JPH06204480A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 液晶表示装置に好適な、逆方向リーク電流を
低減した絶縁ゲイト型半導体装置を提供する。 【構成】 透明導電層２３を形成したガラス基板上に、
水素が添加された非単結晶半導体により形成されたソー
ス領域１２、チャネル形成領域１４及びドレイン領域１
５を積層して構成し、チャネル形成領域１４側面に密接
したゲイト絶縁膜を備える絶縁ゲイト型半導体装置１０
と、絶縁ゲイト型半導体装置１０に直列に連結した液晶
表示部と蓄積容量３２とで液晶表示装置を構成する。絶
縁ゲイト型半導体装置１０の逆方向リーク電流を低減す
るために、ソース領域１２及びドレイン領域１５を形成
する非単結晶半導体に酸素または窒素を２〜２０モル
％、または炭素を５〜３０モル％添加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板上に絶縁ゲイト型
電界効果半導体装置を用いて周辺回路が同一基板に構成
してマトリクス化させた半導体装置、特に絶縁ゲイト型
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
液晶表示部と蓄積容量用キャパシタとを電気的に並列に
配設して有せしめた液晶表示型ディスプレイ装置に適用
して好適な絶縁ゲイト型電界効果半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、平面型の固体表示装置として、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、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取り出す端子
が絵素の数だけ必要になってしまうため、全く実用に供
することができなかった。このためこの絵素をマトリク
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
（以下、ＩＧＦという。）絵素は、ＩＧＦと液晶表示部
と蓄積用キャパシタからなることを必要としていた。そ
してこの電界効果半導体装置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。

【０００３】従来、提案された液晶表示装置の液晶表示
部は、一対の電極とその間の液晶材料よりなるが、その
等価回路として、キャパシタＣ（以下Ｃ３１、３１’と
いう）にて示すことができる。このため、前記ＩＧＦ１
０、１０’とＣ３１、Ｃ３１’とを例えば２×２のマト
リクス構成４０せしめたものを図１に示す。図１におい
て、マトリクス４０は、一つのＩＧＦ１０と一つのＣ３
１と一つの蓄積容量３２とにより、一つの絵素を構成さ
せている。該蓄積容量３２と液晶表示部のＣ３１とが互
いに電気的に並列接続されている。これを行に５１、５
１’とビット線に連結し、他方ＩＧＦのゲイトを連結し
て列にゲイト線４１、４１’を設けたものである。

【０００４】前記マトリクス構成の液晶表示部におい
て、例えばビット線５１、ゲイト線４１を”１”とし、
ビット線５１’、ゲイト線４１’を”０”とすると、
（１，１）番地のみを選択してオンとし、電気的にキャ
パシタ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、後述するよう
に、同一基板上にマトリクス構成させて絵素を駆動する
ためのデコーダ、ドライバーを構成せしめるたことを特
徴とする。そしてデコーダ、ドライバーを絵素用のＩＧ
Ｆとは異なる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を同一絶縁基板上に設ける
ものである。

【０００５】かくすることにより、本発明をその設計使
用に基づいて、組み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可能と
なる。さらにカリキュレータ用表示装置は１０⁴ 〜１０
³ 、例えば２５×１０³ 個の絵素を同一基板に設け、か
つその周辺を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、抵抗を作れば良いこと
が明らかである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記液晶表
示装置に適用して好適な、特に逆方向リーク電流を低減
した絶縁ゲイト型半導体装置を提供する点にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明半導体装置は、ガ
ラス基板上に水素が添加された非単結晶半導体により形
成されたソース領域、チャネル形成領域、ドレイン領域
と、前記チャネル形成領域に密接してゲイト絶縁膜とを
有する絶縁ゲイト型半導体装置と、該絶縁ゲイト型半導
体装置に直列に連結した液晶表示部と、蓄積容量とを有
し、前記絶縁ゲイト型半導体装置上のソース領域または
ドレイン領域は酸素、窒素または炭素が逆方向リーク電
流を低減するために添加されたことを特徴とする。

【０００８】

【実施例】図２は、本発明を構成するためのＩＧＦの縦
断面図およびその製造工程を示している。図２におい
て、絶縁基板、例えばガラス基板１上にＰまたはＮ型の
導電型を有する第１の半導体２を形成する。この第１の
半導体２を第１のフォトマスクを用いて任意の形状に
パターン形成し、例えば横方向の導電型とするリードを
形成せしめた。さらにこの第１の半導体２の上に真性ま
たはＮ^- またはＰ^- 型の第２の半導体４を形成した。さ
らに前記第１の半導体２と一対を構成してソース、ドレ
インとするために前記第１の半導体２と同一導電型を有
する第３の半導体５を積層して設けた。

【０００９】この半導体はガラス基板１上にシランのグ
ロー放電法またはアーク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５〜１００Åの大きさの微結晶性を有する半非晶質
（セミアモルファス）または５０〜５００Åの微結晶
（マイクロポリクリスタル）またはこれを含む多結晶構
造のいわゆる非単結晶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を中心として説
明する。このセミアモルファス半導体に関しては、本発
明人になる特願昭５５ー０２６３８８号、昭和５５年３
月３日出願、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。

【００１０】さらに、図１の（Ｃ）に示すように、フォ
トリソグラフィー技術によりフォトマスクを用いて前
記第３の半導体５を選択的に除去し、さらに前記第３の
半導体５をマスクとして第２の半導体４を除去して前記
第２の半導体４及び第３の半導体５とを概略同一形状に
作製し、第２の半導体１４、第３の半導体１５を形成し
た。この第３の半導体１５の上に図２の（Ｃ）において
さらに寄生容量を少なくするため、厚い絶縁膜６をＬＰ
ＣＶＤ法（減圧気相法）またはプラズマＣＶＤ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良
い。また前記第３の半導体１５上にＭｏ、Ｗ、Ｍｏ₂ Ｓ
ｉ，Ｗ₂ Ｓｉ等の導電層を０．２〜０．５μ形成し、さ
らにその上にＳｉＯ₂ を０．３〜１μ形成して、前記第
３の半導体１５の導電率を向上させることはマトリクス
化に有効であった。

【００１１】また、図２の（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。特に基板がガラスで
あった場合、その中に含まれるナトリューム等の可動イ
オンが長時間のうちに、このゲイト絶縁膜中に拡散して
いってしまう可能性が大きい。このため、この絶縁膜
は、ナトリュームのブロッキング作用を有する窒化珪素
（Ｓｉ₃ Ｎ_4-X ，０≦ｘ＜３）または炭化珪素（Ｓｉ_X
Ｃ_1-x ，０≦ｘ＜１）等を用いた。

【００１２】前記窒化珪素膜を作るには以下の如にし
た。すなわち、シラン（ＳｉＨ₄ またはＳｉ₂ Ｈ）とマ
イクロ波（２．４５ＧＨｚ）によりイオン化されたアン
モニアまたは窒素を０．１〜０．５ｔｏｒｒに保持され
た反応炉内に２００〜５００℃、代表的には３００℃に
反応炉の外側より加熱された基板上に１３．５６ＭＨｚ
の第２の高周波プラズマを加えた２段のプラズマＣＶＤ
法を用いた。

【００１３】かくすることにより、半導体特に第２の半
導体１４側辺上には、この非単結晶半導体が脱水素化等
により劣化することのない低温（２００〜４００℃）で
ゲイト絶縁膜１６を２００〜１０００Åの厚さに形成せ
しめることができた。窒化物気体をマイクロ波（５０〜
３００Ｗ）により励起することにより、十分にイオン化
すると、会合していたシランの内部にも被膜形成時にこ
の窒素が含浸されるため、一般にいわれるヒステリシス
特性が見られず、さらにナトリュームに対してもマスク
性を有する好ましい絶縁被膜であった。

【００１４】またＳｉ_X Ｃ_1-X （０≦ｘ＜１）に関して
は、絶縁体とする際にプラズマＣＶＤ法を用い、テトラ
メチルシラン（Ｓｉ( ＣＨ₃)₄ ）による炭化珪素または
アセチレン（Ｃ₂ Ｈ₂ ）による炭素をプラズマＣＶＤ法
（０．１〜１ｔｏｒｒ、基板温度２００〜４００℃）に
よりこのエネルギバンド巾２．５〜３．５ｅＶを形成さ
せることができた。

【００１５】このゲイト絶縁膜１６は、同時に前記第１
の半導体１２、前記第２の半導体１５のアイソレイショ
ン用被膜としても形成せしめた。

【００１６】さらに図２の（Ｄ）に示す如く、第３のフ
ォトリソグラフィー技術により第１の半導体１２に対
し電極穴８を、第３の半導体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（Ｐ⁺ ま
たはＮ⁺ の導電型の珪素半導体またはＳｎＯ₂ 、ＩＴＯ
等の透明導電膜）を再度積層した。

【００１７】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１
７をゲイト絶縁膜１６、１６’上に横方向に積層して設
けて作り、同時に第１の半導体１２、第３の半導体１５
より電極穴を介して他部の絶縁ゲイト型電界効果半導体
装置、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。

【００１８】図２の（Ｄ）の縦断面図のＡーＡ’を横方
向よりみると図２の（Ｅ）として示すことができる。図
に付した符号はそれぞれ対応している。本発明の半導体
は主としてセミアモルファスの珪素半導体を用いた。こ
れは暗伝導度σが１０^-4〜１０^-3（Ωｃｍ）^-1を有し、
アモルファスの１０^-9〜１０^-6（Ωｃｍ）^-1に比べて逆
に単結晶または多結晶珪素（シリコン）に近い特性を有
しているためである。この暗伝導度は不純物を意図的に
導入しない実質的に真性に半導体において得られた。し
かし真性（ホウ素により中和した活性化エネルギがおよ
そＥｇ／２になった場合）においては、逆にホールの移
動度がきわめて大きくなり、これらを組み合わせてエン
ハンスメント型またはディプレッション型のＮまたはＰ
チャネルＩＧＦを作ることができた。

【００１９】前記セミアモルファス半導体は、格子歪を
有するとともに、０．１〜５モル％（原子％）の濃度を
有する不対結合手の中和用に水素を有しており、この水
素の脱ガスを防ぎ、かつ基板と半導体、電極、リード等
が異種材料の界面における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２００〜６００℃以下、好
ましくは２００〜３５０℃でするとよかった。

【００２０】またゲイト電極１７を第１の半導体１２、
第３の半導体１５と同一導電型の半導体およびそれにＭ
ｏなどの金属を二重構造とした多層配線構造でもよい。
かくして、ソースまたはドレインを第１の半導体１２、
チャネル形成領域９、９’を有する第２の半導体１４、
ドレインまたはソースを第３の半導体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、そ
の外側面にゲイト電極１７を設けた積層型のＩＧＦ１０
を作ることができた。

【００２１】この発明においてチャネル長は前記第２の
半導体１４の厚さで決められ、ここでは０．３〜３μ代
表的には１μとした。それはセミアモルファスまたは多
結晶シリコン半導体の移動度が単結晶とは異なり、その
１／５程度しかないため、チャネル長を短くしてＩＧＦ
としての特性を助長させたことにある。

【００２２】セミアモルファス半導体は、電子のバルク
移動度が１０〜500 ｃｍ² ／ｖ・ｓの値を有し、またホ
ールの移動度は0.5 〜100 ｃｍ² ／ｖ・ｓの値を有して
いた。しかし、それらの値は公知のアモルファス珪素が
電子の移動度が０．０１〜１．０ｃｍ² ／ｖ・ｓ、ホー
ルの移動度が０．００１ｃｍ² ／ｖ・ｓ以下に比べて１
０〜１０³ 倍も大きい著しい特長を有していることを考
えると、前記絶縁ゲイト型半導体装置１０に５〜１００
Åの大きさのマイクロクリスタル構造を有するセミアモ
ルファスまたはそれより結晶粒径の大なる多結晶シリコ
ンを用いることは、高速応答性、デコーダ・ドライバー
回路の駆動用のＩＧＦの特性としてきわめて重要であ
る。

【００２３】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３倍よりも大きく、また、アモル
ファスシリコンを用いたＩＧＦの５〜１００倍もあるた
め、Ｎチャネル型またはＣ／ＭＯＳ型とするのがきわめ
て好ましかった。また、第２の半導体１４にはホウ素等
の３価の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、これを第２の半導体１４の形成時に同時に
０．１〜１０ＰＰＭ添加してＰ型またはＩ型半導体とし
て用いることは本発明の液晶パネルを正の電圧で動作さ
せるためのＮチャネルＩＧＦとする時有効であった。

【００２４】かくの如くして得られたＩＧＦは、第２の
半導体１４に実質的に真性の半導体（Ｎ型となってい
る）を用いると、ＰチャネルＩＧＦにおいては、エンハ
ンスメント型、またＮチャネルＩＧＦにおいてはディプ
レッション型の動作モードを得ることができる。

【００２５】またこの第２の半導体１４を真性またはＰ
型の半導体とすると、ＰチャネルＩＧＦにおいてはディ
プレッション型、ＮチャネルＩＧＦにおいてはエンハン
スメント型の動作モードを得ることができる。

【００２６】次に、図１に示す液晶表示を得るためのＩ
ＧＦとしては、エンハンスメント型がその絵素を選択す
る場合使いやすいため、簡単にエンハンスメント型の動
作をする場合について説明する。

【００２７】ゲイト電極１７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９を電流が
流れてオン状態を、またそれぞれ一方または双方が”
０”ならばオフ状態を作ることができた。”１”はＮチ
ャネル型ＩＧＦでは正の０．５〜１０Ｖの電圧を、”
０”は０Ｖまたはスレッシュホールド電圧以下の電圧を
意味する。

【００２８】Ｐチャネル型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および図２において
も、また以下の図３〜図５の本発明の実施例においても
同様である。

【００２９】また、図１において周辺のデコーダまたは
一般の論理素子を作ろうとする時、例えば抵抗７０は、
図２の（Ｄ）および図２の（Ｅ）においてゲイトに加え
る電圧に無関係に第２の半導体１４のバルク成分のたて
方向の抵抗率で決められる。すなわち、ゲイト電極を設
けない状態では第１、第２及び第３の半導体１３、１４
および１５を積層すればよい。また、この抵抗値は第２
の半導体１４の抵抗率とその厚さ、基板上に占める面積
で設計仕様に従って決めればよい。

【００３０】図１のインバータ６０においてドライバー
６１は図２の（Ｄ）とし、さらにそのロード６４は、第
３の半導体１５、第１の半導体１２の一方とゲイト電極
１７との連結させるエンハンスメント型またはディプレ
ッション型のＩＧＦとして設ければよい。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
６３はゲイト電極１７に対応して設ければよい。

【００３１】以上の説明は、横チャネル型のＴＦＴ（薄
膜トランジスタ）においても同様の結果が期待される。

【００３２】図３は、本発明の他の実施例を示してい
る。図３の（Ａ）は基板１上の導電層２３およびそれに
積層された第１の半導体１２が横方向にその配線がなさ
れ、またゲイト電極１７も同様に横方向になされ、他方
の第２の半導体１５が図面に垂直方向に配線がなされた
場合である。図３においては、ＩＧＦ１０、１０’の２
つが示されているが、マトリクス化して１０²〜１０⁴
個を同一基板に配列せしめてもよい。なお、図３におけ
る符号は、図２の実施例の符号と対応している。

【００３３】その製造においては、フォトリソグラフィ
ー用マスク〜と３種類でよい。ゲイト電極１７の導
電層と第３の半導体１５の導電層との間に寄生容量の発
生を防止するため、酸化珪素３０が第３の半導体１５の
上に０．３〜２μの厚さに積層させている。製造はこの
酸化珪素３０をパターニングし、さらにこの酸化珪素を
マスクとしてその下の第３の半導体１５、第２の半導体
１４をエッチングして同一形状に形成させればよい。

【００３４】図３の（Ｂ）は、ＩＧＦ１０の配線が第１
の半導体１２およびその導電層２３が図において横方
向、また第３の半導体１５にコンタクト２１とにより連
結した配線２４が横方向、またゲイト１７電極が図面に
垂直に縦方向にその導電層を層間絶縁物１６、２５によ
り離間して配線せしめたものである。

【００３５】この実施例においては、基板１上の導電層
２３をのマスクによりパターニングし、第１の半導体
１２をのマスクによりパターニングした。さらに第２
の半導体１４、第３の半導体１５を積層してセルフアラ
イン的にのマスクによりエッチングした。またゲイト
絶縁物１６を形成した後、その上にゲイト電極１７、そ
のリードをにより形成した。加えて層間絶縁物２５を
ポリイミド樹脂、ＰＩＱ等により０．５〜２μの厚さに
形成した後、コンタクト穴７を作り、第３の半導体１５
に連結した電極・リードを構成する第２の導電層１４を
のマスクにより作製したものである。

【００３６】図３の半導体装置の実施例に対応して図４
が液晶ディスプレイを用いて本発明の他の実施例を示し
ている。図３の（Ｃ）において、基板１上に第１の導電
層２３とそれに積層する第１の半導体１２をマスクに
より図面で横方向（Ｘ方向）に延在した形状に示してい
る。また、第３の半導体１５、ゲイト電極・リード１７
は図面で垂直方向（Ｙ方向）に示されている。

【００３７】これはＩＧＦ１０において、第２の半導体
１４及び第３の半導体１５ををマスクにより、またこ
の第２の半導体１４及び第３の半導体１５を跨ぐごとく
にして覆ったゲイト１７をマスクにより作ったもので
ある。

【００３８】以上のように本発明のＩＧＦはソースまた
はドレインを構成する第１の半導体１２、ドレインまた
はソースを構成する第３の半導体１５、および第２の半
導体１４にチャネル形成領域を形成するゲイト絶縁物１
６上のゲイト電極１７が任意にその設計上の要素を全く
自由に受け入れて、Ｘ方向、Ｙ方向に配線形成せしめる
ことが可能となった。これは従来より知られた横方向に
チャネルが形成されるＩＧＦに比べて、プラズマＣＶＤ
法を中心として半導体層１２、１４、１５を順次積層し
て形成していく構造を有するとともに、特に半導体層１
４及び１５は実質的なセルフアライン構造であるために
初めて可能となったもので、その工学的効果はきわめて
大きい。

【００３９】図４は、図３の（Ｂ）をさらに発展させた
もので液晶ディスプレイに用いたもので、図１に示す２
×２のマトリックスセルに本発明を適用したものであ
る。図４の（Ａ）はその平面図の一部を、図４の（Ｂ）
はＡーＡ’面における縦断面図を示す。図４の（Ｂ）に
おいて、ガラス基板１上に第１の導電層２３が５００〜
３０００Åの厚さにＸ方向に形成されている。これはネ
サ（ＳｎＯ₂ ）を用いた透明膜であってもよい。さらに
この上に第２の半導体層１４及び第３の半導体層１５が
Ｙ方向に形成されている。またゲイト電極リード１７は
Ｙ方向に形成されており、第３の半導体層１５に対し液
晶用のキャパシタ３１の電極２４が透明導電膜により形
成されている。

【００４０】上側のガラス基板２８下面にも透明導電膜
２７がある。この透明導電膜２７及び２４は互いに直角
にて液晶が配向するように液晶分子配向膜または配向処
理がなされている。この２つの透明電極２７及び２４に
間に液晶２６を充填させている。各マトリクスの交点を
構成するＩＧＦ、例えば１０、１０’とその出力に連結
するキャパシタ３１、３１’が図１に対応して図４の
（Ａ）及び図４の（Ｂ）に示している。

【００４１】かくすることにより、一つの絵素すなわち
キャパシタの電極２４で作られる絵素が１ｍｍ² あたり
１〜１６個作ることができ、また５００×５００の平面
ディスプレイも５〜２０ｃｍ□で作ることが可能になっ
た。

【００４２】図４は、このＩＧＦの出力には一つの液晶
によるキャパシタのみであったが、同時にこの表示時間
を長くするためのキャパシタ３２を並列して作ると図５
に示すようになる。図５は、図４で示した液晶部２６、
上側電極２７、上側ガラス基板２８が図面の簡略化のた
め省略したが、この部分は図４と同様の方法で作製すれ
ばよい。

【００４３】図５の（Ａ）は、一つの絵素に対応する領
域の平面図、図５の（Ｂ）は、ＡーＡ’での縦断面図、
図５の（Ｃ）はＢーＢ’での縦断面図をそれぞれ符号を
対応させて示してある。図５の（Ｃ）のＩＧＦ１０の形
状より明らかなように、このＩＧＦへの配向は、図３の
（Ａ）を主要素として用いたものである。

【００４４】液晶表示用のキャパシタの一つの電極２４
は、第１の半導体層１２と連結しており、図４の場合の
第３の半導体層１５と連結した場合とその構造を異なら
せている。この第１の半導体層１２は同時にその下側の
透明導電膜３７をゲイト電極１７と同時に設けて得られ
た電極とにより並列のキャパシタ３２（蓄積容量）を構
成し、液晶表示の表示時間を長くするための一助として
いる。回路的には図１にて破線で示したキャパシタ（蓄
積容量）３２に対応している。このキャパシタ３２（蓄
積容量）によりＩＧＦのオン時間が１０〜１０００μ秒
であっても、液晶表示は１〜１０００ｍ秒と長くするい
わゆる残光性を持たせることができる。このキャパシタ
（蓄積容量）３２は、絵素数が１０⁴ 〜１０⁵ ケとな
り、この走査速度が０．１〜１００μ秒となった時、見
ている人の目を疲れさせないために有効である。

【００４５】また、この蓄積容量３２を液晶表示部と同
様にＩＧＦの一方と接地（ＧＮＤ）とに並列に接続させ
ることにより、これまで知られていた付加容量方式に比
べて配線容量を減らすことができる。それによりゲイト
駆動時の信号の遅延を減らすことができる。また並列接
続をさせ、ゲイト絶縁膜と同じ材料で作ることにより、
容量を大きくでき、結果として開口率を向上させること
ができる。

【００４６】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、窒化珪素では
なく酸化チタン、酸化タンタルその他強誘電体またはそ
れらの多層膜を用いてもよい。

【００４７】本発明における第１の半導体層１２に電気
的に連結されている他の電極２４は電極穴３９を介して
設けられている。これらＩＧＦ１０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技術により設ければよ
い。この電極２４が設計の仕様に従ってひとつの絵素の
大きさを決定する。カリキュレータ等においては、０．
１〜５ｍｍ□またはく形、数字の１セグメントに対応し
ている。

【００４８】しかし図１のように走査型のマトリクス構
成をさせる方式において、１〜５０μをマトリクス状と
して例えば５００×５００とすればよい。液晶表示部は
この電極の上方と他方をネサ膜等の透明電極２７をそれ
ぞれの電極に液晶分子配向膜を形成させて有するガラス
板２８とを０．１〜２ｍｍの間隙を有せしめて対抗配置
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、このディスプレイをカラー表示して
もよい。さたに例えば、これらの絵素が三重に重ね会わ
されて作られてもよい。そして赤緑黄の３つの要素を交
互に配列せしめればよい。図４および図５で明らかなよ
うに、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。

【００５０】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
くことはきわめて大きな特徴であり、特にこの全工程を
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。

【００５１】加えて、本発明の半導体は、セミアモルフ
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材料を用いる点にある。特に
このセミアモルファスは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
った。この１０〜１００Åの粒径はＸ線回折またはレー
ザラマン分光法における（111)面のピーク特性にシュー
ラーの式をあてはめて測定評価した。単結晶シリコンで
のピーク値よりずれた場合は格子歪として観察される。

【００５２】この製造には５００ＫＨｚ〜３ＧＨｚの誘
導エネルギを使っても温度が３００℃までで十分であ
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１００〜１０³ 倍も大きいという物性的特性を有し
ている。

【００５３】さらに本発明において、ＩＧＦとしての特
性は、セミアモルファスの特性にかんがみ、そのスレッ
シュホールド電圧（Ｖ_th）は例えばドープをイオン注入
で行うのではなく、第２の半導体層１４に添加する不純
物の添加量を加える高周波パワーにより制御することが
できる。

【００５４】そのため耐圧２０〜３０Ｖ、Ｖ_th＝−４Ｖ
〜４Ｖを±０．２Ｖの範囲で制御できる。また、逆方向
リークであるが、図２に示すような第１の半導体層１２
と第２の半導体層１４との間に窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ
_4-X ，０≦ｘ＜４）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１０ｎＡ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
のである。

【００５５】また、第１の半導体層に例えば酸素または
窒素を２〜２０モル％（原子％）、また炭素を５〜３０
モル％添加すると、図２に示した構造においては同様に
逆方向リークが少なく、また第２及び第３の半導体層の
エッチングの際、第１の半導体層をオーバーエッチング
してしまうことを防ぎ、プロセス上も好ましかった。こ
の低リーク特性は、無添加の場合に比べて１／１０〜１
／１０² 倍もリークが少なかった。このリークの少ない
ことが図１のマトリ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。

【００５６】さらに、この逆方向リークは、この積層型
の第１、第２及び第３の半導体層を共にアモルファス珪
素の半導体のみで作った場合、逆方向のバイヤスを１０
Ｖ加えると１ｍＡ以上あったが、これをセミアモルファ
スとすると５〜５０μＡにまで下がった。それは第１及
び第３の半導体層の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０．２〜０．３ｅＶよ
り０．００５〜０．００１ｅＶと小さくなり、電気伝導
度もアモルファスの１０^-5〜１０^-2（Ωｃｍ）^- に対し
１０^-1〜１０⁺²（Ωｃｍ）^- と極めて大きくなったこと
にある。

【００５７】このため一度配位した不純物が積層中にア
ウトディフージョンせず、結果として接合がきれいにで
きたことによる。そして液晶表示ディスプレイにまで発
展させることが可能となった。本発明における半導体は
珪素、絶縁体は炭化珪素または窒化珪素を用いた。ま
た、非単結晶半導体においてセミアモルファスではなく
結晶粒径が５０〜５０００Åの大きないわゆる多結晶半
導体であってもよいことはいうまでもない。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、液晶表示装置に連結したＩＧ
Ｆにおいて、ソース領域またはドレイン領域に酸素、窒
素または炭素を添加して構成したから、逆方向リーク電
流を低減することができる。このためマトリクス構造を
実施する時にきわめて有効であり、液晶表示装置に適用
して好適な半導体装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によ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
路である。

【図２】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。

【図３】本発明の他の半導体装置を示す図である。

【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イを構
成する半導体装置を示す図である。

【図５】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イを構
成する半導体装置を示す図である。

【符号の説明】 １ ガラス基板 ２、１２ 第１の半導体層（ソースまたはドレイン） １０ 絶縁ゲイト型半導体装置（ＩＧＦ） １４ 第２の半導体層（チャネル形成層） １６ 第３の半導体層（ドレインまたはソース） １７ ゲイト電極 ２６ 液晶部 ２７ 透明導電膜 ２８ ガラス基板 ３２ キャパシタ（蓄積容量）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス基板上に水素が添加された非単結
   晶半導体により形成されたソース領域、チャネル形成領
   域、ドレイン領域と、前記チャネル形成領域に密接して
   ゲイト絶縁膜とを有する絶縁ゲイト型半導体装置と、該
   絶縁ゲイト型半導体装置に直列に連結した液晶表示部
   と、蓄積容量とを有し、前記絶縁ゲイト型半導体装置上
   のソース領域またはドレイン領域は酸素、窒素または炭
   素が逆方向リーク電流を低減するために添加されたこと
   を特徴とする半導体装置。