JP2535721B2 - Insulated gate type semiconductor device - Google Patents

Insulated gate type semiconductor device

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JP2535721B2
JP2535721B2 JP5164285A JP16428593A JP2535721B2 JP 2535721 B2 JP2535721 B2 JP 2535721B2 JP 5164285 A JP5164285 A JP 5164285A JP 16428593 A JP16428593 A JP 16428593A JP 2535721 B2 JP2535721 B2 JP 2535721B2
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舜平 山崎
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【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は基板上の非単結晶半導体
を用いた絶縁ゲイト型半導体装置(以下IGFという)
に関する。
The present invention relates to an insulating gate type semiconductor device (hereinafter referred to as IGF) using a non-single crystal semiconductor on a substrate.
Regarding

【0002】[0002]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのIGFに
対し、少なくとも3層に積層させた積層体の側周辺に設
けられた基板上面に対し垂直または概略垂直に設けられ
たチャネル形成領域を構成する半導体をアモルファスま
たはセミアモルファス構造の半導体に強光またはレーザ
光を照射してキャリアの移動方向に長軸を有する多結晶
構造に変成して設け、より高い周波数動作をさせること
を目的とする。
According to the present invention, a channel forming region is provided for the IGF, which is provided in the periphery of the side of the laminated body in which at least three layers are laminated, and which is provided perpendicularly or substantially perpendicularly to the upper surface of the substrate. A semiconductor having an amorphous or semi-amorphous structure is irradiated with intense light or laser light to be transformed into a polycrystalline structure having a long axis in the carrier moving direction, and a higher frequency operation is performed.

【0003】[0003]

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するため、第1の半導体、第2の半導体または絶縁体、
第3の半導体を、第2の半導体または絶縁体に接して第
1の半導体および第3の半導体が設けられており、第1
の半導体および第3の半導体をしてソースおよびドレイ
ンを構成せしめ、前記第1の半導体、第2の半導体また
は絶縁体、第3の半導体の側部に隣接して第4の半導体
と、前記第4の半導体上にはゲイト絶縁膜とゲイト電極
とが設けられており、前記第4の半導体のチャネル形成
領域を構成する部分はソースからドレインに移動するキ
ャリアの方向に結晶成長を有しており、前記チャネル形
成領域の側周辺にはアモルフアス構造によるアイソレイ
ション領域が設けられている構造の半導体装置とした。
In order to solve the above problems, the present invention provides a first semiconductor, a second semiconductor or an insulator,
The first semiconductor and the third semiconductor are provided by contacting the third semiconductor with the second semiconductor or the insulator.
The third semiconductor and the third semiconductor to form a source and a drain, and a fourth semiconductor adjacent to a side portion of the first semiconductor, the second semiconductor or the insulator, a third semiconductor, and the third semiconductor. A gate insulating film and a gate electrode are provided on the semiconductor of No. 4, and the portion forming the channel forming region of the fourth semiconductor has crystal growth in the direction of carriers moving from the source to the drain. The semiconductor device has a structure in which an isolation region having an amorphous structure is provided around the side of the channel formation region.

【0004】また本発明装置の第2の半導体または絶縁
体を特に炭化珪素または窒化珪素とし、これに隣接した
ゲイト絶縁膜としての窒化珪素または炭化珪素にはさま
れた第4の半導体はアモルファスまたはセミアモルファ
ス半導体をレーザアニールにより多結晶に変成せしめる
ことにより、このチャネル形成領域でのキャリアの移動
度を100〜500cmV/secと、従来のアモル
ファス構造の場合の0.05〜1cmV/secの5
0〜100倍とすることも可能である。その際、レーザ
光の照射方向が電流の向きと同一にすることがこの半導
体装置の場合構造上可能である為、チャネル形成領域で
のキャリア移動度は安定して400〜500cmV/
secという値が得られている。これはレーザアニール
を行う際、結晶軸方向(1,0,0)が電流の向きと一
致する為である。さらにその際、この単結晶化された半
導体と同時に第2の積層体も単結晶化されることを防ぎ
十分な絶縁性および耐圧を有せしめるため、アモルファ
ス構造の酸化珪素、炭化珪素または窒化珪素の絶縁体と
したことを特徴としている。
The second semiconductor or insulator of the device of the present invention is particularly silicon carbide or silicon nitride, and the fourth semiconductor sandwiched between silicon carbide or silicon carbide as a gate insulating film is amorphous or by allowed to denature the semi-amorphous semiconductor into a polycrystalline by laser annealing, and 100~500cm 2 V / sec the mobility of carriers in the channel forming region, in the case of the conventional amorphous structure 0.05~1cm 2 V / 5 of sec
It is also possible to set 0 to 100 times . At this time, since it is possible in the structure of this semiconductor device to make the irradiation direction of the laser light the same as the direction of the current, the carrier mobility in the channel formation region is stable at 400 to 500 cm 2 V / V.
The value of sec is obtained. This is because the crystal axis direction (1, 0, 0) coincides with the direction of current when performing laser annealing. Further, at this time, in order to prevent the second laminated body from being single-crystallized at the same time as the single-crystallized semiconductor and to have a sufficient insulating property and a withstand voltage, the amorphous structure of silicon oxide, silicon carbide or silicon nitride is used. It is characterized by being an insulator.

【0005】また本発明の半導体装置を作製するとき、
第4の半導体をゲイト絶縁物で覆った後工程にレーザア
ニールを行うことにより、第4の半導体であるチャネル
形成領域を構成する半導体に水素または弗素が添加され
た半導体を主成分とする珪素、ゲルマニュームを用いて
いるため、レーザアニールによりこれら水素、弗素が結
晶粒界を偏析し、結晶粒界に特に多く存在する不対結合
手を中和することができ、IGF特有の界面準位密度が
3×1011cm−2と小さくできるという特長を有し
ている。
When manufacturing the semiconductor device of the present invention ,
By performing laser annealing in a step after covering the fourth semiconductor with a gate insulator, silicon having hydrogen or fluorine added to the semiconductor forming the channel formation region, which is the fourth semiconductor, as a main component, Since germanium is used, these hydrogen and fluorine segregate the crystal grain boundaries by laser annealing, and can neutralize dangling bonds that are particularly abundant at the crystal grain boundaries, and the interface state density peculiar to IGF can be obtained. It has a feature that it can be reduced to 3 × 10 11 cm −2 .

【0006】さらに、第2の半導体または絶縁体の膜厚
を1μまたはそれ以下として短チャネル長とした。その
結果、50〜200MHzの高いカットオフ周波数を有
せしめることができた。
Furthermore, the film thickness of the second semiconductor or insulator is set to 1 μm or less, and the short channel length is set. As a result, a high cutoff frequency of 50 to 200 MHz could be obtained.

【0003】3層に積層された積層体の2つの側周辺に
さらにチャネルを形成する単結晶または多結晶構造の半
導体を設け、この半導体を用いて2つのIGFを作製す
ることにより、インバータ等の回路素子を高集積化して
設けることも可能である。
A semiconductor having a single crystal or polycrystal structure for forming a channel is further provided around the two sides of a laminate having three layers, and two IGFs are produced by using this semiconductor to form an inverter or the like. It is also possible to highly integrate and provide a circuit element.

【0007】[0007]

【実施例】図1は本発明思想を具体化した、一つの実施
例であり、積層型IGFの縦断面図およびその製造工程
を示したものである。この図面は同一基板上に図1
(D)に示すごとく4つのIGFを設けているが、図1
(A)(B)(C)はIGF(62)(63)の2つの
IGFを作製する製造例を示す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows one embodiment embodying the idea of the present invention, showing a longitudinal sectional view of a laminated IGF and its manufacturing process. This drawing is shown in FIG.
Although four IGFs are provided as shown in FIG.
(A) (B) (C) shows a production example for producing two IGFs of IGF (62) (63).

【0008】同一基板に10〜10ケのIGFを作
る場合もまったく同様である。図面において、絶縁基板
例えば石英ガラスまたはホウ珪酸ガラス基板上に第1の
導電膜(2)(以下E1という)を下側電極、リードと
して設けた。この実施例では酸化スズを主成分とする透
光性導電膜を0.5μの厚さに形成している。これに選
択エッチを施した。さらにこの上面にPまたはN型の
導電型を有する第1の非単結晶半導体(2)(以下単に
S1という)を1000〜3000Å、第2の半導体ま
たは絶縁体好ましくは絶縁体(4)(以下単にS2とい
う)(0.3〜3μ)、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)(0.
1〜0.5μ)を積層して積層体(スタック即ちSとい
う)を設けた。この積層によりNIN,PIP構造(I
は絶縁体)を有せしめた。
The same applies to the case where 10 2 to 10 6 IGFs are formed on the same substrate. In the drawing, a first conductive film (2) (hereinafter referred to as E1) is provided as a lower electrode and a lead on an insulating substrate such as a quartz glass or borosilicate glass substrate. In this embodiment, a transparent conductive film containing tin oxide as a main component is formed to a thickness of 0.5 μm. This was subjected to selective etching. Further, a first non-single crystal semiconductor (2) (hereinafter simply referred to as S1) having a P or N type conductivity on the upper surface is 1000 to 3000 Å, and a second semiconductor or insulator, preferably an insulator (4) (hereinafter Simply referred to as S2 (0.3 to 3 μ), a third semiconductor (5) having the same conductivity type as the first semiconductor (hereinafter simply referred to as S3) (0.
1 to 0.5 μ) were laminated to provide a laminate (stack or S). By this stacking, NIN, PIP structure (I
Is an insulator).

【0009】図面においては上面にITO(酸化インジ
ューム・スズ)、MoSi,TiSi,WSi
W,Ti,Mo,Cr等を主成分とする耐熱性金属導体
(6)をここではCrをPCVD法により0.2μの厚
さに積層した。さらにこの導体を選択的に第2のフォト
マスクを用いて除去した。次に積層体をさらに厚く作
るため、予めLP CVD法(減圧気相法)PCVD法
または光CVD法により0.3〜1μの厚さに酸化珪素
膜(7)を形成しておいてもよい。PCVD法の場合は
OとSiHとの反応を250℃で行わしめて作製
した。
In the drawings, ITO (indium tin oxide), MoSi 2 , TiSi 2 , WSi 2 , and
A heat-resistant metal conductor (6) containing W, Ti, Mo, Cr or the like as a main component was laminated with Cr to a thickness of 0.2 μm by the PCVD method. Further, this conductor was selectively removed using a second photomask. Next, in order to make the laminated body thicker, the silicon oxide film (7) may be formed in advance to a thickness of 0.3 to 1 μm by the LP CVD method (pressure-reduced vapor phase method) PCVD method or the photo CVD method. . In the case of the PCVD method, the reaction between N 2 O and SiH 4 was performed at 250 ° C.

【0010】このN,PをNNまたはPPとしてN
NINN,PPIPP(Iは絶縁体または真性
半導体)としてPまたはNと電極との接触抵抗を下げる
ことは有効であった。さらに図1(B)において、マス
クを用いて選択エッチング法により絶縁膜(7)を除
去し、さらにSiO膜(7)をマスクとしてその下の
導体(6)、S3,S2およびS1を除去し、残った積
層体を互いに概略同一形状に形成した。すべて同一マス
クでプラズマ気相エッチ例えばHF気体またはCF
の混合気体を用い、0.1〜0.5torr 30
Wとしてエッチ速度2000Å/分とした。
Let N and P be N + N or P + P and N
It was effective to lower the contact resistance between P or N and the electrode as + NINN + , P + PIPP + (I is an insulator or an intrinsic semiconductor). Further, in FIG. 1B, the insulating film (7) is removed by a selective etching method using a mask, and further the conductors (6), S3, S2 and S1 thereunder are removed using the SiO 2 film (7) as a mask. Then, the remaining laminated bodies were formed into substantially the same shape. Plasma vapor etching, eg HF gas or CF 4 +, all with the same mask
0.1 to 0.5 torr 30 using a mixed gas of O 2
An etch rate of 2000Å / min was set as W.

【0011】この後、これら積層体S1(13)、S2
(14)、S3(15)、導体(23)、絶縁体(2
4)を覆ってチャネル形成領域(以下CFRともいう)
を構成する真性またはP型の非単結晶半導体を第4の半
導体(S4)として積層させた。この第4の半導体は、
基板上にシランまたはジシランのグロー放電法(PCV
D法)、光CVD法、LT CVD法(HOMO CV
D法ともいう)を利用して室温〜500℃の温度例えば
PCVD法における250℃、0.1torr,30
W,13.56MHzの条件下にて設けたもので、非晶
質(アモルファス)または半非晶質(セミアモルファ
ス)または多結晶構造の非単結晶珪素半導体を用いてい
る。本発明においてはアモルファスまたはセミアモルフ
ァス半導体(以下SASという)を中心として示す。
After this, these laminated bodies S1 (13) and S2
(14), S3 (15), conductor (23), insulator (2
4) Covering the channel formation region (hereinafter also referred to as CFR)
Intrinsic or P-type non-single-crystal semiconductor constituting the above was laminated as a fourth semiconductor (S4). This fourth semiconductor is
Glow discharge method (PCV of silane or disilane on the substrate
D method), photo CVD method, LT CVD method (HOMO CV
Room temperature to 500 ° C, for example, 250 ° C in PCVD method, 0.1 torr, 30
It is provided under the condition of W, 13.56 MHz, and uses a non-single-crystal silicon semiconductor having an amorphous structure, a semi-amorphous structure, or a polycrystalline structure. In the present invention, an amorphous or semi-amorphous semiconductor (hereinafter referred to as SAS) is mainly shown.

【0012】さらにその上面に同一反応炉にて第4の半
導体表面を大気に触れさせることなく窒化珪素膜(1
6)を光CVD法にてシラン(ジシランでも可)とアン
モニアとを水銀励起法の気相反応により作製し、厚さは
300〜2000Åとした。この絶縁膜は13.56M
Hz〜2.45GHzの周波数の電磁エネルギまたは光
エネルギにより活性化してDMS(HSi(CH
、MMS(HSi(CH))のごときメチルシラ
ンの化学気相反応法により炭化珪素を形成してもよい。
Furthermore, a silicon nitride film (1) is formed on the upper surface thereof in the same reaction furnace without exposing the fourth semiconductor surface to the atmosphere.
6) was prepared by a photo-CVD method using silane (disilane may be used) and ammonia by a gas phase reaction of a mercury excitation method, and the thickness was 300 to 2000 Å. This insulation film is 13.56M
DMS (H 2 Si (CH 3 )) activated by electromagnetic energy or light energy with a frequency of Hz to 2.45 GHz.
2 , silicon carbide may be formed by a chemical vapor phase reaction method of methylsilane such as MMS (H 3 Si (CH 3 )).

【0013】また、PCVD法により窒化珪素を形成さ
せてもよい。するとS2(14)の側周辺では、チャネ
ル形成領域(9)、(9’)とその上のゲイト絶縁物
(26)としての絶縁物(16)を形成させた。第4の
半導体(S4)はS1、S3とはダイオード接合を構成
させている。
Further, silicon nitride may be formed by the PCVD method. Then, around the side of S2 (14), the channel forming regions (9) and (9 ') and the insulating material (16) as the gate insulating material (26) thereon were formed. The fourth semiconductor (S4) forms a diode junction with S1 and S3.

【0014】さらにこのCFR用のアモルファス半導体
を多結晶化するためには、Qスイッチをかけずに基板を
200〜300℃とした後、レーザ光を照射した。これ
にYAGレーザ(波長1.06μ繰り返し周波数3KH
z,操作スピード30cm/sec,平均出力2W,光
径250μφ)とした。するとこの第4の半導体のうち
レーザ光の照射された部分のみがアニールされ、多結晶
化(平均結晶粒径500Å以上、結晶粒径の長軸1〜5
μ、好ましくはソースからドレインに至る長さまたはそ
れ以上であること)(図1(E)(70))される。も
ちろんこの多結晶の粒径がその巾においてチャネル領域
すべてを覆い厚さはS4の厚さを有する1つの多結晶と
なればさらに好ましいことはいうまでもない。このた
め、ソースからドレインに流れるキャリアは多結晶のグ
レインバウンダリ(粒界)を横切ることがなく、その移
動度は400〜500cmV/secと高い値にする
ことができた。即ち、グレインバウンダリはたとえ形成
されていても、キャリアの流れに沿った方向に主として
成長し、加えてこのバウンダリは当初より存在する水
素、酸素が粒界での不対結合手と結合し中和し、再結合
中心の発生を最小にすることができた。
Further, in order to polycrystallize the amorphous semiconductor for CFR, the substrate was heated to 200 to 300 ° C. without the Q switch and then irradiated with laser light. YAG laser (wavelength 1.06μ, repetition frequency 3KH
z, operation speed 30 cm / sec, average output 2 W, light diameter 250 μφ). Then, only the portion of the fourth semiconductor irradiated with the laser beam is annealed to be polycrystallized (average crystal grain size of 500 Å or more, long axis of crystal grain size 1 to 5).
μ, preferably the length from the source to the drain or more) (FIG. 1E (70)). It goes without saying that it is more preferable if the grain size of this polycrystal is one polycrystal having a thickness of S4 so as to cover the entire channel region in its width. Therefore, carriers flowing from the source to the drain did not cross the polycrystalline grain boundary (grain boundary), and the mobility could be set to a high value of 400 to 500 cm 2 V / sec. That is, even if a grain boundary is formed, it mainly grows in the direction along the carrier flow. However, the generation of recombination centers could be minimized.

【0015】この時この第4の半導体がその上面をゲイ
ト絶縁膜により包まれているため、大気と触れることな
く、またレーザアニールをスタックの上部より下方向に
下方向成長法により実施する。即ち、結晶化をする箇所
が上部に1つである。このため結晶成長が無理なく生
じ、結晶性がよく、レーザ光を照射した領域の深さ方向
での半導体を実質的に単結晶化させることも可能であっ
た。本発明の半導体においては多結晶化してもそのグレ
インは縦方向に形成させ、キャリアの移動をグレインバ
ウンダリが横切らないという特長を有する。これは積層
構造の縦チャネルIGFの第4の半導体をレーザアニー
ルしたための固有の効果であると推定される。
At this time, since the upper surface of the fourth semiconductor is covered with the gate insulating film, the laser annealing is performed downward from the upper portion of the stack by the downward growth method without contact with the atmosphere. That is, there is one crystallization part at the top. For this reason, crystal growth naturally occurs, the crystallinity is good, and it was also possible to substantially single crystal the semiconductor in the depth direction of the region irradiated with the laser light. The semiconductor of the present invention has a feature that even if it is polycrystallized, its grains are formed in the vertical direction and carrier movement does not cross the grain boundary. It is estimated that this is an inherent effect of laser annealing the fourth semiconductor of the laminated vertical channel IGF.

【0016】さらにこのYAGレーザのレーザアニール
は基板を移動させることにより光の照射する領域を選択
的にCFRのみとすることが可能である。このキャリア
の移動を必要としない隣合ったIGFの間はアモルファ
ス構造にて残し(図1(59))IGF間のアイソレイ
ションを行うことができた。
Further, in the laser annealing of this YAG laser, the region irradiated with light can be selectively made CFR only by moving the substrate. It was possible to perform isolation between IGFs by leaving an amorphous structure between adjacent IGFs that do not require carrier movement (FIG. 1 (59)).

【0017】図1(B)において、、次の工程としてさ
らに第3のマスクにより電極コンタクト穴(19)開
けを行い、この後、この積層体上のゲイト絶縁膜(2
6)を覆って第2の導電膜(17)を0.3〜1μの厚
さに形成した。この導電膜(17)はITO(酸化イン
ジューム・スズ)のごとき透光性導電膜,TiSi
MoSi,WSi,W,Ti,Mo,Cr等の耐熱
性導電膜としてもよい。ここではPまたはN型の不純物
の多量にドープされた珪素半導体(電気伝導度1〜10
0(Ωcm)−1)をPCVD法で作った。即ち、0.
3μの厚さにリンが1%添加され、かつ微結晶性(粒径
50〜300Å)の非単結晶半導体をPCVD法で作製
した。
In FIG. 1B, as the next step, an electrode contact hole (19) is further opened by a third mask, and thereafter, a gate insulating film (2) is formed on the laminated body.
A second conductive film (17) having a thickness of 0.3 to 1 μm was formed so as to cover 6). This conductive film (17) is a transparent conductive film such as ITO (indium tin oxide), TiSi 2 ,
A heat resistant conductive film such as MoSi 2 , WSi 2 , W, Ti, Mo, Cr may be used. Here, a silicon semiconductor (electric conductivity of 1 to 10) heavily doped with P or N type impurities is used.
0 (Ωcm) −1 ) was made by the PCVD method. That is, 0.
A non-single crystal semiconductor having a thickness of 3 μm and containing 1% of phosphorus and having a microcrystalline property (particle size 50 to 300 Å) was produced by the PCVD method.

【0018】この後この上面にレジスト(18)を形成
した。さらに図2(C)に示されるごとく、第4のフォ
トリソグラフィ技術により垂直方向よりの異方性エッチ
を行った。即ち例えばCFCl,CF+O,H
F等の反応性気体をプラズマ化し、さらにこのプラズマ
を基板の上方より垂直に矢印(28)のごとくに加え
た。すると導体(17)は、平面上は厚さ(0.3μ)
をエッチするとこの被膜は除去されるが、側面では積層
体の厚さおよび被膜の厚さの合計の2〜3μを垂直方向
に有する。このため図面に示すごとき垂直方向よりの異
方性エッチを行うと、破線(38)(38’)のごとく
にこれら導体をマスク(18)のある領域以外にも残す
ことができた。
Then, a resist (18) was formed on the upper surface. Further, as shown in FIG. 2C, anisotropic etching was performed in the vertical direction by the fourth photolithography technique. That is, for example, CF 2 Cl 2 , CF 4 + O 2 , H
A reactive gas such as F was turned into plasma, and this plasma was applied vertically from above the substrate as shown by the arrow (28). Then, the conductor (17) has a thickness (0.3 μ) on the plane.
Etching removes this coating, but on the sides it has a vertical thickness of 2-3 .mu.m, which is the sum of the laminate thickness and the coating thickness. Therefore, when anisotropic etching is performed in the vertical direction as shown in the drawing, these conductors as shown by broken lines (38) and (38 ') could be left in regions other than the mask (18).

【0019】その結果、積層体の側周辺のみに選択的に
ゲイト電極を設けることができた。さらにこのゲイト電
極は第3の半導体の上方には存在せず、結果として第3
の半導体とゲイト電極との寄生容量を実質的にないに等
しくすることができた。かくして図1(C)を得た。
As a result, the gate electrode could be selectively provided only around the side of the laminate. Furthermore, this gate electrode does not exist above the third semiconductor, resulting in the third semiconductor.
The parasitic capacitance between the semiconductor and the gate electrode could be made substantially equal to zero. Thus, FIG. 1C was obtained.

【0020】図1(C)は図1(D)の平面図のA−
A’の縦断面を示す。番号はそれぞれ対応させている。
図1(C)(D)にて明らかなごとく、IGF(62)
(63)はCFR(9)(9’)と2つを有し、ソース
またはドレイン(13)、ドレインまたはソース(1
5)を共通に有している。また2つのゲイト(20)
(20’)を有する。S3の電極は耐熱性非反応性の金
属(23)ここではITO+Cr(クロムを主成分とす
る金属をCrという)の積層体としてであり、さらにこ
こに多層膜用のコンタクト(19)がリード(21)に
延在し、S1のリードは(12)により設けてある。即
ち図面では2つのIGFを対として設けることができ
る。これは2つのIGFのチャネル間のS2が絶縁性で
あり、15μの巾をS2が有すれば数十MΩの抵抗を有
し、実質的に独立構成をし得るためであり、この構造は
結晶半導体とはまったく異なった構造を有せしめること
ができた。さらに図1(D)において、他の一対のIG
F(61)(64)が平面図の上部に示されている。こ
のIGFに対応したC−C´の縦断面図は図2(A)に
示されている。
FIG. 1C is a plan view A- of FIG.
A vertical section of A'is shown. The numbers correspond to each other.
As is clear from FIGS. 1 (C) and (D), IGF (62)
(63) has two CFRs (9) and (9 '), and is a source or drain (13), a drain or source (1
5) have in common. Two gates again (20)
(20 '). The electrode of S3 is a laminated body of heat resistant non-reactive metal (23) here ITO + Cr (a metal whose main component is chromium is referred to as Cr), and a contact (19) for the multilayer film is further provided here with a lead ( 21) and the lead of S1 is provided by (12). That is, in the drawing, two IGFs can be provided as a pair. This is because S2 between the two IGF channels is insulative, and if S2 has a width of 15 μ, it has a resistance of several tens of MΩ and can be configured substantially independently. It could have a completely different structure than the semiconductor. Further, in FIG. 1D, another pair of IG
F (61) (64) are shown at the top of the plan view. A longitudinal sectional view of CC ′ corresponding to this IGF is shown in FIG.

【0021】即ち、IGF(64)のS3(15)に連
結した半導体(16)とはコンタクト(19”)が設け
られ、IGF(61)のS3に連結した導体(16)を
有し、さらにIGF(64)とIGF(62)(63)
は導体(16)により互いに連結されている。この2つ
の導体(16)(16’)間(58)はその下のS3が
アモルファスのため10〜30μあれば十分な絶縁性を
有しているため、特にアイソレイションが不要である。
勿論、図1の第2のフォトマスクの際、S3も選択的
に除去するとさらにアイソレイションを向上させ得好ま
しい。
That is, the semiconductor (16) connected to S3 (15) of IGF (64) is provided with a contact (19 "), and has a conductor (16) connected to S3 of IGF (61). IGF (64) and IGF (62) (63)
Are connected to each other by conductors (16). Between the two conductors (16) and (16 ') (58), since S3 under the conductor (58) is amorphous and has a sufficient insulating property of 10 to 30 .mu.m, isolation is not particularly required.
Of course, in the case of the second photomask in FIG. 1, it is preferable to selectively remove S3 as well because the isolation can be further improved.

【0022】さらに本発明におけるIGFはチャネル形
成領域(9)(9’)(9”)(9”’)がレーザアニ
ールにより水素または弗素を含有し、多結晶構造を有し
ている。そしてこの多結晶は、互いにS4(25)にお
けるアモルファス半導体領域(59)により電気的にア
イソレイションがなされている。即ち、レーザアニール
を上方向よりレーザ光を照射して行うに際し、IGFを
構成する領域のみを選択的に照射して単結晶または多結
晶化せしめ、IGF間のアイソレイション領域(59)
はアモルファス状態を残存させることにより絶縁性を保
たせることが可能である。
Further, in the IGF of the present invention, the channel forming regions (9), (9 '), (9 ") and (9"') contain hydrogen or fluorine by laser annealing and have a polycrystalline structure. The polycrystals are electrically isolated from each other by the amorphous semiconductor regions (59) in S4 (25). That is, when the laser annealing is performed by irradiating the laser beam from above, only the region forming the IGF is selectively irradiated to be made single crystal or polycrystal, and the isolation region between IGFs (59).
It is possible to maintain the insulating property by leaving the amorphous state.

【0023】このことは単結晶半導体のみを用いて集積
化された半導体装置を設ける際のアイソレイション構造
と大きく異なるところである。さらにこの縦チャネル型
IGFにおいては、ゲイト電極を形成してしまった後、
S4のうちのゲイト電極で覆われていない領域に対して
C,N,Oをイオン注入またはスパッタして絶縁化され
たアモルファス領域にすることも有効である。
This is a great difference from the isolation structure when a semiconductor device integrated using only a single crystal semiconductor is provided. Further, in this vertical channel type IGF, after the gate electrode is formed,
It is also effective to ion-implant or sputter C, N, and O into a region of S4 that is not covered by the gate electrode to form an insulated amorphous region.

【0024】さらに図1(E)は図1(D)におけるB
−B´の縦断面図を示す。図面において下側の第1の電
極(12)(12’)が独立して設けられ、上側の第2
の電極(16)(23)はリード(21)コンタクト
(19)に連結していることがわかる。また2つのIG
F(63)、(64)間のアモルファス半導体(59)
はそれぞれのIGFの多結晶化(70)したCFR間の
アイソレイションを行なわしめている。
Further, FIG. 1E shows B in FIG. 1D.
-B 'shows a vertical cross-sectional view. In the drawing, the lower first electrodes (12) (12 ′) are independently provided, and the upper second electrodes (12) (12 ′) are provided.
It can be seen that the electrodes (16) and (23) of (3) are connected to the leads (21) and contacts (19). Also two IG
Amorphous semiconductor (59) between F (63) and (64)
Has performed isolation between polycrystallized (70) CFRs of each IGF.

【0025】かくしてソースまたはドレインをS1(1
3’)チャネル形成領域(9)(9’)を有するS4
(25)、ドレインまたはソースをS3(15)により
形成せしめ、単結晶または多結晶のチャネル形成領域側
面にはゲイト絶縁物(16)、その外側面にゲイト電極
(20)、(20’)を設けた積層型のIGF(10)
を作ることができた。この発明において、チャネル長は
S2(14)の厚さで決められ、一般には0.1〜3μ
ここでは0.5μとした。さらにこのチャネル形成領域
を単結晶または多結晶化したため、カットオフ周辺部を
30〜100MHz例えばNチャネルIGFにおいて6
0MHzとすることができた。S4(16)にホウ素不
純物を被膜形成の際わずか(0.1〜10PPM)添加
して真性またはPまたはN半導体としてスレッシュホー
ルト電圧の制御を行うことは有効であった。
Thus, the source or drain is connected to S1 (1
3 ') S4 having channel forming regions (9) (9')
(25), a drain or a source is formed by S3 (15), a gate insulator (16) is formed on the side surface of the single crystal or polycrystalline channel forming region, and gate electrodes (20), (20 ') are formed on the outer surface thereof. Stacked type IGF (10)
I was able to make In the present invention, the channel length is determined by the thickness of S2 (14), which is generally 0.1 to 3 μm.
Here, it is set to 0.5 μ. Further, since the channel forming region is made single crystal or polycrystal, the cutoff peripheral portion is 30 to 100 MHz, for example, 6 in N channel IGF.
It could be 0 MHz. It was effective to add a small amount (0.1 to 10 PPM) of boron impurities to S4 (16) during film formation to control the threshold voltage as an intrinsic or P or N semiconductor.

【0026】かくして、ドレイン(15)、ソース(1
2)、ゲイト(20)または(20’)としてVPP
5V,VGG=5V,動作周波数55.5MHzを得る
ことができた。本発明のIGFの大きな応用分野である
インバータにつき以下に記す。
Thus, the drain (15) and the source (1
2), V PP = as the gate (20) or (20 ')
It was possible to obtain 5V, V GG = 5V, and an operating frequency of 55.5 MHz. An inverter, which is a large application field of the IGF of the present invention, will be described below.

【0027】図2(A)および(B)において、インバ
ータIGFは図3(A)、(B)の等価回路とその番号
を対応させている。ドライバ(61)は左側のIGF
を、ロードは右側のIGFを用いた。図面(A)ではロ
ードのゲイト電極(20)とVDD(65)とを連続さ
せるエンヘンスメント型、また図2(B)は出力(6
2)とゲイト電極(20)とを連続させたディプレッシ
ョン型のIGFを示す。
In FIGS. 2 (A) and 2 (B), the inverter IGF corresponds to the equivalent circuit in FIGS. 3 (A) and 3 (B). Driver (61) is the left IGF
Was used for loading. In the drawing (A), the enhancement type in which the gate electrode (20) of the load and V DD (65) are connected continuously, and in FIG.
2 shows a depletion type IGF in which the gate electrode (20) and the gate electrode (20) are connected.

【0028】さらにこのインバータの出力は(66)よ
りなり、この基板上の2つのIGF(61)(64)を
互いに離間することなく同一半導体ブロック(13)
(14)、(15)に複合化して設けたことを特長とし
ているこの図2(A)のインバータはその等価回路を図
3(A)に示すが、図1(D)におけるIGF(6
1)、(64)に対応した上側電極を2つのIGFとし
て独立せしめ(19”)(19)とした。かくすると1
つのIGF(64)(ロード)を電極(19)、ドレイ
ン(15)、チャネル(9)、ソース(13)、電極
(12)即ち出力(66)かつ他のIGF(ドライバ)
(61)の電極(12’)ドレイン(13)、チャネル
(9’)、ソース(15)、電極(68)として設ける
ことが可能となる。その結果、2つのIGFを1つのS
1〜S3のブロックと一体化してエンヘンスメント型イ
ンバータとすることができた。
Further, the output of this inverter is composed of (66), and the two IGFs (61) and (64) on this substrate are not separated from each other and are the same semiconductor block (13).
The inverter of FIG. 2 (A), which is characterized by being provided in combination with (14) and (15), has an equivalent circuit shown in FIG. 3 (A).
The upper electrodes corresponding to 1) and (64) are made to be independent as two IGFs (19 ″) and (19).
One IGF (64) (load) to electrode (19), drain (15), channel (9), source (13), electrode (12) or output (66) and another IGF (driver).
The electrode (12 ′) of (61) can be provided as the drain (13), the channel (9 ′), the source (15), and the electrode (68). As a result, two IGFs are replaced by one S
An enhancement type inverter could be integrated with the blocks 1 to S3.

【0029】また図2(B)はその等価回路を図3
(A)に示すが、ディプレッション型のインバータを構
成せしめたものである。即ち、図2(B)では下側電極
を2つに分割した場合を示す。1つのIGFロード(6
4)でVDD(65)、下側電極(12)、ドレイン
(13)、チャネル形成領域(9)’ソース(15)、
電極(19)即ち出力(66)、他のIGF(ドライ
バ)(61)でのドレイン(15)、チャネル形成領域
(9’)ソース(13’)電極(12’)、VSS(6
8)よりなり、入力(67)をゲイト電極(20’)に
出力(66)をS3より引き出させた。
FIG. 2B shows the equivalent circuit of FIG.
As shown in (A), a depletion type inverter is configured. That is, FIG. 2B shows a case where the lower electrode is divided into two. 1 IGF load (6
4) V DD (65), lower electrode (12), drain (13), channel forming region (9) 'source (15),
Electrode (19) or output (66), drain (15) in other IGF (driver) (61), channel forming region (9 ′) source (13 ′) electrode (12 ′), V SS (6
8), the input (67) is pulled out to the gate electrode (20 ') and the output (66) is pulled out from S3.

【0030】[0030]

【発明の効果】かくのごとく本発明はチャネル形成領域
を多結晶構造とすることにより高速動作を可能にさせ
た。さらにS2が絶縁性であるため、30〜100Vの
大電圧をS1,S3間に加えてもショートすることがな
い。またS1,S3のいずれがドレインとして作用して
も、その外部は絶縁であるため、最も理想的IGFとい
える。さらにS4のチャネル下もS2が絶縁性のため周
波数特性の向上に寄与する2つのIGFを対をなして同
時に配置することができる。
As described above, the present invention enables a high speed operation by forming the channel forming region into a polycrystalline structure. Furthermore, since S2 is insulative, no short circuit occurs even if a large voltage of 30 to 100 V is applied between S1 and S3. Even if either S1 or S3 acts as a drain, it can be said to be the most ideal IGF because the outside is insulated. Further, under the channel of S4, two IGFs that contribute to the improvement of frequency characteristics can be arranged in pairs at the same time because S2 is insulating.

【0031】本発明のIGFにおいて逆方向リークは、
図1に示すようなS1またはS3をSi1−x(0
<x<1 例えばx=0.2)とすれば、さらにS2を
絶縁物化することによりこのS1、S3の不純物がS2
に流入することが少なくなり、このN−I接合またはP
−I接合のリークは逆方向に10Vを加えても10nA
/cm以下であった。
The backward leak in the IGF of the present invention is
S1 or S3 as shown in FIG. 1 is replaced with Si x C 1-x (0
<X <1 For example, x = 0.2), the impurities of S1 and S3 are converted into S2 by converting S2 into an insulator.
Flow into the N-I junction or P
-I junction leakage is 10 nA even if 10 V is applied in the reverse direction.
/ Cm 2 or less.

【0032】さらに高温での動作において、電極の金属
が非単結晶のS1、S3内に混入して不良になりやすい
ため、この電極に密接した側をSi1−x(0<x
<1例えばx=0.2)とした。その結果150℃で1
000時間動作させたが何等の動作不良が1000素子
を評価しても見られなかった。これはこの電極に密接し
てアモルファス珪素のみでS1またはS3を形成した場
合、150℃で10時間も耐えないことを考えると、き
わめて高い信頼性の向上となった。
In operation at higher temperature, the metal of the electrode is liable to be mixed into the non-single crystal S1 and S3, which is likely to cause a defect. Therefore, the side close to this electrode is Si x C 1-x (0 <x
<1 for example x = 0.2). The result is 1 at 150 ° C
The device was operated for 000 hours, but no malfunction was observed when 1000 devices were evaluated. This is an extremely high reliability, considering that if S1 or S3 is formed only from amorphous silicon in close contact with this electrode, it will not withstand 10 hours at 150 ° C.

【0033】さらに積層型のIGFとすると、従来のよ
うに高精度のフォトリソグラフィ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。そして液晶またはク
ロミック表示等の固体表示装置ディスプレイにまで発展
させることが可能になった。本発明における非単結晶半
導体は珪素、ゲルマニュームまたは炭化珪素Si
1−x(0<x<1)、絶縁体は炭化珪素、酸化珪素ま
たは窒化珪素を用いた。さらに本発明の半導体装置を作
製する点においても、製造マスクが5回で十分であり、
マスク精度を必要としない等の多くの特長をチャネル長
が0.2〜1μときわめて短くすることができることに
加えて有せしめることができた。
Further, when the laminated type IGF is used, it becomes possible to form a plurality of IGFs, resistors and capacitors on a substrate, particularly an insulating substrate, without using a high precision photolithography technique as in the past. And it has become possible to develop it into a solid-state display such as a liquid crystal display or a chromic display. The non-single crystal semiconductor in the present invention is silicon, germanium or silicon carbide Si x C.
1-x (0 <x <1), and silicon carbide, silicon oxide, or silicon nitride was used as the insulator. Further, also in terms of manufacturing the semiconductor device of the present invention, it is sufficient to use the manufacturing mask 5 times,
In addition to the fact that the channel length can be extremely shortened to 0.2 to 1 μm, many features such as no need for mask precision can be provided.

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

【図1】本発明の積層型絶縁ゲイト型半導体装置の工程
を示す縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a process of a laminated insulating gate type semiconductor device of the present invention.

【図2】本発明の積層型絶縁ゲイト半導体装置のインバ
ータ構造を示す。
FIG. 2 shows an inverter structure of a stacked type insulated gate semiconductor device of the present invention.

【図3】図2のインバータの等価回路を示す。FIG. 3 shows an equivalent circuit of the inverter of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

13 第1の半導体 14 第2の半導体 15 第3の半導体 9 第4の半導体 20 ゲイト 13 First Semiconductor 14 Second Semiconductor 15 Third Semiconductor 9 Fourth Semiconductor 20 Gate

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1の半導体、第2の半導体または絶縁
体、第3の半導体を、第2の半導体または絶縁体に接し
て第1の半導体および第3の半導体が設けられており、
第1の半導体および第3の半導体をしてソースおよびド
レインを構成せしめ、前記第1の半導体、第2の半導体
または絶縁体、第3の半導体の側部に隣接して第4の半
導体と、前記第4の半導体上にはゲイト絶縁膜とゲイト
電極とが設けられており、前記第4の半導体のチャネル
形成領域を構成する部分はソースからドレインに移動す
るキャリアの方向に結晶成長を有しており、前記チャネ
ル形成領域の側周辺にはアモルフアス構造によるアイソ
レイション領域が設けられていることを特徴とする絶縁
ゲイト型半導体装置。
1. A first semiconductor, a second semiconductor or an insulator, and a third semiconductor are provided in contact with the second semiconductor or an insulator to provide the first semiconductor and the third semiconductor.
A first semiconductor and a third semiconductor to form a source and a drain, a first semiconductor, a second semiconductor or an insulator, a fourth semiconductor adjacent to a side portion of the third semiconductor , A gate insulating film and a gate are formed on the fourth semiconductor.
An electrode is provided, a portion forming the channel forming region of the fourth semiconductor has crystal growth in the direction of carriers moving from the source to the drain, and an amorphous region is formed around the channel forming region. An insulating gate type semiconductor device characterized in that an isolation region having a structure is provided.
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