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JP2593639B2 - Insulated gate field effect semiconductor device - Google Patents

Insulated gate field effect semiconductor device

Info

Publication number
JP2593639B2
JP2593639B2 JP56125003A JP12500381A JP2593639B2 JP 2593639 B2 JP2593639 B2 JP 2593639B2 JP 56125003 A JP56125003 A JP 56125003A JP 12500381 A JP12500381 A JP 12500381A JP 2593639 B2 JP2593639 B2 JP 2593639B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
semi
semiconductor device
field effect
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP56125003A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5827364A (en
Inventor
舜平 山崎
Original Assignee
株式会社 半導体エネルギー研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社 半導体エネルギー研究所 filed Critical 株式会社 半導体エネルギー研究所
Priority to JP56125003A priority Critical patent/JP2593639B2/en
Publication of JPS5827364A publication Critical patent/JPS5827364A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2593639B2 publication Critical patent/JP2593639B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]

Landscapes

  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、絶縁ゲート型電界効果半導体装置に関する
ものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an insulated gate field effect semiconductor device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第1図は従来の絶縁ゲート型電界効果半導体装置の縦
断面図である。すなわち、従来アモルファス半導体を用
いた絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、絶縁基板
(1)と、当該絶縁基板(1)上に形成されたゲート電
極(3)、(13)と、当該ゲート電極(3)および(1
3)上に形成されたゲート絶縁膜(11)と、当該ゲート
絶縁膜(11)を介してゲート電極(3)および(13)に
対向するように配置されたチャネル形成領域(5)およ
び(10)と、当該チャネル形成領域(5)および(10)
を挟むように形成されたソース領域(6)、(9)およ
びドレイン領域(7)、(8)とから構成されている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a conventional insulated gate field effect semiconductor device. That is, a conventional insulated gate field effect semiconductor device using an amorphous semiconductor includes an insulating substrate (1), gate electrodes (3) and (13) formed on the insulating substrate (1), and the gate electrode ( 3) and (1)
3) A gate insulating film (11) formed thereon, and channel forming regions (5) and (5) arranged so as to face the gate electrodes (3) and (13) via the gate insulating film (11). 10) and the channel forming regions (5) and (10)
And source regions (6) and (9) and drain regions (7) and (8) formed so as to sandwich them.

絶縁基板(1)は、たとえば耐熱性材料、たとえばモ
リブデンから作られている。
The insulating substrate (1) is made of, for example, a heat-resistant material, for example, molybdenum.

ゲート絶縁膜(11)は、たとえばCVD法により珪素を
0.1μmないし0.5μmの厚さに設けられる。
The gate insulating film (11) is made of, for example, silicon by a CVD method.
It is provided with a thickness of 0.1 μm to 0.5 μm.

次に、ゲート絶縁膜(11)の上面には、アモルファス
半導体が形成され、選択エッチングにより、ゲート電極
(3)および(13)上の対応する位置にチャネル形成領
域(5)、(10)が形成される。
Next, an amorphous semiconductor is formed on the upper surface of the gate insulating film (11), and channel formation regions (5) and (10) are formed by selective etching at corresponding positions on the gate electrodes (3) and (13). It is formed.

さらに、Nチャネル絶縁ゲート型電界効果半導体装置
(12)は、N型の半導体層からなるソース領域(6)、
ドレイン領域(7)が選択的にフォトエッチング法を用
いて形成される。また、Pチャネル型絶縁ゲート型電界
効果半導体装置(2)は、たとえばアルミュームを真空
蒸着法で形成した後、選択エッチングを行い、ソース領
域(9)、ドレイン領域(8)を形成し、第1図に示す
C/MOS・FETを完成させている。
Further, the N-channel insulated gate field effect semiconductor device (12) has a source region (6) composed of an N-type semiconductor layer,
A drain region (7) is selectively formed using a photo-etching method. The P-channel insulated-gate field-effect semiconductor device (2) is formed, for example, by forming an aluminum film by a vacuum deposition method and then performing selective etching to form a source region (9) and a drain region (8). Shown in the figure
The C / MOS FET has been completed.

また、絶縁基板上に設けられた5Åないし200Åの大
きさの微結晶性を有するセミアモルファスシリコン半導
体は、本出願人の以下の文献に発表されている。たとえ
ば、特願昭55-120322号、特開昭55-151329号公報、特願
昭56-65826号、Appl.Phys.Lett.38[3]p.142-143(19
81−2−1)がある。
Further, a semi-amorphous silicon semiconductor having microcrystallinity of 5 to 200 mm provided on an insulating substrate is disclosed in the following document of the present applicant. For example, Japanese Patent Application No. 55-120322, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-151329, Japanese Patent Application No. 56-65826, Appl. Phys. Lett. 38 [3] p.
81-2-1).

そして、セミアモルファス半導体は、その電気−光伝
導度がAMI(100mw/cm2)の光エネルギーを与えた場合、
1×10-3(Ωcm)-1ないし8×10-2(Ωcm)-1を有し、
これらの値は、単結晶珪素半導体の1/2ないし1/10とき
わめてすぐれた特性を有していることが実験的に見出さ
れた。
When a semi-amorphous semiconductor gives light energy whose electric-photoconductivity is AMI (100 mw / cm 2 ),
1 × 10 −3 (Ωcm) −1 to 8 × 10 −2 (Ωcm) −1 ,
It has been experimentally found that these values have extremely excellent characteristics of 1/2 to 1/10 that of a single crystal silicon semiconductor.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

第1図に示す絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、ゲ
ート絶縁膜(11)がCVD法で形成されるため、高密度に
ならず、結果としてゲート電極(3)とチャネル形成領
域(5)とがショートし易い。そのため、従来例におけ
る絶縁ゲート型電界効果半導体装置のゲート絶縁膜(1
1)は、通常0.3μm以上と厚くしなければならなかっ
た。
In the insulated gate field effect semiconductor device shown in FIG. 1, the gate insulating film (11) is formed by the CVD method, so that the gate insulating film (11) does not have a high density. As a result, the gate electrode (3) and the channel forming region (5) are not formed. But it is easy to short. Therefore, the gate insulating film (1) of the conventional insulated gate type field effect semiconductor device is
In 1), the thickness had to be increased to 0.3 μm or more.

その結果として、絶縁ゲート型電界効果半導体装置を
駆動するゲート電圧は、20Vないし60Vと大きな電圧が必
要となり、いわゆる1.5Vないし5V程度の低い電圧とする
ことが不可能であった。
As a result, a gate voltage for driving the insulated gate field-effect semiconductor device needs to be as high as 20 V to 60 V, and it has been impossible to set a so-called low voltage of about 1.5 V to 5 V.

しかも、絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、ゲート
電極(15)の両端とチャネル形成領域(5)の両端と、
ソース領域(6)およびドレイン領域(7)の一端とを
精密に位置合わせすることが必要である。
In addition, the insulated gate field effect semiconductor device has both ends of the gate electrode (15) and both ends of the channel formation region (5),
It is necessary to precisely align one end of the source region (6) and one end of the drain region (7).

しかし、絶縁基板(1)上に凸凹がある状態で1μm
以上の高精度での位置合わせが不可能であった。
However, when there is unevenness on the insulating substrate (1), 1 μm
The above high-precision positioning was impossible.

その結果として、従来例における絶縁ゲート型電界効
果半導体装置の位置合わせには、20μmないし30μmも
のトレランスを作っていた。そのため、絶縁ゲート型電
界効果半導体装置におけるドレイン電圧は、50Vないし7
0Vと高くなるため、1.5Vないし10V程度の低圧駆動とす
ることが不可能であった。
As a result, a tolerance of 20 μm to 30 μm has been created for positioning the insulated gate field effect semiconductor device in the conventional example. Therefore, the drain voltage in the insulated gate field effect semiconductor device is 50 V to 7
Since the voltage becomes as high as 0 V, it was impossible to perform low-voltage driving of about 1.5 V to 10 V.

さらに、構造敏感性を有するいわゆるチャネル形成領
域(5)と接する表面(17)には、P型またはN型の導
電型の不純物を0.5%ないし2%もの多量にドープされ
た半導体が密着されている。したがって、この不純物を
含む半導体は、チャネル形成領域(5)の表面(17)に
おいて、完全にエッチング除去されない限り、この部分
でソース領域(6)とドレイン領域(7)とがショート
してしまう。
Further, on a surface (17) in contact with a so-called channel forming region (5) having structure sensitivity, a semiconductor doped with a large amount of P-type or N-type conductivity type impurities as much as 0.5% to 2% is adhered. I have. Therefore, unless the semiconductor containing the impurity is completely removed by etching on the surface (17) of the channel forming region (5), the source region (6) and the drain region (7) are short-circuited at this portion.

しかし、上記不純物を含む半導体は、その下側のチャ
ネル形成領域(5)と同一主成分であるため、選択エッ
チングがきわめて困難であった。
However, since the semiconductor containing the impurity has the same main component as that of the channel forming region (5) under the semiconductor, selective etching is extremely difficult.

さらに、第1図において、4回のフォトマスクを用い
て作るが、ゲート電極(3)とソース領域(6)および
ドレイン領域(7)とは、異種材料であり、絶縁基板
(1)上にリード配線を抵抗の小さい金属で作ろうとす
ると、さらに、この上面に2回のフォトマスクを必要と
し、合計6回になるにもかかわらず単層配線しかできな
いという欠点を有する。
1, the gate electrode (3), the source region (6) and the drain region (7) are made of different materials, and are formed on the insulating substrate (1). If a lead wiring is to be made of a metal having a low resistance, a further photomask is required on the upper surface, and there is a disadvantage that only a single-layer wiring can be formed despite a total of six times.

また、セミアモルファス半導体は、従来より知られた
薄膜型の絶縁ゲート型電界効果半導体装置、すなわち第
1図に示す縦断面の構造に適用した場合、本来のセミア
モルファス半導体としての特性を有さず満足した特性が
得られなかった。
A semi-amorphous semiconductor, when applied to a conventionally known thin-film insulated gate field-effect semiconductor device, that is, a structure having a longitudinal section shown in FIG. Satisfactory characteristics could not be obtained.

本発明は、以上のような課題を解決するためのもの
で、ゲート絶縁膜を薄くして、低電圧駆動が可能な絶縁
ゲート型電界効果半導体装置を提供することを目的とす
る。
An object of the present invention is to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an insulated gate field effect semiconductor device in which a gate insulating film can be thinned and driven at a low voltage.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

前記目的を達成するために、本出願人は、絶縁基板上
に設けられた5Åないし200Åの大きさの微結晶性を有
するセミアモルスシリコン半導体をゲート電極下のチャ
ネル形成領域に用いることにより、薄膜型構造の絶縁ゲ
ート型電界効果半導体装置においても、単結晶半導体と
同様の特性を得ることに気付いた。
In order to achieve the above object, the present applicant uses a semi-amorphous silicon semiconductor having microcrystallinity of 5 ° to 200 ° provided on an insulating substrate for a channel formation region under a gate electrode, It has also been found that a thin-film insulated gate field-effect semiconductor device has the same characteristics as a single crystal semiconductor.

すなわち、本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、平坦な絶縁表面を有する基板(1)と、当該基板
(1)上に水素または弗素のごときハロゲン元素が再結
合中心中和用として0.01モル%ないし5%モル添加され
た微結晶性を有すると共に、真性または実質的に真性の
導電型を有するセミアモルファス半導体(20)を形成し
てなるチャネル形成領域(19)と、前記セミアモルファ
ス半導体(20)上に密接して300Åないし2000Åの厚さ
の酸化珪素または窒化珪素からなるゲート絶縁膜(33)
と、当該ゲート絶縁膜(33)上に形成されたゲート電極
(35)と、前記セミアモルファス半導体(20)上で、前
記ゲート絶縁膜(33)を挟むように隣接して一対の高濃
度に添加された不純物領域からなるソース領域(29)お
よびドレイン領域(30)と、前記セミアモルファス半導
体(20)が接しているゲート絶縁膜(33)、ソース領域
(29)およびドレイン領域(30)以外の部分を覆う絶縁
膜(31)とから構成され、前記ゲート電極に1.5Vないし
10Vの駆動電圧を印加することによって動作することを
特徴とする。
That is, the insulated gate type field effect semiconductor device of the present invention comprises a substrate (1) having a flat insulating surface, and 0.01 mol of a halogen element such as hydrogen or fluorine for neutralizing a recombination center on the substrate (1). A channel forming region (19) formed by forming a semi-amorphous semiconductor (20) having an intrinsic or substantially intrinsic conductivity type having microcrystallinity added in an amount of from 5% to 5% by mole, and the semi-amorphous semiconductor ( 20) A gate insulating film made of silicon oxide or silicon nitride having a thickness of 300 to 2000 mm in close contact with the gate insulating film (33)
A gate electrode (35) formed on the gate insulating film (33) and a pair of high-concentration adjacent to the semi-amorphous semiconductor (20) with the gate insulating film (33) interposed therebetween. Other than the source region (29) and the drain region (30) made of the added impurity region, and the gate insulating film (33), the source region (29) and the drain region (30) in contact with the semi-amorphous semiconductor (20). And an insulating film (31) covering a portion of the gate electrode.
It operates by applying a driving voltage of 10V.

〔作用〕[Action]

本発明は、セミアモルファスからなるチャネル形成領
域上に、従来例より一桁厚さの薄い300Åないし2000Å
の厚さからなるゲート絶縁膜と、当該ゲート絶縁膜を挟
んで一対の高濃度に添加された不純物領域からなるソー
ス領域およびドレイン領域が形成されている。
The present invention provides a semiconductor device having a thickness of 300 to 2000 mm, which is one digit thinner than the conventional example, on a channel forming region made of semi-amorphous.
And a source region and a drain region composed of a pair of heavily doped impurity regions sandwiching the gate insulating film.

そのため、セミアモルファスからなるチャネル形成領
域と、高濃度に添加された不純物領域からなるソース領
域およびドレイン領域とは、従来のものと比較して高い
電気導電度を有する。
Therefore, the channel formation region made of semi-amorphous and the source region and the drain region made of the impurity region added at a high concentration have higher electric conductivity than the conventional one.

すなわち、本出願人は、絶縁ゲート型電界効果半導体
装置において、チャネル形成領域をセミアモルファスと
したり、あるいはソース領域およびドレイン領域に不純
物を高濃度に添加することで、従来のものよりも、1.5V
ないし10Vという低いゲート電圧でチャネル形成領域に
おける電流を流れ易くした。
That is, in the insulated gate type field effect semiconductor device, the channel formation region is made semi-amorphous, or the source region and the drain region are doped with a higher concentration of impurities, so that the voltage is 1.5 V higher than that of the conventional device.
The current in the channel forming region is made easier to flow at a gate voltage as low as 10 V or 10 V.

その結果、絶縁ゲート型電界効果半導体装置のゲート
絶縁は、ゲート電圧が下げられた分だけ薄くすることが
可能となる。特に、チャネル形成領域をセミアモルファ
ス半導体としたため、キャリアの移動度も102ないし104
倍も早くできた。
As a result, the gate insulation of the insulated gate field effect semiconductor device can be made thinner by the reduced gate voltage. In particular, since the channel formation region is a semi-amorphous semiconductor, carrier mobility is also 10 2 to 10 4
It was twice as fast.

結果としてこれまで10KHz以上の動作周波数を期待で
きなかったが、本発明では、1MHz以上の高い周波数での
動作を可能にできた。
As a result, an operating frequency of 10 KHz or higher could not be expected, but in the present invention, operation at a high frequency of 1 MHz or higher was enabled.

また、特にチャネル形成領域を真性または実質的に真
性の導電型のセミアモルファス半導体とすることによ
り、Pチャネル型の絶縁ゲート型電界効果半導体装置を
作ることが可能となった。
In particular, a P-channel insulated gate field effect semiconductor device can be manufactured by forming a channel formation region of an intrinsic or substantially intrinsic conductive semi-amorphous semiconductor.

特に、従来のアモルファスシリコンをチャネル形成領
域に用いるとNチャネル型TFTのみしか作ることができ
なかったが、本発明によりC/TFT(相補型)を作ること
が初めて可能になった。
In particular, when only the conventional amorphous silicon was used for the channel formation region, only an N-channel TFT could be formed, but the present invention has made it possible for the first time to form a C / TFT (complementary).

結果として、省エネルギー型にすること、高速動作を
させること、液晶ディスプレイの周辺回路として同一基
板に搭載することを可能にできる等の多くの効果を有す
る。
As a result, there are many effects such as energy saving, high-speed operation, and being able to be mounted on the same substrate as a peripheral circuit of a liquid crystal display.

そして、本発明は、ゲート絶縁膜を従来のものと比較
して一桁薄くすることができたので、従来より低い電圧
によって絶縁ゲート型電界効果半導体装置を駆動するこ
とができる。
In addition, according to the present invention, the gate insulating film can be made one digit thinner than the conventional one, so that the insulated gate field effect semiconductor device can be driven by a lower voltage than the conventional one.

また、本発明は、基板特にその上面の半導体と反応を
起こさせない基板たとえばガラスまたはセラミック基板
または導電性基板において、オーム接触をする基板上に
プラズマCVD法によりセミアモルファス半導体を形成
し、このセミアモルファス半導体の特性を積極的に絶縁
ゲート型電界効果半導体装置に用いんとしたものであ
る。
In addition, the present invention provides a semi-amorphous semiconductor formed by a plasma CVD method on a substrate that makes ohmic contact with a substrate, particularly a substrate that does not react with the semiconductor on the upper surface thereof, for example, a glass or ceramic substrate or a conductive substrate. The characteristics of semiconductors have been positively used in insulated gate field effect semiconductor devices.

さらに、本発明は、チャネル形成領域にセミアモルフ
ァス半導体を用い、その下側、上側、側部のすべてを絶
縁物または高不純物濃度を有する半導体で覆っており、
この半導体としての構造敏感性を利用してゲート電極を
制御することができる。
Further, in the present invention, a semi-amorphous semiconductor is used for a channel formation region, and the lower side, the upper side, and all the side portions are covered with an insulator or a semiconductor having a high impurity concentration.
The gate electrode can be controlled by utilizing the structure sensitivity as a semiconductor.

そのため、駆動電圧は、従来の40Vないし80Vというの
ではなく、ゲート電圧、ドレイン電圧とも5Vないし10V
となり、さらに1.5Vとすることも可能である。
For this reason, the driving voltage is not limited to the conventional 40V to 80V, but both the gate voltage and the drain voltage are 5V to 10V.
, And it is possible to set the voltage to 1.5V.

本発明は、以上の効果のみならず半導体装置として集
積化しやすいこと、他の重要な要素である抵抗、キャパ
シタも同時に一体化して作り易い。
In addition to the above effects, the present invention can be easily integrated as a semiconductor device, and can be easily integrated with other important elements such as a resistor and a capacitor.

また、本発明は、チャネル形成領域をセミアモルファ
ス半導体で作るということに加えてデバイスとして作製
する際にも有利である。
Further, the present invention is advantageous in that a channel formation region is made of a semi-amorphous semiconductor and also when it is manufactured as a device.

〔実施例〕〔Example〕

以下、第2図を参照しつつ本発明の一実施例を説明す
る。第2図は本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置
の製造工程を示す縦断面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention.

第2図(A)において、基板(1)は、絶縁性であ
り、かつ透光性基板であるガラス、または導電性基板で
あるステンレスからなり、この上にセミアモルファス半
導体(20)が0.1μmないし1μmの厚さにプラズマ気
相法で形成された。
In FIG. 2 (A), a substrate (1) is made of glass which is an insulating and translucent substrate or stainless steel which is a conductive substrate, on which a semi-amorphous semiconductor (20) is 0.1 μm thick. It was formed by a plasma gas phase method to a thickness of 1 to 1 μm.

このセミアモルファス半導体(20)は、シラン(モノ
シランまたはポリシラン)またはフッ化珪素をヘリュー
ムまたは水素で希釈し、0.01torrないし10torr、たとえ
ば0.3torrの反応炉内に導き、10℃ないし400℃、たとえ
ば300℃に加熱された基板(1)上に前記反応性気体に
直流、高周波(500KHZないし50MHZ、たとえば13.56MH
Z)またはマイクロ波(1GHZないし10GHZ、たとえば2.45
GHZ)の磁場エネルギーを20Wないし200Wの出力を加え
て、グロー放電またはアーク放電を行わしめ、これら反
応性気体およびキャリアガスをプラズマ化し、分解、反
応せしめ、基板(1)上に微結晶性を有する真性または
実質的に真性のセミアモルファス半導体(20)を形成さ
せるものである。
This semi-amorphous semiconductor (20) is obtained by diluting silane (monosilane or polysilane) or silicon fluoride with helium or hydrogen, introducing the diluted solution into a reactor having a pressure of 0.01 to 10 torr, for example, 0.3 torr, and then heating it to a temperature of 10 to 400 ° C., for example, 300 to 300. Direct current, high frequency (500 KHZ to 50 MHZ, for example, 13.56 MHZ) is applied to the reactive gas on the substrate (1) heated to
Z) or microwave (1GHZ to 10GHZ, eg 2.45
GHZ) magnetic field energy of 20 W to 200 W is applied to perform glow discharge or arc discharge, and these reactive gases and carrier gas are converted into plasma, decomposed and reacted, and microcrystallinity is formed on the substrate (1). To form an intrinsic or substantially intrinsic semi-amorphous semiconductor (20).

このセミアモルファス半導体(20)は、X線解析像で
調べたところ5Åないし200Åのショートレンジオーダ
の大きさの結晶性を有するのみならず、珪素の不対結合
手を中和させる水素、フッ素の如きハロゲン元素による
再結合中心中和剤に0.01モル%ないし5モル%添加され
ている。
This semi-amorphous semiconductor (20) has a crystallinity in the order of 5 to 200 mm in the short-range order as determined by an X-ray analysis image, as well as hydrogen and fluorine that neutralize dangling bonds of silicon. 0.01 mol% to 5 mol% is added to the recombination center neutralizing agent by the halogen element.

さらに、このセミアモルファス半導体(20)のこれら
の中和剤で相殺できない不対結合手を1013cm-3ないし10
15cm-3の濃度に中和するため、リチューム、ナトリュー
ムまたはカリュームの如きアルカリ金属を1014cm-3ない
し1017cm-3の濃度にしてもよい。
Furthermore, unpaired bonds of this semi-amorphous semiconductor (20) that cannot be offset by these neutralizing agents are 10 13 cm -3 to 10
To neutralize to a concentration of 15 cm -3, an alkali metal such as lithium, sodium or calcium may be at a concentration of 10 14 cm -3 to 10 17 cm -3 .

このセミアモルファス半導体(20)は、暗伝導度1×
10-5(Ωcm)-1ないし3×10-3(Ωcm)-1を有し、アモ
ルファス半導体の10-9(Ωcm)-1ないし10-6(Ωcm)-1
に比べても102ないし104倍も大きい。光伝導度がAM1の
条件下にて1×10-3(Ωcm)-1ないし8×10-2(Ωcm)
-1を実験的に有し、特にアモルファス半導体の10-6(Ω
cm)-1ないし3×10-4(Ωcm)-1に比べて10ないし103
倍も大きい。
This semi-amorphous semiconductor (20) has a dark conductivity of 1 ×
10 −5 (Ωcm) −1 to 3 × 10 −3 (Ωcm) −1 , and 10 −9 (Ωcm) −1 to 10 −6 (Ωcm) −1 of amorphous semiconductor
10 2 to 10 4 times larger than 1 × 10 -3 (Ωcm) -1 to 8 × 10 -2 (Ωcm) under the condition that the photoconductivity is AM1
-1 experimentally, especially 10 -6
cm) -1 to 3 × 10 -4 (Ωcm) -10 to 10 3 compared to -1
Twice as large.

そのため、このセミアモルファス半導体(20)を流れ
る電子の移動度もまたホールの移動度もアモルファス半
導体の102ないし104倍も大きく、このセミアモルファス
半導体(20)を絶縁ゲート型電界効果半導体装置のチャ
ネル形成領域用の半導体として用いることは、高速応答
用の半導体装置を作る上にきわめて重要である。
Therefore, the electron mobility flowing semi-amorphous semiconductor (20) is also the mobility of holes is also larger 10 4 times to 10 2 to amorphous semiconductor, the semi-amorphous semiconductor (20) an insulated gate field effect semiconductor device Use as a semiconductor for a channel formation region is extremely important for manufacturing a semiconductor device for high-speed response.

さらに、第2図(A)は、マスク(21)を1μmない
し5μmの厚さに選択的に形成して、ここに第1のフォ
トマスクを用いた。これは減圧プラズマ気相法により
酸化珪素または耐熱性有機樹脂であるポリイミド樹脂膜
(PIQ)であってもよい。
In FIG. 2A, a mask (21) is selectively formed to a thickness of 1 μm to 5 μm, and a first photomask is used here. This may be silicon oxide or a polyimide resin film (PIQ) which is a heat-resistant organic resin by a low pressure plasma gas phase method.

第2図において、絶縁ゲート型電界効果半導体装置の
領域(22)は、ソース領域(26)と、ドレイン領域(2
7)と、チャネル形成領域(24)とから構成されてい
る。
In FIG. 2, the region (22) of the insulated gate field effect semiconductor device includes a source region (26) and a drain region (2).
7) and a channel forming region (24).

この後、この上面に再びアモルファス半導体またはセ
ミアモルファス半導体の半導体層(25)を0.1μmない
し1μmの厚さでセミアモルファス半導体(20)と同様
の方法にて形成した。
Thereafter, a semiconductor layer (25) of an amorphous semiconductor or a semi-amorphous semiconductor was formed on this upper surface again in a thickness of 0.1 μm to 1 μm in the same manner as the semi-amorphous semiconductor (20).

この時、Nチャネルまたは、Pチャネル絶縁ゲート型
電界効果半導体装置を作るため、N型またはP型の半導
体層のそれぞれに対し、5価の不純物であるリン、3価
の不純物であるホウ素を0.2%ないし2%添加した。か
くして、第2図(A)に示す被膜構成を得た。
At this time, in order to form an N-channel or P-channel insulated gate field effect semiconductor device, phosphorus, which is a pentavalent impurity, and boron, which is a trivalent impurity, are added to each of the N-type or P-type semiconductor layers. % To 2%. Thus, a coating structure shown in FIG. 2 (A) was obtained.

第2図(B)は、第2図(A)の構造にてマスク(2
1)を超音波を軽く加えてエッチング液に浸し溶去し
た。すると、ソース領域(26)とドレイン領域(27)に
一対を構成して一導電型の半導体層(29)、(30)がソ
ース、ドレインとして形成される。さらに、この上面に
フィールド絶縁膜(31)を酸化珪素またはポリイミド樹
脂膜により0.1μmないし1μmの厚さに形成して第2
図(B)を得た。
FIG. 2 (B) shows a mask (2) in the structure of FIG. 2 (A).
1) was slightly immersed in an etching solution by applying ultrasonic waves to elute. Then, a pair of the source region (26) and the drain region (27) is formed, and the semiconductor layers (29) and (30) of one conductivity type are formed as a source and a drain. Further, a field insulating film (31) is formed on the upper surface with a silicon oxide or polyimide resin film to a thickness of 0.1 μm to 1 μm to form a second
Figure (B) is obtained.

次に、チャネル形成領域(24)に相当する部分および
電極用コンタクト用開穴(32)のフィールド絶縁膜(3
1)を選択的に第2のフォトマスクにより除去した。
Next, the field insulating film (3) of the portion corresponding to the channel formation region (24) and the opening (32) for the electrode contact is formed.
1) was selectively removed by a second photomask.

この後、ゲート絶縁膜(33)は、プラズマ酸化法によ
って、300Åないし2000Åの厚さに形成された。すなわ
ち、酸素または酸化性気体を2.45GHZ(出力100Wないし5
00W)のマイクロ波により分解、活性化し、この活性化
した酸化性気体中に基板を300℃ないし500℃の温度にて
設置して、この表面に酸化物特にセミアモルファス半導
体(20)が珪素であった時は、酸化珪素膜を作製した。
Thereafter, the gate insulating film (33) was formed to a thickness of 300 to 2000 mm by a plasma oxidation method. That is, oxygen or oxidizing gas is converted to 2.45 GHZ (output 100 W to 5
The substrate is placed at a temperature of 300 ° C. to 500 ° C. in the activated oxidizing gas, and an oxide, particularly a semi-amorphous semiconductor (20), is made of silicon on the surface of the substrate. When there was, a silicon oxide film was formed.

上記酸化性気体の代わりにアンモニア等の窒化性気体
であってもよい。もちろんプラズマ気相法により酸化珪
素、窒化珪素等の絶縁膜を300Åないし2000Åの厚さに
形成してもよい。
Instead of the oxidizing gas, a nitriding gas such as ammonia may be used. Of course, an insulating film of silicon oxide, silicon nitride, or the like may be formed to a thickness of 300 to 2000 mm by a plasma vapor method.

さらに、不揮発性メモリとするには、このゲート絶縁
膜中に半導体または金属の塊状のクラスタまたは薄膜を
形成し、電荷捕獲中心とする有効である。
Further, in order to form a non-volatile memory, it is effective to form a cluster or thin film of a semiconductor or a metal in the gate insulating film and use it as a charge trapping center.

またMNOS構造にしてもよい。これらこの絶縁ゲート型
電界効果半導体装置を応用することによってきめられる
自由度を有する。
Also, an MNOS structure may be used. There is a degree of freedom determined by applying these insulated gate field effect semiconductor devices.

かくの如くにして、ゲート絶縁膜(33)を形成した第
3のフォトマスクによりソース領域(29)またはドレ
イン領域(30)に開口(32)を設けた後、ゲート電極
(35)、ドレイン電極(34)、リード(36)を金属膜を
選択的に第4のフォトマスクを用いて作製した。
Thus, after the opening (32) is provided in the source region (29) or the drain region (30) by the third photomask having the gate insulating film (33) formed thereon, the gate electrode (35) and the drain electrode (34) A lead (36) was formed by selectively using a metal film with a fourth photomask.

これらの電極、リード線は、アルミニューム等の真空
蒸着法およびフォトエッチング法を用いるのが有効であ
る。
For these electrodes and lead wires, it is effective to use a vacuum deposition method of aluminum or the like and a photo etching method.

信頼性上それらの金属がその下側の絶縁膜または半導
体層にしみこむことがないようにするには、リフトオフ
法と無電界メッキ法を組み合わせた方法が好ましかっ
た。
In order to prevent such metals from seeping into the underlying insulating film or semiconductor layer for reliability, a method combining a lift-off method and an electroless plating method was preferred.

すなわち、第2図(D)において、ゲート電極(3
5)、リード(36)が設けられていない部分に第2図
(A)と同様にマスク用レジストを設け、この上面およ
びその太陽電池一面に金属のみを選択的に溶去、除去す
る方法である。
That is, in FIG. 2D, the gate electrode (3
5), a mask resist is provided on a portion where the lead (36) is not provided in the same manner as in FIG. 2 (A), and only the metal is selectively removed and removed on this upper surface and the entire solar cell. is there.

以上の如くにして、第2図(D)に示される縦断面図
の構造を有する絶縁ゲート型電界効果半導体装置を得
た。この時一対の不純物領域は、ソース領域(29)、ド
レイン領域(30)として機能し、チャネル形成領域(1
9)は、そのチャネル長を0.3μmないし20μm、特に2
μmないし3μmとすることができ、従来のアモルファ
ス半導体を用いた第1図の構造に比べて103ないし106
もの高い周波数応答を得ることができた。
As described above, an insulated gate field effect semiconductor device having the structure of the vertical cross section shown in FIG. 2D was obtained. At this time, the pair of impurity regions functions as a source region (29) and a drain region (30), and the channel formation region (1
9) has a channel length of 0.3 μm to 20 μm, particularly 2 μm.
μm to 3 μm, and a frequency response as high as 10 3 to 10 6 times higher than that of the structure of FIG. 1 using a conventional amorphous semiconductor could be obtained.

さらに、駆動電圧は、1.5Vないし10V、代表的には5V
ないし10Vで可能であり、従来の1/2ないし1/5にまで下
げることができた。
In addition, the drive voltage is 1.5V to 10V, typically 5V
Or 10V, and could be reduced to 1/2 or 1/5 of the conventional level.

第2図よりあきらかな如く、チャネル形成領域(19)
を構成するセミアモルファス半導体(20)は、その上側
をゲート絶縁膜(33)で覆われており、下側電極を有す
る薄い基板(1)上に形成されている。特に、チャネル
形成領域(19)は、その全ての面を絶縁膜、または半導
体で覆われており、大気に触れることによる劣化がな
い。
As apparent from FIG. 2, the channel forming region (19)
Is covered with a gate insulating film (33), and is formed on a thin substrate (1) having a lower electrode. In particular, the channel formation region (19) is covered with an insulating film or a semiconductor on all surfaces, and does not deteriorate due to exposure to the air.

また、本発明において、セミアモルファス半導体は、
アモルファス半導体にくらべてきわめて構造敏感性を有
し、このセミアモルファス半導体を基板上に何らかの凸
部、特に金属電極が設けられているのではなく、平坦な
ガラス基板等セミアモルファス半導体と反応をしない材
料上に形成されている。
In the present invention, the semi-amorphous semiconductor is
A material that is extremely structurally sensitive compared to amorphous semiconductors, and that does not react with semi-amorphous semiconductors such as flat glass substrates, rather than having any convex parts on the substrate, especially metal electrodes. Is formed on.

また、このセミアモルファス半導体からなるチャネル
形成領域上には、不純物が添加された半導体層(25)を
積層し、この不純物がドープされてリークが発生してし
まう等の問題がない等の特徴を有する。
In addition, a semiconductor layer (25) to which an impurity is added is stacked on the channel forming region made of the semi-amorphous semiconductor, and there is no problem that the impurity is doped and a leak does not occur. Have.

本発明は、単にひとつの絶縁ゲート型電界効果半導体
装置を示したが、これは複数の絶縁ゲート型電界効果半
導体装置を同一基板上に集積化して設けることも容易で
あり、さらにリード(36)上に層間絶縁物を設け第2の
リードを多層配列して設けることも容易である。
Although the present invention has shown only one insulated gate type field effect semiconductor device, it is easy to provide a plurality of insulated gate type field effect semiconductor devices on the same substrate, and furthermore, the lead (36) It is also easy to provide an interlayer insulator thereon and to arrange the second leads in a multilayer arrangement.

また、基板(1)を透光性のガラスとした時、下層よ
り光を照射してその光の有無を検出するフォト・トラン
ジスタとして作用させることが可能である。また、フォ
ト・トランジスタは、集積化することによって、撮像用
半導体装置として用いることも可能である。
When the substrate (1) is made of translucent glass, light can be emitted from the lower layer to function as a phototransistor for detecting the presence or absence of the light. In addition, the phototransistor can be used as an imaging semiconductor device by being integrated.

本発明は、珪素を中心に記載したが、SiC16(0<X
<1)、Si34-X(1<X<4)であっても、またゲル
マニューム、3−5価化合物であってもよい。
Although the present invention has been described with a focus on silicon, SiC 16 (0 <X
<1), Si 3 N 4-X (1 <X <4), or germanium or a 3- to 5-valent compound.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、絶縁ゲート型電界効果半導体装置に
おけるチャネル形成領域をセミアモルファス半導体とす
ると共に、ソース領域およびドレイン領域に高濃度の不
純物を添加したので、ソース領域、チャネル形成領域、
およびドレイン領域における電子・ホールの移動度が大
きく、ゲート絶縁膜を従来と一桁薄くしても、チャネル
形成領域とゲート絶縁膜とが短絡しない。
According to the present invention, the channel forming region in the insulated gate field effect semiconductor device is made of a semi-amorphous semiconductor, and the source region and the drain region are doped with high concentration impurities, so that the source region, the channel forming region,
In addition, the mobility of electrons and holes in the drain region is large, and the channel formation region and the gate insulating film are not short-circuited even if the gate insulating film is thinned by one digit compared to the related art.

したがって、本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装
置は、ゲート絶縁膜が従来と一桁薄いので、1.5Vないし
10Vという低電圧駆動を行なうことが可能となった。ま
た、電子・ホールの移動度が大きいため、絶縁ゲート型
電界効果半導体装置の応答速度が大きくなった。
Therefore, the insulated gate type field effect semiconductor device of the present invention has a gate insulating film which is one digit thinner than the conventional one, so that the gate insulating film is 1.5 V or less.
It has become possible to drive at a low voltage of 10V. Further, since the mobility of electrons and holes is large, the response speed of the insulated gate field effect semiconductor device is increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は従来の半導体装置の縦断面図である。 第2図は本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置の製
造工程を示す縦断面図である。 1……基板 19(24)……チャネル形成領域 20……セミアモルファス半導体 21……マスク 22……絶縁ゲート型電界効果半導体装置の領域 25……半導体層 26(29)……ソース領域 27(30)……ドレイン領域 31……フィールド絶縁膜 32……穴 33……ゲート絶縁膜 34……電極 35……ゲート電極 36……リード
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a conventional semiconductor device. FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing process of the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention. 1 ... substrate 19 (24) ... channel formation region 20 ... semi-amorphous semiconductor 21 ... mask 22 ... region of insulated gate field effect semiconductor device 25 ... semiconductor layer 26 (29) ... source region 27 ( 30) Drain region 31 Field insulating film 32 Hole 33 Gate insulating film 34 Electrode 35 Gate electrode 36 Lead

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】平坦な絶縁表面を有する基板と、 当該基板上に水素または弗素のごときハロゲン元素が再
結合中心中和用として0.01モル%ないし5モル%添加さ
れた微結晶性を有すると共に、真性または実質的に真性
の導電型を有するセミアモルファス半導体を形成してな
るチャネル形成領域と、 前記セミアモルファス半導体上に密接して300Åないし2
000Åの厚さの酸化珪素または窒化珪素からなるゲート
絶縁膜と、 当該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、 前記セミアモルファス半導体上で、前記ゲート絶縁膜を
挟むように隣接して一対の高濃度に添加された不純物領
域からなるソース領域およびドレイン領域と、 前記セミアモルファス半導体が接しているゲート絶縁
膜、ソース領域およびドレイン領域以外の部分を覆う絶
縁膜と、 から構成され、前記ゲート電極に1.5Vないし10Vの駆動
電圧を印加することによって動作することを特徴とする
絶縁ゲート型電界効果半導体装置。
1. A substrate having a flat insulating surface, and microcrystallinity wherein 0.01 mol% to 5 mol% of a halogen element such as hydrogen or fluorine is added on the substrate for neutralizing a recombination center. A channel forming region formed by forming a semi-amorphous semiconductor having an intrinsic or substantially intrinsic conductivity type; and
A gate insulating film made of silicon oxide or silicon nitride having a thickness of 000 mm; a gate electrode formed on the gate insulating film; and a pair of adjacent semi-amorphous semiconductors sandwiching the gate insulating film. A source region and a drain region formed of a highly doped impurity region; a gate insulating film in contact with the semi-amorphous semiconductor; and an insulating film covering a portion other than the source region and the drain region. An insulated gate field effect semiconductor device, which operates by applying a driving voltage of 1.5 V to 10 V to the device.
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