JPS6179258A - 薄膜2端子素子 - Google Patents

薄膜2端子素子

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JPS6179258A
JPS6179258A JP20088384A JP20088384A JPS6179258A JP S6179258 A JPS6179258 A JP S6179258A JP 20088384 A JP20088384 A JP 20088384A JP 20088384 A JP20088384 A JP 20088384A JP S6179258 A JPS6179258 A JP S6179258A
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JP
Japan
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film
electrode
thin
main electrode
insulating film
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JP20088384A
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English (en)
Inventor
Masafumi Shinpo
新保 雅文
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/702Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof of thick-or thin-film circuits or parts thereof
    • H01L21/707Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof of thick-or thin-film circuits or parts thereof of thin-film circuits or parts thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、薄膜トランジスタ(TPT)を搭載した装置
の静電気保膜等に有効な薄膜2端子素子構造に関するも
のである。
〔従来技術〕
T It’ Tは通常ガラス基板等絶縁基板上に設けら
れるため、製造プロセス中や実装工程中の静電気で破壊
しやすい欠点がある。例えば8i基板上のMOS)ラン
ジスタ等のゲート保護には、第2図に1例を示す様に、
保護ダイオード100を挿入していた、MOS)ランジ
スタ200のゲート電極と共通接地端子(基板)との間
に、ツェナーダイードの如(MOs)ランジスタのVT
Rより高い電圧でしかも破壊電圧より低い電圧で降伏す
る素子を入れ、ゲート電極に静電気の如く高電圧が印加
してもダイオード100全通して電荷を逃がしてしまう
ものである。しかしながら、 T11’Tの場合にはP
Nダイオードを作ること、が困難であったり、そのため
に製造工程が増えたりしてしまう。
また、基板が絶縁物であるため、s7基板の様な静電気
対策はとりにくい難点があった。
〔発明が解決しようとする間組点〕
上述の如く、静電気対策としてPM接合またはショット
キー接合ダイオード會TPTと同一基板上に作るのは工
程が増える問題点があった。
本発明は、TPT製作工程と同時に製造可能な2端子累
子を提供することで上記の問題を解決しようとするもの
である。
〔問題点を解決するだめの手段〕
本発明の薄膜2端子素子は、TPTとほぼ同様な構造を
有する。半導体薄膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と
、第】及び第2主電極とより成り、象、1主電極が半導
体薄膜に関しゲート電極の反対側に位置してフィールド
絶縁膜を介して半導体薄薄上のほとんどに延在し、かつ
第2主電極とゲート電極とが短絡した構造を有している
。いわゆるTPTのゲート電極と第2主電極とを短絡し
、かつ遮光膜と第1主電極とを短絡したものである。
さらに、本発明の応用例として、ゲート電極と第1主電
極の間にオフセラ)k生じさせるもの、またはフィール
ド絶縁膜上を半導体薄膜表面に沿って延在する第1主電
極と第2主電極との間にオフ゛セットを有するもの、有
しないもの等がある1本発明による2端子素子は、使用
目的に応じチャンネル長やVTRを適宜選ばれる。
〔作用〕
本発明による2端子累子は、ゲートとドレインを短絡し
たTPT’i2つ逆方向に組み合わせたことに相当する
特性金有する。即ち、1つのTPTのゲートとドレイン
は、前記ゲート電極と第2主電極に相当し、前記ゲート
絶縁膜に接した半導体薄膜表面近くにチャンネルを生じ
る。他方のTPTのゲートとドレインは延在する第1主
電極の1部と第1主電極に相当し、前記フィールド絶縁
膜に接した半導体薄膜表面近傍にチャンネルを生じる。
それ故、第1主電極または第2主電極に電圧を加えれば
、ある電圧(しきい値電圧VTR)から急激に電流が流
れる2端子素子である。
〔実施例〕
以下に図面に浴って本発明を詳述する。第1図(α)と
(6)は、それぞれ本発明による2端子素子の断面図と
特性図である。第1図(α)において、ガラス、石英、
セラミックス、絶縁物コートされたSZや金属などのい
わゆる絶縁基板1上に、ゲート電極2、その上にゲート
絶縁膜4が形成されている。
さらにα−8CH(D如き半導体薄膜4が設けられ、そ
の両端に鮪1主電極5(例えばソース)、m2主電極6
(例えばドレイン)が配されている。第1主電極5は、
絶縁膜7の開孔を通して半導体薄膜4に接し、しかも絶
i膜7を介して半導体薄膜4上に延在し、第2主電極6
と平面的に重なっている。配線電極16は必要に応じ、
第1主電極5と同時に設けられたものである。また、第
2主電極6は、ゲート絶縁膜8の開孔を通し、ゲート電
極1と短絡されている。以上の様に、本発明は側1主電
極5.第2主電極6t一端子とする2端子累子全形成し
ている。本例の構造は、ゲート電極2が半導体薄膜4の
下&C6るいわゆる逆スタガー構造を有し、逆スタガー
TF’Tと同時に製作できる。
ここで、ゲート電極2には、Ai、Cデ、M6 。
Tα、W等の不透明金属やその硅化物もしくはそれらの
多層膜が用いられ、場合によれば多結晶町や低抵抗α−
81膜尋の低抵抗半導体薄も用いられる。ゲート絶縁M
8には、酸化硅素(昭Og )膜や窒化硅素(BiNZ
 )膜等が主に用いられ、通常プラズマCV D等でB
iHa+’H*OやBi’H4−)Nu、  等の混合
ガスから堆積される。その他、光CVD。
分子線堆積、イオンビーム堆積、熱CVD等によっても
堆積されるし、場合によれば、ゲート電極2の材料の醒
化膜も用いることができる。牛導体6一 薄膜4は、本例ではα−sz :H膜を用いた例を示し
たが、これもプラズマCVDや光CVD法などにより、
SzH,または5zH4−)H,等のガスから堆積され
る。半導体薄膜4は、a−S仁HK限らずα−SZ:F
やα−Bi:H十Fも適用され、堆積方法は上記に限ら
ないし、非晶質膜に限らず多結晶膜や単結晶膜も用いら
れる。第1及び第2主電極5.6は、AA、 M g 
、 Cr、 W 、 T a 、 M o等金属やその
硅化物が用いられ、必要に応じ半導体薄膜4との接触部
にB −a−szHt+の如き低抵抗半導体膜が挿入さ
れる。絶縁膜7は、フィールド絶縁膜としても用いられ
、上記の8i0z 、 EiNx等やポリイミド樹脂や
塗布的Ox  等の如き塗布絶縁膜も用いられる。
本発明による2端子累子の特性例を第1図(b)に示す
、横軸は、落2主電極6に印加する電圧、縦軸ilt第
1.第2主電極5.6間の電流である。第1図(b)中
の曲線人及びAIは、基板1としてガラス基板、ゲート
電極2に0.1μ厚OCr、ゲート絶縁膜8にプラダ−
r CV D EI7Nz 膜(0,8μ?7L)、半
導体薄膜4 Fi、a−8仁H膜(0,4nm ) 、
第1.rs2主電極5,6は1′からn a−8i:H
膜# (: 18m A、#膜から成り、絶縁膜7はS
iO$ 膜0.4Amから構成されたチャンネル長10
μm#チャンネル幅50μmである第1図(a)の2端
子素子について得た特性例である。第2主電極が負電圧
(第1主電極が正電圧)側で、電流立上がり電圧が高い
のは、絶縁膜7が57oz  で、ゲート絶縁膜8に対
しく誘電率/厚み)の値が小さいためである。
第8図には、本発明による2端子素子の他の例を示す。
本例においては、第1主電極50半導体薄膜4に接する
部分とゲート電極2の間に平面的に重ならない部分いわ
ゆるオフセット△Lを設けている。オフセット部分によ
って、第1主を極5とチャネル領域間に抵抗が挿入され
、第2主電極6が正電圧のとき′111r、極が流れに
くくなる。その特性例1として第1図(b)の曲線B 
、 BI[示した。△L−2μm 、 L−川μmで他
は泥1図(b)A、AIの特性例と同様な構造である。
泥1主寛極5と第2主電極60間にオフセットを設けれ
ば、第1図(b)の曲線B”tb ’th流の低い方ヘ
シントすることもできる。
第4図は、本発明の他の構造断面例である。基板1上に
は、第1主電極5.絶縁膜7を介して第2主電極6が設
けられている。第1及び第2主電極5.6に接して半導
体薄膜4が形成され、その上にゲート絶縁膜8.ゲート
電極2が配されている゛。配線電極15−6は必要に応
じ、絶縁膜7′またはゲート絶縁膜8の開孔を通し、ゲ
ート電極と同時に形成され為。本例は、ゲート電極が半
導体薄膜の上に設けられるいわゆるスタガー構造T11
’Tと同時に製作しやすい構造である。本例も同様、第
1主電極5とゲート電極2.または第2主電極6と第1
主電極5間に必要に応じオフセットを設けることができ
る。また、nチャンネル的に用いるには第1.第2主電
極5,6と半導体薄膜4との間にn半導体薄膜を挿入す
ればよいが、P半導体薄膜を挿入しPチャンネル的にも
使える。
〔発明の効果〕
上述の如く、本発明による2端子素子はTNTと同時搭
載が容易である第1の利点をもつ、第2の利点は、半導
体薄膜をゲート電極及び第1主電極の延在部で遮光でき
ることである。逆をいえば従来の遮光膜を第1主電極に
ショートすればよいことになる。
本発明による2端子素子は両方向共にある電圧から急激
に電流が流れる特性をもつので、TPT搭載装置の静電
気保膿素子として最適である。そのためTPTの動作電
圧より本2端子素子の動作電圧を上げ、かつTPTの破
壊電圧より動作電圧を下げるには、(1)チャンネル長
、チャンネル嘱の選択、(2)絶縁膜7の膜の一類と膜
厚、(3)第1主電極とゲート電極間のオフセット量、
(4)第2主電極と第1主電極延在部のオフセット量1
等により制御できる。ゲート絶縁膜として、TNT部の
ゲート&l!縁膜と同じものが使えるが、VTHに差を
つける他の方法として、TNT部のゲート絶縁膜の他に
さらに他の絶縁膜を挿入することも可能である。
また、本発明による2端子累子を靜電気保論素子として
用いる場合には、TF’T装置の外部取り出し電極間ま
たは共通端子を設け、共通端子と外部取り出し電極間に
押入することが望ましい、他−1〇− の応用としては、本発明の2端子累子が非線形特性を有
するので、液晶表示用2端子素子や論理回路等の非線形
集子としても用いることができる。
主に、α−8i  を用いた例を述べてきたが、多結晶
半導体薄膜、単結晶半導体薄膜にも本発明は適用され、
またSZに限らず他の半導体材料についても同様であり
、工業的意義は大きいものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(α)は本発明による2端子素子の構造例の断面
図。 第1図(b)はその特性図、第2図は従来の静電気対策
のための回路図。 第8図及び第4図はそれぞれ本発明による他の構造例の
断面図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁基板と、半導体薄膜と、前記半導体薄膜とゲ
    ート絶縁膜を介して平面的に接するゲート電極と、ゲー
    ト電極に対し半導体薄膜の両側に設けられた第1主電極
    と第2主電極とから成り、前記第1主電極が前記半導体
    薄膜のゲート電極に対し反対側の表面に絶縁膜を介して
    延在し、かつ前記第2主電極とゲート電極とを短絡し、
    第1主電極と第2主電極を2端子としたことを特徴とす
    る薄膜2端子素子。
  2. (2)前記ゲート電極と前記第2主電極とが少なくとも
    ゲート絶縁膜を介して平面的に重なる部分を有し、前記
    ゲート電極と前記第1主電極は少なく共ゲート絶縁膜を
    介して平面的に重なる部分を有さないことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の薄膜2端子素子。
  3. (3)前記ゲート絶縁膜の(誘電率/厚み)の値が前記
    絶縁膜の(誘電率/厚み)の値より大きく選ばれること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項または第2項記載の
    薄膜2端子素子。
  4. (4)前記第1主電極の延在する部分が、前記第2主電
    極と前記絶縁膜を介して平面的に重なる部分を有するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項いずれ
    か記載の薄膜2端子素子。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010032386A1 (ja) * 2008-09-17 2010-03-25 シャープ株式会社 半導体装置
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