JPS60132368A - 薄膜トランジスタ - Google Patents
薄膜トランジスタInfo
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- JPS60132368A JPS60132368A JP24019383A JP24019383A JPS60132368A JP S60132368 A JPS60132368 A JP S60132368A JP 24019383 A JP24019383 A JP 24019383A JP 24019383 A JP24019383 A JP 24019383A JP S60132368 A JPS60132368 A JP S60132368A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
- H01L29/51—Insulating materials associated therewith
- H01L29/511—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures
- H01L29/513—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures the variation being perpendicular to the channel plane
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、液晶やＥＬ表示装置等に使用される薄膜トラ
ンジスタ（以下ＴＰＴと称す）、特に特定の膜構造およ
び材料からなるゲート絶縁体層を用いた相互コンダクタ
ンスが高く、ドレイン電流の安定性のよいＴＰＴに関す
る。
ンジスタ（以下ＴＰＴと称す）、特に特定の膜構造およ
び材料からなるゲート絶縁体層を用いた相互コンダクタ
ンスが高く、ドレイン電流の安定性のよいＴＰＴに関す
る。
従来例の構成とその問題点
ＴＰＴは、ソース電極とドレイン電極との間の導電体の
電気伝導度を、導電体と接する絶縁物層を介して設けら
れた第３の電極（ゲート電極）に印加する電圧によって
制御する、いわゆる電界効果型トランジスタとして知ら
れている。従来、ＴＰＴは、広い面積全体にわたってス
イッチングアレーを形成しやすいこと、あるいは材料が
安価であるためコストが安くつくことなどの利点をもっ
ているため、イメージセンサあるいは液晶やＥＬ表示装
置等のスイッチングアレーへの応用が検討されている。
電気伝導度を、導電体と接する絶縁物層を介して設けら
れた第３の電極（ゲート電極）に印加する電圧によって
制御する、いわゆる電界効果型トランジスタとして知ら
れている。従来、ＴＰＴは、広い面積全体にわたってス
イッチングアレーを形成しやすいこと、あるいは材料が
安価であるためコストが安くつくことなどの利点をもっ
ているため、イメージセンサあるいは液晶やＥＬ表示装
置等のスイッチングアレーへの応用が検討されている。
従来のＴＰＴの構成の一例を第１図に示す。ガラスまた
はセラミックス等の絶縁性基板１上に、クロム、金、ま
たはアルミニウム等の金属からなリ、真空蒸着、スパッ
タリング等の方法により、マス〉蒸着、フォトエツチン
グ技術を用いて形成されたゲート電極２が設けられてい
る。この電極２を覆って二酸化シリコン（Ｓ １０２
） 、酸化アルミニウム（ＡＩＯ）または酸化タンタル
（Ｔａ ２０５ ） ３ 等からなり、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の方
法により形成された絶縁体層３が設けられている。そし
て、ゲート電極２上の絶縁体層３の表面に硫化カドミウ
ム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）または
テルル（Ｔｅ）等からなり、真空蒸着、スパッタリング
等の方法により形成された半導体層４が設けられ、前記
半導体層４に接して数ミクロンから数十ミクロンの所定
の間隔を隔ててクロム、金またはアルミニウムからなる
ソース電極６およびドレイン電極６が設けられているＯ このＴＰＴにおいて、半導体としてＣｄＳｅを考えると
、ゲート電極２に正の電圧を加えて、絶縁体層３に接す
る半導体層４の表面の電子に対する電位を低下させ、こ
の部分にソース電極５から電子を注入して低抵抗のチャ
ネル領域を形成する。
はセラミックス等の絶縁性基板１上に、クロム、金、ま
たはアルミニウム等の金属からなリ、真空蒸着、スパッ
タリング等の方法により、マス〉蒸着、フォトエツチン
グ技術を用いて形成されたゲート電極２が設けられてい
る。この電極２を覆って二酸化シリコン（Ｓ １０２
） 、酸化アルミニウム（ＡＩＯ）または酸化タンタル
（Ｔａ ２０５ ） ３ 等からなり、真空蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の方
法により形成された絶縁体層３が設けられている。そし
て、ゲート電極２上の絶縁体層３の表面に硫化カドミウ
ム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）または
テルル（Ｔｅ）等からなり、真空蒸着、スパッタリング
等の方法により形成された半導体層４が設けられ、前記
半導体層４に接して数ミクロンから数十ミクロンの所定
の間隔を隔ててクロム、金またはアルミニウムからなる
ソース電極６およびドレイン電極６が設けられているＯ このＴＰＴにおいて、半導体としてＣｄＳｅを考えると
、ゲート電極２に正の電圧を加えて、絶縁体層３に接す
る半導体層４の表面の電子に対する電位を低下させ、こ
の部分にソース電極５から電子を注入して低抵抗のチャ
ネル領域を形成する。
すなわち、ゲート印加電圧■Ｇの変化をチャネル領域の
伝導度変化に結びつけ、ドレイン電流よりの変化として
出力に取り出すものである。
伝導度変化に結びつけ、ドレイン電流よりの変化として
出力に取り出すものである。
従来のＴＰＴでは、通常５０００八程度の厚さの同一組
成からなるＳｉＯ２膜やＡｌ２Ｏ３膜を絶縁体層３とし
て形成し、この絶縁体層３に１ｏｖ程度のゲート電圧を
印加してＴＰＴを動作させる。この時、絶縁体層３には
２ Ｘ １０５Ｖ ／ｃｎ１程度の高電界が生じ、この
高電界により、半導体層４と絶縁体層３との界面に形成
されたチャネル中を流れる電子は界面から数十オングス
トロームから数百オングストロームの深さにまで絶縁膜
３中に引き込まれる。絶縁体層３中には通常キャリアの
トラップセンターが存在するので、電子がこのセンター
に捕獲されて、ドレイン電流が時間とともに減少すると
いう現象を生じる。第２図は一例として、絶縁体層とし
て５０００への厚さのＳｉＯ２を用いたＣｄ５ｅ−ＴＰ
Ｔのゲート電極に直流１ｏｖを印加してから２０ミリ秒
間のドレイン電流よりの変化を示したものである。ドレ
イン電圧は直流１○■とした。時間とともにドレイン電
流が極端に減少する様子がよくわかる。
成からなるＳｉＯ２膜やＡｌ２Ｏ３膜を絶縁体層３とし
て形成し、この絶縁体層３に１ｏｖ程度のゲート電圧を
印加してＴＰＴを動作させる。この時、絶縁体層３には
２ Ｘ １０５Ｖ ／ｃｎ１程度の高電界が生じ、この
高電界により、半導体層４と絶縁体層３との界面に形成
されたチャネル中を流れる電子は界面から数十オングス
トロームから数百オングストロームの深さにまで絶縁膜
３中に引き込まれる。絶縁体層３中には通常キャリアの
トラップセンターが存在するので、電子がこのセンター
に捕獲されて、ドレイン電流が時間とともに減少すると
いう現象を生じる。第２図は一例として、絶縁体層とし
て５０００への厚さのＳｉＯ２を用いたＣｄ５ｅ−ＴＰ
Ｔのゲート電極に直流１ｏｖを印加してから２０ミリ秒
間のドレイン電流よりの変化を示したものである。ドレ
イン電圧は直流１○■とした。時間とともにドレイン電
流が極端に減少する様子がよくわかる。
発明の目的
本発明は、従来のＴＰＴにおける電流変化という問題を
解決すべくなされたものであって、ドレイン電流の経時
変化の少ない安定なかつ相互コンダクタンスの大きなＴ
ＰＴを提供することを目的とするものである。
解決すべくなされたものであって、ドレイン電流の経時
変化の少ない安定なかつ相互コンダクタンスの大きなＴ
ＰＴを提供することを目的とするものである。
発明の構成
本発明は、前記の目的を達成するため、ＴＰＴにおいて
、ゲート絶縁体層の構成材料の組成比率を、それがゲー
ト電極と接する面から半導体層と接する面まで厚さ方向
に連続して変化させることにより、ゲート絶縁体層の誘
電率をその厚さ方向に徐々に変化させることを特徴とす
る。
、ゲート絶縁体層の構成材料の組成比率を、それがゲー
ト電極と接する面から半導体層と接する面まで厚さ方向
に連続して変化させることにより、ゲート絶縁体層の誘
電率をその厚さ方向に徐々に変化させることを特徴とす
る。
ゲート絶縁体層としてゲート電極側を比較的誘電率の低
い絶縁体で、また半導体層側に接する側にはそれよシ誘
電率の高い絶縁体で構成することにより、チャネル領域
を流れる電子を絶縁膜中に引き込む絶縁膜中の電界強度
を弱めることができ、ドレイン電流のゲート印加時間に
よる変化を少なくすることができる。
い絶縁体で、また半導体層側に接する側にはそれよシ誘
電率の高い絶縁体で構成することにより、チャネル領域
を流れる電子を絶縁膜中に引き込む絶縁膜中の電界強度
を弱めることができ、ドレイン電流のゲート印加時間に
よる変化を少なくすることができる。
さらにＴＰＴの相互コンダクタンスｑｍはと近似できる
ので、従来の低誘電率の一定の組成からなる絶縁体膜に
比べて、本発明のＴＰＴの絶縁体膜の平均的な誘電率が
大きく、そのためゲート容量Ｃｑ も大きく、したがっ
て相互コンダクタンス’Ｊｍも大きくなって高性能のＴ
ＰＴを得ることができる。
ので、従来の低誘電率の一定の組成からなる絶縁体膜に
比べて、本発明のＴＰＴの絶縁体膜の平均的な誘電率が
大きく、そのためゲート容量Ｃｑ も大きく、したがっ
て相互コンダクタンス’Ｊｍも大きくなって高性能のＴ
ＰＴを得ることができる。
まだ、本発明のＴＰＴの絶縁体層は一層構造であるので
、多層構造を有する絶縁体層に比べて膜作製中のガス吸
着や層間の格子不整合等に起因する不純物の数を減らす
ことができるので、絶縁破壊などがおこりにくく、トラ
ップの数も少ないので高安定なＴＰＴが得られる。
、多層構造を有する絶縁体層に比べて膜作製中のガス吸
着や層間の格子不整合等に起因する不純物の数を減らす
ことができるので、絶縁破壊などがおこりにくく、トラ
ップの数も少ないので高安定なＴＰＴが得られる。
実施例の説明
第３図は本発明の実施例によるＴＰＴの断面を示したも
のである。ガラス基板１土にアルミニウムなどからなる
ゲート電極２がある。前記ゲート電極２上に膜表面へ向
って徐々に誘電率が大きくなるように構成材料の組成比
が連続して変化する絶縁体層７がある。絶縁体層７が二
種類以上の構成材料からなる複合絶縁膜であるときには
１．一般に構成材料の組成比が変われば誘電率も変化す
るということが知られている。ここでは、たとえば、絶
縁体層７が酸化アルミニウムと酸化タンタルとからなる
ものとする。第４図は酸化アルミニウムと酸化タンタル
とからなる絶縁体層において、酸化タンタルの比率に対
する誘電率の変化を示したものである。図から明らかな
ように、誘電率は７から２５まで連続して変化する。こ
れより絶縁体層７としては膜表面へ向って徐々に酸化タ
ンタルの比率を増すことにより得られる。８はＣｄＳｅ
などの半導体層であり、その上にアルミニウムなどから
なるソース電極９、ドレイン電極１０が設けられている
。
のである。ガラス基板１土にアルミニウムなどからなる
ゲート電極２がある。前記ゲート電極２上に膜表面へ向
って徐々に誘電率が大きくなるように構成材料の組成比
が連続して変化する絶縁体層７がある。絶縁体層７が二
種類以上の構成材料からなる複合絶縁膜であるときには
１．一般に構成材料の組成比が変われば誘電率も変化す
るということが知られている。ここでは、たとえば、絶
縁体層７が酸化アルミニウムと酸化タンタルとからなる
ものとする。第４図は酸化アルミニウムと酸化タンタル
とからなる絶縁体層において、酸化タンタルの比率に対
する誘電率の変化を示したものである。図から明らかな
ように、誘電率は７から２５まで連続して変化する。こ
れより絶縁体層７としては膜表面へ向って徐々に酸化タ
ンタルの比率を増すことにより得られる。８はＣｄＳｅ
などの半導体層であり、その上にアルミニウムなどから
なるソース電極９、ドレイン電極１０が設けられている
。
前記のように構成材料の組成比が厚さ方向に連続して変
化するようなゲート絶縁体層をたとえばスパッタリング
法により得るためには、互いに独立して可動可能な複数
のスパッタ材料からなるスパッタ用ターゲット装置を使
用して、スパッタリング中に被スパツタ面の面積の比率
を連続的に変化させる方法などが考えられる。
化するようなゲート絶縁体層をたとえばスパッタリング
法により得るためには、互いに独立して可動可能な複数
のスパッタ材料からなるスパッタ用ターゲット装置を使
用して、スパッタリング中に被スパツタ面の面積の比率
を連続的に変化させる方法などが考えられる。
今、ゲート電極および半導体層と絶縁体層との界面間で
の誘電率の変化を第５図の実線のようになるように酸化
タンタルの比率を変化させれば、電界強度は破線のよう
になる。したがって半導体層と接する面での絶縁体層の
誘電率はずっと小さくすることができるため、絶縁体層
中に引き込まれる電子の数が減少し、ドレイン電流の変
化を少なくできる。
の誘電率の変化を第５図の実線のようになるように酸化
タンタルの比率を変化させれば、電界強度は破線のよう
になる。したがって半導体層と接する面での絶縁体層の
誘電率はずっと小さくすることができるため、絶縁体層
中に引き込まれる電子の数が減少し、ドレイン電流の変
化を少なくできる。
第６図は、前述しだ一実施例のＴＰＴのドレイン電流よ
りの変化をゲート電極に直流１○Ｖを印加してから２０
ミリ秒間で測定したものである。
りの変化をゲート電極に直流１○Ｖを印加してから２０
ミリ秒間で測定したものである。
このとき絶縁体層および半導体層の厚さは、それぞれ５
０００人、１ｏｏｏ人とした。またドレイン電圧は直流
１ｏｖとした。本発明のＴＰＴでは、ドレイン電流の変
動が非常に小さいことがわかる。
０００人、１ｏｏｏ人とした。またドレイン電圧は直流
１ｏｖとした。本発明のＴＰＴでは、ドレイン電流の変
動が非常に小さいことがわかる。
発明の効果
以上のように、本発明のＴＰＴは、ゲート絶縁体層の誘
電率が厚さ方向で変動する一層構造で、半導体層との界
面で最も誘電率が大きい構成であるので、この領域での
電界強度を小さくすることができるだめ、チャネル領域
中のキャリアの絶縁体層中への捕獲を少なく、すなわち
ドレイン電流の変動を少なくかつ相互フンダクタンスを
大きくできる。製造工程も少なくてすむため、量産にも
適しておシ、また製造コストを大幅に引き下げることが
できるため、工業的価値も高い。
電率が厚さ方向で変動する一層構造で、半導体層との界
面で最も誘電率が大きい構成であるので、この領域での
電界強度を小さくすることができるだめ、チャネル領域
中のキャリアの絶縁体層中への捕獲を少なく、すなわち
ドレイン電流の変動を少なくかつ相互フンダクタンスを
大きくできる。製造工程も少なくてすむため、量産にも
適しておシ、また製造コストを大幅に引き下げることが
できるため、工業的価値も高い。
第１図は従来のＴＰＴの断面図、第２図は従来のＴＦＴ
のドレイン電流の変化を示す図、第３図は本発明の実施
例のＴＰＴの断面図、第４図は酸化アルミニウムと酸化
タンタルとからなる絶縁体層の酸化タンタルの比率に対
する誘電率の変化を示す図、第５図は本発明の実施例の
ＴＰＴの絶縁体層中の誘電率および電界強度の分布を示
す図、第６図は同ＴＰＴのドレイン電流の変化を示す図
である。 １−・−・・絶縁性基板、２・・・ゲート電極、７・・
・・・絶縁体層、８・・・・・半導体層、９−・ ソー
ス電極、１０・・・・−ドレイン電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１ 図 第２図 Ｆ４ ｒ市 （きり＃） 第３図 餓 ４ 面 逅侵イヒクンタルΦν３牢 （つも２
のドレイン電流の変化を示す図、第３図は本発明の実施
例のＴＰＴの断面図、第４図は酸化アルミニウムと酸化
タンタルとからなる絶縁体層の酸化タンタルの比率に対
する誘電率の変化を示す図、第５図は本発明の実施例の
ＴＰＴの絶縁体層中の誘電率および電界強度の分布を示
す図、第６図は同ＴＰＴのドレイン電流の変化を示す図
である。 １−・−・・絶縁性基板、２・・・ゲート電極、７・・
・・・絶縁体層、８・・・・・半導体層、９−・ ソー
ス電極、１０・・・・−ドレイン電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第
１ 図 第２図 Ｆ４ ｒ市 （きり＃） 第３図 餓 ４ 面 逅侵イヒクンタルΦν３牢 （つも２
Claims (3)
- （１） ゲート電極と半導体層とがゲート絶縁体層を介
して対向するよう形成され、前記半導体層にソース電極
とドレイン電極とが接続されており、かつ、前記ゲート
絶縁体層が前記ゲート電極と接する面から前記半導体層
と接する面まで構成材料の組成比が厚さ方向に連続して
変化しており、この組成比率の変化に応じて誘電率が徐
々に変化していることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - （２） ゲート絶縁体層が酸化アルミニウムと酸化タン
タルとで構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の薄膜トランジスタ。 - （３） ゲート絶縁体層において、ゲート電極側よりも
半導体層側の誘電率を高くしたことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の薄膜トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24019383A JPS60132368A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 薄膜トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24019383A JPS60132368A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 薄膜トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60132368A true JPS60132368A (ja) | 1985-07-15 |
| JPH0462183B2 JPH0462183B2 (ja) | 1992-10-05 |
Family
ID=17055840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24019383A Granted JPS60132368A (ja) | 1983-12-20 | 1983-12-20 | 薄膜トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60132368A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0193172A (ja) * | 1987-10-05 | 1989-04-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5250558U (ja) * | 1975-10-08 | 1977-04-11 |
-
1983
- 1983-12-20 JP JP24019383A patent/JPS60132368A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5250558U (ja) * | 1975-10-08 | 1977-04-11 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0193172A (ja) * | 1987-10-05 | 1989-04-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 薄膜トランジスタの製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0462183B2 (ja) | 1992-10-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |