方向
に組成が同じであるSiNxゲート絶縁膜のTPTと比
較して、前者の方がゲート絶縁膜の全応力が後者と比較
して、引っ張り応力の場合はその大きさが小さいか、或
はゲート絶縁膜の応力が圧縮となり界面での応力歪が小
さくなりTPTの移動度が大きくなる。この様に膜厚方
向に窒化シリコンの膜質を変化させる場合、プラズマ放
電中にN2、H2ガス組成比を連続的に変化させるか、
或は放電を一時止めてガス組成比を変化させて新たに膜
質の違う窒化シリコン膜を作成しても良い。
後者の場合には成膜と成膜の間に一旦真空装置がら基板
を取り出して洗浄を行っても良い、これにより先に蒸着
した窒化シリコンにダストによるピンホールが発生した
場合でもその影響を除去できる。第4図にゲート絶縁膜
全体の応力とTPTの移動度の相関を示す、ゲート絶縁
膜の全応力が圧縮になるほどTPTの移動度が増加する
。これは半導体層が圧縮応力であるためにゲート絶縁膜
の全応力がか圧縮応力になるほど、界面での応力歪が緩
和されるためである。
実施例 以下具体的な実施例について説明する。
実施例1 第1図(a)、(b)に示す様に透明絶縁性基板10上
に第一のゲート電極11として1000AのCrをDC
スパッタ法により形成する。第1図(a)は同図(b)
のA−A’断面図である。
ここでCrのかわりにA1.Ta等の他の金属電極、I
TO等の透明導電膜を用いても問題はない。
これをゲート電極形状に食刻した後、プラズマCVD法
を用いてゲート絶縁層12として5iNx4000A、
半導体層13としてa−3i800Aを連続で形成する
。SiNx成膜の際に原料ガスとしてS i H4、N
H3、N2、H2を用いるのであるがこのN2、H2混
合比をプラズマ放電中に連続的に変化させる。すなわち
蒸着初期においては圧縮応力ないしは小さな引っ張り応
力を持った窒化シリコン膜となるようなガス組成として
おき、成膜が進むに従って非晶質シリコンと良好な界面
を形成する窒化シリコンになるようにガス組成を持って
ゆく。本実施例のTPTのゲート絶縁膜としての全応力
は1.02X10’dyne/cm (引っ張り応力)
となる。これに対して膜厚方向に組成が変化しない5i
Nx4000A単層のTPTのゲート絶縁膜の応力は1
.52X10’dyne/cm(引っ張り応力)である
、ゲート絶縁膜の応力は原料ガスのN2、H2混合比を
変化させることにより任意に変えることが可能である。
この方法では、ゲート絶縁層と半導体層が連続で形成さ
れる為、その界面準位密度が低く抑えられて、しきい値
電圧が低くかつ電流の立ち上がり特性の良好なトランジ
スタが形成される。半導体層を所定の形状にエツチング
した後、AIを700OADCスパツタ法で製膜し選択
エツチングを行いソース電極14、ドレイン電極15と
する。このようにして形成された2層ゲート絶縁膜TF
Tは移動度が1.0cm2/V−secとなり膜厚方向
に組成が変化しないSiNx単層のTFTに比較してオ
ン電流が約1.5倍取れる。
実施例2 第1図(a)、(b)に示す様に絶縁性基板20上に第
一のゲート電極21として100OAのCrをDCスパ
ッタ法により形成する。第1図(a)は同図(b)のB
−B’断面図である。′ここでCrのかわりにAI、T
a等の他の金属電極、ITO等の透明導電膜を用いても
問題はない、これをゲート電極形状に食刻した後、プラ
ズマCVD法を用いて第一のゲート絶縁層22として5
iNx200OA形成する。この場合に原料ガスである
N2、H2混合比を圧縮応力ないしは小さな引っ張り応
力を持った窒化シリコン膜になるようにする。蒸着後基
板を真空装置から取り出して洗浄を施した後再び真空装
置にセットしてプラズマCVD法を用いて第二のゲート
絶縁層23として5iNx2000A形成する。この場
合には原料ガスであるN2、H2混合比を非晶質シリコ
ンと良好な界面を形成する引っ張り応力をもった窒化シ
リコンとなるようなガス組成にする0次に半導体層24
としてa−3i800Aを連続で形成する。
半導体層を所定の形状にエツチングした後、A1700
0AをDCスパッタ法で製膜し選択エツチングを行いソ
ース電極25、ドレイン電極26とする。以上のように
して作成されたTPTは移動度が0.8cm2/V・s
ecとなりON電流はSiNx単層のTFTに比較して
約1,2倍とることが出来る。
発明の効果 以上に述べた構成のTPTは、ON電流の立ち上がり特
性が良好で、しきい値電圧の経時変化が少なく、かつ従
来のゲート絶縁層として膜厚方向に均一な膜質を持った
SiNx単層のTFTに比較して、ゲート絶縁膜が同一
膜厚ならば、ON電流が約1.2〜1.5倍高く取れる
TPTを作成することが出来、その技術的意義は大きい
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)、第1図(a)、(b)はそれぞ
れ本発明の実施例1.2による構造のTPTの平面図お
よび断面図、第3図(a>、(b)はそれぞれ従来例の
構造によるTPTの平面図および断面図、第4図はゲー
ト絶縁膜である5iNXの応力を変えた場合の応力とT
PTの移動度の相関関係を示す図である。 10・・・絶縁性基板、11・・・ゲート電極、12・
・・ゲート絶縁膜、13・・・半導体層、14・・・ソ
ース電極、15・・・ドレイン電極。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 はか1名第1図 ケ―ト電1に 第1図 第3図 第4図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁性基板状に選択的に被着形成された第一の導
    体層が、窒化シリコンからなる絶縁物を介して非晶質シ
    リコン半導体層と一部重なり合うように形成され、第二
    の導体層が前記非晶質シリコン半導体層と一部重なり合
    うように形成された薄膜トランジスタに於て、前記窒化
    シリコンの応力が引っ張り応力を有し非晶質シリコン半
    導体層近傍よりも前記第一の導体層近傍の応力が小さい
    ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
  2. (2)絶縁物層の膜質が連続的に変化していることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜トランジスタ
  3. (3)絶縁物層である窒化シリコン層が膜質の異なる2
    層以上の窒化シリコン層により構成されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜トランジスタ
  4. (4)絶縁性基板状に選択的に被着形成された第一の導
    体層が、窒化シリコンからなる絶縁物を介して非晶質シ
    リコン半導体層と一部重なり合うように形成され、第二
    の導体層が前記非晶質シリコン半導体層と一部重なり合
    うように形成された薄膜トランジスタに於て、前記非晶
    質シリコン半導体層近傍の窒化シリコンは引っ張り応力
    を有し、前記第一の導体近傍の窒化シリコンは圧縮応力
    を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
  5. (5)絶縁物層の膜質が連続的に変化していることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜トランジスタ
  6. (6)絶縁物層である窒化シリコン層が膜質の異なる2
    層以上の窒化シリコン層により構成されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第4項記載の薄膜トランジスタ
JP62263414A 1987-10-19 1987-10-19 薄膜トランジタ Pending JPH01106470A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009152293A (ja) * 2007-12-19 2009-07-09 Mitsubishi Electric Corp 薄膜トランジスタ、及びその製造方法、並びに表示装置
US7749880B2 (en) * 2004-08-10 2010-07-06 Seiko Instruments Inc. Method of manufacturing semiconductor integrated circuit device

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US7749880B2 (en) * 2004-08-10 2010-07-06 Seiko Instruments Inc. Method of manufacturing semiconductor integrated circuit device
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