JPS58106869A - 多結晶シリコン薄膜トランジスタ - 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】 本発明は多結晶シリコン薄膜トランジスタ、特に１１形
多結墨シリコンを用いた薄膜トランジスタに関するもの
である。

薄膜トランジスタは、絶縁体基板上に蒸着等により、半
導体薄膜を被着形成して能動素子を作ったもので、通常
は電界幼果形であり、構造および動作ともにＭＯＳ−Ｆ
ＥＴに類似している。しかしながらＭＯＳ　−ＦＩＴが
通常単結晶基板を用いて形成されるのに対してこの薄膜
トランジスタは絶縁体基板上に形成した半導体薄膜によ
って構成されるために大面積トランジスタアレイを製作
できるという利点を有している、このため、例えば、液
晶マトリックスディスプレイのクロストーク防止用スイ
ッチング素子として極めて好適である。すなわち液晶マ
トリックスディスプレイは近年ポケットテレビやコンピ
ュータ端末用機器として開発が進められ、画儂の一層の
精細化が求められているが、画素子数の増加に伴なうク
ロストークを防止するためには、各−素にスイッチイブ
素子を付設する手段が有効である。この場合、薄線トラ
ンジスタを用いればディスプレイパネルの一層の基板上
に形成で龜るので有利である。またこの場合、薄膜を構
成する半導体としては、Ｃｄ！１１　、　Ｃｄ８・等の
化合物やアモルファスシリコン等も用いられるが、特性
の安定性や無公害の観点から多結晶シリコンが最もすぐ
れている。

ｌｌｌ１図および第２図は、通常用いられているこの種
の薄膜トランジスタの一例を示す要部所ｍａｉである。

同図において、１はガラス等からなる絶縁体基板、２は
半導体膜、３は絶縁膜、４，５抹ソース、ドレイン電極
、６はゲーＦ電極である。

しかしながら、上記構成を有する薄膜トランジスタにお
いて、半導体膜２か多結晶シリコンの場合、膜厚か薄い
と結晶ｗｋが不十分で良好な動作特性か得られず、喪好
な動作特性を得るためには膜厚は約２０００ム以上、望
ましくは約５０００Ａ以上必要である。ところが、半導
体膜２の膜厚をこのように厚く量ると、第１図、第２図
の構造の場合、ゲートに電圧を印加してもソース電極４
．およびドレイン電極５近傍の半導体膜２にキャリアが
十分に励起されず、動作しにくくなるという欠点があつ
た。そこで半導体膜２とし知多結晶シリコンを用い為場
合Ｋｄ、キャリア励起上、有利な第３図。

第４図の構造が望ましいと考えられる。′＆訃、第３図
、纂４図において、第１図、纂２図と同一部分には同一
符号を付しである。しかしながら、第３図の構造ではソ
ース電極４およびドレイン電極５を形成後、多結晶シリ
コンの半導体ｌＩ！２を形成することになるが、多結晶
シリコン膜を形成する丸めには基板温度を約５００　ｔ
ｌｌ’あるいはそれ以上に上げる必ｌｌＩかあり、シリ
コン膜を形成する時点で電極材料かシリコン中に拡散、
あるいはシリコンと反応してしまい、実際上採用できな
いという欠点かあゐ。艙４ｋＰ導体属２として多結晶シ
リコンを用−る場合には第４図の構造をとらざるを得な
く１：Ｉａ。

第４−〇構造の場合、ソース電極４．ドレイン電極５の
形成線、マスク蒸着でも可能であるが、電極パターンの
精度が不十分であｐｌ　ノース電極４とドレイン電ｆ１
５間のリークが起りやすいなどの欠点かある。これに対
してフォトエツチングでは容ＴｏＶＣ所定の電極パター
ンを形成することかで斡て望ましい結果を得ることがで
色る。また、電極材料としては多結晶シリコンと反応し
にくいこと、良好な電気的コンタク）がとれることなど
の条件を考直すると、はぼＡノに限定される。結局多結
晶シリコン薄膜トランジスタのソース電極４゜ドレイン
電極５としてはフォトエツチングで＾１のパターンを形
成したものが望ましいことになる。

このような多結晶シリコン薄膜トランジスタを製作した
ところ、亀好な４Ｉ性が得られた。しかしながら同時に
問題点のあることも明らかとなった。

すなわち、薄膜トランジスタを、例えば、液晶ディスプ
レイのスイッチング素子として用いる場合、オフ時にお
けるソース、ドレイン電極間の抵抗（以下オフ抵抗と称
する）はで色るだけ大匙いことが望ましｉが、多結晶シ
リコンを用いたトランジスタでは、ある限界があって、
それ以上大会くすることは極めて困−である。

薄膜トランジスタのオフ抵抗は、用いる半導体の比抵抗
、それに半導体の膜厚およびソース、ドレイン電ＩＩ！
５ｌｏｉ［離など幾何学的因子によって決定される６例
えば、Ｃｄ８・を用い九薄膜トランジスタの場合、Ｃｄ
８・は膜厚がかな９薄くても十分な結晶性を示す丸め、
Ｃｄ’ｓの膜厚を例えば、約１００Ａ程度に薄（できて
、その結果大きなオフ抵抗を得ることが可能である。こ
れに対して多結晶シリーンを用いた薄膜トランジスタの
場合、多結晶シリコンの膜厚か薄いと結晶性が不十分で
嵐好な動作特性が得られず、良好な動作特性を得るため
には膜厚は約２０００Ａ以上、望ましくは約５０００Ａ
以上必要で、膜厚を薄くすることによってオフ抵抗を大
会〈す為ことは実際上望めない、ｉた、ソース、ドレイ
ン電極間の距離を広げれば、はぼそれに比例してオフ抵
抗は大匙くなるが、同時にオン状箇での抵抗も大きくな
るために望ましくなく、さらには応答速度が遅くなると
いう別の問題が出てくる。結局多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタのオフ抵抗を、他に悪影響をおよぼすことなく
大会くする丸めには、これまで述ぺ九以外の方法を採用
する必１１ｆＩＡあると判断される。

ところで、単結晶シリコンを用い九ＭＯＢ−Ｆｌ’ｒの
場合には、実用上十分満逗すべ自オフ抵抗の値を得るこ
とか可能である。これはソース、ドレイン電極部に、ｐ
　−ａｍ合か形成されていゐ九めにオフ時においては、
その一方が逆バイアスされ丸状■罠なって極めてわずか
な電流しか流れないからである。し九がって多結晶シリ
コン薄膜トランジスタにおいて、ソース、ドレイン電極
部にｐ−ｎ接合を形成すれば、大きなオフ抵抗を得るこ
とがで！為ｔのと期待される。

単結晶シリコンＭＯＩｉ　−ＦＩＴ　Ｏｐ　−Ｉ　Ｗ！
合Ｕ、ｐあるいは１形シリコンの基板に、シリコン中に
園濤す為ことによってシリコンを１あるーはνｙ＃にす
る元素を熱拡散あるいはイオン打込みによってシリコン
中ＫＩＩ＃させることによって形成される。

しかるに熱拡散によってｐ−１１合を形成する場合には
約ｔｏｏＯｃＩｉ＆の高温を必要とし、！喪、イオン打
込みによりてｐ−＋ａｎ接合形成する場合も（ｒΔみに
よって生じえシリコンの損傷管回復させるＯＫ打迅み後
１’ｃ　１０００　ｔｌ：近い高温でアニールすゐ必要
かある丸め、これを多結晶シリコン薄膜トランジスタに
適用しようとした場合には、基板に耐熱温度の高い石英
ある砂はアル建すなどを用いなければならなくなるが、
これらの基板は極めて高価である丸め、低価格という薄
膜トランジスタの特長は失われてしまう。したがって、
安価なガラスなどの基板の耐電温度以下の低温でｐ−ｎ
接合を形成でちることか望會れる。

した−って本発明は、このような点Ｋ１ｍみて考えられ
丸もので、その目的とするところは、安価なガラスなど
の耐熱温度の低い基板を用い、その耐電温度以下の低温
でｐ　−＋ａｎ接合形成して特性Ｏ嵐好な多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタを提供す為ことにある。以下、ＷＡ
ｍを用いて本発明の実施内を詳細に説明する。

まず、第４■において、半導体膜２として態形の多結晶
シダラン膜を用いる。こＯ場合、このｎ形多−晶シリコ
ン膜は多結晶シリコン膜を蒸着するとＩＩＫ添加して％
曳いし、蒸着（先立って基板１上にシ１ｍンを！ｌ形に
する尤率を付着させておいても嵐い。を九、ソース、ド
レイン電極４，５としてム１を用いる。この場合、態形
多結晶シリコン属２上のソース、ドレイン電１ｉ４　、
　％形成面上にはム１がドープされてｐｌｌとなり、ｐ
−ｍｌ！会か形成される。このような多結晶シリコント
ランジスタを完成し九後にｓ　Ｎ２　＋　１０４Ｈ２雰
囲気中で約３８００で約３０分間加熱処理をした。比較
として何も添加しない多結晶シリコン属を用い、完成後
の加熱電場温度を約３５０Ｃとした以外は全く同じ方法
によった多結晶シリコン薄膜トランジスタを裏作した。

そして、両者のオフ抵抗を比較し九ところ、前者の値は
後者の値の４倍以上であつ九。なお、第４図の構造によ
る多結晶シリコントランジスタは、オフ抵抗癖完成後、
時ｒｓｏ＃７４遍とともに低下する場合があるが、ゲー
ト電極６の絶縁膜３ｔ−形成する前に多結晶シリコン膜
２０表面を酸素プラズマにさらし、酸化処理膜を形成す
るととによって完食に抑止することか可能であり、多結
晶シリコン膜２の表面の酸素プラズマ処理は特性の安定
化に極めて有効である。また、この多結晶シリコン膜２
を水素プラズマ中で処理し、水素プクズマ旭塩膜を形成
すると、オフ抵抗は水素プラズマ処理しなかつ九ものと
比較して約５０％橿度向上し、しかも相互コンダクタン
スも向上するなど、多結晶シリコン薄膜トランジスタの
特性向上に効果があった。ただし、従来方式の多結晶シ
リプン薄膜トランジスタの場合、オフ抵抗拡水素プラズ
マＩＡ１場によって低下する傾向か認められ友。

以上説明し丸ように本発ＱｌｉＫよる多結晶シリコン薄
膜トランジスタは、比較的低い温度でｐ−ｎ接合を形成
で色る九め、耐熱温度の低い安価なガラスなどを基板に
用いて低温度でオフ抵抗の大傘な薄膜トランジスタを製
作することか可能とな）、大面積平面ディスプレイのス
イッチング素子を低価格で提供で−るという極めて優れ
九効果が得られる。

ａｉ＊ｏ簡単な説明 第１図１に一シ第３図は従来の多結晶シリコン薄膜トラ
ンジスタの要郁断＊ｌｌ、　ｌＥ４図は本発明による多
結晶シリコン薄膜トランジスタの一例ヲ説明するための
要部断面図である。

１働・・・絶縁体基板、２・・・・牛導体属（多結晶シ
リコン膜）、３・・・・絶縁膜、４・・・Φソース電ｍ
、ｓ・・・・ドレイン電極、６・・・・ゲート電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁体基板上に多結晶シリコン膜および少なくとも
   ソース、ドレイン電極力 ７リコン薄膜トランジスタにおいて、前記多結晶シリコ
   ン膜がｎ形多結晶シリコン膜からなりかつ前記ソース、
   ドレイン電極力ｊＡｊもしくはＡ１合金からなることを
   特徴とした多結晶シリコン薄膜トランジスタ。 ２、前記多結晶シリコン膜の表面に薄膜状の酸素プラズ
   マ処理膜を設けたことを特徴とする特Ｆｆ晴求の範囲第
   １項記載の多結晶シリコン薄膜トランジスタ。 ３、前記多結晶シリコン膜の表面に薄膜状の水素プラズ
   マ処理膜を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の多結晶シリコン薄膜トランジスタ。