JPH03248569A - 薄膜トランジスタ - Google Patents
薄膜トランジスタInfo
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- JPH03248569A JPH03248569A JP4449490A JP4449490A JPH03248569A JP H03248569 A JPH03248569 A JP H03248569A JP 4449490 A JP4449490 A JP 4449490A JP 4449490 A JP4449490 A JP 4449490A JP H03248569 A JPH03248569 A JP H03248569A
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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。
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、スイッチング素子に用いられる薄膜トランジ
スタの改良に関する。
スタの改良に関する。
(従来の技術)
近年、非晶質シリコン(a −S i)膜を用いた薄膜
トランジスタをスイッチング素子として構成されたアク
ティブマトリックス型液晶表示装置が注目されている。
トランジスタをスイッチング素子として構成されたアク
ティブマトリックス型液晶表示装置が注目されている。
これは、安価なガラス基板を用いることで大画面、高精
細、高画質なパネルデイスプレィを低コストで実現する
可能性があるからである。
細、高画質なパネルデイスプレィを低コストで実現する
可能性があるからである。
第8図は、活性層にa−Si膜を用いた従来の表示駆動
装置用TPTの断面図である。先ず、ガラス板のような
透光性絶縁基板21上に設けられたMoやCrのような
金属がバターニングされゲート電極22が形成される。
装置用TPTの断面図である。先ず、ガラス板のような
透光性絶縁基板21上に設けられたMoやCrのような
金属がバターニングされゲート電極22が形成される。
このゲート電極22上にはゲート絶縁膜23である5i
n2膜23a。
n2膜23a。
SiNx膜23bが順次積層されている。このゲ−ト絶
縁膜23上のゲート電極22上に位置するところに、活
性層としてa−8i膜24の半導体膜が所定のパターン
に形成されている。このaSiSi膜上4上SiNx膜
25aとSiOx膜25bとの1に層膜である保3膜2
5が形成されている。活性層にはオーミックコンタクト
層としてn″’ a−8L膜26を介してソース電極2
7.ドレイン電極28が形成されている。。ソース電極
27、ドレイン電極28と半導体膜24との間には、オ
ーミックコンタクト層としてn”a−3i膜26が形成
されている。
縁膜23上のゲート電極22上に位置するところに、活
性層としてa−8i膜24の半導体膜が所定のパターン
に形成されている。このaSiSi膜上4上SiNx膜
25aとSiOx膜25bとの1に層膜である保3膜2
5が形成されている。活性層にはオーミックコンタクト
層としてn″’ a−8L膜26を介してソース電極2
7.ドレイン電極28が形成されている。。ソース電極
27、ドレイン電極28と半導体膜24との間には、オ
ーミックコンタクト層としてn”a−3i膜26が形成
されている。
一般に、a−5i膜の内部応力は圧縮応力。
SiNx膜の内部応力は引張り応力そしてSiOx膜の
内部応力は圧縮応力であるので、このような従来構造の
TPTでは、活性層の内部応力とこれに接するゲート絶
縁膜中のSiNx膜の内部応力は逆になっている。さら
にゲート絶縁膜中で接するSiNx膜とSiOx膜の内
部応力もお互いに異なっている。したがって、このよう
な接合面では当然膜の剥離発生頻度が他の箇所に比べて
高くなる。その結果、ゲート絶縁層のリーク電流の増大
、スイッチング機能の消失などのようにTPT特性が不
良になり歩留まりが悪くなるという問題があった。
内部応力は圧縮応力であるので、このような従来構造の
TPTでは、活性層の内部応力とこれに接するゲート絶
縁膜中のSiNx膜の内部応力は逆になっている。さら
にゲート絶縁膜中で接するSiNx膜とSiOx膜の内
部応力もお互いに異なっている。したがって、このよう
な接合面では当然膜の剥離発生頻度が他の箇所に比べて
高くなる。その結果、ゲート絶縁層のリーク電流の増大
、スイッチング機能の消失などのようにTPT特性が不
良になり歩留まりが悪くなるという問題があった。
(発明が解決しようとする課8)
以上のように従来構造の薄膜トランジスタは、ゲート絶
縁膜とそれに接合する活性層の如く、内部応力が異なる
膜間での接合が存在するのでこれらの膜の剥離に起因す
るTPT特性の不良が見られた。
縁膜とそれに接合する活性層の如く、内部応力が異なる
膜間での接合が存在するのでこれらの膜の剥離に起因す
るTPT特性の不良が見られた。
本発明はこのような膜の剥離を回避して信頼性向上を図
った薄膜トランジスタを提供することを目的としている
。
った薄膜トランジスタを提供することを目的としている
。
[発明の構成]
(課題を解決するための手段)
上記の目的を達成するために、本発明は、基板と、この
基板上に所定パターンをもって形成されたa−5i膜と
、このa−8t膜にコンタクトするソースおよびドレイ
ン電極と、前記a−Si膜の上部または下部にゲート絶
縁膜を介して配設されたゲート電極とを有する薄膜トラ
ンジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜は少くとも前記a
St膜側に近い部分が窒化シリコン膜により形成され、
かつその窒化シリコン膜は前記a−5i膜側では水素濃
度が低くなる膜厚方向の水素濃度分布を有することを特
徴とする。
基板上に所定パターンをもって形成されたa−5i膜と
、このa−8t膜にコンタクトするソースおよびドレイ
ン電極と、前記a−Si膜の上部または下部にゲート絶
縁膜を介して配設されたゲート電極とを有する薄膜トラ
ンジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜は少くとも前記a
St膜側に近い部分が窒化シリコン膜により形成され、
かつその窒化シリコン膜は前記a−5i膜側では水素濃
度が低くなる膜厚方向の水素濃度分布を有することを特
徴とする。
(作用)
不発者らか研究を重ねた結果、窒化シリコン膜の内部応
力は膜中の水素濃度に依存し、水素濃度が高くなるにし
たがい引張り応力が強くなることを確認した。
力は膜中の水素濃度に依存し、水素濃度が高くなるにし
たがい引張り応力が強くなることを確認した。
したがって本発明によれば、活性層であるaSi膜と接
する窒化シリコン膜中の膜厚方向の水素濃度を変えるこ
とで、これら膜界面に働く応力を抑えることができ、剥
離が起こり難くなる。
する窒化シリコン膜中の膜厚方向の水素濃度を変えるこ
とで、これら膜界面に働く応力を抑えることができ、剥
離が起こり難くなる。
(実施例)
以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第1図は、本発明の第1の実施例に係る薄膜トランジス
タの断面図である。これを製造工程に従い説明すると、
最初にガラス基板からなる透光性絶縁基板1上に厚さ約
2000人のTaあるいはM o T a合金等の金属
膜をスパッタリング法を用いて堆積する。この金属膜を
CF、と02を反応ガスとしたプラズマエツチングによ
りバターニングしてゲート電極2を形成する。次に光C
VD法のより第1.第2.第3のゲート絶縁膜3a、3
b、3cであるSiNxをそれぞれ約1000人、50
0人、500人の厚さで順次堆積して厚さ2000人の
ゲート絶縁膜3を形成する。引き続き光CVD法により
活性層となるa−9i膜4を3000人形成し、その上
にSiNx膜5a、SiOx膜5bを厚さ1000人で
順次堆積して厚さ2000人の積層膜を形成する。次に
この積層膜にエツチングを施して保護膜5を形成する。
タの断面図である。これを製造工程に従い説明すると、
最初にガラス基板からなる透光性絶縁基板1上に厚さ約
2000人のTaあるいはM o T a合金等の金属
膜をスパッタリング法を用いて堆積する。この金属膜を
CF、と02を反応ガスとしたプラズマエツチングによ
りバターニングしてゲート電極2を形成する。次に光C
VD法のより第1.第2.第3のゲート絶縁膜3a、3
b、3cであるSiNxをそれぞれ約1000人、50
0人、500人の厚さで順次堆積して厚さ2000人の
ゲート絶縁膜3を形成する。引き続き光CVD法により
活性層となるa−9i膜4を3000人形成し、その上
にSiNx膜5a、SiOx膜5bを厚さ1000人で
順次堆積して厚さ2000人の積層膜を形成する。次に
この積層膜にエツチングを施して保護膜5を形成する。
この後、保護膜5をマスクとしてaSiSi膜面表面上
−ミックコンタクト層として厚さ500人のn”a−5
i膜6を形成する。最後に金属膜を形成し、これをバタ
ーニングすることによりソース電極7.ドレイン電極8
を形成して薄膜トランジスタが完成する。
−ミックコンタクト層として厚さ500人のn”a−5
i膜6を形成する。最後に金属膜を形成し、これをバタ
ーニングすることによりソース電極7.ドレイン電極8
を形成して薄膜トランジスタが完成する。
なお、上記第1の絶縁膜3aの原料ガスとして、2SC
CMのシランと98SCCMのアンモニアとの混合ガス
を、第2の絶縁膜3bの原料ガスとして流j12scc
Mのシランと流量98SCCMのアンモニアとの原料ガ
スに流量505CCMの水素を混合したガスを、第3の
絶縁膜3cの原料ガスとして流fi2 S CCMのシ
ランと流ffi983CCMのアンモニアとの原料ガス
に流量11003CCの水素を混合したガスを採用した
。これによりゲート絶縁膜中の水素は膜厚方向に濃度分
布を持つことになる。第2図はこの絶縁膜中の原子水素
濃度を評価した結果であり、図中、横軸はSiNx膜の
厚さ、縦軸はSiNx膜中の原子水素濃度である。この
ように3つの絶縁膜からなるゲート絶縁膜3中の水素濃
度分布は、それぞれの絶縁膜中では一定濃度で、第3の
ゲート絶縁膜3cから第1のゲート絶縁膜3aの順に膜
厚方向に濃度が低くなる分布を呈している。
CMのシランと98SCCMのアンモニアとの混合ガス
を、第2の絶縁膜3bの原料ガスとして流j12scc
Mのシランと流量98SCCMのアンモニアとの原料ガ
スに流量505CCMの水素を混合したガスを、第3の
絶縁膜3cの原料ガスとして流fi2 S CCMのシ
ランと流ffi983CCMのアンモニアとの原料ガス
に流量11003CCの水素を混合したガスを採用した
。これによりゲート絶縁膜中の水素は膜厚方向に濃度分
布を持つことになる。第2図はこの絶縁膜中の原子水素
濃度を評価した結果であり、図中、横軸はSiNx膜の
厚さ、縦軸はSiNx膜中の原子水素濃度である。この
ように3つの絶縁膜からなるゲート絶縁膜3中の水素濃
度分布は、それぞれの絶縁膜中では一定濃度で、第3の
ゲート絶縁膜3cから第1のゲート絶縁膜3aの順に膜
厚方向に濃度が低くなる分布を呈している。
第3図は本発明者らがSiNx膜中に於ける水素の影響
にについて研究した結果である。図中、横軸はSiNx
膜中の原子水素濃度、左縦軸はSiNx膜の内部応力、
右縦軸はSiNx膜中の欠陥密度、実線は内部応力と水
素濃度の関係を示し、破線は欠陥密度と水素濃度の関係
を示す。この図から分かるようにSiNx膜の内部応力
は水素濃度が高いほど引張り応力が大きくなり、逆に欠
陥密度は水素濃度が高いほど小さくなっている。
にについて研究した結果である。図中、横軸はSiNx
膜中の原子水素濃度、左縦軸はSiNx膜の内部応力、
右縦軸はSiNx膜中の欠陥密度、実線は内部応力と水
素濃度の関係を示し、破線は欠陥密度と水素濃度の関係
を示す。この図から分かるようにSiNx膜の内部応力
は水素濃度が高いほど引張り応力が大きくなり、逆に欠
陥密度は水素濃度が高いほど小さくなっている。
したがって、上記実施例のような構成の薄膜トランジス
タは、活性層とゲート絶縁膜3とが内部応力の差が小さ
いa−3i膜4と第3のゲート絶縁膜3aとで接合して
いるので従来の薄膜トランジスタのようにこの界面で大
きな応力歪みを受けない。その結果、膜剥離の発生頻度
が非常に小さくなる。さらに高濃度の水素を含む第1.
第2のゲート絶縁膜3a、3bの存在により、第1のゲ
ート絶縁膜3a中の欠陥密度が高いことで絶縁膜として
の機能が低下しても、ゲート絶縁膜3全体として緻密な
絶縁膜として働く。
タは、活性層とゲート絶縁膜3とが内部応力の差が小さ
いa−3i膜4と第3のゲート絶縁膜3aとで接合して
いるので従来の薄膜トランジスタのようにこの界面で大
きな応力歪みを受けない。その結果、膜剥離の発生頻度
が非常に小さくなる。さらに高濃度の水素を含む第1.
第2のゲート絶縁膜3a、3bの存在により、第1のゲ
ート絶縁膜3a中の欠陥密度が高いことで絶縁膜として
の機能が低下しても、ゲート絶縁膜3全体として緻密な
絶縁膜として働く。
第4図は、本発明に係る第2の実施例を示す薄膜トラン
ジスタの断面図である。なお第1図と同一機能部分には
同一符号を付し、詳しい説明は省略する。
ジスタの断面図である。なお第1図と同一機能部分には
同一符号を付し、詳しい説明は省略する。
この実施例が先に説明した第1の実施例と異なる点は、
透光性絶縁基板1上にゲート電極2を設けた後、光CV
D法を用いて第1.第2のゲート絶縁膜13a、13b
であるSiOx膜をそれぞれ500人の厚さで順次堆積
し、さらにこのゲート絶縁膜13b上に第3.第4のゲ
ート絶縁膜13c、13dとしてSiNx膜を各々50
0人の厚さで順次堆積して絶縁膜13をSiOx膜とS
iNx膜との積層膜としたことである。
透光性絶縁基板1上にゲート電極2を設けた後、光CV
D法を用いて第1.第2のゲート絶縁膜13a、13b
であるSiOx膜をそれぞれ500人の厚さで順次堆積
し、さらにこのゲート絶縁膜13b上に第3.第4のゲ
ート絶縁膜13c、13dとしてSiNx膜を各々50
0人の厚さで順次堆積して絶縁膜13をSiOx膜とS
iNx膜との積層膜としたことである。
このゲート絶縁!IIB中の原子水素濃度を測定したと
ころ第5図に示すような結果が得られた。すなわち、4
つの絶縁膜からなるゲート絶縁膜13中の膜厚方向の水
素濃度分布は、それぞれの絶縁膜中では一定濃度で、活
性層に近い絶縁膜程濃度が低くなる分布を呈している。
ころ第5図に示すような結果が得られた。すなわち、4
つの絶縁膜からなるゲート絶縁膜13中の膜厚方向の水
素濃度分布は、それぞれの絶縁膜中では一定濃度で、活
性層に近い絶縁膜程濃度が低くなる分布を呈している。
参考までに、SiOx膜中の水素濃度と内部応力の関係
は第6図に示すようになる。
は第6図に示すようになる。
この実施例のような構成の薄膜トランジスタでも、第1
の実施例と同様にa−St膜4は、4つのゲート絶縁膜
中で最も内部応力の差が小さい第1のゲート絶縁膜13
dと接する。その結果、活性層とゲート絶縁膜3との接
合面での膜剥離は起こり難くなり、さらに第2.第3.
第4のゲート絶縁膜13b、13c、13dにより絶縁
膜として強化されている。
の実施例と同様にa−St膜4は、4つのゲート絶縁膜
中で最も内部応力の差が小さい第1のゲート絶縁膜13
dと接する。その結果、活性層とゲート絶縁膜3との接
合面での膜剥離は起こり難くなり、さらに第2.第3.
第4のゲート絶縁膜13b、13c、13dにより絶縁
膜として強化されている。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、上記実施例のように水素濃度分布を段階的
に変化させるのではなく連続的に変化させても良い。す
なわち、第7図に示すように活性層から膜厚方向に対し
て遠ざかるにしたがい濃度が高くなるようにゲート絶縁
膜中の水素濃度分布を設定をしても良い。
い。例えば、上記実施例のように水素濃度分布を段階的
に変化させるのではなく連続的に変化させても良い。す
なわち、第7図に示すように活性層から膜厚方向に対し
て遠ざかるにしたがい濃度が高くなるようにゲート絶縁
膜中の水素濃度分布を設定をしても良い。
また、ゲート絶縁膜中の水素濃度を制御するために用い
られる方法は上記実施例で用いた原料ガスの希釈法に限
らず、例えば、反応時の紫外線。
られる方法は上記実施例で用いた原料ガスの希釈法に限
らず、例えば、反応時の紫外線。
赤外線などの光照射量の増減、膜形成後のH2プラズマ
処理等で行なっても良い。
処理等で行なっても良い。
さらにまた、ゲート絶縁膜の形成方法は光CVD法に限
らず、例えばプラズマCVD法、熱CVD法、もしくは
スパッタリング法を用いてもかまわない。
らず、例えばプラズマCVD法、熱CVD法、もしくは
スパッタリング法を用いてもかまわない。
なお、本発明はゲート絶縁膜のみならず、例えば保護膜
に適用しても良い。要するに本発明は、S iNx膜ま
たはSiOx膜とそれらの膜の内部応力と異なる膜との
接合箇所であれば種々変形して実施することができる。
に適用しても良い。要するに本発明は、S iNx膜ま
たはSiOx膜とそれらの膜の内部応力と異なる膜との
接合箇所であれば種々変形して実施することができる。
[発明の効果コ
以上述べたように本発明によれば、内部応力差に起因す
る膜剥離が防止できるので信頼性が向上して優れた特性
のTPTを得ることができる。
る膜剥離が防止できるので信頼性が向上して優れた特性
のTPTを得ることができる。
第1図は本発明の第1の実施例に係る薄膜トランジスタ
の断面図、第2図は第1実施例に係るゲート絶縁膜中の
水素濃度を示す図、第3図はSiNx膜の内部応力と水
素濃度との関係を示す図、第4図は第2の実施例に係る
薄膜トランジスタの断面図、第5図は第2実施例に係る
ゲート絶縁膜中の水素濃度を示す図、第6図はSiNx
膜の内部応力と水素濃度との関係を示す図、第7図はゲ
ート絶縁膜中の水素濃度を示す図、第8図は従来の薄膜
トランジスタの断面図である。 1・・・透光性絶縁基板、2・・・ゲート電極、3゜3
a、3b、3c、13,13a、13b。 13c、13d−・・ゲート絶縁膜、4 ・= a −
S i膜、5.5a、5b−・・保護膜、6−n” a
−S i膜。 7・・・ソース電極、8・・・ドレイン電極。
の断面図、第2図は第1実施例に係るゲート絶縁膜中の
水素濃度を示す図、第3図はSiNx膜の内部応力と水
素濃度との関係を示す図、第4図は第2の実施例に係る
薄膜トランジスタの断面図、第5図は第2実施例に係る
ゲート絶縁膜中の水素濃度を示す図、第6図はSiNx
膜の内部応力と水素濃度との関係を示す図、第7図はゲ
ート絶縁膜中の水素濃度を示す図、第8図は従来の薄膜
トランジスタの断面図である。 1・・・透光性絶縁基板、2・・・ゲート電極、3゜3
a、3b、3c、13,13a、13b。 13c、13d−・・ゲート絶縁膜、4 ・= a −
S i膜、5.5a、5b−・・保護膜、6−n” a
−S i膜。 7・・・ソース電極、8・・・ドレイン電極。
Claims (2)
- (1)基板と、この基板上に所定パターンをもって形成
された非晶質シリコン膜と、この非晶質シリコン膜にコ
ンタクトするソースおよびドレイン電極と、前記非晶質
シリコン膜の上部または下部にゲート絶縁膜を介して配
設されたゲート電極とを有する薄膜トランジスタにおい
て、前記ゲート絶縁膜は少くとも前記非晶質シリコン膜
に近い部分が窒化シリコン膜により形成され、かつその
窒化シリコン膜は前記非晶質シリコン膜側では水素濃度
が低くなる膜厚方向の水素濃度分布を有することを特徴
とする薄膜トランジスタ。 - (2)前記ゲート絶縁膜は、膜厚方向に水素濃度分布を
有する窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜を有
することを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタ
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4449490A JP2885458B2 (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | 薄膜トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4449490A JP2885458B2 (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | 薄膜トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03248569A true JPH03248569A (ja) | 1991-11-06 |
| JP2885458B2 JP2885458B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=12693110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4449490A Expired - Fee Related JP2885458B2 (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | 薄膜トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2885458B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007134712A (ja) * | 2005-11-07 | 2007-05-31 | Samsung Electronics Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2012099847A (ja) * | 2012-01-13 | 2012-05-24 | Sony Corp | 薄膜トランジスタ基板の製造方法 |
| JP2013254950A (ja) * | 2012-05-10 | 2013-12-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2017228800A (ja) * | 2012-05-10 | 2017-12-28 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
-
1990
- 1990-02-27 JP JP4449490A patent/JP2885458B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007134712A (ja) * | 2005-11-07 | 2007-05-31 | Samsung Electronics Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2012099847A (ja) * | 2012-01-13 | 2012-05-24 | Sony Corp | 薄膜トランジスタ基板の製造方法 |
| JP2013254950A (ja) * | 2012-05-10 | 2013-12-19 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置 |
| US9711652B2 (en) | 2012-05-10 | 2017-07-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| JP2017126794A (ja) * | 2012-05-10 | 2017-07-20 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
| JP2017228800A (ja) * | 2012-05-10 | 2017-12-28 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
| US9966475B2 (en) | 2012-05-10 | 2018-05-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
| JP2018201047A (ja) * | 2012-05-10 | 2018-12-20 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
| JP2019125809A (ja) * | 2012-05-10 | 2019-07-25 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2885458B2 (ja) | 1999-04-26 |
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