JPH0716011B2 - 絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作製方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、基板上の非単結晶半導体を用いた縦チャネル
型の積層型の絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作製方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、少なくとも３層に積層させた積層体の側周辺に短
い距離のチャネル形成領域を設け、より高い周波数で動
作させることを目的とする縦チャネル型の絶縁ゲート型
電界効果半導体装置が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、縦チャネル型の絶縁ゲート型電界効果半導体装
置におけるチャネル形成領域は、単結晶化されているこ
とが望ましいが、製造上の問題から、単結晶半導体によ
って形成することが困難である。

そこで、本発明は、以上のような問題を解決するため
に、開発された絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作製
方法にかかるものである。すなわち、 本発明は、この絶縁ゲート型電界効果半導体装置に対
し、少なくとも３層に積層させた積層体の側周辺に設け
られた基板上面に対し、垂直または概略垂直に設けられ
たチャネル形成領域を構成する半導体をアモルファスま
たはセミアモルファス構造とする。そして、上記半導体
には、上方から強光またはレーザ光を照射して、キャリ
アの移動方向に長軸を有する多結晶構造に変成し、より
高い周波数動作をさせることを目的とする。

すなわち、本発明は、絶縁ゲート型電界効果半導体装置
におけるチャネル形成領域において、グレインバウンダ
リをキャリアの流れる方向と平行に形成させた多結晶構
造とし、グレインバウンダリがキャリアの流れる方向を
横切らないようにしたものである。

本発明は、上記第２の半導体または絶縁体を特に炭化珪
素または窒化珪素とし、これに隣接したゲート絶縁膜と
しての窒化珪素または炭化珪素に挟まれた第４の半導体
をアモルファスまたはセミアモルファス半導体として、
これらをレーザアニールにより単結晶またはグレインバ
ウンダリがキャリアの流れを横切らないような多結晶に
変成せしめる。

本発明は、３層に積層された積層体の２つの側周辺に、
さらにチャネル形成領域を形成する多結晶構造の半導体
を設け、この半導体を用いて２つの絶縁ゲート型電界効
果半導体装置を作製することにより、インバータ等の回
路素子を高集積化して設けることを目的としている。

本発明は、上記第２の半導体または絶縁体を特に炭化珪
素または窒化珪素として、これに隣接したゲート絶縁膜
としての窒化珪素または炭化珪素にはさまれた第４の半
導体であるアモルファスまたはセミアモルファス半導体
をレーザアニールにより、多結晶構造に変成する。この
多結晶化により、上記チャネル形成領域でのキャリアの
移動度を、10cm²V/secないし500cm²V/secと、従来のア
モルファス構造の場合の0.051cm²V/secないし1cm²V/sec
の10倍ないし100倍となった。

その際、レーザ光の照射方向を電流の向きと同一にする
ことがこの半導体装置の場合、構造上可能である。その
ため、チャネル形成領域でのキャリア移動度は、安定し
て400cm²V/secないし500cm²V/secという値が得られてい
る。

これはレーザアニールを行う際、結晶軸方向（1,0,0）
が電流の向きと一致するためである。さらに、その際、
この単結晶化された第４の半導体と同時に第２の半導体
または絶縁体は、単結晶化されることを防ぎ、十分な絶
縁性および耐圧を有せしめるため、アモルファス構造の
炭化珪素または窒化珪素としたことを特徴としている。

また、第４の半導体であるチャネル形成領域を構成する
半導体は、ゲート絶縁物で覆った後、レーザアニールを
行なうと、水素または弗素を添加した珪素を主成分とす
る珪素、ゲルマニュームを用いているため、レーザアニ
ールによりこれらの水素、弗素が結晶粒界を偏析し、結
晶粒界に特に多く存在する不対結合手を中和し、絶縁ゲ
ート型電界効果半導体装置特有の界面準位密度が３×10
¹¹cm^-2という小さい値になる。

さらに、本発明は、第２の半導体または絶縁体の膜厚を
１μｍ、またはそれ以下として短チャネル長とした。そ
の結果、絶縁ゲート型電界効果半導体装置のカットオフ
周波数は、50MHzないし200MHzという高い値にすること
ができた。

〔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の作製方法
は、第１の電極（12）が形成された基板（１）と、前記
第１の電極（12）上に形成された第１の半導体（13）
と、当該第１の半導体（13）上に形成された第２の半導
体または絶縁体（14）と、当該第２の半導体または絶縁
体（14）上に形成された第３の半導体（15）と、当該第
３の半導体（15）上に形成された第２の電極（23）と、
少なくとも、前記第１ないし第３の半導体（13）ないし
（15）が概略同一形状に積層された積層体と、当該積層
体の側部に隣接して設けられた非単結晶からなる第４の
半導体（25）と、当該第４の半導体（25）上にゲート絶
縁膜（26）を介して設けられたゲート電極（20）（2
0′）とから構成され、ゲート絶縁膜（26）を形成した
後、チャネル形成領域（９）（９′）を構成する第４の
半導体（25）に、前記基板（１）の上面に対して垂直ま
たは概略垂直方向より選択的に強光またはレーザ光を照
射し、キャリアの移動方向に長軸を有し、第４の半導体
（25）の厚さ方向に短軸を有する多結晶構造に変成せし
めたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明は、非単結晶からなる第４の半導体において、チ
ャネル形成領域を構成する領域のみを多結晶構造となる
ようにアニール処理される。そして、ソース領域ないし
ドレイン領域の端部近傍における短い距離がチャネル形
成領域となるように多結晶化される際に、キャリアが多
結晶のグレインバウンダリをできるだけ横切らないよう
なグレインとなるように変成される。すなわち、短い距
離のチャネル形成領域には、長軸をソース領域からドレ
イン領域に至る長さに略等しく、かつ短軸を第４の半導
体の厚さに略等しくした多結晶構造とする。

本出願人は、チャネル形成領域を上記のような結晶構造
にすると、グレインバウンダリがチャネル形成領域近傍
以外の位置にあっても、キャリアの移動度に影響を与え
ないことを発見した。

そして、キャリアは、チャネル形成領域において、グレ
インバウンダリを横切らないため、グレインバウンダリ
に存在する再結合中心による消滅を防ぐことができる。
すなち、本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、
逆方向のリーク電流を少なくすると共に、順方向の電流
の減少を単結晶に比べて抑えることができる。

また、本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置作製方
法は、絶縁ゲート膜を形成した後、チャネル形成領域を
アニール処理する。

本出願人は、上記のように、チャネル形成領域のアニー
ル処理に際し、チャネル形成領域を絶縁ゲート膜によっ
て覆い、大気に触れないようにすると、結晶性の良い結
晶構造を得ることを発見した。

〔実施例〕

第１図（Ａ）ないし（Ｅ）は本発明の積層型絶縁ゲート
型電界効果半導体装置の工程を示す縦断面図である。第
１図は同一基板上に第１図（Ｄ）に示すごとく４つの絶
縁ゲート型電界効果半導体装置が設けられているが、第
１図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は絶縁ゲート型電界効果半
導体装置（62）、（63）の２つの絶縁ゲート型電界効果
半導体装置を作製する製造例を示す。

同一基板上に10²ないし10⁶個の絶縁ゲート型電界効果半
導体装置を作る場合もまったく同様である。

第１図において、絶縁基板（１）、たとえば石英ガラス
またはホウ珪酸ガラス基板上には、第１の導電膜（２）
が下側電極、あるいはリードとして設けられている。第
１の導電膜（２）は、本実施例において、酸化スズを主
成分とする透光性導電膜として0.5μｍの厚さに形成さ
れている。これに選択エッチングを施した。さらに、
第１の導電線（２）上には、Ｐ型またはＮ型の導電型を
有する第１の非単結晶半導体（３）（以下、単に第１の
半導体S1という）を1000Åないし3000Åの厚さで設け、
その上に、第２の半導体または絶縁体、好ましくは絶縁
体（４）（以下、単に第２の半導体S2という）を0.3μ
ｍないし３μｍの厚さで設け、さらに、その上に第１の
半導体と同一導電型を有する第３の半導体（５）（以
下、単に第３の半導体S3という）を0.1μｍないし0.5μ
ｍの厚さで設ける。

そして、第１の半導体S1ないし第３の半導体S3は、それ
ぞれ積層され、一つの積層体（スタックすなわち、Ｓと
いう）が構成されている。上記積層体Ｓは、上記積層に
よりNIN、PIP構造（Ｉは絶縁体）を有している。

第１図において、上面にITO（酸化インジューム・ス
ズ）MoSi₂、TiSi₂、WSi₂、Ｗ、Ti、Mo、Cr等の耐熱性金
属導体（６）をここではCrをPCVD法により0.2μｍの厚
さに積層した。さらに、この導体を選択的に第２のフォ
トマクスを用いて除去した。

次に、積層体Ｓは、さらに厚く作るため、予めLP CVD法
（減圧気相法）、PCVD法、または光CVD法により0.3μｍ
ないし１μｍの厚さに酸化珪素膜（７）を形成しておい
てもよい。PCVD法の場合はN₂OとSiH₄との反応を250℃で
行なわしめて作製した。

このＮ、ＰをN⁺NまたはP⁺PとしてN⁺NINN⁺、P⁺PIPP⁺（Ｉ
は絶縁体または真性半導体）としてＰまたはＮと電極と
の接触抵抗を下げることは有効であった。

さらに、第１図（Ｂ）において、マスクを用いて選択
エッチング法により酸化珪素膜（７）からなる絶縁膜を
除去し、さらに、酸化珪素膜（７）をマスクとしてその
下の導体（６）、第３の半導体S3、第２の半導体S2、お
よび第１の半導体S1を除去し、残った積層体Ｓを互に概
略同一形状に形成した。すべて同一マスクでプラズマ気
相エッチング、たとえばHF気体、またはCF＋Ｏの混合気
体を用い、0.1torrないし0.5torr30Wとしてエッチング
速度2000Å／分とした。

この後、これら第１の半導体S1（13）、第２の半導体S2
（14）、第３の半導体S3（15）、導電体（23）、絶縁体
（24）を覆ってチャネル形成領域を構成する真性または
Ｐ型の非単結晶半導体を第４の半導体S4として積層させ
た。この第４の半導体S4は、基板上にシランまたはジシ
ランのグロー放電法（PCVD法、光CVD法、LT CVD法（HOM
O CVD法ともいう）を利用して室温ないし500℃の温度、
たとえばPCVD法における250℃、0.1torr、30W、13.56MH
zの条件下にて設けたもので、非晶質（アモルファ
ス）、半非晶質（セミアモルファス）、または多結晶構
造の非単結晶珪素半導体を用いている。本実施例におい
ては、アモルファスまたはセミアモルファス半導体を中
心として示す。

さらに、その上面に同一反応炉にて、第４の半導体表面
を大気に触れさせることなく窒化珪素膜（16）を光CVD
法にて、シラン（ジシランでも可）とアンモニアとを水
銀励起法の気相反応により作製し、その厚さは300Åな
いし2000Åとした。

この絶縁膜は、13.56MHzないし2.45GHzの周波数の電磁
エネルギー、または光エネルギーにより活性化してDMS
（H₂Si（CH₃）_２）のごときメチルシランの化学気相反
応法により炭化珪素を形成してもよい。

また、PCVD法により窒化珪素を形成されてもよい。

すると、第２の半導体S2（14）の側周辺では、チャネル
形成領域（９）、（９′）とその上のゲート絶縁物（2
6）としての絶縁物（16）を形成させた。第４の半導体
（S4）は、第１の半導体S1ないし第３の半導体S3を覆う
ように形成されると共に、第１の半導体S1と第３の半導
体S3とがダイオード接合を構成している。

さらに、チャネル形成領域となる第４の半導体S4を単結
晶化とするために、Ｑスイッチをかけずに基板を200度
Ｃないし300度Ｃとした後、レーザ光が照射される。レ
ーザ光は、YAGレーザ（波長1.06μｍ、繰り返し周波数3
KHz、操作スピード30cm/sec、平均出力2W、光径250μｍ
φ）とした。すると、この第４の半導体S4のうちレーザ
光の照射された部分のみがアニールされ、多結晶化（平
均結晶粒径500Å以上、結晶粒径の長軸１μｍないし５
μｍ、好ましくはソース領域からドレイン領域に至る長
さ、またはそれ以上であること）される。

もちろん、この多結晶の粒径がその長軸において、チャ
ネル形成領域すべてを覆い、短軸は第４の半導体S4の厚
さと同じ１つの多結晶となればさらに好ましいことはい
うまでもない。このため、リース領域からドレイン領域
に流れるキャリアは、多結晶のグレインバウンダリ（粒
界）を横切ることがない。そして、その移動度は、400c
m²V/secないし500cm²V/secと高い値にすることができ
た。すなわち、グレインバウンダリは、たとえ形成され
ていても、キャリアの流れに沿った方向に主として成長
する。加えて、このグレインバウンダリは、当初より存
在する水素、酸素が粒界での不対結合手と結合し中和
し、再結合中心の発生を最小にすることができた。

この時、この第４の半導体S4は、その上面をゲート絶縁
物（26）により包まれているため、大気と触れることな
く、またレーザアニールをスタックの上部より下方向に
下方向成長法により実施する。すなわち、結晶化する箇
所が上部に１つである。このため、結晶成長が無理なく
生じ、結晶性がよく、レーザ光を照射した領域の深さ方
向での半導体を実質的に単結晶化させることも可能であ
った。

また、本発明の半導体において、チャネル形成領域を多
結晶化しても、そのグレインは、縦方向に形成させ、キ
ャリアの移動がグレインバウンダリを横切らないという
特徴を有する。

その結果、キャリアは、グレインバウンダリを必ず横切
る必要が無くなり、ここでの再結合中心の存在によるキ
ャリアの消滅を防ぐことができる。すなわち、逆方向の
リーク電流をより少なくし、順方向の電流の減少を単結
晶に比べて押さえることができる。また、逆方向リーク
電流をより少なくできるため、高速動作をさせることが
できる。

これは積層構造の縦チャネル型絶縁ゲート型電界効果半
導体装置をレーザアニールしたための固有の効果である
と推定される。

さらに、このYAGレーザのレーザアニールは、基板を移
動させることにより光の照射する領域を選択的にチャネ
ル形成領域のみとすることが可能である。このキャリア
の移動を必要としない隣合った絶縁ゲート型電界効果半
導体装置の間は、アモルファス構造として残し（第１図
（59））絶縁ゲート型電界効果半導体装置間のアイソレ
イションを行うことができた。

第１図（Ｂ）において、次の工程として、さらに、第３
のマスクにより電極コンタクト（19）の穴開けを行な
い、この後、この積層体上のゲート絶縁膜（26）を覆っ
て第２の導電膜（17）を0.3μｍないし１μｍの厚さに
形成した。

この導電膜（17）は、ITO（酸化インジューム・スズ）
のごとき透光性導電膜、TiSi₂、MoSi₂、WSi₂、Ｗ、Ti、
Mo、Cr等の耐熱性導電膜としてもよい。ここではＰ型ま
たはＮ型の不純物を多量にドープされた珪素半導体（電
気伝導度１（Ωcm）^−１ないし100（Ωcm）^−１）をPCV
D法で作った。すなわち、0.3μｍの厚さにリンが１％添
加され、かつ微結晶性（粒径50Åないし300Å）の非単
結晶半導体をPCVD法で作製した。

この後、この上面にレジストによりマスク（18）を形成
し、さらに、第２図（Ｃ）に示されるごとく、第４のフ
ォトリソグラフィ技術により垂直方向よりの異方性エッ
チングを行なった。すなわち、たとえばCF₂Cl₂、CF₄+
O₂、HF等の反応性気化をプラズマ化し、さらに、このプ
ラズマを基板の上方より垂直に矢印（28）のごとく加え
た。すると、導電極（17）は、平面上で、たとえば、厚
さ0.3μｍをエッチングすると、この部分の被膜が除去
されるが、側面において、積層体および被膜の厚さの合
計２μｍないし３μｍを垂直方向に有する。このため、
図面に示すごとく垂直方向よりの異方性エッチングを行
なうと、破線（38）、（38′）のごとくにこれら導体を
マスク（18）のある領域以外にも残すことができた。

その結果、積層体の側周辺のみに選択的にゲート電極を
設けることができた。

さらに、このゲート電極は、第３の半導体の上方には存
在せず、結果として第３の半導体とゲート電極との寄生
容量を実質的にないに等しくすることができた。

かくして第１図（Ｃ）を得た。

第１図（Ｃ）は第１図（Ｄ）の平面図のＡ−Ａ′の縦断
面図を示す。符号はそれぞれ対応させている。第１図
（Ｃ）、（Ｄ）にて明らかなごとく、絶縁ゲート型電界
効果半導体装置（62）、（63）は、チャネル形成領域
（９）（９′）と２つを有し、ソース領域またはドレイ
ン領域（13）、ドレイン領域またはソース領域（15）を
共通に有している。また、２つのゲート電極（20）、
（20′）を有する。第３の半導体S3の電極は、耐熱性非
反応性の金属（23）（本実施例では、ITO＋Crの積層体
としてであり）に多層膜用のコンタクト（19）を介して
リード（21）に延在している。また、第１の半導体は、
第１の導電膜（12）をリードとしている。すなわち、図
面では２つの絶縁ゲート型電界効果半導体装置を対とし
て設けることができる。たとえば、２つの絶縁ゲート型
電界効果半導体装置のチャネル間の第２の半導体S2が絶
縁性であり、15μｍの幅を有するとすれば、数十ＭΩの
抵抗を有し、実質的に独立構成となる。また、この構造
は、結晶半導体とまったく異なった構造を有せしめるこ
とができた。

さらに、第１図（Ｄ）において、他の一対の絶縁ゲート
型電界効果半導体装置（61）、（64）が平面図の上部に
示されている。この絶縁ゲート型電界効果半導体装置に
対応したＣ−Ｃ′の縦断面図は、第２図（Ａ）に示され
ている。

すなわち、絶縁ゲート型電界効果半導体装置（64）の第
３の半導体S3（15）に連結した導体（16）には、コンタ
クト（19″）が設けられ、絶縁ゲート型電界効果半導体
装置（61）の第３の半導体S3に連結した導体（16′）を
有し、さらに絶縁ゲート型電界効果半導体装置（64）と
絶縁ゲート型電界効果半導体装置（62）、（63）は、導
体（16）により互いに連結されている。

この２つの導体（16）、（16′）間（58）は、その下の
第３の半導体S3がアモルファスのため、10μｍないし30
μｍあれば十分な絶縁性を有しているので、特にアイソ
レイションが不要である。勿論、第１図の第２のフォト
マスクの際、第３の半導体S3も選択的に除去すると、
さらにアイソレイションを向上させられ好ましい。

さらに、本実施例における絶縁ゲート型電界効果半導体
装置は、チャネル形成領域（９）、（９′）、（９″）
（９）がレーザアニールにより水素または弗素を含有
し、単結晶または多結晶構造を有している。そして、こ
の単結晶は、互いに第４の半導体S4（25）におけるアモ
ルファス半導体領域（59）により電気的にアイソレイシ
ョンがなされている。すなわち、レーザアニールを上方
向よりレーザ光を照射して行なうに際し、絶縁ゲート型
電界効果半導体装置を構成する領域のみを選択的に照射
して単結晶または多結晶化せしめ、絶縁ゲート型電界効
果半導体装置間のアイソレイション領域（59）は、アモ
ルファス状態を残存させることにより絶縁性を保たせる
ことが可能である。

かくして、たとえ多結晶であってもその結晶粒界（グレ
インバウンダリ）は、キャリアの流れる方向と平行にで
き、結果として、グレインバウンダリでのキャリアの消
滅をより少なくすることができる効果を有する。

このことは単結晶半導体のみを用いて集積化された半導
体装置を設ける際のアイソレイション構造と大きく異な
るところである。さらに、この縦チャネル型絶縁ゲート
型電界効果半導体装置においては、ゲート電極を形成し
てしまった後、第４の半導体S4のうちのゲート電極で覆
われていない領域に対してＣ、Ｎ、Ｏをイオン注入また
はスパッタして絶縁化されたアモルファス領域にするこ
とも有効である。

さらに、第１図（Ｅ）は第１図（Ｄ）におけるＢ−Ｂ′
の縦断面図を示す。図面において、下側の第１の電極
（12）、（12′）が独立して設けられ、上側の第２の電
極（16）、（23）はリード（21）、コンタクト（19）に
連結していることがわかる。また、２つの絶縁ゲート型
電界効果半導体装置（63）、（64）間のアモルファス半
導体（59）は、それぞれの絶縁ゲート型電界効果半導体
装置のアイソレイションを行なわしめている。

かくして、ソース領域またはドレイン領域を第１の半導
体（13）、チャネル形成領域（９）、（９′）を有する
第４の半導体S4（25）、ドレイン領域またはソース領域
を第３の半導体S3（15）により形成せしめ、単結晶また
は多結晶のチャネル形成領域側面には、ゲート絶縁物
（16）、その外側面にゲート電極（20）、（20′）を設
けた積層型の絶縁ゲート型電界効果半導体装置を作るこ
とができた。

この発明において、チャネル長は、第２の半導体S2（1
4）の厚さで決められ、一般には、0.1μｍないし３μ
ｍ、本実施例では0.5μｍとした。さらに、このチャネ
ル形成領域を単結晶または多結晶化したため、カットオ
フ周辺部を30MHzないし100MHz、たとえば、Ｎチャネル
絶縁ゲート型電界効果半導体装置において、60MHzとす
ることができた。

第４の半導体S4（25）にホウ素不純物を被膜形成の際わ
ずか（0.1PPMないし10PPM）添加して真性半導体、Ｐ型
半導体、またはＮ型半導体としてスレッシュホールド電
圧の制御を行うことは有効であった。

かくして、ドレイン領域（15）、ソース領域（12）、ゲ
ート電極（20）または（20′）としてＶ＝5V、V_GG＝5
V、動作周波数15.5MHzを得ることができた。

本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置の大きな応用
分野であるインバータにつき以下に記す。

第２図（Ａ）および（Ｂ）において、インバータ絶縁ゲ
ート型電界効果半導体装置は、第３図（Ａ）、（Ｂ）の
等価回路とその番号を対応させている。ドライバ（61）
は、左側の絶縁ゲート型電界効果半導体装置を、ロード
に右側の絶縁ゲート型電界効果半導体装置を用いた。第
３図（Ａ）ではロードのゲート電極（20）とV_DD（65）
とを連続させるエンヘンスメント型、また第２図（Ｂ）
は出力とゲート電極（20）とを連続させたディプレッシ
ョン型の絶縁ゲート型電界効果半導体装置を示す。

さらに、このインバータの出力は（66）よりなり、この
基板上の２つの絶縁ゲート型電界効果半導体装置（6
1）、（64）を互いに離間することなく同一半導体ブロ
ック（13）、（14）、（15）に複合化して設けたことを
特長としている。

この第２図（Ａ）のインバータは、その等価回路を第３
図（Ａ）に示すが、第１図（Ｄ）における絶縁ゲート型
電界効果半導体装置（61）、（64）に対応した上側電極
を２つの絶縁ゲート型電界効果半導体装置として独立せ
しめ（19″）、（19）とした。かくすると、１つの絶縁
ゲート型電界効果半導体装置（64）（ロード）を電極
（19）、ドレイン領域（15）、チャネル形成領域
（９）、ソース領域（13）、電極（12）、すなわち、出
力（66）かつ他の絶縁ゲート型電界効果半導体装置（ド
ライバ）（61）の電極（12′）、ドレイン領域（13）、
チャネル形成領域（９″）、ソース領域（15）、電極
（68）として設けることが可能となる。

その結果、２つの絶縁ゲート型電界効果半導体装置を１
つの第１の半導体S1ないし第３の半導体S3のブロックと
一体化してエンヘンスメント型インバータとすることが
できた。

また、第２図（Ｂ）はその等価回路を第３図（Ａ）に示
すが、ディプレッション型のインバータを構成せしめた
ものである。すなわち、第２図（Ｂ）では、下側電極を
２つに分割した場合を示す。１つの絶縁ゲート型電界効
果半導体装置ロード（64）でV_DD（65）、下側電極（1
2）、ドレイン領域（13）、チャネル形成領域（９）、
ソース領域（15）、電極（19）、すなわち、出力（6
6）、他の絶縁ゲート型電界効果半導体装置（ドライ
バ）、（61）でのドレイン領域（15）、チャネル形成領
域（９）、ソース領域（13）、電極（12）、V_SS（68）
よりなり、入力（67）をゲート電極（20′）に出力（6
6）を第３の半導体S3より引き出させた。

かくのごとく、本発明は、縦チャネルであり、チャネル
形成領域を単結晶またはグレインバウンダリがキャリア
の流れを横切らないような多結晶構造とすることにより
高速動作を可能にさせた。さらに、第２の半導体S2が絶
縁性であるため、30Vないし100Vの大電圧を第１の半導
体S1、第３の半導体S3間に加えてもショートすることが
ない。また、第１の半導体S1、第３の半導体S3のいずれ
がドレイン領域として作用しても、その外部は、絶縁で
あるため、最も理想的な絶縁ゲート型電界効果半導体装
置といえる。さらに、第４の半導体S4のチャネル形成領
域下も第２の半導体S2が絶縁性のため周波数特性の向上
に寄与する２つの絶縁ゲート型電界効果半導体装置を対
として同時に作ることができる。製造マスクも５回で十
分であり、マスク精度を必要としない等の多くの特長を
チャネル長が0.2μｍないし１μｍときわめて短くでき
ることに加えて有せしめることができた。

本発明の絶縁ゲート型電界効果半導体装置において、逆
方向リークは、第１図に示すような第１の半導体S1また
は第３の半導体S3をSixC_c-x（０＜ｘ＜１たとえば、ｘ
＝0.2）とすることにより、さらに、第２の半導体S2を
絶縁物化することにより、この第１の半導体S1、第３の
半導体S3の不純物が第２の半導体S2に流入することが少
なくなり、このＮ−Ｉ接合またはＰ−Ｉ接合のリーク
は、逆方向に10Vを加えても10nA/cm²以下であった。

さらに、高温での動作において、電極の金属が非単結晶
の第１の半導体S1、第３の半導体S3内に混入して不良に
なりやすいため、この電極に密接した側をSixC_1-x（０
＜ｘ＜１たとえば、ｘ＝0.2）とした。その結果、本実
施例の絶縁ゲート型電界効果半導体装置は、150℃で100
0時間動作させたが、何等の動作不良が1000素子を評価
しても見られなかった。これはこの電極に密接してアモ
ルファス珪素のみで第１の半導体S1または第３の半導体
S3を形成した場合、150℃で10時間も耐えないことを考
えると、きわめて高い信頼性の向上となった。

さらに、かかる積層型の絶縁ゲート型電界効果半導体装
置のため、従来のように高精度のフォトリソグラフィ技
術を用いることなく、基板特に絶縁基板上に複数個の絶
縁ゲート型電界効果半導体装置、抵抗、キャパシタを作
ることが可能になった。そして、液晶またはクロミック
表示等の固体表示装置ディスプレイにまで発展させるこ
とが可能になった。

本発明における非単結晶半導体は、珪素、ゲルマニュー
ムまたは炭化珪素（SixC_1-x０＜ｘ＜１）、絶縁体は炭
化珪素または窒化珪素を用いた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、チャネル形成領域を構成する領域のみ
を多結晶構造となるようにアニール処理するため、キャ
リアが多結晶のグレインバウンダリをできるだけ横切ら
ないようなグレインとなるように変成される。また、短
い距離のチャネル形成領域は、長軸をソース領域からド
レイン領域に至る長さに略等しく、かつ短軸を第４の半
導体の厚さに略等しくした多結晶構造となっているた
め、グレインバウンダリがチャネル形成領域近傍以外の
位置にあっても、キャリアの移動度に影響を与えること
がない。

本発明によれば、キャリアがチャネル形成領域におい
て、グレインバウンダリを横切らないため、グレインバ
ウンダリに存在する再結合中心による消滅を防ぐことが
できる。

本発明によれば、キャリアの再結合中心による消滅を防
ぐため、絶縁ゲート型電界効果半導体装置として、逆方
向のリーク電流を少なくすると共に、順方向の電流の減
少を単結晶に比べて抑えることができる。

本発明によれば、絶縁ゲート膜を形成した後、チャネル
形成領域をアニール処理しているため、チャネル形成領
域が大気に触れず、結晶性のよい結晶構造を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）ないし（Ｅ）は本発明の積層型絶縁ゲート
型電界効果半導体装置の工程を示す縦断面図である。 第２図（Ａ）および（Ｂ）は本発明の積層型絶縁ゲート
半導体装置のインバータ構造を示す。 第３図（Ａ）および（Ｂ）は第２図のインバータの等価
回路を示す。 １……絶縁基板 ２、12……第１の導電膜 ３、13……非単結晶半導体（第１の半導体S1） ４、14……半導体または絶縁体（第２の半導体または絶
縁体S2） ５、15……第３の半導体S3 ６……耐熱性金属導体 ７……酸化珪素膜 ９、９′……チャネル形成領域 20、20′……ゲート電極 23……導電体 24……絶縁体 25……第４の半導体S4 26……ゲート絶縁物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の電極が形成された基板と、 前記第１の電極上に形成された第１の半導体と、 当該第１の半導体上に形成された第２の半導体または絶
   縁体と、 当該第２の半導体または絶縁体上に形成された第３の半
   導体と、 当該第３の半導体上に形成された第２の電極と、 少なくとも、前記第１ないし第３の半導体が概略同一形
   状に積層された積層体と、 当該積層体の側部に隣接して設けられた非単結晶からな
   る第４の半導体と、 当該第４の半導体上にゲート絶縁膜を介して設けられた
   ゲート電極と、 から構成された絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作製
   方法において、 ゲート絶縁膜を形成した後、チャネル形成領域を構成す
   る第４の半導体に、前記基板上面に対して垂直または概
   略垂直方向より選択的に強光またはレーザ光を照射し、
   キャリアの移動方向に長軸を有し、第４の半導体の厚さ
   方向に短軸を有する多結晶構造に変成せしめたことを特
   徴とする絶縁ゲート型電界効果半導体装置の作製方法。