JPH03165066A - 多結晶シリコン薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

多結晶シリコン薄膜トランジスタ及びその製造方法

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JPH03165066A
JPH03165066A JP30434489A JP30434489A JPH03165066A JP H03165066 A JPH03165066 A JP H03165066A JP 30434489 A JP30434489 A JP 30434489A JP 30434489 A JP30434489 A JP 30434489A JP H03165066 A JPH03165066 A JP H03165066A
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三千男 荒井
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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〕 本発明は多結晶シリコンの薄膜トランジスタ(以下TP
Tという)の特性の向上に係り、特に水素化処理した多
結晶シリコンTPTの特性の改善に関する。
〔従来の技術〕
近年、液晶表示装置の駆動スイッチ素子や密着型イメー
ジセンサ−の駆動回路用素子として有用である多結晶シ
リコンを用いたTPTの研究が進んでいる。
TPTの性能、例えば電界移動度、しきい値電圧、リー
グ電流、動作速度等はチャネル部の短縮化など素子構造
の改良や製造プロセスの最適化等によりある程度改善す
ることが出来る。しかし、根本的には素子の活性領域で
ある多結晶シリコンの膜質に大きく依存する。
即ち、多結晶シリコンには結晶粒界があり、結晶粒界に
多い結晶欠陥のため、多数のトラップ準位が形成され易
いことや、多結晶シリコンとゲト絶縁膜との界面におけ
る、結晶欠陥の存在によリ、固定電荷や界面準位が形成
され易いことのため、TPTの特性が著しく悪化する。
これらの特性の悪化を改善するため、従来、TPTを構
成する多結晶シリコン中に水素原子を拡散し、結晶粒界
や薄膜界面に存在するシリコンの未結合ハンドとこの水
素原子を結合することにより、欠陥を減らし、結晶粒界
のトラップ準位によって生じているポテンシャル障壁を
下げて多結晶シリコンTPTの電気特性の向上を図るこ
とが提案されている。
これは具体的には、例えば通常の方法で、多結晶シリコ
ンTPTを形成した後、水素化のためにこのTFT上に
窒化シリコン膜をプラズマCVD法で作製し、熱処理す
るものである。この窒化シリコン膜はSiH++とNH
aに基づいて形成されるので、得られた窒化シリコン膜
内には水素が多量に含まれており、この窒化シリコン膜
を熱処理することによって、該膜中の水素は多結晶シリ
コン中に拡散される(例えば応用物理第56巻第1O号
(1987)pp1371 (123)〜pp1378
 (130)参照)。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、多結晶シリコンTFT上に窒化シリコン膜に
よる水素化処理を行うと、多結晶シリコン膜の損傷も少
なく装置が簡略で大型化が容易で特性の改善が図れるが
、改善した特性が素子によってかなりのバラツキがある
など特性の安定化に問題点がある。
本発明の目的は、多結晶シリコンTPTの窒化シリコン
膜の水素化によって改善された緒特性をさらに改善する
とともに、素子による特性のバラツキを減少させ安定化
を図ったTPTとその製造方法を提供するものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明者は鋭意研究の結果、
窒化シリコン膜がピンホール密度の多い薄膜であるため
、TPTを作製後室化シリコン膜の堆積後熱処理する段
階で窒化シリコン膜にボイドが出来、そこから水素原子
が抜けてしまうことを見出した。
従って本発明は多結晶シリコンTPTを作製して、窒化
シリコン膜を堆積後、その上にこの窒化シリコン膜より
ピンホールの少ない緻密な酸化シリコン膜をオゾンCV
D法によって形成してから水素化処理のための熱処理す
ることにより、特性を更に改善するとともに素子による
特性のバラツキを少なく安定したTPTを得るものであ
る。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図〜第3図を参照して説明する
。第1図は本発明のTPTの断面構造図、第2図は該T
PTの製造工程説明図、第3図はTPTの特性比較図で
ある。
図中、1は石英基板、2は多結晶シリコン膜、2−1.
2−2はn゛型領領域あって、各々ソース領域、ドレイ
ン領域として作用する。3はゲート酸化膜、4はゲート
電極、5はSi0g膜から成る層間絶縁膜、6はアルミ
ニウム(An)配線層、7は窒化シリコン膜、8は酸化
シリコン(Si0z)膜を示す。
第1図から明らかな如く、本発明の多結晶シリコンTP
Tは水素化処理のための窒化シリコン膜7上に、該窒化
シリコン膜7よりもピンホールの少ない5i02膜8が
被覆されている。
第2図を参照しつつ、本発明の多結晶シリコンTPTの
製造方法を説明する。
(1)石英基板l上に減圧CVD法で、基板温度590
°Cで多結晶シリコン膜2を例えば約1000人堆積す
る6次にこの多結晶シリコン膜2を島状にエツチングす
る(第2図(a)参照)。
(II)熱酸化法により950℃でゲート酸化膜3を約
500人形成後、窒素雰囲気中で約1000℃で20分
間熱処理する。
(III)次に減圧CVD法で多結晶シリコンを約10
00〜3000人堆積した後、エツチングしてゲート電
極4を形成する(第2図(b)参照)。
(IV)形成したゲート電極4をマスクとして、自己整
合法でソース、ドレイン領域2−1.2−2を形成する
。即ち、通常のイオン注入法により、例えばリン(P)
イオンを100KeVで1×101 & / c s 
2注入する。
(V)さらに注入した不純物イオンの活性化を約900
℃の窒素雰囲気中で行い、次に同じ約900℃の酸化雰
囲気中で熱酸化して5i02膜から成る層間絶縁膜5を
約1000人の厚さに形成する(第2図(C)参照)。
(Vl)この層間絶縁膜5にコンタクト窓を開口後、A
J配線層6を形成し、約450℃で30分間シンターす
る(第2図(d)参照)。
(■)水素化のための窒化シリコン膜7をプラズマCV
D法で約500〜3000人、最適の厚さ2000人に
堆積する。この窒化シリコン膜7の堆積条件は次の通り
である(第2図(e)参照)。
5iHa流量  50SCCM NH3流量 150SCCM 圧力      0.4Torr RFパワー  400W 基板温度   300°C (■)次にテトラエトキシシラン(TE01)を用いる
オゾンCVD法でピンホールの少ない緻密なSi0g膜
8を約1000人〜lamの厚みで堆積する。
この時の5in2膜8の堆積条件は次の通りである。
TEO3流量 80〜160secM 02流量     7.5SLM 03濃度 0.3〜4.8Voffi0%02N2流量
     35SLM 基板温度    350℃ (IX)窒化シリコン膜7とS iog膜8でパッシベ
ーションされたTPTに熱処理を施して水素化処理し、
第1図の如き構造のTPTとする。この熱処理温度を種
々変化させてアニールしたTFTの特性を従来のTPT
の特性とともに第3図に示す。
第3図はゲート幅(W):100μm、ゲート長(L)
:10μmのn−MOS  TFTの特性図である。第
3図において、Aはドレイン電圧5■、ゲート電圧10
Vの時のドレイン電流(オン電流)の熱処理温度依存性
を示し、Bはしきい値電圧の熱処理温度依存性を示す。
また、O印は従来例の窒化シリコン膜による水素化のみ
を行ったTPTの特性測定値であり、Δ印は本発明の窒
化シリコン膜を堆積後Si0g膜を被覆してから熱処理
を行ったTPTの特性の測定値である。さらに測定値の
上下の実線は同じ条件で測定した10個(n=lo)の
資料の測定値のバラツキを示す。
第3図から明らかな如く、本発明のTPTはドレイン電
流がより多(なり、しきい値電圧はより低くなり特性が
改善された上、各々の測定値の素子によるバラツキも少
なくなり、特にドレイン電流の素子によるバラツキは従
来のものより3倍以上の安定度を示している。
なお、第2図の条件におけるゲートのリーク電流は0.
5pA以下と非常に低かった。
これは窒化シリコン膜8はその膜の性質上ピンホール密
度が多く、熱処理した場合ボイドが出来、そこから水素
原子が抜けてしまい水素化の効果が損なわれ、素子によ
る特性のバラツキを大きくしているものと考えられる。
従って、本発明では、窒化シリコン膜7上にピンホール
のないSi0g膜8をパッシベーションすることにより
、水素原子を窒化シリコン膜8内に閉じこめて多結晶シ
リコン膜2中に拡散させ、水素化の効果を確実にすると
ともに、素子による特性のバラツキを少なくしてTPT
の特性の安定を実現するものである。
〔発明の効果〕
本発明の如く、多結晶シリコンTPTを製造する際に、
ピンホールが多く水素化の際の熱処理時に水素原子が逃
げてしまう窒化シリコン膜を、ピンホールのない緻密な
Si0g膜により覆うことによって、水素化の際に水素
原子が逃げず特性の改善を十分図ることが出来る。さら
に特性の安定化も実現出来、体幹性の高い多結晶シリコ
ンTPTを比較的低温で作製することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の多結晶シリコンTPTの断面構造図、 第2図は本発明のTPTの製造工程説明図、第3図はT
PTの特性比較図である。 ■−石英基板、  2−多結晶シリコン膜、2−1.2
−2− ソース、ドレイン領域、3−ゲート酸化膜、 4−ゲート電極、 5−層間絶縁膜、 6−A f配線層、 7−窒化シリコン膜、 8・−3i O2膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)窒化シリコン膜で被覆された多結晶シリコン薄膜
    トランジスタにおいて、窒化シリコン膜と、該窒化シリ
    コン膜上にこれよりもピンホールの少ない緻密な酸化シ
    リコン膜を被覆したことを特徴とする多結晶シリコン薄
    膜トランジスタ。
  2. (2)窒化シリコン膜で被覆された多結晶シリコン薄膜
    トランジスタの窒化シリコン膜上に、オゾンCVD法を
    用いて該窒化シリコン膜よりピンホールの少ない酸化シ
    リコン膜を形成した後、熱処理を行って水素化処理を行
    うことを特徴とする多結晶シリコン薄膜トランジスタの
    製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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