JPS6098680A - 電界効果型薄膜トランジスタ - Google Patents
電界効果型薄膜トランジスタInfo
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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】
本発明埴、オン電流が大きくとノｔ、劾作速度の、速い
電界効果型薄膜トランジスタの実現に関する。
電界効果型薄膜トランジスタの実現に関する。
近年、ガラスなどの絶縁性基板上に形成できる薄膜トラ
ンジスタの開発が各所で盛んである。絶縁性基板上に、
薄膜トランジスタからなるスイッチ素子をアレイ状に設
けたアクティブマトリクス、盟の、夜品、エレクトロク
ロミック、エレクトロルミネッセンスなどの表示装置は
、画素間のクロストークが無く、高速動作が可能なので
１７１面像などの表示を可能にする。薄膜トランジスタ
に用いる半導体！換として（１、プラズマＣＶ Ｔ）法
などによって、ガラスなどの基板−ヒに低温で大面積か
つ安価に形成できる水素化非晶′ｌ、（シリコン膜やフ
ッ素化非晶質シリコン膜などが有望とさｔしている。
ンジスタの開発が各所で盛んである。絶縁性基板上に、
薄膜トランジスタからなるスイッチ素子をアレイ状に設
けたアクティブマトリクス、盟の、夜品、エレクトロク
ロミック、エレクトロルミネッセンスなどの表示装置は
、画素間のクロストークが無く、高速動作が可能なので
１７１面像などの表示を可能にする。薄膜トランジスタ
に用いる半導体！換として（１、プラズマＣＶ Ｔ）法
などによって、ガラスなどの基板−ヒに低温で大面積か
つ安価に形成できる水素化非晶′ｌ、（シリコン膜やフ
ッ素化非晶質シリコン膜などが有望とさｔしている。
しかし、一方こすＬら非晶質シリコン膜でｎ≧成した薄
膜トランジスタで得られる電界効果移動（ｑ ｆｄ０．
１〜”Ａ Ｖ−ｓｅｃｔなので、１０ｖ８度ノ動作電圧
で１ＯＡ以上の電流を得られるトランジスタの実現に困
難でおる。この為、・４０作周波数が数１０ＫＨｚ以上
の回路を非晶質シリコンのトランジスタで実現するのζ
（利畑とされＣＩＡた。非晶質シリコン薄膜トランジス
タは、アクティブマトリクス型表示装置の画素毎のスイ
ッチトランジスタとしては充分な動作速度を有するもの
の、数ＭＨ２以上の動作周波数を侠求される、ＴＶ画像
表示用の周辺回路の適用には不充分な！ｑｂ作速度であ
る。１ンε来の方法でに、この種の）７Ａ辺回路は単結
晶シリコン基板上に形成したＭＯＳ［Ｏ音用い、表示装
置１↑との間をＩｊ（Ｃケ所の端子で接続してアクティ
ブマトリクス型表示装置は、 １）回路接読の費用が安ＩＩｆｌｉＶＣできない２）
周辺回路の部分をコンバク）Ｋできない６）実装後の信
用性が劣る などの欠点を持っていた。
膜トランジスタで得られる電界効果移動（ｑ ｆｄ０．
１〜”Ａ Ｖ−ｓｅｃｔなので、１０ｖ８度ノ動作電圧
で１ＯＡ以上の電流を得られるトランジスタの実現に困
難でおる。この為、・４０作周波数が数１０ＫＨｚ以上
の回路を非晶質シリコンのトランジスタで実現するのζ
（利畑とされＣＩＡた。非晶質シリコン薄膜トランジス
タは、アクティブマトリクス型表示装置の画素毎のスイ
ッチトランジスタとしては充分な動作速度を有するもの
の、数ＭＨ２以上の動作周波数を侠求される、ＴＶ画像
表示用の周辺回路の適用には不充分な！ｑｂ作速度であ
る。１ンε来の方法でに、この種の）７Ａ辺回路は単結
晶シリコン基板上に形成したＭＯＳ［Ｏ音用い、表示装
置１↑との間をＩｊ（Ｃケ所の端子で接続してアクティ
ブマトリクス型表示装置は、 １）回路接読の費用が安ＩＩｆｌｉＶＣできない２）
周辺回路の部分をコンバク）Ｋできない６）実装後の信
用性が劣る などの欠点を持っていた。
非晶質シリコン薄膜トランジスタは、ガラス基板上に形
成した、光などのセンサーとしても応用が期待さ几てい
るが、この場合も周辺回路との接続の問題は、表示装置
この事情と同様である。
成した、光などのセンサーとしても応用が期待さ几てい
るが、この場合も周辺回路との接続の問題は、表示装置
この事情と同様である。
本発明の目的ｄ、動作速度の速い薄膜トランジスタを実
現することにより、上記のごとき従来の欠点を無くして
、同−艶縁性基板上に、ン示装置あるいに、センサーと
それらの周辺回路？同時に設ける手段を提供することで
ある。
現することにより、上記のごとき従来の欠点を無くして
、同−艶縁性基板上に、ン示装置あるいに、センサーと
それらの周辺回路？同時に設ける手段を提供することで
ある。
以下、実施例に基づいて、図面により本発明の詳細な説
明する。第１１り４（ａ ）＋ま、本発明の電界効果型
の薄膜トランジスタの、チャンネル領域の断面での、７
ラツトバンド状態の、バンド４８造ケ示す図でるる。第
１１臼（ａ）で、１にゲート電極金属、２はゲート８縁
膜、３＋−Ｘ余制帝幅ルｇｚ、厚さ１００ＤＡ以上の第
二の半導体膜で、ｌｌｔ：ｇｔ＞】すｇ２ である。Ｆ
８．ｃｌは、Ｅｖｌは第一の半導体１ヌ３の、それぞれ
伝導帯端１価電子帯端のエネルギーであり、ＥＣ２，Ｋ
Ｖｚは第二の半導体膜４の、そｉＬぞれ、伝導帯端０価
電子置端のエネルギーである。ｌ１ｉｉＦＧ ［グード
工極１のフェルミレベル、ｖ−１は半、・り体膜５，４
に共通したフェルミレベルである。、１のゲート電極金
属の材料の一クリとしては、スパッタ法、真空蒸着法な
どで形成される。
明する。第１１り４（ａ ）＋ま、本発明の電界効果型
の薄膜トランジスタの、チャンネル領域の断面での、７
ラツトバンド状態の、バンド４８造ケ示す図でるる。第
１１臼（ａ）で、１にゲート電極金属、２はゲート８縁
膜、３＋−Ｘ余制帝幅ルｇｚ、厚さ１００ＤＡ以上の第
二の半導体膜で、ｌｌｔ：ｇｔ＞】すｇ２ である。Ｆ
８．ｃｌは、Ｅｖｌは第一の半導体１ヌ３の、それぞれ
伝導帯端１価電子帯端のエネルギーであり、ＥＣ２，Ｋ
Ｖｚは第二の半導体膜４の、そｉＬぞれ、伝導帯端０価
電子置端のエネルギーである。ｌ１ｉｉＦＧ ［グード
工極１のフェルミレベル、ｖ−１は半、・り体膜５，４
に共通したフェルミレベルである。、１のゲート電極金
属の材料の一クリとしては、スパッタ法、真空蒸着法な
どで形成される。
アルミニウム、クロム、モリブデン等が用いられ、厚さ
は、通常５００〜！１００ＯＡである、２のゲート絶縁
膜は、スパッタ法、ｇ空蒸着法、プラズマＣＶＤ法など
で形成される、二酸化シリコン。
は、通常５００〜！１００ＯＡである、２のゲート絶縁
膜は、スパッタ法、ｇ空蒸着法、プラズマＣＶＤ法など
で形成される、二酸化シリコン。
４化シリコン等が用いられ、厚さは通常５００〜３００
０Ａである。
０Ａである。
本発明の薄膜トランジスタはガラスなどの、単結晶では
ない絶縁性基板上に形成されるので、３および４の半導
体膜としては、プラズマＣＶＤ法。
ない絶縁性基板上に形成されるので、３および４の半導
体膜としては、プラズマＣＶＤ法。
光ＯＶＤ法などで、５００℃以下の基板上に形成でへる
、非晶質あるいは微結晶化半導体膜が用いられろ。特に
非晶質シリコン（１プラズマＯＶＤ法。
、非晶質あるいは微結晶化半導体膜が用いられろ。特に
非晶質シリコン（１プラズマＯＶＤ法。
光ＯＶＤ法などで形成すると、禁制御ｉｆ内の局在準位
密咥が１Ｑ ／ｃＩｎ＝ｅｖ、ｌユ下の良好な半導体膜
が得られることが知られているので本発明に、１いる半
導体片と（７て適している。非晶質半導体の禁制帯ＩＮ
＋’＋ ｉ、）関の形成方法（（よって大きくも小さく
もできることが知られている。即ち、プラズマＣＶＤ法
で形成した非晶質シリコンを基準に考えると、炭素、窒
素、酸素を非晶質シリコン中に不純ぢ勿として混入する
と禁制帯幅を大きくすること力！できる。逆ニ、ケルマ
ニウム、スズ等を非晶質シリコン中に不純物として混入
すると禁制帯・隔ｆ ／、ｈさくすることができる。更
に、プラズマＣＶＤ法によれば非晶質シリコンと１００
Ｘ程度の結晶のｆ昆ざ９あった微結晶化シリコン膜を形
成でき、こｔｔけ非晶質シリコン膜よりも小さな禁ｉ１
’ｌ帯Ｉ福を１寺つことか知られている。従って、半導
体膜５，４の組合わせとしては種々可能である。例えば
１）半導体膜３として、微結晶化シリコン半導体膜４と
して、非晶質７リコン ２）半導体膜３として、非晶質シリコン半導体膜４とし
て、４素を含む非、３１貢７１ノコン ５）半導体膜３として、ゲルマニウムを含む≧ト晶質シ
リコン 半導体膜４として、非晶質シリコン ４）半導体膜３として、ゲルマニウムを含む非品質シリ
コン、半導体膜４として、窒素を含む非晶質シリコン などがある。
密咥が１Ｑ ／ｃＩｎ＝ｅｖ、ｌユ下の良好な半導体膜
が得られることが知られているので本発明に、１いる半
導体片と（７て適している。非晶質半導体の禁制帯ＩＮ
＋’＋ ｉ、）関の形成方法（（よって大きくも小さく
もできることが知られている。即ち、プラズマＣＶＤ法
で形成した非晶質シリコンを基準に考えると、炭素、窒
素、酸素を非晶質シリコン中に不純ぢ勿として混入する
と禁制帯幅を大きくすること力！できる。逆ニ、ケルマ
ニウム、スズ等を非晶質シリコン中に不純物として混入
すると禁制帯・隔ｆ ／、ｈさくすることができる。更
に、プラズマＣＶＤ法によれば非晶質シリコンと１００
Ｘ程度の結晶のｆ昆ざ９あった微結晶化シリコン膜を形
成でき、こｔｔけ非晶質シリコン膜よりも小さな禁ｉ１
’ｌ帯Ｉ福を１寺つことか知られている。従って、半導
体膜５，４の組合わせとしては種々可能である。例えば
１）半導体膜３として、微結晶化シリコン半導体膜４と
して、非晶質７リコン ２）半導体膜３として、非晶質シリコン半導体膜４とし
て、４素を含む非、３１貢７１ノコン ５）半導体膜３として、ゲルマニウムを含む≧ト晶質シ
リコン 半導体膜４として、非晶質シリコン ４）半導体膜３として、ゲルマニウムを含む非品質シリ
コン、半導体膜４として、窒素を含む非晶質シリコン などがある。
次に、本薄膜トランジスタの動作について説明する。ｉ
：Ｅ１図＜ｂ＞ｎ、第１図（ａ）の薄１換トランジスタ
のゲート１極に正′Ｉ（圧を力ｎえてオン状態としたと
きのバンド図を示す。半導体層５の伝導帯に誘起された
電子は、厚さ１５０λ以下の非′Ｋに薄い領域に閉じ込
められる。この為、半導体層３の）Ｉさ方向の電子の運
動（まは予電され、半導体／ｉｌ ３の伝導帯上の電子
は二次元電子ガスとして振る一！９゜二次元電子ガスの
犬、・ル密度に、云４帯端では口で、一定のエネルギー
ΔＢだけ上の所から有Ｉ奴の０でない値を取り、二次元
電子ガス化していない場合と比べ、大きな自由電子密度
を得る。
：Ｅ１図＜ｂ＞ｎ、第１図（ａ）の薄１換トランジスタ
のゲート１極に正′Ｉ（圧を力ｎえてオン状態としたと
きのバンド図を示す。半導体層５の伝導帯に誘起された
電子は、厚さ１５０λ以下の非′Ｋに薄い領域に閉じ込
められる。この為、半導体層３の）Ｉさ方向の電子の運
動（まは予電され、半導体／ｉｌ ３の伝導帯上の電子
は二次元電子ガスとして振る一！９゜二次元電子ガスの
犬、・ル密度に、云４帯端では口で、一定のエネルギー
ΔＢだけ上の所から有Ｉ奴の０でない値を取り、二次元
電子ガス化していない場合と比べ、大きな自由電子密度
を得る。
更に、非晶質物質中の伝導帯を流れる電子は伝導帯から
のエネルギー差が大きな程、不規則な原子配列によるポ
テンシャルから受ける影響が小さくなり、大きなモビリ
ティ−（＞ １０ ｃｎｌ／ ｖ−安）を有する。こう
して、電子改変とモビリティ−が大きな第１図（ｂ）の
トランジスタは大きな電流を流せるので、高速で動作す
る。室温付近で二次元電子ガスが得られる条件は、第１
図（１））で△Ｅ＋ΔｙＨ６がα３ｅＶ以上で、半導体
層３の厚さが１５０λ以下と薄い場合であ／ｂ ｏ師電
子帝側の。
のエネルギー差が大きな程、不規則な原子配列によるポ
テンシャルから受ける影響が小さくなり、大きなモビリ
ティ−（＞ １０ ｃｎｌ／ ｖ−安）を有する。こう
して、電子改変とモビリティ−が大きな第１図（ｂ）の
トランジスタは大きな電流を流せるので、高速で動作す
る。室温付近で二次元電子ガスが得られる条件は、第１
図（１））で△Ｅ＋ΔｙＨ６がα３ｅＶ以上で、半導体
層３の厚さが１５０λ以下と薄い場合であ／ｂ ｏ師電
子帝側の。
正孔についても、電子と同様二次元ガスを形成し慢るが
、こちらは、トランジスタのソース。ドレインにｎ ｍ
Ｊ−を設けることにより、伝導に寄与しないようにで
きる。
、こちらは、トランジスタのソース。ドレインにｎ ｍ
Ｊ−を設けることにより、伝導に寄与しないようにで
きる。
以上の説明のごとく本発明による、薄膜トランジスタは
、ゲート電圧の印加によジ、チャンネルのコンダクタン
スを制御でき、かつ大きなオン電流が流せ高速で動作す
る。
、ゲート電圧の印加によジ、チャンネルのコンダクタン
スを制御でき、かつ大きなオン電流が流せ高速で動作す
る。
第２図（・１、本発明の薄膜トランジスタの第ゴの実施
例の構造の断面を示す図である。第２１凶で、５はガラ
スなどの絶縁性基板、６はアルミニウム。
例の構造の断面を示す図である。第２１凶で、５はガラ
スなどの絶縁性基板、６はアルミニウム。
クロム等のゲ・−ト電極、７は二酸化シリコン、チツ比
シリコン等よ！１１彦ろゲート絶縁膜、８は微結茜化シ
リコン等よりなる厚さ１５０Ａ以下の第一の半導体膜、
９ 、１０ｉｊそれぞれソース、ドレイン接触の為のｎ
非晶質シリコン膜、１１．１２はそれぞれソース、ド
レイン電極、１３ｒｉ、半導体膜８より大きなバンドギ
ャップを有する第二の半導体１；偽でちる非晶質シリコ
ン膜、１４は保護用絶縁膜で二酸化シリコン、チッ化シ
リコン等よりなる。第２図の、ｉ（９造でに、ゲート戒
へろ、ゲート絶縁膜７．８Ｊ−の半導体膜８全形成後、
ソース。
シリコン等よ！１１彦ろゲート絶縁膜、８は微結茜化シ
リコン等よりなる厚さ１５０Ａ以下の第一の半導体膜、
９ 、１０ｉｊそれぞれソース、ドレイン接触の為のｎ
非晶質シリコン膜、１１．１２はそれぞれソース、ド
レイン電極、１３ｒｉ、半導体膜８より大きなバンドギ
ャップを有する第二の半導体１；偽でちる非晶質シリコ
ン膜、１４は保護用絶縁膜で二酸化シリコン、チッ化シ
リコン等よりなる。第２図の、ｉ（９造でに、ゲート戒
へろ、ゲート絶縁膜７．８Ｊ−の半導体膜８全形成後、
ソース。
ドレイン電極？、１０，１１．１２を形成し、その後で
、第二の半導ｆド膜１３、保護膜１４を形成している。
、第二の半導ｆド膜１３、保護膜１４を形成している。
７’ＪＴ、 Ｓ図は、本発明の薄膜トランジスタの第二
の実〃１例の構造の断面を示す図である。第３図で、１
５にガラスなどの絶縁性基板、１６はゲート電極、１７
げゲート絶縁膜、１８は非晶質シリコンよりなる厚さ１
５０Ａ以下の第一の半導体膜、１９．２０（ｄそれぞれ
ソース。ドレイン接触の為の１１ 非晶質シリコン族、
２１．２２にそれぞ］ｔソース、ドレイン電極、２３ｖ
ｉ第二の半導体膜で窒素を不詞物として含む非晶質シリ
コン膜、２４に１保護用１把４俵膜である。Ｊｇ ３図
の、１１貨では、ゲート電極１６．ゲート絶縁膜１７．
ソース・ドレイン電極１９，２０，２１．２２を形成し
、その後、第１の半導体膜１８．第２の半導体膜２３．
保護膜２４を形成する。
の実〃１例の構造の断面を示す図である。第３図で、１
５にガラスなどの絶縁性基板、１６はゲート電極、１７
げゲート絶縁膜、１８は非晶質シリコンよりなる厚さ１
５０Ａ以下の第一の半導体膜、１９．２０（ｄそれぞれ
ソース。ドレイン接触の為の１１ 非晶質シリコン族、
２１．２２にそれぞ］ｔソース、ドレイン電極、２３ｖ
ｉ第二の半導体膜で窒素を不詞物として含む非晶質シリ
コン膜、２４に１保護用１把４俵膜である。Ｊｇ ３図
の、１１貨では、ゲート電極１６．ゲート絶縁膜１７．
ソース・ドレイン電極１９，２０，２１．２２を形成し
、その後、第１の半導体膜１８．第２の半導体膜２３．
保護膜２４を形成する。
以上に記した本発明の薄膜トランジスタは、ガラスなど
の絶縁性基板上に形成でき、高速の動作が可能であるの
で、同一基板上に駆動回路と表示部を形成した、回路接
続が安価で、コンパクト。
の絶縁性基板上に形成でき、高速の動作が可能であるの
で、同一基板上に駆動回路と表示部を形成した、回路接
続が安価で、コンパクト。
信頼性の高いアクティブマトリクス型表示装館や、同一
基板上にセンサーと駆動回路を有するデバイスの実現を
可能にする。
基板上にセンサーと駆動回路を有するデバイスの実現を
可能にする。
第１図（ａ）と第１図（ｂｌはそれぞれ本発明の実施例
のバンド構造を示す図、第２図、第３図はそれぞれ本発
明の第一と第二の実施例の断面構造を示す図である。 １・・・ゲート電極、２・・・ゲート絶縁膜、３．４・
・・半導体膜、５・・・ガラス基板、６・・・ゲート電
極、７・・・ゲート絶縁膜、８・・・半導体膜、９，１
０・・・ｎ十非晶質シリコン膜、１１・・・ソース電接
、１２・・・ドレイン電極、１３・・・半導体膜、１４
・・・絶Ｈ・Ｊ原、１５・・・ガラス基板、１６・・・
ゲート電極、１７・・・ゲート絶縁膜、１８・・・半導
体膜、１９．２０・・・ｎ十非晶質シリコンＪ］４，２
１・・・ソース電ｉ、２２・・・ドレイン電極、２３・
・・半導体膜、２４・・・絶縁膜以上 出願人 セイコー雷子工業株式会社 第１ 図（（１） 第１ 図（り 第２図 第３図
のバンド構造を示す図、第２図、第３図はそれぞれ本発
明の第一と第二の実施例の断面構造を示す図である。 １・・・ゲート電極、２・・・ゲート絶縁膜、３．４・
・・半導体膜、５・・・ガラス基板、６・・・ゲート電
極、７・・・ゲート絶縁膜、８・・・半導体膜、９，１
０・・・ｎ十非晶質シリコン膜、１１・・・ソース電接
、１２・・・ドレイン電極、１３・・・半導体膜、１４
・・・絶Ｈ・Ｊ原、１５・・・ガラス基板、１６・・・
ゲート電極、１７・・・ゲート絶縁膜、１８・・・半導
体膜、１９．２０・・・ｎ十非晶質シリコンＪ］４，２
１・・・ソース電ｉ、２２・・・ドレイン電極、２３・
・・半導体膜、２４・・・絶縁膜以上 出願人 セイコー雷子工業株式会社 第１ 図（（１） 第１ 図（り 第２図 第３図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ＋１１ ゲートは極、ゲート絶縁膜、半尋体ｌ密、ソー
ス′弓・慣、ドレイン成極よりなり、生得体層は、厚さ
１５０Ａ以下の第一の半導体膜と、バンドギャップが上
記第一の半導体膜よりも太き（１００ＣＩ４以上の第二
〇早導体ｊ１々の二層がイ賃層さｒしている絶ＩＩ唆性
基板、ヒに形成さ１Ｌることを特徴とする亀界幼呆型薄
ｊ臭トジンジスタ。 （２）第一の半導体膜は、微結晶化シリコン膜であり、
第二の半導体膜に、非晶質シリコン族であることを！）
８徴とする′爵許請求の範囲４５１項記載の６昇効果型
薄膜トランジスタ。 （３）炭素、窒素、酸素、ゲルマニウム、スズ等の不純
吻を含イイする非晶質シリコン膜を第一および第二の半
導体膜として用い、上記不純吻のき壱成によりバンドギ
ャップの大きさを＋ｉ”Ｊ ’浩したことを％徴とする
！特許請求の範囲第１項記載の電界効果型の薄膜トラン
ジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58207071A JPS6098680A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | 電界効果型薄膜トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58207071A JPS6098680A (ja) | 1983-11-04 | 1983-11-04 | 電界効果型薄膜トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6098680A true JPS6098680A (ja) | 1985-06-01 |
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