JPH03246973A

JPH03246973A - 薄膜トランジスタおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH03246973A
Application number: JP4402090A
Authority: JP
Inventors: Takushi Nakazono; 中園　卓志; Shigeru Kanbayashi; 神林　茂; Yuichi Masaki; 裕一正木; Hajime Sato; 肇佐藤; Yumi Kihara; 木原　由美; Hiroyoshi Nakamura; 中村　弘喜
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1991-11-05

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法に関す
る。

（従来の技術）多結晶シリコンを使用した薄膜トランジスタの開発か盛
んに行なわれ、これを応用したイメーンセンサ（特開昭
６０−２２８８１号公報）、感熱へ・ソト（特開昭８２
−１８１４７３号公報）、液晶デイスプレィ等、様々な
製品か生み出されている。

これらは、いずれも絶縁基板上に多結晶シリコンを用い
て薄膜トランジスタを形成し、駆動回路もしくはスイッ
チング素子を構成している。

多結晶シリコンは薄膜トランジスタの活性層として使用
され、次のような方法で基板上に形成されている。

■低温で非晶質シリコンを成膜しその後熱処理をほどこ
し、結晶粒径を成長させ移動度等を向上させる。

■多結晶シリコンを成膜しその後シリコンイオンインプ
ランテーションでアモルファス化し、その後熱処理を施
して結晶粒径を成長させ、移動度等を向上させる。

また、多結晶シリコンの結晶粒の界面等に存在すると考
えられる未結合手の影響を軽減させるために、成膜後の
シリコン膜もしくは、上記■、■の技術を適用した膜に
、さらに水素プラズマアニールなとて水素を混入させ、
シリコンの未結合手と水素とを結合させて電気的に安定
させることか行われている。

（発明か解決しようとする課題）ところで、さらに高品質を目指してよりトランジスタ特
性を向上させるには、多結晶シリコンの結晶粒径サイズ
や界面の状態を改善してもあるところで限界か生じ、特
性を向上させることか難しくなっている。

すなわち、電子の移動度がある値に達すると、測定温度
を徐々に変化させても移動度の値はほとんど温度に影響
されず、一定値のまま向上しないのである。

これは、多結晶シリコンに含まれる電気的中性不純物の
酸素か影響していると考えられる。この電気的中性不純
物である酸素は、多結晶中に１０１９／ｃＩＩ１３程度
混入しており、主にシリコンの成膜時、すなわち、化学
気相蒸着を行う際に混入すると考えられる。

化学気相蒸着は、通常、横型の減圧化学気相蒸着装置を
使用しているのであるが、この装置では炉に取りつけで
あるふたを開けた時点から、炉内に空気の進入が始まり
、ウニ／＼−の挿入、取り出しは、空気か混入した状態
で行なわれることになる。また、混入した空気を取り除
く技術も確立されていない。

そして、これらは、半導体膜成膜炉のふたの取りつけ部
か高真空排気に耐え得る構造になっていないという装置
的な要因が絡んでいる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもの
で、より高い移動度を実現させる薄膜トランジスタと、
その製造方法を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の薄膜トランジスタは、絶縁基体と、この絶縁基
体上に形成された半導体膜からなるチャネル部およびソ
ース・トレイン部と、前記半導体膜にゲート絶縁膜を介
して形成されたゲート配線とを有する薄膜トランジスタ
ーにおいて、前記チャネル部を構成する半導体膜か含有
する電気的中性不純物の濃度が、１０１８／Ｃ１１３以
下であることを特徴としている。

また、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、半導体
膜を形成するための成膜用容器内部の全圧力月０−−５
ｔｏｒｒ以下になるまで排気し、排気後に絶縁基体上に
半導体膜を形成する工程と、前記半導体膜にゲート絶縁
膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極
を形成する工程と、前記半導体膜を、電気的不純物濃度
が１０１８／Ｃｌｌ１３以下であるチャネル部と、電気
的中性不純物を高濃度で含有するｒノース・ドレイン部
とに分離する工程と、前記絶縁基体上に絶縁層を形成す
る工程と、前記絶縁層上に配線層を形成する工程とを有
することを特徴としている。

本発明において、多結晶シリコン膜はたとえばＬＸ　１
０−’　　ｔｏｒｒ未満に排気された装置内で成膜する
。このとき、残留ガスは空気であると考えると酸素の割
合は、３０％程度であるため酸素分圧は０．３　Ｘ　１
０−’　　ｔｏｒｒである。

この後、反応ガスを導入し成膜圧力を０．４ｔｏｒｒ程
度にもどす。このとき、酸素分圧は最大０．７５Ｘ１０
−’　　ｔｏｒｒ（−０，３Ｘ　１０−’　）　１０．
４）程度となる。

このような酸素分圧の条件において、装置内に含まれる
酸素のモル数ｎを気体の状態方程式に従って求めると、ｎ　−Ｐ　Ｖ　／　ＲＴ＝　（０，７５Ｘ　１０−’　Ｘ　１３３　　Ｘ　１．
３　　Ｘ　１Ｏ−２）８．３Ｘ　（２７３＋６００） −１，８Ｘ１０−８　ｓｏｌとなる。

これがすべて反応生成物に取り込まれたとすると、その
濃度Ｃ８は、Ｃ＝ｌＸ　１０１６／　Ｃｍ”　−（６Ｘ　１０２３Ｘ
　１．８　Ｘ　１Ｏ−８）となる。

実際問題では、残留ガスが気体の状態方程式からはずれ
ることと、５ｉ−８ｉ結合よりも５ｔ−０結合の方か安
定であることから反応し易いため、実際の反応生成物中
・の酸素濃度は、はぼ１０１８／ｃｍ’程度となる。

すなわちこのことから、成膜を行う装置内部の全圧を前
もって１０−’　　ｔｏｒｒ以下に排気することにより
、成膜される膜の電気的中性不純物濃度は、１０１８／
ｃｍ３以下となり、薄膜トランジスタの移動度向上が可
能となる。

（作　用）移動度の向上を妨げる原因としては、様々な要因が考え
られるが、本発明者らは多結晶シリコン中に含まれる電
気的中性不純物である酸素に着目した。

第４図は、多結晶シリコン中に含まれる酸素量を変え、
温度と移動度との関係を調べた結果である。Ｘ印は酸素
混入サンプルの結果であり、○印は低酸素サンプルの結
果を示している。

第４図から明らかなように、酸素含有量の多い多結晶シ
リコンは移動度の値が横這い状態で、向上が見られない
。

さらに、第３図に示した理論的な計算結果からも、電気
的中性不純物濃度が１０１８／ｃＩ０１を超えて混入す
ると移動度に影響か現れはじめることかわかる。

本発明では、シリコンの薄膜形成時の雰囲気を所定の状
態にコントロールして、多結晶シリコンの含有する電気
的中性不純物濃度を１０１８／ｃｍ”以下としているた
め、移動度向上の範囲を拡大し、より高品質化を図るこ
とができる。

（実施例）次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例である薄膜トランジスタを
示す図である。

同図において、石英基板１上には多結晶シリコンによる
半導体膜２が、化学気相エツチング法（ＣＤＥ）等によ
って島状に２０００人の厚さで形成され、チャネル部を
構成している。

このチャネル部となる多結晶シリコンの電気的中性不純
物濃度は１０１８／ｃｍ１以下とされている。

半導体膜２上には、塩酸酸化法等でゲート酸化膜３が数
１００人の厚さで形成され、さらに、ゲート電極用配線
が減圧化学気相蒸着法（ＬＰ−ＣＶＤ）等で形成され、
その後、反応性イオンエツチング法（ＲＩＥ）等でパタ
ーニングすることにより、ゲート電極４が形成されてい
る。

半導体膜２の周囲には、イオン打ち込みによってソース
・ドレイン部５か形成されている。

さらに、ソース・ドレイン部５の周囲の石英基板１上に
は、常圧化学気相蒸着法等により、層間絶縁膜６が形成
されており、ＲＩＥて形成された所定のコンタクトホー
ル７の部分に、アルミニウムまたはアルミニウム合金等
で配線層８が形成されている。

このような薄膜トランジスタにおける半導体膜は、たと
えば第２図に示す縦型の減圧ＣＶＤ装置を用いて形成す
ることができる。

第２図において、縦型の減圧ＣＶＤ装置２０には、底板
２１に高真空排気用のターボポンプ２２と、残留ガスの
分析を行なうためのモニター２３とが連結されている。

また、底板２１とペルジャー２４とは、２重のＯリング
２５でシールされ、１０−’　　ｔｏｒｒ以下でも充分
に気密か保たれるようになっている。

この減圧ＣＶＤ装置２０を使用する場合は、ますはじめ
に装置内を加熱、排気する。そして、ウェハーを投入し
、さらに加熱して高真空排気を行い、装置内を１０−’
　　ｔｏｒｒ以下に設定する。

次いで、モニター２３による残留ガス分析を行ない、酸
素、窒素等の分圧が所定の値（たとえば１Ｏ−５ｔｏｒ
ｒ以下）に達した時点で反応ガスを導入口２６より導入
して成膜を行なう。

このような条件下で成膜を行うことにより、生成される
多結晶シリコンの電気的中性不純物濃度は１０１８／ｃ
Ｉ１１３以下となり、移動度の向上が実現された。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば半導体膜成膜前に
、成膜容器内部を１０−’　ｔｏｒｒ以下の圧力まで排
気し、低い分圧条件で多結晶シリコンを成膜することに
より、生成される多結晶シリコン膜の電気的中性不純物
濃度を所定の濃度以下に抑え、薄膜トランジスタにおけ
る移動度の向上を図ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例の薄膜トランジスタを示
す断面図、第２図は多結晶シリコンの成膜装置を説明す
るための概念図、第３図は多結晶シリコンの移動度と電
気的中性不純物濃度との関係を示す図、第４図は温度変
化に伴う移動度の変化を示す図である。１・・・・・・石英基板、２・・・・・・半導体膜、３
・・・・・・ゲート酸化膜、４・・・・・・ゲート電極
、５・・・・・・ソース・ドレイン部、６・・・・・・層間絶縁膜、７・・・・・・コンタクト
ホール、８・・・・・・配線層、２０・・・・・・縦型減圧ＣＶＤ装置、２１・・・・・
・底板、２２・・・・ターボポンプ、２３・・・・・・
モニター　２４・・・・・ベルジャ２５・・・・・・０
リング、２６・・・・・・導入口。第四′１ η 第２［４０１００シＬ度００（Ｋ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁基体と、この絶縁基体上に形成された半導体
膜からなるチャネル部およびソース・ドレイン部と、前
記半導体膜にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート配
線とを有する薄膜トランジスターにおいて、前記チャネル部を構成する半導体膜が含有する電気的中
性不純物の濃度が、１０＾１＾８／ｃｍ＾３以下である
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
（２）前記半導体膜は、多結晶シリコンである請求項１
記載の薄膜トランジスタ。
（３）前記電気的中性不純物は、酸素、炭素および窒素
の中の少なくとも１種である請求項１記載の薄膜トラン
ジスタ。
（４）半導体膜を形成するための成膜用容器内部の全圧
が１０＾−＾４ｔｏｒｒ以下になるまで排気し、排気後
に絶縁基体上に半導体膜を形成する工程と、前記半導体
膜にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜
上にゲート電極を形成する工程と、前記半導体膜を、電気的中性不純物濃度が１０＾１＾８
／ｃｍ＾３以下であるチャネル部と、電気的不純物を高
濃度で含有するソース・ドレイン部とに分離する工程と
、前記絶縁基体上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層
上に配線層を形成する工程とを有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法
。
（５）前記成膜用容器内部における、酸素、炭素、窒素
の各分圧を１０＾−＾５ｔｏｒｒ未満とした後に、半導
体膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製
造方法。