JPH07109891B2 - Insulated gate type field effect semiconductor device - Google Patents
Insulated gate type field effect semiconductor deviceInfo
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- JPH07109891B2 JPH07109891B2 JP26926992A JP26926992A JPH07109891B2 JP H07109891 B2 JPH07109891 B2 JP H07109891B2 JP 26926992 A JP26926992 A JP 26926992A JP 26926992 A JP26926992 A JP 26926992A JP H07109891 B2 JPH07109891 B2 JP H07109891B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁表面を有する基板
上に非単結晶半導体層を用いた絶縁ゲート型電界効果半
導体装置に関するものである。本発明は、前記絶縁表面
を有する基板上にプラズマCVD法等の堆積法により前
記非単結晶半導体層を堆積し、この非単結晶半導体層の
特性を利用するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate field effect semiconductor device using a non-single crystal semiconductor layer on a substrate having an insulating surface. The present invention is to deposit the non-single-crystal semiconductor layer on a substrate having the insulating surface by a deposition method such as a plasma CVD method and utilize the characteristics of the non-single-crystal semiconductor layer.
【0002】本明細書において、前記非単結晶半導体層
は、アモルファスシリコン半導体、格子歪を有する結晶
性シリコン半導体、および多結晶シリコン半導体を含
む。また、本明細書において、前記非単結晶半導体層
は、前記アモルファスシリコン半導体に含まれるセミア
モルファスシリコン半導体も含む。前記セミアモルファ
スシリコン半導体に関しては、本出願人が先に出願した
特願昭55−26388号(出願日 昭和55年3月3
日、セミアモルファスシリコン半導体)、特願昭54−
58863号(出願日 昭和54年5月14日、半導体
装置作製方法)のそれぞれに詳細に記載されている。In the present specification, the non-single-crystal semiconductor layer includes an amorphous silicon semiconductor, a crystalline silicon semiconductor having a lattice strain, and a polycrystalline silicon semiconductor. Further, in this specification, the non-single-crystal semiconductor layer also includes a semi-amorphous silicon semiconductor included in the amorphous silicon semiconductor. Regarding the above-mentioned semi-amorphous silicon semiconductor, Japanese Patent Application No. 55-26388 (filed on March 3, 1980) filed earlier by the present applicant.
Japan, semi-amorphous silicon semiconductor), Japanese Patent Application No. 54-
No. 58863 (filed May 14, 1979, semiconductor device manufacturing method).
【0003】すなわち、本明細書における「セミアモル
ファスシリコン半導体」は、以下のような性質のものを
いう。たとえば、珪素半導体であって単結晶性を具備し
ない半導体は、ガラス基板、多結晶構造のアルミナ等の
セラミック基板のいずれかの絶縁基板の表面上に形成さ
れる。この絶縁基板の表面上に形成されたセミアモルフ
ァスシリコン半導体は、AM1(100〔mW/c
m2〕)の光エネルギを与えた場合においても、1×1
0−3〔1/オームcm〕ないし8×10−2〔1/オ
ームcm〕の電気−光伝導度が得られる。また、前記セ
ミアモルファスシリコン半導体は、実質的に真性の状態
において、1×10−3〔1/オームcm〕ないし1×
10−5〔1/オームcm〕の暗伝導度が得られる。前
記セミアモルファスシリコン半導体の光伝導度および暗
伝導度の値は、単結晶シリコン半導体の1/2ないし1
/10である。すなわち、前記セミアモルファスシリコ
ン半導体は、光伝導度および暗伝導度において、極めて
優れた特性を有する。That is, the "semi-amorphous silicon semiconductor" in this specification has the following properties. For example, a semiconductor that is a silicon semiconductor and does not have single crystallinity is formed on the surface of an insulating substrate, which is either a glass substrate or a ceramic substrate such as polycrystalline alumina. The semi-amorphous silicon semiconductor formed on the surface of this insulating substrate is AM1 (100 [mW / c
m 2 ]) even when light energy is applied, 1 × 1
An electro-photoconductivity of 0 −3 [1 / ohm cm] to 8 × 10 −2 [1 / ohm cm] is obtained. Further, the semi-amorphous silicon semiconductor is 1 × 10 −3 [1 / ohm cm] to 1 × in a substantially intrinsic state.
A dark conductivity of 10 −5 [1 / ohm cm] is obtained. The values of photoconductivity and dark conductivity of the semi-amorphous silicon semiconductor are 1/2 to 1 of those of the single crystal silicon semiconductor.
It is / 10. That is, the semi-amorphous silicon semiconductor has extremely excellent characteristics in photoconductivity and dark conductivity.
【0004】このセミアモルファスシリコン半導体の優
れた特性は、本出願人が実験的に見出したものである。
セミアモルファスシリコン半導体の優れた特性に関する
詳細については、下記文献に一部が発表されている。 (1)Appl.Phys.Lett. 38(3)、
1981、pp.142〜144。 (2)1981年 春季 応用物理学会講演会 1a
S5、「微結晶を含むa−Siの構造観察と光学的・電
気的特性」、第422頁。 (3)1981年 秋季 第42回 応用物理学会学術
講演会 7a−A−1、7a−A−2、第403頁。The excellent characteristics of this semi-amorphous silicon semiconductor have been experimentally found by the present applicant.
Details regarding the excellent properties of semi-amorphous silicon semiconductors are partly published in the following documents. (1) Appl. Phys. Lett. 38 (3),
1981, pp. 142-144. (2) Spring 1981, Japan Society of Applied Physics 1a
S5, "Structural observation and optical / electrical characteristics of a-Si containing microcrystals", p. (3) Autumn 1981, 42nd Annual Meeting of the Society of Applied Physics, 7a-A-1, 7a-A-2, page 403.
【0005】[0005]
【従来の技術】図1は従来例におけるアモルファスシリ
コン半導体を用いた絶縁ゲート型電界効果半導体装置の
縦断面図である。図1において、絶縁基板1上には、前
記絡縁ゲート型電界効果半導体装置のゲート電極3およ
び13が形成されている。このゲート電極3、13のそ
れぞれは、耐熱性材料、たとえばモリブデンにより形成
される。前記ゲート電極3、13のそれぞれの表面上に
形成されたゲート絶縁膜11は、単層膜として構成され
る。このゲート絶縁膜11は、CVD法によって酸化珪
素膜が形成される。この酸化珪素膜は、0.1〔μm〕
ないし0.5〔μm〕の厚さで形成される。2. Description of the Related Art FIG. 1 is a vertical sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device using an amorphous silicon semiconductor in a conventional example. In FIG. 1, on the insulating substrate 1, the gate electrodes 3 and 13 of the envelope gate type field effect semiconductor device are formed. Each of the gate electrodes 3 and 13 is formed of a heat resistant material such as molybdenum. The gate insulating film 11 formed on the surface of each of the gate electrodes 3 and 13 is formed as a single layer film. As the gate insulating film 11, a silicon oxide film is formed by the CVD method. This silicon oxide film has a thickness of 0.1 [μm]
To 0.5 [μm] in thickness.
【0006】前記ゲート絶縁膜11の表面上には、アモ
ルファスシリコン半導体5、10のそれぞれが形成され
る。アモルファスシリコン半導体5は、Nチャネル型絶
縁ゲート型電界効果半導体装置12のゲート電極3上に
のみ形成される。アモルファスシリコン半導体10は、
Pチャネル型絶縁ゲート型電界効果半導体装置2のゲー
ト電極13上にのみ形成される。いずれのアモルファス
シリコン半導体5、10は、選択的フォトエッチング法
により形成される。前記Nチャネル型絶縁ゲート型電界
効果半導体装置12は、N型の半導体層6、7のそれぞ
れが選択的フォトエッチングで形成される。この半導体
層6、7のそれぞれは、ソース領域6、ドレイン領域7
のそれぞれとして使用される。前記Pチャネル型絶縁ゲ
ート型電界効果半導体装置2は、真空蒸着法で形成され
たアルミニューム膜8、9のそれぞれが選択的フォトエ
ッチングで形成される。このアルミニューム膜8、9の
それぞれは、ソース領域9、ドレイン領域8のそれぞれ
として使用される。前記図1においては、Pチャネル型
絶縁ゲート型電界効果半導体装置2およびNチャネル型
絶縁ゲート型電界効果半導体装置12で形成されるCM
OSFET(相補型MOSFET)が構成される。Amorphous silicon semiconductors 5 and 10 are formed on the surface of the gate insulating film 11. The amorphous silicon semiconductor 5 is formed only on the gate electrode 3 of the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12. The amorphous silicon semiconductor 10 is
It is formed only on the gate electrode 13 of the P-channel type insulated gate field effect semiconductor device 2. Each of the amorphous silicon semiconductors 5 and 10 is formed by the selective photoetching method. In the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12, each of the N-type semiconductor layers 6 and 7 is formed by selective photoetching. Each of the semiconductor layers 6 and 7 includes a source region 6 and a drain region 7.
Used as each. In the P-channel insulated gate field effect semiconductor device 2, each of aluminum films 8 and 9 formed by a vacuum deposition method is formed by selective photoetching. The aluminum films 8 and 9 are used as the source region 9 and the drain region 8, respectively. In FIG. 1, the CM formed by the P-channel insulated gate field effect semiconductor device 2 and the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 is shown.
An OSFET (complementary MOSFET) is configured.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】前述のNチャネル型絶
縁ゲート型電界効果半導体装置12(Pチャネル型絶縁
ゲート型電界効果半導体装置2も同様)においては、以
下の点が配慮されていない。前記Nチャネル型絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置12は、ゲート絶縁膜11が一
層の酸化珪素膜で形成されている。しかも、このゲート
絶縁膜11は、CVD法等の堆積法で形成されるので、
高密度な膜質を得ることが難しく、かつ珪素−酸素の反
応性に欠ける部分が発生する。このため、ゲート絶縁膜
11には、ピンホールが発生し易く、ゲート電極3とア
モルファスシリコン半導体5との間に前記ピンホールに
基づくショートやリークが発生する。このショートやリ
ークの発生を防止するためには、ゲート絶縁膜11の膜
厚を、たとえば0.3〔μm〕以上に厚くしなければな
らない。The following points are not taken into consideration in the above-mentioned N channel type insulated gate field effect semiconductor device 12 (the same applies to the P channel type insulated gate field effect semiconductor device 2). In the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12, the gate insulating film 11 is formed of a single layer of silicon oxide film. Moreover, since the gate insulating film 11 is formed by the deposition method such as the CVD method,
It is difficult to obtain a high-density film quality, and a portion lacking silicon-oxygen reactivity is generated. Therefore, pinholes are easily generated in the gate insulating film 11, and short circuits and leaks due to the pinholes occur between the gate electrode 3 and the amorphous silicon semiconductor 5. In order to prevent the occurrence of this short circuit or leak, the film thickness of the gate insulating film 11 must be increased to, for example, 0.3 [μm] or more.
【0008】また、前記ゲート絶縁膜11としての酸化
珪素膜とアモルファスシリコン半導体5との間の界面部
分は、それぞれの膜中に存在する水素が触媒となり、簡
単に化学反応が進行する。このため、前記ゲート絶縁膜
11、アモルファスシリコン半導体5のそれぞれの膜質
は、信頼性が低下し、併せて特性の劣化が発生してい
た。ショートやリークを防止するために、ゲート絶縁膜
を厚くしなければならないという理由から、前記Nチャ
ネル型絶縁ゲート型電界効果半導体装置12は、たとえ
ば、ゲート電圧に20〔V〕ないし60〔V〕の大きな
駆動電圧を印加する必要がある。すなわち、Nチャネル
型絶縁ゲート型電界効果半導体装置12は、所謂1.5
〔V〕ないし5〔V〕の低電圧に基づく駆動を実現する
ことが難しい。Further, at the interface between the silicon oxide film as the gate insulating film 11 and the amorphous silicon semiconductor 5, hydrogen existing in each film serves as a catalyst to easily proceed the chemical reaction. For this reason, reliability of the film quality of each of the gate insulating film 11 and the amorphous silicon semiconductor 5 is deteriorated, and the characteristics are also deteriorated. The N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 has, for example, a gate voltage of 20 [V] to 60 [V] because the gate insulating film has to be thick in order to prevent a short circuit and a leak. It is necessary to apply a large drive voltage of That is, the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 has a so-called 1.5.
It is difficult to realize driving based on a low voltage of [V] to 5 [V].
【0009】また、前記Nチャネル型絶縁ゲート型電界
効果半導体装置12は、ゲート電極15のゲート長方向
の両端、アモルファスシリコン半導体5の両端、ソース
領域6の一端、ドレイン領域7の一端のそれぞれを精密
に位置合せができない。すなわち、製造上のマスク合わ
せずれに加えて、絶縁基板(ガラス基板)1の反りや縮
み、および絶縁基板1上の凹凸がある状態で位置合せが
行われるので、1〔μm〕以内の高精度において、位置
合せを行うことは全く不可能に近い。したがって、Nチ
ャネル型絶縁ゲート型電界効果半導体装置12は、製造
上、20〔μm〕ないし30〔μm〕ものトレランス
(余裕度)が必要とされる。Further, in the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12, the both ends of the gate electrode 15 in the gate length direction, both ends of the amorphous silicon semiconductor 5, one end of the source region 6 and one end of the drain region 7 are respectively provided. Can not be precisely aligned. That is, since the alignment is performed in the state where the insulating substrate (glass substrate) 1 is warped or shrunk and the insulating substrate 1 is uneven in addition to the mask misalignment in the manufacturing process, the accuracy is within 1 [μm]. At, it is almost impossible to perform the alignment. Therefore, the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 is required to have a tolerance of 20 [μm] to 30 [μm] in manufacturing.
【0010】このため、Nチャネル型絶縁ゲート型電界
効果半導体装置12は、ゲート電極15、高電圧を印加
するドレイン領域7のそれぞれの重複度が増加し、この
増加に伴い、ドレイン領域7に付加される寄生容量が増
加する。この寄生容量の増加により、ドレイン電圧は、
50〔V〕ないし70〔V〕まで高くしなくてはならな
い。また、前記寄生容量は、製造上、ばらつきも大き
い。したがって、前記Nチャネル型絶縁ゲート型電界効
果半導体装置12は、実用上の使用が不可能であった。Therefore, in the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12, the degree of overlap between the gate electrode 15 and the drain region 7 to which a high voltage is applied increases, and with this increase, the drain region 7 is added to the drain region 7. Increased parasitic capacitance. Due to this increase in parasitic capacitance, the drain voltage becomes
It must be raised to 50 [V] to 70 [V]. Further, the parasitic capacitance has a large variation in manufacturing. Therefore, the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 cannot be used practically.
【0011】また、前記Nチャネル型絶縁ゲート型電界
効果半導体装置12は、構造敏感性を有するチャネル形
成領域、すなわち、アモルファスシリコン半導体5の表
面に密着し、ソース領域6、ドレイン領域7のそれぞれ
が形成される。このソース領域6、ドレイン領域7のそ
れぞれは、N型の導電型の不純物が0.5〔%〕ないし
2〔%〕の範囲で多量にドープされたソース領域6およ
びドレイン領域7のそれぞれで形成される。ソース領域
6およびドレイン領域7のそれぞれは、アモルファスシ
リコン半導体5の表面上において、完全にエッチング除
去しない限り、その間でショートが発生する。しかしな
がら、下側のアモルファスシリコン半導体5、上側のソ
ース領域6およびドレイン領域7のそれぞれは、同一主
成分であるので、エッチングの選択比の確保が難しく、
ソース領域6とドレイン領域7との間にショートが発生
しやすい。Further, the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 is in close contact with the channel forming region having structure sensitivity, that is, the surface of the amorphous silicon semiconductor 5, and the source region 6 and the drain region 7 are respectively formed. It is formed. The source region 6 and the drain region 7 are formed in the source region 6 and the drain region 7, respectively, which are heavily doped with N-type conductivity type impurities in the range of 0.5% to 2%. To be done. Each of the source region 6 and the drain region 7 causes a short circuit between them on the surface of the amorphous silicon semiconductor 5 unless they are completely removed by etching. However, since each of the lower amorphous silicon semiconductor 5, the upper source region 6, and the drain region 7 has the same main component, it is difficult to secure the etching selection ratio.
A short circuit is likely to occur between the source region 6 and the drain region 7.
【0012】さらに、前記アモルファスシリコン半導体
5の表面は、後の工程においてソース領域6およびドレ
イン領域7が形成され、かつNチャネル型絶縁ゲート型
電界効果半導体装置12が完成した後においても、図1
に示すように、空気中に露呈する。アモルファスシリコ
ン半導体5は、構造敏感性を有し、特にアモルファスシ
リコン系においては微結晶性を有する。このため、Nチ
ャネル型絶縁ゲート型電界効果半導体装置12は、アモ
ルファスシリコン半導体5の膜質や特性に対する低い信
頼性と、ばらつきの大きい製造上の問題とによって、工
業的に実用化することができなかった。以上、これらの
理由から、図1に示す構造の絶縁ゲート型電界効果半導
体装置は、工業的に実際に使用することが不適当であっ
た。Further, even after the source region 6 and the drain region 7 are formed on the surface of the amorphous silicon semiconductor 5 and the N-channel type insulated gate type field effect semiconductor device 12 is completed in a later step, the structure shown in FIG.
As shown in, exposed to the air. The amorphous silicon semiconductor 5 has structure sensitivity, and has microcrystallinity especially in an amorphous silicon system. Therefore, the N-channel insulated gate field effect semiconductor device 12 cannot be industrially put into practical use due to low reliability of the film quality and characteristics of the amorphous silicon semiconductor 5 and manufacturing problems with large variations. It was For these reasons, the insulated gate field effect semiconductor device having the structure shown in FIG. 1 was not suitable for industrial use.
【0013】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたもので、ゲート電極とチャネル形成領域と
の間のピンホールによるリークを防ぎ、しかもチャネル
形成領域と珪素との間の反応に基づく、ゲート絶縁膜の
膜質もしくは特性の劣化を防ぐことができる、絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記目的に加えて、ゲート電極とドレ
イン領域との間の寄生容量を減少し、しかもゲート電極
とドレイン領域との間のショートを防ぐことができる、
絶縁ゲート型電界効果半導体装置を提供することを目的
とする。さらに、本発明は、前記目的に加えて、チャネ
ル形成領域の膜質や特性に対する信頼性を向上できる、
絶縁ゲート型電界効果半導体装置を提供することを目的
とする。The present invention has been made to solve the above problems, and prevents leakage due to pinholes between the gate electrode and the channel forming region, and also prevents the reaction between the channel forming region and silicon. It is an object of the present invention to provide an insulated gate field effect semiconductor device capable of preventing deterioration of the film quality or characteristics of a gate insulating film based on the above.
Further, in addition to the above-mentioned object, the present invention can reduce the parasitic capacitance between the gate electrode and the drain region and prevent short circuit between the gate electrode and the drain region.
An object is to provide an insulated gate field effect semiconductor device. Further, in addition to the above objects, the present invention can improve the reliability of the film quality and characteristics of the channel formation region.
An object is to provide an insulated gate field effect semiconductor device.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明の絶縁ゲート型電
界効果半導体装置は、絶縁基板上に形成されたゲート電
極(20)と、当該ゲート電極(20)の上面および側
面を囲んで前記ゲート電極(20)をプラズマ酸化法に
よって形成された絶縁性酸化物被膜と窒化珪素膜との多
層膜構成からなるゲート絶縁膜(21)と、当該ゲート
絶縁膜(21)およびゲート電極(20)を挟んで形成
された一導電型の非単結晶半導体よりなるソース領域
(29)およびドレイン領域(30)と、上記ゲート絶
縁膜(21)、ソース領域(29)、およびドレイン領
域(30)の上面を滑らかにしたプレナー構造と、当該
プレナー構造に接して真正または実質的に真正の水素が
添加された非単結晶半導体からなるチャネル形成領域
(27)とからなることを特徴とする。According to another aspect of the present invention, there is provided an insulated gate field effect semiconductor device including a gate electrode (20) formed on an insulating substrate and the gate which surrounds an upper surface and a side surface of the gate electrode (20). The electrode (20) is plasma-oxidized
A gate insulating film (21) having a multilayer film structure of an insulating oxide film and a silicon nitride film thus formed, and the gate.
Formed by sandwiching the insulating film (21) and the gate electrode (20)
Source region made of a single conductivity type non-single crystal semiconductor
(29) and the drain region (30) and the gate isolation
Edge film (21), source region (29), and drain region
A planar structure in which the upper surface of the area (30) is smooth,
A channel formation region (27) made of a non-single crystal semiconductor to which true or substantially true hydrogen is added is in contact with the planar structure .
【0015】本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置
におけるプレナー構造は、ゲート絶縁膜(21)の上面
とソース領域(29)およびドレイン領域(30)を構
成する一対の一導電型半導体領域の上面とが滑らかな連
続表面を有している。 Insulated gate type field effect semiconductor device of the present invention
In the planar structure in, the upper surface of the gate insulating film (21) and the upper surfaces of the pair of one conductivity type semiconductor regions forming the source region (29) and the drain region (30) have smooth continuous surfaces .
【0016】[0016]
【作 用】本発明のゲート絶縁膜は、CVD法のよう
な堆積による膜の形成を行なわないで、ゲート電極の表
面自体をプラズマ酸化法によって、酸化して得られる。
このため、本発明のゲート絶縁膜は、堆積法により形成
されたものより、膜厚が薄く形成できるにもかかわら
ず、ゲート電極自体の表面に緻密な膜質が得られる。し
たがって、本発明のゲート絶縁膜は、ゲート電極とチャ
ネル形成領域との間に発生するピンホールを減少させ、
ゲート電極とチャネル形成領域との間のリークを防ぐこ
とができる。The gate insulating film of the work for the present invention, without performing the formation of a film by deposition, such as CVD method, the surface itself of the gate electrode plasma oxidation, obtained by oxidizing.
Therefore, although the gate insulating film of the present invention can be formed thinner than that formed by the deposition method, a dense film quality can be obtained on the surface of the gate electrode itself. Therefore, the gate insulating film of the present invention reduces pinholes generated between the gate electrode and the channel formation region,
Leakage between the gate electrode and the channel formation region can be prevented.
【0017】チャネル形成領域が非単結晶半導体から構
成されるためには、水素を添加して構造敏感性にする必
要がある。しかし、非単結晶半導体に添加した水素と前
記酸化物絶縁膜の酸素とが化学的な反応を起こし、絶縁
ゲート型電界効果半導体装置の劣化原因になっていた。
そこで、本発明のゲート絶縁膜は、プラズマ酸化法によ
って得られた酸化物絶縁膜とチャネル形成領域としての
非単結晶半導体との間に窒化珪素膜が形成されている多
層構成になっているので、この窒化珪素膜が、水素と酸
素とのブロッキングを行ない、ゲート絶縁膜とチャネル
形成領域との間で起こる化学的な反応を防ぐ。In order for the channel formation region to be composed of a non-single crystal semiconductor, it is necessary to add hydrogen to make it structure sensitive. However, hydrogen added to the non-single crystal semiconductor and oxygen in the oxide insulating film chemically react with each other, which causes deterioration of the insulated gate field effect semiconductor device.
Therefore, the gate insulating film of the present invention is formed by the plasma oxidation method.
Since a silicon nitride film is formed between the oxide insulating film thus obtained and the non-single-crystal semiconductor as the channel formation region, this silicon nitride film has a multi-layer structure including hydrogen and oxygen. Blocking is performed to prevent a chemical reaction between the gate insulating film and the channel formation region.
【0018】本発明の絶縁ゲート膜は、膜質が緻密なた
め、ゲート電極とチャネル形成領域との間にリークがな
く、しかも膜質の特性が劣化しないため、薄く形成でき
るので、絶縁ゲート型電界効果半導体装置の低電圧駆動
が実現できる。たとえば、絶縁ゲート型電界効果半導体
装置は、1.5〔V〕ないし5〔V〕の範囲の低いゲー
ト電圧において駆動された。The insulated gate film of the present invention has a dense film quality.
Therefore, there is no leakage between the gate electrode and the channel formation region, and the characteristics of the film quality are not deteriorated, so that the device can be formed thin, and thus low voltage driving of the insulated gate field effect semiconductor device can be realized. For example, an insulated gate field effect semiconductor device has been driven at a low gate voltage in the range of 1.5 [V] to 5 [V].
【0019】前記ゲート電極として、耐熱性を有するP
型またはN型不純物が多量に添加された多結晶シリコン
半導体(PCS)を使用する場合、前記ゲート電極の上
面および側面にプラズマ酸化法によって酸化された酸化
珪素膜が形成されている。そして、この酸化珪素膜の表
面上に、窒化珪素膜が形成され、この酸化珪素膜および
窒化珪素膜からなるゲート絶縁膜は、互いに補間し合っ
てピンホールのない緻密な構造になる。As the gate electrode, P having heat resistance is used.
If the type or N-type impurities using the polycrystalline silicon semiconductor which are added in large amounts (PCS), a silicon oxide film which is oxidized by plasma oxidation method on the upper surface and side surfaces of the gate electrode is formed. Then, a silicon nitride film is formed on the surface of the silicon oxide film, and the gate insulating films made of the silicon oxide film and the silicon nitride film interpolate with each other to form a dense structure without pinholes.
【0020】本発明のゲート電極は、P型またはN型の
導電型の非単結晶半導体、または金属導体もしくは化合
物導体よりなり、これらの材料をプラズマ酸化法によっ
て酸化させてゲート絶縁膜を得ているため、堆積法によ
って得たものと比較して、ピンホールのない緻密な構造
が得られる。また、上記ゲート絶縁膜と窒化珪素膜との
多層構造によってチャネル形成領域からの水素の侵入を
防いでいる。The gate electrode of the present invention comprises a P-type or N-type conductivity type non-single-crystal semiconductor, or a metal conductor or a compound conductor, and these materials are formed by a plasma oxidation method.
Since the gate insulating film is obtained by oxidation by means of oxidation, a dense structure without pinholes can be obtained as compared with the one obtained by the deposition method. Also, to prevent entry of hydrogen from the channel forming region through a multi-layer structure of the gate insulating film and a silicon nitride film.
【0021】ゲート電極の上面および側面に上記ゲート
絶縁膜が形成され、前記ゲート電極の両側部にそれぞれ
ゲート絶縁膜を介して互いに離間したソース領域および
ドレイン領域のそれぞれが形成される。ソース領域およ
びドレイン領域は、前記ゲート電極の両端部の一方にソ
ース領域の端部を一致させ、かつ他方にドレイン領域の
端部を一致させて形成されるので、前記ゲート電極の両
端部にそれぞれセルフアライメントで形成される。 The gate insulating film is formed on the upper surface and the side surface of the gate electrode, and the source region and the drain region are formed on both sides of the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween. The source region and the drain region are formed by aligning one end of the gate electrode with one end of the source region and the other end of the drain region with one end of the gate electrode. It is formed by self-alignment.
【0022】前記ゲート電極と、ソース領域およびドレ
イン領域との間には、重複する部分がないので、絶縁ゲ
ート型電界効果半導体装置のチャネル長を短チャネルに
形成される。たとえば、絶縁ゲート型電界効果半導体装
置は、1〔μm〕ないし10〔μm〕と極めて短いチャ
ネル長とすることができた。前記ゲート電極とソース領
域およびドレイン領域、特にドレイン領域との間の重複
部分は、減少できるので、前記ドレイン領域に付加され
る寄生容量を減少し、ドレイン電圧を低減させることが
できる。たとえば、本発明の絶縁ゲート型電界効果半導
体装置は、従来ドレイン電圧が40〔V〕ないし80
〔V〕であったものを5〔V〕ないし10〔V〕の範囲
に低くできた。Since there is no overlapping portion between the gate electrode and the source and drain regions, the channel length of the insulated gate field effect semiconductor device is formed to be a short channel. For example, the insulated gate field effect semiconductor device can have a very short channel length of 1 [μm] to 10 [μm]. Since the overlap between the gate electrode and the source and drain regions, especially the drain region, can be reduced, the parasitic capacitance added to the drain region can be reduced and the drain voltage can be reduced. For example, the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention has a conventional drain voltage of 40 [V] to 80.
What was [V] could be lowered to the range of 5 [V] to 10 [V].
【0023】また、短チャネルとすると、チャネル形成
領域の抵抗を減少できるので、本発明の絶縁ゲート型電
界効果半導体装置は、高い周波数特性が得られる。たと
えば、本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、
1.5〔V〕駆動において、チャネル形成領域に微結晶
性を有するアモルファスシリコン半導体を使用した場合
に、10〔MHz〕ないし40〔MHz〕の高い周波数
特性が得られた。また、本発明の絶縁ゲート型電界効果
半導体装置は、チャネル形成領域にアモルファスシリコ
ン半導体を使用した場合に、10〔MHz〕ないし30
〔MHz〕の高い周波数特性が得られた。Further, if the short channel is used, the resistance of the channel forming region can be reduced, so that the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention can obtain high frequency characteristics. For example, the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention is
In driving at 1.5 [V], a high frequency characteristic of 10 [MHz] to 40 [MHz] was obtained when an amorphous silicon semiconductor having a microcrystalline property was used in the channel formation region. Further, the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention uses 10 [MHz] to 30 [MHz] when an amorphous silicon semiconductor is used in the channel formation region.
A high frequency characteristic of [MHz] was obtained.
【0024】本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、前記ゲート電極の上面がソース領域およびドレイン
領域のそれぞれの上面と同じ面になるようにその位置が
近づけられる。すなわち、本発明の絶縁ゲート型電界効
果半導体装置は、チャネル形成領域の下地であるゲート
電極の上面、ソース領域の上面、ドレイン領域の上面の
それぞれが滑らかに連続させ、プレナー構造(平坦化構
造)となるように形成される。In the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention, the positions thereof are brought close to each other so that the upper surface of the gate electrode is flush with the upper surfaces of the source region and the drain region. That is, in the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention, the upper surface of the gate electrode, the upper surface of the source region, and the upper surface of the drain region, which are the bases of the channel formation region, are smoothly continuous, and the planar structure (planarized structure) is obtained. Is formed.
【0025】本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置
は、前記ゲート電極の両端部に予めソース領域およびド
レイン領域を形成し、この後にゲート電極の上面、ソー
ス領域の上面、ドレイン領域の上面のそれぞれにチャネ
ル形成領域を形成するので、前記チャネル形成領域に対
して、独立にソース領域およびドレイン領域の抵抗を制
御できる。たとえば、本発明の絶縁ゲート型電界効果半
導体装置は、ソース領域およびドレイン領域をP型また
はN型の非単結晶半導体、特に多結晶シリコン半導体で
形成することにより、この多結晶シリコン半導体の電気
伝導度を1〔オームcm− 1〕ないし100〔オームc
m−1〕に設定できる。In the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention, a source region and a drain region are formed in advance on both ends of the gate electrode, and thereafter, the upper surface of the gate electrode, the upper surface of the source region and the upper surface of the drain region are respectively formed. Since the channel forming region is formed in the channel forming region, the resistance of the source region and the drain region can be controlled independently of the channel forming region. For example, in the insulated gate field effect semiconductor device of the present invention, the source region and the drain region are formed of a P-type or N-type non-single-crystal semiconductor, particularly a polycrystalline silicon semiconductor, so that the electric conduction of the polycrystalline silicon semiconductor is improved. degrees 1 ohms cm - 1] to 100 ohms c
m −1 ].
【0026】前記ゲート電極、ソース領域およびドレイ
ン領域を形成した後に、最終段の工程としてゲート電極
の上面、ソース領域の上面、ドレイン領域の上面のそれ
ぞれにチャネル形成領域を形成するので、チャネル形成
領域が構造敏感性を有する真性またはP型もしくはN型
の非単結晶半導体で形成される場合であっても、製造上
の熱処理等による膜質の変質や特性の変化を極力減少で
きる。前記チャネル形成領域としての非単結晶半導体
は、たとえば0.05〔μm〕ないし5〔μm〕の範囲
の厚さが使用され、代表的には0.1〔μm〕ないし1
〔μm〕の厚さが使用される。After forming the gate electrode, the source region and the drain region, as the final step, the channel forming region is formed on each of the upper surface of the gate electrode, the upper surface of the source region and the upper surface of the drain region. Even when is formed of an intrinsic or P-type or N-type non-single-crystal semiconductor having structure sensitivity, it is possible to reduce deterioration of the film quality and change of characteristics due to heat treatment during manufacturing as much as possible. The thickness of the non-single-crystal semiconductor used as the channel forming region is, for example, in the range of 0.05 [μm] to 5 [μm], and typically 0.1 [μm] to 1
A thickness of [μm] is used.
【0027】[0027]
【実 施 例】以下、本発明の実施例について説明す
る。 (第1実施例) 図2は本発明の第1実施例である絶縁ゲート型電界効果
半導体装置の縦端面図である。図3は本発明の第2実施
例である絶縁ゲート型電界効果半導体装置の縦断面図で
ある。図4は本発明の第3実施例である絶縁ゲート型電
界効果半導体装置の縦断面図である。図5(A)は本発
明の第4実施例である絶縁ゲート型電界効果半導体装置
の縦断面図である。図5(B)は本発明の第5実施例で
ある絶縁ゲート型電界効果半導体装置の縦断面図であ
る。図6は本発明の第4実施例であるイメージセンサの
ブロック回路図である。図2において、基板の準備工程
から絶縁ゲート型電界効果半導体装置が完成する工程ま
での全製作工程のうち、基板の準備工程からゲート絶縁
膜を形成する工程までの前段の製作方法について説明す
る。まず、図2(A)に示すように、絶縁表面を有する
基板1が準備される。そして、図2(A)に示すよう
に、前記基板1の絶縁表面上には、ゲート電極20ゲー
ト絶縁膜21、マスク形成層(保護層)220のそれぞ
れが順次形成される。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. (First Embodiment) FIG. 2 is a vertical end view of an insulated gate field effect semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a vertical sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a vertical sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device which is a third embodiment of the present invention. FIG. 5A is a vertical sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 5B is a vertical sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device which is a fifth embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block circuit diagram of an image sensor according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 2, of the total manufacturing steps from the substrate preparation step to the step of completing the insulated gate field effect semiconductor device, the former manufacturing method from the substrate preparation step to the step of forming the gate insulating film will be described. First, as shown in FIG. 2A, a substrate 1 having an insulating surface is prepared. Then, as shown in FIG. 2A, the gate electrode 20, the gate insulating film 21, and the mask forming layer (protective layer) 220 are sequentially formed on the insulating surface of the substrate 1.
【0028】前記基板1には、絶縁性を有し、かつ透光
性を有する石英ガラス基板が使用される。また、基板1
には、絶縁性を有するセラミック基板が使用される。前
記ゲート電極20は、プラズマ気相法によって形成され
る。すなわち、ゲート電極20は、基板1の絶縁表面
(被形成面)上にプラズマ気相法により堆積された非単
結晶半導体で形成される。前記プラズマ気相法には、反
応性気体としてシラン(モノシラン若しくはポリシラ
ン)またはフッ化珪素が使用される。前記反応性気体を
希釈するキャリアガスとしては、ヘリュームまたは水素
が使用される。プラズマ気相法は、まず、反応性気体を
キャリアガスで希釈し、この反応性気体およびキャリア
ガスを反応炉内に導き、この反応炉内で反応性気体およ
びキャリアガスをプラズマ化し、反応性気体を分解しか
つ反応させることにより、基板1の絶縁表面上に非単結
晶半導体が形成される。As the substrate 1, a quartz glass substrate having an insulating property and a light transmitting property is used. Also, the substrate 1
For this, an insulating ceramic substrate is used. The gate electrode 20 is formed by a plasma vapor phase method. That is, the gate electrode 20 is formed of a non-single-crystal semiconductor deposited on the insulating surface (formation surface) of the substrate 1 by the plasma vapor phase method. In the plasma vapor phase method, silane (monosilane or polysilane) or silicon fluoride is used as the reactive gas. Helium or hydrogen is used as a carrier gas for diluting the reactive gas. In the plasma vapor phase method, first, a reactive gas is diluted with a carrier gas, the reactive gas and the carrier gas are introduced into a reaction furnace, and the reactive gas and the carrier gas are turned into plasma in the reaction furnace to generate the reactive gas. Is decomposed and reacted to form a non-single crystal semiconductor on the insulating surface of the substrate 1.
【0029】前記プラズマ気相法は、0.01〔tor
r〕ないし10〔torr〕、たとえば0.3〔tor
r〕に反応炉内の圧力が設定される。反応炉内に配置さ
れた基板1は、100〔℃〕ないし400〔℃〕、たと
えば300〔℃〕に加熱される。前記反応性気体および
キャリアガスのプラズマ化は、直流または500〔KH
z〕ないし50〔MHz〕たとえば13.5〔MHz〕
の高周波によるアーク放電またはグロー放電で行われ
る。さらに、前記プラズマ化は、前記直流または高周波
に、1〔GHz〕ないし10〔GHz〕、たとえば2.
45〔GHz〕のマイクロ波の電磁エネルギを5〔W〕
ないし200〔W〕の出力として加えたアーク放電また
はグロー放電で行なってもよい。このような条件下にお
けるプラズマ気相法によって、基板1の絶縁表面上に微
結晶性を有する真性または実質的に真性の非単結晶半導
体が形成される。この非単結晶半導体は、たとえば0.
1〔μm〕ないし1〔μm〕の厚さで形成される。The plasma vapor phase method uses 0.01 [tor]
r] to 10 [torr], for example 0.3 [tor]
The pressure in the reaction furnace is set to r]. The substrate 1 placed in the reaction furnace is heated to 100 [° C.] to 400 [° C.], for example 300 [° C.]. The reactive gas and the carrier gas are converted into plasma by direct current or 500 [KH
z] to 50 [MHz], for example 13.5 [MHz]
It is performed by arc discharge or glow discharge by the high frequency of. Further, the plasma conversion is performed by applying the direct current or the high frequency to 1 [GHz] to 10 [GHz], for example, 2.
The electromagnetic energy of the microwave of 45 [GHz] is 5 [W]
Alternatively, the discharge may be performed by arc discharge or glow discharge applied as an output of 200 [W]. By the plasma vapor phase method under such conditions, an intrinsic or substantially intrinsic non-single-crystal semiconductor having microcrystallinity is formed on the insulating surface of the substrate 1. This non-single crystal semiconductor is, for example, 0.
It is formed with a thickness of 1 [μm] to 1 [μm].
【0030】図4(C)に示す完成図から明らかなよう
に、ソース領域29−ドレイン領域30間を流れる電流
は、基板1の絶縁表面と平行な方向に流れる。したがっ
て、本実施例においては、非単結晶半導体の生成に際
し、グロー放電またはアーク放電の電極の表面に対して
基板1の絶縁表面を平行に配置し、横方向の電気伝導度
を大きく設定する。本実施例で使用した同一のプラズマ
CVD装置の反応炉において、前記非単結晶半導体は、
生成温度の依存性もあるが、たとえば、5〔W〕ないし
20〔W〕のマイクロ波出力の場合、アモルファスシリ
コン半導体として形成される。また、非単結晶半導体
は、20〔W〕ないし50〔W〕のマイクロ波出力の場
合、中間領域である微結晶性を有するアモルファスシリ
コン半導体、すなわち、セミアモルファスシリコン半導
体として形成される。As is apparent from the completed view shown in FIG. 4C, the current flowing between the source region 29 and the drain region 30 flows in the direction parallel to the insulating surface of the substrate 1. Therefore, in this example, when the non-single crystal semiconductor is produced, the insulating surface of the substrate 1 is arranged in parallel with the surface of the electrode of the glow discharge or the arc discharge, and the electric conductivity in the lateral direction is set to be large. In the reactor of the same plasma CVD apparatus used in this example, the non-single crystal semiconductor is
Although it depends on the generation temperature, for example, in the case of a microwave output of 5 [W] to 20 [W], it is formed as an amorphous silicon semiconductor. Further, the non-single-crystal semiconductor is formed as an amorphous silicon semiconductor having microcrystallinity which is an intermediate region, that is, a semi-amorphous silicon semiconductor in the case of a microwave output of 20 [W] to 50 [W].
【0031】また、非単結晶半導体は、80〔W〕ない
し200〔W〕のマイクロ波出力の場合、多結晶シリコ
ン半導体として形成される。さらに、非単結晶半導体
は、400〔℃〕以上の生成温度で、しかも50〔W〕
以上のマイクロ波出力の場合、多結晶シリコン半導体と
して形成される。前記アモルファスシリコン半導体は、
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、結晶性を備えていない。また、微
結晶性を有するアモルファスシリコン半導体、すなわち
セミアモルファスシリコン半導体は、5〔Å〕ないし1
00〔Å〕のショートレンジオーダの大きさの格子歪を
有する微結晶性を備える。Further, the non-single crystal semiconductor is formed as a polycrystalline silicon semiconductor in the case of a microwave output of 80 [W] to 200 [W]. Furthermore, the non-single crystal semiconductor has a generation temperature of 400 [° C.] or higher and 50 [W].
In the case of the above microwave output, it is formed as a polycrystalline silicon semiconductor. The amorphous silicon semiconductor is
Has short-range ordering (some form of regularity) but no crystallinity. In addition, an amorphous silicon semiconductor having a microcrystalline property, that is, a semi-amorphous silicon semiconductor is 5 [Å] to 1
It has microcrystallinity with a lattice strain of the order of 00 [Å] short range.
【0032】これらのアモルファスシリコン半導体、セ
ミアモルファスシリコン半導体のそれぞれは、珪素の不
対結合手を中和させる水素やフッ素の如きハロゲン元素
による再結合中心中和剤が0.01〔モル%〕ないし5
〔モル%〕添加されている。また、前記セミアモルファ
スシリコン半導体においては、前記中和剤で相殺できて
いない不対結合手を中和するために、リチューム、ナト
リューム、またはカリュームのごときアルカリ金属を1
014〔cm−3〕ないし1018〔cm−3〕の濃度
で添加し、耐放射線性周波数特性の改良を行ってもよ
い。前記セミアモルファスシリコン半導体においては、
1×10−6〔1/オームcm〕ないし3×10
−3〔1/オームcm〕の暗伝導度が、AM1の条件下
にて1×10−3〔1/オームcm〕ないし8×10
−2〔1/オームcm〕の光伝導度が、それぞれ、実験
的に得られた。Each of these amorphous silicon semiconductors and semi-amorphous silicon semiconductors contains 0.01 [mol%] or less of a recombination center neutralizing agent with a halogen element such as hydrogen or fluorine for neutralizing dangling bonds of silicon. 5
[Mole%] is added. Further, in the semi-amorphous silicon semiconductor, in order to neutralize dangling bonds that cannot be offset by the neutralizing agent, an alkali metal such as lithium, sodium, or potassium is used in an amount of 1%.
The radiation resistance frequency characteristics may be improved by adding it at a concentration of 0 14 [cm −3 ] to 10 18 [cm −3 ]. In the semi-amorphous silicon semiconductor,
1 × 10 −6 [1 / ohm cm] to 3 × 10
The dark conductivity of −3 [1 / ohm cm] is 1 × 10 −3 [1 / ohm cm] to 8 × 10 under the condition of AM1.
A photoconductivity of −2 [1 / ohm cm] was obtained experimentally.
【0033】また、アモルファスシリコン半導体は、1
0−10〔1/オームcm〕ないし10−6〔1/オー
ムcm〕の暗伝導度が、10−6〔1/オームcm〕な
いし3×10−4〔1/オームcm〕の光伝導度が、そ
れぞれ、実験的に得られた。これらのアモルファスシリ
コン半導体、セミアモルファスシリコン半導体のそれぞ
れは、実用上、用途に応じて使い分けられる。前記ゲー
ト電極20として、非単結晶半導体をP型またはN型の
導電型の半導体層に形成する場合は、前記プラズマ気相
法において、反応性気体にIII価の不純物またはV価
の不純物が加えられる。III価の不純物としては、た
とえばジボラン(B2H6)が使用される。ジボラン
は、反応性気体であるシランに対して0.2〔%〕ない
し2〔%〕の割合で添加される。また、V価の不純物と
しては、たとえばフォスフィン(PH3)が使用され
る。フォスフィンは、シランに対して0.2〔%〕ない
し2〔%〕の割合で添加される。The amorphous silicon semiconductor has 1
The dark conductivity of 0 −10 [1 / ohm cm] to 10 −6 [1 / ohm cm] is 10 −6 [1 / ohm cm] to 3 × 10 −4 [1 / ohm cm]. Were experimentally obtained, respectively. Each of these amorphous silicon semiconductors and semi-amorphous silicon semiconductors is practically used according to the application. When a non-single-crystal semiconductor is formed as a P-type or N-type conductive semiconductor layer as the gate electrode 20, in the plasma vapor phase method, a III-valent impurity or a V-valent impurity is added to the reactive gas. To be As the III-valent impurity, for example, diborane (B 2 H 6 ) is used. Diborane is added in a ratio of 0.2% to 2% with respect to silane which is a reactive gas. As the V-valent impurity, phosphine (PH 3 ) is used, for example. Phosphine is added in a ratio of 0.2% to 2% with respect to silane.
【0034】前記P型またはN型の導電型の半導体層
は、特に、アモルファスシリコン半導体として形成され
るのではなく、セミアモルファスシリコン半導体または
多結晶シリコン半導体として形成される。これらのセミ
アモルファスシリコン半導体、多結晶シリコン半導体の
それぞれは、0.1ないし100〔1/オームcm〕の
電気伝導度、しかも0.02〔eV〕の活性化エネルギ
が得られ、添加された不純物のすべてをアクセプタまた
はドナーにすることができる。なお、前記非単結晶半導
体は、減圧気相法を使用し形成してもよい。結果的に、
本実施例のゲート電極20は、P+型またはN+型の導
電型の半導体層、すなわち、セミアモルファスシリコン
半導体、多結晶シリコン半導体のいずれかで形成され
る。ゲート電極20の膜厚は、0.1〔μm〕ないし
0.5〔μm〕の範囲で形成される。ゲート電極20の
ゲート長寸法は、1〔μm〕ないし30〔μm〕、代表
的には5〔μm〕ないし10〔μm〕で形成される。こ
のゲート電極20のパターニングは、フォトリソグラフ
ィ技術で形成されたマスクを使用し、エッチング法で行
われる。The P-type or N-type conductive semiconductor layer is not formed as an amorphous silicon semiconductor, but is formed as a semi-amorphous silicon semiconductor or a polycrystalline silicon semiconductor. Each of these semi-amorphous silicon semiconductors and polycrystalline silicon semiconductors has an electric conductivity of 0.1 to 100 [1 / ohm cm] and an activation energy of 0.02 [eV]. Can all be acceptors or donors. Note that the non-single crystal semiconductor may be formed by using a low pressure vapor phase method. as a result,
The gate electrode 20 of this embodiment is formed of a P + type or N + type conductivity type semiconductor layer, that is, a semi-amorphous silicon semiconductor or a polycrystalline silicon semiconductor. The film thickness of the gate electrode 20 is formed in the range of 0.1 [μm] to 0.5 [μm]. The gate length of the gate electrode 20 is 1 [μm] to 30 [μm], typically 5 [μm] to 10 [μm]. The patterning of the gate electrode 20 is performed by an etching method using a mask formed by a photolithography technique.
【0035】また、前記ゲート電極20は、モリブデ
ン、タングステン等の耐熱性金属導体、もしくはモリブ
デンシリサイド、タングステンシリサイド等の耐熱性金
属珪化物導体で形成してもよい。前記ゲート絶縁膜21
は、ゲート電極20の上面および側面に形成されたゲー
ト電極材料の酸化膜、およびこの酸化膜の表面上に形成
された窒化膜の多層膜から構成される。前記ゲート絶縁
膜21の酸化膜は、熱酸化法またはプラズマ酸化法によ
り形成される。すなわち、本実施例において、ゲート電
極20がセミアモルファスシリコン半導体、多結晶シリ
コン半導体のいずれかで形成されるので、酸化膜は、酸
化珪素膜で形成される。この酸化珪素膜は、たとえば1
0〔nm〕ないし100〔nm〕の膜厚で形成される。The gate electrode 20 may be formed of a heat resistant metal conductor such as molybdenum or tungsten, or a heat resistant metal silicide conductor such as molybdenum silicide or tungsten silicide. The gate insulating film 21
Is composed of an oxide film of a gate electrode material formed on the upper and side surfaces of the gate electrode 20, and a multilayer film of a nitride film formed on the surface of this oxide film. The oxide film of the gate insulating film 21 is formed by a thermal oxidation method or a plasma oxidation method. That is, in this embodiment, since the gate electrode 20 is formed of either a semi-amorphous silicon semiconductor or a polycrystalline silicon semiconductor, the oxide film is formed of a silicon oxide film. This silicon oxide film is, for example, 1
It is formed with a film thickness of 0 [nm] to 100 [nm].
【0036】前記窒化珪素膜は、たとえば200〔℃〕
ないし1100〔℃〕に加熱された状態において、マイ
クロ波で励起されたアンモニア中で形成される。窒化珪
素膜は、たとえば2〔nm〕ないし5〔nm〕の膜厚で
形成される。また、前記窒化珪素膜は、減圧気相法を使
用し、たとえば10〔nm〕ないし150〔nm〕の膜
厚で形成してもよい。このように、ゲート絶縁膜21
は、ゲート電極20の表面を酸化した酸化珪素膜、およ
びこの酸化珪素膜の表面上に形成された窒化珪素膜から
なる多層構造で形成される。ゲート絶縁膜21の酸化珪
素膜、窒化珪素膜のそれぞれは、ゲート電極20の上面
および側面に選択的に形成される。この結果、ゲート絶
縁膜21には、酸化珪素膜自体にピンホールの発生が少
ない。特に、酸化珪素膜、窒化珪素膜のそれぞれの同一
個所にピンホールが発生する確立は極めて少ない。すな
わち、本実施例のゲート絶縁膜21は、総合的に、気相
法で形成された単層構造のゲート絶縁膜に比べてピンホ
ールの発生が減少する。The silicon nitride film is, for example, 200 [° C.].
Formed in microwave-excited ammonia in a state of being heated to 1100 ° C. The silicon nitride film is formed to have a film thickness of, for example, 2 [nm] to 5 [nm]. Further, the silicon nitride film may be formed using a reduced pressure vapor phase method to have a film thickness of, for example, 10 [nm] to 150 [nm]. In this way, the gate insulating film 21
Is formed of a multi-layer structure including a silicon oxide film obtained by oxidizing the surface of the gate electrode 20 and a silicon nitride film formed on the surface of the silicon oxide film. Each of the silicon oxide film and the silicon nitride film of the gate insulating film 21 is selectively formed on the upper surface and the side surface of the gate electrode 20. As a result, the gate insulating film 21 has few pinholes in the silicon oxide film itself. In particular, it is extremely unlikely that pinholes will be generated at the same place on each of the silicon oxide film and the silicon nitride film. That is, in the gate insulating film 21 of the present embodiment, the generation of pinholes is reduced as compared with the gate insulating film having a single layer structure formed by the vapor phase method.
【0037】前記ゲート絶縁膜21を従来のような単層
構造の窒化珪素膜で形成し、しかもこの窒化珪素膜を減
圧気相法で形成した場合においては、ゲート電極20の
コーナ部のカバレッジが悪いので、この部分にピンホー
ルが発生しやすく、リークの原因になる。この点におい
ても、本実施例のゲート絶縁膜21は、ゲート電極20
の表面に酸化法によりピンホールの極めて少ない酸化珪
素膜を予め形成されているので、ゲート電極20と後に
形成されるチャネル形成領域27(図4(B)参照)と
の間のリークを防ぐことができる。また、前記ゲート絶
縁膜21を構成する窒化珪素膜は、水素を通さない特性
を有する。すなわち、ゲート絶縁膜21の下層の酸化珪
素膜、ゲート絶縁膜21の表面上に形成されるチャネル
形成領域27のそれぞれの間は、ゲート絶縁膜21を構
成する窒化珪素膜により水素の通過が遮断される。When the gate insulating film 21 is formed of a conventional single-layered silicon nitride film and the silicon nitride film is formed by the low pressure vapor phase method, the coverage of the corner portion of the gate electrode 20 is reduced. Since it is bad, pinholes are easily generated in this part, which causes leakage. In this respect as well, the gate insulating film 21 of the present embodiment is equivalent to the gate electrode 20.
Since a silicon oxide film with extremely few pinholes is previously formed on the surface of the gate electrode by an oxidation method, leakage between the gate electrode 20 and a channel formation region 27 (see FIG. 4B) formed later is prevented. You can In addition, the silicon nitride film forming the gate insulating film 21 has a property of not passing hydrogen. That is, the silicon nitride film forming the gate insulating film 21 blocks the passage of hydrogen between the silicon oxide film below the gate insulating film 21 and the channel forming region 27 formed on the surface of the gate insulating film 21. To be done.
【0038】前記ゲート絶縁膜21を構成する酸化珪素
膜にピンホールが存在しない場合であっても、酸化珪素
膜の構成要素である酸素は、チャネル形成領域27を構
成する水素を含んだ珪素に直接接触すれば、互いに反応
し、酸化珪素膜の膜質や特性の劣化の原因になる。すな
わち、ゲート絶縁膜21の内の一層を構成する窒化珪素
膜は、水素や酸素のブロッキングを行なうので、ゲート
絶縁膜21の内の他の層を構成する酸化珪素膜の膜質の
劣化を防ぐことができる。前記ゲート絶縁膜21の表面
上に形成されたマスク形成層220は、減圧気相法で堆
積した酸化珪素膜または回転塗布法で塗布した耐熱性ポ
リイミド樹脂(PIQ)膜で形成される。マスク形成層
220としての酸化珪素膜または耐熱性ポリイミド樹脂
膜は、0.5〔μm〕ないし3〔μm〕、代表的には
0.1〔μm〕ないし1.5〔μm〕の膜厚で形成す
る。Even when there are no pinholes in the silicon oxide film forming the gate insulating film 21, oxygen, which is a constituent element of the silicon oxide film, is converted into silicon containing hydrogen forming the channel forming region 27. If they come into direct contact with each other, they react with each other and cause deterioration of the film quality and characteristics of the silicon oxide film. That is, since the silicon nitride film forming one layer of the gate insulating film 21 blocks hydrogen and oxygen, the deterioration of the film quality of the silicon oxide film forming the other layers of the gate insulating film 21 is prevented. You can The mask forming layer 220 formed on the surface of the gate insulating film 21 is formed of a silicon oxide film deposited by a low pressure vapor phase method or a heat resistant polyimide resin (PIQ) film applied by a spin coating method. The silicon oxide film or the heat-resistant polyimide resin film as the mask forming layer 220 has a thickness of 0.5 [μm] to 3 [μm], typically 0.1 [μm] to 1.5 [μm]. Form.
【0039】次に、図2(B)に示すように、前記マス
ク形成層220の表面上の全面には、図示されていない
フォトレジスト膜が塗付される。そして、このフォトレ
ジスト膜は、パターニングされ、フォトレジスト膜から
マスク24が形成される。前記フォトレジスト膜として
は負(ネガティブタイプ)のフォトレジスト膜が使用さ
れる。このフォトレジスト膜は、基板1の下方向から紫
外線23が照射され、ゲート電極20をマスクとして露
光される。すなわち、フォトレジスト膜は、露光後、現
像処理およびリンス処理が施されると、ゲート電極20
の上面にのみマスク24として残され、それ以外の領域
が除去される。しかも、前記マスク24は、ゲート電極
20に対してセルフアライメントで形成される。Next, as shown in FIG. 2B, a photoresist film (not shown) is applied to the entire surface of the mask forming layer 220. Then, this photoresist film is patterned to form a mask 24 from the photoresist film. A negative photoresist film is used as the photoresist film. The photoresist film is exposed to ultraviolet rays 23 from the lower side of the substrate 1 and exposed using the gate electrode 20 as a mask. That is, when the photoresist film is subjected to the developing process and the rinsing process after the exposure, it is exposed to the gate electrode 20.
Is left as the mask 24 only on the upper surface, and the other regions are removed. Moreover, the mask 24 is formed by self-alignment with the gate electrode 20.
【0040】次に、図2(C)に示すように、マスク2
4によって、マスク形成層220は、パターニングさ
れ、このマスク形成層220からマスク22が形成され
る。その後、前記マスク24は、除去される。前記マス
ク形成層220として酸化珪素膜が使用される場合、パ
ターニングは、フッ酸系のエッチング液を使用した溶去
により行われる。また、マスク形成層220として耐熱
性ポリイミド樹脂膜が使用される場合、パターニング
は、ヒドラジン系のエッチング液を使用した溶去により
行われる。前記マスク22は、そのパターニングを行う
マスク24がゲート電極20に対してセルフアライメン
トで形成されるので、結果的にゲート電極20に対して
セルフアライメントで形成される。同図2(C)に示す
ように、本実施例によれば、基板1の絶縁表面上に形成
されたゲート電極20の上面25および側面がゲート絶
縁膜21で囲まれる構造になる。また、前記ゲート電極
20の上面25にこのゲート電極20の両端に略一致さ
せた同一形状のマスク22を形成した構造になる。Next, as shown in FIG. 2C, the mask 2
4, the mask forming layer 220 is patterned, and the mask 22 is formed from the mask forming layer 220. Then, the mask 24 is removed. When a silicon oxide film is used as the mask forming layer 220, patterning is performed by ablation using a hydrofluoric acid-based etchant. When a heat-resistant polyimide resin film is used as the mask forming layer 220, patterning is performed by evaporating with a hydrazine-based etching solution. The mask 22 is formed in self alignment with respect to the gate electrode 20 because the mask 24 for patterning the mask 22 is formed in self alignment with the gate electrode 20. As shown in FIG. 2C, according to this embodiment, the upper surface 25 and the side surface of the gate electrode 20 formed on the insulating surface of the substrate 1 are surrounded by the gate insulating film 21. Further, the upper surface 25 of the gate electrode 20 has a structure in which masks 22 of the same shape which are substantially aligned with both ends of the gate electrode 20 are formed.
【0041】(第2実施例) 次に、本発明の第2実施例について、図3の縦断面図を
使用して説明する。本実施例は、前記第1実施例の製作
方法と同様に、1枚のマスク24を使用し、ゲート電極
20およびマスク22を形成する方法であるが、前記マ
スク24が基板1の上方向から露光される方法である。
まず、図3(A)に示すように、基板1を準備し、この
基板1の絶縁表面上にゲート電極形成層200、ゲート
絶縁膜形成層210、マスク形成層220のそれぞれを
順次形成する。次に、同図3(A)に示すように、マス
ク形成層220の表面上にマスク24が選択的に形成さ
れる。前記基板1には、前述と同様に、石英ガラス基板
またはセラミック基板が使用される。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the vertical sectional view of FIG. The present embodiment is a method of forming the gate electrode 20 and the mask 22 by using one mask 24 as in the manufacturing method of the first embodiment. It is a method of being exposed.
First, as shown in FIG. 3A, the substrate 1 is prepared, and the gate electrode forming layer 200, the gate insulating film forming layer 210, and the mask forming layer 220 are sequentially formed on the insulating surface of the substrate 1. Next, as shown in FIG. 3A, the mask 24 is selectively formed on the surface of the mask forming layer 220. As the substrate 1, a quartz glass substrate or a ceramic substrate is used as described above.
【0042】前記ゲート電極形成層200は、前述と同
様に、非単結晶半導体、たとえばP型またはN型の導電
型の半導体層が使用される。また、ゲート電極形成層2
00は、耐熱性金属導体もしくは耐熱性金属珪化物導体
が使用される。前記ゲート絶縁膜形成層210は、前述
と同様に、ゲート電極形成層200の表面を酸化法によ
り形成した酸化珪素膜(または金属酸化膜)、およびこ
の酸化珪素膜の表面上に形成された窒化珪素膜からなる
多層膜構造である。前記マスク形成層220には、前述
と同様に、酸化珪素膜または耐熱性ポリイミド樹脂膜が
使用される。As the gate electrode forming layer 200, a non-single crystal semiconductor, for example, a P-type or N-type conductivity type semiconductor layer is used as described above. In addition, the gate electrode formation layer 2
For 00, a heat resistant metal conductor or a heat resistant metal silicide conductor is used. The gate insulating film forming layer 210 is, as described above, a silicon oxide film (or a metal oxide film) formed by oxidizing the surface of the gate electrode forming layer 200, and a nitride film formed on the surface of the silicon oxide film. It has a multi-layered structure including a silicon film. A silicon oxide film or a heat-resistant polyimide resin film is used for the mask forming layer 220, as described above.
【0043】前記マスク24は、マスク形成層220の
表面上の全面に回転塗布法で塗布されたフォトレジスト
膜に、露光処理、現像処理、リンス処理のそれぞれを順
次行い、ゲート電極20の大きさにパターニングされて
形成される。前記フォトレジスト膜は、基本的に負、正
(アクティブタイプ)のいずれのものを使用してもよ
い。フォトレジスト膜の露光は、基板1の上方向から紫
外線を照射する。次に、図3(B)に示すように、マス
ク24を使用し、マスク形成層220、ゲート絶縁膜形
成層210、ゲート電極形成層200のそれぞれを順次
パターニングし、マスク22、ゲート絶縁膜21および
ゲート電極20が形成される。すなわち、マスク22、
ゲート絶縁膜21、ゲート電極20のそれぞれは、1枚
のマスク24を基準にパターニングされ、しかもマスク
24に対してセルフアライメントで形成される。For the mask 24, the photoresist film coated on the entire surface of the mask forming layer 220 by the spin coating method is sequentially subjected to the exposure process, the development process, and the rinse process, and the size of the gate electrode 20. And patterned. The photoresist film may be either negative or positive (active type). To expose the photoresist film, ultraviolet rays are applied from above the substrate 1. Next, as shown in FIG. 3B, using the mask 24, the mask forming layer 220, the gate insulating film forming layer 210, and the gate electrode forming layer 200 are sequentially patterned to form the mask 22 and the gate insulating film 21. And the gate electrode 20 is formed. That is, the mask 22,
Each of the gate insulating film 21 and the gate electrode 20 is patterned using one mask 24 as a reference and is formed by self-alignment with the mask 24.
【0044】次に、前記マスク24は、除去される。そ
して、図3(C)に示すように、前記ゲート電極20の
露呈する側面に絶縁膜26が形成される。前記絶縁膜2
6は、ゲート絶縁膜21と同様に、酸化珪素膜およびこ
の酸化珪素膜の表面上に形成された窒化珪素膜からなる
多層膜構造である。前記絶縁膜26の酸化珪素膜は、熱
酸化法またはプラズマ酸化法で形成される。前記プラズ
マ酸化法による酸化温度が100〔℃〕ないし300
〔℃〕の範囲においては、マスク22として耐熱性ポリ
イミド樹脂膜が使用できる。また、酸化温度が600
〔℃〕以上、特に製造上使用される1000〔℃〕ない
し1150〔℃〕の範囲においては、耐熱性を超えてし
まうので、マスク22としてCVD法で形成される酸化
珪素膜が使用される。Next, the mask 24 is removed. Then, as shown in FIG. 3C, an insulating film 26 is formed on the exposed side surface of the gate electrode 20. The insulating film 2
Similar to the gate insulating film 21, 6 has a multilayer film structure including a silicon oxide film and a silicon nitride film formed on the surface of this silicon oxide film. The silicon oxide film of the insulating film 26 is formed by a thermal oxidation method or a plasma oxidation method. The oxidation temperature by the plasma oxidation method is 100 [° C.] to 300
In the range of [° C.], a heat resistant polyimide resin film can be used as the mask 22. Also, the oxidation temperature is 600
A silicon oxide film formed by the CVD method is used as the mask 22 because the heat resistance is exceeded in the range of [° C.] or higher, particularly in the range of 1000 [° C.] to 1150 [° C.] used for manufacturing.
【0045】前記絶縁膜26を構成する窒化珪素膜は、
プラズマ窒化法で形成される。このプラズマ窒化法が行
われると、マスク24の露呈する表面も窒化されるが、
この窒化膜は、後工程において簡単に除去することがで
きる。同図3(C)に示すように、本実施例によれば、
前記第1実施例と同様に、基板1の絶縁表面上に形成さ
れたゲート電極20の上面がゲート絶縁膜21で囲ま
れ、かつ側面が絶縁膜26で囲まれる構造になる。ま
た、前記ゲート電極20の上面にこのゲート電極20の
両端に略一致させた同一形状のマスク22を形成した構
造になる。The silicon nitride film forming the insulating film 26 is
It is formed by the plasma nitriding method. When this plasma nitriding method is performed, the exposed surface of the mask 24 is also nitrided,
This nitride film can be easily removed in a later process. According to the present embodiment, as shown in FIG.
Similar to the first embodiment, the gate electrode 20 formed on the insulating surface of the substrate 1 has an upper surface surrounded by the gate insulating film 21 and side surfaces surrounded by the insulating film 26. In addition, a mask 22 having the same shape is formed on the upper surface of the gate electrode 20 so as to be substantially aligned with both ends of the gate electrode 20.
【0046】また、本実施例においては、前記図3
(B)に示すマスク22を形成した後に、このマスク2
2に選択的にサイドエッチングを行い、マスク22をス
リムな形状に形成してもよい。このスリムな形状に形成
されるマスク22は、後工程(第3実施例の図4(C)
参照)において、リフトオフ法による除去が容易に行な
える。また、本実施例においては、ゲート電極20の上
面のゲート絶縁膜21、側面の絶縁膜26のそれぞれの
膜厚を独立に制御できる。すなわち、ゲート絶縁膜21
の膜厚を薄く、たとえば10〔nm〕ないし100〔n
m〕の膜厚に設定すれば、絶縁ゲート型電界効果半導体
装置は、低電圧駆動が実現できる。一方、絶縁膜26の
膜厚を厚く、たとえば200〔nm〕ないし400〔n
m〕の膜厚に設定すれば、ゲート電極20と特にドレイ
ン領域30との間に発生する寄生容量を減少することが
できる。Further, in this embodiment, as shown in FIG.
After forming the mask 22 shown in FIG.
Side mask 2 may be selectively etched to form the mask 22 in a slim shape. The mask 22 formed in the slim shape is formed by a post-process (see FIG. 4C of the third embodiment).
In the reference), the removal by the lift-off method can be easily performed. Further, in the present embodiment, the film thickness of each of the gate insulating film 21 on the upper surface of the gate electrode 20 and the insulating film 26 on the side surface can be independently controlled. That is, the gate insulating film 21
Is thin, for example, 10 [nm] to 100 [n
If the thickness is set to m], the insulated gate field effect semiconductor device can be driven at a low voltage. On the other hand, the insulating film 26 has a large thickness, for example, 200 [nm] to 400 [n
If the film thickness is set to m], the parasitic capacitance generated between the gate electrode 20 and especially the drain region 30 can be reduced.
【0047】(第3実施例) 本実施例は、ゲート絶縁膜21を形成する工程以後、絶
縁ゲート型電界効果半導体装置が完成する工程までの製
作方法について、図4の縦断面図を使用して説明する。
本実施例は、前記第2実施例である図3(C)に示す工
程以後の工程から説明する。本実施例の製作方法は、前
記第1実施例の図2(C)に示す工程以後の工程から行
なっても同様である。前記第2実施例である図3(C)
に示す工程、すなわちゲート電極20、ゲート絶縁膜2
1、マスク22(第1マスク)、および絶縁膜26が
形成された工程の後、図4(A)に示すように、半導体
層270、マスク28(第2マスク)のそれぞれが順
次形成される。(Third Embodiment) In this embodiment, the manufacturing method from the step of forming the gate insulating film 21 to the step of completing the insulated gate field effect semiconductor device will be described with reference to the vertical sectional view of FIG. Explain.
This embodiment will be described from the steps after the step shown in FIG. 3C which is the second embodiment. The manufacturing method of the present embodiment is the same even if it is performed from the step after the step shown in FIG. 2C of the first embodiment. FIG. 3C showing the second embodiment.
Process, ie, the gate electrode 20 and the gate insulating film 2
After the step of forming the mask 1, the mask 22 (first mask), and the insulating film 26, as shown in FIG. 4A, the semiconductor layer 270 and the mask 28 (second mask) are sequentially formed. .
【0048】前記半導体層270は、マスク22、絶縁
膜26等の表面を覆って、すなわち、少なくともゲート
電極20の両端部におけるそれぞれのソース領域29お
よびドレイン領域30の形成部分を覆って形成される。
半導体層270は、前記ゲート電極20と同様の形成方
法において形成される。半導体層270は、Nチャネル
型絶縁ゲート型電界効果半導体装置の場合、N型不純物
が、また、Pチャネル型絶縁ゲート型電界効果半導体装
置の場合、P型不純物が、それぞれ添加される。半導体
層270は、0.1〔μm〕ないし0.5〔μm〕の膜
厚で形成される。前記マスク28は、ソース領域29お
よびドレイン領域30の形成部分において、半導体層2
70の表面上に形成される。このマスク28は、マスク
22が形成された部分、すなわちゲート電極20の形成
されている部分、に穴37が形成される。マスク28
は、フォトレジスト膜で形成される。The semiconductor layer 270 is formed so as to cover the surfaces of the mask 22, the insulating film 26, etc., that is, at least the portions where the source region 29 and the drain region 30 are formed at both ends of the gate electrode 20, respectively. .
The semiconductor layer 270 is formed by the same formation method as the gate electrode 20. The semiconductor layer 270 is added with an N-type impurity in the case of an N-channel type insulated gate field effect semiconductor device and with a P-type impurity in the case of a P-channel type insulated gate field effect semiconductor device. The semiconductor layer 270 is formed with a film thickness of 0.1 [μm] to 0.5 [μm]. The mask 28 is formed on the semiconductor layer 2 at the portion where the source region 29 and the drain region 30 are formed.
It is formed on the surface of 70. In this mask 28, a hole 37 is formed in a portion where the mask 22 is formed, that is, a portion where the gate electrode 20 is formed. Mask 28
Is formed of a photoresist film.
【0049】次に、前記マスク28を使用し、半導体層
270は、選択的にパターニングされる。そして、残置
された半導体層270には、ソース領域29およびドレ
イン領域30がそれぞれ形成される。その後、前記マス
ク28は、除去される。次に、前記ソース領域29およ
びドレイン領域30のそれぞれをマスクとして、特に前
記マスク28の穴37を基準にパターニングされた部分
をマスクとして使用し、マスク22を溶去する。前記マ
スク22が溶去されると、この溶去された部分は空孔と
なる。前記マスク22の溶去は、酸化珪素膜が使用され
る場合、フッ酸系のエッチング液で行う。また、マスク
22の溶去は、耐熱性ポリイミド樹脂膜が使用される場
合はヒドラジン系のエッチング液で行う。Next, using the mask 28, the semiconductor layer 270 is selectively patterned. Then, the source region 29 and the drain region 30 are formed on the remaining semiconductor layer 270, respectively. Then, the mask 28 is removed. Next, the source region 29 and the drain region 30 are each used as a mask, and in particular, a portion of the mask 28 patterned with reference to the holes 37 is used as a mask, and the mask 22 is ablated. When the mask 22 is ablated, the ablated portion becomes a hole. When the silicon oxide film is used, the mask 22 is removed by a hydrofluoric acid-based etching solution. Further, the mask 22 is removed by evaporation with a hydrazine-based etching solution when a heat resistant polyimide resin film is used.
【0050】また、前記マスク22の溶去においては、
エッチングに併用して、軽い超音波振動が加えられる。
前記ソース領域29とその下地表面との接着強度、ドレ
イン領域30とその下地表面との接着強度のそれぞれに
比べて、マスク22とその下地表面であるゲート絶縁膜
21の表面との接着強度が弱いので、超音波振動の併用
により、マスク22はすべて除去される。このように、
前記マスク22は、選択的に除去されるので、結果的に
リフトオフ法により除去されたことになる。When the mask 22 is melted off,
Light ultrasonic vibration is applied in combination with etching.
The adhesive strength between the mask 22 and the underlying surface of the gate insulating film 21 is weaker than the adhesive strength between the source region 29 and its underlying surface and the adhesive strength between the drain region 30 and its underlying surface. Therefore, the mask 22 is entirely removed by the combined use of ultrasonic vibration. in this way,
Since the mask 22 is selectively removed, the mask 22 is eventually removed by the lift-off method.
【0051】前述のソース領域29およびドレイン領域
30のそれぞれは、ゲート電極20の両端部のそれぞれ
に離間して形成される。また、ソース領域29およびド
レイン領域30は、一対の不純物領域として形成され
る。前記ソース領域29およびドレイン領域30のそれ
ぞれのゲート電極20側の一側面は、絶縁膜26(第1
実施例の場合は、ゲート絶縁膜21)を介して、ゲート
電極20の側面に隣接する。すなわち、ゲート電極20
における両側面のうちの一方の側面は、ソース領域29
の一側面と略一致した状態で形成される。同様に、ゲー
ト電極20における両側面のうちの他方の側面は、ドレ
イン領域30の一側面と略一致した状態で形成される。
結果的に、ソース領域29およびドレイン領域30のそ
れぞれは、ゲート電極20に対してセルフアラインで形
成される。しかも、ゲート電極20とソース領域29お
よびドレイン領域30との間の製造上の位置合わせは、
実質的に1枚のマスク22(第1マスク)で行われ
る。The above-mentioned source region 29 and drain region 30 are formed separately at both ends of the gate electrode 20, respectively. Further, the source region 29 and the drain region 30 are formed as a pair of impurity regions. One side surface of each of the source region 29 and the drain region 30 on the gate electrode 20 side is covered with the insulating film 26 (first
In the case of the embodiment, it is adjacent to the side surface of the gate electrode 20 via the gate insulating film 21). That is, the gate electrode 20
One side surface of the source region 29
It is formed so as to be substantially in agreement with one side surface. Similarly, the other side surface of both side surfaces of the gate electrode 20 is formed so as to substantially coincide with one side surface of the drain region 30.
As a result, each of the source region 29 and the drain region 30 is formed in self-alignment with the gate electrode 20. Moreover, the manufacturing alignment between the gate electrode 20 and the source region 29 and the drain region 30 is
Substantially one mask 22 (first mask) is used.
【0052】さらに、このマスク22は、前述の第1実
施例(図2参照)において説明したように、1枚のマス
ク24を基準に形成され、このマスク24に対してセル
フアライメントで形成される。これまでの工程によっ
て、ゲート電極20、ゲート絶縁膜21、絶縁膜26、
ソース領域29およびドレイン領域30が形成された。
前述のように、ゲート絶縁膜21は、ゲート電極20の
上面に形成される。絶縁膜26は、ゲート電極20の側
面に形成される。ソース領域29およびドレイン領域3
0のそれぞれは、前記第1実施例に示したプラズマ気相
法による真性、または実質的に真性であるが導電型を有
し、かつ構造敏感性を有する半導体層270で形成され
る。このソース領域29およびドレイン領域30のそれ
ぞれは、ゲート絶縁膜21、絶縁膜26のそれぞれの特
に窒化珪素膜に密着して形成される。Further, this mask 22 is formed on the basis of one mask 24 as described in the above-mentioned first embodiment (see FIG. 2), and is formed by self-alignment with respect to this mask 24. . Through the steps up to this point, the gate electrode 20, the gate insulating film 21, the insulating film 26,
The source region 29 and the drain region 30 are formed.
As described above, the gate insulating film 21 is formed on the upper surface of the gate electrode 20. The insulating film 26 is formed on the side surface of the gate electrode 20. Source region 29 and drain region 3
Each of 0s is formed by the semiconductor layer 270 which is intrinsic according to the plasma vapor phase method shown in the first embodiment, or is substantially intrinsic but has conductivity type and structure sensitivity. Each of the source region 29 and the drain region 30 is formed in close contact with each of the gate insulating film 21 and the insulating film 26, particularly the silicon nitride film.
【0053】さらに、ソース領域29およびドレイン領
域30のそれぞれは、ゲート電極20の両端部のそれぞ
れにおいて、基板1の絶縁表面上に形成される。次に、
図4(B)に示すように、前記ゲート電極20、ソース
領域29およびドレイン領域30のそれぞれの上面にチ
ャネル形成領域27が形成される。チャネル形成領域2
7は、ゲート電極20の上面にゲート絶縁膜21を介し
て形成される。また、チャネル形成領域27は、ソース
領域29およびドレイン領域30のそれぞれの上面に直
接密接し形成される。チャネル形成領域27は、図4
(B)に示すフォトマスク(第3マスク)を使用して
パターニングされる。前記チャネル形成領域27は、微
結晶性を有するセミアモルファスシリコン半導体層で形
成することが好ましい。このセミアモルファスシリコン
半導体層で形成されるチャネル形成領域27は、絶縁ゲ
ート型電界効果半導体装置の高速動作を実現できる。Further, each of the source region 29 and the drain region 30 is formed on the insulating surface of the substrate 1 at both ends of the gate electrode 20. next,
As shown in FIG. 4B, a channel forming region 27 is formed on the upper surface of each of the gate electrode 20, the source region 29 and the drain region 30. Channel formation region 2
7 is formed on the upper surface of the gate electrode 20 via the gate insulating film 21. In addition, the channel forming region 27 is formed in direct contact with the upper surfaces of the source region 29 and the drain region 30, respectively. The channel forming region 27 is shown in FIG.
Patterning is performed using the photomask (third mask) shown in FIG. The channel forming region 27 is preferably formed of a semi-amorphous silicon semiconductor layer having microcrystalline properties. The channel formation region 27 formed of this semi-amorphous silicon semiconductor layer can realize high-speed operation of the insulated gate field effect semiconductor device.
【0054】また、前記フォトマスク(第3マスク)
でパターニングされる前に、チャネル形成領域27の表
面に絶縁膜を形成してもよい。この絶縁膜は、チャネル
形成領域27の特性の劣化を防ぐことができる。また、
前記フォトマスク(第3マスク)によるパターニング
は、ゲート電極20の上面のゲート絶縁膜21の端部を
同時に除去でき、ソース領域取出し電極38およびドレ
イン領域取出し電極39と共に、ゲート取出し電極36
が形成される。以上の工程を行うことにより、3枚のマ
スク、すなわち、第1マスク、第2マスク、および
第3マスクを使用し、基板1の絶縁表面上に絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置が形成される。しかも、絶縁ゲ
ート型電界効果半導体装置は、プレナー構造で形成され
る。The photomask (third mask)
An insulating film may be formed on the surface of the channel formation region 27 before the patterning by. This insulating film can prevent deterioration of the characteristics of the channel formation region 27. Also,
The patterning with the photomask (third mask) can simultaneously remove the end portion of the gate insulating film 21 on the upper surface of the gate electrode 20, and together with the source region extraction electrode 38 and the drain region extraction electrode 39, the gate extraction electrode 36.
Is formed. By performing the above steps, the insulated gate field effect semiconductor device is formed on the insulating surface of the substrate 1 using the three masks, that is, the first mask, the second mask, and the third mask. Moreover, the insulated gate field effect semiconductor device has a planar structure.
【0055】次に、前記図4(C)に示すように、絶縁
ゲート型電界効果半導体装置の上面には、層間絶縁膜6
5がコーティングされる。そして、この層間絶縁膜65
には、電極穴66が形成さる。その後、電極67、68
および69が形成される。前記層間絶縁膜65は、たと
えば耐熱性ポリイミド樹脂を使用する。電極69は、コ
ンタクト部41でソース領域取出し電極38に連結され
る。電極67は、コンタクト部40でドレイン領域取出
し電極39に連結される。電極68は、ゲート取出し電
極36に連結される。Next, as shown in FIG. 4C, the interlayer insulating film 6 is formed on the upper surface of the insulated gate field effect semiconductor device.
5 is coated. Then, the interlayer insulating film 65
An electrode hole 66 is formed in the. After that, the electrodes 67, 68
And 69 are formed. The interlayer insulating film 65 uses, for example, a heat resistant polyimide resin. The electrode 69 is connected to the source region extraction electrode 38 at the contact portion 41. The electrode 67 is connected to the drain region extraction electrode 39 at the contact portion 40. The electrode 68 is connected to the gate extraction electrode 36.
【0056】以上説明したように、本実施例は、基板1
の絶縁表面上にゲート電極20を形成する工程、このゲ
ート電極20を囲むゲート絶縁膜21を形成する工程、
前記ゲート電極20にセルフアライメントで、しかも基
板1の絶縁表面に密接したプレナー構造で一対のソース
領域29およびドレイン領域30を形成する工程、最終
工程において最も構造敏感性を有する半導体層からチャ
ネル形成領域27を形成する工程を備えている。そし
て、絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、上記各工程を
順次実施することによって得られる。As described above, the substrate 1 is used in this embodiment.
A step of forming a gate electrode 20 on the insulating surface of, a step of forming a gate insulating film 21 surrounding the gate electrode 20,
A step of forming a pair of source region 29 and drain region 30 in a planar structure that is self-aligned with the gate electrode 20 and is in close contact with the insulating surface of the substrate 1, in the final step, from the semiconductor layer having the most structure sensitivity to the channel forming region. 27 is provided. The insulated gate field effect semiconductor device is obtained by sequentially performing the above steps.
【0057】上記工程は、3枚のフォトマスク(第1マ
スク、第2マスク、および第3マスク)でプレナ
ー構造の絶縁ゲート型電界効果半導体装置が得られる。
また、上記工程に2枚のフォトマスク(図4(C)にお
いて、パターンおよびを形成するマスク)を加える
ことにより、絶縁ゲート型電界効果半導体装置における
2層配線が採用される。また、前記絶縁ゲート型電界効
果半導体装置(または薄膜トランジスタとも呼ばれる)
のゲート電極20、ソース領域29、ドレイン領域30
のそれぞれがマスク24に対してセルフアライメントで
形成されるので、絶縁ゲート型電界効果半導体装置のチ
ャネル長を1〔μm〕ないし10〔μm〕の範囲まで小
さくできる。また、前記絶縁ゲート型電界効果半導体装
置は、チャネル形成領域27に微結晶性を有するアモル
ファスシリコン半導体を使用し、横方向の電流を流すこ
とができるので、周波数特性を向上できる。たとえば、
絶縁ゲート型電界効果半導体装置で11段のリングオシ
レータを試作した場合、10〔MHz〕ないし100
〔MHz〕の周波数特性が得られた。In the above process, an insulated gate field effect semiconductor device having a planar structure can be obtained with three photomasks (first mask, second mask, and third mask).
Further, by adding two photomasks (masks for forming the pattern and in FIG. 4C) to the above process, the two-layer wiring in the insulated gate field effect semiconductor device is adopted. In addition, the insulated gate field effect semiconductor device (also referred to as a thin film transistor)
Gate electrode 20, source region 29, drain region 30 of
Since each of them is formed by self-alignment with respect to the mask 24, the channel length of the insulated gate field effect semiconductor device can be reduced to the range of 1 [μm] to 10 [μm]. Further, in the insulated gate field effect semiconductor device, since the amorphous silicon semiconductor having a microcrystalline property is used for the channel forming region 27 and a lateral current can be passed, the frequency characteristic can be improved. For example,
When an 11-stage ring oscillator is prototyped with an insulated gate field effect semiconductor device, 10 [MHz] to 100
The frequency characteristic of [MHz] was obtained.
【0058】(第4実施例) 本実施例は、前記第3実施例の絶縁ゲート型電界効果半
導体装置を使用し、最大の実装密度を得るためのもので
ある。本実施例である絶縁ゲート型電界効果半導体装置
の縦断面構造について、図5(A)を使用して説明す
る。本実施例は、図5(A)に示すように、基板1の絶
縁表面上に1つの絶縁ゲート型電界効果半導体装置40
と、他の絶縁ゲート型電界効果半導体装置41とが互い
に隣合って配置される。この絶縁ゲート型電界効果半導
体装置40、41のそれぞれの間には、アイソレーショ
ン領域が設けられていない。前記1つの絶縁ゲート型電
界効果半導体装置40は、ゲート電極20、ゲート絶縁
膜21、ソース領域29、ドレイン領域30、およびチ
ャネル形成領域27から構成されている。他の絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置41は、ゲート電極20’、ゲ
ート絶縁膜21’、ソース領域29’、ドレイン領域3
0、およびチャネル形成領域27’から構成されてい
る。(Fourth Embodiment) This embodiment uses the insulated gate field effect semiconductor device of the third embodiment to obtain the maximum packaging density. A vertical cross-sectional structure of the insulated gate field effect semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 5A, one insulated gate field effect semiconductor device 40 is provided on the insulating surface of the substrate 1.
And another insulated gate field effect semiconductor device 41 are arranged adjacent to each other. No isolation region is provided between each of the insulated gate field effect semiconductor devices 40 and 41. The one insulated gate field effect semiconductor device 40 is composed of a gate electrode 20, a gate insulating film 21, a source region 29, a drain region 30, and a channel formation region 27. Another insulated gate field effect semiconductor device 41 is a gate electrode 20 ′, a gate insulating film 21 ′, a source region 29 ′, a drain region 3
0 and a channel forming region 27 '.
【0059】前記1つの絶縁ゲート型電界効果半導体装
置40のドレイン領域30は、他の絶縁ゲート型電界効
果半導体装置41のドレイン領域30と共用される。同
様に、1つの絶縁ゲート型電界効果半導体装置40のソ
ース領域29は、さらにその隣の絶縁ゲート型電界効果
半導体装置43のソース領域29と共用される。他の絶
縁ゲート型電界効果半導体装置41のソース領域29’
は、さらにその隣の絶縁ゲート型電界効果半導体装置4
2のソース領域29’と共用される。そして、ゲート電
極20、20’のそれぞれは、紙面に対して垂直方向に
ゲート取出し電極およびリードが形成される。同様に、
ソース領域29、29’のそれぞれは、紙面に対して垂
直方向に、しかも前記ゲート取出し電極およびリードに
平行に、ソース領域取出し電極およびリードが形成され
る。The drain region 30 of the one insulated gate field effect semiconductor device 40 is shared with the drain region 30 of the other insulated gate field effect semiconductor device 41. Similarly, the source region 29 of one insulated gate field effect semiconductor device 40 is also shared with the source region 29 of the adjacent insulated gate field effect semiconductor device 43. Source region 29 'of another insulated gate field effect semiconductor device 41
Is an insulated gate field effect semiconductor device 4 next to
It is shared with the second source region 29 '. Then, on each of the gate electrodes 20 and 20 ', a gate extraction electrode and a lead are formed in a direction perpendicular to the paper surface. Similarly,
In each of the source regions 29 and 29 ', a source region extracting electrode and a lead are formed in a direction perpendicular to the paper surface and in parallel with the gate extracting electrode and the lead.
【0060】これに対して、図中、左右方向に例をなす
複数の絶縁ゲート型電界効果半導体装置のそれぞれのド
レイン領域30は、紙面に対して垂直方向に隣接して配
列された他の列をなす他の絶縁ゲート型電界効果半導体
装置のそれぞれのドレイン領域30に対して電気的に分
離されている。1列の中で、複数の絶縁ゲート型電界効
果半導体装置のドレイン領域30は、左右方向に伸びる
リード50で連結される。このリード50は、層間絶縁
膜65の表面上に形成される。このように、複数の絶縁
ゲート型電界効果半導体装置は、マトリックス構造で配
置され、最密実装配列をなす。On the other hand, in the figure, the drain regions 30 of a plurality of insulated gate field effect semiconductor devices, which are illustrated in the left-right direction, respectively, are arranged in other columns adjacent to each other in the direction perpendicular to the plane of the drawing. Is electrically isolated from each drain region 30 of the other insulated gate field effect semiconductor device. In one row, the drain regions 30 of the plurality of insulated gate field effect semiconductor devices are connected by the leads 50 extending in the left-right direction. The leads 50 are formed on the surface of the interlayer insulating film 65. In this way, the plurality of insulated gate field effect semiconductor devices are arranged in a matrix structure and form a close-packed mounting arrangement.
【0061】図6は、前記最密実装配列をなす絶縁ゲー
ト型電界効果半導体装置の集積構造を回路ブロック図と
して示したものである。図5(A)に付された符号は、
図6に付された符号に対応させてある。図6に示すよう
に、マトリックス構造は、行方向に3個、列方向に4
個、合計12個の絶縁ゲート型電界効果半導体装置で構
成されるセルが配列される。図6中、左側には、X方向
(行)のデコーダおよびドライバー73が配置される。
図6中、上側には、Y方向(列)のデコーダおよびドラ
イバー74が配置される。図6中、破線で囲んだ領域7
2の縦断面構造は、前記図5(A)に縦断面図として示
されている。FIG. 6 is a circuit block diagram showing an integrated structure of the insulated gate field effect semiconductor device having the closest packing arrangement. The reference numeral attached to FIG.
It corresponds to the reference numeral given in FIG. As shown in FIG. 6, the matrix structure has three rows and four columns.
A total of 12 cells, each of which is composed of an insulated gate field effect semiconductor device, are arranged. In FIG. 6, the decoder and driver 73 in the X direction (row) are arranged on the left side.
In FIG. 6, a decoder and driver 74 in the Y direction (column) are arranged on the upper side. Area 7 surrounded by a broken line in FIG.
The vertical sectional structure of No. 2 is shown as a vertical sectional view in FIG.
【0062】この図6に示す回路ブロック図は、イメー
ジセンサを示すものである。このイメージセンサは、基
板1に透光性を有するものが使用される。イメージセン
サは、入射光で得られた電気信号がデコーダおよびドラ
イバー73、74のそれぞれの制御信号により横方向に
移送され、この移送された信号が検出信号として出力さ
れる。たとえば、セル(1、1)においては、デコーダ
およびドライバー74の制御信号75、75’のそれぞ
れにより、選択的に光検出が行われる。また、セル
(2、1)においては、デコーダおよびドライバー74
の制御信号76、76’のそれぞれにより、選択的に光
検出が行われる。The circuit block diagram shown in FIG. 6 shows an image sensor. As this image sensor, a substrate 1 having translucency is used. In the image sensor, the electric signal obtained by the incident light is laterally transferred by the control signals of the decoder and the drivers 73 and 74, and the transferred signal is output as a detection signal. For example, in the cell (1, 1), photodetection is selectively performed by the control signals 75 and 75 'of the decoder and driver 74, respectively. In the cell (2, 1), the decoder and driver 74
The light detection is selectively performed by the control signals 76 and 76 '.
【0063】前記第1実施例ないし第3実施例のそれぞ
れにおいて説明したように、絶縁ゲート型電界効果半導
体装置のチャネル形成領域27は、非単結晶半導体で構
成される。この非単結晶半導体の移動度は、単結晶半導
体の移動度ほど大きくない。したがって、たとえば絶縁
ゲート型電界効果半導体装置40で構成されるセル
(1、2)と他の絶縁ゲート型電界効果半導体装置で構
成されるセル(2、2)との間のフィールド絶縁物が廃
止できる。さらに、このフィールド絶縁物を廃止した
分、製造工程数が減少できる。また、1つのセルサイズ
にフィールド絶縁物の占有面積が加算されないので、結
果的に1つのセルサイズを小さくできる。前記イメージ
センサは、光検出を行う場合、基板1の下方向からでは
なく上方向から、直接、セルのチャネル形成領域(活性
半導体層)27に光を照射し、セルの光検出感度を向上
してもよい。As described in each of the first to third embodiments, the channel forming region 27 of the insulated gate field effect semiconductor device is made of a non-single crystal semiconductor. The mobility of this non-single crystal semiconductor is not as high as that of the single crystal semiconductor. Therefore, for example, the field insulator between the cell (1, 2) composed of the insulated gate field effect semiconductor device 40 and the cell (2, 2) composed of another insulated gate field effect semiconductor device is eliminated. it can. Furthermore, the number of manufacturing steps can be reduced by the elimination of this field insulator. Further, since the occupied area of the field insulator is not added to one cell size, one cell size can be reduced as a result. When performing photodetection, the image sensor directly irradiates the channel formation region (active semiconductor layer) 27 of the cell from above, not from below, to improve the photodetection sensitivity of the cell. May be.
【0064】(第5実施例) 本実施例は、前記第3実施例の絶縁ゲート型電界効果半
導体装置を使用し、不揮発性メモリを構成したものであ
る。本実施例である絶縁ゲート型電界効果半導体装置の
縦断面構造について、図5(B)を使用して説明する。
図5(B)に示すように、不揮発性メモリは、基板1の
絶縁表面上に絶縁ゲート型電界効果半導体装置40、4
1のそれぞれが配置される。前記第4実施例と同様に、
絶縁ゲート型電界効果半導体装置40、41のそれぞれ
のドレイン領域30は共用される。また、絶縁ゲート型
電界効果半導体装置40のソース領域29はさらに隣り
の絶縁ゲート型電界効果半導体装置のソース領域29に
共用され、絶縁ゲート型電界効果半導体装置41のソー
ス領域29’はさらに隣の絶縁ゲート型電界効果半導体
装置のソース領域29’に共用される。(Fifth Embodiment) In this embodiment, a nonvolatile memory is constructed by using the insulated gate field effect semiconductor device of the third embodiment. A vertical cross-sectional structure of the insulated gate field effect semiconductor device according to this embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5B, the non-volatile memory has an insulated gate field effect semiconductor device 40, 4 on the insulating surface of the substrate 1.
Each of the 1 is arranged. Similar to the fourth embodiment,
The drain regions 30 of the insulated gate field effect semiconductor devices 40 and 41 are shared. Further, the source region 29 of the insulated gate field effect semiconductor device 40 is shared by the source region 29 of the adjacent insulated gate field effect semiconductor device, and the source region 29 ′ of the insulated gate field effect semiconductor device 41 is further adjacent. It is also used as the source region 29 'of the insulated gate field effect semiconductor device.
【0065】前記絶縁ゲート型電界効果半導体装置4
0、41のそれぞれは、ゲート絶縁膜21が、絶縁物で
形成される電荷捕穫中心層91、この電荷捕獲中心層9
1の下面を囲む絶縁膜90、および電荷捕穫中心層91
の上面、側面周囲のそれぞれを囲む絶縁膜92で構成さ
れる。前記電荷捕穫中心層91は、絶縁膜に変えて、半
導体、特に非単結晶構造を有するシリコン半導体(非単
結晶半導体)、もしくはゲルマニューム、または金属の
クラスタもしくは薄膜を使用してもよい。前記不揮発性
メモリは、1つの絶縁ゲート型電界効果半導体装置4
0、41のそれぞれがそれぞれ1ビットのメモリセルと
して構成される。Insulated gate type field effect semiconductor device 4
In each of 0 and 41, the charge trapping central layer 91 in which the gate insulating film 21 is formed of an insulator, and the charge trapping central layer 9
1. An insulating film 90 surrounding the lower surface of No. 1 and a charge trapping central layer 91
Is formed of an insulating film 92 that surrounds the upper surface and the side surface of the device. Instead of an insulating film, the charge trapping central layer 91 may be made of a semiconductor, in particular, a silicon semiconductor having a non-single crystal structure (non-single crystal semiconductor), germanium, or a metal cluster or thin film. The nonvolatile memory includes one insulated gate field effect semiconductor device 4
Each of 0 and 41 is configured as a 1-bit memory cell.
【0066】このように、本実施例によれば、単結晶珪
素を主体に構成される絶縁ゲート型電界効果半導体装置
を有する不揮発性メモリと同様に、集積化された不揮発
性メモリが得られる。また、前記図5(B)に示すゲー
ト絶縁膜21は、前記第2実施例の図3に示すゲート絶
縁膜21を形成する工程と同様に形成してもよい。すな
わち、ゲート絶縁膜21は、まず、図3(A)図示と同
様にに、第1の絶縁膜90、半導体層(電荷捕穫中心
層)91、第2の絶縁膜92のそれぞれが順次積層さ
れ、その後、前記図3(C)に示す工程において、前記
半導体層92の側面周囲を酸化し、この半導体層92の
側面周囲に絶縁膜を形成することにより形成される。As described above, according to this embodiment, an integrated nonvolatile memory can be obtained as in the nonvolatile memory having the insulated gate field effect semiconductor device mainly composed of single crystal silicon. Further, the gate insulating film 21 shown in FIG. 5B may be formed in the same manner as the step of forming the gate insulating film 21 shown in FIG. 3 of the second embodiment. That is, in the gate insulating film 21, first, the first insulating film 90, the semiconductor layer (charge trapping central layer) 91, and the second insulating film 92 are sequentially laminated in the same manner as shown in FIG. 3A. Then, in the step shown in FIG. 3C, the side surface of the semiconductor layer 92 is oxidized and an insulating film is formed around the side surface of the semiconductor layer 92.
【0067】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、
特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することがな
ければ、種々の設計変更を行うことができる。たとえ
ば、本発明は、シリコン半導体を中心として説明した
が、このシリコン半導体に変えて、SixC1−x(0
≦x<1)、SiN4−x(0<x<4)を使用しても
よい。また、本発明は、シリコン半導体に変えて、ゲル
マニュームもしくはIII−V族化合物半導体を使用し
てもよい。Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments. And
Various design changes may be made without departing from the invention as set forth in the claims. For example, although the present invention has been mainly described with respect to a silicon semiconductor, the silicon semiconductor is replaced with Si x C 1-x (0
≦ x <1), SiN 4-x (0 <x <4) may be used. Further, in the present invention, a germanium or a group III-V compound semiconductor may be used instead of the silicon semiconductor.
【0068】以上説明したように、本発明の実施例によ
れば、以下の効果が得られる。絶縁ゲート型電界効果半
導体装置は、基板1の絶縁表面上に形成されたゲート電
極20と、このゲート電極20の表面に酸化法で形成さ
れた酸化珪素膜と、この酸化珪素膜の表面上に形成され
た窒化珪素膜とからなる多層膜構造のゲート絶縁膜21
と、前記ゲート絶縁膜21の窒化珪素膜に密接して水素
が添加された非単結晶半導体からなるチャネル形成領域
27とを備える。この構成により、前記ゲート絶縁膜2
1の酸化珪素膜とチャネル形成領域27との間に窒化珪
素膜を介在させたので、水素を媒介させた信頼性低下の
反応を防ぐことができる。As described above, according to the embodiment of the present invention, the following effects can be obtained. The insulated gate field effect semiconductor device includes a gate electrode 20 formed on the insulating surface of the substrate 1, a silicon oxide film formed on the surface of the gate electrode 20 by an oxidation method, and a silicon oxide film formed on the surface of the silicon oxide film. A gate insulating film 21 having a multilayer film structure including the formed silicon nitride film.
And a channel forming region 27 made of a non-single-crystal semiconductor in which hydrogen is added in close contact with the silicon nitride film of the gate insulating film 21. With this configuration, the gate insulating film 2
Since the silicon nitride film is interposed between the silicon oxide film of No. 1 and the channel forming region 27, it is possible to prevent the reaction of reliability deterioration mediated by hydrogen.
【0069】また、前記ゲート電極20の表面に緻密な
酸化珪素膜を形成したので、窒化珪素膜、特に窒化珪素
膜のゲート電極20のコーナ部分にピンホールが発生し
ても、ゲート電極20とチャネル形成領域27との間の
ショートを防ぐことができる。ゲート絶縁膜21の酸化
珪素膜は、酸化法で形成されるので、ゲート電極20の
上面、側面、コーナ部分のいずれにおいても同じ厚さで
形成され、いずれにおいても同等の能力でピンホールを
防ぐことができる。Further, since the dense silicon oxide film is formed on the surface of the gate electrode 20, even if a pinhole is generated in the corner portion of the silicon nitride film, especially the gate electrode 20 of the silicon nitride film, the gate electrode 20 is not formed. A short circuit with the channel forming region 27 can be prevented. Since the silicon oxide film of the gate insulating film 21 is formed by the oxidation method, it is formed with the same thickness on any of the upper surface, the side surface, and the corner portion of the gate electrode 20, and has the same ability to prevent pinholes in any of them. be able to.
【0070】絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、ゲー
ト電極20の両端部のそれぞれにゲート絶縁膜21を介
してソース領域29およびドレイン領域30のそれぞれ
の一端が概略一致させて形成される。絶縁ゲート型電界
効果半導体装置は、回路構成の工夫と、非単結晶半導体
の特性の利用とにより、前記複数の絶縁ゲート型電界効
果半導体装置のそれぞれのソース領域29、もしくはド
レイン領域30を共用でき、しかも周囲のアイソレーシ
ョン領域を減少できる。ソース領域29およびドレイン
領域30を共有することにより、絶縁ゲート型電界効果
半導体装置の集積密度を向上することができる。The insulated gate field effect semiconductor device is formed such that one ends of the source region 29 and the drain region 30 are substantially aligned with both ends of the gate electrode 20 with the gate insulating film 21 interposed therebetween. The insulated gate field effect semiconductor device can share the source region 29 or the drain region 30 of each of the plurality of insulated gate field effect semiconductor devices by devising the circuit configuration and utilizing the characteristics of the non-single crystal semiconductor. Moreover, the surrounding isolation region can be reduced. By sharing the source region 29 and the drain region 30, the integration density of the insulated gate field effect semiconductor device can be improved.
【0071】絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、ゲー
ト絶縁膜を介してゲート電極の端部とソース領域および
ドレイン領域の端部とが接するようなプレーン構造とし
たため、チャネル長を短チャネルに形成できるので、ゲ
ート電圧の低電圧化、ドレイン電圧の低電圧化のいずれ
も実現できる。たとえば、絶縁ゲート型電界効果半導体
装置は、チャネル長を1〔μm〕ないし10〔μm〕に
できる。また、絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、ゲ
ート電圧、ドレイン電圧が共に従来の40〔V〕ないし
80〔V〕から5〔V〕ないし10〔V〕に低電圧化で
きる。Since the insulated gate field effect semiconductor device has a plane structure in which the end of the gate electrode is in contact with the ends of the source region and the drain region through the gate insulating film, the channel length can be formed to be a short channel. Therefore, both reduction of the gate voltage and reduction of the drain voltage can be realized. For example, the insulated gate field effect semiconductor device can have a channel length of 1 [μm] to 10 [μm]. Further, in the insulated gate field effect semiconductor device, both the gate voltage and the drain voltage can be lowered from the conventional 40 [V] to 80 [V] to 5 [V] to 10 [V].
【0072】[0072]
【発明の効果】本発明によれば、ゲート絶縁膜をゲート
電極自体のプラズマ酸化法によって酸化された酸化被膜
と、その表面に形成された窒化珪素膜とからなる多層構
成としたので、ゲート電極とチャネル形成領域との間の
ピンホールによるリークを防ぐと同時に、チャネル形成
領域の水素とゲート絶縁膜の酸素との間における反応に
基づく、ゲート絶縁膜の膜質もしくは特性の劣化を防ぐ
ことができる絶縁ゲート型電界効果半導体装置を提供で
きる。本発明によれば、P型またはN型の導電型の非単
結晶半導体、まはた金属導体もしくは化合物導体よりな
るゲート電極自体をプラズマ酸化法によって酸化された
ゲート絶縁膜としたため、堆積法によって得たゲート絶
縁膜と比較して、ピンホールのない緻密な膜を得ること
ができ、かつ窒化珪素膜との多層構造によって、ゲート
絶縁膜の中の酸素と構造敏感性を持たせたチャネル形成
領域層中の水素との結合をなくした。本発明によれば、
ゲート絶縁膜を介してゲート電極の両端部の一方にソー
ス領域の端部を一致させ、かつ他方にドレイン領域の端
部を一致させて滑らかな連続表面となるプレナー構造と
なっているので、チャネル長が短くゲート電極とドレイ
ン領域との間の寄生容量を減少すると同時に特性に対す
る信頼性を向上できる絶縁ゲート型電界効果半導体装置
を提供できる。According to the present invention, since the gate insulating film has a multi-layered structure including an oxide film oxidized by the plasma oxidation method of the gate electrode itself and a silicon nitride film formed on the surface thereof, the gate electrode It is possible to prevent leakage due to pinholes between the channel formation region and the channel formation region, and at the same time prevent deterioration of the film quality or characteristics of the gate insulation film due to the reaction between hydrogen in the channel formation region and oxygen in the gate formation film. An insulated gate field effect semiconductor device can be provided. According to the present invention, the gate electrode itself made of a P-type or N-type conductivity type non-single-crystal semiconductor, or a metal conductor or a compound conductor is a gate insulating film oxidized by a plasma oxidation method. Compared with the gate insulating film obtained by the deposition method, a dense film without pinholes can be obtained, and the multi-layer structure with the silicon nitride film makes it sensitive to oxygen in the gate insulating film. The bond with hydrogen in the formed channel formation region layer was eliminated. According to the invention,
Since the end of the source region is aligned with one of the ends of the gate electrode through the gate insulating film and the end of the drain region is aligned with the other of the gate electrode, a smooth continuous surface is formed, resulting in a planar structure. It is possible to provide an insulated gate field effect semiconductor device which has a short length and which can reduce the parasitic capacitance between the gate electrode and the drain region and at the same time improve the reliability of the characteristics.
【図1】従来の半導体装置の縦断面図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a conventional semiconductor device.
【図2】本発明の第1実施例である絶縁ゲート型電界効
果半導体装置の縦端面図である。FIG. 2 is a vertical end view of the insulated gate field effect semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第2実施例である絶縁ゲート型電界効
果半導体装置の縦断面図である。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device which is a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3実施例である絶縁ゲート型電界効
果半導体装置の縦断面図である。FIG. 4 is a vertical sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図5】(A)は本発明の第4実施例である絶縁ゲート
型電界効果半導体装置の縦断面図である。(B)は本発
明の第5実施例である絶縁ゲート型電界効果半導体装置
の縦断面図である。FIG. 5A is a vertical sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. (B) is a longitudinal sectional view of an insulated gate field effect semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第4実施例であるイメージセンサのブ
ロック回路図である。FIG. 6 is a block circuit diagram of an image sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
1・・・基板 20、20’・・・ゲート電極 21、21’・・・ゲート絶縁膜 22、24、28・・・マスク 23・・・紫外線 26・・・絶縁膜 27・・・チャネル形成領域 29・・・ソース領域 30・・・ドレイン領域 40、41・・・絶縁ゲート型電界効果半導体装置 200・・・ゲート電極形成層 210・・・ゲート絶縁膜形成層 220・・・マスク形成層 1 ... Substrate 20, 20 '... Gate electrode 21, 21' ... Gate insulating film 22, 24, 28 ... Mask 23 ... Ultraviolet 26 ... Insulating film 27 ... Channel formation Region 29 ... Source region 30 ... Drain region 40, 41 ... Insulated gate type field effect semiconductor device 200 ... Gate electrode forming layer 210 ... Gate insulating film forming layer 220 ... Mask forming layer
Claims (1)
極をプラズマ酸化法によって形成された絶縁性酸化物被
膜と窒化珪素膜との多層膜構成からなるゲート絶縁膜
と、当該ゲート絶縁膜およびゲート電極を挟んで形成された
一導電型の非単結晶半導体よりなるソース領域およびド
レイン領域と、 上記ゲート絶縁膜、ソース領域、およびドレイン領域の
上面を滑らかにしたプレナー構造と、 当該プレナー構造 に接して真正または実質的に真正の水
素が添加された非単結晶半導体からなるチャネル形成領
域と、 からなることを特徴とする絶縁ゲート型電界効果半導体
装置。1. A multi-layer film of a gate electrode formed on the insulating substrate, the upper and side surfaces of the enclosing said gate electrode an insulating oxide film formed by plasma oxidizing method and a silicon nitride film of the gate electrode Formed by sandwiching the gate insulating film having the structure and the gate insulating film and the gate electrode.
A source region and a source region made of a non-single-crystal semiconductor of one conductivity type.
Of the rain region and the gate insulating film, the source region, and the drain region.
A planar structure in which the smooth upper surface, an insulated gate field effect, wherein the channel forming region of non-single-crystal semiconductor authenticity or substantially authenticity of hydrogen has been added adjacent to the planar structure, in that it consists of Semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26926992A JPH07109891B2 (en) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | Insulated gate type field effect semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26926992A JPH07109891B2 (en) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | Insulated gate type field effect semiconductor device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP56166180A Division JPS5867066A (en) | 1981-10-16 | 1981-10-16 | Insulating gate type field-effect semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05211336A JPH05211336A (en) | 1993-08-20 |
JPH07109891B2 true JPH07109891B2 (en) | 1995-11-22 |
Family
ID=17470006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26926992A Expired - Lifetime JPH07109891B2 (en) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | Insulated gate type field effect semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07109891B2 (en) |
-
1992
- 1992-09-11 JP JP26926992A patent/JPH07109891B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH05211336A (en) | 1993-08-20 |
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