JP3508291B2 - Thin film transistor and method for manufacturing the same - Google Patents

Thin film transistor and method for manufacturing the same

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JP3508291B2
JP3508291B2 JP11527195A JP11527195A JP3508291B2 JP 3508291 B2 JP3508291 B2 JP 3508291B2 JP 11527195 A JP11527195 A JP 11527195A JP 11527195 A JP11527195 A JP 11527195A JP 3508291 B2 JP3508291 B2 JP 3508291B2
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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、薄膜トランジスタお
よびその製造方法、さらに詳しくは、耐劣化特性に優れ
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 and a method for manufacturing the same, and more particularly to a thin film transistor excellent in deterioration resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
の薄膜トランジスタとしては、図10に示すような構造
の多結晶シリコン薄膜トランジスタ(以下、p−SiT
FTと称する)が知られている。このp−SiTFT
は、同図に示すように、絶縁性基板1上に下地絶縁膜2
が形成され、その上に多結晶シリコン膜3が所定の形状
にパターニングされ、多結晶シリコン膜3の上にゲート
絶縁膜4を介してゲート電極5が形成されている。ま
た、多結晶シリコン膜3にはn型の不純物を導入したソ
ース領域3aとドレイン領域3bとが形成されている。
図10に示す例は、ゲート電極5の上からさらに絶縁膜
6が堆積され、絶縁膜6およびゲート絶縁膜4に形成し
たコンタクトホールを介して、それぞれソース領域3
a、ドレイン領域3bに接続されたソース電極7、ドレ
イン電極8が設けられている。このようなp−SiTF
Tに対して図11の等価回路に示すようにゲート電極5
にゲート電圧(VG)を印加し、ドレイン電極3bにド
レイン電圧(VD)を印加したときの特性は、図12に
示すようになる。なお、図12は、ゲート電圧(VG)
が5Vと10Vの場合におけるドレイン電圧(VD)と
ドレイン電流(ID)との関係を示したグラフである。
2. Description of the Related Art As a conventional thin film transistor, a polycrystalline silicon thin film transistor (hereinafter referred to as p-SiT) having a structure as shown in FIG. 10 is used.
FT) is known. This p-Si TFT
Is formed on the insulating substrate 1 as shown in FIG.
Is formed, the polycrystalline silicon film 3 is patterned into a predetermined shape, and the gate electrode 5 is formed on the polycrystalline silicon film 3 via the gate insulating film 4. Further, a source region 3a and a drain region 3b into which n-type impurities are introduced are formed in the polycrystalline silicon film 3.
In the example shown in FIG. 10, the insulating film 6 is further deposited on the gate electrode 5, and the source region 3 is formed through the contact holes formed in the insulating film 6 and the gate insulating film 4, respectively.
a, a source electrode 7 and a drain electrode 8 connected to the drain region 3b are provided. Such p-SiTF
As shown in the equivalent circuit of FIG.
The characteristics when the gate voltage (VG) is applied to the gate electrode and the drain voltage (VD) is applied to the drain electrode 3b are shown in FIG. Note that FIG. 12 shows the gate voltage (VG)
5 is a graph showing the relationship between drain voltage (VD) and drain current (ID) when V is 5V and 10V.

【0003】しかし、このようなp−SiTFTでは、
ゲート印加電圧が一定でドレイン印加電圧を上げていく
と、図12に示すように、ドレイン電流(ID)が急激
に増加する現象が起こる。このような現象に伴い急激に
増加する電流は、キンク電流と称されている。図12の
グラフにおいては、ゲート電圧(VG)5Vの場合にド
レイン電圧(VD)が約13V以上でキンク電流が発生
し、ゲート電圧(VG)10Vの場合にドレイン電圧
(VD)が約14V以上でキンク電流が発生しているこ
とが判る。このようなキンク電流が発生するとドレイン
電流が過剰となり、p−SiTFTが劣化を起こすとい
う問題がある。キンク電流の発生する理由は、流れ込む
キャリヤの数が増え続けるとソース領域と半導体層(チ
ャネル領域)間の順方向電位障壁を越えて、ソース−浮
遊基板−ドレインのラテラル・バイポーラトランジスタ
が導通して急激に電流が増大するためであると考えられ
ている。
However, in such a p-Si TFT,
As shown in FIG. 12, when the gate applied voltage is constant and the drain applied voltage is increased, a phenomenon occurs in which the drain current (ID) rapidly increases. The current that rapidly increases with such a phenomenon is called a kink current. In the graph of FIG. 12, when the gate voltage (VG) is 5V, the kink current is generated when the drain voltage (VD) is about 13V or more, and when the gate voltage (VG) is 10V, the drain voltage (VD) is about 14V or more. It can be seen that a kink current is generated at. When such a kink current is generated, the drain current becomes excessive, which causes a problem that the p-Si TFT deteriorates. The reason why the kink current is generated is that as the number of carriers flowing in continues to increase, it exceeds the forward potential barrier between the source region and the semiconductor layer (channel region), and the lateral bipolar transistor of the source-floating substrate-drain conducts. It is considered that this is because the current rapidly increases.

【0004】このようなドレイン電流の急激な増大を防
止するためには、通常、図13に示すようなLDD(Li
ghtly Doped Drain)構造を採用することが考えられ
る。この構造のp−SiTFTでは、ソース領域3aと
ドレイン領域3bの内側に低濃度不純物領域3c、3d
が形成されている。しかしながら、このようなp−Si
TFTは、図14のグラフに示すように、ドレイン電流
そのものが減少してしまうという問題点がある。
In order to prevent such a rapid increase in drain current, the LDD (Li
It is possible to adopt a ghtly Doped Drain) structure. In the p-Si TFT having this structure, the low-concentration impurity regions 3c and 3d are formed inside the source region 3a and the drain region 3b.
Are formed. However, such p-Si
The TFT has a problem that the drain current itself decreases as shown in the graph of FIG.

【0005】この発明の目的は、急激なドレイン電流の
増加を緩和でき、しかもトランジスタの性能が低下する
ようなドレイン電流の大幅な減少のない薄膜トランジス
タおよびその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a thin film transistor which can alleviate a sudden increase in drain current and which does not have a drastic decrease in drain current which deteriorates transistor performance, and a method for manufacturing the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
絶縁性基板上に半導体層が形成され、該半導体層の一面
にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形成され、前記半
導体層にソース電極およびドレイン電極が形成されてな
る薄膜トランジスタにおいて、前記薄膜トランジスタの
ドレイン電極が制御整流素子と接続されると共に、前記
薄膜トランジスタのドレイン電極に印加されるドレイン
電圧に比しドレイン電流が急増するときに、前記制御整
流素子に前記ドレイン電流の一部が流れるように設定さ
れていることを特徴としている。
The invention according to claim 1 is
A semiconductor layer is formed on an insulating substrate, a gate electrode is formed on one surface of the semiconductor layer via a gate insulating film, and a source electrode and a drain electrode are formed on the semiconductor layer. The electrode is connected to the controlled rectifying element and is set so that a part of the drain current flows through the controlled rectifying element when the drain current sharply increases in comparison with the drain voltage applied to the drain electrode of the thin film transistor. It is characterized by

【0007】請求項2記載の発明は、前記薄膜トランジ
スタの半導体層は、両側に不純物を含むソース・ドレイ
ン領域が設けられ、前記制御整流素子は、真性半導体層
と、該半導体層の両端に接続されたソース・ドレイン電
極と、前記半導体層の一面にゲート絶縁膜を介して設け
られたゲート電極とを備え、前記制御整流素子のドレイ
ン電極と前記薄膜トランジスタのドレイン電極とは互い
に接続されていることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, the semiconductor layer of the thin film transistor is provided with source / drain regions containing impurities on both sides, and the controlled rectifying element is connected to the intrinsic semiconductor layer and both ends of the semiconductor layer. A drain electrode of the controlled rectifying device and a drain electrode of the thin film transistor are connected to each other. It has a feature.

【0008】請求項3記載の発明は、前記制御整流素子
は、半導体層の一面にゲート絶縁膜を介して薄膜トラン
ジスタのゲート電極に接続されたゲート電極が形成され
てなり、ドレイン電流が急増する時に前記制御整流素子
に前記ドレイン電流の一部が流れるように前記制御整流
素子の半導体層または前記薄膜トランジスタの半導体層
の(チャネル長)/(チャネル幅)を設定することを特
徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the controlled rectifying device, a gate electrode connected to a gate electrode of a thin film transistor via a gate insulating film is formed on one surface of a semiconductor layer, and when a drain current rapidly increases. It is characterized in that (channel length) / (channel width) of the semiconductor layer of the controlled rectifying element or the semiconductor layer of the thin film transistor is set so that a part of the drain current flows through the controlled rectifying element.

【0009】請求項4記載の発明は、前記薄膜トランジ
スタ半導体層および前記制御整流素子の半導体層は、少
なくとも一方が多結晶シリコン膜でなることを特徴とし
ている。
According to a fourth aspect of the present invention, at least one of the thin film transistor semiconductor layer and the semiconductor layer of the controlled rectifying element is made of a polycrystalline silicon film.

【0010】請求項5記載の発明は、絶縁性基板上の第
一領域及び第二領域に多結晶シリコンまらなる半導体層
を形成する工程と、前記第一領域の半導体層の両側に
れぞれイオン注入によりソース領域及びドレイン領域
形成する工程と、前記第一領域の一面にソース電極及び
ドレイン電極を形成するとともに、前記第二領域の半導
体層の一面に、前記ソース電極に接続されたカソード電
極及び前記ドレイン電極に接続されたアノード電極を形
成する工程と、前記半導体層を形成する工程の前後のい
ずれかに、前記絶縁性基板上の第一領域及び第二領域
に、ゲート電極及びゲート絶縁膜を形成する工程と、を
備え、前記第一領域に薄膜トランジスタに形成するとと
もに前記第二領域に制御整流素子が形成されることを特
徴としている。
[0010] According to a fifth aspect, a step of forming a first region and a semiconductor layer made of polycrystalline silicon Mala the second region on the insulating substrate, its on both sides of the semiconductor layer of the first region
Forming a source region and a drain region by ion implantation, and forming a source electrode and a drain electrode on one surface of the first region.
The drain electrode is formed, and the semiconductor of the second region is formed.
A cathode electrode connected to the source electrode is formed on one surface of the body layer.
A gate electrode and a gate are formed in the first region and the second region on the insulating substrate either before or after the step of forming the anode electrode connected to the pole and the drain electrode and the step of forming the semiconductor layer. A step of forming an insulating film, and forming a thin film transistor in the first region,
A characteristic is that a controlled rectifying element is formed in the second region .

【0011】[0011]

【作用】請求項1記載の発明においては、薄膜トランジ
スタにドレイン電圧を印加し、この印加電圧を高くした
場合に、薄膜トランジスタにドレイン電流が急増する
(キンク電流が発生する)時点で制御整流素子に電流が
流れ始めるため、薄膜トランジスタに過剰のドレイン電
流が流れるのを未然に防止する作用がある。
According to the invention described in claim 1, when a drain voltage is applied to the thin film transistor and the applied voltage is increased, a current flows through the control rectifying element at the time when the drain current suddenly increases in the thin film transistor (a kink current is generated). Is started, which has the effect of preventing an excessive drain current from flowing through the thin film transistor.

【0012】請求項2記載の発明においては、MOS構
造の制御整流素子を用いるものであり、その半導体層が
真性半導体であり、薄膜トランジスタの半導体には不純
物を含むソース・ドレイン領域があるため、薄膜トラン
ジスタよりしきい値が高く、この素子を薄膜トランジス
タに並列に接続することにより、薄膜トランジスタにド
レイン電流が急増する(キンク電流が発生する)時点で
制御整流素子に電流が流れ始めるように設定することが
できる。このため、薄膜トランジスタに過剰のドレイン
電流が流れるのを未然に防止することができる。
According to the second aspect of the present invention, a controlled rectifying element having a MOS structure is used, the semiconductor layer of which is an intrinsic semiconductor, and the semiconductor of the thin film transistor has source / drain regions containing impurities. Since the threshold value is higher and this element is connected in parallel to the thin film transistor, it is possible to set so that the current starts to flow to the controlled rectifying element at the time when the drain current rapidly increases (kink current occurs) in the thin film transistor. . Therefore, it is possible to prevent an excessive drain current from flowing through the thin film transistor.

【0013】請求項3記載の発明においては、制御整流
素子が、半導体層の一面にゲート絶縁膜を介して薄膜ト
ランジスタのゲート電極に接続されたゲート電極が形成
されているので、薄膜トランジスタのゲート電圧と制御
整流素子のゲート電圧とを互いに異ならせて生成する必
要がないように、かつドレイン電流が急増する時に過剰
のドレイン電流が制御整流素子に流れるように半導体層
の(チャネル長)/(チャネル幅)を適宜設定したの
で、薄膜トランジスタの電気的特性が良好になるととも
に電圧生成回路を拡大する必要がない。
According to another aspect of the invention, in the controlled rectifying element, since the gate electrode connected to the gate electrode of the thin film transistor is formed on one surface of the semiconductor layer via the gate insulating film, (Channel length) / (Channel width) of the semiconductor layer so that the gate voltage of the controlled rectifier does not have to be generated differently from each other, and an excessive drain current flows to the controlled rectifier when the drain current suddenly increases. ) Is set appropriately, the electrical characteristics of the thin film transistor are improved, and it is not necessary to enlarge the voltage generation circuit.

【0014】請求項4記載の発明においては、前記半導
体層および真性半導体層が、多結晶シリコン膜でなるた
め、キンク電流の発生し易いp−SiTFTの劣化を防
止することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the semiconductor layer and the intrinsic semiconductor layer are made of a polycrystalline silicon film, it is possible to prevent deterioration of the p-SiTFT, which easily causes a kink current.

【0015】請求項5記載の発明においては、絶縁性基
板上に堆積させた多結晶シリコン膜のパターニング等を
変えるだけで、薄膜トランジスタを作成する工程でこれ
に並列に接続された制御整流素子を容易に作成すること
が可能となる。
In a fifth aspect of the present invention, the control rectifying element connected in parallel with the polycrystalline silicon film deposited on the insulating substrate can be easily formed in the step of producing a thin film transistor simply by changing the patterning or the like of the polycrystalline silicon film. It will be possible to create.

【0016】[0016]

【実施例】以下、この発明に係る薄膜トランジスタおよ
びその製造方法の詳細を図面に示す実施例に基づいて説
明する。 (実施例1)図1は本発明に係る薄膜トランジスタの実
施例1を示す平面図であり、図2は本実施例の薄膜トラ
ンジスタの等価回路を示している。図3は図1のA−A
断面図、図4は図1のB−B断面図である。図中Q1は
薄膜トランジスタであり、この薄膜トランジスタQ1に
は、MOS構造の制御整流素子Q2が並列に接続されて
いる(図1、図2参照)。薄膜トランジスタQ1の構造
は、図3に示すように、絶縁性基板としてのガラス基板
11上に二酸化シリコンでなる下地絶縁膜12が形成さ
れ、この下地絶縁膜12の上に半導体層としての多結晶
シリコン膜13が形成されている。そして、この多結晶
シリコン膜13の上には、ゲート絶縁膜14を介してゲ
ート電極15が形成されている。そして、このゲート電
極15の両側に位置する多結晶シリコン膜13中には、
例えばリンなどのn型不純物が導入されてソース領域1
3Aとドレイン領域13Bが形成されている。なお、多
結晶シリコン膜13のソース領域13Aとドレイン領域
13Bとに挟まれたチャネル領域は真性の多結晶シリコ
ンである。さらに、本実施例では、ゲート電極15の上
から上部絶縁膜16が堆積されている。ソース領域13
A、ドレイン領域13Bのそれぞれの上には、ゲート絶
縁膜14と上部絶縁膜16とを開口したコンタクトホー
ル17、18が形成されている。これらコンタクトホー
ル17、18を介してソース電極19a、ドレイン電極
20aが形成されている。なお、この薄膜トランジスタ
Q1自体の特性は、図12に示す従来のものの特性と同
様である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the thin film transistor and the method of manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the embodiments shown in the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a plan view showing Embodiment 1 of a thin film transistor according to the present invention, and FIG. 2 shows an equivalent circuit of the thin film transistor of this embodiment. FIG. 3 is A-A of FIG.
Sectional drawing, FIG. 4 is a BB sectional view of FIG. In the figure, Q1 is a thin film transistor, and a control rectifying element Q2 having a MOS structure is connected in parallel to this thin film transistor Q1 (see FIGS. 1 and 2). As shown in FIG. 3, the structure of the thin film transistor Q1 is such that a base insulating film 12 made of silicon dioxide is formed on a glass substrate 11 serving as an insulating substrate, and a polycrystalline silicon serving as a semiconductor layer is formed on the base insulating film 12. The film 13 is formed. A gate electrode 15 is formed on the polycrystalline silicon film 13 with a gate insulating film 14 interposed therebetween. Then, in the polycrystalline silicon film 13 located on both sides of the gate electrode 15,
For example, an n-type impurity such as phosphorus is introduced so that the source region 1
3A and drain region 13B are formed. The channel region of the polycrystalline silicon film 13 sandwiched between the source region 13A and the drain region 13B is intrinsic polycrystalline silicon. Further, in this embodiment, the upper insulating film 16 is deposited on the gate electrode 15. Source region 13
Contact holes 17 and 18 that open the gate insulating film 14 and the upper insulating film 16 are formed on the A and drain regions 13B, respectively. A source electrode 19a and a drain electrode 20a are formed through these contact holes 17 and 18. The characteristics of the thin film transistor Q1 itself are similar to those of the conventional one shown in FIG.

【0017】制御整流素子Q2は、図4に示すように、
上記した薄膜トランジスタQ1を形成したガラス基板1
1上に形成されるものであり、下地絶縁膜12、ゲート
絶縁膜14、ゲート電極15および上部絶縁膜16など
を共用している。この制御整流素子Q2は、下地絶縁膜
12上に形成された真性多結晶シリコン膜21とゲート
絶縁膜14とゲート電極15とでMOS構造を構成して
いる。また、ゲート電極15の両側の真性多結晶シリコ
ン21には、それぞれコンタクトホール22、23を介
してカソード電極19b、アノード電極20bが形成さ
れている。カソード電極19bと上記薄膜トランジスタ
Q1のソース電極19aとは、図1に示すように、ソー
スライン25で接続され、このソースライン25は接地
されている。また、アノード電極20bと上記薄膜トラ
ンジスタQ1のドレイン電極20aとは、ドレインライ
ン24で接続されている。
The control rectifying element Q2, as shown in FIG.
Glass substrate 1 on which the above-mentioned thin film transistor Q1 is formed
The base insulating film 12, the gate insulating film 14, the gate electrode 15, the upper insulating film 16 and the like are commonly used. The controlled rectifying element Q2 has a MOS structure with the intrinsic polycrystalline silicon film 21, the gate insulating film 14, and the gate electrode 15 formed on the base insulating film 12. A cathode electrode 19b and an anode electrode 20b are formed in the intrinsic polycrystalline silicon 21 on both sides of the gate electrode 15 via contact holes 22 and 23, respectively. As shown in FIG. 1, the cathode electrode 19b and the source electrode 19a of the thin film transistor Q1 are connected by a source line 25, and the source line 25 is grounded. In addition, the anode electrode 20b and the thin film transistor
A drain line 24 connects the drain electrode 20a of the transistor Q1.

【0018】図5は、制御整流素子Q2の特性を示すグ
ラフである。この制御整流素子Q2は、真性多結晶シリ
コン膜21に不純物拡散領域が形成されていないため、
通常のMOSトランジスタに比較してソース・ドレイン
間にドレイン電流が流れ始めるまでのドレイン電圧(V
D)が高くなる。本実施例では、ゲート電圧(VG)を5
V印加した場合、アノード電極20bとカソード電極2
0aとの間に電流が流れ始めるのはアノード電圧(ドレ
イン電圧)が約12V、ゲート電圧を10V印加した場
合は、アノード電圧が約14Vから流れ始めるように設
定されている。
FIG. 5 is a graph showing the characteristics of the controlled rectifying element Q2. In this controlled rectifying element Q2, since the impurity diffusion region is not formed in the intrinsic polycrystalline silicon film 21,
Compared with a normal MOS transistor, the drain voltage (V
D) becomes higher. In this embodiment, the gate voltage (VG) is set to 5
When V is applied, the anode electrode 20b and the cathode electrode 2
The current starts to flow between 0a and 0a when the anode voltage (drain voltage) is about 12V, and when the gate voltage is 10V, the anode voltage starts to flow from about 14V.

【0019】このような特性をもつ制御整流素子Q2を
薄膜トランジスタQ1に並列に接続したことにより、薄
膜トランジスタQ1の特性は、図6のグラフに示す通り
となる。すなわち、図6のグラフ中、破線で示す電流が
従来のキンク電流であるが、本実施例では、キンク電流
が発生しようとする時点で、図2に示すように制御整流
素子Q2に電流i2が流れるため、図6に示すように薄膜
トランジスタQ1へ流れる電流が減少して電流i1のみが
流れる。このため、薄膜トランジスタQ1に過剰なドレ
イン電流が流れるのを回避することができ、薄膜トラン
ジスタQ1の劣化を防止することができる。また、この
ときドレイン電流も著しく低下することがないため、薄
膜トランジスタの性能の低下を来すことがない。また、
本実施例の薄膜トランジスタをECB方式の液晶表示装
置に適用することにより、電流制御が良好となり安定し
た色表示が可能となるという利点がある。
By connecting the control rectifying element Q2 having such characteristics to the thin film transistor Q1 in parallel, the characteristics of the thin film transistor Q1 become as shown in the graph of FIG. That is, in the graph of FIG. 6, the current indicated by the broken line is the conventional kink current, but in this embodiment, at the time when the kink current is about to occur, the current i2 is fed to the control rectifying element Q2 as shown in FIG. Since the current flows, the current flowing to the thin film transistor Q1 decreases as shown in FIG. 6, and only the current i1 flows. Therefore, it is possible to prevent an excessive drain current from flowing through the thin film transistor Q1 and prevent deterioration of the thin film transistor Q1. Further, at this time, the drain current does not significantly decrease, so that the performance of the thin film transistor does not deteriorate. Also,
By applying the thin film transistor of this embodiment to an ECB type liquid crystal display device, there is an advantage that current control is good and stable color display is possible.

【0020】(実施例2)図7は、本発明に係る実施例
2に用いられる制御整流素子Q2の断面図である。この
制御整流素子Q2は、図4に示した上記実施例1の制御
整流素子Q2とほぼ同様の構造を持つが、真性多結晶シ
リコン膜21にn型不純物からなるソース領域21aと
ドレイン領域21bとを形成した点が異なる。本実施例
の他の構成は、上記実施例1と同様である。特に、本実
施例では、ソース領域21aとドレイン領域21bとの
間の距離(チャネル長)をゲート電極15の幅(ゲート
長)より長く設定している。このようにチャネル長とゲ
ート長との値を適宜変えることにより、図5に示したよ
うな特性を持たせることができる。このため、本実施例
の制御整流素子Q2を図3に示すような薄膜トランジス
タQ1に並列に接続させることにより、図6に示すよう
な特性の薄膜トランジスタQ1を実現することができ
る。本実施例においても、上記実施例1と同様の作用、
効果を得ることができる。
(Embodiment 2) FIG. 7 is a sectional view of a controlled rectifying element Q2 used in Embodiment 2 of the present invention. The controlled rectifying element Q2 has a structure similar to that of the controlled rectifying element Q2 of the first embodiment shown in FIG. 4, except that the intrinsic polycrystalline silicon film 21 is provided with a source region 21a and a drain region 21b made of n-type impurities. Is different. The other configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment. Particularly, in this embodiment, the distance (channel length) between the source region 21a and the drain region 21b is set longer than the width (gate length) of the gate electrode 15. By properly changing the values of the channel length and the gate length in this way, the characteristics shown in FIG. 5 can be provided. Therefore, by connecting the controlled rectifying element Q2 of this embodiment in parallel with the thin film transistor Q1 as shown in FIG. 3, the thin film transistor Q1 having the characteristics as shown in FIG. 6 can be realized. Also in this embodiment, the same operation as in the first embodiment,
The effect can be obtained.

【0021】(実施例3)図8(A)、(B)および図
9(A)、(B)は、本発明に係る薄膜トランジスタの
製造方法の実施例を示す工程断面図である。なお、図8
および図9は図1のC−C断面に相当する部分を工程順
に示したものである。まず、本実施例では、図8(A)
に示すように、絶縁性基板としてのガラス基板31の表
面に、二酸化シリコンでなる下地絶縁膜32を堆積さ
せ、その上に真性多結晶シリコン膜33を全面に形成す
る。なお、この真性多結晶シリコン膜33を形成するに
は、下地絶縁膜32上に真性アモルファスシリコン膜を
例えばプラズマCVD法にて堆積させた後、これにレー
ザアニールを施して多結晶化させればよい。そして、同
図(A)に示すように、フォトレジスト34をリソグラ
フィー技術によりパターニングした後、このフォトレジ
スト34をマスクとして異方性エッチングを行って、薄
膜トランジスタQ1と制御整流素子Q2の半導体層として
の真性多結晶シリコン膜33A、33Bをパターニング
する。
(Embodiment 3) FIGS. 8A, 8B and 9A, 9B are process sectional views showing an embodiment of a method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention. Note that FIG.
9A to 9C show a portion corresponding to the CC cross section of FIG. 1 in the order of steps. First, in the present embodiment, FIG.
As shown in, a base insulating film 32 made of silicon dioxide is deposited on the surface of a glass substrate 31 as an insulating substrate, and an intrinsic polycrystalline silicon film 33 is formed on the entire surface. To form the intrinsic polycrystalline silicon film 33, an intrinsic amorphous silicon film is deposited on the base insulating film 32 by, for example, a plasma CVD method and then laser-annealed to polycrystallize it. Good. Then, as shown in FIG. 3A, after the photoresist 34 is patterned by the lithography technique, anisotropic etching is performed using the photoresist 34 as a mask to form a thin film transistor Q1 and a control rectifying element Q2 as semiconductor layers. The intrinsic polycrystalline silicon films 33A and 33B are patterned.

【0022】真性多結晶シリコン膜33A、33Bをパ
ターニングした後、図8(B)に示すように、全面に二
酸化シリコンでなるゲート絶縁膜35をCVD法にて堆
積させる。なお、本実施例では、ゲート絶縁膜35を堆
積させたが、真性多結晶シリコン膜33A、33Bの表
面を熱酸化させて熱酸化膜を形成してもよい。次に、ゲ
ート絶縁膜35の上にゲートメタル膜36を例えばスパ
ッタ法により所定膜厚に堆積させる。そして、ゲートメ
タル膜36上にフォトレジスト37を塗布した後、リソ
グラフィー技術にてゲート用マスクとなる形状にパター
ニングする。
After patterning the intrinsic polycrystalline silicon films 33A and 33B, a gate insulating film 35 made of silicon dioxide is deposited on the entire surface by a CVD method, as shown in FIG. 8B. Although the gate insulating film 35 is deposited in this embodiment, the surface of the intrinsic polycrystalline silicon films 33A and 33B may be thermally oxidized to form a thermal oxide film. Next, a gate metal film 36 is deposited on the gate insulating film 35 to have a predetermined film thickness by, for example, a sputtering method. Then, after applying a photoresist 37 on the gate metal film 36, it is patterned into a shape to be a gate mask by a lithography technique.

【0023】そして、上記フォトレジスト37をマスク
として用いてゲートメタル膜36を異方性エッチングし
てゲート電極36Aを形成する。なお、このゲート電極
36Aは、図1に示すゲート電極15と同様に真性多結
晶シリコン膜33A、33Bの上を通るように形成され
る。その後、全面にフォトレジスト37を塗布し、リソ
グラフィー技術により、真性多結晶シリコン膜33Aの
パターン領域のみが露出するようにフォトレジスト38
をパターニングする。続いて、このフォトレジスト38
およびゲート電極36Aをマスクとして、真性多結晶シ
リコン膜33Aにリン(P)をイオン注入する。このイ
オン注入により、真性多結晶シリコン膜33A中には、
ゲート電極36Aに対してセルフアラインなソース領域
33Sとドレイン領域33Dを形成する。このようにし
て真性多結晶シリコン膜33Aを用いた薄膜トランジス
タQ1が形成できる。また、真性多結晶シリコン膜33
Bとゲート絶縁膜35とゲート電極36Aとは、制御整
流素子Q2を構成している。
Then, the gate metal film 36 is anisotropically etched using the photoresist 37 as a mask to form a gate electrode 36A. Note that this gate electrode 36A is formed so as to pass over the intrinsic polycrystalline silicon films 33A and 33B similarly to the gate electrode 15 shown in FIG. After that, a photoresist 37 is applied on the entire surface, and a photoresist 38 is applied by a lithography technique so that only the pattern region of the intrinsic polycrystalline silicon film 33A is exposed.
Pattern. Then, this photoresist 38
And phosphorus (P) is ion-implanted into the intrinsic polycrystalline silicon film 33A using the gate electrode 36A as a mask. By this ion implantation, in the intrinsic polycrystalline silicon film 33A,
A source region 33S and a drain region 33D that are self-aligned with the gate electrode 36A are formed. Thus, the thin film transistor Q1 using the intrinsic polycrystalline silicon film 33A can be formed. In addition, the intrinsic polycrystalline silicon film 33
B, the gate insulating film 35, and the gate electrode 36A form a controlled rectifying element Q2.

【0024】その後、フォトレジスト38を剥離し、図
9(B)に示すように、全面に上部絶縁膜39を堆積さ
せた後、真性多結晶シリコン膜33Aに形成したソース
領域33S、ドレイン領域33Dおよび真性多結晶シリ
コン膜33Bのゲート電極36Aの両側の領域上の、ゲ
ート絶縁膜35と上部絶縁膜39とにコンタクトホール
を開口する。そして、薄膜トランジスタQ1のソース領
域33Sと制御整流素子Q2のカソード側領域の真性多
結晶シリコン膜33Bとをコンタクトホールを介して接
続するようにソースライン40を形成する。それと同時
に、薄膜トランジスタQ1のドレイン領域33Dと制御
整流素子Q2のアノード側領域の真性多結晶シリコン膜
33Bとをコンタクトホールを介して接続するようにド
レインライン41を形成する。このようにして、図9
(B)に示すような構造の薄膜トランジスタが完成す
る。
After that, the photoresist 38 is peeled off, and an upper insulating film 39 is deposited on the entire surface as shown in FIG. 9B, and then the source region 33S and the drain region 33D formed on the intrinsic polycrystalline silicon film 33A. Contact holes are opened in the gate insulating film 35 and the upper insulating film 39 on the regions of the intrinsic polycrystalline silicon film 33B on both sides of the gate electrode 36A. Then, the source line 40 is formed so as to connect the source region 33S of the thin film transistor Q1 and the intrinsic polycrystalline silicon film 33B of the cathode side region of the control rectifying element Q2 through the contact hole. At the same time, a drain line 41 is formed so as to connect the drain region 33D of the thin film transistor Q1 and the intrinsic polycrystalline silicon film 33B in the anode side region of the controlled rectifying element Q2 via a contact hole. In this way, FIG.
A thin film transistor having a structure as shown in (B) is completed.

【0025】本実施例によれば、薄膜トランジスタQ1
と制御整流素子Q2とをほぼ同時に共通の材料を用いて
作成することができ、製造が容易となる利点がある。な
お、本実施例で製造された薄膜トランジスタQ1は、上
記実施例1で説明したように制御整流素子Q2が並列に
接続されているため、ドレイン電圧を上げていってもキ
ンク電流による急激なドレイン電流の増加がなく、素子
性能を保持しつつ劣化を防止することができる。
According to this embodiment, the thin film transistor Q1
And the controlled rectifying element Q2 can be manufactured almost simultaneously using the common material, and there is an advantage that the manufacturing becomes easy. The thin-film transistor Q1 manufactured in this example has the controlled rectifying element Q2 connected in parallel as described in the first example, and therefore, even if the drain voltage is increased, the abrupt drain current caused by the kink current is increased. It is possible to prevent deterioration while maintaining the element performance without increasing.

【0026】以上、実施例1〜3について説明したが、
本発明は、これらに限定されるものではなく、構成の要
旨に付随する各種の設計変更が可能である。例えば、上
記各実施例では、半導体層として多結晶シリコン膜を適
用したが、アモルファスシリコン膜、SOI(Silicon
On Insulator)構造の再結晶化膜を利用した薄膜トラン
ジスタに本発明を適用しても勿論よい。また上記実施例
では、薄膜トランジスタのゲート電極と制御整流素子の
ゲート電極とを接続し、同じゲート電圧VGを印加した
が、キンク電流が発生するドレイン電圧VDに制御整流
素子がオンするのであれば、ゲート電極同士を接続せ
ず、それぞれの素子に応じたゲート電圧VGを印加して
もよい。また、薄膜トランジスタはボトムゲート型でも
良く、制御整流素子と異なる型であっても良い。また上
記実施例では、チャネル長を設定したが、チャネル幅を
変えることにより(チャネル長)/(チャネル幅)を適
宜設定し、過剰ドレイン電流を制御整流素子に流しても
よい。
The first to third embodiments have been described above.
The present invention is not limited to these, and various design changes accompanying the gist of the configuration are possible. For example, in each of the above embodiments, a polycrystalline silicon film is applied as the semiconductor layer, but an amorphous silicon film, an SOI (Silicon
The present invention may of course be applied to a thin film transistor using a recrystallized film having an on insulator structure. Further, in the above embodiment, the gate electrode of the thin film transistor and the gate electrode of the controlled rectifying element were connected and the same gate voltage V G was applied, but the controlled rectifying element is turned on at the drain voltage V D at which the kink current is generated. For example, the gate voltage V G may be applied according to each element without connecting the gate electrodes. Further, the thin film transistor may be a bottom gate type or a type different from the controlled rectifying element. Although the channel length is set in the above-described embodiment, the (channel length) / (channel width) may be appropriately set by changing the channel width, and the excess drain current may be supplied to the controlled rectifying element.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明によれば、ドレイン電流を大幅に減少させることな
く、劣化の原因となるキンク電流を取り除くことが可能
となる。このため、素子性能を落とすことなく、耐劣化
特性の良好な薄膜トランジスタを実現するという効果が
ある。また、この発明によれば、工程数を大幅に増加さ
せることなく容易に製造できるという効果がある。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to remove the kink current that causes deterioration without significantly reducing the drain current. Therefore, there is an effect that a thin film transistor having a good deterioration resistance characteristic is realized without deteriorating the device performance. Further, according to the present invention, there is an effect that the manufacturing can be easily performed without significantly increasing the number of steps.

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

【図1】この発明の実施例1を示す平面図。FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】実施例1を示す等価回路図。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram showing the first embodiment.

【図3】図1のA−A断面図。3 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図4】図1のB−B断面図。4 is a sectional view taken along line BB of FIG.

【図5】実施例1の制御整流素子の特性を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing the characteristics of the controlled rectifying device of Example 1.

【図6】実施例の薄膜トランジスタの特性を示すグラ
フ。
FIG. 6 is a graph showing characteristics of the thin film transistor of the example.

【図7】この発明の実施例2の制御制御素子の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a control element according to Example 2 of the present invention.

【図8】(A)および(B)はこの発明の実施例3の工
程断面図。
8A and 8B are process cross-sectional views of a third embodiment of the present invention.

【図9】(A)および(B)はこの発明の実施例3の工
程断面図。
9A and 9B are process sectional views of a third embodiment of the present invention.

【図10】従来の薄膜トランジスタの断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view of a conventional thin film transistor.

【図11】従来の薄膜トランジスタの等価回路図。FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of a conventional thin film transistor.

【図12】従来の薄膜トランジスタの特性を示すグラ
フ。
FIG. 12 is a graph showing characteristics of a conventional thin film transistor.

【図13】他の従来例を示す断面図。FIG. 13 is a sectional view showing another conventional example.

【図14】他の従来例の特性を示すグラフ。FIG. 14 is a graph showing characteristics of another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Q1 薄膜トランジスタ Q2 制御整流素子 13 多結晶シリコン膜 13A ソース電極 13B ドレイン電極 15 ゲート電極 21 真性多結晶シリコン膜 Q1 thin film transistor Q2 control rectifier 13 Polycrystalline silicon film 13A source electrode 13B drain electrode 15 Gate electrode 21 Intrinsic polycrystalline silicon film

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁性基板上に半導体層が形成され、該
半導体層の一面にゲート絶縁膜を介してゲート電極が形
成され、前記半導体層にソース電極およびドレイン電極
が形成されてなる薄膜トランジスタにおいて、 前記薄膜トランジスタのドレイン電極が制御整流素子と
接続されると共に、前記薄膜トランジスタのドレイン電
極に印加されるドレイン電圧に比しドレイン電流が急増
するときに、前記制御整流素子に前記ドレイン電流の一
部が流れるように設定されていることを特徴とする薄膜
トランジスタ。
1. A thin film transistor comprising a semiconductor layer formed on an insulating substrate, a gate electrode formed on one surface of the semiconductor layer via a gate insulating film, and a source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor layer. When the drain electrode of the thin film transistor is connected to a controlled rectifying element, and when the drain current sharply increases as compared to the drain voltage applied to the drain electrode of the thin film transistor, a part of the drain current flows to the controlled rectifying element. A thin film transistor which is set to flow.
【請求項2】 前記薄膜トランジスタの半導体層は、両
側に不純物を含むソース・ドレイン領域が設けられ、前
記制御整流素子は、真性半導体層と、該半導体層の両端
に接続されたソース・ドレイン電極と、前記半導体層の
一面にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極とを
備え、前記制御整流素子のドレイン電極と前記薄膜トラ
ンジスタのドレイン電極とは互いに接続されていること
を特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタ。
2. The semiconductor layer of the thin film transistor is provided with source / drain regions containing impurities on both sides, and the controlled rectifying element includes an intrinsic semiconductor layer and source / drain electrodes connected to both ends of the semiconductor layer. And a gate electrode provided on one surface of the semiconductor layer via a gate insulating film, and the drain electrode of the controlled rectifying element and the drain electrode of the thin film transistor are connected to each other. The thin film transistor described.
【請求項3】 前記制御整流素子は、半導体層の一面に
ゲート絶縁膜を介して薄膜トランジスタのゲート電極に
接続されたゲート電極が形成されてなり、ドレイン電流
が急増する時に前記制御整流素子に前記ドレイン電流の
一部が流れるように前記制御整流素子の半導体層または
前記薄膜トランジスタの半導体層の(チャネル長)/
(チャネル幅)を設定することを特徴とする請求項1記
載の薄膜トランジスタ。
3. The controlled rectifying device comprises a gate electrode connected to a gate electrode of a thin film transistor via a gate insulating film on one surface of a semiconductor layer, and the controlled rectifying device is provided with the gate electrode when the drain current rapidly increases. (Channel length) / of the semiconductor layer of the controlled rectifying element or the semiconductor layer of the thin film transistor so that a part of drain current flows
(Channel width) is set, The thin-film transistor of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
【請求項4】 前記薄膜トランジスタの半導体層および
前記制御整流素子の半導体層は、少なくとも一方が多結
晶シリコン膜でなることを特徴とする請求項2または請
求項3記載の薄膜トランジスタ。
4. The thin film transistor according to claim 2, wherein at least one of the semiconductor layer of the thin film transistor and the semiconductor layer of the controlled rectifying element is a polycrystalline silicon film.
【請求項5】 絶縁性基板上の第一領域及び第二領域に
多結晶シリコンからなる半導体層を形成する工程と、 前記第一領域の半導体層の両側にそれぞれイオン注入に
よりソース領域及びドレイン領域を形成する工程と、前記第一領域の一面にソース電極及びドレイン電極を形
成するとともに、前記第二領域の半導体層の一面に、前
記ソース電極に接続されたカソード電極及び前記ドレイ
ン電極に接続されたアノード電極 を形成する工程と、 前記半導体層を形成する工程の前後のいずれかに、前記
絶縁性基板上の第一領域及び第二領域に、ゲート電極及
びゲート絶縁膜を形成する工程と、を備え 前記第一領域に薄膜トランジスタに形成するとともに前
記第二領域に制御整流素子が形成される ことを特徴とす
る薄膜トランジスタの製造方法。
5. A step of forming a semiconductor layer made of polycrystalline silicon in a first region and a second region on an insulating substrate, and ion implantation on both sides of the semiconductor layer in the first region.
Forming a source region and a drain region, and forming a source electrode and a drain electrode on one surface of the first region.
Formed on the one surface of the semiconductor layer in the second region,
A cathode electrode connected to the source electrode and the drain
A gate electrode and a gate insulating film in the first region and the second region on the insulating substrate either before or after the step of forming the anode electrode connected to the cathode electrode and the step of forming the semiconductor layer. comprising a step of forming the front and forming a thin film transistor on the first region
A method of manufacturing a thin film transistor, wherein a controlled rectifying element is formed in the second region .
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