JPH05257163A

JPH05257163A - 複合半導体装置

Info

Publication number: JPH05257163A
Application number: JP22487691A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1993-10-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】液晶表示装置において，高密度の画像表子を
可能にするため，積層構造を採用して，絶縁ゲート型電
界効果トランジスタおよびインバータ，抵抗を同一基板
上に形成して，デコーダ，ドライバを同一基板上に設け
る。【構成】基板１上に設けられたソースまたはドレイン
である１２の領域とドレインまたはソースとなる１５の
領域を有する凸状の半導体層の一側面を利用した絶縁ゲ
イト型電界効果半導体装置とキャパシタ２４とが直列に
設けられたことを特徴とする複合半導体装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は基板上にたてチャネル型の積層型
の絶縁ゲイト型半導体装置を設けた液晶電気光学装置に
関する。

【０００２】さらに本発明は基板上の積層型の絶縁ゲイ
ト型電界効果半導体装置のソースまたはドレインに連結
してキャパシタを有せしめた複合半導体装置を設けた液
晶電気光学装置に関する。

【０００３】本発明はかかる複合半導体装置をマトリッ
クス構造に基板上に設け、液晶表示型のディスプレイ装
置を設けることを特徴としている。

【０００４】本発明は表面型の固体表示装置を設ける場
合、平行なガラス板内に電極を設けてこの電極間に液晶
を注入した液晶表示装置が知られている。しかしこの場
合この表示部の絵素数は２０〜２００までが限界であ
り、それ以上とする場合はこの表示部より外にとり出す
端子が絵素の数だけ必要となってしまうため全く実用に
供することができなかった。このためこの表示部を複数
の絵素とし、それをマトリックス構成させ、任意の絵素
を制御してオンまたはオフ状態にするにはその絵素に対
応した電界効果半導体装置（ＩＧＦという）を必要とし
ていた。そしてこのＩＧＦに制御信号を与えてそれに対
応した絵素をオンまたはオフさせたものである。

【０００５】この液晶表示部はその等価回路としてキャ
パシタ（以下Ｃという）にて示すことができる。このた
めＩＧＦとＣとを例えば２×２のマトリックス構成(40)
せしめたものを図１に示す。

【０００６】図１においてマトリックス(40)はひとつの
ＩＧＦ(10)とひとつのＣ(31)によりひとつの絵素を構成
させている。これを行に(51),(51')とビット線に連結
し、他方ゲイトを連結して列(41),(41')を設けたもので
ある。

【０００７】すると、例えば(51), (41)を "１" とし、
(51'), (41')を "０" とすると(1,1) 番地のみを選択し
てオンとし、電気的にＣ(31)として等価的に示される液
晶表示を選択的にオン状態にすることができる。本発明
は同一基板上にデコーダ、ドライバーを構成せしめるた
め、他の絶縁ゲイト型半導体装置(50)および他のインバ
ータ(60)、抵抗(70)を同一基板上に設けることを目的と
している。

【０００８】かくすることにより本発明をその設計仕様
に基づいて組合わせることによりブラウン管に代わる平
面テレビ用の固体表示装置を作ることができた。

【０００９】さらにカリキュレータ用の表示装置は１０
²〜１０³ケの絵素を累いればよく、ＴＶ用には１０⁴
〜１０⁵個例えば２５×１０³個の絵素を同一基板に設
け、かつその周辺に必要なデコーダおよびドライバーを
同時に形成させたＩＧＦ、インバータ、抵抗を用いて作
ればよいことがわかる。

【００１０】本発明にかかるシステムを作るために必要
な積層型のＩＧＦおよびそれに液晶表示部を連結させた
絵素に関するものである。

【００１１】図２は本発明の積層型ＩＧＦのたての断面
図およびその製造工程を示したものである。

【００１２】図面において絶縁基板例えばガラスまたは
アルミナ基板上にＰ⁺またはＮ⁺型の導電型を有する第
１の半導体(2)(以下単にＳ１という) トンネル電流を流
しうる厚さの絶縁または半絶縁膜(3) 第２の真性または
ＮまたはＰ型の半導体(4)(以下単にＳ２という),第１の
半導体と同一導電型を有する第３の半導体(5)(以下単に
Ｓ３という) を積層して設けた。

【００１３】この半導体は基板上にシランのグロー放電
法を利用して室温〜５００℃の温度にて設けたもので、
非晶質（アモルファス）または半非晶質（セミアモルフ
ァス）構造の珪素半導体を用いている。本発明において
はセミアモルファス半導体（以下ＳＡＳという）を中心
として示す。このＳＡＳに関して本発明人の発明になる
特許願例えば特願昭55-143885(55.10.15出願)(セミアモ
ルファス半導体) 、特願昭55-122786(55.9.4出願)(半導
体装置) 、特願昭55-026388(55.3.3出願)(セミアモルフ
ァス半導体) にその詳細な実施例が示されている。

【００１４】さらに図２においてフォトリソグラフィー
技術によりＳ３を選択的に除去し、さらにこのＳ３をマ
スクとしてＳ２を除去した。このフォトエッチングの終
点をみるため絶縁または半絶縁膜（以下単に絶縁膜とい
う）(13)は窒化珪素をして設けた。

【００１５】さらにその厚さは５〜３０Åのうすさであ
り、第１の半導体をプラズマ照射にされたアンモニア雰
囲気にさらすことにより成就した。次にこの絶縁膜(13)
を化学的に除去した後図２(B) を得た。

【００１６】このＳ３の上にこの後に形成された絶縁膜
をさらに厚く作るため、あらかじめＬＰＣＶＤ法（減圧
気相法）により０．３〜１μの厚さに酸化珪素膜を形成
しておいてもよい。またこのＳ３上にＭｏ、Ｗを０．２
〜０．５μさらにその上にＳｉＯ₂を０．３〜１μとさ
せてＳ３の導電率を向上させることはマトリックス化に
有効であった。

【００１７】また図２(B) において側面は基板(1) 表面
上に垂直に形成してもよいが、台形上にテーパエッチを
してさらに積層されるゲイト電極の段差部での段切を除
去することは効果的であった。

【００１８】さらに第２図(C) に示される如く、フォト
リソグラフィー技術によりＳ１を任意の所定形状を形成
した。図面ではこのため(11)にて基板表面が露光させ
た。

【００１９】さらにこの後このＳ１、Ｓ２、Ｓ３の表面
全体に絶縁膜(6) を形成した。この絶縁膜は１３．５６
ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚの周波数の電磁エネルギにより
活性化して酸素または酸素と水素との混合気体雰囲気に
１００〜７００℃に浸して酸化して形成した。

【００２０】さらにＬＰＣＶＤ法により窒化珪素または
リンガラスを形成させた多層構造としてもよい。

【００２１】するとＳ２(14)の側周辺にはゲイト絶縁物
(16)としてこの絶縁物(16)が形成され、Ｓ１、Ｓ３の表
面はアイソレイション用被膜として形成させることがで
きた。

【００２２】さらに(D) に示される如く、第３のフォト
リソグラフィー技術によりＳ１(12)に対し電極穴(8) を
Ｓ３(15)に対し電極穴(7) を形成しゲイト電極に連結す
る金属または半導体層を再度積層した。

【００２３】次に第４のフォトリソグラフィー技術によ
りこの膜を選択的にエッチングして、ゲイト電極(17)を
ゲイト絶縁物(16),(16')と２方向に設けて作り、同時に
Ｓ１(12)、Ｓ３(15)より電極穴を介して他部のＩＧＦ、
キャパシタ、抵抗へ基板表面または絶縁物(6) 上に密接
して配線させた。

【００２４】図２(D) のたて断面図のＡ−Ａ' を横方向
よりみると第２図(E) として示すことができる。番号は
それぞれ対応させている。

【００２５】本発明の半導体は主としてＳＡＳを用い、
その中の不対結合手の中和用に水素を用いており、かつ
基板と半導体、電極リードが異種材料であり、それらの
熱膨張によるストレスを少なくするため、すべての処理
を３００〜６００℃以下好ましくは３００℃以下でする
とよかった。

【００２６】またゲイト電極(17)をＳ１、Ｓ３と同一導
電型の半導体およびそれにＭｏ等の金属を二重構造とし
た多層配線構造でもよい。

【００２７】かくしてソースまたはドレインをＳ１(1
2)、チャネル形成領域(9),(9')を有するＳ２(14)、ドレ
インまたはソースをＳ３(15)により形成せしめ、チャネ
ル形成領域側面にはゲイト絶縁物(16),(16')その外側面
にゲイト電極(17)を設けた積層型のＩＧＦ(10)を作るこ
とができた。

【００２８】この発明においてチャネル長Ｓ２(14)の厚
さで決められ、ここでは０．０５〜０．５μｍとした。
それはＳＡＳの移動度が単結晶とは異なりその１／５〜
１／１００しかないため、チャネル長を短くしてＩＧＦ
としての特性を助長させることにある。

【００２９】ＳＡＳは電子のパルク移動度が１００〜５
００cm²V/Sと１／３〜１／１０であるのに対し、ホール
のそれは５〜１００cm²V/Sと１／５〜１／１００であ
る。しかしそれにアモルファス珪素が電子０．１〜１０
cm²V/S、ホールは０．０１cm²V/S以下に比べて１０〜１
０³倍も長いことを考えると、本発明の半導体装置にマ
イクロクリスタル構造を有するＳＡＳを用いたことはき
わめて重要なことである。

【００３０】さらに本発明のＩＧＦにおいて、電子移動
度がホールに比べて単結晶の３倍よりも大きく５〜１０
０倍もあるためＮチャネル型とするのがきわめて好まし
かった。

【００３１】そのためＳ２には不純物を表面部に添加し
ない真性半導体はＮ^-型であるためこれをＰ型として用
いた。

【００３２】図３は他の本発明のＩＧＦのたて断面図お
よびその製造工程を示したものである。

【００３３】図３(A) において基板(1) 上にＳＡＳの珪
素膜をＳ１(2) として形成させた。さらにフォトリソグ
ラフィー技術により選択エッチングを行ない、基板(1)
の一部(11)を露呈させた。

【００３４】次にこのＳＡＳを結晶化するための光（レ
ーザ）アニール、熱アニールまたはこれらを併用してこ
のＳＡＳを単結晶または多結晶構造に変成させた。加熱
温度は基板材料での熱ストレスを防ぐため、７００℃以
下にさせた。

【００３５】このＳ１(2) は基本的にはＳ２、Ｓ３とエ
ッチングレートが変わればよい。このためＳ１はＰまた
はＮ型の酸素または窒素が添加されてＳｉＯ_2-x（０．
５＜ｘ＜２）、Ｓｉ₃Ｎ_4-x（１＜ｘ＜４）の化学量論
を有する真性または半絶縁性を有する半導体であっても
よい。

【００３６】図３(B) に示す如く、この後この上面にＳ
２(4) を真性, Ｎ^-またはＰ型でさらにＳ１と同一の導
電型にＳ３(5) をＰまたはＮ型に積層して同一反応炉に
より形成せしめた。

【００３７】さらに図３(C) に示す如く、このＳ２(4)
、Ｓ３(5) を概略同一形状に選択的に他部を除去して
形成し、Ｓ２(14)、Ｓ３(15)をＳ１(12)上に設けた。こ
の後このＳ１、Ｓ２、Ｓ３上表面を酸化して絶縁膜(6)
として設けた。この時Ｓ２(14)の側周辺はゲイト絶縁膜
(16)として設けられ、他部はアイソレイション膜として
設けた。

【００３８】次に第３のフォトリソグラフィー技術を用
いて電極穴またはコンタクト部(7),(8) を用いてその全
上表面に半導体または導体の膜を設けた。この膜を第４
のフォトリソグラフィー技術により選択的に除去してＳ
１(12)にはその他部への連続電極リード(22)を、Ｓ３(1
5)にはコンタクト(7) を介して同様の電極、リードを設
け、またＳ２(14)の側周辺のチャネル形成領域(9),(9')
の側面のゲイト電極(16),(16')上にはゲイト電極(17)を
構成した。

【００３９】このようにしてソースまたはドレインをＳ
１(12)によりチャネル形成領域(9),(9')をＳ２(14)によ
り、ドレインまたはソースをＳ３(15)により構成せしめ
た。ゲイトはゲイト絶縁物(16),(16')とゲイト電極(17)
よりなっている。このようにしてゲイト電極を "1"、ソ
ースまたはドレインを "１" とすると、チャネル形成領
域を電流が流れオン状態を、またそれぞれが一方または
双方が "０" ならばオフ状態を作ることができた。

【００４０】"１" はＮチャネル型ＩＧＦでは正の０．
５〜１０Ｖの電流を、 "０" は０Ｖまたはスレッシュホ
ルト電圧以下の電流を意味する。

【００４１】Ｐチャネル型のＩＧＦはその電極の極性を
変えればよい。これらの論理系は図１、図２においても
また以下の第３図または本発明の実施例においても同様
である。

【００４２】また図１の抵抗(70)は図２(D), (E)および
図３(D) においてゲイトに加える電圧に無関係にＳ２の
バルク成分の抵抗率で決められる。すなわちゲイト電極
を設けない状態でＳ１、Ｓ２、Ｓ３を積層すればよい。
またこの抵抗値はＳ２の抵抗率とその厚さ、基板上にし
める面積で設計仕様に従って決めればよい。

【００４３】図１のインバータ(60)においてドライバー
(61)は図２、図３(D) とし、さらにそのロード(64)はＳ
３(15)、Ｓ１(12)の一方とゲイト電極(17)との連結させ
るエンヘンスメント型またはディプレッション型のＩＧ
Ｆとした。

【００４４】さらにこのインバータ(60)の出力は(62)よ
りなり、この基板上に離間して２つのＩＧＦを積層して
複合化すればよく、入力部はゲイト電極(17)に対応して
設ければよい。

【００４５】図４(A) は他の本発明のたて断面図を示し
たものである。すなわち基板(1) にＳ１(12)、Ｓ２(1
4)、Ｓ３(15)およびゲイト部がゲイト絶縁物(16)、ゲイ
ト電極(17)によりなっているＩＧＦ(10)と、Ｓ１(12)で
かつ電気系に連結した他部はキャパシタの一方の電極(2
2)を有し、かつこの他部は液晶表示の一方の電極(32)を
も構成させている。すなわちＳ１はふたつのキャパシタ
の一方の電極となっている。そしてそのひとつのキャパ
シタは蓄積容量を大きくとり液晶表示の表示時間を長く
するために用いられている。

【００４６】すなわち図１において特定のＩＧＦがオン
状態となる時間が１０〜１００ｎ秒であっても、液晶パ
ネルとキャパシタが直列に接続されているため液晶表示
はその表示が１〜１０００ｍ秒も有するいわゆる残光特
性をもたしめることができた。このため蓄積（ストーレ
イジキャパシタ）が大きいと例えばＴＶのブラウン管
に対応する平面パネルでの表示があざやかになり、かつ
絵素の数が１０⁴〜１０⁵ケになり、それらをデジタル
的にスキャンしていても他の絵素に "０" 、 "１" を表
示しつづけることが可能になる。この蓄積容量の有効性
は絵素の数が１０ケ以上になった際見ている人に目のつ
かれを覚えさせないために有効である。

【００４７】またこの蓄積容量のキャパシタはゲイト絶
縁物(16)と同一材料としたことにより、同一バッジ式に
何らかの新たな工程を必要とせず作ることができた。し
かしこの容量を小面積で増加するため、酸化珪素ではな
く窒化珪素、酸化タンタルその他強誘電体を用いてもよ
い。

【００４８】本発明におけるＳ１(12)に電気的に接続さ
れている他の電極(32)は電極穴(25)を介して設けられて
いる。これらＩＧＦ(10)上にポリイミドまたはＰＩＱ等
の層間絶縁物を１〜３μの厚さに設け、それを選択的に
フォトリソグラフィー技術により設ければよい。この電
極(32)がひとつの絵素の大きさを決定する。カリキュリ
ータ等においては0.1〜５mmφまたはく形を有してい
る。しかし第１図の如き走査型の方式において、１〜50
μ□をマトリックス状として５００×５００とした。液
晶表示部(31)はこの基板上に半導体装置電極を設けた一
方の極と他方をＩＴＯ等の透明電極(27)を有するガラス
板(28)とを１〜２０μｍの間げきを有せしめて対応させ
そこに例えばネマチック型の液晶(26)を注入して設け
た。

【００４９】またディスプレーをカラー表示してもよ
い。さらに例えばこれらの絵素が三重に重ね合わされて
もよい。そして赤緑青の３つの要素を交互に配列せしめ
ればよい。

【００５０】図４(A) が蓄積キャパシタと液晶キャパシ
タで等価回路にて示される液晶とを並列に連結して設け
たのに対し、図４(B) は直列に設けたものである。

【００５１】すなわちＳ１(12)に電気的に連結した一方
の電極(22)上に誘電膜(23)、他方の電極(24)、さらにこ
の電極(24)に連結した第２の液晶キャパシタ(31)の一方
の電極(32)が開口(25)を介して連結しており、この電極
(32)に対応して透明電極による対抗電極(27)が液晶(26)
の誘電体をはさんで設けられている。

【００５２】図４(A)(B)で明らかな如く、本発明は基板
(1) 上に複数のＩＧＦキャパシタ、抵抗または同時にサ
ンドウイッチ構造として液晶表示の平面パネルを設けた
ことを特徴としている。

【００５３】さらに図面より明らかな如く、上方よりの
光照射に対して、ＩＧＦ(10)に光が照射して "０" 状態
の時リークしてしまうことを防止するためこれを上方よ
りおおい、絵素の一方の電極(32)を設けていることを他
の特徴としている。

【００５４】加えて従来と異なり、絶縁基板上に完全に
他の絵素とアイソレイトしてＩＧＦを積層型に設けてい
ることはきわめて大きな特徴であり、特にこの全行程を
６００℃以下特に３００℃以下の温度で作ることが可能
であることは、このパネルが大面積としても熱歪の影響
を受けにくいという大きな特徴を有している。

【００５５】加えて本発明に用いた半導体は非単結晶構
造を中心としており、特にＳＡＳというアモルファスと
単結晶との中間構造であって、かつ６００℃までの熱エ
ネルギに対して安定なことは本発明の他の特徴である。

【００５６】特にＳＡＳは１０〜１００Åの大きなマイ
クロクリスタル構造の格子歪を有する非単結晶半導体で
あり、その製造には５００ＫＨｚ〜３ＧＨｚの誘導エネ
ルギを使っても温度が３００℃までで充分であり、加え
てその電子・ホールの拡散長がアモルファス珪素の１０
０〜１０⁵倍も大きいという物性的特性を有している。
かかる非単結晶半導体を基板上に積層する構造により、
ＩＧＦを設けたこと、加えてここを電流がたて方向に流
れるためチャネル長が０．１〜１μのマイクロチャネル
型ＩＧＦを高精度のフォトリソグラフィー技術を用いず
に作ることができることがきわめて大きな特徴である。

【００５７】さらに本発明においてＩＧＦとしての特性
はＳＡＳの特性にかんがみ、そのスレッシュホールト電
圧（Ｖ_TM）は例えばドープをイオン注入法で行なうので
はなく、Ｓ２に添加する不純物の添加量と加える高周波
パワーにより制御する点も特徴である。

【００５８】そのため耐圧２０〜３０Ｖ、Ｖ_TM＝−４〜
４Ｖを±０．２Ｖの範囲で制御できた。さらに周波数特
性がチャネル長が０．１〜１μのマイクロチャネルのた
め、これまでの単結晶型の絶縁ゲイト型半導体装置の１
／５〜１／５０を非単結晶半導体を用いたのにもかかわ
らず得ることができた。

【００５９】また逆方向リークではあるが、第１図に示
すようなＳ１とＳ２との間に窒化珪素を１０〜４０Åの
厚さに挿入することによりこのＮ⁺−Ｐ接合またはＰ⁺
−Ｎ接合のリークは逆方向に１０Ｖを加えても１０ｍＡ
以下であった。これは単結晶の逆方向リークに匹敵する
好ましいものであった。

【００６０】またＳ１に例えば酸素を１０〜３０モル％
添加すると、第３図に示した構造においては同様に逆方
向にリークが少なく、無添加の場合に比べて１／１０〜
１／１０倍もリークが少なかった。このリークが少ない
ことが第１図のマトリックス構造を実施する時きわめて
有効であることは当然である。

【００６１】さらにこの逆方向リークはこの積層型のＳ
１、Ｓ２、Ｓ３をともにアモルファス珪素の半導体のみ
で作った場合、逆方向バイアスを１０Ｖ加えると１ｍＡ
以上あったが、これをＳＡＳとすると５〜５０ｎＡにま
で下がった。それはＳ１、Ｓ３のＰまたはＮ型の半導体
におけるＢ、Ｐの不純物が置換型に配位し、そのイオン
化率が単結晶と同じく４Ｎ以上となったことおよびその
活性化エネルギもアモルファスの場合の０．２〜０．３
ｅＶより０．００５〜０．００１ｅＶと小さくなったこ
とにある。

【００６２】このため一度配位した不純物が積層中にア
ウトディフュージョンせず結果として接合がきれいにで
きたことによる。

【００６３】すなわち本発明は積層型ＩＧＦであるこ
と、そこに非単結晶半導体を用いたこと、特にＳＡＳを
用いたこと、さらにＳ１とＳ２の間の接合を明確にする
ためＳ１に酸化窒素を同時に添加し主にエネルギバンド
巾として逆耐圧を上げたこと、または絶縁または半絶縁
膜を介在させたＳＩＳ接合としたことを特徴としてい
る。

【００６４】さらにかかる積層型のＩＧＦのため従来の
ように高精度のフォトリソグラフィー技術を用いること
なく、基板特に絶縁基板上に複数個のＩＧＦ、抵抗、キ
ャパシタを作ることが可能になった。そして液晶表示デ
ィスプレーにまで発展させることが可能となった。

【００６５】本発明における半導体は珪素、絶縁体は酸
化珪素または窒化珪素を用いた。しかし半導体としてゲ
ルマニューム、ＩｎＰ、ＢＰ、ＧａＡｓ等を用いてもよ
い。また非単結晶半導体ではなく単結晶半導体を、また
ＳＡＳではなくその結晶粒径の大きな多結晶半導体であ
ってもよいことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶電気光学装置に用いる絶縁ゲ
イト型半導体装置、インバータ抵抗、キャパシタまたは
絶縁ゲイト型半導体装置とキャパシタとを絵素としたマ
トリックス構造の等価回路を示す。

【図２】本発明による液晶電気光学装置に用いる積層型
絶縁ゲイト型半導体装置の工程を示すたて断面図であ
る。

【図３】本発明による液晶電気光学装置に用いる積層型
絶縁ゲイト型半導体装置の工程を示すたて断面図であ
る。

【図４】本発明の積層型絶縁ゲイト型半導体装置とキャ
パシタまたは液晶とを一体化した平面ディスプレーを示
す複合半導体のたて断面図である。

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【手続補正書】

【提出日】平成３年９月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】複合半導体装置

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は基板上にたてチャネル型の積層型
の絶縁ゲイト型電界効果型半導体装置を設けた複合半導
体装置に関する。

【０００２】さらに本発明は基板上の積層型の凸状を有
する絶縁ゲイト型電界効果半導体装置のソースまたはド
レインに直列に連結してキャパシタを有せしめた複合半
導体装置を設けた。

【００１５】さらにその厚さは５〜３０Åのうすさであ
り、第１の半導体をプラズマ照射にされたアンモニア雰
囲気にさらすことにより成就した。次にこの絶縁膜(13)
を化学的に除去した後図２(B) の凸状の半導体を得た。

【００１７】また図２(B) において側面は基板(1) 表面
上に垂直に形成してもよいが、台形状にテーパエッチを
してさらに積層されるゲイト電極の段差部での段切を除
去することは効果的であった。

【００２２】さらに図２(D) に示される如く、第３のフ
ォトリソグラフィー技術によりＳ１(12)に対し電極穴
(8) をＳ３(15)に対し電極穴(7) を形成しゲイト電極に
連結する金属または半導体層を再度積層した。

【００２８】この発明においてチャネル長はＳ２(14)の
厚さで決められ、ここでは０．０５〜０．５μｍとし
た。それはＳＡＳの移動度が単結晶とは異なりその１／
５〜１／１００しかないため、チャネル長を短くしてＩ
ＧＦとしての特性を助長させることにある。

【００３１】そのためＳ２には不純物を表面部に添加し
ない真性半導体はＮ^-型であるためこれをＰ^-型として
用いた。

【００３６】図３(B) に示す如く、この後この上面にＳ
２(4) を真性, Ｎ^-またはＰ^-型でさらにＳ１と同一の
導電型にＳ３(5) をＰまたはＮ型に積層して同一反応炉
により形成せしめた。

【００３７】さらに図３(C) に示す如く、このＳ２(4)
、Ｓ３(5) を概略同一形状に選択的に他部を除去して
凸状の半導体を形成し、Ｓ２(14)、Ｓ３(15)をＳ１(12)
上に設けた。この後このＳ１、Ｓ２、Ｓ３上表面を酸化
して絶縁膜(6) として設けた。この時Ｓ２(14)の側周辺
はゲイト絶縁膜(16)として設けられ、他部はアイソレイ
ション膜として設けた。

【００４０】"１" はＮチャネル型ＩＧＦでは正の０．
５〜１０Ｖの電流を、 "０" は０Ｖまたはスレッシュホ
ルド電圧以下の電流を意味する。

【００４６】すなわち図１において特定のＩＧＦがオン
状態となる時間が１０〜１００ｎ秒でありかつそのまま
オフ状態を保持しても、液晶パネルとキャパシタが直列
に接続されているため液晶表示はその表示が１〜１００
０ｍ秒も有するいわゆる残光特性をもたしオン（透過）
またはオフ（非透過）を有せしめることができた。この
ため蓄積（ストーレイジキャパシタ）が大きいと例え
ばＴＶのブラウン管に対応する平面パネルでの表示があ
ざやかになり、かつ絵素の数が１０⁴〜１０⁵ケにな
り、それらをデジタル的にスキャンしていても他の絵素
に "０" 、 "１"を表示しつづけることが可能になる。
この蓄積容量の有効性は絵素の数が１０ケ以上になった
際見ている人に目のつかれを覚えさせないために有効で
ある。

【００４８】本発明におけるＳ１(12)に電気的に接続さ
れている他の電極(32)は電極穴(25)を介して設けられて
いる。これらＩＧＦ(10)上にポリイミドまたはＰＩＱ等
の層間絶縁物を１〜３μｍの厚さに設け、それを選択的
にフォトリソグラフィー技術により設ければよい。この
電極(32)がひとつの絵素の大きさを決定する。カリキュ
リータ等においては0.1〜５mmφまたはく形を有してい
る。しかし第１図の如き走査型の方式において、１〜50
μｍ□をマトリックス状として５００×５００とした。
液晶表示部(31)はこの基板上に半導体装置電極を設けた
一方の極と他方をＩＴＯ等の透明電極(27)を有するガラ
ス板(28)とを１〜２０μｍの間げきを有せしめて対応さ
せそこに例えばネマチック型の液晶(26)を注入して設け
た。

【００５０】図４(A) が蓄積キャパシタと液晶キャパシ
タ（液晶表示部）で等価回路にて示される液晶とを並列
に連結して設けたのに対し、図４(B) は直列に設けたも
のである。

【００５５】かくして基板上に凸状の半導体を有し、こ
の半導体の両側面にたてチャネル型の絶縁ゲイト型電解
効果型半導体装置およびそれに直列したキャパシタを設
けることができた。

【００５６】加えて本発明に用いた半導体は非単結晶構
造を中心としており、特にＳＡＳというアモルファスと
単結晶との中間構造であって、かつ６００℃までの熱エ
ネルギに対して安定なことは本発明の他の特徴である。

【００５７】特にＳＡＳは１０〜１００Åの大きなマイ
クロクリスタル構造の格子歪を有する非単結晶半導体で
あり、その製造には５００ＫＨｚ〜３ＧＨｚの誘導エネ
ルギを使っても温度が３００℃までで充分であり、加え
てその電子・ホールの拡散長がアモルファス珪素の１０
０〜１０⁵倍も大きいという物性的特性を有している。
かかる非単結晶半導体を基板上に積層する構造により、
ＩＧＦを設けたこと、加えてここを電流がたて方向に流
れるためチャネル長が０．１〜１μのマイクロチャネル
型ＩＧＦを高精度のフォトリソグラフィー技術を用いず
に作ることができることがきわめて大きな特徴である。

【００５８】さらに本発明においてＩＧＦとしての特性
はＳＡＳの特性にかんがみ、そのスレッシュホールド電
圧（Ｖ_TM）は例えばドープをイオン注入法で行なうので
はなく、Ｓ２に添加する不純物の添加量と加える高周波
パワーにより制御する点も特徴である。

【００５９】そのため耐圧２０〜３０Ｖ、Ｖ_TM＝−４〜
４Ｖを±０．２Ｖの範囲で制御できた。さらに周波数特
性がチャネル長が０．１〜１μのマイクロチャネルのた
め、これまでの単結晶型の絶縁ゲイト型半導体装置の１
／５〜１／５０を非単結晶半導体を用いたのにもかかわ
らず得ることができた。

【００６０】また逆方向リークではあるが、第１図に示
すようなＳ１とＳ２との間に窒化珪素を１０〜４０Åの
厚さに挿入することによりこのＮ⁺−Ｐ接合またはＰ⁺
−Ｎ接合のリークは逆方向に１０Ｖを加えても１０ｍＡ
以下であった。これは単結晶の逆方向リークに匹敵する
好ましいものであった。

【００６１】またＳ１に例えば酸素を１０〜３０モル％
添加すると、第３図に示した構造においては同様に逆方
向にリークが少なく、無添加の場合に比べて１／１０〜
１／１０倍もリークが少なかった。このリークが少ない
ことが第１図のマトリックス構造を実施する時きわめて
有効であることは当然である。

【００６２】さらにこの逆方向リークはこの積層型のＳ
１、Ｓ２、Ｓ３をともにアモルファス珪素の半導体のみ
で作った場合、逆方向バイアスを１０Ｖ加えると１ｍＡ
以上あったが、これをＳＡＳとすると５〜５０ｎＡにま
で下がった。それはＳ１、Ｓ３のＰまたはＮ型の半導体
におけるＢ、Ｐの不純物が置換型に配位し、そのイオン
化率が単結晶と同じく４Ｎ以上となったことおよびその
活性化エネルギもアモルファスの場合の０．２〜０．３
ｅＶより０．００５〜０．００１ｅＶと小さくなったこ
とにある。

【００６３】このため一度配位した不純物が積層中にア
ウトディフュージョンせず結果として接合がきれいにで
きたことによる。

【００６４】すなわち本発明は積層型ＩＧＦであるこ
と、そこに非単結晶半導体を用いたこと、特にＳＡＳを
用いたこと、さらにＳ１とＳ２の間の接合を明確にする
ためＳ１に酸化窒素を同時に添加し主にエネルギバンド
巾として逆耐圧を上げたこと、または絶縁または半絶縁
膜を介在させたＳＩＳ接合としたことを特徴としてい
る。

【００６５】さらにかかる積層型のＩＧＦのため従来の
ように高精度のフォトリソグラフィー技術を用いること
なく、基板特に絶縁基板上に複数個のＩＧＦ、抵抗、キ
ャパシタを作ることが可能になった。そして液晶表示デ
ィスプレーにまで発展させることが可能となった。

【００６６】本発明における半導体は珪素、絶縁体は酸
化珪素または窒化珪素を用いた。また非単結晶半導体で
はなく単結晶半導体を、またＳＡＳではなくその結晶粒
径の大きな多結晶半導体であってもよいことはいうまで
もない。

【図面の簡単な説明】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に凸状の半導体を有し、該凸状の半
導体の上部にソースまたはドレインを構成する第１の不
純物領域と、下部にドレインまたはソースを構成する第
２の不純物領域とを有し、前記第１及び第２の不純物領
域間に、チャネルをゲイト絶縁膜及びゲイト電極下の前
記凸状半導体の一側面に設けた絶縁ゲイト型電界効果半
導体装置を前記凸状半導体の両側面を用いて、第１及び
第２の絶縁ゲイト型電界効果半導体装置として設けると
ともに、前記絶縁ゲイト型電界効果半導体装置の第２の
不純物領域に電気的に直列に、キャパシタが設けられた
ことを特徴とする複合半導体装置。
【請求項２】請求項１において、キャパシタの他方の電
極との間に液晶を有し、絶縁ゲイト型電界効果半導体装
置のオンまたはオフ状態により前記液晶を有する表示部
をオンまたはオフ状態を有せしめることを特徴とする複
合半導体装置。