JPH0395939A - Manufacture of semiconductor device - Google Patents

Manufacture of semiconductor device

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Publication number
JPH0395939A
JPH0395939A JP23394289A JP23394289A JPH0395939A JP H0395939 A JPH0395939 A JP H0395939A JP 23394289 A JP23394289 A JP 23394289A JP 23394289 A JP23394289 A JP 23394289A JP H0395939 A JPH0395939 A JP H0395939A
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JP
Japan
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film
hydrogen
thin film
silicon nitride
silicon
Prior art date
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Pending
Application number
JP23394289A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Kondo
茂樹 近藤
Akiyuki Nishida
彰志 西田
Hidemasa Mizutani
英正 水谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP23394289A priority Critical patent/JPH0395939A/en
Publication of JPH0395939A publication Critical patent/JPH0395939A/en
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  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the number of boundary levels and to improve electric characteristics of a semiconductor device such as a thin film transistor by forming first and second insulating films to become barriers against diffusion of hydrogen at both upper and lower sides of a thin crystalline semiconductor film, injecting hydrogen into the film, and then heat-treating it. CONSTITUTION:A silicon nitride film 12 containing hydrogen is first formed as a first insulating film to become a barrier against diffusion of hydrogen on an insulating board 11 made of glass or the like at 200-300 deg.C substrate temperature. Thereafter, a thin polycrystalline silicon film 13 is formed at the same temperature or temperature equal to or lower than the above temperature. Further, a second insulating film 14 to become a barrier against diffusion of hydrogen is formed thereon. Then, it is heat-treated at higher temperature (300-600 deg.C) than that for forming the first film in a N2, Ar, H2 or mixture gas atmosphere. Since the hydrogen is diffused in the polycrystalline silicon film during the heat-treating, it is trapped to the boundary level of a base boundary, defect level in the thin film or boundary level of grain boundary.

Description

【発明の詳細な説明】 [a業上の利用分野] 本発明は、絶縁基体上に形成した薄膜トランジスタの製
造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor formed on an insulating substrate.

[従来の技術] 従来、絶縁基板上の薄膜トランジスタ(以下、TPTと
称す)は、第3図に示すように、ガラスなどの絶縁基板
31上に、半導体薄膜32を形成し、そこに素子を作り
込んで構成されていた。
[Prior Art] Conventionally, a thin film transistor on an insulating substrate (hereinafter referred to as TPT) is produced by forming a semiconductor thin film 32 on an insulating substrate 31 such as glass, and forming an element thereon, as shown in FIG. It was intricately structured.

また、近年、TPTの特性向上のため、半導体薄膜とし
て、結晶性半導体薄膜を用いることがよくみられる。こ
こでいう結晶性半導体とは、通常使用されている単結晶
ウエハに比べると、欠陥が多く存在している単結晶半導
体や、内部に1個以上の結晶粒界をもつ多結晶半導体を
いう。
Furthermore, in recent years, crystalline semiconductor thin films are often used as semiconductor thin films in order to improve the characteristics of TPT. The term "crystalline semiconductor" as used herein refers to a single-crystal semiconductor that has more defects than a normally used single-crystal wafer, or a polycrystalline semiconductor that has one or more internal crystal grain boundaries.

[発明が解決しようとする課題] しかし、上記の従来例では、結晶性半導体薄膜と基板と
の界面に、数多〈の界面準位33が存在し、この界面準
位の影響で、たとえば、MOSFETを作成した場合、
チャネル部でキャリアが準位にトラップされ、いわゆる
バックチャネルを形成し、閾値電圧の変動や、on/o
ff比の低下など、素子特性の劣化をもたらしていた。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the above-mentioned conventional example, a large number of interface states 33 exist at the interface between the crystalline semiconductor thin film and the substrate, and due to the influence of these interface states, for example, When creating a MOSFET,
Carriers are trapped at a level in the channel part, forming a so-called back channel, causing fluctuations in threshold voltage and on/off
This resulted in deterioration of device characteristics such as a decrease in ff ratio.

また、基板にガラスなどの安価な材料を用いると、基板
材料中に含まれるNa“などのアルカリイオンが、プロ
セス中の熱処理によって移動し、基板との界面やシリコ
ン薄膜中に可動イオンとして存在し、素子特性の劣化や
、信頼性に問題を生じさせていた。
Additionally, if an inexpensive material such as glass is used for the substrate, alkali ions such as Na contained in the substrate material will migrate due to heat treatment during the process and exist as mobile ions at the interface with the substrate or in the silicon thin film. This has caused problems with deterioration of device characteristics and reliability.

これらの問題に対して、たとえば、素子形成後、素子の
保謹膜として、プラズマCVD法による窒化シリコン膜
による水素パッシベーションを用いて、シリコン薄膜内
の準位を減らし、移動度を高くすることが行われてきた
。また、アルカリイオン汚染防止のために、高純度石英
や無アルカリガラスなどを基板として用いる場合もある
To solve these problems, it is possible to reduce the levels in the silicon thin film and increase the mobility by using hydrogen passivation using a silicon nitride film by plasma CVD as a protection film for the device after forming the device. It has been done. Further, in order to prevent alkali ion contamination, high-purity quartz, alkali-free glass, or the like may be used as the substrate.

しかし、上記の方法によっても基板との界面の問題は解
決されていない。また、高純度石英や無アルカリガラス
などの基板は、高価であり、大面積の基板に安価でTP
Tを形成するには問題があった. [課題を解決するための手段] 本発明の第1の要旨は、絶縁基体上に結晶性導体薄膜を
形成してなる半導体装置の製造方法において、前記の結
晶性半導体薄膜の上下両側に、水素の拡散に対してバリ
アとなる第1、第2の絶縁膜をそれぞれ形成する工程と
、前記の半導体薄膜中に水素を導入する工程と、その後
に熱処理を行う工程と、を含むことを特徴とする半導体
装置の製造方(去に存在する。
However, even with the above method, the problem of the interface with the substrate has not been solved. In addition, substrates such as high-purity quartz and non-alkali glass are expensive, and TP can be used at low cost for large-area substrates.
There was a problem in forming the T. [Means for Solving the Problems] A first aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device in which a crystalline conductor thin film is formed on an insulating substrate, in which hydrogen is formed on both the upper and lower sides of the crystalline semiconductor thin film. The method is characterized by comprising the steps of forming first and second insulating films that serve as barriers against diffusion of the semiconductor thin film, introducing hydrogen into the semiconductor thin film, and then performing heat treatment. A method of manufacturing a semiconductor device (existing in the past).

[作 用] 水素を導入した結晶性半導体薄膜を熱処理することによ
り、水素が薄膜中を拡散し、結晶性半導体薄膜と基体と
の界面に存在する界面準位が水素によってトラップされ
、界面準位の数を減らし、TFTなどの半導体装置の電
気特性を向上させることが期待できる。
[Function] By heat-treating a crystalline semiconductor thin film into which hydrogen is introduced, hydrogen diffuses in the thin film, and the interface states existing at the interface between the crystalline semiconductor thin film and the substrate are trapped by hydrogen, and the interface states are It is expected that the electrical characteristics of semiconductor devices such as TFTs will be improved.

また、薄膜を拡散した水素は、薄膜中の欠陥準位や、結
晶粒界の界面準位にトラップざれることにより、TFT
などの半導体装置の電気特性を向上させることが期待で
きる。
In addition, the hydrogen that has diffused through the thin film is trapped in defect levels in the thin film and interface levels at grain boundaries, causing the TFT to
It can be expected to improve the electrical characteristics of semiconductor devices such as.

さら(、水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜として
、窒化シリコン膜を基体と半導体薄膜との閲に形成する
ことにより、ガラスなどの基板からのNa+などのアル
カリイオンに対するブロッキングの効果が生じ、信頼性
の向上が期待できる。
Furthermore, by forming a silicon nitride film between the substrate and the semiconductor thin film as an insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion, a blocking effect is produced against alkali ions such as Na+ from the substrate such as glass. , an improvement in reliability can be expected.

そのうえ、半導体薄膜上に、水素の拡散に対してバリア
となる絶縁膜を形成することにより、薄膜中に拡散した
水素のout−diffusionを防止し、上述の効
果をさらに安定して得ることが期待できる。
Furthermore, by forming an insulating film on the semiconductor thin film that acts as a barrier against hydrogen diffusion, it is expected that out-diffusion of hydrogen diffused into the thin film will be prevented and the above-mentioned effects will be obtained more stably. can.

なお、導入する水素の量としては数%〜数十atm%が
好ましい。
Note that the amount of hydrogen introduced is preferably several percent to several tens of atm percent.

(実施態様) 第1図は、本発明を特徴づける半導体装置の断面図であ
る。
(Embodiment) FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device that characterizes the present invention.

本発明の第1の実施態様としては、まず、ガラスなどの
絶縁基板11上に、水素の拡散に対してバリアとなる第
1の絶8F18として、たとえば、プラズマCVO法で
、基板温度200℃〜300℃で窒化シリコン@12を
形成する。この窒化シリコン@l2中には、数%〜数十
atm%の水素が含まれる。
In the first embodiment of the present invention, first, a first 8F18 film serving as a barrier against hydrogen diffusion is formed on an insulating substrate 11 made of glass or the like using, for example, a plasma CVO method at a substrate temperature of 200° C. Silicon nitride@12 is formed at 300°C. This silicon nitride @l2 contains several percent to several tens of atm percent hydrogen.

その後、窒化シリコン膜12を形成した温度と同程度か
それ以下の温度で結晶性シリコン薄膜13を形成する。
Thereafter, a crystalline silicon thin film 13 is formed at a temperature comparable to or lower than the temperature at which the silicon nitride film 12 was formed.

結晶性シリコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマ
CVD法により形成された多結晶シリコンや、我々のt
i案しているプラズマCVfl法において、成膜雰囲気
中へのHCfLなどのハロゲン化水素ガスの添加効果に
よって得られた大粒径多結晶シリコンを用いることがで
きる。プロセス温度の低温化および電気特性上の観点か
ら我々の提案している大粒径多結晶シリコン薄膜が本実
施例に最も適当である。
Crystalline silicon thin films include polycrystalline silicon formed by low pressure CVD, plasma CVD, and our t
In the proposed plasma CVfl method, large-grain polycrystalline silicon obtained by adding hydrogen halide gas such as HCfL to the film-forming atmosphere can be used. The large-grain polycrystalline silicon thin film proposed by us is most suitable for this example from the viewpoint of lowering the process temperature and electrical properties.

次に、水素の拡散に対してバリャとなるような第2の絶
縁膜l4を結晶性シリコン上に形戊する。
Next, a second insulating film l4 that acts as a barrier against hydrogen diffusion is formed on the crystalline silicon.

水素の拡散に対してバリャとなるような絶縁膜としては
、減圧CVD法で形成した窒化シリコン膜や、第1の絶
縁膜と同様にして、プラズマCVD法で形成した窒化シ
リコン膜や窒化酸化シリコン膜を用いることができる。
As an insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion, a silicon nitride film formed by a low pressure CVD method, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film formed by a plasma CVD method in the same way as the first insulating film are used. A membrane can be used.

次に、N2、Ar%H2あるいはそれらの混合ガス雰囲
気下で、水素の拡散に対してバリアとなる第1の絶縁膜
、たとえば、窒化シリコン膜、を形成した温度より高い
温度(300℃〜aoo’c)で熱処理を行う。
Next, in an atmosphere of N2, Ar%H2, or a mixture thereof, a temperature higher than the temperature at which the first insulating film, for example, a silicon nitride film, which acts as a barrier against hydrogen diffusion, is formed (300°C to 100°C) Heat treatment is performed in 'c).

この熱処理中に、窒化シリコン膜中に存在する水素が、
結晶性シリコン薄膜中に拡散することにより、下地界面
に存在する界面準位や、結晶性シリコン薄膜中の欠陥準
位や、結晶性シリコンの粒界に存在する界面準位にトラ
ップされ、下地界面でのバックチャネルの発生を抑制し
、かつ、粒界のポテンシャルを小さくし、移動度を大き
くする。
During this heat treatment, the hydrogen present in the silicon nitride film is
By diffusing into the crystalline silicon thin film, it is trapped in the interface states existing at the underlying interface, defect levels in the crystalline silicon thin film, and interface states existing at the grain boundaries of the crystalline silicon, and the underlying interface is trapped. This suppresses the occurrence of back channels at the grain boundary, reduces the potential of grain boundaries, and increases mobility.

また、基板と結晶性シリコンgi膜との間に窒化シリコ
ン膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa”
などのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持
たせ、信頼性が向上する。
In addition, by forming a silicon nitride film between the substrate and the crystalline silicon GI film, Na"
It has a blocking effect against alkali ions such as, improving reliability.

また、結晶性シリコンFiiM両面に、水素の拡散に対
してバリアとなる絶縁膜を形成することにより、熱処理
によって水素が拡散する際、結晶性シリコン薄膜表面か
らのout−diffusionを防止でき、水素によ
るパシベーション効果を高めることができる。
In addition, by forming an insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion on both sides of the crystalline silicon FiiM, it is possible to prevent out-diffusion from the surface of the crystalline silicon thin film when hydrogen diffuses through heat treatment. The passivation effect can be enhanced.

本発明の第2の実施態様としては、まず、ガラスなどの
絶縁基板11上に、水素の拡散に対してバリアとなる第
1の含む絶縁膜として、たとえば、プラズマCVD法で
、基板温度200℃〜300℃で窒化シリコン膜l2を
形成する。この窒化シリコン膜i2中には、数%〜数+
atm%の水素が含まれている。
In the second embodiment of the present invention, first, a first containing insulating film that serves as a barrier against hydrogen diffusion is formed on an insulating substrate 11 such as glass by, for example, a plasma CVD method at a substrate temperature of 200°C. A silicon nitride film l2 is formed at ~300°C. This silicon nitride film i2 contains several percent to several +
Contains atm% hydrogen.

その後、窒化シリコン膜12を形成した温度と同程度か
それ以下の温度で非晶貿シリコン薄膜13を形成する。
Thereafter, an amorphous silicon thin film 13 is formed at a temperature comparable to or lower than the temperature at which the silicon nitride film 12 was formed.

非晶質シリコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマ
CVD法により形戒された非晶質シリコンや、多結晶シ
リコンSt“をイオン注入して非晶質化したものなどが
用いられる。
As the amorphous silicon thin film, amorphous silicon formed by low pressure CVD or plasma CVD, or polycrystalline silicon St" made amorphous by ion implantation, etc., are used.

次に、水素の拡散に対してバリアとなるような絶縁膜1
4を非晶質シリコン上に形成する。水素の拡散に対して
バリアとなるような絶縁膜としては、減圧cvo 7去
で形成した窒化シリコン膜や、第1の絶縁膜と同様にし
て、プラズマCVD法で形成した窒化シリコン膜や窒化
酸化シリコン膜を用いることができる. 次に、N2、Ar, H.あるいは、それらの混合ガス
雰囲気下で、水素を含む絶縁膜12、たとえば、窒化シ
リコン膜、を形成した温度より高い温度(300℃〜6
00℃)で熱処理を行う。
Next, an insulating film 1 that acts as a barrier against hydrogen diffusion is formed.
4 is formed on amorphous silicon. As an insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion, a silicon nitride film formed by low-pressure CVO 7, a silicon nitride film formed by a plasma CVD method similar to the first insulating film, or a nitride oxide film are used. A silicon film can be used. Next, N2, Ar, H. Alternatively, the hydrogen-containing insulating film 12, for example, a silicon nitride film, is formed at a temperature (300°C to 6°C) in a mixed gas atmosphere.
Heat treatment is performed at 00°C).

この熱処理の温度については、形成した非品質シリコン
が、固相結晶成長し、結晶化する温度に設定することが
、より高性能なTPTを作るうえで望ましい。
Regarding the temperature of this heat treatment, it is desirable to set the temperature at which the formed non-quality silicon undergoes solid phase crystal growth and crystallization, in order to produce a higher performance TPT.

この熱処理中に、非晶貿シリコンが結晶化するのと同時
に、窒化シリコン腹中に存在する水素が、熱処理により
非晶貿シリコンが結晶化したシリコン中に拡散すること
により、下地界面に存在する界面準位や、結晶性シリコ
ン薄膜中の欠陥準位や、結晶性シリコンの粒界に存在す
る界面準位にトラップされ、下地界面でのバックチャネ
ルの発生を抑制し、かつ、粒界のポテンシャルを小さく
し、移動度を大きくする。
During this heat treatment, at the same time as the amorphous silicon crystallizes, hydrogen present in the silicon nitride belly diffuses into the silicon where the amorphous silicon has been crystallized by the heat treatment, causing hydrogen to exist at the base interface. It is trapped by interface states, defect levels in crystalline silicon thin films, and interface states existing at grain boundaries of crystalline silicon, suppressing the generation of back channels at the underlying interface, and reducing the potential of grain boundaries. and increase mobility.

また、基板と結晶性シリコン薄膜とq間に窒化シリコン
膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa”な
どのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持た
せ、信頼性が向上する。
Further, by forming a silicon nitride film between the substrate, the crystalline silicon thin film, and q, a blocking effect is provided to alkali ions such as Na'' from the substrate such as glass, and reliability is improved.

また、非晶質シリコン薄膜両面に水素の拡散に対してバ
リアとなる絶縁膜を形成することにより、熱処理によっ
て水素が拡散する際、結晶性シリコン表面からのout
−diffusionを防止でき、水素によるパシベー
ション効果をざらに高めることができる。
In addition, by forming an insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion on both sides of the amorphous silicon thin film, when hydrogen diffuses during heat treatment, out from the crystalline silicon surface
-diffusion can be prevented, and the passivation effect due to hydrogen can be greatly enhanced.

本発明の第3の実施態様としては、まず、絶縁基板ll
上に、水素の拡散に対してバリアとなる第1の絶縁膜と
して、たとえば、プラズマCVD法や減圧cvt+?e
で、窒化シリコン膜l2を形成する。
As a third embodiment of the present invention, first, an insulating substrate ll
A first insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion is formed on the top by, for example, a plasma CVD method or a low pressure CVT+ film. e
Then, a silicon nitride film l2 is formed.

その後、結晶性シリコン薄膜13を形戒する.結晶性シ
リコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマCVD法
により形成された多結晶シリコンや、非品質シリコンを
アニールし、再結晶化したものや、我々の提案している
プラズマCVD法において、成膜雰囲気中へのHCiな
どのハロゲン化水素ガスの添加効果によって得られた大
粒径多結晶シリコンや本出願人が特願昭82−7362
9号、特願昭62−73630号で提案しているところ
の大粒径多結晶シリコンや、本出願人が特願昭63−1
07016号で提案しているところの非品質基板上に形
成した単結晶シリコンなどが用いられる。
Thereafter, the crystalline silicon thin film 13 is shaped. Crystalline silicon thin films include polycrystalline silicon formed by low-pressure CVD and plasma CVD, non-quality silicon that is annealed and recrystallized, and our proposed plasma CVD method. Large-grain polycrystalline silicon obtained by the effect of adding hydrogen halide gas such as HCi to the atmosphere, and the present applicant's patent application No. 82-7362
No. 9, the large-grain polycrystalline silicon proposed in Japanese Patent Application No. 62-73630, and the present applicant's patent application No. 63-1
Single crystal silicon formed on a non-quality substrate as proposed in No. 07016 is used.

次に、プラズマCVD装置を用いて、チャンバー内に水
素ガスを導入した後、放電を起こし、水素プラズマによ
り、結晶性シリコン薄膜中に水素を導入する。
Next, hydrogen gas is introduced into the chamber using a plasma CVD apparatus, and then a discharge is generated to introduce hydrogen into the crystalline silicon thin film using hydrogen plasma.

次に、水素の拡散に対してバリャとなる第2の絶縁膜l
4を結晶性シリコン上に形戒する。水素の拡散に対して
バリャとなるような絶縁膜としては、減圧CVD法で形
成した窒化シリコン膜や、プラズマCVD法で形成した
窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜を用いることがで
きる。
Next, a second insulating film l is formed which acts as a barrier against hydrogen diffusion.
4 on crystalline silicon. As an insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion, a silicon nitride film formed by a low pressure CVD method, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film formed by a plasma CVD method can be used.

次に、N2、Ar, H2あるいは、それらの混合ガス
の雰囲気下で熱処理を行う。
Next, heat treatment is performed in an atmosphere of N2, Ar, H2, or a mixed gas thereof.

この熱処理中に、プラズマ中から導入ざれた水素が、結
晶性シリコン薄膜中に拡散することCより、下地界面に
存在する界面準位や、結晶性シリコン薄膜中の欠陥準位
や、結晶性シリコンの粒界に存在する界面準位にトラッ
プされ、下地界面でのバックチャンネルの発生を抑制し
、かつ、粒界のポテンシャルを小さくし、移動度を大き
くする。
During this heat treatment, hydrogen introduced from the plasma diffuses into the crystalline silicon thin film. is trapped by the interface states existing at the grain boundaries, suppressing the generation of back channels at the underlying interface, reducing the potential at the grain boundaries, and increasing mobility.

また、基板と結晶性シリコン薄膜との間に窒化シリコン
膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa”な
どのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持た
せ、信頼性が向上する。
Further, by forming a silicon nitride film between the substrate and the crystalline silicon thin film, a blocking effect is provided to alkali ions such as Na'' from the substrate such as glass, and reliability is improved.

また、結晶性シリコン薄膜両面に、水素の拡販に対して
バリアとなる絶縁膜を形戒することにより、熱処理によ
って水素が拡散する際、結晶性シリコン薄膜表面からの
out−diffusionを防止でき、水素によるバ
シベーション効果を高めることができる。
In addition, by forming an insulating film on both sides of the crystalline silicon thin film that acts as a barrier against hydrogen sales, it is possible to prevent out-diffusion from the surface of the crystalline silicon thin film when hydrogen is diffused by heat treatment. The vacibation effect can be enhanced.

本発明の第4の実2iili態様としては、まず、ガラ
スなどの絶縁基板11上に、水素の拡散に対してバリア
となる第1の絶縁膜として、たとえば、プラズマCVD
法や減圧CVD法で、窒化シリコン膜l2を形成する。
As a fourth embodiment of the present invention, first, a first insulating film that serves as a barrier against hydrogen diffusion is formed on an insulating substrate 11 such as glass by, for example, plasma CVD.
A silicon nitride film l2 is formed by a method or a low pressure CVD method.

その後、結晶性シリコン薄膜13を形成する。結晶性シ
リコン薄膜としては、減圧CVD法、プラズマCVD法
により形成された多結晶シリコンや、非晶貿シリコンを
アニールし、再結晶化したものや、我々の提案している
プラズマCVD法において、成膜雰囲気中へのHC42
などのハロゲン化水素ガスの添加効果によって得られた
大粒径多結晶シリコンや、本出願人が特願昭fi2−7
3629号、特願昭82−73630号で提案している
ところの大粒径多結晶シリコンや、本出願人が特願昭5
3−107016号で提案しているところの非品質基板
上に形成した単結晶シリコンなどが用いられる。
Thereafter, a crystalline silicon thin film 13 is formed. Crystalline silicon thin films include polycrystalline silicon formed by low-pressure CVD or plasma CVD, amorphous silicon that is annealed and recrystallized, and crystalline silicon formed by our proposed plasma CVD method. HC42 into the membrane atmosphere
Large grain size polycrystalline silicon obtained by the addition effect of hydrogen halide gas such as
No. 3629, the large-grain polycrystalline silicon proposed in Japanese Patent Application No. 82-73630, and the present applicant's patent application No. 5
Single crystal silicon formed on a non-quality substrate as proposed in No. 3-107016 is used.

次に、水素の拡散に対してバリャとなる第2の絶縁@l
4を結晶性シリコン上に形戊する。水素の拡散に対して
バリャとなるような絶縁膜としては、減圧CVD法で形
成した窒化シリコン膜や、プラズマCVD法で形成した
窒化シリコン膜や窒化酸化シリコン膜を用いることがで
きる。
Next, the second insulation @l acts as a barrier against hydrogen diffusion.
4 is formed on crystalline silicon. As an insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion, a silicon nitride film formed by a low pressure CVD method, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film formed by a plasma CVD method can be used.

次に、水素を、通常のイオン注入7去により、結晶性シ
リコン薄膜中に導入する。
Next, hydrogen is introduced into the crystalline silicon thin film by conventional ion implantation.

次に、N2、A「、H2あるいは、それらの混合ガスの
雰囲気下で熱処理を行う。
Next, heat treatment is performed in an atmosphere of N2, A', H2, or a mixed gas thereof.

この熱処理中に、イオン注入法により導入された水素が
、結晶性シリコン薄膜中に拡散することにより、下地界
面に存在する界面準位や、結晶性シリコン薄膜中の欠陥
準位や、結晶性シリコンの粒界に存在する界面準位にト
ラツプされ、下地界面でのバックチャネルの発生を抑制
し、かつ、粒界のポテンシャルを小さくし、移動度を大
きくする。
During this heat treatment, hydrogen introduced by ion implantation diffuses into the crystalline silicon thin film, causing the interface states existing at the underlying interface, the defect levels in the crystalline silicon thin film, and the crystalline silicon It is trapped by the interface states existing at the grain boundaries of the substrate, suppresses the generation of back channels at the underlying interface, reduces the potential of the grain boundaries, and increases the mobility.

また、基板と結晶性シリコン薄膜との間に窒化シリコン
膜を形成することで、ガラスなどの基板からのNa’″
などのアルカリイオンに対してブロッキングの効果を持
たせ、信頼性が向上する。
In addition, by forming a silicon nitride film between the substrate and the crystalline silicon thin film, Na''' from the substrate such as glass can be removed.
It has a blocking effect against alkali ions such as, improving reliability.

また、結晶性シリコン薄膜両面に、水素の拡散に対して
バリアとなる絶縁膜を形成することにより、熱処理によ
って水素が拡散する際、結晶性シリコン薄膜表面からの
out−diffusionを防止でき、水素によるパ
シベーション効果を高めることができる。
In addition, by forming an insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion on both sides of the crystalline silicon thin film, it is possible to prevent out-diffusion from the surface of the crystalline silicon thin film when hydrogen diffuses through heat treatment. The passivation effect can be enhanced.

[実施例コ 以下、本発明の実施例を図面によって詳細に説明する。[Example code] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第2図は、本発明を用いて作威したMOSFETの断面
図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a MOSFET made using the present invention.

[第1の実施例コ ガラス基板上21に、水素の拡散に対してバリアとなる
第1の絶縁膜として、プラズマCVD法で, SiH4
7MHI混合ガス系により、窒化シリコン膜22をIO
OOA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズ
マCVO装置を用い、SiH4( 10零H2希釈)流
量15sccm%NH3流量10secm,圧力0.1
6Torr、放電バワー3、5W、基板温度300℃の
条件で、35分間堆積を行った。この条件で堆積した窒
化シリコン膜中には、IR(赤外分光)分析の結果、約
10atm%Fの水素が含まれていることが分かった。
[First Example] SiH4 was deposited on the glass substrate 21 by plasma CVD as a first insulating film to act as a barrier against hydrogen diffusion.
The silicon nitride film 22 is exposed to IO using a 7MHI mixed gas system.
OOA deposited. The deposition conditions were as follows: a parallel plate plasma CVO device was used, SiH4 (100 H2 dilution) flow rate was 15 sccm, NH3 flow rate was 10 seconds, and pressure was 0.1.
Deposition was performed for 35 minutes under the conditions of 6 Torr, discharge power of 3.5 W, and substrate temperature of 300°C. As a result of IR (infrared spectroscopy) analysis, it was found that the silicon nitride film deposited under these conditions contained about 10 atm % F of hydrogen.

次に、RFブラズ7 CVD法により、 Si}l21
12 /HCj2/Hz混合ガス系にて、窒化シリコン
膜22上に、多結晶シリコン薄@23をIQOOA堆積
した。堆積条件としては、Si}I.C fL 20.
!l sccm, HCf!.130sccm , H
2 200 sccm ,圧力2.O Torr, R
Fpower 60W ,基板温度230℃で行った。
Next, by RF Blaze 7 CVD method, Si}l21
A thin polycrystalline silicon film @23 was deposited in an IQOOA manner on the silicon nitride film 22 using a mixed gas system of 12/HCj2/Hz. The deposition conditions were Si}I. C fL 20.
! l sccm, HCf! .. 130sccm, H
2 200 sccm, pressure 2. O Torr, R
The test was conducted at Fpower 60W and substrate temperature 230°C.

この条件では、窒化シリコン膜22上には、粒径が約1
.0μmの多結晶シリコン薄膜が堆積した。
Under these conditions, the grain size on the silicon nitride film 22 is approximately 1
.. A 0 μm polycrystalline silicon thin film was deposited.

次に、スバッタ法により、ゲート絶縁膜としてSin2
膜24を50OA堆積させた後、ゲート電極25を形成
した。
Next, using the sputtering method, the gate insulating film was made of Sin2.
After depositing the film 24 to a thickness of 50 OA, the gate electrode 25 was formed.

次に、イオン注入法により、P1を注入し、ソース・ト
レイン領域26を形成した。
Next, P1 was implanted by ion implantation to form a source train region 26.

次に、水素の拡散に対してバリアとなる第2の絶縁膜と
して、第1の絶縁膜22と同様の方法にて、プラズマC
VD法により、窒化シリコン膜27を5000A堆積し
た。
Next, as a second insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion, a plasma carbon
A silicon nitride film 27 was deposited at a thickness of 5000 Å using the VD method.

次に、N2雰囲気、550℃で、熱処理を行った。Next, heat treatment was performed at 550° C. in a N2 atmosphere.

次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、AfL電極2
8を形成した。
Next, a contact hole is opened in a desired region, and the AfL electrode 2
8 was formed.

本実施例において、ガラス基板上に直接多結晶シリコン
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は2倍以上、閾値電圧の変動幅は1
/2以下に縮小された。
In this example, a comparison of the electrical characteristics of a MOSFET formed on a glass substrate with a polycrystalline silicon thin film formed directly on the glass substrate and a MOSFET created according to this example revealed that the electron mobility was more than twice as high and the threshold voltage The fluctuation range of is 1
/2 or less.

このことは、熱処理によって、窒化シリコン膜22から
多結晶シリコン薄膜23内に水素が拡散し、下地界面お
よび多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界
面準位にトラップされ、準位の数が減少し、下地界面で
のバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界のポテ
ンシャルバリアが低下したためと考えられる。このこと
は、ESR  (’H子スピン共@)測定の結果から、
多結晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、
熱処理によって、1桁以上低下していたことからも明ら
かである。
This means that hydrogen diffuses from the silicon nitride film 22 into the polycrystalline silicon thin film 23 due to the heat treatment, is trapped in the interface states existing at the base interface and the grain boundaries in the polycrystalline silicon thin film 23, and is This is thought to be because the number decreased, the generation of back channels at the base interface was suppressed, and the potential barrier at the grain boundary was lowered. This can be seen from the results of ESR ('H-son spin co@) measurements.
The density of dangling bonds in a polycrystalline silicon thin film is
This is clear from the fact that the heat treatment caused a decrease of more than one digit.

また、水素の拡散に対してバリアとなる窒化シリコン@
22、27の効果については、たとえば、この窒化シリ
コン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存
在する水素の密度が、IE20cm−’のオーダーから
lE19cm””のオーダー以下に低下していることか
ら、この膜が、水素のout−diffusionに対
してバリアとして作用していることが分かった。
In addition, silicon nitride, which acts as a barrier against hydrogen diffusion,
Regarding the effects of 22 and 27, for example, depending on the presence or absence of the silicon nitride film 27, the density of hydrogen present in the polycrystalline silicon film 23 is reduced from the order of IE20 cm-' to the order of lE19 cm"" or less. This indicates that this film acts as a barrier against hydrogen out-diffusion.

また、信頼性試験においては、高温高温試験によっても
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
In addition, in reliability tests, there was almost no change in electrical characteristics even in high-temperature tests, and the reliability was sufficient.

これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散に対して、ブロッキングしているため
と考えられる。
This is considered to be because the silicon nitride film 22 blocks the diffusion of alkali ions from the glass substrate.

また、550℃の熱処理によって、水素が多結晶シリコ
ン中に拡散するのと同時に、ソース・ドレイン領域の活
性化も可能であることが、電気特性の測定から明らかと
なった。
Furthermore, measurements of electrical characteristics have revealed that heat treatment at 550° C. allows hydrogen to diffuse into polycrystalline silicon and at the same time activates the source/drain regions.

[第2の実施例コ ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、SiH47
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズ?
 CVD装置を用い、SiH4( IOX H2希釈)
流量l5sccm%NH3流JiLiOsccm,圧力
0.15Torr、放電パワー3.5W、基板温度30
0℃の条件で、35分間堆積を行った。この条件で堆積
した窒化シリコン膜中には、IR(赤外分光)分析の結
果、約10ata+tの水素が含まれていることが分か
った。
[Second Example] SiH47 was deposited on the glass substrate 21 by plasma CVD method.
The silicon nitride film 22 is heated to 100% by NH3 mixed gas system.
OA was deposited. Is the deposition condition parallel plate type plasma?
Using CVD equipment, SiH4 (IOX H2 dilution)
Flow rate 15sccm% NH3 flow JiLiOsccm, pressure 0.15Torr, discharge power 3.5W, substrate temperature 30
Deposition was carried out for 35 minutes at 0°C. As a result of IR (infrared spectroscopy) analysis, it was found that the silicon nitride film deposited under these conditions contained about 10 ata+t of hydrogen.

次に、プラズマCVD法により、SiH4/ H2混合
ガス系にて、窒化シリコン膜22上に、非品質シリコン
薄膜23をIOOQA堆積した。堆積条件としては、S
in4流量2secm 2}1zl8secm,圧力0
.l2Torr、放電バワー5W、30分間堆積させた
Next, an IOOQA non-quality silicon thin film 23 was deposited on the silicon nitride film 22 using a SiH4/H2 mixed gas system by plasma CVD. The deposition conditions are S
in4 flow rate 2sec 2}1zl8sec, pressure 0
.. Deposition was carried out for 30 minutes at l2 Torr and discharge power of 5 W.

次に、スパッタ法により、ゲート絶JljとしてSi0
2膜24を50OA堆積させた後、ゲート電8i25を
形成した。
Next, by sputtering, Si0 is used as the gate isolation Jlj.
After depositing the second film 24 to a thickness of 50 OA, a gate electrode 8i25 was formed.

次に、イオン注入法により、P0を注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した。
Next, P0 was implanted by ion implantation to form source/drain regions 26.

次に、水素の拡散に対してバリアとなる第2の絶縁膜と
して、プラズマCVD法により、窒化シリコン膜27を
5000A堆積した。
Next, as a second insulating film serving as a barrier against hydrogen diffusion, a silicon nitride film 27 with a thickness of 5000 Å was deposited by plasma CVD.

次に、N2雰囲気、600℃で、熱処理を行った。Next, heat treatment was performed at 600° C. in a N2 atmosphere.

次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、 Aj2電極
28を形成した。
Next, contacts were opened in desired regions to form Aj2 electrodes 28.

本実施例において、600℃の熱処理により、非晶貿シ
リコン薄膜23は、固相結晶成長し、多結晶化している
ことが、断面TEM  (透A電子顕微鏡)により確か
められた。
In this example, it was confirmed by cross-sectional TEM (transmission-A electron microscopy) that the amorphous silicon thin film 23 underwent solid phase crystal growth and became polycrystalline due to the heat treatment at 600°C.

本実施例において、ガラス基板上に直接多結晶シリコン
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は15倍、闇値電圧の変動幅は17
2以下に縮小された。
In this example, a comparison of the electrical characteristics of a MOSFET formed on a glass substrate with a polycrystalline silicon thin film formed directly on the glass substrate and a MOSFET created according to this example revealed that the electron mobility was 15 times higher and the dark value voltage was 15 times higher. The fluctuation range of is 17
reduced to less than 2.

また、ガラス基板上に直接非晶質シリコン薄膜を形成し
たMOSFETと、本実施例により作威したMOSFE
Tとの電気特性の測定の比較により、電子移動度は10
00倍以上になった。
In addition, we also developed a MOSFET in which an amorphous silicon thin film was directly formed on a glass substrate, and a MOSFET made using this example.
Comparison of electrical property measurements with T shows that the electron mobility is 10
It has increased more than 00 times.

このことは、熱処理によって、窒化シリコン膜22から
多結晶シリコン薄膜23内に水素が拡散し、下地界面お
よび多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界
面準位Cトラツブされ、準位の数が減少し、下地界面で
のバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界のポテ
ンシャルバリアが低下したためと考えられる。このこと
は、ESR  (電子スピン共鳴)測定の結果から、多
結晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、熱
処理によって、1桁以上低下していたことからも明らか
である。
This means that due to the heat treatment, hydrogen diffuses from the silicon nitride film 22 into the polycrystalline silicon thin film 23, and the interface level C existing at the base interface and the grain boundaries in the polycrystalline silicon thin film 23 is traversed, and the level This is thought to be because the number decreased, the generation of back channels at the base interface was suppressed, and the potential barrier at the grain boundary was lowered. This is also clear from the results of ESR (electron spin resonance) measurements, where the density of dangling bonds in the polycrystalline silicon thin film was reduced by more than one digit due to the heat treatment.

また、水素の拡散に対してバリアとなる窒化シリコン膜
22、27の効果については、たとえば、この窒化シリ
コン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存
在する水素の密度が、IE20cm−’のオーダーから
lE19cm−3のオーダー以下に低下していることか
ら、この膜が、水素のout−diffusionに対
してバリアとして作用していることが分かった。
Regarding the effect of the silicon nitride films 22 and 27 that act as a barrier against hydrogen diffusion, for example, depending on the presence or absence of the silicon nitride film 27, the density of hydrogen existing in the polycrystalline silicon film 23 can be reduced by IE20cm-' It was found that this film acts as a barrier against the out-diffusion of hydrogen.

また、信頼性試験においては、高温高温試験によっても
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
In addition, in reliability tests, there was almost no change in electrical characteristics even in high-temperature tests, and the reliability was sufficient.

これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散に対して、プロツキングしているため
と考えられる。
This is considered to be because the silicon nitride film 22 blocks the diffusion of alkali ions from the glass substrate.

また、本実施例において、600℃の勢処理により、水
素が多結晶シリコン中に拡散するのと同時に、ソース・
ドレイン領域の活性化も可能であることが、電気特性の
測定から明らかになった。
In addition, in this example, hydrogen is diffused into polycrystalline silicon by heating at 600°C, and at the same time, the source
Measurements of electrical properties revealed that activation of the drain region is also possible.

[第3の実施例] ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、siH4/
NH3混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、Si84(1帖}12希釈)流量1
5s c c m , N H 3流量10sccm、
圧力0.16Torr、放電パワー3.5W、基板温度
300℃の条件で、35分間堆積を行った。この条件で
堆積した窒化シリコン腹中には、IR(赤外分光)分析
の結果、約10¥の水素が含まれていることが分かった
[Third Example] SiH4/
The silicon nitride film 22 is heated to 100% by NH3 mixed gas system.
OA was deposited. As for the deposition conditions, a parallel plate plasma CVD apparatus was used, Si84 (1 volume) diluted with 12, flow rate 1
5s ccm, NH3 flow rate 10sccm,
Deposition was performed for 35 minutes under the conditions of a pressure of 0.16 Torr, a discharge power of 3.5 W, and a substrate temperature of 300°C. As a result of IR (infrared spectroscopy) analysis, it was found that the silicon nitride film deposited under these conditions contained about 10 yen of hydrogen.

次に、RFプラズマCVD法により、SiH2C fL
 a /t[J2/Hz混合ガス系にて、窒化シリコン
膜22上に、多結晶シリコン薄膜23を1000^堆積
した。堆積条件としては、 SiH2Cu , 0.9
 secm, HCI+30sccm , H2200
 sccm,圧力2.O Torr、RFpower6
0W1基板温度230℃で行った。この条件では、窒化
シリコン膜22上には、粒径が約1.0μmの多結晶シ
リコン薄膜が堆積した。
Next, by RF plasma CVD method, SiH2C fL
A polycrystalline silicon thin film 23 was deposited to a thickness of 1000^ on the silicon nitride film 22 using a/t[J2/Hz mixed gas system. The deposition conditions are: SiH2Cu, 0.9
secm, HCI+30sccm, H2200
sccm, pressure 2. O Torr, RF power6
0W1 The temperature of the substrate was 230°C. Under these conditions, a polycrystalline silicon thin film with a grain size of about 1.0 μm was deposited on the silicon nitride film 22.

?に、ゲーl・絶縁膜として、まず、スバッタ法により
SiO■膜を200A、つづいて、水素の拡散に対して
バリアとなる絶縁膜としてプラズマCVD法により窒化
シリコン膜300AiI1積させた後、ゲート電極25
を形成した。Si02膜を先に堆積させたのは、よく知
られたように、窒化シリコン膜だけでゲート絶縁膜を構
成すると、腹中の分極により、MOSFETの電気特性
が劣化するので、そうした劣化を防ぐためである。
? First, as a gate electrode insulating film, a SiO2 film of 200A was deposited by a sputtering method, and then a silicon nitride film of 300AiI was deposited by a plasma CVD method as an insulating film to serve as a barrier against hydrogen diffusion. 25
was formed. The reason why the Si02 film was deposited first was to prevent the deterioration of the electrical characteristics of the MOSFET because, as is well known, if the gate insulating film is made of only a silicon nitride film, the electrical characteristics of the MOSFET will deteriorate due to polarization in the middle. It is.

次に、イオン注入法により、P“を注入し、ソース・ド
レイン領域21tを形成した。
Next, P'' was implanted by ion implantation to form source/drain regions 21t.

次に、N2雰囲気、550℃で、熱処理を行った。Next, heat treatment was performed at 550° C. in a N2 atmosphere.

次に、保護膜として、プラズマCVD ?去にて、窒化
シリコン膜5000A堆積した。
Next, as a protective film, plasma CVD? At the same time, a silicon nitride film of 5000A was deposited.

次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、 AJ2電F
J2Bを形成した。
Next, a contact hole is drilled in the desired area, and the AJ2 electric F
J2B was formed.

本実施例において、水素の拡散に対してバリ7どなる絶
縁膜として、窒化シリコン膜の膜厚を300Aとしても
、多結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン
膜厚を5000Aとした場合と全く変化なかった。
In this example, even if the thickness of the silicon nitride film is 300A as an insulating film that has burrs 7 against hydrogen diffusion, the density of hydrogen in the polycrystalline silicon thin film is the same as when the silicon nitride film thickness is 5000A. There was no change at all.

また、保ii膜として、Sin2膜5000Aを用いた
場合についても、水素の密度に変化はなかったことから
、窒化シリコン膜30〇八でも十分バリアとして作用し
ていることが分かった。
Further, even when the Sin2 film 5000A was used as the barrier film, there was no change in the hydrogen density, indicating that the silicon nitride film 3008 also sufficiently acted as a barrier.

また、ゲート絶縁膜として窒化シリコン膜と酸化シリコ
ン膜の2層構造を用いたが、これについても、Sin,
膜を用いた場合と比較して、電気特性の変化は、ほとん
ど認られなかった。
In addition, a two-layer structure of a silicon nitride film and a silicon oxide film was used as the gate insulating film;
Compared to the case where a membrane was used, almost no change in electrical properties was observed.

また、本実施例では、バリア膜として、プラズマCVO
 7去による窒化シリコン膜を用いたが、減圧CVD法
により堆積した窒化シリコン膜を用いても、同様の効果
があった。
In addition, in this example, plasma CVO was used as the barrier film.
Although a silicon nitride film prepared by the method No. 7 was used, a similar effect could be obtained by using a silicon nitride film deposited by low-pressure CVD.

[第4の実施例] ガラス基板上2lに、プラズマCVD法で、SjHa/
NHsm合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型プラズマ
CVD装置を用い、SiH4(to!k }12希釈)
流i155CCIll% NTo ?1jt i 10
sccm,圧力0.16Torr,放電バワー3.5 
W ,基板温度300℃の条件で、35分間堆積を行っ
た。この条件で堆積した窒化シリコン腹中には、IR(
赤外分光)分析の結果、約lO′36の水素が含まれて
いることが分かった。
[Fourth Example] SjHa/
The silicon nitride film 22 is heated to 100% by NHsm mixture gas system.
OA was deposited. As for the deposition conditions, a parallel plate plasma CVD device was used, and SiH4 (to!k }12 dilution) was used.
Flow i155CCIll% NTo? 1jt i 10
sccm, pressure 0.16 Torr, discharge power 3.5
Deposition was performed for 35 minutes under the conditions of W and a substrate temperature of 300°C. In the silicon nitride film deposited under these conditions, IR (
As a result of analysis (infrared spectroscopy), it was found that approximately 1O'36 of hydrogen was contained.

次に、RFプラズマCVD法により、SiH,CIL2
/HCfL/H2混合ガス系にて、窒化シリコン膜22
上に、多結晶シリコン薄膜23をIOOOA堆積した。
Next, by RF plasma CVD method, SiH, CIL2
/HCfL/H2 mixed gas system, silicon nitride film 22
A polycrystalline silicon thin film 23 was IOOOA deposited thereon.

堆積条件としては、 SiH.Cfl 2Q.9scc
m , l{Cj2 130SCCIIl1H2200
 SCCm1圧力2.O Torr, RFpower
 60W1基板温度230℃で行った。この条件では、
窒化シリコン膜22上には、粒径が約1.Ol.tmの
多結晶シリコン薄膜が堆積した。
The deposition conditions were SiH. Cfl 2Q. 9scc
m, l{Cj2 130SCCIIl1H2200
SCCm1 pressure2. O Torr, RF power
The test was conducted at a temperature of 60W and a substrate temperature of 230°C. Under this condition,
On the silicon nitride film 22, grains with a diameter of about 1. Ol. A polycrystalline silicon thin film of tm was deposited.

次に、ゲート絶縁膜24として、つづいて、水素の拡散
に対してバリアとなる絶縁膜としてプラズマCVD法に
より窒化酸化シリコン膜500A堆積させた後、ゲート
電極25を形成した。窒化酸化シリコン膜は、よく知ら
れているように、膜中の窒素と酸素との組成比をうまく
選ぶことで、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との両方
の性質を兼ね備えることが可能である。ここでは、SI
OH4 / NH3 /N20混合ガス系を用いて、堆
積条件を最適化することにより、膜の組成比をStに対
してN原子比が3、0原子比が2となるようにした。
Next, as the gate insulating film 24, a silicon nitride oxide film 500A was deposited by plasma CVD as an insulating film to serve as a barrier against hydrogen diffusion, and then the gate electrode 25 was formed. As is well known, a silicon nitride oxide film can have the properties of both a silicon nitride film and a silicon oxide film by appropriately selecting the composition ratio of nitrogen and oxygen in the film. Here, S.I.
By optimizing the deposition conditions using a mixed gas system of OH4/NH3/N20, the composition ratio of the film was made such that the atomic ratio of N to St was 3 and the atomic ratio of 0 to 2.

次に、イオン注入法により、P+を注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した。
Next, P+ was implanted by ion implantation to form source/drain regions 26.

次に、N2雰囲気、600℃で、熱処理を行った。Next, heat treatment was performed at 600° C. in a N2 atmosphere.

次に、保護膜として、プラズマCVD法にて、窒化シリ
コン膜5QOOA堆積した。
Next, a silicon nitride film of 5QOOA was deposited as a protective film by plasma CVD.

次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、 AA電極2
8を形成した。
Next, a contact hole is opened in a desired area, and the AA electrode 2
8 was formed.

本実施例において、水素の拡散に対してバリアとなる第
2の絶縁膜として、窒化酸化シリコン膜を用いても、多
結晶シリコン薄膜中の水素の密度は、窒化シリコン膜を
用いた場合と全く変化なかった。
In this example, even if a silicon nitride oxide film is used as the second insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion, the density of hydrogen in the polycrystalline silicon thin film is completely the same as when a silicon nitride film is used. There was no change.

また、ゲート絶縁膜として窒化酸化シリコン膜を用いた
が、これCついても、Si02膜を用いた場合と比較し
て、電気特性の劣化はほとんど認られなかったゆ E第5の実施例] ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、SiH4/
NH,混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型ブラズ7
 CVD装置を用い、SiH4(10零}12希釈)流
量15sccm, NH.流量10sccm,圧力0.
16丁orr、放電パワー3.5W、基板温度400℃
の条件で、20分間堆積を行った。
Furthermore, although a silicon nitride oxide film was used as the gate insulating film, almost no deterioration of the electrical characteristics was observed compared to the case where a Si02 film was used. On the substrate 21, SiH4/
The silicon nitride film 22 is heated to 100% by NH mixed gas system.
OA was deposited. The deposition conditions were parallel plate type Blaz 7.
Using a CVD device, SiH4 (10 x 12 dilution) flow rate was 15 sccm, NH. Flow rate 10 sccm, pressure 0.
16 tons orr, discharge power 3.5W, substrate temperature 400℃
Deposition was carried out for 20 minutes under these conditions.

次に、RFプラズマCVD法により、SiH2C Il
2 /}1cI/H2混合ガス系にて、窒化シリコン膜
22上に、多結晶シリコン薄[23をIOOOA堆積し
た。
Next, by RF plasma CVD method, SiH2C Il
A thin polycrystalline silicon layer [23] was deposited on the silicon nitride film 22 using an I/H2 mixed gas system.

堆積条件としては、 SiH2Cj2 , 0.9sc
cm , HCIl130sccm , H.200 
sccm,圧力2.0 Torr. RFpower6
0W1基板温度230℃で行った。この条件では、窒{
ヒシリコン膜22上には、粒径が約1.0μmの多結晶
シリコン薄膜が堆積した。
The deposition conditions are: SiH2Cj2, 0.9sc
cm, HCl130sccm, H. 200
sccm, pressure 2.0 Torr. RFpower6
0W1 The temperature of the substrate was 230°C. Under these conditions, nitrogen
A polycrystalline silicon thin film having a grain size of approximately 1.0 μm was deposited on the hissilicon film 22.

次に、スバッタ法により、ゲート絶縁膜としてSi02
膜24を50OAを堆積させた後、ゲート電極25を形
戒した. 次に、平行平板型プラズマ装置を用い、水素ブラズマを
照射した。水素プラズマ条件としては、圧力0.16T
orr、放電出力600W,基板温度300℃、照射時
間30tninで行った。
Next, using a sputtering method, SiO2 was used as a gate insulating film.
After depositing the film 24 to a thickness of 50 OA, the gate electrode 25 was formed. Next, hydrogen plasma was irradiated using a parallel plate plasma device. Hydrogen plasma conditions include a pressure of 0.16T.
orr, a discharge output of 600 W, a substrate temperature of 300° C., and an irradiation time of 30 tnin.

次に、イオン注入法により、Pゝを注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した。
Next, P was implanted by ion implantation to form source/drain regions 26.

次に、水素の拡散に対してバリアとなる第2の絶縁膜と
して、第1の絶縁膜22と同様の方l去にて、プラズマ
CVD法により、窒化シリコン膜27を5000A堆積
した。
Next, as a second insulating film serving as a barrier against hydrogen diffusion, a silicon nitride film 27 having a thickness of 5000 Å was deposited using the same method as the first insulating film 22 by plasma CVD.

次に、N2雰囲気、550℃で、熱処理を行った。Next, heat treatment was performed at 550° C. in a N2 atmosphere.

次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、Afl電極2
8を形成した。
Next, a contact hole is opened in a desired area, and the Afl electrode 2
8 was formed.

本実施例において、ガラス基板上に直接多結晶シリコン
薄膜を形成した基板に形戒したMOSFETと、本実施
例により作成したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は2倍以上、閾値電圧の変動幅は1
/2以下に縮小された。
In this example, a comparison of the electrical characteristics of a MOSFET fabricated on a glass substrate with a polycrystalline silicon thin film formed directly on the substrate and a MOSFET fabricated according to this example revealed that the electron mobility was more than twice that of the threshold value. The voltage fluctuation range is 1
/2 or less.

このことは、熱処理によって、水素プラズマ中から水素
が、多結晶シリコン薄膜23内に拡散し、下地界面およ
び多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在する界面
準位にトラップされ、準位の数が減少し、下地界面での
バックチャネルの発生か抑制され、かつ、粒界のポテン
シャルバリアが低下したためと考えられる。このことは
、EsR(i子スピン共鳴)測定の結果から、多結晶シ
リコン薄膜中のダングリングボンドの密度が、熱処理に
よって、1桁以上低下していたことからも明らかである
This means that due to the heat treatment, hydrogen from the hydrogen plasma diffuses into the polycrystalline silicon thin film 23, is trapped in the interface states existing at the base interface and the grain boundaries in the polycrystalline silicon thin film 23, and the level This is thought to be because the number decreased, the generation of back channels at the base interface was suppressed, and the potential barrier at the grain boundaries was lowered. This is also clear from the results of EsR (i-son spin resonance) measurements, where the density of dangling bonds in the polycrystalline silicon thin film was reduced by more than one digit due to the heat treatment.

また、水素の拡散に対してバリアとなる窒化シリコン膜
22、27の効果については、たとえば、この窒化シリ
コン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中に存
在する水素の密度が、lE20cm−3のオーダーから
lEl9cl’のオーダー以下に低下していることから
、この膜が、水素のout−diffusionに対し
てバリアとして作用していることが分かった。
Regarding the effect of the silicon nitride films 22 and 27 that act as a barrier against hydrogen diffusion, for example, depending on the presence or absence of the silicon nitride film 27, the density of hydrogen existing in the polycrystalline silicon film 23 is It was found that this film acts as a barrier against out-diffusion of hydrogen because it decreased from the order of 1El9cl' to below the order of 1El9cl'.

また、信頼性試験においては、高温高(品試験によって
も、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なも
のであった。
In addition, in reliability tests, there was almost no change in electrical characteristics even in high-temperature (high-temperature) tests, and the reliability was sufficient.

これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散に対して、プロツキングL,ているた
めと考えられる。
This is considered to be because the silicon nitride film 22 is blocking against the diffusion of alkali ions from the glass substrate.

[第6の実施例] ガラス基板上21に、プラズマCVD法で、SiH4/
NH.混合ガス系により、窒化シリコン膜22を100
OA堆積した。堆積条件としては、平行平板型ブラズv
 cvo装置を用い、SiH4(10%i 82希釈)
流量l5s c c m , N H 3流量10sc
cm.圧力0.16Torr,放電パワー3.5W、基
板温度400℃の条件で、20分間堆積を行った。
[Sixth Example] SiH4/
N.H. By using a mixed gas system, the silicon nitride film 22 is
OA was deposited. As for the deposition conditions, parallel plate type Blaz v
Using a cvo device, SiH4 (10% i82 dilution)
Flow rate l5s c cm, NH3 flow rate 10sc
cm. Deposition was performed for 20 minutes under the conditions of a pressure of 0.16 Torr, a discharge power of 3.5 W, and a substrate temperature of 400°C.

次に、RFプラズマ[:VD法により、SiH2C j
2 2 /HCJZ/th混合ガス系にて、窒化シリコ
ン@22上に、多結晶シリコン薄膜23をIOOO八堆
積した。
Next, by RF plasma [:VD method, SiH2C j
A polycrystalline silicon thin film 23 was deposited on silicon nitride@22 using a mixed gas system of 2 2 /HCJZ/th.

堆積条件としては、SiH2C IL 20.9scc
m , HCj2130sccm . H2200 s
ccm,圧力2,0丁orr, RFpo*er60W
、基板温度230℃で行った。この条件では、窒化シリ
コン膜22上には、粒径が約1.0μmの多結晶シリコ
ン薄膜が堆積した。
The deposition conditions were: SiH2C IL 20.9scc
m, HCj2130sccm. H2200s
ccm, pressure 2.0 orr, RFpo*er60W
, and the substrate temperature was 230°C. Under these conditions, a polycrystalline silicon thin film with a grain size of about 1.0 μm was deposited on the silicon nitride film 22.

次に、スバツタ法により、ゲート絶縁膜とじてSi02
膜500^を堆積させた後、ゲート電極25を形成した
Next, the gate insulating film was made of Si02 by the sputtering method.
After depositing the film 500^, the gate electrode 25 was formed.

次に、イオン注入法により、水素を、IEl6Cl”、
加速電圧20keVの条件で、多結晶シリコン薄膜23
全面に注入した。
Next, by ion implantation, hydrogen was added to IEl6Cl'',
Polycrystalline silicon thin film 23 under the condition of acceleration voltage 20 keV
Injected all over.

次に、イオン注人法により、P0を注入し、ソース・ド
レイン領域26を形成した。
Next, P0 was implanted using an ion implantation method to form source/drain regions 26.

次に、水素の拡散に対してバリアとなる第2の絶縁膜と
して、第1の絶縁膜22と同様の方法にて、プラズマC
VD法により、窒化シリコン膜27を5000人堆積し
た。
Next, as a second insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion, a plasma carbon
5000 silicon nitride films 27 were deposited by VD method.

次に、N2雰囲気、550℃で、熱処理を行った。Next, heat treatment was performed at 550° C. in a N2 atmosphere.

次に、所望の領域にコンタクトを開孔し、AJl電i2
8を形成した。
Next, a contact hole is opened in the desired area, and the AJl electrode i2
8 was formed.

本実施例において、ガラス基板上に直接多結晶シリコン
薄膜を形成した基板に形成したMOSFETと、本実施
例により作戒したMOSFETの電気特性の測定の比較
により、電子移動度は2倍以上、閾値電圧の変動幅はl
/2以下に縮小された。
In this example, a comparison of the electrical characteristics of a MOSFET formed on a glass substrate with a polycrystalline silicon thin film formed directly on the glass substrate and a MOSFET prepared according to this example revealed that the electron mobility was more than twice as high as the threshold value. The voltage fluctuation range is l
/2 or less.

このことは、*jI’A理によって、水素プラズマ中か
ら水素が、多結晶シリコン薄膜23内に拡散し、下地界
面および多結晶シリコン薄膜23中の結晶粒界に存在す
る界面準位にトラツブされ、準位の数が減少し、下地界
面でのバックチャネルの発生が抑制され、かつ、粒界の
ポテンシャルバリアが低下したためと考えられる。この
ことは、ESR  (電子スピン共Oi)測定の結果か
ら、多結晶シリコン薄膜中のダングリングボンドの密度
が、熱処理によって、1桁以上低下していたことからも
明らかである。
This means that hydrogen from the hydrogen plasma diffuses into the polycrystalline silicon thin film 23 and is trapped in the interface states existing at the base interface and the grain boundaries in the polycrystalline silicon thin film 23, according to the *jI'A principle. This is thought to be because the number of levels decreased, the generation of back channels at the base interface was suppressed, and the potential barrier at the grain boundaries was lowered. This is also clear from the results of ESR (electron spin co-Oi) measurements, where the density of dangling bonds in the polycrystalline silicon thin film was reduced by more than one order of magnitude due to the heat treatment.

また、水素の拡散に対してバリアとなる窒化シリコンI
lN22、27の効果については、たとえば、この窒化
シリコン膜27の有無により、多結晶シリコン膜23中
に存在する水素の密度が、IE20c+n−’のオーダ
ーからIE19cm−’のオーダー以下に低下してイル
コとから、コノ膜が、水素のout−diffusio
nに対してバリアとして作用していることが分かつた。
In addition, silicon nitride I, which acts as a barrier to hydrogen diffusion,
As for the effects of lN22 and 27, for example, due to the presence or absence of this silicon nitride film 27, the density of hydrogen existing in the polycrystalline silicon film 23 decreases from the order of IE20c+n-' to below the order of IE19cm-', resulting in Therefore, the Kono membrane is an out-diffusio of hydrogen.
It was found that it acts as a barrier against n.

また、信頼性試験においては、高渇高温試験によっても
、電気特性の変化はほとんどなく、信頼性も十分なもの
であった。
In addition, in reliability tests, there was almost no change in electrical characteristics even in high-dry/high-temperature tests, and the reliability was sufficient.

これは、窒化シリコン膜22が、ガラス基板からのアル
カリイオンの拡散に対して、ブロッキングしているため
と考えられる。
This is considered to be because the silicon nitride film 22 blocks the diffusion of alkali ions from the glass substrate.

以上、本実施例において、結晶性半導体薄膜としては、
本出願人が提案しているプラズマCVD法にて形成し・
た犬粒径多結晶シリコンおよびプラズマCVD法により
形成した非晶貿シリコンを熱処理にて結晶化した多結晶
シリコンについてその効果を示したが、他の結晶性半導
体薄膜、たとえば、減圧CVD法により形成された多結
晶シリコンや、多結晶シリコンにSi0を注入して非晶
質化した非晶質シリコンをアニールし、再結晶化したも
のや、本出願人が特願昭62−73629号、特願昭6
2−73630号で提案しているところの大粒径多結晶
シリコンや、本出願人が特開昭63−107016号で
提案しているところの非晶貿基板上に形成した単結晶シ
リコンなどを用いても、同様の効果があったことはいう
までもない。
As described above, in this example, the crystalline semiconductor thin film is
Formed using the plasma CVD method proposed by the applicant.
Although this effect was demonstrated for polycrystalline silicon with a small grain size and polycrystalline silicon formed by heat treatment of amorphous silicon formed by plasma CVD, it is not possible to apply this effect to other crystalline semiconductor thin films, such as those formed by low pressure CVD. Polycrystalline silicon obtained by implanting Si0 into polycrystalline silicon, amorphous silicon made amorphous by annealing and recrystallization, and Showa 6
Large-grain polycrystalline silicon as proposed in No. 2-73630, single crystal silicon formed on an amorphous substrate as proposed by the present applicant in JP-A-63-107016, etc. Needless to say, the same effect was obtained when using the same method.

[発明の効果] 水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜をシリコン薄膜
と基板との間およびシリコン薄膜中に形成し、さらに、
熱処理することにより、シリコン薄膜下地界面の界面準
位を減らし、バックチャネル効果を抑制することができ
、閾値電圧の変動幅の縮小やキャリア移動度の向上など
、TPTの電気的特性を向上させることができた。
[Effect of the invention] An insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion is formed between the silicon thin film and the substrate and in the silicon thin film, and further,
By heat treatment, it is possible to reduce the interface states at the interface with the silicon thin film base, suppress the back channel effect, and improve the electrical characteristics of TPT, such as reducing the fluctuation width of the threshold voltage and improving carrier mobility. was completed.

また、水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜として、
窒化シリコン膜を用いることにより、基板からのNa”
などのアルカリイオンの侵入をプロツキングすることが
でき、TPTの信頼性を向上させることができた。
Also, as an insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion,
By using a silicon nitride film, Na” from the substrate can be removed.
It was possible to block the intrusion of alkali ions such as, and improve the reliability of TPT.

この結果、安価なガラス基板上に、電気特性および信頼
性に優れたTPTを容易に形戒することができるように
なった。
As a result, it has become possible to easily form TPT with excellent electrical characteristics and reliability on an inexpensive glass substrate.

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

第1図は、本発明の特徴を説明するための断面図である
。第2図は、本発明を用いて形成したMOSFETの断
面図である。第3図は、従来技術の問題点を説明するた
めの断面図である。 l1、2l、3l・・・基板 12、22、32・・・水素の拡散に対してバリアとな
る第1の絶縁膜 l3、23、33・・・半導体薄膜 14、24、34・・・水素の拡散に対してバリアとな
る第2の絶縁膜
FIG. 1 is a sectional view for explaining the features of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of a MOSFET formed using the present invention. FIG. 3 is a sectional view for explaining the problems of the prior art. l1, 2l, 3l... Substrate 12, 22, 32... First insulating film serving as a barrier against hydrogen diffusion l3, 23, 33... Semiconductor thin film 14, 24, 34... Hydrogen a second insulating film that acts as a barrier to diffusion of

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)絶縁基体上に結晶性半導体薄膜を形成してなる半
導体装置の製造方法において、前記の結晶性半導体薄膜
の上下両側に、水素の拡散に対してバリアとなる第1、
第2の絶縁膜をそれぞれ形成する工程と、前記の半導体
薄膜中に水素を導入する工程と、その後に熱処理を行う
工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法
(1) In a method for manufacturing a semiconductor device in which a crystalline semiconductor thin film is formed on an insulating substrate, a first layer, which serves as a barrier against hydrogen diffusion, is provided on both upper and lower sides of the crystalline semiconductor thin film.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of respectively forming second insulating films, introducing hydrogen into the semiconductor thin film, and then performing heat treatment.
(2)前記の水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜と
して、減圧CVD法、あるいは、プラズマCVD法で形
成した窒化シリコン膜を用いることを特徴とする特許請
求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方法。
(2) A silicon nitride film formed by a low pressure CVD method or a plasma CVD method is used as the insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion. A method for manufacturing a semiconductor device.
(3)前記の水素の拡散に対してバリアとなる絶縁膜と
して、プラズマCVD法で形成した窒化酸化シリコン膜
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載
の半導体装置の製造方法。
(3) A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, characterized in that a silicon nitride oxide film formed by a plasma CVD method is used as the insulating film that acts as a barrier against hydrogen diffusion. .
(4)前記の結晶性半導体薄膜材料が、シリコンである
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体
装置の製造方法。
(4) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the crystalline semiconductor thin film material is silicon.
(5)前記の水素の導入は、水素を含んだ前記の絶縁膜
からの水素の拡散によることを特徴とする特許請求の範
囲第1項に記載の半導体装置の製造方法。
(5) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the hydrogen is introduced by diffusion of hydrogen from the insulating film containing hydrogen.
(6)前記の水素の導入は、水素を含んだプラズマによ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導
体装置の製造方法。
(6) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the hydrogen is introduced by using plasma containing hydrogen.
(7)前記の水素の導入は、イオン注入によることを特
徴とする特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製
造方法。
(7) The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the hydrogen is introduced by ion implantation.
(8)前記の熱処理の温度は、非晶質シリコンが多結晶
化する温度であることを特徴とする特許請求の範囲第1
項、第4項または第5項に記載の半導体装置の製造方法
(8) The temperature of the heat treatment is a temperature at which amorphous silicon becomes polycrystalline.
5. A method for manufacturing a semiconductor device according to item 4, item 5, or item 5.
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