JPH0454992B2 - - Google Patents
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- JPH0454992B2 JPH0454992B2 JP57224945A JP22494582A JPH0454992B2 JP H0454992 B2 JPH0454992 B2 JP H0454992B2 JP 57224945 A JP57224945 A JP 57224945A JP 22494582 A JP22494582 A JP 22494582A JP H0454992 B2 JPH0454992 B2 JP H0454992B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sih
- tft
- thin film
- film
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Description
本発明は薄膜トランジスタ（Thin Film
Transistor、以下TFTと略す）と呼ばれる半導
体薄膜を用いた電界効果トランジスタの製造方法
に係り、特にアモルフアスSi（以下ａ−Siと略す）
を半導体薄膜としたTFTの絶縁薄膜の製造方法
に関するものである。 第１図はTFTの一般的な断面構造の一例であ
り、ガラス、セラミツクなどの絶縁物基板１の上
に電界効果トランジスタとしてのゲート電極２が
MoやNiなどの金属、Ni−Crなどの合金或いは
必要があればIn2O3、SnO2、ITOなどの透明導電
性材料で形成されている。ゲート電極２に接する
薄膜層３は絶縁物薄膜であつて、その材料として
はSiO、SiO2、Al2O3などの酸化膜或いはSi3N4
などの窒化膜により形成される。ソース電極４、
ドレイン電極５に接する薄膜層６は半導体薄膜で
あつて、Se、CdS、GaAs、Ge、Siなどの半導体
材料が用いられるのであるが、この半導体薄膜６
は蒸着法、CVD法、プラズマCVD法などで形成
されるので通常多結晶或いはアモルフアス（非晶
質）となる。 このTFTは電界効果トランジスタであつて、
半導体層６の表面に形成されるチヤンネルを通し
てソース電極からドレイン電極へ流れる電流を絶
縁膜３を介してゲート電極２に与える電圧によつ
て制御するものである。 このTFTは、用いられる半導体薄膜が単結晶
である必要がないので基板の選択が容易であるこ
と、大面積のものが得られること、製造工程が比
較的簡単であることなどの理由で種々の装置に組
み合わせて最近広く用いられるようになつてき
た。特に液晶を用いた二次元表示装置の液晶駆動
用スイツチング素子としてその特性改善が研究さ
れ、また種々の材料を用いたTFTが研究開発さ
れている。 このTFTの特性を左右するものは大きく分け
て２つになる。その１つはチヤンネル長やチヤン
ネル幅などの形状因子であり、他の１つは半導体
層の移動度、絶縁膜の局在準位、トラツプなどの
物性因子であるが、前者は設計可能な因子である
ので、後者の因子の制御が重要なのである。 最近特性が比較的安定したTFTとして実用化
が進められているのは、半導体薄膜としてａ−Si
を用い、絶縁薄膜として窒化シリコン膜を用いた
ものであるが、これらの薄膜は通常プラズマ
CVD法で形成されることが多い。しかしながら、
そのようなTFTにおいても種々の問題点ないし
欠点が存在し、特性が本当の意味で安定していな
いのが実情である。これは半導体層の性質の安定
性にも問題があるが、絶縁膜の性質の不安定性が
TFTの駆動ゲート電圧の大小、ドレイン電流、
スレツシヨルド電圧（TFTが正常動作を始める
ドレイン電圧の最低値）に与える影響は大きく
TFTの特性及びその安定性を大きく左右してい
たのである。 本発明は、半導体層としてａ−Siをまた絶縁層
として窒化シリコン膜をグロー放電によるプラズ
マCVD法で形成したTFTにおいて、新たに見出
された絶縁膜の製作条件を提供することによつて
TFTの特性及びその安定性を向上させようとす
るものである。 以下、本発明の一実施例について説明する。 絶縁層である窒化シリコン膜（Si3N4）をプラ
ズマCVD法を用いて形成する場合、現在用いら
れるガスは１つはSiH4−N2系であり、もう１つ
はSiH4−NH3系であり、希釈するガスとしては
N2，Arガスなどである。今までは得られる膜の
組成（Ｎ／Si比）或いは膜の歪などが着目され、
組成が同じでも膜の歪、局在準位が少なそうであ
るなどの理由からSiH4−NH3系がより多く用い
られている。これら２つの混合ガス系を比較して
みると、実験結果として次のような傾向が得られ
た。すなわち、SiH4−N2系による絶縁層のTFT
の場合、ゲート電圧Vg＝０におけるドレイン電
流Id（すなわち、TFTのOFF電流）は小さくて良
いのであるが、スレツシヨルド電圧Vthが大きく
また変動しやすい傾向があつた。Vthの移動と変
動が大きいことは液晶などを用いた二次元表示装
置の一定電圧による駆動ができないといつた大き
な問題点を生じさせる。この原因は断定できない
が窒化シリコン膜の局在準位による窒化シリコン
膜と半導体層との電荷のやりとりに起因すると思
われる。 一方、SiH4−NH3系による絶縁層のTFTの場
合、Vthは比較的小さくまた変動は少ないが、
Vg＝０におけるId、すなわちTFTのOFF電流が
大きく、従つてON−OFF比が大きくとれずスイ
ツチング特性が良くないという問題点が生じる。
これもまた原因を断定できないが、半導体層であ
るａ−Siの極く表面に反転層を形成せしめるよう
な要因を絶縁層が有しているものと思われる。 本発明者等はこの２つの系のそれぞれの長所を
生かしながら安定したTFTを得るガスの条件を
探すべく実験した結果、SiH4−NH3−N2なる混
合ガスにH2ガスを加えたSiH4−NH3−N2−H2
において良好な結果が得られることを見出したの
である。 本発明の内容を以下の実施例によつて更に詳し
く説明する。まずTFTの製作工程及び形状は次
の通りである。 (1) ガラス基板（コーニング7059）上にMoを電
子ビーム蒸着で約1000Å厚みで形成し、写真蝕
刻法で幅70μｍの線としゲート電極とする。 (2) 次にグロー放電によるプラズマCVD法で窒
化シリコン膜を2000Å、更にその上にａ−Si膜
を3000Å形成する。 (3) 写真蝕刻法でゲート電極上にあるａ−Si層の
みを幅90μｍの線にする。 (4) その上にAlを約2000Å蒸着し、写真蝕刻法
によりチヤンネル長10μｍ、チヤンネル幅1.7mm
の大きさになるよう電極の分離を行いTFTを
完成する。 このような製作工程及び形状のTFTにおいて、
グロー放電によるプラズマCVD法の条件は次の
通りである。
Transistor、以下TFTと略す）と呼ばれる半導
体薄膜を用いた電界効果トランジスタの製造方法
に係り、特にアモルフアスSi（以下ａ−Siと略す）
を半導体薄膜としたTFTの絶縁薄膜の製造方法
に関するものである。 第１図はTFTの一般的な断面構造の一例であ
り、ガラス、セラミツクなどの絶縁物基板１の上
に電界効果トランジスタとしてのゲート電極２が
MoやNiなどの金属、Ni−Crなどの合金或いは
必要があればIn2O3、SnO2、ITOなどの透明導電
性材料で形成されている。ゲート電極２に接する
薄膜層３は絶縁物薄膜であつて、その材料として
はSiO、SiO2、Al2O3などの酸化膜或いはSi3N4
などの窒化膜により形成される。ソース電極４、
ドレイン電極５に接する薄膜層６は半導体薄膜で
あつて、Se、CdS、GaAs、Ge、Siなどの半導体
材料が用いられるのであるが、この半導体薄膜６
は蒸着法、CVD法、プラズマCVD法などで形成
されるので通常多結晶或いはアモルフアス（非晶
質）となる。 このTFTは電界効果トランジスタであつて、
半導体層６の表面に形成されるチヤンネルを通し
てソース電極からドレイン電極へ流れる電流を絶
縁膜３を介してゲート電極２に与える電圧によつ
て制御するものである。 このTFTは、用いられる半導体薄膜が単結晶
である必要がないので基板の選択が容易であるこ
と、大面積のものが得られること、製造工程が比
較的簡単であることなどの理由で種々の装置に組
み合わせて最近広く用いられるようになつてき
た。特に液晶を用いた二次元表示装置の液晶駆動
用スイツチング素子としてその特性改善が研究さ
れ、また種々の材料を用いたTFTが研究開発さ
れている。 このTFTの特性を左右するものは大きく分け
て２つになる。その１つはチヤンネル長やチヤン
ネル幅などの形状因子であり、他の１つは半導体
層の移動度、絶縁膜の局在準位、トラツプなどの
物性因子であるが、前者は設計可能な因子である
ので、後者の因子の制御が重要なのである。 最近特性が比較的安定したTFTとして実用化
が進められているのは、半導体薄膜としてａ−Si
を用い、絶縁薄膜として窒化シリコン膜を用いた
ものであるが、これらの薄膜は通常プラズマ
CVD法で形成されることが多い。しかしながら、
そのようなTFTにおいても種々の問題点ないし
欠点が存在し、特性が本当の意味で安定していな
いのが実情である。これは半導体層の性質の安定
性にも問題があるが、絶縁膜の性質の不安定性が
TFTの駆動ゲート電圧の大小、ドレイン電流、
スレツシヨルド電圧（TFTが正常動作を始める
ドレイン電圧の最低値）に与える影響は大きく
TFTの特性及びその安定性を大きく左右してい
たのである。 本発明は、半導体層としてａ−Siをまた絶縁層
として窒化シリコン膜をグロー放電によるプラズ
マCVD法で形成したTFTにおいて、新たに見出
された絶縁膜の製作条件を提供することによつて
TFTの特性及びその安定性を向上させようとす
るものである。 以下、本発明の一実施例について説明する。 絶縁層である窒化シリコン膜（Si3N4）をプラ
ズマCVD法を用いて形成する場合、現在用いら
れるガスは１つはSiH4−N2系であり、もう１つ
はSiH4−NH3系であり、希釈するガスとしては
N2，Arガスなどである。今までは得られる膜の
組成（Ｎ／Si比）或いは膜の歪などが着目され、
組成が同じでも膜の歪、局在準位が少なそうであ
るなどの理由からSiH4−NH3系がより多く用い
られている。これら２つの混合ガス系を比較して
みると、実験結果として次のような傾向が得られ
た。すなわち、SiH4−N2系による絶縁層のTFT
の場合、ゲート電圧Vg＝０におけるドレイン電
流Id（すなわち、TFTのOFF電流）は小さくて良
いのであるが、スレツシヨルド電圧Vthが大きく
また変動しやすい傾向があつた。Vthの移動と変
動が大きいことは液晶などを用いた二次元表示装
置の一定電圧による駆動ができないといつた大き
な問題点を生じさせる。この原因は断定できない
が窒化シリコン膜の局在準位による窒化シリコン
膜と半導体層との電荷のやりとりに起因すると思
われる。 一方、SiH4−NH3系による絶縁層のTFTの場
合、Vthは比較的小さくまた変動は少ないが、
Vg＝０におけるId、すなわちTFTのOFF電流が
大きく、従つてON−OFF比が大きくとれずスイ
ツチング特性が良くないという問題点が生じる。
これもまた原因を断定できないが、半導体層であ
るａ−Siの極く表面に反転層を形成せしめるよう
な要因を絶縁層が有しているものと思われる。 本発明者等はこの２つの系のそれぞれの長所を
生かしながら安定したTFTを得るガスの条件を
探すべく実験した結果、SiH4−NH3−N2なる混
合ガスにH2ガスを加えたSiH4−NH3−N2−H2
において良好な結果が得られることを見出したの
である。 本発明の内容を以下の実施例によつて更に詳し
く説明する。まずTFTの製作工程及び形状は次
の通りである。 (1) ガラス基板（コーニング7059）上にMoを電
子ビーム蒸着で約1000Å厚みで形成し、写真蝕
刻法で幅70μｍの線としゲート電極とする。 (2) 次にグロー放電によるプラズマCVD法で窒
化シリコン膜を2000Å、更にその上にａ−Si膜
を3000Å形成する。 (3) 写真蝕刻法でゲート電極上にあるａ−Si層の
みを幅90μｍの線にする。 (4) その上にAlを約2000Å蒸着し、写真蝕刻法
によりチヤンネル長10μｍ、チヤンネル幅1.7mm
の大きさになるよう電極の分離を行いTFTを
完成する。 このような製作工程及び形状のTFTにおいて、
グロー放電によるプラズマCVD法の条件は次の
通りである。
【表】
上表から判るように、この実施例においては窒
化シリコン膜製作条件においてガス組成のみを(A)
SiH4−NH3−H2、(B)SiH4−N2−H2、(C)SiH4−
NH3−N2−H2と変えてTFTが製作されている。
これらの製作されたTFTのId−Vg特性を第２
図、第３図および第４図に示す。測定は暗室内
dryN2ガス中で行なつた。図中１，２は、それぞ
れ製作直後の特性１及び繰り返し測定後の特性２
を意味している。第２図から判るようにSiH4−
NH3−H2系においてはVthは約1.5V程度と移動
は小さいが、Vg＝０におけるIdが変動増加する
しまたその値も10-11〜10-10AとOFF電流は大き
い。また第３図から判るようにSiH4−N2−H2系
においてはVg＝０におけるIdは充分小さく
10-12A程度であるが、Vthの移動が３〜4V程度
と大きくなつてしまう。 このようにH2ガスの効果はSiH4−NH3系にお
いても、SiH4−N2系に不充分なのである。しか
るに第４図から判るようにSiH4−NH3系とSiH4
−N2系の混合の中にH2ガスをいれたSiH4−NH3
−N2−H2系においては、Vg＝０におけるIdも
10-12Aと充分に小さく、Vthの移動は約1.1Vで繰
り返し測定しても殆んど変動せず安定したTFT
が得られたのである。その原因を断定することは
現段階においてはできないが、SiH4−NH3−N2
系にH2ガスが加わることによつてTFTに用いら
れる窒化シリコン膜が良好になつて安定すること
が判明した。 SiH4、NH3、N2、H2の比率とTFTに適した
膜の性質との関係を種々の実験によつて調べたと
ころ次のような結果が得られた。 モル比NH3／SiH4、N2／SiH4が余り小さいと
絶縁膜の抵抗値が下がりゲート絶縁層としての機
能が低下する。一方、余り大きいと耐薬品、耐湿
性に乏しい絶縁膜となる。結果としてTFTとし
て満足できるモル比はNH3／SiH4＝２〜10，
N2／SiH4＝４〜20と考えられる。モル比H2／
SiH4は生膜速度と絶縁膜中のＨ濃度及び結合状
態に影響を与え、それによると思われるVthの変
動が観測された。TFTとして満足しうるモル比
はH2／SiH4＝１〜20が良いことが判つた。これ
らに加えて放電（RF）電力が小さいときには、
NH3／SiH4，N2／SiH4は上述した範囲において
大である方が、逆に放電（RF）電力が大きい時
には、NH3／SiH4、N2／SiH4を上述の範囲内で
小さくとる方がTFTに用いられる窒化シリコン
膜として良好となる傾向が見いだされている。い
ずれにしてもSiH4−NH3−N2ガス系にH2ガスを
混合してグロー放電によるプラズマCVD法で形
成された窒化シリコン膜は、スレツシヨルド電圧
およびドレイン電流の移動変動が小さく、ドレイ
ンOFF電流が小さいといつたように安定して良
好な特性をもつTFTを得るには極めて望ましい
性質を有しているものである。
化シリコン膜製作条件においてガス組成のみを(A)
SiH4−NH3−H2、(B)SiH4−N2−H2、(C)SiH4−
NH3−N2−H2と変えてTFTが製作されている。
これらの製作されたTFTのId−Vg特性を第２
図、第３図および第４図に示す。測定は暗室内
dryN2ガス中で行なつた。図中１，２は、それぞ
れ製作直後の特性１及び繰り返し測定後の特性２
を意味している。第２図から判るようにSiH4−
NH3−H2系においてはVthは約1.5V程度と移動
は小さいが、Vg＝０におけるIdが変動増加する
しまたその値も10-11〜10-10AとOFF電流は大き
い。また第３図から判るようにSiH4−N2−H2系
においてはVg＝０におけるIdは充分小さく
10-12A程度であるが、Vthの移動が３〜4V程度
と大きくなつてしまう。 このようにH2ガスの効果はSiH4−NH3系にお
いても、SiH4−N2系に不充分なのである。しか
るに第４図から判るようにSiH4−NH3系とSiH4
−N2系の混合の中にH2ガスをいれたSiH4−NH3
−N2−H2系においては、Vg＝０におけるIdも
10-12Aと充分に小さく、Vthの移動は約1.1Vで繰
り返し測定しても殆んど変動せず安定したTFT
が得られたのである。その原因を断定することは
現段階においてはできないが、SiH4−NH3−N2
系にH2ガスが加わることによつてTFTに用いら
れる窒化シリコン膜が良好になつて安定すること
が判明した。 SiH4、NH3、N2、H2の比率とTFTに適した
膜の性質との関係を種々の実験によつて調べたと
ころ次のような結果が得られた。 モル比NH3／SiH4、N2／SiH4が余り小さいと
絶縁膜の抵抗値が下がりゲート絶縁層としての機
能が低下する。一方、余り大きいと耐薬品、耐湿
性に乏しい絶縁膜となる。結果としてTFTとし
て満足できるモル比はNH3／SiH4＝２〜10，
N2／SiH4＝４〜20と考えられる。モル比H2／
SiH4は生膜速度と絶縁膜中のＨ濃度及び結合状
態に影響を与え、それによると思われるVthの変
動が観測された。TFTとして満足しうるモル比
はH2／SiH4＝１〜20が良いことが判つた。これ
らに加えて放電（RF）電力が小さいときには、
NH3／SiH4，N2／SiH4は上述した範囲において
大である方が、逆に放電（RF）電力が大きい時
には、NH3／SiH4、N2／SiH4を上述の範囲内で
小さくとる方がTFTに用いられる窒化シリコン
膜として良好となる傾向が見いだされている。い
ずれにしてもSiH4−NH3−N2ガス系にH2ガスを
混合してグロー放電によるプラズマCVD法で形
成された窒化シリコン膜は、スレツシヨルド電圧
およびドレイン電流の移動変動が小さく、ドレイ
ンOFF電流が小さいといつたように安定して良
好な特性をもつTFTを得るには極めて望ましい
性質を有しているものである。
第１図は一般的な薄膜トランジスタ（TFT）
の断面構造例。第２図は絶縁膜製作条件として
SiH4−NH3−H2ガスを用いた場合のTFTのId−
Vg特性例を示すグラフ。第３図は絶縁膜製作条
件としてSiH4−N2−H2ガスを用いた場合の
TFTのId−Vg特性例を示すグラフ。第４図は絶
縁膜製作条件として本発明によるSiH4−NH3−
N2−H2ガスを用いた場合のTFTのId−Vg特性
例を示すグラフである。 １……基板；２……ゲート電極；３……薄膜
層；４……ソース電極；５……ドレイン電極；６
……半導体薄膜。
の断面構造例。第２図は絶縁膜製作条件として
SiH4−NH3−H2ガスを用いた場合のTFTのId−
Vg特性例を示すグラフ。第３図は絶縁膜製作条
件としてSiH4−N2−H2ガスを用いた場合の
TFTのId−Vg特性例を示すグラフ。第４図は絶
縁膜製作条件として本発明によるSiH4−NH3−
N2−H2ガスを用いた場合のTFTのId−Vg特性
例を示すグラフである。 １……基板；２……ゲート電極；３……薄膜
層；４……ソース電極；５……ドレイン電極；６
……半導体薄膜。
Claims (1)
- １ アモルフアスシリコン膜を半導体層とし、窒
化シリコン膜をゲート絶縁層としてそれらをグロ
ー放電によるプラズマCVD法で形成する薄膜ト
ランジスタの製造方法において、上記ゲート絶縁
層を得るためのガス組成として、SiH4−NH3−
N2−H2の混合ガスを使用し、且つ上記ガスのモ
ル比がNH3／SiH4＝２〜10；N2／SiH4＝４〜
20；H2／SiH4＝１〜20の範囲にあるようにした
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57224945A JPS59115561A (ja) | 1982-12-23 | 1982-12-23 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57224945A JPS59115561A (ja) | 1982-12-23 | 1982-12-23 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59115561A JPS59115561A (ja) | 1984-07-04 |
| JPH0454992B2 true JPH0454992B2 (ja) | 1992-09-01 |
Family
ID=16821650
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57224945A Granted JPS59115561A (ja) | 1982-12-23 | 1982-12-23 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59115561A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0680827B2 (ja) * | 1988-08-12 | 1994-10-12 | 日本プレシジョン・サーキッツ株式会社 | 逆スタガー型非晶質シリコン薄膜トランジスタおよびその製造方法 |
| JP2827637B2 (ja) * | 1991-12-02 | 1998-11-25 | 日本電気株式会社 | 薄膜トランジスタ素子及びその製造方法 |
| TW319892B (ja) * | 1993-07-14 | 1997-11-11 | Omi Tadahiro |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5419662A (en) * | 1977-07-15 | 1979-02-14 | Hitachi Ltd | Forming method of plasma cvd film |
| JPS559427A (en) * | 1978-07-07 | 1980-01-23 | Hitachi Ltd | Manufacturing device of silicon nitride film |
| JPS55107234A (en) * | 1979-02-13 | 1980-08-16 | Hitachi Ltd | Method of monitoring deposition film quality |
| JPS56135968A (en) * | 1980-03-27 | 1981-10-23 | Canon Inc | Amorphous silicon thin film transistor and manufacture thereof |
| JPS5769778A (en) * | 1980-10-17 | 1982-04-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor device |
-
1982
- 1982-12-23 JP JP57224945A patent/JPS59115561A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59115561A (ja) | 1984-07-04 |
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