JPS6144469A - 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、とシ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ための有力
な手段に考えられている。しかしながら非晶質／リコン
薄膜中の不対結合手を水素原子で埋めなければ膜質の向
上は望めず、また水素原子で埋めても欠陥準位密度はバ
ンドギャップ中央で１０　〜１０　　／ｃｍ＠ｅｖ、バ
ンド端テ１０２ｔ３／ｃ’ｒｄｓｅｖと単結晶シリコン
よりはるかに大きい。このためキャリアはトラップに捕
獲される確率が高く、自由電子の移動度は０．１〜１　
ｃＩｄ／／Ｖ　＊　ｌｉ　ｅ　Ｃ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
必然性が見い出せない。

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によって画像表示装置を構成可能
なＭＩＳ）ランジスタなどはむしろ先述したような理由
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ＡｐｐＩｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ、　２４巻、３５７〜
３６２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）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（Ｃｒ）を用いているがモリブデン（Ｍ
Ｏ）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５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
セットゲートに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８．７と開口部６を含んでゲート配線８をアル
ミニウム（Ａｔ）で選択的に被着形成して非晶質シリコ
ンＭＩＳ）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・ドレイン電極ら、
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Ａ　−Ａ’および
Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’線上の断面図がそれぞれ第２図（ａ
）。

（ｂ）　、　（Ｃ）Ｋ対応している。第２図（ｂ）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ＭＩＳ
）？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層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、ゲート金属層２も余り薄すぎると抵抗値が高くな
り、また膜質か多孔質的になってガラス基板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１０００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６００℃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４０００〜５０００Ａ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２０〜３゜
Ｖ程度しか得られない欠点があった。

加えてＳｉＨガスとＮＨ３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１０〜１００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
ように、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より露出して
いるゲート配線２０表面洗浄、言わゆるディップ洗滌に
よってゲート金属層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Ａｔ配
線１０とゲート金属層２は容易に短絡して著しく歩留シ
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５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Ａ／、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２０００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Ａｔ
配線１０の段切れを増す恐れがあり、また余分なパター
ンであるために高密度化の障げとなるのは明らかであシ
、必ら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層のカバレージ特性
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
層のカバレージが改善されるべく、ゲートと下地の絶縁
基板との段差を減少せしめるためにゲートの周囲を絶縁
層で埋めた点にあり、以下第６図および第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（、）に示したように透光性絶縁基板例え
ばガラス基板１の一主面上に第１の金属層例えばクロム
よりなるゲート２を２０００人の厚みで選択的に被着形
成する。つぎに全面にゲート金属層２とほぼ同じ膜厚の
透光性の第１の絶縁層例えば酸化シリコン層１３を被着
し、さらに酸化シリコン層１３上にネガ型の感光性樹脂
１４を塗布する。そしてガラス基板１の他の主面上より
紫外線１５を照射して現像すると第６図（ｂ）に示した
ようにゲート金属層２の反転である開口部１６を有する
感光性樹脂パターン１４′が得られる。開口部１６は金
属層２よりもやや小さめＫなるように、すなわち紫外線
１６の照射量は多めに選ぶ必要がある。つぎは感光性樹
脂パターン１４′をマスクとしてゲート金属層２が露出
するまで酸化シリコン層１３を食刻するわけであるが、
このとき食刻を多少長くすることによりゲート金属層２
エツジ上の酸化ソリコン層の突起１７を低くかつ滑らか
にすることができることに留意されたい。

ゲート金属層２を露出し、感光性樹脂１４′を除去した
後は従来例と同じ製法と工程で、ゲート絶縁層３を全面
に被着し、島状の非晶質シリコン層４をゲート金属層２
上に選択的に被着形成し、ゲート金属層２上のゲート絶
縁層３に開口部を形成した後にソース・ドレイン配線６
，７およびゲート配線８を選択的く形成して第６図（Ｃ
）に示すように本発明によるＭＩＳ）う／ジスタが完成
する。

第７図は第２図（ｂ）に対応した断面図である。

発明の効果 第６図（Ｃ）と第２図（ａ）との対比からも明らかなよ
うに本発明においては第１の絶縁層１３にゲート金属層
２が埋め込まれてほぼ平坦な表面上に島状の非晶質シリ
コン層４が被着形成されるため、チャネル面に接したゲ
ート絶縁膜３はカバレージ特性に関係なく一定の膜厚で
ある。したがって従来のようにゲート金属層２のエツジ
でゲート絶縁膜３が薄くなってゲート・ドレイン間の耐
圧が低くなる現象は回避される。換言すればゲート絶縁
膜３固有の破壊電界強度が加わるまで耐圧を大きくでき
るわけで、従来と同じ動作電圧ならばゲート絶縁膜３を
１０００人にまで薄くできた。このことはチャネル長を
Ｌ１チャネル幅をＷとし、Ｌを一定とするとＷが従来の
に−にで同等のｏｎ電流が得られたことと等価で、トラ
ンジスタサイズが小さくなる分だけ透明電極を大きくで
きるので透過型液晶画像表示装置の明るさが増すという
優れた効果が得られた。あるいは従来と同じトランジス
タサイズであれば必要なｏｎ電流を得るのに必要なゲー
ト電圧が２〜３ｖ程低くてよい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（ｂ）と第７図との対比でも明らかにゲー
ト金属層２とソース・ドレイン配線１０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ト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
。

また基板材料もガラスに限られることはなく、裏面から
の紫外線照射による感光性樹脂の露光が可能な石英やサ
ファイアなどの透光性絶縁基板であればよいが、ゲート
材は当然のごとく金属材料やカーボンなどの不透明物質
に限定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は非晶質シリコンＭＩＳ）ランジスタの要部平面
図、第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）は第１図の
Ａ　−Ａ’。 Ｂ　−Ｂ’　、　Ｃ−Ｃ’線上の断面図、第３図は多層
配線の交差部（第１図のＢ　−Ｂ’線部分）における絶
縁層の異常食刻状態の断面図、第４図は第６図のＢ　−
Ｂ’線上の断面図、第５図は異常食刻を防止する一対策
を施したＭ工Ｓトランジスタの要部平面図、第６図（ａ
）　、　（ｂ）は本発明の一実施例にかかるＭＩＳ）ラ
ンジスタのゲート形成の工程断面図、第６図（Ｃ）、第
７図は同トランジスタの要部断面図である。 １・・・・・・透光性絶縁基板、２・・・・・・ゲート
金属層、３・・・・・・ゲート絶縁層、６，７・・・・
・・ソース・ドレイン配線、１２・・・・・・半導体層
、１３・・・・・・透光性絶縁層、１４　、１４’・・
・・・・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　　　　　　　　　　　　（０）（Ｃン 第３図 第４図 第５図 第６図 （ａ−ン 第６図 （す

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）透光性絶縁基板上に形成された透光性の第１の絶
   縁層に選択的に埋め込まれた第１の金属層をゲートとし
   、全面に形成された第２の絶縁層を介して前記第１の金
   属層上に選択的に形成された島状の非単結晶半導体層上
   で前記第１の金属層と一部重なるように選択的に形成さ
   れた一対の第２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第２の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）透光性絶縁基板の一主面上にゲートとなる第１の
   金属層を選択的に形成する工程と、前記第１の金属層と
   ほぼ同じ膜厚の透光性の第１の絶縁層を全面に形成する
   工程と、前記第１の絶縁層上にネガ型の感光性樹脂を塗
   布する工程と、前記透光性絶縁基板の他の主面上より紫
   外線を照射する工程と、現像によって選択的に形成され
   た前記感光性樹脂のパターンを用いて前記第１の絶縁層
   を選択的に食刻して前記第１の金属層を露出する工程と
   、前記感光性樹脂の除去後全面に第２の絶縁層を被着す
   る工程と、前記第１の金属層上に島状の非単結晶半導体
   層を選択的に形成する工程と、前記島状の非単結晶半導
   体層上で前記第１の金属層と一部重なるように一対の第
   ２の金属層よりなるソース・ドレインを選択的に形成す
   る工程とからなる半導体装置の製造方法。