JP3054862B2 - ダイヤモンド状炭素膜を含むゲート絶縁膜とこれを用いた薄膜トランジスタ及びゲート絶縁膜の形成方法並びにこれらの製造方法 - Google Patents
ダイヤモンド状炭素膜を含むゲート絶縁膜とこれを用いた薄膜トランジスタ及びゲート絶縁膜の形成方法並びにこれらの製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子の薄
膜トランジスタの技術に関し、特にダイヤモンド状炭素
膜（ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ ｌａｙ
ｅｒ）を含むゲート絶縁層とこれを用いる薄膜トランジ
スタ及びゲート絶縁層の形成方法並びにそれらの製造方
法の技術に関する。
膜トランジスタの技術に関し、特にダイヤモンド状炭素
膜（ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ ｌａｙ
ｅｒ）を含むゲート絶縁層とこれを用いる薄膜トランジ
スタ及びゲート絶縁層の形成方法並びにそれらの製造方
法の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に液晶表示素子の画素電極の駆動
用スイッチング素子として使用される薄膜トランジスタ
は、活性層である半導体層をはさんでゲート電極とソー
ス／ドレイン電極が垂直的に分離されているスタッガー
ド型又は逆スタッガード型と、半導体層の一面にゲート
電極とソース／ドレイン電極が形成されているコプラナ
ー(coplanar)型に分類される。薄膜トランジスタの活性
層は、アモルファスシリコン，ポリシリコン，水素化し
たアモルファスシリコン(hydrogenated amorphous sili
con)，及び化合物半導体中のいずれかが使用される。こ
れらの中では、水素化したアモルファスシリコンが量産
性と大面積化の面で優れていることから、薄膜トランジ
スタには最も広く使用されている。この水素化したアモ
ルファスシリコン薄膜トランジスタのゲート絶縁層は、
通常、二重構造が用いられる。すなわち、二重構造のゲ
ート絶縁層において、下部ゲート絶縁層の製作時に発生
するピンホールは、上部ゲート絶縁層を形成する際に除
去されることから、この二重構造のゲート絶縁層を用い
たＴＦＴ−ＬＣＤの生産上の歩留りが向上する。
用スイッチング素子として使用される薄膜トランジスタ
は、活性層である半導体層をはさんでゲート電極とソー
ス／ドレイン電極が垂直的に分離されているスタッガー
ド型又は逆スタッガード型と、半導体層の一面にゲート
電極とソース／ドレイン電極が形成されているコプラナ
ー(coplanar)型に分類される。薄膜トランジスタの活性
層は、アモルファスシリコン，ポリシリコン，水素化し
たアモルファスシリコン(hydrogenated amorphous sili
con)，及び化合物半導体中のいずれかが使用される。こ
れらの中では、水素化したアモルファスシリコンが量産
性と大面積化の面で優れていることから、薄膜トランジ
スタには最も広く使用されている。この水素化したアモ
ルファスシリコン薄膜トランジスタのゲート絶縁層は、
通常、二重構造が用いられる。すなわち、二重構造のゲ
ート絶縁層において、下部ゲート絶縁層の製作時に発生
するピンホールは、上部ゲート絶縁層を形成する際に除
去されることから、この二重構造のゲート絶縁層を用い
たＴＦＴ−ＬＣＤの生産上の歩留りが向上する。
【０００３】薄膜トランジスタの二重ゲート絶縁層とし
て使用されている物質には、Ｔａ2Ｏ5 / ＳｉＮX , Ａ
ｌ2 Ｏ3 / ＳｉＮX , 常圧気相蒸着(APCVD) ＳｉＯ2 /
プラズマ気相蒸着(PECVD) ＳｉＮX ，ＳｉＯＮ／ＳｉＮ
X などがある。Ｔａ2 Ｏ5 /ＳｉＮX は、Ｔａの両極酸
化とＳｉＮX のプラズマ化学気相蒸着法で形成する。他
の方法として、両層をスパッタリング法で形成して高移
動度が獲得できる。また、ＴａＯX のＨＦまたはＢＨＦ
溶液に対する不溶性のために、Ｔａ2 Ｏ5 / ＳｉＮX
は、絶縁上の欠陥を減少させて薄膜トランジスタの生産
歩留りを向上させることができる。しかし、Ｔａ2 Ｏ5
/ ＳｉＮX はウエットエッチングが難しいことから、ゲ
ート絶縁層内のコンタクトホールの形成時にドライエッ
チングをする必要がある。
て使用されている物質には、Ｔａ2Ｏ5 / ＳｉＮX , Ａ
ｌ2 Ｏ3 / ＳｉＮX , 常圧気相蒸着(APCVD) ＳｉＯ2 /
プラズマ気相蒸着(PECVD) ＳｉＮX ，ＳｉＯＮ／ＳｉＮ
X などがある。Ｔａ2 Ｏ5 /ＳｉＮX は、Ｔａの両極酸
化とＳｉＮX のプラズマ化学気相蒸着法で形成する。他
の方法として、両層をスパッタリング法で形成して高移
動度が獲得できる。また、ＴａＯX のＨＦまたはＢＨＦ
溶液に対する不溶性のために、Ｔａ2 Ｏ5 / ＳｉＮX
は、絶縁上の欠陥を減少させて薄膜トランジスタの生産
歩留りを向上させることができる。しかし、Ｔａ2 Ｏ5
/ ＳｉＮX はウエットエッチングが難しいことから、ゲ
ート絶縁層内のコンタクトホールの形成時にドライエッ
チングをする必要がある。
【０００４】一方、ＴＦＴアレイで、ＲＣ駆動遅延を減
少させるため、走査線と通常一体であるゲート電極には
低い比抵抗を有する金属が要求される。アルミニウムの
抵抗値がクロムの抵抗値の１０分の１であることから、
クロムの代わりにアルミニウムがゲート電極と補助容量
の共通電極として代替使用される。また、アルミニウム
を両極酸化させたＡｌ2 Ｏ3 / ＳｉＮX をゲート絶縁層
で使用する。しかし、Ａｌ2 Ｏ3 / ＳｉＮX の製造工程
が複雑である。ＴＦＴの二重構造のゲート絶縁層として
ＡＰＣＶＤ，ＳｉＯ2 / ＰＥＣＶＤ，ＳｉＮX を使用す
る場合に、ＳｉＯ2 の蒸着速度が速く生産上の歩留まり
向上するが、インライン工程でＡＰＣＶＤ工程システム
とＰＥＣＶＤ工程システムとを連結することが難しい。
少させるため、走査線と通常一体であるゲート電極には
低い比抵抗を有する金属が要求される。アルミニウムの
抵抗値がクロムの抵抗値の１０分の１であることから、
クロムの代わりにアルミニウムがゲート電極と補助容量
の共通電極として代替使用される。また、アルミニウム
を両極酸化させたＡｌ2 Ｏ3 / ＳｉＮX をゲート絶縁層
で使用する。しかし、Ａｌ2 Ｏ3 / ＳｉＮX の製造工程
が複雑である。ＴＦＴの二重構造のゲート絶縁層として
ＡＰＣＶＤ，ＳｉＯ2 / ＰＥＣＶＤ，ＳｉＮX を使用す
る場合に、ＳｉＯ2 の蒸着速度が速く生産上の歩留まり
向上するが、インライン工程でＡＰＣＶＤ工程システム
とＰＥＣＶＤ工程システムとを連結することが難しい。
【０００５】ゲート絶縁層の他の成分に、ＳｉＯX Ｎy
があり、このＳｉＯx Ｎy は、ＳｉＮx より力学的スト
レスが少なく光学的バンドギャップが大きく、疏水性が
強い長所を有する。しかし、ＰＥＣＶＤ方法を使用して
形成されたＳｉＯx Ｎy の再現性が良くない。このよう
な理由により、ＴＦＴのゲート絶縁層としてＳｉＯxＮy
を使用する場合は稀である。
があり、このＳｉＯx Ｎy は、ＳｉＮx より力学的スト
レスが少なく光学的バンドギャップが大きく、疏水性が
強い長所を有する。しかし、ＰＥＣＶＤ方法を使用して
形成されたＳｉＯx Ｎy の再現性が良くない。このよう
な理由により、ＴＦＴのゲート絶縁層としてＳｉＯxＮy
を使用する場合は稀である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的の一は、
前記言及した短所を最大限に減らすことができるゲート
絶縁層及びゲート絶縁層の形成方法並びにその製造方法
を提供することにある。
前記言及した短所を最大限に減らすことができるゲート
絶縁層及びゲート絶縁層の形成方法並びにその製造方法
を提供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、前記短所を最大限減
らすことができるゲート絶縁層を用い、生産上の歩留ま
りを向上させることができる薄膜トランジスタ及びその
製造方法を提供することにある。
らすことができるゲート絶縁層を用い、生産上の歩留ま
りを向上させることができる薄膜トランジスタ及びその
製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記前者の目的を達成す
るため、トランジスタのゲート絶縁層は、ゲート電極と
活性層を有するトランジスタのゲート絶縁層において、
前記ゲート電極と活性層との間に形成された前記ゲート
絶縁層はダイヤモンド状炭素膜と、シリコン窒化膜との
積層膜であり、かつ前記ダイヤモンド状炭素膜は前記ゲ
ート電極側に配置されることを特徴とするトランジスタ
のゲート絶縁層。
るため、トランジスタのゲート絶縁層は、ゲート電極と
活性層を有するトランジスタのゲート絶縁層において、
前記ゲート電極と活性層との間に形成された前記ゲート
絶縁層はダイヤモンド状炭素膜と、シリコン窒化膜との
積層膜であり、かつ前記ダイヤモンド状炭素膜は前記ゲ
ート電極側に配置されることを特徴とするトランジスタ
のゲート絶縁層。
【０００９】このようなトランジスタのゲート絶縁層の
製造方法は、ゲート電極と活性層を備えたトランジスタ
のゲート絶縁層を形成する方法において、前記ゲート電
極と前記活性層との間にダイヤモンド状炭素膜を形成す
る段階を備え、前記ダイヤモンド状炭素膜の形成以後、
及び前記活性層の形成以前に、前記ダイヤモンド状炭素
膜上面にシリコン窒化膜を形成する段階をさらに備える
ことを特徴とする。
製造方法は、ゲート電極と活性層を備えたトランジスタ
のゲート絶縁層を形成する方法において、前記ゲート電
極と前記活性層との間にダイヤモンド状炭素膜を形成す
る段階を備え、前記ダイヤモンド状炭素膜の形成以後、
及び前記活性層の形成以前に、前記ダイヤモンド状炭素
膜上面にシリコン窒化膜を形成する段階をさらに備える
ことを特徴とする。
【００１０】また、このようなトランジスタのゲート絶
縁層の製造方法は、ゲート電極と活性層を備えたトラン
ジスタのゲート絶縁層を形成する方法において、前記ゲ
ート電極と前記活性層との間にダイヤモンド状炭素膜を
形成する段階を備え、前記活性層の形成以後、及び前記
ダイヤモンド状炭素膜の形成以前に、前記活性層上面に
シリコン窒化膜を形成する段階をさらに備えることを特
徴とする。
縁層の製造方法は、ゲート電極と活性層を備えたトラン
ジスタのゲート絶縁層を形成する方法において、前記ゲ
ート電極と前記活性層との間にダイヤモンド状炭素膜を
形成する段階を備え、前記活性層の形成以後、及び前記
ダイヤモンド状炭素膜の形成以前に、前記活性層上面に
シリコン窒化膜を形成する段階をさらに備えることを特
徴とする。
【００１１】本発明の前記後者の目的を達成するため、
薄膜トランジスタは、ゲート電極、活性層、及び前記ゲ
ート電極と前記活性層との間に形成されたゲート絶縁層
を有する薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁層
はダイヤモンド状炭素膜とシリコン窒化膜との積層膜で
あり、かつ前記ダイヤモンド状炭素膜は前記ゲート電極
側に配置されることを特徴とする。
薄膜トランジスタは、ゲート電極、活性層、及び前記ゲ
ート電極と前記活性層との間に形成されたゲート絶縁層
を有する薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁層
はダイヤモンド状炭素膜とシリコン窒化膜との積層膜で
あり、かつ前記ダイヤモンド状炭素膜は前記ゲート電極
側に配置されることを特徴とする。
【００１２】また前記の薄膜トランジスタは、前記ゲー
ト電極が前記ダイヤモンド状炭素膜面下に形成され、前
記活性層の一部上面に形成されたソース電極、及び前記
ソース電極と離隔して前記ソース電極と同一平面に形成
されたドレイン電極とをさらに備えることを特徴とす
る。さらに、前記の薄膜トランジスタは、前記ゲート電
極が前記ゲート絶縁層上面に形成され、前記活性層上面
に形成されたソース電極，及び前記ソース電極と離隔し
て前記ソース電極と同一平面に形成されたドレイン電極
をさらに備えることを特徴とする。
ト電極が前記ダイヤモンド状炭素膜面下に形成され、前
記活性層の一部上面に形成されたソース電極、及び前記
ソース電極と離隔して前記ソース電極と同一平面に形成
されたドレイン電極とをさらに備えることを特徴とす
る。さらに、前記の薄膜トランジスタは、前記ゲート電
極が前記ゲート絶縁層上面に形成され、前記活性層上面
に形成されたソース電極，及び前記ソース電極と離隔し
て前記ソース電極と同一平面に形成されたドレイン電極
をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】また、薄膜トランジスタの製造方法は、基
板上面に薄膜トランジスタを形成する方法において、ゲ
ート電極を前記基板上面に形成する段階；前記ゲート電
極を含む前記基板上面にダイヤモンド状炭素膜を備えた
ゲート絶縁層を形成する段階；前記ゲート絶縁膜上面に
活性層を形成する段階；前記活性層の上面一部にソース
電極を形成する段階；及び前記ソース電極から隔離して
前記ソース電極と同一表面にドレイン電極を形成する段
階を備え、前記活性層の形成以前に、前記ダイヤモンド
状炭素膜上面にシリコン窒化膜を形成する段階をさらに
備えることを特徴とする。
板上面に薄膜トランジスタを形成する方法において、ゲ
ート電極を前記基板上面に形成する段階；前記ゲート電
極を含む前記基板上面にダイヤモンド状炭素膜を備えた
ゲート絶縁層を形成する段階；前記ゲート絶縁膜上面に
活性層を形成する段階；前記活性層の上面一部にソース
電極を形成する段階；及び前記ソース電極から隔離して
前記ソース電極と同一表面にドレイン電極を形成する段
階を備え、前記活性層の形成以前に、前記ダイヤモンド
状炭素膜上面にシリコン窒化膜を形成する段階をさらに
備えることを特徴とする。
【００１４】さらに、薄膜トランジスタの製造方法は、
板基板上面に薄膜トランジスタを形成する方法におい
て、ソース電極を前記基板の上面一部に形成する段階；
前記ソース電極と所定間隔隔離したドレイン電極を前記
ソース電極と同一平面に形成する段階；前記ソース電極
及び前記ドレイン電極を含む前記基板上面に活性層を形
成する段階；前記活性層上面にダイヤモンド状炭素膜を
備えたゲート絶縁層を形成する段階；及び前記ゲート絶
縁層上面にゲート電極を形成する段階を備え、前記ダイ
ヤモンド状炭素膜の形成以前に、前記活性層上面にシリ
コン窒化膜を形成する段階をさらに備えることを特徴と
する。
板基板上面に薄膜トランジスタを形成する方法におい
て、ソース電極を前記基板の上面一部に形成する段階；
前記ソース電極と所定間隔隔離したドレイン電極を前記
ソース電極と同一平面に形成する段階；前記ソース電極
及び前記ドレイン電極を含む前記基板上面に活性層を形
成する段階；前記活性層上面にダイヤモンド状炭素膜を
備えたゲート絶縁層を形成する段階；及び前記ゲート絶
縁層上面にゲート電極を形成する段階を備え、前記ダイ
ヤモンド状炭素膜の形成以前に、前記活性層上面にシリ
コン窒化膜を形成する段階をさらに備えることを特徴と
する。
【００１５】また、薄膜トランジスタの製造方法は、前
記基板上面に活性層を形成する段階；前記活性層の上面
一部にソース電極を形成する段階；前記ソース電極と所
定間隔隔離したドレイン電極を前記ソース電極と同一平
面に形成する段階；前記ソース電極及び前記ドレイン電
極間の前記活性層上面の所定部分にダイヤモンド状炭素
膜を備えたゲート絶縁層を形成する段階；及び前記ゲー
ト絶縁層上面にゲート電極を形成する段階を備え、前記
ダイヤモンド状炭素膜の形成以前に、同ダイヤモンド状
炭素膜下の前記活性層上面にシリコン窒化膜を形成する
段階をさらに備えることを特徴とする。以上のように、
良好な絶縁特性を有するダイヤモンド状炭素膜を具備す
るゲート絶縁層を製造、使用することにより、ダイヤモ
ンド状炭素膜を用いる薄膜トランジスタの生産上の歩留
まりが向上する。
記基板上面に活性層を形成する段階；前記活性層の上面
一部にソース電極を形成する段階；前記ソース電極と所
定間隔隔離したドレイン電極を前記ソース電極と同一平
面に形成する段階；前記ソース電極及び前記ドレイン電
極間の前記活性層上面の所定部分にダイヤモンド状炭素
膜を備えたゲート絶縁層を形成する段階；及び前記ゲー
ト絶縁層上面にゲート電極を形成する段階を備え、前記
ダイヤモンド状炭素膜の形成以前に、同ダイヤモンド状
炭素膜下の前記活性層上面にシリコン窒化膜を形成する
段階をさらに備えることを特徴とする。以上のように、
良好な絶縁特性を有するダイヤモンド状炭素膜を具備す
るゲート絶縁層を製造、使用することにより、ダイヤモ
ンド状炭素膜を用いる薄膜トランジスタの生産上の歩留
まりが向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図面を参
照して説明する。図１は、本発明に係る逆スタッガード
型薄膜トランジスタの断面図である。先ず、基板１０を
準備する。この基板１０は、ガラスのような透明な絶縁
基板または上面に絶縁層を有するシリコン基板で構成さ
れる。ゲート電極１１は基板１０の一面に配置される。
このゲート電極１１は以後の工程で形成される薄膜のス
テップ・カバレージ（ｓｔｅｐｃｏｖｅｒａｇｅ） を
向上させるために、テーパーエッチングが可能な金属、
例えばクロムまたはアルミニウムで構成される。ゲート
電極１１を含む基板１０の上面にはゲート絶縁層１２が
形成される。このゲート絶縁層１２は、ダイヤモンド状
炭素膜（以下類似ダイヤモンド膜という）１２−１及び
シリコン窒化膜１２−２を備える。一方、類似ダイヤモ
ンド膜１２−１だけでもゲート絶縁層の役割が可能であ
る。この場合においては例えば類似ダイヤモンド膜の厚
さを、二重構造のゲート絶縁層として使用する場合の類
似ダイヤモンド膜の厚さより厚く形成すれば前記ピンホ
ールが除去できる。
照して説明する。図１は、本発明に係る逆スタッガード
型薄膜トランジスタの断面図である。先ず、基板１０を
準備する。この基板１０は、ガラスのような透明な絶縁
基板または上面に絶縁層を有するシリコン基板で構成さ
れる。ゲート電極１１は基板１０の一面に配置される。
このゲート電極１１は以後の工程で形成される薄膜のス
テップ・カバレージ（ｓｔｅｐｃｏｖｅｒａｇｅ） を
向上させるために、テーパーエッチングが可能な金属、
例えばクロムまたはアルミニウムで構成される。ゲート
電極１１を含む基板１０の上面にはゲート絶縁層１２が
形成される。このゲート絶縁層１２は、ダイヤモンド状
炭素膜（以下類似ダイヤモンド膜という）１２−１及び
シリコン窒化膜１２−２を備える。一方、類似ダイヤモ
ンド膜１２−１だけでもゲート絶縁層の役割が可能であ
る。この場合においては例えば類似ダイヤモンド膜の厚
さを、二重構造のゲート絶縁層として使用する場合の類
似ダイヤモンド膜の厚さより厚く形成すれば前記ピンホ
ールが除去できる。
【００１７】活性層１３はゲート絶縁層１２のシリコン
窒化膜１２−２上面に配列される。この活性層１３はア
モルファスシリコン、ポリシリコン、水素化したアモル
ファスシリコン、または化合物半導体で構成される。こ
の実施の形態では、水素化したアモルファスシリコンが
活性層の成分として用いられる。活性層中のゲート電極
１１に対応する部分は、薄膜トランジスタのチャンネル
領域である。良好なオーミック（ohmic)特性のための低
抵抗接触層１４ａ及び１４ｂは、活性層１３の両端部上
面に形成される。この低抵抗接触層１４ａ、１４ｂは、
高濃度のアモルファスシリコン、高濃度の水素化したア
モルファスシリコン、または水素化したマイクロクリス
タルシリコン(n+ μc-Si:H) で構成される。ソース電極
１５ａ及びドレイン電極１５ｂは、活性層１３上面と低
抵抗接触層１４ａ、１４ｂ上面とに形成される。
窒化膜１２−２上面に配列される。この活性層１３はア
モルファスシリコン、ポリシリコン、水素化したアモル
ファスシリコン、または化合物半導体で構成される。こ
の実施の形態では、水素化したアモルファスシリコンが
活性層の成分として用いられる。活性層中のゲート電極
１１に対応する部分は、薄膜トランジスタのチャンネル
領域である。良好なオーミック（ohmic)特性のための低
抵抗接触層１４ａ及び１４ｂは、活性層１３の両端部上
面に形成される。この低抵抗接触層１４ａ、１４ｂは、
高濃度のアモルファスシリコン、高濃度の水素化したア
モルファスシリコン、または水素化したマイクロクリス
タルシリコン(n+ μc-Si:H) で構成される。ソース電極
１５ａ及びドレイン電極１５ｂは、活性層１３上面と低
抵抗接触層１４ａ、１４ｂ上面とに形成される。
【００１８】図１の薄膜トランジスタの製造方法を説明
する。クロムまたはアルミニウム金属を基板１０に蒸着
してゲート電極１１を形成する。ゲート電極１１を含む
基板１０上面に、プラズマ化学気相蒸着法で、ＣＨ4 ，
Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ6 ，またはＣ3 Ｈ8 のような炭素原子
が含まれた媒炭ガスを用い、類似ダイヤモンド膜で構成
された第１ゲート絶縁層１２−１を形成する。この類似
ダイヤモンド膜の蒸着は、この実施の形態においては、
前記煤炭ガスとしてのメタン（ＣＨ4 ）ガスの流量１５
sccm、水素ガスの流量０乃至３０sccm，ヘリウムガスの
流量２０sccm，２５℃乃至２５０℃の基板温度，１００
ＷのＲＦ電力，及び５００mTorr のガス圧力という条件
で、自己電界減少方式（a manner of self-reducing el
ectric filed）で行なわれる。
する。クロムまたはアルミニウム金属を基板１０に蒸着
してゲート電極１１を形成する。ゲート電極１１を含む
基板１０上面に、プラズマ化学気相蒸着法で、ＣＨ4 ，
Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ6 ，またはＣ3 Ｈ8 のような炭素原子
が含まれた媒炭ガスを用い、類似ダイヤモンド膜で構成
された第１ゲート絶縁層１２−１を形成する。この類似
ダイヤモンド膜の蒸着は、この実施の形態においては、
前記煤炭ガスとしてのメタン（ＣＨ4 ）ガスの流量１５
sccm、水素ガスの流量０乃至３０sccm，ヘリウムガスの
流量２０sccm，２５℃乃至２５０℃の基板温度，１００
ＷのＲＦ電力，及び５００mTorr のガス圧力という条件
で、自己電界減少方式（a manner of self-reducing el
ectric filed）で行なわれる。
【００１９】ここで、自己電界減少に対して説明する。
一般的に類似ダイヤモンド膜は、陽（plus）のＲＦ電力
を受ける電極上面で成長する。電極にＲＦ電力を供給し
た後に放電が生じれば、電極上面で電子と荷電した粒子
との移動度の違いによるイオンシース(ion-sheath)領域
が形成される。イオンシース領域にはプラズマにより電
界が形成され、マイナス電圧を帯びるようになる。した
がって、プラズマによる電界のためにプラスに荷電した
粒子は加速して電極へ移動する。電極上面でプラスに荷
電したイオンとマイナスに荷電したイオンとが衝突し
て、堅い類似ダイヤモンド膜を形成する。この類似ダイ
ヤモンド膜を絶縁層として使用する場合、イオン衝突は
絶縁特性を破壊する。したがって、イオン衝突を減らす
ため、類似ダイヤモンド膜は、適切に接地された電極上
面で成長する。これが自己電界減少ダある。
一般的に類似ダイヤモンド膜は、陽（plus）のＲＦ電力
を受ける電極上面で成長する。電極にＲＦ電力を供給し
た後に放電が生じれば、電極上面で電子と荷電した粒子
との移動度の違いによるイオンシース(ion-sheath)領域
が形成される。イオンシース領域にはプラズマにより電
界が形成され、マイナス電圧を帯びるようになる。した
がって、プラズマによる電界のためにプラスに荷電した
粒子は加速して電極へ移動する。電極上面でプラスに荷
電したイオンとマイナスに荷電したイオンとが衝突し
て、堅い類似ダイヤモンド膜を形成する。この類似ダイ
ヤモンド膜を絶縁層として使用する場合、イオン衝突は
絶縁特性を破壊する。したがって、イオン衝突を減らす
ため、類似ダイヤモンド膜は、適切に接地された電極上
面で成長する。これが自己電界減少ダある。
【００２０】類似ダイヤモンド膜１２−１を形成した
後、シリコン窒化膜で構成された第２ゲート絶縁層１２
−２を、前記類似ダイヤモンド膜で構成された第１ゲー
ト絶縁層１２−１上面に形成する。シリコン窒化膜は、
０. ５sccmのＳｉＨ4 ガス，２８sccmのアンモニアガ
ス，１００sccmのＨｅガス，３００℃の基板温度，３０
ＷのＲＦ電力，４００mTorr のガス圧力という条件で、
ＰＥＣＶＤ装置内で蒸着される。以後、水素化したアモ
ルファスシリコン及び高濃度の水素化したアモルファス
シリコンを、連続的に第２ゲート絶縁層１２−２上面に
蒸着してパターニングし、活性層１３及び低抵抗接触層
１４ａ、１４ｂを形成する。活性層１３用の水素化した
アモルファスシリコンは、１sccmのＳｉＨ4 ガス，２０
０℃の基板温度，１０ＷのＲＦ電力，２００mTorr のガ
ス圧力という条件で、ＰＥＣＶＤ装置内で蒸着される。
水素化したアモルファスシリコンの活性層１３のキャリ
アが、シリコン窒化膜の前記第２ゲート絶縁層１２−２
及び活性層１３間の境界面へ移動し、薄膜トランジスタ
のチャンネル領域を形成する。
後、シリコン窒化膜で構成された第２ゲート絶縁層１２
−２を、前記類似ダイヤモンド膜で構成された第１ゲー
ト絶縁層１２−１上面に形成する。シリコン窒化膜は、
０. ５sccmのＳｉＨ4 ガス，２８sccmのアンモニアガ
ス，１００sccmのＨｅガス，３００℃の基板温度，３０
ＷのＲＦ電力，４００mTorr のガス圧力という条件で、
ＰＥＣＶＤ装置内で蒸着される。以後、水素化したアモ
ルファスシリコン及び高濃度の水素化したアモルファス
シリコンを、連続的に第２ゲート絶縁層１２−２上面に
蒸着してパターニングし、活性層１３及び低抵抗接触層
１４ａ、１４ｂを形成する。活性層１３用の水素化した
アモルファスシリコンは、１sccmのＳｉＨ4 ガス，２０
０℃の基板温度，１０ＷのＲＦ電力，２００mTorr のガ
ス圧力という条件で、ＰＥＣＶＤ装置内で蒸着される。
水素化したアモルファスシリコンの活性層１３のキャリ
アが、シリコン窒化膜の前記第２ゲート絶縁層１２−２
及び活性層１３間の境界面へ移動し、薄膜トランジスタ
のチャンネル領域を形成する。
【００２１】したがって、薄膜トランジスタのしきい値
電圧（threshold voltage ）は、これら両層による境界
面の状態から影響を受ける。低抵抗接触層１４ａ、１４
ｂ用の高濃度に水素化したアモルファスシリコンも、ま
た、０. ５sccmのＳｉＨ4 ガス，０. ０１sccmのＰＨ3
ガス，１００sccmのＨｅガス，２００℃の基板温度，２
０ＷのＲＦ電力，２００mTorr のガス圧力という条件
で、ＰＥＣＶＤ装置内で蒸着される。ガスの流量は、Ｍ
ＦＣ(Mass flow controller)により調節される。一方、
類似ダイヤモンド膜のみをゲート絶縁層として使用する
場合は、類似ダイヤモンド膜の工程条件を変更して、活
性層と類似ダイヤモンド膜との界面にチャンネルを形成
する。次に、基板全面に金属を蒸着してパターニング
し、低抵抗接触層１４ａ，１４ｂを挟んで前記活性層１
３と重畳するソース電極１５ａとドレイン電極１５ｂを
形成する。
電圧（threshold voltage ）は、これら両層による境界
面の状態から影響を受ける。低抵抗接触層１４ａ、１４
ｂ用の高濃度に水素化したアモルファスシリコンも、ま
た、０. ５sccmのＳｉＨ4 ガス，０. ０１sccmのＰＨ3
ガス，１００sccmのＨｅガス，２００℃の基板温度，２
０ＷのＲＦ電力，２００mTorr のガス圧力という条件
で、ＰＥＣＶＤ装置内で蒸着される。ガスの流量は、Ｍ
ＦＣ(Mass flow controller)により調節される。一方、
類似ダイヤモンド膜のみをゲート絶縁層として使用する
場合は、類似ダイヤモンド膜の工程条件を変更して、活
性層と類似ダイヤモンド膜との界面にチャンネルを形成
する。次に、基板全面に金属を蒸着してパターニング
し、低抵抗接触層１４ａ，１４ｂを挟んで前記活性層１
３と重畳するソース電極１５ａとドレイン電極１５ｂを
形成する。
【００２２】図２は、本発明により類似ダイヤモンド膜
とシリコン窒化膜を備えたゲート絶縁層を用いるスタッ
ガード型薄膜トランジスタの断面図である。ドレイン電
極２１，及び前記ドレイン電極と離隔したソース電極２
２を基板２０上面に形成する。ソース電極とドレイン電
極が形成された基板上面に活性層２３を形成する。この
活性層を構成する物質は図１のように、アモルファスシ
リコン，水素化したアモルファスシリコン，ポリシリコ
ン，及び化合物半導体中のいずれか一つである。シリコ
ン窒化膜２４−１及び類似ダイヤモンド膜２４−２を備
えるゲート絶縁層２４を活性層２３上面に形成する。シ
リコン窒化膜の第１ゲート絶縁層２４−１は、その下面
の活性層２３と接触する。
とシリコン窒化膜を備えたゲート絶縁層を用いるスタッ
ガード型薄膜トランジスタの断面図である。ドレイン電
極２１，及び前記ドレイン電極と離隔したソース電極２
２を基板２０上面に形成する。ソース電極とドレイン電
極が形成された基板上面に活性層２３を形成する。この
活性層を構成する物質は図１のように、アモルファスシ
リコン，水素化したアモルファスシリコン，ポリシリコ
ン，及び化合物半導体中のいずれか一つである。シリコ
ン窒化膜２４−１及び類似ダイヤモンド膜２４−２を備
えるゲート絶縁層２４を活性層２３上面に形成する。シ
リコン窒化膜の第１ゲート絶縁層２４−１は、その下面
の活性層２３と接触する。
【００２３】ゲート電極２５は類似ダイヤモンド膜の第
２ゲート絶縁層２４−２上面に形成され、ソース電極及
びドレイン電極と重畳する。類似ダイヤモンド膜の第２
ゲート絶縁層２４−２をプラズマ化学気相蒸着法で、Ｃ
Ｈ4 ，Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ6 ，またはＣ3 Ｈ8 のような炭
素原子が含まれたガスを用いて形成する。また、シリコ
ン窒化膜の第１ゲート絶縁層２４−１も、プラズマ化学
気相蒸着法を使用して蒸着する。基板２０，ソース電極
２２／ドレイン電極２１，活性層２３，第１及び第２ゲ
ート絶縁層２４−１、２４−２，ゲート電極２５に関す
る他の説明は、図１での説明と類似するので省略する。
２ゲート絶縁層２４−２上面に形成され、ソース電極及
びドレイン電極と重畳する。類似ダイヤモンド膜の第２
ゲート絶縁層２４−２をプラズマ化学気相蒸着法で、Ｃ
Ｈ4 ，Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ6 ，またはＣ3 Ｈ8 のような炭
素原子が含まれたガスを用いて形成する。また、シリコ
ン窒化膜の第１ゲート絶縁層２４−１も、プラズマ化学
気相蒸着法を使用して蒸着する。基板２０，ソース電極
２２／ドレイン電極２１，活性層２３，第１及び第２ゲ
ート絶縁層２４−１、２４−２，ゲート電極２５に関す
る他の説明は、図１での説明と類似するので省略する。
【００２４】図３は、本発明に係る類似ダイヤモンド膜
とシリコン窒化膜を備えたゲート絶縁層を用いるコプラ
ナー型薄膜トランジスタの断面図である。活性層３１を
基板３０上面に形成する。活性層を構成する物質は、図
１及び図２に示すように、アモルファスシリコン，水素
化したアモルファスシリコン，ポリシリコン，及び化合
物半導体中のいずれかである。ドレイン電極３２及びソ
ース電極３３を活性層３１上面一部に形成する。前記ソ
ース電極と前記ドレイン電極との間で、前記活性層３１
上面の他部分にシリコン窒化膜３４−１と類似ダイヤモ
ンド膜３４−２を備えたゲート絶縁層３４を形成する。
シリコン窒化膜の第１ゲート絶縁層３４−１はその下面
の活性層３１と接触する。ゲート電極３５はゲート絶縁
層と整列しながら類似ダイヤモンド膜の第２ゲート絶縁
層３４−２上面に形成される。類似ダイヤモンド膜の第
２ゲート絶縁層３４−２をプラズマ化学気相蒸着法で、
ＣＨ4 ，Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ6 ，またはＣ3 Ｈ8 のような
炭素原子が含まれた媒炭ガスを用いて形成する。また、
シリコン窒化膜の第１ゲート絶縁層３４−１もプラズマ
化学気相蒸着法を用いて蒸着する。基板３０，ソース電
極３３／ドレイン電極３２，活性層３１，第１及び第２
ゲート絶縁層３４−１，３４−２，ゲート電極３５に関
する他の説明は、図１での説明と類似するので省略す
る。
とシリコン窒化膜を備えたゲート絶縁層を用いるコプラ
ナー型薄膜トランジスタの断面図である。活性層３１を
基板３０上面に形成する。活性層を構成する物質は、図
１及び図２に示すように、アモルファスシリコン，水素
化したアモルファスシリコン，ポリシリコン，及び化合
物半導体中のいずれかである。ドレイン電極３２及びソ
ース電極３３を活性層３１上面一部に形成する。前記ソ
ース電極と前記ドレイン電極との間で、前記活性層３１
上面の他部分にシリコン窒化膜３４−１と類似ダイヤモ
ンド膜３４−２を備えたゲート絶縁層３４を形成する。
シリコン窒化膜の第１ゲート絶縁層３４−１はその下面
の活性層３１と接触する。ゲート電極３５はゲート絶縁
層と整列しながら類似ダイヤモンド膜の第２ゲート絶縁
層３４−２上面に形成される。類似ダイヤモンド膜の第
２ゲート絶縁層３４−２をプラズマ化学気相蒸着法で、
ＣＨ4 ，Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ6 ，またはＣ3 Ｈ8 のような
炭素原子が含まれた媒炭ガスを用いて形成する。また、
シリコン窒化膜の第１ゲート絶縁層３４−１もプラズマ
化学気相蒸着法を用いて蒸着する。基板３０，ソース電
極３３／ドレイン電極３２，活性層３１，第１及び第２
ゲート絶縁層３４−１，３４−２，ゲート電極３５に関
する他の説明は、図１での説明と類似するので省略す
る。
【００２５】図４は、薄膜トランジスタのゲート絶縁層
として使用される類似ダイヤモンド膜の電流−電圧特性
を表すグラフであり、蒸着温度はそれぞれ２５℃と２５
０℃である。類似ダイヤモンド膜を１０乃至１５Ω・m
の比抵抗を有するＰ型のシリコン基板上面に１５００Å
厚さで蒸着する。前記類似ダイヤモンド膜上面に、アル
ミニウムを熱蒸着法により真空で１mmの厚さで形成し、
ＭＩＳ(Metal insulator semiconductor) を形成する。
その後、Ｋｉｔｈｅｌｙ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ
６１７ を使用し、類似ダイヤモンド膜の電流−電圧特
性を測定する。図４では、類似ダイヤモンド膜の降伏電
圧は３MVであり、電界１MV/cm で電流密度が１０-10A/c
m2であることがわかる。他方、蒸着温度が増加するほど
類似ダイヤモンド膜の電流密度が減少し、降伏電圧が増
加することがわかる。
として使用される類似ダイヤモンド膜の電流−電圧特性
を表すグラフであり、蒸着温度はそれぞれ２５℃と２５
０℃である。類似ダイヤモンド膜を１０乃至１５Ω・m
の比抵抗を有するＰ型のシリコン基板上面に１５００Å
厚さで蒸着する。前記類似ダイヤモンド膜上面に、アル
ミニウムを熱蒸着法により真空で１mmの厚さで形成し、
ＭＩＳ(Metal insulator semiconductor) を形成する。
その後、Ｋｉｔｈｅｌｙ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ
６１７ を使用し、類似ダイヤモンド膜の電流−電圧特
性を測定する。図４では、類似ダイヤモンド膜の降伏電
圧は３MVであり、電界１MV/cm で電流密度が１０-10A/c
m2であることがわかる。他方、蒸着温度が増加するほど
類似ダイヤモンド膜の電流密度が減少し、降伏電圧が増
加することがわかる。
【００２６】図５は蒸着時に使用された水素の流量によ
り、薄膜トランジスタのゲート絶縁層として使用された
類似ダイヤモンド膜の漏洩電流の特性を表すグラフであ
る。水素の流量が４sccm以下である場合、類似ダイヤモ
ンド膜の漏洩電流密度が１０-9A/cm2 以下であって、良
好な絶縁特性を示す。なぜなら、類似ダイヤモンド膜質
が、自己熱処理効果（self-heating effect)により、さ
らに堅固になるからである。すなわち、類似ダイヤモン
ド膜が形成される基板の温度を増加しながら類似ダイヤ
モンド膜を蒸着するので、類似ダイヤモンド膜の拡散係
数が増加し、当該膜の絶縁特性が向上する。しかし、非
常に高い基板温度では類似ダイヤモンド膜の構造が変化
し、他の物質を作出することから、適切な温度が要求さ
れる。図４及び図５に示すグラフから、類似ダイヤモン
ド膜の絶縁特徴は、蒸着温度と蒸着時に使用された水素
の流量とに密接に関連することが容易に読み取れる。類
似ダイヤモンド膜の利点の一は、類似ダイヤモンド膜を
常温で成長させることができることであるが、これは自
己熱処理効果に起因するものである。
り、薄膜トランジスタのゲート絶縁層として使用された
類似ダイヤモンド膜の漏洩電流の特性を表すグラフであ
る。水素の流量が４sccm以下である場合、類似ダイヤモ
ンド膜の漏洩電流密度が１０-9A/cm2 以下であって、良
好な絶縁特性を示す。なぜなら、類似ダイヤモンド膜質
が、自己熱処理効果（self-heating effect)により、さ
らに堅固になるからである。すなわち、類似ダイヤモン
ド膜が形成される基板の温度を増加しながら類似ダイヤ
モンド膜を蒸着するので、類似ダイヤモンド膜の拡散係
数が増加し、当該膜の絶縁特性が向上する。しかし、非
常に高い基板温度では類似ダイヤモンド膜の構造が変化
し、他の物質を作出することから、適切な温度が要求さ
れる。図４及び図５に示すグラフから、類似ダイヤモン
ド膜の絶縁特徴は、蒸着温度と蒸着時に使用された水素
の流量とに密接に関連することが容易に読み取れる。類
似ダイヤモンド膜の利点の一は、類似ダイヤモンド膜を
常温で成長させることができることであるが、これは自
己熱処理効果に起因するものである。
【００２７】図６は薄膜トランジスタのゲート絶縁層と
して使用された類似ダイヤモンド膜の光学的バンドギャ
ップを表すグラフである。コーニング７０５９ガラス上
面に類似ダイヤモンド膜を蒸着する。類似ダイヤモンド
膜の光吸収係数αは、ＵＶ／ＶＩＳスペクトロメータを
用いて測定する。光学的バンドギャップは光吸収係数α
を用いて下記式から求められる。 （αｈυ）1/2 ＝ Ｂ（Ｅ−Ｅg opt ) ここで、Ｂは図６のグラフの傾きを表す定数，ｈυは入
射された光のエネルギー，αは光吸収係数であり、Ｅg
opt は光学的バンドギャップである。図６において、類
似ダイヤモンド膜の光学的バンドギャップは４. ２５eV
であるので、類似ダイヤモンド膜を絶縁層として用いる
ことができる。
して使用された類似ダイヤモンド膜の光学的バンドギャ
ップを表すグラフである。コーニング７０５９ガラス上
面に類似ダイヤモンド膜を蒸着する。類似ダイヤモンド
膜の光吸収係数αは、ＵＶ／ＶＩＳスペクトロメータを
用いて測定する。光学的バンドギャップは光吸収係数α
を用いて下記式から求められる。 （αｈυ）1/2 ＝ Ｂ（Ｅ−Ｅg opt ) ここで、Ｂは図６のグラフの傾きを表す定数，ｈυは入
射された光のエネルギー，αは光吸収係数であり、Ｅg
opt は光学的バンドギャップである。図６において、類
似ダイヤモンド膜の光学的バンドギャップは４. ２５eV
であるので、類似ダイヤモンド膜を絶縁層として用いる
ことができる。
【００２８】図７は類似ダイヤモンド膜とシリコン窒化
膜との二重構造のゲート絶縁層を有する水素化したアモ
ルファスシリコン薄膜トランジスタのドレイン電流−ゲ
ート電圧の特性を表すグラフである。類似ダイヤモンド
膜のサブしきい値電圧の傾きは約０. ３６V/dec であ
り、オン電流対オフ電流の比は１０6 以上である。
膜との二重構造のゲート絶縁層を有する水素化したアモ
ルファスシリコン薄膜トランジスタのドレイン電流−ゲ
ート電圧の特性を表すグラフである。類似ダイヤモンド
膜のサブしきい値電圧の傾きは約０. ３６V/dec であ
り、オン電流対オフ電流の比は１０6 以上である。
【００２９】図８は類似ダイヤモンド膜とシリコン窒化
膜との二重構造のゲート絶縁層を有する水素化したアモ
ルファスシリコン薄膜トランジスタの出力特性を表すグ
ラフである。類似ダイヤモンド膜，シリコン窒化膜，活
性層，及び低抵抗接触層の厚さは、それぞれ１５００
Å，３５００Å，１５００Å，及び５００Åである。類
似ダイヤモンド膜の蒸着はメタンガスの流量１５sccm，
水素ガスの流量１sccm，ヘリウムガスの流量２０sccm，
２５０℃の基板温度，１００ＷのＲＦ電力，及び５００
mTorr のガス圧力という条件で行なわれる。シリコン窒
化膜の蒸着は０.５sccmのＳｉＨ4 ガス，２８sccmのア
ンモニアガス，１００sccmのＨｅガス，３００℃の基板
温度，３０ＷのＲＦ電力，４００mTorr のガス圧力とい
う条件で，ＰＥＣＶＤ装置内で蒸着される。活性層は１
sccmのＳｉＨ4 ガス，２００℃の基板温度，１０ＷのＲ
Ｆ電力，２００mTorr のガス圧力という条件で、ＰＥＣ
ＶＤ装置内で形成される。低抵抗接触層は０. ５sccmの
ＳｉＨ4 ガス，０. ０１sccmのＰＨ3 ガス，１００sccm
のＨｅガス，２００℃の基板温度，２０ＷのＲＦ電力，
２００mTorr のガス圧力という条件で、ＰＥＣＶＤ装置
内で蒸着される。チャンネル幅Ｗに対するチャンネル長
さＬの比は、６０μm ／３０μm である。ゲート電圧が
２０Ｖである時にドレイン電流は０. ７×１０-6Ａであ
り、この時のドレイン電圧は約９Ｖである。
膜との二重構造のゲート絶縁層を有する水素化したアモ
ルファスシリコン薄膜トランジスタの出力特性を表すグ
ラフである。類似ダイヤモンド膜，シリコン窒化膜，活
性層，及び低抵抗接触層の厚さは、それぞれ１５００
Å，３５００Å，１５００Å，及び５００Åである。類
似ダイヤモンド膜の蒸着はメタンガスの流量１５sccm，
水素ガスの流量１sccm，ヘリウムガスの流量２０sccm，
２５０℃の基板温度，１００ＷのＲＦ電力，及び５００
mTorr のガス圧力という条件で行なわれる。シリコン窒
化膜の蒸着は０.５sccmのＳｉＨ4 ガス，２８sccmのア
ンモニアガス，１００sccmのＨｅガス，３００℃の基板
温度，３０ＷのＲＦ電力，４００mTorr のガス圧力とい
う条件で，ＰＥＣＶＤ装置内で蒸着される。活性層は１
sccmのＳｉＨ4 ガス，２００℃の基板温度，１０ＷのＲ
Ｆ電力，２００mTorr のガス圧力という条件で、ＰＥＣ
ＶＤ装置内で形成される。低抵抗接触層は０. ５sccmの
ＳｉＨ4 ガス，０. ０１sccmのＰＨ3 ガス，１００sccm
のＨｅガス，２００℃の基板温度，２０ＷのＲＦ電力，
２００mTorr のガス圧力という条件で、ＰＥＣＶＤ装置
内で蒸着される。チャンネル幅Ｗに対するチャンネル長
さＬの比は、６０μm ／３０μm である。ゲート電圧が
２０Ｖである時にドレイン電流は０. ７×１０-6Ａであ
り、この時のドレイン電圧は約９Ｖである。
【００３０】図９は、類似ダイヤモンド膜とシリコン窒
化膜との二重構造のゲート絶縁層を有する水素化したア
モルファスシリコン薄膜トランジスタの電界効果移動度
μＥＦを表すグラフである。このμＥＦは下記の式から
計算される。 ＩD ＝［μEF( Ｗ／Ｌ) Ｃi ( ＶG −ＶTH) ＶD ] 1/2 ここで、ＩD はドレイン電流，Ｃi はゲート絶縁層のキ
ャパシタンス，ＶTHは薄膜トランジスタのしきい値電
圧，ＶD はドレイン電圧である。計算されたしきい値電
圧ＶTHは約８Ｖであり、電界効果移動度μEFは約０. ７
７cm2 /Vs である。
化膜との二重構造のゲート絶縁層を有する水素化したア
モルファスシリコン薄膜トランジスタの電界効果移動度
μＥＦを表すグラフである。このμＥＦは下記の式から
計算される。 ＩD ＝［μEF( Ｗ／Ｌ) Ｃi ( ＶG −ＶTH) ＶD ] 1/2 ここで、ＩD はドレイン電流，Ｃi はゲート絶縁層のキ
ャパシタンス，ＶTHは薄膜トランジスタのしきい値電
圧，ＶD はドレイン電圧である。計算されたしきい値電
圧ＶTHは約８Ｖであり、電界効果移動度μEFは約０. ７
７cm2 /Vs である。
【００３１】本実施の形態では、類似ダイヤモンド膜ま
たは類似ダイヤモンド膜／シリコン窒化膜が薄膜トラン
ジスタのゲート絶縁層としての役割をする。しかし、類
似ダイヤモンド膜または類似ダイヤモンド膜／シリコン
窒化膜が、また半導体装置の他の絶縁層の役割、例えば
基板と基板上に形成される導電層との間の絶縁層、また
は上部金属配線と下部金属配線間の絶縁層としての役割
ができる。また、類似ダイヤモンド膜または類似ダイヤ
モンド膜／シリコン窒化膜は、アモルファスシリコンＴ
ＦＴ，ポリシリコンＴＦＴ，及び化合物半導体ＴＦＴな
どに適用できる。
たは類似ダイヤモンド膜／シリコン窒化膜が薄膜トラン
ジスタのゲート絶縁層としての役割をする。しかし、類
似ダイヤモンド膜または類似ダイヤモンド膜／シリコン
窒化膜が、また半導体装置の他の絶縁層の役割、例えば
基板と基板上に形成される導電層との間の絶縁層、また
は上部金属配線と下部金属配線間の絶縁層としての役割
ができる。また、類似ダイヤモンド膜または類似ダイヤ
モンド膜／シリコン窒化膜は、アモルファスシリコンＴ
ＦＴ，ポリシリコンＴＦＴ，及び化合物半導体ＴＦＴな
どに適用できる。
【００３２】以上では、一実施の形態に限定して本発明
を説明したが、本発明は、その技術思想を外れない範囲
で各種の変形が可能なことは当業者にとって自明のこと
である。
を説明したが、本発明は、その技術思想を外れない範囲
で各種の変形が可能なことは当業者にとって自明のこと
である。
【００３３】
【発明の効果】以上説明のように本発明においては、類
似ダイヤモンド膜が優れた絶縁特性を有するゲート絶縁
層として用いられる。したがって、類似ダイヤモンド膜
のゲート絶縁層は高品位ＴＦＴ−ＬＣＤの実現に多大に
寄与することができる。また、類似ダイヤモンド膜がＰ
ＥＣＶＤにより形成でき、シリコン窒化膜がＰＥＣＶＤ
により形成されるので、類似ダイヤモンド膜の形成工程
システムとシリコン窒化膜の形成工程システム間の連結
が容易である。類似ダイヤモンド膜は、活性層に影響を
及ぼしやすい酸素原子ではなく、炭素原子を含んだガ
ス、例えばＣＨ4 ，Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ6 ，またはＣ3 Ｈ
8 のような媒炭ガスを使用して形成でき、したがって、
優れた絶縁特性を有するアモルファスまたは多結晶ＴＦ
Ｔを製造することが可能となる。
似ダイヤモンド膜が優れた絶縁特性を有するゲート絶縁
層として用いられる。したがって、類似ダイヤモンド膜
のゲート絶縁層は高品位ＴＦＴ−ＬＣＤの実現に多大に
寄与することができる。また、類似ダイヤモンド膜がＰ
ＥＣＶＤにより形成でき、シリコン窒化膜がＰＥＣＶＤ
により形成されるので、類似ダイヤモンド膜の形成工程
システムとシリコン窒化膜の形成工程システム間の連結
が容易である。類似ダイヤモンド膜は、活性層に影響を
及ぼしやすい酸素原子ではなく、炭素原子を含んだガ
ス、例えばＣＨ4 ，Ｃ2 Ｈ2 ，Ｃ2 Ｈ6 ，またはＣ3 Ｈ
8 のような媒炭ガスを使用して形成でき、したがって、
優れた絶縁特性を有するアモルファスまたは多結晶ＴＦ
Ｔを製造することが可能となる。
【図１】本発明に係る類似ダイヤモンド膜とシリコン窒
化膜を備えたゲート絶縁層を用いる逆スタッガード型薄
膜トランジスタの断面図である。
化膜を備えたゲート絶縁層を用いる逆スタッガード型薄
膜トランジスタの断面図である。
【図２】本発明に係る類似ダイヤモンド膜とシリコン窒
化膜を備えたゲート絶縁層を用いるスタッガード型薄膜
トランジスタの断面図である。
化膜を備えたゲート絶縁層を用いるスタッガード型薄膜
トランジスタの断面図である。
【図３】本発明に係る類似ダイヤモンド膜とシリコン窒
化膜を備えたゲート絶縁層を用いるコプラナー型薄膜ト
ランジスタの断面図である。
化膜を備えたゲート絶縁層を用いるコプラナー型薄膜ト
ランジスタの断面図である。
【図４】薄膜トランジスタのゲート絶縁層として使用さ
れた類似ダイヤモンド膜の電流−電圧特性を示すグラフ
である。
れた類似ダイヤモンド膜の電流−電圧特性を示すグラフ
である。
【図５】蒸着時に使用された水素の流量により薄膜トラ
ンジスタのゲート絶縁層として使用された類似ダイヤモ
ンド膜の漏洩電流特性を示すグラフである。
ンジスタのゲート絶縁層として使用された類似ダイヤモ
ンド膜の漏洩電流特性を示すグラフである。
【図６】薄膜トランジスタのゲート絶縁層として使用さ
れた類似ダイヤモンド膜の光学的バンドギャップを示す
グラフである。
れた類似ダイヤモンド膜の光学的バンドギャップを示す
グラフである。
【図７】類似ダイヤモンド膜とシリコン窒化膜との二重
構造のゲート絶縁層を有する水素化したアモルファスシ
リコン薄膜トランジスタのドレイン電流対ゲート電圧の
特性を示すグラフである。
構造のゲート絶縁層を有する水素化したアモルファスシ
リコン薄膜トランジスタのドレイン電流対ゲート電圧の
特性を示すグラフである。
【図８】類似ダイヤモンド膜とシリコン窒化膜との二重
構造のゲート絶縁層を有する水素化したアモルファスシ
リコン薄膜トランジスタの出力特性を示すグラフであ
る。
構造のゲート絶縁層を有する水素化したアモルファスシ
リコン薄膜トランジスタの出力特性を示すグラフであ
る。
【図９】類似ダイヤモンド膜とシリコン窒化膜との二重
構造のゲート絶縁層を有する水素化したアモルファスシ
リコン薄膜トランジスタの電界効果移動度を示すグラフ
である。
構造のゲート絶縁層を有する水素化したアモルファスシ
リコン薄膜トランジスタの電界効果移動度を示すグラフ
である。
１０・・基板 １１・・ゲート電極 １２・・ゲート絶縁層 １２−１・・第１ゲート絶縁層（類似ダイヤモンド膜） １２−２・・第２ゲート絶縁層（シリコン窒化膜） １３・・活性層 １４ａ，１４ｂ・・低抵抗接触層 １５ａ・・ソース電極 １５ｂ・・ドレイン電極 ２０・・基板 ２１・・ドレイン電極 ２２・・ソース電極 ２３・・活性層 ２４・・ゲート絶縁層 ２４−１・・第１ゲート絶縁層（類似ダイヤモンド膜） ２４−２・・第２ゲート絶縁層（シリコン窒化膜） ２５・・ゲート電極 ３０・・基盤 ３１・・活性層 ３２・・ドレイン電極 ３３・・ソース電極 ３４・・ゲート絶縁層 ３４−１・・第１ゲート絶縁層（シリコン窒化膜） ３４−２・・第２ゲート絶縁層（類似ダイヤモンド膜） ３５・・ゲート電極
フロントページの続き (72)発明者 鄭 皙 在 大韓民国 ソウル 東大門区 回基洞 １番地 慶煕大学校 物理学科 (56)参考文献 特開 平１−104761（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−14673（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 29/78 H01L 29/786 H01L 21/336
Claims (20)
- 【請求項１】 ゲート電極と活性層を有するトランジス
タのゲート絶縁層において、前記ゲート電極と活性層と
の間に形成された前記ゲート絶縁層はダイヤモンド状炭
素膜と、シリコン窒化膜との積層膜であり、かつ前記ダ
イヤモンド状炭素膜は前記ゲート電極側に配置されるこ
とを特徴とするトランジスタのゲート絶縁層。 - 【請求項２】 ゲート電極、活性層、及び前記ゲート電
極と前記活性層との間に形成されたゲート絶縁層を有す
る薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート絶縁層はダイ
ヤモンド状炭素膜とシリコン窒化膜との積層膜であり、
かつ前記ダイヤモンド状炭素膜は前記ゲート電極側に配
置されることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項３】 前記活性層は、アモルファスシリコン，
ポリシリコン，水素化したアモルファスシリコン，及び
化合物半導体中のいずれか一つで構成されることを特徴
とする請求項２記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項４】 前記ダイヤモンド状炭素膜，前記シリコ
ン窒化膜，及び前記水素化したアモルファスシリコンで
構成された活性層の厚さは、それぞれ１５００Å，３５
００Å，及び１５００Åであることを特徴とする請求項
３記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項５】 前記ゲート電極が前記ゲート絶縁層下面
に形成され、前記活性層の一部上面に形成されたソース
電極，及び前記ソース電極と離隔して前記ソース電極と
同一平面に形成されたドレイン電極をさらに備えること
を特徴とする請求項２記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項６】 前記ゲート電極が前記ゲート絶縁層上面
に形成され、前記活性層の一部下面に形成されたソース
電極，及び前記ソース電極と離隔して前記ソース電極と
同一平面に形成されたドレイン電極をさらに備えること
を特徴とする請求項２記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項７】 前記ゲート電極が前記ゲート絶縁層上面
に形成され、前記活性層上面に形成されたソース電極，
及び前記ソース電極と離隔して前記ソース電極と同一平
面に形成されたドレイン電極をさらに備えることを特徴
とする請求項２記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項８】 ゲート電極と活性層を備えたトランジス
タのゲート絶縁層を形成する方法において、前記ゲート
電極と前記活性層との間にダイヤモンド状炭素膜を形成
する段階を備え、 前記ダイヤモンド状炭素膜の形成以後、及び前記活性層
の形成以前に、前記ダイヤモンド状炭素膜上面にシリコ
ン窒化膜を形成する段階をさらに備えることを特徴とす
るトランジスタのゲート絶縁層の形成方法。 - 【請求項９】 ゲート電極と活性層を備えたトランジス
タのゲート絶縁層を形成する方法において、前記ゲート
電極と前記活性層との間にダイヤモンド状炭素膜を形成
する段階を備え、 前記活性層の形成以後、前記ダイヤモンド状炭素膜の形
成以前に、前記活性層上面にシリコン窒化膜を形成する
段階をさらに備えることを特徴とするトランジスタのゲ
−ト絶縁層の形成方法． - 【請求項１０】 前記ダイヤモンド状炭素膜がプラズマ
化学気相蒸着法で形成されることを特徴とする請求項８
記載のゲート絶縁層の形成方法。 - 【請求項１１】 前記ダイヤモンド状炭素膜及び前記シ
リコン窒化膜両者がプラズマ化学気相蒸着法で形成され
ることを特徴とする請求項９記載のゲート絶縁層の形成
方法。 - 【請求項１２】 前記ダイヤモンド状炭素膜は、炭素原
子を含んだガスを用いて形成されることを特徴とする請
求項１０記載のゲート絶縁層の形成方法。 - 【請求項１３】 前記ガスは、ＣＨ4，Ｃ2Ｈ2，Ｃ
2Ｈ6，及びＣ3Ｈ8中のいずれか一つであることを特徴と
する請求項１２記載のゲート絶縁層の形成方法。 - 【請求項１４】 前記ダイヤモンド状炭素膜は、２５℃
乃至４００℃で形成されることを特徴とする請求項８記
載のゲート絶縁層の形成方法。 - 【請求項１５】 基板上面に薄膜トランジスタを形成す
る方法において、ゲート電極を前記基板上面に形成する
段階； 前記ゲート電極を含む前記基板上面にダイヤモンド状炭
素膜を備えたゲート絶縁層を形成する段階； 前記ゲート絶縁膜上面に活性層を形成する段階； 前記活性層の上面一部にソース電極を形成する段階；及
び 前記ソース電極から隔離して前記ソース電極と同一表面
にドレイン電極を形成する段階を備え、 前記活性層の形成以前に、前記ダイヤモンド状炭素膜上
面にシリコン窒化膜を形成する段階をさらに備えること
を特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項１６】 前記活性層は、アモルファスシリコ
ン、ポリシリコン、水素化したアモルファスシリコン、
及び化合物半導体中のいずれか一つで構成されることを
特徴とする請求項１５記載の薄膜トランジスタの製造方
法。 - 【請求項１７】 基板上面に薄膜トランジスタを形成す
る方法において、 ソース電極を前記基板の上面一部に形成する段階； 前記ソース電極と所定間隔隔離したドレイン電極を前記
ソース電極と同一平面に形成する段階； 前記ソース電極及び前記ドレイン電極を含む前記基板上
面に活性層を形成する段階； 前記活性層上面にダイヤモンド状炭素膜を備えたゲート
絶縁層を形成する段階；及び 前記ゲート絶縁層上面にゲート電極を形成する段階を備
え、 前記ダイヤモンド状炭素膜の形成以前に、前記活性層上
面にシリコン窒化膜を形成する段階をさらに備えること
を特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 【請求項１８】 前記活性層は、アモルファスシリコ
ン，ポリシリコン，水素化したアモルファスシリコン，
及び化合物半導体中のいずれか一つで構成されることを
特徴とする請求項１７記載の薄膜トランジスタの製造方
法。 - 【請求項１９】 板基板上面に薄膜トランジスタを形成
する方法において、 前記基板上面に活性層を形成する段階； 前記活性層の上面一部にソース電極を形成する段階； 前記ソース電極と所定間隔隔離したドレイン電極を前記
ソース電極と同一平面に形成する段階； 前記ソース電極及び前記ドレイン電極間の前記活性層上
面の所定部分にダイヤモンド状炭素膜を備えたゲート絶
縁層を形成する段階；及び 前記ゲート絶縁層上面にゲート電極を形成する段階を備
え、 前記ダイヤモンド状炭素膜の形成以前に、同ダイヤモン
ド状炭素膜下の前記活性層上面にシリコン窒化膜を形成
する段階をさらに備えることを特徴とする薄膜トランジ
スタの製造方法。 - 【請求項２０】 前記活性層は、アモルファスシリコ
ン，ポリシリコン，水素化したアモルファスシリコン，
及び化合物半導体中のいずれか一つで構成されることを
特徴とする請求項１９記載の薄膜トランジスタの製造方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1996P57811 | 1996-11-21 | ||
| KR1019960057811A KR100272260B1 (ko) | 1996-11-27 | 1996-11-27 | 유사다이아몬드를 이용한 박막트랜지스터 및 그의 제조방법 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10294468A JPH10294468A (ja) | 1998-11-04 |
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ID=19483727
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|---|---|---|---|
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| KR (1) | KR100272260B1 (ja) |
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| TW521537B (en) * | 1998-05-08 | 2003-02-21 | Idemitsu Kosan Co | Organic electroluminescence element |
| KR20000039802A (ko) * | 1998-12-16 | 2000-07-05 | 김영환 | 박막 트랜지스터 액정표시소자의 하부기판 제조방법 |
| KR100713877B1 (ko) * | 1998-12-18 | 2007-07-18 | 비오이 하이디스 테크놀로지 주식회사 | 박막 트랜지스터 액정표시장치 |
| KR100767354B1 (ko) * | 2000-09-04 | 2007-10-16 | 삼성전자주식회사 | 박막 트랜지스터 기판 및 그 제조방법 |
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| JP2005228819A (ja) * | 2004-02-10 | 2005-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| JP2005235923A (ja) | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Nippon Hoso Kyokai <Nhk> | 有機薄膜トランジスタ及びその製造方法並びに有機薄膜デバイス |
| KR100696536B1 (ko) * | 2005-09-26 | 2007-03-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 유기 박막 트랜지스터 및 이를 구비한 유기 발광디스플레이 장치 |
| KR100786498B1 (ko) * | 2005-09-27 | 2007-12-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 투명박막 트랜지스터 및 그 제조방법 |
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| KR100963027B1 (ko) | 2008-06-30 | 2010-06-10 | 삼성모바일디스플레이주식회사 | 박막 트랜지스터, 그의 제조 방법 및 박막 트랜지스터를구비하는 평판 표시 장치 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0815160B2 (ja) * | 1991-03-29 | 1996-02-14 | 株式会社神戸製鋼所 | ダイヤモンドショットキーゲート型電界効果トランジスタ |
| JPH0799318A (ja) * | 1993-09-28 | 1995-04-11 | Kobe Steel Ltd | ダイヤモンド薄膜電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
| US5559367A (en) * | 1994-07-12 | 1996-09-24 | International Business Machines Corporation | Diamond-like carbon for use in VLSI and ULSI interconnect systems |
-
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- 1996-11-27 KR KR1019960057811A patent/KR100272260B1/ko not_active IP Right Cessation
-
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| KR100272260B1 (ko) | 2000-11-15 |
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