JPH07193253A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

薄膜トランジスタ及びその製造方法

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JPH07193253A
JPH07193253A JP34884493A JP34884493A JPH07193253A JP H07193253 A JPH07193253 A JP H07193253A JP 34884493 A JP34884493 A JP 34884493A JP 34884493 A JP34884493 A JP 34884493A JP H07193253 A JPH07193253 A JP H07193253A
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JP
Japan
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film
insulating film
gate insulating
layer
tft
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JP34884493A
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English (en)
Inventor
Atsuhiko Suda
敦彦 須田
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Kokusai Electric Corp
Original Assignee
Kokusai Electric Corp
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Publication date
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  • Formation Of Insulating Films (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】薄膜トランジスタ製造時のゲート絶縁膜のダメ
ージを抑制し、ゲート絶縁膜に圧縮応力が残留するのを
抑止し、ゲート絶縁膜とゲート電極との密着性を改善
し、TFT特性の改善、向上を図る。 【構成】スタガード形或は逆スタガード形の薄膜トラン
ジスタの構成要素であるゲート絶縁膜に於いて、該ゲー
ト絶縁膜が少なくとも2層構造を成していることを特徴
とし、又機能膜であるアモルファスシリコン膜側の絶縁
膜層を除く絶縁膜層の内部応力が引張応力であり、且、
ゲート絶縁膜全体の内部応力が±200MPa 以下である
ことを特徴とし、更にスタガード形或は逆スタガード形
の薄膜トランジスタの構成要素であるゲート絶縁膜に於
いて、ゲート絶縁膜を高周波電力密度を連続的に可変す
ることにより成膜することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜トランジスタ及び
その製造方法に関し、特にゲート絶縁膜の改良に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】薄膜トランジスタ(TFT)は、アクテ
ィブマトリックス形の液晶表示パネルやイメージセンサ
の駆動回路に於けるスイッチング素子として利用されて
おり、その形には、大別してスタガード形、逆スタガー
ド形がある。
【0003】TFTの構造及び製造過程を、逆スタガー
ド形について図2を参照して説明する。先ずガラス1等
の絶縁基板上にAl、Cr等の金属薄膜及びITO(I
ndium Tin Oxide)等の透明電極膜を形
成し、フォトマスク等を用いてパターニングを行い、ゲ
ート電極2を作製する。次いで、ゲート絶縁膜3として
の窒化シリコン膜(SiNx 膜)等を、プラズマ気相成
長法(P−CVD法)により成膜する。更に、機能膜
(トランジスタとしてスイッチング機能を有する膜)で
あるアモルファスシリコン膜(a−Si膜)5を同様の
P−CVD法により成膜する。その後連続してPH3
不純物混入したオーミックコンタクトアモルファスシリ
コン膜(a−Si(n+ )膜)6を形成し、フォトマス
クでパターニングして、オーミックコンタクトアモルフ
ァスシリコン膜6及びアモルファスシリコン膜5にウェ
ット又はドライエッチングを施した後、ソース電極7及
びドレイン電極膜8としてAl等を真空蒸着法等により
形成する。最後に、ソース電極7及びドレイン電極8を
ウェット又はドライエッチングによりパターニングし、
パッシベーション膜(保護膜)9としてSiNx 膜或は
SiO2 膜を形成して、TFTが完成する。
【0004】TFTに於いて、ゲート電極2とソース電
極7に電圧を印加すると、あるしきい値電圧(Vth)
(V)以上に於いて、ゲート絶縁膜3と接するアモルフ
ァスシリコン膜の中にチャネルが誘起され、これによ
り、ソース電極7とドレイン電極8の間に電流が流れ
る。このチャネルを通る電子の動き易さを電界効果移動
度μ(cm2 /Vs)という。TFTの特性はこのμの大
きさで、又TFTの経時安定性はVthのシフト量(ΔV
th) で評価される。
【0005】ここでTFTの生産設備に着目すると、近
年その形式が、基板の多数枚チャージのバッチ式から、
一枚の基板を連続処理する枚葉式へと移行しつつある。
これは、枚葉式装置がバッチ式装置に比べ、パーティ
クルの発生が抑制できる、メインテナンスが容易であ
る、高歩留まりが期待できる、という点で有利なこと
に起因する。然し、従来のバッチ式装置以上に生産効率
を高める為には、成膜速度の高速化が必須となってく
る。
【0006】枚葉式のP−CVD装置により成膜の高速
化を実現するには、高周波電力の印加や電極の狭間隔化
等によるプラズマの高密度化或は、反応ガスの高濃度化
等が考えられる。然し、これらの条件は成膜する膜の密
度や内部応力等に影響を及ぼし、膜質に大きく関係し、
更にはTFT特性やTFT特性の安定性に影響を与え
る。
【0007】成膜高速化の1手段である反応ガスの高濃
度化の為に反応ガス流量を増すと、ガス利用効率の低下
を招き、反応生成物の浮遊、壁面への付着等により、パ
ーティクルが発生し易くなる為、結果として成膜環境を
悪化させることになる。
【0008】そこで最も有効な方法としては、高周波電
力の印加によるプラズマの高密度化が挙げられる。本方
法によれば、絶縁耐圧に優れた高密度膜が成膜でき、印
加高周波電力によりSiN膜のSiH,NH等の結合破
壊を防止し、a−Si膜成膜時の高周波電力印加ダメー
ジを抑制できるので、TFTのμ特性の劣化を抑制でき
る。而も反応ガスの利用効率を高めることができる為、
パーティクル発生の抑制による成膜環境の清浄度維持に
も貢献できる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、ゲート絶縁
膜に1000W以上の高周波電力を印加すると、ゲート
絶縁膜の内部応力が従来の引張応力から圧縮応力に変容
することがわかっており、ゲート絶縁膜の残留応力が圧
縮応力になると、ゲート電極とゲート絶縁膜との密着性
が悪化し、ゲート絶縁膜の剥離を生じることがあり、T
FT特性劣化の要因となる。
【0010】本発明は斯かる実情に鑑み、TFT製造時
のゲート絶縁膜のダメージを抑制し、ゲート絶縁膜に圧
縮応力が残留するのを抑止し、ゲート絶縁膜とゲート電
極との密着性を改善し、TFT特性の改善、向上を図る
ものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、スタガード形
或は逆スタガード形の薄膜トランジスタの構成要素であ
るゲート絶縁膜に於いて、該ゲート絶縁膜が少なくとも
2層構造を成していることを特徴とし、又機能膜である
アモルファスシリコン膜側の絶縁膜層を除く絶縁膜層の
内部応力が引張応力であり、且、ゲート絶縁膜全体の内
部応力が±200MPa 以下であることを特徴とし、更に
スタガード形或は逆スタガード形の薄膜トランジスタの
構成要素であるゲート絶縁膜に於いて、ゲート絶縁膜を
高周波電力密度を連続的に可変することにより成膜する
ことを特徴とするものである。
【0012】
【作用】ゲート絶縁膜を複数層構造とすることで内部応
力が減少し、ゲート絶縁膜とゲート電極との密着性が向
上し、又更に成膜時のダメージが下層のゲート絶縁膜層
に及ぶことがない様にし、TFT特性を改善、向上させ
る。又、特に上層の膜層を成膜する場合に高周波電力密
度を高くすることで高密度の絶縁膜層を成膜できる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を
説明する。
【0014】図1中、図2中で示したものと同一のもの
には同符号を付してある。
【0015】本実施例では、上記従来例で示したゲート
絶縁膜3を第1層とし、該第1層ゲート絶縁膜層3上に
更に第2層ゲート絶縁膜層4を成膜し、ゲート絶縁膜を
2層構造としたものである。又、2層のゲート絶縁膜の
内、機能膜であるa−Si膜5側の第2層絶縁膜4を高
密度膜、膜厚1000オングストローム以上とすること
により、a−Si膜5成膜時の絶縁膜の高周波電力印加
ダメージを極力抑制し、TFTの高μ特性、μ≧0.7
cm2 /Vs を達成する。而も、第2層絶縁膜4を除く第
1層絶縁膜3は内部応力が引張応力となる様に成膜し、
ゲート絶縁膜3,4全体としては、±200MPa 以下
(+:引張応力、−:圧縮応力)とすることにより、ゲ
ート電極2との密着性を改善し、TFT特性及びTFT
特性の安定性を改善する。又、絶縁膜の2層構造の形成
方法は、高周波電力を連続可変して行う。これは高周波
電力を段階的に変化させ膜を生成すると、境界が形成さ
れるため、TFT特性の安定性を阻害するからである。
【0016】次に、具体的実施例を説明する。
【0017】<実施例1>真空雰囲気でガラス基板1上
にスパッタリングで膜厚1000オングストロームのC
r電極を全面に形成した後、フォトレジストでパターニ
ングを行い、ウェットエッチングによりゲート電極2を
形成した。P−CVD成膜室にSiH4 ,NH3 ガスを
供給して、第1層絶縁膜3を基板温度300℃下、高周
波電力800W、成膜速度1180オングストローム/
min 、層厚2500オングストロームで成膜後、第2層
絶縁膜4を高周波電力1600Wまで連続的に上昇さ
せ、全膜厚を4000オングストロームとした。
【0018】次いで、真空状態を維持したまま別の成膜
室にガラス基板1を移送した。移送後、SiH4 、H2
ガスを供給し、アモルファスシリコン膜5を基板温度3
00℃、成膜速度1000オングストローム/min で成
膜し、膜厚2400オングストロームとした。更に、真
空状態を維持しながらガラス基板1を別の成膜室に移送
し、PH3 をドーピングガスとして、SiH4 、H2
スを供給し、基板温度300℃、成膜速度250オング
ストローム/min で膜厚500オングストロームのa−
Si(n+ )膜6を成膜した。次に、真空蒸着法により
Al膜を膜厚2000オングストロームで基板全体に形
成した後、フォトレジストの塗布、パターニングを行
い、ソース電極7及びドレイン電極8を成膜した。TF
Tデバイスのチャネル幅、チャネル長はそれぞれ100
0μm、100μmとした。
【0019】<実施例2>前記絶縁膜第1層3を層厚2
000オングストロームに成膜した。その他は実施例1
と同様にしてTFTを作成した。
【0020】<比較例1>前記絶縁膜第1層3を層厚4
000オングストロームに形成した。その他は実施例1
と同様にしてTFTを作成した。
【0021】<比較例2>前記絶縁膜第1層3を層厚3
200オングストロームに形成した。その他は実施例1
と同様にしてTFTを作成した。
【0022】<比較例3>前記絶縁膜第1層成膜時の高
周波電力を1000W、成膜速度1280オングストロ
ーム/min とした。その他は、実施例1と同様にしてT
FTを作成した。
【0023】実施例1,2、比較例1〜3で、それぞれ
作成したTFTデバイスについて、電界効果移動度μ、
しきい値電圧Vth及び、ゲート電極とソース・ドレイン
電極間に+20Vを1000秒印加した後のVthのシフ
ト量(ΔVth)を測定した。尚、絶縁膜第1層及び絶縁
膜全層の物性は、それぞれ単層膜を成膜してその内部応
力を基板上に載せたSiウェーハの歪み量を測定するこ
とにより求めた。
【0024】TFTデバイスの諸特性及びSiNx 膜の
物性を表1に示す。表1から明らかな様に、ゲート絶縁
膜を少なくとも2層構造とし、機能膜であるa−Si膜
側の第2層絶縁膜4を高密度膜、膜厚1000オングス
トローム以上とすることにより、a−Si膜成膜時の高
周波電力印加ダメージを極力抑制し、TFTの高μ特性
を達成できることが分る。而も、ゲート絶縁膜のa−S
i膜側の膜を除く膜は内部応力が引張応力となる様に成
膜され、ゲート絶縁膜全体としては、内部応力が±20
0MPa 以下(+:引張応力、−:圧縮応力)となる。従
って、ゲート電極との密着性が改善され、TFT特性及
びTFT特性の安定性が改善される。
【0025】
【表1】
【0026】尚、ゲート絶縁膜は3層以上としてもよ
く、要は最上層のゲート絶縁膜が高密度膜で而もゲート
絶縁膜全体として内部残留応力が±200MPa であれば
よい。
【0027】
【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、ゲート
絶縁膜が2層構造を有することから、ゲート膜上に他の
膜を成膜する際の高周波電力印加ダメージが抑制され、
ゲート絶縁膜の残留応力が軽減されゲート絶縁膜と下層
との密着性が向上し、TFT特性、又TFT特性の安定
性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すTFTの構造図であ
る。
【図2】従来例を示すTFTの構造図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 ゲート電極 3 第1層絶縁膜 4 第2層絶縁膜 5 アモルファスシリコン膜 6 アモルファスシリコン膜(オーミックコンタク
ト) 7 ソース電極 8 ドレイン電極 9 パッシベーション膜

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スタガード形或は逆スタガード形の薄膜
    トランジスタの構成要素であるゲート絶縁膜に於いて、
    該ゲート絶縁膜が少なくとも2層構造を成していること
    を特徴とする薄膜トランジスタ。
  2. 【請求項2】 機能膜であるアモルファスシリコン膜側
    絶縁膜層が高密度膜層である請求項1の薄膜トランジス
    タ。
  3. 【請求項3】 機能膜であるアモルファスシリコン膜側
    絶縁膜層の層厚が1000オングストローム以上である
    請求項1の薄膜トランジスタ。
  4. 【請求項4】 機能膜であるアモルファスシリコン膜側
    の絶縁膜層を除く絶縁膜層の内部応力が引張応力であ
    り、且、ゲート絶縁膜全体の内部応力が±200MPa 以
    下である請求項1の薄膜トランジスタ。
  5. 【請求項5】 ゲート絶縁膜を高周波電力密度を連続的
    に可変することにより成膜することを特徴とする薄膜ト
    ランジスタの製造方法。
JP34884493A 1993-12-27 1993-12-27 薄膜トランジスタ及びその製造方法 Pending JPH07193253A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998052227A1 (fr) * 1997-05-13 1998-11-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Element a couche mince dielectrique et son procede de fabrication

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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