JPH06163900A - 薄膜トランジスタ - Google Patents

薄膜トランジスタ

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JPH06163900A
JPH06163900A JP5197509A JP19750993A JPH06163900A JP H06163900 A JPH06163900 A JP H06163900A JP 5197509 A JP5197509 A JP 5197509A JP 19750993 A JP19750993 A JP 19750993A JP H06163900 A JPH06163900 A JP H06163900A
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tft
silicon
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thin film
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Abstract

(57)【要約】 【目的】薄膜トランジスタのOFF時のリーク電流を低
減させると同時に、金属電極のソース、ドレイン領域へ
の確実なコンタクトを確保する。 【構成】多結晶シリコン薄膜トランジスタのチャンネル
領域の膜厚をソース、ドレイン領域の膜厚よりも薄く形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシリコン薄膜、例えば多
結晶シリコンPeuファス・シリコンによる薄膜トランジ
スタ(以下TFTと略す)の関するもので、TFT特性
の向上を図ったものである。
【0002】
【従来の技術】近年、絶縁基板上にTFTを形成する研
究が活発に行われている。この技術は安価な絶縁基板を
用いて薄形ディスプレイを実現するアクティブマトリク
スパネル、あるいは通常の半導体集積回路上にトランジ
スタ等の能動素子を形成する、いわゆる三次元集積回路
等、多くの応用が期待できる。本発明ではTFTにおけ
つ本質的な特性の向上を図ったものであるため、上述し
た以外のTFTを応用した場合にも適用できるものであ
る。以下に多結晶シリコン薄膜を用いたTFTの製造方
法の1例を示して説明する。
【0003】図1(a)で絶縁性基板101に多結晶シ
リコン薄膜102を形成、所定のパターンに加工する。
その後熱酸化、あるいはCVD法によりゲート酸化膜1
03を形成する。次にゲート電極としてN型を有する不
純物を含む多結晶シリコン104を形成加工する。次に
前記ゲート電極104をマウスとして、N型不純物10
5をイオン注入し、ソース・ドレイン領域106を設け
たのが同図(b)である。その後同図(c)のように層
間絶縁膜107を形成し、各配線を引き出すための窓1
08を開ける。最後にAl等の配線用金属109で配線
形成したものが同図(d)である。以上のプロセスに従
って製造したTFTから得られた特性を図2、図3に示
す。
【0004】図2で横軸はソースに対するゲート電圧V
GS であり、横軸はドレイン電流IDである。また、ソー
スに対するドレイン電圧は4Vである。3種の特性の差
は多結晶シリコンの膜厚(図1(d)におけるTに相当
する。)により(A)がTA=4000Å、(B)がTB
=3000Å、(C)がTC=2000Åである。図3
で横軸は上記多結晶シリコンの膜厚Tであり、横軸はゲ
ート電圧VGS =0(V)の時のドレイン電流ID であ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図2、図3の結果から
わかるように、トランジスタがOFF状態の時のリーク
電流は、多結晶シリコンの膜厚Tに依存し、Tが小さい
程リーク電流が小さくなる傾向にある。その場合、図3
からわかるように、T>2500〜3000Åの時はリ
ーク電流の値はほとんど変わらないが、T<2500〜
3000Åになるとリーク電流は急激に低減する傾向が
ある。従って多結晶シリコンを用いたTFTをデバイス
に応用する場合は、TFTがOFF状態の時に流れるリ
ーク電流が上述した特性を持つため、上記多結晶シリコ
ンの膜厚の最適値がある。以上の結果を考慮して、多結
晶シリコンによるTFTをアクティブマトリックスパネ
ルに応用いた実施例を説明する。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に用いる液晶パネ
ルにおいて、0.1mm0〜0.3mm0の画素では、液
晶の抵抗値はほぼ1010 Ω近辺であり。従ってTFT
のリーク電流は等価抵抗で液晶の1/10以下、即ち1
-11 A以下にする必要がある。本出願人の実験結果か
ら、この時の多結晶シリコンの膜厚は、T<2500Å
でなければならない。
【0007】本発明の目的とするところは、多結晶シリ
コンを用いたTFTにおいて、上記多結晶シリコンの膜
厚を2500Å以下にすることにより、リーク電流を低
減させ、ON/OFF比の大きな特性をもつTFTを提
供し、各デバイスに応用することにある。
【0008】
【実施例】以下に本発明による実施例を述べる。
【0009】TFTをアクティブマトリクスパネルに応
用した場合の液晶表示装置は、一般に、上側のガラス基
板と、下側のTFT基板と、その間に封入された液晶と
から構成されており、前記TFT基板上にマトリックス
状に配置された液晶駆動素子を外部選択回路により選択
し、前記液晶駆動素子に接続された液晶駆動電極に電圧
を印加することにより、任意の文字、図形、あるいは画
像の表示を行うものである。前記TFT基板の一般的な
回路図を図4に示す。
【0010】図4(a)はTFT基板上の液晶駆動素子
のマトリックス状配置図である。図中の1で囲まれた領
域が表示領域であり、その中に液晶駆動素子2がマトリ
ックス状に配置されている。3は液晶駆動素子2へのデ
ータ信号ラインであり、4は液晶駆動素子2へのタイミ
ング信号ラインである。液晶駆動素子2の回路図を図1
(b)に示す。5はTFTであり、データのスイッチン
グを行う。6はコンデンサであり、データ信号の保持用
として用いられる。7は液晶パネルであり、7−1は各
液晶駆動素子に対応して形成された液晶駆動電極であ
り、7−2は上側ガラスパネルである。
【0011】以上の説明からわかるように、TFTは、
液晶に印加する電圧のデータをスイッチングするために
用いたて、このときTFTに要求される特性は大きく次
の2種類に分類される。
【0012】(1)TFTをON状態にした時コンデン
サを充電させるために充分な電流を流すことができるこ
と。
【0013】(2)TFTをOFF状態にした時、極
力、電流が流れないこと。
【0014】(1)は、コンデンサへのデータの書き込
み特性に関するものである。液晶の表示はコンデンサの
電位により決定されるため、短時間にデータを完璧に書
き込むことができるように、TFTは充分大きい電流を
流すことができなくてはならない。この時の電流(以
下、ON電流という。)は、コンデンサの容量と、書き
込み時間とから定まり、そのON電流をクリアできるよ
うにTFTを製造しなくてはならない。TFTの流すこ
とができるON電流は、トランジスタのサイズ(チャネ
ル長とチャネル幅)、構造、製造プロセス、ゲート電圧
などに大きく依存する。多結晶シリコンを用いてTFT
を形成した場合、一般にON電流は充分大きい値を得る
ことが可能であり、従って(1)の要求事項は満足され
ている。これは、非晶質半導体などと異なり、多結晶シ
リコンではかなり大きいキャリア移動度が得られるため
である。
【0015】(2)は、コンデンサに書き込まれたデー
タの保持特性に関するものである。一般に、書き込まれ
たデータは書き込み時間よりもはるかに長い時間保持さ
れなくてはならない。コンデンサの静電容量は、通常1
PF程度の小さい値であるため。TFTがOFF状態の
ときにわずかでもリーク電流が流れると、ドレインの電
位(すなわちコンデンサの電位)は急激にソースの電位
に近づき、書き込まれたデータは正しく保持されなくな
ってしまう。多結晶シリコンを用いてTFTを形成した
場合、多結晶シリコン膜中の結晶粒界に多くのトラップ
単位が局在しているため、このトラップを介してかなり
多くのリーク電流が流れてしまう。
【0016】以上述べた内容からわかるように、多結晶
シリコンを用いたTFTでは、ON電流は比較的大きな
値が得られるが、リーク電流の値も大きくなりデータの
保持特性を悪化させている。したがってリーク電流を小
さくおさえることが急務となっている。このことは、T
FTをアクティブマトリックスパネル以外の用途に応用
する場合にも全く同様のことが言える。例えばTFTを
用いて、通常のロジック回路を構成する場合には、静止
電流が増加し。またメモリ回路を構成する場合には、誤
動作の原因となる。
【0017】次に本実施例に於て用いたTFTの製造プ
ロセス図5に示す。製造方法は図1で説明したものと同
様であるので省略する。なお図5に示した番号は、図1
で示した番号と以下のように対応する。(101−20
1、102−202、109−209) また、本発明による実施例では多結晶シリコンの膜圧、
(図5T´に相当する)T´<2500Åにすることに
より、十分満足のできる特性をもつ製品を得ることがで
きた。
【0018】上述した本発明による実施例に限らず、多
結晶シリコンを用いたTFTのリーク電流を最小限に抑
えることは、TFTを応用したデバイスに要求される性
能を得るためにも不可欠であり、それには本発明の目的
で示したように多結晶シリコンの膜厚を2500Å以下
にすることが必要である。
【0019】以上のように多結晶シリコン202の膜厚
T´を小さくしてゆけばそれに共なってリーク電流を低
減せしめることができるが、ある膜厚まで小さくする
と、配線用金属209として例えばAl、Al−Siを
用いた場合拡散層を突き抜けてコンタクトをとることが
不可能となる。従って、リーク電流を減らすための多結
晶シリコンの膜厚は、よりリーク電流を低減できる可能
性を持ちながら、結局のところコンタクトが安定してと
れるかどうかに制限されてします。この問題を改善する
ため本出願人は以下に述べるTFT構造を提供する。即
ち、チャンネルの形成される領域の多結晶シリコンの膜
厚のみを薄くすることによって、リーク電流を減らすと
共に、ソース・ドレイン領域と配線用金属とのコンタク
トを確実にとる構造である。
【0020】図6に従って、本発明の1実施例を説明す
る。図6(a)のように、絶縁基板301上に、確実に
コンタクトをとることのできる膜厚を有する多結晶シリ
コン302を形成し、所定のパターンに加工する。次
に、チャンネル領域のみを所定の膜厚(2500Å以
下)までエッチングし、凹不300を形成する。その
後、熱酸化、あるいはCVD法によりゲート酸化膜30
3を形成したのが同図(b)である。次に同図(c)の
ように、凹不300に多結晶シリコン当のゲート電極3
04を設け、該ゲート電極をマスクとしてN型の不純物
305をイオン注入し、ソース・ソレイン領域306を
形成する。その後、層間絶縁膜307を形成した後、配
線用金属とのコンタクトをとるための窓308を開けた
のが同図(d)である。最後にAl等の配線用金属30
9を蒸着後、配線形成したものが同図(e)である。こ
のような構造によれば、チャンネルが形成される領域の
多結晶シリコンのみを薄くすることができるため、配線
用金属とソース・ドレイン領域のコンタクトが確実にと
れ、さらにリーク電流を減らす方向へもっていくことが
できる。
【0021】以上述べてきたように本発明は多結晶シリ
コンを用いたTFTに於て、リーク電流をデバイス要求
に応じて低減せしめすことができる効果を有するTFT
特性の向上を図ったものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の説明に用いたTFTの構造及びその製
造方法を示す図。
【図2】図1の特性を示すグラフ。
【図3】図1の特性を示すグラフ。
【図4】本発明の実施例として用いた液晶駆動素子のマ
トリックス状配置図、及び液晶駆動素子の回路図。
【図5】用いられたTFTの構造及びその製造方法を示
す図。
【図6】図5におけるTFTの特性をさらに改善するT
FT構造とその製造方法を示す図。
【符号の説明】 101、201、301・・・絶縁基板 102、202、302・・・多結晶シリコン薄膜 103、203、303・・・ゲート酸化膜 104、204、304・・・ゲート電極 105、205、305・・・N型不純物 106、206、306・・・ソース、ドレイン領域 107、207、307・・・層間絶縁膜 108、208、308・・・コンタクトホール 109、209、309・・・配線用金属
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年9月8日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0021
【補正方法】変更
【補正内容】
【0021】以上述べてきたように本発明は多結晶シリ
コンを用いたTFTに於て、リーク電流をデバイス要求
に応じて低減せしめすことができる効果を有するTFT
特性の向上を図ったものである。
【発明の効果】薄膜トランジスタのOFF時のリーク電
流を低減させるとともに、金属電極のソース、ドレイン
領域への確実なコンタクトを確保できる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多結晶シリコン薄膜を用いて、ソース電極
    とドレイン電極及びゲート電極を備えた薄膜トランジス
    タにおいて、チャンネルの形成される領域のシリコン薄
    膜の膜厚が、ソース・ドレインの形成される領域のシリ
    コン薄膜の膜厚よりも小さいことを特徴とする薄膜トラ
    ンジスタ。
  2. 【請求項2】前記チャンネルの形成される領域のシリコ
    ン薄膜の膜厚が2500Å以下であることを特徴とする
    請求項1記載の薄膜トランジスタ。
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