JPH06326311A

JPH06326311A - Ｍｉｓ型半導体装置

Info

Publication number: JPH06326311A
Application number: JP10328494A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Yujiro Nagata; 勇二郎永田
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1994-04-19
Filing date: 1994-04-19
Publication date: 1994-11-25
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JP2785173B2

Abstract

(57)【要約】【目的】再結合中心密度、電気伝導度、および電
子、ホールの拡散長をアモルファス半導体と結晶性半導
体との中間の性質を有する半導体とすることによって、
特性の優れたＭＩＳ型半導体装置を得る。【構成】アモルファス構造の半導体の熱処理を結晶
化温度以下で行なうことにより、アモルファス半導体
は、微結晶と微結晶との間にアモルファスが残存して介
在している半導体に変成される。そして、ＭＩＳ型半導
体装置におけるチャネル形成領域は、０．１モル原子％
ないし５モル原子％量の水素を含有する半導体よりな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アモルファス（非晶
質）構造と結晶構造（単結晶、多結晶のいずれをも含
む）の中間の構造であって、自由エネルギー的に安定な
第３の状態を有する半導体を利用したＭＩＳ型半導体装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アモルファス半導体は、その原子
間距離がランダムであり、かつその結晶学的な配置もラ
ンダムであることをもって定義されていた。また、アモ
ルファス半導体は、原子間距離および結晶学的な配置が
ランダムであることにより、自由エネルギー的に結晶性
半導体（CRYSTALLINE SEMICONDUCTOR ）に比べて必ずし
も安定であるとはいえない。また、かかるアモルファス
半導体中には、そのランダムのために化学的に他と結合
をしていない不対結合手が多数存在していた。この不対
結合手は、再結合中心となり、キャリアのライフタイム
をきわめて小さくしてしまい、キャリアキラーとして最
もその排除が期待されていた。

【０００３】このような不対結合手を除く方法として
は、最近、水素またはハロゲンにより中和することが知
られている。すなわち、この方法は、半導体が珪素であ
るとすると、以下の反応式で表すことができる。Ｓｉ・＋Ｈ・ → Ｓｉ−ＨＳｉ・＋Ｆ・ → Ｓｉ−Ｆシラン（ＳｉＨ₄）、四弗化珪素（ＳｉＦ₄）、または
その混合気体に対して、グロー放電またはプラズマＣＶ
Ｄ法を用いて作製された被膜は、水素・ハロゲンの添加
のないアモルファス半導体が10²⁰ｃｍ^-3ないし10²²ｃｍ
^-3を再結合中心の密度として有するのに対し、再結合中
心密度が10¹⁷ｃｍ^-3ないし10¹⁹ｃｍ^-3と10⁴ないし10⁶
分の１にまで、その再結合中心の密度を小さくできるも
のとして注目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】アモルファス半導体
は、単結晶半導体と比較して、製造が容易であるだけで
なく、大型の（大面積で均一な）被膜を形成することが
できる。しかし、アモルファス半導体は、再結合中心の
密度や電気伝導度の点において、ＭＩＳ型半導体装置と
して十分ではない。そのため、アモルファス半導体は、
ＭＩＳ型半導体装置に利用するには適さなかった。この
欠点を除去するために、アモルファス半導体は、アニー
ル処理によって結晶化を促進している。すなわち、アモ
ルファス半導体は、結晶化を促進するための処理に時間
と手間が係るにもかかわらず、単結晶半導体と比較し
て、特性的にかなり劣るものであった。たとえば、アモ
ルファス半導体は、ＭＩＳ型半導体装置に必要な、再結
合中心の密度を10¹³cm^-3ないし10¹⁶cm^-3、電気伝導度を
10^-6( Ωcm) ^-1ないし10^-4( Ωcm) ^-1とし、電子、ホ−
ルの拡散長１μｍないし50μｍの値を得ることが困難で
ある。以上のような問題を解決するために、本発明は、
再結合中心密度、電気伝導度、および電子、ホールの拡
散長をアモルファス半導体と結晶性半導体との中間の性
質を有する半導体とすることによって、特性の優れたＭ
ＩＳ型半導体装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のＭＩＳ型半導体装置は、絶縁表面を有する
基板(40)上に、ソース領域（43、43’) 、ドレイン領域
(44 、44’) 、およびチャネル形成領域(45 、45’) よ
りなる半導体と、前記チャネル形成領域(45 、45’) 上
にゲート絶縁膜(42 、42’) およびゲート電極(41 、4
1’) が設けられており、前記チャネル形成領域(45 、4
5’) は、水素またはハロゲン元素が添加されて、結晶
とアモルファスとの混在状態を有することを特徴とす
る。さらに、本発明のＭＩＳ型半導体装置におけるチャ
ネル形成領域(45 、45’)は、０．１モル原子％ないし
５モル原子％量の水素を含有する半導体よりなることを
特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明は、単結晶半導体の長所とアモルフ
ァス半導体の長所とを兼ね備えた半導体を使用したＭＩ
Ｓ型半導体装置を作製することに着目したものである。
所定の熱処理が行なわれたアモルファス半導体は、微結
晶と微結晶との間にアモルファスが残存して介在してい
る半導体に変成される。すなわち、上記半導体は、微結
晶と微結晶との間に存在するアモルファスのために、微
結晶間に界面が存在せずに、結晶とアモルファスとの混
在状態となり、電子（エレクトロン）あるいは正孔（ホ
ール）が移動し易い状態になる。したがって、たとえ
ば、スパッタリング法によって形成されたアモルファス
構造の半導体でありながら、上記構造の半導体に変成す
ることで、安価でしかも電気伝導度の優れたものが得ら
れた。これに対して、多結晶半導体は、微結晶が混在し
ており、微結晶と微結晶との間に界面が存在する。した
がって、多結晶半導体は、この微結晶間に存在する界面
によって電子あるいは正孔の移動が妨害され、電気伝導
度が悪くなる。

【０００７】また、上記半導体は、結晶化した格子構造
を有すると共に、その結晶が格子歪みを有し、アモルフ
ァス半導体、あるいは単結晶半導体と異なる第３の安定
状態にある。そして、この格子歪みのため、光の遷移
は、アモルファス半導体と同じ直接遷移を有し、ＭＩＳ
型半導体として有利である。さらに、出願人は、上記半
導体中の水素の量を０．１モル原子％ないし５モル原子
％としても、電気伝導率がアモルファス半導体より向上
することを発見した。すなわち、上記半導体は、アモル
ファス半導体のように水素の量を２０モル原子％と大量
に入れて不対結合手を中和する必要がなく、ＭＩＳ型半
導体装置に好都合である。

【０００８】本発明は、上記構造の半導体（半非晶質）
をセミアモルファス半導体として定義し、かかる半導体
と非晶質の半導体とを隣接せしめる半導体装置に関し
て、かかる中間構造の半導体をセミアモルファス半導体
と、アモルファス半導体とを局部的に制御せしめ、特
に、セミアモルファス半導体の伝導率をアモルファス半
導体の伝導率に比べて大きく有せしめることを特徴とす
る。本発明は、アモルファス半導体に対し、特定の通路
に対して電流特にパルス電流を光照射による光励起また
は加熱による熱励起のエネルギーとの併用で流すことに
より、この電流の不対結合手による再結合中心を介して
の再結合によるかかる部所での局部的な多加熱、急冷、
特に電流を中止した際のこの極急冷によりその材料状態
を冷凍( クインチ) することを特徴とする。

【０００９】すなわち、この不対結合手を活性にし、こ
の不対結合手とその近傍の他の不対結合手、または他の
水素等により中和させた結合手とを結合せしめることに
より正常な原子間距離を有し、かつその不対結合手を相
殺してしまい、さらに、その中和された状態を凍結して
しまうというセミアモルファス半導体(SEMI-AMORPHOUS
SEMICONDUCTOR ）に関するものである。本発明は、半導
体、例えば珪素において、 Si・＋ Si・ → Si−Si Si・＋ Si−Ｈ → Si−Si＋Ｈ・等の反応を物理的に過電流により発生せしめ、ひいては
不対結合手の密度を減少せしめることに加えて、かかる
反応に伴う発熱によりショ−トレンジオ−ダにおいて原
子の再配列を促すことを特徴としている。

【００１０】

【実施例】実施例１この実施例は、セミアモルファス半導体の製造原理およ
び存在理論を主として述べたものである。図１は本発明
の一実施例を説明するための図である。図１において、
半導体装置は、アモルファス構造の絶縁性基板(4) 上に
導体または半導体の電極(3) （METAL ）を選択的にアモ
ルファス構造にて形成し、さらに半導体(1) （SEMICOND
UCTOR ：すなわち、アモルファス半導体またはセミアモ
ルファス半導体を総称した半導体）、半透明の金属また
は酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の透明電極の対抗電極
(2) （METAL ）のそれぞれを順次形成した構成となる。
すなわち、半導体装置は、金属、半導体、金属のそれぞ
れを順次積層した構造（ＭＳＭ構造）で構成される。

【００１１】図１に示す半導体(1) は、本実施例におい
て、珪素を主成分とした半導体である。この半導体(1)
は、まず、シラン（ＳｉＨ₄）、ＳｉＦ₄、ＳｉＨ₂Ｃ
ｌ₂等の珪化物気体をグロー放電法、またはプラズマＣ
ＶＤ法により、0.1 μｍないし10μｍ、特に１μｍない
し５μｍの厚さに形成される。半導体(1) は、これらの
方法に代えて、スパッタリング法、真空蒸着法、減圧Ｃ
ＶＤ法のいずれかの方法を用いて形成してもよい。これ
らいずれかの方法により形成される半導体(1) は、アモ
ルファス半導体として形成される。次に、このアモルフ
ァス半導体の成長直後の状態（as ｇrown状態）におい
て、このアモルファス半導体中にセミアモルファス半導
体を１％ないし50％の量で混在させ、前記アモルファス
半導体をセミアモルファス半導体に変成する。また、前
記アモルファス半導体は、100 ％セミアモルファス半導
体に近づける変成をなしてもよい。また、前記アモルフ
ァス半導体の一部をセミアモルファス半導体に変成する
には、結晶化温度に比べて30度Ｃないし150 度Ｃ低い温
度である450 度Ｃないし700 度Ｃの温度で加熱し、セミ
アモルファス半導体として完成した。

【００１２】その後、変成されたセミアモルファス半導
体は、ＨとＨｅとの混合雰囲気状態、たとえばＨ₂: 0％
ないし10％、Ｈｅ:90 ％ないし60％の混合雰囲気状態に
して、１ＭＨｚないし100 ＭＨｚまたは１ＧＨｚないし
10ＧＨｚの周波数の300 Ｗないし3 ＫＷの出力を有する
誘導エネルギーでプラズマ化して、不対結合手を中和す
る。前記混合雰囲気中のＨｅは、電離電圧がすべての原
子中最も大きい。このＨｅは、プラズマ状態の持続のた
めに、また、熱伝導率が0.123 Ｋcal/ｍＨr Ｃとネオン
0.0398、アルゴン0.0140、窒素0.0206等に比べてすべて
の気体元素中最も大きいので、均熱反応をするために、
特に重要である。

【００１３】本実施例は、さらにこのアモルファス半導
体中でのセミアモルファス半導体の存在確率を向上さ
せ、95％以上の概略100 ％の存在確率を持つ成長直後の
状態（as ｇrown状態）の半導体に成長させることを目
的としている。前記図１に示される構造は、前記アモル
ファス半導体を形成する工程の前後に、金属または不純
物が多量にドープされた半導体の電極(3) 、不純物電極
による対抗電極(2) のそれぞれを、真空蒸着法、プラズ
マＣＶＤ法または減圧ＣＶＤ法により形成することで得
ることができる。前記２つの電極(3) 、(2) のそれぞれ
には、順方向の電圧を1.0 Å/cｍ²ないし５×10⁴Å/c
ｍ²の範囲で100 秒、特に0.01秒ないし２秒間印加し、
電流特にパルス電流を流す。

【００１４】この時、アモルファス半導体は、不純物を
ドープしない場合、電気伝導度σが10^-9（Ωｃｍ）^-1な
いし10^-12（Ωｃｍ）^-1であり、絶縁性に等しい。しか
し、アモルファス半導体の所定の部所に、直径１μｍな
いし１ｍｍの大きさのスポット状に10⁴ＬＸ以上の照度
で光照射を行うと、その光照射が行われた部所におい
て、電気伝導度σは、10^-1（Ωｃｍ）^-1ないし10^-6（Ω
ｃｍ）^-1と10⁶倍も増加する。この光キャリアを利用す
ると、前記光照射が行われた部分のみ、大電流を流すこ
とができ、アモルファス半導体は、セミアモルファス半
導体として変成される。さらに、このセミアモルファス
半導体に変成した領域に隣接する周囲は、電流が流れな
いため、アモルファス半導体としての構造が残置され
る。

【００１５】さらに、このセミアモルファス半導体の特
性に関して、そのー例を示す。図２は本実施例のセミア
モルファス半導体の電気伝導度と絶対温度との関係を示
す図である。図２において、縦軸に電気伝導度σ、特に
光照射を行わない暗電流の電気伝導度σを対数（Loｇ）
の座標で示し、横軸にその絶対温度を示す。図２に示す
曲線(10)は、アモルファス半導体の電気伝導度特性であ
る。このアモルファス半導体に３×10Ａ/cｍ²、10³Ａ
/cｍ²の電流をそれぞれ0.5 秒間加えると、前記曲線(1
0)は、それぞれ曲線(11)、(12)のそれぞれへと変化す
る。つまり、室温において、アモルファス半導体の電気
伝導度は、10^-10（Ωｃｍ）^-1であるのに対して、セミ
アモルファス半導体の電気伝導度は、10^-6ないし10
^-4（Ωｃｍ）^-1と10⁴倍も増加させることができる。

【００１６】さらに、前記アモルファス半導体は、原子
量の大きい金属性不純物であるＡｓ、Ｓｂの如きＶ価の
不純物、Ｇａ、Ｉｎの如きＩＩＩ価の不純物、Ｓｎ、Ｐ
ｂの如きＩＶ価の不純物を0.1 モル％ないし10モル％
（原子％）、たとえば1.2 モル％（原子％）添加する
と、図２に示す曲線(10') の電気伝導度特性が得られ
る。この不純物が添加されたアモルファス半導体は、同
様に、セミアモルファス半導体化の電流を流すと、曲線
(10') から曲線(13)、(14)のそれぞれに示す電気伝導度
特性を得ることができる。このことにより、前記原子量
の大きいＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ価のそれぞれの金属性不純物
は、セミアモルファス半導体化を助長するための補助剤
となる。一方、ＩＩＩ価のうちでも原子量の小さいＢ、
Ｖ価のうちでも原子量の小さいＰのそれぞれの如き不純
物は、補助作用がみられないので、不純物として特性が
異なる。

【００１７】図３は本実施例のセミアモルファス半導体
のスピン密度と電流密度との関係を示す図である。図３
において、縦軸は電子スピン共鳴（ＥＳＲ）での不対結
合手のスピン密度を示し、横軸は電流密度を示す。セミ
アモルファス半導体に印加時間を0.1 秒、0.5 秒、2.5
秒のそれぞれに変化させて電流を加えると、図３に示す
如く、電流密度に対しすべて漸減した曲線(17)、(16)、
(18)のそれぞれを得ることができ、この測定結果から
も、セミアモルファス半導体は、電気伝導度の増加を示
す。すなわち、アモルファス半導体の不対結合手は、セ
ミアモルファス半導体化により減少する。そして、この
セミアモルファス半導体は、電気伝導度σが向上し、ひ
いては10³倍ないし10⁶倍にもキャリア移動度を向上で
きる。しかし、これらの半導体被膜は、電子線回折像を
撮ると、結晶化した格子構造を有し、かつその結晶格子
に歪みが存在していた。

【００１８】また、アモルファス半導体において、含有
水素は20モル％（原子％）を有していたが、この水素含
有量は、セミアモルファス半導体化により減少され、0.
1 モル％ないし５モル％（原子％）程度しか混入されて
いなかった。このため、電子スピン共鳴の結果は、不対
結合手を水素が中和したのではなく、珪素（Ｓｉ）どう
しが互いに結合して中和したためと考えられる。

【００１９】以上の特性より、いわゆるアモルファス半
導体によって形成された被膜は、結晶格子間距離および
結晶格子の位置がランダムである構造に対し、セミアモ
ルファス半導体によって形成された被膜は、自由エネル
ギーの安定な、さらに熱エネルギー的に安定な結晶構造
と異なる第３の安定点を自由エネルギー的に有している
ものと想定される。図４は一般的な位相空間の座標（CO
NFIGURATIONAL COORDINATE）と自由エネルギーとの関係
を示す図である。図４の横軸は一般的な位相空間の座標
を示し、縦軸は自由エネルギーを示す。図４において
は、アモルファス半導体(21)および(21') 、セミアモル
ファス半導体(22)、結晶性半導体(23)の３つの状態を示
し、セミアモルファス半導体(22)は、アモルファス半導
体(21)および(21') から結晶性半導体(23)になるための
準安定状態というよりも第３の安定状態であることが判
明した。

【００２０】また、前記図２において、基板温度（絶縁
性基板(4) の温度）を室温より高い200 度Ｃ、400 度Ｃ
のそれぞれに設定すると、室温の曲線(11)、(12)で示す
ように、それぞれ３Ａ/cｍ²、10²Ａ/cｍ²の低い電流
密度が得られる。本実施例の特徴は、アモルファス半導
体に電流を加える時に局部的な光照射（光スポット）に
よるフォトキャリアを発生させること、また、この光ス
ポットを走査（スキャン）させること、スキャンされた
光路に従ってセミアモルファス半導体を作ることであ
る。また、この時、併せて加熱することにより熱励起を
助長させることは、実用上無理なく、かつ広い領域に均
一に電流を加えるためにきわめて有効である。本実施例
における電流密度は、単位面積当たりに流れる電流の密
度の平均を意味する。また、電流密度は、電極下の領域
に局部的に流れる電流の密度を意味する。つまり、本実
施例は、１ｍｍ×１ｍｍ以下の小面積にのみ適用するの
ではなく、10ｃｍ×10ｃｍの如き大面積にも適用が可能
である。

【００２１】このように、前記図１において、対抗電極
(2) の直下、つまり領域(20)の半導体(1) は、セミアモ
ルファス半導体となる。また、同図１に示す領域(19)の
半導体(1) は、下側電極(3) もないため、成長直後の状
態（as ｇrown状態）のアモルファス半導体、またはア
モルファス半導体とセミアモルファス半導体との混在し
た半導体となる。さらに、領域(19') の半導体(1) は、
成長直後の状態（asｇrown状態）のアモルファス半導体
と領域(20)の半導体(1) との中間構造を有する。

【００２２】前記図１に示す半導体(1) は、アモルファ
ス珪素の場合であるが、Ｇｅ、ＧｅＳｉx(0<x<1)、Ｓｉ
Ｏ_2-x(0<x<2)、ＳｉＣ_1-x(0<x<1)、Ｓｉ₃Ｎ_4-x(0<x<4)
の如き、化合物または混合物であっても同様に実施可
能である。本発明でいう半導体とは、電流を流し得る制
限における半絶縁体をも含む。かくして、アモルファス
半導体は、珪素の場合、キャリア拡散長が約300 Å程度
しかなかった。これに対して、本実施例のセミアモルフ
ァス半導体は、１μｍないし50μｍとキャリア拡散長が
10⁴倍に増加し、キャリア拡散長を単結晶の1/10ないし
1/1000にまで近づけることができた。

【００２３】また、電子線またはＸ線回析方法によっ
て、セミアモルファス半導体を調べたところ、このセミ
アモルファス半導体の原子間距離は、珪素において2.2
Åないし2.5 Åであり、単結晶の原子間距離2.3 Åと概
略一致しつつも長い距離方向に延びた歪みを有してい
た。しかし、セミアモルファス半導体の結晶構造は、ロ
ングレンジオーダで単結晶と同じダイヤモンド構造を有
しておらず、単結晶に歪みを有する結晶性のダイヤモン
ド構造を有していた。セミアモルファス半導体の結晶構
造は、ショートレンジオーダでダイヤモンド構造をし、
回析像で調べる範囲において、単結晶からピーク位置が
ずれ、格子歪みを多く有していた。この格子歪みのた
め、セミアモルファス半導体の光の遷移は、単結晶の珪
素の間接遷移と異なり、アモルファス半導体と同じく直
接遷移を有していることが判明した。

【００２４】実施例２この実施例２は、ＭＩＳ- ＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効
果半導体装置）に関するものである。本実施例のＭＩＳ
−ＦＥＴをインバータ構造にして基板上に設けたものを
説明するための縦断面図である。図５に示すＭＩＳ- Ｆ
ＥＴは、ＳＯＳ（SILICON ON SAPPHIRE またはSILICONO
N SILICON）構造で構成される。このＳＯＳ構造は、ガ
ラス、セラミックまたはシリコン基板上に酸化膜を約１
μｍの厚さに形成した、いわゆる非結晶性表面を有する
絶縁基板(40)上に、アモルファス半導体に不純物をドー
プしないシリコン半導体層が形成される。ＭＩＳ- ＦＥ
Ｔは、前記シリコン半導体層の一部を選択的にセミアモ
ルファス半導体とし、このセミアモルファス半導体に構
成される。

【００２５】このＭＩＳ- ＦＥＴは、以下の方法により
形成される。まず、実施例１にて示された方法により、
0.3 μｍないし１μｍの厚さのアモルファス半導体を作
製する。そして、このアモルファス半導体に、酸化性気
体に対しマスク作用を有し、かつ他部を酸化してこの酸
化膜を埋置できるマスク用被膜、つまり窒化珪素(42)を
0.2 μｍないし0.5 μｍの厚さに選択的に形成する。次
に、前記マスク用被膜を用い、アモルファス半導体の表
面の一部に選択的に酸化を行い、アモルファス半導体の
表面の一部に埋置した酸化物（49）を形成する。

【００２６】その後、前記マスク用被膜を除去し、再度
アモルファス半導体の表面に、高圧またはプラズマ酸化
法により、ゲート絶縁膜(42)、(42') が５００Åないし
１０００Åの厚さに形成される。次に、前記ゲート絶縁
膜(42)、(42') の表面上に、ゲート電極(41)、(41') 用
シリコン半導体被膜をアモルファス半導体またはセミア
モルファス半導体として形成する。特に、セミアモルフ
ァス半導体とする場合、Ｎ型とするには導電性金属であ
るＳｂ、Ａｓを、またＰ型とするにはＩｎ、Ｇａをそれ
ぞれ0.1 モル％ないし５モル％（原子％）添加する。こ
の後、前記ゲート電極(41)、(41') 用シリコン半導体被
膜をフォトエッチングし、ゲート電極(41)、(41') 、お
よびソース領域、ドレイン領域のいずれかの電極リード
(50)、(50') 、(50'') を形成する。

【００２７】次に、Ｎチャネル型ＭＩＳ- ＦＥＴの場
合、ゲート電極(41)をマスクとして、自己整合させてイ
オン注入法によりＡｓをドープし、ソース領域(43)、(4
3') のそれぞれ、およびドレイン領域(44)、(44') のそ
れぞれを形成する。そして、ＭＩＳ- ＦＥＴは、Ｖ_DD用
電極リード(50)に対して、ドレイン領域(44)、(44') の
それぞれに接続される出力用電極リード(50') が、オー
バーコート膜（層間絶縁膜）上に形成された上層リード
(48)に接続される。このように構成されるＭＩＳ- ＦＥ
Ｔは、前記実施例１に従って、パルス電流を流すと、チ
ャネル形成領域(45)、(45') のそれぞれがセミアモルフ
ァス半導体化され、同時にソ−ス領域(43)、(43') 、ド
レイン領域(44)、(44') のそれぞれもセミアモルファス
半導体化される。かくして、前記チャネル形成領域(4
5)、(45') のそれぞれは、真性または実質的に真性のシ
リコン半導体よりなり、その電気伝導度を実施例１に示
した10^-6（Ωｃｍ）^-1ないし10^-4（Ωｃｍ）^-1 にする
ことができた。さらに、実施例１に示すごとく、不要の
不対結合手を水素アニールにより消滅させた。

【００２８】前記ＭＩＳ- ＦＥＴをロード用ＭＩＳ- Ｆ
ＥＴとして使用する場合、ゲート電極(41') は、ディプ
レッション型にするためにＮ+ 型で形成される。また、
ＭＩＳ- ＦＥＴをドライバ用ＭＩＳ- ＦＥＴとして使用
する場合、ゲート電極(41)は、ソース領域(43)、ドレイ
ン領域(44)のそれぞれの導電型と異なるＰ+ 型で形成さ
れる。本実施例のＭＩＳ- ＦＥＴは、この多数キャリア
を利用したディプレッション型ＭＩＳ- ＦＥＴ (ＤＩＳ
- ＦＥＴ )の例を示す。また、ＭＩＳ- ＦＥＴは、少数
キャリアを用いる場合、ＮチャネルＭＩＳ- ＦＥＴのチ
ャネル形成領域(45)、(45') のそれぞれをＰ型に形成す
る。また、本実施例は、ＭＩＳ- ＦＥＴでインバータを
構成した例を示すが、本発明においては、これらのＭＩ
Ｓ- ＦＥＴもしくはインバータを複数集積化した集積回
路（ＩＣ）を構成してもよい。また、本発明は、ＭＩＳ
- ＦＥＴに限らず、バイポーラ型トランジスタを集積化
した集積回路（ＩＣ）、ＳＩＴ（STATIC INDUCTION TRA
NSISTER ）、ＩＩＬ（INTEGRATED INJECTION LOGIC）等
への応用も可能である。この場合、バイポーラ型トラン
ジスタ、ダイオード等の素子領域はセミアモルファス半
導体で構成され、素子領域の周辺のアイソレーション領
域のー部または全部は、アモルファス半導体で構成され
る。

【００２９】本実施例によれば、光および電流を加える
だけで容易にアモルファス半導体からセミアモルファス
半導体にすることができるため、電気伝導率の異なる領
域を簡単に形成することができる。以上の説明により明
らかな如く、本発明のアモルファス半導体とセミアモル
ファス半導体とを同一の半導体中に設けることは、その
実施態様であるＭＩＳ型光電変換装置、ＭＩＳ−ＦＥＴ
を用いた集積回路、光メモリ等への応用が可能であり、
さらに同一技術思想に基づく多くの応用が可能である。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、基板上に形成されたア
モルファス構造の半導体を結晶化温度以下で加熱するこ
とによって、アモルファス半導体と結晶性半導体の中間
構造の半導体として、アモルファス半導体より電気伝導
率を向上させた。そして、本発明によれば、上記半導体
をチャネル形成領域に使用したので、安価でしかも特性
の優れたＭＩＳ型半導体装置を得ることができた。ま
た、上記半導体は、結晶とアモルファスとが混在状態に
あるため、アモルファス半導体と同じく光を直接遷移
し、優れた特性のＭＩＳ型半導体を得ることができた。
さらに、半導体中の水素の量を０．１モル原子％ないし
５モル原子％としても、電気伝導率がアモルファス半導
体より向上し、優れた特性のＭＩＳ型半導体装置を得る
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための図である。

【図２】本実施例のセミアモルファス半導体の電気伝導
度と絶対温度との関係を示す図である。

【図３】本実施例のセミアモルファス半導体のスピン密
度と電流密度との関係を示す図である。

【図４】一般的な位相空間の座標と自由エネルギーとの
関係を示す図である。

【図５】本実施例のＭＩＳ−ＦＥＴをインバータ構造に
して基板上に設けたものを説明するための縦断面図であ
る。

【符号の説明】

４０・・・絶縁基板４１、４１’・・・ゲート電極４２、４２’・・・ゲート絶縁膜４３、４３’・・・ソース領域４４、４４’・・・ドレイン領域４５、４５’・・・チャネル形成領域４６、４６’・・・アイソレーション領域５０、５０’・・・電極リード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面を有する基板上に、ソース領
域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域よりなる半
導体と、前記チャネル形成領域上にゲート絶縁膜および
ゲート電極が設けられた半導体装置において、前記チャネル形成領域は、水素、またはハロゲン元素が
添加されて、結晶とアモルファスとの混在状態を有する
ことを特徴とするＭＩＳ型半導体装置。
【請求項２】絶縁表面を有する基板上に、ソース領
域、ドレイン領域、およびチャネル形成領域よりなる半
導体と、前記チャネル形成領域上にゲート絶縁膜および
ゲート電極が設けられた半導体装置において、前記チャネル形成領域は、０．１モル原子％ないし５モ
ル原子％量の水素を含有する半導体よりなることを特徴
とするＭＩＳ型半導体装置。