JPS6092655A - Insulated gate type semiconductor device - Google Patents

Insulated gate type semiconductor device

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JPS6092655A
JPS6092655A JP58201427A JP20142783A JPS6092655A JP S6092655 A JPS6092655 A JP S6092655A JP 58201427 A JP58201427 A JP 58201427A JP 20142783 A JP20142783 A JP 20142783A JP S6092655 A JPS6092655 A JP S6092655A
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semiconductor
type
insulated gate
channel
conductor
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/12Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body

Abstract

PURPOSE:To accomplish a CIGF constitution using only one laminated body by a method wherein, in the laminated type complementary insulated gate type semiconductor device (CIGF) of longitudinal channel type, the mounting of one conductive electrode of the laminated body is formed in common manner. CONSTITUTION:A conductive film 2, the first non-single crystal semiconductors 3 and 3' of P and N type, the second semiconductor or insulating material 4, an N type semiconductor 5', the third semiconductor 5, the second conductor 6, and a silicon oxide film 7 are formed on a substrate 1, and laminated bodies 50 and 50' are formed by performing a selective etching. The fourth semiconductor 35 of non-single crystal constituting a channel forming region is laminated covering blocks 10 and 10', and a silicon nitride film 34 is formed. The second conductive film 30 is formed, an aniotropic etching is performed, and the residues located on the side circumference of the laminated bodies 50 and 50' are used as electrodes 40-43. The block 10' constitutes an inverter, and the block 10 constitutes a switch. In the block 10', the gates 40 and 41 are made common, and they are connected to an input 61 by passing through along the side circumference of the laminated body 50'.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、基板上の非単結晶半導体を用いた縦チャネル
型の積層型の相補絶縁ゲイト型半導体装置(以下IGF
という、相補型IGF &;l:C/IGFという)に
関する。
Detailed Description of the Invention The present invention relates to a vertical channel stacked complementary insulated gate semiconductor device (hereinafter referred to as IGF) using a non-single crystal semiconductor on a substrate.
It relates to complementary IGF &;l:C/IGF).

本発明は絶縁性基板上の第1の導電性電極、第1の半導
体、第2の半導体または絶縁体、第3の半導体および第
2の導電性電極よりなる5層に積層された積層体の2つ
の側周辺に、さらにチャネルを形成する第4の非単結晶
半導体を設け、そのそれぞれの側周辺を用いて一方をP
チャネル型IGF(以下PIGFという)および他方を
NチャネルIGF(以下NIGFという)を設けること
を目的とする。
The present invention is a laminate consisting of a first conductive electrode, a first semiconductor, a second semiconductor or insulator, a third semiconductor, and a second conductive electrode on an insulating substrate. A fourth non-single crystal semiconductor that forms a channel is further provided around the two sides, and one side is connected to the
The purpose is to provide a channel type IGF (hereinafter referred to as PIGF) and the other to provide an N-channel IGF (hereinafter referred to as NIGF).

本発明は1つの積層体を用いつつもその一方の導電性電
極を互いに共通にせしめることにより、C/IGFを直
列に連結してインバータ構成とせしめ、また、C/IG
Fを並列に連結しその双方の電極を共通して設けること
により、スイッチを構成せしめて、1つの積層体であり
なからC/IGF構成せしめたことを特徴としている。
The present invention connects C/IGFs in series to form an inverter configuration by using one laminate and making one of the conductive electrodes common to each other.
The switch is constructed by connecting F in parallel and providing both electrodes in common, and is characterized by a C/IGF configuration even though it is a single laminate.

従来、単結晶珪素を用いた相補型の絶縁ゲイト型電界効
果半導体装置(以下C7MO3ともいう)が知られてい
る。
Conventionally, complementary insulated gate field effect semiconductor devices (hereinafter also referred to as C7MO3) using single crystal silicon are known.

その−例を第1図に示す。An example of this is shown in FIG.

図面より明らかなごとく、N型の単結晶シリコン基板(
1)に゛Pウェル(94)を設け、埋置したフィールド
絶縁物(93)によりアイソレイションをしてNチャネ
ルMO5,FET (52)、PチャネルMO5゜PU
T (51)がそれぞれソース(13’)−(13)、
ドレイン(15′> (15)、ゲイト電極(41)、
(40)として設けられた場合を示している。
As is clear from the drawing, an N-type single crystal silicon substrate (
1) A P well (94) is provided, and isolation is provided by a buried field insulator (93) to form an N-channel MO5, FET (52), and a P-channel MO5 PU.
T (51) are respectively sources (13')-(13),
Drain (15'> (15), gate electrode (41),
(40) is shown.

かかるC/MO5の集積回路(IC)は、横チャネル型
であり、電気的には3つのダイオ、−ド(90)。
The integrated circuit (IC) of this C/MO5 is a horizontal channel type, and electrically includes three diodes (90).

(91)、<92)によるアイソレイションがなされて
いる。
(91), <92).

この3つのダイオードを有せしめるため、アイソレイシ
ョンの面積が太き(なってしまい、同一チャネル型2つ
のIGFに必要な面積の1.8〜2.5倍もの面積を必
要としてしまった。
In order to provide these three diodes, the isolation area becomes large, and an area 1.8 to 2.5 times that required for two IGFs of the same channel type is required.

これはこの半導体が単結晶であるためであり、どうして
も避けることができない欠点である。そのため、ランチ
アップ現象等のトラブルが発生してしまった。
This is because this semiconductor is a single crystal, and is an unavoidable drawback. As a result, problems such as the lunch-up phenomenon occurred.

しかし、半導体としてこの単結晶半導体ではなく、アモ
ルファス珪素を含む非単結晶半導体を用いると、かかる
アイソレイションは実質的に不要となり、その概念を変
えることができることを本発明人は見いだした。
However, the inventors have found that if a non-single crystal semiconductor containing amorphous silicon is used instead of this single crystal semiconductor as the semiconductor, such isolation becomes substantially unnecessary and the concept can be changed.

本発明は、非単結晶半導体であって、かつC/IGF 
(積層型の縦チャネルであるため、従来の横チャネル単
結晶半導体で用いられるMOS、FHTの装置と区別し
てここではIGFとい・う)であるにもかかわらず、ア
イソレイション用のウェル(第1図(94) )を設け
ることなく、同一積層体であるにもかかわらず、C/1
.G17を得ることができた。
The present invention provides a non-single crystal semiconductor, and C/IGF
(Since it is a stacked vertical channel, it is called IGF here to distinguish it from MOS and FHT devices used in conventional horizontal channel single crystal semiconductors.) C/1 even though the same laminate is used without providing
.. I was able to get G17.

即ち、非単結晶半導体においては、形成された半導体膜
の厚さの20倍以上あればそれを完全に絶縁体として取
り扱うことができる。即ちP、1.Nの厚さがそれぞれ
0.1 μ、1μ、0.1 μあると、その巾が2μ、
20μ、2μ以上は実質的に絶縁体として取り扱うこと
ができる。さらにP型非単結晶半導体とN型非単結晶半
導体を積層したPN接合はオーム接触を示し、また、P
IN、PI、Nl接合(但しI型半導体はBまたはPが
5 X 10” cm−3以下の不純物濃度をいう)に
おいてのみ、ダイオード特性を示す。
That is, in a non-single crystal semiconductor, if the thickness is 20 times or more than the thickness of the formed semiconductor film, it can be completely treated as an insulator. That is, P, 1. When the thickness of N is 0.1 μ, 1 μ, and 0.1 μ, respectively, the width is 2 μ,
20μ, 2μ or more can be substantially treated as an insulator. Furthermore, a PN junction in which a P-type non-single crystal semiconductor and an N-type non-single crystal semiconductor are stacked exhibits ohmic contact;
Only IN, PI, and Nl junctions (wherein an I-type semiconductor has an impurity concentration of B or P of 5 x 10'' cm-3 or less) exhibit diode characteristics.

このため、従来の単結晶半導体を用いてC/MO5とは
まったく異なるセル面積の小さいC/IGFを本発明に
おいて設けることができた。
Therefore, in the present invention, it was possible to provide a C/IGF with a small cell area, which is completely different from C/MO5, using a conventional single crystal semiconductor.

本発明は、2つのIGFを同一積層体内に対構成せしめ
て、このアイソレイションおよびIGF配線に必要な面
積を少なくさせたことを特長としている。即ち、単結晶
のC7MO5に比べて、アイソレイションに特に面積を
必要としない。さらに縦チャネル型とすることにより、
第4の半導体であるチャネル形成領域を構成する半導体
は、水素または弗素が添加された珪素を主成分とする非
単結晶半導体を用いている。さらに非単結晶半導体であ
り、この単結晶半導体に比べてキャリア移動度が小さい
という欠点を有する。そのため、本発明は第2の半導体
または絶縁体の膜厚を1μまたはそれ以下とし、その結
果箱4の半導体に形成されるチャネルを短チ中ネルとし
、10MIIz以上のカットオフ周波数を有せしめた。
The present invention is characterized by configuring two IGFs as a pair in the same laminate to reduce the area required for isolation and IGF wiring. That is, compared to single crystal C7MO5, no particular area is required for isolation. Furthermore, by making it a vertical channel type,
The fourth semiconductor, which constitutes the channel formation region, is a non-single crystal semiconductor whose main component is silicon doped with hydrogen or fluorine. Furthermore, it is a non-single-crystal semiconductor, and has the disadvantage of having lower carrier mobility than this single-crystal semiconductor. Therefore, in the present invention, the film thickness of the second semiconductor or insulator is 1 μm or less, and as a result, the channel formed in the semiconductor of box 4 is a short channel, and has a cutoff frequency of 10 MIIz or more. .

かくすることによって、本発明をその設計仕様に基づい
て組み合わせることにより、ブラウン管に代わる平面テ
レビ用の固体表示装置の周辺回路等への応用回路を作る
ことができた。
In this way, by combining the present invention based on the design specifications, it was possible to create a circuit that can be applied to peripheral circuits of solid-state display devices for flat-screen TVs that replace cathode ray tubes.

第2図は、本発明を実施するための積層型IGFの縦断
面図およびその製造工程を示したものである。
FIG. 2 shows a longitudinal cross-sectional view of a stacked IGF for carrying out the present invention and its manufacturing process.

この図面はPIGF (51)、(54)とNIGF 
(52>、<53)の2つのIGFを1つの積層体に作
製する製造例を示すが、特に図面ではC/lGpを直列
に連結したインバータ(10’)、並列に連結したスイ
ッチ(10)をそれぞれ左領域、右領域に示す。さらに
集積度を向上させる場合も同一プロセスで作製が可能で
ある。
This drawing shows PIGF (51), (54) and NIGF.
A manufacturing example is shown in which two IGFs (52>, <53) are fabricated into one laminate. In particular, the drawing shows an inverter (10') in which C/lGp is connected in series, and a switch (10') in which C/lGp are connected in parallel. are shown in the left and right areas, respectively. Furthermore, the same process can be used to improve the degree of integration.

第2図(A)において、絶縁基板例えば石英ガラスまた
はホウ珪酸のガラス基板(1)上に酸化スズ+ TiS
tl +W+’Cr等の第1の導電膜(2)を下側電極
、リードとして設けた。この実施例ではCrを主成分と
する導電膜を0.2μの厚さに形成している。これに選
択エッチを第1のマスク■を用いて施した。さらにこの
上面にPまたはN型の導電型を有する第1の非単結晶半
導体(ここではP型とするX 3 )(以下単に51と
いう)を100〜3000人を公知のpcvCD法によ
り形成した。さらにN型の非単結晶半導体(3′)を2
00〜1000人の厚さに作製した。図面ではP型半導
体(3)は5ixC1−x(0<X≦1 例えばX=0
.1)とし、N型の半導体(3′〉は微結晶半導体とし
た。この後、第2のマスク■によりN型半導体をヒドラ
ジンにてエツチングをした。さらに、第2の半導体また
は絶縁体(4)(以下単ニ32という)(0,3〜3μ
)をPCVD法により積層した。ここでは5i3N4−
え(0<x<4)とした。即ち、x=0では絶縁体に、
Q<x<4では半導体また半絶縁体となる。さらに再び
微結晶のN型半導体(5′)を200〜1000人の厚
さに形成し、第3のマスク■にて選択エツチングしたや
次に第1の半導体と同一導電型をイJする第3の半導体
(5〉(以下単にS3というX200人〜0.2μ)を
積層(スタック即らSという)して設けた。この積層に
より、領域(51)、<54)はIII+’構造(lは
絶縁体または真性半導体)を有せしめ、また領域(52
)、< 53 )はNIN接合(実際はl’NINP接
合)を有せしめた。
In FIG. 2(A), tin oxide + TiS is deposited on an insulating substrate (1) of quartz glass or borosilicate glass.
A first conductive film (2) such as tl +W+'Cr was provided as a lower electrode and lead. In this embodiment, a conductive film containing Cr as a main component is formed to a thickness of 0.2 μm. Selective etching was performed on this using the first mask (3). Further, on this upper surface, a first non-single crystal semiconductor (hereinafter referred to as P type X 3 ) (hereinafter simply referred to as 51) having a conductivity type of P or N type was formed by 100 to 3000 people by a known pcvCD method. Furthermore, the N-type non-single crystal semiconductor (3') is
It was made to a thickness of 00 to 1000 people. In the drawing, the P-type semiconductor (3) is 5ixC1-x (0<X≦1, e.g.
.. 1), and an N-type semiconductor (3') was a microcrystalline semiconductor. After this, the N-type semiconductor was etched with hydrazine using a second mask (3). ) (hereinafter referred to as D32) (0,3~3μ
) were laminated by PCVD method. Here 5i3N4-
(0<x<4). That is, at x=0, it becomes an insulator,
When Q<x<4, it becomes a semiconductor or a semi-insulator. Furthermore, a microcrystalline N-type semiconductor (5') is formed again to a thickness of 200 to 1000 nm, and selectively etched with a third mask. 3 semiconductors (5〉 (hereinafter simply referred to as S3) x200 ~ 0.2μ) were laminated (stacked or referred to as S). Through this lamination, the regions (51) and <54) formed a III+' structure (l has an insulator or an intrinsic semiconductor) and a region (52
), < 53) had a NIN junction (actually l'NINP junction).

図面におい“ζ、PN接合はオーム接触のためIGF 
In the drawing, ζ, PN junction is IGF due to ohmic contact.
.

とじては旧N接合となる。At the end, it becomes the old N junction.

第2図(A)において、半導体(5)の上面にITO(
酸化インジューム・スズ)、Mo5iL、1tst、 
、賀S5゜W、Ti、Mo等の耐熱性金属の第2の導体
(6)、ここではCrを電子ビーム法により0.2μの
厚さに積層した。次にこの第2の導体のうち積層体(5
0)、<50’)を設けるための不要部分を第4のフナ
1−マスク■を用いて除去した。
In FIG. 2(A), ITO (
indium tin oxide), Mo5iL, 1tst,
A second conductor (6) made of a heat-resistant metal such as Ti, Mo, or the like, here Cr, was laminated to a thickness of 0.2 μm by an electron beam method. Next, of this second conductor, the laminate (5
0), <50') was removed using the fourth FNA 1-Mask (2).

さらに積層上にLP CVD法(減圧気相法)、 PC
VD法また、は光CVD法により0.3〜1μの厚さに
酸化珪素膜(7)を形成した。PCVD法の場合はN、
OとS s I(4との反応を250℃で行わしめた。
Furthermore, LP CVD method (low pressure vapor phase method), PC
A silicon oxide film (7) with a thickness of 0.3 to 1 μm was formed by a VD method or a photo-CVD method. In the case of PCVD method, N,
The reaction between O and S s I (4) was carried out at 250°C.

この第1、第3の半導体のN、P層を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と第1、第2
の一極との接触抵抗を下げることは有効であった。
The N and P layers of the first and third semiconductors are
P as N'NINN+, P"PIPP" (I is an insulator or an intrinsic semiconductor) as P or N and the first and second
It was effective to lower the contact resistance with one pole.

かくのごとくにして7、第1の導体、第1の半導体、第
2の半導体または絶縁体、第3の半導体、第2の導体を
層状に形成して得た。
In this way, the first conductor, the first semiconductor, the second semiconductor or insulator, the third semiconductor, and the second conductor were formed into layers.

次に第2図(B)に示すごとく、マスク■を用いてそれ
ぞれの絶縁体(7)、導体(6)およびSl、S2.S
3を選択エツチング法により除去し、積層体(50)、
(50’)を形成した。即ち、積層体(50)、<50
’>におけるそれぞれの第2の導体(16)、(26)
およびブ07り(10’) (10) 4コおいて、5
1,52.53を互いに概略同一形状に形成して設けた
。これらはすべて同一マスク■でマイクロ波(2,45
GIIZ )の異方性プラズマ気相エッチ法を用いた。
Next, as shown in FIG. 2(B), the insulator (7), conductor (6), Sl, S2. S
3 is removed by a selective etching method to obtain a laminate (50),
(50') was formed. That is, the laminate (50), <50
'> respective second conductors (16), (26)
and 07ri (10') (10) 4 pieces apart, 5
1, 52, and 53 were formed to have approximately the same shape. All of these were microwaved (2,45
GIIZ's anisotropic plasma vapor phase etching method was used.

エッチ用気体ハCI5.肝またはCIFOLの混合気体
を用いた。圧力は0.1〜0.5torr出力200賀
として、エッチ速度200 人/分とした。
Etching gas CI5. A gas mixture of liver or CIFOL was used. The pressure was 0.1 to 0.5 torr, the output was 200, and the etch rate was 200 people/min.

こ、の後、これら積層体(50’)即もブロック(10
’)における第1の導体(12>、(12’)、Sl 
(13)、<13’)、52(14)、S3 (15)
、<15’)、第2の導体(16)およびブロック(1
0)における第1の導体(22)、Sl (23)。
After this, these laminates (50') and the blocks (10
') in the first conductor (12>, (12'), Sl
(13), <13'), 52 (14), S3 (15)
, <15'), second conductor (16) and block (1
0), the first conductor (22), Sl (23).

(23’)、52 (24)、53 (25ル<25 
’) 、〒2の導体(26)を覆ってチャネル形成領域
を構成する真性またはPまたはN型の非単結晶半導体を
第4の半導体(35)として積層させた。この第4の半
導体(35)は、基板−しにシランのグロー放電法(P
CVD法)、光CVD法、LT CVD法(IIOMO
CVD法ともいう)を利用して、室温〜500℃の温度
例えばPCVD法における250°C10,1torr
、30W、13.56MIIxの条件下にて設けたもの
で、非晶質(アモルファス)または半非晶質(セミアモ
ルファス)または多結晶構造の非単結晶珪素半導体を用
いている。本発明においては水素または弗素が添加され
たアモルファスまたはセミアモルファスの珪素半導体を
中心として示す。
(23'), 52 (24), 53 (25<25
'), an intrinsic, P or N type non-single crystal semiconductor was laminated as a fourth semiconductor (35) to cover the conductor (26) of 〒2 and constitute a channel formation region. This fourth semiconductor (35) is manufactured using a silane glow discharge method (P) on the substrate.
CVD method), photo CVD method, LT CVD method (IIOMO
(also referred to as CVD method), the temperature range from room temperature to 500°C, e.g. 250°C in PCVD method, is 10,1 torr.
, 30 W, and 13.56 MIIx, and uses an amorphous, semi-amorphous, or polycrystalline non-single crystal silicon semiconductor. The present invention focuses on amorphous or semi-amorphous silicon semiconductors doped with hydrogen or fluorine.

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(34)を光C
VD法にてシラン(ジシランでも可)とアンモニアとを
水銀励起法の気相反応により作製し、厚さは300〜2
000人とした。
Furthermore, a silicon nitride film (34) is coated on the top surface in the same reactor without exposing the fourth semiconductor surface to the atmosphere.
Silane (disilane is also acceptable) and ammonia are produced by a gas phase reaction using mercury excitation using the VD method, and the thickness is 300-2.
000 people.

この絶縁膜は13.56M1lz〜2.45GIIzの
周波数の電磁エネルギにより活性化した窒素またはアン
モニア雰囲気に100〜400 ”c浸して固相−気相
反応の窒化珪素を形成してもよい。
This insulating film may be immersed in a nitrogen or ammonia atmosphere activated by electromagnetic energy at a frequency of 13.56 M11z to 2.45 GIIz for 100 to 400''c to form silicon nitride in a solid-vapor phase reaction.

また、PCVD法により窒化珪素を形成させてもよい。Alternatively, silicon nitride may be formed by a PCVD method.

すると52 (14人(24)の側周辺では、チャネル
形成領域(9)、<9’)とその上のゲイト絶縁物(3
4)として構成させ得た。第4の半導体(25)はsl
、S3とはダイオード接合を構成させている。
Then, 52 (around the 14 person (24) side, the channel forming region (9), <9') and the gate insulator (3
4). The fourth semiconductor (25) is sl
, S3 constitute a diode junction.

この第4の半導体(35)(例えばP−型の珪素)およ
びゲイト絶縁物(34)を最初領域(52)、<53)
に対してのみ設け、さらに酸化珪素物マスクをして領域
(51)、(54)に他の第4の半導体(例えばN−型
の珪素)および絶縁物を積層し、それぞれのブロックに
適した微量のP−またはN−型の不純物が添加された半
導体とすることは、1枚のマスクが増加するがスレッシ
ュホールド電圧の制御に関して有効である。
This fourth semiconductor (35) (e.g. P-type silicon) and the gate insulator (34) are first placed in a region (52), <53).
Further, with a silicon oxide mask, another fourth semiconductor (for example, N-type silicon) and an insulator are laminated in the regions (51) and (54), and Using a semiconductor doped with a small amount of P- or N- type impurity is effective in controlling the threshold voltage, although the number of masks increases.

第2図(B)において、さらに第6のマスク■により電
極穴開けを行い、この後この積層体上の窒化珪素膜(2
4)を覆って第2の導電膜(30)を0.3〜1μの厚
さに形成した。
In FIG. 2(B), electrode holes are further made using the sixth mask (2), and then the silicon nitride film (2
4), a second conductive film (30) was formed to a thickness of 0.3 to 1 μm.

この導電膜(30)はITO(酸化インジューム・スズ
)のごとき透光性導電膜、 Ti5ii、Mo5iiJ
SiL。
This conductive film (30) is a transparent conductive film such as ITO (indium tin oxide), Ti5ii, Mo5iiJ.
SiL.

W + T j+ M o等の耐熱性導電膜としてもよ
い。ここではN型の不純物の多量にドープされた珪素半
導体をPCVD法で作った。即ち、0.4μの厚さにリ
ンが1%添加され、かつ微結晶性(粒径50〜300人
)の非単結晶半導体をpcvo法で作製した。
A heat-resistant conductive film such as W+Tj+Mo may also be used. Here, a silicon semiconductor doped with a large amount of N-type impurities was manufactured by PCVD. That is, a microcrystalline (grain size 50 to 300) non-single crystal semiconductor having a thickness of 0.4 μm and having 1% phosphorus added thereto was fabricated by the PCVO method.

この後、この上面に第7のマスク■によりレジスト(3
8)、(38’)を形成した。
After that, a resist (3
8), (38') was formed.

さらに第2図(C)に示されるごとく、第7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ソ゛チ
を第5のフォトリソグラフィと同様に行った。即ち例え
ばCFLCIL、 CF4+OL+肝等の反応性気体を
マイクロ波にてプラズマ化し、さらにこのプラズマを基
板の上方より加えた。すると導体(30)は、平面上(
上表面)は厚さく0.4μ)をエッチすると、この被膜
は除去されるが、側面では積層体の厚さおよび被膜の厚
さの合計の2〜3μを垂直方向に有する。このため、図
面に示すごとき垂直方向よりの異方性エッチを行うと、
破線(39)、(39’)のごとくにこれら導体をマス
ク(38)。
Furthermore, as shown in FIG. 2C, anisotropic etching in the vertical direction was performed using the seventh photolithography technique (1) in the same manner as in the fifth photolithography. That is, for example, a reactive gas such as CFLCIL, CF4+OL+liver, etc. was turned into plasma using microwaves, and this plasma was further applied from above the substrate. Then, the conductor (30) is placed on the plane (
This coating is removed by etching a thickness of 0.4 .mu. on the top surface), but on the sides it has 2 to 3 .mu. of the sum of the laminate thickness and the coating thickness in the vertical direction. Therefore, if anisotropic etching is performed in the vertical direction as shown in the drawing,
Mask these conductors (38) as shown by broken lines (39) and (39').

(3B’)のある領域以外にも残すことができた。It was possible to leave it in areas other than the area (3B').

その結果、積層体(50)、(50’)の側周辺のみに
選択的にゲイト残存物(39)、(39’)を設けるこ
とができた。さらに本発明は、この残存物をゲイト電極
(40)、<41)、<42)、<43)とし、第2の
半導体(16)、<26)の上方には存在せず、結果と
して第2の半導体とゲイト電極との寄生容量を実質的に
ないに等しくすることができた。
As a result, it was possible to selectively provide gate residues (39) and (39') only around the sides of the stacked bodies (50) and (50'). Furthermore, in the present invention, this residual material is made into a gate electrode (40), <41), <42), <43), and does not exist above the second semiconductor (16), <26), resulting in The parasitic capacitance between the semiconductor of No. 2 and the gate electrode could be made substantially equal to zero.

図面において、積層体く50ル<50’)の側周辺の導
体のうち、ゲイト電極およびそのリード(40)〜(4
3)とする以外の他の側周辺の導体を第8のフォトマス
ク■により水平方向の気相エッチ法により除去しそれぞ
れのゲイトを独立動作させた。
In the drawing, the gate electrode and its leads (40) to (4
3) The conductors around the other side except 3) were removed by horizontal vapor phase etching using an eighth photomask (3), and each gate was operated independently.

かくして第2図<C>を得た。Thus, Figure 2 <C> was obtained.

第2図(C)の平面図を第3図(A)として示す。また
その電気的等価回路を第3図(B)に示す。図面より明
らかなどと< (51)、(54)はPIGF。
The plan view of FIG. 2(C) is shown as FIG. 3(A). Further, its electrical equivalent circuit is shown in FIG. 3(B). It is clear from the drawing that (51) and (54) are PIGF.

(52)、(53)はNIGFである。番号はそれぞれ
第2図(C)に対応させている。
(52) and (53) are NIGF. The numbers correspond to those in FIG. 2(C).

第3図(A)、(B)および第2図(C)にて明らかな
ごとく、1つのブロックに相対構成した2つのIGFを
C/IGFとして有している。ここでは4つのIGF 
(51)〜(54)を有し、チャネルを(9〉、(9′
)と4つを有する。そしてブロック(10’>はインバ
ータ、ブロック(lO)はスイッチ構成をなし、このた
めブロック(10’)においてはゲイト電極(40)、
<41)は共通し、積層体(50’)の側周辺を伝って
入力(61)に連結している。出力(64)は上側より
導出させている。ドレイン電圧v2.は(65)。
As is clear from FIGS. 3(A) and 3(B) and FIG. 2(C), one block has two IGFs configured relative to each other as a C/IGF. Here are four IGFs
(51) to (54), and channels (9>, (9')
) and four. The block (10'> is an inverter, and the block (lO) is a switch. Therefore, in the block (10'), the gate electrode (40),
<41) is common and is connected to the input (61) along the periphery of the stacked body (50'). The output (64) is derived from the upper side. Drain voltage v2. (65).

v!、は(60)に連結している。ここで重要なことは
第2図(C)で(71)にてV工+ vG、が非単結晶
であるため、アイソレイション領域を単結晶半導体のご
とくに設けなくても絶縁されている点である。
v! , is connected to (60). The important point here is that in (71) in Figure 2 (C), V + vG is a non-single crystal, so it can be insulated without providing an isolation region like a single crystal semiconductor. It is.

またNIGFは導体(12’)、 (16)、 P半導
体(13)、<15)と間にN半導体(13’) (1
5’)があってもまったく支障がない。
NIGF also has conductors (12'), (16), P semiconductors (13), <15) and N semiconductors (13') (1
5'), there is no problem at all.

即ち、図面では2つのIGF (51)、<52)を対
(ペア)として設けることができる。これは2つのIG
Fのチャネル間の半導体または絶縁体が絶縁性であり、
20ル以上の巾をSl、32.53が有すれば数十MΩ
の抵抗となり、実質的に独立構成をし得るためであり、
その特性を利用することにより結晶半導体とはまったく
異なった構造を存せしめることができた。
That is, in the drawing, two IGFs (51), <52) can be provided as a pair. This is two IG
the semiconductor or insulator between the channels of F is insulating;
If Sl, 32.53 has a width of 20 l or more, it is several tens of MΩ.
This is because it becomes a resistance and can be practically configured independently.
By utilizing this property, it was possible to create a structure completely different from that of crystalline semiconductors.

本発明の第4の半導体(25)はアモルファス珪素を含
む非単結晶半導体を用い、その中の不対結合手の中和用
に水素を用いており、その表面を大気に触れさせること
なくディト絶縁物を作製している。さらにこの第4の半
導体上にはフォトレジストをそのプロセス中に触れさせ
ることがなく、特性劣化がない。さらにこの半導体とP
またはNのSl、S3とは十分ダイオード特性を有せし
めるため、製造上の難点がまったくないという他の特長
を有する。
The fourth semiconductor (25) of the present invention uses a non-single-crystal semiconductor containing amorphous silicon, uses hydrogen to neutralize the dangling bonds in the semiconductor, and dehydrates its surface without exposing it to the atmosphere. Making insulators. Furthermore, the photoresist is not brought into contact with the fourth semiconductor during the process, so that there is no deterioration of the characteristics. Furthermore, this semiconductor and P
In addition, since N has sufficient diode characteristics with Sl and S3, it has another feature that there are no manufacturing difficulties.

かくしてブロック(10’)においてはソースまたはド
レインを51 (13)、チャネル形成領域(9′〉を
有するS4 (35)、ドレインまたはソースを53 
(15)(15’)により形成せしめ、チャネル形成領
域(9′)側面にはゲイト絶縁物(34)、その外側面
にゲイト電極(40>、<41’)を設けた対を構成す
る積層型のC/IGF (51)、(52)を作ること
ができた。
Thus, in the block (10'), the source or drain is 51 (13), the channel forming region (9') is S4 (35), the drain or source is 53
(15) Laminated layers forming a pair formed by (15'), with a gate insulator (34) provided on the side surface of the channel forming region (9') and gate electrodes (40>, <41') provided on the outer surface thereof. We were able to create C/IGF (51) and (52) of the type.

さらに第2図(C)、第3図(A)において、ブロック
 (10)はソースまたはドレインを51 (23)。
Furthermore, in FIGS. 2(C) and 3(A), block (10) has a source or drain connected to 51 (23).

(23’)、チャネル形成領域(9)を有する54 (
35)、ドレインまたはソースをS3 (25>、<2
5’)により形成せしめ、チャネル形成領域(9)側面
にはゲイト絶縁物(34入その外側にゲイト電極(42
)、(43)を用いて積層型c /IGF (53)、
(54)を作製した。この時第1の導体(22入第2の
導体(27)は共に2つのIGFを共通せしめ、C/I
GFを並列連結させたスイッチ構成とした。このためゲ
イト入力(62)。
(23'), 54 with channel forming region (9) (
35), drain or source S3 (25>, <2
A gate electrode (42) is formed on the outside of the gate insulator (34) on the side surface of the channel forming region (9).
), (43) to create a stacked c/IGF (53),
(54) was prepared. At this time, the first conductor (22-input second conductor (27)) shares two IGFs, and the C/I
A switch configuration was adopted in which GFs were connected in parallel. For this purpose, a gate input (62) is provided.

(63)、信号の入力(66)または(67)、信号の
出力(67>、< 66 )として設けることができた
(63), signal input (66) or (67), and signal output (67>, <66).

さらに本発明のIGFにおいて、電子移動度がホールに
比べて5〜30倍もあるため、VLSIにおいてこのC
/IGFを一部に用い、さらに他部をNチャネル型動作
とするのが好ましい。
Furthermore, in the IGF of the present invention, the electron mobility is 5 to 30 times that of holes, so in VLSI, this C
It is preferable to use /IGF in a part and to operate the other part as an N-channel type.

例えば平面型ディスプレイ (固体表示装置)、におけ
るマトリックス構成をする絵素用のトランジスタはNI
GFとし、その周辺部分はデコーダ、ドライバはC/I
GFとしてその動作特性の向上、消費電力の低減化を図
ることがその代表的応用として用い得る。
For example, NI
GF, the peripheral part is a decoder, and the driver is C/I
A typical application of the GF is to improve its operating characteristics and reduce its power consumption.

この発明において、チャネル長はS2 (14)の厚さ
で決められ、一般には、0.1〜3μここでは1.0μ
とした。かくのごとき短チャネルのため非単結晶半導体
(25)の移動度が単結晶の115〜1/100シかな
いにもかかわらず、10MHz以上のカットオフ周波数
特性を双対のトランジスタに有せしめた。
In this invention, the channel length is determined by the thickness of S2 (14), which is generally 0.1 to 3μ, here 1.0μ.
And so. Due to such a short channel, although the mobility of the non-single crystal semiconductor (25) is 115 to 1/100 times lower than that of a single crystal, the dual transistors were made to have a cutoff frequency characteristic of 10 MHz or more.

かくシテ、C/IGF 4 ンハータとしTV、、=1
0VV、、 =10V、動作周波数18.3MHz ヲ
得ルコトカテキた。
Kaku Shite, C/IGF 4 Nharta Toshi TV,, = 1
0VV = 10V, operating frequency 18.3MHz.

また逆方向リークは、第1図に示すようなSlまたはS
3を5ixC1−)< (0< x < 1 例えばX
=0.2)とすることにより、さらにS2を5iIN+
−C(0<X<4)または5iXC1−x (0<x<
 1)として絶縁物化することにより、このSl、S3
の不純物が52に流入することが少なくなり、このN 
=1接合またはP−1接合のリークは逆方向にIOVを
加えても10nA/−以下であった。これは単結晶の逆
リークよりもさらに2〜3桁も少なく、非単結晶半導体
特有の物性を積極的に利用したことによる好ましいもの
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31、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5ixC1−x(Q<x<
1例えば! =0.2 )とした。その結果150℃で
1000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51またはS3を形成した
場合、150℃で10時間も耐えないことを考えると、
きわめて高い信頼性の向上となった。
In addition, reverse leakage is caused by Sl or S as shown in Figure 1.
3 to 5ixC1-) < (0 < x < 1 For example, X
=0.2), S2 is further reduced to 5iIN+
-C (0<X<4) or 5iXC1-x (0<x<
By making it into an insulator as 1), this Sl, S3
impurities flowing into 52 are reduced, and this N
The leakage of =1 junction or P-1 junction was less than 10 nA/- even when IOV was applied in the opposite direction. This is 2 to 3 orders of magnitude lower than the reverse leakage of single crystals, which is preferable because physical properties specific to non-single crystal semiconductors are actively utilized. Furthermore, in operation at high temperatures, the metal of the electrode easily mixes into the non-single crystal 31, S3 and causes defects, so the side close to this electrode is 5ixC1-x (Q<x<
1 For example! =0.2). As a result, even though the device was operated at 150° C. for 1,000 hours, no malfunction was found even after evaluating 1,000 devices. This is because if 51 or S3 were formed with only amorphous silicon in close contact with this electrode, it would not be able to withstand 150°C for 10 hours.
This resulted in an extremely high level of reliability improvement.

以上の説明においては、チャネル形成領域として第4の
半導体を用いた。しかし第2の半導体を水素が添加され
た非単結晶珪素とし、この側表面をしてチャネル形成領
域とすることも可能である。
In the above description, the fourth semiconductor was used as the channel formation region. However, it is also possible to use non-monocrystalline silicon to which hydrogen is added as the second semiconductor, and use this side surface as the channel formation region.

即ち、ゲイト絶縁物は第1、第2および第3の半導体の
側表面上に第2図と同様にして作製したそして一方がP
IF接合を構成し、他方がNIN接合(実際にはPNI
NP )とすることにより、C/IGFを作った。
That is, gate insulators were prepared on the side surfaces of the first, second and third semiconductors in the same manner as in FIG.
One constitutes an IF junction and the other constitutes an NIN junction (actually PNI junction).
NP) to create C/IGF.

かかる構造とすることにより、第4の半導体を積層する
工程が減少する特長を有す。しかし第2の半導体の表面
は第5のマスクのエツチングにより大気等に触れるため
、界面で再結合中心が多くなり、周波数特性は3〜4M
l1zも下がってしまった。
This structure has the advantage that the number of steps for stacking the fourth semiconductor is reduced. However, since the surface of the second semiconductor comes into contact with the atmosphere due to the etching of the fifth mask, there are many recombination centers at the interface, resulting in a frequency characteristic of 3 to 4M.
l1z has also gone down.

以上の説明のごとく、本発明は積層型のIGF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C/IGFを
作ることが可能になった。そしてその応用として、イメ
ージセンサ、液晶表示ディスプレイにまで発展させるこ
とが可能になった。
As explained above, since the present invention is a stacked IGF,
It has become possible to create a plurality of C/IGFs on a substrate, especially an insulating substrate, without using high-precision photolithography technology as in the past. As an application, it has become possible to develop it into image sensors and liquid crystal displays.

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(SixC1−)< 0 < x < 
1 )。
The non-single crystal semiconductor in the present invention is silicon, germanium, or silicon carbide (SixC1-)<0<x<
1).

絶縁体は炭化珪素または窒化珪素を用いた。Silicon carbide or silicon nitride was used as the insulator.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本従来の相補型絶縁ゲイI・型半導体装置を示
す。 第2図は本発明の相補型積層型絶縁ゲイト型半導体装置
の工程を示す縦断面図を示す。 第3図は本発明構造の積層型絶縁ゲイト型半導体の平面
図および等価回路を示す。 特許出願人 代衣有 山 −舛 平iシル 老1口
FIG. 1 shows a conventional complementary insulated gay I-type semiconductor device. FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view showing the process of manufacturing a complementary stacked insulated gate type semiconductor device of the present invention. FIG. 3 shows a plan view and an equivalent circuit of a stacked insulated gate type semiconductor having the structure of the present invention. Patent applicant: Iari Yama - Masu Hei Shiruro 1 mouth

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、基板上の導体の第1の電極上の第1の半導体、第2
の半導体または絶縁体、第3の半導体および導体の第2
の電極を概略同一形状に積層した積層体を有し、前記第
1および第3の半導体をしてソースおよびドレインを構
成せしめ、前記積層体の側部に隣接して第4の半導体を
チャネル形成領域を構成して設け、該第4の半導体上の
ゲイト絶縁膜と該ゲイト絶縁膜上に隣接して2つのゲイ
ト電極を前記積層体の2つの側面に配設して第1および
第2の絶縁ゲイト型半導体装置を設け、前記第1および
第2の絶縁ゲイト型半導体装置は一方がPチャネル型を
有し、他方がNチャネル型を有することを特徴とする絶
縁ゲイト型半導体装置。 2、基板上の導体の第1の電極上の第1の半導体、第2
の半導体、第3の半導体および導体の第2の電極を概略
同一形状に積層した積層体を有し、前記第1および第3
の半導体をしてソースおよびドレインを構成せしめ、前
記第2の半導体の側表面にチャネル形成領域を構成して
設け、該第2の半導体上のゲイト絶縁膜と該ゲイト絶縁
膜上に隣接して2つのゲイト電極を前記積層体の2つの
側面に配設して第1および第2の絶縁ゲイト型半導体装
置を設け、前記第1および第2の絶縁ゲイト型半導体装
置は一方がPチャネル型を有し、他方がNチャネル型を
有することを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。 3、特許請求の範囲第1項または第2項において、第1
および第2の絶縁ゲイト型電界効果半導体装置における
第1の電極または第2の電極の少なくとも一方は、共通
の導体により連結されたことを特徴とする絶縁ディト型
半導体装置。 4、特許請求の範囲第1項または第2項において、一方
の絶縁ゲイト型電界効果半導体装置における第1および
第3の半導体は、P型半導体とN型半導体とが密接して
設けられたことを特徴とする絶縁ゲイト型半導体装置。 5、特許請求の範囲第1項番か陰参≠項において・第2
の半導体または絶縁体はSi、N4−え(0≦X〈4)
)または5ixCI−x (0≦x〈1)を主成分とし
たことを特徴とする固体表示装置。
[Claims] 1. a first semiconductor on a first electrode of a conductor on a substrate;
a semiconductor or an insulator, a third semiconductor and a second conductor.
a stacked body in which electrodes are stacked in substantially the same shape, the first and third semiconductors constitute a source and a drain, and a fourth semiconductor adjacent to a side of the stacked body forms a channel. A gate insulating film on the fourth semiconductor and two gate electrodes adjacent to the gate insulating film are disposed on two side surfaces of the stacked body, and a first and second An insulated gate type semiconductor device comprising an insulated gate type semiconductor device, wherein one of the first and second insulated gate type semiconductor devices has a P channel type and the other has an N channel type. 2, the first semiconductor on the first electrode of the conductor on the substrate, the second
a laminate in which a semiconductor, a third semiconductor, and a second electrode of a conductor are laminated in approximately the same shape,
A semiconductor is used to form a source and a drain, a channel formation region is formed and provided on a side surface of the second semiconductor, and a gate insulating film on the second semiconductor and a channel forming region are formed adjacent to the gate insulating film on the second semiconductor. First and second insulated gate type semiconductor devices are provided by disposing two gate electrodes on two side surfaces of the stacked body, and one of the first and second insulated gate type semiconductor devices is of a P-channel type. 1. An insulated gate type semiconductor device characterized in that the other has an N-channel type. 3. In claim 1 or 2, the first
and a second insulated gate field effect semiconductor device, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is connected by a common conductor. 4. In claim 1 or 2, the first and third semiconductors in one insulated gate field effect semiconductor device are provided with a P-type semiconductor and an N-type semiconductor in close contact with each other. An insulated gate semiconductor device characterized by: 5. In the first or second claim ≠, the second claim
The semiconductor or insulator is Si, N4-e (0≦X<4)
) or 5ixCI-x (0≦x<1) as a main component.
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