JPS587871A - ダイオ−ド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、とりわけ非晶質シリコンに関するもの
で４ｊ５．　ＭＯＳ　）ランジスタの入力保護となるダ
イオードを提供することにより％Ｏ８）ランジスタおよ
びＭＯＳ）ランジスタ回路の信頼性を高めることを目的
とする。

ＭＯＳ）ランジスタは絶縁性のゲート酸化膜または絶縁
膜を有し、したがってゲート絶縁膜は電荷が貯えられ易
い。このため静電気やサージ状の過電圧によって簡単に
破壊することが知られている。これを防ぐためには例え
ばｎチャネルＭＯＳトランジスタの場合には第１図ａに
示したように保護ダイオード１０５をゲート１０１とシ
リコン基板１０４との間に配置している。ゲート１ｏ１
に基板１０４に対して正の過大電圧が加わるとダイオー
ド１０５の逆方向ブレークダクンによって、また負の過
大電圧が加わるとダイオード１０５が順方向のために電
流が流れてダイオード１０５の電圧、すなわちゲート絶
縁膜の電圧がクランプされてゲート絶縁膜が保護される
ようになっている。

絶縁性基板上のＭＯＳ）ランジスタ、例えば５０３−Ｍ
２Ｓ）ランジスタにおいてはシリコン基板が存在しない
ために保護ダイオード１０５は第１図すに示すようにゲ
ート１ｏ１とソース１０３との間に配置されるのが一般
的である。なおｐチャネルの場合には保護ダイオードの
極性を反転すればよい。

原子結合の不完全性を補なうためにその組成中に数チ以
下の水素を含む非晶質シリコンは大面積化が容易なこと
、低温形成で製作されることなどの理由によシ低コスト
の太陽電池のみならず様々な応用開発が提唱されている
。しかしながら単結晶シリコンと比較すると非晶質シリ
コンでは局在準位密度が高いこと、自由キャリアの移動
度が極端に低いことなどの理由により相互コンダクタン
スの大きなＭＯＳ　）ランジスタを得ることが困難であ
る。

しかしながら電流を多く流す必要がなく、また高速動作
も要求されない。例えば液晶と組み合わせて画像表示装
置を構成するために用いられるスイッチ用ＭＯ３）ラン
ジスタにおいては現状よりわずかの性能の向上があれば
十分である。本発明者はすでに薄くかつピンホールのな
いゲート絶縁膜を賦与することにより非晶質シリコンＭ
Ｏ３）ランジスタの性能指数を向上せしめたことを明ら
かにした。

ガラス板などの絶縁性基板上に形成された非晶質シリコ
ンＭＯ３）ランジスタもＳＯ８の場合と同様にゲート絶
縁膜が極めて破壊しやすいことが判明した。これはゲー
ト絶縁膜のみならず絶縁性基板までが帯電するためと思
われる。したがって非晶質シリコンＭＯＳトランジスタ
においてもゲートを保護するためのダイオードは不可欠
である。

しかしながら現時点で報告されている非晶質シリコンＭ
Ｏ８）ランジスタはゲート絶縁膜が厚いことや研究室レ
ベルでの慎重な取扱いなどの理由でゲート保護ダイオー
ドは内蔵されていない。すなわち引用すべき従来例は皆
無である。

非晶質シリコンを用いてダイオードを得る場合には第２
図ａに示す接合ダイオードか第２図すに示すショットキ
ダイオードのいずれかが容易であることは言うまでもな
い。接合ダイオードはｐｉｎの三層の非晶質シリコン層
２ｏ１が金属電極２０２と２０３にはさまれた構成をと
り、逆耐圧はｉ層の厚みを変えるかｉ層に微量の不純物
を加えることにより制御可能である。ショットキダイオ
ードはｎ形不純物、例えば燐や砒素を大量に含んだ非晶
質シリコン層２０５ａ、および不純物をほとんど含まな
い非晶質シリコン層２０５ｂよりなる層２０５がカンー
ド金属電極２０６とアノード金属電極２０７にはさまれ
た構成をとり、逆耐圧は１層２ｏ５ｂの厚みを変えるか
ｉ層に微量のｎ形不純物を加えることにより制御可能で
ある。

１はガラス板などの絶縁性基板で２０４は金属電極２０
３と非晶質シリコン層２０１との絶縁膜であるが非晶質
シリコンは一般に抵抗率が大きいので場合によっては不
要である。

非晶質シリコンのダイオードを製作するためには第２図
に示したように３〜４枚のマスク工程を必要とする。ま
た非晶質シリコンＭＯ８）ランジスタを製作するために
もやはり３〜４枚のマスク工程が必要であるが保護ダイ
オードを内蔵したＭＯＳ）ランジスタを製作すると必然
的に工程数は増加する。例えばｐｉｎの三層が接合ダイ
オードには必要であり、ＭＯＳ）ランジスタにはｉ層だ
けでよい。そうすると非晶質シリコンの堆積は２回以上
必要となり、ｐｉｎおよびｉ層の島を分離して配置する
ための食刻工程も必要となる。工程数の増加は必然的に
コストの上昇と歩留りの低下に反映するので工程数の増
加を防ぎつつ保護ダイオードを内蔵させたＭＯＳ）ラン
ジスタを得ることは極めて重要である。その他にも非晶
質シリコンの堆積回数が増すと堆積時の熱によって膜質
が劣化することが多く、これを避けるためにも注意が必
要であろう。

本発明は上記した問題点に鑑みなされたものであり、マ
スク工程の増加は２回にとどまりしかも保護能力の大き
い保護ダイオードを内蔵させることが可能である。また
０ＭＯ８化された場合にも極めて有効で、その要点は縦
型構造のショットキダイオードにあり第３図以下の図面
とともに本発明の実施例について説明する。

まず第３図ａに示したように絶縁性基板、例えばガラス
板１上に大量のｎ形不純物、例えば燐を含む第１の非晶
質シリコン層２を選択的に被着形成する。後述する理由
でその膜厚は厚い方が望ましく、例えば２０ｏＯ〜５ｏ
Ｏｏ人に選ばれる。

ついで第３図すに示したように第１の非晶質シリコン層
２が全部は隠れてしまわぬように第２の非晶質シリコン
層３を選択的に被着形成する。第２の・非晶質シリコン
層３の膜厚は１０００Å以上あればよく例えば４０００
人に選ばれ、また不純物の添加は不要である。第２の非
晶質シリコン層３の形成にあたって過食側によって第１
の非晶質シリコン層２の消失を防ぐためには第１の非晶
質シリコン層２はある程度厚くなればならない。ひきつ
づき全面にＡ７１！　よりなる第１の金属層４が膜厚２
ｏ○入で被着される。さらに第３図Ｃに示したように第
１および第２の非晶質シリコン層上に窒化シリコン膜６
が選択的に被着形成される。基板１の周辺で第１の金属
層４と金属電極６を接続し、酸素プラズマの発生領域に
対して正のバイアスを与えプラズマ陽極酸化を行なう。

酸化条件は圧力０、Ｉ　Ｔｏｒｒ、バ（”７Ｘ３００Ｖ
、基板温度３００℃である。約１時間後には窒化シリコ
ン膜５で被覆されていない第１の金属層は金属酸化物と
なる。

第１の金属層４にはその酸化物が絶縁物となるような例
えばＡｌが例ばれているのでその酸化物はアルミナ（Ａ
ｌ２ｏ３）了が形成され膜厚は４００人に増加する。プ
ラズマ陽極酸化後、第３図ｄに示したように窒化シリコ
ン膜６を除去し、さらに窒化シリコン膜５下のＡｌより
なる第１の金属層も除去して第１および第２の非晶質シ
リコン層２．３を部分的に露出する。そして第３図ｅに
示したように第２の金属例えばｐｔ　より力る金属配線
が露出した第１および第２の非晶質シリコン層に選択的
に被着形成されて本発明による・ダイオードが完成する
。燐を大量に含む第１の非晶質シリコン層２は第２の金
属層８とオーミック電極を形成し、不純物をほとんど含
まない第２の非晶質シリコン層３は第２の金属よりなる
整流電極９に接触していることから第２図すに示したの
とほぼ同じ構造のショットキダイオードが構成されてい
ることが分る。

第４図は本発明によるダイオードの作製と同時に行なわ
れるＭＯＳ）ランジスタの工程断面図を示し、第３図ａ
に相当する工程は当然省略され、第４図ａ　−ｄの断面
図で第３図１）　−ｅと同じ工程が実施される。ＭＯＳ
）ランジスタの場合には島状の第２の非晶質シリコン層
３上に形成されたアルミナ膜γ′がゲート絶縁膜を構成
する。また第４図Ｃの工程においては第３図ｄの場合と
は異なって窒化シリコン膜６に開口部を設けた後、第１
の０ 金属層１１．１２は除去してはならない。このため第１
の金属層１１．１２を感光性樹脂で被着しておく工程が
必要である。ソース・ドレイ／配線はＡｌよりなる第１
の金属層１１．１２またはそれらを介してｐｔ　よりな
る第２の金属層１３．１４のいずれを選んでもよい。不
純物をほとんど含まない非晶質シリコンとＡｌとは比較
的良好なオーミック接触を形成するので第４図に示した
ＭＯＳトランジスタはｐｔ　”両チャネル動作が可能で
ある点に特徴がある。したがって本発明による保護ダイ
オードの接続方法はｎチャンネルの場合、カソード８は
ゲート１６に、またアノード９はソース１３に接続され
、ｐチャネルの場合にはカソードとアノードが逆転して
接続される。

以上述べたようにｎ形不純物を含む非晶質シリコン層の
堆積工程が１回、マスク工程が２回増すものの、縦型構
造すなわちダイオード電流が非晶質シリコン層に垂直に
流れるために保護ダイオードの単位面積あたりの電流密
度の大きい、すなわち保護能力の大きいダイオードが得
られることがなわちダイオード電流が半導体層に平行に
流れるために有効な接合面積を大きくできないことと対
比すると本発明は単結晶シリコンの場合と同様の保護能
力を有するＭＯＳ）ランジスタ回路が絶縁性基板上に作
製できることを意味し、ゲート絶縁膜を薄くすることに
よってキャリアの移動度の小さい欠点を補ない非晶質シ
リコンＭＯ８）ランジスタの集積回路化を推進する目的
にも合致するものである。また０ＭＯ８化された非晶質
シリコンＭＯ８）ランジスタ回路にも有効な保護ダイオ
ードであることはすでに述べた通シである。

非晶質シリコン層の被着方法はグロー放電、スパッタ、
ＣｖＤのいずれの方法でもよく、また水素プラズマアニ
ールやレーザアニールナトニヨって非晶質シリコンが一
部結晶化しても本発明が適用できることは言うまでもな
い。ショットキバリアを形成する金属配線電極はｐｔの
他にもＩｒ、。

Ｐｄ　、　Ｒｈなど多くの金属材料が使用可能である。

【図面の簡単な説明】

オードの関係を示す等価回路図、第２図ａ、ｂは非晶質
シリコンで構成されたダイオードの断面図、第３図ａ、
ｂ、ｃ、ｄ、ｅは本発明によるショッ■キダイオードの
工程断面図を示し、第４図ａ、ｂ。 ｃ、ｄは本発明によるダイオードの作製と同時に得られ
るＭ０３）ランジスタの工程断面図を示す。 １・・・・・・絶縁性基板、２・・・・・・ｎ形不純物
を含む非晶質シリコン層、３・・・・・・非晶質シリコ
ン層、４・・・・・・第１の金属層、６・・・・・・窒
化シリコン膜、６・・・・・・金属電極、了、７’・・
・・・・金属酸化膜、８・・・・・・カソード電極、９
・・・・・・アノード電極、　１１　、１３　、１２゜
１４・・・・・・ソース・ドレイン電極、１５・・・・
・・ゲート電極、１ａ５・・・・・・保護ダイオード、
２ｏ１・・・・・・ｐｉｎ三層の非晶質シリコン層、　
２０５　ａ・・・・・・ｎ形不純物を含む非晶質シリコ
ン層、２ｏ６ｂ・・・・・・不純物をほとんど含まない
非晶質シリコ／層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 α６１ ＠３ｒＡ ２ １１３図 ＩＩ　４　図 ＠　４　ｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板上にｎ形不純物を含む第１の非単結晶
   シリコン層が選択的に被着形成され、第１の非単結シリ
   コン層を部分的に含んで第２の非単結晶シリコン層が選
   択的に被着形成され、第１と第２の非単結晶シリコン層
   上に開口部を有する金属酸化膜が被着され、第１の非単
   結晶シリコン層にはカソードとなる。また第２の非単結
   晶シリコン層にはアノードとなる金属配線が選択的に被
   着形成されていることを特徴とするダイオード。 ＠）絶縁性基板上にｎ形不純物を含む第１の非単結晶シ
   リコン層を選択的に被着形成する工程と、第１の非単結
   晶シリコン層を部分的に含んで第２の非単結晶シリコン
   層を選択的に被着形成する工程と、全面に第１の金属層
   を被着後第１および第２の非単結晶シリコン層上に窒化
   シリコン膜を選択的に被着形成する工程と、プラズマ陽
   極酸化によって第１の金属層を選択的に金属酸化膜に変
   換する工程を含み、窒化シリコン膜と第１の金属層の除
   去後露出した第１および第２の非単結晶シリコン層上に
   選択的に第２の金属層を選択的に被着形成することを特
   徴とするダイオードの製造方法。