JPS59141271A - 薄膜トランジスタ - Google Patents

薄膜トランジスタ

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JPS59141271A
JPS59141271A JP58015748A JP1574883A JPS59141271A JP S59141271 A JPS59141271 A JP S59141271A JP 58015748 A JP58015748 A JP 58015748A JP 1574883 A JP1574883 A JP 1574883A JP S59141271 A JPS59141271 A JP S59141271A
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insulating film
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tpt
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信 竹田
Tadanori Hishida
忠則 菱田
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4908Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET for thin film semiconductor, e.g. gate of TFT

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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】 く技術分野〉 [11 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、特に半導体層に少なくとも
一部が微結晶化したシリコン(以下単に微結晶シリコン
と称す)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。
〈従来技術〉 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3.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TPTが作製される。絶縁基板1としては一般的にガ
ラス板、セラミック板1石英板等が用いられる。また、
ゲート電極2はCr 、Aj!、Ni 、Au等の金属
材料、ゲート絶縁膜3はSiO,5i02.Aノ2o3
. T a206゜Y2O3、S i3N4 、 Mg
F2等の酸化物、窒化物又は弗化物、半導体層4はCd
S、CdSe、Te。
pbs 、アモルファスシリコン又は微結晶シリコン等
τ形成される。ソース電極5及びドレイン電極61゛ノ
               、2)としではAi、
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。
」−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、TFTのオフ抵抗(
Ropp )が充分に高く遮断性が良好であること、オ
ン抵抗(RoN)が充分に低くオン/オフ比(RoFP
/RoN)が高いこと及びスイッチ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T
PTのゲート絶縁膜3が、[11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、(31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il+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2000〜3000A0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、陽極酸化法によれは、数百へ〇の厚さで
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、従来用いられてきた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
ずれに起因する特性のばらつきが少なく、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等の
TFT用半導体層として優れた利点が得られる。しかし
ながらアモルファスシリコンに於いては、そのキャリア
移動度が極めて小さく応答速度の点で問題があったSi
H4ガスを分解して形成したシリコン膜は微結晶を含み
、移動度が大であり、上記アモルファスシリコンのTP
Tとしての利点編損なうことなく応答速度が改善される
。従って、陽極酸化膜をゲート絶縁膜3として組み合せ
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微結晶シ
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。
〈発明の目的〉 本発明は上記問題点に鑑み、技術的手段を駆使となく微
結晶シリコン層を半導体層として形成した新規有用なT
PTを提供することを目的とするものである。
〈実施例〉 第2図は本発明の一実施例を示すTPTの構成断面図で
ある。   ゛ ガラス基板10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。65Vの
定電圧化成で1.00 OA”のT a 206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30上にはCVD法又はスパッタリン
グ法等で厚さ1000A0のS i3N4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Si3
N4以外にSin。
5i02.Y2O3,Aノ2o3.M9F2等が実施に
供され、陽極酸化されたT a 205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でゲート絶縁層が構成される。
次に半導体層40としてグロー放電により多量の(6) 水素で希釈したSiH4ガス、例えば S i H4/ (S i H4+H2) −0,03
を分解し、微結晶シリコン層を3000 A00膜し、
次にソース電極50及びドレイン電極60として300
0 A’のT1を蒸着すると本実施例のTPTが作製さ
れる。半導体層40は微結晶シリコンの集合体あるいは
一部が微結晶化したアモルファス(非晶質)シリコン層
で構成される。また微結晶シリコンの粒径は50A°程
度から致百へ〇程度に設定される。
多量の水素で希釈したSiH4ガスを用いてグロー放電
すると得られる層はアモルファスシリコン層中に微結晶
シリコンが島状に点在した状態となり、その粒径は一般
的に50〜I OOA’程度である。
これを必要に応じて成長されると微結晶シリコンが順次
増加し、全体が多結晶体に移行する。このTPTは保護
膜70としてCVD法によりSi3N4が300OA’
積層され、半導体層40がコートされる。この保護膜7
0は微結晶シリコン層の保護のみならず半導体層40の
裏の表面を空乏化し、オフ、状態のリーク電流を減少さ
せ、TPTの特性(7) を大きく向」―させる。
上記実施例に於いて、Si3N4の比誘電率を6.4、
T a 205の比誘電率を260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 A00膜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」−記実施例の如くゲート絶縁
膜をT a 205膜とSi3N4膜の複合膜で構成し
゛た場合、Ta205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。
またTa205膜上にSi3N4膜を堆積することによ
り、微結晶シリコン層をグロー放電で形成する際にSi
3N4膜がTa205膜を保護することとなりTa20
5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T a205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、nチャンネ
ル動作のTPTに於いては、Ai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得られ、ゲート電圧が
OV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、
微結晶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し、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
PT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(vD8−+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4%I:、*fヤネル幅Wが
2000μ・のもので;五“′(9) ある。またソースドレイン間の電圧vDsは10Vであ
る。ゲート電圧がOV〜+5vの範囲において3桁以上
、Ov〜+10Vの範囲において5桁のオン・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化
膜とこの陽極酸化膜を微結晶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“微結晶′す:17(7
)TFTを構成0たも′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
。 第2図は本発明の一実施例を示す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ト電
圧特性を示す説明図である。 40・・・半導体層、   50・・・ソース電極、6
0・・・ドレイン電極。70・・・保護膜。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、陽極酸化膜と該陽極酸化膜に積層された保護絶縁層
    とを有するゲート絶縁膜と、前記保護絶縁膜上に形成さ
    れた微結晶又はその一部が微結晶化した非晶質の半導体
    層と、を具備して成る薄膜トランジスタ。 2、前記半導体層がグロー放電により形成された粒径5
    0A0以上の微結晶を有するシリコン層で構成された特
    許請求の範囲第1項記載の薄膜トランジスタ。 3、陽極酸化膜がT a 205から成る特許請求の範
    囲第1項記載の薄膜トランジスタ。 4、保護絶縁膜がS i3 N4  、 S i02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。
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