JPS62152172A

JPS62152172A - 非晶質シリコン薄膜トランジスタ

Info

Publication number: JPS62152172A
Application number: JP60295223A
Authority: JP
Inventors: Tetsu Ogawa; 小川　鉄; Sadakichi Hotta; 定吉堀田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-12-25
Filing date: 1985-12-25
Publication date: 1987-07-07

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、シリコンを主成分とする非晶質半導体（以下
ａ−５ｉと略す。）を用いた薄膜電界効果トランジスタ
（以下ＴＰＴと略す）に関する。

一般に、水素、フッ素等でダングリングボンドをターミ
ネートされたａ−８ｉ膜を用いたＴＰＴは、安価なガラ
ス基板上に比較的低い温度（〜４００℃）で作製出来、
すぐれたオン・オフ比（オフ抵抗とオン抵抗の比）を有
するため、液晶パネルの駆動スイッチングアレー等への
応用が有望であると言われている。

従来の技術第１図に、ａ−３ｉＴＦ７の典型例をその構造断面図で
示す。ガラス等の基板１上にゲート電極２を選択的に被
着形成し、窒化膜、酸化膜等のゲート絶縁膜３を介して
、チャンネル部となる真性型（ｉ）のａ−３ｉ膜４を所
望の厚みｄ堆積し選択的にバターニング形成する。ゲル
ト電極２と一部重り合う様に、リン等を含むｎ＋型のａ
−８ｉ膜６とソース・ドレイン電極７，８を選択的に被
着形成してａ−ＳｉＴＦＴは製作される。第１図に於い
て、番号６で示される部材は窒化膜等から成る絶縁膜で
ｉ　ｍ　ａ　−５Ｌ　膜４のパッシベーションのために
形成されている。

しかるに、ＴＰＴを画像表示装置やイメージセンサ等の
スイッチング素子等として使用する場合には、必然的に
外光が入射する還境下に於いて使用される。ａ−Ｓｉ膜
は、単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）もしくは多結晶シリコ
ン（ｐｏｌｙ−８ｔ）に比べて、すぐれた光伝導性を有
する材料であり、このため外光がＴＰＴのチャンネル部
に入射することによりオフ特性が劣化しくオフ抵抗の減
少）、オン・オフ比（オン抵抗とオフ抵抗の比）が大巾
に低下する欠点を有した。（例えば、ａ−３ｔに関して
は、波田他；三洋テクニカルレビューＶｏ１．１６Ｊｉ
２１９８４年ベージ２３を参照、ｐｏｌｙ−３ｔに関し
ては、小口他；電子通信学会技術報告書扁１５９ＥＤａ
４−７０　１９８４年ベージ９を参照。）又、ａ−３ｉ
Ｔｌｉ’Ｔは、外光によるオフ特性の劣化を防ぐため、
チャンネル部直上に層間絶縁膜を介して光じゃへい用の
部材を設置する方法も提案されているが（例えば、Ｍ　
、５ＵＧＡＴＡ　；　Ｉ　ａ　ｐ　ａ　ｎＤｉｓｐｌａ
ｙ　’８３の予稿集　ページ２１０）この様に、工程数
を増して光じゃへい部材を設置したａ−８ｉＴＦＴです
ら、外光に対してその迷光等により犬きく影響を受ける
欠点があった。

このようなＴＰＴ　’ｉミスイツチング子として液晶表
示パネルを作成した場合には、強い光照射下で、ＴＰＴ
のオフ抵抗が劣化することによりコントラストの低下、
表示画面上下の輝度ムラ、画面のちらつき（以下フリッ
カ−と呼ぶ）を生じ、著しく表示品位を低下させる。

これらを避けるために、例えば、特願昭５９−２６９０
８６号では、１−ａ−３ｉの膜厚を５００人前後と薄く
することでＴＰＴの光に対するオフ抵抗の減少を最小限
にし、加えてオン・オフ比が最大となるように改善を行
なっている。

発明が解決しようとする問題点しかしながら、このような従来の１−ａ−３ｉの膜厚が
ＳＯＯ八程へのＴＰＴをスイッチング素子として例えば
液晶表示パネルを構成した場合には、外光に対する対策
としては不十分で、強い光の照射化においては、上述し
たような表示品位が見られた。また１−ａ−３ｉの膜厚
を極端に薄くしていけば、光に対するＯＦＦ抵抗の劣化
は最小限に押える事が可能となるが、今度は、ＴＰＴの
しきい値電圧（以下Ｖ、と略す）の増加等により十分な
ＯＮ電流がとれず、ＴＰＴを駆動するためにさらに高電
圧を要す。このため例えば、液晶単体では低電圧で動作
可能であってもＴＦＴｉスイッチング素子として用いた
がために、その特徴を最大限に生かすことが出来なくな
る。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、簡易な構成
で、耐光性に優れ、また液晶などの駆動スイッチング素
子として必要最小限の駆動電圧で動作可能なＴＰＴを提
供することを目的としている。

問題点を解決するための手段本発明は、上記問題点を解決するために、第１図に示す
ａ−８ｉＴＦＴの真性型非晶質シリコン膜１ｓａ−３ｉ
４の膜厚ｄ２最適化することにより、ａ−８ｉＴＦＴの
外光に対するオフ抵抗の劣化を最小限に押えるとともに
、ｖｔの増加を押え、低電圧で動作可能にするものであ
る。

作　　用本発明は、チャンネル部となる真性型非晶質シリコン膜
厚ｄを３５０人未満にすることにより５万ｌｌｘの光照
射下に於いて１×１０４以上のオン・オフ比を有するａ
−３ｉＴＦＴを提供する。

また本発明は、チャンネル部となる真性型非晶質シリコ
ンの膜厚ｄを１００〜２００人にすることで、光照射下
でもオフ抵抗の劣化が最小に押えられ、かつ、ｖｔの増
加がなく低電圧で動作可能なａ−３ｉＴＦＴを提供する
。

実施例本発明のａ−８ｉＴＦＴは、構成的には従来のもの（第
１図）と変わるものではない。本発明の一実施例を第１
図を用いて説明する。ガラス等基板１上にＣｒ、ＭｏＳ
ｉ２等導体層をゲート電極２として選択的に被着形成し
、その上にプラズマ気相成長法を用いて４０００八程度
の窒化膜ＳｉＮｘを堆積してゲート絶縁膜３とする。連
続して３５０人未満の真性型非晶質シリコン膜４及び１
０００人程度０ＳｉＮｘ膜等のパッシベーション膜５を
堆積し、ゲート電極２の一部がハノシベーション膜６よ
ジ広くなる様にパッシベーション膜５をフォトリングラ
フィによりバターニング形成する。次に、全面にリン等
を含むｎ＋型のａ−３ｉ６を堆積し、ｉ−ａ−３ｉ４と
ｎ＋・ａ−Ｓｉ８を同一寸法でパターニング形成する。

更に、Ａｌ、ＭｏＳ　ｉ　２等の導体層を選択的に被着
形成して、ソース・ドレイン電極７，８とする。

最後に、チャンネル部直上のソース・ドレイン電極間９
のｎ＋・ａ−３ｉを除去して本発明のＴＰＴは製作され
る。

ＴＰＴを液晶表示装置などへ応用する場合には、ＴＦＴ
′ｆ：１絵素単位毎に１つずつスイッチング素子として
用いるのが一般である。第２図にＴＰＴを液晶表示装置
に応用した場合の１絵素の等価回路を示す。第２図にお
いて、１２は走査線に相当するゲートバスで、ＴＦＴ９
のゲート電極に接続されており、１３は信号線に相当す
るソースバス（あるいはドレインバス）で、ＴＦＴ９の
ソース電極（あるいはドレイン電極）に接続されている
。１１は光の透過率の制御を行なう液晶で、１０は液晶
１１に印加された信号電圧を保持するための補助コンデ
ンサである。

その動作原理は次の通りである。今、ゲートバス１２に
走査信号が加えられてＴＦＴ９がオンとなとなると、信
号電圧はノースバース１３からＴＦＴ９を通って液晶１
１に印加される。ゲート信号が消滅しても液晶１１を充
電するのと同時に補助コンデンサ１ｏも充電するので、
補助コンデンサ１０に貯えられた電荷が液晶に電圧を与
え続ける。液晶は電圧によってその光透過量が変調され
るので、信号電圧で任意の光透過率を得ることが可能で
ある。

この時、液晶のＴＰＴとは逆の電極ｃ以下対向電極と呼
ぶ）は一定の電圧にバイアスされており（第２図におい
て＋Ｖで示される）、ＴＰＴから加えられる信号電圧は
、対向電極のバイアス電圧に対して正負交互に与えられ
交流駆動されるのが一般である。

第３図には上述した駆動方法を各信号のタイミング・チ
ャートで示す。同図にｋいて、ｖ９はゲート電圧、ｖｓ
はソース電圧、Ｖｃｅｎｔｅｒはソース電圧の中点の電
位、、４−Ｖは対向電極電圧ＩＴｏｎは信号電圧の書き
込み時間。Ｔｏｆｆは見かけ上の信号保持時間Ｔｆｉｅ
ｌｄは１表示画面を走査するのに必要な時間で、１フイ
ールド毎に■８の■に対する極性は反転されている。こ
こで問題となるのは外光照射下でのＴＰＴとりわけオフ
抵抗の挙動である。

一旦液晶に印加された電圧は、ＴＰＴのオフの間は、Ｔ
ＰＴのオフ抵抗と液晶の抵抗を通じてリークしていく。

この時、通常液晶の抵抗は十分大きいので問題ないが、
ＴＰＴのオフ抵抗は光入射下で非常に劣化する、このた
めに、液晶に印加された信号電圧を保持できなくなり、
コントラストの低下を招く。また第３図かられかるとお
り、表示画面を上から下へ走査信号を加えて走査するこ
とを考えれば、画面の上と下での見かけ上の保持時間が
異なる。即ち画面の上部では信号電圧が印加され、ＴＰ
ＴがオフとなってもＴＰＴのソース・ドレイン間電位は
ほぼ等しく、光照射によるＴＰＴのオフ抵抗の劣化の影
響は小さいが、画面の下部では信号電圧が印加され、Ｔ
ＰＴがオフとなってすぐに信号電圧の極性が反転し、Ｔ
ＰＴのソース・ドレイン間に大きな電位差を生じ、ＴＰ
Ｔのオフ抵抗の影響が太きい。このために光照射時のＴ
ＰＴのオフ抵抗が十分でなければ画面上下の輝度ムラと
して観察され、著しぐ表示品位を損なう。

またオフ抵抗の低下による信号電圧のリークが大きいと
、表示画面のちらつきとしても認められ、これもまた表
示品位の低下につながる。

外光による影響を考える場合想定される外光の最も明る
い場合として太陽光直下が考えられる。

その場合の照度は約１０〜２０万ルクスと云われている
。そこで発明者らは耐光性を確保するためにＴＦＴのｉ
＊ａ−３ｉに要求される膜厚を決定するために以下の実
験を行なった。

即ち、ある基準となる透過率（本実、験では透過率の飽
和値の６０チとした）を得るために必要は信号電圧を、
液晶パネル画面の上下で測定し、ΔｖＯＦＦとした。こ
のΔｖｏＦＦは光照射に伴うＴＰＴのオフ抵抗の低下に
よる信号電圧のリーク分に相当する。実験ではＴＰＴの
１−ａ−３ｉの膜厚を１００人〜８００人の範囲で変化
させ、液晶パネルを試作し、実際に２０万ルクスの光照
射下で、ΔｖＱＦＦを測定した。この時、補助コンデン
サの容量は１絵素当り１．ｓｐＦ、液晶容量は、同じく
１絵素当９０．２５ｐＦ、　液晶の比抵抗は１０　Ω・
ｃｍ以上、ＴＰＴの（チャンネル巾）／（チャンネル長
）は４であった。得られた実験結果を第４図に示す。第
４図かられかる通り、Δ”ＯＦＦは１−ａ−３ｔの膜厚
が２００Å以下でほぼ飽和し、最小となっている。この
範囲では、Δ■ＯＦ　Ｆは約０．１ｖ程度であるが、約
２０階調程度の表示であれば、上下の輝度ムラとして認
められない。また画面の７リンカもほとんど気にならな
い程度であった。従って耐光性だけを考慮すれば、１−
ａ−３ｔの膜厚を２００人未満とする事で、液晶パネル
に対して約２０万ＩＩＸ（太陽光直下を想定）の光照射
下においても、Ｔｌｉ’Ｔはスイッチング素子としてほ
ぼ満足すべき特性を示すことがわかる。

実用上ではΔｖＯＦＦ≦０．２Ｖとなる１−ａ−Ｓｔの
厚みが３５０人未満で使用することが、非晶質シリコン
作製上の膜厚のバラツキを考えると、妥当である。

一方、ＴＦＴのＶ、は１−ａ−８ｔの膜厚の減少に伴い
界面の影響を大きく受けその値が増加する。

ＴＦＴのＶｔの１−ａ−３ｔの膜厚依存性を第５図に示
す。第５図から■、は１００Å以上でほぼ一定で、２■
程度であるが、１００人近０で急激に増加することがわ
かる。これは１−ａ−３ｉの膜厚が１００Å以下では界
面の影響を非常に強く受けるためであると考えられる。

ｖｔが高くなると、Ｔｋ”Ｔｉオンするためのゲート電
圧もそれだけ増加し、したがって駆動電圧も増加する。

従ってこの意味からは１００Å以上の膜厚が望ましい。

これは低電圧動作可能な液晶のメリットの最大限に引き
出すことにつながるものである。

発明の効果以上述べて来た様に、本発明によれば、液晶パネル等の
応用に最適な耐光性に優れ、低電圧動作可能なａ−３ｉ
ＴＦＴが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の非晶質シリコンＴＰＴの典型例を示
す要部断面図、第２図は、液晶表示パネルを構成する１
絵素の等価回路図、第３図は、液晶駆動のための各信号
波形のタイミングチャート、第４図は、耐光性の目安と
なるΔｖｏＦＦとｉ＊ａ−８ｉの膜厚の関係を示した図
、第６図は、ＴＦＴのＶ。と１−ａ−３ｉの膜厚の関係を示した図である。２・・・・・・ゲート電極、３・・・・・・ゲート絶縁
膜、４・・・・・・真性型非晶質シリコン膜（ｉ−ａ−
３ｔ）、６・・川・ｎ＋型非晶質シリコン膜、７，８・
・・・・・ソース・　ドレイン電極、ｄ・・・・・・１
−ａ−３ｉの膜厚、５・・・・・・絶縁膜。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名ｆ−
−−基板？−／毫３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）チャンネル部を形成する非晶質シリコンの厚みが
、３５０Å未満であることを特徴とする非晶質シリコン
薄膜トランジスタ。
（２）チャンネル部を形成する非晶質シリコンの厚みが
、１００Åから２００Åであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の非晶質シリコン薄膜トランジスタ
。