JPS5871663A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は基板上にたてチャネル型の積層型の絶縁ゲイト
型半導体装置をマトリックス化させる半導体装置に関す
る。

本発明は基板上の積層型の絶縁ゲイト型電界効果半導体
装置のソースまたはドレインに連結してキャパシタを有
せしめた複合半導体装置に関する。

本発明はかかる複合半導体装置をマトリックス構造に基
板上に設け、液晶表示型のディスプレー装置を設けるこ
とを特徴としている。

本発明はを固型の固体表示装置を設ける場合、平行なガ
ラス板内に電極を設けて、この電極間に液晶を注入した
液晶表示装置が知られている。

しかしこの場合、この表示部の絵素数は２０〜２００ま
でが限界であシ、それ以上とする場合はこの表示部よシ
外にとり出す端子が絵素の数だ゛け必要になってしまう
ため、全く実用に供することができなかった。このため
この表示部を複数の絵素とし、それをマトリックス構成
させ、任意の絵素を１制御してオンまたはオフ状態にす
るには、その絵素に対一応した電界効果半導体装置（工
ＧＦという）を必要としていた。そしてこのＩＧＦに制
御信号を与えて、それに対応した絵素をオンまたはオフ
させたものである。

本発明のたてチャネル型工ＧＦおよび液晶ディスプレー
への応用は、本発明人の出願になる特許願（絶縁ゲイト
型電界効果半導体装置およびその作製方法　特願昭５６
００１７６’ｉ’号　および複合半導体装置　特願昭５
６−００１’７６８号　昭和５６年１月９日出願）にそ
の詳細が示されている。本発明はこれをさらに発展させ
たものであるＯ この液晶表示部はその等価回路としてキャパシタ（以下
Ｃという）Ｋて示すことができる。

このためとの工ＧＦとＣとを例えば２×２のマトリック
ス構成（４０）せしめたものを第１図に示す。

第１図においてマトリックス（４０）はひとつの工ＧＦ
（１０）とひとつの０（３１）によりひとつの絵素を構
成させている。これを行に（５１）　（５ｇとビック ト線に連結し、他方ゲ２イトを連結して列Ｃ４１）（４
１）ノ を設けたものである。

すると例えば（５１）　（４１）を１″とし゛（５ｉ）
　（４ゐを゛０′ノフ とすると（１，１）番地のみを選択してオンとし、電気
的に０（３１）として等測的に示される液晶表示を選択
的にオン状態にすることができる。

本発明は同一基板上にデコーダ、ドライバーを構成せし
めるため、他の絶縁ゲイト型半導体装置（５０）および
他のインバータ（６０）、抵抗（７０）を同一基板上に
設けることを目的としている。

かくすることにより、本発明をその設計仕様に基いて組
合わせることによシブラウン管に代わる平面テレビ用の
固体表示装置を作ることができた。

さらにカリキュレータ用の表示装置は１０〜１０ケの絵
素を用いればよく、ＴＶ用には１０〜１０個例えば２５
Ｘ１０ゝ個の絵素を同一基板に設け、かつその周辺に必
要なデコーダおよびドライバーを同時に形成させた工Ｇ
Ｆ、インバータ、抵抗を用いて作ればよいことがわかる
。

本発明はかかるシステムを作るために必要な積層型の工
ＧＦおよびそれに液晶表示部を連結させた絵素に関する
ものである。

第２図は本発明の積層型工ＧＦのたて断面図およびその
製造工程を示したものである。

図面において絶縁基板例えばガラスまたはアルミナ基板
上にＰまたはＮ型の導電型を有する第１の半導体（２）
（以下単にＳｌという）を形成した。この日１、（２）
を第１の７オトマスク■を用いて任意の形状にパターン
形成し、例えば横方向の導電型とするリードを形成せし
めた。さらにこの日１（２）の上に第″２の真性または
Ｎ″またはＰ。

型の半導体（４）（以下単にＳ２という）を形成した。

さらに第１の半導体と一対を構成してソース、ドレイン
とするためＫＳＩ（２）と同一導電型を有する第３の半
導体（５）（以下単にＳ３という）を積層して設けた。

この半導体は基板上にシランのグロー放電法またはアー
ク放電法を利用して室温〜５００°Ｃの温度にて設けた
もので、非晶質（アモルファス）または５〜１００Ａの
大きさの微結晶性を有する半非晶質（セミアモルファス
）または５０〜５００Ａの微結晶（マイクロポリクリス
タル）構造のいわゆる非単結晶の珪素半導体を用いてい
る０本発明においてはセミアモルファス半導体（以下５
ＡＥＩという）を中心として示す。このＳＡＳに関して
は本発明人の発明になる特許願（特願昭５５−０２６３
８８８５５．３．３出願　セミアモルファス半導体）に
その詳細な実施例が示されている。

さらに第１図においてフォトリソグラフィー技術によシ
フオドマスク■を用いてｓ３を選択このＳ　３（５）の
上に第２図（Ｂ）においてさらに寄生容量を少くするた
め、厚い絶縁膜をＬＰＯＶＤ法（減圧気相法）またはプ
ラズマＣＶＤ法により０．３〜１μの厚さに酸化珪素膜
を形成しておいてもよい。またこのｓ３上にＭｏ、　Ｗ
、　Ｍａ、８１．　Ｗ、Ｓｉ等の導電層を０．２〜０．
５μ形成し、さらにその上Ｋ　ｓｉｏを０．３〜１μと
させてｓ３の導電率を向上させることはマトリックス化
に有効であった。

また第２図（Ｂ）において側面は基板（１）表面上に垂
直に形成してもよいが、台形状にテーパエッチをして、
さらに積層されるゲイト電極の段差部での段切を除去す
ることは効果的であった。

さらにこの後このＩｎ、８２．８３の表面全体に絶縁膜
（６）を形成した。この絶縁膜は１３．５６ＭＨｚ〜２
．４５０Ｈ２の周波数の電磁エネルギにょシ活性化して
、酸素または酸素と水素との混合気体雰囲気に１ｏ　Ｏ
−’７０　ｏ”ｃ浸して酸化して、２００〜２０００Ａ
の厚さに形成した。

特に基板がガラスであった場合、その中に含まれるナト
リューム等の可動イオンが長時間のうちにこのゲイト絶
縁膜中に拡散していってしまう可能性が大きい。このた
めこの絶縁膜は、窒化珪素（ｓｉＩ讃Ｏｇ：＜３）　ｔ
たは炭化珪素（Ｅ？ｉＸｃ＋＜Ｏ≦ｘ〈１）等を用いる
ことがきわめて重要である。

このため窒化珪素膜を作るには以下の如くにした。すな
わち、シラン（ｓｕ５またはｓＪとマイクｏ　波（２，
４５ＧＨｚ）　Ｋよシイオン化されたアンモニアまたは
窒素を０．１−０．５ｔｏｒｒに保持された反応炉内に
導入し、この反応炉内に２００〜５００’Ｃ代表的には
３００’Ｃ！に反応炉の外側よシ加熱された基板上に１
３．５６ＭＨ２の第２の高周波プラズマを加えた２段の
プラズマＣＶＤ法を用いた。−かくすることにょシ、半
導体層ＫＢ２α◆の側周辺上には、この非単結晶半導体
が脱水素化等により劣化することのない低温（２００〜
４００’Ｃりでゲイト絶縁膜を２００〜１００ＯＡの厚
さに形成せしめることができた。窒化物気体をマイクロ
波（５０〜３００　Ｗ）によシ励起することにより、十
分にイオン化すると、会合していたシランの内部にも被
膜形成時にこの窒素が含浸されるため、一般！＆被膜で
あった。

また５ｉｚｅ・気０　＜ｘ　＜１）に関しては、絶縁体
とする際にプラズマＣＶＤ法を用い、ＴＭＳ　（テトラ
メチルシラン（ｓｔ　（ＯＨ，２）　Ｋよる炭化珪素ま
たはアセチレンＣＯＬ樽による炭素をプラズマＣＶＤ法
（０，１〜１ｔｏｒｒ基板温度２００〜４００１′Ｃ）
によシこのエネルギバンド巾２．５〜３．５ｅＶを形成
させることができ念。

かくの如く基板をガラスとする場合、形成温度を２００
〜４００°Ｃとした半導体および基板を劣化させないこ
とを考えると、プラズマＣＶＤ法によシ窒化珪素または
炭化珪素はきわめて有効なゲイト絶縁膜であった。

このゲイト絶縁膜（ＩＱは同時に５Ｊ４ｓ３αυのアイ
ソレイション用被膜としても形成せしめた。

さらにΦ）に示される如く、第３のフォトリソグラフィ
ー技術■によ！ＤＥ１１（１２に対し電極穴（８）を８
３（ト）に対し電極穴（７）を形成し、ゲイト電極に連
結する金属または半導体層（Ｐ＋またはＮ゛の導電型の
珪素半導体または５ｎＯＬ、　　■Ｔｏ等の透明導電膜
）を再度積層した。

次に第４のフォトリソグラフィー技術■によりこの膜を
選択的にエツチングして、ゲイト電’ｒｘｏｖをゲイト
絶縁物α・、α４上に横方向に積層して設けて作シ、同
時に８１Ｑ４Ｓ３αＯよシミ極大を介して他部の工ＧＦ
、キャパシタ、抵抗へ基板表面または絶縁物（６）上に
密接して配線させた。

第２図（Ｄ）のたて断面図のＡ　−Ａ’を横方、向よシ
みると第２図（Ｋ）として示すことができる。番号はそ
れぞれ対応している。

本発明の半導体は主としてＳＡＳの珪素半導体を用いた
。これは喧伝導度ｒが１０〜１０（−ｃＬｃｍ）を有し
、ＡＳの１０〜１ｏ（ａｃｍ）に比べて単結晶珪素に近
い特性を有しているためである。この喧伝導度ぽ不純物
を意図的に導入しない実質的に真性の半導体において得
られた。しかし真性（ホウ素によシ中和した活性化エネ
ルギが、＠、　Ｊ　’ｉＦｆｇ／２になった場合）にお
いては、逆にホールの移動度がきわめて大きくなり、こ
れらを組合せてエンヘンスメント型またはディプレッシ
ョン型のＮまたはＰチャネルエＧＦを作ることができた
。このＳＡＳは格子歪を有するとともに、０．１〜５モ
ルチの濃度を有する不対結合手の中和用に水素を有して
おシ、この水素の脱ガスを防ぎ、かつ基板と半導体、電
極・す・−ド等が異種材料の界面における熱膨張による
ストレスを少くするため、すべての処理を２００〜６０
０’Ｏ以下好ましくは２００〜３５０°０１代表的には
３０　ｃｆａ以下でするとよかった。

またゲイト電極（１′Ｉ）を８１．８３と同一導電型の
半導体およびそれにＭＯ等の金属を二重構造とした多層
配線構造でもよい。

かくしてソースまたはドレインを５１（ｔ４チャネル形
成領域（９）を有する８２（１４ドＹインまたはソース
を８３αりにより形成せしめ、チャネル形成領域側面に
はゲイト絶縁物０Ｑ１その外側面にゲイト電極α力を設
けた積層型の工ＧＦ（１０）を作ることができた。

この発明においてチャネル長は８２α４Ｖ厚さで決めら
れ、ここでは０．３〜３μ代表的には１μとした。それ
は非単結晶半導体の移動度が単結晶とは異なり、その１
１５〜１／１００シかないため、チャネル長を短くして
工ＧＦとしての特性を助長させたことにある。

ＳＡＳにおいては、電子のバルク移動度が１０〜５００
ｃＴＩｉｖ／Ｓと１／３〜１／１０であるのに対し、ホ
ールのそれは０．５〜１ｏｏｃｍｖ／ｓと１１５〜１／
１００である。しかしそれにアモルファス珪素が電子０
、０１〜Ｌ　ｏｃｍｖ／ｓ、ホールは０．　ＯＯ１ｃｍ
Ｖ／Ｓ以下に比べて１０〜１０倍も長いことを考えると
、本発明の半導体装置に５〜１００Ａの大きさのマイク
ロクリスタル構造を有するＳＡＳを用い、さらに積層型
にすることによシチャネル長が１μ程度といわゆるマイ
クロチャネル構造とすることができるため、高速応答性
においてきわめて重要である。

さらに本発明の工ＧＦにおいて、電子移動度がホールに
比べて単結晶の３倍よシも犬きく、５〜１００倍もある
ためＮチャネル型でするのかきわめて好ましかった。

また日２にはホウ素等の１価の不純物を表面部に添加し
ない真性半導体はＮ型であるため、これを日２の形成時
に同時ＫＯ０１〜ＩＯＰＰＭ添加してＰ型または工型半
導体として用いることは本発明の液晶ノくネルを正の電
圧で動作させるためのＮチャネルエＧＦとする時有効で
あった。

かくの如くにして得られた工ＧＦはＳ２に実質的に真性
の半導体（Ｎ型となっている）を用いると、Ｐチャネル
エ（）Ｆにおいてはエンヘンスメント型、またＮチャネ
ルＩＧＩ＋’においてはディプレッション型の動作モー
ドを得ることができる。

またこの日２を真性またはＰ型の半導体とすると、Ｐチ
ャネルエＧＦにおいてはディプレッション型、Ｎチャネ
ルエＧＦにおいてはエンヘンスメント型の動作モードを
得ることができる。

第１図の液晶表示を得るための工ＧＦとしてはエンヘン
スメント型がその絵素を選択する場合使いやすいため、
簡単にエンヘンスメント型の動作をする場合につき示す
。

ゲイト電極を１９、ソースまたはドレインを′１パとす
ると、チャネル形成領域（９）を電流が流れオン状態を
、またそれぞれ一方または双方力；”ｏ”ならばオフ状
態を作ることができた。

°ずはＮチャネル型工ＧＦでは正の０．５〜ＩＯＶの電
流を、′０°は０■またはスレッシュホルド°電圧以下
の電圧を意味する。

Ｐチャネル型工Ｇ’Ｆはその電極の極性を変えればよい
。これらの論理系は第１図、第２図においてもまた以下
の第３図〜第５図の本発明の実施例においても同様であ
る。

また第１図において周辺のデコーダまたは一般の論理素
子を作ろうとする時、例えば抵抗（７０）は第２図哩Ｅ
）においてゲイトに加える電圧に無関係に８２のバルク
成分のたて方向の抵抗率で決められる。すなわちゲイト
電極を設けない状態で８１．８２．８３を積層すればよ
い。またこの抵抗値はＳ２の抵抗率とその厚、さ、基板
上にしめる面積で設計仕様に従って決めればよい。

第１図のインバータ（６０）においてドライノく−（６
１）は第２図（Ｄ）とし、さらにそのロード（６４）は
Ｓ１α亀Ｓ３α埠の一方とゲイト電極αりとの連結させ
るエンヘンスメント型またはディプレッション型の工Ｇ
ＩＩ’として設ければよい。

さらにこのインバータ（６Φの出力は（６２）よりなシ
、この基板上に離間して２つの工ＧＦを積層して複合化
すればよく、入力部はゲイト電極０？）Ｋ対応して設け
ればよい。

本発明のたてチャネル型工ＧＦにおいては、もし光がこ
の工ＧＦの上方向または下方向から照射されても、それ
ぞれは８１．８３の半導体層がＰｌまたはＮｔとなって
いるため、この光を十分吸収してしまい、Ｓ２に到達さ
せない構造のいわゆる８１，８３が光のしゃへい効果を
同時に有する。

このためガラス基板上にとの工ＧＦを複数ケ作製しても
、特にこの工ＧＦに光のしゃへいを施さなくてもＯＮ、
　ＯＦ’？動作をさせることができ、この効果は工ＧＦ
のない領域が光を液晶を含む基体１体に対し上下方向へ
の光の透過、反射をさせることによシ表示を行うことを
目的とするものであるため、特にとの工ＧＩＩ’自身の
しゃへい効果はきわめて重要な特徴を有する。

これは従来よシ知られた横チャネル型のＴＩｌ’Ｔ（薄
膜トランジスタ）においては全く考えられなかった特徴
である。

第３図は本発明の他の実施例を示す。

第３図（４）は基板（１）上の導電層（イ）およびそれ
に積層された８１α■が横方向にその配線がなされ、ま
たゲイ）＜ｌηも同様に横方向になされ、他方Ｓ１α→
が図面に垂直方向に配線がなされた場合である。図面に
おいては工ＧＦ　（１０）　（１（５）の２つが示され
であるが、マトリックス化して１０〜１０ケを同一基板
に配列せしめてもよい。

図面においてその番号は第２図の実施例に対応している
。

その製造においては、フォトリソグラフィー用マスクは
■〜■と３種類でよい。ゲイトの導電層０７）とＳ３α
υの導電層との間に寄生容量の発生を防止するため、酸
化珪素（３０）がＳ３α→の上に０．３〜２μの厚さに
積層させている。製造はこの酸化珪素（３０）をパター
ニングし、さらにこの酸化珪素をマスクとしてその下の
Ｓ１α４ｓｚα→をエツチングしてＳ’ｌ、Ｓ２を同、
−形状に形成させればよい。

第３図（Ｂ）は工ＧＦの配線が８１α埠およびその導電
層翰が図面において横方向、またＳ３にコンタクトシカ
とにより連結した配線（ハ）が横方向、またゲイトα力
が図面に垂直にたて方向にその導電たものである。

図面においては基板（１）上の導電層（イ）を■のマス
クによシバターニングし、ｌ１ｌ（２）を■のマスクに
よシバターニングした。さらにＳ２α４，８３α→を積
層してセルファライン的に■のマスクによシエッチング
した。またゲイト絶縁物０Ｏを形成した後、その上にゲ
イト電極αの、そのリードを■により形成した。加えて
層間絶縁物（ハ）をポリイミド樹脂、Ｐ工Ｑ等によシ０
．５〜２μの厚さに形成した後、コンタクト穴（７）を
作り８３αυに連結した電極・リードを構成する第２の
導電層α◆をマスク■によシ作製したものである。

この図面に対応して第４図が液晶デイスプレイを用いて
本発明の他の実施例を示している。

第３図（０）は基板（１）上に第１の導電層とそれに積
層する５１（６）をマスク■によシ図面で横方向（Ｘ方
向）に址６法形状に示した。また５３Ｑ４ゲイト電極・
リードα力は図面で垂直方向（Ｙ方向）に示されている
。

これは工ＧＦ（１０）において８２．８３をマスク■に
より、またこの日２０４８３（ハ）をまたぐ如くにして
°　おおったゲイトαηをマスク■により作ったもので
ある。

以上の如く本発明の工ＧＦはソースまたはドレインを構
成するｓＪ４ドレインまたはソースを構成する８３α→
およびＳ２にチャネル形成領域を形成するゲイト絶縁物
へＱ上のゲイト電極αηが任意にその設計上の要素を全
く自由に受は入れてＸ方向、Ｙ方向に配線形成せしめる
ことが可能となった。これは従来よシ知られた横方向に
チャネルが形成される工ＧＦに比べて、プラズマＯＶＤ
法を中心として半導体層８１．８２．８３を順て可能に
なったもので、その工学的効果はきわめて大きい。

第４図は第３図（Ｂ）をさらに発展させたもので液晶デ
ィスプレイに用いたものである。

第４図は本発明の他の実施例を示したもので第１図に示
された２×２のマトリックスセルに本発明を適用したも
のである。

図面において（Ａ）はその平面図の一部、（Ｂ）はＡｈ
ｊ面におけるたて断面図を示す。

第４図（Ｂ）　において、ガラス基板（１）上に第１の
導電層に）が５００〜３０００Ａの厚さにＸ方向に形成
されている。これはネサ（Ｓ　ｎ　Ｏ，）を用いた透明
膜であってもよい。さらにこの上にｓ２α４ｓ３α→が
品用のキャパシタ（３１）の電極（ハ）が透明導電膜に
より形成されている。上側のガラス基板（ハ）下面にも
透明導電膜（ロ）がある０この導電層（イ）、０４は互
いに直角にて液晶が配向するように液晶分子配向膜また
は配向処理がなされている０この２つの透明の電極＠、
（ハ）の間に液晶（ハ）を充填させている０ 各マトリックスの交点を構成する工ＧＦ例えば００）０
φとその出力に連結するキヤ・くシタ（３１）（３１）
が第１図に対応して第４図（ト）（Ｂ）　Ｋ示していキ
ャパシタの電極（ハ）１唯ｓ＋１　絵素が１ｍｍ″あた
り１〜１６個も作り得ることができ、また５００Ｘ５０
０の平面ディスプレイも５〜２０ｃ♂で作ることかでき
るようになった。

第４図はこの工（）ＩＩ’の出力にはひとつの液晶によ
るキャパシタのみであったが、同時にこの表示時間を表
示するためのキャパシタ（３２）を並列して作ると第５
図に示す如くになる０ 第５図は第４図で示した液晶部（ハ）、上側電極−、上
側ガラス基板茹が図面の簡略化のため省略したが、この
部分は第４図と同様公知の方法で作製すればよい。

第５図に））はひとつの絵素に対応する領域の平面図、
（Ｂ）はＡ　−Ａ’でのたて断面図、（Ｃ）はＢ　−ｉ
でのたて断面図をそれぞれ番号を対応させて示しである
。第５図（０）の工ＧＦαＯ）の形状よシ明らかな如く
、この工ＧＦへの配向は第３図（Ａ）を主要素として用
いたものである。

液晶表示用のキャパシタ電極（ハ）は５１（６）と連結
してお９、第４図の場合のＳ３α→と連結した場合とそ
の構造を異彦らせている。

またこの日１＃、同時にその下側の透明導電膜（ハ）お
よびゲイト絶縁物（３つ上に第２の透明導電膜（３７）
をゲイト電極α力と同時に設けて得られた電極とじよ多
並列のキャパシタ（３２）を構成し、液晶表示の表示時
間を長くするための一部としている。回路的には第１図
にて破線で示したキャパシメ佑対応している。このキャ
パシタにより工ＧＦ’のオン時間が１０〜１０００μ秒
であっても液晶表示は１〜’ｌ　ＯＯＯｅ＋秒と長くす
るいわゆる残光性を持たせること亦できる。このキャパ
シタは絵素数が１０〜１０ケとなシ、この走査速度が０
．１〜１００μ秒となった時、見ている人の目をつかれ
させないために有効である。

またとの幕積容量のキャパシタはゲイト絶縁物α時と同
一材料としたことにより、同一バッジ式に何らの新たな
工程を必要とせず作ることができた。しかしこの容量を
小面積で増加するため、窒化珪素では彦く酸化チタン、
酸化タンタルその他強誘電体を用いてもよい。

本発明における５１（６）に電気的に連結されている他
の電極（ハ）は電極穴（３９）を介して設けられている
。これら工ＧＦ（１０）上にポリイミドまたはＰ工Ｑ等
の層間絶縁物を１〜３μの厚さに設け、それを選択的に
フォトリソグラフィ技術によシ設ければよい。この電極
０４６；設計の仕様に従ってひとつの絵素の大きさを決
定する。カリキュレータ等においては、０．１〜５ｍｍ
’またはく形、数字の１セグメントに対応している。し
かし第１図の如き走査型のマトリックス構成をさせる方
式において、１〜５０μをマトリックス状として例えば
５００Ｘ５００とすればよい。液晶表示部はこの電極の
上方と他方をネサ膜等の透明導極（ハ）をそれぞれの電
極に液晶分子配向膜を形成させて有するガラス板（ハ）
とを０．１〜２ｍｍの間げきを有せしめて対−机配置さ
せ、そこに例えばネマチック型の液晶（ハ）を注入して
設けた。

またこのディスプレイをカラー表示してもよい。さらに
例えば、これらの絵素が三重に重ね合わされて作られて
もよい。そして赤緑量の３つの要素を交互に′配列せし
めればよい。

第５図、第６図で明らかな如く、本発明は基板（１）上
に複数の工ＧＦ’　、キャパシタ、抵抗または同時にサ
ンドウィッチ構造として液晶表示の平面パネルを設けた
ことを特徴としている。

さらに図面より明らかな如く、上方よりの光照射に対し
て、工ＧＩＩ’（１０）Ｋ光が照射してｋｏ＃状態の時
リークしてしまうことが８３．８１によシ自動的に防止
されていることを他の特徴としている０ 加えて従来と異なシ、絶縁基板上に完全に他の絵素とア
イソレイトして工ＧＦを積層型に設けていくことはきわ
めて大きな特徴であり、特にこの全行程を６００’Ｏ以
下特に３００″Ｃ以下の温度で作ることが可能であるこ
とは、このパネルが大面積としても熱歪の影響を受けに
くいという大きな特徴を有している。

加えて本発明の半導体は非単結晶構造を中心としておシ
、特Ｋ　ＳＡＳというアモルファスと単結晶との中間構
造であってかつ６００’Ｏまでの熱エネルギに対して安
定なことは本発明の他の特徴である。

特にこのＳＡＳはｌＯ〜１００Ａの大きなマイクロクリ
スタル構造の格子歪を有する非単結晶半導体であり、そ
の製造には５００ＫＨｚ〜３ＧＨｚの誘導エネルギを使
っても温度が３００°Ｃまでで十分であり、加えてその
電子・ホールの拡散長がアモルファス珪素の１００〜１
０′倍も大きいという物性的特性を有している。かかる
非単結晶半導体を基板上に積層する構造によシエＧＦを
設けたこと、加えてここを電流がたて方向に流れるため
、チャネル長が０．１〜１μのマイクロチャネル型ＩＧ
Ｆを高精度のフォトリソグラフィ技術を用いずに作るこ
とができることがきわめて大きな特徴である。

さらに本発明において工Ｇｌ？’としての特性は、ＳＡ
Ｓの特性にかんがみ、そのスレッシュホールド電圧（％
　）は例えばドープをイオン注入法で行なうのではなく
、Ｓ２に添加する不純物の添加量と加える高周波パワー
によ多制御する点も特徴である。

そのため耐圧２０〜３０ｖ１ス、＆→〜４ｖを±０．２
Ｖの範囲で制御できた。さらに周波数特性がチャネル長
が０．１〜１μのマイクロチャネルのため、これまでの
単結晶型の絶縁ゲイト型半導体装置の１１５〜１１５０
を非単結晶半導体を用いたのにもかかわらず、得ること
ができた。

厚さに挿入することにより、このＮ”　−Ｐ−接合また
はＰ’−Ｎ−接合のリークは逆方向にＩＯＶを加えても
’１ｏｎＡ以下であった０これは単結晶の逆方向リーク
に匹敵する好ましいものであった。

またｓｌに例えば酸素または窒素を２〜２０モルチ、ま
た炭素を５〜３０モルチ添加すると、第２図に示した構
造においては同様に逆方向にリークが少なく、また８２
．８３のエツチングの際Ｓ１をオーバーエッチしてしま
うことを防ぎ、プロセス上も好ましかった。この低リー
ク特性は無添加の場合に比べて１／１０〜１／１０１倍
もＩＪ−りが少なかった。このリークが少ないことが第
１図のマトリックス構造を実施する時きわめて有効であ
ることは当然である。

さらにこの逆方向リークはこの積層型の８１．８２．８
３をともにアモルファス珪素の半導体のみで作った場合
、逆方向バイヤスをＩＯＶ加えると１ｍＡ以上あったが
、これをＳＡＳとすると５〜５０μＡＫまで下った。そ
れは８１．８３のＰ″またはＮ“型の半導体におけるＢ
、　Ｐの不純物が置換型に配位し、そのイオン化率が単
結晶と同じく４Ｎ以上と々つたこと、およびその活性化
エネルギもアモルファスの場合の０．２〜０．３ｅＶよ
シ０、００５〜Ｏ，０Ｏ１ｅＶと小さくなり、電気伝導
度＠４λ もＡｓの１０〜１０　（Ａｃ　ｍ）に対しＩＣ１〜１０
　（Ａ　Ｑ　ｍ）ときわめて大きくなったことにある０ このため一度配位した不純物が積層中にアウトディフュ
ージョンせず、結果として接合がきれいにできたことに
よる。

さらにかかる積層型の工ＧＦ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ＩＧＦ　。

抵抗、キャパシタを作ることが可能になった。

そして液晶表示ディスプレイにまで発展させることが可
能となった。

本発明における半導体は珪素、絶縁体は酸化珪素または
窒化珪素を用いた。しかし半導体としてゲルマニューム
、５ｉｘＧｅｌ−、（Ｏｔｘ＜１）、ＢＰ、　ＧａＡｓ
等を用いてもよい。

また非単結晶半導体においてＳＡＳではなくアモルファ
スまたそは結晶粒径が５０〜５０００Ａ　（Ｄ大きない
わゆる多結晶半導体であってもよいことはいうまでもな
い０

【図面の簡単な説明】

置、インバータ抵抗、キャパシタまたは絶縁ゲイト型半
導体装置とキャパシタとを絵素としたマトリックス構造
の等何回路を示す。 第２図は本発明の積層型絶縁ゲイト型半導体装置の工程
を示すたて断面図である０ 第３図は本発明の他の半導体装置を示す０第４図および
第５図は本発明の積層型絶縁ゲイト型半導体装置とキャ
パシタまたは液晶とを−３０３− （Ａ） 箪２閃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上または基板上の第１の導電層上に設けられた
   第１の半導体と、該半導体上に設けられた概略同一形状
   を有する第２の半導体および第３の半導体を積層して有
   し、前記第１および第３の半導体は同一導電型よシなる
   一対のソース、ドレインを構成して設けられ、前記第２
   の半導体の側部に隣接して設けられたゲイト絶縁物とゲ
   イト電極よシなるゲイトが設けられた絶縁ゲイト型電界
   効果半導体装置において、前記ゲイトの電極・リードを
   構成する第２の導電層と、前記第１または第３の半導体
   または該半導体に連結した第１または第３の導電層とは
   互いに直交する方向に設けられたことを特徴とする半導
   体装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、第１の半導体に連
   結したリードと、ゲイトを構成する電極リードとが互い
   に直交する方向を有するとともに、第３の半導体に連結
   した導電層が一方の電極を構成するキャパシタが設けら
   れた該キャパシタの電極間には、液晶が充填されたこと
   を特徴とする半導体装置。