JP2885458B2 - 薄膜トランジスタ - Google Patents
薄膜トランジスタInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、スイッチング素子に用いられる薄膜トラン
ジスタの改良に関する。
ジスタの改良に関する。
（従来の技術） 近年、非晶質シリコン（ａ−Si）膜を用いた薄膜トラ
ンジスタをスイッチング素子として構成されたアクティ
ブマトリックス型液晶表示装置が注目されている。これ
は、安価なガラス基板を用いることで大画面，高精細，
高画質なパネルディスプレイを低コストで実現する可能
性があるからである。
ンジスタをスイッチング素子として構成されたアクティ
ブマトリックス型液晶表示装置が注目されている。これ
は、安価なガラス基板を用いることで大画面，高精細，
高画質なパネルディスプレイを低コストで実現する可能
性があるからである。
第８図は、活性層にａ−Si膜を用いた従来の表示駆動
装置用TFTの断面図である。先ず、ガラス板のような透
光性絶縁基板21上に設けられたMoやCrのような金属がパ
ターニングされゲート電極22が形成される。このゲート
電極22上にはゲート絶縁膜23であるSiO2膜23a,SiNx膜23
bが順次積層されている。このゲート絶縁膜23上のゲー
ト電極22上に位置するところに、活性層としてａ−Si膜
24の半導体膜が所定のパターンに形成されている。この
ａ−Si膜24上にはSiNx膜25aとSiOx膜25bとの積層膜であ
る保護膜25が形成されている。活性層にはオーミックコ
ンタクト層としてn+a−Si膜26を介してソース電極27,ド
レイン電極28が形成されている。。ソース電極27,ドレ
イン電極28と半導体膜24との間には、オーミックコンタ
クト層としてn+a−Si膜26が形成されている。
装置用TFTの断面図である。先ず、ガラス板のような透
光性絶縁基板21上に設けられたMoやCrのような金属がパ
ターニングされゲート電極22が形成される。このゲート
電極22上にはゲート絶縁膜23であるSiO2膜23a,SiNx膜23
bが順次積層されている。このゲート絶縁膜23上のゲー
ト電極22上に位置するところに、活性層としてａ−Si膜
24の半導体膜が所定のパターンに形成されている。この
ａ−Si膜24上にはSiNx膜25aとSiOx膜25bとの積層膜であ
る保護膜25が形成されている。活性層にはオーミックコ
ンタクト層としてn+a−Si膜26を介してソース電極27,ド
レイン電極28が形成されている。。ソース電極27,ドレ
イン電極28と半導体膜24との間には、オーミックコンタ
クト層としてn+a−Si膜26が形成されている。
一般に、ａ−Si膜の内部応力は圧縮応力,SiNx膜の内
部応力は引張り応力そしてSiOx膜の内部応力は圧縮応力
であるので、このような従来構造のTFTでは、活性層の
内部応力とこれに接するゲート絶縁膜中のSiNx膜の内部
応力は逆になっている。さらにゲート絶縁膜中で接する
SiNx膜とSiOx膜の内部応力もお互いに異なっている。し
たがって、このような接合面では当然膜の剥離発生頻度
が他の箇所に比べて高くなる。その結果、ゲート絶縁層
のリーク電流の増大，スイッチング機能の消失などのよ
うにTFT特性が不良になり歩留まりが悪くなるという問
題があった。
部応力は引張り応力そしてSiOx膜の内部応力は圧縮応力
であるので、このような従来構造のTFTでは、活性層の
内部応力とこれに接するゲート絶縁膜中のSiNx膜の内部
応力は逆になっている。さらにゲート絶縁膜中で接する
SiNx膜とSiOx膜の内部応力もお互いに異なっている。し
たがって、このような接合面では当然膜の剥離発生頻度
が他の箇所に比べて高くなる。その結果、ゲート絶縁層
のリーク電流の増大，スイッチング機能の消失などのよ
うにTFT特性が不良になり歩留まりが悪くなるという問
題があった。
（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来構造の薄膜トランジスタは、ゲート
絶縁膜とそれに接合する活性層の如く、内部応力が異な
る膜間での接合が存在するのでこれらの膜の剥離に起因
するTFT特性の不良が見られた。
絶縁膜とそれに接合する活性層の如く、内部応力が異な
る膜間での接合が存在するのでこれらの膜の剥離に起因
するTFT特性の不良が見られた。
本発明はこのような膜の剥離を回避して信頼性向上を
図った薄膜トランジスタを提供することを目的としてい
る。
図った薄膜トランジスタを提供することを目的としてい
る。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明は、基板と、こ
の基板上に所定パターンをもって形成されたａ−Si膜
と、このａ−Si膜にコンタクトするソースおよびドレイ
ン電極と、前記ａ−Si膜の上部または下部にゲート絶縁
膜を介して配設されたゲート電極とを有する薄膜トラン
ジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜は少くとも前記ａ−
Si膜側に近い部分が窒化シリコン膜により形成され、か
つその窒化シリコン膜は前記ａ−Si膜側では水素濃度が
低くなる膜厚方向の水素濃度分布を有することを特徴と
する。
の基板上に所定パターンをもって形成されたａ−Si膜
と、このａ−Si膜にコンタクトするソースおよびドレイ
ン電極と、前記ａ−Si膜の上部または下部にゲート絶縁
膜を介して配設されたゲート電極とを有する薄膜トラン
ジスタにおいて、前記ゲート絶縁膜は少くとも前記ａ−
Si膜側に近い部分が窒化シリコン膜により形成され、か
つその窒化シリコン膜は前記ａ−Si膜側では水素濃度が
低くなる膜厚方向の水素濃度分布を有することを特徴と
する。
（作用） 本発明らが研究を重ねた結果、窒化シリコン膜の内部
応力は膜中の水素濃度に依存し、水素濃度が高くなるに
したがい引張り応力が強くなることを確認した。
応力は膜中の水素濃度に依存し、水素濃度が高くなるに
したがい引張り応力が強くなることを確認した。
したがって本発明によれば、活性層であるａ−Si膜と
接する窒化シリコン膜中の膜厚方向の水素濃度を変える
ことで、これら膜界面に働く応力を抑えることができ、
剥離が起こり難くなる。
接する窒化シリコン膜中の膜厚方向の水素濃度を変える
ことで、これら膜界面に働く応力を抑えることができ、
剥離が起こり難くなる。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。第１図は、本発明の第１の実施例に係る薄膜トラン
ジスタの断面図である。これを製造工程に従い説明する
と、最初にガラス基板からなる透光性絶縁基板１上に厚
さ約2000ÅのTaあるいはMoTa合金等の金属膜をスパッタ
リング法を用いて堆積する。この金属膜をCF4とO2を反
応ガスとしたプラズマエッチングによりパターニングし
てゲート電極２を形成する。次に光CVD法のより第1,第
2,第３のゲート絶縁膜3a,3b,3cであるSiNxをそれぞれ約
1000Å,500Å,500Åの厚さで順次堆積して厚さ2000Åの
ゲート絶縁膜３を形成する。引き続き光CVD法により活
性層となるａ−Si膜４を3000Å形成し、その上にSiNx膜
5a,SiOx膜5bを厚さ1000Åで順次堆積して厚さ2000Åの
積層膜を形成する。次にこの積層膜にエッチングを施し
て保護膜５を形成する。この後、保護膜５をマスクとし
てａ−Si膜４表面上にオーミックコンタクト層として厚
さ500Åのn+a−Si膜６を形成する。最後に金属膜を形成
し、これをパターニングすることによりソース電極7,ド
レイン電極８を形成して薄膜トランジスタが完成する。
る。第１図は、本発明の第１の実施例に係る薄膜トラン
ジスタの断面図である。これを製造工程に従い説明する
と、最初にガラス基板からなる透光性絶縁基板１上に厚
さ約2000ÅのTaあるいはMoTa合金等の金属膜をスパッタ
リング法を用いて堆積する。この金属膜をCF4とO2を反
応ガスとしたプラズマエッチングによりパターニングし
てゲート電極２を形成する。次に光CVD法のより第1,第
2,第３のゲート絶縁膜3a,3b,3cであるSiNxをそれぞれ約
1000Å,500Å,500Åの厚さで順次堆積して厚さ2000Åの
ゲート絶縁膜３を形成する。引き続き光CVD法により活
性層となるａ−Si膜４を3000Å形成し、その上にSiNx膜
5a,SiOx膜5bを厚さ1000Åで順次堆積して厚さ2000Åの
積層膜を形成する。次にこの積層膜にエッチングを施し
て保護膜５を形成する。この後、保護膜５をマスクとし
てａ−Si膜４表面上にオーミックコンタクト層として厚
さ500Åのn+a−Si膜６を形成する。最後に金属膜を形成
し、これをパターニングすることによりソース電極7,ド
レイン電極８を形成して薄膜トランジスタが完成する。
なお、上記第１の絶縁膜3aの原料ガスとして、2SCCM
のシランと98SCCMのアンモニアとの混合ガスを、第２の
絶縁膜3bの原料ガスとして流量2SCCMのシランと流量98S
CCMのアンモニアとの原料ガスに流量50SCCMの水素を混
合したガスを、第３の絶縁膜3cの原料ガスとして流量2S
CCMのシランと流量98SCCMのアンモニアとの原料ガスに
流量100SCCMの水素を混合したガスを採用した。これに
よりゲート絶縁膜中の水素は膜厚方向に濃度分布を持つ
ことになる。第２図はこの絶縁膜中の原子水素濃度を評
価した結果であり、図中、横軸はSiNx膜の厚さ、縦軸は
SiNx膜中の原子水素濃度である。このように３つの絶縁
膜からなるゲート絶縁膜３中の水素濃度分布は、それぞ
れの絶縁膜中では一定濃度で、第３のゲート絶縁膜3cか
ら第１のゲート絶縁膜3aの順に膜厚方向に濃度が低くな
る分布を呈している。
のシランと98SCCMのアンモニアとの混合ガスを、第２の
絶縁膜3bの原料ガスとして流量2SCCMのシランと流量98S
CCMのアンモニアとの原料ガスに流量50SCCMの水素を混
合したガスを、第３の絶縁膜3cの原料ガスとして流量2S
CCMのシランと流量98SCCMのアンモニアとの原料ガスに
流量100SCCMの水素を混合したガスを採用した。これに
よりゲート絶縁膜中の水素は膜厚方向に濃度分布を持つ
ことになる。第２図はこの絶縁膜中の原子水素濃度を評
価した結果であり、図中、横軸はSiNx膜の厚さ、縦軸は
SiNx膜中の原子水素濃度である。このように３つの絶縁
膜からなるゲート絶縁膜３中の水素濃度分布は、それぞ
れの絶縁膜中では一定濃度で、第３のゲート絶縁膜3cか
ら第１のゲート絶縁膜3aの順に膜厚方向に濃度が低くな
る分布を呈している。
第３図は本発明者らがSiNx膜中に於ける水素の影響に
について研究した結果である。図中、横軸はSiNx膜中の
原子水素濃度，左縦軸はSiNx膜の内部応力，右縦軸はSi
Nx膜中の欠陥密度，実線は内部応力と水素濃度の関係を
示し、破線は欠陥密度と水素濃度の関係を示す。この図
から分かるようにSiNx膜の内部応力は水素濃度が高いほ
ど引張り応力が大きくなり、逆に欠陥密度は水素濃度が
高いほど小さくなっている。
について研究した結果である。図中、横軸はSiNx膜中の
原子水素濃度，左縦軸はSiNx膜の内部応力，右縦軸はSi
Nx膜中の欠陥密度，実線は内部応力と水素濃度の関係を
示し、破線は欠陥密度と水素濃度の関係を示す。この図
から分かるようにSiNx膜の内部応力は水素濃度が高いほ
ど引張り応力が大きくなり、逆に欠陥密度は水素濃度が
高いほど小さくなっている。
したがって、上記実施例のような構成の薄膜トランジ
スタは、活性層とゲート絶縁膜３とが内部応力の差が小
さいａ−Si膜４と第３のゲート絶縁膜3aとで接合してい
るので従来の薄膜トランジスタのようにこの界面で大き
な応力歪みを受けない。その結果、膜剥離の発生頻度が
非常に小さくなる。さらに高濃度の水素を含む第1,第２
のゲート絶縁膜3a,3bの存在により、第１のゲート絶縁
膜3a中の欠陥密度が高いことで絶縁膜としての機能が低
下しても、ゲート絶縁膜３全体として緻密な絶縁膜とし
て働く。
スタは、活性層とゲート絶縁膜３とが内部応力の差が小
さいａ−Si膜４と第３のゲート絶縁膜3aとで接合してい
るので従来の薄膜トランジスタのようにこの界面で大き
な応力歪みを受けない。その結果、膜剥離の発生頻度が
非常に小さくなる。さらに高濃度の水素を含む第1,第２
のゲート絶縁膜3a,3bの存在により、第１のゲート絶縁
膜3a中の欠陥密度が高いことで絶縁膜としての機能が低
下しても、ゲート絶縁膜３全体として緻密な絶縁膜とし
て働く。
第４図は、本発明に係る第２の実施例を示す薄膜トラ
ンジスタの断面図である。なお第１図と同一機能部分に
は同一符号を付し、詳しい説明は省略する。
ンジスタの断面図である。なお第１図と同一機能部分に
は同一符号を付し、詳しい説明は省略する。
この実施例が先に説明した第１の実施例と異なる点
は、透光性絶縁基板１上にゲート電極２を設けた後、光
CVD法を用いて第1,第２のゲート絶縁膜13a,13bであるSi
Ox膜をそれぞれ500Åの厚さで順次堆積し、さらにこの
ゲート絶縁膜13b上に第3,第４のゲート絶縁膜13c,13dと
してSiNx膜を各々500Åの厚さで順次堆積して絶縁膜13
をSiOx膜とSiNx膜との積層膜としたことである。
は、透光性絶縁基板１上にゲート電極２を設けた後、光
CVD法を用いて第1,第２のゲート絶縁膜13a,13bであるSi
Ox膜をそれぞれ500Åの厚さで順次堆積し、さらにこの
ゲート絶縁膜13b上に第3,第４のゲート絶縁膜13c,13dと
してSiNx膜を各々500Åの厚さで順次堆積して絶縁膜13
をSiOx膜とSiNx膜との積層膜としたことである。
このゲート絶縁膜３中の原子水素濃度を測定したとこ
ろ第５図に示すような結果が得られた。すなわち、４つ
の絶縁膜からなるゲート絶縁膜13中の膜厚方向の水素濃
度分布は、それぞれの絶縁膜中では一定濃度で、活性層
に近い絶縁膜程濃度が低くなる分布を呈している。
ろ第５図に示すような結果が得られた。すなわち、４つ
の絶縁膜からなるゲート絶縁膜13中の膜厚方向の水素濃
度分布は、それぞれの絶縁膜中では一定濃度で、活性層
に近い絶縁膜程濃度が低くなる分布を呈している。
参考までに、SiOx膜中の水素濃度と内部応力の関係は
第６図に示すようになる。
第６図に示すようになる。
この実施例のような構成の薄膜トランジスタでも、第
１の実施例と同様にａ−Si膜４は、４つのゲート絶縁膜
中で最も内部応力の差が小さい第１のゲート絶縁膜13d
と接する。その結果、活性層とゲート絶縁膜３との接合
面での膜剥離は起こり難くなり、さらに第2,第3,第４の
ゲート絶縁膜13b,13c,13dにより絶縁膜として強化され
ている。
１の実施例と同様にａ−Si膜４は、４つのゲート絶縁膜
中で最も内部応力の差が小さい第１のゲート絶縁膜13d
と接する。その結果、活性層とゲート絶縁膜３との接合
面での膜剥離は起こり難くなり、さらに第2,第3,第４の
ゲート絶縁膜13b,13c,13dにより絶縁膜として強化され
ている。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものでは
ない。例えば、上記実施例のように水素濃度分布を段階
的に変化させるのではなく連続的に変化させても良い。
すなわち、第７図に示すように活性層から膜厚方向に対
して遠ざかるにしたがい濃度が高くなるようにゲート絶
縁膜中の水素濃度分布を設定をしても良い。
ない。例えば、上記実施例のように水素濃度分布を段階
的に変化させるのではなく連続的に変化させても良い。
すなわち、第７図に示すように活性層から膜厚方向に対
して遠ざかるにしたがい濃度が高くなるようにゲート絶
縁膜中の水素濃度分布を設定をしても良い。
また、ゲート絶縁膜中の水素濃度を制御するために用
いられる方法は上記実施例で用いた原料ガスの希釈法に
限らず、例えば、反応時の紫外線，赤外線などの光照射
量の増減，膜形成後のH2プラズマ処理等で行なっても良
い。
いられる方法は上記実施例で用いた原料ガスの希釈法に
限らず、例えば、反応時の紫外線，赤外線などの光照射
量の増減，膜形成後のH2プラズマ処理等で行なっても良
い。
さらにまた、ゲート絶縁膜の形成方法は光CVD法に限
らず、例えばプラズマCVD法，熱CVD法，もしくはスパッ
タリング法を用いてもかまわない。
らず、例えばプラズマCVD法，熱CVD法，もしくはスパッ
タリング法を用いてもかまわない。
なお、本発明はゲート絶縁膜のみならず、例えば保護
膜に適用しても良い。要するに本発明は、SiNx膜または
SiOx膜とそれらの膜の内部応力と異なる膜との接合箇所
であれば種々変形して実施することができる。
膜に適用しても良い。要するに本発明は、SiNx膜または
SiOx膜とそれらの膜の内部応力と異なる膜との接合箇所
であれば種々変形して実施することができる。
［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、内部応力差に起因
する膜剥離が防止できるので信頼性が向上して優れた特
性のTFTを得ることができる。
する膜剥離が防止できるので信頼性が向上して優れた特
性のTFTを得ることができる。
第１図は本発明の第１の実施例に係る薄膜トランジスタ
の断面図、第２図は第１実施例に係るゲート絶縁膜中の
水素濃度を示す図、第３図はSiNx膜の内部応力と水素濃
度との関係を示す図、第４図は第２の実施例に係る薄膜
トランジスタの断面図、第５図は第２実施例に係るゲー
ト絶縁膜中の水素濃度を示す図、第６図はSiNx膜の内部
応力と水素濃度との関係を示す図、第７図はゲート絶縁
膜中の水素濃度を示す図、第８図は従来の薄膜トランジ
スタの断面図である。 １……透光性絶縁基板、２……ゲート電極、3,3a,3b,3
c,13,13a,13b,13c,13d……ゲート絶縁膜、４……ａ−Si
膜、5,5a,5b……保護膜,6……n+a−Si膜,7……ソース電
極,8……ドレイン電極。
の断面図、第２図は第１実施例に係るゲート絶縁膜中の
水素濃度を示す図、第３図はSiNx膜の内部応力と水素濃
度との関係を示す図、第４図は第２の実施例に係る薄膜
トランジスタの断面図、第５図は第２実施例に係るゲー
ト絶縁膜中の水素濃度を示す図、第６図はSiNx膜の内部
応力と水素濃度との関係を示す図、第７図はゲート絶縁
膜中の水素濃度を示す図、第８図は従来の薄膜トランジ
スタの断面図である。 １……透光性絶縁基板、２……ゲート電極、3,3a,3b,3
c,13,13a,13b,13c,13d……ゲート絶縁膜、４……ａ−Si
膜、5,5a,5b……保護膜,6……n+a−Si膜,7……ソース電
極,8……ドレイン電極。
Claims (2)
- 【請求項１】基板と、この基板上に所定パターンをもっ
て形成された非晶質シリコン膜と、この非晶質シリコン
膜にコンタクトするソースおよびドレイン電極と、前記
非晶質シリコン膜の上部または下部にゲート絶縁膜を介
して配設されたゲート電極とを有する薄膜トランジスタ
において、前記ゲート絶縁膜は少くとも前記非晶質シリ
コン膜に近い部分が窒化シリコン膜により形成され、か
つその窒化シリコン膜は前記非晶質シリコン膜側では水
素濃度が低くなる膜厚方向の水素濃度分布を有すること
を特徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項２】前記ゲート絶縁膜は、膜厚方向に水素濃度
分布を有する窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層
膜を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜トラン
ジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4449490A JP2885458B2 (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | 薄膜トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4449490A JP2885458B2 (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | 薄膜トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03248569A JPH03248569A (ja) | 1991-11-06 |
| JP2885458B2 true JP2885458B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=12693110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4449490A Expired - Fee Related JP2885458B2 (ja) | 1990-02-27 | 1990-02-27 | 薄膜トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2885458B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5209196B2 (ja) * | 2005-11-07 | 2013-06-12 | 三星電子株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| JP5668696B2 (ja) * | 2012-01-13 | 2015-02-12 | ソニー株式会社 | 薄膜トランジスタ基板の製造方法 |
| KR102295737B1 (ko) * | 2012-05-10 | 2021-09-01 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 디바이스 |
| KR102551443B1 (ko) | 2012-05-10 | 2023-07-06 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 반도체 장치 |
-
1990
- 1990-02-27 JP JP4449490A patent/JP2885458B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH03248569A (ja) | 1991-11-06 |
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|---|---|---|---|
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