JPH10200115A

JPH10200115A - 薄膜トランジスタおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH10200115A
Application number: JP35896196A
Authority: JP
Inventors: Akiko Nakamura; 亜希子中村; Hiroshi Tsutsu; 博司筒
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-07-31
Anticipated expiration: 2016-12-27
Also published as: JP3599513B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】大きなＡＣストレスに耐え、高性能で、高信
頼性を有する薄膜トランジスタおよびその製造方法を提
供する。【解決手段】透光性ガラス基板１０上に下地絶縁膜１１
およびＸｅＣｌエキシマレーザーを用いて結晶化した半
導体層１２を形成する。半導体層１２上にゲート絶縁膜
１３、ゲート電極１５を形成する。ゲート電極１５をマ
スクとして半導体層１２に不純物をイオン注入する。ゲ
ート電極１５上に層間絶縁膜１６、ソース電極１８、ド
レイン電極１９、パッシベイション膜２０を形成した
後、重水素ガスを含むプラズマ雰囲気下で重水素化処理
を行い、半導体層１２の結晶粒界や、ゲート絶縁膜１３
との界面にあるシリコンの未結合手（界面準位）に重水
素を結合させて、ＡＣストレスによって切断されにくい
Ｓｉ−Ｄ結合１４を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばアクティブ
マトリックス方式のＬＣＤ（Liquid Cristal Display：
液晶表示装置）や、イメージセンサ、ＳＲＡＭ（Static
Random Access Memory ）等におけるスイッチング素子
やドライバ回路などに適用される薄膜トランジスタ（Th
in Film Transistor：以下「ＴＦＴ」という。）、およ
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＴＦＴは、例えばアクティブマトリック
ス方式のＬＣＤや、イメージセンサ、ＳＲＡＭ等におけ
るスイッチング素子やドライバ回路などに適用されてい
る。

【０００３】特に、半導体材料として多結晶シリコン
（Polycrystalline silicon ：以下「ｐ−Ｓｉ」とい
う。）を用いたＴＦＴは、非晶質シリコン（Amorphous
silicon：以下「ａ−Ｓｉ」という。）を用いたＴＦＴ
よりもキャリア移動度が大きいとともに、セルフアライ
ン構造による微細化や寄生容量の低減を図り得るため、
高速ドライバ回路等の形成が容易であり、また、プロセ
ス温度が４５０℃以下程度の低温プロセスのｐ−Ｓｉ
は、大面積で安価なガラス基板の使用が可能であるた
め、例えばＬＣＤにおける画素スイッチング素子やドラ
イバ回路を同一基板上に一体的に形成して、ＬＣＤの低
コスト化や高精細化を図ることなどが容易になるという
特徴を有し、技術開発が活発に行われている。

【０００４】一方、ＴＦＴにおいては、シリコンの結晶
粒界や界面における未結合手（ダングリングボンド）に
起因して、特性の低下（オン電流の減少や、オフ電流の
増加、閾値電圧の上昇）が生じたり、さらにホットキャ
リアの発生による特性の劣化を招いたりすることがあ
る。これらの問題点は、特に上記ｐ−Ｓｉにおいては、
その本来の特性が良好であるがゆえに、いっそう大きな
問題となっている。

【０００５】上記問題点を解決するための技術として
は、シリコンの未結合手に水素を結合させて不活性化さ
せる水素化処理の技術が知られている。

【０００６】以下、図６に示すような上記水素化処理
（工程）を適用したｐ−ＳｉＴＦＴの製造方法を説明す
る。

【０００７】（１）歪み点６００℃前後の透光性ガラス
基板１上に、ｐ−Ｓｉから成る半導体層２を成膜し、こ
れを島状にパターニングする。

【０００８】（２）半導体層２上にゲート絶縁膜３を成
膜する。

【０００９】（３）ゲート絶縁膜３上にゲート電極５お
よび配線パターンとなる導電性金属薄膜を成膜し、これ
を所定の形状にパターニングする。

【００１０】（４）ゲート電極５をマスクとして、半導
体層２にリン、またはボロンなどの不純物をイオン注入
し、半導体層２にチャネル領域２ａ、ソース領域２ｂお
よびドレイン領域２ｃを形成する。

【００１１】（５）層間絶縁膜６を成膜し、コンタクト
ホール７を開口する。

【００１２】（６）ソース・ドレイン電極８・８および
配線パターンとなる導電性金属薄膜を成膜し、これを所
定の形状にパターニングする。

【００１３】（７）保護膜となるパッシベイション膜９
を成膜する。

【００１４】（８）３５０℃の水素プラズマ雰囲気中に
２時間さらし、ｐ−Ｓｉに対して水素化処理を行う。

【００１５】（９）パッシベイション膜９を所定の形状
にパターニングすると、ｐ−ＳｉＴＦＴが完成する。

【００１６】上記水素化処理によって導入された水素
は、ｐ−Ｓｉの結晶粒界に拡散し、結晶粒界におけるシ
リコンの未結合手や、ｐ−Ｓｉとゲート絶縁膜３との界
面にあるシリコンの未結合手（界面準位）と結合し、粒
界や界面に存在する欠陥を不活性化させる。これによっ
て、ＴＦＴのオン電流の増加や、オフ電流の減少、閾値
電圧の低下などの特性の向上を図るとともに、さらにホ
ットキャリアの発生が抑制されることによる特性の劣化
防止が図られている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の水素化処理を施したＴＦＴでは、例えばソサイエテ
ィ・フォー・インフォメーション・ディスプレイ・イン
ターナショナル・シンポジウム・ダイジェスト・オブ・
テクニカル・ペーパーズ第２６巻（１９９５年）第３
９３ページないし第３９５ページ（SID(1995)pp.393-39
5 ）に発表されているように、温度やバイアス電圧等の
負荷によって、やはり特性の劣化を生じがちであるとい
う問題点を有していた。

【００１８】特に、本発明者等が、水素化処理を行った
ｐ−ＳｉＴＦＴの信頼性を把握するために、ゲート電極
に電圧±１６Ｖ（周波数１ＭＨｚ、デューティ比５０
％）、ソース・ドレイン電極に電圧０ＶのＡＣストレス
（交流駆動ストレス）を印加したところ、ＴＦＴのオン
特性の低下、および閾値電圧の変動など著しい特性の劣
化が生じ、この種のＡＣストレスに対して影響を受けや
すいことが判明した。

【００１９】これは、以下のような理由によると推定さ
れる。

【００２０】すなわち、上記従来の水素化処理を行った
ｐ−Ｓｉは、ｐ−Ｓｉとゲート絶縁膜との界面、および
ｐ−Ｓｉの結晶粒界、特に半導体層の表面付近のチャネ
ル領域とソースまたはドレイン領域との接合部付近にお
けるシリコン−水素結合（以下「Ｓｉ−Ｈ結合」とい
う。）がＡＣストレスに対して弱いため、ＡＣストレス
によりＳｉ−Ｈ結合が切断され、水素が脱離してシリコ
ンの未結合手が生じる。このために、特性の低下を招く
とともに、さらに、特にｐ−Ｓｉの表面付近に生じた未
結合手に起因するホットキャリアの発生によって特性の
劣化を招くと考えられる。

【００２１】このような問題点は、ａ−Ｓｉにおいても
同様であるとともに、特にドライバ回路等を同一基板に
内蔵したｐ−ＳｉＴＦＴ−ＬＣＤに適用される場合など
には、高い信頼性が要求されるうえ、高精細度化に伴う
素子の微細化や高周波数化、高圧化等によって、より大
きなＡＣストレスに耐え得るＴＦＴが必要とされるた
め、いっそう大きな問題点となっている。

【００２２】本発明は、上記の点に鑑み、大きなＡＣス
トレスに耐え、高性能で、高信頼性を有する薄膜トラン
ジスタおよびその製造方法を提供することを目的として
いる。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜トランジス
タは、上記の目的を達成するために、非単結晶シリコン
を含む半導体層を有する薄膜トランジスタにおいて、上
記非単結晶シリコン中における少なくとも一部のシリコ
ンの未結合手に重水素が結合されていることを特徴とし
ている。

【００２４】これにより、シリコン−重水素結合（以下
「Ｓｉ−Ｄ結合」という。）はＳｉ−Ｈ結合よりも切断
されにくいため、シリコンの未結合手に結合された重水
素はシリコンから脱離しにくくなる。

【００２５】したがって、実駆動レベルのバイアス電圧
やＡＣ電圧などのストレスに対しても、オン電流の増加
や、オフ電流の減少、閾値電圧の低下などの特性の向上
を維持しつつ、さらにホットキャリアの発生を抑制する
ことにより特性の劣化も防止することができ、高性能
で、高信頼性を有する薄膜トランジスタを得ることがで
きる。

【００２６】また、本発明の薄膜トランジスタの製造方
法は、非単結晶シリコンを含む半導体層を有する薄膜ト
ランジスタの製造方法において、上記非単結晶シリコン
中における少なくとも一部のシリコンの未結合手に重水
素を結合させる重水素化工程を有することを特徴として
いる。

【００２７】このような重水素化工程を設けることによ
り、上記のようにシリコンの未結合手に重水素が結合さ
れた薄膜トランジスタを容易に得ることができる。

【００２８】上記重水素化工程は、例えば重水素を含む
雰囲気下、より具体的にはプラズマ状態の重水素を含む
雰囲気下や、熱アニール雰囲気下などの分子状の重水素
を含む雰囲気下、原子状の重水素を含む雰囲気下などで
行うことができる。

【００２９】すなわち、プラズマ状態の重水素を含む雰
囲気下や、原子状の重水素を含むガス雰囲気下で重水素
化工程を行うことにより、重水素化工程を効率よく短時
間で行うことができる一方、熱アニール雰囲気下などで
行うことにより、時間は多少長くかかるが簡単な装置や
設備で重水素化工程を行うことができる。

【００３０】また、本発明の他の薄膜トランジスタの製
造方法は、非単結晶シリコンを含む半導体層を有する薄
膜トランジスタの製造方法において、上記非単結晶シリ
コン中における少なくとも一部のシリコンの未結合手に
水素を結合させる水素化工程と、上記半導体層の表面付
近における少なくとも一部のシリコンの未結合手に重水
素を結合させる重水素化工程とを有することを特徴とし
ている。

【００３１】上記重水素化工程は、例えば半導体層を重
水素を含む溶液、具体的には重水素を溶解した弗化水素
酸等に浸漬することなどにより行うことができる。

【００３２】これによれば、従来の水素化工程を変更す
ることなく、比較的簡単な重水素化工程を設けるだけ
で、ホットキャリアの発生による特性の劣化に大きく影
響する半導体層の表面付近において、重水素化処理を行
うことができるので、製造コストの増大を小さく抑える
ことができる。

【００３３】ここで、重水素化工程は、水素化工程より
先に行ってもよいが、後に行う場合には、水素化工程に
よって半導体層の表面付近の未結合手に結合した水素が
重水素化工程によって重水素に置換されるので、重水素
化処理をより効率よく行うことができる。

【００３４】なお、上記薄膜トランジスタ、および薄膜
トランジスタの製造方法における非単結晶シリコンとし
ては、非晶質シリコンであってもよいし、多結晶シリコ
ンであってもよい。特に、後者の場合には、キャリア移
動度が大きいために、高信頼性を保ちつつ、高性能な薄
膜トランジスタを得ることができる。

【００３５】また、上記重水素は、広義の重水素を意味
し、三重水素であってもよい。

【００３６】さらに、薄膜トランジスタは、ｐチャネル
のものであっても、ｎチャネルのものであってもよい。

【００３７】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）まず、本発明の実施の形態１における
ＴＦＴの構成を図１に基づいて説明する。

【００３８】図１に示すように、例えば歪み点６７０℃
で厚さ１．１ｍｍの透光性ガラス基板１０上には、例え
ば膜厚２０００ÅのＳｉＯ₂から成る下地絶縁膜１１が
堆積されている。なお、この下地絶縁膜１１は必ずしも
設けなくてもよい。

【００３９】上記下地絶縁膜１１上には、例えば膜厚５
００Åのｐ−Ｓｉから成り、所定の形状にパターニング
された半導体層１２が設けられている。この半導体層１
２には、リン、またはボロンなどの不純物イオンのドー
ピングにより、チャネル領域１２ａ、およびこのチャネ
ル領域１２ａを挟むソース領域１２ｂと、ドレイン領域
１２ｃとが形成されている。

【００４０】また、半導体層１２の結晶粒界におけるシ
リコンの未結合手、およびｐ−Ｓｉと後述するゲート絶
縁膜１３との界面にあるシリコンの未結合手（界面準
位）には、水素よりも質量数の大きい重水素が結合し、
Ｓｉ−Ｄ結合１４が形成されている。

【００４１】上記ｐ−Ｓｉ中の重水素濃度は、ｐ−Ｓｉ
の膜質にも大きく依存するが、本発明者らの様々な検討
では、１０¹⁷〜１０²¹／ｃｍ³程度の範囲にあることが
好ましい。すなわち、通常、シリコンの原子密度は１０
²³／ｃｍ³程度であり、その１％程度の未結合手が存在
するとすると、１０²¹／ｃｍ³程度でＳｉ−Ｄ結合１４
は飽和する。一方、その１万分の１の１０¹⁷／ｃｍ³程
度以下では、未結合手の不活性化による効果がほとんど
ないからである。

【００４２】上記半導体層１２、および前記下地絶縁膜
１１の上方には、例えば膜厚１０００ÅのＳｉＯ₂から
成る絶縁膜であるゲート絶縁膜１３が堆積されている。

【００４３】ゲート絶縁膜１３の上方における、半導体
層１２のチャネル領域１２ａに対応する位置には、例え
ば膜厚３０００ÅのＡｌから成るゲート電極１５が設け
られている。このゲート電極１５は、また、図示の断面
以外の部分で所定の形状にパターニングされることによ
り、配線パターンを構成している。

【００４４】上記ゲート電極１５、および前記ゲート絶
縁膜１３の上方には、例えば膜厚４０００ÅのＳｉＯ₂
から成り、ゲート電極１５を覆う層間絶縁膜１６が堆積
されている。

【００４５】上記層間絶縁膜１６、および前記ゲート絶
縁膜１３には、それぞれ半導体層１２のソース領域１２
ｂ、またはドレイン領域１２ｃに達するコンタクトホー
ル１７・１７が形成されている。

【００４６】上記コンタクトホール１７・１７は、例え
ば膜厚１０００ÅのＴｉ膜、および膜厚７０００ÅのＡ
ｌ膜から成って、それぞれ半導体層１２のソース領域１
２ｂ、またはドレイン領域１２ｃに接触するソース電極
１８、またはドレイン電極１９によって埋められてい
る。これらのソース電極１８、およびドレイン電極１９
は、また、層間絶縁膜１６の上方における図示の断面以
外の部分で所定の形状にパターニングされることによ
り、配線パターンを構成している。

【００４７】上記ソース電極１８、ドレイン電極１９、
および前記層間絶縁膜１６の上方には、パッシベイショ
ン膜２０が形成されている。

【００４８】上記のように構成されたＴＦＴのゲート電
極１５に電圧±１６Ｖ（周波数１ＭＨｚ、デューティ比
５０％）、ソース電極１８およびドレイン電極１９に電
圧０ＶのＡＣストレスを印加してキャリア移動度の変化
を観察したところ、図２に示すように、従来の水素化処
理方法で作製したＴＦＴに比べて、ＴＦＴ寿命が約２桁
向上した。

【００４９】すなわち、ｐ−Ｓｉとゲート絶縁膜１３と
の界面、およびｐ−Ｓｉの結晶粒界におけるＳｉ−Ｄ結
合１４は、ＡＣストレスが印加されても切断されにくい
ので、ＴＦＴの特性の向上が維持され、さらにホットキ
ャリアの発生が抑制されるので、ホットキャリアによる
特性の劣化も防止される。特に、上記ホットキャリアに
よる劣化の防止には、ｐ−Ｓｉとゲート絶縁膜１３との
界面付近でのＳｉ−Ｄ結合１４の切断が抑制されたこと
が大きく寄与していると思われる。

【００５０】次に、上記のようなＴＦＴの製造方法の例
を図３に基づいて説明する。

【００５１】（１）透光性ガラス基板１０（歪み点６７
０℃、厚さ１．１ｍｍ）上に、ＳｉＯ₂から成る下地絶
縁膜１１を常圧ＣＶＤ法にて４５０℃で膜厚２０００Å
となるように成膜する。

【００５２】（２）ａ−Ｓｉ：ＨをプラズマＣＶＤ法に
て膜厚５００Åとなるように成膜し、エッチングにて所
定の形状にパターニングする。

【００５３】（３）上記パターニングしたａ−Ｓｉ：Ｈ
に対して４５０℃，６０分の脱水素処理を行う。この工
程は、以下の結晶化を行う際に水素の脱離によるシリコ
ン膜のアブレーションの発生を防ぐことを目的としてい
る。

【００５４】（４）例えば波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエ
キシマレーザーを用いてａ−Ｓｉの結晶化を行い、ｐ−
Ｓｉの半導体層１２を形成する（図３（ａ））。

【００５５】（５）半導体層１２の上にＳｉＯ₂から成
るゲート絶縁膜１３を常圧ＣＶＤ法にて４５０℃で膜厚
１０００Åとなるように成膜する。

【００５６】（６）Ａｌ膜を膜厚３０００Åになるよう
にスパッタリングし、Ａｌエッチャント液を用いて約１
分間ウェットエッチングを行い、所定の形状にパターニ
ングして、ゲート電極１５および配線パターンを形成す
る（図３（ｂ））。

【００５７】（７）ゲート電極１５をマスクとして、半
導体層１２に例えばイオンドーピング法にて、リン、ま
たはボロンなどの不純物をイオン注入し、半導体層１２
にチャネル領域１２ａ、およびこのチャネル領域１２ａ
の両側にソース領域１２ｂと、ドレイン領域１２ｃとを
形成する（図３（ｃ））。

【００５８】（８）ＳｉＯ₂から成る層間絶縁膜１６を
常圧ＣＶＤ法にて４５０℃で膜厚４０００Åとなるよう
に成膜し、ゲート電極１５を覆う。（図３（ｄ））。

【００５９】（９）層間絶縁膜１６、およびゲート絶縁
膜１３に、それぞれ半導体層１２のソース領域１２ｂ、
またはドレイン領域１２ｃに達するコンタクトホール１
７・１７を開口する。

【００６０】（１０）Ｔｉ膜およびＡｌ膜をそれぞれ膜
厚１０００Åまたは７０００Åになるようにスパッタリ
ングした後、ＢＣｌ₃／Ｃｌ₂系ガスを用いたドライエ
ッチングにて所定の形状にパターニングし、ソース電極
１８、ドレイン電極１９、および配線パターンを形成す
る（図３（ｅ））。

【００６１】（１１）保護膜となるパッシベイション膜
２０を成膜する。

【００６２】（１２）処理温度３５０℃、重水素ガスの
流量３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー８００Ｗの条件下で、
２時間、プラズマ重水素化処理を行う（図３（ｆ））。

【００６３】このプラズマ重水素化処理によって導入さ
れた重水素は、半導体層１２におけるｐ−Ｓｉの結晶粒
界に拡散し、結晶粒界におけるシリコンの未結合手や、
ｐ−Ｓｉとゲート絶縁膜１３との界面にあるシリコンの
未結合手（界面準位）とＳｉ−Ｄ結合１４を形成して、
粒界や界面に存在する欠陥を不活性化させる。

【００６４】ここで、重水素化処理は、上記のように処
理温度３５０℃、処理時間２時間で行うものに限ったも
のではない。すなわち、本発明者らの確認によれば、温
度に関しては、２５０℃より低い温度では重水素化効果
が少ない一方、５００℃以上ではｐ−Ｓｉの表面から重
水素の脱離が始まるので、２５０℃〜５００℃程度の範
囲にあることが望ましい。

【００６５】また、時間に関しては、１時間以上が適当
で、長い方がＴＦＴ特性の改善に効果があるが、あまり
長い時間にすると、実際の生産工程においてスループッ
トが低下するため、本実施の形態１では２時間とした。

【００６６】さらに、重水素ガスの流量等の条件に関し
ても、上記の他に種々の設定が可能である。

【００６７】（１３）最後に、パッシベイション膜２０
をエッチングによって所定の形状にパターニングする
と、ｐ−ＳｉＴＦＴが完成する。

【００６８】なお、上記の例では、プラズマ重水素化処
理に重水素ガスのみを用いる例を示したが、重水素の他
に、水素や、窒素等を含む混合ガスなど、少なくとも重
水素を含むガスであればよい。

【００６９】また、プラズマ雰囲気下に限らず、原子状
などの重水素を含むガス雰囲気下で重水素化処理を行っ
てもよい。上記原子状の重水素は、例えば１０００℃以
上に加熱したタングステンフィラメントに重水素ガスを
吹き付けることにより得ることができる。

【００７０】一方、上記のようにプラズマ雰囲気下や原
子状の重水素を含むガス雰囲気下であれば、比較的効率
よく短時間で重水素化処理を行うことができるが、熱ア
ニール雰囲気下などで行うことにより、時間は多少長く
かかるが比較的簡単な装置や設備で重水素化処理を行う
ことができる。

【００７１】また、上記の例では、重水素化処理をパッ
シベイション膜２０の成膜後にのみ行う例を示したが、
これに限らず、半導体層１２の形成後や、ゲート絶縁膜
１３の成膜後、ゲート電極１５の形成後、層間絶縁膜１
６の成膜後、コンタクトホール１７の開口後、またはソ
ース電極１８およびドレイン電極１９の形成後などに行
ってもよい。さらに、例えば層間絶縁膜１６の成膜後と
パッシベイション膜２０の成膜後など、重水素化処理を
複数回行うようにして、ＴＦＴの特性改善効果をさらに
高めるようにしてもよい。

【００７２】（実施の形態２）ＴＦＴの製造方法の他の
例を図４に基づいて説明する。なお、この実施の形態２
において、上記実施の形態１と同様の構成要素について
は同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

【００７３】この製造方法によって製造されるＴＦＴ
は、上記実施の形態１のＴＦＴでは半導体層１２の内部
にもＳｉ−Ｄ結合１４が形成されているのに対し、少な
くとも、半導体層１２の表面付近、すなわち、ホットキ
ャリアによる劣化の影響が大きいｐ−Ｓｉとゲート絶縁
膜１３との界面付近でＳｉ−Ｄ結合１４が形成されるよ
うにしたものである。

【００７４】（１）実施の形態１の（１）〜（４）（図
３（ａ））と同様の工程により、透光性ガラス基板１０
上に、下地絶縁膜１１、およびｐ−Ｓｉの半導体層１２
を形成する（図４（ａ））。

【００７５】（２）処理温度３５０℃、水素ガスの流量
３００ｓｃｃｍ、ＲＦパワー８００Ｗの条件下で、２時
間、第１の水素化処理であるプラズマ水素化処理を行う
（図４（ｂ））。

【００７６】このプラズマ水素化処理によって導入され
た水素は、半導体層１２におけるｐ−Ｓｉの結晶粒界に
拡散し、結晶粒界におけるシリコンの未結合手や、ｐ−
Ｓｉとゲート絶縁膜１３との界面にあるシリコンの未結
合手（界面準位）とＳｉ−Ｈ結合１４’を形成して、粒
界や界面に存在する欠陥を不活性化させる。

【００７７】ここで、上記水素化処理においては、重水
素ではなく水素を用いているが、少なくとも、ｐ−Ｓｉ
の表面付近の未結合手に結合した水素は、次の（３）の
工程で重水素に置換される。すなわち、半導体層１２の
表面付近、特にｐ−Ｓｉとゲート絶縁膜との界面付近の
未結合手はホットキャリアの発生によるＴＦＴの特性の
劣化に大きく影響するが、そのような未結合手は重水素
で終端されるので、従来の水素ガスのみを用いる系での
水素化処理で十分である。

【００７８】なお、この水素化処理に代えて、実施の形
態１で示したような重水素化処理を行って、半導体層１
２の内部の結晶粒界における未結合手にもＳｉ−Ｄ結合
１４を形成させるようにして、さらにＡＣストレスによ
る劣化を抑制し得るようにしてもよい。

【００７９】また、水素化処理を行う場合でも、実施の
形態１の重水素化と同様に、窒素などを含む混合ガスを
用いたり、熱アニール雰囲気下で水素化処理を行うよう
にしたりしてもよい。

【００８０】さらに、処理温度や、処理時間、重水素ガ
スの流量等の条件に関しても、上記の他に種々の設定が
可能である。

【００８１】（３）上記水素化処理を施した半導体層１
２を重水素を溶解した弗化水素酸に浸漬して、第２の水
素化処理である重水素化処理を行う（図４（ｃ））。

【００８２】この重水素化処理によって導入された重水
素は、半導体層１２の表面に拡散し、上記水素化処理に
よって半導体層１２の表面付近に形成されたＳｉ−Ｈ結
合１４’の水素と置換し、また、半導体層１２の表面付
近にシリコンの未結合手が残留している場合には、これ
と結合して、Ｓｉ−Ｄ結合１４を形成する。

【００８３】（４）実施の形態１の（５）〜（１０）
（図３（ｂ）〜（ｅ））と同様の工程により、ゲート絶
縁膜１３、ゲート電極１５、半導体層１２におけるチャ
ネル領域１２ａとソース領域１２ｂとドレイン領域１２
ｃ、層間絶縁膜１６、コンタクトホール１７・１７、ソ
ース電極１８、およびドレイン電極１９の形成を行う
（図４（ｄ）〜（ｇ））。

【００８４】（５）保護膜となるパッシベイション膜２
０を成膜し、エッチングによって所定の形状にパターニ
ングすると、ｐ−ＳｉＴＦＴが完成する（図４
（ｈ））。

【００８５】上記のように、従来のＴＦＴと同様の製造
工程に、重水素を含む溶液に半導体層１２を浸漬する工
程を加えるだけで、少なくともホットキャリアの発生に
よるＴＦＴの特性の劣化に大きく影響する、半導体層１
２の表面付近、特にｐ−Ｓｉとゲート絶縁膜との界面の
未結合手にＳｉ−Ｄ結合１４を形成できるので、大掛か
りな装置や設備等を導入することなく、したがって製造
コストの大幅な増大を招くことなく、前記実施の形態１
と同様の高性能で、高信頼性を有する薄膜トランジスタ
を得ることができる。

【００８６】なお、上記の例では、水素化処理を半導体
層１２の形成後にのみ行う例を示したが、これに限ら
ず、ゲート絶縁膜１３の成膜後や、ゲート電極１５の形
成後、層間絶縁膜１６の成膜後、コンタクトホール１７
の開口後、ソース電極１８およびドレイン電極１９の形
成後、またはパッシベイション膜２０の成膜後などに行
ってもよく、さらに、例えば半導体層１２の形成後と層
間絶縁膜１６の成膜後など、水素化処理を複数回行うよ
うにして、ＴＦＴの特性改善効果をさらに高めるように
してもよい。

【００８７】ただし、水素化処理を少なくとも半導体層
１２の形成後、すなわち重水素化処理よりも前に行え
ば、半導体層１２の表面付近で水素と重水素との置換に
よるＳｉ−Ｄ結合１４も形成されるので、重水素化処理
をより効率よく行うことができる。

【００８８】一方、重水素化処理は、半導体層１２が露
出している状態、すなわちゲート絶縁膜１３を形成する
よりも前に行うのが好ましい。

【００８９】また、第２の水素化処理である重水素化処
理として、前記実施の形態１と同様の重水素を含む雰囲
気下での水素化を行ってもよく、この場合には、ゲート
絶縁膜１３の形成後などに行ってもよい。

【００９０】（実施の形態３）上記実施の形態１または
実施の形態２の製造方法によって製造されたＴＦＴを適
用したアクティブマトリックス型液晶表示装置の例を図
５に基づいて説明する。

【００９１】アクティブマトリックス型液晶表示装置
は、図５に示すように、対向して配置されたＴＦＴアレ
イ基板である透光性ガラス基板４０と対向基板である透
光性ガラス基板４１との間に液晶層４２が封入されると
ともに、上記透光性ガラス基板４０・４１の両側に偏光
板５１・５２が設けられて構成されている。

【００９２】上記透光性ガラス基板４０には、マトリッ
クス状に配置された走査電極４３…、および信号電極４
４…が形成されている。また、これらの電極の各交差位
置に対応して、画素電極４８…、およびこの各画素電極
４８…に画像信号電圧を印加するスイッチング素子とし
てのＴＦＴ４５…が形成されている。さらに、透光性ガ
ラス基板４０の周縁部には、走査電極駆動回路４６、お
よび信号電極駆動回路４７が形成されている。この走査
電極駆動回路４６、および信号電極駆動回路４７は、Ｔ
ＦＴ４６ａ…・４７ａ…から成るＣ−ＭＯＳインバータ
等によって構成されている。

【００９３】上記ＴＦＴ４５…・４６ａ…・４７ａ…
は、重水素化工程を含む前記実施の形態１または実施の
形態２の製造方法によって、透光性ガラス基板４０上に
一体的に形成されている。

【００９４】一方、対向基板となる透光性ガラス基板４
１には、液晶層４２側に、対向電極４９、およびカラー
フィルタ５０が形成されている。カラーフィルタ５０
は、各画素電極４８…の位置に対応して、赤色（Ｒ）、
緑色（Ｇ）、または青色（Ｂ）の光を透過するセグメン
トに分割されている。

【００９５】このように構成されたアクティブマトリッ
クス型液晶表示装置では、信号電極駆動回路４７によっ
て各信号電極４４…に選択的に画像信号電圧が印加され
るとともに、走査電極駆動回路４６によって各走査電極
４３…に選択的に所定の基準電圧が印加されると、選択
された信号電極４４および走査電極４３に対応する画素
電極４８に上記画像信号電圧が印加され、液晶層４２を
透過する光の偏光面が回転して輝度が変化することによ
り、画像信号電圧に応じた画像が表示される。

【００９６】ここで、アクティブマトリックス型液晶表
示装置で正常に画像が表示されるためには、その画素数
に応じた多数のＴＦＴ４５…・４６ａ…・４７ａ…がす
べて適正に動作する必要がある。

【００９７】一方、ＴＦＴ４５…・４６ａ…・４７ａ…
には、高速でオン、オフまたは極性が切り替わる直流や
交流が印加されるが、前述のようにＳｉ−Ｄ結合は切断
されにくいのでホットキャリアによる劣化は抑制され、
したがって、高性能で、高信頼性を有するアクティブマ
トリックス型液晶表示装置が得られる。

【００９８】なお、上記の例では液晶表示装置に適用し
た例を説明したが、これに限らず、イメージセンサやＳ
ＲＡＭなどの半導体メモリ等に適用して同様の効果を得
ることができる。

【００９９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、シリコン−水素結合よりも切断されにくいシリ
コン−重水素結合を形成させることにより、シリコンの
未結合手に結合された重水素はシリコンから脱離しにく
くなるので、バイアス電圧やＡＣ電圧などの大きなスト
レスに対しても、オン電流の増加や、オフ電流の減少、
閾値電圧の低下などの特性の向上を維持しつつ、さらに
ホットキャリアの発生を抑制することにより特性の劣化
も防止することができ、高性能で、高信頼性を有する薄
膜トランジスタを得ることができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る薄膜トランジスタの構成を
示す縦断面図である。

【図２】同、ＡＣストレスによるキャリア移動度の変化
を示す特性図である。

【図３】同、製造工程を示す説明図である。

【図４】実施の形態２に係る薄膜トランジスタの製造工
程を示す説明図である。

【図５】実施の形態３に係る本発明の薄膜トランジスタ
を適用したアクティブマトリックス型液晶表示装置の構
成を示す説明図である。

【図６】従来の薄膜トランジスタの構成を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１０透光性ガラス基板１１下地絶縁膜１２半導体層１２ａチャネル領域１２ｂソース領域１２ｃドレイン領域１３ゲート絶縁膜１４Ｓｉ−Ｄ結合１４’ Ｓｉ−Ｈ結合１５ゲート電極１６層間絶縁膜１７コンタクトホール１８ソース電極１９ドレイン電極２０パッシベイション膜４５ＴＦＴ４６ａＴＦＴ４７ａＴＦＴ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非単結晶シリコンを含む半導体層を有す
る薄膜トランジスタにおいて、上記非単結晶シリコン中における少なくとも一部のシリ
コンの未結合手に重水素が結合されていることを特徴と
する薄膜トランジスタ。
【請求項２】上記非単結晶シリコンは、多結晶シリコ
ンである請求項１の薄膜トランジスタ。
【請求項３】上記非単結晶シリコンは、非晶質シリコ
ンである請求項１の薄膜トランジスタ。
【請求項４】非単結晶シリコンを含む半導体層を有す
る薄膜トランジスタの製造方法において、上記非単結晶シリコン中における少なくとも一部のシリ
コンの未結合手に重水素を結合させる重水素化工程を有
することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項５】上記重水素化工程を重水素を含む雰囲気
下で行う請求項４の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項６】上記重水素化工程をプラズマ状態の重水
素を含む雰囲気下で行う請求項５の薄膜トランジスタの
製造方法。
【請求項７】上記重水素化工程を重水素を含む熱アニ
ール雰囲気下で行う請求項５の薄膜トランジスタの製造
方法。
【請求項８】上記重水素化工程を原子状の重水素を含
む雰囲気下で行う請求項５の薄膜トランジスタの製造方
法。
【請求項９】非単結晶シリコンを含む半導体層を有す
る薄膜トランジスタの製造方法において、上記非単結晶シリコン中における少なくとも一部のシリ
コンの未結合手に水素を結合させる水素化工程と、上記半導体層の表面付近における少なくとも一部のシリ
コンの未結合手に重水素を結合させる重水素化工程とを
有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１０】半導体層を重水素を含む溶液に浸漬す
ることにより、上記重水素化工程を行う請求項９の薄膜
トランジスタの製造方法。
【請求項１１】上記重水素を含む溶液は、重水素を溶
解した弗化水素酸である請求項１０の薄膜トランジスタ
の製造方法。
【請求項１２】上記水素化工程を行った後に、上記重
水素化工程を行う請求項９の薄膜トランジスタの製造方
法。
【請求項１３】上記非単結晶シリコンは、多結晶シリ
コンである請求項４ないし１２の薄膜トランジスタの製
造方法。
【請求項１４】上記非単結晶シリコンは、非晶質シリ
コンである請求項４ないし１２の薄膜トランジスタの製
造方法。