JPS6148976A - 薄膜トランジスタ - 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】 〔技術分野〕 本発明は、薄膜トランジスタの構造に関するものである
。

〔従来技術〕

近年、７ｖ膜トランジスタ（以下ＴＰＴと記す）の、デ
バイスへの応用が急速に進んでいる。

この理由としては、製造工程が簡単なこと、素子間分離
が、絶縁基板上に形成するので、容易に行なえること、
さらに浮遊容量が減らせるなどが考えられる。

しかしながら、単結晶シリコンに形成するバルクＭＯ３
）ランジスタと比較すると、ＴＰＴは電荷担体が運ばれ
る半導体領域が非単結晶シリコン層（以下非単結晶Ｓｉ
層）であることから、電荷担体の移動度が低い値におさ
えられる。したがってトランジスタ特性は、第４図の破
線に示すような、しきい値電圧が高く応答速度の鈍い９
、Ｙ性である。

そこで特性を向上させる為に種々の工程が考えられてい
る。例えば、非単結晶８１層のレーザーアニール、ある
いは帯域溶融法による再結晶化である。しかしこれら方
法では、大面積を均一に再結晶化することは、非常に困
難であり、構成されたＴＰＴはその特性に、大きなバラ
ツキが生ずるこのような不均一性を解決する手段として
は、再結晶化を行なう前の結晶状態のままで特性を上げ
ることを考える必要がある。すなわち構造を変えること
で特性を上げる必要がある。その為の具体的な手段は、
チャネル領域の非単結晶Ｓｉ層の薄膜化である。薄膜化
を進めることで、ＴＦＴは、低ゲート電圧で、オン状態
となり、しきい値電圧が下がり、オン電流が増加し、応
答速度およびオン／オフ比等の特性の向上が可能となる
。

しかし従来のＴＰＴの製造方法は、非単結晶８１層の熱
酸化によるゲート酸化膜形成の際、非単結晶Ｓｉ層全面
を熱酸化する為、熱酸化後の非単結晶８１層膜厚は、ソ
ース領域・ドレイン領域・チャネル領域すべて等しくな
る。故に、チャネル領域の熱酸化後の非単結晶８１層膜
厚を薄くしてＴＵＦＴを作製すると、ソース領域・ドレ
イン領域の非単結晶Ｓｉ層が薄い為、゛１＋ｉ、極材料
とのコンタクト形成の際必要となるコンタクトホールの
形成が困難となる上、コンタクト抵抗およびソース領域
・ドレイン領域の抵抗が増大し、ＴＦｌ１３性が、制約
されるという問題点があった。

〔目的〕

本発明はこのような問題点を解決するもので、その目的
とするところは、非単結晶Ｓｉ、４の熱酸化によりゲー
ト絶縁膜形成の隙、窒化シリコンをマスクとして用い、
非単結晶Ｓｉ層のチャネル領域を選択的に熱酸化し、ソ
ース領域・ドレイン領域の熱酸化後の非単結晶８１層膜
厚は厚く、チャネル領域は荀＜シて、コンタクト特性・
トランジスタ特性等の良好なＴＩＰＴの構造を提供する
ことにある。

〔概要〕

本発明は絶縁基板上に、非単結晶８１層および絶縁層を
、層構造にして構成されるＴＩＰＴの、非単結晶Ｓｉ層
に形成されるソース領域とドレイン領域間のチャネル領
域の膜厚を、窒化シリコンをマスクとして用いた、選択
的熱酸化により、局所的に薄くした構造を有することを
特徴とする。

〔実施例〕

以下、本発明について実施例に基づき説明する第１図に
、従来の製造工程により形成された一般的なでＦＴの構
造を、第２図に、本発明に基づき形成したＴＰＴの構造
を示す。

構造上の差は、従来例では、熱酸化後の非単結晶８１層
膜厚が均一であるが、本発明によるＴＰＴは、ソース領
域・ドレイン領域のコンタクト形成部では厚く、チャネ
ル領域では薄くなっていることにある。また選択的熱酸
化のマスクに使用したｆｆｌ化シリコン層は、コンタク
トホール形成時に、眉間絶縁膜６と同時にエツチングす
れば、コンタクト特性に問題とならないので、選択熱酸
化後エツチングする必要はなく、工程の上でも簡略に行
なうことができる。

次に、製造工程について、第３図を用いて説明する。

まず絶縁基板上に、化学気相成長法等により、非単結晶
８１層を形成し、エツチングして島状にする。続いて、
同様な方法により酸化シリコン居および窒化シリコン層
を形成、選択エツチングをすれば、第３図（α）のよう
になる。ここで、熱酸化を行なうと、第３図（ｂ）の様
になる。酸化膜の厚さは、処理時間等により正確に制御
できるので、熱酸化後のチャネル領域の非単結晶ｊ９　
ｉ　％３の膜厚は、任意に設定できる。次に、非単結晶
Ｓ１層への不純物元素の導入により、導電性を良好にし
たゲート電極、あるいは他の導電性の優れた材料により
ゲート電極を形成し、続いて、ホウ紫あるいはリン等の
不純物元素を、非単結晶Ｓｉ層９にイオン打ち込み等に
より導入して、ソース領域・ドレイン領域を形成する。

ゲート電極５を厚く設定すれば、不純物元素のチャネル
領域への進入はないので自己整合により、ソース領域・
ドレイン領域の形成が可能となる。これらにより、第６
図（ｃ）の如く構成となる。次に、１間絶縁膜６を形成
し、コンタクトホールを開け、アルミニウム等電極材料
の形成、エツチングにより、第３図（ｄ）の如く構造の
ＴＮＴが、構成される。

第４図に、従来の非単結晶領域が、ソース領域・ドレイ
ン領域・チャネル領域にわたって均一の膜厚で、コンタ
クトホールの形成が量産を考慮した上で、容易にでき、
しかも良好なコンタクト特性が容易に得られる程度の膜
厚（〜７ＱＯλ）のＴＰＴ特性（破＃りと、本発明の構
造で、チャネル領域が約２８０１で、ソース領域・ドレ
イン領域は前記同様的７００ＸであるＴＩＦＴの特性を
示す。

しきい値電圧が下がり、ドレイン電流の立ち上がりが急
峻となっていることが明確である。ゲート電圧５ｖで比
較すれば、従来のＴＩＰＴより、ドレイン電流は、５桁
以上の増加である。

またオフ電流も従来の構造のものより、１桁以上下がっ
ている。

第４図は例としてＮチャネルＴＩＦＴの特性が示しであ
るが、ＰチャネルＴＰＴについても同様の特性が出力で
きる。

加えて、選択的熱酸化後、窒化シリコン層をエツチング
により取り去り、第５図の如く構造と、したＴＩＦＴも
可能である。このような構造にすることにより、コンタ
クトホール形成の際、二酸化シリコンのエツチングのみ
で行なうことができる。

〔効果〕

以上述べたように、本発明によれば、ソース・ドレイン
・チャネル領域の膜厚が量産時に効率良く適切なコンタ
クトホール形成ができ、さらに良好なコンタクト特性を
可能にする膜厚である非単結晶Ｓｉ層を用いる従来の構
造のＴＩＦＴと比較して、窒化シリコン層をマスクとし
た、選択的熱酸化により、チャネル領域のみ、非単結晶
８１層の膜厚を薄くするという構造にしたことで、しき
い値電圧が下がり、オン電流が増加、さらに、オフ電流
が減少し、ＴＮＴ特性が大巾に向上したので、応答速度
の速いＴＮＴ特性を必要とするデバイスへの応用を可能
にするものであり、また特に１量産時にも安定した特性
を提供できるなど、多大な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の構造のＴＩＩ’Ｔ構造を示す図。 第２図は、本発明による構造を示す図。 第３図（α）〜Ｃｄ）は、一実施例を工程順に示す図で
ある。 第４図は、従来のＴＰＴ特性（破線）と、本発明のＴＰ
Ｔ特性（実線）を示す図。条件はドレイン電圧５ｖ、形
成はチャネル長が５μ犠で、チャネル幅が１０μ惧であ
る。 第５図は、窒化シリコン層を除去して、形成したＴＰＴ
の構造を示す図。 １・・・・・・絶縁基板 ２・・・・・・ソースあるいはドレイン領域３・・・・
・・チャネル領域 ４・・・・・・ゲート絶縁層　　 ５・・・・・・ゲート電極 ６・・・・・・層間絶縁層 ７・・・・・・電極 ８・・・・・・窒化シリコン層 ９・・・・・・非単結晶シリコン １０・・・イオンビーム 以　　上

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板上に、非単結晶シリコン層および絶縁層
   を、層構造にして構成される薄膜トランジスタの、前記
   非単結晶シリコン層に形成されるソース領域とドレイン
   領域間のチャネル領域の膜厚を、局所的に薄くした構造
   を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
2. （２）前記非単結晶シリコン層上のゲート絶縁膜の膜厚
   は、前記チャネル領域およびその近傍上の方がその他の
   領域より厚いことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の薄膜トランジスタ。
3. （３）少なくとも前記ソース領域およびドレイン領域上
   に、窒化シリコン層が存在することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の薄膜トランジスタ。