JPS60245172A - 絶縁ゲイト型半導体装置 - Google Patents

絶縁ゲイト型半導体装置

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JPS60245172A
JPS60245172A JP10025084A JP10025084A JPS60245172A JP S60245172 A JPS60245172 A JP S60245172A JP 10025084 A JP10025084 A JP 10025084A JP 10025084 A JP10025084 A JP 10025084A JP S60245172 A JPS60245172 A JP S60245172A
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resist
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hydrogen
insulated gate
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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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」 本発明は半導体集積回路、液晶表示パネル等に用いられ
る絶縁ゲイト型電界効果半導体装置(以下IGF とい
う)に関する。
「従来の技術j 単結晶珪素を用いたIGFは広く半導体分野に用いられ
ている。その代表例は本発明人の発明になる特公昭5O
−1986r半導体装置およびその作製方法」である。
しかしチャネル形成領域を単結晶半導体を用いるのでは
なく、水素またはハロゲン元素が1原子%以上の濃度に
添加された非単結晶半導体により設けられたIGFは本
発明人の出願による特願昭53−124021 r半導
体装置およびその作製方法」(昭和53年10月7日出
願)がその代表例である。
かかる水素またはハロゲン元素が添加された半導体特に
珪素半導体がチャネル形成領域に用いられたIGFは、
オフ電流が従来より公知の単結晶半導体を用いた場合に
比べて103〜105分の1も小さい。そのため液晶表
示パネル制御用IGFとして用いることが有効であると
されている。このIGFは前記した引例のごとく、ゲイ
ト電極がチャネル形成領域の半導体に対しその上側に設
けられた横チャネル型IGF 、また本発明人の出願に
なる特願昭56−001767 r絶縁ゲイト型半導体
装置およびその作製方法」(昭和56年1月9日)に示
された縦チャネル型IGF 、およびゲイト電極がチャ
ネル形成領域を構成する半導体の下側に設けられたいわ
ゆる一般的に公知の薄膜IGF トランジスタ型が知ら
れている。しかしそのうち後2者に比べ前者の前記した
構造は従来より公知の単結晶珪素を用いたIGFと構造
が同じであるため、すでに出来上がった技術を応用でき
るというきわめて優れた特長を有するものであった。
しかし他方、かかるIGPにおいては、ソース、ドレイ
ンの作製をCVD法(プラズマCVD法を含む)により
薄膜のディボジソションを行うのではなくイオン注入等
により添加し、かつその添加物を400°C以下の水素
またはハロゲン元素が脱気しない温度範囲でのアニール
により活性のドナーまたはアクセプタとしなければなら
ない。
かかる観点に対し前記した本発明人の出願は必ずしも明
確でない。
r問題を解決するための手段」 本発明は上記の問題を解決するだめのものであり、不純
物の添加のないまたはきわめて少ない非単結晶半導体(
以下水素またはハロゲン元素が添加された非単結晶半導
体を単に半導体または非単結晶半導体と略記する)上に
ゲイト絶縁物およびその上にゲイト電極を選択的に設け
た。さらにこのゲイト電極をマスクとしてイオン注入法
等によりソース、ドレイン用の不純物例えばNチャネル
型ではリンまたは砒素、Pチャネル型ではホウ素を非単
結晶半導体内部に添加した。この後この不活性の不純物
が添加された領域に対し、400℃以下の温度で強光照
射をし、強光アニール(以下単に光アニールという)を
行い、水素またはハロゲン元素が添加残存し、かつ結晶
化度がチャネル形成領域よりも助長された半導体、特に
著しくは多結晶または単結晶構造の半導体に変成せしめ
たことを特徴とするものである。
即ち本発明は従来より公知の水素またはハロゲン元素が
添加されていない単結晶半導体に対し、イオン注入後レ
ーザアニールを行うのではなく、水素またはハロゲン元
素が1原子%以上一般には5〜20原子χの濃度に添加
されている非単結晶半導体に対しイオン注入をし、それ
に強光アニールを行い、かつ、好ましくはこの光を基板
表面を一端より他端に走査することにより結晶成長をプ
ロセス上含ませ結晶化度を助長とし不純物領域としたも
のである。
「作用」 その結果、本発明のIGFの構造は、ゲイト電極が基板
上のチャネル形成領域を構成する非単結晶半導体の上方
に設けられ、かつこの半導体の光学的Eg(珪素半導体
の場合1.7〜1.8eν)に対し1.6〜1.8eV
と殆ど同じ光学的Egを有しかつ活性な不純物領域を得
ることができた。かくのどと<Egがチャネル形成領域
と同じまたは概略同じであるため、IGFのrONJ 
、rOFF Jに対しオン電流が立ち上がり時に流れに
くかったり、また他方、電流がたち下がり時にダラダラ
流れてしまったりすることがない、いわゆるオフ電流が
少なく、かつオン、オフを高速応答で行うことができた
以下に実施例により本発明を説明する。
「実施例1」 基板(1)として第1図(A)に示すごとく、厚さ1.
1mmの石英ガラス基板10cm X 10cmを用い
た。この上面に、シラン(Silly)のプラズマCV
D (高周波数13.56MHz、基板温度210℃)
により水素が1原子%以上の濃度に添加されたアモルフ
ァス構造を含む非単結晶半導体(2)を0.2μの厚さ
に形成した。
さらにこの上面に光CVD法により窒化珪素膜(3)を
ゲイト絶縁膜として積層した。即ちSi2H6とアンモ
ニアまたはヒドラジンとの反応(2537人の波長を含
む低圧水銀灯、基板温度250℃)により、5iJ4を
水銀増感法を用いることなしに1000人の厚さに作製
した。
この後、TGIIを形成する領域(5)を除く他部をプ
ラズマエツチング法により除去した。反応はCF。
十〇□(5χ)で13.56MHz、室温で行った。こ
のゲイト絶縁膜上にN+の導電型の微結晶または多結晶
半導体を0.3 μの厚さに積層した。このN+の半導
体膜をレジスト(6)を用いてフォトエツチング法で除
去した後、このレジストとN′″半導体のゲイト電極部
(4)とをマスクとしてソース、ドレインとなる領域に
イオン注入法によりI XIO”c+n−3の濃度に第
1図(B)に示すごとくリンを添加し、一対の不純物領
域(7) 、 (8)を形成した。
さらにこの基板全体に対し、ゲイト電極のレジストを除
去した後、強光(10)の光アニールを行った。即ち、
超高圧水銀灯(出力5KW、波長250〜600nm、
光径15mmψ、長さ180mm)に対し裏面側は放物
面の反射鏡を用い前方に石英のシリンドリカルレンズ(
焦点距離150cm、集光部中2mm、長さ180mm
)により線状に照射部を構成した。この照射部に対し基
板の照射面を5〜50cm/分の速度で走査(スキャン
)し、基板10cm X 10cmの全面に強光が照射
されるようにした。
かくするとゲイト電極部はゲイト電極側にリンが多量に
添加されているため、この電極は十分光を吸収し多結晶
化した。また不純物領域(7) 、 (8)は一度溶融
し再結晶化することにより走査する方向即ちX方向に溶
融、再結晶がシフト(移動)させた。その結果単に全面
に均一に加熱または光照射するのみに比べ、成長機構が
加わるため結晶粒径を大きくすることができた。
この強光アニールにより多結晶化した領域は、不純物領
域の下側の全領域にまで及ぶ必要は必ずしもない。図面
での破線(11) (11(11°)に示したごとく、
その上部のみが少なくとも結晶化し不純物が活性になる
ことが重要である。さらに、その端部(15) (15
’ )はゲイト電極の端部(16) 、 (16’)に
対しチャネル側にわたって設けられ、N (7) 、 
(8)−1(2)接合界面(17) 、 (17’)が
結晶化領域内部に設けられ、チャネル形成領域は■型半
導体の非単結晶半導体および結晶化半導体によりハイブ
リッド構浩に設けた。この■型半導体内の結晶化半導体
の領域の程度は光アニールの走査スピード、強度(照度
)によって決めることができる。
図面においては、この第1図(B)の工程の後、PI[
1を全面に2μの厚さにコードン、さらに電極穴(13
) (13’ )に形成した後、アルミニュームのオー
ムコンタクトおよびそのリード(14)、 (14’)
を形成している。この2層目の(14)、(14’)の
形成の際、ゲイト電極(4)と連結してもよい。
この光アニールの結果、シート抵抗が光照射前の4X1
0−3(0cm>−’よりI XIO”(0cm) −
’に比べ光照射アニールの後の電気伝導度特性の変化に
より明らかにすることができた。
チャネル形成領域の長さが3μおよび10μの場合、チ
ャネル中が1mmの条件下において、それぞれ第2図(
21) 、 (22)に示されるごとく、■い−+2V
、V oo = 10V ニてI Xl0−5A、 2
 Xl0−’II (7)電流を得ることができた。
なおオフ電流は(VGG = OV) 10− ” 〜
10− ” (A)であり、単結晶半導体の104八に
比べ10−4の1も小さかった。
「効果J 本発明は下側から漸次被膜を形成し加工するという製造
工程を採用したため、大面積大規模集積化を行うことが
可能になった。そのため大面積例えば30cm X 3
0cmのパネル内に500 x500ケのIGFの作製
すらも可能とすることができ、液晶表示素(9) 子の制御用IGFとして応用することができた。
光アニールプロセスによる400℃以下の低温処理であ
るため、多結晶化または単結晶化した半導体がその内部
の水素またはハロゲン元素を放出させることを防ぐこと
ができた。
また光アニールを基板全面に同時に行うのではなく一端
より他端に走査させた。この目的のため筒状の超高圧水
銀灯を放物ミラーおよび石英レンズにより集光し、線状
の光とし、この光に対し直交した方向に基板を走査する
ことにより面への光アニールを行うことができた。
この先アニールを紫外線で行うため、半導体の表面より
内部方向への結晶化を助長させた。このため十分に多結
晶化または単結晶化した表面近傍の不純物領域へチャネ
ル形成領域におけるゲイト絶縁膜のごく近傍に流れる電
流制御を支障なく行うことが可能となった。
基板として単結晶半導体をまったく用いていない。この
ため光照射アニール工程に際し、チャネル形成領域に添
加された水素またはハロゲン元素(10) はまったく何等の影響を受けず非単結晶半導体の状態を
保持できる。そのためオフ電流を単結晶半導体の1/1
0’〜1/105にすることができる。
ゲイトを作った後ソース、ドレインを光アニールで作製
するため、ゲイト絶縁物界面に汚物が付着することがな
く特性が安定していた。
さらに従来より公知の方法に比べ、基板材料として石英
ガラスのみならず任意の基板であるソーダガラス、耐熱
性有機フィルムをも用いることができる。
異種材料界面であるチャネル形成領域を構成する半導体
−ゲイト絶縁物−ゲイト電極の形成と同一反応炉内での
プロセスにより、大気に触れさせることなく作り得るた
め、界面単位の発生が少ないという特長を有する。
なお本発明において、チャネル形成領域の非単結晶半導
体の酸素、炭素および窒素のいずれもが5 XIO”c
m−3以下の不純物濃度であることが好ましい。即ちこ
れらが従来公知のIGPにおいてはチャネル層に1〜3
 X 10”cn+−’の濃度に混合してしく11) まった。アモルファス珪素半導体を用いる場合において
は、キャリア特にホールのもつライフタイムが短くなり
、特性が本発明が有する特性の1/3以下の電流しか流
れない。加えてヒステリシス特性をIDD vcc特性
にドレイン電界を2X106V/cm以上加える場合に
観察されてしまった。また他方酸素を5 XIO”cm
−3以下とすると、3XIO6V/cmの電圧において
もヒステリシスの存在が観察されなかった
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の製
造工程の縦断面図を示す。 第2図はドレイン電流−ゲイト電圧の特性を示す。 特許出願人 (12) ケ′イFす及 CV) v、e−■

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■、絶縁ゲイト型電界効果トランジスタのチャネル形成
    領域は水素またはハロゲン元素が添加された非単結晶半
    導体よりなり、該半導体に隣接するソースおよびドレイ
    ンを構成する一対の不純物領域は前記チャネル形成領域
    の半導体に比べて結晶化が助長されて設けられたことを
    特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。 2、特許請求の範囲第1項において、一対の不純物領域
    は水素またはハロゲン元素が1原子%以上の濃度に添加
    された多結晶半導体よりなることを特徴とする絶縁ゲイ
    ト型半導体装置。
JP10025084A 1984-05-18 1984-05-18 絶縁ゲイト型半導体装置 Pending JPS60245172A (ja)

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