JPH0345554B2 - - Google Patents
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- JPH0345554B2 JPH0345554B2 JP56186316A JP18631681A JPH0345554B2 JP H0345554 B2 JPH0345554 B2 JP H0345554B2 JP 56186316 A JP56186316 A JP 56186316A JP 18631681 A JP18631681 A JP 18631681A JP H0345554 B2 JPH0345554 B2 JP H0345554B2
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- amorphous silicon
- discharge
- insulating film
- silicon layer
- metal layer
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はMOS型トランジスタの製造方法に関
するものであり、ゲート絶縁膜を水素プラズマ衝
撃から守り、性能指数の高いMOS型トランジス
タを得ることを目的とする。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a MOS transistor, and an object of the present invention is to protect a gate insulating film from hydrogen plasma bombardment and obtain a MOS transistor with a high figure of merit.
原子結合対の不完全性を補うためにその組成中
に数%程度の水素を含む非晶質シリコンは低温形
成が可能なこと、大面積化が容易なことなどの理
由により太陽電池として注目されている。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
動度が0.1〜1cm2/V.secと3桁以上小さいため単
結晶シリコンを用いた場合ほどすぐれた性能のト
ランジスタは得られない。それでも高速動作や大
きな電流を必要としない、例えば液晶セルと組み
合わせることによつて画像表示装置を構成する
MOS型トランジスタのスイツチングアレイを得
ることは可能である。 Amorphous silicon, which contains a few percent of hydrogen in its composition to compensate for imperfections in atomic bonding pairs, has attracted attention as a solar cell because it can be formed at low temperatures and can be easily made into a large area. ing. However, compared to single-crystal silicon, the free electron mobility is 0.1 to 1 cm 2 /V.sec, which is more than three orders of magnitude smaller, so a transistor with excellent performance cannot be obtained as when single-crystal silicon is used. Even so, image display devices can be constructed by combining them with liquid crystal cells that do not require high-speed operation or large currents, for example.
It is possible to obtain switching arrays of MOS type transistors.
第1図、第2図はこのような用途のために開発
された従来の非晶質シリコンMOS型トランジス
タの断面図である。まず第1図において1は絶縁
性基板、例えばガラス板で2はゲート電極となる
第1の金属層である。3はゲート絶縁膜でSiO2
またはSi3N4などがプラズマ堆積またはCVD(化
学気相堆積)による熱分解で被着される。4は非
晶質シリコン層で膜厚は2000〜5000Åに選ばれ、
不純物の添加は不要である。5,6はソース・ド
レイン電極となる第2の金属層でオフセツトゲー
ト構造とならぬようにゲート2と一部重なりあう
ように被着形成される。 FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views of conventional amorphous silicon MOS transistors developed for such uses. First, in FIG. 1, 1 is an insulating substrate, for example a glass plate, and 2 is a first metal layer that becomes a gate electrode. 3 is the gate insulating film made of SiO 2
Alternatively, materials such as Si 3 N 4 are deposited by thermal decomposition using plasma deposition or CVD (chemical vapor deposition). 4 is an amorphous silicon layer whose thickness is selected to be 2000 to 5000 Å;
No addition of impurities is necessary. Reference numerals 5 and 6 denote second metal layers serving as source/drain electrodes, which are deposited so as to partially overlap gate 2 to avoid an offset gate structure.
第2の金属層5,6は非晶質シリコン層4とオ
ーミツク接触を形成せねばならず、その材質は
Al、Ni−Cr合金などに限定される。第1の金属
層2は仕事関数の差による非晶質シリコンMOS
型トランジスタのしきい値VTの変化はあるもの
の制約は緩く、もちろん第2の金属層5,6と同
じ材質で差支えない。第1、第2の金属層の膜厚
は2000Å以上であれば十分である。 The second metal layer 5, 6 must form an ohmic contact with the amorphous silicon layer 4, and its material is
Limited to Al, Ni-Cr alloys, etc. The first metal layer 2 is an amorphous silicon MOS due to the difference in work function.
Although there is a change in the threshold value V T of the type transistor, the restrictions are loose, and of course the same material as the second metal layers 5 and 6 can be used. It is sufficient that the first and second metal layers have a thickness of 2000 Å or more.
前記構成の従来のMOS型トランジスタは次の
ような欠点があつて、水素化された非晶質シリコ
ン層4はシラン系ガス例えばシランやジシランの
グロー放電またはアーク放電によつて堆積するの
が一般的である。場合によつてはアルゴンガスに
水素ガスを混入したシリコンのスパツタによつて
堆積することも可能であるが、これらの堆積方法
ではいずれも大量の水素プラズマが反応室内に存
在し、堆積初期にゲート絶縁膜3が水素プラズマ
衝撃を受けることは避けられない。水素プラズマ
は還元作用も強くゲート絶縁膜は組成比が変動し
たり、空孔が形成されて固定電荷が発生し、
MOS型トランジスタのしきい値VTの制御が困難
となる。水素プラズマ衝撃が甚だしい場合にはゲ
ート絶縁膜3にピンホールが形成されて著しく歩
留を下げることも稀ではない。ピンホールの発生
を抑制するためにはゲート絶縁膜3の膜厚を厚く
すればよく、例えば5000Åに選ばれる。そうする
とMOS型トランジスタの相互コンダクタンスは
低下するので移動度の小さい非晶質シリコンでは
致命的な制約となる。 The conventional MOS type transistor having the above structure has the following drawbacks, and the hydrogenated amorphous silicon layer 4 is generally deposited by glow discharge or arc discharge of a silane-based gas such as silane or disilane. It is true. In some cases, it is also possible to deposit silicon by sputtering silicon by mixing hydrogen gas with argon gas, but in all of these deposition methods, a large amount of hydrogen plasma exists in the reaction chamber, and the gate It is unavoidable that the insulating film 3 is exposed to hydrogen plasma bombardment. Hydrogen plasma has a strong reducing effect, and the composition ratio of the gate insulating film fluctuates, vacancies are formed, and fixed charges are generated.
It becomes difficult to control the threshold voltage V T of the MOS transistor. When the hydrogen plasma bombardment is severe, it is not uncommon for pinholes to be formed in the gate insulating film 3, significantly lowering the yield. In order to suppress the generation of pinholes, the thickness of the gate insulating film 3 may be increased, for example, 5000 Å. This will reduce the mutual conductance of the MOS transistor, which is a fatal constraint for amorphous silicon, which has low mobility.
第2図に示す従来のMOS型トランジスタにお
いてはその構成より明らかなようにゲート絶縁膜
3の被着形成が島状の非晶質シリコン層4の形成
後になされるために水素プラズマ衝撃を受けるこ
とはない。しかしながら、ゲート絶縁膜3の堆積
時に非晶質シリコン層4から水素が離脱して非晶
質シリコン層4の膜質が劣化する現象を避けるた
めには堆積時の温度を300℃以下にせねばならな
い。このような低温で形成されるゲート絶縁膜は
反応が不安定で組成比の変動を逃れることができ
ない。なお第1図のMOS型トランジスタの構造
においては堆積時もしくは堆積後の熱処理におい
て絶縁性基板1の軟化点、例えばガラス板であれ
ば600℃まで加熱できるので明らかに組成比の変
動は少ないのであるが、先述したように水素プラ
ズマの衝撃によつて組成比が変動してしまう。 As is clear from the structure of the conventional MOS transistor shown in FIG. 2, since the gate insulating film 3 is deposited after the island-shaped amorphous silicon layer 4 is formed, it is susceptible to hydrogen plasma bombardment. There isn't. However, in order to avoid a phenomenon in which hydrogen is released from the amorphous silicon layer 4 during the deposition of the gate insulating film 3 and the film quality of the amorphous silicon layer 4 deteriorates, the temperature during deposition must be kept at 300° C. or lower. A gate insulating film formed at such a low temperature has an unstable reaction and cannot escape fluctuations in composition ratio. In addition, in the structure of the MOS type transistor shown in Fig. 1, it is possible to heat the insulating substrate 1 to the softening point of the insulating substrate 1, for example, 600°C in the case of a glass plate, during the deposition or post-deposition heat treatment, so there is clearly little variation in the composition ratio. However, as mentioned above, the composition ratio changes due to the impact of hydrogen plasma.
このように従来のMOS型トランジスタの製造
方法においてはゲート絶縁膜の組成比が変動する
要因を含んでいるために非晶質シリコンMOS型
トランジスタのしきい値電圧VTを制御すること
は極めて困難であつた。 In this way, in the conventional manufacturing method of MOS type transistors, it is extremely difficult to control the threshold voltage V T of amorphous silicon MOS type transistors because it includes a factor that changes the composition ratio of the gate insulating film. It was hot.
本発明はこのような従来の欠点を除去するため
になされたものであり、その要点は水素プラズマ
衝撃を避けるための保護膜の導入にあり、第3図
とともに本発明の実施例におけるMOS型トラン
ジスタの製造方法について説明する。 The present invention was made to eliminate such conventional drawbacks, and the key point thereof is the introduction of a protective film to avoid hydrogen plasma bombardment. The manufacturing method will be explained.
なお、第3図において従来例を示す部分と同様
の部分には同一番号を付している。 Incidentally, in FIG. 3, the same parts as those showing the conventional example are given the same numbers.
第3図に示すように絶縁性基板1上にゲート電
極となる第1の金属層2を選択的に被着形成後ゲ
ート絶縁膜3を全面に被着する。その被着方法は
先述した通りで膜厚は1000Å程度でよい。好まし
くは絶縁性基板1の軟化点までの加熱によりゲー
ト絶縁膜の膜質を高めた後に非晶質シリコン層4
a,4bの堆積を行なう。この非晶質シリコン層
の被着方法は水素ガスプラズマによるシランガス
のグロー放電分解またはアーク放電分解が用いら
れる。アルゴンなどに水素ガスを添加したスパツ
タガスを用いて、シリコンをスパツタ蒸着しても
よい。グロー放電の場合、例えばHeベースの20
%SiH4ガスを用い、圧力1Torr、流量300SCCM
の時高周波電力密度40mw/cm2では堆積速度1〜
2Å/secが得られる。堆積を開始してから非晶
質シリコン層が100〜500Å程成長するまでは放電
電力を約1/10に低下して堆積を行ない第1の非晶
質シリコン層4aとし、その後上記した条件で堆
積を継続して2000〜5000Åの第2の非晶質シリコ
ン層4bを得る。その後第1および第2の非晶質
シリコン層を島状に残して4とし、第2の金属層
によるソース・ドレイン電極5,6が島状の非晶
質シリコン層4上に選択的に被着形成されて非晶
質シリコンMOS型トランジスタが完成する。 As shown in FIG. 3, after selectively depositing a first metal layer 2 that will become a gate electrode on an insulating substrate 1, a gate insulating film 3 is deposited over the entire surface. The deposition method is as described above, and the film thickness may be about 1000 Å. Preferably, the amorphous silicon layer 4 is formed after the quality of the gate insulating film is improved by heating the insulating substrate 1 to its softening point.
A and 4b are deposited. The amorphous silicon layer is deposited by glow discharge decomposition or arc discharge decomposition of silane gas using hydrogen gas plasma. Silicon may be sputter-deposited using a sputter gas made by adding hydrogen gas to argon or the like. For glow discharges, e.g. He-based 20
Using % SiH4 gas, pressure 1Torr, flow rate 300SCCM
When the high frequency power density is 40 mw/ cm2, the deposition rate is 1~
2 Å/sec is obtained. From the start of deposition until the amorphous silicon layer grows to about 100 to 500 Å, the discharge power is reduced to about 1/10 to form the first amorphous silicon layer 4a, and then the deposition is performed under the above conditions. The deposition is continued to obtain a second amorphous silicon layer 4b having a thickness of 2000 to 5000 Å. Thereafter, the first and second amorphous silicon layers are left in the form of islands 4, and source/drain electrodes 5 and 6 made of the second metal layer are selectively covered on the island-like amorphous silicon layers 4. The amorphous silicon MOS transistor is completed.
ここで従来例である第1図に示したMOS型ト
ランジスタの製造方法と本発明による第3図に示
したMOS型トランジスタの製造方法との差異を
考察してみると、本発明においては第1の非晶質
シリコン層4aを堆積するときに放電電力を低下
して水素プラズマの密度および加速エネルギを減
少させている点に特徴がある。水素をほとんど含
有しない第1の非晶質シリコン層4aは反応雰囲
気中に大量の水素プラズマを含む第2の非晶質シ
リコン層4bの堆積時に保護膜としてゲート絶縁
膜3を水素ガスプラズマ衝撃から保護するととも
に一部水素化される。このためゲート絶縁膜3を
劣化させることなく均質な非晶質シリコン層4を
形成することが可能となつた。このことは非晶質
シリコン層の移動度を増すために大量の水素ガス
を添加して非晶質シリコンを微結晶化させる場合
において特に著しい効果をもたらす。なぜならば
この場合には放電電力も増加させて堆積させるた
めに水素ガスプラズマの密度も活性力も極めて強
くなるからである。 Now, if we consider the difference between the conventional method of manufacturing a MOS transistor shown in FIG. 1 and the method of manufacturing a MOS transistor according to the present invention shown in FIG. The method is characterized in that when depositing the amorphous silicon layer 4a, the discharge power is lowered to reduce the density and acceleration energy of the hydrogen plasma. The first amorphous silicon layer 4a, which contains almost no hydrogen, serves as a protective film to protect the gate insulating film 3 from hydrogen gas plasma bombardment during the deposition of the second amorphous silicon layer 4b, which contains a large amount of hydrogen plasma in the reaction atmosphere. It is protected and partially hydrogenated. Therefore, it became possible to form a homogeneous amorphous silicon layer 4 without deteriorating the gate insulating film 3. This has a particularly remarkable effect when a large amount of hydrogen gas is added to microcrystallize the amorphous silicon layer in order to increase the mobility of the amorphous silicon layer. This is because in this case, the discharge power is also increased to perform deposition, so the density and activation power of the hydrogen gas plasma become extremely strong.
なお、第1図に示したMOS型トランジスタの
製造方法において非晶質シリコン層4をCVDま
たは真空蒸着によつて被着した後に水素プラズマ
処理によつて水素化を行ない膜質の向上を計る手
法も知られている。しかしこの手法では水素化が
表面から指数関数的に減少して形成されるために
MOS型トランジスタのチヤネルを構成する底部、
すなわちゲート絶縁膜との境界面付近において局
在準位密度を低くすることができずトランジスタ
特性にヒステリシスが伴なうので、ゲート絶縁膜
3に良質なものが得られてもやはり実用とはなら
ない欠点がある。 In addition, in the manufacturing method of the MOS transistor shown in FIG. 1, there is also a method in which the amorphous silicon layer 4 is deposited by CVD or vacuum evaporation and then hydrogenated by hydrogen plasma treatment to improve the film quality. Are known. However, in this method, hydrogen is formed by decreasing exponentially from the surface.
The bottom part, which constitutes the channel of the MOS transistor,
In other words, it is not possible to reduce the local level density near the interface with the gate insulating film, resulting in hysteresis in the transistor characteristics, so even if a high-quality gate insulating film 3 can be obtained, it is still impractical. There are drawbacks.
以上述べたように本発明のMOS型トランジス
タの製造方法においてはゲート絶縁膜の組成比の
変動や破壊が抑止されるため、相互コンダクタン
スの向上と、しきい値電圧VTの均一性と、歩留
りにおいて優れた効果が得られる。 As described above, in the method for manufacturing a MOS transistor of the present invention, fluctuations in the composition ratio and destruction of the gate insulating film are suppressed, thereby improving mutual conductance, uniformity of threshold voltage V T , and improving yield. Excellent effects can be obtained.
第1図および第2図は従来のMOS型トランジ
スタの製造方法を説明するための断面図、第3図
は本発明の一実施例によるMOS型トランジスタ
の製造方法を説明するための断面図を示す。
1……絶縁性基板、2……ゲート電極、3……
ゲート絶縁膜、4……非晶質シリコン層、5,6
……ソース・ドレイン電極。
1 and 2 are cross-sectional views for explaining a conventional method of manufacturing a MOS transistor, and FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a MOS transistor according to an embodiment of the present invention. . 1... Insulating substrate, 2... Gate electrode, 3...
Gate insulating film, 4...Amorphous silicon layer, 5, 6
...Source/drain electrode.
Claims (1)
して選択的に形成する工程と、前記第1の金属層
上に絶縁性膜を形成する工程と、シラン系ガスの
グロー放電分解またはアーク放電分解、または水
素ガスを添加したガスを用いてシリコンをスパツ
タリングすることによつて前記絶縁性膜上に非晶
質シリコン層を選択的に形成するにあたり、前記
グロー放電、アーク放電またはスパツタリングの
放電電力を放電初期は小とし、その後の放電期間
は大とするステツプ状の放電により膜形成を行う
工程と、前記第1の金属層と重なりを有するよう
に前記非晶質シリコン層上にソース・ドレイン電
極として第2の金属層を選択的に形成する工程と
を有することを特徴とするMOS型トランジスタ
の製造方法。1. A step of selectively forming a first metal layer as a gate electrode on an insulating substrate, a step of forming an insulating film on the first metal layer, and glow discharge decomposition or arc discharge of silane-based gas. In selectively forming an amorphous silicon layer on the insulating film by decomposition or sputtering silicon using gas added with hydrogen gas, the discharge power of the glow discharge, arc discharge or sputtering a process of forming a film by step-like discharge in which the initial stage of the discharge is small and the subsequent discharge period is large; and a source/drain layer is formed on the amorphous silicon layer so as to overlap with the first metal layer. 1. A method for manufacturing a MOS transistor, comprising the step of selectively forming a second metal layer as an electrode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56186316A JPS5886776A (en) | 1981-11-19 | 1981-11-19 | Manufacture of mos type transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56186316A JPS5886776A (en) | 1981-11-19 | 1981-11-19 | Manufacture of mos type transistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5886776A JPS5886776A (en) | 1983-05-24 |
| JPH0345554B2 true JPH0345554B2 (en) | 1991-07-11 |
Family
ID=16186194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56186316A Granted JPS5886776A (en) | 1981-11-19 | 1981-11-19 | Manufacture of mos type transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5886776A (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6159873A (en) * | 1984-08-31 | 1986-03-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Thin film field effect transistor and manufacture thereof |
| JP2937318B2 (en) * | 1988-02-25 | 1999-08-23 | 富士通株式会社 | Amorphous silicon thin film transistor |
| JP2009105390A (en) | 2007-10-05 | 2009-05-14 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1981
- 1981-11-19 JP JP56186316A patent/JPS5886776A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5886776A (en) | 1983-05-24 |
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