JPH058871B2 - - Google Patents

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JPH058871B2
JPH058871B2 JP6847885A JP6847885A JPH058871B2 JP H058871 B2 JPH058871 B2 JP H058871B2 JP 6847885 A JP6847885 A JP 6847885A JP 6847885 A JP6847885 A JP 6847885A JP H058871 B2 JPH058871 B2 JP H058871B2
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JP
Japan
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polycrystalline silicon
thin film
resistance
resistance layer
film transistor
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JP6847885A
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JPS61228671A (ja
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Yoshikazu Hosokawa
Takaya Suzuki
Akio Mimura
Takashi Aoyama
Nobutake Konishi
Kenji Myata
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to DE8686104458T priority patent/DE3679437D1/de
Priority to EP19860104458 priority patent/EP0198320B1/en
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Publication of JPH058871B2 publication Critical patent/JPH058871B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78651Silicon transistors
    • H01L29/7866Non-monocrystalline silicon transistors
    • H01L29/78672Polycrystalline or microcrystalline silicon transistor
    • H01L29/78675Polycrystalline or microcrystalline silicon transistor with normal-type structure, e.g. with top gate

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、多結晶シリコンを用いた薄膜トラン
ジスタに係り、特に液晶デイスプレイの駆動用に
好適な薄膜トランジスタに関する。
〔発明の背景〕
薄膜トランジスタは絶縁性基板の表面に半導体
薄膜を成長させ、これによりトランジスタを形成
したもので、このときの半導体薄膜としては、非
晶質シリコン、非晶質化合物半導体、多結晶シリ
コンなど種々の材料によるものがあるが、これら
のうち多結晶シリコンを用いたものは、比較的、
電界効果移動度(モビリテイ)が大きく得られる
という特徴があり、例えば、シンポジユーム オ
ブ インターナシヨナル デイスプレイ(1984)
ダイジエストの第316頁における「4.25インチと
1.51インチの白黒およびフルカラーの多結晶薄膜
トランジスタで動作する液晶ビデオデイスプレ
イ」と題する論文(「SID 84 DIGEST」、P316
“4.25−in.and 1.51−in.B/W and Full−Color
LC Video Displays Addressed by Poly−Si
TFTs”)に記載されているように液晶デイスプ
レイの駆動などに好適である。
第2図はこのような多結晶シリコンを用いた薄
膜トランジスタ(以下、薄膜トランジスタを
TFTと称す)の従来例を示したもので、同図a
は平面図を、そしてbはaのB−B切断線に沿う
断面図をそれぞれ示したものであり、絶縁基板1
1の上に島状に加工されたシリコンの多結晶領域
(多結晶島と呼ばれる)22を設け、その一部に
電極コンタクト用の高濃度領域23を形成する。
また、この多結晶領域22の表面にはゲート絶
縁膜14を介してゲート電極15が形成されてい
る。ゲート絶縁膜14の開孔部16を介して高濃
度多結晶シリコン領域23に接続して、ソース、
ドレイン電極17a,17bが形成される。
ゲート電極15に所定の極性の電圧を印加する
と、その電界効果により、多結晶シリコン領域2
2の表面にチヤネルが形成され、TFTはオン状
態になる。また、ゲート電極15の電位を0電位
にすることにより、オフ状態になる。
ところで、TFTのオフ状態の抵抗は、多結晶
シリコンの固有抵抗などで決まるが、このときの
抵抗値は一般に大きい方が望ましい。
そこで、固有抵抗値を大きくするためには、多
結晶シリコンの薄膜を薄くしてやればよい。
しかしながら、一般に多結晶シリコンは、非晶
質の絶縁物基板の上に形成するので、膜厚が薄い
間は結晶含有率が少なく、膜を厚くするに従い結
晶が成長し、結晶含有率が増加する。
一方、多結晶シリコンの電界効果移動度は、結
晶含有率が大きくなるに従い大きくなる傾向があ
る。従つて、多結晶シリコン膜を薄くすると、結
晶含有率が小さいので、電界効果移動度が小さ
く、オン状態での抵抗値を充分に下げることがで
きなくなり、電流を充分に流すことができなくな
るという問題がある。
このため、従来は膜を薄くすることができず、
オフ状態での抵抗値を充分大きく得ることができ
なかつた。
また、オフ状態での抵抗値が低下してしまうこ
とのもう一つの原因としては、以下の理由による
ものがある。すなわち、絶縁基板11と、多結晶
シリコン領域22の下側の界面付近に電荷が蓄積
され、その電界効果により、底面に寄生チヤネル
が形成され、この寄生チヤネルにより電流が流
れ、オフ抵抗の低下をもたらしてしまうのであ
る。
〔発明の目的〕
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、充分に高いオフ抵
抗をもちながら極めて低いオン抵抗を与えること
ができる薄膜トランジスタを提供するにある。
〔発明の概要〕
この目的を達成するため、本発明は、TFTの
多結晶シリコン薄膜を、イントリンシツクな多結
晶シリコン層よりも高抵抗な多結晶シリコン層
(以下、高抵抗層と呼ぶ)と、イントリンシツク
又はそれより低抵抗な多結晶シリコン層(以下、
低抵抗層と呼ぶ)の2層で構成し、低抵抗層にチ
ヤネルが形成されるようにした点を特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明による薄膜トランジスタについ
て、図示の実施例により詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例で、aは平面図、b
はaのA−A切断線に沿うの断面図であり、これ
らの図において、絶縁基板11の上に高抵抗多結
晶シリコン層12と、低抵抗多結晶シリコン層1
3を積み重さねた多結晶シリコン領域(島)が形
成されている。ゲート絶縁膜14を介してゲート
電極15が形成される。また、ゲート絶縁膜14
の開孔部16を介して、ソースおよびドレインの
各電極17a,17bが形成されている。ソース
およびドレイン電極17a,17bと、低抵抗多
結晶シリコン層13との接触は、第2図の従来例
のように、n型又はp型の不純物を高濃度にドー
ピングした方法にしてもよいし、その他の何らか
の接触方式をとつてもよい。
一般に、多結晶シリコン中に酸素およびちつ素
などをドーピングすることにより、多結晶シリコ
ンの比抵抗は、ドーピングしないものと比較して
102〜104程度高抵抗になることが知られている。
そこで、このような高抵抗の多結晶シリコンを
0.1〜1μm程度の厚さに形成して高抵抗層12と
する。次にドーピングしない多結晶シリコンを
0.05〜0.5μm程度の厚さに形成して低抵抗層13
とする。
ところで、ドーピングしない多結晶シリコンを
直接非晶質の絶縁基板上に形成する場合は、成長
の初期においては下地の非晶質の影響を受け、結
晶が成長しにくく、非晶質の境界を多く含んだ多
結晶になる。しかし、酸素等をドーピングしたシ
リコン層は、粒径は小さいが、多結晶が既に形成
されているので、この膜の上では結晶の成長が比
較的容易に進み、非晶質の境界領域が少ない結晶
を形成することができる。したがつて、比較的薄
い薄膜であつても結晶含有率が大きく、電界効果
移動度の大きい多結晶領域が得られる。
一方、MOSトランジスタのシヤネル領域の厚
さは、数nm〜数10nmの厚さであるので、チヤ
ネル形成に必要な薄膜はかなり薄くしても良い。
他方、MOSトランジスタのオフ抵抗は、チヤネ
ル領域の形状、すなわち、チヤネル長とチヤネル
幅で決まる形状と、多結晶シリコンの比抵抗と厚
さで決まる。上記構造の多結晶シリコン層による
オフ抵抗ROFFは ROFF=R1R2/R1+R2 R1=ρ1L/W・t1 R2=ρ2L/W・t2 ρ1:高抵抗多結晶シリコンの比抵抗 ρ2:低抵抗 〃 t1:高抵抗 〃 の厚さ t2:低抵抗多結晶シリコンの厚さ L:チヤネル長 W:チヤネル幅 前述のようにρ1≫ρ2であることから、高抵抗多
結晶シリコンの膜厚が厚くてもR1≫R2となり、
ROFFには影響しない。したがつて ROFF≒R2=ρ2L/W・t2 になり、t2を薄くすることにより、ROFFを増大さ
せることができる。
一方、絶縁基板11は高抵抗多結晶シリコン層
12と接している。ところで、高抵抗多結晶シリ
コン領域は、しきい値電圧が高く、チヤネルが形
成されにくい。従つて基板11との界面に蓄積さ
れた電荷があつても、寄生チヤネルは形成され
ず、オフ状態での電流は増加しない。
従つて、この実施例によれば、オン抵抗が低
く、しかもオフ抵抗が高いTFTを容易に得るこ
とができる。
ところで、この実施例によるTFTは、ゲート
とソース間の電位が0Vのときオフ状態になるエ
ンハンスメント形であつてもよく、また、低抵抗
多結晶シリコン層13に不純物をドープし、さら
に低い抵抗としてデプレツシヨン形にした構造で
あつてもよい。
一般に多結晶シリコンを用いたTFTでは、不
純物をドープしない多結晶にチヤネル領域を設
け、ゲート・ソース間の電圧が0Vのときオフ状
態になるエンハンスメント形トランジスタにして
いる。なお、本発明のようにチヤネルを形成する
多結晶シリコンの膜厚を薄くすることができれ
ば、それ以外の形式のトランジスタでも任意に形
成することも可能になる。
さらに、本発明の他の実施例としては、低抵抗
多結晶シリコン層13に、P形がn形の不純物を
ドープし、さらに低抵抗にしたものを用いてもよ
い。この場合にはゲート・ドレイン間の電圧を0
にしても電流が流れる。そして、ゲート電圧を高
くすると、(ゲート電圧の正負は、ドーパントの
種類による)ゲート絶縁膜14を介した電界効果
による空乏層が形成され、その空乏層が、下の高
抵抗多結晶シリコン層12にまで延びれば、いわ
ゆるピンチオフ現象が起り、低抵抗多結晶シリコ
ン領域13には、電流が流れなくなり、オフ状態
になる。この構造により、さらにオン抵抗を増大
させ、オフ抵抗を減少させることができる。
また、高抵抗多結晶シリコンにドープする酸素
又はちつ素の濃度を、基板の厚さ方向に分布させ
てもよい。この場合、基板に接する部分での濃度
を高くしておけば、さらに寄生チヤネルの防止に
役立ち、他方、低抵抗シリコンとの界面付近の濃
度を低くしておけば、結晶の成長性が良くなり、
さらに優れた特性のTFTを得ることができる。
なお、先に述べた低抵抗多結晶シリコンにp形
かn形の不純物をドープする場合でも、高抵抗多
結晶シリコンとの界面付近の濃度を低くしておけ
ば空乏層が延びやすくなつてピンチオフしやすく
なり、ゲート絶縁膜付近の濃度を高くしておけ
ば、オン状態での抵抗を小さくすることができ
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、薄膜ト
ランジスタのチヤネル領域を形成する多結晶シリ
コン層の電界移動度を下げることもなく、上記多
結晶シリコンの薄膜を薄くすることができ、かつ
絶縁基板との界面に蓄積された電荷による寄生チ
ヤネルを防止できることから、オフ抵抗が大き
く、しかもオン抵抗が小さな薄膜トランジスタを
容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による薄膜トランジスタの一実
施例で、同図aは平面図、bはaのA−A切断線
に沿う断面図である。第2図は従来例を示したも
ので、同図aは平面図、bはaのB−B切断線に
沿う断面図である。 11……絶縁基板、12……高抵抗多結晶シリ
コン層、13……低抵抗多結晶シリコン層、14
……ゲート絶縁膜、15……ゲート電極、16…
…開孔部、17a……ソース電極、17b……ド
レイン電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 絶縁性基板上に形成した多結晶シリコン薄膜
    にソース、ドレイン両電極を接続し、これらソー
    ス、ドレイン両電極の間の上記多結晶シリコン薄
    膜上に絶縁膜を介してゲート電極を設けた薄膜ト
    ランジスタにおいて、上記多結晶シリコン薄膜
    を、イントリンシツクな多結晶シリコンよりも高
    抵抗の多結晶シリコンからなる高抵抗層と、イン
    トリンシツク又はそれより低抵抗の多結晶シリコ
    ンからなる低抵抗層の2層で構成し、上記高抵抗
    層を上記絶縁性基板側に設けたことを特徴とする
    薄膜トランジスタ。 2 特許請求の範囲第1項において、上記高抵抗
    層を、酸素又はちつ素をドーピングした多結晶シ
    リコン層で構成したことを特徴とする薄膜トラン
    ジスタ。 3 特許請求の範囲第1項において、上記低抵抗
    層を、p形又はn形の不純物をドーピングした多
    結晶シリコン層で構成したことを特徴とする薄膜
    トランジスタ。 4 特許請求の範囲第1項において、上記高抵抗
    層の厚さを上記低抵抗層の厚さよりも厚く構成し
    たことを特徴とする薄膜トランジスタ。 5 特許請求の範囲第4項において、上記高抵抗
    層の厚さが0.1〜1.0μmの範囲内に、上記低抵抗
    層の厚さが0.01〜0.3μmの範囲内にそれぞれ収ま
    るように構成したことを特徴とする薄膜トランジ
    スタ。 6 特許請求の範囲第2項又は第3項において、
    上記ドーピングが、上記基板側から厚み方向に濃
    度が低下して行く濃度勾配をもつように構成した
    ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
JP6847885A 1985-04-02 1985-04-02 薄膜トランジスタ Granted JPS61228671A (ja)

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JP6847885A JPS61228671A (ja) 1985-04-02 1985-04-02 薄膜トランジスタ
DE8686104458T DE3679437D1 (de) 1985-04-02 1986-04-02 Duennfilm-transistor mit polykristallinem silizium.
EP19860104458 EP0198320B1 (en) 1985-04-02 1986-04-02 Thin film transistor using polycrystalline silicon

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Families Citing this family (3)

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EP0198320A3 (en) 1987-12-02
EP0198320B1 (en) 1991-05-29
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EP0198320A2 (en) 1986-10-22

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