JPH01149476A - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
薄膜トランジスタの製造方法Info
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- JPH01149476A JPH01149476A JP30902187A JP30902187A JPH01149476A JP H01149476 A JPH01149476 A JP H01149476A JP 30902187 A JP30902187 A JP 30902187A JP 30902187 A JP30902187 A JP 30902187A JP H01149476 A JPH01149476 A JP H01149476A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、ゲート酸化膜に起因する薄膜トランジスタ特
性の不安定性が改良される薄膜トランジスタの製造方法
に関するものである。
性の不安定性が改良される薄膜トランジスタの製造方法
に関するものである。
従来の技術
半導体薄膜の一方の面上に形成した絶縁体層を介して前
記半導体薄膜に電圧を印加することにより、前記半導体
薄膜の電気伝導度を変調する薄膜トランジスタは、製造
プロセスが容易なこと、大面積化が可能なことなどの理
由により液晶やエレクトロルミネセンス素子を用いた表
示装置の駆動素子として近年、その研究開発が促進され
ている。このような薄膜トランジスタにおいて、最も重
要な点は、素子特性の変動がな（長時間にわたって安定
に動作することである。
記半導体薄膜に電圧を印加することにより、前記半導体
薄膜の電気伝導度を変調する薄膜トランジスタは、製造
プロセスが容易なこと、大面積化が可能なことなどの理
由により液晶やエレクトロルミネセンス素子を用いた表
示装置の駆動素子として近年、その研究開発が促進され
ている。このような薄膜トランジスタにおいて、最も重
要な点は、素子特性の変動がな（長時間にわたって安定
に動作することである。
薄膜トランジスタ特性の経時変化の原因としては、半導
体薄膜中あるいは半導体薄膜と絶縁体層との界面あるい
は絶縁体層中に生じた電子トラップによると考えられて
いる。この内、絶縁体層に生じた電子トラップは他の電
子トラップに比べてその数が多く、薄膜トランジスタ特
性のゆっくりとした経時変化の主たる要因であることが
例えばアプライド フィジックス（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ）誌２３巻、３２７頁〜３３１頁（１９
８０年）に詳しく報ぜられている。
体薄膜中あるいは半導体薄膜と絶縁体層との界面あるい
は絶縁体層中に生じた電子トラップによると考えられて
いる。この内、絶縁体層に生じた電子トラップは他の電
子トラップに比べてその数が多く、薄膜トランジスタ特
性のゆっくりとした経時変化の主たる要因であることが
例えばアプライド フィジックス（Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ）誌２３巻、３２７頁〜３３１頁（１９
８０年）に詳しく報ぜられている。
従来の方法の中で、比較的良好な絶縁体層の製造方法（
特開昭６ｌ−１６８９６２）として、絶縁体層が酸化膜
例えばＡｌ２Ｏ３の場合には、前記絶縁体層表面に十分
な酸素ガスを供給しつつイオンビームによりＡＩもしく
はＡ１２０Ｇをスパッタする方法がある。この方法によ
れば、その他の方法と比べ比較的酸素欠陥の少ない、す
なわち電子トラップの少ない酸化膜が形成される。しか
し、まだ薄膜トランジスタの長時間にわたる安定動作と
いう点では不十分であった。
特開昭６ｌ−１６８９６２）として、絶縁体層が酸化膜
例えばＡｌ２Ｏ３の場合には、前記絶縁体層表面に十分
な酸素ガスを供給しつつイオンビームによりＡＩもしく
はＡ１２０Ｇをスパッタする方法がある。この方法によ
れば、その他の方法と比べ比較的酸素欠陥の少ない、す
なわち電子トラップの少ない酸化膜が形成される。しか
し、まだ薄膜トランジスタの長時間にわたる安定動作と
いう点では不十分であった。
発明が解決しようとする問題点
絶縁体層内部に電子トラップが多く存在したり、絶縁体
層の誘電損失が大きいと、半導体薄膜と絶縁体層との界
面に形成されたチャネル中を移動する電子が絶縁体層中
に引き込まれ、トラップに捕獲されてチャネル中の電子
の流れが不安定になったり、実効的なゲート電圧が変化
しドレイン電流が変動したりする。本発明の目的は、安
定な薄膜トランジスタ特性を有する素子を実現するため
、組成として化学量論的組成を有し、電子トラップとな
る欠陥が少なく低誘電損失の薄膜を絶縁体層に用いた薄
膜トランジスタを再現性よく製造する方法を提供するこ
とである。
層の誘電損失が大きいと、半導体薄膜と絶縁体層との界
面に形成されたチャネル中を移動する電子が絶縁体層中
に引き込まれ、トラップに捕獲されてチャネル中の電子
の流れが不安定になったり、実効的なゲート電圧が変化
しドレイン電流が変動したりする。本発明の目的は、安
定な薄膜トランジスタ特性を有する素子を実現するため
、組成として化学量論的組成を有し、電子トラップとな
る欠陥が少なく低誘電損失の薄膜を絶縁体層に用いた薄
膜トランジスタを再現性よく製造する方法を提供するこ
とである。
問題点を解決するための手段
ソース及びドレイン電極を具備した半導体層とゲート電
極との間に介在するゲート絶縁体層を有する薄膜トラン
ジスタの製造方法において、前記ゲート絶縁体層を形成
する工程を、そのゲート絶縁体層を形成すべき基板表面
にガスおよび紫外光を照射しつつ、イオンビームで絶縁
体もしくは絶縁体を構成する金属あるいは半導体をスパ
ッタすることにより行う。
極との間に介在するゲート絶縁体層を有する薄膜トラン
ジスタの製造方法において、前記ゲート絶縁体層を形成
する工程を、そのゲート絶縁体層を形成すべき基板表面
にガスおよび紫外光を照射しつつ、イオンビームで絶縁
体もしくは絶縁体を構成する金属あるいは半導体をスパ
ッタすることにより行う。
作用
酸素分子（０２）は、波長が１３０ｎｍ−１７０ｎｍの
紫外光を吸収して、金属や半導体原子との反応性が極め
て高い酸素原子ラジカル（０）となる。これらの酸素原
子ラジカルは酸素分子と再結合することによってオゾン
（０３）となる。オゾンは波長が２００ｎｍ〜３００ｎ
ｍの紫外光を吸収して、酸素原子ラジカルを再び生成す
る。このように、波長が１０００ｍ〜３００ｎｍの紫外
光を酸素ガスに照射することにより、その反応活性度を
極めて高くする事ができる。本発明の製造方法によれば
、絶縁体層が酸化膜、例えばＡｌ２Ｏ３の場合には、ゲ
ート電極を形成した基板表面に酸素ガスおよび紫外光を
照射して、基板表面近傍に反応活性度の極めて高い酸素
ガスを十分に供給しつつイオンビームによりＡＩもしく
はＡ１２０Ｇをスパッタするため、基板表面には従来の
方法と比べてはるかに組成として化学量論的組成に近（
酸素欠陥の少ない、すなわち電子トラップの少ないゲー
ト酸化膜が形成される。
紫外光を吸収して、金属や半導体原子との反応性が極め
て高い酸素原子ラジカル（０）となる。これらの酸素原
子ラジカルは酸素分子と再結合することによってオゾン
（０３）となる。オゾンは波長が２００ｎｍ〜３００ｎ
ｍの紫外光を吸収して、酸素原子ラジカルを再び生成す
る。このように、波長が１０００ｍ〜３００ｎｍの紫外
光を酸素ガスに照射することにより、その反応活性度を
極めて高くする事ができる。本発明の製造方法によれば
、絶縁体層が酸化膜、例えばＡｌ２Ｏ３の場合には、ゲ
ート電極を形成した基板表面に酸素ガスおよび紫外光を
照射して、基板表面近傍に反応活性度の極めて高い酸素
ガスを十分に供給しつつイオンビームによりＡＩもしく
はＡ１２０Ｇをスパッタするため、基板表面には従来の
方法と比べてはるかに組成として化学量論的組成に近（
酸素欠陥の少ない、すなわち電子トラップの少ないゲー
ト酸化膜が形成される。
以上に述べた作用により本発明の製造方法による薄膜ト
ランジスタの経時変化特性は従来方法に比べて大幅に改
善されるわけである。
ランジスタの経時変化特性は従来方法に比べて大幅に改
善されるわけである。
実施例
以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する
。
。
第１図は本発明の薄膜トランジスタの製造方法の一実施
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
まずはじめに第１図Ａに示すように、ガラス等の絶縁性
基板１上に、５００Ａ程度の膜厚を有するＡＩからなる
ゲート電極２を例えば真空蒸着法やホトリソグラフィ技
術を用いて所定の形状に作成する。
基板１上に、５００Ａ程度の膜厚を有するＡＩからなる
ゲート電極２を例えば真空蒸着法やホトリソグラフィ技
術を用いて所定の形状に作成する。
次に第１図Ｂに示すように、前記ゲート電極２を含む前
記絶縁性基板１上に例えばＡｌ２０ＣＩで構成した１０
０ＯＡ程度の膜厚を有するゲート絶縁体膜３をイオンビ
ームスパッタ法により形成する。
記絶縁性基板１上に例えばＡｌ２０ＣＩで構成した１０
０ＯＡ程度の膜厚を有するゲート絶縁体膜３をイオンビ
ームスパッタ法により形成する。
次に第１図Ｃに示すように、前記ゲート絶縁体膜３上に
周知のホトリソグラフィ技術を用いて所定の形状の半導
体層４、例えば１０００ Ａ程度の膜厚を有するＣｄＳ
ｅ層、を例えば真空蒸着法を用いて形成する。続いて前
記半導体ｗ７Ｊ４を含む領域に１０００Ａ程度の膜厚を
有するＡＩからなるソース及びドレイン電極５．６を例
えば真空蒸着法やホトリソグラフィ技術を用いて所定の
形状に作成する。
周知のホトリソグラフィ技術を用いて所定の形状の半導
体層４、例えば１０００ Ａ程度の膜厚を有するＣｄＳ
ｅ層、を例えば真空蒸着法を用いて形成する。続いて前
記半導体ｗ７Ｊ４を含む領域に１０００Ａ程度の膜厚を
有するＡＩからなるソース及びドレイン電極５．６を例
えば真空蒸着法やホトリソグラフィ技術を用いて所定の
形状に作成する。
前記第１のゲート絶縁体膜３を作製するには、第２図に
示すように１Ｏ−４〜ｌｏ’Ｔｏｒｒの真空雰囲気中で
イオンビーム装置２１によりＡｒ＋またはＯ＋またはこ
れらのイオンの混合されたビームをスパッタターゲット
２２、例えばＡＩ、もしくはＡｌ２０Ｇに、例えばビー
ム電圧が５００Ｖ、ビーム電流が２００ｍ Ａの条件で
照射して前記ターゲット２２よりＡｔもしくはＡ１酸化
物をスパッタする。さらに酸素ガス導入口２３、紫外光
源２４により、前記基板１の表面に、酸素ガスおよび紫
外光を照射する。前記被スパツタ粒子が前記基板１に付
着し絶縁体膜３を形成する際に、紫外光を吸収して反応
活性度が高められた酸素ガスとの反応により十分な酸素
が供給されるため、組成として化学量論的組成に近（膜
中の酸素欠陥が非常に少ない緻密な絶縁体膜が得られる
わけである。
示すように１Ｏ−４〜ｌｏ’Ｔｏｒｒの真空雰囲気中で
イオンビーム装置２１によりＡｒ＋またはＯ＋またはこ
れらのイオンの混合されたビームをスパッタターゲット
２２、例えばＡＩ、もしくはＡｌ２０Ｇに、例えばビー
ム電圧が５００Ｖ、ビーム電流が２００ｍ Ａの条件で
照射して前記ターゲット２２よりＡｔもしくはＡ１酸化
物をスパッタする。さらに酸素ガス導入口２３、紫外光
源２４により、前記基板１の表面に、酸素ガスおよび紫
外光を照射する。前記被スパツタ粒子が前記基板１に付
着し絶縁体膜３を形成する際に、紫外光を吸収して反応
活性度が高められた酸素ガスとの反応により十分な酸素
が供給されるため、組成として化学量論的組成に近（膜
中の酸素欠陥が非常に少ない緻密な絶縁体膜が得られる
わけである。
尚、上記実施例においては、ゲート絶縁体膜として酸化
膜を形成する場合について述べたが、窒化膜の場合でも
同様である。すなわち窒化膜例えばＳｉ ３ Ｎ ４
Ｑｇの場合には、イオンビーム装置２１によりＡｒ＋ま
たはＮ＋またはこれらのイオンの混合されたビームをス
パッタターゲット２２、例えばＳｉもしくはＳｉ３Ｎ４
、に例えばビーム電圧が５ｏｏｖ、ビーム電流が５０ｍ
Ａの条件で照射して前記ターゲット２２よりＳｉもし
くはＳｉ酸化物をスパッタしつつ前記基板１の表面に、
窒素ガスおよび紫外光を照射する。この時、窒素に５％
程度の水素を添加したガスを用いる方が、より完全な窒
化膜を作製しやすい事もある。
膜を形成する場合について述べたが、窒化膜の場合でも
同様である。すなわち窒化膜例えばＳｉ ３ Ｎ ４
Ｑｇの場合には、イオンビーム装置２１によりＡｒ＋ま
たはＮ＋またはこれらのイオンの混合されたビームをス
パッタターゲット２２、例えばＳｉもしくはＳｉ３Ｎ４
、に例えばビーム電圧が５ｏｏｖ、ビーム電流が５０ｍ
Ａの条件で照射して前記ターゲット２２よりＳｉもし
くはＳｉ酸化物をスパッタしつつ前記基板１の表面に、
窒素ガスおよび紫外光を照射する。この時、窒素に５％
程度の水素を添加したガスを用いる方が、より完全な窒
化膜を作製しやすい事もある。
第３図は各々、１２００八程度の膜厚を有するＳｉＯ２
膜について、赤外吸収を測定した結果である。
膜について、赤外吸収を測定した結果である。
ＳｉＯ２膜の酸素欠陥が少ないほど赤外吸収のピークを
示す波数は太き（なる。例えば、ＳｉＯでは約１００１
００Ｏ看、５ｉｚ０３では約１０４０ ｃｍ −’ 、
Ｓ ｉ酸化膜として、最も酸素欠陥が少なく優れた性質
を示すとされている熱酸化ＳｉＯ２では約１０８７ｃｍ
−’に各々、赤外吸収のピークを有する。従来の紫外光
を照射しないイオンビームスパッタ法で作製したＳｉＯ
２では赤外吸収のピークは約１０６０ｃｍ’であるのに
対して、本発明の紫外光照射イオンビームスパッタ法作
製したＳｉＯ２では赤外吸収のピークは約１０６０ｃｍ
’に改善され、熱酸化ＳｉＯ２に近いレベルの優れた
膜になっている事がわかる。
示す波数は太き（なる。例えば、ＳｉＯでは約１００１
００Ｏ看、５ｉｚ０３では約１０４０ ｃｍ −’ 、
Ｓ ｉ酸化膜として、最も酸素欠陥が少なく優れた性質
を示すとされている熱酸化ＳｉＯ２では約１０８７ｃｍ
−’に各々、赤外吸収のピークを有する。従来の紫外光
を照射しないイオンビームスパッタ法で作製したＳｉＯ
２では赤外吸収のピークは約１０６０ｃｍ’であるのに
対して、本発明の紫外光照射イオンビームスパッタ法作
製したＳｉＯ２では赤外吸収のピークは約１０６０ｃｍ
’に改善され、熱酸化ＳｉＯ２に近いレベルの優れた
膜になっている事がわかる。
第４図は１２０ＯＡ程度の膜厚を有するＡ１２０Ｇ膜を
ゲート酸化膜とし、１０００ Ａ程度の膜厚を有するＣ
ｄＳｅを半導体層とする薄膜トランジスタに関して、Ａ
１２０Ｇ膜を本発明の紫外光照射イオンビームスパッタ
法と従来の紫外光を照射しないイオンビームスパッタ法
とで作製した２種類の薄膜トランジスタのドレイン電流
（Ｉｄ）の経時変化を示したものである。ゲート電圧、
ドレイン電圧をともにＩＯＶとし、測定開始時のドレイ
ン電流をＩｄｏとしている。第３図中、実線で示した本
発明の製造方法で作製した薄膜トランジスタの方が、Ｉ
ｄ／Ｉｄｏ の経時変化が小さいことが明らかである
。これは薄膜トランジスタのドレイン電流の長期間にわ
たるゆっくりした経時変化の主たる要因である酸化膜中
の電子トラップが非常に少ないことを意味している。
ゲート酸化膜とし、１０００ Ａ程度の膜厚を有するＣ
ｄＳｅを半導体層とする薄膜トランジスタに関して、Ａ
１２０Ｇ膜を本発明の紫外光照射イオンビームスパッタ
法と従来の紫外光を照射しないイオンビームスパッタ法
とで作製した２種類の薄膜トランジスタのドレイン電流
（Ｉｄ）の経時変化を示したものである。ゲート電圧、
ドレイン電圧をともにＩＯＶとし、測定開始時のドレイ
ン電流をＩｄｏとしている。第３図中、実線で示した本
発明の製造方法で作製した薄膜トランジスタの方が、Ｉ
ｄ／Ｉｄｏ の経時変化が小さいことが明らかである
。これは薄膜トランジスタのドレイン電流の長期間にわ
たるゆっくりした経時変化の主たる要因である酸化膜中
の電子トラップが非常に少ないことを意味している。
発明の効果
本発明の薄膜トランジスタの製造方法によれば、絶縁体
層中の電子トラップが非常に少ないゲート酸化膜を容易
に形成できるため、薄膜トランジスタの電気特性や安定
性を大きく改善することができ、各種表示装置やライン
センサの駆動等に広く利用できる。
層中の電子トラップが非常に少ないゲート酸化膜を容易
に形成できるため、薄膜トランジスタの電気特性や安定
性を大きく改善することができ、各種表示装置やライン
センサの駆動等に広く利用できる。
第１図は本発明の一実施例における薄膜トランジスタの
製造方法を示す断面図、第２図は本発明のイオンビーム
スパッタ法を示す断面図、第３図は５ｉＯｚ膜の膜質の
違いを示す図、第４図は薄膜トランジスタ特性の経時変
化を示す図である。 ■・・・・・絶縁性基板、２・・・・・ゲート電極、３
・・・・・ゲート絶縁体層、４・・・・・半導体層、５
．６・・・・・ソース及びドレイン電極、２１・・・・
・イオンビーム装置、２２・・・・・イオンビームスパ
ッタターゲット。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第 １ 口 １２図 第３図 遺 ｇＩＣ（ＣｕＪ−リ 第４図 ｉｔ眸Ｆｉｌ’ｌ Ｃｈｒｓ）
製造方法を示す断面図、第２図は本発明のイオンビーム
スパッタ法を示す断面図、第３図は５ｉＯｚ膜の膜質の
違いを示す図、第４図は薄膜トランジスタ特性の経時変
化を示す図である。 ■・・・・・絶縁性基板、２・・・・・ゲート電極、３
・・・・・ゲート絶縁体層、４・・・・・半導体層、５
．６・・・・・ソース及びドレイン電極、２１・・・・
・イオンビーム装置、２２・・・・・イオンビームスパ
ッタターゲット。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第 １ 口 １２図 第３図 遺 ｇＩＣ（ＣｕＪ−リ 第４図 ｉｔ眸Ｆｉｌ’ｌ Ｃｈｒｓ）
Claims (3)
- （１）ソース及びドレイン電極を具備した半導体層とゲ
ート電極との間にゲート絶縁体層を介在させた薄膜トラ
ンジスタの製造方法において、前記ゲート絶縁体層を形
成する工程が、そのゲート絶縁体層を形成すべき基板表
面にガスおよび紫外光を照射しつつ、イオンビームで絶
縁体もしくは絶縁体を構成する金属あるいは半導体をス
パッタすることにより行われることを特徴とする薄膜ト
ランジスタの製造方法。 - （２）ガスが酸素であり、形成される絶縁体層が酸化膜
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄
膜トランジスタの製造方法。 - （３）紫外光として、少なくとも１３０ｎｍ以上で３０
０ｎｍ以下の波長の光を含む事を特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項記載の薄膜トランジスタの製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30902187A JPH01149476A (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30902187A JPH01149476A (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01149476A true JPH01149476A (ja) | 1989-06-12 |
Family
ID=17987924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30902187A Pending JPH01149476A (ja) | 1987-12-07 | 1987-12-07 | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01149476A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03231472A (ja) * | 1990-02-06 | 1991-10-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 薄膜トランジスタの作製方法 |
| US6586346B1 (en) | 1990-02-06 | 2003-07-01 | Semiconductor Energy Lab | Method of forming an oxide film |
-
1987
- 1987-12-07 JP JP30902187A patent/JPH01149476A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03231472A (ja) * | 1990-02-06 | 1991-10-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 薄膜トランジスタの作製方法 |
| US6586346B1 (en) | 1990-02-06 | 2003-07-01 | Semiconductor Energy Lab | Method of forming an oxide film |
| US6960812B2 (en) | 1990-02-06 | 2005-11-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of forming an oxide film |
| US7301211B2 (en) | 1990-02-06 | 2007-11-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co. Ltd. | Method of forming an oxide film |
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