JPS59124165A - Insulated gate type transistor and manufacture thereof - Google Patents

Insulated gate type transistor and manufacture thereof

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JPS59124165A
JPS59124165A JP23361782A JP23361782A JPS59124165A JP S59124165 A JPS59124165 A JP S59124165A JP 23361782 A JP23361782 A JP 23361782A JP 23361782 A JP23361782 A JP 23361782A JP S59124165 A JPS59124165 A JP S59124165A
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JP
Japan
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layer
gate
insulating layer
metal layer
single crystal
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Pending
Application number
JP23361782A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyohiro Kawasaki
清弘 川崎
Sadakichi Hotta
堀田 定「よし」
Seiichi Nagata
清一 永田
Shigenobu Shirai
白井 繁信
Hiroki Saito
弘樹 斉藤
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate

Abstract

PURPOSE:To obtain an IGFET characterized by high stability and reliability, by forming a source and a drain, wherein lift off of a gate pattern is adopted, by self-alignment, further introducing a second gate, and controlling a threshold voltage. CONSTITUTION:On a glass plate 1, an Mo second gate film 13 is selectively formed. Si3N4 14, amorphous Si 4 and Si3N4 3 are continuously deposited, and the characteristics are stabilized. Mo 2 and an Al thin film 15 are laminated. Then a laminated body of films 15', 2', 3' is formed and coated by an amorphous thin film 5, to which impurities are added. Selective etching is performed together with the film 4. Lift off is performed and island shaped layers 4' and 5' are formed. The Al 15' is exposed at the side surface. The Al 15' is fused away and the Mo gate 2' is exposed. The surface is coated by Si3N4 17. Source and drain wirings of Al 7 and 8, a gate wiring 9, and a second gate taking out electrode 20 are attached. In this constitution, since there is no overlapped part at the end parts of source and drain 10 and 11 and the gate electrode 2', electrostatic capacity is less. The device is suitable for high speed operation. The layer 4 is protected by the insulating films 14, 17, and 2'. Threshold value control is easy. Stability and reliability are high.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は絶縁ゲート型(MI’S))ランジスタとシわ
け非晶質シリコンのMIS)ランジスタに関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate type (MI'S) transistor and an amorphous silicon MIS transistor.

従来例の構成とその問題点 原子結合対の不完全性を補償するために、その組成中に
数乃程度の水素や弗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や大面積化が容易なことな
どの理由によシ低価格の太陽電池を得るヂ導体材料吉し
て注目されている。
Conventional structure and its problems Amorphous silicon, which is formed by containing a few hydrogen or fluorine in its composition to compensate for imperfections in atomic bonding pairs, can be formed at low temperatures. Conductor materials are attracting attention as they are suitable for producing low-cost solar cells because they can be easily made into large-area materials.

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0.1〜1 cri / V・亀と3桁以上小さ
く、集積化に値する状態の竿導体素子は得られない。そ
れでも高速動fi1′や大きなon電流を必要としない
。例えば液晶と組み合わせ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等
を得ることは可能である。
However, compared to single-crystal silicon, the free electron mobility is 0.1 to 1 cr/V·turret, which is more than three orders of magnitude lower, making it impossible to obtain a rod conductor element worthy of integration. Even so, high-speed motion fi1' and large on-current are not required. For example, by combining it with a liquid crystal, it is possible to obtain a switching array of MIS transistors constituting an image display device.

第1図、第2図ardは上記の目的を達成するために開
発された非晶質シリコンMIS)ランジスタの平面図と
第1図のA −A/線上の製造工程断面図であり、製造
工程は以下に述べる通9である。
Figures 1 and 2 are a plan view of an amorphous silicon MIS transistor developed to achieve the above purpose, and a cross-sectional view of the manufacturing process along the line A-A/ in Figure 1. is the same as described below.

まず第2図aに示すように例えばガラス板よシなる絶縁
性基板1上にゲート電極を構成する第1の金属層例えば
モリブデン層2を選択的に形成する。
First, as shown in FIG. 2a, a first metal layer, such as a molybdenum layer 2, constituting a gate electrode is selectively formed on an insulating substrate 1, such as a glass plate.

ついで全面に例えば窒化シリコンよりなる第1の絶縁層
3.ドナまたはアクセプタとなる不純物を含まない非晶
質シリコン層4および前記不純を含む非晶質シリコン層
5を順次形成する。これらの薄膜の形成方法はシラン系
ガスのゲロー放電によるプラズマ堆積が簡便で、ゲート
絶縁層3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
フィンを作製ガス中に添加すればよい。
Next, a first insulating layer 3 made of silicon nitride, for example, is applied over the entire surface. An impurity-free amorphous silicon layer 4 serving as a donor or acceptor and an impurity-containing amorphous silicon layer 5 are successively formed. A simple method for forming these thin films is plasma deposition using gelatin discharge of a silane-based gas; ammonia is used to form the gate insulating layer 3, and diborane or diborane is used to form amorphous silicon containing impurities. Phosphine may be added to the production gas.

その後第2図すに示すように非晶質シリコン層4.6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図では図示しないが第1の金
属層2項のゲート絶縁層3に開口部6(第1図に示す)
を形成して第1の金属層2を一部露出した後に第2図C
に示すようにオフセットゲート構造とならぬよう第1の
金属層2と一部重なり合った第2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の金属層よシなるゲート取出配線9も形成され
る。最後に第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′を選択的
に除去して従来の構造による非晶質シリコンのMIS型
トランジスタが完成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2, the amorphous silicon layer 4.6 is selectively removed to form island-shaped amorphous silicon layers 4', 5.
' to form. Furthermore, although not shown in FIG. 2, an opening 6 (shown in FIG. 1) is formed in the gate insulating layer 3 of the first metal layer 2.
After forming a part of the first metal layer 2 and exposing a part of the first metal layer 2, as shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a pair of source and drain wirings 7 and 8 made of a second metal layer partially overlapping the first metal layer 2 are selectively deposited to avoid an offset gate structure. Of course, at this time, a gate lead-out wiring 9 made of the second metal layer is also formed on the gate insulating layer 3 including the opening 6. Finally, as shown in FIG. 2d, the impurity-containing amorphous silicon layer 5' on the impurity-free amorphous silicon layer 4 is selectively removed using the source and drain wirings 7 and 8 as masks. An amorphous silicon MIS transistor with a conventional structure is completed.

尚ソ〜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6′よ
シなるシリコン層10.11は良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MIS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10.11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。
In addition, the source and drain wirings 7 and 8 and the amorphous silicon layer 4'
The impurity-containing amorphous silicon layer 6' and the silicon layer 10.11 interposed between the amorphous silicon layer 10.11 are necessary for forming a good ohmic contact.
Although it is possible to operate as a MIS transistor even if 11 is not present, there is an unavoidable tendency for the operating voltage to increase, so in that case, be careful about the material and deposition method of the source and drain wirings 7 and 8. is necessary. If the amorphous silicon layer 10.11 containing impurities is present, common aluminum is sufficient for the source and drain wirings 7 and 8.

さて、第2図dに示した構造ではゲート金属層2とソー
ス、ドレイン10.11は自己整合の位置関係になく、
ゲート金属層2とソース、ドレイン10,11の平面的
な重なりは不純物を含まない非晶質シリコン4′とゲー
ト絶縁層3とを積層誘電体とする重なり容量を形成する
。MIS)ランジスタのチャネル幅を100μm、非晶
質シリコン層4と窒化シリコンよシなるゲート絶縁層3
の膜厚をそれぞれ6000A、4000八とし、ゲート
とソース、ドレインの重なりを5μmとするとゲート、
ソースあるいはゲート、ドレイン間の重なり容量は高々
o、1P にすぎない。しかしながら実効面積10○〜
150μm角の液晶セルもその容量成分はわずかo、1
P 程度で上述した重なり容量とほぼ等しい。このため
MISトランジスタをon−offさせるために印加さ
れるゲートパルスの立上シと立下り時にソースまたはド
レインに接続された負荷である液晶セルの電位が大幅に
変動する。電位の安定を計って液晶セルと並列に重なり
容量よりもはるかに大きな補助容量を接続すると、MI
SトランジスタのOn電流を大きくするか書込時間を長
くしないと補助容量が所定の電位まで充電されない。と
ころが前者では非晶質シリコンの移動度の増大を要求さ
れるので現時点では困難であり、また後者では走査線数
を多く設定できないので、現状では液晶セルの寸法が1
石角と大きくかつ絵素数も20X20程度の小規模な画
像表示装置した得られていない。
Now, in the structure shown in FIG. 2d, the gate metal layer 2 and the source and drain 10 and 11 are not in a self-aligned positional relationship;
The planar overlap of the gate metal layer 2 and the sources and drains 10 and 11 forms an overlap capacitance in which the impurity-free amorphous silicon 4' and the gate insulating layer 3 form a laminated dielectric. MIS) The channel width of the transistor is 100 μm, the amorphous silicon layer 4 and the gate insulating layer 3 made of silicon nitride.
When the film thicknesses of the gate and source are 6000A and 4000A, respectively, and the overlap between the gate, source, and drain is 5μm, the gate,
The overlap capacitance between the source, gate, and drain is only 1P at most. However, the effective area is 10○~
The capacitance component of a 150 μm square liquid crystal cell is only o,1
It is approximately equal to the overlapping capacity described above. For this reason, the potential of the liquid crystal cell, which is a load connected to the source or drain, varies significantly at the rise and fall of a gate pulse applied to turn on and off the MIS transistor. If you measure the potential stability and connect an auxiliary capacitor in parallel with the liquid crystal cell, which is much larger than the capacitor, the MI
The auxiliary capacitor will not be charged to a predetermined potential unless the ON current of the S transistor is increased or the write time is lengthened. However, the former requires an increase in the mobility of amorphous silicon, which is difficult at present, and the latter does not allow a large number of scanning lines, so currently the liquid crystal cell size is 1.
A small-scale image display device with a large stone corner and a number of picture elements of about 20×20 has not yet been obtained.

次の問題点はパシベーションに関して発生する第2図C
に示す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するので
あるが、もし除去が不十分であるとソース、ドレイ/間
のリーク電流が増大することと、不純物を含む非晶質シ
リコン層だけを食刻するような食刻方法がないために、
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
結果としてチャネル部分の膜厚が減少する。また、チャ
ネルの反対側が外気に晒されるため大気中の水分が吸着
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)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。しか
しながら約150Cの乾燥窒素ガス中の加熱により吸着
された水分は失われ、再び製造直後の特性に復帰するこ
とが分った。したがってチャネル部を構成する非晶質シ
リコン層を保護するためのパシベーション膜が必要であ
る。
The next problem arises with passivation in Figure 2C.
The impurity-containing amorphous silicon layer 5 shown in FIG. 1 is selectively removed using the source and drain wirings 7 and 8 as a mask, but if the removal is insufficient, leakage current between the source and drain will increase. In addition, there is no etching method that etches only the amorphous silicon layer containing impurities.
An amorphous silicon layer 4' containing no impurities on the over-eaten side
Generally, a portion of the groove is removed to form the concave shape 12. As a result, the thickness of the channel portion is reduced. Furthermore, since the opposite side of the channel is exposed to the outside air, moisture in the atmosphere is likely to be adsorbed. The OH- group in the adsorbed water makes the channel part P
The threshold voltage of an n-channel MIS transistor increases over time. However, it was found that the adsorbed moisture was lost by heating in dry nitrogen gas at about 150 C, and the properties returned to the properties immediately after manufacture. Therefore, a passivation film is required to protect the amorphous silicon layer constituting the channel portion.

さらに問題となるのは、MIS)ランジスタのしきい値
電圧制御が困難であるということである周知のように単
結晶シリコンMO3)ランジスタではしきい値電圧を制
御する手段として次のような手段が一般的である。まず
プロセス的にはゲート酸化膜の膜厚を変えるか、チャネ
ル部の不純物濃度を変えることであり、駆動にあたって
はチャネル部の電位を変化さぜる言わゆる基板バイアス
の採用が可能であった。しかしながら不純物を含まない
非晶質シリコンは局在準位密度が太きいためにドナまた
はアクセプタとなる不純物を導入してもフェルミ準位が
動きにくく、真性とは言っても弱いn型平導体である。
A further problem is that it is difficult to control the threshold voltage of MIS transistors.As is well known, the following methods are available for controlling the threshold voltage of single crystal silicon MO3) transistors. Common. First, in terms of process, it was possible to change the thickness of the gate oxide film or change the impurity concentration in the channel part, and for driving, it was possible to use a so-called substrate bias that changes the potential of the channel part. However, amorphous silicon, which does not contain impurities, has a high local level density, so even if impurities that serve as donors or acceptors are introduced, the Fermi level does not move easily, and although it is an intrinsic, it is a weak n-type flat conductor. be.

したがって導電率を上げたりあるいは導電型を変換する
ほど大量に不純物を導入すると大量の不純物原子は格子
位置に入らず格子間にとどまって非晶質シリコンの欠陥
準位密度を増すだけで膜質は逆に劣化することが分って
いるので、チャネル部を構成する非晶質シリコン層の不
純物濃度を変化させることは無意味である。また不純物
を含まない非晶質シリコンでは画然基板バイアスによる
空乏層の変化が少さく、しきい値電圧の制御範囲が狭く
なることは容易に理解できる。゛ そこで残された手段はゲート絶縁層の膜厚を変えること
であるが、非晶質シリコンM工Sトランジスタでは原子
結合対の不完性を補償するための水素や弗素が加熱によ
シ容易に離脱するので、ゲート絶縁層の形成に低温CV
Dやグロー放電によるプラズマ堆積を採用せねばならな
い。しかるにこれらの被着方法では1000八以下の膜
厚では組成比が安定せず、MIS)ランジスタのしきい
値の変動が大きくなる欠点がある。逆に厚くするとMI
S)ランジスタの相互コンダクタンスが小さくなるので
移動度の小さい非晶質シリコンにとっては致命的な制約
となる。
Therefore, if a large amount of impurity is introduced to increase the conductivity or change the conductivity type, a large number of impurity atoms will not enter lattice positions but will remain between the lattices, increasing the defect level density of amorphous silicon, and the film quality will be reversed. Therefore, it is meaningless to change the impurity concentration of the amorphous silicon layer constituting the channel portion. In addition, it is easy to understand that in amorphous silicon that does not contain impurities, the depletion layer changes less due to the apparent substrate bias, and the control range of the threshold voltage becomes narrower.゛The remaining method is to change the thickness of the gate insulating layer, but in amorphous silicon M-S transistors, hydrogen and fluorine to compensate for the incompleteness of atomic bond pairs can be easily removed by heating. Since the gate insulating layer is formed by low-temperature CV
Plasma deposition using D or glow discharge must be employed. However, these deposition methods have the drawback that the composition ratio is not stable when the film thickness is less than 1000 nm, and the threshold value of the MIS transistor increases. On the other hand, if it is thicker, MI
S) Since the mutual conductance of the transistor becomes small, this becomes a fatal constraint for amorphous silicon, which has low mobility.

発明の目的 本発明はかかる状況に鑑みなされたもので、パシベーシ
ョン属を有するとともにソース、ドレインが自己整合的
に形成され、かつしきい値電圧の制御が容易なMIS)
ランジスタを提供することを目的とする。
Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an MIS (MIS) which has passivation, has a source and drain formed in a self-aligned manner, and whose threshold voltage can be easily controlled.
The purpose is to provide transistors.

発明の構成 本発明はソース9ドレインが自己整合的に形成されるよ
うゲートパターンのリフトオフを採用ししきい値電圧の
制御に第2ゲートを導入した点にあシ、以下図面ととも
に本発明の実施例に゛ついて説明する。なお便宜上同一
機能の各部については第1図、第2図と同じ番号を付す
ことにする。
Structure of the Invention The present invention employs lift-off of the gate pattern so that the source 9 drain is formed in a self-aligned manner, and a second gate is introduced to control the threshold voltage. Let me explain with an example. For convenience, parts with the same functions are given the same numbers as in FIGS. 1 and 2.

実施例の説明 第3図、第4図a −dは本発明の一実施例にかかるM
ISトランジスタの平面図と第3図のA −A′線上の
製造工程断面図で、製造工程は以下Cで述べる通シであ
る。まず第4図aに示したように例えばモリブデンより
なり第2ゲートを構成する第3の金属層13を選択的に
形成する。そして例えば窒化シリコンよシなる第3の絶
縁層14.不純物を含まない第1の非晶質シリコン層4
9例えば窒化シリコンよシなる第1の絶縁層31例えば
モリブデンよシなる第1の金属層2および例えばアルミ
ニウムよりなる薄膜層15を全面に順次被着する。この
とき第3の絶縁層14.第1の非晶質シリコン層4およ
び第1の絶縁層3を大気に晒すことなく連続的に被着す
ると、絶縁層と非晶質シリコン層との間で大気による汚
染を避けることができるだけでなくこれらの薄膜の間の
密着力が強化されてMIS)ランジスタの特性が安定す
る。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIGS. 3 and 4 a to d show M according to an embodiment of the present invention.
These are a plan view of the IS transistor and a cross-sectional view of the manufacturing process along the line A-A' in FIG. 3, and the manufacturing process is as described below in C. First, as shown in FIG. 4a, a third metal layer 13 made of, for example, molybdenum and constituting the second gate is selectively formed. and a third insulating layer 14, for example silicon nitride. First amorphous silicon layer 4 containing no impurities
9. A first insulating layer 31 made of silicon nitride, for example, a first metal layer 2 made of molybdenum, for example, and a thin film layer 15 made of aluminum, for example, are successively deposited over the entire surface. At this time, the third insulating layer 14. If the first amorphous silicon layer 4 and the first insulating layer 3 are deposited continuously without being exposed to the atmosphere, it is possible to avoid contamination by the atmosphere between the insulating layer and the amorphous silicon layer. Instead, the adhesion between these thin films is strengthened, and the characteristics of the MIS transistor are stabilized.

したがってこれらの薄膜の被着には先述したようにグロ
ー放電によるプラズマ堆積が好都合で、同一チェンバ内
または真空搬送路と複数のチェンバを用いて行なわれる
Therefore, plasma deposition by glow discharge, as described above, is advantageous for the deposition of these thin films, and can be carried out in the same chamber or by using a vacuum conveyance path and a plurality of chambers.

次に第4図すに示したように薄膜層15′、第1の金属
層2′および第1の絶縁層3′よりなる積層部を形成す
る。その後第4図Cに示すように、全面にドナまだはア
クセプタとなる不純物を含む第2の非晶質シリコン層を
被着し、前記積層部を含んで第1と第2の非晶質シリコ
ン層を選択的に除去して島状4/ 、 5/とする。前
記積層部はその膜厚が6000〜9000人と厚いので
第2の非晶質シリコン層61が500〜1600人と薄
ければ積層部の段差部16で第2の非晶質シリコンは必
らず段切れを生じ、積層部の側面には薄膜層15′の側
面が露出している。そこで熱燐酸中に放置するとアルミ
ニウムよシなる薄膜層15′が溶解し、薄膜層15′上
の第2の非晶質シリコン層が除去されてゲート金属層2
′が露出する。なお第2の非晶質シリコン層の被着に先
立って過食側によって第1の絶縁層ぎのバター幅を第1
の金属層2のパターン幅より小さくしておくと第1の絶
縁層3′がひさし状になって第2の非晶質シリコン層5
′の段切れが確実になるだけでなく、第2の非晶質シリ
コン層6′が第1の絶縁層3′の側面に沿って第1の金
属層21と接触する現象は抑圧される。
Next, as shown in FIG. 4, a laminated portion consisting of a thin film layer 15', a first metal layer 2' and a first insulating layer 3' is formed. Thereafter, as shown in FIG. 4C, a second amorphous silicon layer containing an impurity serving as a donor or acceptor is deposited on the entire surface, and the first and second amorphous silicon layers, including the laminated portion, are deposited on the entire surface. The layers are selectively removed to form islands 4/ and 5/. Since the laminated portion has a thickness of 6,000 to 9,000 thick, if the second amorphous silicon layer 61 is 500 to 1,600 thick, the second amorphous silicon layer 61 is necessarily thin at the stepped portion 16 of the laminated portion. A step break occurs, and the side surface of the thin film layer 15' is exposed on the side surface of the laminated portion. Therefore, when left in hot phosphoric acid, the thin film layer 15' made of aluminum is dissolved, the second amorphous silicon layer on the thin film layer 15' is removed, and the gate metal layer 2 is removed.
' is exposed. Note that prior to depositing the second amorphous silicon layer, the butter width of the first insulating layer is adjusted to the first
If the pattern width is made smaller than the pattern width of the metal layer 2, the first insulating layer 3' becomes an eaves shape and the second amorphous silicon layer 5
Not only is the step-break at 10' ensured, but the phenomenon in which the second amorphous silicon layer 6' comes into contact with the first metal layer 21 along the side surface of the first insulating layer 3' is suppressed.

ひき続き第4図dに示したように全面に例えば窒化シリ
コンよシなる第2の絶縁層17を被着し第2の非晶質シ
リコン層10.11上には開口部18を、また第2の金
属層4′上には開口部6を、そして第1の金属層13′
上には第1と第3の絶縁f@ 14,17を貫通して開
口部19を形成し、開口部1B、6および19を介して
それぞれ例えばアルミニウムよシなるソース、ドレイン
配線7゜8、第1ゲート取出配線9および第2ゲート取
出配線20を形成して本発明による非晶質シリコンMI
S)ランジスタが完成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4d, a second insulating layer 17 made of silicon nitride, for example, is applied over the entire surface, and an opening 18 is formed on the second amorphous silicon layer 10.11. An opening 6 is formed on the second metal layer 4', and an opening 6 is formed on the second metal layer 13'.
An opening 19 is formed above through the first and third insulators f@14, 17, and source and drain wirings 7°8, made of aluminum, for example, are formed through the openings 1B, 6 and 19, respectively. Amorphous silicon MI according to the present invention is formed by forming the first gate lead-out wiring 9 and the second gate lead-out wiring 20.
S) The transistor is completed.

第4図dからも明らかなように、本発明による非晶質シ
リコンのMIS)ランジスタはソース。
As is clear from FIG. 4d, the amorphous silicon MIS transistor according to the present invention has a source.

ドレイン10.11の端部と第1のケート金属層2″の
端部とが同−直線上にあってそれらの間の平面的な重な
シがない。これはソース、ドレインio、iiが不純物
を含む非晶質シリコンよシなシ、シかもその形成方法が
ゲートパターンを利用したリフトオフによってなされる
からである。このため、ゲート、ソースおよびケート、
ドレイン間の静電容量は従来のような自己整合でない場
合に比べるとに〜1/looにまで低下し、パルス的な
動作に対する制約が著しく緩和される。
The end of the drain 10.11 and the end of the first gate metal layer 2'' are on the same straight line and there is no planar overlap between them. This is because the source, drain io, ii This is because amorphous silicon containing impurities is formed by lift-off using a gate pattern.
The capacitance between the drains is reduced to ~1/loo compared to the conventional case without self-alignment, and the restrictions on pulsed operation are significantly relaxed.

またMIS)ランジスタの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′は第1の絶縁層3′と
第3の絶縁層14によってはさまれており、しかもソー
ス、ドレイン配線7,8を除いてさらに第2の絶縁層1
7によって保題されれいるので、MIS)ランジスタ製
造後に外部からの水分や不純物の浸入によってトランジ
スタの特性が変性が変動する恐れは皆無である。またM
IS)ランジスタ製造中も第3の絶縁層14゜非晶質シ
リコン層4′および第1の絶縁層3′は連続的に形成さ
れるので、最も重要な絶縁層と非晶質シリコン層との界
面に不純物が浸入する恐れも少なく、安定度と信頼性に
おける向上は飛躍的々ものである。
Furthermore, an amorphous silicon layer 4' that does not contain impurities and constitutes a channel part of a transistor (MIS) is sandwiched between a first insulating layer 3' and a third insulating layer 14, and the source and drain wirings 7, 8, and further a second insulating layer 1
7, there is no possibility that the characteristics of the MIS transistor will be altered or changed due to the intrusion of moisture or impurities from the outside after the MIS transistor is manufactured. Also M
IS) Even during transistor manufacturing, the third insulating layer 14゜amorphous silicon layer 4' and first insulating layer 3' are formed continuously, so the connection between the most important insulating layer and the amorphous silicon layer is There is little fear of impurities entering the interface, and stability and reliability are dramatically improved.

第2のゲート金属層13に直流電位を与えると第3の絶
縁層14を介して第3の絶縁層13との界面近くの非晶
質シリコン層4′の表面に、あるいは直流電位の給体値
が大きい場合には非晶質シリコン層4′全体中に直流電
位の符号に対応した電荷を励起できるので、本発明によ
るMIS)ランジスタのしきい値は正負いずれでも設定
可能である。
When a DC potential is applied to the second gate metal layer 13, it is applied to the surface of the amorphous silicon layer 4' near the interface with the third insulating layer 13 via the third insulating layer 14, or to a DC potential supply source. When the value is large, charges corresponding to the sign of the DC potential can be excited in the entire amorphous silicon layer 4', so that the threshold value of the MIS transistor according to the present invention can be set to either positive or negative values.

このためE−EあるいはE−Dインバータ回路設計の自
由度が大きくなるだけでなく、第1ゲート4′の電位が
零のときのソース、ドレイン間のリーク電流を1〜2桁
程度増減さすことも極めて容易である。
This not only increases the degree of freedom in designing the E-E or E-D inverter circuit, but also increases or decreases the leakage current between the source and drain by one to two orders of magnitude when the potential of the first gate 4' is zero. It is also extremely easy.

本発明によるMISトランジスタは絶縁性基板1と接す
る主面の下には金属よりなる第2ゲート13が存在し、
他の主面上にはケート絶縁層ぎと金属よシなる第1ゲー
ト4′で構成される積層部とその一部上にソース、ドレ
イン配線を有するソース、ドレイン10,11が存在す
る。ところがソース、ドレイン10’、 11は不純物
を含む非晶質シリコンよりなり、その可視光に対する吸
収係数は10” cm−1と極めて大きいため特に厳重
な光しゃへいを実施しなくてもMIS)ランジスタのリ
ーク電流が増大する恐れはないなどの副次的な効果も得
られる。
The MIS transistor according to the present invention has a second gate 13 made of metal under the main surface in contact with the insulating substrate 1,
On the other main surface, there is a laminated portion composed of a gate insulating layer and a first gate 4' made of metal, and on a part thereof, source and drain wirings 10 and 11 having source and drain wirings are present. However, the sources and drains 10' and 11 are made of amorphous silicon containing impurities, and their absorption coefficient for visible light is as large as 10" cm-1, so they can be used for MIS transistors without particularly strict light shielding. Secondary effects such as no risk of increase in leakage current can also be obtained.

発明の効果 以上に述べたように、本発明によるMI S トランジ
スタは安定度と信頼性において優れているのみならず、
ソース、ドレイン間の静電容量も少なく高いon=of
f比及び早いスイッチング特性を有し画像表示装置の実
現に大きく寄与するものである。
Effects of the Invention As stated above, the MI S transistor according to the present invention not only has excellent stability and reliability, but also
Low capacitance between source and drain, high on=off
It has an f-ratio and fast switching characteristics, and greatly contributes to the realization of an image display device.

なお本発明の主旨は実施例で取上げた非晶質シリコンに
限定されるものではなく、微結晶化シリコンや多結晶シ
リコンにも適用可能なことは言うまでもない。
It goes without saying that the gist of the present invention is not limited to amorphous silicon taken up in the embodiments, but is also applicable to microcrystalline silicon and polycrystalline silicon.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の構造による非晶質シリコンのMISトラ
ンジスタの平面図、第2図a ”−d ld第1図のト
ランジスタのA −A/線上の製造工程断面図、第3図
は本発明の一実施例にかかるMISトランジスタの平面
図、第4図a〜dは第3図のトランジスタのA−A’線
上の製造工程断面図である。 1・・・・・・絶縁性基板、2.2′・・・・・・第1
のケート、3.3′・・・・・・第1の絶縁層、4.4
’・・・・・・第1彷ト品質シリコン、5,5’・・・
・・・第2の非晶質シリコン、7,8・・・・・・ソー
ス、ドレイン配線、9・・・・・・第1ゲート取出配線
、10,11・・・・・・ソース、ドレイン、13・・
・・・・第2のゲート、14・・・・・・第2の絶縁層
、17・・・・・・第3の絶縁層、20・・・・・・第
2ゲート取出配線。 第1図 第2図 第 2 図 第3図 4図 5 (73
Fig. 1 is a plan view of an amorphous silicon MIS transistor with a conventional structure, Fig. 2 is a sectional view of the manufacturing process of the transistor shown in Fig. A plan view of a MIS transistor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4a to 4d are cross-sectional views of the manufacturing process along line A-A' of the transistor in FIG. 3. 1. Insulating substrate; 2 .2'...1st
gate, 3.3'...first insulating layer, 4.4
'...First quality silicon, 5,5'...
...Second amorphous silicon, 7,8...Source, drain wiring, 9...First gate extraction wiring, 10,11...Source, drain , 13...
...Second gate, 14...Second insulating layer, 17...Third insulating layer, 20...Second gate lead wiring. Figure 1 Figure 2 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 (73

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (リ 絶縁性基板上に第1ゲートとなる第1の金属層が
形成され、第1の絶縁層を介して前記第1の金属層上に
シリコンを主成分とする第1の非単結晶半導体層が島状
に形成され、前記第1の非単結晶半導体層上の一部には
第2の絶縁層と第2ゲートとなる第2の金属層よりなる
積層部が形成され前記第1の非単結晶半導体層上の前記
第2の絶縁層以外の領域に形成された不純物を含む第2
の非単結晶半導体層をソース、ドレインとし、全面に被
着された第3の絶縁層に形成された開口部を介して前記
第2の金属層と前記ソース、ドレインにはそれぞれ第2
ゲート取出配線とソース、ドレイン配線が形成され、前
記第3と第1の絶縁層を貫通して形成された開口部を介
して前記第1の金属には第1ゲート取出配線が形成され
ていることを特徴とする絶縁ゲート型トランジスタ。 (2)第1ゲートまたは第1ゲート取出配線に直流電圧
を印加し、前記直流電圧を変化させることによって、し
きい値電圧を制御することを特徴とする特許請求の範囲
第1項に記載の絶縁ゲート型トランジスタ。 (3)絶縁性基板上に第1の金属層を選択的に形成する
工程と、全面に第1の絶縁層、シリコンを主成分とする
第1の非単結晶半導体層、第2の絶縁層、第2の金属層
および薄膜層を順次形成する工程と、前記薄膜層、第2
の金属層および第2の絶縁層よシなる積層部を形成し前
記第1の非単結晶半導体層を露出する工程と、全面に不
純物を含む第2の非単結晶半導体層を形成する工程と、
前記第1の金属層上に前記積層部を含んで島状の第1、
≦− および第2の非単結晶半導体層を形成する工程、前記薄
膜層の除去とともに薄膜層上の第2の非単結晶#:導体
層を選択的に除去する工程と、全面に第3の絶縁層を形
成する工程と、前記第3の絶縁層に形成された開口部を
介して前記第2の非単結晶半導体層と第2の金属層と金
属層を形成するとともに前記第3と第1の絶縁層を貫通
して形成された開口部を介して第1の金属層に金属層を
形成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。 (4)第1の絶縁層、第1の非単結晶平導体層および第
2の絶縁層の形成が大気に晒されることなく連続的にな
されることを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の
?3縁ゲート型トランジスタの製造方法。
[Scope of Claims] (Li) A first metal layer serving as a first gate is formed on an insulating substrate, and a first metal layer mainly composed of silicon is formed on the first metal layer via a first insulating layer. A first non-single-crystal semiconductor layer is formed in an island shape, and a laminated portion including a second insulating layer and a second metal layer serving as a second gate is formed on a part of the first non-single-crystal semiconductor layer. a second insulating layer containing impurities formed in a region other than the second insulating layer on the first non-single crystal semiconductor layer;
The non-single crystal semiconductor layer is used as a source and a drain, and a second metal layer is connected to the second metal layer through an opening formed in a third insulating layer deposited on the entire surface, and a second layer is connected to the source and drain, respectively.
A gate lead-out wiring and source and drain wiring are formed, and a first gate lead-out wiring is formed in the first metal through an opening formed by penetrating the third and first insulating layers. An insulated gate transistor characterized by: (2) The threshold voltage is controlled by applying a DC voltage to the first gate or the first gate lead wiring and changing the DC voltage. Insulated gate transistor. (3) A step of selectively forming a first metal layer on an insulating substrate, and a first insulating layer, a first non-single crystal semiconductor layer mainly composed of silicon, and a second insulating layer on the entire surface. , a step of sequentially forming a second metal layer and a thin film layer;
forming a laminated layer consisting of a metal layer and a second insulating layer to expose the first non-single crystal semiconductor layer; forming a second non-single crystal semiconductor layer containing impurities on the entire surface; ,
an island-shaped first layer including the laminated portion on the first metal layer;
≦− and a step of forming a second non-single crystal semiconductor layer, a step of selectively removing the second non-single crystal #: conductor layer on the thin film layer while removing the thin film layer, and a step of forming a third non-single crystal semiconductor layer on the entire surface. forming an insulating layer, forming the second non-single crystal semiconductor layer, a second metal layer, and a metal layer through an opening formed in the third insulating layer; forming a metal layer on a first metal layer through an opening formed through a first insulating layer. (4) Claim 3, characterized in that the first insulating layer, the first non-single crystal flat conductor layer, and the second insulating layer are formed continuously without being exposed to the atmosphere. As stated in? A method for manufacturing a three-edge gate type transistor.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63119578A (en) * 1986-11-07 1988-05-24 Seiko Epson Corp Semiconductor device
JPH03116876A (en) * 1989-08-03 1991-05-17 Ind Technol Res Inst Amorphous silicon thin film transistor manufacturing process and amorphous semi- conductor thin film field effect type transistor
US5355002A (en) * 1993-01-19 1994-10-11 Industrial Technology Research Institute Structure of high yield thin film transistors
US6518108B2 (en) 1995-02-08 2003-02-11 Lg. Philips Lcd Co., Ltd. Electronic device and a method for making the same

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