JPS5948960A - 絶縁ゲ−ト型トランジスタの製造方法 - 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 本発明は半導体装置の製造方法に関し、’７４７″ＪＩ
Ｉ：４半導体を活性領域とし７て用いた薄膜電界効果ト
ランジスタに関する・（１のである。

従来例の構成、Ｉぞの問題点 原子結合対の不完全性を補償するためにその＆１１成中
に数チ程度の水素を含んで形成される非晶ｑ〕１シリコ
ンは低温ｙ［７成が可能なこと、大面積化が容易なこと
などのＪ１１１山により低価格の太陽′市電として注目
されている１、シ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は０．１〜’　ＣｎＶＹ　＠　Ｓ［
ＩＣと３桁以上小さく、集積化に値する性能の半導体、
１ｐ−Ｌ＋４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、例えば液晶セルと紹み合わせること
によって画像表示装置を構成するＭＩＳトランジスタの
スイッチングアレイを得ることは可能である。

第１図、第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ＭＩＳ）ランジスタの平面図、Ａ−Ａ
’線上の工程断面図である。まず第２図ａに示すように
絶縁性基板、例えばガラス板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する。次いで全面にグ
ー１絶縁層３゜不純物を含寸ない非晶質シリコン層４．
そして不純物を含む非晶質シリコン層５を被／；”ｆ才
る。これらの被着方法はシラン系ガスのグロー放電によ
るプラズマ堆積が簡便で、ゲート絶縁層３に鷺化シリコ
ンを得んとするならばアンモニアイｌ１、寸だ不純物を
含む非晶質シリコンを得んとするならばジボランやホス
フィンを添加すればよい。

その後第２図すに示すように非晶質シリコン層４．５を
選択的に除去して島状の非晶質シリコン層４／　、　　
５／を形成する。さらに第２図では図示しないが第１の
金属層２上のゲート絶縁層３に開口部６（第１図に示す
）を形成して第１の金属層２を一部露出し／１−後に第
２図Ｃに／ドずようにオンセット・ゲート′構潰となら
ぬよう第１の金トチ層２と一部重なり合一・／ζ第２の
金属層よりなる１対のソース・ドレイン配線７，８が選
択的に被着形成される。もちろんこの時前記開１］部６
をｒヤんてゲート絶縁層３上には第２の金属層よりなる
ゲート配線９も形成される。最後に第２図ｄに小才よＣ
）にソース・ドレイン配線７，８をマスクとして不純物
を含捷ないル晶ＩＩＩ（シリコン層４′１−の不純物を
含む非晶質シリ：１７層６′を除去してｆ；（ｌ尤の構
造による非晶質シリコンのＭＩＳ型トランジスタが完成
する。

ソース・ドレイン配線７，８と非晶質シリコン層４′と
の間に介在する不純物を含む非晶Ｉｅ「シリコン層１０
．１１は良好なオーミック接触が形成されるだめに必要
であり、非晶質シリコン層１０゜１１が存在しなくても
ＭＩＳ）ランジスタとしての動作は可能であるが、動作
電圧が高くなる傾向は避けられないのではその場合には
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。不純物を含む非晶質シリコン層１０
゜１１が介在する場合にはソース・ドレイン配線７゜８
は一般的なアルミニウムで十分である。

さて、第２図Ｃに示したように不純物を含む非晶質シリ
コン層５′はソース・ドレイン配線７゜８をマスクとし
て選択的に除去されるのであるが、もし除去が不十分で
あるとソース・ドレイン１０゜１１間が残存した不純物
を含む非晶質シリコン層によって電気的に導通してし寸
い、ソース・ドレイン間のリーク電流を増大させること
か分−）でいる。しかしながら、不純物を含む非晶り′
（シリコンと不純物を含寸ない非晶質シリコンとの間で
選択比の太きい、換言すれば食刻速度の）「１″の大き
い食刻拐がなく、弗酸：硝酸−１：３０液に適量の耐酸
を添加しても選択比は精々５程度で、１・】る。つ捷！
：ｌ・Ｙ″を含む非晶質シリコン層だけを選択的に７−
；−ることは極めて困難である。

七こで通常は第２図ｄに示したように不純物を含む非晶
質シリコン層５′を除去するとき、過食側によって不純
物を含まない非晶質シリコン層４′も一部除去して凹状
１２とするのが一般的である。

この結果としてリーク電流の増大は抑制できるものの、
ＭＩＳ型トランジスタのチャネルとなる不純物を含捷な
い非晶質シリコン層４′は確実に膜厚が減少する。ある
特定の組合ぜ、ゲート金属層２にモリブデン、不純物と
して燐を含む非晶質シリコン層５、ソースΦドレイン配
線７．ａにアルミニウムを用い、食刻液に弗酸：硝酸−
１＝３０液を使うと非晶質シリコン層の食刻速度が６〜
１０倍程度に増殖され、５０００人の不純物を含すない
非晶質シリコン層４′までかわずか４〜６秒で消失して
し甘う、。

チャネル部が乍りに薄くなるとＭ　Ｉ　Ｓ　ｌ−ランジ
スタのｏｎ電流は“としく減少し７、適正食刻の」温合
に比べて％以下に在ることも稀ではない１．ｔ＼らにや
っかいなことには従来の構造例、第２図ｄではチャネル
の反対側が外気に晒されるため、大気中の水分を吸着し
易い。吸着された水分中のＯｌ（−基はチャネル部をｐ
形化してしまうのでｎチャネル動作のＭＩＳトランジス
タのしきい値電圧は時間の経過とともに増大する。すな
わち動作電圧が一定であればソース・ドレイン間の、ｇ
ｙ’亀流は時間の経過とともに減少する。しかしながら
約１５０℃の乾燥窒素ガス中での加熱により吸着された
水分は失なわれ、再び製造直後の特性に復帰することが
分った。

どのように従来の構造例による非晶質シリコンのＭＩＳ
型トランジスタではチャネル部の膜べりに帰因する特性
の不揃いを避けられず、棟だ信頼性も極めて不安であっ
た。

発明の目的 本発明はこのような従来の問題に鑑み、チャネル部の膜
べりを防止しかつソース・ドレイン電極のオーミック接
触を確実に形成しｏｎ状態の動作電流を確保することを
目的とする。丑だ本発明の別の目的は信頼性の高いＭＯ
８型トランジスタを捉供することにある。

発明の構成 本発明は、チャネル部を外気より遮断する絶縁層を形成
し、かつ絶縁層に開口部を形成し、気相エツチング後汚
染性雰囲気に曝すことなく引き続き全面にｎタイプ非晶
質シリコン層を形成することでオーミック接触不良を改
善するものである。

実施例の説明 ノ智齢同じ番郵・を付す。

まず第３図ａに示したように絶縁性基板１」二にゲート
となる第１の金属層２を選択的に被ノと１形成する。つ
いでは全面に第１の絶縁層３．不純物を含まない非晶質
シリコン層４．第２の絶縁層１３を順次被着する。好捷
しくは６被Ｗ１′ｆ　＃ｆ：に人気に１ｌｔｊされるこ
とがないよう、同一のチェンバ内寸たは真空搬送路と複
数のチェンバ内て被着する。このだめにはシラン系ガス
のグロー放電分解による被着方法が簡便である。次に第
３図すに示したように第２の絶縁層１３にゲート金属層
２と一部小なり合った一対の開１」部１４を形成し、不
純物を含まない非晶質シリコン層４を選択的に露出させ
る。

次にＳ　！　Ｆ　４＋　　Ｘ　ｅ　Ｆ　２　　などを主
成分とする原料ガスで表面をプラズマエツチングし、そ
の後表面を大気など汚染性雰囲気に曝すことなく連続的
に全面に第３図Ｃに示すごとく不純物を含む非晶質シリ
コン層６′を被５着する。

その後、第３図ｄに示したように非晶質シリコン層６．
第２の絶縁層１３．非晶質シリコン層４を順次選択的に
除去して前記開口部を含む島状の非晶質シリコン層６’
、４’を形成する。さらに図示はしないが、ゲート金属
層２への接続を与えるだめの開口部６を第１の絶縁層３
に形成した後に・、全面に金属層を被着し、不純物を含
まシ：い非晶質シリコン層り′上に被着された不純物を
含む非晶質シリコン層上を含んで第１の絶縁層３」二に
はソース・ドレイン配線７，８を、まノ扛前記開１］部
らを含んで第１の絶縁層３−ににＣ１、クー　ｌ−配線
９を形成する。最後にソース・ドレイン配線７，８をマ
スクとして第２の絶縁層１３’−）Ｈの不純物を含む非
晶質シリコン層５′を除去して；’ｌ’−３（７１ｅに
示すように本発明によるＭＩＳ）ランジスタが完成する
。

第２図ｄと第３図ｅとの比較からも明らかなように、ソ
ース・ドレイン配線７，８をマスクとして不純物を含む
非晶質シリコン層５′を選択的に除去する工程において
、本発明では第２の絶縁層１３の存在によってチャネル
部となる不純物を含まない非晶質シリコン層４が食刻さ
れることは皆無である。したがってチャネル部の膜べり
によるトランジスタ特性のばらつきも生じない。“二１
、だ第２゛の絶縁層１３′は同時にチャネル部を＋１１
１ｆ成する不純物を含まない非晶質シリコン層４′を大
気より遮断している。このため空気中の水分が吸〃ｊ−
シても第２の絶縁層１３′を通してチャネル部をｐ型化
するには致らず長時間の動作に対しても安定に動作する
。もちろん一般的な意味でのパシベーションすなわち第
２図ｄの後の工程で全面に適当な絶縁層を被着すること
によっても同様な効果は期待できるが、ソース・ドレイ
ン配線７，８が存在するためにパシベーション絶縁層が
金属によって汚染され易く、また材質によってはバシベ
ーンヨン絶縁層とソース・ドレイン配線との化合反応に
よってソース・ドレイン配線層の抵抗値が高？なる欠点
がある。これに対して本発明ではパシベーション機能を
有する第２の絶縁層１３は不純物を含ま々い非晶質シリ
コン層４の被着に引き続いて行なわれるために、非晶質
シリコン層と第２の絶縁層との界面および第２の絶縁層
自体は半導体的レベルで純度が高く、パシベーション膜
でもある第２の絶縁層の導入によってＭＩＳ）ランジス
タの諸物件が変動しないといった優れた効果が得られた
。

またソース・ドレイン電極７，８とトランジスタの活性
領域である半導体層４′とのオーミック接触については
、次に説明するように完全に形成される。例えばオーミ
ック接触の形成層としてＰ（リン）をドープしたアモル
ファスシリコンヲ被着させる。この被着時の前処理とし
て水洗・乾燥工程だけを通し被着させると、大面ｆｔｉ
’（素子・の中で一部オーミック接触を形成しない箇所
ができる。

ところが、本発明清らが先に提示したように、ＳｉＦ　
　やＸ　ｅ　Ｆ　２などでＭＩＳ型トランジスタの界面
をエツチングｌ−１連続して半導体層を被／７′１する
と、電気的特性及びその安定性から見て清浄な界面が得
られている。

そこで前記オーミック接触の形成層被着前に、ＳｉＸ　
　またはＸ　ｅ　Ｆ　２などの非晶質シリコン層を汚染
しない原料ガスでのプラズマエツチングを行ない、その
表面を大気などの汚染性雰囲気に！１ハずことなく引き
続きｐｌドープした非晶質シリコン層を被着すれば半導
体素子全面にわたって、高信頼性のもとにオーミック接
触の形成ができる。１発明の効果 第２図ｄに示されているＭＩＳ型、トランジスタでは、
ソース・ドレイン電接間の活性領域コ１′導体層に、極
性のある水分子などが吸着した隻１合トシンジスタの電
気的特性、特に暗電流に与える影響が大きい。この不安
定性を改善するために、パシベーション膜でもある第２
の絶縁層を導入すると、ＭＩＳ型トランジスタの諸物件
（電気的特性・熱的安定性・時間的安定性）に優れた効
果が得られる。

また、本発明にともなう構造変化によるオーミック接触
形成の不安定性は、半導体層とオーミック接触形成層と
の界面となる表面を気相エツチングすることにより清浄
な表面を得、その表面を汚染性雰囲気に曝すことなく引
き続きオーミック接触形成層を被着させることにより、
大面積にわたって高信頼性のもとにオーミック接触の形
成ができる。

なお、以上の説明からも明らかなように本発明の主旨は
単結晶シリコンを除くシリコン半導体層てに適用可能で
あり、実施例で取り上げた非晶質シリコンの他に微結晶
シリコンや多結晶シリコンでも何ら支障ない。また第１
と第２の、１．１・１縁層も窒化シリコンの他に酸化シ
リコンや炭化シリコンが適宜使用されることは言う寸で
もない、。

トランジスタの平面図、工程断面図、Ｅ゛Ｈ′）；’　
ｓ図ａ　−ｅは本発明の一実施例にかかるＭＩＳ型トラ
ンジスタの工程断面図である。

１・・・・・・絶縁恰−基板、２・・・・・・ゲート金
属層、３・′・・・・・第１の絶縁層、４，４′・・・
・・・不純物を含まない非晶質シリコン層、５，６′・
・・・・・不純物を含む非晶質シリコン層、６・・・・
・・開口部、７，８・・・・・・ソース・ドレイン配線
、９・・・・・・ゲート配線、１０．１１・・・・・・
ソース・ドレイン、１２・・・・・・凹部、１３・・・
・・第２の絶縁層、１４・・・・・・開口部。

代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
１１ 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板上に第１の金属層を選択的に被着形成
   する工程と、全面に第１の絶経層、不純物を含まない非
   単結晶シリコン層、第２の絶縁層を順次被着する工程と
   、第１の金属層の一部と重なる１対の開口部を第２の絶
   縁層に形成する工程ど、気相エツチングする工程と、前
   記エツチング後の主面を汚染性雰囲気に曝すことなく引
   ｊ＼続き全面に不純物を含む非単結晶シリコン層を′０
   ν沼−する工程と、前記開口部を含んで不純物を含ｌＪ
   ・非看′Ｉ結晶シリコン層と不純物を含壕ない日月、ｌ
   ｌ’ｌ結晶シリ１７層よりなる非単結晶シリコン層を・
   島状に形成する工程と、前記開口部上の不純物を含む非
   単結晶シリコン層を完全に含む第２の金属層を連枢的に
   被着形成する工程と、第２の金属層をマスクとして第２
   の絶縁層上の不純物を含む非単結晶シリコン層上を除去
   する工程とからなる絶縁クー　ト型トランジスタの製造
   方法。 （２ン　　第１の絶縁層、不純物を含まない非単結晶シ
   リコン層、第２の絶縁層の被着が大気中に晒されること
   なく連続的に行なわれることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の絶縁ゲート型トランジスタの製造方法
   。