JPS6188518A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタの製造方法

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JPS6188518A
JPS6188518A JP59209233A JP20923384A JPS6188518A JP S6188518 A JPS6188518 A JP S6188518A JP 59209233 A JP59209233 A JP 59209233A JP 20923384 A JP20923384 A JP 20923384A JP S6188518 A JPS6188518 A JP S6188518A
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JP
Japan
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film
hydrogen content
thickness
semiconductor layer
interface
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JP59209233A
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English (en)
Inventor
Satoru Kawai
悟 川井
Yasuhiro Nasu
安宏 那須
Kenichi Yanai
梁井 健一
Atsushi Inoue
淳 井上
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/24Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using chemical vapour deposition [CVD]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10PGENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3404Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
    • H10P14/3411Silicon, silicon germanium or germanium

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、薄膜トランジスタの製造方法に係り、特に、
水素化アモルファスシリコン膜からなる動作半導体層の
形成方法に関す。
表示パネル、例えば、液晶パネル、エレクトロクロミン
クパネル、エレクトロルミネツセンスノくネルなどの表
示画素の駆動に使用されるトランジスタには、該画素部
分に配設されるのが望ましも)ため、該パネル基板とな
るガラス板上に形成容易な薄膜トランジスタ(TPT)
が使用されている。
TPTの動作半導体層には、窒化シリコン(Si−N)
または酸化シリコン(Si−0)などからなるゲート絶
縁膜と−■して形成可能な水素化アモルファスシリコン
(a−5i:H)膜の使用が検討されるようになって来
た。
この場合、該TPTの性能低下を防ぐため、該a−Si
:H膜中のダングリングボンド(不対電子結合状態)を
適正にターミネート (この場合シリコンに対する水素
の結合)させることが重要である。
〔従来の技術〕
第2図はa−5i:H膜を動作半導体層にしたTPTの
代表例を示した側断面図である。
同図において、1はガラス基板、2は例えばクロムのゲ
ート電極、3は例えば5i−Nのゲート絶縁膜、4はa
−5i:H膜の動作半導体層、5と6は例えばn”a−
5iとニッケル・クロムとの二層からなるソースとドレ
インである。
このTPTの製造は、基板1の上にゲート電極2から上
記の順に順次積層して行われる。
この際、ゲート絶縁膜3と動作半導体層4は、通常、プ
ラズマCVD装置を使用し、前者はシラン(SiHn 
)を主原料とする雰囲気にして、後者はSiH4のみの
雰囲気にして連続的に形成し、界面の清浄性を保つ方法
をとっている。
ここで、動作半導体層4であるa−St:)I膜は、該
膜中のダングリングボンドが最少に、移動度が最大にな
るのを狙って、水素含有量が5〜10 at、%となる
ような条件で、厚さ1000〜3000人程度に被着し
てなっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながらこのように製造されたTPTには、その立
ち上がり特性、飽和電流値などの特性が、a−5i:H
の特性から予想されるものより低下していると言う問題
がある。
それは、上記のように形成された動作半導体層4におい
て、全体としてのダングリングボンドは水素によりター
ミネートされるものの、ゲート絶縁膜3との界面近傍で
はゲート絶縁膜3に水素が吸収されて、該近傍に存在す
るダングリングボン ・ドを完全にターミネートするに
は水素が不足し、電界効果移動度が低下するためと考え
られる。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点は、ゲート絶縁膜上にa−5i :H膜の動
作半導体層を気相成長により形成する工程において、成
長開始時の水素含有量を所定の量より高くなるようにす
る本発明の薄膜トランジスタの製造方法によって解決さ
れる。
本発明によれば、前記水素化アモルファスシリコン膜の
成長開始時の厚さが10〜200人になるまで水素含有
量は10〜20 at、%で成長し、その後、水素含有
量は5〜10 at、%で成長して、該水素化アモルフ
ァスシリコン膜を形成するのが望ましい。
或いは、前記水素化アモルファスシリコン膜の気相成長
は、プラズマCVD装置を使用して水素含有量は5〜1
0 at、%で行い、成長開始時の厚さが10〜200
人になったところで該装置による水素プラズマ処理を介
入させ該成長開始時の厚さ領域の水素含有量を10〜2
0 at、%にして、該水素化アモルファスシリコン膜
を形成するのが望ましい。
〔作用〕
厚さが1000〜3000人程度であるa−Si:H膜
の動作半導体層の中で、問題の原因となる水素の不足を
来しているのは、前述のようにゲート絶縁膜との界面近
傍である。
従って上記のように、動作半導体層の中で、ゲート絶縁
膜と接する界面部分の水素含有量を、本体部分より高く
した製造をすることにより、該界面近傍においてその水
素の不足を補填することが出来て問題を解消し、当該T
PTの特性を優れたものにすることが可能になる。
この際、該本体部分の水素含有量を所定量の5〜10 
at、%にするのが望ましいのは、従来例における動作
半導体層と同様にa−Si:11膜の移動度が最大にな
るのを狙い、動作半導体層として適切に機能させるため
であり、該界面部分の水素含有量と厚さをそれぞれ10
〜20 at、%、10〜200人にするのが望ましい
のは、前記界面近傍における前記補填が過小または過大
になるのを防ぎ、該補填の効果が失われないようにさせ
るためである。
因に、動作半導体層全体の水素含有量を高めると、前記
補填は可能になるが、前記界面近傍以外の水素含有量が
高ずぎて、該動作半導体層の電界効果移動度が低下し特
性はむしろ低下する。
プラズマCVD装置を使用したa−5i:It)IQの
形成において、水素含有量は、放電電力の大きさに依存
在があり、該電力を大きくすると高くなる。従って、水
素含有量は連続的に変化させることが可能である。
この際、水素含有量をそれぞれ10〜20 at、%お
よび5〜10 at、%にするには、放電電力を0.0
3〜0 、1 W / cnlおよび0.01〜0.0
3W/cotにすればよい。
また、プラズマCVD装置を使用したa−Si:H膜の
形成においては、引続き該装置内で水素プラズマ処理出
来るので、水素含有量が所定量の5〜10at、%、厚
さ10〜200人程度にa−5i:Hlgを形成した後
、水素プラズマ処理を行うことで該a−3i:H膜の水
素含有量を高めることが出来る。
かくして、a−Si:H膜を動作半導体層とするTPT
における該動作半導体層において、移動度を低下させる
ことなくゲート絶縁膜との界面でダングリングボンドを
ターミネートさせるのに不足する水素の補填が出来て、
性能の優れたTPTの提供を可能にさせる。
図を通し同一符号は同一対象物を示す。
第1図(alは本発明によるTPTの製造方法の二つの
実施例を説明する側断面図、第1図(blはその実施例
によるTPTと従来方法によるTPTとの特性を示した
特性図である。
第1図(a)に示されたのは、第2図に示す動作半導体
層4が、共にa−Si:H膜の高水素含有膜7aと動作
半導体層主11A7bとから構成された動作半導体層7
に変わったもので、その他は第2図図示と変わらない。
ここで、動作半導体層7が高水素含有膜7aと主1Ji
7bとに分かれているのは゛、ゲート絶縁膜3に高水素
含有N1aを被着しその上に主s7bを被着して動作半
導体層7を形成する製造方法を説明するためのもので、
形成された動作半導体層7においては、7a、7bが一
体になり両者の境界は消失する。
主膜7bの水素含有量および厚さは、動作半導体層4と
同様にそれぞれ5〜10 at、%および1000〜3
000人程度であり、ゲート絶縁膜3に接する高水素含
有膜7aの水素含有量は、上記より高い10〜20at
、%で、その厚さは10〜200人である。
この高水素含有膜7aに含まれる余剰水素が、ゲート絶
縁膜3との界面に存在するダングリングボンドを完全に
ターミネートするよう作用し、先に述べた問題を解消さ
せる。
このようなTPTの製造の実施例は以下の如くである。
(実施例1) ガラス基板1上に通常の方法でクロムのゲート電極2を
形成した後、電極径が約φ250顛、電極間ギャップが
約500のプラズマCVD装置を使用L[板1の温度を
約300℃にして、SiH4とアンモニア(NH3)の
混合雰囲気(圧力約0.15Torr)により厚さ約3
000人の5i−Nを被着してゲート絶縁膜3を形成し
、続いて、約0.ITorrのSiH4のみの雰囲気に
し、放電電力約20Wで水素含有量約15at、%、厚
さ約100人のa−3i:H膜を被着して高水素含有膜
7aとなし、その状態で放電電力を約10Wに切り替え
て水素含有量約8 at、%、厚さ約3000人のa−
5i:l(膜を被着し主膜7bとなして動作半導体N7
を形成した。
更に、その上にn”a−Siとニッケル・クロムとの二
層からなるソース5とドレイン6を形成してTPTを製
造した。
このTPTは、チャネル幅/チャネル長=18  であ
るが、その特性は第1図(b1図示の特性曲線aの如く
である。ここで、横軸のVgはゲート電圧、縦軸のId
はドレイン電流である。
因に、上記TPTの動作半導体層7を、高水素含有1i
7aと主膜7bとに分けることなく、従来の動作半導体
層4のように放電電力約10Wで形成した場合の特性曲
線はbとなり、同様にして約20Wで形成した場合の特
性曲線はCとなった。
特性曲線aは、立ち上がり特性、飽和電流値の両者とも
最も優れている。
特性曲線Cの場合は、不足する水素を補填するため動作
半導体層7全体に水素含有量を高めたものであるが、ゲ
ート朱色it月臭3との界面のダングリングボンドは低
減しているものの、動作半導体層7自体の移動度が低下
して特性が劣化している。
以上のことから、本発明の製造方法は、従来に比して優
れ極めて良好な入出力特性を示すTPTを提供すること
が判る。
(実施例2) 実施例1における動作半導体層7の形成を次のように変
更した。
即ち、実施例1における条件の中で、高水素含有p7a
を被着する際の放電電力を、主膜7bを被着する際と同
じである約10Wにし、代わりに、被着後の雰囲気を一
旦約0.17Torrの水素にし約50Wで約5分間の
プラズマ処理をし、高水素含有膜7aの水素含有量を約
16 at、%にした。
この後は、雰囲気を約0.ITorrのSiH4のみに
戻し、実施例1と同様に主膜7bを被着して動作半導体
層7を形成した。
かく製造したTPTの特性は、第1図(1))図示の特
性曲線aと殆ど一致した。
この方法は、高水素含有膜7aの水素含有量を厳密に制
御出来る特徴がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明による製造方法により、a
−St:Hliを動作半導体層とするTPTにおける該
動作半導体層において、移動度を低下させることなくゲ
ート絶縁膜との界面でダングリングボンドをターミネー
トさせるのに不足する水素の補填が出来て、性能の優れ
たTPTの提供を可能にさせる効果がある。
【図面の簡単な説明】
図面において、 第1図(alは本発明によるTPTの製造方法の二つの
実施例を説明する側断面図、 第1図(blはその実施例によるTPTと従来方法によ
るTPTとの特性を示した特性図、 第2図はa−Si:H膜を動作半導体層にしたTPTの
代表例を示した側断面図である。 図中において、 1はガラス基板、   2はゲート電極、3はゲート絶
縁膜、  4.7は動作半導体層、5はソース、   
   6はドレイン、7aは高水素含有膜、  7bは
動作半導体層主膜、aは本発明による特性、b、cは従
来の特性、Vgはゲート電圧、   Idはドレイン電
流、をそれぞれ示す。 不I ビ 葬2因

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ゲート絶縁膜上に水素化アモルファスシリコン膜
    の動作半導体層を気相成長により形成する工程において
    、成長開始時の水素含有量を所定の量より高くなるよう
    にすることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
  2. (2)前記水素化アモルファスシリコン膜の成長開始時
    の厚さが10〜200Åになるまで水素含有量は10〜
    20at.%で成長し、その後、水素含有量は5〜10
    at.%で成長して、該水素化アモルファスシリコン膜
    を形成す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の製造方法。
  3. (3)前記水素化アモルファスシリコン膜の気相成長は
    、プラズマCVD装置を使用して水素含有量は5〜10
    at.%で行い、成長開始時の厚さが10〜200Åに
    なったところで該装置による水素プラズマ処理を介入さ
    せ該成長開始時の厚さ領域の水素含有量を10〜20a
    t.%にして、該水素化アモルファスシリコン膜を形成
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の薄膜
    トランジスタの製造方法。
JP59209233A 1984-10-05 1984-10-05 薄膜トランジスタの製造方法 Pending JPS6188518A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0330319A (ja) * 1989-06-28 1991-02-08 Mitsui Toatsu Chem Inc 非晶質半導体薄膜
JPH0332019A (ja) * 1989-06-29 1991-02-12 Mitsui Toatsu Chem Inc 非晶質半導体の薄膜
JPH06283430A (ja) * 1993-01-28 1994-10-07 Applied Materials Inc 単一チャンバー内で多層cvdを行なう方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US6338874B1 (en) 1993-01-28 2002-01-15 Applied Materials, Inc. Method for multilayer CVD processing in a single chamber

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