JPS6144468A - 半導体装置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】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置、とりわけ非晶質シリコンを半導体
材料とするＭＩＳ（絶縁ゲート型）トランジスタに関す
るものである。

従来例の構成とその問題点 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
易なことを理由に低コストの太陽電池を得るだめの有力
な手段に考えられている。しかしながら非晶質シリコン
薄膜中の不対結合手を水素ぶ子で埋めなけれは膜質の向
上は望めず、また水素原子で埋めても欠陥準位密度はパ
／ドギャップ中央Ｔ１０１５−１０”／ＣトロＴ、バン
ト端で１０”／ｃトｅマド単単結晶ソリコンりはるかに
大きい。このためキャリアはトラップに捕獲される確率
が裏く、自由電子の移動度は０．１〜１　ｃ４／Ｖ−５
ｅｔと単結晶シリコンの値に比べると３〜４桁小さく、
一般的には集積回路化する必然性が見い出せ々い。

しかしながら高速動作や電流を必要としない、例えば液
晶と組み合わせることＫよって画像表示装置を構成可能
なＭＩＳトランジスタなどはむしろ先述したよつな理由
で非晶質シリコンを集積化することが望まれる。たとえ
ばＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　、　２４巻、３５７
〜３８２ページ。

１９８１年発行にはこの目的を達成するだめの一手法が
示されており、第１図の平面図および第２図の断面図で
非晶質シリコンＭＩＳ　トランジスタの製造工程を説明
する。

まず絶縁性基板例えばガラス板１上にゲートとなる第１
の金属層２を選択的に被着形成する。その材質には上記
文献ではクロム（（ｉｒ）を用いているがモリブデン（
ＭＯ）を用いても支障ない。つぎに全面にゲート絶縁層
３となる例えば窒化シリコン層を被着し、ひき続き不純
物をほとんど含まない非晶質シリコン層を被着し、ゲー
ト金属層２上に島状の非晶質シリコン層４を選択的に形
成する。

その後ゲート金属層２に接続を与えるために窒化シリコ
ン層３に開口部６を形成してゲート金属層２の一部を露
出する。最後にオフセラトゲ−）Ｋならぬようゲート金
属層２と一部重なり合うように非晶質シリコン層４上に
一対のソース、ドレイン電極６．了と開口部５を含んで
ゲート配線８をアルミニウム（ムＩｌ）で選択的に被着
形成して非晶室シリコンＭＩＳトランジスタが完成する
。

ＭＩＳ）ランジスタの動作電圧を下げるためＫはソース
、ドレイン電極６，７と不純物をほとんど含まない非晶
質シリコン層４との間に不純物を含む非晶質シリコン層
９を介在させると好ましい結果が得られる。なお第１図
のムー人′およびＢ−Ｂ’、Ｃ−０’線上の断面図がそ
れぞれ第２図ａ。

ｂ、ｃに対応している。第２図すはマトリクス構成の集
積回路には必須のゲート金属層２とソース・ドレイン配
線１ｏとが交差する多層配線パターンであり、第２図Ｃ
はゲート２とゲート配線とのコンタクトパターンである
。

以上の説明からも明らかなように非晶質シリコンＭ工Ｓ
）ランジスタではチャネルとソース・ドレインが同一面
内には存在しない。このためＭＩＳトランジスタの相互
コンダクタンスを大きくするためにゲート絶縁／ｉ！３
を薄くするとゲート金属層２へのカバレージが問題とな
る。ゲート金属層２が薄ければカバレージは問題とはな
らないが、ゲート金Ｊ１層２も余り薄すぎると抵抗値が
高くなり、また膜質が多孔質的になりてガラス基板１お
よびゲート配線８との密着性が悪くなるので、おのずと
制約を受ける。ゲート金属層２の厚みは少なくとも１０
ＱＯ人好ましくは２０００Å以上が望ましい。

基板１にガラス板などを用いる関係上ｅ　ｏ　ｏ　’ｃ
以上の基板加熱や堆積後の熱処理が行なえないためにゲ
ート絶縁層３のカバレージを良くすることはできず、事
実前記文献ではゲート絶縁層３としては４０ｏＯ〜５０
００人の窒化シリコン膜を用いている。このことは移動
度の小さな非晶質シリコンでは致命的な制約となり、ま
たカバレージの悪さは膜厚を厚くしても改善の度合は芳
しくなく、ゲート２とドレイン６または７との耐圧は２
０〜３゜Ｖ程度しか得られない欠点があった。

加えてＳｉＨ４ガスとＮＨ，ガスを主ガスとするグロー
放電分解によって生成される窒化シリコン膜は段差部に
おける化学的な結合力が弱く、平坦部の食刻液あるいは
ガスに対する食刻速度の１Ｑ〜１００倍という異常な速
さで食刻されることも稀ではない。このため第３図に示
すようＫ、ソース・ドレイン配線を形成する前工程の弗
酸希釈液によるシリコン層４および開口部５よシ露出し
ているゲート配線２０表面洗浄、言わゆるディップ洗滌
によりてゲート金属層２エツジ上の窒化シリコン膜１１
が異常食刻されて消失しゲート金属層２が露出してしま
う。このような状態では多層配線の交差部においてムｌ
配線１ｏとゲート金属層２は容易に短絡して著しく歩留
りを下げる。

先行例ではこのような不都合を下げるために、多層配線
の交差部に第４図および第６図に示すように不純物を含
まない島状の非晶質シリコン層１２を窒化シリコン膜３
と五ｌ配線１０との間に形成し窒化シリコン膜のエツジ
１１が弗酸希釈液による食刻を受けないように配慮した
対策が示されている。しかしながら、この場合にはシリ
コン層１２の厚みとカバレージも問題となり、ある程度
以上の厚み（最低２ｏｏｏ人）がないと著しい効果は得
られない。余りシリコン層１２の厚みを増してもＡｌ配
線１ｏの段切れを増す恐れがあり、また余分なパターン
でちるために高密度化の妨げとなるのは明らかであり、
必ずしも万全な対策とは言えないのが現状である。

発明の目的 本発明は上記した問題点に鑑みなされたものでゲート金
属層のエツジにおけるゲート絶縁膜のカバレージ特性の
向上を目的とする。

発明の構成 本発明の要点はゲート金属層エツジにおけるゲート絶縁
膜のカバレージが改善されるべくゲートを層状パターン
ゲートとし、ゲート金属層の実効的な厚みを下げた点に
６９、以下筒６因、第７図とともに本発明の実施例につ
いて説明する。

実施例の説明 まず、第６図（（転）Ｋ示したように、ガラス板１上に
第１の４電／！！１３例えばクロムを１０００人の厚み
で被着し、ひき続き第２の導電層１４例えばモリブデン
シリサイドあるいはニッケルを６Ｑｏ人の厚みで被着し
た後にゲートパターンに対応した感光性樹脂パターン１
６を８ｏｏｏ人の厚みで第２の導電層１４上に選択的に
形成する。第２の導電層１４の食刻にあたり、感光性樹
脂にＫＭＲ−７４７（コダック社製）を用い現像後のポ
ストベークが１４０で１０分であれば、ＳＯＯ人の膜厚
のモリブデンシリサイドは弗酸：硝酸＝３０　：　１の
食刻液で５〜６秒で食刻されるが、第６図ｆｂｌに示す
ように過食側を６〜１０秒追加するとモリブデンシリサ
イドは感光性樹脂パターン１５のエツジより２〜４μｍ
入シ込んだ状態でパターニングされて１４′となる。こ
の後、１６０’ＣＩＯ分の加熱処理を施すと第６図（Ｃ
１に示したように感光性樹脂パターン１６′が軟化して
モリブデンシリサイド１４′を被うよう圧してクロム層
１３と密着する。

そこで硝酸セリウムを含むクロム食刻液で再び感光性樹
脂パターン１６′をマスクとしてクロム層１３をパター
ニングして１３′とし、感光性樹脂パター　“ン１６′
を除去すると第６図ｔｄｌ　Ｋ示した状態となる。

第２の導電層１４がニッケルの場合には食刻液に塩酸を
用いればほぼ同様の手頃で第６図＋ｄｌの状態になる。

この後は従来例と同じ工程で、ゲート絶縁膜３を全面に
被着し、島状の非晶質７リコン層４を第１の導電層パタ
ーン１３′と第２の導電層パターン１４′よりなるゲー
トパターン１ｅ上に選択的に被着形成し、ゲートパター
ン１６上の絶縁層３に開口部を形成した後、ノース・ド
レイン配線６，７およびゲート配線８を選択的に被着形
成して本発明によるＭＩＳ）ランジスタが完成する。第
７図ｔ！Ｌｌ　、　（ｂｌは第２図体１　、　（ｂｌに
対応した断面図である。

発明の効果 第２図（（転）と第７図（ｌＬｌとの対比からも明らか
なように本発明においてはゲート金属層は第１の金属層
と第１の金属層よりも狭いパターン幅の第２の金パ層よ
りなる２層のパターンである。したがってゲート絶縁層
にとって実効的な段差はいずれか一方の厚い金属層の厚
みにまで減少する。このことはカバレージへの制約が緩
和されたことと等価で、従来と同じソース・ドレインと
ゲート間の絶縁耐圧で良ければゲート絶縁膜を薄くする
ことがでキル。ＭＩＳ）ランジスタのチャネル幅をＷと
し、チャネル長をＬとするとＷが従来のｈ−ｈで同等の
ｏｎ　ＴＬ流が得られ、トランジスタサイズが小さくな
る分だけ開口率が上って液晶画像表示装置の明るさが増
すとｈ５優れた効果が得られる。

あるいは従来と同じトランジスタサイズであれば所定の
ｏｎ電流を得るために必要なゲート電圧が２〜３ｖ程低
くてよｈので駆動のための回路方式およびその集積回路
化が容易となる。

さらに第２図ｆｂｌと第７図ｆｂｌとの対比でも明らか
にゲート金属層とソース・ドレイン配線などとの交差部
における層間耐圧も上記した理由で向上し、マトリクス
構成の液晶画像表示装置において走査線と信号線が短絡
して十字状の線欠陥を呈示する現象は皆無となった。

本発明の実施例ではＭＩＳ）ランジスタを構成する半導
体材料として非晶質シリコンを取り上げたが、微結晶化
したシリコンや多結晶シリコンでも同様の効果が期待さ
れ、シリコン以外の半導体材料でも本発明は有効である
。

またケート材も金属に限定されるものではなく６電性を
示す金税酸化物あるいは不純物をドープされた半導体材
料でも何ら支障ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の非晶質シリコンＭＸＳトランジスタの
要部平面図、第２図ｆａｌ　、　（ｂｌ　、　（ｃｌは
第１図のＡ−人’、　Ｂ−Ｂ’、　Ｃ−Ｃ’銀線上断面
図、第３図は多層配線の交差部における第２図Ｂ−Ｂ’
部分の絶縁層の異常食刻状態の断面図、ｇｓ図は異常食
刻を防止する対策を施したＭＩＳトランジスタの要部平
面図、第４図は第６図のＢ−Ｂ’線断面図、第６図＋Ｉ
ＬＩ〜＋ｄｌは本発明の一実施ＫかかるＭＩＳ）ランジ
スタのゲート形成の工程断面図、第７図（Ｌ）。 ［ｂｌは同トランジスタの要部断面図である。 １・・・・・・絶縁性基板、１Ｂ・・・・・・ゲート金
属層、３・・・・・ゲート絶縁層、１２・・・・・・半
導体層、６，７・・・・・ソース・ドレイン配線、１３
　、１３’・・・・・第１の導電層、１４　、１４’・
・・・・・第２の導電層、１５゜１５′・・・・・・感
光性樹脂。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 １θ 第５図 第６図 第６図 １５’

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板上に選択的に形成された第１の導電層
   および前記第１の導電層よりも細いパターン幅の第２の
   導電層よりなる層状パターンをゲートとし、全面に被着
   された絶縁層を介して前記層状パターン上に選択的に被
   着形成された島状の非単結晶半導体層上で前記層状パタ
   ーンと一部重なるように選択的に被着形成された一対の
   金属層をソース・ドレインとすることを特徴とする半導
   体装置。
2. （２）非単結晶半導体層と金属層との間に不純物層が形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の半導体装置。
3. （３）第１の導電層をクロムとし、第２の導電層をモリ
   ブデン、タンタル、タングステンのうち少なくとも１つ
   を含むシリサイドとすることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の半導体装置。
4. （４）第１の導電層をクロムとし、第２の導電層をニッ
   ケルとすることを特徴とすることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の半導体装置。（５）絶縁性基板上
   に第１の導電層と第２の導電層を被着する工程と、前記
   第２の導電層上に選択的に感光性樹脂パターンを形成す
   る工程と、前記感光性樹脂パターンをマスクとして前記
   第２の導電層を食刻後加熱処理を施す工程と、加熱処理
   後の前記感光性樹脂パターンをマスクとして前記第１の
   導電層を食刻する工程と、前記感光性樹脂の除去後全面
   に絶縁層を被着する工程と、前記第１および第２の導電
   層よりなる層状パターン上に島状の非単結晶半導体層を
   選択的に被着形成する工程と、前記島状の非単結晶半導
   体層上で前記層状パターンと一部重なるように一対の金
   属層を選択的に形成する工程とを含むことを特徴とする
   半導体装置の製造方法。