JPS63140580A - 薄膜トランジスタ - Google Patents

薄膜トランジスタ

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JPS63140580A
JPS63140580A JP28703786A JP28703786A JPS63140580A JP S63140580 A JPS63140580 A JP S63140580A JP 28703786 A JP28703786 A JP 28703786A JP 28703786 A JP28703786 A JP 28703786A JP S63140580 A JPS63140580 A JP S63140580A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate insulating
insulating film
layer
gate
gate electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP28703786A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Minamino
裕 南野
Noriko Ookawa
大川 野里子
Etsuya Takeda
武田 悦也
Seiichi Nagata
清一 永田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP28703786A priority Critical patent/JPS63140580A/ja
Publication of JPS63140580A publication Critical patent/JPS63140580A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Thin Film Transistor (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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、絶縁ゲート型薄膜トランジスタの構成に関す
るものであり、特に液晶等との組み合わせで画像表示装
置を構成するための、シリコンを主成分とする非晶質半
導体を用いた薄膜トランジスタ(以下TPTと略す)に
関するものである。
従来の技術 第2図に従来の構成のTPTを示す。第2図(a)は、
絶縁性基板2O上にゲート電極 となる第一の導体21
が形成され、前記ゲート電極上に、ゲート絶縁物層22
がプラズマCVD法、スパッタ法、ゲート金属の酸化、
等により形成される。前記ゲート絶縁物上に非単結晶半
導体層23をプラズマCVD法、スパッタ法、蒸着法等
で形成し、前記非単結晶半導体上に、ソース、ドレイン
電極となる第2の導体24.25が形成される逆スタガ
ー型TPTである。第2図(a)は、第2図(b)のc
−c’線断面図である。ゲート絶縁物22を形成する方
法としては、プラズマCVD法、スパッタ法を用いて窒
化シリコンSiNxあるいは酸化シリコンSiO2を用
いる方法、TPTのON電流を増加させる目的で誘電率
の高い絶縁物質として公知であるT a 2O sを反
応性スパッタあるいは高周波スパッタを用いて形成する
方法、ゲート電極21の金属として用いられるAIやT
aを熱酸化、あるいはプラズマ酸化してAl2O3やT
a2’sを形成しゲート絶縁膜とする方法、等の例が挙
げられる。非単結晶半導体層23としては、アモルファ
スSiが大面積の成膜が可能である、ゲート絶縁膜とし
てSiNxを用いた組み合わせで良好な界面を形成する
ことが可能、などの理由で用いられる。又、CdSeも
移動度の高いTPTの材料として知られている。
発明が解決しようとする問題点 上記の方法により作成したトランジスタでは、ゲート絶
縁層としてS iNx、S io2等を用いた場合、誘
電率が、それぞれ6.4.3.8と比較的低く、トラン
ジスタのon電流を増加させようとすると、ゲート絶縁
膜の単位面積当りの容量を大きくしなければならず、そ
の為には、ゲート絶縁膜の膜厚を薄くすることが必要と
なる。しかしながらゲート絶縁膜22を薄(すれば、ピ
ンホールによるゲート電極とソース電極あるいはドレイ
ン電極との短絡の確率が高くなる。これに対しゲート絶
縁膜22として誘電率の比較的高いT a 2O s(
誘電率=23)あるいはAl2O3(誘電率:8)を用
いた場合、前述のSiNx、SiO2に比較して比誘電
率が約1.5〜3倍と大きいので、単位面積当りの容量
も同一膜厚ならば約1.5〜3倍となり、トランジスタ
のON電流もSiNxの場合に比較して約1.5−3倍
となる。しかしながら、T a 2O sあるいはA 
l 2O3はS i N x、S i O2よりもリー
ク電流が約1桁大きく、ゲート絶縁層内にキャリアが蓄
積されやすく、これによるTPTは、ON電流は増加す
るものの、しきい値電圧の経時変化が大きく、SiNx
あるいは5iOzをゲート絶縁膜として用いたTPTに
比較して信頼性の面で劣る。
問題点を解決するための手段 本発明はシリコンを主成分とする非単結晶半導体を用い
た薄膜トランジスタに於て、ゲート絶縁膜と界面を有す
るゲート電極の材料として、高融点金属シリサイド、前
記ゲート絶縁膜として誘電率の比較的大きなT a 2
O5あるいはAl2O3を用いその界面にSiO2を形
成することによりゲート絶縁膜のリーク電流が小さくか
つON電流が大きいトランジスタの構造を与えている。
作用 前記ゲート絶縁膜に、たとえば反応性スパッタによるT
 a 2O sあるいはAl2O3を用いかつゲート金
属に高融点金属シリサイドを用いた場合では、T a 
2O esあ、るいはAl2O3と金属シリサイド界面
に自動的に数十オングストローム程度の薄い5iOzが
形成される。第3図は、T a 2O rs −M o
シリサイド界面のオージェ電子分光分析の結果である。
(a)の部分に5O−100A程度の5in2が形成さ
れている。この薄い5i02によりTPTのゲート絶縁
膜中を流れるリーク電流が低く抑えられる。A I 2
O3を反応性スパッタで形成した場合も同様に5in2
が形成される。この5fO2の膜厚はT a 2O t
sあるいはAl2O3の膜厚に比較して非常に薄いので
、ゲート絶縁膜全体の容量の減少にはほとんど影響しな
い。
以上の様にゲート金属材料として高融点金属シリサイド
、ゲート絶縁膜としてTa 2O aあるいはA l 
2O tsを用いその界面にSiO2を形成することに
よってゲート絶縁層の誘電率が高く従ってON電流が大
きく取れ、かつゲート絶縁膜のリーク電流が少ない為に
Tr特性の経時変化の小さいTPTを作る事が出来る。
実施例 以下具体的な実施例について説明する。なお実施例では
第一のゲート絶縁膜としてT a 2O5を用いた場合
を述べているが、Al2O3を用いる場合は、反応性ス
パッタのターゲットとしてTaのかわりにAIを用いる
ことにより同様の結果を得ることが出来る。またこの実
施例では5in2はT a 2O esを反応性スパッ
タで形成する際に自動的にできる。
第1図(a)、(b)に示す様に絶縁性基板10上に第
一のゲート電極11として100OAのCrをDCスパ
ッタ法により形成する。第1図(a)は同図(b)のA
−A’断面図である。引き続いて第2のゲート電極12
をDCスパッタ法でM。
シリサイドを50OA形成する。ここでCrのかわりに
AI、Ta等の他の金属電極、ITO等の透明導電膜を
用いても問題はない。またMoシリサイドのかわりにT
iシリサイド、Taシリサイドを用いても問題はない。
これをゲート電極形状に食刻した後、ターゲットとして
Taを用い、酸素、アルゴン混合雰囲気中で、反応性ス
パッタを行ってT a 2O sを2O00A形成する
。この反応性スパッタを行う際に、第3図のオージェ電
子分光に示した如くシリサイド12と第一のゲート絶縁
膜13となるT a 2O s界面に100A程度の5
iOz18層が形成される。こうして第一のゲート絶縁
膜13としてTa2Oesを2O00A形成した後、プ
ラズマCVD法を用いて第2のゲート絶縁層14として
S 1Nx2O00A、半導体層15として非晶質シリ
コン800Aを連続で形成する。この方法では、ゲート
絶縁層と半導体層が連続で形成される為、その界面準位
密度が低(抑えられて、しきい値電圧が低(かつON電
流の立ち上がり特性の良好なトランジスタが形成される
。ゲート絶縁膜としてT a 2O s単層にした場合
は、T a 2O es層を形成し半導体層の非晶質シ
リコンを形成するまでに、一端外気に晒すためにゲート
絶縁膜と半導体層の界面準位密度が高(なり、トランジ
スタの特性としては悪(なる。半導体層をn樺関フ形状
にエツチングした後、AIを7000ADCスパツタ法
で製膜し選択エツチングを行いソース電極16、ドレイ
ン電極17とする。第一のゲート絶縁膜として、誘電率
の大きなT a 2O sを用いているために、ゲート
がSiNx単層の物に比較して、ゲート絶縁膜の単位面
積当りの容量が約2倍となるために、オン電流は約2倍
となる。第4図に本実施例により作成したTrのゲート
電圧−ドレイン電流特性を示す。次表に従来のS iN
x単層のTrとこの実施例により作成したTrのゲート
絶縁膜の単位面積当りの容量の比と、ON電流、OFF
電流を示す。
発明の効果 以上に述べた構成のTPTは、ON電流の立ち上がり特
性が良好で、しきい値電圧の経時変化が少な(、かつ従
来のゲート絶縁層としてSiNxや5in2を用いたT
PTに比較して、ゲート絶縁膜が同一膜厚ならば、ON
電流が約1.5〜3倍高く取れるTrを作成することが
出来、その技術的意義は大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)はそれぞれ本発明の一実施例によ
る構造のTPTの平面図および断面図、第2図(a)、
(b)はそれぞれ従来例の構造によるTr4図はTPT
のゲート電圧−ドレイン電流特性図である。 11・・・・第1のゲート電極、12・・・・第2のゲ
ート電極、13・・・・第1のゲート絶縁層、14・・
・・第2のゲート絶縁層、15・・・・非単結晶半導体
層、16・・・・ソース電極、17・・・・ドレイン電
極、18・・・・5in2膜。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか1名n−一一第
1のデート電極 /2−−一第2のデート電極 第1 図     16−  ソース覧及17−  ド
レイソ電」返 /B  −−−5iOZ  月ジ1 //、/Z (9弘) 第2図 (a−ン び2

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ガラス基板上に形成される単層あるいは複層のゲ
    ート電極材料で、前記ゲート電極に引き続いて形成する
    ゲート絶縁膜と界面を有する部分のゲート電極の材料が
    高融点金属シリサイドより形成されており、ゲート絶縁
    膜が少なくともTa_2O_5あるいはAl_2O_3
    を含む単層又はそれに続いて第二あるいは第三のゲート
    絶縁膜を形成することによる複層からなり、前記単層あ
    るいは複層のゲート絶縁膜上に引き続いて非単結晶半導
    体層を形成し、前記半導体層と一部重なり合う様にソー
    ス、ドレインとなる電極を形成し、前記Ta_2O_5
    あるいはAl_2O_3と前記高融点金属シリサイド界
    面にSiO_2が形成されていることを特徴とする薄膜
    トランジスタ。
  2. (2)第二のゲート絶縁膜がSiN_xで、非単結晶半
    導体が非単結晶シリコンを主成分とする半導体であるこ
    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。
JP28703786A 1986-12-02 1986-12-02 薄膜トランジスタ Pending JPS63140580A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02260570A (ja) * 1988-12-24 1990-10-23 Samsung Electron Devices Co Ltd 多結晶シリコン薄膜トランジスタ
US5272361A (en) * 1989-06-30 1993-12-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Field effect semiconductor device with immunity to hot carrier effects
JPH06196700A (ja) * 1992-08-25 1994-07-15 Alps Electric Co Ltd 電子装置
US5698883A (en) * 1989-10-09 1997-12-16 Kabushiki Kaisha Toshiba MOS field effect transistor and method for manufacturing the same
US5721163A (en) * 1996-06-10 1998-02-24 Chartered Semiconductor Manufacturing Pte, Ltd. Method of manufacture of thin film transistor SRAM device with a titanium nitride or silicide gate

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