JPS5882568A - 多結晶シリコン薄膜トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

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】 本発明は多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタに関
するものである。

従来の多結晶シリコン薄膜トランジスタ、特にゲート絶
縁ＭＫアル建す（ムｊｍｏｓ）を用いた多結晶シリコン
薄膜トランジスタは、オフ抵抗が経時変化によって低下
するという問題があった。

本発明は従来のこのような問題を解決するものであシ、
その目的とするところは特性の安定性に優れた多結晶シ
リコン薄膜トランジスタを擾供することにある。

薄膜トランジスタは、絶縁４本基板上に蒸着郷によって
半導体＊を形成して能動素子を作ったもので、通常は電
界効果製であシ構造及び動作ともにＭＯＳ−ＦＥＴに類
似している。しかしＭ（Ｊ８−ＰＥＴが通常単結晶基板
を用いて形成されるのに対し、この薄膜トランジスタは
絶縁体基板上に形成した半導体薄膜によって構成される
ために大面積トランジスタアレイを製作できるという利
点を有しており、例えば液晶マトリクスディスプレイの
クロストーク防止用のスイッチング素子として極めて好
適である。即ち、液晶マトリクスディスプレイは。

近年ポケットテレビやコンピュータ一端末用横器として
開発が進められ、表示画曹の一層の精細化が求められて
いるが、画素子数の増加に伴なうりＩｆ’ ロストークを防止するためには各画素にスイッチング素
子を付設する手段が有効である。

この場合、このスイッチング素子として薄膜トランジス
タを用いればディスプレイパネルの一方の基板に作り付
けることができるから有利である。

薄膜を構成する半導体としてけ、　Ｃｄ８．Ｃｄ８ｅ等
の化合物中アモルファスシリコン勢も用いられるが、特
性の安走性や＃Ｉ全全書１！膚から多結晶シリコンが最
もすぐれている。

第璽閣紘多結晶シリコン薄膜トランジスタの一例を示す
新面■であゐ、同図において、■はガラス岬の絶縁体基
板、２は多結晶シリコン膜、３はゲート絶縁膜、→、５
はノース及びドレイン電極、６はゲート電極である。

ゲート絶縁属としては、スパッタあるいはＣＶＤで形成
し九８Ｉ０３や、スパッタで形成したＡＡ、０゜が用い
られる。このうち８１０．を用いた多結晶シリコン薄膜
トランジスタ＃１８１０．膜中の可動イオン中多曽晶シ
リコンと８（Ｏ１境界の界面単位によってドレイン電流
が変動する現象が起き、オン状態での不安定性が大Ｉい
という問題がある。一方、Ａｊｌ、Ｏ，を用い九多結晶
シリコン薄膜トランジスタはオン状態での不安定性がほ
とんどなく、この虞では８ｋＯＢを用いた多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタよりすぐれているが、その特性を詳
細に評価してみたところ断電にオフ抵抗が時間とともに
低下するという、ＳｔＯ，を用いえ多結晶シリコン薄膜
トランジスタにはあｔｂ顕著でなかったオフ状態での不
安定性があることが明らかになった。

Ａｊｌ、Ｏ，をゲート絶縁膜として用いた場合の上記問
題を解決する方法として、多結晶シリコン膜とＡｊ、Ｏ
ｓ　ｌ［の間に８１０．膜を形成する方法が考えられる
。実際、ゲート絶縁膜を８１０１とＡ　Ａ、０゜０２層
構造にするとオフ状態での不安定性はあゐ程度改畳され
る。しかし同時に５ｉｏｌ膜に起因するオン状態での不
安定性が現われてくるため、完全な解決策にはな９えな
い。

したがって、本発明は上記のような問題膚のない多結晶
シリコン薄膜トツンージスタを実現するために、Ａｊｌ
、０３　　膜を形成する前に少なくともチャンネル部の
多結晶シリコン１１ｍＫオフ抵抗の安定化処理層を形成
するものであゐ。すなわち、前述の８１０．とムｊ、０
．　　の２層構造が問題の解決策にならないのはスパッ
タやＣＶＤで形成した８１０２の膜質が不十分だつ九た
めである０本発明ではこれに代って、酸累プラズｉ処通
などの方法によって多結晶シリコン表面にオフ抵抗の安
定化処理層７（第１図）を形成しようとするものである
。ただし、このようにして形成した安定化処理層は生と
して８ｉの酸化物からなるが、安定化処理層のみによっ
てゲート絶縁膜を形成するにはその成長速度が極めて遅
いために実際上不可能かので、その上からＡ　Ｊ！、０
３膜を形成する。　ＡｆｉｔＯｓ　膜は、これ以外に外
部からの可動イオンの侵入を防止するという膚で効果が
ある。

オフ抵抗の安定化処理層を得る方法として、上記の方法
の他には８にの熱酸化がある。この方法では８１をＩ　
０００℃１度の高温に加熱する必要があるが、多結晶シ
リコン薄膜トランジスタの場合には、基板に耐熱温度の
高い石英々どを用いれ°Ｃ程度でオフ抵抗の安定化処理
層を得ることができ、多結晶シリコン薄膜トランジスタ
にとっては好適である。

第２図は、オフ抵抗の安定化処理層を酸素プラズマ処理
によって形成した多結晶シリコン薄膜トランジスタにお
けるオフ抵抗の経時変化を調べた結果である。この場合
多結晶シリコン薄膜トランジスタはガラス基板上に真空
蒸着で形成した多結Ｊ＆　シリコン膜を用い、ゲート絶
縁膜にはスパッタで形成したＡｌ２Ｏ，膜を用い、ソー
ス・ドレイン及びグー）［極は真空蒸着したＡ１膜をフ
ォトエツチングすることによって形成している。

多結晶シリコン膜＋　”１０８膜、Ａｊ膜の膜厚はそれ
ぞれ１μｍ、２０００λ、８００人である。

またａ１票プラズマ処理ｔｉ鰐導結合型の装置を用い、
周波数１３．５６ＭＨｚ　　％ＲＦ入カバカパワー１０
０Ｗ１０．圧力５Ｔｏｒｒ１ った。このとき多結晶シリコン表面の温度は１５０°Ｃ
＠ｉ度であった。これによシ形成されたオフ抵抗の安定
化処理層は主として８ｉ（２）９化物からなり、その膜
厚は２０〜３０にであつ九。この特性を図においてビ）
で示しである．比較として、多結晶シリコン表面を酸素
プラズマ処理を行なわずに、ゲート絶縁１１ＶｒＡ羞ｘ
ＯｓＩＫＫよ〕形成した多結晶シリコン薄膜トランジス
タについての結果も図中に（口）で示した。これから明
らかなように、Ａｊ．Ｏｓ膜を形成する前に多結晶シリ
コン嵌置を酸素プラズマ処理した多結晶シリコン薄膜ト
ランジスタにおいては、オフ抵抗の経時変化が完全に抑
止されており、しかも完成直後のオフ抵抗も高くなって
いる。

なお、ここではゲート絶縁膜にスパッタで形成したＡｊ
，Ｏｓ膜を用い九場合についてのみ説明したが、本発明
はこれに限定されず例えばＣＶＤやスパッタで形成し九
８１０，ｌ［ｆ：用いた場合にもオフ抵抗が安定化する
効果を得ることができる。またオフ抵抗の安定化処理層
の形成方法としては酸素プラズマ処理についてのみ説明
したが本発明はこれに限定されず、多結晶シリコン膜の
熱酸化処理。

ｒ１１票イオンの打込処理によっても同様の効果を得る
ことができる。

また、オフ抵抗の安定化処理層の厚さは４０００λをこ
えるとオン状態での動作特性が劣化してくるため０−４
０００λの範囲が好適である（０を含まず）。

以上説明したように、本発明ではゲート絶縁膜を形成す
る前に少くともチャ／ネル部の多結晶シリコン表面にオ
フ抵抗の安定化処理層を形成したので、オフ状態での不
安定性が完全に抑制されるという極めてすぐれた効果が
ある。

なお、多結晶シリコン薄膜トランジスタの構造としては
第１図に示したものについてのみ説明したが、本発明は
これに限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は多結晶シリコン薄膜トランジスタの星例を示す
断面図、第２図は多結晶シリコン！５！面上の酸素プラ
ズマ処理によるオフ抵抗安定化処理層が多結晶シリコン
薄膜トランジスタのオフ抵抗の経時変化に及はす影響を
示す図である。 ト・・・絶縁体基板、２・・・・多結晶シリコン膜％３
・・・・ゲート絶縁膜、４・・・・ソース電極、５・・
・・ドレイ／電極，６・・・・ゲート電＠ｂｙ”・・オ
フ抵抗安定化処理層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体層に多結晶シリコン１ＩＩｔ−用いた薄膜ト
   ランジスタにおいて、ゲート絶縁膜の下の少なくともチ
   ャンネル部の多結晶シリコン表面に、オフ抵抗の安定化
   処理層を持つことを特徴とする多結晶シリコン薄膜トラ
   ンジスタ。 ２　前記オフ抵抗の安定化処理層の厚みが４０００λ以
   下（０を含まず）であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の多結晶シリコン薄膜トランジスタ。 ３、　半導体層に多結晶シリコン膜を用い、ゲート絶縁
   膜の下の少なくともチャンネル部の多結晶シリコン表面
   にオフ抵抗の安定化処理層を設けた多結晶シリコン薄膜
   トランジスタにおいて、前記オフ抵抗の安定化処理層の
   形成は前゛記ゲート絶縁膜形成前に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。 る特許請求の範囲第５項記載の多結晶シリコシ゛薄膜ト
   ランジスタ０ＩＩＩ造方法。 ５　前記オフ抵抗の安定化処理層の形成は多結晶シリコ
   ンの熱酸化処理によることを特徴とする特許請求の範囲
   第５項記載の多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造方
   法。 ６　前記オフ＃に抗の安定化処理層の形成は多結晶シリ
   コンへの酸素イオンの打込み処理によることをＩＩＩＩ
   ｇＩｌとする特許請求の範囲第５項記載の多結晶シリコ
   ン薄膜トランジスタの製造方法。