JPS60245173A - 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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JPS60245173A
JPS60245173A JP10025184A JP10025184A JPS60245173A JP S60245173 A JPS60245173 A JP S60245173A JP 10025184 A JP10025184 A JP 10025184A JP 10025184 A JP10025184 A JP 10025184A JP S60245173 A JPS60245173 A JP S60245173A
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crystal semiconductor
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gate electrode
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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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TGF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 )ランジスタ型が知ら
れている。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IGF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により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℃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。
加えて、ソース、ドレイン、特にドレインとチャネル形
成領域との間での逆耐圧の向上がめられている。
「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ためのものであり、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
ゲイト絶縁膜およびその上にゲイト電極を選択的に設り
た。さらにこのディ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不純物領域を構成させた。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、水素またはハロケン元素が
添加残存し、かっ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
の半導体にこの不純物領域の半導体を変成せしめ、加え
てこの結晶化をチャネル形成領域にまで延在させること
によりPIまたはNl接合部を結晶化度の高い領域とし
たものである。かくすることにより、チャネル形成領域
はオフ電流を少なくするための水素またはハロゲン元素
が添加された非単結晶半導体と接合部での耐圧の向上(
アバランシェブレイクダウン電圧の向上)用に多結晶ま
たは単結晶領域をPIまたはNI接合界面近傍に設けた
ものである。
「作用」 その結果、本発明のIGFの構造は、ソース、ドレイン
、特にドレインの接合耐圧を単結晶半導体と同様に高く
することができ、従来のアモルファス半導体を含む薄膜
トランジスタに比べ20V近くも向上させることができ
た。加えて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、かっこの半導
体の光学的[!g(珪素半導体の場合1.7〜1.8e
V)に対し1.6〜1.8eνと殆ど同し光学的Egを
有しかつ活性な不純物領域を得ることができた。がくの
ごと<、Egがチャネル形成領域と同じまたはm略同じ
であるため、IGF (7) rONJ 、rOFl’
 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、が
っオン、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(^)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(Si114)のプラズマC
VD(高周波数13.56MHz、基板温度210’C
)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5izlla 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°C)により、si
、N4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、TGF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CF4十02
(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 X 10”cm−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250〜600nn+
、光径15mmφ、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180m
m)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/分の速度例えば10cm
/分の速さで走査(スキャン)し、基板10cm X 
l0cm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を、不純物領
域の外側の全領域にまで及ぼしめた。このため図面に示
されるごとく、その底面は基板(1)上にまで至り、破
線(11)、(11’)に示したごとく、不純物領域(
7) 、 (8)の接合界面(17)、(17°)より
もチャネル形成領域に0.3〜3μの深さにわたって設
けられ、モホロジ的な界面(15)、(15°)はゲイ
ト電極下に設けられている。即ちその端部(15)(1
5’)はゲイト電極の端部(16) 、 (16’)よ
りもチャネル形成領域内側にわたって設けられている。
かくのどと< 、N(7) 、 (8)−1(2)接合
界面(17) 、 (17’ )が結晶化領域内部に設
けられているため、逆バイアスに対し接合の破壊電圧が
大きくなり高耐圧IGFを作ることができた。このI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、PIQ
を全面に2μの厚さにコートし、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、不純物領域のシート抵抗が光照
射前の4X10−3(0cm) −’より1×10+!
(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。
さらにそのドレイン耐圧は第2図曲線(21)に示され
るごとく、チャネル形成領域の長さが10μの(9) 場合、チャネル11が1mmの条件下において、60V
まで作ることができた。これはゲイト電圧VGG−10
Vとした時の条件である。
これはこの接合領域がアモルファス構造の従来より公知
の薄膜トランジスタにおいては、30へ・50Vと大き
くばらつくことを考えると、大きな進歩であった。
「効果」 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、液晶表示素子の制御用I
GFとして応用することができた。
光アニールプロセスにより多結晶化または単結晶化した
半導体をチャネル形成領域にまで延在させた。このため
ドレイン耐圧を従来より20V以上向上させることがで
きるようになった。
この光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(10) 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ぐ
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、チャネル形成領域のソ
ース、ドレインより離れた内部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1/103〜1/10’にする
ことができた。
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(11) 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 X1018
cm−”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IGFにおいてはチャネル層に1〜
3 X 1020cm−3の濃度に混合してしまった。
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100 VGG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−”以下
とすると、3X106V/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−ドレイン電圧の特性を示す。 (12) 茎10 ト−Llシ1シンE(、し) 京Pω

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、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非単結晶半導体よ
    りも結晶化が助長されて設けられ、かつ該結晶化が助長
    されて設けられた領域は前記ゲイト電極下のチャネル形
    成領域の内部にわたっ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、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チャネル形成
    領域は非単結晶半導体と該半導体に比べて結晶化が助長
    されて設けられた半導体とにより設けられたことを特徴
    とする絶縁ゲイト型半導体装置。
JP10025184A 1984-05-18 1984-05-18 絶縁ゲイト型半導体装置 Pending JPS60245173A (ja)

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