JPS6159873A - 薄膜電界効果トランジスタおよびその製造方法 - 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かかわり、と夛わけ非晶質シリコ
ン、微結晶シリコン等のシリコン化合物半導体薄膜を用
いた薄膜電界効果トランジスタおよび製造方法（以降Ｔ
ＰＴと略す）に関するものである。

従来例の構成とその問題点 第１図は、従来開発された半導体の活性＠域に非晶質ン
ソコン化合物半導体水素化合物、フ、素化合物、ゲルマ
ニウム［−化合物ｅｔｃをもちいだＴＦＴの工程断面図
である。まず、第１図（ａｌに示すように、絶縁性基板
１上にゲートとなる第１の金、回層２（たとえばＭｏ　
、　Ｃｒ　、　ＮｉＣｒ等）を選択的に被着形成する。

ついで全面に第１の絶縁層３（たとえば窒化シリコン、
酸化シリコン等）、非晶質シリコン化合物半導体層４た
とえば水素化非晶質シリコン（以降ｉ層と略す）、そし
て第２の絶縁層５を順次被着する。

次に第１図（ｂ）に示したように第２の絶縁層５を第１
の金属層２と重なった部分でＴＦＴのチャンネルとなる
べき部分は少なくとも残し、そうして１層４を選択びフ
にほとんど露出した後に全面に不純物を含む非単結晶シ
リコン化合物半導体層６たとえばＰをドープしたｎ型非
晶質シリコン層（以降ｎ＋層と略す）を被着する。その
後、第１図（Ｃ）に示したように、ｎ＋６　、ｉ層４．
を選択的に除去して、第２の絶縁層を残した部分５を含
む島状の非晶質シリコン層（６′＋　４′）を形成する
。

さらに、第１の金、次層２への接続を与えるための開口
部７を第１の絶縁層３に形成した後に、全面に第２の金
属ＦＩ９を被着し、１．多４上に被着されたｎ＋層６り
上を含んで第１の絶縁層３上にはソース・ドレイン配線
８を、また曲記開口部７を含んで第１の絶縁層３上には
ゲート配線９を形成する。最後にソース・ドレイン配線
８をマスクとして第２の絶縁層５′上のｎ＋層を除去し
て第１図（ｄ）に示すように従来の薄膜電界効果トラン
ジスタが完成する。

従来のＴＰＴでは、半導体の活性＠域に非晶質シリコン
層４′をもちいているため、有効電子移動度が０．１〜
１．○、、ｌ／Ｖ、ｓｅｃと低い。それでも高速動作や
大きなＯＮ電流を必要としない液晶セルと組み合せるこ
とによって画像表示装置を構成するＴＦＴのスイッチン
グアレイを得ることはできる。しかし半導体の活性領域
に非晶、質シリコンを用いる限り、画像入力信号処理回
路を構成するに充分な応答速度が得られない。

ところで、微結晶シリコン化合物半導体の有効電子易動
度は、非晶質シリコン化合物半導体のものの数倍程度大
きい。従って、半導体の活性＠域としてゲート絶縁膜に
続いて微結晶シリコン化合物半導体を被着形成すれば良
いのだが、この場合。

■微結晶シリコン化合物半導体をグロー放電分解法によ
っ製膜する場合、製膜条沖の高周波電力が大きく（後述
）、ゲート絶縁膜と半導体層との界面のダメージが大き
いこと、■グロー放電とともに基板表面温度が上昇し、
水素分子及び原子が膜中から扱けることの二つの原因で
、界面坐位密度がかなり大きくなり電気的特性が不安定
で劣悪である。

発明の目的 本発明は、半導体の活性領域に電子易動度の大きい微結
晶シリコン化合物半導体をうまくもちいて、従来の方法
では実現できなかった高速動作を可能にするだめの改菩
すべき一つのテーマとして、薄膜電界効果トランジスタ
の電子易動度を高めることが目的である。

発明の構成 本発明によるＴＰＴは、電子易動度を高めるために、半
導体層に微結晶シリコン化合物をもちいる際絶縁膜と微
結晶シリコン化合物層との間に、非晶質シリ・コン化合
物層をもうけだ。

これにより従来より優れていた絶縁膜と非晶質シリコン
化合物半導体層との界面準位密度を小さくたもちつつ、
微結晶シリコン化合物半導体の製作時の物理化学現象を
利用して、非晶質シリコン化合物半導体と微結晶シリコ
ン化合物半導体との界面学位を良好にし、エネルギー学
位密度の低下をはかると伴に、電子易動度の大きい微結
晶シリコン化合物半導体を導入し、電子易動度の高いＴ
ＦＴを製作した。

実施例の説明 第２図は、本発明の一実施例における半導体装置の工程
断面図を示すものである。なお同一機能の各部について
は、第１図と同じ番号を付す。

まず第２図（ｄ）に示すように絶縁性基板１例えばガラ
ス板上にゲート電極及びゲート配線となる第１の金属層
２例えばＣｒ　、　ＮｉＣｒ　、　Ｍｏなどを選択的に
被着形成する。次いで全面にまずゲート絶縁層３として
例えば窒化ンリコン層、酸化シリコン層などを、次に第
１の半導体層として非晶質シリコン化合物半導体層１４
（以降１１と略す）例えば水素化非晶質シリコン２７ノ
素化非晶質シリコン、炭化非晶質シリコンなどを、続い
て第２の半導体層とし微結晶シリコン化合物半導体層２
４（以降１２と略す）例えば水素化微結晶シリコン。

フッ素化微結晶ンリコンなどを、さらに続いて第２の絶
縁層５例えば窒化シリコン、酸化シリコンなどを順次被
着する。

これら絶縁膜及び半導体膜の被着方法は、容量結合型高
周波グロー放電法による。原料ガスとしては、絶縁層３
，５に窒化ンリコン層を得るならＳｔＨ、ＮＨ３，Ｎ２
　　の混合ガスを使用し、非晶質シリコン化合物半導体
層１４（１１）に水素化非晶質シリコン層を得るならＳ
　ｉＨａを使用し、真空度０．６　Ｔｏｒｒ　、基板温
度３００℃、高周波電力１２Ｗ（電極直径３０ｃｒｎ）
＋電極距離２１閲で得られる。また微結晶シリコン化合
物半導体層２４（ｉ２層）に水素化微結晶シリコンを得
るなら、５１Ｈ４，５５ｃｃｒｎｒ　Ｈ２１５０Ｓｃｃ
ｍの混合ガスを使用し、真空度１．４Ｔｏｒｒ　、基板
温度２６０℃。

１３、５６）Ｋ　ノ高周波電力２５０Ｗ（電極直径３０
ｃｒｎ）、電極間距離２２酎で得られる。

次に第２図（ｂ）に示したように、第２の絶縁層５を第
１の金属層２と重なった所でＴＦＴのチャンネルとなる
べき部分は少なくとも残して、１１層１４と１２層２４
を選択的にほとんどの部分を露出させた後に全面に不純
物を含む非単結晶シリコン化合物半導体層（以降は仮り
にｎ＋−μＣ層と略す）６を被着する。例えばＰをドー
プしたｎ型水素化微結晶シリコ７層６を被着する場合、
その条件は、ＳｉＨ６ｓｃｃｒｎ、　　Ｈ２１５０ｓｃ
ｃＩｎ、　ＰＲ。

０、０５　ｓ　ＣＣｒｎ　　の混合ガスを使用し、真空
度１．４Ｔｏｒｒ　、基板温度２５０℃、高周波電力２
００Ｗ（電極直径３０　ｃｍ　）、電極距離２１叫であ
る。

得られた膜の比抵抗は１ｏ　Ω／口、活性エネルギー０
．０２　ｅＶであった。

その後、第２図（Ｃ）に示したように、ｎ＋−μＣ層６
．１２層２４．１１層１４を選択的に除去して、第２の
絶縁層を残した部分５′を含み島状に形成する。

さらに第１の金属層２への接続を与えるための開口部７
を第１の絶縁層３に形成した後に、全面に第２の金属層
９例えばＡＱ　、　Ｃｒ　、　ＮｉＣｒ　、Ａｕなどを
被着し、　１１層１４′　、１２層２４′上に被着され
たｎ＋−μＣ層６り上を少なくとも一部含んで、第１の
絶縁層３上にはソース・ドレイン配線８を、また卯記開
口部７を含んで第１の絶縁層３上にはゲート配ａ９を形
成する。

最後にソース・ドレイン配線８をマスクとして、第２の
絶縁層５′　上のｎ＋−μＣ層を除去して、第２図（ｄ
）に示すように本発明のＲ膜電界効果トランジスタが完
成する。

第１の半導体層として７１１Ｍする非晶質シリコン化合
物半導体層１４の膜厚は、２０００Å以上では従来の半
導体活性領域に非晶質シリコン化合物半導体のみをもち
いたＴＰＴの特性とさほどかわらず、また前記第１の半
導体層１４の膜厚が２ωÅ以下では従来の半導体活性領
域に微結晶シリコン化合物半導体のみをもちいたＴＰＴ
と同様、ゲート絶縁膜と半導体層との界面学位密度がか
なり大きく、電気的特性の大きな改善は見られなかった
。

しかしゲート絶縁膜に続く第１の半導体層として非晶質
シリコン化合物半導体層１４（ここでは水素化非晶質シ
リコンをもちいた）の膜厚を５００人波着し、第２の半
導体層として微結晶シリコン本発明によるＴＦＴでは、
絶縁膜と半導体層との界面単位密度を低く保つため、ま
ず第１の半導体層として非晶質ンリコン化合物半専体層
を被着した。またそのＴＰＴの空え層が大きく広がり、
第２の半導体層にまで広がることを利用して、第２の半
導体層に、電子易動度の大きい微結晶シリコン化合物半
導体をもちい前記目的を達成した。

尚、第１の半導体層として具体的に用いた水素化非晶質
シリコン層は、たとえば高周波電力１２Ｗで製作され、
次に続く第２の半導体層として具体的に用いた水素化微
結晶シリコン膜は、たとえば高周波電力２５０Ｗと約２
０倍の電力で製作されるが、第１の半導体層の膜厚が５
００人の場合第２の半導体層被着時の水素プラズマを主
体とするプラズマに、絶縁膜と第１の半導体層との界面
は影響を受けずに、第１の半導体層と第２の半導体層と
の界面となる表面は、前記プラズマにさらされ欠陥が補
償されるため、エネルギー学位密度の大きな増大を伴な
わずに、連続的に第２の半導体層が被着される。また第
２の半導体層被着に要する時間は十数分間と短時間であ
り、そのプラズマによる基板表面温度もさほど上昇しな
いので電気的特性の優れた有効電子易動度の大きいＴＰ
Ｔが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図ｆ−）〜（ｄ）は従来の工程断面図、第２図（ａ
）〜（ｄ）は本発明の一実施例のＴＦＴの概略工程断面
７である。 １・・・・・絶縁性基板、２・・・・・・第１の金属層
、３・・・・・・第１の絶縁層、１４　、１４’・・・
・・・非晶質シリコン化合物半導体層、５．ｄ・・・・
・・第２の絶縁層、ら。 ６（・・・・・非単結晶ンリコ／化合物半導作、＠、８
・・・・・・ンース・ドレイン配線、９・・・・・・ゲ
ー１１．２４１２４′・・・・・・微結晶シリコン化合
物半導体層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　軟　男　ほか１名第１
図 第１図 ５′

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁性基板上にゲートとなる第１の金属層が選択
   的に形成され、第１の絶縁層を介して第１の金属層を含
   む絶縁性基板上に、第１の半導体層として非晶質シリコ
   ン化合物半導体層、第２の半導体層として微結晶シリコ
   ン化合物半導体層の二層が島状に選択形成され、前記二
   層からなる島状の半導体層上で第１の金属層と一部重な
   り合うように形成された１対の不純物を含む非単結晶シ
   リコン化合物半導体層をソース・ドレインとし、このソ
   ース・ドレインを除く前記二層からなる島状の半導体層
   上には第２の絶縁層が選択形成され、前記不純物を含む
   非単結晶シリコン層よりなるソース・ドレイン上に第２
   の金属層よりなるソース・ドレイン配線が形成されてい
   ることを特徴とする薄膜電界効果トランジスタ。
2. （２）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の絶縁層、第１の半導体層とし
   て非晶質シリコン化合物半導体層、第２の半導体層とし
   て微結晶シリコン化合物半導体層、第２の絶縁層を順次
   形成する工程と、第１の金属層と重なった部分で、チャ
   ンネルとなるべき部分は、少なくとも第２の絶縁層を残
   す工程と、全面に不純物を含む非単結晶シリコン化合物
   半導体層を形成する工程と、前記第２の絶縁層を残した
   部分を含んで不純物を含む非単結晶シリコン化合物半導
   体層と前記第２、第１の半導体層である微結晶シリコン
   化合物半導体層、非晶質シリコン化合物半導体層の三層
   を島状に形成する工程と、前記第２の絶縁層を残した部
   分以外の前記三層よりなる島部の少なくとも一部を含ん
   で第２の金属層を選択的に被着形成する工程と、前記第
   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化合物半導体層を除去する工程とか
   らなる薄膜電界効果トランジスタの製造方法。