JPS6354773A - 薄膜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〕 本発明は薄膜半導体素子に係り、特にアクチブマトリク
ス方式の表示装置などに好適な、薄膜電界効果トランジ
スタに関する。

〔従来の技術〕

例えば、特開昭５７−１４１９６１号公報に記載されて
いるように、３Ｍトランジスタの構造の一つに、積層式
のコプレーナ形の構造がある。

第２図は、このようなトランジスタの従来例を示したも
ので、絶縁物基板１の上に不純物をドープしない（ｉ層
と呼ぶ）シリコン薄膜２が、島状に加工されて形成され
ている。この島状に加工されたシリコン薄膜２０両端の
上には、ｎ形不純物をドープした（ｎ＋層と呼ぶ）シリ
コン薄膜３゜３′が、積層して形成されている。その上
にＳｉｎ。

膜等のゲート絶縁膜４が形成されている。このゲート絶
縁膜４には、ｎ１層３の上の一部に開孔部がある。その
上に金属電極５，６．６’が形成されている。

ｎ″ｊ！３．３’はソース領域およびドレイン領域であ
り、そこに接触する金属電極６．６′はソース電極、ド
レイン電極である。また金属電極５は、その両端は、各
々ソース、ドレイン領域のｎ＋層３，３′に重なるよう
形成されており、ゲート電極を形成する。

このトランジスタはＭＯＳトランジスタと同様の動作を
し、ソース、ドレイン電ｉ６．６’間に電圧を印加した
ときに、ゲート電極５に正の電位を与えれば、その電界
効果により、１層２と絶縁膜４の界面にチャンネルが形
成され、電流が流れるようになる。

第３図は他の従来例であり、ゲート絶縁膜４の上に多結
晶シリコン膜のゲート電極７がある。この上に絶縁膜８
がある。ソースおよびドレイン領域３．３′の上のゲー
ト絶縁膜４と絶縁膜８には、開孔部があり、これを介し
て、金属電極９，９′がある。

ところで、このようなトランジスタのオン時の電流は、
ゲート電圧、ゲート絶縁膜の膜厚および誘電率、界面電
荷およびｉｉＪのシリコン薄膜の電界効果移動度等に関
係する。ここで、電界効果移動度は、シリコン薄膜の微
視的な構造に影響され、非晶質状態よりは多結晶状態の
方が大きい。また、多結晶状態でも、結晶面又は結晶粒
界でのシリコン原子の結合状態、すなわち、シリコン原
子の結合が十分にされていない、いわゆるダングリング
ボンドの′有無により大きく影響される。そのため、多
結晶シリコンを用いた場合は、結合されていない部分に
水素原子を結合させて安定化する方法が一般に行なわれ
ている。これを水素化処理と呼ぶ。

これまでに知られている水素化処理の方法は、水素を含
むシリコンナイトライド層を、プラズマＣＶＤの方法で
形成し、その後の熱処理で水素を拡散する方法がとられ
ている。シリコンナイトライド膜を形成する位置は色々
あるが、一般にはゲート電極を形成してからであり、下
のｉ層との間に、何層かの膜が挿入されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は次の問題点があった。

１）シリコンナイトライド膜の形成プロセスが増加する
。シリコンナイトライド膜は、ヤング率が小さいことか
らクランクが入り易（、プロセス上注意する必要がある
ので、工程が一工程増加する以上に、プロセス上の不利
益になる。

２）水素原子の拡散時に、水素は、中間に多結晶シリコ
ン層があればそこで吸収され、また、中間にメタル層が
あればつきぬけにくいといったことがあるため、界面か
ら踵れた表面に形成された膜からは、十分に拡散されな
（なる。

本発明の目的は、なるべく簡略なプロセスで水素化処理
することであり、水素化処理の拡散源となる水素を含む
膜を、できるだけトランジスタの界面に近づけて形成す
ることである。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 上記目的は、ゲート絶縁膜を形成した後に、水素を含ん
だ非晶質シリコン膜を形成することにより達成される。

この非晶質シリコンは、ｎ形又はｐ形の不純物をドープ
しておくことにより、低抵抗の膜とする。

そして、この非晶質シリコン膜は、次の２通りの役割り
をはたすことができる。

１）ゲート電極として使用できる。

２）ソース、ドレイン領域のコンタクト領域として使用
できる。この場合は、ゲート絶縁膜および、絶縁膜に開
孔部を設け、下のソース、ドレイン領域のｎ゛層に接続
させる。

このような手段をとることにより、プロセスを多くする
ことなく、効果的な水素化処理ができる。

〔作　用〕

ゲート電極は水素を添加した非晶譬シリコン膜で形成さ
れる。ゲート電極としては、ｎ１形の不純物等抵抗を下
げるための不純物がドープしてあればよく、最終的には
水素がその中に存在しなくなってしまってもよい。従っ
て、熱処理により水素を供給し、チャンネル領域を形成
する１層のシリコン薄膜を水素化することができる。そ
の際、ゲート絶縁膜１枚のみへたてた所に水素の拡散源
となる非晶質シリコン膜があるので、水素の拡散は、比
較的低温で、あるいは短時間で処理することができる。

一方、ソース、ドレイン領域のｎ０層に接触した非晶質
シリコンは、電極コンタクト用の中間膜として作用する
。この領域から供給される水素原子は、ｎ″領域とｉ領
域の界面付近、すなわち接合形成面付近のシリコンの水
素化処理に効果があり、水素化することにより、トラッ
プ密度は減小し、リーク電流は小さくなる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

絶縁基板１１の上には、島状に形成した、不純物をドー
プしてない多結晶シリコン膜１２が形成されている。そ
の両端の上にｎ形不純物をドープしたｎ４形シリコン１
ａ１３．１３’が積層して形成されている。その上にゲ
ート絶縁膜１４が形成され、ゲート絶縁膜１４には、ｎ
″層１３，１３’上に開孔部がある。その上に水素が添
加された非晶質シリコン１５゜１６．１６’がある。１
５はゲート電極であり、１６．１６’はｎ″層１３．１
３’と接触している。さらにその上に金属層１７．１８
．１８’がある。１８．１８’が各々ソース電極とドレ
イン電極である。また、１７は、ゲート電極の低抵抗化
用の電極である。

次に、この第１図の実施例による薄膜トランジスタの製
造例について、第４図により説明する。

ａ）絶縁基板１１の上に、多結晶シリコンの１層１２お
よびｎ″層１３を積層して形成する。

ｂ）ホトエツチングにより、ｎ゛層１３の一部を除去す
る。

Ｃ）ホトエツチングにより、島を形成する。

ｄ）ゲート絶縁膜１４を形成し、ホトエツチングにより
その一部を除去し、開孔部を設ける。

ｅ）水素を添加した非晶質シリコン膜１５を形成する。

実施例では、このシリコン膜１５はｎ形のドーパントを
添加したｎ９形である。さらにその上に金属層１７を形
成する。

ｆ）ホトエツチングにより、金属層１７とｎ゛非晶質シ
リコン層１５の一部を除去し、各部を分離する。

最後に、図示してないが、熱処理（３５０〜４５０℃）
を行ない、非晶質シリコン膜１５からで層１２へ水素を
拡散させて薄膜トランジスタ素子を得る。

ところで、上記従来技術には次の問題点もあった。即ち
、第２図、第３図において、ソース、ドレイン領域を形
成するｎ″層３，３′は、その形成工程では、１層２の
上全面にｎ″層を積層し、チャネル領域になる部分のｎ
“層をエツチングで除去してｉ層を表面に出す方法によ
っている。この場合、ｉ層とｎ０層は、エツチングレー
トがは□ぼ等しいことから、ｎ″層のみを除去すること
ができず、オーバーエツチングによりｉＮも除去するよ
うにしている。このときｎ″層がｉ層とばぼ同等か、多
少薄い膜厚の場合には、ｎ″層の膜厚。

エツチングレートのばらつき等を考慮し、なおかつｎ′
″層を完全に除去することを考えると、オーバエツチン
グを極端に進めなければならず、この結果、ｉ層が薄く
なりすぎたり、段差の高さが大きくなりすぎることがあ
る。そのため、ｎ″層はｉＭに比較して、十分薄くして
おく必要がある。

しかして、このようにｎ＋層を薄＜シたときの問題点と
して、電極コンタクト層のつきぬけの問題がある。即ち
、第２図、第３図に示すように、ソース、ドレインの金
属電極６，６′は、ｎ″層３．３′と反応して、金属シ
リサイド層が界面にも形成されてしまう。そして、ｎ″
層３，３′が多結晶シリコンの場合には、粒界にそって
シリサイド化が進行するため、シリサイド層の膜厚は厚
くなり、ｎ０層が薄い場合には、つきぬけてしまうので
ある。

そして、このようなつきぬけを生じるとｎ″層と１層の
接合がこわされることがある。そして、接合は役に立た
なくなり、リーク電流が増大してしまう。

そこで、このような問題点を解決するためには、ｎ″層
をエツチングで除去するときには、ｎ°層の膜厚が薄く
、ソース、ドレインの電極を接続すべき領域では、ｎ゛
層の膜が厚（なっていればよ（、そのためには第４図で
説明したように、１層１２の上に膜厚の薄い第１のｎ″
層１３を形成して、その一部をエツチングで除去し、次
に１層およびｎ゛層の一部をエツチングで除去して島状
のパターンを形成し、その上に絶縁膜１４を形成したあ
と、ｎ゛層の上の一部分をエツチングで除去して開孔部
を設け、その上に膜厚の厚い第２のｎ゛層１５を形成し
、その上に電極用の金属膜１７を形成するようにしてや
ればよい。

このようにすれば、ｉ層を露出するためにｎ゛層をエツ
チングで除去するときには、第１のｎ゛層が薄いために
、その膜厚やエツチングレートのばらつきを考えてオー
バエツチングしたところで、ｉ層のエツチング深さが、
極端に大きくなることはない。その後で、膜厚の厚い第
２のｎ゛層を形成し、これの一部をエツチングで除去す
るが、その場合には、エツチングで除去する領域には、
第１のｎ゛層と第２のｎ゛層の間に絶縁膜が挿入されて
おり、絶縁膜とシリコン層のエツチングレートは大きく
異なることから、オーバエツチングしても下の絶縁膜が
大きくエツチングされることはない。金属電極は第２の
ｎ゛層の上に形成するので、金属シリサイド層が界面に
形成されたとしても、つきぬけることはない。

従って、上記実施例によれば、以下のような効果がある
。

１）ｎ゛層をエツチングで除去する領域のｎ・層は膜厚
が薄いので、ｎ゛層を一部を完全に除去するためには、
極端なオーバエツチングの必要はない。

２）金属電極を接続するｎ゛層は、膜厚の厚い第２のｎ
９層であるので、界面にできるシリサイド層がつきぬけ
て、下地のｉ層に接続することはない。

３）第２のｎ゛層は、ゲート電極を形成するｎ゛層と同
じプロセスで形成されるので、プロセスは長くならない
。

４）必要に応じては、第１のｎ゛層の不純物濃度を低く
して、電界緩和用のｎ−層とし、ｎ”−ｎ−−１接合を
形成することもできる。

ところで、以上の説明では、本発明を第１図の実施例に
よって説明しており、これによれば、第１図の１５．１
６．１６’は、水素添加の非晶質シリコン膜で説明して
いるが、本特許の主旨からいえば、上記膜は、多結晶シ
リコンであってもよい。また、第１図の１７．１８．１
８’の金属又はシリサイド膜は、必ずしも積層されて形
成されたものでなく、第２のｎ゛層のどこかの部分で接
触していてもよい。

さらに、コンタクト領域１６．１６’も必ずしもなくと
もよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次の効果がある。

１、水素化処理用の水素を含んだ膜を、ゲート絶縁膜の
上に設けるので、水素が拡散すべき距離を短くでき、か
つ水素を吸収する層が間に入らないことから、比較的低
温で、短時間のアニールでよい。

２、第４図で説明したプロセスを通せば、第２図の従来
例に必要なプロセスに比較して、特別にホトエツチング
の回数を増加しなくともよく、プロセスの増加を充分に
抑えることができる。

３、水素化処理に、シリコンナイトライド膜を使用しな
くともよいため、ヤング率が小さいために起、るクラッ
ク等の問題はなくなる。

４、第３図従来例のように、ゲート電極として多結晶シ
リコン膜を用いる場合には、従来技術では、その上にシ
リコンナイトライド膜を設ける工程が入るが、本発明で
は、上記多結晶シリコンの代りに、水素を含む、非晶質
シリコンを形成するのみでよく、プロセス工程は増加し
ない。

５、第１図の実施例のように、非晶質シリコンの上に、
金属又は金属シリサイド膜をつけておけば、水素の外側
への拡散をストップさせることができ、水素化処理中、
又は長期間の使用時に水素が外側へ逃げることを少くす
ることができ、特性を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による薄膜トランジスタの一実施例を示
す断面図、第２図及び第３図はそれぞれ従来例を示す断
面図、第４図は本発明の一実施例の製造プロセスの説明
図である。 １１・・・絶縁基板、１２・・・多結晶シリコン膜、１
３．１３’・・・ｎゝシリコン膜、１４・・・ゲート絶
縁膜、１５．１６゜１６′・・・水素添加非晶質シリコ
ン膜、１７．１８．１８’・・・金属層。 第１図 Ｕ−一〜−−−−−従Ｉし茎４反 １２−−−−−−−−　’９Ｂ３ｉｉ’Ｊコー、ｙｉ１
％１３．１３’−−−−−ｎ＋シリコン月莞１４−−−
−−−−−ケ゛−ト胞桶ｊ隻１５ｔｊ６ｓ１６’−−−
ＸＳｉ力ａ非晶勺シリコレ月弥ｔ７．　ｔａ、　ｔａ’
−−一企邑層 第２図 第３図 第４　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁基板上に島状に形成した多結晶薄膜半導体領域
   で構成した絶縁ゲート型電界効果トランジスタにおいて
   、ゲート絶縁膜上に水素を添加した非晶質シリコン膜を
   設け、該非晶質シリコン膜の一部によりゲート電極が形
   成されるように構成したことを特徴とする薄膜トランジ
   スタ。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記非晶質シリコ
   ン膜の一部が、ゲート絶縁膜に形成されている開孔部に
   よってソース領域及びドレイン領域に接触していること
   を特徴とする薄膜トランジスタ。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記非晶質シリコ
   ン膜が一方導電形特性を呈するように不純物添加されて
   いることを特徴とする薄膜トランジスタ。 ４、特許請求の範囲第１項において、上記非晶質シリコ
   ン膜が、その上面に直接、金属膜又は金属シリサイド膜
   が積層されていることを特徴とする薄膜トランジスタ。 ５、特許請求の範囲第１項において、上記多結晶薄膜領
   域が、少くともその一部に、上記非晶質シリコン膜から
   拡散してきた水素と結合した多結晶シリコンを含んでい
   ることを特徴とする薄膜トランジスタ。