JPH088439A - 半導体装置およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
しない構成を有する絶縁ゲイト型半導体装置を提供す
る。 【構成】 薄膜珪素半導体を用いた絶縁ゲイト型電界効
果半導体装置において、活性層を覆うゲイト絶縁膜を主
として、珪素、酸素、窒素で示される薄膜で構成する。
また、このようなゲイト絶縁膜においては、窒素の濃度
をゲイト電極との界面で大きくすることにより、ゲイト
電極を構成する材料がゲイト絶縁膜に拡散することを防
ぐことができる。また、同じく窒素の濃度を活性層の界
面で大きくすることにより、活性層中から水素イオン等
がゲイト絶縁膜に拡散することを防ぐことができる。さ
らに、ゲイト絶縁膜を形成する前に活性層表面をレーザ
ーもしくはそれと同等な強光を照射することにより酸化
もしくは窒化しておくことにより、上記の効果を高める
ことができる。
Description
る薄膜半導体を用いた絶縁ゲイト型電界効果半導体装置
(一般に薄膜トランジスタまたはTFTと呼ばれる)の
構成、及びその作製方法に関する。
上に形成された薄膜半導体を用いた絶縁ゲイト型電界効
果半導体装置(以下TFTという)が知られている。こ
れら絶縁基板上に形成されたTFTは、液晶ディスプレ
ーやイメージセンサーといった装置に利用されている。
そして、上記のようなTFTにおいては、ゲイト絶縁膜
として酸化珪素(SiO2) が用いられるのが普通である。
膜を用いることが高い特性を得るためには必要である。
結晶性珪素膜の作製方法としては、減圧熱CVD法等に
より微結晶構造を有する珪素膜を直接成膜する方法、非
晶質珪素膜に加熱処理やレーザー光の照射を行うことに
よって、結晶性を与える方法等がある。いずれの場合で
あっても単結晶構造を得ることは現状では不可能であ
る。即ち、得られる結晶性珪素膜の形態は、多結晶構造
や微結晶構造、さらには結晶構造と非晶質構造との混在
した状態、さらには結晶構造が含まれた構造となる。
手が多量に存在しているので、その中和(終端化)のた
めに水素を活性層中に含ませる必要がある。即ち活性層
の水素化を行う必要がある。しかし一方でゲイト絶縁膜
中に水素が含まれることは極力避けなければならない。
これは、TFTの動作中においてゲイト絶縁膜中に可動
イオンが存在すると、ヒステリシスが生じたり、しきい
値の変動が生じたりすることの原因となるからである。
基板上に形成した場合、装置全体が静電気を帯びやすい
ので、ゲイト絶縁膜がその静電気によって絶縁破壊して
しまう問題がある。即ち静電気の帯電によって、ゲイト
絶縁膜を境にして高電圧が印加された状態になり、その
電圧にゲイト絶縁膜が耐えられなくなってしまうという
問題があった。上記問題は、酸化珪素(SiO2) 膜のエネ
ルギーバンドギャップ(Eg)が約8eVと大きく、その比誘
電率が約3.8 と比較的小さいことに起因すると考えられ
る。
あり、比誘電率が約7である窒化珪素(Si3N4) 膜をゲイ
ト絶縁膜として用いることも考えられるが、窒化珪素膜
をゲイト絶縁膜として用いた場合には、Siクラスタが電
荷捕獲中心となるので、C−V特性にヒステリシスが出
てしまう。また、B−T処理において、ΔVthが約10V
程度動いてしまうという不都合がある。即ち、窒化珪素
をゲイト絶縁膜として用いた場合には、その絶縁膜中に
電荷捕獲中心が存在することになるので、絶縁膜として
は好ましいものではない。
提供する。 (2)その内部に電荷捕獲中心が存在しにくいゲイト絶
縁膜を提供する。 といった点を課題とする。また、活性層中には水素を含
ませることが必要であるが、活性層中に水素を含ませた
場合、この活性層中の水素が隣接するゲイト絶縁膜に拡
散してしまうという問題がある。このことは、活性層に
接するゲイト絶縁膜中には水素が含まれないようにする
必要があるという問題と両立しない。
は、活性層中のイオンがゲイト絶縁膜中に拡散しないよ
うなゲイト絶縁膜を提供することを別な課題とする。ま
た、ゲイト電極として金属を主成分とした材料を採用し
た場合、この金属材料とゲイト絶縁膜を構成する半導体
成分とが合金化してしまうという問題がある。そこで、
本明細書で開示する発明においては、金属材料成分を含
んだゲイト電極からゲイト絶縁膜中にゲイト電極中の金
属成分が拡散しないような構成を提供することをさらな
る課題とする。
の一つは、絶縁ゲイト型電界効果半導体装置であって、
ゲイト絶縁膜が、主として珪素、酸素、窒素で構成され
ているものであり、該材料中において、膜厚方向に対し
てNの組成比率が変化していることを特徴とする半導体
装置、あるいは、ゲイト絶縁膜がSiOx Ny で示され
る材料で構成されており、該材料中において、膜厚方向
に対してNの組成比率が変化していることを特徴とする
半導体装置、を要旨とするものである。特に絶縁基板上
に上記構成を有すTFTを形成することは、静電気によ
る静電破壊を防ぐ上で有用である。
含有されていることを意味し、すなわち、主として珪
素、酸素、窒素で構成されている、とは、珪素、酸素、
窒素が5%以上含有されていることを意味する。また、
上記の構成においては、窒素をゲイト絶縁膜中へのドー
ピングされた元素として扱っても同じ意味である。さら
に、上記ゲイト絶縁膜中には塩素(Cl)が添加されている
ことを特徴とするものである。またさらに、上記塩素が
添加されたSiOx Ny で示される材料を形成する際
に、塩素を膜中に添加するために、原料ガスとしてクロ
ールシラン、またはジクロールシランを用いた気相法を
用いることを特徴とするものである。
は、そのエネルギーバンドギャップが5.3 〜7.0 eVであ
り、比誘電率が4〜6であり、x及びyが、0<x<
2、0<y<4/3 を満たすことを特徴とするものであ
る。上記x及びyは、作製条件によって変更が可能であ
り、実施態様に合わせて設定すればよい。またその組成
は、Oが1原子%以上、好ましくは10原子%以上含ま
れ、同時にNが0.001 原子%以上、好ましくは0.1 原子
%以上含まれていることが必要である。SiOx Ny で
示される材料を形成する方法として、PCVD法(13.56
MHz)、LPCVD法、光CVD法、パルス波形を印加す
るPCVD法等の気相法を用いることができる。また、
SiOx Ny で示される絶縁膜中には必要に応じて、他
のハロゲン元素や不純物を人為的にドーピングすること
も可能である。
イト絶縁膜がSiOx Ny で示される薄膜で構成されて
おり、前記ゲイト絶縁膜中において、Nの組成比率がゲ
イト電極および/または活性層との界面において最大と
なっていることを特徴とする。上記構成において、Si
Ox Ny で示される薄膜におけるN(窒素)の組成比率
をゲイト電極および/または活性層との界面において最
大とするというのは、以下のような場合をいう。図4〜
図6に示すのは、SiOx Ny で示されるゲイト絶縁膜
中におけるN(窒素)の組成比率(縦軸)とゲイト絶縁
膜の膜厚方向における位置との関係を示したものであ
る。
の界面において、Nの組成比率が最大となるようにした
例である。また図5に示すのは、ゲイト絶縁膜とゲイト
電極との界面でNの組成比率が最大となるようにした例
である。また図6に示すのは、ゲイト絶縁膜と活性層と
の界面、およびゲイト絶縁膜とゲイト電極との界面の両
方において、Nの組成比率が最大となるようにした例で
ある。なおここでいう最大というのは、組成比率が相対
的に一番大きくなっているという意味である。
化を助長する金属元素が含まれている場合において、ゲ
イト絶縁膜と活性層との界面でNの組成比率が最大とな
るようにすることで、活性層中からこれら金属元素がゲ
イト絶縁膜中に拡散してしまうことを防ぐことができ
る。これは、Nの組成比率を大きくすることで、Si−
N結合を利用したバリア層を構成できるからである。上
記のような金属元素は、珪素に対して侵入型の元素であ
ることが必要である。具体的には、これら金属元素とし
ては、Ni、Fe、Co、Ru、Pd、Os、Ir、P
t、Cu、Ag、Auから選ばれた一種または複数種類
の元素を用いることができる。
において、珪素膜中に拡散していく。そして、上記の進
入型の元素が、拡散していくのと同時に珪素の結晶化が
進行していく。即ち、上記進入型の金属は、拡散してい
った先々でもって触媒的な作用でもって非晶質珪素膜の
結晶化を助長する。また上記進入型の元素は、珪素膜中
に速やかに拡散していってしまうので、その導入量(添
加量)が重要となる。即ち、その導入量が少ないと、結
晶化を助長する効果が小さく、良好な結晶性を得ること
ができない。またその導入量が多過ぎると、珪素の半導
体特性が損なわれてしまう。
導入量の最適範囲が重要となる。例えば、上記結晶化を
助長する金属元素としてNiを利用する場合、結晶化さ
れた珪素膜中における濃度が1×1015cm-3以上とな
るように非晶質珪素膜中にNi元素の導入量を制御する
ことにより、結晶化を助長する効果を得ることができ
る。また結晶化された珪素膜中におけるNiの濃度が1
×1019cm-3以下となるようにNi元素の導入量を制
御すれば、半導体特性が阻害されることがないことが判
明している。ここでいう濃度とは、SIMS(2次イオ
ン分析法)によって得られる最小値によって定義され
る。また、上記に挙げたNi以外の金属元素について
も、Niと同様の濃度範囲においてその効果を得ること
ができる。
を用いた場合にも、非晶質珪素膜の結晶化を助長させる
ことができる。しかしAlやSnは、珪素と合金を形成
してしまい珪素膜中に拡散進入していかない。この場
合、結晶化は珪素と合金を形成した部分が結晶核となっ
て、その部分から結晶成長が進行していく。このように
AlやSnを用いた場合には、AlやSnを導入した部
分(即ちこれら元素と珪素との合金層)からしか結晶成
長が行われないので、前述のNi等の進入型の元素を用
いた場合に比較して、その結晶性が一般に悪いという問
題がある。例えば、一様に結晶化した結晶性珪素膜を得
ることが困難であるという問題がある。さらに合金層の
存在がデバイスの作製にさいして障害となる問題、さら
には合金層が存在することによってデバイスの信頼性が
低下する問題が存在する。
誘電率が4〜6であるので、フロアノートハイム電流
(絶縁膜を介したトンネル電流)を酸化珪素膜より約1
桁多く流すことができ、静電破壊に到ることを抑制する
ことができる。また、ゲイト絶縁膜であるSiOx Ny
膜には、酸素が含まれており、この酸素がヒステリシス
を無くすように作用し、さらにN(SiN結合)がNa
や、重金属(FeやNiやCo)イオンのドリフトを防
ぐように作用する。さらに、塩素(Cl)が添加された
場合には、NaイオンやFeイオンをNaClやFeC
lとして中和(固定化)させることができ、さらにゲイ
ト絶縁膜中における不純物イオンの悪影響を抑えること
ができる。
膜中において膜厚方向においてNの組成比率を変化させ
ることで、膜厚方向における任意の層にバリア層を形成
することができる。特に、SiOx Ny で示されるゲイ
ト絶縁膜と活性層との界面において、Nの組成比率を最
大とすることによって、この部分にバリア層を形成する
ことができ、このバリア層の作用によって、活性層中か
ら拡散してくる水素イオンや金属イオンがゲイト絶縁膜
中に侵入してしまうことを防ぐことができる。
膜とゲイト電極との界面において、Nの組成比率を最大
とすることによって、この部分にバリア層を形成するこ
とができ、このバリア層の作用によって、ゲイト電極か
ら拡散してくるゲイト電極を構成する材料成分がゲイト
絶縁膜中に侵入してしまうことを防ぐことができる。本
発明の効果をさらに効果的に引き出すには、ゲイト絶縁
膜を成膜する前に、酸化性もしくは窒化性の雰囲気にお
いて、レーザーもしくはそれと同等な強光を照射するこ
と(以下、光アニールという)によって、半導体活性層
表面を酸化せしめるとよい。
ーザー光またはそれと同等な強光を照射するのは、これ
ら非単結晶半導体膜の表面に窒化膜、酸化膜あるいは酸
化窒化膜を形成するとともに、非単結晶半導体膜の結晶
性を向上させるためである。酸化性雰囲気とは、積極的
に酸化を行わすために酸化性のあるガスを多く含有させ
た雰囲気のことをいい、酸素、オゾン、亜酸化窒素(N
2 O)や二酸化窒素(NO2 )等を多量に含む雰囲気、
あるいはこれらの混合雰囲気のことである。従って単に
これらのガスが微量に含まれている雰囲気とは異なる。
雰囲気中には塩素やトリクロロエチレン(トリクレン、
TCE、CHCl=CCl2 )、トランス−1、2−ジ
クロールエチレン(CHCl=CHCl)が含まれてい
ても良い。このようなガスは酸化作用を促進する。
活性層に対して行えば、珪素膜表面に薄い酸化珪素膜や
窒化珪素膜を形成することができる。特に紫外線を照射
した場合には化学反応が促進し、良質の酸化珪素膜が得
られる。このようにして作製された酸化珪素膜の場合
は、通常の乾燥酸素中で1000〜1200℃の温度の
熱酸化で得られる酸化珪素膜に匹敵するほど、固定電荷
が少なく、界面準位密度(Qss)も低い。このため、T
FT等の絶縁ゲイト型デバイスのゲイト絶縁膜として優
れている。そして、光アニール工程の後に、本発明のプ
ラズマCVD法等の成膜方法で絶縁膜、例えば酸化窒化
珪素を形成することで、レーザー光等の照射の際に半導
体表面に形成された良好な界面特性を有する酸化膜や窒
化膜に重ねて、絶縁膜を必要とする厚さに形成すること
ができる。
ら隔離された環境でおこなわれることが望ましい。も
し、レーザー等の照射の工程の後に、一度、大気中に半
導体表面をさらすと、表面が汚染されてしまい、せっか
く、レーザー等の照射によって得られた良質な酸化膜等
が台無しになってしまう。したがって、レーザー等の照
射と気相成長法による絶縁膜の成膜の間には半導体表面
を大気にさらす工程を入れてはならない。そのため、本
発明においては、これらの装置の間に基板を移送するた
めの特別な手段が必要とされる。
図1に示す。まず、ガラス基板(コーニング7059、
300mm×300mmもしくは100mm×100m
m)101上に下地酸化膜102として厚さ1000Å
〜3000Åの酸化珪素膜を形成する。この酸化珪素膜
には、塩素を添加し、Naや重金属の可動イオンの影響
を抑えるようにする。
気中でのスパッタ法やTEOSをプラズマCVD法で分
解・堆積した膜を450〜650℃でアニールする方法
を採用すればよい。塩素の添加は、雰囲気中に添加して
もよいし、スパッタ法を用いる場合には、ターゲットに
添加してもよい。その後、プラズマCVD法(PCVD
法)やLPCVD法によって非晶質珪素膜103を30
0〜1500Å、好ましくは500〜1000Å堆積す
る。この非晶質珪素膜103は、ソース領域、チャネル
形成領域、ドレイン領域を構成する活性層となる。
製するのであれば、この非晶質珪素膜103の上にゲイ
ト絶縁膜を形成すればよい。また、結晶性の珪素膜を用
いるのであれば、ここで熱アニール(600度以下で行
うのが好ましい)やレーザー光の照射による結晶化を行
えばよい。なお結晶化の際には、酸化珪素膜等で保護膜
104を珪素膜の汚染防止のために設けるのが効果的で
ある。
ーニングし、活性層105と106を形成する。そして
この活性層105と106を覆って、ゲイト絶縁膜とな
るSiOx Ny 膜107を200〜1500Åの厚さに
形成する。SiOx Ny 膜は、比誘電率が4〜6であ
り、酸化珪素膜の比誘電率3.8 に比較して、約50%大き
いので、電気的に同じ条件を得るのに、その膜厚を酸化
珪素膜の場合と比較して50%厚くすることができる。電
気的に同じ条件でゲイト絶縁膜の膜厚を厚くできること
は、絶縁耐圧の問題(同じ電圧が印加された場合、膜厚
が厚い方が電界が弱くなる)、さらにはピンホールを経
由してのリークの問題に対して有利である。
シランを原料ガスとして用いたPCVD法を用いる。形
成条件は、基板温度を300 度〜600 度として、印加する
高周波エネルギーとして、13.56MHzの高周波を用いる。
コーニング7059に代表されるガラス基板は、一般にガラ
ス転移温度が600 〜900 度であり、プロセス温度として
は、600 度以下の温度であることが好ましい。
ン(SiH2Cl2) を用いた場合、反応ガスとしてこのジクロ
ールシラン以外に、アンモニア(NH3) と一酸化窒素(N
2O) とを用いれば、気相反応の結果、SiOx Ny とH
ClとH2 Oとが生成され、Cl(塩素)が添加された
SiOx Ny 膜が得られる。また原料ガスとして、クロ
ールシランを用いた場合にも同様に膜中にClを添加す
ることができる。
ては、印加電圧をパルス化したPCVD法、さらにはL
PCVD法、さらには光CVD法を利用することができ
る。この後、必要に応じて、活性層105、105とゲ
イト絶縁膜107との界面特性を改善するため、水素雰
囲気中で350℃,2時間のアニールを行う。その後、
厚さ2000Å〜5μmのアルミニウム膜を電子ビーム
蒸着法によって形成して、これをパターニングし、図1
(C)に示すようにゲイト電極108、109を形成す
る。
TFTの島状シリコン膜中に、ゲイト電極部をマスクと
して自己整合的に一導電型を付与する不純物を注入す
る。この際には、最初に全面にフォスフィン(PH3 )
をドーピングガスとして燐を注入し、その後、図の島状
領域105だけをフォトレジストで覆って、ジボラン
(B2 H6 )をドーピングガスとして、島状領域106
だけに硼素を注入する。ドーズ量は、燐は2〜8×10
15cm-2、硼素は4〜10×1015cm-2とし、硼素の
ドーズ量が燐を上回るように設定する。
キシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20ns
ec)を照射して、上記不純物領域の導入によって、結
晶性の劣化した部分の結晶性を改善させるとともに、注
入された不純物の活性化を行う。レーザーのエネルギー
密度は200〜400mJ/cm2 、好ましくは250
〜300mJ/cm2 とする。
111に、P型不純物領域を領域112、113に形成
する。これらの領域のシート抵抗は200〜800Ω/
cm2 である。その後、全面に層間絶縁物114とし
て、TEOSを原料として、これと酸素とのプラズマC
VD法、もしくはオゾンとの減圧CVD法あるいは常圧
CVD法によって酸化珪素膜を厚さ3000Å形成し
た。基板温度は150〜400℃、好ましくは200℃
〜300℃とした。
タクトホールを形成し、アルミニウム配線115〜11
7を形成する。図1(E)には、左側のNTFT(Nチ
ャネル型薄膜トランジスタ)と右側のPTFT(Pチャ
ネル型薄膜トランジスタ)でインバータ回路が形成され
ていることが示されている。珪素膜103を熱アニール
により結晶化させた場合、TFTの移動度はNTFTで
50〜100cm2 /Vs、PTFTで30〜100c
m2 /Vsが得られる。本実施例では最高プロセス温度
は600℃以下であるので、コーニング7059等の無
アルカリガラスであれば、基板の縮みやソリ等は皆無で
ある。このため、基板が本実施例の如く大きなものであ
ってもパターンのずれが発生することはほとんどなく、
したがって、大面積ディスプレーもしくはその駆動回路
に応用する上で都合がよい。
図2に示す。本実施例は、アクティブマトリクス型の液
晶表示装置の画素駆動に用いるTFTの作製例である。
基板201としてはコーニング7059ガラス基板(厚
さ1.1mm、300×400mm)を使用する。この
ガラス基板には、ガラス基板中からのナトリウム等の不
純物がTFT中に拡散しないように、プラズマCVD法
で全面に厚さ50〜500Å、好ましくは50〜200
Åの窒化珪素膜202が形成してある。
03(酸化珪素)を形成する。その後、LPCVD法も
しくはプラズマCVD法で非晶質珪素膜204(厚さ3
00〜1500Å、好ましくは300〜500Å)を形
成し、400℃で1時間脱水素化を行った後、これをパ
ターニングして島状の半導体領域(TFTの活性層)2
04を形成する。さらに実施例1と同様な方法により、
SiOx Ny 膜をゲイト絶縁膜205として形成する。
勿論、ゲイト絶縁膜を形成する前に、非晶質珪素膜20
4をレーザー光の照射、または熱アニール(600度以
下で行うのが好ましい)によってその結晶化を助長さ
せ、結晶性シリコン(微結晶、多結晶、、ポリシリコ
ン、セミアモルファス等の結晶性を有するシリコン膜の
総称)としてもよい。
のゲイト電極206を形成し、基板ごと電解溶液に浸漬
して、これを陽極として通電し、ゲイト電極等のアルミ
ニウム配線表面に陽極酸化物の被膜209を形成する。
このような陽極酸化の技術は本発明人等の出願である特
願平4−30220、同4−38637、および同4−
54322に記述されている。この工程の完了した様子
を図2(B)に示す。また、陽極酸化工程が終了した後
に、逆に負の電圧、例えば−100〜−200Vの電圧
を0.1〜5時間印加してもよい。このときには、基板
温度は100〜250℃、代表的には150℃とするこ
とが好ましい。
化珪素とシリコン界面にあった可動イオンがゲイト電極
(Al)に引き寄せられる。このように、陽極酸化後、
もしくは陽極酸化中にゲイト電極に負の電圧を印加する
技術は、本発明人等の出願の特願平4−115503
(平成4年4月7日出願)に記述されている。またこの
ゲイト電極206の側面の酸化物の被膜209は、後の
イオン注入の際にマスクとなり、オフセットゲイト構造
を形成することができる。
ンドーピング法で活性層204に自己整合的に注入し、
TFTのソース/ドレイン領域208、209を形成
し、さらに、図2(C)に示すように、これにKrFエ
キシマレーザー光を照射して、このイオンドーピングの
ために結晶性の劣化した珪素膜の結晶性を改善する。こ
のときにはレーザー光のエネルギー密度は250〜30
0mJ/cm2 と設定する。このレーザー照射によっ
て、このTFTのソース/ドレインのシート抵抗は30
0〜800Ω/cm2 となる。
で、自己整合的にオフセットゲイト構造が実現される。
その後、ポリイミドによって層間絶縁物210を形成
し、さらに、画素電極211をITOによって形成す
る。そして、コンタクトホールを形成して、TFTのソ
ース/ドレイン領域にクロム/アルミニウム多層膜で電
極212、213を形成し、このうち一方の電極213
はITOにも接続するようにする。クロム/アルミニウ
ム多層膜は、下層にクロム膜200〜2000Å、典型
的には1000Å、上層にアルミニウム膜1000〜2
0000Å、典型的には5000Åが堆積されてできて
いる。これらは連続的にスパッタ法にて形成することが
望まれる。
で2時間アニールして、シリコンの水素化を完了する。
このようにして、TFTが完成する。ここで示したの
は、一つの画素に一つの駆動用のTFT(Pチャネル型
TFT)が形成された例であるが、上記の工程を同時に
行うことで、多数のTFTをマトリクス状に配列せし
め、アクティブマトリクス型液晶表示装置を作製するこ
とができる。本発明の他の応用例としては、金属配線が
形成された後の半導体集積回路において、TFTを形成
する、いわゆる3次元ICが挙げられる。その他にも様
々な応用が可能である。
属を主成分材料とした構成において、ゲイト電極を構成
する金属成分(この場合アルミニウム)がゲイト絶縁膜
に拡散し、そこで合金化してしまうことを防ぐ構成に関
する。図3に本実施例で示すTFTの作製工程を示す。
まずガラス基板301上にSiOx Ny で示される薄膜
302をジクロールシランを用いたプラズマCVD法に
より1000Åの厚さに形成する。さらにプラズマCV
D法または減圧熱CVD法により非晶質珪素膜303を
1000Åの厚さに形成する。
塩を非晶質珪素膜303上にコートする。これは、結晶
化を助長する金属元素であるニッケルを非晶質珪素膜に
導入するためである。そして不活性雰囲気中において5
50度、4時間の加熱処理を行い非晶質珪素膜303を
結晶化させ結晶性珪素膜を得る。なお結晶性珪素膜中に
含有させるニッケル元素の濃度は、1×1015cm-3〜
1×1019cm-3とすることが望ましい。これは、1×
1015cm-3以下では結晶化の際の助長効果が小さく、
1×1019cm-3以上では珪素の半導体特性が失われて
しまうからである。
得たら、水素イオン注入を行う。こうして、結晶性珪素
膜中に水素イオンの注入を行い、注入された水素によっ
て結晶性珪素膜中における珪素の不対結合手を中和させ
る。水素イオンを結晶性珪素膜中に含ませる方法として
は、水素イオンの注入の他に水素雰囲気中における加熱
による方法、水素プラズマ雰囲気中に試料をさらす方法
を挙げることができる。そしてパターニングを行いTF
Tの活性層304を形成する。なお、前記の水素イオン
の注入は、この活性層304の形成後に行ってもよい。
活性層304を形成したら、ゲイト絶縁膜としてSiO
x Ny で示される薄膜305を形成する。このゲイト絶
縁膜として機能するSiOx Ny で示される薄膜305
は、その組成を漸次変化させていることを特徴とする。
ここでは、図4に示すような組成で成膜を行うことを特
徴とする。
る位置を示し、縦軸に窒素(N)の組成比率を示すもの
である。図4において、maxは0.1 原子%〜30原子
%、minは0.001 原子%〜3原子%である。この値は
窒素原子の組成比率を示すものである。図4に示すよう
な組成比率を得るためには、例えば原料ガスとしてSi
H4 とO2 とNH3 とを用い、NH3 の混合比を制御す
ることによって行う。即ち、ゲイト絶縁膜であるSiO
x Ny 膜の成膜開始時から成膜進行中において徐々にN
H3 の混合比を低下させることによって、図4に示すよ
うな窒素の組成比率を得る。原料ガスとしては、Si2
H6 のような高次のシラン系ガス、N2 Oガス等を用い
ることもできる。
とによって、活性層とゲイト絶縁膜との界面およびその
近傍のゲイト絶縁膜において窒素が多く含まれる構成と
することができる。珪素と窒素の結合は緻密であり高い
バリア効果を有している。即ち、Aで示される領域は、
活性層から進入してくる水素イオンやニッケルイオンを
防止するバリアの役割を果たす。またA以外の領域にお
いては、窒素の組成比率が低いので、窒化珪素膜におい
て問題となるSiクラスタに起因する電荷捕獲中心を少な
くすることができる。またゲイト絶縁膜全体としては、
SiOx Ny 膜として得られる有意性を持っている。即
ち、本実施例の構成を採用することで、SiOx Ny 膜
が有している有意性に加えて、活性層から各種イオンが
ゲイト絶縁膜中に進入することを防止する有意性を得る
ことができる。
ニウムを主成分とする薄膜を5000Åの厚さに形成す
る。そしてこのアルミニウムを主成分とする薄膜をパタ
ーニングして、ゲイト電極306を形成する。ゲイト電
極306を形成したらこのゲイト電極を陽極として電解
溶液中で陽極酸化を行い、酸化物層307を形成する。
この酸化物層307は2000Åの厚さに形成する。こ
の酸化物層307が存在することによって、後の不純物
イオン注入工程において、オフセットゲイト領域を形成
することができる。
308、ドレイン領域310、チャネル形成領域309
を自己整合的に形成する。また同時にオフセットゲイト
領域311が形成される。ここではNチャネル型のTF
Tを形成するためにP(リン)イオンの注入を行う。不
純物イオンの注入終了後、レーザー光または強光を照射
することにによって、ソース領域308とドレイン領域
310の活性化を行う。なおこの工程は400〜700
℃の加熱によるものであってもよい。(図3(C))
膜をプラスマCVD法で形成する。そして孔開け工程を
経て、ソース電極313とドレイン電極314を形成
し、TFTを完成させる。図3に示すTFTは、活性層
がSiOx Ny で示される薄膜で包み込まれることにな
るので、活性層中から水素や結晶化を助長する金属元素
を外部に流出しない構成とすることができる。本実施例
で示した構成は、実施例1および実施例2に示す薄膜ト
ランジスタのゲイト絶縁膜に利用できることはいうまで
もない。
構成のゲイト絶縁膜305において、その組成比率を図
5に示すようなものとしたことを特徴とする。図5に示
すのは、ゲイト絶縁膜305を構成するSiOx Ny 膜
における窒素(N)の比率を示すものである。即ち、ゲ
イト絶縁膜305中における窒素の比率が活性層304
側からゲイト電極306側に向かって、徐々に大きくな
るように構成したことを特徴とする。
子%、好ましくは1原子%〜30原子%、minは0.001
原子%〜3原子%である。この値は、窒素系の原料ガス
(例えばNH4 )の混合比を変化させることによって制
御できる。また、図5に示すように漸次窒素原子の比率
を徐々に変化させるには、成膜中において窒素系ガスの
混合比を徐々に変化させればよい。
イト絶縁膜305中におけるゲイト電極306側にバリ
ア層を形成することができるので、ゲイト電極からゲイ
ト電極中に含まれる材料成分がゲイト絶縁膜中に拡散す
ることを防ぐことができる。例えば、ゲイト電極を構成
するアルミニウムがゲイト絶縁膜中に拡散し、ゲイト絶
縁膜中において珪素原子と合金化してしまうことを防ぐ
ことができる。
加熱によって行おうとする場合に、本実施例に示す構成
を採用することは有効である。即ち、ゲイト電極にアル
ミニウムのような低融点金属を用いた場合には、一般に
400〜700℃程度で行われるソース/ドレイン領域
に対する活性化工程において、ゲイト電極を構成するア
ルミニウムがゲイト絶縁膜中に拡散し、ゲイト絶縁膜中
に存在する珪素と合金化してしまうことを防ぐことがで
きる。
構成のゲイト絶縁膜305において、その組成比率を図
6に示すようなものとしたことを特徴とする。図6に示
すのは、ゲイト絶縁膜305を構成するSiOx Ny 膜
における窒素(N)の組成比率を示すものである。即
ち、ゲイト絶縁膜305中における窒素の組成比率を活
性層304側からゲイト電極306側に向かって、U字
型に変化するように構成したことを特徴とする。
%、好ましくは1原子%〜30原子%、minは0.01原子
%〜3原子%である。この値は、窒素系の原料ガス(例
えばNH3 )の混合比を変化させることによって制御で
きる。また、図6に示すように漸次窒素原子の比率をU
字型に変化させるには、成膜の最中において窒素系ガス
の混合比を徐々に変化させればよい。
イト絶縁膜304中においてゲイト電極306側界面と
ゲイト絶縁膜304側界面とにバリア層を形成すること
ができる。従って、ゲイト電極からゲイト電極中に含ま
れる材料成分がゲイト絶縁膜中に拡散することを防ぐこ
とができると同時に活性層から水素イオンや結晶化を助
長する金属元素(例えばNi)がゲイト絶縁膜内に拡散
してくるのを防ぐことができる。図6に示すような構成
を採用することで、ゲイト絶縁膜の電気的な安定性を向
上させることができ、TFTを特性を高めることができ
る。
TFTのゲイト絶縁膜305における窒素(N)の組成
比率が活性層界面からゲイト電極界面に向かってU字型
に漸次変化(滑らかに変化、または滑らかと見なせる変
化、または滑らかと近似できる変化)している場合の例
である。しかし、窒素の構成比が滑らかに変化しておら
ず段階的に変化している場合であっても、図6に示す場
合と同様な効果を得ることができる。
iOx Ny で示される薄膜)中における窒素の組成比率
を示す。図7に示すのは、ゲイト絶縁膜において、活性
層側から段階的(この場合は3段階)に窒素濃度(窒素
の組成比率)を減少させ、ゲイト電極側に向かって段階
的(この場合は3段階)に窒素濃度(窒素の組成比率)
を増加させた例である。なお、maxは3原子%〜30原
子%、minは0.01原子%〜3原子%である。
する段階の回数にゲイト絶縁膜の成膜回数を分け、その
段階毎に導入する原料ガスの混合比を制御すればよい。
図7に示すような構成を採用した場合、段階的に変化す
る部分において誘電率が非連続的に変化するので、等価
的にキャパシタが直列に接続された状態となるという問
題がある。即ち、等価的にキャパシタが直列に接続され
た状態となることで、ゲイト絶縁膜中に電荷が充電され
た状態が実現されてしまうという問題がある。(従っ
て、この点に関しては、図6に示すように連続的に組成
比率を変化させた方がより好ましい)
の変形であり、図8に示すような構成でSiOxNy で
示されるゲイト絶縁膜中における窒素の構成比を変化さ
せたとを特徴とする。なお、maxは3原子%〜30原子
%、minは0.01原子%〜3原子%である。
ず、ガラス基板401上に下地酸化膜402として厚さ
2000Åの酸化珪素膜を形成する。続いて、プラズマ
CVD法によって非晶質珪素膜403を500Å堆積す
る。さらに、非晶質珪素膜表面に薄く酢酸ニッケル膜を
スピンコーティング法によって形成する。そして、55
0度で4時間の熱アニールをおこない、結晶化させる。
さらに結晶性を高めるには光アニールをおこなう。(図
9(A))
島状領域404、405を形成する。その後、酸素を1
0〜90%含有する酸素/窒素雰囲気中で、光アニール
をおこなうことによって、島状領域404、405表面
に10〜100Å程度の酸化珪素膜406を形成する。
本実施例においては、KrFエキシマレーザー(波長2
48nm)を使用するが、それ以外のレーザーもしくは
他の同等な光源を使用してもかまわない。レーザーのエ
ネルギー密度は200〜350mJ/cm2 が適当で、
最適なエネルギー密度は、膜の結晶化度、厚さ、表面の
凹凸、等によって異なるので、それらの条件に合わせて
調整すればよい。また、このレーザー照射の工程におい
ては、上記の結晶性珪素膜中に残留した非晶質領域も結
晶化し、さらに、珪素膜の結晶性を改善することができ
る。ここで得られた酸化珪素膜406は、熱酸化によっ
て得られた酸化珪素膜に近く、緻密で均一な膜であり、
珪素膜との界面が理想的な状態にあるため、その後、該
酸化珪素膜上にゲイト絶縁膜を形成した場合、特性と信
頼性の高いゲイト絶縁膜が得られる。(図9(B))
て、実施例1と同様に、ゲイト絶縁膜407となるSi
Ox Ny 膜を200〜1500Åの厚さに形成する。以
上のレーザー照射による光アニール酸化およびゲイト絶
縁膜の成膜工程は図11に示される装置を用いておこな
う。図11に示したのは装置の概念図で、プラズマCV
D成膜装置とレーザー処理装置(例えば、レーザーアニ
ール装置)を組み合わせたもので、2つの装置の間には
予備室を1つ設けてある。図において、1はプラズマC
VD装置のチャンバーであり、2はレーザーアニール装
置のチャンバーである。これらのチャンバーにはガス導
入バルブ7、18と排気バルブ8、19を設け、必要な
ガスを導入し、排気できるようにし、また、内部の圧力
を適切な値に保てるようにされている。
設けられ、電極5上には処理されるべき基板(試料)6
を置き、電極4にはRF電源(例えば、周波数13.5
6MHz)3が接続されている。そして、チャンバー内
に適切なガス(例えば、モノシランやジシランと酸素、
亜酸化窒素等)を導入し、電極間に放電を生じさせて、
基板6上に被膜を形成する。基板は必要によって加熱さ
れてもよい。チャンバー2には窓14が設けられ、レー
ザー装置11からミラー12、レンズ13を経由したレ
ーザー光が窓を通して、サンプルホルダー15上の基板
17に照射される。基板はヒーター16によって200
〜500℃、好ましくは300〜400℃に加熱され
る。光アニールによる酸化を再現性良くおこなう際には
この加熱は有効である。
って活性層表面の光酸化、およびそれと同時に活性層の
結晶性を改善することによって特性の向上が図られる。
この際、レーザーアニール装置のチャンバー内を酸素雰
囲気とすることによって、非単結晶シリコン膜の結晶性
の改善とその表面への酸化膜の形成が同時に行われる。
同様にアンモニア雰囲気のような窒化性の雰囲気でレー
ザーアニールをおこなうと、窒化膜が形成される。亜酸
化窒素雰囲気、もしくは酸素とアンモニアの混合雰囲気
であれば、酸化窒化膜が形成される。
たまま、徐々に図の左側に移動することができる。その
結果、基板全面にレーザー処理をおこなうことができ
る。例えば、基板が300mm×400mmであるとす
れば、レーザービームの形状を2×350mmの線状と
することによって、基板の全面をレーザー処理できる。
また、このときのホルダーの移動速度が20mm/秒で
あれば、1枚の基板の処理時間は400÷20=20秒
である。
以下のような順序で処理される。まず、予備室を10-5
〜1torrに排気する。一方、レーザー処理装置のチ
ャンバー2も同じ程度に排気されている。そして、予備
室とレーザー処理装置の間のゲートを開けて、予備室か
らレーザー処理装置に基板を移送する。移送後、ゲート
は閉じられ、チャンバー2内に適当な圧力のガスを導入
する。さらにサンプルホルダー15をヒーター16によ
って適切な温度にまで加熱する。温度が安定し、レーザ
ー処理装置にセットされた基板の精密な位置合わせが完
了したら、レーザー処理がおこなわれる。このレーザー
照射によって、珪素膜の結晶性を向上させる。この際に
は、雰囲気は、1〜1000torrの圧力で、酸素も
しくは酸化窒素(例えば、亜酸化窒素(N2 O)、二酸
化窒素(NO2 )等)の分圧が10%以上となるように
する。この結果、レーザー照射と同時に珪素膜表面に薄
い酸化珪素膜が形成される。
〜1torrの圧力にし、再び、基板を予備室9に戻
し、さらに、予備室と同じ程度に排気されたプラズマC
VD成膜室1に移送する。そして、成膜手順にしたがっ
て、酸化珪素、窒化珪素等の絶縁膜を形成する。この成
膜工程の間にあっては、チャンバー1では別の基板の処
理をおこなってもよい。成膜終了後、成膜装置1の内部
を排気して、10-5〜1torrの圧力にし、成膜装置
1と予備室の間のゲートを開けて、基板をやはり同じ程
度に排気された予備室に移送し、予備室を大気圧と同じ
圧力にし、基板を大気に取り出す。
ティングから位置合わせ、取り出しまでを含めた基板1
枚に対するレーザー装置での処理時間が、基板のセッテ
ィング、排気をも含めたプラズマCVD装置での成膜時
間とほぼ等しければ、レーザー処理装置からプラズマC
VD装置まで待ち時間無しで処理できる。もし、基板1
枚のレーザーの処理時間が、プラズマCVDでの成膜時
間の半分であれば、プラズマCVDでの成膜を一度に2
枚おこなうようにすればよい。この場合には、最初に2
枚の基板が予備室にストックされ、その後、うち1枚が
レーザー処理装置に送られ、処理され、他の1枚は予備
室に保存される。そして、最初の1枚が処理された後に
予備室に保存されていた1枚が処理される。2枚とも処
理されたのちにプラズマCVD装置に送られ、2枚同時
に成膜される。
およびゲイト絶縁膜の成膜を終了した後、厚さ2000
Å〜5μmのアルミニウム膜を電子ビーム蒸着法によっ
て形成して、これをパターニングし、図9(C)に示す
ようにゲイト電極408、409を形成する。ゲイト電
極はその後、陽極酸化を施すことによって、厚さ150
0〜2000Åの陽極酸化物被膜をその側面および上面
に形成する。陽極酸化の条件は実施例2と同様とする。
(図9(C)) その後、イオンドーピング法によって、各TFTの島状
領域404、405中に、ゲイト電極部をマスクとして
自己整合的に一導電型を付与する不純物を注入する。こ
の際には、最初に全面にフォスフィン(PH3 )をドー
ピングガスとして燐を注入してN型不純物領域410、
411を形成する。(図9(D))
レジスト412で覆って、ジボラン(B2 H6 )をドー
ピングガスとして、不純物領域411だけに硼素を注入
する。このとき、N型不純物領域411が反転して、P
型不純物領域413を形成する。(図9(E)) この際、ドーズ量は、燐は2〜8×1015cm-2、硼素
は4〜10×1015cm-2とし、硼素のドーズ量が燐を
上回るように設定するとよい。
して、上記不純物領域410、413の導入によって、
結晶性の劣化した部分の結晶性を改善させるとともに、
注入された不純物の活性化をおこなう。レーザーのエネ
ルギー密度は200〜400mJ/cm2 、好ましくは
250〜300mJ/cm2 とするとよい。さらに効果
を高めるために、レーザーアニール後に350〜550
度の温度で熱アニールをおこなってもよい。ゲイト電極
は陽極酸化物被膜で覆われているため、上記の温度で熱
アニールをおこなっても、ゲイト電極の変形等は観察さ
れない。
純物領域を形成する。これらの領域のシート抵抗は20
0〜800Ω/cm2 である。その後、全面に層間絶縁
物414として、酸化珪素膜を厚さ3000Å形成す
る。そして、TFTのソース/ドレインにコンタクトホ
ールを形成し、ソース/ドレイン電極415、416、
417を形成する。(図9(F)) 以上のようにして、CMOS型のTFTが形成される。
る構成のゲイト絶縁膜を利用して、CMOS型のTFT
を形成した例である。図9に本実施例で示すTFTの構
成を示す。まず、基板401上に下地膜402としてS
iOx Ny をプラズマCVD法によって1000Åの厚
さに成膜する。さらに、プラズマCVD法により非晶質
珪素膜を500Åの厚さに形成する。さらに、実施例8
と同様に酢酸ニッケルを用いて、熱アニールを行い結晶
化せしめる。(図9(A)) その後、活性層となる珪素膜403をパターニングし、
島状領域404、405を形成する。その後、N2 O雰
囲気中において、レーザーアニールをおこなうことによ
って、島状領域404、405表面に10〜100Å程
度の酸化珪素膜406を形成する。本実施例において
は、KrFエキシマレーザー(波長248nm)を使用
する。また、このレーザー照射の工程において、上記の
結晶性珪素膜中に残留した非晶質領域も結晶化し、さら
に、珪素膜の結晶性を改善することができる。(図9
(B))
イト絶縁膜407としてSiOx Ny で示される薄膜を
形成する。本実施例においては、実施例5と同様に、ゲ
イト絶縁膜407において、その組成比率を図6に示す
ようなものを用いる。図6に示すのは、ゲイト絶縁膜4
06を構成するSiOx Ny 膜における窒素(N)の組
成比率を示すものであり、ゲイト絶縁膜406中におけ
る窒素の組成比率を島状領域404、405側からゲイ
ト電極408、409側に向かって、U字型に変化する
ように構成したことを特徴としている。
チャンバー構成の装置を用いる。図11の装置は2つの
装置が直線状に接続されたマルチチャンバーであった
が、本実施例の装置は星型のマルチチャンバーである。
すなわち、基板の出し入れのための搬入搬出室を構成す
るチャンバー21、基板に対して各種加熱処理(例え
ば、水素雰囲気でのアニール)をおこなう加熱処理室を
構成するチャンバー23、レーザー光の照射を行うレー
ザー処理室を構成するチャンバー25、プラズマCVD
法で酸化窒化珪素の成膜を行うための成膜室を構成する
チャンバー27と、共通の予備室(搬送室)29を有す
る。また、予備室と各チャンバーとはゲイト22、2
4、26、28によって接続される。基板は31〜34
に示されるように共通の予備室29に配置されたロボッ
トハンド30によって、各チャンバー間を移送される。
搬入搬出室には複数枚の基板をカセットの状態でセット
するとロボットによって自動的に1枚づつ各チャンバー
に移送され、処理が終了した基板は自動的にカセットに
戻されるような、いわゆるカセット・トゥー・カセット
(C−to−C)方式を採用してもよい。
をチャンバー25でおこない、次に基板を成膜チャンバ
ー27に移送して、ゲイト絶縁膜の成膜をおこなう。こ
のように、図12の装置を用いることによって、レーザ
ーアニール処理した珪素膜を外気にさらさせることな
く、その上にゲイト絶縁膜を成膜できる。以上の工程の
後、厚さ5000Åのアルミニウム膜を用いてゲイト電
極408、409を形成する。ゲイト電極の上面および
側面には陽極酸化物被膜を形成する。(図9(C))
TFTの島状領域404、405中に、N型不純物領域
410、411を形成する。(図9(D)) そして、島状領域404だけをフォトレジスト412で
覆って、P型不純物を注入し、P型不純物領域413を
形成する。(図9(E)) そして、500度、20分の熱アニールをおこない、ド
ーピングされた不純物の活性化をおこなう。さらに、K
rFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅2
0nsec)を照射して、より活性化を高める。その
後、再び、500度、20分の熱アニールをおこない、
ソース/チャネル接合、ドレイン/チャネル接合に形成
されるトラップ準位を除去する。
酸化珪素膜を厚さ3000Å形成する。以上のレーザー
アニールから層間絶縁物の成膜までは、図12に示す装
置を用いておこなえばよい。すなわち、最初に熱処理の
チャンバー23において熱アニールをおこない、次に、
基板をレーザー処理のチャンバー25に移送し、レーザ
ーアニールをおこなう。その後、再び、熱処理のチャン
バー23に移送し、熱アニールをおこない、続いて、成
膜チャンバー27に移送して、層間絶縁物を成膜する。
と成膜の工程は、ほぼ同じ程度の処理速度とすることが
できるが、熱アニールはそれらの10倍程度の時間が必
要である。そのため、熱アニールは基板10枚をまとめ
て処理することとなる。そのため、レーザーアニールさ
れた基板を10枚以上、予備室29にストックできるよ
うな構成とすればよい。以上のようにして層間絶縁物を
形成した後、TFTのソース/ドレインにコンタクトホ
ールを形成し、ソース/ドレイン電極915、916、
917を形成する。(図9(F)) 以上のようにして、CMOS型のTFTが形成される。
けるゲイト絶縁膜成膜工程前に、フッ素もしくは塩素を
含んだ酸化雰囲気中において、レーザーアニールを施す
ことによって、結晶性珪素膜中における不純物の除去を
おこなうものである。まず、基板501上に下地膜50
2としてSiOx Ny をプラズマCVD法によって14
00Åの厚さに成膜する。さらに、プラズマCVD法に
より非晶質珪素膜を500Åの厚さに形成し、結晶化さ
せる。(図10(A))
状領域504を形成する。そして、基板を塩化水素を3
0%含む酸素雰囲気中において、KrFエキシマレーザ
ー光(波長248nm)を照射する。照射エネルギーの
密度は250〜450mJ/cm2 、例えば、300m
J/cm2 とし、1か所につき10〜50ショットを照
射する。基板温度は200〜500度とすることが望ま
しい。このレーザー照射によって、島状領域504の表
面に存在していたニッケルは塩素と化合して蒸発し、あ
るいは、形成された酸化珪素膜505に選択的に取り込
まれる。
し、その厚さはレーザーのエネルギー密度、ショット数
によって異なるが、10〜50Å程度である。この際、
塩化水素の代わりに四塩化炭素、三フッ化窒素、六フッ
化二炭素等でも構わない。また、この工程においては活
性層にも塩素が導入される。(図10(B)) その後、この上にゲイト絶縁膜を形成してもよいが、本
実施例では、基板をフッ酸系のエッチャントに浸して酸
化珪素膜505のエッチングをおこなう。この処理によ
り、酸化珪素膜505がエッチングされ、不純物である
ニッケルも同時に除去され、活性層504中のニッケル
濃度は極めて小さいものとなる。
x Ny で示される薄膜を形成する。本実施例において
は、実施例6と同様に、ゲイト絶縁膜506において、
その組成比率を図7に示すようなものを用いる。図7に
示すような構成を得るには、必要とする段階の回数にゲ
イト絶縁膜の成膜回数を分け、その段階毎に導入する原
料ガスの混合比を制御すればよい。その後、厚さ500
0Åのアルミニウム膜を用いて、ゲイト電極507を形
成する。(図10(C))
状領域504中に、ゲイト電極部をマスクとして自己整
合的に不純物を注入する。この際には、フォスフィン
(PH3 )をドーピングガスとして燐を注入してN型不
純物領域508を形成する。この場合のドーズ量は1×
1014〜5×1017cm-2、加速電圧は60〜90k
V、例えば、ドーズ量を1×1015cm-2、加速電圧は
80kVとする。(図10(D)) さらに、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、
パルス幅20nsec)を照射して、上記不純物領域5
08の導入によって、結晶性の劣化した部分の結晶性を
改善させるとともに、注入された不純物の活性化をおこ
なう。レーザーのエネルギー密度は200〜400mJ
/cm2 、好ましくは250〜300mJ/cm2 とす
る。
酸化珪素膜を厚さ3000Å形成する。そして、層間絶
縁膜509とゲイト絶縁膜506のエッチングをおこな
って、ソースにコンタクトホールを形成する。そして、
スパッタ法によってアルミニウム膜を形成し、これをエ
ッチングしてソース電極510を形成する。(図10
(E)) さらに、パッシベーション膜511として窒化珪素膜を
3000Åに成膜する。その後、このパッシベーション
膜511と層間絶縁膜509とゲイト絶縁膜506のエ
ッチングをおこなって、ドレインにコンタクトホールを
形成する。そして、スパッタ法によってインディウム錫
酸化物被膜(ITO膜)を成膜し、これをエッチングし
て画素電極512を形成する。(図10(F)) 以上のようにして、アクティブマトリクス回路の画素ト
ランジスタを形成することができる。
Tのゲイト絶縁膜をSiOx Ny とすることによって、 ・ゲイト電極の静電破壊を防止することがでる。 ・SiN結合によってNaや重金属イオンのドリフトを
防ぐことができる。 ・膜中に固定電荷が存在することがないので、C─V特
性にヒステリシスが出ず、安定した動作を期待すること
ができる。
て、原料ガスとしてクロールシラン、またはジクロール
シランを用いることで、膜中にCl(塩素)を添加する
ことができ、このClの働きで不純物イオンを固定化す
ることができ、上記効果に加えてさらに安定した効果を
得ることができる。
絶縁膜中において、Nの組成比率を活性層および/また
はゲイト電極との界面において最大とすることによっ
て、活性層および/またはゲイト電極からゲイト絶縁膜
中に各種イオンや元素が拡散しない構成を実現すること
ができる。
布を示す。
布を示す。
布を示す。
布を示す。
布を示す。
製工程を示す。
す。
び成膜装置を示す。
Claims (12)
- 【請求項1】 絶縁ゲイト型電界効果半導体装置であっ
て、 ゲイト絶縁膜が、主として珪素、酸素、窒素で構成され
ており、 窒素の膜厚方向に対する分布が変化していることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項2】 絶縁ゲイト型電界効果半導体装置におい
て、ゲイト絶縁膜は、SiOx Ny で示される材料で構
成されており、そのエネルギーバンドギャップは5.3 〜
7.0 eVであり、比誘電率は4〜6であり、x及びyは、
0<x<2、0<y<4/3 を満たすことを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項3】 絶縁ゲイト型電界効果半導体装置であっ
て、 ゲイト絶縁膜が、主として珪素と酸素によって構成され
ており、かつ、ゲイト電極には窒素がドーピングされて
おり、その膜厚方向に対する濃度分布が変化しているこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】 請求項1乃至3において、 ゲイト絶縁膜中において、窒素の組成比率がゲイト電極
および/または活性層との界面において最大となってい
ることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項5】 請求項1乃至3において、絶縁ゲイト型
電界効果半導体装置の活性層は、主として、珪素、酸
素、窒素で構成される絶縁薄膜上に形成されていること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項6】 請求項1乃至3において、活性層中には
珪素の結晶化を助長する金属元素が含まれていることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項7】 請求項6において、金属元素は珪素に対
して侵入型の元素であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項8】 請求項6において、金属元素としてN
i、Fe、Co、Ru、Pd、Os、Ir、Pt、C
u、Ag、Auから選ばれた一種または複数種類の元素
が用いられることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項9】 絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の作製
方法であって、 原料ガスにクロールシラン、またはジクロールシランを
混合して用いることにより、塩素が添加され、主とし
て、珪素、酸素、窒素で示される材料からなるゲイト絶
縁膜を形成する工程、 を有し、 前記ゲイト絶縁膜の形成工程において、窒素の膜厚方向
に対する分布を変化させることを特徴とする半導体装置
の作製方法。 - 【請求項10】 請求項9において、ゲイト絶縁膜はS
iOx Ny で示される材料によって構成され、そのエネ
ルギーバンドギャップは5.3 〜7.0 eVであり、比誘電率
は4〜6であり、x及びyは、0<x<2、0<y<4/
3 を満たすことを特徴とする半導体装置作製方法。 - 【請求項11】 酸化性もしくは窒化性もしくはハロゲ
ン雰囲気において、基板上に形成された活性層に対し
て、レーザーもしくはそれと同等な強光を照射する第1
の工程と、活性層上に、主として、珪素、酸素、窒素で
構成される被膜をプラズマCVD法によって形成する第
2の工程と、を有することを特徴とする半導体装置の作
製方法。 - 【請求項12】 請求項11において、第1の工程と第
2の工程および該工程間においては基板は実質的に外気
にさらされることがないことを特徴とする半導体装置の
作製方法。
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