JPS60160170A - 薄膜トランジスタ - Google Patents
薄膜トランジスタInfo
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- JPS60160170A JPS60160170A JP1542684A JP1542684A JPS60160170A JP S60160170 A JPS60160170 A JP S60160170A JP 1542684 A JP1542684 A JP 1542684A JP 1542684 A JP1542684 A JP 1542684A JP S60160170 A JPS60160170 A JP S60160170A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
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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。
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、オン電流が大きくとｎ、動作速度の速い薄膜
トランジスタの実現に関する。
トランジスタの実現に関する。
近年、ガラスなどの絶縁性基板上に形成できる薄膜トラ
ンジスタの開発が各所で盛んである。絶縁性基板上に、
薄膜トランジスタからなるスイッチ素子をプレイ状に設
けたアクティブマトリクヌ型の液晶、エレクトロクロミ
ック、エレクトロルミネッセンスなどの表示装置は、画
素間のクロ７トークが無く、高速動作が可能なので７７
画像などの表示を可能にする。薄膜トランジスタに用い
る半導体膜としては、プラズマＯＶＤ法などによって、
ガラスなどの基板上に低温で大面積かつ安価に形成でき
る水素化非晶質シリコン膜やフッ素化非晶質シリコン膜
などが有望とさｎている。
ンジスタの開発が各所で盛んである。絶縁性基板上に、
薄膜トランジスタからなるスイッチ素子をプレイ状に設
けたアクティブマトリクヌ型の液晶、エレクトロクロミ
ック、エレクトロルミネッセンスなどの表示装置は、画
素間のクロ７トークが無く、高速動作が可能なので７７
画像などの表示を可能にする。薄膜トランジスタに用い
る半導体膜としては、プラズマＯＶＤ法などによって、
ガラスなどの基板上に低温で大面積かつ安価に形成でき
る水素化非晶質シリコン膜やフッ素化非晶質シリコン膜
などが有望とさｎている。
しかし、一方とｎら非晶質シ’）１７Ｍで形成した薄膜
トランジスタで得らｎる電界効果移動度は〜０．１１ａ
ｌ／Ｖ、ｓなｏ−ｃ、ｘＯＶ程Ｋｔｖ動作’Ｒ圧で１０
″″Ｉム以上の電流を得られるトランジスタの実現は困
難である。この為、動作周波数が数１０ＫＨ２以上の回
路を非晶質シリコンのトランジスタで実現するのは困難
とさｎていた。非晶質シリコン薄膜トランジスタは、ア
クティブマトリクヌ盤表示装置の画素毎のスイッチトラ
ンジスタとしては充分な動作速度を有するものの、数Ｍ
Ｈｚ以上の動作周波数を要求される、ＴＶ画像表示用の
周辺回路の適用には不充分な動作速度である。従来の方
法では、この種の周辺回路拡単結晶シリコン上に形成し
たＭＯ日ｌ０を用い、表示装置との間を数百ケ所の端子
で接続して了りテイプマトリクヌ型表示装置を駆動して
い喪。それ故、従来の了りテイプマトリクヌ型表示装置
は （１）回路接続の費用が安価にできないＣ）周辺回路の
部分をコ／ノ（クトにできない（３）実装後の信頼性が
劣る などの欠点を持っていた。
トランジスタで得らｎる電界効果移動度は〜０．１１ａ
ｌ／Ｖ、ｓなｏ−ｃ、ｘＯＶ程Ｋｔｖ動作’Ｒ圧で１０
″″Ｉム以上の電流を得られるトランジスタの実現は困
難である。この為、動作周波数が数１０ＫＨ２以上の回
路を非晶質シリコンのトランジスタで実現するのは困難
とさｎていた。非晶質シリコン薄膜トランジスタは、ア
クティブマトリクヌ盤表示装置の画素毎のスイッチトラ
ンジスタとしては充分な動作速度を有するものの、数Ｍ
Ｈｚ以上の動作周波数を要求される、ＴＶ画像表示用の
周辺回路の適用には不充分な動作速度である。従来の方
法では、この種の周辺回路拡単結晶シリコン上に形成し
たＭＯ日ｌ０を用い、表示装置との間を数百ケ所の端子
で接続して了りテイプマトリクヌ型表示装置を駆動して
い喪。それ故、従来の了りテイプマトリクヌ型表示装置
は （１）回路接続の費用が安価にできないＣ）周辺回路の
部分をコ／ノ（クトにできない（３）実装後の信頼性が
劣る などの欠点を持っていた。
非晶質シリコン薄膜トランジスタは、ガラス基板上に形
成した、光などのセンサーとしても応用Ｉｔ期待されて
いるが、この場合にも周辺回路との接続の問題は表示装
置の事情と同様である。
成した、光などのセンサーとしても応用Ｉｔ期待されて
いるが、この場合にも周辺回路との接続の問題は表示装
置の事情と同様である。
本発明の目的は、動作速度の速い薄膜トランジスタを実
現することにより、上記のごとき従来の欠点を無くして
、同一絶縁性基板上に、表示装置あるいは、センサーと
七わらの周辺回路を同時に設ける手段を提供することで
ある。
現することにより、上記のごとき従来の欠点を無くして
、同一絶縁性基板上に、表示装置あるいは、センサーと
七わらの周辺回路を同時に設ける手段を提供することで
ある。
以下実施例に基づいて、図面により本発明を説明する。
第１図（ロ））は、本発明の電界効果型の薄膜トランジ
スタのチャンネル領域の断面での、フラットバンド状態
のバンド構造を示す図でおる。第１図（α）で、１はゲ
ート電極金属、２はゲート絶縁膜、３は禁制帯巾”Ｉｓ
厚さ１５０Ａ以下のｎ型にドープさｎた第一の半導体層
、４は３と同じ禁制帯巾ＥＩで、厚さｔｏｏｏＺ以上の
、不純物のドープ量が３よ）も少い第二の半導体層でお
る。Ｅ（’ｌ５ＩＩｌｖ１はそれぞｎ第一の半導体層３
の伝導帯端、価電子帯端のエネルギー。Ｂ６． 、Ｉ！
ｉｖ＠はそｎぞれ第二の半導体層の、伝導帯端、価電子
帯端のエネルギーである。Ｉｆ！ｔｏはゲート電極１の
フエルミレベ、１１／、Ｂｙは半導体層３．４に共通り
、＊７：ｒ−ルミレベルである。１のゲート電極金属の
材料の一例と１−ては、ツバツタ法、真空蒸着法などで
形成さｎるアルミニウム、クロム、モリブデン等が用い
らｔ″Ｌ１厚さは通常５００〜３０００ムである。２の
ゲート絶縁膜は％ツバツタ法、真空蒸着法、プラズマＯ
ＶＤ法などで形成さｎる、二酸化シリコン、窒化シリコ
ン等が用いられ、厚さは通常５００〜３０００ムである
。本発明の薄膜トランジスタはガラスなどの単結晶では
ない絶縁性基板上に形成されるので、３および４０半導
体膜として妹、プラズマａｖ’ｎ法、光Ｇ’ＶＤ法など
で、５００℃以下の基板上に形成できる、非晶質あるい
は微結晶化半導体膜が用いられる。特に非晶質シリコン
線プラズマＯＶＤ法、光ｏｖｐ法などで形成すると、禁
制帯内の局在準位密度が１０”／ｄ ＬＶ以下の良好な
半導体膜が得られることが知らｎているので本発明に用
いる半導体膜として適している。微結晶または非晶質シ
リコンは、リン、ボロン等の不純物をドープすることに
より％型にもＰｆｆｌにも導電の型を変光らｎることが
知られている。更に）／ドープＯ膜は真性に近い牛導体
の性質が得らｎることも知らｎている。
スタのチャンネル領域の断面での、フラットバンド状態
のバンド構造を示す図でおる。第１図（α）で、１はゲ
ート電極金属、２はゲート絶縁膜、３は禁制帯巾”Ｉｓ
厚さ１５０Ａ以下のｎ型にドープさｎた第一の半導体層
、４は３と同じ禁制帯巾ＥＩで、厚さｔｏｏｏＺ以上の
、不純物のドープ量が３よ）も少い第二の半導体層でお
る。Ｅ（’ｌ５ＩＩｌｖ１はそれぞｎ第一の半導体層３
の伝導帯端、価電子帯端のエネルギー。Ｂ６． 、Ｉ！
ｉｖ＠はそｎぞれ第二の半導体層の、伝導帯端、価電子
帯端のエネルギーである。Ｉｆ！ｔｏはゲート電極１の
フエルミレベ、１１／、Ｂｙは半導体層３．４に共通り
、＊７：ｒ−ルミレベルである。１のゲート電極金属の
材料の一例と１−ては、ツバツタ法、真空蒸着法などで
形成さｎるアルミニウム、クロム、モリブデン等が用い
らｔ″Ｌ１厚さは通常５００〜３０００ムである。２の
ゲート絶縁膜は％ツバツタ法、真空蒸着法、プラズマＯ
ＶＤ法などで形成さｎる、二酸化シリコン、窒化シリコ
ン等が用いられ、厚さは通常５００〜３０００ムである
。本発明の薄膜トランジスタはガラスなどの単結晶では
ない絶縁性基板上に形成されるので、３および４０半導
体膜として妹、プラズマａｖ’ｎ法、光Ｇ’ＶＤ法など
で、５００℃以下の基板上に形成できる、非晶質あるい
は微結晶化半導体膜が用いられる。特に非晶質シリコン
線プラズマＯＶＤ法、光ｏｖｐ法などで形成すると、禁
制帯内の局在準位密度が１０”／ｄ ＬＶ以下の良好な
半導体膜が得られることが知らｎているので本発明に用
いる半導体膜として適している。微結晶または非晶質シ
リコンは、リン、ボロン等の不純物をドープすることに
より％型にもＰｆｆｌにも導電の型を変光らｎることが
知られている。更に）／ドープＯ膜は真性に近い牛導体
の性質が得らｎることも知らｎている。
次に、本発明の薄膜トランジスタの動作について説明す
る。第１図（６）は、第１図（Ｃ）の薄膜トランジスタ
のゲート電極に正電圧を加えてオン状態としたときのバ
ンド図を示す。半導体層３の伝導帯に、誘起された電子
は、厚さｘｓｏｆｆｉ以下の非常に薄い領域に閉じ込め
らｎる。この為、半導体層３の厚さ方向の電子の運動は
量子化さｎ、半導体層３の伝導帯の電子は二次元ε子ガ
スとして振るまり。二次元電子ガスの状態密度は、伝導
帯端ではＯで、−足のエネルギーΔＥだけ上の所から有
限の０で無い値をとり、二次元電子ガス化していない場
合と比べ大きな自由電子警度を得る。更に、非晶質物質
中の伝導帯を流ｎる電子は伝導体からのエネルギー差が
大きな程、不規則な原子配列によるポテンシャルから受
ける影響が小さくなり大きなモビリティ（）１０ ａｉ
／ Ｖ 、 Ｂｅｅ）を有する。こうして、電子濃度
とモビリティ−が大きな第１図φ）のトランジスタは大
きな電流を流せるので高速で動作する。室温付近で二次
元電子ガスが得らｎる条件は、第１図０）で△Ｅ十Δに
、がＱ、３ｓ”ｌ以上で、半導体層３の厚さが１ｓｏ′
ｉ−以下と薄い場合である。以上の説明のごとく本発明
による、チャンネル部の構造を持つ薄膜トランジスタは
、ゲート電圧の印加により、チャンネルのコンダクタン
スを制御でき、かつ大きなオン電流が流せ、高速で動作
する。以下具体的な構造で本発明の実施例を示す。
る。第１図（６）は、第１図（Ｃ）の薄膜トランジスタ
のゲート電極に正電圧を加えてオン状態としたときのバ
ンド図を示す。半導体層３の伝導帯に、誘起された電子
は、厚さｘｓｏｆｆｉ以下の非常に薄い領域に閉じ込め
らｎる。この為、半導体層３の厚さ方向の電子の運動は
量子化さｎ、半導体層３の伝導帯の電子は二次元ε子ガ
スとして振るまり。二次元電子ガスの状態密度は、伝導
帯端ではＯで、−足のエネルギーΔＥだけ上の所から有
限の０で無い値をとり、二次元電子ガス化していない場
合と比べ大きな自由電子警度を得る。更に、非晶質物質
中の伝導帯を流ｎる電子は伝導体からのエネルギー差が
大きな程、不規則な原子配列によるポテンシャルから受
ける影響が小さくなり大きなモビリティ（）１０ ａｉ
／ Ｖ 、 Ｂｅｅ）を有する。こうして、電子濃度
とモビリティ−が大きな第１図φ）のトランジスタは大
きな電流を流せるので高速で動作する。室温付近で二次
元電子ガスが得らｎる条件は、第１図０）で△Ｅ十Δに
、がＱ、３ｓ”ｌ以上で、半導体層３の厚さが１ｓｏ′
ｉ−以下と薄い場合である。以上の説明のごとく本発明
による、チャンネル部の構造を持つ薄膜トランジスタは
、ゲート電圧の印加により、チャンネルのコンダクタン
スを制御でき、かつ大きなオン電流が流せ、高速で動作
する。以下具体的な構造で本発明の実施例を示す。
第２図は、本発明の薄膜トランジスタの一実施例のチャ
／ネル部の断面の構造を示す図である。
／ネル部の断面の構造を示す図である。
第２図で５はガラスなどの絶縁性基板、６はアルミニウ
ム、クロム等のゲート電極、７は二酸化シリコン、チツ
化シリコン等よりなるゲート絶縁膜、８はｎ型にドープ
さｎた非晶質シリコン等よりなる厚さ１５０Ａ以下の第
１の半導体層、９．１０はそｎぞ牡ソー、ス、ドレイン
接触の為のｎ十非晶質シリコ／層、ｉｉ 、 １２はそ
オＬぞれソース、ドレイン電極、１３は不純物をドープ
していない第２の、厚さ１００ＯＡ以上の非晶質シリコ
／層、１４は保護用絶縁層で、二酸化シリコン、チツ化
シリコン等よりなる。第１及び第２非晶質シリコン層は
プラズマＯＶＤ法、光ＯＶＤ法彦どで形成することがで
き、水素、フッ素等を含んでいても良い。また非晶質で
なく、微結晶化シリコン（プラズマＯＶＤ法等で形成し
た〕を第１及び第２の半導体層としても良い。
ム、クロム等のゲート電極、７は二酸化シリコン、チツ
化シリコン等よりなるゲート絶縁膜、８はｎ型にドープ
さｎた非晶質シリコン等よりなる厚さ１５０Ａ以下の第
１の半導体層、９．１０はそｎぞ牡ソー、ス、ドレイン
接触の為のｎ十非晶質シリコ／層、ｉｉ 、 １２はそ
オＬぞれソース、ドレイン電極、１３は不純物をドープ
していない第２の、厚さ１００ＯＡ以上の非晶質シリコ
／層、１４は保護用絶縁層で、二酸化シリコン、チツ化
シリコン等よりなる。第１及び第２非晶質シリコン層は
プラズマＯＶＤ法、光ＯＶＤ法彦どで形成することがで
き、水素、フッ素等を含んでいても良い。また非晶質で
なく、微結晶化シリコン（プラズマＯＶＤ法等で形成し
た〕を第１及び第２の半導体層としても良い。
第３図は、本発明の薄膜トランジスタの他の実施例の断
面構造を示す図である。第３図で１５はガラスなどの絶
縁性基板、１６はゲート電極、１７はゲート絶縁膜、１
８は非晶質シリコンよりなる厚さ１５０Ａ以下（り第１
の半導体層、１．９．２０はそｒｔ−ｔ’ｎソーソード
レイン電極、２１は厚さ１０００五以上のノンドープ又
はＰ型の非晶質シリコン層、ｎは保護用絶縁層である。
面構造を示す図である。第３図で１５はガラスなどの絶
縁性基板、１６はゲート電極、１７はゲート絶縁膜、１
８は非晶質シリコンよりなる厚さ１５０Ａ以下（り第１
の半導体層、１．９．２０はそｒｔ−ｔ’ｎソーソード
レイン電極、２１は厚さ１０００五以上のノンドープ又
はＰ型の非晶質シリコン層、ｎは保護用絶縁層である。
本実施例では、ソース、ドレインが、半導体層１８と絶
縁層１７の界面に形成さｎるチャンネルと同じ平面上に
あるので、ソース。
縁層１７の界面に形成さｎるチャンネルと同じ平面上に
あるので、ソース。
ドレイン部で、第３図の場合には現わｎる、第２０半導
体層の抵抗を除くことができ、より高性能のトランジス
タを実現できる。半導体層２１がＰ型の場合は、第１図
（−で、ΔＥＣがより大きな場合として考えることがで
きる。
体層の抵抗を除くことができ、より高性能のトランジス
タを実現できる。半導体層２１がＰ型の場合は、第１図
（−で、ΔＥＣがより大きな場合として考えることがで
きる。
以上に記した本発明の薄膜トランジスタは、ガラスなど
の絶縁性基板上に形成でき、高速の動作が可能なので、
同一基板上に表示部と駆動回路を形成した、回路接続が
安価で、コンパクト、信頼性の高いアクティブマトリク
ヌ型表示装置や、同一基板上にセンサーと駆動回路を有
するデバイスの実現を可能にした。
の絶縁性基板上に形成でき、高速の動作が可能なので、
同一基板上に表示部と駆動回路を形成した、回路接続が
安価で、コンパクト、信頼性の高いアクティブマトリク
ヌ型表示装置や、同一基板上にセンサーと駆動回路を有
するデバイスの実現を可能にした。
第１図（α）、第１図（６）は本発明の実施例のバンド
構造を示す図、第２図、第３図は本発明の実施例、の断
面構造を示す図である。 １０．ゲート電極、２１．ゲート絶縁層、３゜４０．半
導体層、５０．ガラス基板、６１．ゲート電極、７０．
ゲート絶縁膜、８０．半導体層、ｇ、１ｏ、、ｎ土層、
１１０．ソース電極、１２８．ドレイン電極、１３．、
半導体層ｓ １４−−絶縁層、１５０．ガラス基板、１
６０．ゲート電極、１７０．ゲート絶縁層、１８ 、
、 ｎ土層、１９０．ソース電極、加、。ドレイ／電極
、２１ 、 、半導体層、乙１．絶縁層。 以上 第１図（ａ） 第１図（ｉｐ） ｌど
構造を示す図、第２図、第３図は本発明の実施例、の断
面構造を示す図である。 １０．ゲート電極、２１．ゲート絶縁層、３゜４０．半
導体層、５０．ガラス基板、６１．ゲート電極、７０．
ゲート絶縁膜、８０．半導体層、ｇ、１ｏ、、ｎ土層、
１１０．ソース電極、１２８．ドレイン電極、１３．、
半導体層ｓ １４−−絶縁層、１５０．ガラス基板、１
６０．ゲート電極、１７０．ゲート絶縁層、１８ 、
、 ｎ土層、１９０．ソース電極、加、。ドレイ／電極
、２１ 、 、半導体層、乙１．絶縁層。 以上 第１図（ａ） 第１図（ｉｐ） ｌど
Claims (3)
- （１）ゲート電極、ゲート絶縁膜、半導体層、ソース電
極、ドレイン電極よりなり、半導体層は、厚さ１５０Ａ
Ｊ９Ｊ下の不純物をドープした第一の半導体層と、不純
物濃度が上記第一の半導体層よりも少いかまたは逆の尊
電型の厚さ１００ＯＡ以上の第二の半導体層が積層さｎ
ていることを特徴とする、絶縁性基板上に形成さｎた、
電界効果型の薄膜トランジスタ。 - （２）第一の半導体層と第二の半導体層は、非晶質シリ
コンであることを特徴とする特許請求の範囲第一項記載
の薄膜トランジスタ。 - （３）第一の半導体層と第二の半導体層は、微結晶化シ
リコンであることを特徴とする特許請求の範囲第一項記
載の薄膜トランジスタ。
Priority Applications (1)
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| JP1542684A JPS60160170A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | 薄膜トランジスタ |
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| JP1542684A JPS60160170A (ja) | 1984-01-31 | 1984-01-31 | 薄膜トランジスタ |
Publications (1)
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| JPS60160170A true JPS60160170A (ja) | 1985-08-21 |
Family
ID=11888445
Family Applications (1)
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