(57)【要約】【課題】  チャネルへの可動イオンの侵入を防止するために適した薄膜トランジスタを提供することを目的とする。【解決手段】基板と絶縁ゲート型電界効果半導体装置との間には窒化珪素でなる層膜が設けられ、前記絶縁ゲート型電界効果半導体装置のゲイト絶縁膜は少なくとも窒化珪素でなる層を含む構成を取る。この窒化珪素被膜は、ナトリウム等の可動イオンをブロッキングする効果があるので、ゲイト電極その他からチャネル領域に可動イオンが侵入することを防止でき、可動イオンの侵入を防止できる。【選択図】  図１
2004320053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた島状の半導体層と、
前記半導体層上に接し、且つ覆うように設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
を有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接し、且つ覆うように設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しないことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項３】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記第２の窒化珪素膜上に接して設けられたゲイト電極と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しておらず、且つ前記ゲイト電極の端よりも延びていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項４】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
を有し、
前記第１の窒化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚いことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項５】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
を有し、
前記第２の酸化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚いことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項６】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第１の窒化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しないことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項７】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第２の酸化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しないことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項８】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記第２の窒化珪素膜上に接して設けられたゲイト電極と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第１の窒化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しておらず、且つ前記ゲイト電極の端よりも延びていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項９】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記第２の窒化珪素膜上に接して設けられたゲイト電極と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第２の酸化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しておらず、且つ前記ゲイト電極の端よりも延びていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１０】
絶縁基板と、
前記絶縁基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記第２の窒化珪素膜上に接して設けられたゲイト電極と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第１の窒化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の酸化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しておらず、且つ前記ゲイト電極の端よりも延びていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１１】
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた島状の半導体層と、
前記半導体層上に接し、且つ覆うように設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
を有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１２】
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接し、且つ覆うように設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しないことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１３】
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記第２の窒化珪素膜上に接して設けられたゲイト電極と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しておらず、且つ前記ゲイト電極の端よりも延びていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１４】
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
を有し、
前記第１の窒化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚いことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１５】
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
を有し、
前記第２の酸化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚いことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１６】
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第１の窒化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しないことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１７】
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第２の酸化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しないことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１８】
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記第２の窒化珪素膜上に接して設けられたゲイト電極と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第１の窒化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しておらず、且つ前記ゲイト電極の端よりも延びていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項１９】
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記第２の窒化珪素膜上に接して設けられたゲイト電極と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第２の酸化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しておらず、且つ前記ゲイト電極の端よりも延びていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２０】
ガラス基板と、
前記ガラス基板上に接して設けられた第１の窒化珪素膜と、
前記第１の窒化珪素膜上に接して設けられた第１の酸化珪素膜と、
前記第１の酸化珪素膜上に接して設けられた、ソース領域及びドレイン領域並びに前記ソース領域と前記ドレイン領域の間に設けられたチャネル形成領域を有する島状の半導体層と、
前記半導体層上に接して設けられた第２の酸化珪素膜と、
前記第２の酸化珪素膜上に接して設けられた第２の窒化珪素膜と、
前記第２の窒化珪素膜上に接して設けられたゲイト電極と、
前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極と、
前記ドレイン領域に電気的に接続されたドレイン電極と、
を有し、
前記第１の窒化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の酸化珪素膜は、前記第２の窒化珪素膜よりも厚く、
前記第２の窒化珪素膜は、前記チャネル形成領域上に設けられ、且つ前記ソース電極及び前記ドレイン電極に接しておらず、且つ前記ゲイト電極の端よりも延びていることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２１】
請求項３、８、９、１０、１３、１８、１９または２０のいずれか１項において、前記ゲイト電極は、アルミニウム、クロム、チタン、タンタル、シリコンのいずれか、あるいはそれらの合金またはそれらの多層であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２２】
請求項１乃至２１のいずれか１項において、前記半導体層は結晶性シリコンでなることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２３】
請求項１乃至２２のいずれか１項において、前記第１の窒化珪素膜の膜厚は１０〜５０nmであることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２４】
請求項１乃至２３のいずれか１項において、前記第１の酸化珪素膜の膜厚は１００〜８００nmであることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２５】
請求項１乃至２４のいずれか１項において、前記第２の酸化珪素膜の膜厚は５０〜２００nmであることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２６】
請求項１乃至２５のいずれか１項において、前記第２の窒化珪素膜の膜厚は２〜２０nmであることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２７】
請求項１乃至２６のいずれか１項において、前記第１の窒化珪素膜は水素を含むことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２８】
請求項１乃至２７のいずれか１項において、前記第１の窒化珪素膜は酸素を含むことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項２９】
請求項１乃至２８のいずれか１項において、前記第２の窒化珪素膜は水素および酸素を含むことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項３０】
請求項１乃至２９のいずれか１項において、前記第１の窒化珪素膜は、珪素の組成比を1とした場合に窒素の組成比が１〜４／３であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【請求項３１】
請求項１乃至３０のいずれか１項において、前記第２の窒化珪素膜は、珪素の組成比を1とした場合に窒素の組成比が１〜４／３であることを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁ゲイト型半導体装置、特に薄膜状の絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）の構造およびその作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄膜状絶縁ゲイト型電界効果トランジスタ（ＴＦＴ）が盛んに研究されている。例えば、本発明人等の発明である特願平４−３０２２０や同４−３８６３７には、ゲイト電極として、アルミニウムやチタン、クロム、タンタル、シリコンを使用し、その周囲を陽極酸化法によって形成した酸化アルミニウムで覆い、よって、ソース／ドレインとゲイト電極の重なりを無くし、むしろオフセット状態とし、また、ソース／ドレイン領域をレーザーアニールによって再結晶化せしめる作製方法およびＴＦＴが記述されている。
【０００３】
このようなＴＦＴは、従来のオフセットを有しないシリコンゲイトＴＦＴやタンタルやクロムのような高融点金属をゲイト電極とし、熱アニールによって活性化したＴＦＴに比較して優れた特性を示した。しかしながら、その特性を再現性よく得ることは困難であった。
【０００４】
原因の１つは、外部からのナトリウム等の可動イオンの侵入によるものであった。特にアルミニウム等の金属材料からなるゲイト電極の形成（スパッタ法や電子ビーム蒸着法が使用される）やその後の陽極酸化の際に、外部からナトリウムが侵入する危険があったためである。特にスパッタ法では、ナトリウムの汚染が大きかった。しかしながら、スパッタ法は電子ビーム蒸着法よりも量産性に優れた方法であるので、コスト削減のためにはぜひとも使用することが望まれた方法であった。
【０００５】
ナトリウムは、リンガラス等によってブロッキングされ、また、ゲッタリングされることが知られていた。したがって、ゲイト絶縁膜をリンガラスで形成することが一般にはおこなわれていた。しかしながら、リンガラスを上記の特許の目的とする低温で作製することは困難であった。また、リンガラスをこのような低温で作製しようとすれば、酸化珪素のゲイト絶縁膜に、例えばイオンドーピング法によって注入すると、ゲイト絶縁膜中に多くの欠陥が生じ、かえって、ＴＦＴの特性を劣化させてしまうことがあった。
【０００６】
さらに、陽極酸化は１００〜３００Ｖもの高電圧を必要とし、ゲイト絶縁膜の破壊が懸念される。すなわち、上記特許に示された技術範囲では、半導体被膜の上にゲイト絶縁膜が形成され、その上にゲイト電極が存在するのであるが、陽極酸化時には、正に帯電したゲイト電極と浮遊状態の半導体被膜の間に電圧が生じ、ゲイト電極上の陽極酸化膜が厚くなって、ゲイト電極と電解溶液間の抵抗が大きくなるにつれ、ゲイト電極からゲイト絶縁膜、半導体被膜を介して電解溶液に流れる電流が増加する。そして、この電流のためにゲイト絶縁膜が破壊されてしまうことがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような現状を鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は外部からの可動イオンの侵入を防ぎ、さらに、ゲイト絶縁膜の破壊を防止して、信頼性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の絶縁ゲイト型半導体装置は、絶縁基板上に少なくとも半導体層、絶縁膜層およびアルミニウム、クロム、チタン、タンタル、シリコンのいずれか、あるいはそれらの合金またはそれらの多層からなるゲイト電極を有し、絶縁膜層は、酸化アルミニウム単層、酸化珪素単層、窒化珪素単層、窒化アルミニウム単層、酸化アルミニウム層と窒化珪素層の２層、酸化アルミニウム層と酸化珪素層の２層、窒化珪素層と酸化珪素層の２層、または酸化アルミニウム層と酸化珪素層と窒化珪素層の３層からなる。例えば、アルミニウムゲイト電極とゲイト絶縁膜の間に窒化珪素膜を介在させるものである。窒化珪素の組成はシリコンを１としたとき、窒素の比率は１から４／３、より好ましくは１．２から４／３の間が望ましい。もちろん、窒素とシリコン以外に水素や酸素が添加されていてもよい。
【０００９】
この窒化珪素被膜は、ナトリウム等の可動イオンをブロッキングする効果があるので、ゲイト電極その他からチャネル領域に可動イオンが侵入することを防止する効果を有するだけでなく、通常のゲイト絶縁膜である酸化珪素に比べて、導電性がよいのでゲイト電極と、その下の半導体領域（チャネル領域）との間に過剰な電圧がかからず、ゲイト絶縁膜の破壊が防げるという特徴をも有する。
【００１０】
したがって、半導体領域とゲイト絶縁膜を形成し、その後に、前記窒化珪素膜を形成し、しかる後にゲイト電極を形成するためのアルミニウム電極を形成する。アルミニウム電極を陽極酸化している間には、この窒化珪素膜は、基板全面にわたって、一体として存在していると、基板全面にわたって、陽極電位がほぼ一定に保たれるので望ましい。
また、本発明の絶縁ゲイト型半導体装置の作製方法は、絶縁基板上に半導体領域を形成する工程と、前記半導体領域上に、酸化アルミニウム単層、酸化珪素単層、窒化珪素単層、窒化アルミニウム単層、酸化アルミニウム層と窒化珪素層の２層、酸化アルミニウム層と酸化珪素層の２層、窒化珪素層と酸化珪素層の２層、または酸化アルミニウム層と酸化珪素層と窒化珪素層の３層からなる絶縁膜層を形成する工程と、前記絶縁膜層上にアルミニウム、クロム、チタン、タンタル、シリコンのいずれか、あるいはそれらの合金またはそれらの多層を主体とする金属被膜を形成する工程と、前記金属被膜に、電解溶液中で電流を通じて、その表面に酸化物層を形成する工程とを有することを特徴とする。
本発明の絶縁ゲイト型半導体装置およびその作製方法において、前記ゲイト電極（前記金属被膜）が珪素とアルミニウムの合金からなるときは、前記ゲイト電極（前記金属被膜）は珪素が０．５〜３％添加されたアルミニウム層からなる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、ゲイト電極と半導体層（チャネル領域）の間に窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、またはそれらの多層膜を形成することによって、可動イオンの侵入を防止し、また、ゲイト電極の陽極酸化時のゲイト絶縁膜の破壊を防止することができた。
【００１２】
以下に実施例を示し、より詳細に本発明を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１には本実施例の作製工程断面図を示す。なお、本実施例の詳細な条件は、本発明人らの出願した特願平４−３０２２０、あるいは同４−３８６３７とほとんど同じであるので、特別には詳述しない。まず、基板１０１として日本電気硝子社製のＮ−０ガラスを使用した。このガラスは歪温度が高いけれども、リチウムが多く含まれ、また、ナトリウムもかなりの量が存在する。そこで、基板からのこれら可動イオンの侵入を阻止する目的で、プラズマＣＶＤ法もしくは減圧ＣＶＤ法で窒化珪素膜１０２を厚さ１０〜５０ｎｍだけ形成する。さらに、下地の酸化珪素皮膜１０３を厚さ１００〜８００ｎｍだけ、スパッタ法によって形成した。その上にアモルファスシリコン被膜をプラズマＣＶＤ法によって２０〜１００ｎｍだけ形成し、６００℃で１２〜７２時間、窒素雰囲気中でアニールし、結晶化させた。さらに、これをフォトリソグラフィー法と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によってパターニングして、図１（Ａ）に示すように島状の半導体領域１０４（ＮチャネルＴＦＴ用）と１０５（ＰチャネルＴＦＴ用）とを形成した。
【００１４】
さらに、酸化珪素をターゲットとする酸素雰囲気中でのスパッタ法によって、ゲイト酸化膜１０６を厚さ５０〜２００ｎｍだけ堆積した。さらに、窒化珪素膜１０７をプラズマＣＶＤ法もしくは減圧ＣＶＤ法によって、厚さ２〜２０ｎｍ、好ましくは８〜１１ｎｍだけ堆積した。
【００１５】
次に、スパッタリング法もしくは電子ビーム蒸着法によってアルミニウム被膜を形成して、これを混酸（５％の硝酸を添加した燐酸溶液）によってパターニングし、ゲイト電極・配線１０８〜１１１を形成した。このようにして、ＴＦＴの外形を整えた。
【００１６】
さらに、電解溶液中でゲイト電極・配線１０８〜１１１に電流を通じ、陽極酸化法によって、酸化アルミニウム膜１１２〜１１５を形成した。陽極酸化の条件としては、本発明人等の発明である特願平４−３０２２０に記述された方法を採用した。ここまでの様子を図１（Ｂ）に示す。
【００１７】
次に、公知のイオン注入法によって、半導体領域１０４にはＮ型の不純物を、半導体領域１０５にはＰ型の不純物を注入し、Ｎ型不純物領域（ソース、ドレイン）１１６とＰ型不純物領域１１７を形成した。この工程は公知のＣＭＯＳ技術を使用した。さらに、反応性イオンエッチング法によってゲイト電極・配線部の下に存在するもの以外の窒化珪素１０７を除去した。この工程はウェットエッチングによっても代用できる。その際には、陽極酸化膜である酸化アルミニウムと窒化珪素のエッチングレイトの違いを利用して、酸化アルミニウムをマスクとしてセルフアライン的にエッチングできる。
【００１８】
このようにして、図１（Ｄ）に示されるような構造が得られた。なお、当然のことながら、先のイオン注入によって不純物の注入された部分の結晶性は著しく劣化し、実質的に非結晶状態（アモルファス状態、あるいはそれに近い多結晶状態）になっている。そこで、レーザーアニールによって結晶性を回復させた。この工程は、６００〜８５０℃の熱アニールによってもよい。レーザーアニールの条件は、例えば、特願平４−３０２２０に記述されたものを使用した。レーザーアニール後は、２５０〜４５０℃の水素雰囲気（１〜７００ｔｏｒｒ、このましくは５００〜７００ｔｏｒｒ）で３０分〜３時間、アニールをおこない、半導体領域に水素を添加し、格子欠陥（ダングリングボンド等）を減らした。
【００１９】
このようにして、素子の形状を整えた。その後は、通常のように、酸化珪素のスパッタ成膜によって層間絶縁物１１８を形成し、公知のフォトリソグラフィー技術によって電極用孔を形成して、半導体領域あるいはゲイト電極・配線の表面を露出させ、最後に、第２の金属被膜（アルミニウムあるいはクロム）を選択的に形成して、これを電極・配線１１９〜１２１とした。ここで、第１の金属配線１０８、１１１上を第２の金属配線１１９、１２１が横断する。以上のようにして、ＮＴＦＴ１２２とＰＴＦＴ１２３を形成できた。
【実施例２】
【００２０】
図２には本実施例の作製工程断面図を示す。なお、本実施例の詳細な条件は、本発明人らの出願した特願平４−３０２２０とほとんど同じであるので、特別には詳述しない。まず、基板２０１として日本電気硝子社製のＮ−０ガラスを使用し、プラズマＣＶＤ法もしくは減圧ＣＶＤ法で窒化珪素膜２０２を厚さ１０〜５０ｎｍだけ形成した。さらに、下地の酸化珪素皮膜２０３を厚さ１００〜８００ｎｍだけ、スパッタ法によって形成した。その上にアモルファスシリコン被膜をプラズマＣＶＤ法によって２０〜１００ｎｍだけ形成し、６００℃で１２〜７２時間、窒素雰囲気中でアニールし、結晶化させた。さらに、これをパターニングして、図２（Ａ）に示すように島状の半導体領域２０４（ＮチャネルＴＦＴ用）と２０５（ＰチャネルＴＦＴ用）とを形成した。
【００２１】
さらに、スパッタ法によって、ゲイト酸化膜２０６を厚さ５０〜２００ｎｍだけ堆積した。さらに、窒化珪素膜２０７をプラズマＣＶＤ法もしくは減圧ＣＶＤ法によって、厚さ２〜２０ｎｍ、好ましくは８〜１１ｎｍだけ堆積した。
【００２２】
次に、スパッタリング法もしくは電子ビーム蒸着法によってアルミニウム被膜を形成して、これをパターニングし、ゲイト電極・配線２０８〜２１１を形成した。このようにして、図２（Ａ）のようにＴＦＴの外形を整えた。
【００２３】
さらに、電解溶液中でゲイト電極・配線２０８〜２１１に電流を通じ、陽極酸化法によって、酸化アルミニウム膜２１２〜２１５を形成した。陽極酸化の条件としては、本発明人等の発明である特願平３−３０２２０に記述された方法を採用した。ここまでの様子を図２（Ｂ）に示す。
【００２４】
次に、図２（Ｃ）に示すように、反応性イオンエッチング法によってゲイト電極・配線部の下に存在するもの以外の窒化珪素２０７および酸化珪素２０６を除去し、半導体領域２０４、２０５を露出させた。この工程はウェットエッチングによっても代用できる。その際には、陽極酸化膜である酸化アルミニウムと窒化珪素、酸化珪素のエッチングレイトの違いを利用して、酸化アルミニウムをマスクとしてセルフアライン的にエッチングできる。さらに、本発明人等の発明であるレーザードーピング技術（特願平３−２８３９８１）によって、半導体領域２０４にはＮ型の不純物を、半導体領域２０５にはＰ型の不純物をドーピングし、Ｎ型不純物領域（ソース、ドレイン）２１６とＰ型不純物領域２１７を形成した。この工程は特願平３−２８３９８１に記述されるようなＣＭＯＳ技術を使用した。
【００２５】
このようにして、図２（Ｄ）に示されるような構造が得られた。なお、レーザードーピング法では、不純物の注入とアニールが同時におこなわれるため、実施例１のようなレーザーアニールや熱アニールの工程は不要である。レーザードーピング後は、２５０〜４５０℃の水素雰囲気（１〜７００ｔｏｒｒ、このましくは５００〜７００ｔｏｒｒ）で３０分〜３時間、アニールをおこない、半導体領域に水素を添加し、格子欠陥（ダングリングボンド等）を減らした。
【００２６】
このようにして、素子の形状を整えた。その後は、通常のように、酸化珪素のスパッタ成膜によって層間絶縁物２１８を形成し、公知のフォトリソグラフィー技術によって電極用孔を形成して、半導体領域あるいはゲイト電極・配線の表面を露出させ、最後に、第２の金属被膜（アルミニウムあるいはクロム）を選択的に形成して、これを電極・配線２１９〜２２１とした。以上のようにして、ＮＴＦＴ２２２とＰＴＦＴ２２３を形成できた。
【実施例３】
【００２７】
図３には本実施例の作製工程断面図を示す。なお、本実施例の詳細な条件は、本発明人らの出願した特願平４−３０２２０とほとんど同じであるので、特別には詳述しない。まず、基板３０１として日本電気硝子社製のＮ−０ガラスを使用し、プラズマＣＶＤ法もしくは減圧ＣＶＤ法で窒化珪素膜３０２を厚さ１０〜５０ｎｍだけ形成した。さらに、下地の酸化珪素皮膜３０３を厚さ１００〜８００ｎｍだけ、スパッタ法によって形成した。その上にアモルファスシリコン被膜をプラズマＣＶＤ法によって２０〜１００ｎｍだけ形成し、６００℃で１２〜７２時間、窒素雰囲気中でアニールし、結晶化させた。さらに、これをパターニングして、図３（Ａ）に示すように島状の半導体領域３０４（ＮチャネルＴＦＴ用）と３０５（ＰチャネルＴＦＴ用）とを形成した。
【００２８】
さらに、スパッタ法によって、ゲイト酸化膜３０６を厚さ５０〜２００ｎｍだけ堆積した。さらに、窒化珪素膜３０７をプラズマＣＶＤ法もしくは減圧ＣＶＤ法によって、厚さ２〜２０ｎｍ、好ましくは８〜１１ｎｍだけ堆積した。
【００２９】
次に、スパッタリング法もしくは電子ビーム蒸着法によってアルミニウム被膜を形成して、これをパターニングし、ゲイト電極・配線３０８〜３１１を形成した。このようにして、図３（Ａ）のようにＴＦＴの外形を整えた。
【００３０】
さらに、電解溶液中でゲイト電極・配線３０８〜３１１に電流を通じ、陽極酸化法によって、酸化アルミニウム膜３１２〜３１５を形成した。陽極酸化の条件としては、本発明人等の発明である特願平４−３０２２０に記述された方法を採用した。ここまでの様子を図３（Ｂ）に示す。
【００３１】
次に、公知のプラズマイオンドーピング法によって、半導体領域３０４にはＮ型の不純物を、半導体領域３０５にはＰ型の不純物を注入し、Ｎ型不純物領域（ソース、ドレイン）３１６とＰ型不純物領域３１７を形成した。この工程は公知のＣＭＯＳ技術を使用した。プラズマからは、不純物元素以外に、ガスソースの希釈剤として用いられている水素もイオン化し、半導体領域中に注入された。この工程は公知のイオン注入法によってもおこなえるが、後で示す理由から水素イオンも別に注入することが求められる。
【００３２】
このようにして、図３（Ｄ）に示されるような構造が得られた。なお、当然のことながら、先のイオン注入によって不純物の注入された部分の結晶性は著しく劣化し、実質的に非結晶状態（アモルファス状態、あるいはそれに近い多結晶状態）になっている。そこで、レーザーアニールによって結晶性を回復させた。この工程は、６００〜８５０℃の熱アニールによってもよい。レーザーアニールの条件は、例えば、特願平４−３０２２０に記述されたものを使用した。ただし、窒化珪素膜３０７は、波長２５０ｎｍ以下の短波長紫外線を透過しないので、ＸｅＣｌレーザー（波長３０８ｎｍ）やＸｅＦレーザー（波長３５１ｎｍ）を使用した。
【００３３】
レーザーアニール後は、２５０〜４５０℃の水素雰囲気（１〜７００ｔｏｒｒ、このましくは５００〜７００ｔｏｒｒ）で３０分〜３時間、アニールをおこない、半導体中の格子欠陥（ダングリングボンド等）を減らした。実際には、窒化珪素膜３０７が存在する為に、半導体領域の内と外では水素のやりとりはほとんどない。したがって、例えば、プラズマドーピング法では、水素原子も多量に半導体領域中に注入されるけれども、イオン注入法では、別に水素イオン注入の工程を必要とする。また、プラズマドーピング法でも、水素の量が不十分であれば、別に水素をドーピングしなければならない。
【００３４】
このようにして、素子の形状を整えた。その後は、通常のように、酸化珪素のスパッタ成膜によって層間絶縁物３１８を形成し、公知のフォトリソグラフィー技術によって電極用孔を形成して、半導体領域あるいはゲイト電極・配線の表面を露出させ、最後に、第２の金属被膜（アルミニウムあるいはクロム）を選択的に形成して、これを電極・配線３１９〜３２１とした。以上のようにして、ＮＴＦＴ３２２とＰＴＦＴ３２３を形成できた。
【実施例４】
【００３５】
本発明人らの発明であり、平成４年２月２５日出願の『薄膜状絶縁ゲイト型半導体装置およびその作製方法』（出願人、株式会社半導体エネルギー研究所、整理番号Ｐ００２０４２−０１乃至Ｐ００２０４４−０３、以上３件）に記述される２層のチャネルを有するＴＦＴに関して、本発明を適用した例を図２に示す。
【００３６】
すなわち、図４、図５、図６において、４０１、５０１、６０１はＮチャネルＴＦＴ、４０２、４０２、４０２はＰチャネルＴＦＴであり、その各図においてチャネル領域の第１の層４０８、４１０、５０８、５１０、５０８、５１０はいずれも実質的にアモルファスシリコンからなっている。その厚さは２０〜２００ｎｍであった。
【００３７】
また、４０７、４０９、５０７、５０９、６０７、６０９は実質的に多結晶もしくはセミアモルファス状態のシリコンで、その厚さは２０〜２００ｎｍである。さらに、４０４、４０６、５０４、５０６、６０４、６０６は酸化珪素からできたゲイト絶縁膜であり、厚さは５０〜３００ｎｍである。そして、４０３、４０５、５０３、５０５、６０３、６０５は実施例１〜３と同じように形成された厚さ２〜２０ｎｍの窒化珪素膜である。これらの構造については、上記の特許出願あるいは実施例１の記述に基づいて作製された。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明による半導体装置の作製工程図（断面）を示す。
【図２】本発明による半導体装置の作製工程図（断面）を示す。
【図３】本発明による半導体装置の作製工程図（断面）を示す。
【図４】従来例による半導体装置の構造例を示す。
【図５】従来例による半導体装置の構造例を示す。
【図６】従来例による半導体装置の構造例を示す。
【符号の説明】
【００３９】
１０１                絶縁基板
１０２                ブロッキング層（窒化珪素）
１０３                ブロッキング層（酸化珪素）
１０４                半導体領域（ＮチャネルＴＦＴ用）
１０５                半導体領域（ＰチャネルＴＦＴ用）
１０６                ゲイト絶縁膜
１０７                窒化珪素膜
１０８〜１１１        ゲイト電極・配線（アルミニウム）
１１２〜１１５        陽極酸化物層
１１６                Ｎ型不純物領域
１１７                Ｐ型不純物領域
１１８                層間絶縁物
１１９〜１２１        第２層金属配線
１２２                ＮＴＦＴ
１２３                ＰＴＦＴ
【図１】
2004320053.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004320053.tif 000005
【図４】
2004320053.tif 000006
【図５】
2004320053.tif 000007
【図６】
2004320053.tif 000008