JPH02244676A - 薄膜トランジスタ - Google Patents
薄膜トランジスタInfo
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- JPH02244676A JPH02244676A JP6656789A JP6656789A JPH02244676A JP H02244676 A JPH02244676 A JP H02244676A JP 6656789 A JP6656789 A JP 6656789A JP 6656789 A JP6656789 A JP 6656789A JP H02244676 A JPH02244676 A JP H02244676A
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Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
アモルファスシリコン層を動作半導体層とする薄膜トラ
ンジスタのゲート絶縁膜の構成に関し、二層にしたこと
によるピンホール低減効果を失うことなく、絶縁膜内の
電荷トラップを制御可能として、素子特性と電圧ストレ
スに対する安定性を向上し得るゲート絶縁膜の構成を提
供することを目的とし、 動作半導体層の対向する二つの主面の一方の側に窒化シ
リコン膜からなるゲート絶縁膜を介してゲート電極を、
他方の側にソース・ドレイン電極を配設した薄膜トラン
ジスタの構成において、前記窒化シリコン膜のエネルギ
・バンドギャップが、前記ゲート電極との界面側より前
記動作半導体層との界面側の方が大きい構成とする。
ンジスタのゲート絶縁膜の構成に関し、二層にしたこと
によるピンホール低減効果を失うことなく、絶縁膜内の
電荷トラップを制御可能として、素子特性と電圧ストレ
スに対する安定性を向上し得るゲート絶縁膜の構成を提
供することを目的とし、 動作半導体層の対向する二つの主面の一方の側に窒化シ
リコン膜からなるゲート絶縁膜を介してゲート電極を、
他方の側にソース・ドレイン電極を配設した薄膜トラン
ジスタの構成において、前記窒化シリコン膜のエネルギ
・バンドギャップが、前記ゲート電極との界面側より前
記動作半導体層との界面側の方が大きい構成とする。
本発明は、アモルファスシリコン薄膜トランジスタのゲ
ート絶縁膜の構成に関する。
ート絶縁膜の構成に関する。
薄膜トランジスタを液晶セルの駆動に用いる薄膜トラン
ジスタマトリクス型の液晶表示装置は、フラットで低消
費電力、且つフルカラー表示が可能等の利点を有するこ
とから、ボケッ)TVや各種OA機器の表示装置として
、各方面で開発が進められている。
ジスタマトリクス型の液晶表示装置は、フラットで低消
費電力、且つフルカラー表示が可能等の利点を有するこ
とから、ボケッ)TVや各種OA機器の表示装置として
、各方面で開発が進められている。
この薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の主な課題
は、製造歩留りを向上させること、及び裂朋使用による
特性変化を抑制することにある。
は、製造歩留りを向上させること、及び裂朋使用による
特性変化を抑制することにある。
製造歩留りの向上の手段としては、ゲート絶縁膜を酸化
タンタル(TaOつ)膜と窒化シリコン(SiN)膜、
或いは酸化シリコン(S t Oz )膜と窒化シリコ
ン膜とを二層化し、た構成が試みられている。しかし上
記構成とした場合には、薄膜トランジスタ(TPT)の
素子特性が、ゲート電極側に配設するTagX膜や5i
Oz膜の特性によって大きく影響され、且つ二層絶縁膜
間に新たに電荷トラップ等の欠陥が形成され、電圧スト
レスにより敏感に変化する。そのため、T a Oy<
膜やSiO□膜の成膜条件を厳しく最適化することが必
要となる。
タンタル(TaOつ)膜と窒化シリコン(SiN)膜、
或いは酸化シリコン(S t Oz )膜と窒化シリコ
ン膜とを二層化し、た構成が試みられている。しかし上
記構成とした場合には、薄膜トランジスタ(TPT)の
素子特性が、ゲート電極側に配設するTagX膜や5i
Oz膜の特性によって大きく影響され、且つ二層絶縁膜
間に新たに電荷トラップ等の欠陥が形成され、電圧スト
レスにより敏感に変化する。そのため、T a Oy<
膜やSiO□膜の成膜条件を厳しく最適化することが必
要となる。
〔発明が解決しようとする課題]
しかし、Tag、やsio、を用いてゲート絶縁膜を二
層構造とした場合、二層にしたことによるピンホールの
低減効果は認められるものの、所望の素子特性および電
圧ストレスる対する安定性が得られないという問題があ
る。
層構造とした場合、二層にしたことによるピンホールの
低減効果は認められるものの、所望の素子特性および電
圧ストレスる対する安定性が得られないという問題があ
る。
本発明は、二層にしたことによるピンホール低減効果を
失うことなく、絶縁膜内の電荷トラップを制御可能とし
て、素子特性と電圧ストレスに対する安定性を向」−シ
得るゲート絶縁膜の構成を提供することを目的とする。
失うことなく、絶縁膜内の電荷トラップを制御可能とし
て、素子特性と電圧ストレスに対する安定性を向」−シ
得るゲート絶縁膜の構成を提供することを目的とする。
第1図は本発明の構成説明図である。図中1は絶縁性基
板、2はゲート・電極、3はゲート絶縁膜で、膜の膜特
性の異なるSiN膜31と32との積層膜であり、4は
動作半導体層としてのa−3i層、5はオーミックコン
タクト層、6はソース・ドレイン電極、7はチャネル保
護膜である。
板、2はゲート・電極、3はゲート絶縁膜で、膜の膜特
性の異なるSiN膜31と32との積層膜であり、4は
動作半導体層としてのa−3i層、5はオーミックコン
タクト層、6はソース・ドレイン電極、7はチャネル保
護膜である。
本発明では上記ゲート絶縁膜3のエネルギバンドギャッ
プを、ゲート電極2との界面側(参照符号31で示す)
より動作半導体層4との界面側(参照符号32で示す)
の方を大きくする。
プを、ゲート電極2との界面側(参照符号31で示す)
より動作半導体層4との界面側(参照符号32で示す)
の方を大きくする。
〔作 用]
ト述ゲート絶縁膜3を形成するには、ゲート電極側のS
iN膜31とa−3i半導体層側のSiN膜32の膜形
成条件を変えることによって実現できる。このように構
成したゲート絶縁膜3」二にaSi層4を形成した薄膜
トランジスタの特性は、そのゲート絶縁膜のSiN膜3
1の形成条件に大きく依存する。以下その理由を説明す
る。
iN膜31とa−3i半導体層側のSiN膜32の膜形
成条件を変えることによって実現できる。このように構
成したゲート絶縁膜3」二にaSi層4を形成した薄膜
トランジスタの特性は、そのゲート絶縁膜のSiN膜3
1の形成条件に大きく依存する。以下その理由を説明す
る。
膜形成時の反応雰囲気の組成比を、例えばアンモニア(
NH3)10に対してシラン(SiHi)を1と一定に
して、R,Fパワーを50Wとした場合と400Wとし
た場合の、SiN膜とa−3i層との界面準位を含む状
態密度の変化を第2図に示す。
NH3)10に対してシラン(SiHi)を1と一定に
して、R,Fパワーを50Wとした場合と400Wとし
た場合の、SiN膜とa−3i層との界面準位を含む状
態密度の変化を第2図に示す。
上記2つの例は、a−3i層の反応雰囲気および成長条
件は同じであるにもかかわらず、SiN膜成膜時のRF
パワーを変化させることにより、界面準位分布が図示の
ように大きく変化する。
件は同じであるにもかかわらず、SiN膜成膜時のRF
パワーを変化させることにより、界面準位分布が図示の
ように大きく変化する。
この界面準位の多いもの、即ち成膜時のRFパワーが低
いSiN膜は、RFパワーが高い条件下で成膜されたS
iN膜と比較して、膜中への電荷の注入が起こりにくく
、電圧ストレスに対して鈍感な膜となる。但し、界面準
位密度を多く含む低いRFパワーで成膜したSiN膜を
使用した場合には、TPT素子特性は劣ったものとなる
。
いSiN膜は、RFパワーが高い条件下で成膜されたS
iN膜と比較して、膜中への電荷の注入が起こりにくく
、電圧ストレスに対して鈍感な膜となる。但し、界面準
位密度を多く含む低いRFパワーで成膜したSiN膜を
使用した場合には、TPT素子特性は劣ったものとなる
。
素子特性はSiN膜とa−3i層4との界面側の膜特性
に依存し、電圧ストレスに対する敏悪さはゲート電極2
側との界面側の膜特性に強く依存し、いずれか一方によ
って決定されるものではない。
に依存し、電圧ストレスに対する敏悪さはゲート電極2
側との界面側の膜特性に強く依存し、いずれか一方によ
って決定されるものではない。
そこで、上述のように、a−3i層4側に大きいRFパ
ワーを加えて成膜したSiN膜32を配設し、ゲート電
極2側に低いRFパワーで成膜したS i N31膜を
形成して、改質の異なるSiN膜を組み合わせることに
より、素子特性が良好で且−っ電圧スト・レスに鈍感な
TFT素子を構成できる。
ワーを加えて成膜したSiN膜32を配設し、ゲート電
極2側に低いRFパワーで成膜したS i N31膜を
形成して、改質の異なるSiN膜を組み合わせることに
より、素子特性が良好で且−っ電圧スト・レスに鈍感な
TFT素子を構成できる。
以下本発明の一実施例を第1図〜第3図により説明する
。
。
第1図は本発明一実施例のTPTの断面を示す構成説明
図である。図中1は絶縁性基板で例えばガラス基板、2
はゲート電極、3はゲート絶縁膜で、膜の膜特性の異な
るSiN膜31と32との積層膜であり、4は動作半導
体層としてのa−3i層、5はオーミックコンタクト層
、6はソース・ドレイン電極、7はチャネル保護膜であ
る。
図である。図中1は絶縁性基板で例えばガラス基板、2
はゲート電極、3はゲート絶縁膜で、膜の膜特性の異な
るSiN膜31と32との積層膜であり、4は動作半導
体層としてのa−3i層、5はオーミックコンタクト層
、6はソース・ドレイン電極、7はチャネル保護膜であ
る。
上記ゲート絶縁膜3は合計厚さが3000人のSiN膜
で、その形成条件は、反応雰囲気をNH3とSiH,の
組成比を10:1と一定とし、符号31で示すゲート電
極2界面側部分は、RFパワーを50Wとして凡そ25
00人の厚さに形成し、次いでRFパワーを400Wと
して動作半導体層4との界面側部分32を約500人の
厚さに形成した。
で、その形成条件は、反応雰囲気をNH3とSiH,の
組成比を10:1と一定とし、符号31で示すゲート電
極2界面側部分は、RFパワーを50Wとして凡そ25
00人の厚さに形成し、次いでRFパワーを400Wと
して動作半導体層4との界面側部分32を約500人の
厚さに形成した。
RFパワー50Wで形成した厚さ3000人のSiN膜
をゲート絶縁膜として使用したTPTでは、ドレイン電
流1Bのゲート電圧V、特性の立ち上がり特性、即ちド
レイン電流が10−”Aから10−’Aに変化するのに
要するゲート電圧の振り幅ΔVが凡そlO〜12V、電
圧ストレスとしてva=+30Vの電圧を1分間印加し
たときのΔVの変化量ΔV゛が0. 2〜0.3Vであ
る。
をゲート絶縁膜として使用したTPTでは、ドレイン電
流1Bのゲート電圧V、特性の立ち上がり特性、即ちド
レイン電流が10−”Aから10−’Aに変化するのに
要するゲート電圧の振り幅ΔVが凡そlO〜12V、電
圧ストレスとしてva=+30Vの電圧を1分間印加し
たときのΔVの変化量ΔV゛が0. 2〜0.3Vであ
る。
これに対し、ゲート絶縁膜としてRFパワーを400W
として成膜した厚さ3000人のSiN膜を使用したT
PTでは、ΔVが凡そ5〜TV。
として成膜した厚さ3000人のSiN膜を使用したT
PTでは、ΔVが凡そ5〜TV。
電圧ストレスに対するΔ■の変化量Δ■°は約3Vとな
る。
る。
ゲート絶縁膜3をこの2種類のSiN膜31.32を組
み合わせた積層膜とした本実施例では、Δ■が凡そ5〜
7vとRFパワー400Wで形成したSfN膜単層を使
用場合と同一であり、Δ■“は凡そ0.TVとなり、R
Fパワー50WのSiN膜単層を使用した場合の値に近
づく。
み合わせた積層膜とした本実施例では、Δ■が凡そ5〜
7vとRFパワー400Wで形成したSfN膜単層を使
用場合と同一であり、Δ■“は凡そ0.TVとなり、R
Fパワー50WのSiN膜単層を使用した場合の値に近
づく。
上記SiN膜の成膜条件が、TPT特性および電圧スト
レスに影響を及ぼす理由は次のように解される。
レスに影響を及ぼす理由は次のように解される。
上記2種類のSiN膜31.32を比較すると、エネル
ギバンドギャップはRFパワーが400Wで成膜したS
tN膜32の方が大きいが、界面準位を含む状態密度は
第2図に示す如(、RFパワーが50Wで成膜したSi
N膜31を用いた方が、凡そ1桁程多い。これは第3図
の曲線■で示すように、RFパワーが50Wで形成した
場合には、5i−H結合量が約2.5xlO” (am
−’)であるのに対し、RFパワーが400Wで形成し
た場合には、5i−H結合量は凡そ0.5X10” (
c m−3)であることによる。
ギバンドギャップはRFパワーが400Wで成膜したS
tN膜32の方が大きいが、界面準位を含む状態密度は
第2図に示す如(、RFパワーが50Wで成膜したSi
N膜31を用いた方が、凡そ1桁程多い。これは第3図
の曲線■で示すように、RFパワーが50Wで形成した
場合には、5i−H結合量が約2.5xlO” (am
−’)であるのに対し、RFパワーが400Wで形成し
た場合には、5i−H結合量は凡そ0.5X10” (
c m−3)であることによる。
このようにSiN膜を形成するSi原子と水素()()
原子との結合量の差が、状態密度の差として表れ、同じ
量の電荷が注入された場合に、状態密度が大きい膜では
状態密度の小さい膜に比較して変化の割合が相対的に小
さいことが、電圧ストレスに対する鈍感さとなるものと
考えられる。
原子との結合量の差が、状態密度の差として表れ、同じ
量の電荷が注入された場合に、状態密度が大きい膜では
状態密度の小さい膜に比較して変化の割合が相対的に小
さいことが、電圧ストレスに対する鈍感さとなるものと
考えられる。
なお、同図の曲線■は、N(窒素)−H(水素)結合量
を示す。また、因みに、膜応力はStN膜32は4〜5
X10’ dyn/cm” 、S iN膜31はほぼ0
である。
を示す。また、因みに、膜応力はStN膜32は4〜5
X10’ dyn/cm” 、S iN膜31はほぼ0
である。
しかしTPTの素子特性に対しては、エネルギバンドギ
ャップの大きい膜が動作半導体層4と接していることが
望ましく、上記一実施例において、SiN膜32を動作
半導体層4との界面側に配設したのはこの理由による。
ャップの大きい膜が動作半導体層4と接していることが
望ましく、上記一実施例において、SiN膜32を動作
半導体層4との界面側に配設したのはこの理由による。
但し、SiN膜32はエネルギバンドギャップの大きい
反面、前述の如(Si−H結合量が少ないので電圧スト
レスに対して敏怒である。従って、ゲート電極との界面
側にはエネルギバンドギャップは小さいが、5t−H結
合量が多いSiN膜31を配設したものである。
反面、前述の如(Si−H結合量が少ないので電圧スト
レスに対して敏怒である。従って、ゲート電極との界面
側にはエネルギバンドギャップは小さいが、5t−H結
合量が多いSiN膜31を配設したものである。
なお、上述の一実施例では、膜厚を2500人と500
人としたが、これは−例であって、その他の組合せも可
能である。また、上記説明では説明の便宜上、ゲート絶
縁膜3を2種類のSiN膜31と32との積層膜として
説明したが、これは、この2つの膜間で膜特性が必ずし
も階段状に画然と変化すること意味するものではなく、
膜特性は階段状に変化するものであっても、連続的に変
化するものであってもよい。
人としたが、これは−例であって、その他の組合せも可
能である。また、上記説明では説明の便宜上、ゲート絶
縁膜3を2種類のSiN膜31と32との積層膜として
説明したが、これは、この2つの膜間で膜特性が必ずし
も階段状に画然と変化すること意味するものではなく、
膜特性は階段状に変化するものであっても、連続的に変
化するものであってもよい。
更に上記ゲート絶縁膜3は、その成膜五程において、成
長条件を成■8途中で変化させて連続的に成膜してもよ
く、或いは、途中で一旦膜成長を停止させ、そのにに成
長条件を変えた膜を成膜することにより、複数層の膜の
積層構造とすることもできる。但し、8この積層構造と
する場合にも、RFパワーを一旦とめ、条件を変更して
RFパワーの供給を再開すればよく、反応室の真空を破
る必要はなく、また基板を反応室外に取り出す必要もな
いので、膜特性の異なる膜間の界面が汚染される危険は
ない。このようにしてSiN膜を複数層の積層膜とした
場合には、ピンホールが連続する確率はきわめて低いの
でピンホールを減少させることができる。
長条件を成■8途中で変化させて連続的に成膜してもよ
く、或いは、途中で一旦膜成長を停止させ、そのにに成
長条件を変えた膜を成膜することにより、複数層の膜の
積層構造とすることもできる。但し、8この積層構造と
する場合にも、RFパワーを一旦とめ、条件を変更して
RFパワーの供給を再開すればよく、反応室の真空を破
る必要はなく、また基板を反応室外に取り出す必要もな
いので、膜特性の異なる膜間の界面が汚染される危険は
ない。このようにしてSiN膜を複数層の積層膜とした
場合には、ピンホールが連続する確率はきわめて低いの
でピンホールを減少させることができる。
−1−記SiN膜3を一実施例では膜特性の異なる2種
類の膜を使用した例を説明したが、これは3種類以上で
あってもよく、従って、RFパワーや反応雰囲気の組成
等のSiN膜の成膜条件も1、上記−実施例の条件に限
定されるものではなく、種々選択し得るものである。
類の膜を使用した例を説明したが、これは3種類以上で
あってもよく、従って、RFパワーや反応雰囲気の組成
等のSiN膜の成膜条件も1、上記−実施例の条件に限
定されるものではなく、種々選択し得るものである。
以上説明した如く本発明によれば、TPT素子において
ゲート絶縁膜として用いるSiN膜を、ゲート電極界面
側と動作半導体層界面側とで膜特性を変えることにより
、TPTの素子特性を維持しつつ、電圧ストレスに対し
て鈍感とすることができ、TPT素子のfδ頼外性向上
よび素子特性向−トに寄与する。また、ゲート絶縁膜を
上記膜特性の異なる複数層のSiN膜からなる多層膜す
るとこにより、ピンホールを減少することもできる。
ゲート絶縁膜として用いるSiN膜を、ゲート電極界面
側と動作半導体層界面側とで膜特性を変えることにより
、TPTの素子特性を維持しつつ、電圧ストレスに対し
て鈍感とすることができ、TPT素子のfδ頼外性向上
よび素子特性向−トに寄与する。また、ゲート絶縁膜を
上記膜特性の異なる複数層のSiN膜からなる多層膜す
るとこにより、ピンホールを減少することもできる。
第1図は本発明一実施例の構成を示す断面図、第2図は
SiN膜の成膜条件によるSiN/aSiの界面特性の
変化を示す図、 第3図はSiN膜の成膜条件によるS i −H結合量
およびN−H結合量の変化を示す図である。 図において、1は絶縁性基板、2はゲート電極、3はゲ
ート絶縁膜、4は動作半導体層、5はオーミンクコンタ
クト層、6はソース・ドレイン電極、7はチャネル保護
膜、31はエネルギバンドギャップの小さいSiN膜、
32はエネルギバンドギャップの大きいSiN膜を示す
。
SiN膜の成膜条件によるSiN/aSiの界面特性の
変化を示す図、 第3図はSiN膜の成膜条件によるS i −H結合量
およびN−H結合量の変化を示す図である。 図において、1は絶縁性基板、2はゲート電極、3はゲ
ート絶縁膜、4は動作半導体層、5はオーミンクコンタ
クト層、6はソース・ドレイン電極、7はチャネル保護
膜、31はエネルギバンドギャップの小さいSiN膜、
32はエネルギバンドギャップの大きいSiN膜を示す
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 動作半導体層(4)の対向する二つの主面の一方の側に
窒化シリコン膜からなるゲート絶縁膜(3)を介してゲ
ート電極(2)を、他方の側にソース・ドレイン電極(
6)を配設した薄膜トランジスタの構成において、 前記窒化シリコン膜(3)のエネルギ・バンドギャップ
が前記ゲート電極(2)との界面側より前記動作半導体
層(4)との界面側の方が大きいことを特徴とする薄膜
トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6656789A JPH02244676A (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 薄膜トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6656789A JPH02244676A (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 薄膜トランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02244676A true JPH02244676A (ja) | 1990-09-28 |
Family
ID=13319662
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6656789A Pending JPH02244676A (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 薄膜トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02244676A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007138301A (ja) * | 1998-10-07 | 2007-06-07 | Lg Philips Lcd Co Ltd | 薄膜成膜装置 |
WO2010038886A1 (ja) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | 東京エレクトロン株式会社 | 窒化珪素膜の成膜方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体およびプラズマcvd装置 |
US7709844B2 (en) | 1998-07-16 | 2010-05-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd | Semiconductor device equipped with semiconductor circuits composed of semiconductor elements and processes for production thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS63117469A (ja) * | 1986-11-05 | 1988-05-21 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 薄膜半導体装置 |
-
1989
- 1989-03-16 JP JP6656789A patent/JPH02244676A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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