JP2006344905A - Field effect transistor, electro-optical device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電界効果トランジスタ、電気光学装置及び電子機器に関する。 The present invention relates to a field effect transistor, an electro-optical device, and an electronic apparatus.
電界効果トランジスタ(FET)においては、ドレイン端での電界集中によりホットキャリアが発生し、リーク電流の増大やドレイン領域の劣化などの問題を引き起こすことが知られている。このような問題を解消するため、ドレイン領域側のチャネル幅を広く設定することで、ドレイン端での電界を緩和する方法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
In a field effect transistor (FET), it is known that hot carriers are generated due to electric field concentration at the drain end, causing problems such as an increase in leakage current and deterioration of the drain region. In order to solve such a problem, a method has been proposed in which the electric field at the drain end is relaxed by widening the channel width on the drain region side (see, for example,
図8は特許文献1に記載されている技術を適用したFETの要部構成を示す平面図であり、図9は特許文献2に記載されている技術を適用したFETの要部構成を示す平面図である。
図8に示すように、基板の上にはソース領域2S、チャネル領域2C、ドレイン領域2Dを備える半導体薄膜2が形成される。半導体薄膜2は、平面的にみてドレイン領域2Dの幅がソース領域2Sの幅に比べて大きくなるように、かつ、その形状がソース領域2Sからドレイン領域2Dに向けてテーパ状に拡がるようにパターニングされる。
FIG. 8 is a plan view showing a main part configuration of an FET to which the technique described in
As shown in FIG. 8, a semiconductor
このように、ドレイン領域2Dの幅がソース領域2Sの幅に比べて大きく、かつ、その形状がソース領域2Sからドレイン領域2Dに向けてテーパ状に拡がるように形成することでドレイン端での電界を緩和することができるが、ドレイン電極6Dとソース電極6Sは固定されてしまうという問題がある。
例えば、N型のトランジスタであれば電位の低い方の電極がソース電極、電位の高い方の電極がドレイン電極となるが、トランジスタの中にはパストランジスタのように回路の動作によってソース電極とドレイン電極が入れ替わるものも存在する。このようなパストランジスタを構成するためには、ソース電極とドレイン電極の入れ替わりを可能としなければならないが、上記技術においてはドレイン電極6Dとソース電極6Sは固定されてしまうため、パストランジスタを構成することはできない。
また、露光時のアライメントずれなどにより、ゲート電極の位置がずれると最小チャネル幅が変わってしまうという問題がある。
Thus, the electric field at the drain end is formed by forming the
For example, in the case of an N-type transistor, the electrode having the lower potential serves as the source electrode and the electrode having the higher potential serves as the drain electrode. There are also electrodes that are replaced. In order to configure such a pass transistor, the source electrode and the drain electrode must be interchanged. However, in the above technique, the
In addition, there is a problem that the minimum channel width changes when the position of the gate electrode is shifted due to misalignment during exposure.
これに対し、ソース領域2Sの幅とドレイン領域2Dの幅とを等しく、かつ、大きく設定した場合には(図9参照)、ソース電極とドレイン電極との入れ替えが可能となるため、パストランジスタを構成することができる。しかしながら、図9に示すように、チャネル領域内部にてチャネル領域2Cからドレイン領域2D及びソース領域2Sに向けてその幅が非連続に(急峻に)大きく変化している場合には、結局、角部Cにおいて電界が集中し、発熱などによって特性が悪化してしまうといった問題があった。
On the other hand, when the width of the
本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、ソース電極とドレイン電極の入れ替えが可能であり、かつ、ドレイン端での電界緩和を実現することができる電界効果トランジスタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and provides a field effect transistor that can replace a source electrode and a drain electrode and can realize electric field relaxation at the drain end. Objective.
上記目的を達成するため、本発明に係る電界効果型トランジスタは、ソース領域、チャネル領域、ドレイン領域が形成された半導体膜と、ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介してチャネル領域に対向配置されたゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極とを備えた電界効果トランジスタであって、前記半導体膜のチャネル幅は、該半導体膜の中央部において最小となっており、該中央部からソース・ドレイン端に向かってテーパ状に拡がっていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a field effect transistor according to the present invention includes a semiconductor film in which a source region, a channel region, and a drain region are formed, a gate insulating film, and a channel region opposed to the channel region. A field effect transistor having a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, wherein the channel width of the semiconductor film is minimum at a central portion of the semiconductor film, It is characterized by expanding in a tapered shape toward the end.
かかる構成によれば、半導体膜のチャネル幅は中央部おいて最小となっており、該中央部からソース・ドレイン端に向かってテーパ状に拡がっているため(図1(b)参照)、電界が集中する角部は形成されず(図9参照)、ドレイン端での電界を確実に緩和することができる。これにより、ホットキャリアの発生や発熱が抑制されるとともに、リーク電流が低減され、信頼性の高い特性を得ることができる。 According to such a configuration, the channel width of the semiconductor film is the smallest in the central portion, and since it extends from the central portion toward the source / drain end in a tapered shape (see FIG. 1B), the electric field Is not formed (see FIG. 9), and the electric field at the drain end can be reliably relaxed. As a result, generation of hot carriers and heat generation are suppressed, leakage current is reduced, and highly reliable characteristics can be obtained.
また、ドレイン領域及びソース領域は対象形となり、ソース電極とドレイン電極の入れ替えが可能となるため、パストランジスタとして利用することができる。 In addition, since the drain region and the source region have a target shape and the source electrode and the drain electrode can be interchanged, they can be used as pass transistors.
また、露光時のアライメントずれなどにより、ゲート電極の位置がずれたとしても、最小チャネル幅Wminとなる半導体薄膜の中央部がゲート電極と重なる範囲内であれば(例えば、パターニング誤差VがV≦L/2程度であれば)、最小チャネル幅Wminは一定となり、オン電流を安定させることができる。 Even if the position of the gate electrode is shifted due to misalignment at the time of exposure or the like, as long as the central portion of the semiconductor thin film having the minimum channel width Wmin is within the range overlapping the gate electrode (for example, the patterning error V is V ≦ V ≦ If it is about L / 2), the minimum channel width Wmin is constant, and the on-current can be stabilized.
ここで、上記構成にあっては、前記チャネル領域の下部には所定の膜厚を有するギャップ材が設けられ、前記チャネル領域中央部の膜厚は、チャネル領域のソース・ドレイン端近傍における膜厚よりも薄くなっている態様が好ましい。
さらに、本願発明におけるギャップ材は、チャネル中央部において膜厚が厚く、ソース・ドレイン領域に近づくにつれて薄くなる様態が好ましい。その様な構成とすることで、半導体膜のチャネル部の膜厚は、チャネル中央部からソース・ドレイン端に向かって徐々に厚くなっていくので、電界の集中を確実に緩和することができる。
Here, in the above configuration, a gap material having a predetermined film thickness is provided below the channel region, and the film thickness at the center of the channel region is the film thickness in the vicinity of the source / drain ends of the channel region. The aspect which is thinner than that is preferable.
Furthermore, it is preferable that the gap material in the present invention is thick at the center of the channel and becomes thinner as it approaches the source / drain regions. With such a configuration, the thickness of the channel portion of the semiconductor film gradually increases from the center of the channel toward the source / drain ends, so that the concentration of the electric field can be reliably reduced.
また、本発明に係る別の電界効果トランジスタは、ソース領域、チャネル領域、ドレイン領域が形成された半導体膜と、ゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介してチャネル領域に対向配置されたゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極とを備えた電界効果トランジスタであって、前記チャネル領域の下部には所定の膜厚を有するギャップ材が設けられ、前記チャネル領域の膜厚は、ソース・ドレイン端における膜厚よりも狭くなっていることを特徴とする。かかる構成によっても、上記と同様、ホットキャリアの発生や発熱が抑制されるとともに、リーク電流が低減され、信頼性の高い特性を得ることができる。 Another field effect transistor according to the present invention includes a semiconductor film in which a source region, a channel region, and a drain region are formed, a gate insulating film, and a gate electrode disposed to face the channel region through the gate insulating film. And a source electrode and a drain electrode, wherein a gap material having a predetermined thickness is provided below the channel region, and the channel region has a thickness at the source / drain ends. It is characterized by being narrower than the film thickness. Even with such a configuration, generation of hot carriers and heat generation can be suppressed, leakage current can be reduced, and highly reliable characteristics can be obtained as described above.
また、上記電界効果トランジスタを電気光学装置や電子機器に適用しても良い。ここで、電気光学装置とは、例えば、液晶素子、電気泳動粒子が分散した分散媒体を有する電気泳動素子、EL素子等を備えた装置であって、電界効果トランジスタを駆動回路等に適用した装置をいう。また、電子機器とは、本発明に係る電界効果トランジスタを備えた一定の機能を奏する機器一般をいい、例えば電気光学装置やメモリを備えて構成される。その構成に特に限定は無いが、例えばICカード、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ、ヘッドマウントディスプレイ、リア型またはフロント型のプロジェクター、さらに表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、DSP装置、PDA、電子手帳、電光掲示板、宣伝広告用ディスプレイ等が含まれる。 The field effect transistor may be applied to an electro-optical device or an electronic apparatus. Here, the electro-optical device is, for example, a device including a liquid crystal element, an electrophoretic element having a dispersion medium in which electrophoretic particles are dispersed, an EL element, and the like, and an apparatus in which a field effect transistor is applied to a drive circuit or the like Say. An electronic device refers to a general device having a certain function provided with a field effect transistor according to the present invention, and includes, for example, an electro-optical device and a memory. The configuration is not particularly limited, but for example, an IC card, a mobile phone, a video camera, a personal computer, a head-mounted display, a rear-type or front-type projector, a fax machine with a display function, a digital camera finder, a portable TV, A DSP device, PDA, electronic notebook, electronic bulletin board, advertising display, etc. are included.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
A.第1実施形態
図1(a)は第1実施形態に係るFET10の断面図、図1(b)はFET10の要部構成を示す平面図である。
図1(a)に示すように、FET10は、基板1と半導体薄膜2とゲート絶縁膜3とゲート電極4と層間絶縁膜5とソース電極6Sとドレイン電極6Dを備えている。
ガラスなどの基板1の上にはポリシリコンなどの半導体薄膜2が形成される。具体的には、図1(b)に示すように、当該半導体薄膜の中央部(チャネル領域2Cの中央部)にてチャネル幅が最小となり(最小チャネル幅Wmin)、かつ、該チャネル幅が中央部からソース領域2Sの端部及びドレイン領域2Dの端部(以下、ソース・ドレイン端)に向かってテーパ状に拡がる半導体薄膜2が形成される。なお、半導体薄膜2の形状は図1(b)に示す形状に限る趣旨ではなく、図2や図3に示す形状であっても良い。
A. First Embodiment FIG. 1A is a cross-sectional view of an
As shown in FIG. 1A, the FET 10 includes a
A semiconductor
半導体薄膜2を形成すると、SiO2などのゲート絶縁膜3によって被覆し、ゲート絶縁膜3を介してチャネル領域2Cと対向する位置にタンタルやシリコンからなるゲート電極4を形成する。このゲート電極4をマスクとしてリンなどの不純物イオンを注入することで自己整合的にソース領域2Sとドレイン領域2Dを形成する。さらに、基板1の全面にSiO2などの層間絶縁膜5を形成した後、コンタクトホールを介してソース領域2Sとドレイン領域2Dに接続されたソース電極6Sとドレイン電極6Dを形成する。
When the semiconductor
以上説明したように、チャネル幅が中央部からソース・ドレイン端に向かってテーパ状に拡がるような半導体薄膜2を形成することで、電界が集中する角部は形成されず(前掲図9参照)、ドレイン端での電界を確実に緩和することができる。これにより、ホットキャリアの発生や発熱が抑制されるとともに、リーク電流が低減され、信頼性の高い特性を得ることができる。
As described above, by forming the semiconductor
また、ドレイン領域2C及びソース領域2Sは対象形であるため、ソース電極6Sとドレイン電極6Dの入れ替えが可能である。具体的には、図1(b)等に示すゲート電極4の左側に位置する半導体薄膜部分をソース領域2Sとし、右側に位置する半導体薄膜部分をドレイン領域2Dとすることも、反対にゲート電極の左側に位置する半導体薄膜をドレイン領域2Dとし、右側に位置する半導体薄膜部分をソース領域2Sとすることもできる。このように、ソース電極6Sとドレイン電極6Dの入れ替えが可能なため、パストランジスタとして利用することができる。
Further, since the
また、露光時のアライメントずれなどにより、ゲート電極4の位置がずれたとしても、最小チャネル幅Wminとなる半導体薄膜2の中央部がゲート電極4と重なる範囲内であれば(例えば、パターニング誤差VがV≦L/2程度であれば)、最小チャネル幅Wminは一定となり、オン電流を安定させることができる。
Even if the position of the
B.第2実施形態
上述した第1実施形態では、半導体薄膜2の平面形状(2次元形状)を規定することでドレイン端での電界集中やホットキャリアの発生を抑制したが、半導体薄膜2の立体形状(3次元形状)を規定することでドレイン端での電界集中やホットキャリアの発生を抑制しても良い。
B. Second Embodiment In the first embodiment described above, the planar shape (two-dimensional shape) of the semiconductor
図4(a)は第2実施形態に係るFET10’の断面図、図4(b)はFET10’の要部構成を示す平面図である。本実施形態に係るFET10’は、半導体薄膜2におけるチャネル領域2Cの下部に所定の膜厚を有するダミー薄膜(ギャップ材)20が設けられている点を除けば第1実施形態に係るFET10と同様である。よって、対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
FIG. 4A is a cross-sectional view of the
ダミー薄膜20は、半導体薄膜2の厚みを部分的に変えるものであり、絶縁材料を用いてチャネル領域2Cの下部に相当する位置に形成される。ダミー薄膜20の厚みや大きさ等は、ソース領域2S及びドレイン領域2Dとチャネル領域2Cとの膜厚の目標ギャップ等に応じて制御される。かかるダミー薄膜20を形成した後、半導体薄膜2を形成することで、チャネル領域2Cの膜厚d2はソース領域2S及びドレイン領域2Dの膜厚d1よりも小さくなり、両膜厚間に所望のギャップが得られる。これにより、平面的にみてソース領域2S、ドレイン領域2D及びチャネル領域2Cの幅を略均等に形成したとしても(図4(b)参照)、上記の如く生じた膜厚のギャップによりドレイン端での電界緩和やリーク電流の低減が可能となる。なお、上述した第1実施形態に本実施形態を適用し、半導体薄膜2の形状を図1(b)や図2、図3に示すような形状にしても良いのは勿論である。
さらに、第2実施形態に係るギャップ材はテーパ形状であることが好ましい。図5に断面図を示す。図5に示すような構成とすることで、半導体膜2のチャネル領域2Cの膜厚は、チャネル領域2Cの中央部からソース・ドレイン端に向かって徐々に厚くなっていくので、電界の集中を確実に緩和することができる。
The dummy
Furthermore, the gap material according to the second embodiment is preferably tapered. FIG. 5 shows a cross-sectional view. By adopting the configuration shown in FIG. 5, the
C.第3実施形態
図6は、第3実施形態に係る電気光学装置の一種である有機EL装置100の接続図を示す。
各画素領域に形成された画素回路は、電界発光効果により発光可能な発光層OELD、それを駆動するための制御回路を構成するFET110〜140を備えて構成される。一方、駆動回路領域に形成された各駆動回路150、160は、上記方法によって製造された複数のFET(図示略)を備えて構成されている。駆動回路150からは、走査線Vsel及び発光制御線Vgpが対応する各画素回路に供給され、駆動回路160からは、データ線Idataおよび電源線Vddが対応する各画素回路に供給されている。走査線Vselとデータ線Idataとを制御することにより、対応する各発光部OELDによる発光が制御可能になっている。なお、上記駆動回路は、発光要素に電界発光素子を使用する場合の回路の一例であり、他の回路構成も可能である。
C. Third Embodiment FIG. 6 is a connection diagram of an
A pixel circuit formed in each pixel region includes a light emitting layer OELD that can emit light by an electroluminescence effect, and
D.第4実施形態
図7は、第4実施形態に係る電子機器を例示した図である。
図7(a)は、本発明の製造方法によって製造されるFET等が搭載された携帯電話であり、当該携帯電話330は、電気光学装置(表示パネル)300、アンテナ部331、音声出力部332、音声入力部333及び操作部334を備えている。本発明は、例えば表示パネル300における画素回路及び駆動回路を構成するFETの製造に適用される。図7(b)は、本発明の製造方法によって製造されるビデオカメラであり、当該ビデオカメラ340は、電気光学装置(表示パネル)300、受像部341、操作部342及び音声入力部343を備えている。本発明は、例えば表示パネル300における画素回路及び駆動回路を構成するFETの製造に適用される。
D. Fourth Embodiment FIG. 7 is a diagram illustrating an electronic apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 7A shows a mobile phone on which an FET or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The
図7(c)は、本発明の製造方法によって製造されるFFT等が搭載された携帯型パーソナルコンピュータの例であり、当該コンピュータ350は、電気光学装置(表示パネル)300、カメラ部351及び操作部352を備えている。本発明は、例えば表示パネル300における画素回路及び駆動回路を構成するFETの製造に適用される。
FIG. 7C shows an example of a portable personal computer on which an FFT or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The
図7(d)は、本発明の製造方法によって製造されるFET等が搭載されたヘッドマウントディスプレイの例であり、当該ヘッドマウントディスプレイ360は、電気光学装置(表示パネル)300、バンド部361及び光学系収納部362を備えている。本発明は、例えば表示パネル300における画素回路及び駆動回路を構成するFETの製造に適用される。図7(e)は、本発明の製造方法によって製造されるFET等が搭載されたリア型プロジェクターの例であり、当該プロジェクター370は、電気光学装置(光変調器)300、光源372、合成光学系373、ミラー374、375を筐体371内に備えている。本発明は、例えば光変調器300における画素回路及び駆動回路を構成するFETの製造に適用される。図7(f)は本発明の製造方法によって製造されるFET等が搭載されたフロント型プロジェクターの例であり、当該プロジェクター380は、電気光学装置(画像表示源)300及び光学系381を筐体382内に備え、画像をスクリーン383に表示可能になっている。本発明は、例えば画像表示源300における画素回路及び駆動回路を構成するFETの製造に適用される。
FIG. 7D is an example of a head mounted display on which an FET or the like manufactured by the manufacturing method of the present invention is mounted. The head mounted
上記例に限らず本発明は、あらゆる電子機器の製造等に適用可能である。例えば、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型TV、DSP装置、PDA、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイ、ICカードなどにも適用することができる。なお、本発明は上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨の範囲内で種々に変形、変更実施が可能である。例えば、上述した各実施形態では、回路素子の一例としてFETを例示したが、他の回路素子に適用しても良いのはもちろんである。 The present invention is not limited to the above example, and can be applied to manufacture of all electronic devices. For example, the present invention can also be applied to a fax machine with a display function, a finder for a digital camera, a portable TV, a DSP device, a PDA, an electronic notebook, an electric bulletin board, a display for advertisement announcement, an IC card, and the like. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, in each of the above-described embodiments, the FET is exemplified as an example of the circuit element. However, the present invention may be applied to other circuit elements.
10、10’・・・FET、1・・・基板、2・・・半導体薄膜、2S・・・ソース領域、2C・・・チャネル領域、2D・・・ドレイン領域、3・・・ゲート絶縁膜、4・・・ゲート電極、5・・・層間絶縁膜、6S・・・ソース電極、6D・・・ドレイン電極、20・・・ダミー薄膜。
10, 10 '... FET, 1 ... substrate, 2 ... semiconductor thin film, 2S ... source region, 2C ... channel region, 2D ... drain region, 3 ...
Claims (6)
前記半導体膜のチャネル幅は、該半導体膜の中央部において最小となっており、該中央部からソース・ドレイン端に向かってテーパ状に拡がっていることを特徴とする電界効果トランジスタ。 Field effect provided with a semiconductor film in which a source region, a channel region, and a drain region are formed, a gate insulating film, a gate electrode disposed opposite to the channel region through the gate insulating film, and a source electrode and a drain electrode A transistor,
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein a channel width of the semiconductor film is the smallest at a central portion of the semiconductor film, and extends in a tapered shape from the central portion toward a source / drain end.
前記チャネル領域中央部の膜厚は、該チャネル領域のソース・ドレイン端近傍における膜厚よりも薄くなっていることを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。 A gap material having a predetermined film thickness is provided below the channel region,
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the thickness of the central portion of the channel region is thinner than the thickness in the vicinity of the source / drain ends of the channel region.
前記チャネル領域の下部には所定の膜厚を有するギャップ材が設けられ、
前記チャネル領域中央部の膜厚は、該チャネル領域のソース・ドレイン端近傍における膜厚よりも薄くなっていることを特徴とする電界効果トランジスタ。 Field effect provided with a semiconductor film in which a source region, a channel region, and a drain region are formed, a gate insulating film, a gate electrode disposed opposite to the channel region through the gate insulating film, and a source electrode and a drain electrode A transistor,
A gap material having a predetermined film thickness is provided below the channel region,
The field effect transistor according to claim 1, wherein the thickness of the central portion of the channel region is smaller than the thickness of the channel region in the vicinity of the source / drain ends.
An electronic apparatus comprising the field effect transistor according to claim 1.
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