JPS5827366A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は基板上にアモルファス（無定形、非晶質、以下
単にＡＥＩという）、５〜２００ムの大きさのショート
レンジオーダの倣結晶性を有するセミアモルファス（牛
非晶質、以下単に８Ａ８という）および多結晶（以下単
にＰｄ２という）の構造を有する半導体であって、特に
水素またはフッ素、塩業の如きハロゲン元系が０．０１
〜１０モルＳまたはりチューム、ナトリュームまたは／
ｌ　　　　ＱＬ カリュームの如きアルカリ金輌元素が１０〜１０ｏｎの
濃度に含有されて再結合中心を中和したとした集積化構
造に関する０ 本発明はかかる基板上にプラズマＯＶＤ法等によシ蒸着
形成されるＮ８０Ｂ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誓ボ
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
導体装置似下単に工ＧＦＫＴという）に比べて、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。さらに本発明の如く同一基板上に複た＃）最大の
ｕ嬬的な構造、アレーで配電させることを特徴としてい
る。

本発明は非単結晶半導体であるすなわちＡｓ。

８１８、Ｐａを含むものであシ、特に５ＡＥＩに関して
は、本発明人の出願になる特許願（セミアモルファス牛
導体　％願昭５６−０６５８２６８５６．４゜３０出願
、％顧昭５５−１２０３２２８５５．８．３０出願）に
自己されている。

すなわち半導体例えば珪素中導体における単結晶性を有
さない特にアモルファス構造のガラス基板、多結晶構造
のステンレス基板であってもその電気−光伝導度がムＭ
　１（ｌ　ＯＯｍＷ／ａ　ｍ）の光エネルギを与えた場
合１×１６′−８×１♂（ｊ’Ｌ６　ｙｌ）’を有し、
これらの値は単結晶珪素半導体の１７２〜１／１０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
人によシ見出されたものでその内容は、ムｐｐＬ　Ｐｈ
ｙａ、　Ｌ＠ｔｔ　３Ｂ　（３）、　１９８１１４２〜
１４６１８１春季　第２８回応用物理学会講演会　１＆
Ｓ５　微結晶を含むａ−８１の構造観察と光学的・電気
的特性　４２２ページにその一部が発表されている。

従来アモルファス半導体を用いた工ＧＦ’ｌＣＴ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０
第１図において絶縁基板（１）上にゲイト電極（３）、
（至）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０υをＯＶＤ法によシ酸化珪素
を０．１〜０．５μの厚さに設ける。次にこの上面にム
８を形成し、（５）。

００）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チャネルエＧＦＥＴ　（ｌυにおける
Ｎ型の半導体層（６）　、　（７）を辿択的にフォトエ
ッチ法を用いて形成し、またＰチャネル型工Ｇ？］！Ｉ
Ｔ（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
シ第１図の如＜　０７ＭＯ８６ＦＥＴを完成させている
。

この構造においてはゲイト絶縁物θ埠がＯＶＤ法で形成
されるため、高密度でなく、結果としてゲイト電極（３
）と半導体（５）とがショート、リークしやすく、その
ため絶縁物Ｑｌ）を０．３μ以上と岸〈シなけれ１Ｊな
らない。結果としてゲイト電圧は２０〜６０’Ｖと大き
な電圧となシ、いわゆる１、５〜５ｖの低電圧駆動が全
く不可能である０ゲイト電極α辱の両端と半導体（５）
の両端とソース（６）、ドレイン（′／）の一端を精密
に位置合せすることが工ＧＦＩＩ！Ｔでは必要である。

しかし基板上に凹凸がある状態、で合せ精度１μ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０結未
として２０〜３Ｏｐものトレランスを作っておシそのた
めドレイン電圧も・６０〜フＯｖ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）の氷面αηにおいて、ＰまたはＮ型の
導電型の不純物が０．６〜２チもの多量にドープされた
半導体が密着し、それを先金にエツチング除去しない限
シこの部分でソース（６）、ドレイン（））がショート
してしまう。しかしこれはその下側の半導体（５）と同
一主成分であるため選択エッチがきわめて困難になって
しまった０ 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Ｓム
日においては全く信頼性において、１ｆｃ製造バラツキ
において工業的に実用不可能であった。このような第１
図の構造を用いることは全く不適当であった０ 本発明はチャネル形成領域のＮ８０Ｂにおけるその下側
、上側、側部のすべてを絶縁物または高不純物濃度を有
する半導体でおおっておシ、この半導体としての構造敏
感性を利用してゲイトも精度よく制御することを特徴と
している。

そのため従来の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駆動が可能となシ
、さらに１．５ｖ駆動もその構造において本質的に可能
であるという％徴を有する。

さらに本発明はかかる工ＧＦ］Ｉ！ＴがｊＵ化しやすい
構造を有するとともに、このＩＧＩＦＩＴをさラスを用
いることによシ、基板側での光程度を慎出するイメージ
センナを設けることを特徴としている。

以下にその実施例を図面に従って説明する。

実施例１ 第２ＩＡは本発明の工（）ＰＥＴのたて断面図およびそ
のＡ造工程を示す。

第２図（４）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導電性基板でおるステン
レス上にＮ８０Ｂ　鉤を０．１〜１μの厚さに７’ラズ
マ気相法で形成した。この’１ｉＢＯＢはシラン（モノ
シランまたはポリシラン）またはフッ化珪８ｔへリュー
ムま°たは水系で希釈し、０、０１〜１０ｔｏｒｒ例え
ばｏ、　！５ｔＯｒｒの反応炉内に尋びき、１００−４
００’Ｏ例えば３００°０に加熱された基板上に前記反
応性気体に直流、高周波（６００ＫＨＭ〜５０ＭＨｚ例
えば１３．５６ＭＨｓｉ）またはマイクｏ　ｙ　（１〜
１０ＧＨ＋ａ例えば２．４５ＧＨｚ）の′嶋磁エネルギ
を５〜２００Ｗの出力を加えてグロー放′嵐またはアー
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Ｎ１３０Ｂを形成
させたものである。

第２図（Ｂ）よシ明らかなｙ口く、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。このためとのＮ８０Ｂ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。

シ門 このＮ８０Ｂは同一反応炉において生成Ｙ度の偵４性も
あるが、出力によシ例えば５〜３０ＷはＡ８．２０〜３
０Ｗは中間領域、３０〜８ｏｗは５ＡＥＩとなシ、また
温度が４００’Ｏ以上でがっＳＯＷ以上ではＰＯＢと分
類することができる。

特にムＢ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す、また８Ａ
Ｓは６〜２００ムのショートレフツ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モルチ添加さ
れている。さらにこのＤＡＢのこれらの中和剤で相殺で
きていない不対結合手を１０〜Ｌｏｏｍ　ｏ　ａ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′ｔ・７−ノ 如きアルカリ金属を１０〜１０ａｍ　Ｏ濃度に添加して
耐放射線性、周阪数特性のｒａ−ｆ、−をしてもよい。

このＤＡＢは培体導度ｌＸ１０〜３ＸＩＯ（４０ｍ）を
有し、また光体導度はムＭ１の条件下にて１×１０〜８
Ｘ１０Ｌ（Ａｃｍ５’を実験的に有していた。またムＢ
は培体＊　Ｋ　１０〜：ｌＯ（ＪＬＯｍ）を有し、光体
導度は１０〜３　ｘ　１０　（ｊＬｃ　ｍ）をＭしてい
た。

このＡｓ、　ＥＩＡＳは実用上において使い分ければよ
い。

第２図（４）はマスク（ハ）を１〜５μ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。

これは賦圧プラズマ気相法によシ酸化珪系または耐熱性
有機樹脂であるポリイミド膜、ＰＩＱであってもよい。

さらにこのマスク０！ヤを用いてＮ８０Ｂ　＠Ｊの他部
を除去した。

この後この上面に再びム８またはＤＡＢの半導体層［ｔ
ｏ、１〜１μの厚さで牛導体層四と同様のプラズマＯＶ
Ｄ法にて形成した。この時ＮまたはＰチャネルエＧＦＩ
ＣＴを作るため、ＮまたはＰ型の半導体層−のそれぞれ
に対し、Ｖ価の不純物であるリン、１価の不純物である
ホウ鍬を０．２〜２チ添加した。

さらに■のフォトマスクを用いてこの半導体層（ハ）を
集稙化傳造を作るため選択的に除去して半導体層（ハ）
に島状に基板上に形成してもよい。

かくして第１図（４）を得た。

第２図中）は第１図（４）の構造にてマスクＱ℃を超音
波を屏く加えてエツチング液に浸し浴去した。

すると領域−と（ロ）に一対を構成して一導電型の半導
体層［、（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物（３υを酸化珪素
またはポリイミド樹ＨｖＩ膜により０．１〜１μの厚さ
に形成して第２凶を得た。

この後ゲイト絶縁物（３３）をグツズＹ＆化法にて３０
０〜２０００ムの厚さに形成した。すなわち酸素ｔｆｃ
は酸化性気体を２．４５（）Ｈｇ　（出力１ｏｏ〜５０
０　Ｗ）のマイクロ波によシ分屏、活性化し、この活性
化した酸化性気体中に基板を３００〜６００°０の温涙
にて設置して、この表面に酸化物特にＥＩＡＥＩ翰が珪
素であった時は酸化珪素膜を作製した。

このゲイト絶縁物はプラズマ気相法による窒化珪素、ア
ルミナＭ等を形成してもよい。また２鳩、３層構造とし
ても、手薄発性メモリを構成させるため亀荷捕棲中心と
しての半導体または金属のクラスタまたは涙を形成して
もよい。

これらは公知の工ＧＦＦｌｔＴ　、手挿発性メモリの技
術に応用する変形要素である。

次にｔ極用コンタクト用開穴（３すのフィールド絶域物
を選択的に第２のフォトマスク■によう除去した。

かくして第２図（０）を得た。

この後第２図（Ｂ）に示す如く、ゲイト電＆（３５）電
像リード（３）をフォトマスク■と公知の真空蒸着法ま
たは無ｌＩＬ界メッキ法によ多形成された’ｋ１１１４
を選択的に除去して作製した。

かくして工ＧＦＩＩｆＴを作りた。さらに　二（１９り
配−を行うにはこの上面ｔｇ−Ｐｘｃ４．等の耐熱性有
機樹脂（６５）を塗付し、さらに・螺憶窓（６６）をフ
ォトマスク■を用い、さらに第２の配線（６７）をフォ
トマスク■を用いて形成した。

図面よシ明らかな如く、電極リードはすべてＮ８０Ｂの
上面に形成し、■を含めて４まい、■を含めない場合は
わずか３まいのフォトマスクによシエＧＦＩＩＴを作る
ことができた。加えて、ソース■、ドレイン（３０）を
構成する一対の不純物層はチャネル形成領域を有する半
導体層（ホ）の側部を囲んでいる。また半導体ノー（ホ
）はその下面上面とも基板（１）、タイト絶縁物（３３
）で囲まれておシ、構造敏感な半導体■は外部に露呈す
ることがない。またゲイト電極（３段の両端（３８）と
ソース翰、ドレイン（３０）の一端（３ηとが変換動的
にセルファライン的に設けられ、ソース、ドレインゲイ
トＮｊＡ鰍物、ゲイト電極がすべて高精度に位置合せが
可能であシ、ゲイト電極（３段とドレイン（３０）のム
なシ合せは１μ以下であるため、寄生容量が小さく　Ｎ
８０Ｂであるにもかかわらず、１０ＭＨＭ以上の高速応
答をさせることができ死。

実施例２ との冥施例は第３図にそのたて断面図と製造工程を示し
である。

図面は実施例１と同様の方法で作製した。

第３図（４）において実施例１と同様の基板（１）上に
Ｎ８０８　Ｇｌｌとその上面にマスク（ハ）を形成した
。

さらにこのマスク（ロ）をマスクとして１１ＢＯＢ−を
凹部を設けてエツチングした。これはＮｅａｓい夛の上
面とＰまたはＮ型の導電型を有する半導体＃ｉに）の上
面とが概略同−千面になるようにあらかじめＮＢＯＢ（
７）を一部除去したものである。

さらに半導体１１＃（ハ）が形成した後この上面にこの
半導体層の電気的導電性を助長するため、金■ｍ（３９
）をタングステン、モリブデン、ニッケル専の耐熱性４
ｊｉ楓によ多形成した。ニッケル等にあっては、無電界
メッキ法によりこれらの上面に０．１〜０．４μの厚さ
に表面を活性化してその後メッキ液に浸すことによシ成
就することができるＯ 半導体層に）がＰ型の場合は璽価であシかつ金属のアル
ミニューム等を０．２〜０．４μの厚さに形成してその
半導体層の実効的なシート抵抗を下げてもよい。

さらにこの上面にフィールド絶縁物（３１）を実施例１
と同様に形成して第３図（４）を得た。

第３図φ）に示す如く、マスクｅ埠をリフトオフ法によ
り除去した。するとソースを構成する不純物層数、ドレ
インを構成する不純物層（３０）の一端ｃＳ′Ｑとフィ
ールド絶縁物（３１）または導電膜層（３０）の一端と
はセルファライン的に形成され、その間隔は半導体（ハ
）の厚さによシ決めることができ、製造工程的に容易に
高釉度位置合せを行うことができた。さらにゲイト絶縁
物（３３）を実施例１と同様に笑施し、第３図（Ｂ）を
得た。

次に第３図（０）に示す如く、フィールド絶縁物（３１
）に電極穴（３つ（３２）を設けた後、ゲイト電極（３
ｒ’）、電極、リード（３２）を半導体またはアルミニ
ューム、ニッケル、モリブデン等の金属によ多形成した
。

さらに必要に応じこの上面に層間絶縁物（６）を設け、
９電惚穴（６６）、Ｉ層配置！＃（６’／）を設けても
よい０ この実施例においても実施例１と同様に半導体層（ホ）
の選択エツチングを行わない場合は３まい、ま九行う場
合も４まいのフォトマスクで作ることができた。

さらにこの半導体装置はＩＪ８０８（イ）、（ハ）にお
いてまたマスクＱυ、電極（３５）、導体（３３）はす
べて５００１０以下特に２５０〜３５０’Ｏの低温で作
ることを他の特徴としている０さらに製造工程が基板よ
シその上方に被膜を積層することによシ順序よく得られ
、次の工程によυその前の工程で得られた半導体層、絶
縁物等が金属と半導体とが反応して劣化しないように作
られている点が特徴である。特にゲイト絶縁物はＮ８０
Ｓ上に設けられ、ゲイト電極が最終工程であるため、劣
化の可能性がない点、また逆に導体層（３９）はＰ＋ま
たはＮ“ト絶縁物を形成した後作るためゲイト電極（３
５）をソース四、ドレイン（３Φに電気的に連結するこ
とが容易であシ、インバータ等の負荷等を作る場合有効
である。

実施例３ との実施例は実施例１＃２を応用して同一基板上にネ駁
ｋｆｋＪをマトリックス状に配列したものである。図面
は透光性基板（１）上に工ＧＦＩ！！Ｔを設けたが、こ
れを細密配列しそれぞれの−ＩＧＩＣＴをイメージセン
サの各要素とし、その要素間の無用の領域を除去したこ
とを特徴としている。

第４盲も本発明の半導体装置を示している。

図面においてＩＧＰＥＴは（１ｓ　１）＊　（２１１）
　Ｉ　＠１１＠　Ｇｎ、ｌ）・・・・（ｍｅｎ）Ｏｎ、
ｎは任意定数）とマトリックス構成をさせている。その
Ｘ、Ｙｄはそれぞれデコーダ、ドライバーである（８馬
（８つに連結されている。またひとつのＩＧＦＩｌｉＴ
　（８０）　（１，２）のソースと他の工ａｙｗＴ（ｘ
、ηのソースとが一体化し共通となっておシ、このふた
つの不純物層間に不要スペースが全くない。このためイ
メージセンサとして用いるにはきわめてすぐれたもので
ある。また工ＧＰＩ！：Ｔ　（１，２）の不純物領域（
３２）はそのとなシの工ＧＩＦｌｌｆＴのそれとも一体
化している。

全体として従来工ＧＦＩＣＴのマトリックス化に必要な
面積が実効的に１／４にでき、逆に同一面積で４倍のセ
ルを集積化できる。

かかる工ＧＦＩＴの集積化構造のたて断面図を第４図（
Ｂ）　Ｉ　（０）にムーム′、Ｂ　−Ｂ’の断面を推定
して示す０図面において明らかな如く、工Ｇ１１’１ｌ
ｉＴ（８）の不純９１３）−四ｍ　（３０）はそれぞれ
となシの工（）ＦＩＩｆＴ軒純物層と一体化している。

またゲイト電極（３５）　（３５＞は（４）における配
置（８５）をかねている。

ｎ５ｏｓの移！ｌｌ１Ｊ度が率釉晶半導体はど大きくな
いため、工ＧＦＩＴ　（８０）　、　（１，２）と他の
？１Ｔ（２，つとの間にフィールド絶縁物を作る必要が
なく、その−這工程が容易であるばかシでなくひとつの
セルサイズを小さくできるという特徴を有する。

この領域は特に第２図（４）の工程においてこの領域に
対し融木等をイオン注入し、この領域をアモルファス化
するとともに絶縁物化しその電気伝導度を減少させるこ
とは有効である。

かくの如きマトリックス構造をガラス基板上に有する動
台、基板側よシ光照射が行われ、デコーダ（８υより　
（８３）　（８４）に１９が、他の（８５）峻６）ン ・・・は′Ｏ′が加えられ、またデコーダ（８２）にお
いて（８−Ｑに０７が他の（８Ｂ）　、（８９）に”１
″が加えられると、（１，υ信号を検出することかでき
る。さらにデコーダ（８２）において（８８）を°″０
“、他を“１″とすると、帆１）の光信号を検出でき、
漸次走査させることにより、このイメージセンサのマト
リックス化されたＩＧＦＥＴの番地に従ってその光信号
を電気信号に変えることができた。

さらに従来第１図に示した例の如くゲイト電極が基板側
からの入射光をじゃへいしてしまう構造になっていた。

しかし本発明においては入射光が直桜チャネル形成領域
の牛瑯体を照射しそこで電子・ホールを発生させるため
、そのセンサとしての検出感度をさらに向上できる。

本発明は珪菓を中心として記したが、８１０ｘ（０＜Ｘ
＜　１）　、　Ｂ　ｉ、Ｎ、、、（０＜Ｘ（４）であっ
てもまたダルマニューム、鳳−■化合物に対しても応用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半導体装置のたて断面図であるＯ 第２図、第３図は本発明の半導体装置の九て断面図であ
る。 第４図は本発明の絶縁ゲイト型電界効来半導体装置をマ
トリックス化した場合の回路図および牛導体装置のたて
断面図を示す。 １、）許出願人 蓼１釦 察３聞

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上に非単結晶半導体と該半導体の側部の前記基
   板上または前記半導体上に互いに離間した一対の不純物
   領域と前記半導体上にゲイトを有する絶縁ゲイト型電界
   効果半導体装置を同一基板上に複数ケマ）　ＩＪラック
   ス造を有して配列されたことを特徴とする半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、第１の絶縁ゲイト
   型電界効果半導体装置の一方の不純物層は第２の絶縁ゲ
   イト型電界効果半導体装置のＹ方の不°純物層と一体構
   造を有し前記第２の半導体装置の一方の不純物層は第３
   の半導体装置の他方の不純物層と一体構造を有しこれが
   くりかえされて設けられたことを特徴とする半導体装置
   。 ３、特許請求の範囲第１項において、透光性基板よシの
   光照射程度を絶縁ゲイト型電界効果半導体装置により検
   出することを特徴としている半導体装置。