JPH0395939A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH0395939A JPH0395939A JP23394289A JP23394289A JPH0395939A JP H0395939 A JPH0395939 A JP H0395939A JP 23394289 A JP23394289 A JP 23394289A JP 23394289 A JP23394289 A JP 23394289A JP H0395939 A JPH0395939 A JP H0395939A
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Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
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】
[a業上の利用分野]
本発明は、絶縁基体上に形成した薄膜トランジスタの製
造方法に関する。
造方法に関する。
[従来の技術]
従来、絶縁基板上の薄膜トランジスタ(以下、TPTと
称す)は、第3図に示すように、ガラスなどの絶縁基板
31上に、半導体薄膜32を形成し、そこに素子を作り
込んで構成されていた。
称す)は、第3図に示すように、ガラスなどの絶縁基板
31上に、半導体薄膜32を形成し、そこに素子を作り
込んで構成されていた。
また、近年、TPTの特性向上のため、半導体薄膜とし
て、結晶性半導体薄膜を用いることがよくみられる。こ
こでいう結晶性半導体とは、通常使用されている単結晶
ウエハに比べると、欠陥が多く存在している単結晶半導
体や、内部に1個以上の結晶粒界をもつ多結晶半導体を
いう。
て、結晶性半導体薄膜を用いることがよくみられる。こ
こでいう結晶性半導体とは、通常使用されている単結晶
ウエハに比べると、欠陥が多く存在している単結晶半導
体や、内部に1個以上の結晶粒界をもつ多結晶半導体を
いう。
[発明が解決しようとする課題]
しかし、上記の従来例では、結晶性半導体薄膜と基板と
の界面に、数多〈の界面準位33が存在し、この界面準
位の影響で、たとえば、MOSFETを作成した場合、
チャネル部でキャリアが準位にトラップされ、いわゆる
バックチャネルを形成し、閾値電圧の変動や、on/o
ff比の低下など、素子特性の劣化をもたらしていた。
の界面に、数多〈の界面準位33が存在し、この界面準
位の影響で、たとえば、MOSFETを作成した場合、
チャネル部でキャリアが準位にトラップされ、いわゆる
バックチャネルを形成し、閾値電圧の変動や、on/o
ff比の低下など、素子特性の劣化をもたらしていた。
また、基板にガラスなどの安価な材料を用いると、基板
材料中に含まれるNa“などのアルカリイオンが、プロ
セス中の熱処理によって移動し、基板との界面やシリコ
ン薄膜中に可動イオンとして存在し、素子特性の劣化や
、信頼性に問題を生じさせていた。
材料中に含まれるNa“などのアルカリイオンが、プロ
セス中の熱処理によって移動し、基板との界面やシリコ
ン薄膜中に可動イオンとして存在し、素子特性の劣化や
、信頼性に問題を生じさせていた。
これらの問題に対して、たとえば、素子形成後、素子の
保謹膜として、プラズマCVD法による窒化シリコン膜
による水素パッシベーションを用いて、シリコン薄膜内
の準位を減らし、移動度を高くすることが行われてきた
。また、アルカリイオン汚染防止のために、高純度石英
や無アルカリガラスなどを基板として用いる場合もある
。
保謹膜として、プラズマCVD法による窒化シリコン膜
による水素パッシベーションを用いて、シリコン薄膜内
の準位を減らし、移動度を高くすることが行われてきた
。また、アルカリイオン汚染防止のために、高純度石英
や無アルカリガラスなどを基板として用いる場合もある
。
しかし、上記の方法によっても基板との界面の問題は解
決されていない。また、高純度石英や無アルカリガラス
などの基板は、高価であり、大面積の基板に安価でTP
Tを形成するには問題があった. [課題を解決するための手段] 本発明の第1の要旨は、絶縁基体上に結晶性導体薄膜を
形成してなる半導体装置の製造方法において、前記の結
晶性半導体薄膜の上下両側に、水素の拡散に対してバリ
アとなる第1、第2の絶縁膜をそれぞれ形成する工程と
、前記の半導体薄膜中に水素を導入する工程と、その後
に熱処理を行う工程と、を含むことを特徴とする半導体
装置の製造方(去に存在する。
決されていない。また、高純度石英や無アルカリガラス
などの基板は、高価であり、大面積の基板に安価でTP
Tを形成するには問題があった. [課題を解決するための手段] 本発明の第1の要旨は、絶縁基体上に結晶性導体薄膜を
形成してなる半導体装置の製造方法において、前記の結
晶性半導体薄膜の上下両側に、水素の拡散に対してバリ
アとなる第1、第2の絶縁膜をそれぞれ形成する工程と
、前記の半導体薄膜中に水素を導入する工程と、その後
に熱処理を行う工程と、を含むことを特徴とする半導体
装置の製造方(去に存在する。
[作 用]
水素を導入した結晶性半導体薄膜を熱処理することによ
り、水素が薄膜中を拡散し、結晶性半導体薄膜と基体と
の界面に存在する界面準位が水素によってトラップされ
、界面準位の数を減らし、TFTなどの半導体装置の電
気特性を向上させることが期待できる。
り、水素が薄膜中を拡散し、結晶性半導体薄膜と基体と
の界面に存在する界面準位が水素によってトラップされ
、界面準位の数を減らし、TFTなどの半導体装置の電
気特性を向上させることが期待できる。
また、薄膜を拡散した水素は、薄膜中の欠陥準位や、結
晶粒界の界面準位にトラップざれることにより、TFT
などの半導体装置の電気特性を向上させることが期待で
きる。
晶粒界の界面準位にトラップざれることにより、TFT
などの半導体装置の電気特性を向上させることが期待で
きる。
さら(、水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜として
、窒化シリコン膜を基体と半導体薄膜との閲に形成する
ことにより、ガラスなどの基板からのNa+などのアル
カリイオンに対するブロッキングの効果が生じ、信頼性
の向上が期待できる。
、窒化シリコン膜を基体と半導体薄膜との閲に形成する
ことにより、ガラスなどの基板からのNa+などのアル
カリイオンに対するブロッキングの効果が生じ、信頼性
の向上が期待できる。
そのうえ、半導体薄膜上に、水素の拡散に対してバリア
となる絶縁膜を形成することにより、薄膜中に拡散した
水素のout−diffusionを防止し、上述の効
果をさらに安定して得ることが期待できる。
となる絶縁膜を形成することにより、薄膜中に拡散した
水素のout−diffusionを防止し、上述の効
果をさらに安定して得ることが期待できる。
なお、導入する水素の量としては数%〜数十atm%が
好ましい。
好ましい。
(実施態様)
第1図は、本発明を特徴づける半導体装置の断面図であ
る。
る。
本発明の第1の実施態様としては、まず、ガラスなどの
絶縁基板11上に、水素の拡散に対してバリアとなる第
1の絶8F18として、たとえば、プラズマCVO法で
、基板温度200℃〜300℃で窒化シリコン@12を
形成する。この窒化シリコン@l2中には、数%〜数十
atm%の水素が含まれる。
絶縁基板11上に、水素の拡散に対してバリアとなる第
1の絶8F18として、たとえば、プラズマCVO法で
、基板温度200℃〜300℃で窒化シリコン@12を
形成する。この窒化シリコン@l2中には、数%〜数十
atm%の水素が含まれる。
その後、窒化シリコン膜12を形成した温度と同程度か
それ以下の温度で結晶性シリコン薄膜13を形成する。
それ以下の温度で結晶性シリコン薄膜13を形成する。
結晶性シリコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマ
CVD法により形成された多結晶シリコンや、我々のt
i案しているプラズマCVfl法において、成膜雰囲気
中へのHCfLなどのハロゲン化水素ガスの添加効果に
よって得られた大粒径多結晶シリコンを用いることがで
きる。プロセス温度の低温化および電気特性上の観点か
ら我々の提案している大粒径多結晶シリコン薄膜が本実
施例に最も適当である。
CVD法により形成された多結晶シリコンや、我々のt
i案しているプラズマCVfl法において、成膜雰囲気
中へのHCfLなどのハロゲン化水素ガスの添加効果に
よって得られた大粒径多結晶シリコンを用いることがで
きる。プロセス温度の低温化および電気特性上の観点か
ら我々の提案している大粒径多結晶シリコン薄膜が本実
施例に最も適当である。
次に、水素の拡散に対してバリャとなるような第2の絶
縁膜l4を結晶性シリコン上に形戊する。
縁膜l4を結晶性シリコン上に形戊する。
水素の拡散に対してバリャとなるような絶縁膜としては
、減圧CVD法で形成した窒化シリコン膜や、第1の絶
縁膜と同様にして、プラズマCVD法で形成した窒化シ
リコン膜や窒化酸化シリコン膜を用いることができる。
、減圧CVD法で形成した窒化シリコン膜や、第1の絶
縁膜と同様にして、プラズマCVD法で形成した窒化シ
リコン膜や窒化酸化シリコン膜を用いることができる。
次に、N2、Ar%H2あるいはそれらの混合ガス雰囲
気下で、水素の拡散に対してバリアとなる第1の絶縁膜
、たとえば、窒化シリコン膜、を形成した温度より高い
温度(300℃〜aoo’c)で熱処理を行う。
気下で、水素の拡散に対してバリアとなる第1の絶縁膜
、たとえば、窒化シリコン膜、を形成した温度より高い
温度(300℃〜aoo’c)で熱処理を行う。
この熱処理中に、窒化シリコン膜中に存在する水素が、
結晶性シリコン薄膜中に拡散することにより、下地界面
に存在する界面準位や、結晶性シリコン薄膜中の欠陥準
位や、結晶性シリコンの粒界に存在する界面準位にトラ
ップされ、下地界面でのバックチャネルの発生を抑制し
、かつ、粒界のポテンシャルを小さくし、移動度を大き
くする。
結晶性シリコン薄膜中に拡散することにより、下地界面
に存在する界面準位や、結晶性シリコン薄膜中の欠陥準
位や、結晶性シリコンの粒界に存在する界面準位にトラ
ップされ、下地界面でのバックチャネルの発生を抑制し
、かつ、粒界のポテンシャルを小さくし、移動度を大き
くする。
また、基板と結晶性シリコンgi膜との間に窒化シリコ
ン膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa”
などのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持
たせ、信頼性が向上する。
ン膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa”
などのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持
たせ、信頼性が向上する。
また、結晶性シリコンFiiM両面に、水素の拡散に対
してバリアとなる絶縁膜を形成することにより、熱処理
によって水素が拡散する際、結晶性シリコン薄膜表面か
らのout−diffusionを防止でき、水素によ
るパシベーション効果を高めることができる。
してバリアとなる絶縁膜を形成することにより、熱処理
によって水素が拡散する際、結晶性シリコン薄膜表面か
らのout−diffusionを防止でき、水素によ
るパシベーション効果を高めることができる。
本発明の第2の実施態様としては、まず、ガラスなどの
絶縁基板11上に、水素の拡散に対してバリアとなる第
1の含む絶縁膜として、たとえば、プラズマCVD法で
、基板温度200℃〜300℃で窒化シリコン膜l2を
形成する。この窒化シリコン膜i2中には、数%〜数+
atm%の水素が含まれている。
絶縁基板11上に、水素の拡散に対してバリアとなる第
1の含む絶縁膜として、たとえば、プラズマCVD法で
、基板温度200℃〜300℃で窒化シリコン膜l2を
形成する。この窒化シリコン膜i2中には、数%〜数+
atm%の水素が含まれている。
その後、窒化シリコン膜12を形成した温度と同程度か
それ以下の温度で非晶貿シリコン薄膜13を形成する。
それ以下の温度で非晶貿シリコン薄膜13を形成する。
非晶質シリコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマ
CVD法により形戒された非晶質シリコンや、多結晶シ
リコンSt“をイオン注入して非晶質化したものなどが
用いられる。
CVD法により形戒された非晶質シリコンや、多結晶シ
リコンSt“をイオン注入して非晶質化したものなどが
用いられる。
次に、水素の拡散に対してバリアとなるような絶縁膜1
4を非晶質シリコン上に形成する。水素の拡散に対して
バリアとなるような絶縁膜としては、減圧cvo 7去
で形成した窒化シリコン膜や、第1の絶縁膜と同様にし
て、プラズマCVD法で形成した窒化シリコン膜や窒化
酸化シリコン膜を用いることができる. 次に、N2、Ar, H.あるいは、それらの混合ガス
雰囲気下で、水素を含む絶縁膜12、たとえば、窒化シ
リコン膜、を形成した温度より高い温度(300℃〜6
00℃)で熱処理を行う。
4を非晶質シリコン上に形成する。水素の拡散に対して
バリアとなるような絶縁膜としては、減圧cvo 7去
で形成した窒化シリコン膜や、第1の絶縁膜と同様にし
て、プラズマCVD法で形成した窒化シリコン膜や窒化
酸化シリコン膜を用いることができる. 次に、N2、Ar, H.あるいは、それらの混合ガス
雰囲気下で、水素を含む絶縁膜12、たとえば、窒化シ
リコン膜、を形成した温度より高い温度(300℃〜6
00℃)で熱処理を行う。
この熱処理の温度については、形成した非品質シリコン
が、固相結晶成長し、結晶化する温度に設定することが
、より高性能なTPTを作るうえで望ましい。
が、固相結晶成長し、結晶化する温度に設定することが
、より高性能なTPTを作るうえで望ましい。
この熱処理中に、非晶貿シリコンが結晶化するのと同時
に、窒化シリコン腹中に存在する水素が、熱処理により
非晶貿シリコンが結晶化したシリコン中に拡散すること
により、下地界面に存在する界面準位や、結晶性シリコ
ン薄膜中の欠陥準位や、結晶性シリコンの粒界に存在す
る界面準位にトラップされ、下地界面でのバックチャネ
ルの発生を抑制し、かつ、粒界のポテンシャルを小さく
し、移動度を大きくする。
に、窒化シリコン腹中に存在する水素が、熱処理により
非晶貿シリコンが結晶化したシリコン中に拡散すること
により、下地界面に存在する界面準位や、結晶性シリコ
ン薄膜中の欠陥準位や、結晶性シリコンの粒界に存在す
る界面準位にトラップされ、下地界面でのバックチャネ
ルの発生を抑制し、かつ、粒界のポテンシャルを小さく
し、移動度を大きくする。
また、基板と結晶性シリコン薄膜とq間に窒化シリコン
膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa”な
どのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持た
せ、信頼性が向上する。
膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa”な
どのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持た
せ、信頼性が向上する。
また、非晶質シリコン薄膜両面に水素の拡散に対してバ
リアとなる絶縁膜を形成することにより、熱処理によっ
て水素が拡散する際、結晶性シリコン表面からのout
−diffusionを防止でき、水素によるパシベー
ション効果をざらに高めることができる。
リアとなる絶縁膜を形成することにより、熱処理によっ
て水素が拡散する際、結晶性シリコン表面からのout
−diffusionを防止でき、水素によるパシベー
ション効果をざらに高めることができる。
本発明の第3の実施態様としては、まず、絶縁基板ll
上に、水素の拡散に対してバリアとなる第1の絶縁膜と
して、たとえば、プラズマCVD法や減圧cvt+?e
で、窒化シリコン膜l2を形成する。
上に、水素の拡散に対してバリアとなる第1の絶縁膜と
して、たとえば、プラズマCVD法や減圧cvt+?e
で、窒化シリコン膜l2を形成する。
その後、結晶性シリコン薄膜13を形戒する.結晶性シ
リコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマCVD法
により形成された多結晶シリコンや、非品質シリコンを
アニールし、再結晶化したものや、我々の提案している
プラズマCVD法において、成膜雰囲気中へのHCiな
どのハロゲン化水素ガスの添加効果によって得られた大
粒径多結晶シリコンや本出願人が特願昭82−7362
9号、特願昭62−73630号で提案しているところ
の大粒径多結晶シリコンや、本出願人が特願昭63−1
07016号で提案しているところの非品質基板上に形
成した単結晶シリコンなどが用いられる。
リコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマCVD法
により形成された多結晶シリコンや、非品質シリコンを
アニールし、再結晶化したものや、我々の提案している
プラズマCVD法において、成膜雰囲気中へのHCiな
どのハロゲン化水素ガスの添加効果によって得られた大
粒径多結晶シリコンや本出願人が特願昭82−7362
9号、特願昭62−73630号で提案しているところ
の大粒径多結晶シリコンや、本出願人が特願昭63−1
07016号で提案しているところの非品質基板上に形
成した単結晶シリコンなどが用いられる。
次に、プラズマCVD装置を用いて、チャンバー内に水
素ガスを導入した後、放電を起こし、水素プラズマによ
り、結晶性シリコン薄膜中に水素を導入する。
素ガスを導入した後、放電を起こし、水素プラズマによ
り、結晶性シリコン薄膜中に水素を導入する。
次に、水素の拡散に対してバリャとなる第2の絶縁膜l
4を結晶性シリコン上に形戒する。水素の拡散に対して
バリャとなるような絶縁膜としては、減圧CVD法で形
成した窒化シリコン膜や、プラズマCVD法で形成した
窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜を用いることがで
きる。
4を結晶性シリコン上に形戒する。水素の拡散に対して
バリャとなるような絶縁膜としては、減圧CVD法で形
成した窒化シリコン膜や、プラズマCVD法で形成した
窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜を用いることがで
きる。
次に、N2、Ar, H2あるいは、それらの混合ガス
の雰囲気下で熱処理を行う。
の雰囲気下で熱処理を行う。
この熱処理中に、プラズマ中から導入ざれた水素が、結
晶性シリコン薄膜中に拡散することCより、下地界面に
存在する界面準位や、結晶性シリコン薄膜中の欠陥準位
や、結晶性シリコンの粒界に存在する界面準位にトラッ
プされ、下地界面でのバックチャンネルの発生を抑制し
、かつ、粒界のポテンシャルを小さくし、移動度を大き
くする。
晶性シリコン薄膜中に拡散することCより、下地界面に
存在する界面準位や、結晶性シリコン薄膜中の欠陥準位
や、結晶性シリコンの粒界に存在する界面準位にトラッ
プされ、下地界面でのバックチャンネルの発生を抑制し
、かつ、粒界のポテンシャルを小さくし、移動度を大き
くする。
また、基板と結晶性シリコン薄膜との間に窒化シリコン
膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa”な
どのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持た
せ、信頼性が向上する。
膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa”な
どのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持た
せ、信頼性が向上する。
また、結晶性シリコン薄膜両面に、水素の拡販に対して
バリアとなる絶縁膜を形戒することにより、熱処理によ
って水素が拡散する際、結晶性シリコン薄膜表面からの
out−diffusionを防止でき、水素によるバ
シベーション効果を高めることができる。
バリアとなる絶縁膜を形戒することにより、熱処理によ
って水素が拡散する際、結晶性シリコン薄膜表面からの
out−diffusionを防止でき、水素によるバ
シベーション効果を高めることができる。
本発明の第4の実2iili態様としては、まず、ガラ
スなどの絶縁基板11上に、水素の拡散に対してバリア
となる第1の絶縁膜として、たとえば、プラズマCVD
法や減圧CVD法で、窒化シリコン膜l2を形成する。
スなどの絶縁基板11上に、水素の拡散に対してバリア
となる第1の絶縁膜として、たとえば、プラズマCVD
法や減圧CVD法で、窒化シリコン膜l2を形成する。
その後、結晶性シリコン薄膜13を形成する。結晶性シ
リコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマCVD法
により形成された多結晶シリコンや、非晶貿シリコンを
アニールし、再結晶化したものや、我々の提案している
プラズマCVD法において、成膜雰囲気中へのHC42
などのハロゲン化水素ガスの添加効果によって得られた
大粒径多結晶シリコンや、本出願人が特願昭fi2−7
3629号、特願昭82−73630号で提案している
ところの大粒径多結晶シリコンや、本出願人が特願昭5
3−107016号で提案しているところの非品質基板
上に形成した単結晶シリコンなどが用いられる。
リコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマCVD法
により形成された多結晶シリコンや、非晶貿シリコンを
アニールし、再結晶化したものや、我々の提案している
プラズマCVD法において、成膜雰囲気中へのHC42
などのハロゲン化水素ガスの添加効果によって得られた
大粒径多結晶シリコンや、本出願人が特願昭fi2−7
3629号、特願昭82−73630号で提案している
ところの大粒径多結晶シリコンや、本出願人が特願昭5
3−107016号で提案しているところの非品質基板
上に形成した単結晶シリコンなどが用いられる。
次に、水素の拡散に対してバリャとなる第2の絶縁@l
4を結晶性シリコン上に形戊する。水素の拡散に対して
バリャとなるような絶縁膜としては、減圧CVD法で形
成した窒化シリコン膜や、プラズマCVD法で形成した
窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜を用いることがで
きる。
4を結晶性シリコン上に形戊する。水素の拡散に対して
バリャとなるような絶縁膜としては、減圧CVD法で形
成した窒化シリコン膜や、プラズマCVD法で形成した
窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜を用いることがで
きる。
次に、水素を、通常のイオン注入7去により、結晶性シ
リコン薄膜中に導入する。
リコン薄膜中に導入する。
次に、N2、A「、H2あるいは、それらの混合ガスの
雰囲気下で熱処理を行う。
雰囲気下で熱処理を行う。
この熱処理中に、イオン注入法により導入された水素が
、結晶性シリコン薄膜中に拡散することにより、下地界
面に存在する界面準位や、結晶性シリコン薄膜中の欠陥
準位や、結晶性シリコンの粒界に存在する界面準位にト
ラツプされ、下地界面でのバックチャネルの発生を抑制
し、かつ、粒界のポテンシャルを小さくし、移動度を大
きくする。
、結晶性シリコン薄膜中に拡散することにより、下地界
面に存在する界面準位や、結晶性シリコン薄膜中の欠陥
準位や、結晶性シリコンの粒界に存在する界面準位にト
ラツプされ、下地界面でのバックチャネルの発生を抑制
し、かつ、粒界のポテンシャルを小さくし、移動度を大
きくする。
また、基板と結晶性シリコン薄膜との間に窒化シリコン
膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa’″
などのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持
たせ、信頼性が向上する。
膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa’″
などのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持
たせ、信頼性が向上する。
また、結晶性シリコン薄膜両面に、水素の拡散に対して
バリアとなる絶縁膜を形成することにより、熱処理によ
って水素が拡散する際、結晶性シリコン薄膜表面からの
out−diffusionを防止でき、水素によるパ
シベーション効果を高めることができる。
バリアとなる絶縁膜を形成することにより、熱処理によ
って水素が拡散する際、結晶性シリコン薄膜表面からの
out−diffusionを防止でき、水素によるパ
シベーション効果を高めることができる。
[実施例コ
以下、本発明の実施例を図面によって詳細に説明する。
第2図は、本発明を用いて作威したMOSFETの断面
図である。
図である。
[第1の実施例コ
ガラス基板上21に、水素の拡散に対してバリアとなる
第1の絶縁膜として、プラズマCVD法で, SiH4
7MHI混合ガス系により、窒化シリコン膜22をIO
OOA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズ
マCVO装置を用い、SiH4( 10零H2希釈)流
量15sccm%NH3流量10secm,圧力0.1
6Torr、放電バワー3、5W、基板温度300℃の
条件で、35分間堆積を行った。この条件で堆積した窒
化シリコン膜中には、IR(赤外分光)分析の結果、約
10atm%Fの水素が含まれていることが分かった。
第1の絶縁膜として、プラズマCVD法で, SiH4
7MHI混合ガス系により、窒化シリコン膜22をIO
OOA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズ
マCVO装置を用い、SiH4( 10零H2希釈)流
量15sccm%NH3流量10secm,圧力0.1
6Torr、放電バワー3、5W、基板温度300℃の
条件で、35分間堆積を行った。この条件で堆積した窒
化シリコン膜中には、IR(赤外分光)分析の結果、約
10atm%Fの水素が含まれていることが分かった。
次に、RFブラズ7 CVD法により、 Si}l21
12 /HCj2/Hz混合ガス系にて、窒化シリコン
膜22上に、多結晶シリコン薄@23をIQOOA堆積
した。堆積条件としては、Si}I.C fL 20.
!l sccm, HCf!.130sccm , H
2 200 sccm ,圧力2.O Torr, R
Fpower 60W ,基板温度230℃で行った。
12 /HCj2/Hz混合ガス系にて、窒化シリコン
膜22上に、多結晶シリコン薄@23をIQOOA堆積
した。堆積条件としては、Si}I.C fL 20.
!l sccm, HCf!.130sccm , H
2 200 sccm ,圧力2.O Torr, R
Fpower 60W ,基板温度230℃で行った。
この条件では、窒化シリコン膜22上には、粒径が約1
.0μmの多結晶シリコン薄膜が堆積した。
.0μmの多結晶シリコン薄膜が堆積した。
次に、スバッタ法により、ゲート絶縁膜としてSin2
膜24を50OA堆積させた後、ゲート電極25を形成
した。
膜24を50OA堆積させた後、ゲート電極25を形成
した。
次に、イオン注入法により、P1を注入し、ソース・ト
レイン領域26を形成した。
レイン領域26を形成した。
次に、水素の拡散に対してバリアとなる第2の絶縁膜と
して、第1の絶縁膜22と同様の方法にて、プラズマC
VD法により、窒化シリコン膜27を5000A堆積し
た。
して、第1の絶縁膜22と同様の方法にて、プラズマC
VD法により、窒化シリコン膜27を5000A堆積し
た。
次に、N2雰囲気、550℃で、熱処理を行った。
次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、AfL電極2
8を形成した。
8を形成した。
本実施例において、ガラス基板上に直接多結晶シリコン
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は2倍以上、閾値電圧の変動幅は1
/2以下に縮小された。
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は2倍以上、閾値電圧の変動幅は1
/2以下に縮小された。
このことは、熱処理によって、窒化シリコン膜22から
多結晶シリコン薄膜23内に水素が拡散し、下地界面お
よび多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界
面準位にトラップされ、準位の数が減少し、下地界面で
のバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界のポテ
ンシャルバリアが低下したためと考えられる。このこと
は、ESR (’H子スピン共@)測定の結果から、
多結晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、
熱処理によって、1桁以上低下していたことからも明ら
かである。
多結晶シリコン薄膜23内に水素が拡散し、下地界面お
よび多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界
面準位にトラップされ、準位の数が減少し、下地界面で
のバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界のポテ
ンシャルバリアが低下したためと考えられる。このこと
は、ESR (’H子スピン共@)測定の結果から、
多結晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、
熱処理によって、1桁以上低下していたことからも明ら
かである。
また、水素の拡散に対してバリアとなる窒化シリコン@
22、27の効果については、たとえば、この窒化シリ
コン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存
在する水素の密度が、IE20cm−’のオーダーから
lE19cm””のオーダー以下に低下していることか
ら、この膜が、水素のout−diffusionに対
してバリアとして作用していることが分かった。
22、27の効果については、たとえば、この窒化シリ
コン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存
在する水素の密度が、IE20cm−’のオーダーから
lE19cm””のオーダー以下に低下していることか
ら、この膜が、水素のout−diffusionに対
してバリアとして作用していることが分かった。
また、信頼性試験においては、高温高温試験によっても
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散に対して、ブロッキングしているため
と考えられる。
カリイオンの拡散に対して、ブロッキングしているため
と考えられる。
また、550℃の熱処理によって、水素が多結晶シリコ
ン中に拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活
性化も可能であることが、電気特性の測定から明らかと
なった。
ン中に拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活
性化も可能であることが、電気特性の測定から明らかと
なった。
[第2の実施例コ
ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、SiH47
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズ?
CVD装置を用い、SiH4( IOX H2希釈)
流量l5sccm%NH3流JiLiOsccm,圧力
0.15Torr、放電パワー3.5W、基板温度30
0℃の条件で、35分間堆積を行った。この条件で堆積
した窒化シリコン膜中には、IR(赤外分光)分析の結
果、約10ata+tの水素が含まれていることが分か
った。
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズ?
CVD装置を用い、SiH4( IOX H2希釈)
流量l5sccm%NH3流JiLiOsccm,圧力
0.15Torr、放電パワー3.5W、基板温度30
0℃の条件で、35分間堆積を行った。この条件で堆積
した窒化シリコン膜中には、IR(赤外分光)分析の結
果、約10ata+tの水素が含まれていることが分か
った。
次に、プラズマCVD法により、SiH4/ H2混合
ガス系にて、窒化シリコン膜22上に、非品質シリコン
薄膜23をIOOQA堆積した。堆積条件としては、S
in4流量2secm 2}1zl8secm,圧力0
.l2Torr、放電バワー5W、30分間堆積させた
。
ガス系にて、窒化シリコン膜22上に、非品質シリコン
薄膜23をIOOQA堆積した。堆積条件としては、S
in4流量2secm 2}1zl8secm,圧力0
.l2Torr、放電バワー5W、30分間堆積させた
。
次に、スパッタ法により、ゲート絶JljとしてSi0
2膜24を50OA堆積させた後、ゲート電8i25を
形成した。
2膜24を50OA堆積させた後、ゲート電8i25を
形成した。
次に、イオン注入法により、P0を注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した。
レイン領域26を形成した。
次に、水素の拡散に対してバリアとなる第2の絶縁膜と
して、プラズマCVD法により、窒化シリコン膜27を
5000A堆積した。
して、プラズマCVD法により、窒化シリコン膜27を
5000A堆積した。
次に、N2雰囲気、600℃で、熱処理を行った。
次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、 Aj2電極
28を形成した。
28を形成した。
本実施例において、600℃の熱処理により、非晶貿シ
リコン薄膜23は、固相結晶成長し、多結晶化している
ことが、断面TEM (透A電子顕微鏡)により確か
められた。
リコン薄膜23は、固相結晶成長し、多結晶化している
ことが、断面TEM (透A電子顕微鏡)により確か
められた。
本実施例において、ガラス基板上に直接多結晶シリコン
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は15倍、闇値電圧の変動幅は17
2以下に縮小された。
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は15倍、闇値電圧の変動幅は17
2以下に縮小された。
また、ガラス基板上に直接非晶質シリコン薄膜を形成し
たMOSFETと、本実施例により作威したMOSFE
Tとの電気特性の測定の比較により、電子移動度は10
00倍以上になった。
たMOSFETと、本実施例により作威したMOSFE
Tとの電気特性の測定の比較により、電子移動度は10
00倍以上になった。
このことは、熱処理によって、窒化シリコン膜22から
多結晶シリコン薄膜23内に水素が拡散し、下地界面お
よび多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界
面準位Cトラツブされ、準位の数が減少し、下地界面で
のバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界のポテ
ンシャルバリアが低下したためと考えられる。このこと
は、ESR (電子スピン共鳴)測定の結果から、多
結晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、熱
処理によって、1桁以上低下していたことからも明らか
である。
多結晶シリコン薄膜23内に水素が拡散し、下地界面お
よび多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界
面準位Cトラツブされ、準位の数が減少し、下地界面で
のバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界のポテ
ンシャルバリアが低下したためと考えられる。このこと
は、ESR (電子スピン共鳴)測定の結果から、多
結晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、熱
処理によって、1桁以上低下していたことからも明らか
である。
また、水素の拡散に対してバリアとなる窒化シリコン膜
22、27の効果については、たとえば、この窒化シリ
コン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存
在する水素の密度が、IE20cm−’のオーダーから
lE19cm−3のオーダー以下に低下していることか
ら、この膜が、水素のout−diffusionに対
してバリアとして作用していることが分かった。
22、27の効果については、たとえば、この窒化シリ
コン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存
在する水素の密度が、IE20cm−’のオーダーから
lE19cm−3のオーダー以下に低下していることか
ら、この膜が、水素のout−diffusionに対
してバリアとして作用していることが分かった。
また、信頼性試験においては、高温高温試験によっても
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散に対して、プロツキングしているため
と考えられる。
カリイオンの拡散に対して、プロツキングしているため
と考えられる。
また、本実施例において、600℃の勢処理により、水
素が多結晶シリコン中に拡散するのと同時に、ソース・
ドレイン領域の活性化も可能であることが、電気特性の
測定から明らかになった。
素が多結晶シリコン中に拡散するのと同時に、ソース・
ドレイン領域の活性化も可能であることが、電気特性の
測定から明らかになった。
[第3の実施例]
ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、siH4/
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、Si84(1帖}12希釈)流量1
5s c c m , N H 3流量10sccm、
圧力0.16Torr、放電パワー3.5W、基板温度
300℃の条件で、35分間堆積を行った。この条件で
堆積した窒化シリコン腹中には、IR(赤外分光)分析
の結果、約10¥の水素が含まれていることが分かった
。
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、Si84(1帖}12希釈)流量1
5s c c m , N H 3流量10sccm、
圧力0.16Torr、放電パワー3.5W、基板温度
300℃の条件で、35分間堆積を行った。この条件で
堆積した窒化シリコン腹中には、IR(赤外分光)分析
の結果、約10¥の水素が含まれていることが分かった
。
次に、RFプラズマCVD法により、SiH2C fL
a /t[J2/Hz混合ガス系にて、窒化シリコン
膜22上に、多結晶シリコン薄膜23を1000^堆積
した。堆積条件としては、 SiH2Cu , 0.9
secm, HCI+30sccm , H2200
sccm,圧力2.O Torr、RFpower6
0W1基板温度230℃で行った。この条件では、窒化
シリコン膜22上には、粒径が約1.0μmの多結晶シ
リコン薄膜が堆積した。
a /t[J2/Hz混合ガス系にて、窒化シリコン
膜22上に、多結晶シリコン薄膜23を1000^堆積
した。堆積条件としては、 SiH2Cu , 0.9
secm, HCI+30sccm , H2200
sccm,圧力2.O Torr、RFpower6
0W1基板温度230℃で行った。この条件では、窒化
シリコン膜22上には、粒径が約1.0μmの多結晶シ
リコン薄膜が堆積した。
?に、ゲーl・絶縁膜として、まず、スバッタ法により
SiO■膜を200A、つづいて、水素の拡散に対して
バリアとなる絶縁膜としてプラズマCVD法により窒化
シリコン膜300AiI1積させた後、ゲート電極25
を形成した。Si02膜を先に堆積させたのは、よく知
られたように、窒化シリコン膜だけでゲート絶縁膜を構
成すると、腹中の分極により、MOSFETの電気特性
が劣化するので、そうした劣化を防ぐためである。
SiO■膜を200A、つづいて、水素の拡散に対して
バリアとなる絶縁膜としてプラズマCVD法により窒化
シリコン膜300AiI1積させた後、ゲート電極25
を形成した。Si02膜を先に堆積させたのは、よく知
られたように、窒化シリコン膜だけでゲート絶縁膜を構
成すると、腹中の分極により、MOSFETの電気特性
が劣化するので、そうした劣化を防ぐためである。
次に、イオン注入法により、P“を注入し、ソース・ド
レイン領域21tを形成した。
レイン領域21tを形成した。
次に、N2雰囲気、550℃で、熱処理を行った。
次に、保護膜として、プラズマCVD ?去にて、窒化
シリコン膜5000A堆積した。
シリコン膜5000A堆積した。
次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、 AJ2電F
J2Bを形成した。
J2Bを形成した。
本実施例において、水素の拡散に対してバリ7どなる絶
縁膜として、窒化シリコン膜の膜厚を300Aとしても
、多結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン
膜厚を5000Aとした場合と全く変化なかった。
縁膜として、窒化シリコン膜の膜厚を300Aとしても
、多結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン
膜厚を5000Aとした場合と全く変化なかった。
また、保ii膜として、Sin2膜5000Aを用いた
場合についても、水素の密度に変化はなかったことから
、窒化シリコン膜30〇八でも十分バリアとして作用し
ていることが分かった。
場合についても、水素の密度に変化はなかったことから
、窒化シリコン膜30〇八でも十分バリアとして作用し
ていることが分かった。
また、ゲート絶縁膜として窒化シリコン膜と酸化シリコ
ン膜の2層構造を用いたが、これについても、Sin,
膜を用いた場合と比較して、電気特性の変化は、ほとん
ど認られなかった。
ン膜の2層構造を用いたが、これについても、Sin,
膜を用いた場合と比較して、電気特性の変化は、ほとん
ど認られなかった。
また、本実施例では、バリア膜として、プラズマCVO
7去による窒化シリコン膜を用いたが、減圧CVD法
により堆積した窒化シリコン膜を用いても、同様の効果
があった。
7去による窒化シリコン膜を用いたが、減圧CVD法
により堆積した窒化シリコン膜を用いても、同様の効果
があった。
[第4の実施例]
ガラス基板上2lに、プラズマCVD法で、SjHa/
NHsm合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、SiH4(to!k }12希釈)
流i155CCIll% NTo ?1jt i 10
sccm,圧力0.16Torr,放電バワー3.5
W ,基板温度300℃の条件で、35分間堆積を行っ
た。この条件で堆積した窒化シリコン腹中には、IR(
赤外分光)分析の結果、約lO′36の水素が含まれて
いることが分かった。
NHsm合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、SiH4(to!k }12希釈)
流i155CCIll% NTo ?1jt i 10
sccm,圧力0.16Torr,放電バワー3.5
W ,基板温度300℃の条件で、35分間堆積を行っ
た。この条件で堆積した窒化シリコン腹中には、IR(
赤外分光)分析の結果、約lO′36の水素が含まれて
いることが分かった。
次に、RFプラズマCVD法により、SiH,CIL2
/HCfL/H2混合ガス系にて、窒化シリコン膜22
上に、多結晶シリコン薄膜23をIOOOA堆積した。
/HCfL/H2混合ガス系にて、窒化シリコン膜22
上に、多結晶シリコン薄膜23をIOOOA堆積した。
堆積条件としては、 SiH.Cfl 2Q.9scc
m , l{Cj2 130SCCIIl1H2200
SCCm1圧力2.O Torr, RFpower
60W1基板温度230℃で行った。この条件では、
窒化シリコン膜22上には、粒径が約1.Ol.tmの
多結晶シリコン薄膜が堆積した。
m , l{Cj2 130SCCIIl1H2200
SCCm1圧力2.O Torr, RFpower
60W1基板温度230℃で行った。この条件では、
窒化シリコン膜22上には、粒径が約1.Ol.tmの
多結晶シリコン薄膜が堆積した。
次に、ゲート絶縁膜24として、つづいて、水素の拡散
に対してバリアとなる絶縁膜としてプラズマCVD法に
より窒化酸化シリコン膜500A堆積させた後、ゲート
電極25を形成した。窒化酸化シリコン膜は、よく知ら
れているように、膜中の窒素と酸素との組成比をうまく
選ぶことで、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との両方
の性質を兼ね備えることが可能である。ここでは、SI
OH4 / NH3 /N20混合ガス系を用いて、堆
積条件を最適化することにより、膜の組成比をStに対
してN原子比が3、0原子比が2となるようにした。
に対してバリアとなる絶縁膜としてプラズマCVD法に
より窒化酸化シリコン膜500A堆積させた後、ゲート
電極25を形成した。窒化酸化シリコン膜は、よく知ら
れているように、膜中の窒素と酸素との組成比をうまく
選ぶことで、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との両方
の性質を兼ね備えることが可能である。ここでは、SI
OH4 / NH3 /N20混合ガス系を用いて、堆
積条件を最適化することにより、膜の組成比をStに対
してN原子比が3、0原子比が2となるようにした。
次に、イオン注入法により、P+を注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した。
レイン領域26を形成した。
次に、N2雰囲気、600℃で、熱処理を行った。
次に、保護膜として、プラズマCVD法にて、窒化シリ
コン膜5QOOA堆積した。
コン膜5QOOA堆積した。
次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、 AA電極2
8を形成した。
8を形成した。
本実施例において、水素の拡散に対してバリアとなる第
2の絶縁膜として、窒化酸化シリコン膜を用いても、多
結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン膜を
用いた場合と全く変化なかった。
2の絶縁膜として、窒化酸化シリコン膜を用いても、多
結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン膜を
用いた場合と全く変化なかった。
また、ゲート絶縁膜として窒化酸化シリコン膜を用いた
が、これCついても、Si02膜を用いた場合と比較し
て、電気特性の劣化はほとんど認られなかったゆ E第5の実施例] ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、SiH4/
NH,混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型ブラズ7
CVD装置を用い、SiH4(10零}12希釈)流
量15sccm, NH.流量10sccm,圧力0.
16丁orr、放電パワー3.5W、基板温度400℃
の条件で、20分間堆積を行った。
が、これCついても、Si02膜を用いた場合と比較し
て、電気特性の劣化はほとんど認られなかったゆ E第5の実施例] ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、SiH4/
NH,混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型ブラズ7
CVD装置を用い、SiH4(10零}12希釈)流
量15sccm, NH.流量10sccm,圧力0.
16丁orr、放電パワー3.5W、基板温度400℃
の条件で、20分間堆積を行った。
次に、RFプラズマCVD法により、SiH2C Il
2 /}1cI/H2混合ガス系にて、窒化シリコン膜
22上に、多結晶シリコン薄[23をIOOOA堆積し
た。
2 /}1cI/H2混合ガス系にて、窒化シリコン膜
22上に、多結晶シリコン薄[23をIOOOA堆積し
た。
堆積条件としては、 SiH2Cj2 , 0.9sc
cm , HCIl130sccm , H.200
sccm,圧力2.0 Torr. RFpower6
0W1基板温度230℃で行った。この条件では、窒{
ヒシリコン膜22上には、粒径が約1.0μmの多結晶
シリコン薄膜が堆積した。
cm , HCIl130sccm , H.200
sccm,圧力2.0 Torr. RFpower6
0W1基板温度230℃で行った。この条件では、窒{
ヒシリコン膜22上には、粒径が約1.0μmの多結晶
シリコン薄膜が堆積した。
次に、スバッタ法により、ゲート絶縁膜としてSi02
膜24を50OAを堆積させた後、ゲート電極25を形
戒した. 次に、平行平板型プラズマ装置を用い、水素ブラズマを
照射した。水素プラズマ条件としては、圧力0.16T
orr、放電出力600W,基板温度300℃、照射時
間30tninで行った。
膜24を50OAを堆積させた後、ゲート電極25を形
戒した. 次に、平行平板型プラズマ装置を用い、水素ブラズマを
照射した。水素プラズマ条件としては、圧力0.16T
orr、放電出力600W,基板温度300℃、照射時
間30tninで行った。
次に、イオン注入法により、Pゝを注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した。
レイン領域26を形成した。
次に、水素の拡散に対してバリアとなる第2の絶縁膜と
して、第1の絶縁膜22と同様の方l去にて、プラズマ
CVD法により、窒化シリコン膜27を5000A堆積
した。
して、第1の絶縁膜22と同様の方l去にて、プラズマ
CVD法により、窒化シリコン膜27を5000A堆積
した。
次に、N2雰囲気、550℃で、熱処理を行った。
次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、Afl電極2
8を形成した。
8を形成した。
本実施例において、ガラス基板上に直接多結晶シリコン
薄膜を形成した基板に形戒したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は2倍以上、閾値電圧の変動幅は1
/2以下に縮小された。
薄膜を形成した基板に形戒したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は2倍以上、閾値電圧の変動幅は1
/2以下に縮小された。
このことは、熱処理によって、水素プラズマ中から水素
が、多結晶シリコン薄膜23内に拡散し、下地界面およ
び多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界面
準位にトラップされ、準位の数が減少し、下地界面での
バックチャネルの発生か抑制され、かつ、粒界のポテン
シャルバリアが低下したためと考えられる。このことは
、EsR(i子スピン共鳴)測定の結果から、多結晶シ
リコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、熱処理に
よって、1桁以上低下していたことからも明らかである
。
が、多結晶シリコン薄膜23内に拡散し、下地界面およ
び多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界面
準位にトラップされ、準位の数が減少し、下地界面での
バックチャネルの発生か抑制され、かつ、粒界のポテン
シャルバリアが低下したためと考えられる。このことは
、EsR(i子スピン共鳴)測定の結果から、多結晶シ
リコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、熱処理に
よって、1桁以上低下していたことからも明らかである
。
また、水素の拡散に対してバリアとなる窒化シリコン膜
22、27の効果については、たとえば、この窒化シリ
コン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存
在する水素の密度が、lE20cm−3のオーダーから
lEl9cl’のオーダー以下に低下していることから
、この膜が、水素のout−diffusionに対し
てバリアとして作用していることが分かった。
22、27の効果については、たとえば、この窒化シリ
コン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存
在する水素の密度が、lE20cm−3のオーダーから
lEl9cl’のオーダー以下に低下していることから
、この膜が、水素のout−diffusionに対し
てバリアとして作用していることが分かった。
また、信頼性試験においては、高温高(品試験によって
も、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なも
のであった。
も、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なも
のであった。
これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散に対して、プロツキングL,ているた
めと考えられる。
カリイオンの拡散に対して、プロツキングL,ているた
めと考えられる。
[第6の実施例]
ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、SiH4/
NH.混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型ブラズv
cvo装置を用い、SiH4(10%i 82希釈)
流量l5s c c m , N H 3流量10sc
cm.圧力0.16Torr,放電パワー3.5W、基
板温度400℃の条件で、20分間堆積を行った。
NH.混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型ブラズv
cvo装置を用い、SiH4(10%i 82希釈)
流量l5s c c m , N H 3流量10sc
cm.圧力0.16Torr,放電パワー3.5W、基
板温度400℃の条件で、20分間堆積を行った。
次に、RFプラズマ[:VD法により、SiH2C j
2 2 /HCJZ/th混合ガス系にて、窒化シリコ
ン@22上に、多結晶シリコン薄膜23をIOOO八堆
積した。
2 2 /HCJZ/th混合ガス系にて、窒化シリコ
ン@22上に、多結晶シリコン薄膜23をIOOO八堆
積した。
堆積条件としては、SiH2C IL 20.9scc
m , HCj2130sccm . H2200 s
ccm,圧力2,0丁orr, RFpo*er60W
、基板温度230℃で行った。この条件では、窒化シリ
コン膜22上には、粒径が約1.0μmの多結晶シリコ
ン薄膜が堆積した。
m , HCj2130sccm . H2200 s
ccm,圧力2,0丁orr, RFpo*er60W
、基板温度230℃で行った。この条件では、窒化シリ
コン膜22上には、粒径が約1.0μmの多結晶シリコ
ン薄膜が堆積した。
次に、スバツタ法により、ゲート絶縁膜とじてSi02
膜500^を堆積させた後、ゲート電極25を形成した
。
膜500^を堆積させた後、ゲート電極25を形成した
。
次に、イオン注入法により、水素を、IEl6Cl”、
加速電圧20keVの条件で、多結晶シリコン薄膜23
全面に注入した。
加速電圧20keVの条件で、多結晶シリコン薄膜23
全面に注入した。
次に、イオン注人法により、P0を注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した。
レイン領域26を形成した。
次に、水素の拡散に対してバリアとなる第2の絶縁膜と
して、第1の絶縁膜22と同様の方法にて、プラズマC
VD法により、窒化シリコン膜27を5000人堆積し
た。
して、第1の絶縁膜22と同様の方法にて、プラズマC
VD法により、窒化シリコン膜27を5000人堆積し
た。
次に、N2雰囲気、550℃で、熱処理を行った。
次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、AJl電i2
8を形成した。
8を形成した。
本実施例において、ガラス基板上に直接多結晶シリコン
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作戒したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は2倍以上、閾値電圧の変動幅はl
/2以下に縮小された。
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作戒したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は2倍以上、閾値電圧の変動幅はl
/2以下に縮小された。
このことは、*jI’A理によって、水素プラズマ中か
ら水素が、多結晶シリコン薄膜23内に拡散し、下地界
面および多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在す
る界面準位にトラツブされ、準位の数が減少し、下地界
面でのバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界の
ポテンシャルバリアが低下したためと考えられる。この
ことは、ESR (電子スピン共Oi)測定の結果か
ら、多結晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度
が、熱処理によって、1桁以上低下していたことからも
明らかである。
ら水素が、多結晶シリコン薄膜23内に拡散し、下地界
面および多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在す
る界面準位にトラツブされ、準位の数が減少し、下地界
面でのバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界の
ポテンシャルバリアが低下したためと考えられる。この
ことは、ESR (電子スピン共Oi)測定の結果か
ら、多結晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度
が、熱処理によって、1桁以上低下していたことからも
明らかである。
また、水素の拡散に対してバリアとなる窒化シリコンI
lN22、27の効果については、たとえば、この窒化
シリコン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中
に存在する水素の密度が、IE20c+n−’のオーダ
ーからIE19cm−’のオーダー以下に低下してイル
コとから、コノ膜が、水素のout−diffusio
nに対してバリアとして作用していることが分かつた。
lN22、27の効果については、たとえば、この窒化
シリコン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中
に存在する水素の密度が、IE20c+n−’のオーダ
ーからIE19cm−’のオーダー以下に低下してイル
コとから、コノ膜が、水素のout−diffusio
nに対してバリアとして作用していることが分かつた。
また、信頼性試験においては、高渇高温試験によっても
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散に対して、ブロッキングしているため
と考えられる。
カリイオンの拡散に対して、ブロッキングしているため
と考えられる。
以上、本実施例において、結晶性半導体薄膜としては、
本出願人が提案しているプラズマCVD法にて形成し・
た犬粒径多結晶シリコンおよびプラズマCVD法により
形成した非晶貿シリコンを熱処理にて結晶化した多結晶
シリコンについてその効果を示したが、他の結晶性半導
体薄膜、たとえば、減圧CVD法により形成された多結
晶シリコンや、多結晶シリコンにSi0を注入して非晶
質化した非晶質シリコンをアニールし、再結晶化したも
のや、本出願人が特願昭62−73629号、特願昭6
2−73630号で提案しているところの大粒径多結晶
シリコンや、本出願人が特開昭63−107016号で
提案しているところの非晶貿基板上に形成した単結晶シ
リコンなどを用いても、同様の効果があったことはいう
までもない。
本出願人が提案しているプラズマCVD法にて形成し・
た犬粒径多結晶シリコンおよびプラズマCVD法により
形成した非晶貿シリコンを熱処理にて結晶化した多結晶
シリコンについてその効果を示したが、他の結晶性半導
体薄膜、たとえば、減圧CVD法により形成された多結
晶シリコンや、多結晶シリコンにSi0を注入して非晶
質化した非晶質シリコンをアニールし、再結晶化したも
のや、本出願人が特願昭62−73629号、特願昭6
2−73630号で提案しているところの大粒径多結晶
シリコンや、本出願人が特開昭63−107016号で
提案しているところの非晶貿基板上に形成した単結晶シ
リコンなどを用いても、同様の効果があったことはいう
までもない。
[発明の効果]
水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜をシリコン薄膜
と基板との間およびシリコン薄膜中に形成し、さらに、
熱処理することにより、シリコン薄膜下地界面の界面準
位を減らし、バックチャネル効果を抑制することができ
、閾値電圧の変動幅の縮小やキャリア移動度の向上など
、TPTの電気的特性を向上させることができた。
と基板との間およびシリコン薄膜中に形成し、さらに、
熱処理することにより、シリコン薄膜下地界面の界面準
位を減らし、バックチャネル効果を抑制することができ
、閾値電圧の変動幅の縮小やキャリア移動度の向上など
、TPTの電気的特性を向上させることができた。
また、水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜として、
窒化シリコン膜を用いることにより、基板からのNa”
などのアルカリイオンの侵入をプロツキングすることが
でき、TPTの信頼性を向上させることができた。
窒化シリコン膜を用いることにより、基板からのNa”
などのアルカリイオンの侵入をプロツキングすることが
でき、TPTの信頼性を向上させることができた。
この結果、安価なガラス基板上に、電気特性および信頼
性に優れたTPTを容易に形戒することができるように
なった。
性に優れたTPTを容易に形戒することができるように
なった。
第1図は、本発明の特徴を説明するための断面図である
。第2図は、本発明を用いて形成したMOSFETの断
面図である。第3図は、従来技術の問題点を説明するた
めの断面図である。 l1、2l、3l・・・基板 12、22、32・・・水素の拡散に対してバリアとな
る第1の絶縁膜 l3、23、33・・・半導体薄膜 14、24、34・・・水素の拡散に対してバリアとな
る第2の絶縁膜
。第2図は、本発明を用いて形成したMOSFETの断
面図である。第3図は、従来技術の問題点を説明するた
めの断面図である。 l1、2l、3l・・・基板 12、22、32・・・水素の拡散に対してバリアとな
る第1の絶縁膜 l3、23、33・・・半導体薄膜 14、24、34・・・水素の拡散に対してバリアとな
る第2の絶縁膜
Claims (8)
- (1)絶縁基体上に結晶性半導体薄膜を形成してなる半
導体装置の製造方法において、前記の結晶性半導体薄膜
の上下両側に、水素の拡散に対してバリアとなる第1、
第2の絶縁膜をそれぞれ形成する工程と、前記の半導体
薄膜中に水素を導入する工程と、その後に熱処理を行う
工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法
。 - (2)前記の水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜と
して、減圧CVD法、あるいは、プラズマCVD法で形
成した窒化シリコン膜を用いることを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方法。 - (3)前記の水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜と
して、プラズマCVD法で形成した窒化酸化シリコン膜
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
の半導体装置の製造方法。 - (4)前記の結晶性半導体薄膜材料が、シリコンである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体
装置の製造方法。 - (5)前記の水素の導入は、水素を含んだ前記の絶縁膜
からの水素の拡散によることを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載の半導体装置の製造方法。 - (6)前記の水素の導入は、水素を含んだプラズマによ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導
体装置の製造方法。 - (7)前記の水素の導入は、イオン注入によることを特
徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製
造方法。 - (8)前記の熱処理の温度は、非晶質シリコンが多結晶
化する温度であることを特徴とする特許請求の範囲第1
項、第4項または第5項に記載の半導体装置の製造方法
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23394289A JPH0395939A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23394289A JPH0395939A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0395939A true JPH0395939A (ja) | 1991-04-22 |
Family
ID=16963034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23394289A Pending JPH0395939A (ja) | 1989-09-07 | 1989-09-07 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0395939A (ja) |
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- 1989-09-07 JP JP23394289A patent/JPH0395939A/ja active Pending
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