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) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0689085A3 (en) * | 1994-06-20 | 1997-01-08 | Canon Kk | Display device and method for its manufacture |
| US6136238A (en) * | 1996-03-12 | 2000-10-24 | Bayer Aktiengesellschaft | Device and process for producing plastic components, especially polyurethane moldings |
| US6849872B1 (en) | 1991-08-26 | 2005-02-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin film transistor |
| US6884698B1 (en) | 1994-02-23 | 2005-04-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device with crystallization of amorphous silicon |
| US6972435B2 (en) | 1996-06-04 | 2005-12-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Camera having display device utilizing TFT |
| US7170138B2 (en) | 1993-10-01 | 2007-01-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device |
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