JPS626672B2 - - Google Patents

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JPS626672B2
JPS626672B2 JP55065720A JP6572080A JPS626672B2 JP S626672 B2 JPS626672 B2 JP S626672B2 JP 55065720 A JP55065720 A JP 55065720A JP 6572080 A JP6572080 A JP 6572080A JP S626672 B2 JPS626672 B2 JP S626672B2
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gate
semiconductor layer
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Yutaka Takato
Hirosaku Nonomura
Sadatoshi Takechi
Tomio Wada
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Description

【発明の詳細な説明】
本発明はゲート絶縁膜に生じる絶縁破壊の発生
を少くするようにした薄膜トランジスタの電極構
造に関する。 従来より、薄膜トランジスタとしては第1図か
ら第4図に夫々示すような種々の電極構造を有す
るものが知られている。 第1図に示す薄膜トランジスタは、ガラス等か
らなる絶縁基板1の上に、マスク蒸着やフオトエ
ツチング等の手法により、Al、Au、Ta、Niもし
くはIn等からなるゲート電極2を形成し、真空蒸
着、スパツタリングもしくはCVD等の手法によ
り、Al2O3、SiO、SiO2、CaF2、Si3N4もしくは
MgF2等からなる絶縁膜3をゲート電極2の上に
形成して被覆し、その上にCdSe、CdS、PbSも
しくはTe等からなる半導体層4、該半導体層4
とオーミツクコンタクトするAu、Al、Niもしく
はIn等の金属からなるソース電極5およびドレイ
ン電極6を順次形成した電極構造を有する。絶縁
膜3はゲート電極2にAlあるいはTaを用いた場
合には、AlあるいはTaを陽極酸化して形成する
ことも出来る。 また、第2図に示す薄膜トランジスタは、第1
図に示す薄膜トランジスタにおいて、半導体層4
とソース電極5およびドレイン電極6との位置を
上下逆転したもの、第3図に示す薄膜トランジス
タは、絶縁基板1の上にソース電極5、ドレイン
電極6および半導体層4を形成し、該半導体層4
の上に絶縁膜3およびゲート電極2を形成したも
のであり、さらに第4図に示す薄膜トランジスタ
は、上記第3図に示す薄膜トランジスタにおい
て、半導体層4とソース電極5およびドレイン電
極6との位置を上下逆転したものである。 上記第1図から第4図に夫々示す薄膜トランジ
スタにおいて、充分に良好な特性を得るために
は、絶縁膜3はいずれもできるだけ薄いことが好
ましいが、絶縁膜3の絶縁性を考慮して、その膜
厚は500オングストロームないし1000オングスト
ローム程度としている。 しかしながら、上記のような電極構造を有する
薄膜トランジスタを、例えばマトリツクス型液晶
表示装置(図示せず。)における駆動用スイツチ
ング素子として使用し、第5図に示すように、そ
のソース電極5およびゲート電極2に夫々第6図
イおよびロに示す波形を有する電圧(ソース電圧
S=−10ボルト、ゲート電圧VG=−10ボルト、
デユーテイ1/10)を印加し、ドレイン電極6とア
ースとの間に接続されたセグメント電極と液晶と
がなす容量と蓄積コンデンサ(いずれも図示せ
ず。)との等価合成容量CLCの両極間の電圧(ド
レイン電圧VD)を第6図ハのようなものとして
液晶表示装置を長時間駆動すると、ゲート絶縁膜
3の膜厚が非常に薄いものであるため、次に述べ
るように、絶縁膜3に絶縁破壊が発生する問題が
あつた。 本願発明者が、第1図に示す電極構造を有する
薄膜トランジスタにおいて、第7図に示すよう
に、ソース電極5およびドレイン電極6のいずれ
もがゲート電極2と重なつた構造を有する薄膜ト
ランジスタの各サンプルに、第6図イ,ロに示す
電圧を夫々印加して長時間動作させたところ、次
の第1表に示すように、AuやNi等の金属で形成
されたソース電極5とゲート電極2との重なり部
の絶縁膜3に絶縁破壊が多く発生することを見い
出した。
〔第1実施例〕
本実施例は、第1図の電極構造を有する薄膜ト
ランジスタにおいて、第8図に示すように、ゲー
ト電極2とドレイン電極6との間に重なり部7を
設ける一方、上記ゲート電極2とソース電極5と
の間に間隙8を設けるようにしたものであつて、
上記ゲート電極2にはAlを使用し、ゲート絶縁
膜3には上記ゲート電極2を陽極酸化させて得た
膜厚700オングストロームのAl2O3を使用する。
また、上記ソース電極5およびドレイン電極6に
は、いずれも膜厚1000オングストロームのAuを
使用するとともに、半導体層4には膜厚200オン
グストロームのTeを使用し、半導体層4のチヤ
ンネル巾を300μ、ゲート電極2の巾を600μ、ゲ
ート電極2とソース電極5との上記間隙8を100
μとしている。 薄膜トランジスタを上記のような電極構造と
し、そのソース電極5、ゲート電極2に夫々第6
図イ,ロに示す電圧を印加し、第5図の回路を使
用して、時間経過に対する薄膜トランジスタ7の
良品の割合(良品率)を求めたところ、第9図に
曲線m0で示すようになり、2800時間の経過に対
してほゞ100%近い93%の良品率を得た。 これに対して、上記第8図と同一のチヤンネル
巾、及びゲート電極巾を有し、第7図に示すよう
に、ソース電極5およびドレイン電極6のいずれ
もがゲート電極2と重なつた電極構造とした薄膜
トランジスタでは、時間経過に対する薄膜トラン
ジスタの良品率は、第9図に曲線m1で示すよう
になり、2000時間の経過に対して良品率は約20%
に低下し、2600時間の経過に対して良品率は零%
となつた。 また、第8図と同一のチヤンネル巾及びゲート
電極巾を有し、第10図に示すように、ソース電
極5とゲート電極2との間に重なり部10を設
け、ドレイン電極6とゲート電極2との間に間隙
11を設けた薄膜トランジスタでは、時間経過に
対する良品率は第9図に曲線m2で示すようにな
り、2000時間の経過に対して、良品率は20%ない
し25%程度に低下し、2800時間の経過に対して零
%となる。 上記から、薄膜トランジスタを第8図の電極構
造とすれば、第7図および第10図の電極構造の
薄膜トランジスタに比較して、ソース電極5とゲ
ート電極2との間の絶縁破壊による不良の発生が
大巾に減少することが分る。 なお、薄膜トランジスタの電極構造を第8図に
示す構造とした場合、ゲート電極2とソース電極
5の間隙8およびその近傍の半導体層4の電気抵
抗が、薄膜トランジスタのオン抵抗に寄生抵抗と
して加わるため、薄膜トランジスタを上記のよう
なスイツチング素子として使用した場合、オン時
の抵抗が高くなつて、薄膜トランジスタのオン・
オフ比(ROFF/RON:但しRONはトランジス
タのON抵抗、ROFFはトランジスタのOFF抵抗
である。)が低下することが考えられる。 しかしながら、第8図の薄膜トランジスタのゲ
ート電圧に対する飽和ドレイン電流特性を求める
と、第11図に曲線n0で示すようになり、また、
第7図および第10図に夫々示す薄膜トランジス
タの飽和ドレイン電流特性は、第11図に夫々曲
線n1およびn2で示すようになる。 上記第11図から分るように、|VG|8ボ
ルトでは、第8図の薄膜トランジスタと第7図の
薄膜トランジスタの飽和ドレイン電流特性はほゞ
等しく、第8図の薄膜トランジスタのオン・オフ
比の低下はほとんどない。 これに対して、第10図に示す薄膜トランジス
タでは、第11図の曲線n2からも分るように、第
7図および第8図の薄膜トランジスタに比較し
て、飽和ドレイン電流が小さくなり、そのオン・
オフ比が小さくなる。 上記から、薄膜トランジスタを第8図のような
構成とすることにより、オン・オフ比等の特性を
損うことなく、長時間動作させてもゲート絶縁膜
3に絶縁破壊が生じない信頼性の高い薄膜トラン
ジスタとすることができる。 〔第2実施例〕 本実施例は、ゲート電極2、ゲート絶縁膜3、
半導体層4、ソース電極5、ドレイン電極6を第
1実施例と同一の材料および膜厚とする一方、半
導体層4のチヤンネル巾を300μ、ソース電極5
およびドレイン電極6の巾を1000μ、ゲート電極
2とソース電極5の間隙8を100μとし、該間隙
8とその近傍の半導体層4の巾を900μに拡大し
たものである。 薄膜トランジスタを上記構成とした場合、第8
図の薄膜トランジスタと同様、長時間にわたる動
作を行わせても、絶縁膜3の絶縁破壊は少くなる
一方、ゲート電圧に対する飽和ドレイン電流特性
は、第11図に曲線n3で示すように、第7図の薄
膜トランジスタの飽和ドレイン電流特性にきわめ
て近くなり、|VG|が8ボルトを越えたところ
でも、第7図の薄膜トランジスタとほゞ等しいオ
ン・オフ比を得ることができる。 なお、以上の実施例において、ゲート電極2の
材料としてTa、Hf、Nb、Ni、Mo、Au等を用い
た場合、あるいはゲート絶縁膜3にゲート電極2
の材料の陽極酸化膜もしくは、CVD、真空蒸
着、スパツタリング等の手法で形成したSiO、
SiO2、Al2O3、Si3N4等を使用した場合、また、
ソース電極5およびドレイン電極6の材料として
Al、In、Ni、Mo等を使用した場合、あるいは、
また半導体層4の材料としてCdSe、CdS、PbS
等を使用した場合も上記と同様の結果を得ること
ができる。 また、第2実施例のように、ゲート線電極2と
ソース電極5との間隙8およびその近傍の半導体
層4の巾を他の部分(チヤンネル部)よりも大き
くする代りに、上記間隙8およびその近傍の半導
体層4の膜厚を厚くするか不純物濃度を大きくし
て、半導体層4の寄生抵抗の影響を減ずるように
してもよい。 以上、詳細に説明したことからも明らかなよう
に、本発明は、従来の電極構造を有する薄膜トラ
ンジスタにおいて、ソース電極とゲート線電極と
の間に重なりが生じないようにしてこれら両電極
間の絶縁耐力を高めるようにしたものであつて、
本発明により長時間動作させた場合に従来の薄膜
トランジスタのソース電極とゲート線電極との間
に多発していた絶縁破壊がほとんどなくなり、長
時間安定に動作する信頼性の高い薄膜トランジス
タを得ることができる。 また、ソース電極とゲート線電極との間隙部お
よびその近傍の半導体層の巾、層厚もしくは不純
物濃度の少くとも一つをチヤンネル部の半導体層
よりも大きくなるようにすれば、チヤンネル部以
外の半導体層に伴う薄膜トランジスタのオン・オ
フ比の低下等の問題も解消される。
【図面の簡単な説明】
第1図から第4図は夫々従来の薄膜トランジス
タの電極構造を示す断面図、第5図は液晶表示装
置の駆動回路図、第6図イ,ロおよびハは夫々第
5図の薄膜トランジスタのソース電極、ゲート電
極およびドレイン電極の電圧波形図、第7図は従
来の薄膜トランジスタの電極構造の平面図、第8
図は本発明の第1実施例の平面図、第9図は第7
図、第8図および第10図に夫々示す電極構造を
有する薄膜トランジスタの時間に対する良品率を
示す特性図、第10図はドレイン電極とゲート電
極との間に間隙を設けた薄膜トランジスタの平面
図、第11図は第7図、第8図、第10図および
第12図に示す薄膜トランジスタの飽和ドレイン
電流のゲート電圧依存特性図、第12図は本発明
の第2実施例の平面図である。 1…絶縁基板、2…ゲート電極、3…絶縁膜、
4…半導体層、5…ソース電極、6…ドレイン電
極、7,10…重なり部、8,11…間隙。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 絶縁基板上に形成したソース電極とドレイン
    電極にコンタクトするように形成した半導体層に
    絶縁膜を介して重なるように形成したゲート電極
    を有する薄膜トランジスタにおいて、上記ドレイ
    ン電極とゲート線電極との間に重なり部を設ける
    一方、上記ソース電極とゲート線電極との間に重
    なりが生じないようにしたことを特徴とする薄膜
    トランジスタの電極構造。 2 特許請求の範囲第1項記載の薄膜トランジス
    タの電極構造において、ソース電極とゲート線電
    極との間の間隙部およびその近傍の半導体層の
    巾、層厚もしくは不純物濃度のうち少くとも一つ
    をチヤンネル部の半導体層よりも大となるように
    したことを特徴とする薄膜トランジスタの電極構
    造。
JP6572080A 1980-05-16 1980-05-16 Electrode structure for thin film transistor Granted JPS56161676A (en)

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