JPS5965479A - 薄膜トランジスタとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は薄膜トランジスタ（以下ＴＰＴと略称する）と
その製造方法（ｃＦ＋する。

、米国ワイマ−（Ｗｅｉｍｅｒ）氏によって提唱された
ＴＩ”Ｔ（特公昭４ｌ−８１７２）は蒸着操作のみで製
作できることを特徴としている０ざらに現在では、プラ
ズマ応用プロセスの向上により、プラズマ中で薄膜を形
成する方法が用いられるようになった。ＴＰＴに設けら
れる半導体４膜はシリコン、ゲルマニウム番始め、金＃
４酸化物及びＩＩ　−Ｖｌ族化合□物半導体など多種類
知られている０これらの半導体薄膜は最握非晶質が用い
られ、中でも取扱い易いシリコレが注目されている。又
、ＴＰＴに用いるτ導体薄膜としてはキャリア易Ｇ）ｉ
　Ｋ　ｂｓ　Ａいことが望ましいので、非晶質シリコン
をレーザ光で融溶し、多結晶化する場合がある。しかし
、プロセスが複雑！こなるばかりでなく、高価な装置を
必要とする０又多結晶シリコン薄膜をＩｌｌ　ｉ、Ｉ　
Ｉｌｌに用いただけでは、その特性は不十分なものであ
る０その原因は、多結晶シリコン薄膜の結晶粒径は一般
に非常に小さいことにあり、結晶粒界による多数の欠陥
のためキャリア・の易動度の向上は僅かであるからであ
る。

本発明の目的は多結晶シリコン薄膜の粒界による悪影響
はできるかぎり低減されせしめた１却な薄膜トランジス
タとその製造方法を提供することにある。

ところで、多結晶シリコンウェハー基板を水素プラズマ
処理すると多結晶粒界の再結合因子を減少できるという
報告（Ａｐｐｌ、　ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔ　Ｌ　Ｍｏｌ、
　３６゜Ｎｏ　　１０　　Ｍａｙ　　　１９８０；　　
Ｃ０）ｌ　　　　８ｅａｇｃｒ　　　ｅｆ　　　ａｌ　
　　　）　　　　　がなされている。そこでわれわれは
、このような水素プラズマ処理によりＴＦ’Ｔのごとく
絶縁性基板上に設けられた多結晶シリコン薄膜でも特性
向上を計れるかどうか詳細な検討を行った。

その結果、絶縁性基板であってもその土に半導体もしく
は金属膜が設けられている場合、処理表面ジー；９ノ に電荷が蓄積してしまい効果が上ら１よいさか過ｌ電荷
によるトラブルを起こすことが勲いことを見い出した。

したがって、絶縁性基板上の多結晶シリコン薄膜のキャ
リア易動度などの電気的特性を向上することができ、前
述の問題を解決できることが分った。さて、ＴＰＴにお
いてキャリアが移動する活性な層は半導体薄膜の絶縁薄
膜が設けられた主表面側より約２０００Ａ前後である。

って性能低下をもたらずことなども分った。

本発明によればｔ２縁性基板上の多結晶シリコン薄膜を
用いたコプレーナ構造の薄膜トランジスタにおいて少な
くとも、ソース雷９極およびドレイン電極間の前記多結
晶シリコン薄膜からなる能動層に１％以上の水素を含ま
せてなることを特徴とする溝膜トランジスタが得られ、
さらに絶縁性基板上の多結晶シリコン薄膜を用いたコプ
シーナ４゛薄造の薄膜トランジスタの製造方法において
、絶縁性基板上に設Ｖすた多結晶シリコンバー膜を２０
０〜４００℃の温度で水素プラズマ処理せしめる工程を
含むこきを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法が得
られる。

前記本発明はプロセスを複雑化すること１４’　＜、又
、高価な装置を必要とせず、簡単な瑠成のプラズマ装置
で高性能なＴＰＴが製造できる。

以下本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明す
る。

実施例１、 第１図は本発明の’ｒ　Ｆ　Ｔの一実施例を示す。図に
おいて絶縁性ノ、ｌｉ板１１にはｉ、　ｔｓ　ｍ厚の石
英カラスが用いられた。該カラス基板上に設けられた１
、０μｍ厚の多結晶シリコン薄膜１２は、能＃Ｊ層１７
となる主表面側の能動層となるａｕｏｏａＯＭ・Ｂ囲か
４チ程度の水素をきむ０該多結晶シリコシ１→膜上には
ソース電極及びドレイン電極１４がＩｊ１’４のパター
ンでｚ００〇への厚さに設りらイアた。

前記ｉ５極及び））；１記多Ｉ″ｈ品シリコン３ｒスフ
１１こ設りる絶縁膜として窒化シリコン助Ｐα】５が３
　（ｉ”ｏ　ＯＸのＪツさに設けられた。該窒イヒシリ
コン膜上Ｉ（ソース、ドレイン電極間の位置に１，５μ
ｍの厚さにゲート電極１６が所望のパターンに設けられ
た。

石英カラスは多結晶シリコン薄膜を形成するときの耐熱
性基板として用いられた。多結晶シリコン薄膜は厚さが
増すほど結晶粒径が大きくなることが認められたがＴＰ
Ｔのオフ抵抗の低下や形成時間が長時間となることなど
から好ましくない。

したがって本実施例では１．０βｍの厚さとした。

ＴＰＴにおいて能動層として働くのは１０μｍのうち絶
縁ゲート側の約２０００Ａ前後である０又、前記多結晶
シリコン薄膜の結晶粒径は平均約０．９μｍ程度であっ
た０多結晶シリコン薄膜の水素化は水素プラズマ処理が
用いられた。結晶粒の個所では水素の含有量は少なく浸
入深さも浅いものであったが、結晶粒界の個所では浸入
深さが容易に数千へに達し、その含有量は数十−にも達
することが分った。水素の浸入深さ、浸入量はイオンホ
ンバードを行えば増加することか認められたがＴＦ’Ｔ
の動作特性は逆に低下することが昭めら眉た。したがっ
て、能動層として働く厚さ柱度に平均１％以上の水素を
浸入させた多結晶シリコン薄膜を用いることが奸才しい
ことか判明した０上記Ｔ　ｌ”　Ｔでは従来の多結晶シ
リコンＴ　Ｐ　Ｔの実効止孔ｘ＝　Ｂ−ｆＪ）度が２〜
３−／■・方であったのに比較し３０〜５０ｃｒＡ／ｖ
ｌＴｓｅｃに改善サレタ。

実施例２゜ 本発明のＴ　Ｐ　Ｔを製造するための簡便な方法が採用
できる。

第２図を用いてプロセスを追って説明する。多結晶シリ
コン？ｉｆ膜を形成するために高周波放電機構を有する
ｍ　：Ｆ−臥蒸着装置が用いられた。かかる装置は既成
の電子銃蒸着装置に高周波コイル及び電源を伺加した４
ｋｆｉあるいは、既成のイオンブレーティング装置など
が用いられる０工程（１）において所定の洗浄が施され
た石英基板２１は金属板でマスクされ前述の蒸着装置に
装填された。該装置内は１０　’　Ｔｏｒｒ以上の高真
空に損気され、基板温度は８００℃に保たれた。電子銃
によって周知の方法によりシリコンが蒸着された。

多結晶シリコン薄膜２２を得るための好ましい基板温度
は７００〜９００℃であった。多結晶シリコン薄膜形成
後、本発明の方法の特徴である工程が工程（＋）に引き
続き工程（Ｉｌ）として採用された０水索カスが装置内
に導入され、１０　　Ｔｏｒｒ以下の低真空に保ち、　
基板温度は３５０℃に下けられて保たれた。多結晶シリ
コン薄膜の水素化に有効な基板温度は２００〜４００　
’＜〕であった。−・般的な高周波放電機構より周知の
方法により放電か開始され、水素プラズマか生成された
。

水素プラズマ巾約１暢゛間多結晶シリコン？（す膜が処
理された。しかし〆、水”Ｊｔｚ　Ｊｊ１子２３の導入
どれだ多結晶シリコン薄膜２２が得られた。しかる後所
定の手続きを酢で試料か装置より取り出こ、れた〇この
後工程（［）〜（ＶＤの周知の工程が施された。工程（
ｍｌではソース、トレイン電極となる金ｊｌＪｉ　２４
０が蒸着され、工程０■において、該電極にバ〈′−ン
２４が形成され、工程（■にＪ６いて、絶縁膜２５が形
成され、工程（至）において、ゲート電極の蒸着および
パターン２６が形成されてＴＰＴが作成された。

このＴＰＴの能動層（ｆヤシ２・ル）２７は水素化され
ている。

上述の工程では多結晶シリコン１Ｍ膜形成と同一装置内
で多結晶シリコンの水素化か行なわれ、かつ基板温度の
降下過程に行うことができるため非常に能率的□である
。□ 実施例３゜ 本発明の′Ｉ″ＦＴを製造するための他の簡便な方法が
採用された。

一般的１１　Ｔ　Ｆ　Ｔの製造工程とほとんど同様な工
程を経て作成される。ただし新たに多結晶シリコン薄膜
の水素化のためのプロセスが付加される。かかる付加プ
ロセスはゲート絶縁膜の形成過程において導入された。

多結晶シリコン？＊　Ｉ漠土にソース・ドレイン電極か
パターン形成されたｉＡ；料が絶縁辿膜形成のためにプ
ラズマ化学気相堆積（ＣＶＬＩ）装置内に所定の洗？ｇ
Ｉなとを絆で装填された。

一般に絶ｆ！５．ガ膜として用いられる月別としては酸
化シリコンＩＩλもしくは♀化シリコン膜であり、その
目的には必要てないが、水素カスの導入系が設けられで
いるプラズマＣＶＤ装置か用いられた〇水素カスは水素
７′ラズマ処理を行うために必要であり、単に水素カス
系の塘設によって簡単に多結晶シリコン８・膜の水素化
を行なう・−とができる。

絶縁膜を堆積させるに先たち、水系カスのみをプラズマ
ＣＶＤ装置内に導入し、放電を起こず０かかろ水素プラ
ズマ中で約３０分間処理された。しかる後水素カスを排
気し、シラン、アンモニア、窒素ガスか導入されて窒化
シリコンが０２μｍの厚さに堆積された。しかる後所定
の手続を経て試′利がプラズマＣＶＤ装置内より取り出
された。この後に続くゲート電極の形成などは周知の方
法により行われた０土述の工宕では絶１斤薄膜形成♂同
一装置内で多結晶シリコン薄膜の水素化が行なわれるた
め、水系化を行う工程のために新たに必要な時間は丈質
的な水素プラズマ処理時間のみでよく非常に能率的であ
る。

以上実施例により説明し５たごキく、多結晶シリコン薄
膜を’Ｊ”　ＦＴの能動ＮＩ（チャンネル）の厚さ程度
水素化する効果は易動度を著しく向１させる。

かかる多結晶シリコン薄膜の水素化を多結晶シリコン薄
膜形盛装ｍｌ内で行うこと−や、絶隊薄膜形成装置内で
行うことは極めて能率的であり、これらは工業的にＭ用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＴＰＴの一実施例、第２図（１）〜（
１山は本発明の’］”　Ｆ　Ｔの製造方法を工程順に説
明するための図である。 第１図において、１１は石英ガラス基板、１２は能動層
が水素化された多結晶シリコン薄膜、１４はソース又は
ドレイン電極、１５は窒化シリコン薄膜、１６はゲート
電極、１７はＴ　Ｐ　Ｔの能動層である。 第２図において、（１）は多結晶シリコン薄膜を形成す
る工程、（ｎ）は多結晶シリコン薄膜を水素化する工程
、１）はＭ、極金属を設ける工程、■はソース′・ドレ
イン電極を設ける工程、（Ｖ）は窒化シリコンなどのＦ
！縁縁膜膜形成する工程、（資）はゲート電極を設ける
工程を示し、２１は石英カラス基板、２２は多結晶シリ
コン薄膜、２３は導入された水素原子、２４はソース・
ドレイン電極、２５ｉ：！ｉｌ化シリコン薄膜、２６は
ゲート電極、２７はＴＰＴの催動層である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　絶縁性基板上の多結晶シリコン薄膜を用いた
   コプレーナ構造の薄膜トランジスタにおいて少なくとも
   、ソース電極およびドレイン電極間の前記多結晶シリコ
   ン薄膜からなる能動層に１％以上の水素を含ませてなる
   ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. （２）絶縁性基板上の多結晶シリコン薄膜を用いたコプ
   レーナ構造の薄膜トランジスタの製造方法において、絶
   縁性基板上に設けた多結晶シリコン薄膜を２００〜４０
   ０　℃の温度で水素プラズマ処理せしめる工程を含むこ
   とを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。