JPS58200578A - 絶縁ゲ−ト型トランジスタ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】 本発明は半導体装置とりわけ非晶質シリコンＭＯ８）ラ
ンジスタ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、優れた品質と高い性能指数を得るこ
とを目的とする。

原子結合対の不完全性を補償するためにその組成中に数
チ程度の水素を含んで形成される非晶質シリコンは低温
形成がｉｉＪ能なこと、大面積比が容易なことなどの理
由により低価格の太陽重油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・１〜１ｃ４／ｆｓｘと３桁以上小さいために極め
て劣悪な性能のトランジスタしか得られない。それでも
高速動作や大きなｏｎ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って画像表示装置を形成す
るＭＯＳトランジスタのスイノチングアレイヲ得ること
は可能である。

躬１〜２図は上記の目的を達成するために開発された非
晶質シリコンＭＯ８）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Ｓ工０２または５ｉｓＮａなどがプラズマ堆積あるい
はＣＶＤ　（化学気相成長）による熱反応で被着される
。４は島状に被着形成された非晶質シリコン層で膜厚は
５ｏｏｏ人程度に選ばｉｔ、不純物の添加は不要である
。６゜６はソース・ドレインど゛なる不純物を含んだ非
晶質シリコン層すなわち不純物層で、オフセントゲート
構造とならぬようにゲート２と一部重なり合うように被
着形成される。第２の金属層７，８はソース・ドレイン
配線である。

非晶質シリコン層５．６は非晶質シリコンｊ曽４とソー
ス・ドレイン配線７，８との間でオーミンク接触が形成
されるために必要であり、非晶質シリコンＮ６，６が存
在しなくてもＭＯＳ　）ランシスタとして動作は可能で
あるが、動作電圧が篩くなる傾向は避けられないのでそ
の場合にはソースドレイン配線７，８の材質および被着
方法には注意が必要である。不純物層である非晶質シリ
コン層５，６が存在する場合、ソース・ドレイン配線７
、・８は一般的なＡ１で十分である。第２の金属層２は
仕事関数の差によるｏｎ電圧の変化をもたらすが制約は
緩く、Ｍｏ、Ａｌなどが使用される。不純物層５，６の
膜厚は５００Å以上あればよく、第１、第２の金属層の
膜厚は２０００人以−１−あれば十分である。

水素化された非晶質シリコン層４はシラン糸ガス例えば
シラン（ｓｉ　Ｈ４）やシンラン（ＳｉｚＨ６）のグロ
ー放電またはアーク放電によって堆積するのが一般的で
ある。場合によってはアルゴンガスに水素ガスを混入し
た雰囲気中でのシリコンのスパッタによって堆積するこ
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
絶縁膜が水素プラズマの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するな
どの物理的あるいは化学的な損傷を受けるのでＭＯＳ）
ランジスタのしきい値電圧台の制御が困難である。

水素プラズマ衝撃が堪しい場合にはゲート絶縁膜にピン
ホールが形成されて著しく歩留シ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だめにはゲート絶縁
膜の膜厚を厚くすれば良く例えば５０００人に選ばれる
が、そうするとＭＯＳトランジスタの相Ｕ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。

水素プラズマ衝撃によるゲート絶縁膜３の損傷を避ける
ために、第１図において非晶質シリコン層４をｃｖｎあ
るいは真空蒸着など反応性雰囲気中に水素プラズマを発
生しない堆積方法で被着した後に、水素プラズマ処理あ
るいは水素のイオン注入によって非晶質シリコン膜の膜
質の向上を計る手法を知られている。しかしながらＡｌ
１者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、また後者では表面から奥深く注入しようと
すると大きな加速電圧か必要となり表面相通に損傷が発
生するために、ＭＯＳトランジスタのチャネルを構成す
る底部すなわちゲート絶縁膜３と非晶質シリコン層４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
きない。このため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に良好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。

第２図においてはゲート絶縁膜３の被着形成か島状の非
晶質シリコン層４の形成後になされる構成となっている
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℃以下に保た
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ｃｖｎの場合には反応が不安定で組成比の変動を逃
れることができず、したがってＭＯＳ）ランジスタのＶ
Ｔ制御が困難である。

第１図の構成においては堆積時もしくは堆積後の熱処埠
によって絶縁性基板１の軟化点、例えばガラス板であれ
ばｅｏｏ’ｃｌｔでは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
の衝撃によって組成比が変化してしまう。

このように従来の構造で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ＭＯ８）ラ
ンシスタのしきい値電圧ＶＴを制御することは極めて困
難であった。本発明はこのような状況に鑑みなされたも
のである。その要点は水素プラズマ衝撃を避けるだめの
保護膜の導入に、あり第３，４図とともに本発明の実施
例について説明する。なお、第３図、第４図において第
１゜２図と同一のものには同一番号を付す。

第３図に示したように絶縁性基板１上にＭｏ　　−４た
はム１よすなる第１の金属層２を選択的に被着形成する
。その膜厚は１０００Å以上あれば十分である。ついで
ゲート絶縁膜３を全面に被着する。

その材質はＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４が一般的で、膜ｊ
νは第１の金属層２とのカバレージを考慮して１０ｏｏ
〜３０００人に選ばれる。好ましくは絶縁性基板１の軟
化点までの加熱によりゲ−１・絶縁膜３の膜質を高めた
後に、第１の非晶質シリコン層４ａを５００〜１ｏｏｏ
人の膜厚で全面に被着する。第１の非晶質シリコン層４
ａの堆積には水素プラズマが発生しない被着方法すなわ
ちＣＶＤ。

真空蒸着、スパッタのいずれかが採用される。第１の非
晶質シリコン層４ａの被着後、水素ブ′ラスマ処理また
は水素の謙芽ン注入によって第１の非晶質シリコン層４
ａの水素化が実施される１゜その後節２の非晶質シリコ
ン層４ｂを２００゜〜５０００人の膜厚で全面に被着す
る。第２のり１品質シリコン層４ｂの堆積には水素プラ
ズマの発生するシラン系ガスのグロー放電またはアーク
放電分解が用いられる。あるいはシリコンをクーゲット
とするスパッタ蒸着で、スパッタ蒸着であるアルゴンに
水素を添加してもよい。グローまたはアーク放電にキャ
リアガスとして水素を添加すると更に大量の水素プラズ
マが発生し非晶質シリコン層の膜質を制御することがで
きる。

第２の非晶質シリコン層４ｂの被着後に第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、オフセント
ゲートにならぬよう第１の金属層２と一部重なシ合うよ
うに不純物を含む第３の非晶質シリコン層を第２の非晶
質シリコン層４上に選択的に被着形成してソース・ドレ
イン５，６とする。第３の非晶質シリコン層の形成には
グロー放電ではシランガスに対して１％程度のホスフィ
ンガスを混入すればｎ形の非晶質シリコン層が得られる
。第３の非晶質シリコン層の膜厚はＳＯＯ人程度あれば
十分である。第３の非晶質シリコン層を含んで第２の金
属層によるソース・ドレイン０ 配線７，８が選択的に被着形成されて本発明によるＭＯ
Ｓ）ランジヌタが完成する。図示はしないがゲート絶縁
膜３に形成された開口部において第１の金属層２は外部
への接続点としであるいは第２の金属層との相互接続点
になっていることばＵうまでもない。

第４図に示したように第２の非晶質シリコン層４ｂの被
着後さらに第３の非晶質シリコン層を被着し、第１〜第
３の非晶質シリコン層を島状に残した後に第２の金属層
によるソース・ドレイン配線了、８を選′択的に被着形
成し、ソース・ドレイン配線７，８をマスクとして第３
の非晶質シリコン層を選択的に食刻してソース・ドレイ
ン６．６を形成しても何ら支障はなく、むしろマスダニ
１：稈が第３図の構成に比べて１回減少する利点かある
。

第１図と本発明による第３，４図との構造トの差異はほ
とんどない。しかしながら本発明においては第１の非晶
質シリコン層４ａが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４ｂの堆積時に保護膜とし
てゲート絶縁膜３を保護する。このだめゲート絶縁膜３
の膜質を劣化させることがない。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同
時にグロー放電の電力を増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。

ＭＯＳ）ランジスタにとって最も重要な領域、す１）ち
チャネルを構成するゲート絶縁膜３との界面付近の非晶
質シリコン層４２Ｌは水素プラズマ処理または水素のイ
オン注入によって水素化されおシ、しかもその膜厚が薄
いために水素化が深さ方向に均質化されているので従来
のように水素化された非晶質シリコン層が連続的に堆積
された場合と同等の膜質が得られる。

以上述べたように本発明においてはゲート絶縁膜の組成
比の変動や破壊瀘阻止されるため、相互１″ コンタクタンスの向上とミ　しきい値電圧ＶＴの均一性
の向」−と、歩留りの改善において優れた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は従来の非晶質シリコンＭＯ８Ｉ−ランジス
タの断面構造図、第３，４図は本発明の実施例の非晶質
シリコンｋＯ８）ランシヌタの断面構造図である。 １・・・・・・絶縁性基板、２・・・・・・ゲート直棒
、３・・・・・ゲート絶縁膜、４１　４＆、４ｂ・・・
・・非晶質シリコン層、５．　６・＝・ソース・ドレイ
ン、７．８・・・・・・ソース・ドレイン配線。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板上に選択的に被着形成された第１の金
   属層をゲート電極とし、前記第１の金属層上に絶縁性薄
   膜を介して水素プラズマ処理または水素をイオン注入さ
   れた第１の非晶質シリコン層と第２の非晶質シリコン層
   が島状に被着形成され、前記第１の金属層と重なりあう
   ように前記第２の非晶質シリコン層上に選択的に被着形
   成さＫた不純物を含む第３の非晶質シリコン層をソース
   ・トレインとし、前記第３の非晶質シリコン層を含んで
   選択的に被着形成された第２の金属層をソース・ドレイ
   ン配線とすることを特徴とする絶縁ゲート型トランジス
   タ。
2. （２）絶縁性基板上に選択的にゲート電極を形成したの
   ち、前記ゲート電極上に第１の非晶質シリコン層を、反
   応性雰囲気中に水素プラズマを含まない堆積方法で形成
   し、前記第１の非晶質シリコン層上に第２の非晶質シリ
   コン層をシラン系ガスのグロー放電またはアーク放電あ
   るいは水素ガスをアルゴンなどの不活性ガスに混入した
   シリコンのスパッタのいずれかの堆積方法で形成し、前
   記第２の非晶質シリコン層」二にソース、ドレインを選
   択的に形成することを特徴とする絶縁ゲート型トランジ
   スタの製造方法。、（３）　　シラン系ガスのグロー放
   電またはアーク放電において水素ガスが謔加されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の絶縁ゲ
   ート型トランジスタの製造方法。