JP2869197B2

JP2869197B2 - 薄膜トランジスタ

Info

Publication number: JP2869197B2
Application number: JP518491A
Authority: JP
Inventors: 朋幸納田; 聡石田; 景一佐野; 浩志岩多; 繁能口
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1991-01-21
Filing date: 1991-01-21
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH04236462A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイやイ
メージセンサ等のスイッチング素子用の薄膜トランジス
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、イメージセンサや液晶ディスプレ
ー用のスイッチング素子として、薄膜トランジスタの利
用が活発である。

【０００３】とりわけ、前記薄膜トランジスタの中で
も、比較的電子移動度の大きな多結晶半導体をチャネル
層として使用した多結晶半導体薄膜トランジスタの開発
が活発である。

【０００４】通常、多結晶シリコンからなる薄膜トラン
ジスタにあっては、多結晶材料において見られる結晶粒
界に存在する欠陥準位を水素によって補償するため、水
素雰囲気中で熱処理を一般に施す。特に、前記欠陥準位
の影響は、ゲート絶縁膜と多結晶半導体との界面に該欠
陥準位が存在する場合において著しい。

【０００５】斯る熱処理によれば、薄膜トランジスタの
閾値電圧の絶対値を小さくし、且つオン時とオフ時の電
流値の比を大きくすることが可能となり、有効である。

【０００６】この様な効果を有する水素処理には、従
来、水素雰囲気中で高温熱処理を施すものや、水素プラ
ズマに多結晶半導体を晒すことにより水素を注入するも
の、更には、多量の水素を膜中に含有した窒化膜を多結
晶半導体と隣接して形成し、その後の水素の拡散により
前記補償効果を得るものなどの各種方法がある。

【０００７】これら方法については、例えば、IEEE Ele
ctron Device Lett. EDL-1 1980P159〜P161や、IEEE El
ectron Device Lett. EDL-5 1984 P468〜 P470で詳細
に記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、従来の高温
熱処理による方法にあっては、工程に要する時間が大き
いことや、素子全体に熱損傷を及ぼすという問題があ
り、又水素プラズマ処理による方法では、プラズマのイ
オン等による試料表面への損傷をもたらす等の問題があ
った。

【０００９】更に、前記窒化膜からの水素拡散による処
理方法にあっては、該窒化膜の膜中に多量の水素を含有
することから、その膜自体の電気的特性、例えば耐電圧
特性などが乏しく保護膜などの機能を同時に備えさせる
ことができないでいた。

【００１０】本発明薄膜トランジスタの目的とするとこ
ろは、前記水素処理のための工程を特に必要とすること
なく、多結晶半導体の結晶粒界における欠陥準位や、半
導体とゲート絶縁膜との界面に存する界面準位、更には
ドレイン領域やソース領域にある欠陥準位を水素によっ
て補償する薄膜トランジスタを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明薄膜トランジスタ
の特徴とするところは、チャネル層としての半導体と、
該半導体と積層形成されたゲート絶縁膜と、電極のため
の金属膜とからなる薄膜トランジスタに於て、前記金属
膜の少なくともその一部が水素吸蔵合金からなることに
ある。

【００１２】

【作用】薄膜トランジスタの前記金属膜に水素吸蔵合金
を使用することにより、前記水素吸蔵合金に含まれる水
素は、前記薄膜トランジスタ内に拡散し、前記半導体の
結晶粒界における欠陥準位やゲート絶縁膜と前記半導体
との界面準位、さらにはドレイン領域やソース領域にあ
る欠陥準位を補償する。

【００１３】

【実施例】図１及び図２は、本発明薄膜トランジスタを
説明するための工程別素子構造図である。以下では、図
に従って本発明薄膜トランジスタについて説明する。

【００１４】実施例では、半導体として多結晶半導体、
特に多結晶シリコンを用いた。図２（イ）に示される第
１工程では、ガラス、または石英等の絶縁性基板(1) 上
にチャネル層となる導電型決定不純物を含有しない多結
晶シリコンからなる半導体(2)を形成した後、それを従
来周知のフォト・レジスト工程で島状にパターニング
し、その後ｎ型不純物をドーピングしたｎ形多結晶シリ
コン(3)を積層形成する。ｎ形多結晶シリコン(3)は、
オーミック接触用の半導体である。

【００１５】実施例では半導体(2)は基板温度６００℃
の減圧ＣＶＤ装置によって形成したが、この他に非晶
質シリコンをレーザ等の高エネルギービームを照射する
ことによって多結晶化したシリコンや、固相成長法によ
って形成された多結晶シリコンを使用してもよい。

【００１６】次に、図２（ロ）に示される第２工程で
は、ｎ形多結晶シリコン(3)をドレイン、及びソース領
域相当部のみに残してエッチング除去する。

【００１７】図２（ハ）に示される第３工程では、ゲー
ト絶縁膜(4)となるＳｉＯ₂膜を減圧ＣＶＤ法等で形成し
た後、該絶縁膜(4)にドレイン、ソース相当部に開口部
(4a) を設ける。

【００１８】そして、図１に示される第４工程では、本
発明の特徴である水素吸蔵合金(5) からなるゲート電極
(5g)、ドレイン電極(5d)及びソース電極(5s)を形成し、
パターニングする。

【００１９】前記水素吸蔵合金(5)の形成は、スパッタ
法によって行ない、スパッタ用ターゲット材料として
は、ＬａＮｉ₅を用いた。形成に当っては、まず前記絶
縁膜(4)が被着された基板をスパッタ槽内に設置して該
槽を真空排気した後、スパッタガスとしてアルゴンガス
を前記槽が０．２Ｔｏｒｒとなるまで導入し調整する。
そして２００Ｗの高周波電力でプラズマを発生させ膜を
形成させた。

【００２０】次に、前記膜が前記基板に被着された直
後、該槽を大気にすることなく一旦高真空に排気し、前
記槽内に水素ガスを３６０Ｔｏｒｒとなるように導入し
た。これにより、前記膜に水素を吸蔵させることができ
る。

【００２１】斯る水素吸蔵合金(5)の形成においては、
スパッタ用ガスとして前記アルゴンガスに替えて水素
ガスを使用してもよい。また、水素吸蔵合金としては、
実施例ＬａＮｉ₅に限られるものではなく、例えばこの
他にＴｉ−Ｆｅ，Ｔｉ−Ｚｒ− Ｎｉ，Ｚｒ−Ｎｉ，Ｚ
ｒ−Ｍｎ、メッシュ状金属−Ｎｉ−Ｃｏ−Ａｌ−Ｍｎ
（メッシュ状金属とはＬａ，Ｃｅ，Ｎｄ等のランタノイ
ド系列の混合物）の合金や、Ｍｇ₂Ｎｉ，Ｐｄ，Ｔｉ等
の金属材料などを使用してもよい。即ち、これら金属
としては、スパッタガスとして水素ガスを使用した場合
においても、形成時の圧力では水素の解離が生ぜず、且
つ２００〜４００℃程度の温度でも水素が解離しない材
料であれば、本発明の薄膜トランジスタに使用可能であ
る。

【００２２】又、スパッタ法以外の水素吸蔵合金の形成
方法として、イオンプレーティング法や蒸着法で行って
もよい。

【００２３】水素吸蔵合金に吸蔵された水素は特別な処
理を施すまでもなく、通常、常温状態において５時間程
度で放出される。一方、放出された前記水素は欠陥準位
や界面準位に結合すると、前記水素吸蔵合金に再び吸蔵
されることはない。

【００２４】また、実施例では使用しなかったが、これ
ら水素吸蔵合金の電気伝導度が電極として不十分な場
合、低抵抗であるアルミニュウム膜を前記水素吸蔵合金
(5)上に積層形成してもよい。

【００２５】水素吸蔵合金(5)のパターニングには、Ｎ
ｉ系エッチング液を用いて行った。実施例では、ゲー
ト電極(5g)、ドレイン電極(5d)及びソース電極(5s)のい
ずれも水素吸蔵合金を使用する構造のものについて説明
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例え
ばゲート電極(5g)のみについて、水素吸蔵合金(5)を使
用してもよい。この場合、水素吸蔵合金の使用される量
が少なくなるため、該水素吸蔵合金による前記水素処理
の効果がやや低下することになるが、本発明の基本的な
作用効果は同様に呈するものである。

【００２６】図３は、本発明薄膜トランジスタの特性
（イ）で、ゲート電圧に対するドレイン電流の関係を示
す特性図である。尚、同図には、比較のために水素吸蔵
合金によらない通常の金属膜を使用した場合の従来の薄
膜トランジスタの特性についても、同時に破線（ロ）に
より示している。

【００２７】同図は、本発明薄膜トランジスタによれば
閾値電圧の絶対値を小さくし得るとともに、電子移動度
も著しく大きくし得ることを示しており、ゲート絶縁膜
(4) と半導体(2)との界面状態の向上が図れている。

【００２８】従って、本発明による薄膜トランジスタに
よれば、ゲート電極、ドレイン電極又はソース電極に水
素が含有されているために、従来の前記水素処理による
水素供給を行うことなく半導体中に水素が供給され、前
記多結晶半導体の結晶粒界における欠陥準位や、該多結
晶半導体とゲート絶縁膜との界面準位を補償し、前記薄
膜トランジスタの特性を向上させることが判った。

【００２９】更に、本発明薄膜トランジスタによれば、
従来の水素プラズマ処理による素子への損傷がなく、さ
らには水素熱処理などの工程増加による歩留まり低下が
生じない。

【００３０】尚、一般に水素吸蔵合金は、水素を吸収ま
たは放出した場合、それに従ってその体積の膨張、収縮
が生じるという性質を有している。然し乍ら、スパッタ
法やイオンプレーティング法などで形成された水素吸蔵
合金の膜は、その結晶構造がアモルファス状態であるこ
とから、それが持つ構造柔軟性により結晶状態のものと
比較して前記膨張や収縮の程度は小さなものとなる。し
かも、薄膜トランジスタの水素処理のために必要な水素
量は、精々１０原子％程度であれば良いことから、斯る
程度の水素含有量を含んだ水素吸蔵合金を使用しても前
記体積の変化による薄膜トランジスタへの影響は殆どな
い。

【００３１】また、本発明は、一回の水素拡散反応のみ
を用いているため、よく知られている水素の吸収放出に
起因する微粉化現象も生じない。

【００３２】実施例では、プレナー形構造のもので説明
したが、本発明の薄膜トランジスタは、これに限るもの
ではなくスタガー形構造や、これらの逆構造によるもの
であってもよく、更にその形成方法としてセルフアライ
ン構造による形成法を使用するものであっても同様に応
用することができる。図４は、本発明薄膜トランジスタ
のセルフアライン構造における実施例薄膜トランジスタ
の素子構造図である。(41)は絶縁性基板、(42)はチャネ
ル層となる半導体、(43)はソース、ドレインにおけるオ
ーミック用半導体層、(44)はゲート絶縁膜、(45)はゲー
ト電極、(46)はパッシペーション膜、(47)はドレイン電
極、(48)はソース電極である。本発明の効果を有する薄
膜トランジスタとするには、ゲート電極(45)、ドレイン
電極(47 )またはソース電極(48)の少なくとも一つを水
素吸蔵合金とすればよい。

【００３３】又、本発明の効果は、実施例における多結
晶半導体に限られるものではなく、単結晶半導体や非晶
質半導体をチャネル層とする半導体であっても同様に得
られる。

【００３４】

【発明の効果】本発明薄膜トランジスタによれば、該薄
膜トランジスタに損傷を与えることなく、また、水素処
理のための工程を付加することなく、前期水素処理と同
様の効果を得ることができる。それにより、薄膜トラン
ジスタの特性の向上が図りうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例を示す薄膜トランジスタの素子構
造断面図である。

【図２】前記薄膜トランジスタの製造時の工程を示す素
子構造断面図である。

【図３】本発明薄膜トランジスタの特性図である。

【図４】本発明薄膜トランジスタの他の実施例を示す素
子構造断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩多浩志守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (72)発明者能口繁守口市京阪本通２丁目18番地三洋電機株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 29/786 H01L 21/28 H01L 21/336 H01L 29/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】チャネル層としての半導体と、該半導体
と積層形成されたゲート絶縁膜と、電極のための金属膜
とからなる薄膜トランジスタに於て、前記金属膜の少な
くともその一部が水素吸蔵合金からなることを特徴とす
る薄膜トランジスタ。