JPS5874079A - 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、マトリックス型液晶表示装置（以下、ＬＣＤ
と記す）の各々の絵素に付加する非線形素子として適す
る薄膜トランジスタ（以下、ＴＰＴと記す）に関するも
のである。特に、半導体としてテルルを用いたＴＰＴ（
以下、Ｔｅ−ＴＰＴと記す）の構造に対して、最適条件
を与えるものである。

まず、弗１図を参照しながらＴＰＴの構造・製造法につ
いて説明する。第１図に、ＴＰＴの構造例を示すように
、ＴＰＴは絶縁性基板１１の上に、ゲート電極１２、ゲ
ート絶縁膜１３、半導体膜１４を順次積層し、さらにソ
ース電極１５とドレイン電極Ｆ６を対向して設置するこ
とにより構成される。

また、その製造法は通常の薄膜形成技術たとえば、真空
蒸着法、スパッタリング、イオンブレーティング、ＣＶ
Ｄ、プラズマＣＶＤ等が利用できる。　　′ 絶縁性基板１１としては、ガラス板、セラミック板、ゲ
ート電極１２としては金属等の導電材料、ゲート絶縁膜
１３としては、金属酸化物、チツ化物等の絶縁材料、半
導体膜１４としては、ＣｄＳ、。

Ｃｄ　Ｓ　ｅＨＰ　ｂ　５ｒＴｅ　＋　Ｓ　を等の半導
体材料、ソース電極１５及びドレイン電極１６としては
、金属等の導電材料、（好ましくは、半導体膜１４とオ
ーム接触するもの）を用いる。

かかる構造を有するＴＰＴをＬＣＤのマルチプレキシン
グ駆動に用いる場合、ＴＰＴのオフ抵抗（ＲＱＦＦ）が
充分大きく、したがって遮断性か良好−であること、オ
フ抵抗（ＲｏＦＦ）とオン抵抗（ＲｏＮ）との比（Ｒｏ
ＦＦ／ＲｏＮ　）が充分大きく、したカセってオン時に
大きなドレイン電流（ＩｄｏＪＶ）が得られること。お
よびスイッチング速度が大きいことが要請される。

本発明者等は、半導体膜としてテルルＴｅ　を用いたＴ
ｅ−ＴＦＴのＴｅの膜厚、ゲート絶縁膜の材料および膜
厚と、上記ＴＰＴに要求される電気的諸性質との関係を
種々検討した結果に基いて本発明をなすに到つ、たもの
である。

即ち、本発′明は、ＬＣＤのマルチプレキシング駆動に
最適なＴｅ　−ＴＰＴ　を提供すること、より具体的に
は、オフ時の遮断性に優れ、しかも大きな駆動電流（Ｉ
ｄｏ、Ｎ）が得られ、１／スイツチングの応答性に優れ
たＴｅ−ＴＰＴを提供木ることを目的としている。

以下、゛第２図を参照しながら、本発明の詳細な説明す
る。

ガラス板、セラミック板等の絶縁性基板２１の上に、ゲ
ート絶縁膜２２としてタンタル（Ｔａ）を５００ＯＡ蒸
着する。次に、このＴａのゲート絶縁膜２２に対して陽
極酸化処理を施し、酸化タンタル（Ｔａ２０５　）より
なるゲート絶縁膜２３を形成する。

陽極酸化は、３％ホウ酸アンモニウム水溶液中で行ない
、化成電圧は３３〜２００Ｖである。この場合ゲート絶
縁膜（Ｔａ２０５　）　２３（７）膜厚は、５ｏｏ〜３
０００Ａρ範囲とする。

次に、ゲート絶縁膜（Ｔａ２０ｓ）２３上に半導体膜２
４止して、テルル（Ｔｅ）を膜厚３ｏ〜８ｏ′Ａの範囲
で蒸着する。ソース電極２５とドレイン電極２６は、ニ
アケル（Ｎｉ）を膜厚２００〜２０００．Ａ（７）範囲
で蒸着する。最後に、ＴＰＴを被覆する絶縁膜２７とし
て、酸化アルミラ、ラム（Ａｔ２０ａ）、チッ化ケイ素
（Ｓ　ｉ、５Ｎ４）　、　’ＴｈｚＱｓのうちいずれが
を５０〜５０００人堆積する。１：：：、、。

本実施例では、Ｔｅ　ｆ＄２４の膜厚が３０〜８ｏ＾、
’ｆ　−）　絶ｍ　膜２３　Ｔａ２０５　ノ膜厚が５ｏ
ｏ〜３ｏｏｏ入であり、さらに絶縁膜２７でコートした
Ｔｅ−ＴＰＴである。本発明のＴｅ−ＴＦＴＩ！ｌ（、
Ｌ　ＣＤのマルチプレキシング駆動に及ぼす有効性につ
いて、本発明に係るＴｅ−ＴＦＴで得られた特性を寄照
しながら述べる。

ＴＰＴをＬＣＤのマルチプレキシング駆動に用いる場合
、ＴＰＴのオフ抵抗（ＲＯＦＦ）が充分大きいこと、Ｒ
ＯＦＦとオン抵抗（ＲＯＮ）との比（ＲＯＦＦ／ＲＯＮ
）が大きいこと、スイッチング速度の大なることが必要
となる。

ＲＯＦＦの充分大きいＴｅ　−Ｔ　Ｐ　Ｔ　　を得るた
めには、Ｔｅ　膜厚を小さくすることが有効である。し
かしながら、Ｔｅ　　膜厚２ＯＡ以下で、Ｔｅ−ＴＰＴ
を製作したところ、オン時のドレイン電流が非常に小さ
くなり、実質上、ドレイン電流（Ｉｄ）の変調がみられ
ない。これは、Ｔｅ膜を蒸着した際、膜厚２ＯＡ以下で
はＴｅ　が電気的な連続性を失なうためと考えられる。

したがって、蒸着段階でむやみにＴｅの膜厚を小さくす
ることはできない。

そこで、ＲＯＦＦを大きくするため、Ｔｅ−ＴＦＴをＡ
ｚｚＯａ　、　５ｉａＮ４．　ＴａｚＯｓなどの絶縁物
でコートする手段がなされた。Ｔｅ膜厚６０λ；Ｔａ２
０５膜厚１２００人のＴｅ−ＴＦＴテ、オン状態（ゲー
ト電圧Ｖｇ＝−１０Ｖ）のドレイン電流（ＩｄＯＮ）と
オフ状態（ｖｇ＝＋５ｖ）のドレイン電流（ＩｄＯＦＦ
）ヲ測定スると、Ａｔ２０３でコートしたものは、Ｉｄ
ＯＮ−Ｊ、７×１０　　Ａ　、　Ｉｄｏｐｐ　＝６Ｘ１
０　　Ａとなり、コートしていないものは、ＩｄＯＮ＝
４．Ｑ×１Ｑ−５Ａ、　　ＩｄＯＦＦ＝ｌ、８×１Ｑ−
６Ａであった。Ａｔ２０　ａをコートしたものは、しな
いものに比べて、ＩｄＯＰＦが１×３Ｑ程度に減少して
いるが、ＩｄｏＮ　　は、どちらもほとんどかわらない
。

したがって、Ｔｅ−ＴＰＴのＲＯＦＦを大きくする手段
として、絶縁膜でＴｅ　−Ｔ　Ｐ　Ｔをコートすること
が有効であることがわかる。このことは、Ｔｅ中の多数
キャリアである正孔が、コートした絶縁膜中にトラライ
され、その正電荷のために、コートした絶縁膜との界面
付近のＴｅ膜中に、空乏層を生じ、Ｔｅ　膜の電気的な
実効膜厚を減するためであると理解できる。すなわち、
Ｔｅ膜厚が実効的に減少したために、オフ状態での正孔
の数か、絶縁膜をコートする前に比べて減り、その結果
ＲＯＦＦが太きくなるのであり、絶縁膜コートの有無に
かかわらず、ＩｄＯＮは、はとんど変化しないことから
、正孔の移動度を減することなしに、Ｔｅ膜厚を実効的
に減少させていることがわかる。また、Ｔｅ　−Ｔ　Ｐ
　Ｔを絶縁膜でコートすることにより、液晶との直接的
な接触をさけることができるという利点もある。

そこで、絶縁膜でコートしたＴｅ−ＴＰＴの特性を、第
３図と第４図に示す。第３図は、ＩｄとＴｅ＠厚との関
係、第４図は正孔移動度（μ）とＴｅ膜厚との関係を示
したものである。

第３図かられかるように、絶縁膜でコートしたＴｅ−Ｔ
ＦＴのＩｄＯＦＦは、Ｔｅ膜厚３５〜５０Ａのところで
急激に減少し、また、ＩｄＯＮも３０〜５０Ａのところ
で急に減少する。このＩｄＯＮの減少は、第４図に示す
正孔移動度μの減少に対応するものと理解できる。また
、ＲＯＦり’ＲＯＭすなわちＩｄｏＮ／Ｉｄｏｐｐは、
８０Ａ以下で、Ｔｅ膜厚が小さくなるにつれて大きくな
っている。

正孔移動度μはＴｅ−ＴＰＴのスイッチング速度を決定
するものであり、μが大きいほど好ましい。

第４図に明らかなように、正孔移動度μは、Ｔｅ膜厚が
小さいほど小さくなっていることがわかる。

したかって、ＩｄＯＦＦが少な（、ＲＯＦＦ／ＲＯＮが
大でなければならないという要請から、Ｔｅ膜厚は、あ
る値以下でなくてはならないと同時に、スイッチング速
度か大（μが大）でなければならないという要請からＴ
ｅ膜厚は、ある値以上でなければならない。

たとえば、２００本のマルチプレキシングをする場合、
少なくとも２００倍程度のＲＯＦ　Ｆ／ＲＯＭが必要で
ある。このためには、第３図を参照すれば、なくてはな
らない。

また、フレーム周波数を５ＱＨ２として、２００本のマ
ルチプレキシングをする場合、遮断周波数（ｆｃ）は、
ＩＱＨ２以上でなければならないが、オン状態（Ｖｇ＝
−１０Ｖ）　”？’、チャンネル長（Ｌ）を０．０ＩＣ
Ｉｌぼ・ ピンチオフ電圧（ＶＯ）ｔ−ＯＶとして、正孔移動度μ
を式μ＝ｆ　−Ｌ２／（Ｖｇ−Ｖｏ）より計算すれば、
μは、０．１（３ｄ／ｖ−＋１ｅＣであることか必要で
あり、弗４図を参照すれば、Ｔｅ膜厚は、３０Ａ以上、
好ましくは、４０′Ａ以上でなければならない。

したがって、ＬＣＤのマルチプレキシングに適したＴｅ
−ＴＦＴのＴｅ膜厚は、３０Ａ以上８０Ａ以下でなけれ
ばならない。

また、このＴｅ膜厚の最適範囲は、ゲート絶縁膜（Ｔａ
２０ｓ）２３の膜厚にほとんど依存しないことを確認し
ている。

次に、ゲート絶縁膜Ｔａ２０５の最適範囲について述べ
る。

ＬＣＤ駆動時、オフ状態は、Ｖｇ　＝ＱＶＱＶ付近定す
ることが望ましいが、Ｖｇ−ＱＶ付近でのＩｄは、Ｔｈ
２Ｏ３膜厚に依存し、Ｔａ２０５膜厚が大きくなるにし
たがって増加する。そして、３０００λ以上になると、
ＲＯＦＦは著しく低下し、事実上、実用に耐えられない
ものとなった。したがって、Ｔａ２ｋｓ膜厚は、３００
０Ａ以下でなくてはならない。

また、Ｔａ２０５の耐圧という観点からすると、５００
Ａ以上なければ、充分な耐圧が得られながった。

ヨッテ、ケート絶縁膜（Ｔａ２０ｓ　）　（Ｄ膜厚は、
５００Ａ以上３０００Ａ以下でなければならない。

以上のように、本発明は、ＬＣＤの各絵素に付加する非
線二素子とし丁適したＴｅ＋ＴＰＴとして”Ｔｅ膜厚が
３０Ａ以上８０Ａ以下、ゲート絶縁膜（ｒａ２ｅｓ）の
膜厚は、５００＾以上３０００＾以下であり、全体を絶
縁膜でコートしたＴｅ−ＴＰＴを提供するものである。

本発明にかかるＴｅ　＋　Ｔ　Ｐ　Ｔは、ＬＣＤのマル
チプレキシング駆動に好適な優れた緒特性を与えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のＴＰＴの構造を示す断面図、第２図は
、本発明を説明するためのＴＰＴの断面図、９！Ｓ３図
は、絶縁膜でコートしたＴｅ−ＴＦＴ窃ドレイン電流と
、Ｔｅ膜厚との関係を示すグラフ、第４図は、Ｔｅの正
孔移動度とＴｅ膜厚との関係を示すグラフである。 ２１・・・絶縁性基板、２２・・・ゲート絶縁膜、２３
・・・ゲート絶縁膜、２４・・・半導体膜、２５・・・
ソース電極、２６・・・ドレイン電極、２７・・・絶縁
膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　半導体として、膜厚が３０λ以上８０１以下
   のテルル、／７”−ト絶縁膜として膜厚５００′Ａ以上
   ３０００Ａ以下の酸化タンタル（Ｔａ２０５　）を用い
   、かつ、絶縁物で全体を被覆したことを特徴とする薄膜
   トランジスタ。
2. （２）ゲート絶縁膜が、金属タンタルの陽極酸化により
   形成した酸化タンタル（Ｔａ２’ｓ　）であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の薄膜トランジス
   タ。