JPH065681B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH065681B2
JPH065681B2 JP58219817A JP21981783A JPH065681B2 JP H065681 B2 JPH065681 B2 JP H065681B2 JP 58219817 A JP58219817 A JP 58219817A JP 21981783 A JP21981783 A JP 21981783A JP H065681 B2 JPH065681 B2 JP H065681B2
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tft
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清一 永田
定▲吉▼ 堀田
郁典 小林
繁信 白井
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/674Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
    • H10D30/6741Group IV materials, e.g. germanium or silicon carbide

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、特に薄膜電界効果トランジスタ
(TFT)の製造方法に関する、本発明はバンド間準位
密度が少なく暗抵抗が高く、且つ光導電性が小さい半導
体を用いておりかつ高いオン電流がとれるとともに、オ
フ電流が小さく、且つ外部入射光に起因する光電導が小
さい特徴をもち、画像表示装置やイメージセンサ等のス
イッチング素子等外光が必然的に入射する環境下に於て
も使用し得るTFTを容易かつ確実に得る。
従来例の構造とその問題点 第1図に水素非晶質シリコン(a-Si:H)半導体層を用
いた典型的な薄膜電界効果トランジスタ(TFT)の構
造断面図を示す。
本TFTの製造工程を下記に示す。先ずガラス等の基板
1上にCr等の金属を蒸着しゲート電極2となるべき部
分を残してエッチングする。次にプラズマCVD法によ
り窒化シリコン膜3(以下、SiN)を0.1〜0.5μm,
aSi:H膜4を0.1〜0.5μm,n+にドープしたaSi:H膜
5を500Å程度連続堆積する。次にTFTとして残すべ
き部分をレジストで被覆し、残余の部分のn+aSi:H,a
Si:Hをエッチング除去する。
次にAl等の金属を蒸着し、ソース6,ドレイン7電極
をパタニングする。更にAl電極6,7をマスクとし
て、両電極間に存在するn+aSi:Hの部分領域8をエッ
チングすることにより第1図aの構造が完成する。
しかしながら上述の従来例では以下の問題がある。先ず
製造上では前述のn+aSi:H層5の部分領域8の完全な
選択除去が困難である。aSi:Hは弗酸・硝酸系液でエ
ッチングが可能であるが、n+ドープ領域8と非ドープ領
域とのエッチングの選択性にとぼしい。更に金属・半導
体の接合部付近ではエッチング液を介して電池作用等の
為か、異常な高速エッチングが起る。従って部分拡大図
(第2図b)に示すようにTFTのチャンネルとして保
存されねばならぬaSi:H層4の部分領域9が消失しが
ちである。又エッチングをひかえ目にすると完全除去さ
れねばならぬn+層の部分8が一部残存しOFF抵抗が十
分大きくならない。部分領域8のみの完全除去制御は上
述のように極めて困難である。エッチングがやや過少で
あればTFTのオフ抵抗が十分大きくならず、過大であ
ればTFT動作そのものを消失する。
次にaSi:Hが良好な光導電性半導体であることに起因
する問題がある。第1図aの構造暗時に良好なON/O
FF電流比(通常5桁以上)を示しても、外部から半導
体部に光が入射すると光励起電荷が発生し、OFF抵抗
を減少させる。この為半導体部への入射光を阻止する
為、第2図のように、更に絶縁膜10を介して金属遮光
膜11を付設しなければならなくなる。これは製造工程
を複雑にし、かつ歩留り低下の主原因ともなっている。
発明の目的 したがって、本発明はチャンネル部分のエッチングを確
実に防止するとともに、外部光入射時のOFF電流の増
加を小さくし、かつ良好なTFT特性を有するTFTを
容易かつ確実に製造できる方法を提供することを目的と
するものである。
発明の構成 本発明は、基板上にゲート電極とゲート絶縁膜を形成
し、前記ゲート絶縁膜上に、水素又はハロゲン族元素を
含有する炭化硅素の層を有する第1の半導体層を形成
し、前記第1の半導体層上に不純物がドープされた水素
又はハロゲン族元素を含有する硅素層よりなるオーミッ
ク接触用の第2の半導体層を形成し、前記第1,第2の
半導体層を選択的に除去し、前記第2の半導体層上にソ
ース,ドレイン電極を選択的に形成し、前記ソース,ド
レイン電極をマスクとして前記第1の半導体層上の前記
第2の半導体層を選択的に除去するとともに、前記ソー
ス,ドレイン電極間に前記第1の半導体層を残すことに
よりTFTを製造するものである。
実施例の説明 以下実施例を用いて図面とともに本発明を詳細に説明す
る。
〔実施例1〕 第3図に第1の実施例を示す。本実施例の装置は以下の
ようにして製作された。先ずガラス等の基板1の1主面
上にCrを1000Åスパッタ蒸着し、ゲート2として残す
べき所望の部分を除いてエッチング除去する。次に本基
板をプラズマCVD装置中に設置し、これを所望の温度
に加熱後SiH4とNHを含むガスを導入してグロ放電分
解を行ない窒化シリコン膜3を0.2μm堆積し、一担プラ
ズマCVD装置中のガスを置換後、改めてSiH4とCH
を所望の混合比で導入しこのガス中でのグロー放電分解
により、aSi1-xCx:H膜21を0.2μm堆積する。次い
でガス置換後改めてSiH4を導入しaSi:H膜22を50
0Å堆積後、SiH4とPHを導入して燐が0.5%ドープさ
れたn+aSi:H層23を500Å堆積した。次に上記工
程で堆積した半導体層の所望の領域を残し、他の部分を
プラズマエッチにより除去する。(この段階では層2
2,23の部分領域22′,23′は残っている。) 次にAlを蒸着し、これをパターン出しして、ソース電
極6,ドレイン電極7を形成する。その後形成されたA
l電極パターンを用いて、n+aSi:H及びaSi:Hの部分
領域23′,22′を弗硝酸混合液により除去すれば第
3図の構造が完成する。
上記工程に於て特長的なことは、aSi1-xCx膜21が弗硝
酸液に対し強い耐性をもつ故に、aSi:H膜23′,2
2′とのエッチングの選択性が大きい点にある。従って
第1図bで例示したように半導体層が除去されてしまう
ような不都合はなくなり、極めて選択性良くオーミック
接触を確保する為の層22′,23′を除去できる。
さらに、上記工程は、ゲート絶縁膜である窒化シリコン
膜3上に、膜21,22,23をガス置換のみで連続的
に堆積形成できるとともに、膜21,22,23を同時
に選択的にエッチングして膜21,22,23の積層パ
ターンを形成することができ、TFT製造工程が複雑化
することはない。そして、ソース,ドレイン電極6,7
をマスクとして確実に部分領域22′,23′を除去す
るとともに、膜21をソース,ドレイン電極6,7間に
残すことができ、このときの工程も何ら複雑化しない。
このように、本発明によれば、膜の積層堆積を有効に用
い、容易かつ確実に第3図のTFTを製造することがで
き、工業的にも極めて好都合となる。
上記本実施例で導入したn+aSi:H層23は、ソース
6,ドレイン7電極と半導体層21〜23とのオーミッ
ク接触を確保するためのものであり、真性層22は、n+
aSi:Hの部分層23′を除去した後、層21の表面に
n形不純物としてのPが残存しない様十分に除去する為
に導入されている。
本実施例により製作したTFTのドレイン電流I対ゲ
ート電圧V特性を第4図曲線a,bに示す。曲線aは
外部光が入射しない暗時の特性であり、曲線bは3000Lx
の外光を照射した場合の特性である。
又同図の曲線c,dは前述の従来例の方法により製作し
たTFTの暗時及び3000Lx照射時の特性であり比較の示
したものである。
本実施性により製作されたTFTは、従来例のものに比
べ外部光が入射しない場合(曲線a,c)に於ても、O
FF時(VG=0)の電流が小さく、ON/OFF電流比がより大き
くとれる。更に外光3000Lxの照射時に於て従来例ではO
FF電流が100nA程度に増加するのに比べ、本実施例で
はpAのオーダーである。外光入射時のOFF電流を小
さく保持する為に、従来例では第1図aの構造に加え遮
光手段を施す必要があるが、本実施例のTFTでは第3
図の構造のままで外光入射時に於ても使用可能である。
〔実施例2〕 第3図に示す前実施例と同様の方法により、前実施例の
層22を省略したTFTを製作した。光照射時のOFF
電流の増加を含め、電流,電圧特性の概略は前実施例と
実質上同程度であった。但し暗時のOFF電流のバラツ
キは前実施例に比べやや大きく、ON電流は前実施例よ
りやや小さかった。
〔実施例3〕 実施例1と同様の製法により、第3図の非晶質炭化硅素
層21の組成xを変化させたTFTを製作した。
従来例(組成x=0)に比べ組成xが1%で部分層2
3′,22′の選択エッチングに明らかな優位性が認め
られると共に、OFF時の光電流の低下も認められた。
一方xが70%を越えると、TFTをオンするに要する
ゲート電圧が高くなり実用性が低下する。
〔実施例4〕 第5図に第4の実施例の装置の断面図を示す。第1の実
施例と異る点は、窒化シリコン膜3を0.4μm堆積後、S
iH4のプラズマ分解によりa-Si:H層24を0.3μm堆積
し、次いでSiH4とCHの分解により炭化硅素層25を
500Å堆積した。その後の工程は実施例1と同様であ
る。本実施例は、チャンネルとして良好なTFT特性を
得ることができるa-SiH:層24を用いているととも
に、炭化硅素層25の存在のため、部分層23′,2
2′の完全選択除去が非常に容易であり、第1図bに例
示するソース・ドレイン間の半導体層が消失するような
問題はなくなった。更に炭化硅素層25は光吸収性であ
るが、光導電性が小さいため、光照射時のOFF電流は
従来例に比べ減少した。
以上の実施例で説明したTFTの非晶質半導体aSi1-xCx
中の炭素組成xの分布を、絶縁体半導体界面からの距離
dの関数として第6図に示す。同図aは実施例1の組成
分布を示したものであり、0≦d≦d1間は一定組成xの
炭化硅素層,d1dd2間はx=0のaSi:H,d2
d3間はn+ドープしたaSi:H層である。実施例2のT
FTではd1dd2間のaSi:H層が省かれている。
第6図bは実施例4のTFTの組成分布を示す。0d
d1間はaSi:H,d1dd2間はaSi1-xCx層,d2
d3間はaSi:H層,d3dd4間はn+ドープしたaSi:
H層である。
特に実施例として説明はしなかったが、第6図と同様の
座標系を用いて第7図に例示する濃度分布及びその他の
分布も本発明の思想の1実施態様として考えられる。
なお、以上説明した半導体層のうち、炭素を含有しない
非晶質シリコン層として、結晶化シリコンを用いても良
く、更に半導体中に含有される水素に代えハロゲン族が
用いられても良い。
発明の効果 以上のように、本発明は、ゲート電極上のゲート絶縁膜
上に、水素又はハロゲン族元素を含有する炭化硅素層を
形成し、さらにこの上にオーミック接触用の不純物がド
ープされた水素又はハロゲン族元素を含む硅素層を形成
し、これらの層を選択エッチングしたのち、硅素層上に
形成したソース,ドレイン電極をマスクとして両電極間
の不要な硅素層のみを選択的に除去するという方法であ
り、炭化硅素層と硅素層を容易に連続的に容易に堆積形
成でき、かつ電極マスクで容易かつ確実に硅素層を選択
的に完全除去することができる。そして、本発明によれ
ば、オーミック接触用のドープ層の選択的除去における
TFTのチャンネル部のエッチングを完全に防止できる
とともに、特別にしゃ光手段を構ずることなく、外部入
射光の光伝導によるOFF電流の増加の少ないTFTを、
製造工程を複雑化することなく容易に製造することが可
能となる。したがって、本発明は、画像表示装置や画像
読取装置用スイッチング素子として十分なON/OFF
電流比を有するTFT多数(104)を集積したTFT
アレーを、容易かつ歩留り良く得る上で工業的に大きく
寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図aは従来例のTFT断面を示す図、第1図bは同
TFTのチャンネル部の部分拡大図で半導体の消失の模
様を模式的に示す図、第2図は外部光入射を防ぐための
遮光を施した従来例のTFT断面図、第3図は本発明の
第1の実施例のTFT断面図、第4図は本発明の一実施
例および遮光を施さない従来のTFTの暗時及び3000Lx
照射時の静特性を示す図、第5図は本発明の他の実施例
のTFTを示す断面図、第6図a,b、第7図a,bは
ゲート絶縁膜・半導体界面(d=0)より非晶質aSi1-x
Cxの組成の分布の例を示す図である。 1……基板、2……ゲート電極、3……ゲート絶縁膜、
6,7……ソース・ドレイン電極、21……非晶質炭化
硅素膜、22……ノンドープaSi:H層、23……n+
ープaSi:H層、22′,23′……aSi:Hの選択除去
領域、24……aSi:H層、25……非晶質炭化硅素
層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 郁典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 白井 繁信 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−112365(JP,A) 特開 昭58−33872(JP,A) 特開 昭58−18966(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上にゲート電極とゲート絶縁膜を形成
    し、前記ゲート絶縁膜上に、水素又はハロゲン族元素を
    含有する炭化硅素の層を有する第1の半導体層を形成
    し、前記第1の半導体層上に不純物がドープされた水素
    又はハロゲン族元素を含有する硅素層よりなるオーミッ
    ク接触用の第2の半導体層を形成し、前記第1,第2の
    半導体層を選択的に除去し、前記第2の半導体層上にソ
    ース,ドレイン電極を選択的に形成し、前記ソース,ド
    レイン電極をマスクとして前記第1の半導体層上の前記
    第2の半導体層を選択的に除去するとともに、前記ソー
    ス,ドレイン電極間に前記第1の半導体層を残すことを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
JP58219817A 1983-11-22 1983-11-22 半導体装置の製造方法 Expired - Lifetime JPH065681B2 (ja)

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