JPS59177967A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は薄膜トランジスタ及びその製造方法にかかり、
％にアモルファスシリコンヲ用いりＭｏｓ電界効果型ト
ランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ　）すなわちアモルファスシ
リコン薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。

アモルファスシリコンは、ガラスをはじめとして広範な
材料の上に、広面積にわたって能動素子を作り込むこと
ができることから、液晶ディスプレイノぞネルなと、単
結晶シリコンでは困難なような大面積を要する素子への
応用が注目されている。

しかしながら、アモルファスシリコンは３００℃以上に
なると特性の劣化を生じることから、アモルファスシリ
コン層の形成後には、高温下における処理を行うことが
できない。

通常、単結晶シリコンを使用してＭＯＳＦＥＴを形成す
る際には、ゲート絶縁膜としては、熱酸化法あるいは化
学蒸看法（ＣＶＤ法）Ｋよって形成された酸化シリコン
膜が用いられている。しかしながら、いずれの方法にお
いても基板は３００℃以上のｉ４温にさらされてしまう
ことになり、アモルファスシリコンを使用した場合、ア
モルファスシリコン層の形成後にゲート絶縁膜を形成す
るのは困難であった。

〈従来技術〉 従って、従来、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ
は、第１図に示す如（、ソース及びドレイン屯極とゲー
ト電極とがアモルファスシリコンからなる活性層をはさ
んだスタガ構造と呼ばれる素子構造に形成されていた。

すなわち、たとえはガラス基板１上にゲート２を形成し
、この上に、ＣＶＤ法などによってゲート絶縁膜３を形
成したのち、アモルファスシリコン１層４及びアモルフ
ァスシリコンｎ層５を形成して、最後にソース電極６及
びドレイン電極７を形成するわけである。

しかしながら、かかる構造では、ゲートが活性層に対し
、ソース電極及びドレイン電極と反対側に形成されてい
るため、配線を行う場合においては、ゲートを上層に出
すための領域（コンタクト領域）が必要となり、高集積
化への障害となっていた。

また、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極を一度
に作成することができないため、製造工程が繁雑である
等の欠点を有していた。

〈発明の目的〉 本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、高集積化
し易く、かつ製造工程の簡単なアモルファスシリコン薄
膜トランジスタを提供することを目的とする。

〈発明の構成〉 本発明による薄ＩＩ―トランジスタは、低温下において
ゲート酸化膜を形成する方法−たとえば陽極酸化法−に
着目し、アモルファスシリコン層の形成後に、これを劣
化せしめることなく、アモルファスシリコン層上にゲー
ト酸化膜を形成することを可能ならしめることにより、
ソース及びドレイン電極とゲート眼憧とを、同一向上に
形成したものである。

〈実施例〉 次に、本発明実流例のアモルファスシリコン薄＋、ＩＮ
　ＦＥＴを図面を参照しつつ説明する。

このアモルファスシリコン薄膜トランジスタは、第２図
に示す如く、ガラス基板１上に形成されたアモルファス
シリコンｌ＃４と、このアモルファスシリコン１層上に
形成されたアモルファスシリコンｎ層５と、このアモル
ファスシリコン１層４の露呈部に形成された酸化シリコ
ン（ＳｔＯ７）−酸化アルミニウム（Ａｔ２０３）構造
のゲート絶縁膜８．９とから構成されており、前記ゲー
ト絶縁膜８．９上にはアルミニウム膜からなるゲート電
極２が形成され、さらに、１ｖｉＪ記ゲート絶縁膜を介
して、ソース領域１０及びドレイン領域１】の２つに分
断すれたアモルファスシリコンｎ／響５上には夫々アル
ミニウム膜からなるソース電極６及びドレイン電イ輿７
が形成されている。

］［、本発明夷ｍ例のアモルファスシリコンＦＥＴの製
造方法を、図面を参照しつつ説明する。

第３図に示す如く、ガラス基板１上にまず、モフシラン
（ＳｉＨ４）の高周波グロー放′屯分解によって基板上
にアモルファスシリコン１層４を形成する。このと永使
用するガスは、混合比１：９のＳｉＨ４＋水素（Ｈ２）
混合ガスであり、ガス圧２．３トール（Ｔｏｕｒ）、流
１ｉ５０標準ＱＱ分（ＳＣＣ？’ｌ）、高周波電力２０
Ｗ１周波数１３　、５６　ＭＨｚ、基板温度２７０℃の
条件で、高周波グロー放電分解によって膜厚２０００オ
ングストローム（Ａ）のアモルファスシリコン１層４を
着膜する。

次−・で、第４図に示す如く、このアモルファスシリコ
７１１輪４上に、ドーピングガスとしてフォスファ（Ｐ
Ｈ３）を流しつつ、これと同様に高周波数を分解によっ
てアモルファスシリコンｎ　ｒｆｆｔ　５　ヲ形成する
。すなわち、使用ガスは混合比１：９のＳｉＨ４＋Ｈ２
混合ガスであり、ガス圧２．３　丁６Ｆｒ、流量ｓｏｓ
ｃｃＭ、高周波電力２（ＩＷ、周波数１３．５６ＭＨｚ
　ｓ基板温度２７０℃の条件で、前記モノシランガスの
８体積パーセントのＰＨ３を、ドーピングガスとして流
入しつつ膜厚３００Ａのアモルファスシリコンｎ層５を
着膜する。

（７） 史に、第５図に示す如（、フォトエツチングによって、
レジストパターン１２をマスクとしてゲートに対応する
部分のアモルファスシリコンｎ層を除去する。

こののち、第６図に示す如く、アルミニウム蒸着膜１３
を膜厚８００Ａとなるように着膜する。このとき、基板
温度は１００℃以下になるように注意する。

次いで、第７図に示す如く、ソース及びドレイン電極と
なる部分をレジストノぐターン１４によって被覆し、ア
ルミニウムの陽極酸化を行なう。このときのレジストは
、ＯＭＲ−８３という商品名の東京応化製のネガ型レジ
スト等、陽極酸化に際して耐貧性のあるものを用いなけ
ればならない。また、陽極酸化装置は、定電流電源を使
用し、電流缶度Ｊ＝０．３ｍＡ／ｆｆｌとし、陽極酸化
用溶液として３％の藺石酸とプロピレングリコールな体
積比で１：９に混合したものを用い、アルミニウムが全
部酸化されて下地のアモルファスシリコンｉＶｍ４が数
十大酸化される−まで、陽極酸化を殺竹する。こ（８） のときの酸化の進行度の検出は、定電流電源を使用して
いることから、酸化膜が厚くなるに従って電源電圧が上
昇することにより、容易に行うことができる。ｉｉｏ図
は、このときの電源電圧（Ｖ）一時間（ｍｉｎ、）曲線
を示す図である。縦軸を電源電圧（Ｖ）、横軸を時間（
ｍ１ｎ、）としたものである。

かかる曲線において、傾きの変化する点Ａが検出される
が、これは、アルミニウムの酸化終了点である。これは
、アルミニウムの酸化速度及び酸化アルミニウムの抵抗
が、アモルファスシリコンの酸化速度及び、酸化シリコ
ンの抵抗と異なることによる。かかる陽極酸化工程によ
って、酸化シリコン８−酸化アルミニウム構造のゲート
絶縁膜が形成される。

そして前記レジスト１４を除去したのち、第８図に示す
ように、アルミニウム膜］５を蒸着によって着膜する。

こののち、レジストノぞターンＩ６をマスクとしてフォ
トエツチングを施し、アイソレーション用溝１７を設け
ることにより、第９図に示す如くこのアルミニウム膜１
５を、ゲー）を極２、ソース電極６、ドレイン電極７と
に分離する。最後にレジストパターン１６を除去するこ
とにより、アモルファスシリコン薄膜ＦＥＴが形成され
る。

このアモルファスシリコン薄膜トランジスタは、ゲート
菫＠ｉ、２が半導体層に対してソースドレイン電極と同
一の方向に形成される為、電極形成を同時に行うことが
可能であると共に、集積回路においては素子間の相互接
続が容易であり、配線し易（、高集積化が可能である。

また、製造に際し、全工程において基板温度を３００℃
以下とすることができるため、基板の選択範囲が広（、
他の素子と共に集積化する場合においても製造工程が容
易である。

さらに、かかる構造によれは、酸化シリコン膜と金属′
＠極の間にナトリウム（Ｎａ）イオンの透過を抑える酸
化アルミニウムという安定な被膜をはさんだ２１曽信造
のゲート絶縁膜が、別工程を要することなく、極めて容
易に形成される。

ここでは、溶液を用いた陽極酸化法によって酸化膜の形
成を行なったが、これに代えて、プラズマ陽極酸化法を
用いる場合も有効であることは言うまでもない。

また、実施例においては、ゲート絶縁膜として、酸化シ
リコン−酸化アルミニウムの２層構造を用いたか、酸化
アルミニウム膜のみの場合も有効である。この場合は、
酸化がアモルファスシリコンノーに到達すると同時に陽
極酸化を停止するようにすれはよい。

さらには、電極金属として、アルミニウムの他、タンタ
ルＴａ　、チタンＴＩ　等を用いてもよい。この場合、
ゲート酸化膜は、酸化シリコン−酸化タンタル（Ｔａ２
０３）　、酸化シリコン−酸化チタン（ＴｉＯ２）の２
ノー構造又は酸化タンタル、酸化チタンとなる。

〈効　果〉 以上説明してきたように、本発明によれば、高巣檀化が
容易で、製造工程の簡単なアモルファスシリコン薄膜ト
ランジスタが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の薄膜トランジスタを示す図、第２図は、
本発明実施例の薄膜トランジスタを示す図、第３図乃至
第９図は、本発明実施例の薄膜トランジスタの製造工程
を示す図、第１０図は、陽極酸化法によるゲート絶縁ｊ
助形成時の電圧上昇曲線を示す図である。 １・・・ガラス基板、２・・・ゲート硫化、３・・・ゲ
ート絶１＆　ＩｉＪ　、４・・・アモルファスシリコ７
１層、訃・・アモルファスシリコンｎ層、６・・・ソー
ス’Ｍｆｆｌ、　　７・・・ドレイン電極、８・・・酸
化ンリコン膜（ゲート絶縁膜）、９・・・酸化アルミニ
ウム膜（ゲート絶縁膜〕、ＪＯ・・・ソース領域、ｌ］
・・・ドレイン領域、Ｊ２・・・レジストパターン、１
３・・・アルミニウムｌ漠、１４・・・レジストパター
ン、１５・・・アルミニウムＩＩＬ　Ｌｆｉ・・・レジ
ストノぐターン、１７・・・アイソレーンヨン用溝。 第４図　　　　　　第９図 ら 第６図 ３ 時　間　（ｍｉｎ、） 第７図 ３６３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）絶縁基板上に形成されたアモルファスシリコン層
   を活性層とし、ソース電極、ドレイン電極及びゲート絶
   縁膜が形成されてなるＭＯＳ電が効果型の薄膜トランジ
   スタにおいて、ゲート電極が、ケート絶縁膜を介して前
   記アモルファスシリコン層の上に形成されていることを
   特徴とする薄膜トランジスタ。 （２）前記ゲート絶縁膜は、ソース及びドレイン電極形
   成金属の酸化物から構成されていることを特徴とする特
   Ｗｆ請求の範囲第（１）項に記載の薄膜トランジスタ。 （３）＠記ソース及びドレイン電極憧がアルミニウムか
   ら構成されており、かつ、前記ゲート絶縁膜が酸化アル
   ミニウム膜と酸化シリコン膜との２（］）　　　　　　
   　　　　　　　　　　　　　　　　−りｒ、０一層構造
   からなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に
   記載の薄膜トランジスタ。 （４）絶縁基板上に、アモルファスシリコンｔｍ（真性
   層）を形成し、次℃・でアモルファスシリコンｎ層を形
   成したのち、ゲートに対応する部分のアモルファスシリ
   コンｎ層を選択的に除去し、史に、全面に金属膜を形成
   したのち、ゲートに対応する部分の前記金属膜に対し、
   選択的に陽極酸化を施すことにより、ゲート絶縁膜を形
   成し、こののち、ソース電極、ドレイン電極及びゲート
   電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製
   造方法。 （５１＠記金属膜に対するｌＬａＬａ化が終了したのち
   、史に陽極酸化を続行し、下地のアモルファスシリコン
   層表面まで酸化することを特徴とする特肝Ｍ求の範囲第
   （４）項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 （２）