JPS58147069A - 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】 本発明は絶縁ゲート形薄膜トランジスタ（以下ＴＰＴと
称す）に関するものであり、特に半導体層にアモルファ
スシリコンを用いた場合に於いて、特性が良好で高い信
頼性を得ることができるＴＰＴ構造に関するものである
。

従来の一般的なＴＰＴの構造及びその形成法について第
１図とともに説明する。絶縁基板１上にゲート電極２．
ゲート絶縁膜８．半導体層４を順次堆積し、半導体層４
にソース電極５及びドレイン電極６を形成することによ
りＴ’ＦＴが作製される。絶縁基板ｌとしては一般的に
ガラス板、セラミック板９石英板等が用いられる。また
、ゲート電極２はＣｒ、Ａ４．Ｎｉ、Ａｕ等の金属材料
、ゲート絶縁膜３はＳｉＯ，５ｉ０２．Ａｌ１２０３．
Ｔａ２０５゜Ｙ２０３Ｙ２Ｏ３５Ｓ１３Ｎ４ｓ等の酸化
物、窒化物又は弗化物、半導体層４はＣｄＳ、ＣｄＳｅ
、ＴｅＰｂＳ、アモルファスシリコン等で形成される。

ソース電極５及びドレイン電極６としてはＡｎ、Ａｕ、
Ｎｉ　、Ｃｒ、Ｉｎ等の半導体層４とオーミックコンタ
クトが可能な金属が用いられる。

上記構造を有するＴＰＴを例えば液晶表示装置のマルチ
プレックス駆′動に使用する場合、ＴＰＴのオフ抵抗（
ＲＯＦＦ）が充分に高く遮断性が良好であること、オン
抵抗（ＲＯＭ）が充分に低くオン／Ｒ ｔ７比（ＯＦＦ／　　　）が高いこと及びスイッチＯＭ ング速度が大きいことを必要とし、更に長時間の動作に
対して安定であることが要求される。このような特性を
満足するＴＰＴを実現するためにはＴＰＴのゲート絶縁
膜３が、ｆｌ）絶縁性が良好（ピンホールが無い）でか
つ信頼性及び耐圧が高いこと、（２）可能イオン密度が
低いこと、（３）半導体との界面準位密度が小さいこと
、（４）半導体に対する電界効果が大きいこと、等の条
件を満たしていることが必要であるが、上記＋１１と（
４）は相反する要求でありこれを同時に満足させること
は困難である。

例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法等で５ｉ０２゜Ｓ
ｉ３Ｎ４等の薄膜を形成する場合、２０００−３０００
＾以下の厚さではピンホールの無い薄膜を形成すること
は極めて困難となる。しかしながら、陽極酸化法によれ
ば、数百＾の厚さでピンホールの無い絶縁膜を得ること
ができ、耐圧も高い。半導体表面に対する電界効果はゲ
ートに印加する電圧を一定とすれば絶縁膜の誘電率に比
例し厚さに反比例するので陽極酸化膜を用いることによ
り絶縁性を良好に保持しながら厚さを薄くすることがで
き、極めて大きな電界効果が期待される。

一方、半導体層４としては、アモルファスシリコンを単
体として使用すると、ＣｄＳｅ等の化合物半導体に於い
て問題となる化学量論的組成からのずれに起固する悪影
響がなく、またエネルギーギャップも大きく真性キャリ
アの数が少ないこと１等のＴＦＴ用半導体層として優れ
た利点が得られる。従って、アモルファスシリコンを半
導体層４として使用し、陽極酸化膜をゲート絶縁膜８と
して組合せることにより、極めて特性の良いＴＰＴが作
製されると考えられる。

しかしながら、陽極酸化膜にグロー放電によるアモルフ
ァスシリコン層を堆積すると陽極酸化膜が損傷を受けて
劣化し、絶縁性が著しく低下するためＴＰＴのゲート絶
縁膜３としての機能を果すことができなくなる。陽極酸
化膜をゲート絶縁膜３として用いる場合には必然的に半
導体層４の形成工程はゲート絶縁膜３の形成工程の後で
なければならず、このため上記絶縁性の低下を回避する
ことが良好なＴＰＴを作製する上で非常に重要な要件と
なる。

本発明は上記問題点に鑑み、技術的手段を駆使すること
により、陽極酸化膜の絶縁低下−を招くことなく７’モ
ルファスシリコン層を半導体層として形成した新規有用
なＴＰＴを提供することを目的とするものである。　。

以、下、本発明を実施例に従って図面を参照しながら詳
説する。

第２図は本発明の１実施例を示すＴＰＴの構成断面図で
ある。

ガラス基板ｌＯ上にＴａ膜を堆積した後、これを酒石酸
アンモニウム水溶液に浸漬し、化成処理する。６５゛ｌ
の定電圧化成で約＋０００＾のＴａ２Ｑ５膜が作製され
、この結果Ｔａから成るゲート電極２０とＴａ表面の薄
い酸化膜から成る第１の絶縁膜３０が形成される。第１
の絶縁膜３ｏ上にはＣＶＤ法又はスパッタリング法等で
厚さ１０（ＦＯ＾のＳｉ３Ｎ４膜が第２の絶縁膜３１と
して積層される。第２の絶縁膜３１は５ｉａＮ４以外に
Ｓｉｎ。

５ｉ０２．Ｙ２Ｏ３，ＡＪ２２０３．ＭｇＦ２等が実施
に供され、陽極酸化されたＴａ２０５膜即ち第１の絶縁
膜を保護する機能を有する。この第１の絶縁膜３０と第
２の絶縁膜３１でゲート絶縁膜が構成される。

次に半導体層４０としてグロー放電によりアモルファス
シリコン層を８０００Ａ積層し、次にソース電極５０及
びドレイン電極６０として３０００ＡのＡ℃を蒸着する
と本実施例のＴＰＴが作製される。

このＴＦ−Ｔは保護膜７０としてＣＶＤ法によりＳｉ３
Ｎ４が３０００久積層され、半導体層４０がコートされ
る。この保護膜７０はアモルファスシリコン層の保護の
みならず半導体層４０表面を空乏化し、オフ状態のリー
ク電流を減少させ、ＴＦＴの特性を大きく向上させる。

上記実施例に於いて、Ｓｉ３Ｎ４の比誘電率を６．４゜
Ｔａ２Ｏ５の比誘電率を２６．０とすれば、ゲート絶縁
膜をＳｉ３Ｎ４のみで形成して本実施例と同等の電界効
果を得るには１２５０＾程度の厚さに層設することが必
要であるが、これではピンホールのために絶縁特性が劣
化する。しかるに上記実施例の如くゲート絶縁膜をＴａ
２０５膜とＳｉ３Ｎ４膜の複合膜で構成した場合、Ｔａ
２０５膜にはピンホール等の発生がなく高い絶縁特性が
得られる０またＴａ２０５膜上にＳｉ３Ｎ４膜を堆積す
ることにより、アモルファスシリコン層をグロー放電す
る際にＳｉ３Ｎ４膜がＴａ　２０５膜を保護することと
なりＴａ２０５膜を損傷することがなく、従って半導体
層４形成後も絶縁性の良好なＴａ２０５膜を維持するこ
とができる。

ゲート電極２０はＴａで構成されているが１ｎチャンネ
ル動作のＴＰＴに於いては、Ａぷ等の場合と比較してＴ
ａの仕事関数が大きいのでピンチオフ電圧が正となり、
ノーマル・オフのＴＰＴが得られ、ゲート電圧がＱＶで
の抵抗（オフ抵抗）が高くなり、液晶マトリックス駆動
用ＴＰＴとして適する特性が得られる。また保護膜７０
は、ＴＰＴが直接大気と接触することを防止し、アモル
ファスシリコン層のゲートと逆の面（裏面）に於けるバ
ンドの曲がりを少なくシ、特性の安定化を向上せしめる
と同時にオフ抵抗を高く保持する作用を有する。更に液
晶表示素子を駆動するための一方のセル基板に適用した
場合にも液晶層とＴＰＴが直接接触するのを防止し、Ｔ
ＦＴの寿命特性の向上に寄与する。その他上記保護膜７
０は、光の遮蔽のため金属層をＴＰＴの活性領域上に形
成する場合にも重要で、保護膜７０上に金属層を設け、
ＴＰＴの活性領域を蔽った場合にもリークによりオフ抵
抗が低下するといった問題がない。

第３図は上述のＴＰＴに於けるドレイン電流−ゲート電
圧特性（■ｓＤ＝＋１０ｖ）を示すものである。測定し
たＴＰＴはソース電極５０とドレイン電極６０間の間隔
に対応するチャネル長しが４０μへチャネル幅Ｗが２０
００μｍのものである。またソース−ドレイン間の電圧
ｖｓＤはＩＯＶである。ゲート電圧がＯｖ〜＋５■の範
囲において４桁、Ｏ■→ＩＯＶの範囲において５桁以上
のオン・オフ比（ドレイン電流比）が得られていること
がわかる。

以上詳説した如く、本発明はゲート絶縁膜を陽極酸イヒ
膜とこの陽極酸化膜をアモルファスシリコンのグロー放
電形成時に保護する保護膜との複合絶縁膜で形成するこ
とにより信頼性の高いかつ特性の良好なアモルファスシ
リコンのＴＰＴを構成したものであり、その技術的意義
は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＴＰＴの基本的構成を示す断面図である
〇 第２図は本発明の１実施例を示すＴＰＴの基本的構成図
である。 第３図は第２図に示すＴＰＴのドレイン電流対ゲーを電
圧特性を示す説明図である。 １０・・ガラス基板、　２０・・・ゲート電極、３０・
・・第１の絶縁膜、　３１・・・第２の絶縁膜、　４０
・・・半導体層、　５０・・・ソース電極、　　６０・
・・ドレイン電極、　７０・・・保護膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、＠極酸化膜と該陽極酸化膜に積層された保護絶縁膜
   とを有するゲート絶縁膜と、前記保護絶縁膜上に形成さ
   れたアモルフ・アス半導体層と、を具備して成る薄膜ト
   ランジスタ。 ２、アモルファス半導体層がグロー放電により形成され
   たアモルファスシリコンで構成された特許請求の範囲第
   １項記載の薄膜トランジスタ。 ８、陽極酸化膜がＴａ２０５から成る特許請求の範１ｆ
   ｆｌ第１項記載の線膜トランジスタ。 ４、保護絶縁膜が５ｆ３Ｎ４又は金属酸化物の薄膜より
   成る特許請求の範囲第１項記載の薄膜トランジスタ。