JPS61104665A - 半導体装置及びその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体装置に係り、とくに非晶質シリコン（以
下、ａ−８ｉと略す）を半導体材料とするＭＩＳ（絶縁
ゲート型）トランジスタ及びその製造方法に関する。

（従来例の構成とその問題点） ａ−８ｉは低温形成が可能なことや大面積化が容易なこ
とを理由に、低コストの太陽電池を得るための有力な手
段に考えられている。しかしながらａ−３ｉ薄膜中の不
対結合手を水素原子で埋めなければ膜質の向上は望めず
、寸た水素原子で埋めても欠陥準位密度は、バンドギャ
ップ中央で１０１５〜１０１６／Ｃｍ３・ｅＶ、バンド
端で１０２０／　ｃｍ３・ｅＶと単結晶シリコンよりは
るかに太きい。このためキャリアはｌ・ラップに捕獲さ
れる確率が高く、自由電子の移動度は０１〜Ｌｏａｎ３
／ｖ−ｓｅｅと単結晶シリコンの値に比べろと３〜４桁
小さく、一般的には集積回路化する必然性が見い出せな
い。

しかしながら、高速動作や電流を必要とじな見・、例え
ば液晶と組み合わせろことによって画像表示装置を構成
可能な、ＭＩＳ　）ランジスタなどはむしろ上述したよ
うな理由でａ−８ｉを集積化することが望まれる。たと
えば、Ａｐｐ］ｉｅｄ　ｐｈｙｓｉｃｓ　、　２４巻、
３５７〜３６２綬−ジ、１９８１年発行には、この目的
を達成するための一手法が示されて（・ろ。

第１図は従来の、ａ　−Ｓｉ　ＭＩＳ　ｌ・ランノスク
の製法を説明するための平面図、第２図はその断面図で
（ａ）　、　（ｂ）及び（ｃ）図は、それぞれ、第１図
のＡ　−Ａ’　。

Ｂ　−Ｂ’及びｃ−ｃ’線における断面を示している。

両図を参照して、寸ず、例えばガラス板からなる絶縁性
基板１上にゲート金属層２を選択的に被着形成１−ろ。

その膜質には上記文献ではクロム（Ｃｒ）を用いている
が、モリブデン（ＭＯ）を用いても支障ない。つぎに全
面にケ゛−１−絶縁層３と７．【る、例えば窒化シリコ
ン層を被着し、０・き続き不純物をほとんど含寸ないａ
−８ｉ層４を被着し、ゲート金属層２上に島状のａ−３
＋層４を選択的に形成する。その後ケ゛−ト金属層２に
接続を力えろために、ケ゛−ト絶縁層３に開口部５を形
成してりゞ−１・金属層２の一部を露出する。最後にオ
フセットケ゛−トにならぬようケ゛−ト金属層２と一部
重なり合うように、ａ−８ｉ層４上に一対のソース、ド
レイン電極６，７と、開口部５を含んでケ゛−１・配線
８をアルミニウム（Ａｔ）で選択的に被着形成してａ　
−Ｓｉ　ＭＩＳ　）ランジスタが完成ずろ。

ＭＩＳ　）ランジスタの動作電圧を下げるためにはソー
ス、ドレイン電極６，７と不純物をほとんど含まないａ
−８ｉ層４との間に、不純物を含むａ−８１層９を介在
させると好ましい結果が得られろ。

なお、第２図の断面図において特に（ｂ）図には、マト
リックス構成の集積回路には欠かせない、ゲート金属層
２とソース、ドレイン配線１０とが交差する多層配線パ
ターンが、′！ｆ、た、（Ｃ）図には、ゲート金属層２
とケ゛−ト配線８とのコンタクトノやターンが良く表わ
れている。

以上の説明から明らかなようにａ　−Ｓｉ　ＭＩＳ　）
ランノスタテは、チャネルとソース、ドレインが同一面
内には存在しない。このためＭＩＳ’）ランジスタの相
互コンダクタンスを大きくするために、ゲート絶縁層３
を薄くすればケ゛−ト金属層２へのカノクレージが問題
となる。グ′−ト金属層２が薄ければカバレージは問題
とはならないが、余り薄すぎると抵抗値が高くなり、さ
らに膜質が多孔質的になって、絶縁性基板１およびゲー
ト配線８との密着性が悪くなるため、おのずと制約を受
ける。グート金属層２の厚みは少なくとも１００ＯＸ、
好ましくは２００ＯＸ以上が望丑しい。絶縁性基板１に
ガラス板などを用いろ材料上の関係から、６００℃以上
の基板加熱や堆積後の熱処理が行なえないために、ゲー
ト絶縁層３のカバレージを良くすることはできず、事実
前記文献ではゲート絶縁層３としては４０００〜５００
０Ｘの窒化シリコン膜を用いている。このことは移動度
の小さなａ−８ｉでは致命的な制約となり、またカバレ
ージの悪さは膜厚を厚くしても改善の度合は芳しくなく
、ゲート金属層２とソース、ドレイン電極６，７との耐
圧は、２０〜３０Ｖ程度しか得られない欠点があった。

加えて、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスと、アンモニヤ（
ＮＨ３）ガスを主ガスとするグロー放電分解によって生
成されるゲート絶縁層３を形成する窒化シリコン膜は、
段差部における化学的な結合力が弱く、平坦部の食刻液
あるいは上記ガスに対する食刻速度の１０〜１００倍も
の異常な早さで食刻されろことも稀れではない。

第３図はその１例を示す断面図であるが、ソース、ドレ
イン配線１０を形成する前工程として、ａ−３ｉ層４及
び開口部５（前工程なので第３図には図示されていない
）から露出しているケゞ−ト金属層２を弗酸希釈液によ
って表面洗浄する、いわゆる、ディップ洗滌によってケ
゛−ト金属層２のエツジ１１上の窒化シリコン膜が異常
に食刻されて消失し、ケゝ−ト金属層２が露出している
。このような状態では多層配線の交差部においては、ソ
ース、ドレイン配線１０とゲート金属層２とは容易に短
絡して、著しく製造」二の歩留りを下げることになる。

このような不都合を避けるために、従来は第４図及び第
５図に示したように、不純物を含まない島状のａ−３ｉ
層１２を、窒化シリコンのケゝ−ト絶縁層３とＡｔのソ
ース、ドレイン配Ｍ１０との間に形成し、ゲート絶縁層
３のエツジｌｌａが弗酸希釈液によって、食刻を受けな
いように配慮することが行なわれている。

しかしながら、この場合ａ−３ｉ層１２の厚みとカバレ
ージが問題となり、最低２０００Ｘの厚さがないと十分
な効果を得ることが出来ない。ａ−８ｉ層１２の厚さを
増せば、ソース、ドレイン配線１０の段切れを増加させ
る恐れがあり、捷た、余分なパターンであるために高密
度集積化の妨げとなることも考慮しなければならず、必
ずしも完全な対策とはいえない。

（発明の目的） 本発明は」二連した従来の諸々の問題点に鑑み、ゲート
金属層のエツジにおげろケ゛−ト絶縁膜のカバレージ特
性の向上を目的としてなされた、半導体装置及びその製
造法を提供するものである。

（発明の構成） 本発明は、絶縁性半導体基板上に選択的に形成された、
ゲートとなる第１の金属層が、そのＩＩＩ壁に形成され
た第１の絶縁層とともに、第２の絶縁層に埋め込まれ、
全面上に形成された第３の絶縁層を介して、上記第１の
金属層上に選択的に形成された島状の非単結晶半導体層
上で、前記第１の金属層と一部重合させて選択的に形成
した一対の第２の金属層を、ソース、ドレイン電極とじ
てＭＩＳ型半導体装置を構成するものである。

−また、製造法は第１の絶縁層でゲート金属の４ｊｊｌ
壁にサイドウオールを形成し、第２の絶縁層をリフトオ
フしてケ゛−ト金属を埋め込むことを要点とするもので
ある。

（実施例の説明） 以下本発明を図面を用℃・て実施例により詳細に説明す
る。

第６図（ａ）ないしくｆ）は本発明の詳細な説明する工
程図である。

まず（ａ）図のように、たとえばガラス板よりなる絶縁
性基板１上に、たとえばＣｒ　（クロム）からなるケゞ
−ト金属層２及び、たとえばＭｏ　（モリブデン）から
なるリフトオフ層１３を、それぞれ１５００Ｘ及び３０
００Ｘの厚さに選択的にパターン形属し、酸化シリコン
を被着して第１の絶縁層１４を形成した後、この層をフ
レオンガスでエツチングすることにより、（ｂ）図のよ
うにサイドウオール１４′を、ケゝ−ト金属層２の側壁
に形成する。

つぎに、（Ｃ）図のように第２の絶縁層１５をグート金
属層２と、はぼ同じ膜厚に被着させる。との第２の絶縁
層１５は、シラン系ガスを主成分として、アンモニヤガ
スまたは酸素ガスを添加したフ０ラズマ放電で、窒化シ
リコンまたは酸化シリコンを堆積することにより形成す
る。前述したようにプラズマ放電により形成される絶縁
層は、一般的に段差部で化学的な結合が弱く、たとえば
Ｈ２Ｏ：ＨＦ＝５０：１のエツチング液に浸漬しておく
と、段差部のエツジ部分が消滅して下地が露出する。

本実施例では（ｄ）図のように、モリブデンで形成して
いるリフトオフ層１３が露出するが、サイドウオール１
４′のために、ゲート金属層２の側面の露出による段差
の発生が強く抑えられろ。

つぎに、硝酸液中に浸漬して側面が露出しているリフト
オフ層１３を溶解除去することにより、リフトオフ層１
３上の第２の絶縁層１５も除去されて、（ｅ）図のよう
に平坦に露出されたゲート金属層２が形成される。

この後は従来同様（ｆ）図に示すように、ケ゛−ト絶縁
層３として窒化シリコン層を全面に被着させ、島状のａ
−８ｉ層４をゲート金属層２上に選択的に形成させ、ゲ
ート金属層２上のケ゛−ト絶縁層３の上に開口部５を形
成後、ソース、ドレイン電極６゜７、さらにゲート配線
８を形成してＭＩＳ　１□ランクスクが完成する。

第７図は第２図（ｂ）に対応する、換言すれば第１図の
Ｂ　−Ｂ′線におけろ断面を示している。

（発明の効果） 以上のように本発明はサイドウオール１４′と第２の絶
縁層１５とにより７、ケゞ−ト金属層２が埋め込まれ、
ゲート絶縄層３は平坦な表面に被着されろことになるか
ら、カバレージ特性に関係なく一定の膜厚となる。した
がって従来のようにゲート金属層２のエツジでケゞ−ト
絶縁層３が薄くなってゲート、ドレイン間の制圧が低く
なる現象は回避されろ。換言すれはケ゛−ト絶縁層３固
有の破壊電界強度が加わるまで制圧を大きくでき、従来
と同じ動作電圧ならはケ゛−ト絶縁層３を１００ＯＸに
トチ薄くできろ。このことはチャネル長をし、チャネル
幅をＷとし、Ｌを一定とするとＷが従来の１Ａ〜１乙で
同等のｏｎ電流が得られたことと等価で、トランジスタ
ザイズが小さくなる分だけ透明電極を大きくできるので
、透過型液晶画像表示装置に実施ずれば明るさが増加す
る。あるいは従来と同じトランジスクザイズであれは必
要なｏｎ電流を得るのに必要なゲート電圧が２〜３ｖ程
低くてよいので駆動電力が減少づ゛ろレジストがある。

さらに同様フａｒ　Ｊ’ｆ！由てケ゛−１−金属層と他
の配線間の耐圧が向」ニすることは明らかであろう。

！、た、ケ゛−１・金属層の膜厚が厚ずぎたり、ケ゛−
１・絶縁層のカバレージが不良のときと同様、ゲート絶
縁層に開口部を設けろ場合に被着する、感光性樹脂（）
第１・レジスト）もエツジ部分で薄くなる性質があり、
そのためにピンホールを生じてエツジ部分のケ゛−１・
絶縁層が食刻され、ケ゛−１・金属層と他の配線間の短
絡を起こすことがあるが、これも本発明は防１１−でき
る。

なお、本発明は半導体材料としてａ−３＋を用いて説明
したが、微結晶化したシリコン、あるいは多結晶シリコ
ンでも同様な効果が期待でき、シリコン以外の半導体利
用を用いても同様な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を説明する非晶質シリコンＭＩＳトラン
ジースタの要部平面図、第２図（ａ）　、　（＋））及
び（Ｃ）はそれぞれ、第１図のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’及び
ｃ　−ｃ’線断面図、第３図は多層配線交差部の異状食
刻を説明する第１図のＢ　−Ｂ’線断面図、初寸セ吻中
吃凋噂冊弔斗吻−ｇ−第４図は異 状食刻対策を行なった多層配線交差部の断面を第説明す
る断面図、第７図は同じく要部断面図である。 １・・・絶縁性基板、２・・・ゲート金属層、３・・ゲ
ート絶縁層、５・・・開口部１，６，７・・・ソース、
ドレイン電極、１１・・・（ケ゛−ト金属層２の）エツ
ジ、１１ａ・・・（ケゝ−ト絶縁層３の）エツジ、１２
・・ａ−Ｓｉ層、１３・・リフトオフ層、１４・・第１
の絶縁層、１４′・・・第１の絶縁層１４のサイドウオ
ール、１５・・・第２の絶Ｒ層。 特許出願人　　松下電器産業株式会社 第１区 第２図 （ａ） １′ （ｂ） ｎ 第５図 第６図 （ｂ） 第６図 （Ｃ） （ｄ） 第６図 （ｅ） （ｆ） ■ 第７図 １゜

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板上に、選択的に形成されたゲートとな
   る第１の金属層が、その側壁に形成された第１の絶縁層
   とともに、第２の絶縁層に埋め込まれ、全面に形成され
   た第３の絶縁層を介して、前記第１の金属層上に選択的
   に形成された島状の非単結晶半導体層上で、前記第１の
   金属層と一部が重畳するように選択的に形成された一対
   の第２の金属層を、ソース、ドレインとしたことを特徴
   とする半導体装置。
2. （２）非単結晶半導体層と第２の金属層との間に、不純
   物層が形成されていることを特徴とする、特許請求の範
   囲第（１）項記載の半導体装置。
3. （３）絶縁性基板上に第１の金属層と、この層よりも厚
   い膜厚のリフトオフ層の２層を選択的にパターン形成す
   る工程と、全面に第１の絶縁層を被着した後、エッチン
   グしてサイドウォールを形成する工程と、上記第１の金
   属層とほぼ同じ膜厚の第２の絶縁層を被着する工程と、
   この層をエッチングにより膜厚を減少させ、上記リフト
   オフ層の側面部を一部露出させる工程と、このリフトオ
   フ層の除去とともに、層上の上記第２の絶縁層を選択的
   に除去して、上記第１の金属層を露出させた後、全面に
   第３の絶縁層を被着する工程と、上記第１の金属層上に
   島状の非単結晶半導体層を、選択的に形成する工程と、
   この島状の非単結晶半導体層上で、上記第１の金属層と
   一部重畳するように、一対の第１の金属層からなるソー
   ス及びドレインを選択的に形成する工程とからなる半導
   体装置の製造方法。