JP3211291B2 - Thin film transistor - Google Patents

Thin film transistor

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明はバックゲート電極を備
えた薄膜トランジスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor having a back gate electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜トランジスタでは、オン・オフ比の
高い方が望ましい関係から、オン電流はそのままでオフ
電流のみを低減させることができるようにするために、
バックゲート電極を備えたものがある。図3は従来のこ
のような薄膜トランジスタの一例を示したものである。
この薄膜トランジスタでは、一導電型の不純物を含有す
るポリシリコンからなる半導体薄膜1のチャネル領域2
の両側に同一導電型の不純物を高濃度に含有したソース
領域3およびドレイン領域4が形成され、半導体薄膜1
のチャネル領域2の一面にゲート絶縁膜5を介してゲー
ト電極6が設けられ、半導体薄膜1のチャネル領域2、
ソース領域3およびドレイン領域4の他面にバックゲー
ト絶縁膜7を介してバックゲート電極8が設けられた構
造となっている。
2. Description of the Related Art In a thin film transistor, it is desirable that a higher on / off ratio is desirable. Therefore, in order to reduce only off current while keeping on current,
Some include a back gate electrode. FIG. 3 shows an example of such a conventional thin film transistor.
In this thin film transistor, a channel region 2 of a semiconductor thin film 1 made of polysilicon containing an impurity of one conductivity type is used.
A source region 3 and a drain region 4 containing impurities of the same conductivity type at a high concentration are formed on both sides of the semiconductor thin film 1.
A gate electrode 6 is provided on one surface of a channel region 2 of the semiconductor thin film 1 with a gate insulating film 5 interposed therebetween.
A back gate electrode 8 is provided on the other surface of the source region 3 and the drain region 4 with a back gate insulating film 7 interposed therebetween.

【0003】次に、この薄膜トランジスタの動作につい
てpチャネルの場合を例にとって図4を併せ説明する。
ゲート電極6に十分大きな絶対値をもつ負のゲート電圧
GSが印加されると、チャネル領域2のホール数が増大
し、このためドレイン領域4とソース領域3との間にド
レイン電圧VDSが印加されると、ソース領域3とドレイ
ン領域4との間に大きなドレイン電流ISDつまりオン電
流が流れてオンとなる。この状態からゲート電圧VGS
+側に増加させると、チャネル領域2のホール数が減少
し、このため同レベルのドレイン電圧VDS下ではドレイ
ン電流ISDが減少し、ゲート電圧VGS=0の近傍で最小
(オフ電流)となってオフとなる。このとき、バックゲ
ート電極8にバックゲート電圧VBSが印加されると、同
レベルのドレイン電圧VDS下では、オン電流はほとんど
変化せず、オフ電流のみが低減する。この場合、バック
ゲート電圧VBSが大きいほど、オフ電流は減少する。し
たがって、オン電流はそのままでオフ電流のみを低減さ
せることができる。
Next, the operation of the thin film transistor will be described with reference to FIG.
When a negative gate voltage V GS having a sufficiently large absolute value is applied to the gate electrode 6, the number of holes in the channel region 2 increases, so that the drain voltage V DS is applied between the drain region 4 and the source region 3. When the voltage is applied, a large drain current I SD, that is, an on current flows between the source region 3 and the drain region 4 to turn on. When the gate voltage V GS is increased from this state to the positive side, the number of holes in the channel region 2 decreases, and therefore, the drain current I SD decreases under the same level of the drain voltage V DS , and the gate voltage V GS = 0 Near the minimum value (off current), and the transistor is turned off. At this time, when the back gate voltage V BS is applied to the back gate electrode 8, the ON current hardly changes and only the OFF current decreases under the same level of the drain voltage V DS . In this case, the off-state current decreases as the back gate voltage V BS increases. Therefore, only the off current can be reduced while the on current remains unchanged.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
このような薄膜トランジスタでは、オフの場合、バック
ゲート電極にバックゲート電圧VBSを印加し続けること
になるので、消費電力が大きくなってしまうという問題
があった。この発明の目的は、消費電力を小さくするこ
とのできる薄膜トランジスタを提供することにある。
However, in such a conventional thin film transistor, when the transistor is turned off, the back gate voltage VBS is continuously applied to the back gate electrode, so that the power consumption increases. was there. An object of the present invention is to provide a thin film transistor that can reduce power consumption.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明は、一導電型の
不純物が拡散されたチャネル領域の両側に同一導電型の
不純物が高濃度に拡散されたソース領域およびドレイン
領域を有してなる半導体薄膜と、前記半導体薄膜のチャ
ネル領域の一面にゲート絶縁膜介して設けられたゲート
電極と、前記半導体薄膜の他面の、前記チャネル領域、
ソース領域およびドレイン領域全体に対応する領域に強
誘電体膜を介して設けられたバックゲート電極と、を具
してなり、前記強誘電体膜は、前記チャネル領域、ソ
ース領域およびドレイン領域の下面全体に、前記バック
ゲート電極および前記ゲート電極間に印加される所定の
電圧により生じ、該電圧の印加停止後も維持される、所
定の極性の分極を有すようにしたものである。
According to the present invention, there is provided a semiconductor having a source region and a drain region in which impurities of the same conductivity type are diffused at a high concentration on both sides of a channel region in which impurities of one conductivity type are diffused. thin film and said gate electrode provided via a gate insulating film on one surface of the channel region of the semiconductor thin film, the other surface of the semiconductor thin film, the channel region,
A back gate electrode provided in a region corresponding to the entire source region and drain region via a ferroelectric film, wherein the ferroelectric film includes
The back surface over the entire lower surface of the source region and the drain region.
A predetermined voltage applied between the gate electrode and the gate electrode
Caused by voltage and maintained after application of the voltage is stopped
It has a certain polarity of polarization .

【0006】[0006]

【作用】この発明によれば、pチャネルの場合、ゲート
電極とバックゲート電極との間に所定の方向の電圧を印
加すると、強誘電体膜が分極を起こしてその半導体薄膜
と対向する面側が+となり、薄膜トランジスタのオフ電
流が低減され、しかもこの分極がゲート電極とバックゲ
ート電極との間への電圧の印加を停止しても維持される
ことになるので、強誘電体膜に一度分極を起こさせてそ
の半導体薄膜と対向する面側を+とすると、バックゲー
ト電極に+の電圧が常時印加されているのと同様の効果
が得られ、したがって消費電力を小さくすることができ
る。
According to the present invention, in the case of a p-channel, when a voltage in a predetermined direction is applied between the gate electrode and the back gate electrode, the ferroelectric film is polarized, and the surface facing the semiconductor thin film is shifted. +, The off-state of the thin film transistor
Current is reduced, and the polarization is maintained even when the application of the voltage between the gate electrode and the back gate electrode is stopped. When the surface side opposite to is +, the same effect as when a + voltage is constantly applied to the back gate electrode is obtained, and thus the power consumption can be reduced.

【0007】[0007]

【実施例】図1はこの発明の一実施例における電界効果
型の薄膜トランジスタの要部を示したものである。この
薄膜トランジスタでは、ガラスやセラミック等からなる
絶縁基板11の上面の所定の個所にアルミニウム等から
なるバックゲート電極12が設けられている。バックゲ
ート電極12を含む絶縁基板11の上面にはチタン酸バ
リウム等のセラミック材料やポリフッ化ビニリデン、三
フッ化エチレン等の有機材料からなる強誘電体膜13が
設けられている。バックゲート電極12に対応する部分
の強誘電体膜13の上面にはポリシリコンからなる半導
体薄膜14が設けられている。半導体薄膜14はn型ま
たはp型ポリシリコンからなるもので、チャネル領域1
5の両側にはチャネル領域15と同じ導電型の不純物が
高濃度に拡散されたソース領域16およびドレイン領域
17が形成され、これによりnプラス−n−nプラスの
nチャネルまたはpプラス−p−pプラスのpチャネル
の活性層が形成されている。半導体薄膜14のチャネル
領域15の上面には窒化シリコンや酸化シリコン等から
なるゲート絶縁膜18が設けられ、ゲート絶縁膜18の
上面にはアルミニウム等からなるゲート電極19が設け
られている。
FIG. 1 shows an essential part of a field effect type thin film transistor according to an embodiment of the present invention. In this thin film transistor, a back gate electrode 12 made of aluminum or the like is provided at a predetermined position on an upper surface of an insulating substrate 11 made of glass or ceramic. On the upper surface of the insulating substrate 11 including the back gate electrode 12, a ferroelectric film 13 made of a ceramic material such as barium titanate or an organic material such as polyvinylidene fluoride or ethylene trifluoride is provided. On the upper surface of the ferroelectric film 13 corresponding to the back gate electrode 12, a semiconductor thin film 14 made of polysilicon is provided. The semiconductor thin film 14 is made of n-type or p-type polysilicon and has a channel region 1
On both sides of 5, a source region 16 and a drain region 17 in which impurities of the same conductivity type as the channel region 15 are diffused at a high concentration are formed. An active layer of p-plus p-channel is formed. A gate insulating film 18 made of silicon nitride, silicon oxide, or the like is provided on the upper surface of the channel region 15 of the semiconductor thin film 14, and a gate electrode 19 made of aluminum or the like is provided on the upper surface of the gate insulating film 18.

【0008】次に、この薄膜トランジスタの動作につい
てpチャネル電界効果型薄膜トランジスタの場合を例に
とって説明する。まず、ゲート電極19とバックゲート
電極12との間に、ゲート電極19側が−でバックゲー
ト電極12側が+となる方向の電圧であって強誘電体膜
13に分極を起こさせるのに十分な電圧(以下、ゲート
・バックゲート電圧という)を印加すると、強誘電体膜
13はその半導体薄膜13と対向する面側が+となるよ
うに分極を起こす。この分極は、ゲート・バックゲート
電圧の印加が停止された後も維持される。なお、温度を
上げると、強誘電体膜13に分極を起こさせるのに必要
なゲート・バックゲート電圧を下げることができる。
Next, the operation of the thin film transistor will be described by taking a p-channel field effect thin film transistor as an example. First, a voltage between the gate electrode 19 and the back gate electrode 12 in a direction in which the gate electrode 19 side is-and the back gate electrode 12 side is +, which is a voltage sufficient to cause polarization in the ferroelectric film 13. When a gate-back gate voltage is applied, the ferroelectric film 13 is polarized so that the surface of the ferroelectric film 13 facing the semiconductor thin film 13 becomes +. This polarization is maintained even after the application of the gate-back gate voltage is stopped. Note that, when the temperature is increased, the gate-back gate voltage required to cause polarization of the ferroelectric film 13 can be reduced.

【0009】そして、ゲート・バックゲート電圧の印加
が停止され、この後ゲート電極19とソース領域16と
の間に十分大きな絶対値をもつ負のゲート電圧VGSが印
加されると、チャネル領域15のゲート絶縁膜18界面
付近のホール数が増大し、このためドレイン領域17と
ソース領域16との間にドレイン電圧VDSが印加される
と、ソース領域16とドレイン領域17との間に大きな
ドレイン電流ISDつまりオン電流が流れてオンとなる。
この状態からゲート電圧VGSを+側に増加させると、チ
ャネル領域15のホール数が減少し、このため同レベル
のドレイン電圧VDS下ではドレイン電流ISDが減少し、
ゲート電圧VGS=0の近傍で最小(オフ電流)となって
オフとなる。このとき、強誘電体膜13はその半導体薄
膜13と対向する面側が+となるように分極を起こした
状態に維持されているので、バックゲート電極12に+
の電圧が常時印加されているのと同様の効果が得られ、
このため同レベルのドレイン電圧VDS下では、オン電流
はほとんど変化せず、オフ電流のみが低減する。
Then, when the application of the gate-back gate voltage is stopped and a negative gate voltage V GS having a sufficiently large absolute value is applied between the gate electrode 19 and the source region 16, the channel region 15 is applied. When the drain voltage VDS is applied between the drain region 17 and the source region 16, the number of holes near the interface with the gate insulating film 18 increases. The current I SD, that is, the ON current flows, and the transistor is turned ON.
When the gate voltage V GS is increased from this state to the positive side, the number of holes in the channel region 15 decreases, and therefore, the drain current I SD decreases under the same level of the drain voltage V DS ,
In the vicinity of the gate voltage V GS = 0, it becomes a minimum (off current) and turns off. At this time, since the ferroelectric film 13 is maintained in a polarized state so that the surface facing the semiconductor thin film 13 becomes +, the back gate electrode 12
The same effect is obtained as if the voltage of
Therefore, under the same level of the drain voltage VDS , the on-current hardly changes, and only the off-current decreases.

【0010】このように、この薄膜トランジスタでは、
強誘電体膜13に一度分極を起こさせてその半導体薄膜
13と対向する面側を+とすると、バックゲート電極1
2に+の電圧が常時印加されているのと同様の効果が得
られ、したがって消費電力を小さくすることができる。
Thus, in this thin film transistor,
If the ferroelectric film 13 is once polarized and its surface facing the semiconductor thin film 13 is defined as +, the back gate electrode 1
The same effect as when a positive voltage is constantly applied to 2 can be obtained, and thus the power consumption can be reduced.

【0011】なお、上記実施例では、バックゲート電極
12と半導体薄膜14との間に強誘電体膜13のみを設
けている場合について説明したが、これに限定されるも
のではない。例えば、図2に示すように、強誘電体膜1
3と半導体薄膜14との間にバックゲート絶縁膜21を
設けるようにしてもよい。この場合、上記実施例と同様
の効果を得ることができる上、バックゲート絶縁膜21
の膜厚を変えることにより、半導体薄膜14に作用する
強誘電体膜13の分極による電界を制御することができ
る。また、上記実施例では、動作原理としてはpチャネ
ル電界効果型薄膜トランジスタの場合について説明した
が、nチャネル電界効果型薄膜トランジスタでは強誘電
体膜にその半導体薄膜と対向する面側が−となるような
分極を起こさせるようにすればよい。
In the above embodiment, the case where only the ferroelectric film 13 is provided between the back gate electrode 12 and the semiconductor thin film 14 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG.
The back gate insulating film 21 may be provided between the semiconductor thin film 3 and the semiconductor thin film 14. In this case, the same effect as in the above embodiment can be obtained, and the back gate insulating film 21
The electric field due to the polarization of the ferroelectric film 13 acting on the semiconductor thin film 14 can be controlled by changing the film thickness of the semiconductor thin film 14. Further, in the above-described embodiment, the case of the p-channel field-effect thin film transistor has been described as the operation principle. Should be made to wake up.

【0012】[0012]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、強誘電体膜に所定の方向の電圧を印加して一度分極
を起こさせてその半導体薄膜と対向する面側を+または
にすることにより薄膜トランジスタのオフ電流が低減
されるとともに、この分極が強誘電体膜への電圧の印加
を停止しても維持されることにより、バックゲート電極
に+または−の電圧が常時印加されているのと同様の効
果を得ることができ、したがって消費電力を小さくする
ことができる。
As described above, according to the present invention, a voltage in a predetermined direction is applied to the ferroelectric film to cause polarization once, and the surface of the ferroelectric film facing the semiconductor thin film is set to + or- . Reduces the off-current of the thin film transistor
And the polarization is applied to the ferroelectric film.
Is maintained even after stopping, the same effect as when + or-voltage is constantly applied to the back gate electrode can be obtained, and therefore, power consumption can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例における薄膜トランジスタ
の要部の断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a main part of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.

【図2】この発明の他の実施例における薄膜トランジス
タの要部の断面図。
FIG. 2 is a sectional view of a main part of a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.

【図3】従来の薄膜トランジスタの一例の概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an example of a conventional thin film transistor.

【図4】従来の薄膜トランジスタの動作特性図。FIG. 4 is an operation characteristic diagram of a conventional thin film transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 絶縁基板 12 バックゲート電極 13 強誘電体膜 14 半導体薄膜 15 チャネル領域 16 ソース領域 17 ドレイン領域 18 ゲート絶縁膜 19 ゲート電極 21 バックゲート絶縁膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Insulating substrate 12 Back gate electrode 13 Ferroelectric film 14 Semiconductor thin film 15 Channel region 16 Source region 17 Drain region 18 Gate insulating film 19 Gate electrode 21 Back gate insulating film

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/786 H01L 21/336 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/786 H01L 21/336

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一導電型の不純物が拡散されたチャネル
領域の両側に同一導電型の不純物が高濃度に拡散された
ソース領域およびドレイン領域を有してなる半導体薄膜
と、 前記半導体薄膜のチャネル領域の一面にゲート絶縁膜介
して設けられたゲート電極と、 前記半導体薄膜の他面の、前記チャネル領域、ソース領
域およびドレイン領域全体に対応する領域に強誘電体膜
を介して設けられたバックゲート電極と、 を具備してなり、 前記強誘電体膜は、前記チャネル領域、ソース領域およ
びドレイン領域の下面全体に、前記バックゲート電極お
よび前記ゲート電極間に印加される所定の電圧により生
じ、該電圧の印加停止後も維持される、所定の極性の分
極を有す ることを特徴とする薄膜トランジスタ。
1. A semiconductor thin film having a source region and a drain region in which impurities of the same conductivity type are diffused at a high concentration on both sides of a channel region in which impurities of one conductivity type are diffused, and a channel of the semiconductor thin film. A gate electrode provided on one surface of the region with a gate insulating film interposed therebetween, and a back electrode provided on the other surface of the semiconductor thin film via a ferroelectric film in a region corresponding to the entire channel region, source region and drain region. Ri Na and includes a gate electrode, the ferroelectric film, the channel region, Oyo source region
The back gate electrode and the entire lower surface of the drain region
And a predetermined voltage applied between the gate electrodes.
Of the predetermined polarity, which is maintained even after the application of the voltage is stopped.
A thin film transistor and said Rukoto which have a pole.
【請求項2】 前記半導体薄膜のチャネル領域、ソース
領域およびドレイン領域の他面と前記強誘電体膜との間
にバックゲート絶縁膜を設けたことを特徴とする請求項
1記載の薄膜トランジスタ。
2. The thin film transistor according to claim 1, wherein a back gate insulating film is provided between the other surface of the channel region, the source region, and the drain region of the semiconductor thin film and the ferroelectric film.
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KR100966301B1 (en) * 2005-05-11 2010-06-28 서울시립대학교 산학협력단 Manufacturing method of ferroelectric Memory Device
WO2007108371A1 (en) * 2006-03-15 2007-09-27 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
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