[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种薄膜晶体管及其制造方法，特别涉及形成薄膜晶体管需要的绝缘膜材料及晶体管的制造方法。

人们已开发出薄膜晶体管(此后称为TFT)，其有源层由结晶半导体膜构成，结晶半导体膜利用例如激光退火或热退火法，由形成于如玻璃等具有透光性的绝缘基片上的非晶半导体膜结晶而成。主要用于TFT制造的基片有例如钡硼硅玻璃或铝硼硅玻璃等玻璃基片。与石英基片相比，这类玻璃基片具有较差的耐热性，但它们的优点在于低市场价格和容易制造大表面积基片的事实。

就栅极的设置而言，TFT的结构可大致分为顶栅型和底栅型。在顶栅型中，有源层形成于例如玻璃基片等绝缘基片上，栅绝缘膜和栅极依次形成于有源层上。另外。在许多情况下，基膜形成于基片和有源层之间。另一方面，底栅型中，栅极形成于类似的基片上，栅绝缘膜和有源层依次形成于栅极上。此外，保护绝缘膜或层间绝缘膜形成于有源层上。

栅绝缘膜、基膜、和保护绝缘膜或层间绝缘膜由例如氧化硅膜、氮化硅膜或氮氧化硅膜形成。采用这些类型的材料的理由是，要相对于构成有源层的非晶硅膜或结晶硅膜形成良好的界面，较好是由具有硅作一种主要成分的材料形成绝缘膜。

一般认为较好是利用等离子体CVD或低压CVD制造上述绝缘膜。等离子体CVD是一种在辉光放电中分解原材料气，并通过形成等离子体形成游离基(这里是指化学活性游离基)，然后将它们淀积于基片上的技术。在等离子体CVD中，可以在一般为400℃以下的低温下，高速淀积膜。然而，等离子体中还存在离子，因此，必须熟练地控制由于屏蔽区内产生的电场造成的被加速离子对衬底的损伤。另一方面，低压CVD是一种热分解原材料气，并在基片上淀积膜的技术。没有象等离子体CVD那样的离子所致损伤，但低压CVD的缺点是淀积速度慢。

无论用什么技术，都必须充分减小界面态密度和膜内的缺陷态密度(体缺陷密度)，以便将该膜制成TFT的栅绝缘膜、基膜、或保护绝缘膜或层间绝缘膜。此外，必须考虑由于内部应力或热处理造成的改变量。

为了形成良好质量的绝缘膜，在膜淀积工艺期间基本上不要引入任何缺陷是很重要的，要采用能减小所形成膜缺陷态密度的成分。为此考虑的一种方法是利用具有高分解率的原材料气。例如，用TEOS(四乙氧基原硅烷，化学式为Si(OC₂H₅)₄)和氧(O₂)的气体混合物，通过等离子体CVD制造氧化硅膜，是能够形成良好质量绝缘膜的一种方法。如果用这种氧化硅膜制造MOS结构，然后，进行BTS(偏置，热，应力)试验，已知平带电压(此后称作V_fb)的改变会减小到实际应用的范围。

然而，TEOS的辉光放电分解过程中容易产生水(H₂O)，水容易进入膜。因此，必须在膜淀积后，在400-600℃间进行热退火，以形成如上所述的良好质量膜。由于会导致制造成本增加，所以，在TFT制造工艺中引入这类高温退火步骤是不合适的。

另一方面，利用SiH₄和N₂O的气体混合物，通过等离子体CVD形成的氧氮化硅膜，被含于膜中的百分之几的氮原子致密化，可以不必进行热退火制造良好质量的膜。然而，根据制造条件，Si-N键会形成缺陷态，在某些情况下，这会增大V_fb的改变量，并引起作为TFT特性之一的阈值电压(此后称为V_th)的移动。类似地，利用等离子体CVD，由例如SiH₄、NH₃和N₂制造氮化硅膜，可以提供致密且硬的膜，但缺陷态密度较大。另外，内应力较大，因此，如果直接接触形成有源层，会造成变形，对TFT的特性造成不良影响，V_th移位，亚阈值系数(此后称作S值)变大。

本发明是一种解决上述问题的技术，因此，本发明的目的是提供一种适用于一般为TFT的半导体器件的绝缘膜及其制造方法。另外，本发明的目的是提供一种利用这种绝缘膜作栅绝缘膜、基膜、保护绝缘膜或层间绝缘膜的半导体器件及其制造方法。

为了解决上述问题，本发明采用利用SiH₄、N₂O和H₂作原材料气，通过等离子体CVD制造的氢化氧氮化硅膜作一般为TFT的半导体器件的绝缘膜材料。利用这类氢化氧氮化硅膜作栅绝缘膜、基膜、保护绝缘膜或层间绝缘膜，可以制造V_th不移位，BTS稳定的TFT。