JPH02250333A - 薄膜電界効果型トランジスタアレーの製造方法 - 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〕 本発明は大面積薄膜デバイスなど薄膜トランジスタアレ
ーの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、情報処理の高度化に伴って、情報を並列に処理す
る技術が様々な形で検討されている。その一つの試みと
して生体の神経回路網を真似た、いわゆるニューラルネ
ットが注目を集めている。

この回路網を０築する際に問題となる１つのポイントは
、多数のシンプルな演算処理素子をいかに結合するかに
あると考えられる。その結合方法の一つとして大面積の
絶縁性基板上に形成したシリコン薄膜を利用して十分多
くの素子を作製し、これらを多層配線することが考えら
れている。

このように、大面積薄膜デバイスは演算デバイスへの応
用を考えていく際、薄膜トランジスタを応用して演算処
理素子を作製することができる。

従来の薄膜トランジスタの応用技術は入出力機器に関す
るものが多く、ある決まったトランジスタアレーを数多
く作製することにより目的が達成された。これに対して
、薄膜トランジスタを演算素子として応用していくこと
を考えた場合、同じような回路網を構成する場合でも、
一部の演算素子のしきい値のみを変化させたい、といっ
たソフトな要求が存在する。

これに対応できる薄膜トランジスタ作製の技術としては
、一般的に考えられる方法として、薄膜トランジスタの
ゲート長とチャンネル幅を変化させて特性を変化させる
方法が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ゲート長とチャンネル幅を変化させるときには
、露光プロセスに用いるマスクを、すべて新しいものに
変える必要があり、これは設計の柔軟性を制限する要素
となりうる。

本発明の目的はトランジスタのゲート長、チャンネル幅
を変化させることなしに、トランジスタアレー上の一部
の素子だけに異なる特性を与える薄膜トランジスタアレ
ーの製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は絶縁性基板上に、ソ
ース、ドレイン電極、シリコン薄膜、ゲート絶縁膜、ゲ
ート電極をこの類４．形成する薄膜電界効果型トランジ
スタアレーの製造方法において、ゲート電極形成前の段
階で、アレー中の選択された薄膜トランジスタのゲート
絶縁膜に対し、それ自身が高い分極率を有する原子、あ
るいは膜の電子状態を大きく変化させるような原子を、
シリコン薄膜とゲート絶縁膜との界面から十分離れた領
域でイオン注入することにより、ゲート絶縁膜の持つ巨
視的誘電率を変化させ、ゲートとシリコン薄膜との間の
静電容量を変化させるものである。

〔作用〕

イオン注入は、注入不純物の深さ方向の分布を精密にコ
ントロールでき、大面積薄膜デバイスへの応用も可能で
ある。一方、酸化シリコンなどの絶縁膜に、Ｔａなどの
重金属をドーピングしたものの誘電率は、ドーピングす
る前のものに比べて非常に大きくなることが知られてい
る。このことを利用して、薄膜トランジスタアレーを作
製する際に、まずソース、ドレイン電極を形成し、この
上にシリコン薄膜、ゲート絶縁膜を形成しておき、しき
い値を変化させたいトランジスタのゲート絶縁膜のみが
表面に出るようにして、Ｔａなどの重金属を不純物がゲ
ート絶縁膜とチャンネル層の界面から十分離れた領域に
分布されるように、イオン注入する。さらにこの膜の絶
縁性を良くするために、注入した重金属とストイキオメ
トリをとるように、酸素をイオン注入する。これにより
、選択した薄膜トランジスタのゲート絶縁膜は誘電率が
大きくなり、その結果ゲート容量が大きくなり、薄膜ト
ランジスタのモビリティが等測的に大きくなったように
振舞う。このことを利用して、薄膜トランジスタのゲー
ト長、チャンネル幅を変化させることなしに、指定した
部分のＯＮ電流などのパラメータを変えることが可能に
なる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を図によって説明する。

第１図は本発明の薄膜電界効果型トランジスタの一実施
例の断面図、第２図は本発明により作製した薄膜電界効
果型トランジスタアレーの平面図を示す。以下、このト
ランジスタ作製のプロセスについて述べる。

図において、まず、絶縁性基板上にＣｒをスパッタ法に
より１０００人堆積させる。さらにこの上にリンをドー
ピングした水素化非晶質シリコン薄膜５を堆積する。ソ
ース、ドレイン電極６．７のパタンを残し、この２層の
不用部分をエツチング除去する。これを希弗酸で１０秒
程度処理して１表面の自然酸化膜を取り除いたのち、こ
の上にプラズマＣｖＤ法を用いて、水素化非晶質シリコ
ン薄膜４を３０００人、ゲート絶縁膜としての非晶質窒
化シリコン薄膜３を２０００人、非晶質酸化シリコン薄
膜を２０００人を連続形成する。この上にＣｒを５００
人スパッタ法により成膜する。ここで、ＴＰＴのしきい
値電圧を変化させたい薄膜トランジスタのアイランドの
部分だけが１表面に出るように、Ｃｒをパターニングす
る。このＣｒをマスク、とじて、Ｔａ”を３０ｋＶでド
ーズ量Ｉ　Ｘ　１０１７ｄｏｓｅ／ａＪだけイオン注入
する。２はＴａ”をイオン注入した非晶質酸化シリコン
薄膜を示してい、る。さらにここで００をｋＶで５　Ｘ
　１０１７ｄｏｓｅ／ｄイオン注入する。これを２３０
℃で２時間アニールすることにより、絶縁膜中の構造を
安定化させる。この連続したイオン注入及びアニールに
より表面から１００〜２００人の部分で比誘電率が酸化
シリコンの４．０程度から１Ｏ００から２０．０程度と
大きく変化して薄膜トランジスタの特性が変化する。こ
こでマスクとして用いたＣｒをすべて除去する。ここで
改めて、ゲート電極１としてのＣｒをスパッタする。こ
のＣｒをゲート電極１のバタンでエツチングする。また
Ｔａ”をドーピングした非晶質酸化シリコン薄膜２、非
晶質窒化シリコン薄膜３及び、水素化非晶質シリコン薄
膜４をアイランドのバタンでエツチングする。

以上のプロセスにより、第２図のようにトランジスタア
レー中のＴＰＴについて、　Ｔａ”イオンの注入領域９
を選定することにより、しきい値電圧を低くしたＴＦＴ
　８としきい値電圧を変化させないＴＰＴＩＯとが形成
され、トランジスタのゲート長、チャンネル幅を変化さ
せることなしに、特性の異なる薄膜トランジスタを作製
することができる。イオン注入時におけるマスク形成か
らマスク除去までのプロセスを複数回繰り返すことによ
りさらに多段階のそれぞれ特性の異なる薄膜トランジス
タ群を生成することが可能である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、ゲート長、チャンネル幅
を変えることなしに、柔軟性のある薄膜トランジスタア
レーの形成を行うことができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による薄膜電界効果トランジ
スタの断面図、第２図は本発明により作製した薄膜電界
効果型トランジスタアレーの一例を示す平面図である。 １・・・ゲート電極 ２・・・Ｔａ”をイオン注入した非晶質酸化シリコン薄
膜３・・・非晶質窒化シリコン薄膜 ４・・・水素化非晶質シリコン薄膜 ５・・・リンをドープした水素化非晶質シリコン薄膜６
・・・ソース電極　　　　　　７・・・ドレイン電極８
・・・しきい値電圧を低くしたＴＦＴ９・・・Ｔａ”イ
オン注入領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板上に、ソース、ドレイン電極、シリコ
   ン薄膜、ゲート絶縁膜、ゲート電極をこの順に形成する
   薄膜電界効果型トランジスタアレーの製造方法において
   、ゲート電極形成前の段階で、アレー中の選択された薄
   膜トランジスタのゲート絶縁膜に対し、それ自身が高い
   分極率を有する原子、あるいは膜の電子状態を大きく変
   化させるような原子を、シリコン薄膜とゲート絶縁膜と
   の界面から十分離れた領域でイオン注入することにより
   、ゲート絶縁膜の持つ巨視的誘電率を変化させ、ゲート
   とシリコン薄膜との間の静電容量を変化させることを特
   徴とする薄膜電界効果型トランジスタアレーの製造方法
   。