JPS58212177A - 絶縁ゲ−ト型トランジスタおよびその製造方法 - 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】 本発明は絶縁グー）　（ＭＩ　Ｓ　）型トランジスタ、
トリわけ非晶質゛シリコンのＭＩＳ型トランジスタに関
するものであり、チャネル部の膜ベリを防止してＯｎ状
態の動作電流を諦保することを目的とする。また本発明
の別の目的は信・頑性の高いＭＯ３型トランジスタを提
供することにある。

原子結合対の不完全性を補償するためにその組成中に数
係程度の水素を含んで形成される非晶質シリコンは低温
形成が可能なこと、大面積化が容易なことなどの理由に
より低価格の太陽電池として注目されている。しかしな
がら単結晶シリコンと比較すると自由電子の移動度は０
．１〜１ｄ／Ｖ−気と３桁以上小さく、集積化に値する
性能の半導体素子は得られない。それでも高速動作や大
きなＯｎ電流を必要としない。例えば液晶セルと組み合
わすることによって画像表示装置を構成するＭＩＳトラ
ンジスタのスイッチングアレイを得ることは可能である
。

第１１ａ＋４２図は上記の目的を達成するために開発さ
れた非晶質シリ司・ｊ”ＩＭ　Ｉ　Ｓ　）う、シフタの
平面図、Ａ−Ａ’線上の工程断面図である。まず第２図
（ａ）に示すように絶縁性展板例えばガラス板１上にゲ
ート電極となる第１の金属層２を選択的に被着形成する
。次いで全面にたとえば窒化シリコンよりなるゲート絶
縁層３、不純物を含まない非晶質シリコン層４、そして
不純物を含む非晶質シリコン層６を被着する。これらの
被着方法はシラン系ガスのグロー放電によるプラズマ堆
積が簡便で、ゲート絶縁層３に窒化シリコンを得んとす
るならばアンモニアを、また不純物を含む非晶質シリコ
ンを得んとするならばジボランやホスフィンを添加すれ
ばよい。

その後第２図（ｂ）に示すように非晶質シリコン層４．
５を選択的に除去して島状の非晶質シリコン層４°、５
°を形成する。さらに第２図では４図示しないが第１の
金属層２上のゲート絶縁層３に開口部６を形成して第１
の金属層２を一部露出した後に第２図（０）に示すよう
にオフセット・ゲート構造とならぬようゲート成極とな
る第１の金属層２と一ノ□・・、。

都電なり合った築盛′の金属層よりなる１対のソース、
ドレイン配線７，８が選択的に被着形成される。もちろ
んこの時前記開口部６を含んでゲート絶縁層３上には第
２の金属層よりなるゲート配線９も形成される。最後に
＄２図（ｄ）に示すようにソース・ドレイン配線７，８
をマスクとして不純物を含まない非晶質シリコン層４゛
上の不純物を含む非晶質シリコン層５°を除去して従来
の構造による非晶１ｔシリコンのＭＩＳ型トランジスタ
が完成するＯ ソース・ドレイン配線７，８と非晶質シリコン層４゛と
の間に介在する不純物を含む非晶質シリコン層１０．１
１は追好なオーミック接触が形成されるために必要であ
り、非晶質シリコン層１０゜１１が存在しなくてもＭＩ
Ｓトランジスタとしての動作は可能であるが、動作電圧
が高くなる傾向は避けられないのではその場合にはソー
ス・ドレイン配線７，８の材質および被着方法には注意
が必要である。不純物を含む非晶質シリコン層１０．１
１が介在する場合にはソース・ドレイン配線７．８は一
般的なアルミニウムで十分である。

さて、・君２図（ｃ）に示したように不純物を含む非晶
質シリコン層５′はソース・ドレイン配線７，８をマス
クとして選択的に除去されるのであるが、もし除去が不
十分であるとソース・ドレイン１０．１１間が残存した
不純物を含む非晶質シリコン層によって電気的に導通し
てしまい、ソース・ドレイン間′のリーク電流を増大さ
せることが分っている。しかしながら、不純物を含む非
晶質シリコンと不純物を含まない非晶質シリコンとの間
で選択比の大きい、換言すれば食刻速度差の大きい食刻
材がなく、弗酸：硝酸＝１：３０液に適量の酢酸を添加
しても選択比は精々６程度である。つまり不純物を含む
非晶質シリコン層だけを選択的に除去することは極めて
困難である。

そこで通常は第２図（ｄ）に示したように不純物を含む
非晶質シリコン層６′を除去するとき、過食側によって
不純物を含まない非晶質シリコン層４゛も一部除去して
凹状１２とするのが一般的である。

この結果としてリーク電流の増大は抑制できるものの、
Ｍ　Ｉ　Ｓ、型トランジスタのチャネルとなる不純物を
含まない非晶質シリコン層４°は確実に膜厚が減少する
。ある特定の組合せ、ゲート金属層２にモリブデン、不
純物として燐を含む非晶質シリコン層５、ソース・ドレ
イン配ａ１７１８にアルミニウムを用い、食刻液に弗酸
：硝酸＝＝１：３０液を使うと非晶質シリコン層の食刻
速度が５〜１０倍程度に増殖され、５ｏｏｏλの不純物
を含まない非晶質シリコン層４゛までわずか４〜５秒で
消失してまう。

チャネル部が余りに薄くなるとＭＩ　Ｓ　）ランジスタ
のｏｎ電流は著しく減少し、適正食刻の場合に比べて九
以下になることも稀ではない。さらにやっかいなことに
は従来の構造例の第２図（ｄ）ではチャネルの反対側が
外気に晒されるため、大気中の水分を吸着し易い。吸着
された水分中のＯＨ−基はチャネル部をｐ形化してしま
うのでｎチャネル動作のＭＩＳトランジスタのしきい値
電圧は時間の経過とともに増大する。すなわち動作電圧
が一定であればソース・ドレイン間。ｎ電流は時間ノ経
過とともに減少する。しかしながら約１５０℃１１： の乾燥窒素ガス中での加熱により吸着された水分は失な
われ、再び製造直後の特性に復帰することが分った。

このように従来の構造例による非晶質シリコンのＭＩＳ
型トランジスタではチャネル部の模ベリに帰因する特性
の不揃いを避けられず、また信頼性も極めて不安定であ
った。本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、
その要点はチャネル部を外気より遮断する絶縁層の導入
にあり、以下第３図とともに本発明の実施例について説
明する。

なお、同一機能の各部については第１〜２図と同じ番号
を付す。

まず第３図（、）に示したように絶縁性基板１上にゲー
トとなる第１の金属層２を選択的に被着形状する。つい
で全面に第１の絶縁層３、不純物を含まない非晶質シリ
コン層４、たとえば窒化シリコン等からなる第２の絶縁
層１３を順次被着する。

好ましくは各被着毎に大気に晒されることがないよう、
同一のチェンバ内または真空搬送路と複数のチェンバ内
で被着する。・Ｉこのためにはシラン系上 ガスのグロー放電分解による被着方法が簡便である。次
に第３図（ｂ）に示したように第２の絶縁層１３にゲー
ト金属層２と一都電なり合った一対の開口部１４を形成
して第２の絶縁層１３の一部１３“を残し、不純物を含
まない非晶質シリコン層４を選択的に露出した後に全面
に不純物を含む非晶質シリコン層６を被着する。その後
、第３図（Ｃ）に示したように非晶質シリコン層５、第
２の絶縁層１３、非晶質シリコン層４を順次選択的に除
去して前記開口部を含む島状の非晶質シリコン層５゛、
４′を形成する。さらに図示はしないがゲート金、属層
２への接続を与えるための開口部６（第１図に示す）を
第１の絶縁層３に形成した後に、全面に金属層を被着し
、不純物を含まない非晶質シリコン層４゛上に被着され
た不純物を含む非晶質シリコン層上を含んで第１の絶縁
層３上にはソース・ドレイン配線７，８を、また前記開
口部６を含んで第１の絶縁層３上にはゲート配線９を形
成する。最後にソース・ドレイン配線７，８をマスクと
して第２の絶縁層１３゛上の不純物を含む非晶質シリコ
ン層を除去して第３図（ｄ）に示すように本発明による
ＭＩＳ）ランジスタが完成する。

第２図（ｄ）と第３図（ｄ）との比較からも明らかなよ
うにソース・ドレイン配線７，８をマスクとして不純物
を含む非晶質シリコン層５゛を選択的に除去する工程に
おいて、本発明では第２の絶゛縁層１３゜の存在によっ
てチャネル部となる不純物を含まない非晶質シリコン層
４が食刻されることは皆無である。したがってチャネル
部の膜ベリによるトランジスタ特性のばらつきも生じな
い。また第２の絶縁層１３°は同時にチャネル部を構成
する不純物を含まない非晶質シリコン層４′を大気より
遮断している。このため空気中の水分が吸着しても第２
の絶縁層１３′を通してチャネル部をｐ型化するには致
らず長時間の動作に対しても安定に動作する。

もちろん一般的な意味でのパシベーション、すなわち第
２図（ｄ）の後の工程で全面に適当な絶縁層を被着する
ことによっても同様な効果は期待できるが、ソース・ド
レイン配線７，８が存在するためにパシベーション絶縁
層が金嘱によって汚染され易く、また材質によってはパ
シベーション絶縁層とソース・ドレイン配線との化合反
応によってソース・ドレイン配線層の抵抗値が高くなる
欠点がある。これに対して本発明ではパシベーション機
能を有する第２の絶縁層１３は不純物を含まない非晶質
シリコン層４の被着に引き続いて行なわれるために、非
晶質シリコン層と第２の絶縁層との界面および第２の絶
縁層自体は半導体的レベルで純１髪が高く、パシベーシ
ョン膜でもある第２の絶縁層の導入によってＭＩＳ）ラ
ンジスタの緒特性が変動しないといった優れた効果が得
られた。

なお以上の説明からも明らかなように、本発明の主旨は
単結晶シリコンを除くシリコン半導体全てに適用可能で
あり、実施例で取り上げた非晶質シリコンの他に微結晶
シリコンや多結晶シリコンでも何ら支障ない。また第１
と第２の絶縁層も窒化シリコンの他に酸化シリコンや炭
化シリコンが適宜使用されることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の構造によ（るＭＩＳ型トランジスタの平
面図、第２図（、）〜（ｄ）は第１図のトランジスタの
Ａ−Ａ“線部分の製造工程断面図、第３図（ａｌ〜（ｄ
）は本発明の一実施例のＭＩＳ型トランジスタの製造工
程断面図である。 １・・・・・・絶縁性基板、２・・・・・・ゲート金属
層、３・・・・・・第１の絶縁層、４，４“・・・・・
・不純物を含まない非晶質シリコン層、５，６”・・・
・・・不純物を含むシリコン層、７１８・・・・・・ソ
ース・ドレイン配線、９・・・・・・ゲート配線、１０
．１１・・・・・・ソース・ドレイン、１３　、１３’
・・・・・・第２の絶縁層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名：・
：：′・： 第１図 第２図　　　　　　５ Ｖピノ　　　′

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板上にゲートとなる＠１の金属層が選択
   的に被着形成され、第１の絶縁層を介して前記第１の金
   属層を含む絶縁性基板上に島状の非単結晶シリコン層が
   選択的に被着形成され、前記島状の非単結晶シリコン層
   上で前記第１の金属層と一部重なり合うように被着形成
   された１対の不純物を含む非単結晶シリコン層をソース
   、ドレインとし、前記ソース、ドレインを除く前記島状
   の非単結晶シリコン層上には第２の絶縁層が被着形成サ
   レ、前記ソース、ドレイン上にソース、ドレイン配線が
   被着形成されていることを特徴とする絶縁ゲート型トラ
   ンジスタ。
2. （２）絶縁性基板上に第１の金愼層を選択的に形成する
   工程と、全面に第１の絶縁層、不純物を含まない非単結
   晶シリコン層、＠２の絶縁層を順次形成する工程と、前
   記第１の金属層の一部と重なる１対の開口部を前記４２
   の絶縁層に形成する工程と、全面に不純物を含む非単結
   晶シリコン層を被着する工程と、前記開口部を含んで前
   記不純物を含む非単結晶シリコン層と前記不純物を含ま
   ない非単結晶シリコン層よりなる非単結晶シリコン層を
   島状に形成する工程と、前記開口部上の前記不純物を含
   む非単結晶シリコン層上に第２０金嘱層を選択的に形成
   する工程と、前記第２の金属層をマスクとして前記＄２
   の絶縁層上の不純物を含む非単結晶シリコン層上を除去
   する工程とを有する絶縁ゲート型トランジスタの製造方
   法。
3. （３）第１の絶縁層、不純物を含まない非単結晶シリコ
   ン層、第２の絶縁層の形成が大気中に晒されることなく
   連続的に行なわれることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項に記載の絶縁ゲート型トランジスタの製造方法。