JP2652267B2 - Insulated gate type semiconductor device - Google Patents

Insulated gate type semiconductor device

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JP2652267B2
JP2652267B2 JP2293264A JP29326490A JP2652267B2 JP 2652267 B2 JP2652267 B2 JP 2652267B2 JP 2293264 A JP2293264 A JP 2293264A JP 29326490 A JP29326490 A JP 29326490A JP 2652267 B2 JP2652267 B2 JP 2652267B2
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silicon oxide
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舜平 山崎
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はアクティブマトリックス型の液晶表示装置等
の駆動素子等に用いられる絶ゲイト型半導体装置に関す
るものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an absolute gate type semiconductor device used for a driving element of an active matrix type liquid crystal display device or the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来薄膜トランジスタとして用いられる絶縁ゲイト型
半導体装置のゲイト絶縁膜としては、Ar原子をスパッタ
用気体として用いたスパッタリング法によって形成され
た酸化珪素膜が用いられていた。
Conventionally, a silicon oxide film formed by a sputtering method using Ar atoms as a sputtering gas has been used as a gate insulating film of an insulating gate type semiconductor device used as a thin film transistor.

〔従来技術の問題点〕[Problems of the prior art]

従来の方法においては、使用材料中に含まれ、かつ反
応中にも存在する原子(例えばAr等)が、ゲイト絶縁膜
中に多数取り込まれ、膜中の固定電荷発生の原因となっ
てしまっていた。更に反応中に存在する原子のイオン種
が、薄膜トランジスタの活性層表面に衝突し、損傷を与
え、その結果ゲイト絶縁膜と活性層との界面近傍に活性
層とゲイト絶縁膜との混合層が形成され、結果として界
面準位を形成し、いずれの場合も良好な薄膜トランジス
タの特性を得ることができなかった。
In the conventional method, a large number of atoms (such as Ar) contained in the used material and present during the reaction are taken into the gate insulating film and cause generation of fixed charges in the film. Was. Furthermore, ionic species of atoms present during the reaction collide with the active layer surface of the thin film transistor and cause damage, resulting in the formation of a mixed layer of the active layer and the gate insulating film near the interface between the gate insulating film and the active layer. As a result, an interface state was formed, and good characteristics of the thin film transistor could not be obtained in any case.

「本発明の目的」 本発明は従来の絶縁膜の問題点である界面特性の不良
を解決する構成を発明することを目的とする。
"Object of the present invention" It is an object of the present invention to invent a configuration that solves the problem of the interface characteristics which is a problem of the conventional insulating film.

「発明の構成」 本発明は、絶縁性基板上の絶縁ゲイト型半導体装置で
あって、ソース、ドレイン、チャネル領域を構成する非
単結晶半導体層と、ゲイト絶縁膜を介して前記チャネル
領域に接するゲイト電極と、前記絶縁性基板と前記非単
結晶半導体層との間に設けられた不純物阻止膜とを有
し、該不純物阻止膜はハロゲン元素を含むことを特徴と
する絶縁ゲイト型半導体装置である。
“Constitution of the Invention” The present invention relates to an insulated gate semiconductor device on an insulating substrate, which is in contact with a non-single-crystal semiconductor layer forming a source, a drain, and a channel region and the channel region via a gate insulating film. A gate electrode, and an impurity blocking film provided between the insulating substrate and the non-single-crystal semiconductor layer, wherein the impurity blocking film contains a halogen element. is there.

また、絶縁性基板上の絶縁ゲイト型半導体装置であっ
て、ソース、ドレイン、チャネル領域を構成する非単結
晶半導体層と、ゲイト絶縁膜を介して前記チャネル領域
に接するゲイト電極と、前記絶縁性基板と前記非単結晶
半導体層との間に設けられた不純物阻止膜とを有し、前
記ゲイト絶縁膜と前記不純物阻止膜とはハロゲン元素を
含むことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置である。
An insulated gate semiconductor device on an insulating substrate, comprising: a non-single-crystal semiconductor layer forming source, drain, and channel regions; a gate electrode in contact with the channel region via a gate insulating film; An insulated gate semiconductor device having an impurity blocking film provided between a substrate and the non-single-crystal semiconductor layer, wherein the gate insulating film and the impurity blocking film contain a halogen element. .

絶縁性基板としては代表的にはガラス基板が用いられ
る。
A glass substrate is typically used as the insulating substrate.

従来この絶縁性基板であるガラス基板上に直接半導体
層を形成した例もあるが、ガラス基板からの不純物(特
にナトリウム)の拡散の問題やガラス基板と半導体層と
の界面特性の不良等の問題を防止するために酸化珪素膜
をガラス基板上に設けその上に半導体装置を形成すると
高い信頼性を有するデバイスを得ることができる。
Conventionally, there is an example in which a semiconductor layer is directly formed on a glass substrate which is an insulating substrate. However, there are problems such as diffusion of impurities (especially sodium) from the glass substrate and poor interface characteristics between the glass substrate and the semiconductor layer. When a silicon oxide film is provided over a glass substrate to prevent the occurrence of a semiconductor device, a device having high reliability can be obtained.

絶縁性基板上の酸化珪素膜とこの酸化珪素膜上に設け
られた絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのゲイト絶縁
膜の少なくとも一方にハロゲン元素を混入させることに
より半導体層とこれら酸化珪素膜との間の界面に局在準
位のほとんど存在しない構成を得ることができる。
By mixing a halogen element into at least one of the silicon oxide film on the insulating substrate and the gate insulating film of the insulated gate field effect transistor provided on the silicon oxide film, the distance between the semiconductor layer and the silicon oxide film is reduced. It is possible to obtain a configuration in which almost no localized levels exist at the interface.

酸化珪素膜の作製方法としてはスパッタ法、光CVD
法、PCVD法、熱CVD法等を用いることができる。
Sputtering, photo-CVD
Method, PCVD method, thermal CVD method and the like can be used.

〔実施例1〕 本実施例は水素または水素を含有した不活性気体雰囲
気中における基板上へのスパッタ法による半導体膜の成
膜工程と、前記スパッタ法によって得た半導体膜形成の
前後に弗化物気体と酸化物気体または弗化物気体と酸化
物気体を含有した不活性気体の雰囲気によりスパッタ法
により酸化珪素膜を形成し前記半導体膜の一部を絶縁ゲ
イト型半導体装置のチャネル形成領域として構成し前記
酸化珪素膜の一部をゲイト絶縁膜としたものである。
Example 1 In this example, a semiconductor film is formed by a sputtering method on a substrate in an atmosphere of hydrogen or an inert gas containing hydrogen, and fluoride is formed before and after the formation of the semiconductor film obtained by the sputtering method. A silicon oxide film is formed by a sputtering method in an atmosphere of an inert gas containing a gas and an oxide gas or a fluoride gas and an oxide gas, and a part of the semiconductor film is formed as a channel formation region of an insulating gate semiconductor device. Part of the silicon oxide film is a gate insulating film.

また前記半導体膜の一部をチャネル形成領域として構
成する手法の一例として、水素または水素を含有した不
活性気体雰囲気中によるスパッタで得られた非晶質性
(アモルファスまたは極めてそ状態に近い)半導体膜
(以下a−Siという)を450℃〜700℃代表的には600℃
の温度を半導体膜に与えて少なくともチャネル形成領域
を結晶化させることにより本発明の絶縁ゲイト型半導体
装置は得られる。
As an example of a technique for forming a part of the semiconductor film as a channel formation region, an amorphous semiconductor (amorphous or extremely close to that state) obtained by sputtering in hydrogen or an inert gas atmosphere containing hydrogen. The film (hereinafter referred to as a-Si) is heated at 450 ° C to 700 ° C, typically 600 ° C.
By applying the above temperature to the semiconductor film to crystallize at least the channel formation region, the insulated gate semiconductor device of the present invention can be obtained.

この結晶化の後の半導体膜は平均の結晶粒径が5〜40
0Å程度であり、かつ半導体膜中に存在する水素含有量
は5原子%以下である。また、この結晶性を持つ半導体
膜は格子歪みを有しておりミクロに各結晶粒の界面が互
いに強く密接し、結晶粒界でのキャリアに対するバリア
を消滅させる効果を持つ。このため、単に格子歪みの無
い多結晶の結晶粒界では、酸素等の不純物原子が偏析し
障壁(バリア)を構成しキャリアの移動を阻害するが、
本発明のように格子歪みを有しているとバリアが形成さ
れないか又はその存在が無視できる程度であるため、そ
の電子の移動度も5〜300cm2/V・Sと非常に良好な特性
を有していた。
The semiconductor film after this crystallization has an average crystal grain size of 5 to 40.
It is about 0 ° and the hydrogen content in the semiconductor film is 5 atomic% or less. In addition, the semiconductor film having this crystallinity has lattice distortion, and the interfaces of the crystal grains are in close contact with each other microscopically, and have an effect of eliminating a barrier for carriers at the crystal grain boundaries. Therefore, impurity atoms such as oxygen segregate at a polycrystalline grain boundary having no lattice distortion to form a barrier and hinder the movement of carriers.
Since barriers are not formed or have negligible existence when they have lattice distortion as in the present invention, their electron mobility also has very good characteristics of 5 to 300 cm 2 / VS. Had.

また、プラズマCVD法により得られた半導体膜はアモ
ルファス成分の存在割合が多く、そのアモルファス成分
の部分が自然酸化され内部まで酸化膜が形成される、一
方スパッタ膜は緻密であり自然酸化が半導体膜の内部に
まで進行せず、表面のごく近傍付近しか酸化されない、
この緻密さ故に格子歪みを持つ結晶粒子同士がお互いに
強く押し合うことになり、結晶粒界面付近でキャリアに
対するエネルギーバリアが形成されないという特徴を持
つ。
In addition, the semiconductor film obtained by the plasma CVD method has a large proportion of an amorphous component, and the amorphous component is naturally oxidized to form an oxide film to the inside. On the other hand, the sputtered film is dense, and the natural oxidation is a semiconductor film. Does not proceed to the inside of the surface, and is oxidized only in the vicinity of the surface,
Due to the denseness, crystal grains having lattice distortion are strongly pressed against each other, and there is a feature that an energy barrier for carriers is not formed near the crystal grain interface.

第1図に本実施例において作製した薄膜トランジスタ
の作製工程を示す。
FIG. 1 shows a manufacturing process of the thin film transistor manufactured in this embodiment.

まず、ガラス基板(11)上にSiO2膜(12)を以下の条
件においてマグネトロン型RFスパッタ法により200nmの
厚さに形成した。
First, an SiO 2 film (12) was formed on a glass substrate (11) to a thickness of 200 nm by magnetron RF sputtering under the following conditions.

反応ガス O2 95体積% NF3 5体積% 成膜温度 150℃ RF(13.56MHz)出力 400W 圧力 0.5Pa シリコンをターゲットに使用 さらにその上にマグネトロン型RFスパッタ装置によっ
てチャンネル形成領域となるa−Si膜(13)を100nmの
厚さに成膜し第1図(a)の形状を得た。
Reactive gas O 2 95% by volume NF 3 5% by volume Deposition temperature 150 ° C RF (13.56MHz) output 400W Pressure 0.5Pa Silicon is used as a target, and a-Si which becomes a channel formation area on it by magnetron RF sputtering equipment The film (13) was formed to a thickness of 100 nm to obtain the shape shown in FIG.

成膜条件は、不活性気体であるアルゴンと水素雰囲気
下において、 H2/(H2+Ar)=80%(分圧比) 成膜温度 150℃ RF(13.56MHz)出力 400W 全圧力 0.5Pa とし、ターゲットは単結晶シリコンターゲットを用い
た。
The deposition conditions were as follows: H 2 / (H 2 + Ar) = 80% (partial pressure ratio) under an atmosphere of argon and hydrogen, which are inert gases, deposition temperature 150 ° C RF (13.56 MHz) output 400W total pressure 0.5Pa, The target used was a single crystal silicon target.

この後、450℃〜700℃の温度範囲特に600℃の温度で1
0時間の時間をかけ水素または不活性気体中、本実施例
においては窒素100%雰囲気中においてa−Si膜(13)
の熱結晶化を行い、結晶性の高い珪素半導体層を作製し
た。尚前記チャンネル形成領域となるa−Si膜(13)ス
パッタ法によって成膜する際、非単結晶シリコンターゲ
ットを用い、投入電力パワーを小さくすると粒径が無視
できるほど小さく、格子歪みを有する緻密な結晶状態が
得られる。
After this, a temperature range of 450 ° C to 700 ° C, especially at a temperature of 600 ° C,
A-Si film (13) in a hydrogen or inert gas atmosphere for 0 hour, in this embodiment in a 100% nitrogen atmosphere
Was thermally crystallized to produce a silicon semiconductor layer having high crystallinity. When the a-Si film serving as the channel formation region (13) is formed by a sputtering method, a non-single-crystal silicon target is used. A crystalline state is obtained.

このような方法により形成された半導体膜中に存在す
る酸素不純物の量はSIMS分析により2×1020cm-3、炭素
は5×1018cm-3であり、水素の含有量は5%以下であっ
た。このSIMSを使用した不純物濃度の値は半導体膜中で
深さ方向にその濃度が変化しているので、深さ方向の濃
度を調べその最小の値で記述した。これは、半導体膜の
表面付近には自然酸化膜が存在しているからである。ま
た、この不純物の濃度の値は結晶化の処理後であって
も、変化はしていなかった。
The amount of oxygen impurities present in the semiconductor film formed by such a method is 2 × 10 20 cm −3 and carbon is 5 × 10 18 cm −3 by SIMS analysis, and the content of hydrogen is 5% or less. Met. Since the value of the impurity concentration using the SIMS changes in the depth direction in the semiconductor film, the concentration in the depth direction was examined and described with the minimum value. This is because a natural oxide film exists near the surface of the semiconductor film. Further, the value of the impurity concentration did not change even after the crystallization treatment.

この不純物濃度は当然ながら低い値である程、半導体
装置として使用する際には有利であることは明らかであ
るが、本発明の半導体膜の場合、結晶性を持つと同時に
格子歪みを持っているので結晶粒界でバリアが形成され
ず、2×1020cm-3程度の酸素不純物濃度が存在していて
も、キャリアの移動を妨害する程度は低く、実用上の問
題は発生しなかった。
Obviously, the lower the impurity concentration, the more advantageous it is when used as a semiconductor device, but the semiconductor film of the present invention has both crystallinity and lattice distortion. Therefore, no barrier was formed at the crystal grain boundary, and even if an oxygen impurity concentration of about 2 × 10 20 cm −3 was present, the degree of hindering the movement of carriers was low, and no practical problem occurred.

この半導体膜は第9図に示すレーザラマン分析のデー
タよりわかるように、結晶の存在を示すピークの位置
が、通常の単結晶シリコンのピーク(520cm-1)の位置
に比べて、低波数側にシフトしており、格子歪みの存在
を裏付けていた。
As can be seen from the laser Raman analysis data shown in FIG. 9, the peak position indicating the presence of crystals in this semiconductor film is lower on the lower wavenumber side than the position of the peak (520 cm −1 ) of normal single crystal silicon. It had shifted, confirming the existence of lattice distortion.

また、本実施例においてはシリコン半導体を使用して
本発明の説明をおこなっているが、ゲルマニウム半導体
やシリコンとゲルマニウムの混在した半導体をしようと
することも可能であり、その際には熱結晶化の際に加え
る温度を100℃程度さげることが可能であった。
Further, in the present embodiment, the present invention is described using a silicon semiconductor. However, it is also possible to use a germanium semiconductor or a semiconductor in which silicon and germanium are mixed. In this case, the temperature to be added could be reduced by about 100 ° C.

さらにより緻密な半導体膜あるいは酸化珪素膜を形成
するために前記水素雰囲気あるいは水素と不活性気体と
の雰囲気中でのスパッタの際、基板あるいは飛翔中のス
パッタされたターゲット粒子に対して1000nm以下の強力
な光またはレーザ照射を連続あるいはパルスで加えても
よい。
In the case of sputtering in the hydrogen atmosphere or an atmosphere of hydrogen and an inert gas to form a more dense semiconductor film or a silicon oxide film, the substrate or a target particle in flight of 1000 nm or less during sputtering. Intense light or laser irradiation may be applied continuously or in pulses.

この熱結晶化させた珪素半導体膜に対してデバイス分
離パターニングを行い第1図(a)の形状を得、この半
導体膜の一部を絶縁ゲイト型半導体装置のチャネル形成
領域として構成させた。
The thermally crystallized silicon semiconductor film was subjected to device isolation patterning to obtain the shape shown in FIG. 1A, and a part of the semiconductor film was formed as a channel formation region of an insulated gate semiconductor device.

つぎに酸化珪素膜(SiO2)(15)を100nmの厚さにマ
グネトロン型RFスパッタ法により以下の条件で成膜し
た。
Next, a silicon oxide film (SiO 2 ) (15) was formed to a thickness of 100 nm by magnetron RF sputtering under the following conditions.

酸素 95体積% NF35体積% 圧力0.5pa 成膜温度100℃ RF(13.56MHz)出力400W ターゲットとしてはシリコンターゲットまたは合成石
英のターゲットを使用した。
Oxygen 95% by volume NF 3 5% by volume Pressure 0.5pa Film formation temperature 100 ° C RF (13.56MHz) output 400W A silicon target or a synthetic quartz target was used as a target.

ここにおいても非晶質シリコンターゲットを用投入パ
ワーを落とすと、緻密な固定電荷の存在しにくい酸化珪
素膜を得ることができる。
Also in this case, when the input power for the amorphous silicon target is reduced, a silicon oxide film in which dense fixed charges are unlikely to be present can be obtained.

本発明の構成における酸化珪素膜例えばゲイト絶縁膜
の作製をスパッタ法によって行う場合、ハロゲン元素を
含む気体と酸化物気体と不活性気体に対して50%以内、
好ましくは不活性気体を用いない条件下で成膜するとよ
い。
In the case where a silicon oxide film such as a gate insulating film is formed by a sputtering method in the structure of the present invention, a gas containing a halogen element, an oxide gas, and an inert gas are not more than 50%.
Preferably, the film is formed under a condition in which an inert gas is not used.

またハロゲン元素を含む気体を酸化物気体に対し2〜
20体積%同時に混入することにより、酸化珪化物に同時
に不本意で導入されるアルカリイオンの中和、珪素不対
結合手の中和をも可能とすることができる。
In addition, the gas containing a halogen element is 2 to 2 with respect to the oxide gas.
By simultaneously mixing 20% by volume, it is possible to neutralize alkali ions and silicon dangling bonds that are unintentionally simultaneously introduced into silicide.

本発明の構成を得るために用いられるスパッタ法とし
てRFスパッタ、直流スパッタ等いずれの方法も使用でき
るが、スパッタターゲットが導電率の悪い酸化物、例え
ばSiO2等の場合、安定した放電を持続するためにRFマグ
ネトロンスパッタ法を用いることが好ましい。
As a sputtering method used to obtain the configuration of the present invention, any method such as RF sputtering and DC sputtering can be used, but when the sputtering target is an oxide having poor conductivity, for example, SiO 2 or the like, a stable discharge is maintained. Therefore, it is preferable to use the RF magnetron sputtering method.

また酸化物気体としては、酸素、オゾン、亜酸化窒素
等を挙げることができるが、特にオゾンや酸素を使用し
た場合、酸化珪素膜中に取り込まれる不用な原子が存在
しないので、非常に良好な絶縁膜例えばゲイト絶縁膜を
得ることができた。
As the oxide gas, oxygen, ozone, nitrous oxide, and the like can be given. In particular, when ozone or oxygen is used, there is no unnecessary atom to be incorporated into the silicon oxide film; An insulating film, for example, a gate insulating film was obtained.

またハロゲン元素を含む気体として、弗化物気体とし
ては弗化気体(NF3,N2F4)、弗化水素(HF),弗素
(F2)、フロンガスを用い得る。化学的に分解しやす
く、かつ取り扱いが容易なNF3が用いやすい。塩化物気
体といては、四塩化炭素(CCl4),塩素(Cl2),塩化
水素(HCl)等を用い得る。またこれら例えば弗化窒素
の量は、酸化物気体例えば酸素に対して2〜20体積%と
した。これらハロゲン元素は熱処理により酸化珪素中の
ナトリウム等のアルカリイオンとの中和、珪素の不対結
合との中和に有効であるが、同時に多量すぎると、SiF4
等珪素主成分を気体とする可能性を内在するためよくな
い。一般には珪素に対して0.1〜5体積%のハロゲン元
素を膜中に混入させた。
As the gas containing a halogen element, fluoride gas (NF 3 , N 2 F 4 ), hydrogen fluoride (HF), fluorine (F 2 ), or Freon gas can be used as the fluoride gas. NF 3 which is easily decomposed chemically and easy to handle is easy to use. As the chloride gas, carbon tetrachloride (CCl 4 ), chlorine (Cl 2 ), hydrogen chloride (HCl), or the like can be used. The amount of these nitrogen fluorides is, for example, 2 to 20% by volume based on the oxide gas such as oxygen. Neutralization of these halogen element is an alkali ion such as sodium in the silicon oxide by heat treatment, if it is effective in neutralizing the unpaired bonds of silicon is too large amount at the same time, SiF 4
It is not good because the possibility of using silicon as the main component is a gas. Generally, 0.1 to 5% by volume of a halogen element with respect to silicon was mixed into the film.

スパッタ用の気体としてのオゾンの使用は、オゾンが
Oラジカルに分解されやすく、単位面積当たりのOラジ
カル発生量が多く、成膜速度向上に寄与することができ
た。
The use of ozone as a gas for sputtering has a tendency that ozone is easily decomposed into O radicals, generates a large amount of O radicals per unit area, and contributes to an improvement in film formation rate.

従来より行われてきたスパッタリング法によるゲイト
絶縁膜の作製においては、不活性ガスであるArが酸素ガ
スより多く、通常は酸素が0〜10体積%程度で作製され
ていた。すなわち、従来から行われてきたスパッタ法で
は、Arがターゲット材料をたたき、その結果発生したタ
ーゲットの粒子を被形成面上に成膜することが当然の如
く考えられていた。これはAr等の不活性ガスがターゲッ
ト材料をたたきだす確率(スパッタリングフィールド)
が高い為であった。本発明者らは、スパッタリング法に
よって作製されたゲイト絶縁膜の特性について鋭意検討
した結果、ゲイト絶縁膜の性能を示す活性層とゲイト絶
縁膜界面の界面準位、およびゲイト絶縁膜中の固定電荷
の数を反映するフラットバンド電圧の理想値よりのズレ
が、スパッタリング時のArガスの割合に大きく依存する
ことを見出した。
In the production of a gate insulating film by a conventional sputtering method, Ar, which is an inert gas, is larger than oxygen gas, and oxygen is usually produced at about 0 to 10% by volume. That is, in the conventional sputtering method, it is naturally considered that Ar hits the target material and the resulting particles of the target are deposited on the surface on which the target is formed. This is the probability that an inert gas such as Ar will strike the target material (sputtering field)
Was high. The present inventors have conducted intensive studies on the characteristics of the gate insulating film produced by the sputtering method, and found that the interface state between the active layer and the gate insulating film, which indicates the performance of the gate insulating film, and the fixed charge in the gate insulating film. It has been found that the deviation of the flat band voltage from the ideal value, which reflects the number, greatly depends on the ratio of Ar gas during sputtering.

フラットバンド電圧とは、絶縁膜中の固定電荷の影響
を打ち消すのに必要な電圧であり低い程絶縁膜としての
特性が良いことを示す。
The flat band voltage is a voltage required to cancel the effect of fixed charges in the insulating film, and the lower the flat band voltage, the better the characteristics as an insulating film.

第2図に、本実施例において作製した多結晶珪素半導
体(13)上に酸化珪素膜(15)を本実施例で示した方法
で形成し(第1図(a)の状態)、その上に1mmφのア
ルミニウム電極を電子ビーム蒸着し調べた結果における
フラットバンド電圧と(Arガス/酸化性ガス)の体積%
との関係を示す。
In FIG. 2, a silicon oxide film (15) is formed on the polycrystalline silicon semiconductor (13) manufactured in this embodiment by the method shown in this embodiment (the state of FIG. 1 (a)). Electron Beam Deposition of 1mmφ Aluminum Electrode on Flat Band Voltage and Volume% of (Ar Gas / Oxidizing Gas)
The relationship is shown below.

Arガス100%に比べ、Arガスの量を酸化性ガス(第2
図では酸素)の量より少なく、50%以下とするとフラッ
トバンド電圧のズレが減少していることがわかる。
Compared to Ar gas 100%, the amount of Ar gas is
It can be seen that the deviation of the flat band voltage is reduced when the amount is less than 50% or less than the amount of oxygen in the figure.

フラットバンド電圧の理想電圧からのズレは、Arガス
の割合に大きく依存し、Arガスの割合が20%以下の場
合、ほぼ理想電圧に近い値となっている。
The deviation of the flat band voltage from the ideal voltage largely depends on the ratio of the Ar gas, and when the ratio of the Ar gas is 20% or less, the value is almost close to the ideal voltage.

これらのことより、スパッタリングにより成膜時に反
応雰囲気下に存在する活性化されたAr原子が、ゲイト絶
縁膜の膜質に影響を与えており、できるだけAr原子の存
在を減らしてスパッタリング成膜することが望ましいこ
とが判明した。
From these facts, activated Ar atoms present in the reaction atmosphere at the time of film formation by sputtering affect the film quality of the gate insulating film, and it is possible to perform sputtering film formation by reducing the presence of Ar atoms as much as possible. It turned out to be desirable.

その理由としては、Arイオンまたは活性化されたAr原
子が界面に衝突して、界面での損傷、欠陥を形成し、固
定電荷発生の原因となっていることが考えられる。
It is considered that the reason is that Ar ions or activated Ar atoms collide with the interface and form damage or defects at the interface, causing fixed charge generation.

第3図に本実施例において作製した多結晶珪素半導体
(13)上にハロゲン元素が混入された酸化珪素膜(15)
(第1図(a)の状態)上にアルミニウム電極(1mm
φ)を形成後、300℃にてアニールを行った試料に対し
ての特性を示す。
FIG. 3 shows a silicon oxide film (15) in which a halogen element is mixed on the polycrystalline silicon semiconductor (13) manufactured in this embodiment.
(State of Fig. 1 (a)) On the aluminum electrode (1mm
The characteristics for the sample annealed at 300 ° C after forming φ) are shown.

この第3図は、BT(バイアス−温度)処理を施し、ゲ
イト電極側に負のバイアス電圧を2×106V/cm、150℃で
30分加え、さらに同一条件下で正のバイアス電圧を加
え、この状態においてそれらの差すなわちフラットバン
ド電圧のズレ(ΔFFB)の測定値と本実施例におけるゲ
ート酸化膜である酸化珪素膜(15)をスパッタ法によっ
て作製する際における雰囲気中の(酸素/NF3)の体積%
との関係を示したグラフである。
FIG. 3 shows that a BT (bias-temperature) treatment is performed and a negative bias voltage is applied to the gate electrode side at 2 × 10 6 V / cm at 150 ° C.
A positive bias voltage is further applied under the same conditions for 30 minutes. In this state, the difference between them, that is, the measured value of the deviation of the flat band voltage (ΔF FB ) and the silicon oxide film (15 ) Volume% of (oxygen / NF 3 ) in the atmosphere when producing by sputtering method
6 is a graph showing a relationship with the graph.

第3図より明らかなようにNF3が0体積%の雰囲気中
で酸化珪素膜をマグネトロン型RFスパッタ法によって形
成すると、(ΔFFB)は9Vもあった。
As is clear from FIG. 3, when the silicon oxide film was formed by a magnetron type RF sputtering method in an atmosphere where NF 3 was 0% by volume, (ΔF FB ) was as high as 9V.

しかしこの成膜中にハロゲン元素である弗素を少しで
も添加すると、その値は急激に減少した。
However, even if a small amount of fluorine as a halogen element was added during the film formation, the value sharply decreased.

これは成膜中にナトリウム等の正のイオンの混入があ
ったものが弗素を添加することにより、 Na++F-→NaF Si-+F-→Si−F となり電気的に中和されるものと推定される。
This is because, when a positive ion such as sodium is mixed during the film formation, the addition of fluorine results in Na + + F → NaF Si + F → Si−F, which is electrically neutralized. Presumed.

このナトリウムの正イオンはガラス基板からも拡散す
るので、ガラス基板上に弗素原子の混入された酸化珪素
膜を設けるのは効果がある。
Since the positive ions of sodium also diffuse from the glass substrate, it is effective to provide a silicon oxide film containing fluorine atoms on the glass substrate.

この弗素の中和に関しては、水素を添加する方法も知
られている。しかしこの水素と中和のSi−H結合は強い
電界(BT 処理)で再分離して、再びSiの不対結合手と
なり、界面準位成立の原因となるため、弗素で中和した
方が好ましい。
Regarding the neutralization of fluorine, a method of adding hydrogen is also known. However, the hydrogen and the neutralized Si—H bond are re-separated by a strong electric field (BT treatment), and become a dangling bond of Si again, causing an interface state to be established. preferable.

また、酸化珪素膜中には必ずSi−H結合が存在してお
りこのSi−H結合が再分離した際、弗素原子が分離した
水素を積極的に中和し、界面準位成立を防ぐという効果
もある。さらに弗素の存在によって、Siと結合している
Hは弗素と水素結合をしておりSiが固定電荷となること
を防いでいる。
In addition, Si-H bonds are always present in the silicon oxide film, and when the Si-H bonds are separated again, fluorine atoms are positively neutralized to separate the hydrogen to prevent the formation of interface states. There is also an effect. Further, the presence of fluorine causes H bonded to Si to form a hydrogen bond with fluorine, preventing Si from becoming a fixed charge.

第4図は、この弗化物気体をさらに増加させていった
ときの耐圧を示す。耐圧は1mmφのAl電極を用い、その
リーク電流が1μÅを越えたときの電圧とした。
FIG. 4 shows the breakdown voltage when the fluoride gas is further increased. The withstand voltage was a voltage when the leak current exceeded 1 μÅ using an Al electrode of 1 mmφ.

試料によりバラツキがあるため、図中においてはその
値をX、σ(分散シグマ値)を示す。この耐圧は20%以
上となると低くなり、またσ値も大きくなってきた。そ
のためハロゲン元素の添加は20体積%以下とし、一般に
は0.2〜10%とした方がよかった。ちなみに、SIMS(二
次イオン質量分析器)で弗素の量を調べると、成膜時に
酸素と比べて1体積%を加えると、1〜2×1020cm-3
有していた。すなわちスパッタ成膜中に同時に添加する
ことによりきわめて膜中に取り込まれやすい元素である
ことがわかった。しかしあまり多く(20体積%以上)な
ると酸化珪素膜をボソボソにしてしまう傾向があり、結
果として耐圧が悪く、かつバラツキが多くなってしまっ
た。
Since there is variation among samples, the values are shown as X and σ (dispersion sigma value) in the figure. This withstand voltage becomes lower when it exceeds 20%, and the σ value also becomes larger. For this reason, the addition of the halogen element is set to 20% by volume or less, and generally, it is better to set it to 0.2 to 10%. By the way, when the amount of fluorine was examined by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer), it was found to be 1-2 × 10 20 cm −3 when 1% by volume was added to oxygen at the time of film formation. That is, it was found that the element is extremely easy to be taken into the film when added simultaneously during the film formation by sputtering. However, when the content is too large (20% by volume or more), the silicon oxide film tends to be distorted, and as a result, the withstand voltage is poor and the variation is increased.

また、スパッタリングに用いる材料は全て高純度のも
のが好ましい。例えば、スパッタリングターゲットは4N
以上の合成石英、またはLSIの基板に使用される程度に
高純度のシリコン等が最も好ましい。同様にスパッタリ
ングに使用するガラスも高純度(5N以上)の物を用い、
不純物が酸化珪素膜中に混入することを極力避けた。
Further, it is preferable that all materials used for sputtering have high purity. For example, the sputtering target is 4N
The above-described synthetic quartz or silicon having a purity high enough to be used for an LSI substrate is most preferable. Similarly, the glass used for sputtering should be of high purity (5N or more).
The contamination of impurities into the silicon oxide film was minimized.

なお本実施例のように弗化物気体が添加された酸素雰
囲気中におけるスパッタ法で成膜したゲート絶縁膜であ
る酸化珪素膜にエキシマレーザ光を照射し、フラッシュ
アニールを施し、膜中に取り入れた弗素等のハロゲン元
素を活性化し、珪素の不完全結合手と中和させ、膜中の
固定電荷の発生原因を取り除くことは効果がある。
Note that a silicon oxide film, which is a gate insulating film formed by a sputtering method in an oxygen atmosphere containing a fluoride gas as in this example, was irradiated with excimer laser light, flash-annealed, and incorporated into the film. It is effective to activate a halogen element such as fluorine to neutralize it with an incomplete bond of silicon and remove the cause of generation of fixed charges in the film.

この時、エキシマレーザのパワーとショト数を適当に
選ぶことにより上記ハロゲン元素の活性化とゲート絶縁
膜下の半導体層の活性化を同時に行うこともできる。
At this time, the activation of the halogen element and the activation of the semiconductor layer under the gate insulating film can be simultaneously performed by appropriately selecting the power and the number of shots of the excimer laser.

この酸化珪素膜(15)上にCVD法により一導電型を付
与する不純物として本実施例においてはリンが混入され
た半導体層を形成し所定のマスクパターンを使用して、
フォトリソグラフィ加工を施し、このドープされた半導
体膜をゲイト電極(20)として形成し第1図(c)の形
状を得た。
In this embodiment, a semiconductor layer mixed with phosphorus as an impurity for imparting one conductivity type is formed on the silicon oxide film (15) by a CVD method, and a predetermined mask pattern is used.
A photolithography process was performed, and the doped semiconductor film was formed as a gate electrode (20) to obtain the shape shown in FIG. 1 (c).

この一導電型を付与する不純物が混入された半導体層
の形成法としてはスパッタ法、CVD法等の成膜法を用い
ることができる。
As a method for forming the semiconductor layer into which the impurity imparting one conductivity type is mixed, a film formation method such as a sputtering method or a CVD method can be used.

このゲイト電極はドープされた半導体層に限定される
ことなくその他の材料を使用可能である。次にこのゲイ
ト電極(20)またはゲイト電極(20)をエッチングする
際に使用したマスク等をマスクとして、セルフアライン
に不純物領域(14)及び(14′)をイオン打ち込み技術
を使用して形成した。
The gate electrode is not limited to the doped semiconductor layer, and other materials can be used. Next, impurity regions (14) and (14 ') are formed in a self-aligned manner by ion implantation using the gate electrode (20) or a mask used for etching the gate electrode (20) as a mask. .

これによりゲイト電極(20)の下の半導体層(17)は
絶縁ゲイト型半導体装置のチャンネル領域として構成さ
れた。
Thus, the semiconductor layer (17) below the gate electrode (20) was formed as a channel region of the insulated gate type semiconductor device.

次にこれらの全て上面を覆って層間絶縁膜(18)を形
成した後に、ソース、ドレイン電極のコンタクト用の穴
をあけ、その上面にスパッタ法により金属アルミニウム
を形成し、所定のパターニングを施し、ソース、ドレイ
ン電極(16)、(16′)を構成し、絶縁ゲイト型半導体
装置を完成させた。
Next, after forming an interlayer insulating film (18) covering all of these upper surfaces, holes for contacting source and drain electrodes are made, metal aluminum is formed on the upper surfaces by sputtering, and predetermined patterning is performed. The source and drain electrodes (16) and (16 ') were formed to complete an insulated gate semiconductor device.

本実施例の場合、チャンネル領域を形成する半導体層
(17)とソース(14)、ドレイン(14′)を形成する半
導体層とが同一物で構成されており、工程の簡略化をは
かれる。また同じ半導体層を使用しているため、ソー
ス、ドレインの半導体層も結晶性を持ち、キャリアの移
動度が高いのでより高い電気的特性の持つ絶縁ゲイト型
半導体装置を実現することができた。
In the case of this embodiment, the semiconductor layer (17) forming the channel region and the semiconductor layer forming the source (14) and the drain (14 ') are made of the same material, so that the process can be simplified. In addition, since the same semiconductor layer is used, the source and drain semiconductor layers also have crystallinity and have high carrier mobility, so that an insulated gate semiconductor device having higher electric characteristics can be realized.

最後に水素100%雰囲気中において375℃の温度で水素
熱アニールを30min行い本実施例を完成させた。
Finally, hydrogen thermal annealing was performed at a temperature of 375 ° C. for 30 minutes in an atmosphere of 100% hydrogen to complete the present example.

この水素熱アニールは多結晶珪素半導体中の粒界ポテ
ンシャを低減させ、デバイス特性を向上させるためであ
る。
This hydrogen thermal annealing is for reducing the grain boundary potential in the polycrystalline silicon semiconductor and improving the device characteristics.

また本実施例において作製した薄膜トランジスタ第1
図(d)のチャンネル部(17)の大きさは100×100μm
の大きさである。
In addition, the thin film transistor 1 manufactured in this embodiment
The size of the channel part (17) in FIG.
Is the size of

以上が本実施例において作製した多結晶珪素半導体層
を用いた薄膜トランジスタの作製方法であるが、本実施
例における水素を添加した雰囲気中でのa−Si半導体層
(第1図(a)の(13))の形成とその熱再結晶化につ
いて記載する。
The above is the method for manufacturing a thin film transistor using the polycrystalline silicon semiconductor layer manufactured in this embodiment. The a-Si semiconductor layer (in FIG. 1A) in an atmosphere to which hydrogen is added in this embodiment is described. 13)) formation and its thermal recrystallization are described.

以下、チャンネル形成領域である第1図(a)のa−
Si層(13)をマグネトロン型RFスパッタ法により成膜す
る際の条件である水素の濃度を変化させた参考例5例を
以下に示す。
Hereinafter, the channel formation region, a-
Five examples of the reference example in which the concentration of hydrogen, which is the condition for forming the Si layer (13) by the magnetron type RF sputtering method, is shown below.

(参考例2) 本参考例は実施例1の作製法においてチャンネル形成
領域となる第1図(a)の(13)を作製する際のスパッ
タ時における雰囲気の分圧比を H2/(H2+Ar)=0%(分圧比) とし、他は実施例1と同様な方法によって作製したもの
である。
Reference Example 2 In this reference example, the partial pressure ratio of the atmosphere at the time of sputtering at the time of producing (13) in FIG. 1A to be a channel formation region in the production method of Example 1 was H 2 / (H 2 + Ar) = 0% (partial pressure ratio), and the other method was the same as in Example 1.

(参考例3) 本参考例は実施例1の作製法においてチャンネル形成
領域となる第1図(a)の(13)を作製する際のスパッ
タ時における雰囲気の分圧比を H2/(H2+Ar)=5%(分圧比) とし、他は実施例1と同様な方法によって作製したもの
である。
(Reference Example 3) This Example is the partial pressure ratio of the atmosphere during sputtering of making the first view a channel formation region in the fabrication method in the Embodiment 1 of (a) (13) H 2 / (H 2 + Ar) = 5% (partial pressure ratio), and the others were produced in the same manner as in Example 1.

(参考例4) 本実施例は実施例1の作製法においてチャンネル形成
領域となる第1図(a)の(13)を作製する際のスパッ
タ時における雰囲気の分圧比を H2/(H2+Ar)=20%(分圧比) とし、他は実施例1と同様な方法によって作製したもの
である。
(Reference Example 4) This example a partial pressure ratio of the atmosphere during sputtering of making the (13) of the first view a channel formation region in the fabrication method in the Embodiment 1 (a) H 2 / ( H 2 + Ar) = 20% (partial pressure ratio), and the other method was the same as in Example 1.

(参考例5) 本参考例は実施例1の作製法においてチャンネル形成
領域となる第1図(a)の(13)を作製する際のスパッ
タ時における雰囲気の分圧比を H2/(H2+Ar)=30%(分圧比) とし、他は実施例1と同様な方法によって作製したもの
である。
(Reference Example 5) This reference example a partial pressure ratio of the atmosphere during sputtering of making the first view a channel formation region in the fabrication method in the Embodiment 1 of (a) (13) H 2 / (H 2 + Ar) = 30% (partial pressure ratio), and the others were produced in the same manner as in Example 1.

(参考例6) 本実施例は実施例1の作製法においてチャンネル形成
領域となる第1図(a)の(13)を作製する際のスパッ
タ時における雰囲気の分圧比を H2/(H2+Ar)=50%(分圧比) とし、他は実施例1と同様な方法によって作製したもの
である。
(Reference Example 6) In this embodiment, the partial pressure ratio of the atmosphere at the time of sputtering at the time of producing (13) in FIG. 1A to be a channel formation region in the production method of Example 1 is H 2 / (H 2 + Ar) = 50% (partial pressure ratio), and the others were produced in the same manner as in Example 1.

以下上記実施例の電気的特性を比較した結果を示す。 The results of comparison of the electrical characteristics of the above examples are shown below.

第5図は完成した前記1〜6例のチャンネル部(第1
図dの(17))におけるキャリアの移動度μ(FIELD MO
BILITY)とスパッタ時における水素分圧比比(PH/PTOTA
=H2/(H2+Ar))の関係をグラフ化したものである。
FIG. 5 shows the completed channel section of the first to sixth examples (FIG.
The carrier mobility μ (FIELD MO) in (17) of FIG.
BILITY) and the hydrogen partial pressure ratio ratio during sputtering (P H / P TOTA
= Is a graph of the relationship between the H 2 / (H 2 + Ar )).

第5図におけるプロット点と前記各例との対応関係を
以下に第1表として示す。
The correspondence between the plot points in FIG. 5 and each of the above examples is shown in Table 1 below.

第5図によれば水素分圧20%以上において顕著に高い
移動度μ(FIELD MOBILITY)が得られていることがわか
る。
According to FIG. 5, it can be seen that a remarkably high mobility μ (FIELD MOBILITY) is obtained at a hydrogen partial pressure of 20% or more.

第6図はしきい値電圧とスパッタ時における水素分圧
比(PH/PTOTAL=H2/(H2+Ar))の関係を曲線Aとして
グラフ化したものである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the threshold voltage and the hydrogen partial pressure ratio during sputtering (P H / P TOTAL = H 2 / (H 2 + Ar)) as a curve A.

なお曲線Bは本発明の構成との比較のために本実施例
において弗素原子の混入されていないゲート酸化膜を採
用した比較例の曲線Aに対応するグラフ曲線である。
Curve B is a graph curve corresponding to curve A of a comparative example in which a gate oxide film in which fluorine atoms are not mixed in the present embodiment is used for comparison with the configuration of the present invention.

水素分圧比(PH/PTOTAL=H2/(H2+Ar))と前記各例
番号の対応関係は表1の場合と同じである。
The correspondence between the hydrogen partial pressure ratio (P H / P TOTAL = H 2 / (H 2 + Ar)) and the respective example numbers is the same as in Table 1.

第6図より本発明の構成である弗素原子の混入された
ゲート酸化膜を採用すると、従来のゲート酸化膜を採用
した絶縁ゲイト型電界効果トランジスタに対して低いし
きい値電圧(スレッシュホールド電圧)を得られること
がわかる。
As shown in FIG. 6, when a gate oxide film in which fluorine atoms are mixed according to the present invention is employed, a lower threshold voltage (threshold voltage) is obtained compared to an insulated gate field effect transistor employing a conventional gate oxide film. It turns out that it can obtain.

しきい値電圧が低いほど薄膜トランジスタを動作させ
る動作電圧すなわちゲート電圧が低くてよいことにな
り、デバイスとしての良好な特性が得られることを考え
ると第6図の結果は、水素の分圧比の高い条件のスパッ
タ法によって、スレッシュホールド電圧2V以下のノーマ
リオフの状態をえることができる。
Considering that the lower the threshold voltage, the lower the operating voltage for operating the thin film transistor, that is, the lower the gate voltage, the better characteristics as a device can be obtained. The result of FIG. 6 shows that the partial pressure ratio of hydrogen is higher. By the sputtering method under the conditions, a normally-off state with a threshold voltage of 2 V or less can be obtained.

すなわち、チャンネル形成領域となる第1図(a)の
(13)に示されるa−Si膜を得て、このa−Si膜を熱結
晶化させることによって得られる結晶性を持つ半導体層
を用いたデバイスは良好な電気的特性を示すことがわか
る。
That is, an a-Si film shown in (13) of FIG. 1A to be a channel forming region is obtained, and a semiconductor layer having crystallinity obtained by thermally crystallizing the a-Si film is used. It can be seen that the device exhibited good electrical characteristics.

また第3図によると水素分圧比が高い方がしきい値電
圧が低くなっていることがわかる。このことより前記各
例におけるチャンネル形成領域となるa−Si膜のスパッ
タ法による作製時において、水素の分圧比を高くすると
デバイスの電気的特性が高くなっていく傾向があること
がわかる。
FIG. 3 shows that the higher the hydrogen partial pressure ratio, the lower the threshold voltage. From this, it can be seen that, when the a-Si film serving as the channel formation region in each of the above examples is manufactured by the sputtering method, the electrical characteristics of the device tend to increase as the hydrogen partial pressure ratio increases.

第7図〜第11図はチャンネル形成領域となる第1図
(a)の(13)のa−Si膜のスパッタ法による作製時に
おける水素分圧比=H2/(H2+Ar))が0%、5%、20
%、30%、50%の場合における、ドレイン電圧とゲート
電圧をパラメーターとした時のドレイン電流の値の変化
を示したグラフである。
FIGS. 7 to 11 show that the hydrogen partial pressure ratio = H 2 / (H 2 + Ar) when the a-Si film of (13) in FIG. %, 5%, 20
5 is a graph showing a change in a value of a drain current when a drain voltage and a gate voltage are used as parameters in the cases of%, 30%, and 50%.

図面の番号と水素分圧の関係と前記例の番号の関係を
第2表に示す。
Table 2 shows the relationship between the numbers in the drawings, the hydrogen partial pressure, and the numbers in the above examples.

第7図における(71)、(72)、(73)、は、それぞ
れゲート電圧が20ボルト、25ボルト、30ボルト、である
ときのドレイン電流(ID)とドレイン電圧(VD)の関係
を示す曲線である。
(71), (72), and (73) in FIG. 7 show the relationship between the drain current (ID) and the drain voltage (VD) when the gate voltage is 20, 25, and 30 volts, respectively. It is a curve.

以下の第3表に第7図における曲線の表示記号とゲー
ト電圧の関係を示す。
The following Table 3 shows the relationship between the notation of the curve in FIG. 7 and the gate voltage.

なお、第8図〜第11図におけるゲート電圧とドレイン
電流とドレイン電圧の関係を示す曲線の表示記号との対
応関係は、上記第3表において表示記号の二桁めを図面
の番号に変換すれば得ることができる。
The correspondence between the display symbols of the curves showing the relationship between the gate voltage, the drain current and the drain voltage in FIGS. 8 to 11 can be obtained by converting the second digit of the display symbol in the above Table 3 into the number of the drawing. Can be obtained.

例えば、第8図の曲線(83)は、上記第3表における
表示記号(73)に対応する。またこの場合第8図は第2
表から参考例3に対応することがわかる。
For example, the curve (83) in FIG. 8 corresponds to the display symbol (73) in Table 3 above. In this case, FIG.
It can be seen from the table that this corresponds to Reference Example 3.

本実施例における顕著な効果は、第8図と第9図を比
較することによって明らかになる。
The remarkable effect in this embodiment becomes clear by comparing FIG. 8 and FIG.

すなわち、第8図におけるゲート電圧30ボルトにおけ
るドレイン電圧とドレイン電流の関係を示す曲線(83)
と、第9図におけるゲート電圧30ボルトにおけるドレイ
ン電圧とドレイン電流の関係を示す曲線(93)を比較す
ると第9図すなわち参考例4(第2表参照)の方が第8
図すなわち参考例3(第2表参照)の場合より10倍以上
のドレイン電流が得られていることがわかる。
That is, a curve (83) showing the relationship between the drain voltage and the drain current at a gate voltage of 30 volts in FIG.
9 is compared with a curve (93) showing the relationship between the drain voltage and the drain current at a gate voltage of 30 volts in FIG. 9, that is, FIG. 9, that is, Reference Example 4 (see Table 2) shows that FIG.
It can be seen that the drain current is 10 times or more that in the case of the reference example 3 (see Table 2).

参考例3と参考例4の違いを考えると、このことは本
実施例においてa−Si膜(第1図(a)の(13))を作
製する際のスパッタ時に添加する水素の分圧比が5%か
ら20%になると、完成された薄膜トランジスタの電気的
特性が大幅に向上することを表していることがわかる。
Considering the difference between Reference Example 3 and Reference Example 4, this indicates that the partial pressure ratio of hydrogen added during sputtering in forming an a-Si film ((13) in FIG. From 5% to 20%, it can be seen that the electrical characteristics of the completed thin film transistor are significantly improved.

これは以下の示す測定結果によっても確認することが
できる。
This can be confirmed by the following measurement results.

第12図は本発明の前記例2、3、4、5のチャンネル
形成領域となるa−Si膜(第1図(a)の(13))を作
製する際のスパッタ時における水素の分圧比を0%、5
%、20%、50%とした場合において、このa−Si膜を熱
結晶化させた結晶性を持つ珪素半導体層のラマンスペク
トルを示したものである。第12図に表された表示記号と
例番号およびスパッタ時の水素分圧比との関係を第4表
に示す。
FIG. 12 is a partial pressure ratio of hydrogen during sputtering when producing an a-Si film ((13) in FIG. 1 (a)) to be a channel forming region in Examples 2, 3, 4, and 5 of the present invention. 0%, 5
5 shows the Raman spectrum of a crystalline silicon semiconductor layer obtained by thermally crystallizing this a-Si film when%, 20%, and 50% are set. Table 4 shows the relationship between the symbols shown in FIG. 12, the example numbers, and the hydrogen partial pressure ratio during sputtering.

第12図を見ると曲線(122)に比較して曲線(123)、
すなわちチャンネル形成領域(第1図(d)の(17))
となるa−Si半導体層を作製する際のスパッタ時におけ
る水素の分圧比が5%の場合と20%の場合を比較する
と、熱結晶化させた場合スパッタ時における水素の分圧
比が20%の場合のラマンスペクトルは顕著にその半導体
シリコンの結晶性が表れていることがわかる。
In FIG. 12, the curve (123) is compared with the curve (122),
That is, the channel formation region ((17) in FIG. 1 (d))
When the partial pressure ratio of hydrogen at the time of sputtering at the time of producing the a-Si semiconductor layer is 5% and 20%, the partial pressure ratio of hydrogen at the time of sputtering when thermal crystallization is 20% It can be seen that the Raman spectrum in this case remarkably shows the crystallinity of the semiconductor silicon.

またその平均の結晶粒径は半値幅より5〜400Å代表
的には50〜300Åである。そしてラマンスペクトルのピ
ークの位置は単結晶シリコンのピークの位置である520c
m-1よりも低波数側にずれており、明らかに格子歪を有
していた。
The average crystal grain size is 5 to 400 °, typically 50 to 300 °, from the half width. And the position of the peak of the Raman spectrum is the position of the peak of single crystal silicon 520c.
It was shifted to a lower wave number side than m −1 and clearly had lattice distortion.

このことは本発明の特徴を顕著に示している。すなわ
ち水素を添加したスパッタ法によるa−Si膜の作製の効
果は、そのa−Si膜を熱結晶化させて初めて現れるもの
であるということである。
This clearly shows the features of the present invention. In other words, the effect of producing an a-Si film by a sputtering method to which hydrogen is added appears only when the a-Si film is thermally crystallized.

このように、格子歪みを有していると微結晶粒の各々
がお互いに無理に縮んだ状態となっているので、お互い
の結晶粒界での密接が強くなり、結晶粒界部分でのキャ
リアに対するエネルギーバリアも存在せず、かつ酸素等
の不純物の偏析も発生しにくくなり、結果として、高い
キャリアの移動度を実現することが可能となる。
As described above, when the crystal strain is present, each of the fine crystal grains is in a state of being forcibly shrunk to each other. And there is no energy barrier for the impurities, and segregation of impurities such as oxygen hardly occurs. As a result, it is possible to realize high carrier mobility.

この事により、半導体膜中に存在する、不純物の濃度
が2×1020cm-3程度存在するものであっても、キャリア
に対するバリアを形成せず、絶縁ゲイト型半導体装置の
チャネル領域として使用することができるのである。し
かし、この不純物濃度は低いにこしたことはない。
As a result, even if the impurity concentration existing in the semiconductor film is about 2 × 10 20 cm −3 , it does not form a barrier for carriers and is used as a channel region of an insulating gate type semiconductor device. You can do it. However, this impurity concentration has never been lower.

また第2表を参照し、第9図、第10図、第11図を比較
すると、前記a−Si膜を作製する際のスパッタ時におけ
る水素の分圧の割合が高くなるにしたがいドレイン電流
が大きくなっていることがわかる。このことは、第9図
(93)、第10図(103)、第11図(113)の曲線を比較す
れば明らかである。
Referring to Table 2 and comparing FIGS. 9, 10, and 11, the drain current increases as the ratio of the partial pressure of hydrogen during sputtering when the a-Si film is formed increases. You can see that it is getting bigger. This is clear from the comparison of the curves in FIG. 9 (93), FIG. 10 (103), and FIG. 11 (113).

一般に電界効果トランジスタである薄膜トランジスタ
においてドレイン電圧VDが低い場合においては、ドレイ
ン電流IDとドレイン電圧VDとの関係は以下の式によって
表される。
In general, when the drain voltage VD is low in a thin film transistor that is a field effect transistor, the relationship between the drain current ID and the drain voltage VD is represented by the following equation.

ID=(W/L)μC(VG−VT)VD (イ) (Solid.State electronics.Vol.24.No.11.pp.1059.198
1.Printed in Britain) 上記(イ)式において、Wはチャンネル幅、Lはチャ
ンネル長、μはキャリアの移動度、Cはゲート酸化膜の
静電容量、VGはゲート電圧、VTはしきい値電圧、であ
る。第7図〜第11図に示された曲線の原点付近はこの
(イ)式によって表される。第7図〜第11図は第2表を
見れば明らかなように前記例2〜6に対応しているもの
であり、前記例2〜6はチャンネル形成領域となるa−
Si膜をスパッタ法により作製する際の水素の分圧比を変
えたものである。
ID = (W / L) μC (VG-VT) VD (a) (Solid. State electronics. Vol.24.No.11.pp.1059.198
1. Printed in Britain) In the above formula (A), W is the channel width, L is the channel length, μ is the carrier mobility, C is the capacitance of the gate oxide film, VG is the gate voltage, and VT is the threshold value. Voltage. The vicinity of the origin of the curves shown in FIGS. 7 to 11 is expressed by the equation (A). FIGS. 7 to 11 correspond to Examples 2 to 6 as apparent from Table 2. In Examples 2 to 6, a-
This is obtained by changing the partial pressure ratio of hydrogen when producing a Si film by a sputtering method.

水素の分圧比を定めれば、キャリアの移動度μとしき
い値電圧VTは定まり、またW、L、Cは薄膜トランジス
タの構造によって定まる定数であるから(イ)の変数は
ID,VG,VDとなる。第7図〜第11図に示されている曲線の
原点付近は、変数VGを固定してあるので結局(16−1)
式によって表されることがわかる。なお、(イ)式は第
7図〜第11図に示されている曲線の原点付近を表せるに
すぎない。これはこの式がドレイン電圧VDが低い場合に
おいて成り立つ近似式にすぎないからである。
If the hydrogen partial pressure ratio is determined, the carrier mobility μ and the threshold voltage VT are determined, and W, L, and C are constants determined by the structure of the thin film transistor.
ID, VG, VD. Since the variable VG is fixed near the origin of the curves shown in FIGS. 7 to 11, (16-1)
It can be seen that it is represented by the equation. Note that equation (a) can only represent the vicinity of the origin of the curves shown in FIGS. This is because this equation is only an approximate equation that holds when the drain voltage VD is low.

さて(イ)式によるとしきい値電圧VTが低く、移動度
μが大きいほどグラフの曲線すなわち第7図〜第11図に
示されている曲線の原点付近の傾きは大きくなることが
示される。
According to the equation (A), the lower the threshold voltage VT and the greater the mobility μ, the larger the slope of the graph curve, that is, the curve shown in FIGS. 7 to 11 near the origin.

このことは、第4図、第5図の各例ごとのμ、VTの値
の違いに基づき第7図〜第11図に示される曲線を比較す
れば明らかである。
This is apparent from the comparison of the curves shown in FIGS. 7 to 11 based on the differences in the values of μ and VT for each example in FIGS. 4 and 5.

(イ)式によれば、薄膜トランジスタの電気的特性は
μとVTに依存していることがわかる。
According to equation (a), it can be seen that the electrical characteristics of the thin film transistor depend on μ and VT.

よって第5図、第6図それぞれから単独にデバイスの
特性を決めることはできないことになる。そこで、第7
図〜第11図に示される曲線の原点の傾きを比較すると、
明らかにチャンネル形成領域となるa−Si膜を形成する
際のスパッタ時における水素分圧比は、少なくとも20%
以上、可能な100%とすることがよいと結論できる。
Therefore, the characteristics of the device cannot be determined independently from each of FIGS. 5 and 6. Therefore, the seventh
Comparing the slopes of the origins of the curves shown in Figs.
The hydrogen partial pressure ratio at the time of sputtering when forming an a-Si film which clearly becomes a channel formation region is at least 20%
As described above, it can be concluded that 100% is preferable.

このことは以下の考察によっても理解することができ
る。
This can be understood from the following considerations.

第7図〜第11図を比較するとチャンネル形成領域とな
る第1図(a)の(13)のa−Siをスパッタ法によって
作製する際の水素の100%に近い程、大きなドレイン電
流が得られていることがわかる。このことは曲線(7
3)、(83)、(93)、(103)、(113)を比較すれば
明らかである。
Comparing FIGS. 7 to 11, a larger drain current is obtained as the a-Si of FIG. 1A (13), which becomes a channel forming region, is made closer to 100% of hydrogen when the a-Si is formed by sputtering. You can see that it is done. This means that the curve (7
3), (83), (93), (103), and (113) are clear when compared.

また本発明の効果を示すデータとして以下に第5表を
示す。
Table 5 below shows data showing the effects of the present invention.

第5表において、水素分圧比というのは本実施例にお
けるチャンネル形成領域(第1図(d)の(17)となる
a−Si膜(第1図(a)の(13))をマグネトロン型RF
スパッタ法によって作製する際における雰囲気の条件で
ある。
In Table 5, the hydrogen partial pressure ratio refers to the channel forming region (a-Si film ((13) in FIG. 1 (a)) which becomes (17) in FIG. 1 (d)) in this embodiment. RF
This is the condition of the atmosphere when producing by sputtering.

S値というのは、デバイスの特性を示すゲート電圧
(VG)とドレイン電圧(ID)の関係を示すグラフにおけ
る曲線の立ち上がり部分の[d(ID)/d(VG)]-1の値
の最小値であり、この値が小さい程(VG−ID)特性を示
す曲線の傾きの鋭さが大きく、デバイスの電気的特性が
高いことを示す。
The S value is the minimum of the value of [d (ID) / d (VG)] -1 at the rising portion of the curve in the graph showing the relationship between the gate voltage (VG) and the drain voltage (ID) showing the characteristics of the device. The smaller the value, the steeper the slope of the curve showing the (VG-ID) characteristic, and the higher the electrical characteristics of the device.

VTはしきい値電圧を示す。 VT indicates a threshold voltage.

μはキャリアの移動度を示し単位は(cm2/V・s)で
ある。
μ indicates the carrier mobility, and the unit is (cm 2 / V · s).

on/off特性というのは、前記(VG−ID)特性を示す曲
線におけるVG=30ボルトにおけるIDの値とIDの最小値の
値との対数値である。
The on / off characteristic is a logarithmic value of an ID value and a minimum ID value at VG = 30 volts in a curve showing the (VG-ID) characteristic.

この第5表より、総合的にみてより高性能な半導体装
置を本実施例の方法で得るには、上記水素分圧比が80%
以上の条件を採用するのが適当であることがわかる。
From Table 5, it can be seen that in order to obtain a higher performance semiconductor device comprehensively by the method of this embodiment, the hydrogen partial pressure ratio must be 80%.
It turns out that it is appropriate to adopt the above conditions.

『実施例2』 本実施例においては、第13図にしめされた構造の絶縁
ゲイト型半導体装置を示す。
Embodiment 2 In this embodiment, an insulated gate semiconductor device having a structure shown in FIG. 13 is shown.

絶縁基板上に酸化珪素膜をコートすることは実施例1
と同じであるが、本実施例においては、チャネル領域を
構成する半導体層の作製の前にゲイト絶縁膜の形成を終
える作製方法を示している。絶縁膜(12)の上にスパッ
タ法により金属モリブデンを厚さ3000Åに形成し、所定
のパターンニングをして、ゲイト電極(20)を形成し
た。
Example 1 of coating a silicon oxide film on an insulating substrate
However, in this embodiment, a manufacturing method in which the formation of the gate insulating film is completed before the formation of the semiconductor layer forming the channel region is described. Molybdenum metal was formed to a thickness of 3000 mm on the insulating film (12) by a sputtering method and subjected to predetermined patterning to form a gate electrode (20).

次にゲート酸化膜(SiO2)(15)を100nmの厚さにマ
グネトロン型RFスパッタ法により以下の条件で成膜し
た。
Next, a gate oxide film (SiO 2 ) (15) was formed to a thickness of 100 nm by magnetron RF sputtering under the following conditions.

酸素 95% NF3 5% 圧力0.5pa, 成膜温度100℃ RF(13.56MHz)出力400W シリコンターゲットまたは合成石英のターゲットを使
用した。
Oxygen 95% NF 3 5% Pressure 0.5pa, Film formation temperature 100 ° C RF (13.56MHz) output 400W A silicon target or a synthetic quartz target was used.

この酸化珪素膜の上にマグネトロン型RFスパッタ装置
によってチャンネル形成領域となるa−Si膜(13)を10
0nmの厚さに成膜する。
An a-Si film (13) serving as a channel formation region is formed on the silicon oxide film by a magnetron type RF sputtering apparatus.
Film is formed to a thickness of 0 nm.

成膜条件は、不活性気体であるアルゴンと水素雰囲気
下において、 H2/(H2+Ar)=80%(分圧比) 成膜温度 150℃ RF(13.56MHz) 出力 400W 全圧力 0.5pa とし、ターゲットは多結晶あるいは非単結晶のSiターゲ
ットを用いた。
The deposition conditions were as follows: H 2 / (H 2 + Ar) = 80% (partial pressure ratio) under an atmosphere of argon and hydrogen, which are inert gases. Deposition temperature 150 ° C RF (13.56MHz) Output 400W Total pressure 0.5pa, The target used was a polycrystalline or non-single-crystal Si target.

この後、450℃〜700℃の温度範囲特に600℃の温度で1
0時間の時間をかけ水素または不活性気体中、本実施例
においては窒素100%雰囲気中においてa−Si膜(13)
の熱結晶化を行い、結晶性の高い珪素半導体層を作製し
た。このような方法により形成された半導体膜中に存在
する酸素不純物の量はSIMS分析により1×1020cm-3、炭
素は4×1018cm-3であり、水素の含有量は5%以下であ
った。これによりゲイト電極(20)の上にチャネル領域
(17)を構成させることができた。
After this, a temperature range of 450 ° C to 700 ° C, especially at a temperature of 600 ° C,
A-Si film (13) in a hydrogen or inert gas atmosphere for 0 hour, in this embodiment in a 100% nitrogen atmosphere
Was thermally crystallized to produce a silicon semiconductor layer having high crystallinity. According to SIMS analysis, the amount of oxygen impurities present in the semiconductor film formed by such a method is 1 × 10 20 cm −3 , carbon is 4 × 10 18 cm −3 , and the hydrogen content is 5% or less. Met. As a result, a channel region (17) could be formed on the gate electrode (20).

次にn+a−Si膜(14)を以下に示す条件でマグネトロ
ン型RFスパッタ法により50nmの厚さに成膜した。
Next, an n + a-Si film (14) was formed to a thickness of 50 nm by a magnetron type RF sputtering method under the following conditions.

成膜条件は、水素分圧比10〜99%以上(本実施例では
80%)、アルゴン分圧比10〜99%(本実施例では19%)
の雰囲気中において、 成膜温度 150℃ RF(13.56MHz) 出力 400W 全圧力 0.5pa でありターゲットとしてリンをドープした単結晶シリコ
ンを使用した。
The film formation conditions are a hydrogen partial pressure ratio of 10 to 99% or more (in this embodiment,
80%), argon partial pressure ratio 10-99% (19% in this embodiment)
In this atmosphere, the film formation temperature was 150 ° C, RF (13.56 MHz), the output was 400 W, the total pressure was 0.5 pa, and single crystal silicon doped with phosphorus was used as the target.

次にこの半導体層(14)の上にソース、ドレイン用の
電極のためのアルミニウム膜を形成し、パターニングを
施し、ソース,ドレインの不純物領域(14)(14′)お
よびソース、ドレインの電極(16),(16′)を形成し
て、半導体装置を完成した。
Next, an aluminum film for source and drain electrodes is formed on the semiconductor layer (14) and patterned, and the source and drain impurity regions (14) and (14 ') and the source and drain electrodes ( 16) and (16 ') were formed to complete the semiconductor device.

本実施例においては、チャネル形成領域の半導体層形
成前にゲイト絶縁が形成されているので、熱結晶化の処
理の際に、ゲイト絶縁膜とチャネル領域の界面付近が適
度に熱アニールされ、界面準位密度をさげることができ
るという特徴を持つ。
In this embodiment, the gate insulation is formed before the formation of the semiconductor layer in the channel formation region. Therefore, during the thermal crystallization process, the vicinity of the interface between the gate insulation film and the channel region is appropriately thermally annealed, The feature is that the level density can be reduced.

なお、本実施例等においては熱結晶化させる半導体層
としてa−Si膜を用いたが、本発明は他の非単結晶半導
体を熱結晶化させる場合においても有効であることはい
うまでもない。
Although an a-Si film is used as a semiconductor layer to be thermally crystallized in the present example and the like, it goes without saying that the present invention is also effective when thermally crystallizing another non-single-crystal semiconductor. .

また上記スパッタ時における不活性気体としてはArを
用いたが、その他Heなどのハロゲン気体、またはSiH4
Si2H6などの反応性気体をプラズマ化させたものを用い
ても良い。また、本実施例のマグネトロン型RFスパッタ
法によるa−Si膜の成膜において、水素濃度は5〜100
%、成膜温度は50〜500℃の範囲、RF出力は500Hz〜100G
Hzの範囲において、1W〜10MWの範囲で任意に選ぶことが
でき、またパルスエネルギー発信源と組み合わせてもよ
い。
Although Ar was used as the inert gas at the time of the sputtering, other halogen gases such as He, or SiH 4 ,
A plasma of a reactive gas such as Si 2 H 6 may be used. Further, in forming the a-Si film by the magnetron type RF sputtering method of the present embodiment, the hydrogen concentration is 5 to 100.
%, Deposition temperature is in the range of 50 to 500 ° C, RF output is 500Hz to 100G
In the range of Hz, it can be arbitrarily selected in the range of 1 W to 10 MW, and may be combined with a pulse energy source.

さらに強力な光照射(波長1000nm以下)エネルギー
や、電子サイクロトロン共鳴(ECR)条件を使用するこ
とによって、より水素を高プラズマ化させてスパッタリ
ングを行ってもよい。
By using more powerful light irradiation (wavelength of 1000 nm or less) energy or electron cyclotron resonance (ECR) conditions, sputtering may be performed by increasing the plasma of hydrogen.

これは、水素という軽い原子をよりプラズマ化させス
パッタリングに必要な正イオンを効率よく生成させてス
パッタによって成膜される膜中のマイクロ構造、本実施
例の場合においてはa−Si膜中のマイクロ構造の発生を
防止するためである。
This is because the microstructure in the film formed by sputtering by generating light ions called hydrogen more efficiently and generating the positive ions necessary for sputtering efficiently, and in the case of this embodiment, the microstructure in the a-Si film. This is to prevent the occurrence of a structure.

また前記他の反応性気体を上記の手段に応用してもよ
い。
Further, the other reactive gas may be applied to the above means.

本実施例は非晶質性の半導体膜を単にa−Si膜として
記載した。これは通常はシリコン半導体を示している
が、その他にゲルマニウムまたはシリコンとゲルマニウ
ムの混合SiXGe1-X(0<X<1)であってもよい。
In this embodiment, the amorphous semiconductor film is simply described as an a-Si film. This usually indicates a silicon semiconductor, but may be germanium or a mixture of silicon and germanium Si x Ge 1 -x (0 <x <1).

また、本発明の構成ではスタガード型、コプレナー
型、逆スタガード型、逆コプレナー型の絶縁ゲイト型電
界効果トランジスタに適用できることはいうまでもな
い。
Further, it goes without saying that the configuration of the present invention can be applied to a staggered type, a coplanar type, an inverted staggered type, and an inverted coplanar type insulated gate field effect transistor.

本発明によれば、ゲイト絶縁膜、あるいは絶縁性基板
と非単結晶半導体層との間に形成された下地膜、または
ガラス基板上に設けられた酸化珪素膜にハロゲン元素が
含まれているため、ハロゲン元素は、ゲイト絶縁膜、あ
るいは絶縁性基板と非単結晶半導体層との間に形成され
た下地膜、またはガラス基板上に設けられた酸化珪素膜
中のアルカリイオンと中和して、非単結晶半導体層にお
けるキャリア移動度の高い電気的特性を有する絶縁ゲイ
ト型半導体装置が実現できた。
According to the present invention, a gate insulating film, a base film formed between an insulating substrate and a non-single-crystal semiconductor layer, or a silicon oxide film provided over a glass substrate contains a halogen element. The halogen element is neutralized with alkali ions in a gate insulating film, or a base film formed between an insulating substrate and a non-single-crystal semiconductor layer, or a silicon oxide film provided over a glass substrate, An insulated gate semiconductor device having electrical characteristics with high carrier mobility in the non-single-crystal semiconductor layer was realized.

本発明によれば、ゲイト絶縁膜、あるいは絶縁性基板
と非単結晶半導体層との間に形成された下地膜、または
ガラス基板上に設けられた酸化珪素膜を形成すると同時
に、ハロゲン元素が添加されているため、ガラス基板上
に設けられた酸化珪素膜と半導体膜、半導体膜とゲイト
絶縁膜、ゲイト絶縁膜とゲイト電極、あるいは半導体膜
と下地絶縁層との界面特性が極めてよい絶縁ゲイト型半
導体装置を実現することができた。
According to the present invention, a gate insulating film, a base film formed between an insulating substrate and a non-single-crystal semiconductor layer, or a silicon oxide film provided over a glass substrate is formed at the same time that a halogen element is added. Insulated gate type with excellent interface characteristics between a silicon oxide film and a semiconductor film, a semiconductor film and a gate insulating film, a gate insulating film and a gate electrode, or an interface between a semiconductor film and a base insulating layer provided on a glass substrate. A semiconductor device was realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本実施例1の作製工程を示す。 第2図は本実施例の酸化珪素膜におけるフラットバンド
電圧と(Arガス/酸化性ガス)%の関係を示したもので
ある。 第3図は本実施例の酸化珪素膜におけるΔFFBと酸素雰
囲気中におけるNF3の体積%との関係を示したグラフで
ある。 第4図は本実施例の酸化珪素膜における耐圧と酸素雰囲
気中におけるNF3の体積%との関係を示したグラフであ
る。 第5図は水素の分圧比とキャリアの移動度との関係を示
したものである。 第6図は水素の分圧比としきい値との関係を示したもの
である。 第7図、第8図、第9図、第10図及び第11図はゲート電
圧の値を固定した場合におけるドレイン電圧とドレイン
電流の関係を示すものである。 第12図は本発明の結晶性を持つ半導体膜のラマンスペク
トルをしめしたものである。 第13図は本発明の他の実施例を示す。 (11)……ガラス基板 (12)……SiO2膜 (13)……a−Si活性層 (14)……ソース領域の半導体層 (14′)……ドレイン領域の半導体層 (15)……ゲート酸化膜(SiO2) (16)……ソース電極 (16′)……ドレイン電極 (17)……チャンネル形成領域 (18)……層間絶縁物 (20)……ゲート電極
FIG. 1 shows a manufacturing process of the first embodiment. FIG. 2 shows the relationship between the flat band voltage and (Ar gas / oxidizing gas)% in the silicon oxide film of this embodiment. FIG. 3 is a graph showing the relationship between ΔF FB in the silicon oxide film of this embodiment and the volume% of NF 3 in an oxygen atmosphere. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the breakdown voltage of the silicon oxide film of this embodiment and the volume percentage of NF 3 in an oxygen atmosphere. FIG. 5 shows the relationship between the hydrogen partial pressure ratio and the carrier mobility. FIG. 6 shows the relationship between the partial pressure ratio of hydrogen and the threshold value. FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9, FIG. 10, and FIG. 11 show the relationship between the drain voltage and the drain current when the value of the gate voltage is fixed. FIG. 12 shows a Raman spectrum of the semiconductor film having crystallinity of the present invention. FIG. 13 shows another embodiment of the present invention. (11) glass substrate (12) SiO 2 film (13) a-Si active layer (14) semiconductor layer in source region (14 ') semiconductor layer in drain region (15) … Gate oxide film (SiO 2 ) (16) Source electrode (16 ′) Drain electrode (17) Channel formation region (18) Interlayer insulator (20) Gate electrode

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ガラス基板上に設けられた酸化珪素膜に、
ソース領域、ドレイン領域、チャネル形成領域を少なく
とも含んで構成する非単結晶半導体層と、 上記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成さ
れたゲイト電極とを有し、 前記ガラス基板上に設けられた酸化珪素膜は、ハロゲン
元素を含むことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
A silicon oxide film provided on a glass substrate,
A non-single-crystal semiconductor layer including at least a source region, a drain region, and a channel formation region; and a gate electrode formed over the channel formation region with a gate insulating film interposed therebetween, and provided on the glass substrate. The insulated gate semiconductor device, wherein the obtained silicon oxide film contains a halogen element.
【請求項2】ガラス基板上に設けられた酸化珪素膜に、
ソース領域、ドレイン領域、チャネル形成領域を少なく
とも含んで構成する非単結晶半導体層と、 上記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成さ
れたゲイト電極とを有し、 前記ガラス基板上に設けられた酸化珪素膜とゲイト絶縁
膜とは、ハロゲン元素を含むことを特徴とする絶縁ゲイ
ト型半導体装置。
2. The method according to claim 1, wherein the silicon oxide film provided on the glass substrate comprises:
A non-single-crystal semiconductor layer including at least a source region, a drain region, and a channel formation region; and a gate electrode formed over the channel formation region with a gate insulating film interposed therebetween, and provided on the glass substrate. The insulated gate semiconductor device, wherein the obtained silicon oxide film and the gate insulating film contain a halogen element.
【請求項3】絶縁性基板上にソース領域、ドレイン領
域、チャネル形成領域を少なくとも含んで構成する非単
結晶半導体層と、 前記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成さ
れたゲイト電極と、 前記絶縁性基板と前記非単結晶半導体層との間に設けら
れた下地膜とを有し、 前記下地膜は、ハロゲン元素を含むことを特徴とする絶
縁ゲイト型半導体装置。
3. A non-single-crystal semiconductor layer including at least a source region, a drain region, and a channel forming region on an insulating substrate; and a gate electrode formed on the channel forming region via a gate insulating film. An insulating gate type semiconductor device, comprising: a base film provided between the insulating substrate and the non-single-crystal semiconductor layer; wherein the base film contains a halogen element.
【請求項4】絶縁性基板上にソース領域、ドレイン領
域、チャネル形成領域を少なくとも含んで構成する非単
結晶半導体層と、 上記チャネル形成領域上にゲイト絶縁膜を介して形成さ
れたゲイト電極と、 前記絶縁性基板と前記非単結晶半導体層との間に設けら
れた下地膜とを有し、 前記ゲイト絶縁膜と下地膜とは、ハロゲン元素を含むこ
とを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
4. A non-single-crystal semiconductor layer including at least a source region, a drain region, and a channel formation region on an insulating substrate; and a gate electrode formed on the channel formation region via a gate insulating film. An insulating gate type semiconductor device, comprising: a base film provided between the insulating substrate and the non-single-crystal semiconductor layer; wherein the gate insulating film and the base film contain a halogen element. .
【請求項5】前記酸化珪素膜、ゲイト絶縁膜、または下
地膜中のハロゲン元素の濃度は、0.1体積%ないし5体
積%であることを特徴とする請求項1、請求項2、請求
項3、または請求項4記載の絶縁ゲイト型半導体装置。
5. The method according to claim 1, wherein the concentration of the halogen element in the silicon oxide film, the gate insulating film, or the base film is 0.1% by volume to 5% by volume. An insulated gate semiconductor device according to claim 4.
【請求項6】前記非単結晶半導体層は、結晶性を有する
半導体であることを特徴とする請求項1、請求項2、請
求項3、または請求項4記載の絶縁ゲイト型半導体装
置。
6. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein said non-single-crystal semiconductor layer is a semiconductor having crystallinity.
【請求項7】前記非単結晶半導体層は、多結晶珪素半導
体を含んでいることを特徴とする請求項1、請求項2、
請求項3、または請求項4記載の絶縁ゲイト型半導体装
置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein said non-single-crystal semiconductor layer includes a polycrystalline silicon semiconductor.
The insulated gate semiconductor device according to claim 3.
【請求項8】前記結晶の粒径は、ラマンスペクトルの半
値幅から計算される粒径5Åないし400Åであることを
特徴とする請求項6または請求項7記載の絶縁ゲイト型
半導体装置。
8. The insulated gate semiconductor device according to claim 6, wherein the crystal has a particle diameter of 5 ° to 400 ° calculated from a half width of a Raman spectrum.
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