JPH05211336A - 絶縁ゲイト型電界効果半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ゲイト電極とチャネル形成領域間のピンホー
ルによるリークを防ぐこと及び酸化物絶縁膜がチャネル
形成領域の珪素との間の反応により劣化することを防止
すること。 【構成】 絶縁基板を有する基板１上に一導電型の非単
結晶半導体又は導体よりなるゲイト型電極２０と、該電
極の上面及び側面を囲んで前記ゲイト電極の酸化物の絶
縁物と窒化珪素との多層膜よりなるゲイト絶縁物２１
と、該ゲイト絶縁物を構成する窒化珪素に隣接してチャ
ネル形成領域を構成する真正又は実質的に真正の水素が
添加された非単結晶半導体２７が設けられた絶縁ゲイト
型電界効果半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は絶縁表面を有する基板上
に非単結晶半導体（以下ＮＳＣＳという）を用いた絶縁
ゲイト型電界効果半導体装置、その作製方法およびその
応用した集積化構造に関する。

【０００２】本発明はかかる基板上にプラズマＣＶＤ法
等により蒸着形成される非単結晶半導体（以下ＮＳＣＳ
という）をその特性を利用して形成せんとするもので、
その構造においても特にその製造工程にサポートされた
構造において、従来の絶縁ゲイト型電界効果半導体装置
（以下単にＩＧＦＥＴという）に比べ、製造のし易さ、
特性の安定性がきわめてすぐれたものとなっている。さ
らに本発明の作製方法を用いて同一基板上に複数ケのＩ
ＧＦＥＴをマトリックス構造にせしめることにより単位
面積あたり最大の理想的な構造、アレーで配置させるこ
とを特徴としている。

【０００３】本発明は非単結晶半導体であるすなわちア
モルフアスシリコン、格子歪を有する結晶性シリコン、
多結晶シリコン半導体を含むものである。特にアモルフ
アスシリコンのひとつであるセミアモルフアス半導体も
含まれる。この半導体に関しては、本発明人の出願にな
る特許願（セミアモルファス半導体 特願昭55-26388S5
5.3.3出願、半導体装置作製方法 特願昭54-58863 S54.
5.14出願）に記されている。すなわち特にセミアモルフ
ァス半導体例えば珪素半導体における単結晶性を有さな
い半導体をガラス基板、多結晶構造のアルミナ等のセラ
ミック基板上に形成した場合であっても、その電気一光
伝導度がＡＭ１（100mW/ｃｍ² ）の光エネルギを与えた
場合、１×10^-3〜８×10^-2( Ωｃｍ）^-1を有し、また暗
伝導度が実質的に真性の状態において、１×10^-6〜１×
10^-5( Ωｃｍ）^-1を有する。これらの値は単結晶珪素半
導体の1/2 〜1/10ときわめてすぐれた特性を有している
ことが実験的に本発明人により見出されたものでその内
容はAppl.Phys.Lett 38(3) 、1981 142〜144 または198
1年春季応用物理学会講演会laS5 微結晶を含むａ−Si
の構造観察と光学的・電気的特性 422ページ、さらに19
81年秋季第42回応用物理学会学術講演会7a-A-1、7a-A-2
403ページにその一部が発表されている。

【０００４】

【従来の技術】従来アモルファス半導体を用いたＩＧＦ
ＥＴとして第１図の如きたて断面図を有する構造が知ら
れている。図１において絶縁基板(1) 上にゲイト電極
(3),(13)が耐熱性材料例えばモリブデンにより作られて
いる。さらにゲイト絶縁膜(11)として単層膜で構成せし
める。その製造方法としてＣＶＤ法により酸化珪素を0.
1〜0.5 μｍの厚さに設ける。次にこの上面にＡＳを形
成し、(5),(10)のチャネル型ゲイト上のみに選択エッチ
をして形成する。さらにＮチャネルＩＧＦＥＴ(11)にお
けるＮ型の半導体層(6),(7) を選択的にフォトエッチ法
を用いて形成し、またＰチャネル型ＩＧＦＥＴ(2) に対
しては、アルミニュームを真空蒸着法で形成し、選択エ
ッチをしてソース(9),ドレイン(8) を作り、図１の如く
C/MOS ・ FETを完成させている。

【０００５】この構造においてはゲイト絶縁物(11)が一
層の絶縁膜からなりかつその被膜もＣＶＤ法で形成され
るため、高密度ではなく、反応性に欠け結果としてゲイ
ト電極(3) と半導体(5) とがピンホールによりショー
ト、リークしやすく、そのため絶縁物(11)を0.3 μｍ以
上と厚くしなければならない。また酸化珪素とアモルフ
アスシリコン膜は添加されている水素を触媒として単に
反応が進行し、信頼性の低下を促してしまっていた。そ
して特性の劣化が発生していた。結果としてゲイト電圧
は20〜60Ｖと大きな電圧となり、いわゆる1.5 〜５Ｖの
低電圧駆動が全く不可能である。

【０００６】またこの従来例においては、ゲイト電極(1
5)の両端と半導体(5) の両端とソース(6) 、ドレイン
(7) の一端を精密に位置合せすることができない。即ち
ガラス基板のそり、縮み及び基板上に凹凸がある状態で
合せ精度１μｍ以内の高精度にて位置合せすることは全
く不可能である。結果として20〜30μｍものトレランス
（余裕度）を作っておりそのためドレインとゲイト電極
の寄生容量が生じ、ドレイン電圧も50〜70Ｖと高くな
り、また製造バラツキも大きくなってしまい実用不可能
であった。さらに構造敏感性を有するいわゆるチャネル
形成領域と接する半導体(5) の表面(17)において、Ｐま
たはＮ型の導電型の不純物が0.5 〜２％もの多量にドー
プされた半導体が密着し、それを完全にエッチング除去
しない限りこの部分でソース(6),ドレイン(7) がショー
トしてしまう。しかしこれは下側の半導体(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になっ
てしまった。

【０００７】さらにこの裏面が完成された第１図の構造
になっても空気中に露呈するため、構造敏感性を有する
半導体主に微結晶性を有するＡＳにおいては全く信頼性
において、また製造バラツキにおいて工業的に実用不可
能であった。このように図１の構造を用いることは全く
不適当であった。

【０００８】本発明は上記の欠点をなくし、ゲイト電極
とチャネル形成領域間のピンホールによるリークを防ぐ
こと及び酸化物絶縁膜がチャネル形成領域の珪素との間
の反応により劣化することを防止した絶縁ゲイト型電界
効果半導体装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】上記の目的のため本発
明は石英等の絶縁表面を有する基板上に一導電型の非単
結晶半導体または導体よりなるゲイト型電極と、該電極
を囲んでゲイト電極を形成する酸化物の絶縁物と、その
外側に窒化珪素を形成する２層構造のゲイト絶縁膜を形
成する。そしてこの窒化珪素絶縁物に隣接してチャネル
形成領域を構成する真性の非単結晶半導体を設ける。さ
らに互いに離間してソース、ドレインを構成する一対の
一導電型の半導体領域とが設けられ、前記ソース及びド
レインを構成する半導体領域の各々の端部が前記ゲイト
絶縁物の両端部と一致して設けられたこととした。

【００１０】このような構成とすることにより、ゲイト
絶縁物は非単結晶半導体でなる酸化物ではなく窒化珪素
が形成され、さらにゲイト電極の回りにはこの材料を酸
化する工程をへた酸化物で形成しているため気相法で作
られた被膜の如きピンホールが少なくかつチャネル形成
領域とは水素を通さない特性を有する窒化珪素で酸化物
絶縁膜が隔離されている。特に窒化珪素を減圧気相法で
形成する場合は、ピンホールが被膜、特にゲイト電極の
コーナ部のカバレージの悪さにより生じ、ゲイト電極と
チャネル形成領域とでリークが生じやすい。これに対し
てはゲイト電極の酸化によりピンホールのない絶縁膜を
予め形成しているためゲイト電極とチャネル形成領域間
のピンホールによるリークを防ぐことができる。

【００１１】また他方ピンホールのない酸化物であって
も、その構成要素である酸素はチャネル形成領域を構成
する水素を含んだ珪素と、もし直接接するならば互いに
反応し劣化しやすい。これに対しては窒化珪素が水素、
酸素のブロッキングをしている。即ち２種類の絶縁物が
互いに補完しあう構成としている。

【００１２】またこのような構造とすることによりゲイ
ト電極の側面のゲイト絶縁物の一端とソース及びドレイ
ンの一端とが概略一致させることが可能となるばかりで
なく集積化構造において、それぞれのＩＧＦＥＴの周辺
にアイソレーション領域が従来まであったが、本発明の
構造によりこの領域はその回路構成を工夫し、さらにＮ
ＳＣＳの特性を利用すれば不要であることが判明したた
めＩＧＦＥＴを対をなして構成せしめ、そのソースドレ
インを共通構成させることにより集積密度を向上せしめ
ることが可能である。

【００１３】さらにこの構造によりゲイト電極の両端と
ソース、ドレインの一端とが概略一致したセルフアライ
ン構造を有しせしめることは、これまでの薄膜トランジ
スタの構造では全く提案されていない特徴である。かか
る構造のため、チャネル長も１〜10μｍというきわめて
短チャネルを形成させることも可能となり、ゲイト電
圧、ドレイン電圧とも従来の40〜80Ｖ駆動というのでは
なく、ゲイト電圧、ドレイン電圧とも５〜10Ｖ駆動が可
能となる。さらに 1.5Ｖ駆動もその構造において微結晶
性を有するＡＳをチャネル形成領域に用いる場合１〜４
×10ＭＨ_z また、ＡＳでも１〜３×10ＭＨ_z のＦ特性を
行うことが本質的に可能であるという特徴を有する。

【００１４】その他、ゲイト電極として耐熱性を有する
不純物が多量に添加されたＰまたはＮ型のＰＣＳを用
い、その上面及び側面をこのゲイト電極材料の酸化物上
にその外側に窒化珪素を形成してゲイト絶縁物とするこ
とにより、ゲイト絶縁物をち密なピンホールのない構造
とすることも可能である。さらにこのゲイトの側面に隣
接して、ＰまたはＮのＮＳＣＳ特にＰＣＳを採用するこ
とにより電気伝導度１〜100 （Ωｃｍ）^-1を有せしめる
ことができ、このゲイト上面とソース、ドレインを構成
する半導体領域の上面とをなめらかに連続させることに
よりプレナー構造とすることもできる。

【００１５】さらにこれらすべてを形成させてしまった
後に、この上面すなわちゲイトおよびソース、ドレイン
上にチャネル形成領域を有する構造敏感性を有するＮＳ
ＣＳを0.05〜５μｍ代表的には0.1 〜１μｍの厚さに形
成せしめることによりこの構造敏感性の真性またはＰ，
Ｎの半導体はその構造特性を半導体を作製する工程にお
いて熱処理等により変質されることなく、所望の特性を
有せしめたものとすることもできる。

【００１６】さらに本発明はかかる絶縁ゲイト型電界効
果半導体装置（以下ＩＧＦＥＴという）が集積化しやす
い構造を有するとともに、このＩＧＦＥＴをさらに高密
度に集積化してマトリックス構造を有せしめることもで
きる。さらにこの構造に加えて、基板に透光性の石英ガ
ラスを用いることにより、基板側での光程度を検出する
イメージセンサを設けること、また基板として遮光性の
アルミナセラミック基板を用い、この上面に（ｌｔｒ＋
キャパシタ）／セル構造を有せしめ、特にこのキャパシ
タを液晶を用いることにより平面パネルディスプレーを
構成せしめることも可能である。またｌｔｒ／セルの不
揮発性メモリのマトリックスをも構成させることができ
る。以下にその実施例を図面に従って説明する。図２〜
図４は本発明のＩＧＦＥＴのたて断面図およびその製造
工程を示す。

【００１７】

【実施例】〔実施例１〕図２に本発明の実施例を示す。
これはゲイトを構成せしめる工程を示す。図２（Ａ）に
おいて基板(1) 側が絶縁性でありかつ透光性基板である
ガラスまたはセラミック基板である。本発明はプラズマ
気相法をその主たるプロセスとして用いた。これは例え
ば被形成面上にＮＳＣＳ(20)を0.1 〜１μｍの厚さにプ
ラズマ気相法で形成した。このＮＳＣＳ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、0.01〜10torr例えば0.3torr の
反応炉内に導き、100 〜400 ℃例えば300 ℃に加熱され
た基板上に前記反応性気体に直流、高周波(500ＫＨ_z 〜
50ＭＨ_z 例えば13.5ＭＨ_z ）またはマイクロ波（１〜10
GH_z 例えは2.45GH_z ）の電磁エネルギを５〜200 Ｗ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、反応せしめ基板上に微結晶性を有する真性または実
質的に真性のＮＳＣＳを形成させたものである。

【００１８】図４（Ｃ）より明らかな如く、この発明に
おいて、ソースドレイン間を流れる電流は基板上面と平
行方向である。このためこのＮＳＣＳの生成においてグ
ローまたはアーク放電の電極方向に基板表面を平行に配
置し、横方向の電気伝導度が大きくなるように行った。

【００１９】このＮＳＣＳは同一反応炉において生成温
度の依存性もあるが、出力により例えば５〜20ＷはＡ
Ｓ、20〜50Ｗは中間領域である微結晶性を有するＡＳ、
80〜200 ＷはＰＣＳとなり、また温度が400 度以上でか
つ50Ｗ以上ではＰＣＳと本発明に用いたプラズマＣＶＤ
装置においては分類できた。 特にＡＳがショートレン
ジオーダのオーダリング（何らかの規則性）を有してい
るが結晶性を有さず、また微結晶性を有するＡＳは５〜
100 Åのショートレンジオーダの大きさの格子歪を有す
る微結晶性を有するものである。これらは半導体である
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を0.01〜５モル％添加
されている。さらにこの微結晶性を有するＡＳのこれら
の中和剤で相殺できていない不対結合手を中和するため
のリチューム、ナトリュームまたはカリュームの如きア
ルカリ金属を10¹⁴〜10¹⁸ｃｍ^-3の濃度に添加して耐放射
線性周波数特性の改良をしてもよい。

【００２０】この微結晶性を有するＳＡＳは暗伝導度１
×10^-6〜３×10^-3（Ωｃｍ）^-1を有し、また光伝導度は
ＡＭ１の条件下にて１×10^-3〜8 ×10^-2（Ωｃｍ）^-1を
実験的に有していた。またＡＳは暗伝導度10^-10 〜10^-6
（Ωｃｍ）^-1を有し、光伝導度は10^-6〜３×10^-4（Ωｃ
ｍ）^-1を有していた。このＡＳ、ＳＡＳは実用上におい
て使い分ければよい。

【００２１】またＰまたはＮ型の半導体層を形成する場
合は前記したプラズマ気相法においてさらに３価の不純
物例えばジボランをＢ₂ Ｈ₆ ／Ｓi Ｈ₄ 0.2〜２％，ま
た５価の不純物例えばフィスヒンをP Ｈ₃ ／Ｓi Ｈ₄ ＝
0.2 〜２％の濃度に加え、特にＡＳとするのではなくＳ
ＡＳまたはＰＣＳとして作製したとすると、それらは電
気伝導度0.1 〜10² （Ωｃｍ）^-1を有し、活性化エネル
ギ0.02ｅＶとなり、添加した不純物のすべてをアクセプ
タまたはドナーとすることができた。

【００２２】本発明のＭＩＳＦＥＴを作製するのには減
圧気相法を用いてもよい。図２（Ａ）においては石英ガ
ラス基板(1) 上にＰ⁺ またはＮ⁺ の導電型を有する半導
体層(20)を0.1 〜0.5 μｍの厚さに前記した方法により
形成し、フォトエッチング法によりゲイト巾を１〜30μ
ｍ代表的には5 〜10μｍの巾にパターンして形成した。
さらにこの後このゲイト電極となる半導体を熟酸化また
はプラズマ酸化法により100 〜1000Åの膜厚に酸化して
ゲイト電極材料の酸化膜すなわちここでは酸化珪素を作
製し、さらにこの酸化珪素の表面に窒化珪素膜を形成し
た。即ち、マイクロ波で励起されたアンモニア中で200
〜1100℃にて加熱した窒化珪素を20〜50Åの厚さに生成
した。これら窒化珪素は減圧気相法により100 〜1500Å
の厚さで窒化珪素を形成してもよい。

【００２３】かくしてゲイト絶縁物は非単結晶半導体で
なる前記酸化物ではなく窒化珪素が形成され、さらにゲ
イト電極の回りにはこの材料を酸化する工程をへた酸化
物で形成しているため気相法で作られた被膜の如きピン
ホールが少なくかつチャネル形成領域とは水素を通さな
い特性を有する窒化珪素で酸化物絶縁膜が隔離されてい
る。特に窒化珪素を減圧気相法で形成する場合は、ピン
ホールが被膜、特にゲイト電極のコーナ部のカバレージ
の悪さにより生じ、ゲイト電極とチャネル形成領域とで
リークが生じやすい。これに対してはゲイト電極の酸化
によりピンホールのない絶縁膜を予め形成しているため
ゲイト電極とチャネル形成領域間のピンホールによるリ
ークを防ぐことができる。

【００２４】また他方ピンホールのない酸化物であって
も、その構成要素である酸素はチャネル形成領域を構成
する水素を含んだ珪素と、もし直接接するならば互いに
反応し劣化しやすい。これに対しては窒化珪素が水素、
酸素のブロッキングをしている。即ち２種類の絶縁物が
互いに補完しあう構成としている。さらにこの後この上
面に減圧気相法により酸化珪素またはＰＩＱ膜(22)を0.
5〜３μｍ代表的には0.1 〜1.5 μｍの厚さに形成す
る。

【００２５】次には図２（Ｂ）に示す如く、負のフォト
レジストを全面に塗付した後、基板の下方向より紫外線
(23)を照射した。するとゲイト電極(20)はマスクとして
作用するため、この上面のフォトレジスト(24)のみが残
置し、他部をその後の現像、リンスにより除去すること
ができた。さらに図２（Ｃ）に示す如く、このフォトレ
ジストをマスクとして、酸化珪素をフッ酸系の液によ
り、ＰＩＱ等の耐熱性ポリイミド樹脂にあってはヒドラ
ジン系のエッチング液にて選択的に溶去し、この後フォ
トレジストを除去して図２（Ｃ）に示す構造を得た。図
２（Ｃ）は基板上にゲイト電極とそれを囲んでゲイト絶
縁物を有し、このゲイト電極とその両端を該略一致させ
た同一形状の層(22)をこのゲイト上に設けた構造とした
ことを特徴としている。

【００２６】〔実施例２〕図３は本発明の他の実施例を
示す。実施例１はゲイト上にゲイトと同一形状の層を作
る際下方向からの露光を行った。しかしこの実施例にお
いては、基板の上方向からの露光を利用して、１回のマ
スク合せによるフォトエッチング法を用いている。すな
わち透光性またはセラミック等の遮光性の基板(1) 上に
実施例１と同様にＰまたはＮの導電型のＮＳＣＳの半導
体またはモリブデン，タングステン等の耐熱性金属導
体，ＷＳi,Ｍo,Ｓi 等の化合物導体を形成した。さらに
この上面にゲイト絶縁膜となる絶縁膜を実施例１と同様
にこれら導体の酸化により酸化物絶縁膜とその上端に窒
化珪素を形成した。

【００２７】さらに保護層を形成するための酸化珪素ま
たはＰＩＱ膜(22)を積層した。この後この上面にフォト
レジストを利用して、図３（Ｂ）に示す如く、ゲイト電
極の大きさを規定するマスク(24)を作り、このマスクを
利用してその下の半導体層(20)、絶縁膜(21)、保護層(2
2)を選択的にエッチングして除去した。この後フォトレ
ジスト(24)を除去した後、ゲイト電極の側周辺を熱酸化
またはプラズマ酸化法により酸化珪素を作製した。プラ
ズマ酸化による酸化が100 〜300 ℃にあっては、層(24)
にＰＩＱを用いることができる。しかしこの温度が600
℃以上または1000〜1150℃の熱酸化にあっては、耐熱性
の関係で層(24)はＣＶＤ法により作られた酸化珪素が有
効である。これらにおいて、ゲイト絶縁物(21)は酸化珪
素と窒化珪素の多層膜を用いた。

【００２８】さらに図３（Ｃ）の構造において、これら
のすべてをプラズマ窒化し、ゲイト電極の側周辺(26)の
表面を窒化してもよい。この際層(24)の側辺も窒化され
るが、これは後工程において除去することができる。

【００２９】この実施例においても、基板上にゲイト電
極とこの電極を囲んでゲイト絶縁物(21),(26) を作る。
さらにゲイト電極と概略同一形状を有する層(24)をゲイ
ト上に形成させている。この実施例においては図３
（Ｂ）を得た後、今一度保護層(22)のみ少しスリムにサ
イドエッチを施しておき、後工程においてリフトオフし
やすくしている。またこの実施例においては、ゲイト絶
縁物が上部を薄く100 〜1000Åとし、側周辺は寄生容量
の発生防止のための2000〜4000Åとすることができるこ
とが他の特徴である。

【００３０】〔実施例３〕本実施例は本発明の特徴を最
も良く表すものである。この実施例は実施例１及び実施
例２の（Ｃ）に示されるたて断面図の半導体装置を利用
して図４に示すＩＧＦＥＴとしたものである。すなわち
基板(1) 上にゲイト（ゲイト電極(20)、ゲイト絶縁物(2
1),(26))を有し、さらにこのゲイトと概略一致した形状
を有して保護層(22)が設けられている。

【００３１】さらにこの後これらの上面をおおってＮチ
ャネルまたはＰチャネルＩＧＦＥＴにあってはＮ型また
はＰ型の半導体層(27)を実施例１に示した方法にて0.1
〜0.5 μｍの厚さに形成した。さらにこの上面に第２の
フォトマスクを用いてフォトレジスト(28)を選択的に
形成した。このフォトレジスト(28)は少なくともソー
ス、ドレインを構成する部分をおおい、さらに保護層(2
2)上に穴(37)をあけることが必要である。この後このフ
ォトレジストをマスクにして、半導体層(27)を選択的に
除去した。さらにこのレジストを除去した後、穴(37)よ
りエッチングされ形成された半導体層を利用して保護層
(22)を溶去した。これはこの層(22)が酸化珪素の場合そ
れをフッ酸系のエッチング液で除去すればよい。

【００３２】するとこの保護層(22)のあった部分には空
孔となり、半導体層(27)のうちゲイト上部分に形成され
ているものは機械的に強くなり、このエッチングととも
に軽く超音波を加えると、すべて除去することができた
いわゆるリフトオフ法を用いた。半導体層(27)はかくし
てゲイトによって離間した一対の不純物領域として設け
ることができ、その側面はゲイト絶縁物(26)に隣接し、
この隣接した一端とゲイト電極の両端とは概略その位置
を一致させることができた。すなわちセルファライン構
成をさせることができた。このためのゲートとソース、
ドレインの一端とは実質的に１まいのフォトマスクに
てマスク合わせをして作製し得たことがわかる。

【００３３】かくして図４（Ｂ）に示す如く、ゲイト電
極(20)、それを囲むゲイト電極の酸化物絶縁膜と窒化珪
素との多層構造のゲイト絶縁物(21),(26) 、さらにこの
後、実施例１に示したプラズマ気相法によりチャネル形
成領域を構成する真性、実質的に真性の導電型を有する
構造敏感性を有する半導体層(27)をゲイト絶縁膜特に窒
化珪素に密接して形成せしめた。さらにそれに隣接する
一対のソースドレインを構成する半導体領域(29),(30)
が基板上に設けられる。さらに図面ではこのチャネル形
成領域を構成する半導体層を第３のフォトマスクにてゲ
イト、ソース、ドレイン上のみを残し他を除去した。図
面において半導体層(27)は微結晶性を有するＳＡＳを用
いることが好ましく、高速動作もさせることができた。
また図面においてフォトエッチングを施す前にこの上面
に絶縁膜を形成しておいて、その特性劣化を防いでもよ
い。

【００３４】さらにこのフォトマスクによりゲイト電極
上部のゲイト絶縁膜(21)も端部において選択的に除去し
た後フォトレジストを除去することによりソース(29)、
ドレイン(30)に対しソース電極(38)ドレイン電極(34)ゲ
イトの電極の電極(36)を形成させることができた。これ
によりプレナー構造を有するとともに３まいのフォトマ
スクにより基板上にＩＧＦＥＴを作ることができた。図
面においてはかかる単層配線ではなく、この上面に層間
絶縁物例えばＰＩＱ(65)をコーティングした後、再び設
計上必要な部分に電極穴(66)をあけ、ソース電極(69)お
よびそのコンタクト部(41)ドレイン電極(67)およびその
コンタクト部(40)ゲイト電極と連結するための電極(68)
を設けた。以上の図４において明らかな如く、本発明は
基板上にゲイト電極とそれを囲んでゲイト絶縁物を設け
る工程、このゲイトにセルファライン構成をして一対の
ソース、ドレインを基板に密接してプレナー構成をして
させたこと、さらにこの最終工程において最も構造敏感
性を有するチャネル形成領域を有する半導体層を形成せ
しめたことを特徴としている。

【００３５】このため３まいのフォトマスクでプレナー
構造のＩＧＦＥＴを得、さらに２まいのフォトマスクを
加えることにより完全に独立した２層配線を得ることが
できたことを大きな特徴としている。この薄膜トランジ
スタにセルファライン構成を適用させることができるた
め、従来よりもチャネル長を１〜10μｍと小さくでき、
さらにチャネル形成領域に微結晶性を有するＡＳを用
い、横方向の電流を流すことができたため、その周波数
特性は11段のリングオシレータを試作して10〜10² ＭＨ
_z の周波数を得ることができた。

【００３６】〔実施例４〕図５（Ａ）は本発明の他の実
施例を示す。この実施例は実施例１、３を用いたもので
ある。すなわち基板(1) 上に１つのＩＧＦＥＴ(40)他の
ＩＧＦＥＴ(41)とが互いに隣合い、そのＦＥＴ同志の間
にはアイソレイション領域が設けられていないすなわち
最大の実装密度を有する。図面において１つのＩＧＦＥ
Ｔ(40)はゲイト電極(20)ゲイト絶縁物(21)ソース(29)ド
レイン(30)チャネル領域を構成する半導体(27)、層間絶
縁物(65)を有し、他のＩＧＦＥＴ(41)にとっても同様に
ソース(29') ドレイン(30)（これがＩＧＦＥＴ(46)のド
レインと共通している）ゲイト(20') を有している。こ
の実施例においては、さらにＩＧＦＥＴ(40),(41) のソ
ース(29),(29')はさらにその隣りのＩＧＦＥＴ(43),(4
2) のソース(29),(29')と共通している。そしてゲイト
電極(20),(20')は図面で前段方向にゲイト電極およびそ
のリードを形成し、またソース(29),(29')もこのゲイト
電極に平行に図面で前後方向にソースおよびそのリード
を構成している。他方ドレイン(30)はひとつの１例を成
すＩＧＦＥＴ、その隣の列を成すＩＧＦＥＴとは電気的
に離れており、このドレイン(30)は図面で左右方向にリ
ード(50)により連結している。かくの如くにしてマクリ
ックスを構成させることができる。

【００３７】図６はその番号を対応させて得られた最密
文装配列をしたＩＧＦＥＴの集積構造である。図６にお
いてＸ方向（行）のデコーダ、ドライバー(73)，Ｙ方向
（列）のデコーダ、ドライバー(74)を有した３×４の12
セルのマトリックスを示す。破線で囲んだ(72)の領域の
たて断面図が図５（Ａ）に示されている。図面は基板を
透光性としてイメージセンサを示すものであり、入射光
に対し横方向にデコーダの信号により移相してその出力
を検出することができる。(1,1)においては(75),(75')
の如き信号を与えて光検出し、(2,1) にては(76),(76')
の如くにして検出すればよい。

【００３８】ＮＳＣＳの移動度が単結晶半導体ほど大き
くないため、ＩＧＦＥＴ(80),(1,2)と他のＦＥＴ(2,2)
との間にフィールド絶縁物を作る必要がなく、その製造
工程が容易であるばかりではなくひとつのセルサイズを
小さくできるという特徴を有する。図面において光検出
を行う場合は、その光は下側からではなく上方か直接活
性半導体層(27)を照射してその検出感度を向上させても
よい。

【００３９】〔実施例５〕図５（Ｂ）に本発明の他の実
施例を示す。図面において基板(1) 上に２つのＩＧＦＥ
Ｔ(40),(41) が設けられている。これはドレイン(30)を
互いに共通に用い、さらにソース（29),(29') はさらに
隣りのＩＧＦＥＴのソースに連結されており、この構成
は実施例４と同様である。

【００４０】この実施例はゲイト絶縁物としてこそ絶縁
物用電荷捕穫中心(91)を有し、これを絶縁物(90),(92)
により上面、下面および側周辺もとり囲んだ構造として
設けたものである。

【００４１】この電荷捕穫中心は半導体または金属、特
に非単結晶構造を有する珪素またはゲルマニュームのク
ラスタまたは薄膜よりなり、図６に示したＩＧＦＥＴが
１ビットを構成する不揮発性メモリである。かくするこ
とにより、単結晶珪素と同様に集積化された不揮発性メ
モリを得ることができた。

【００４２】図５（Ｂ）においてこの電荷捕穫中心層は
第３図に示された実施例２において図３（Ａ）にてゲイ
ト絶縁膜(21)のかわりに第１の絶縁層(90)，半導体層(9
1)，第２の絶縁層(92)を積層して形成せしめさらにこの
半導体層(91)の側周辺を図３（Ｃ）の工程にてこの半導
体それ自体を酸化して絶縁すればよい。本発明は珪素を
中心として記したが、Ｓｉ_x Ｃ_1-x ( ０≦ｘ＜１），Ｓ
i,Ｎ_4-x （０＜ｘ＜４）であってもまたゲルマニュー
ム、３−５化合物に対しても応用することができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、絶縁表面
を有する基板上のゲイト電極と、それを酸化して形成さ
れる酸化絶縁被膜と、その上に窒化珪素膜との多層構成
とせしめ、窒化珪素膜に密接して水素が添加された半導
体被膜を設けている。そしてこの非単結晶半導体と酸化
物との間に窒化珪素を介在せしめることにより、水素を
媒介させた信頼性低下の反応を防ぐとともに、ゲイト電
極自身の酸化により、窒化珪素に生じやすいピンホー
ル、特にコーナ部での半導体とゲイト電極との酸化物は
ショートを防いでいる。このゲイト電極の酸化により、
その厚さはコーナ部でも側面でも同じ厚さで形成され、
ピンホールを防ぐことができる。さらにゲイト電極の側
面のゲイト絶縁物の一端とソース及びドレインの一端と
が概略一致させることが可能となるばかりでなく集積化
構造において、それぞれのＩＧＦＥＴの周辺にアイソレ
ーション領域が従来まであったが、本発明の構造により
この領域はその回路構成を工夫し、さらにＮＳＣＳの特
性を利用すれば不要であることが判明したためＩＧＦＥ
Ｔを対をなして構成せしめ、そのソースドレインを共通
構成させることにより集積密度を向上せしめることが可
能である。

【００４４】さらにこの構造によりチャネル長も１〜10
μｍというきわめて短チャネルを形成させることも可能
となり、ゲイト電圧、ドレイン電圧とも従来の40〜80Ｖ
駆動というのではなく、ゲイト電圧、ドレイン電圧とも
５〜10Ｖ駆動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の半導体装置のたて断面図である。

【図２】本発明の半導体装置を作るためのたて断面図で
ある。

【図３】本発明の半導体装置を作るためのたて断面図で
ある。

【図４】本発明の絶縁ゲイト型電界効果半導体装置のた
て断面図である。

【図５】本発明の他の絶縁ゲイト型電界効果半導体装置
のたて断面図である。

【図６】本発明の半導体装置を集積化してマトリックス
化した場合の回路図を示す。

【符号の説明】

１ 基板 ２０ ゲイト電極 ２１ ゲイト絶縁物 ２７ 半導体層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁基板を有する基板上に一導電型の非
   単結晶半導体又は導体よりなるゲイト型電極と、該電極
   の上面及び側面を囲んで前記ゲイト電極の酸化物の絶縁
   物と窒化珪素との多層膜よりなるゲイト絶縁物と、該ゲ
   イト絶縁物を構成する窒化珪素に隣接してチャネル形成
   領域を構成する真正又は実質的に真正の水素が添加され
   た非単結晶半導体が設けられたことを特徴とする絶縁ゲ
   イト型電界効果半導体装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、チャネル領域を構成
   する非単結晶半導体は格子歪を有する結晶性を有するセ
   ミアモルフアス半導体よりなることを特徴とする絶縁ゲ
   イト型電界効果半導体装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、ゲイト絶縁物上面と
   ソース、ドレインを構成する一対の一導電型半導体領域
   の上面とはなめらかな連続表面を有する平面状を有する
   ことを特徴とする絶縁ゲイト型電界効果半導体装置。