JP3245779B2 - 窒化シリコン膜の成膜方法 - Google Patents
窒化シリコン膜の成膜方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマCVD装置に
よる窒化シリコン膜の成膜方法に関するものである。
よる窒化シリコン膜の成膜方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】窒化シリコン(Si N)膜は、薄膜トラ
ンジスタや薄膜ダイオード等の薄膜素子の絶縁膜に用い
られており、この窒化シリコン膜は、一般に、プラズマ
CVD装置によって成膜されている。
ンジスタや薄膜ダイオード等の薄膜素子の絶縁膜に用い
られており、この窒化シリコン膜は、一般に、プラズマ
CVD装置によって成膜されている。
【0003】この窒化シリコン膜のプラズマCVD装置
による成膜は、従来、プロセスガスとしてモノシラン
(Si H4 )とアンモニア(NH3 )と窒素(N2 )を
用い、これらの流量比を、Si H4 :NH3 :N2 =
1:1:18に制御して行なわれている。
による成膜は、従来、プロセスガスとしてモノシラン
(Si H4 )とアンモニア(NH3 )と窒素(N2 )を
用い、これらの流量比を、Si H4 :NH3 :N2 =
1:1:18に制御して行なわれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の方
法で成膜された窒化シリコン膜を絶縁膜とする薄膜素子
は、50℃を越える比較的高い温度にさらされると、し
きい値電圧が大きくシフトしてしまう。
法で成膜された窒化シリコン膜を絶縁膜とする薄膜素子
は、50℃を越える比較的高い温度にさらされると、し
きい値電圧が大きくシフトしてしまう。
【0005】このため、従来の方法で成膜された窒化シ
リコン膜を用いる薄膜素子は、この薄膜素子を使用する
電子機器(例えば薄膜素子を能動素子とするアクティブ
マトリックス液晶表示装置等)の使用中の温度変化によ
って、動作特性が大きく変化してしまうという問題をも
っていた。
リコン膜を用いる薄膜素子は、この薄膜素子を使用する
電子機器(例えば薄膜素子を能動素子とするアクティブ
マトリックス液晶表示装置等)の使用中の温度変化によ
って、動作特性が大きく変化してしまうという問題をも
っていた。
【0006】本発明は、比較的高い温度でも薄膜素子の
しきい値電圧のシフト量を小さくしてその信頼性を向上
させるために、このような条件を満足する窒化シリコン
膜が得られる成膜方法を提供することを目的としたもの
である。
しきい値電圧のシフト量を小さくしてその信頼性を向上
させるために、このような条件を満足する窒化シリコン
膜が得られる成膜方法を提供することを目的としたもの
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマCV
D装置による窒化シリコン膜の成膜において、前記窒化
シリコン膜を成膜する基板温度を250゜Cとし、プロ
セスガスとしてモノシランとアンモニアと窒素のみを用
い、モノシランに対するアンモニアの流量比を2以上1
0以下、モノシランに対する窒素の流量比を13以上1
7以下に制御して成膜することを特徴とするものであ
る。
D装置による窒化シリコン膜の成膜において、前記窒化
シリコン膜を成膜する基板温度を250゜Cとし、プロ
セスガスとしてモノシランとアンモニアと窒素のみを用
い、モノシランに対するアンモニアの流量比を2以上1
0以下、モノシランに対する窒素の流量比を13以上1
7以下に制御して成膜することを特徴とするものであ
る。
【0008】
【作用】このようなガス流量比で窒化シリコン膜を成膜
すると、シリコン原子および窒素原子の未結合手に水素
原子(H)が結合し、未結合手が少なくなった窒化シリ
コンの膜が得られる。このため、この窒化シリコン膜を
絶縁膜とする薄膜素子は、温度が上昇したときに前記窒
化シリコンの未結合手にトラップされる電荷が少なく、
したがって、比較的高い温度にさらされても、しきい値
電圧のシフト量は小さい。
すると、シリコン原子および窒素原子の未結合手に水素
原子(H)が結合し、未結合手が少なくなった窒化シリ
コンの膜が得られる。このため、この窒化シリコン膜を
絶縁膜とする薄膜素子は、温度が上昇したときに前記窒
化シリコンの未結合手にトラップされる電荷が少なく、
したがって、比較的高い温度にさらされても、しきい値
電圧のシフト量は小さい。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【0010】この実施例では、プラズマCVD装置によ
り、モノシラン(Si H4 )とアンモニア(NH3 )と
窒素(N2 )をプロセスガスとして、次の成膜条件で窒
化シリコン膜を成膜した。
り、モノシラン(Si H4 )とアンモニア(NH3 )と
窒素(N2 )をプロセスガスとして、次の成膜条件で窒
化シリコン膜を成膜した。
【0011】成膜温度(窒化シリコン膜を成膜する基板
の温度);250℃ プロセスガス流量比;Si H4 :NH3 :N2 =1:1
0:13 圧力;0.5Torr RF周波数;13.56MHz RFパワー密度;84mW/cm2 上記成膜条件は、従来の成膜条件に対してプロセスガス
の流量比を変えたもので(従来はSi H4 :NH3 :N
2 =1:1:18)、このような成膜条件で窒化シリコ
ン膜を成膜すると、シリコン原子および窒素原子のそれ
ぞれの未結合手が少なくなった窒化シリコンの膜が得ら
れる。
の温度);250℃ プロセスガス流量比;Si H4 :NH3 :N2 =1:1
0:13 圧力;0.5Torr RF周波数;13.56MHz RFパワー密度;84mW/cm2 上記成膜条件は、従来の成膜条件に対してプロセスガス
の流量比を変えたもので(従来はSi H4 :NH3 :N
2 =1:1:18)、このような成膜条件で窒化シリコ
ン膜を成膜すると、シリコン原子および窒素原子のそれ
ぞれの未結合手が少なくなった窒化シリコンの膜が得ら
れる。
【0012】これは、プロセスガスの流量比を上記のよ
うにSi H4 :NH3 :N2 =1:10:13とする
と、プロセスガス中の水素原子量が多くなるため、シリ
コン原子および窒素原子の未結合手に水素原子(H)が
結合して、シリコン原子および窒素原子のそれぞれの未
結合手がなくなるためである。
うにSi H4 :NH3 :N2 =1:10:13とする
と、プロセスガス中の水素原子量が多くなるため、シリ
コン原子および窒素原子の未結合手に水素原子(H)が
結合して、シリコン原子および窒素原子のそれぞれの未
結合手がなくなるためである。
【0013】そして、窒化シリコン膜は、例えばa−S
i :H(水素化アモルファスシリコン)半導体を用いた
薄膜トランジスタのゲート絶縁膜等、各種薄膜素子の絶
縁膜に用いられるが、上記成膜条件で成膜した窒化シリ
コン膜を絶縁膜とする薄膜素子は、温度が上昇したとき
に前記窒化シリコンの未結合手にトラップされる電荷が
少なく、したがって、比較的高い温度にさらされても、
しきい値電圧のシフト量は小さい。
i :H(水素化アモルファスシリコン)半導体を用いた
薄膜トランジスタのゲート絶縁膜等、各種薄膜素子の絶
縁膜に用いられるが、上記成膜条件で成膜した窒化シリ
コン膜を絶縁膜とする薄膜素子は、温度が上昇したとき
に前記窒化シリコンの未結合手にトラップされる電荷が
少なく、したがって、比較的高い温度にさらされても、
しきい値電圧のシフト量は小さい。
【0014】この効果は、プロセスガス流量比を種々の
値に選んで窒化シリコン膜を成膜した複数の被検体を製
作し、これら被検体をBT処理(Bias Temperature t
reatment)して、各被検体のBT処理温度に対する容量
−電圧特性のしきい値電圧Vthのシフト量ΔVthを調べ
た結果からも確認された。
値に選んで窒化シリコン膜を成膜した複数の被検体を製
作し、これら被検体をBT処理(Bias Temperature t
reatment)して、各被検体のBT処理温度に対する容量
−電圧特性のしきい値電圧Vthのシフト量ΔVthを調べ
た結果からも確認された。
【0015】図2および図3は上記被検体を示してい
る。この被検体は、ガラス基板1の上に、下部電極2
と、窒化シリコン膜3と、a−Si :Hからなるi型半
導体層4およびn型半導体層5と、上部電極6とを積層
したもので、下部電極2上の各積層膜3,4,5,6の
一部には、下部電極2に電圧を印加するための開口7を
設けてある。なお、上記窒化シリコン膜3は、平行平板
型プラズマCVD装置によって400nmの膜厚に成膜
した。
る。この被検体は、ガラス基板1の上に、下部電極2
と、窒化シリコン膜3と、a−Si :Hからなるi型半
導体層4およびn型半導体層5と、上部電極6とを積層
したもので、下部電極2上の各積層膜3,4,5,6の
一部には、下部電極2に電圧を印加するための開口7を
設けてある。なお、上記窒化シリコン膜3は、平行平板
型プラズマCVD装置によって400nmの膜厚に成膜
した。
【0016】上記被検体のBT処理温度に対するしきい
値電圧のシフト量は、次のようにして求めた。
値電圧のシフト量は、次のようにして求めた。
【0017】まず、被検体を無バイアス状態で200℃
に約10分間加熱して初期化処理し、この被検体の容量
−電圧特性を測定した。次に、初期化処理した被検体を
所定のBT処理温度に加熱して下部電極2と上部電極6
との間にバイアス電圧を約10分間印加するBT処理を
行ない、BT処理後の容量−電圧特性を測定した。この
BT処理は、負のバイアス電圧を印加する−BT処理
と、正のバイアス電圧を印加する+BT処理との両方の
処理を行ない、両方のBT処理後の容量−電圧特性をそ
れぞれ測定した。
に約10分間加熱して初期化処理し、この被検体の容量
−電圧特性を測定した。次に、初期化処理した被検体を
所定のBT処理温度に加熱して下部電極2と上部電極6
との間にバイアス電圧を約10分間印加するBT処理を
行ない、BT処理後の容量−電圧特性を測定した。この
BT処理は、負のバイアス電圧を印加する−BT処理
と、正のバイアス電圧を印加する+BT処理との両方の
処理を行ない、両方のBT処理後の容量−電圧特性をそ
れぞれ測定した。
【0018】なお、ここでは、BT処理温度を80℃と
し、また、上記−BT処理は、下部電極2に上部電極6
に対して−0.875MV/cmの電界を印加して行な
い、+BT処理は、下部電極2に上部電極6に対して+
0.875MV/cmの電界を印加して行なった。
し、また、上記−BT処理は、下部電極2に上部電極6
に対して−0.875MV/cmの電界を印加して行な
い、+BT処理は、下部電極2に上部電極6に対して+
0.875MV/cmの電界を印加して行なった。
【0019】次に、上記被検体の初期化処理後の容量−
電圧特性(以下初期特性という)と、−BT処理後およ
び+BT処理後の容量−電圧特性とから、初期特性に対
する−BT処理後のしきい値電圧のシフト量と、上記初
期特性に対する+BT処理後のしきい値電圧のシフト量
とを求め、これらシフト量から、BT処理温度に対する
しきい値電圧(Vth)のシフト量ΔVthを算出した。
電圧特性(以下初期特性という)と、−BT処理後およ
び+BT処理後の容量−電圧特性とから、初期特性に対
する−BT処理後のしきい値電圧のシフト量と、上記初
期特性に対する+BT処理後のしきい値電圧のシフト量
とを求め、これらシフト量から、BT処理温度に対する
しきい値電圧(Vth)のシフト量ΔVthを算出した。
【0020】なお、上記被検体のBT処理温度に対する
しきい値電圧のシフト量ΔVthは、上記−BT処理を行
なったときのシフト量ΔVth(-) と、+BT処理を行な
ったときのシフト量ΔVth(+) との和であり、ΔVth=
ΔVth(-) +ΔVth(+) として求められる。
しきい値電圧のシフト量ΔVthは、上記−BT処理を行
なったときのシフト量ΔVth(-) と、+BT処理を行な
ったときのシフト量ΔVth(+) との和であり、ΔVth=
ΔVth(-) +ΔVth(+) として求められる。
【0021】図1は、上記のようにして各被検体のしき
い値電圧シフト量ΔVthを調べ、それに基づいて、窒化
シリコン膜を成膜する際のプロセスガス流量比と、上記
被検体のしきい値電圧シフト量ΔVthとの関係を求めた
結果を示しており、図1(a)は、Si H4 に対するN
2 の流量比(N2 /Si H4 )は一定(N2 /Si H4
=13またはN2 /Si H4 =17)とし、Si H4 に
対するNH3 の流量比(NH3 /Si H4 )を変化させ
たときのしきい値電圧シフト量ΔVthの変化を示してい
る。
い値電圧シフト量ΔVthを調べ、それに基づいて、窒化
シリコン膜を成膜する際のプロセスガス流量比と、上記
被検体のしきい値電圧シフト量ΔVthとの関係を求めた
結果を示しており、図1(a)は、Si H4 に対するN
2 の流量比(N2 /Si H4 )は一定(N2 /Si H4
=13またはN2 /Si H4 =17)とし、Si H4 に
対するNH3 の流量比(NH3 /Si H4 )を変化させ
たときのしきい値電圧シフト量ΔVthの変化を示してい
る。
【0022】また、図1(b)は、Si H4 に対するN
H3 の流量比(NH3 /Si H4 )は一定(NH3 /S
i H4 =2またはNH3 /Si H4 =10)とし、Si
H4 に対するN2 の流量比(N2 /Si H4 )を変化さ
せたときのしきい値電圧シフト量ΔVthの変化を示して
いる。
H3 の流量比(NH3 /Si H4 )は一定(NH3 /S
i H4 =2またはNH3 /Si H4 =10)とし、Si
H4 に対するN2 の流量比(N2 /Si H4 )を変化さ
せたときのしきい値電圧シフト量ΔVthの変化を示して
いる。
【0023】図1(a)から分かるように、N2 /Si
H4 =13〜17の範囲では、SiH4 に対するNH3
の流量比(NH3 /Si H4 )が2以上であれば、上記
被検体のしきい値電圧シフト量ΔVthは10V以下であ
り、NH3 の流量比を大きくするほど上記しきい値電圧
シフト量ΔVthが小さくなる。ただし、NH3 /SiH
4 の値を15以上にすると、成膜された窒化シリコン膜
の膜質が脆弱になってしまう。したがって、窒化シリコ
ン膜の膜質およびその均一性を考慮すると、NH3 /S
i H4 の値は10以下が望ましい。
H4 =13〜17の範囲では、SiH4 に対するNH3
の流量比(NH3 /Si H4 )が2以上であれば、上記
被検体のしきい値電圧シフト量ΔVthは10V以下であ
り、NH3 の流量比を大きくするほど上記しきい値電圧
シフト量ΔVthが小さくなる。ただし、NH3 /SiH
4 の値を15以上にすると、成膜された窒化シリコン膜
の膜質が脆弱になってしまう。したがって、窒化シリコ
ン膜の膜質およびその均一性を考慮すると、NH3 /S
i H4 の値は10以下が望ましい。
【0024】また、図1(b)から分かるように、NH
3 /Si H4 =2〜10の範囲では、Si H4 に対する
N2 の流量比(N2 /Si H4 )が13〜17の範囲で
あれば、上記被検体のしきい値電圧シフト量ΔVthは1
0V以下であり、N2 /SiH4 の値が13より小さい
か、あるいは17を越えると、上記しきい値電圧シフト
量ΔVthは急激に大きくなる。
3 /Si H4 =2〜10の範囲では、Si H4 に対する
N2 の流量比(N2 /Si H4 )が13〜17の範囲で
あれば、上記被検体のしきい値電圧シフト量ΔVthは1
0V以下であり、N2 /SiH4 の値が13より小さい
か、あるいは17を越えると、上記しきい値電圧シフト
量ΔVthは急激に大きくなる。
【0025】したがって、SiH4 に対するNH3 の流
量比(NH3 /SiH4 )が2以上10以下で、かつS
iH4 に対するN2 の流量比(N2 /SiH4 )が13
以上17以下のプロセスガス流量比で窒化シリコン膜を
成膜すれば、窒化シリコン膜を絶縁膜とする薄膜素子の
しきい値電圧シフト量ΔVthを10V以下に抑えること
ができる。
量比(NH3 /SiH4 )が2以上10以下で、かつS
iH4 に対するN2 の流量比(N2 /SiH4 )が13
以上17以下のプロセスガス流量比で窒化シリコン膜を
成膜すれば、窒化シリコン膜を絶縁膜とする薄膜素子の
しきい値電圧シフト量ΔVthを10V以下に抑えること
ができる。
【0026】そして、上記実施例では、プロセスガス流
量比をSi H4 :NH3 :N2 =1:10:13(NH
3 /Si H4 =10,N2 /Si H4 =13)としてお
り、この実施例の成膜条件で窒化シリコン膜を成膜した
被検体のしきい値電圧シフト量ΔVthは、図1(a),
(b)からも分かるように80℃でBT処理した場合で
も約5と極く小さいから、上記実施例の成膜条件で窒化
シリコン膜を成膜すれば、比較的高い温度にさらされて
もしきい値電圧のシフト量が小さい、信頼性の高い薄膜
素子を得ることができる。
量比をSi H4 :NH3 :N2 =1:10:13(NH
3 /Si H4 =10,N2 /Si H4 =13)としてお
り、この実施例の成膜条件で窒化シリコン膜を成膜した
被検体のしきい値電圧シフト量ΔVthは、図1(a),
(b)からも分かるように80℃でBT処理した場合で
も約5と極く小さいから、上記実施例の成膜条件で窒化
シリコン膜を成膜すれば、比較的高い温度にさらされて
もしきい値電圧のシフト量が小さい、信頼性の高い薄膜
素子を得ることができる。
【0027】なお、従来のプロセスガス流量比(Si H
4 :NH3 :N2 =1:1:18)で窒化シリコン膜を
成膜した被検体のしきい値電圧シフト量ΔVthは、80
℃でBT処理した場合で約20V以上と非常に大きく、
したがって、上記実施例の成膜条件で窒化シリコン膜を
成膜した薄膜素子のしきい値電圧シフト量ΔVthは、従
来の成膜方法で窒化シリコン膜を成膜した薄膜素子に比
べて格段に小さい。
4 :NH3 :N2 =1:1:18)で窒化シリコン膜を
成膜した被検体のしきい値電圧シフト量ΔVthは、80
℃でBT処理した場合で約20V以上と非常に大きく、
したがって、上記実施例の成膜条件で窒化シリコン膜を
成膜した薄膜素子のしきい値電圧シフト量ΔVthは、従
来の成膜方法で窒化シリコン膜を成膜した薄膜素子に比
べて格段に小さい。
【0028】なお、上記実施例では、プロセスガス流量
比をSiH4 :NH3 :N2 =1:10:13とした
が、プロセスガス流量比は、SiH4 に対するNH3 の
流量比(NH3 /SiH4 )が2以上10以下で、か
つ、SiH4 に対するN2 の流量比(N3 /SiH4 )
が13以上17以下であればよく、この範囲であれば、
薄膜素子のしきい値電圧シフト量ΔVthを、従来の成膜
方法で窒化シリコン膜を成膜した薄膜素子の1/2以下
に小さくすることができる。
比をSiH4 :NH3 :N2 =1:10:13とした
が、プロセスガス流量比は、SiH4 に対するNH3 の
流量比(NH3 /SiH4 )が2以上10以下で、か
つ、SiH4 に対するN2 の流量比(N3 /SiH4 )
が13以上17以下であればよく、この範囲であれば、
薄膜素子のしきい値電圧シフト量ΔVthを、従来の成膜
方法で窒化シリコン膜を成膜した薄膜素子の1/2以下
に小さくすることができる。
【0029】
【発明の効果】本発明の成膜方法によれば、シリコン原
子および窒素原子のそれぞれの未結合手が少なくなった
窒化シリコンの膜が得られるため、比較的高い温度にさ
らされてもしきい値電圧のシフト量が小さい、信頼性の
高い薄膜素子を得ることができる。
子および窒素原子のそれぞれの未結合手が少なくなった
窒化シリコンの膜が得られるため、比較的高い温度にさ
らされてもしきい値電圧のシフト量が小さい、信頼性の
高い薄膜素子を得ることができる。
【図1】NH3 /Si H4 流量比およびN2 /Si H4
流量比としきい値電圧シフト量との関係を示す図。
流量比としきい値電圧シフト量との関係を示す図。
【図2】BT処理温度に対するしきい値電圧シフト量を
調べるのに用いた被検体の平面図。
調べるのに用いた被検体の平面図。
【図3】図2の III−III 線に沿う断面図。
1…ガラス基板、2…下部電極、3…窒化シリコン膜、
4…i型半導体層、5…n型半導体層、6…上部電極、
7…開口。
4…i型半導体層、5…n型半導体層、6…上部電極、
7…開口。
Claims (1)
- 【請求項1】プラズマCVD装置による窒化シリコン膜
の成膜において、前記窒化シリコン膜を成膜する基板温
度を250゜Cとし、プロセスガスとしてモノシランと
アンモニアと窒素のみを用い、モノシランに対するアン
モニアの流量比を2以上10以下、モノシランに対する
窒素の流量比を13以上17以下に制御して成膜するこ
とを特徴とする窒化シリコン膜の成膜方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35563691A JP3245779B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 窒化シリコン膜の成膜方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35563691A JP3245779B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 窒化シリコン膜の成膜方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05171443A JPH05171443A (ja) | 1993-07-09 |
JP3245779B2 true JP3245779B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=18444992
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35563691A Expired - Fee Related JP3245779B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 窒化シリコン膜の成膜方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3245779B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20040082157A1 (en) | 2002-10-23 | 2004-04-29 | Osamu Kato | Method for fabricating a gate mask of a semiconductor device |
DE102010028581A1 (de) * | 2010-05-05 | 2011-11-10 | Robert Bosch Gmbh | Exzenterlager |
-
1991
- 1991-12-24 JP JP35563691A patent/JP3245779B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05171443A (ja) | 1993-07-09 |
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