JPH02156676A - 薄膜半導体装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、閾値電圧の値やその変化量をコントロールす
ることが出来るようにした薄膜半導体装置に関するもの
である。

【従来の技術】

薄膜半導体装置は、ガラス等の絶縁基板上に電極層、半
導体層、絶縁層等が積層されて形成される半導体装置で
ある。 第２図に、従来の薄膜半導体装置を示す。第２図におい
て、１は絶縁基板、２はゲート電極、３はゲート絶縁膜
、４はａ−Ｓ＋半導体層（アモルファス・シリコン半導
体層）、５はトップ絶縁膜、６−１はソース側ｎ”　−
ａ−Ｓ　ｉ半導体層（電子がドープされたアモルファス
・シリコン半導体層Ｌ　６−２はドレイン側ｎ”　−ａ
−３ｉ半導体層、７−１はソース側バリヤメタル、７−
２はドレイン側バリャメクル、８は層間絶縁膜、１０は
ソース電極、１１はドレイン電極である。 絶縁基板１としては、例えば、ガラス基板が用いられる
。ゲート電極２および７−１．７−２のバリヤメタルと
しては、例えば、クロム（Ｃｒ）が用いられる。ゲート
絶縁膜３やトップ絶縁膜５等の絶縁膜としては、例えば
、窒化シリコン（Ｓ！Ｎ）が用いられる。ソース電極１
０．ドレイン電極１１としては、例えば、アルミニュー
ムが用いられる。 このような薄膜半導体装置にあっては、ゲート電極２に
印加する電圧によって、ソース電極１０からａ−３ｉ半
導体層４を通ってドレイン電極１１に流れる電子の流れ
を制御することが出来る。

【発明が解決しようとする課題】

（問題点） しかしながら、前記した従来の薄膜半導体装置には、次
のような問題点があった。 第１の問題点は、薄膜半導体装置の閾値電圧■Ｌゎの値
が、コントロール出来なかったという問題点である。 第２の問題点は、薄膜半導体装置を作動させている時間
が長くなると、閾値電圧■いの値が変化（増大）すると
いう問題点である。 （問題点の説明） まず、第１の問題点について説明する。 従来、薄膜半導体装置の閾値電圧の値は、製造時の条件
の僅かの違いに敏感に反応して異なった値となってしま
い、同一値の閾値電圧を持つ薄膜半導体装置を意図的に
作り出すことは、困難なことであった。つまり再現性が
悪く、閾値電圧の値がどのような値になるかは、成り行
き任せということにならざるを得なかった。 そのため、薄膜半導体装置を用いて回路を設計する際に
も、閾値電圧のそれぞれの値に応じて設計しなければな
らず、回路設計を面倒なものとしていた。 第２の問題点について、説明する。 薄膜半導体装置を長時間動作させていると閾値電圧■い
が増大してゆくということは周知の現象であるが、その
原因の１つは、電子がａ−３ｉ半導体層４を流れる際、
トップ絶縁膜５に捕らえられてしまう（トラップされて
しまう）ことにあると、考えられている。もちろん、ゲ
ート絶縁膜及びａ−３＋バルク中へのトラップが、主因
である事は言うまでもありません。 回路を動作させている内に、いつのまにか閾値電圧■い
が変化（増大）してしまう現象は、回路動作の信頼性を
低める原因となっていた。 本発明は、以上のような問題点を解決することを課題と
するものである。

【課題を解決するための手段】

前記課題を解決するため、本発明の薄膜半導体装置では
、層間絶縁膜上であってゲート電極およびトップ絶縁膜
の直上に当たる位置に、閾値電圧の値やその変化量をコ
ントロールするよう調節された電圧を印加する背面電極
を設けることとした。

【作　　用】

前記の位置に形成した背面電極に印加する電圧を変化さ
せると、薄膜半導体装置の閾値電圧■いが変化させるこ
とが出来るという現象が見出されたので、背面電極に印
加する電圧を調節することによって、閾値電圧■、を所
望の値にコントロールすることが可能となる。 また、背面電極に印加する電圧によっては、ａＳｉ半導
体層４を流れる電子がトップ絶縁１１９５にトラップさ
れる量を減らすことが出来ることも分かり、該トラップ
により引き起こされていた閾値電圧ＶＬｈの変化も、印
加する電圧を選定することにより、減少させることが可
能となる。

【実　施　例】

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。 第１図に、本発明の実施例にかかわる薄膜半導体装置を
示す。符号は、第２図に対応している。 そして、１２は背面電極である。 構成上、第２図の薄膜半導体装置と異なる点は、背面電
極１２を新設した点である。 本発明の発明者は、従来の薄１模半導体装置の層間絶縁
膜８上であってゲート電極２．レンブ絶縁膜５の直上に
当たる位置に電極（背面電極１２）を設け、これに印加
する電圧を変えると、閾値電圧■。も変化する現象があ
ることを発見した。 第３図は、背面電極電圧と閾値電圧との関係を示す図で
ある。横軸は背面ｉｔ極電電圧あり、縦軸は閾値電圧■
いである。背面電極電圧と閾値電圧■いとの間には、略
リニアな関係があることが分かる。従って、背面電極電
圧を調節することによって、所望の閾値電圧■いが得ら
れることになる。 それゆえ、製造時には同し閾値電圧■いの薄膜半導体装
置が得られなくとも、製造後に背面電極電圧を調節する
ことにより、同じ閾値電圧Ｖいを持つ薄膜半導体装置と
することが出来る。 また、印加する電圧の極性および大きさによって、閾値
電圧Ｖｔｈの作動中での変化（いわゆる、閾値電圧Ｖい
のシフト）の大きさが変わるという現象があることを発
見した。 この現象は、背面電極電圧による電界が、ａＳｉ半導体
層４を流れる電子がトップ絶縁膜５にトランプされる量
に影響を与えることによって、生ずるものと考えられる
。 従って、トラップされた電子への影響を打ち消すように
電界を印加する事で、閾値電圧ＶＬｈのシフトは減少す
る。シフトｆｆｉは背面電極１２の電圧によってコント
ロールすることが出来る。 以上の如く、本発明によれば、背面電極１２を設け、そ
れに印加する電圧を調節することにより、閾値電圧Ｖｔ
ｈを所望の値にコントロールしたり、閾値電圧■いのシ
フトをコントロールしたりすることが出来るようになっ
た。 第４図は、本発明の薄膜半導体装置の途中までの製造工
程を示す図である。工程は、第４図（イ）→（ロ）→（
ハ）の順に進行して行く。以下、各工程について説明す
る。 ■　第４図（イ）の工程 先ず、絶縁基板ｌにゲート電極２を形成する。 次に、ゲート絶縁膜３　（Ｓ、Ｎ）、ａ−３ｉ半導体層
４．トップ絶縁膜５　（Ｓｉ　Ｎ）を順次形成する。 ■　第４図（ロ）の工程 トップ絶縁膜５を、背面露光によりセルフアラインメン
ト的に加工する。即ち、）・ノブ絶縁膜５を、ゲート電
極２の上方位置においてのみ残し、池の部分では除去す
る。 そうした上に、ソースコンタクト用或いはトレインコン
タクト用のｎ”−ａ−３ｉ半導体層６を形成する。次い
で、クロム（Ｃｒ）ＪＷを形成し、ソース電極ｌＯやド
レイン電極１１に使われるアルミニュームとの間に介在
せしめるバリヤメタル７とする。 ■　第４図（ハ）の工程 エンチングにより不用部分を除去し、ソース側ｎ’−ａ
−３ｉ半導体層６−１．ソース側バリヤメタル７−１．
）レイン側ｎ”　−ａ−３ｉ半導体層６−２．Ｆレイン
側バリヤメタル７−２を形成する。 その上に、層間絶縁膜８を形成する。そして、層間絶縁
膜８には、ソース側バリヤメタル７−１゜トレイン側バ
リヤメタル７−２に達するビア９−１．９−２を開ける
。 以上が第４図（ハ）までの工程であるが、その次には、
電極層として用いるアルミニュウムの層を着膜し、ソー
ス電極１０．ドレイン電極１１゜背面電極１２を形成し
、第１図の如きものとする。 背面型ｔ！ｉ１２は、層間絶縁膜８上であって、ゲート
電極２．トップ絶縁膜５の直上番ご当たる位置となるよ
う形成する。 第５図は、薄膜半導体装置の回路記号を示す図である。 第５図（ロ）は従来の薄膜半導体装置の回路記号であり
、Ｄはドレイン、Ｓはソース、Ｇはゲートを表している
。第５図（イ）は本発明にかかわる薄膜半導体装置の回
路記号であり、Ｔは背面電極を表す。即ち、本発明は、
従来のものにＴが付加されたものとなっている。

【発明の効果】

以上述べた如き本発明によれば、次のような効果を奏す
る。 ■　背面電極に印加する電圧により、閾値電圧Ｖ、ｈの
値をコントロールすることが出来るようになり、所望の
閾値電圧■いを有する薄膜半導体装置を容易に得ること
が出来るようになった。 これにより、回路設計が極めてやり易くなった。 ■　背面電極に印加する電圧によっては、ａ−３１半導
体層を流れる電子がトップ絶縁膜にトラシブされる量を
減らすことが出来るので、閾値電圧■いのシフトが少な
い薄膜半導体装置を得ることが出来るようになった。 これにより、薄膜半導体装置を長時間動作させても、閾
値電圧■、のシフトは小さく、動作の信頼性を高めるこ
とが出来る。 はドレイン側ｎ”−ａ−３ｉ半導体層、７はバリヤメタ
ル、７−１はソース側バリヤメタル、７２はドレイン側
バリヤメタル、８は層間絶縁膜、９はビア、１０はソー
ス電極、１１はドレイン電極、１２は背面電極である。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明の実施例にかかわる薄膜半導体装置 第２図・・・従来の薄膜半導体装置 第３図・・・背面電極電圧と閾値電圧との関係を示す図 第４図・・・本発明の薄膜半導体装置の途中までの製造
工程を示す図 第５図・・・薄膜半導体装置の回路記号を示す図図にお
いて、１は絶縁基板、２はゲート電極、３はゲート絶縁
膜”、４はａ−３ｉ半導体層、５はトンプ絶縁膜、６は
ｎ”−ａ−５ｉ半導体層、６−１はソース側ｎ”−ａ−
３ｉ半導体層、６−２特許出願人　　　富士ゼロックス
株式会社代理人弁理士　　本　庄　冨　雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 層間絶縁膜上であってゲート電極およびトップ絶縁膜の
   直上に当たる位置に、閾値電圧の値やその変化量をコン
   トロールするよう調節された電圧を印加する背面電極を
   設けたことを特徴とする薄膜半導体装置。