JPS63296378A - 縦型薄膜トランジスタ - Google Patents

縦型薄膜トランジスタ

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JPS63296378A
JPS63296378A JP13236187A JP13236187A JPS63296378A JP S63296378 A JPS63296378 A JP S63296378A JP 13236187 A JP13236187 A JP 13236187A JP 13236187 A JP13236187 A JP 13236187A JP S63296378 A JPS63296378 A JP S63296378A
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JP
Japan
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vertical
film
main electrode
region
tpt
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Application number
JP13236187A
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English (en)
Inventor
Yasuhiro Sekine
康弘 関根
Akihiro Hoshino
昭裕 星野
Shusuke Gamo
秀典 蒲生
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Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
    • H01L29/78642Vertical transistors

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、液晶ディスプレイ用スイッチング素子として
要求される特性を備えた縦型fIIII!トランジスタ
に関する。
〈従来の技術とその問題点〉 薄膜トランジスタ(以下TPTと略す)は、アクティブ
マトリックス型液晶ディスプレイ用のスイッチング素子
として近年急速に開発が進められている。特に、アモル
ファスシリコン(以下a−81と略す)を用いたTPT
は、低温プロセスによって製造することができるため、
今後のディスプレイの大型化に際し、プロセス面で有利
な構成であるといえる。
第3図は従来の逆スタツガ型のa−SiTPTの構造を
示す断面図である。第3図の例では、絶縁性基板8上に
Cr等のゲート電極7が選択的に形成され、ゲート電極
7を覆うようにSiNx等のゲート絶縁膜6が形成され
ている。ゲート絶縁膜6上にはa−3il15が積層さ
れており、その表面には、ゲート電極をはさむようにn
”a−3i膜4とAffiからなる第1及び第2主電橿
1,2がif的に形成されている。このTPTにおいて
、ゲート電極7に正電圧を印可した状態、すなわちオン
状態では、a−3t膜5のゲート絶縁膜6に接した領域
に電子が蓄積することによりチャネルが形成され、第1
及び第2主電極1.2間に電位差が存在する場合には、
両電極間に電流が流れる。
また、ゲート電圧7に負電圧を印加した状態すなわちオ
フ状態ではa−3i膜5のゲート絶縁膜6に接した領域
に正孔が誘起されるが、正孔による電流は第1及び第2
主電極1.2とa−3t膜5との界面に設けられたn′
″a−3i膜4によって阻止される。従って、オン状態
とオフ状態における第1及び第2主電極間に流れる電流
値の比、すなわちオン−オフ比は通常10’以上とする
ことができる。液晶ディスプレイ用スイッチング素子と
してのTPTは、オン状態で第1主電極1から第2主電
極2へと運ばれる電荷を、第2主電極と電気的に接続さ
れた画素電極(図示せず)に蓄積し、オフ状態では、蓄
積された電荷を次のゲート信号が送られて(るまでの間
保持する必要があるが、逆スタツガ型のa−SiTFT
はこれら液晶ディスプレイ用スインチング素子として要
求される特性をほぼ満たしているといえる。
一方、逆スタツガ型以外の構造を持つTPTとして積層
膜の側面にチャネル領域を形成する縦型TPTが提案さ
れている。第4図にa−3iを用いた縦型TPTの構造
を示す断面図を示す、第4図の例では、絶縁性基板8上
に下層より第1主電極膜11.  n′″ a−3i膜
14.a−3t膜15.  n”  a−3t膜14.
第2主電極膜12.から成る積層膜が島状に形成されて
おり、その端面にゲート絶縁膜16及びゲート電極17
がそれぞれ選択的に形成されている。第4図に示した縦
型TPTでは、ゲート電極17に印加された正電圧によ
って積層膜に含まれるa−3i膜の15の端面にチャネ
ルが形成されるため、チャネル長はa−3t膜15の膜
厚とテーパー角によって決定される。
このように、縦型TPTではチャネル長が薄膜の膜厚と
断面のテーパー角によって決まるため、1μm程度の極
めて短いチャネル長が実現される。
従って応答スピードの速いTPTを容易に形成すること
ができる。
しかしながら第4図に示した構造を持つa−3iTFT
では、a−3ill!25の膜厚がll1m程度になる
とa−3i膜15中を流れる空間電荷制限電流を無視す
ることができなくなるため、オフ電流が増大してしまい
、TPTとしてのオン−オフ比が低下するという問題が
あった。第3図の説明で述べたように液晶ディスプレイ
用のa−3iTFTには、オン状態で画素電極に蓄積し
た電荷をオフ状態で保持する特性が要求されるため、こ
の縦型TPTにおれるオフ電流の増大は大きな問題とな
っていた。
〈問題点を解決する具体的手段〉 本発明は以上述べた問題点を解決すべく、考案されたも
のである。すなわち、絶縁物基板上に形成された第1主
電極領域及び第3主電極領域を両者共に部分的に覆うよ
うに形成された下層より高抵抗半導体膜、第2主電極領
域より形成される積層膜より成る島状領域と、第1主電
極領域上と第3主電極領域上にあり、かつ前記島状領域
の異なる2ケ所の側面にゲート絶縁膜及びゲート電極を
設けることにより一つの島状領域の異なる複数の側面に
互いに直列に接続された2個の縦型TPTを形成し、こ
の直列に接続された2個の縦型TPTをスイッチング素
子として用いることにより、オフ電流の低減並びにオン
−オフ比の増大を図った新規な縦型TPTを提供するも
のである。
〈発明の詳述〉 第1図(a)は、ガラスなどの透明絶縁性基板28表面
にCr、Mo、Wなどの導電性薄膜21.29と、n″
 a−5t膜24aを順次堆積した後、バターリングを
行い、第1及び第3主電極領域21.29を分離した後
に、a−5t膜25.  n”  a−3i膜24b。
Cr、Mo、Wなどの第2主電極膜22を順次堆積した
段階での断面図である。第1図(b)は、フォトレジス
トなどにより第1及び第3主電極領域を部分的に覆うよ
うにマスクを形成し、続いて第2主電極膜22.  n
”  a−3i膜24b、  a−3i25.  n”
a−Sl薄膜4aを順次エツチング除去して積層膜を島
状に孤立させ、側面を露出させた段階での断面図である
。エツチング法としては、CFICj!、、CFCj!
3などのガスを用いて反応性イオンエツチングを行うこ
とにより、サイドエツチングがなく、かつテーパー形状
を持った断面を制御性良く形成することができる。この
場合、CF。
やSF、などのガスの使用は、a−3ill125のサ
イドエツチングを引きおこすので、好ましくない。
第1図(C)は、第1図(ロ)で積層膜を島状に孤立さ
せた後、島状領域を完全に覆うようにSiNxなどから
なるゲート絶縁膜26を選択的に形成し、さらに島状領
域の異なる2ケ所の側面にゲート絶縁膜26を介して、
Al4.Crなとの遮光性導電膜から□なるゲート電1
27 a 、 27 bを形成した最終的な断面図であ
る。
第1図(C)に示された縦型TPTにおいて、ゲート電
極27a、27bに正電圧が印加された状態、すなわち
オン状態の場合、第1主電極領域に電圧を印加すると、
a−Si膜25のゲート電極2Ta側の側面表層に電子
が蓄積され、チャネルが形成されるため、このチャネル
領域を通って第2主電極22に電荷が流入する。この時
、ゲート電極27bにも。
ゲート電極27aと同じゲート電圧が印加されて1、い
れば、a−Sil!!25のゲート電極27b側の側面
表層にもチャネルが形成されるため、このチャネル領域
を通って第2主電極22に流入した電荷は続いて第3主
電極29へと流入する。この場合、電流は2個のTPT
を通りぬけることになるが、第1図(C)に示した縦型
TPTの場合、電流は極めて低抵抗となっていると考え
られるa−3i膜側面に形成されたチャネル領域のみを
流れるため、逆スタツガ型TPTの場合のように寄生抵
抗の影響は受けにくく、TPTとしての電流駆動能力は
殆ど劣化しない。
次にゲート電極27a、27bに負電圧が印加された状
態、すなわちオフ状態の場合、第1、第2主電極間、あ
るいは第2.第3主電極間に電位差が存在すると、n 
”  a −S i / a −S i / n ” 
a −St積層構造に起因する空間電荷制限電流によっ
て各電極間に第1図で説明した逆スタツガ型TPTと比
較して2〜3桁多いオフ電流が流れることになる。しか
し、本発明における縦型TPTは、1つの島状領域の異
なる2カ所の側面に縦型TPTを2個形成し、結果的に
その2個の縦型TPTが互いに直列に接続されているよ
うな構造をとっているため、第3主電極29より第1主
電極21へと流れる電流を大幅に減少させることができ
る。この結果、オフ電流の低減と、オン−オフ比の増大
を共に実現することができる。しかも本発明における縦
型TPTは、実際には2個の縦型TPTが直列に接続さ
れているにもかかわらず、同一の島状領域の2カ所の側
面を利用して2個の縦型TPTを形成しているため、T
PT素子の占める基板上の面積は、殆ど増加しない。
また、図では縦型TPTとして、第1.第2主電極間に
半導体膜がはさまれた構造のものを用いて説明したが、
本発明は縦型TPTの構造としてこの構造に限るもので
はなく、第2図に示すように第1主電極21.第2主電
極22間に絶縁膜33がはさまれており、積層膜の側面
に半導体膜25.絶縁膜36.さらにゲート電極27a
、27bが形成されているような構造の縦型TPTにも
応用することができる。
さらに半導体膜としてa−3i膜を用いた場合のみを説
明したが、a−3t以外にもPo1ySi、CdSe等
の他の半導体膜を用いた場合にも本発明が応用できるこ
とはいうまでもない。
〈発明の効果〉 本発明は、短チャネル長を持つ縦型TPTにおけるオフ
電流の低減及びオン−オフ比の増大を、縦型TPT2個
を直列に接続し、2個の縦型TPTを同一のゲート信号
で駆動することにより実現した。この直列に接続された
2個の縦型TPTは同一の占存面積で形成することがで
きる。さらに言えば、ゲート電極としてAffi、 C
rなどの遮光性を有する導電性薄膜を用いれば、チャネ
ル部を遮光することになり、光の入射により誤動作する
ことを防止できる。また、本発明における縦型TPTの
製造に際しては、従来の縦型TPTの製造工程に、新た
な工程を追加する必要は全くない、など本発明は実用上
極めて優れている。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(C)は、本発明の縦型TPTの一実施
例を製作工程順に示す断面図であり、第2図は、本発明
の他の実施例を示す断面図であり、第3図は、従来の逆
スタツガ型アモルファスシリコンTPTの一例を示す断
面図、第4図は、従来の縦型TPTの一例を示す断面図
である。 1 、11.21・・・・・・・・・・・・・・・第1
主電極2、12.22・・・・・・・・・・・・・・・
第2主電極L 13.33・・・・・・・・・・・・・
・・絶縁膜4、14.24a、 24b・N’ −a−
S iM。 5、15.25・・・・・・・・・・・・・・・a−3
i膜6 、16.26.36・・・・・・・・・ゲート
絶縁膜7 、17.27a 、 27b ・・・ゲート
電極8・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・基板時  許  出  願  人 凸版印刷株式会社 代表者 鈴木和夫 第1図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)絶縁物基板上に形成された第1主電極領域及び第
    3主電極領域と、該第1及び第3主電極領域を両者共に
    部分的に覆うように形成された下層より高抵抗半導体薄
    膜、第2主電極領域より形成される積層膜より成る島状
    領域と、下部に前記第1主電極領域を有する前記島状領
    域の側面と、下部に前記第3主電極領域を有する前記島
    状領域の側面に形成されたゲート絶縁膜及びゲート電極
    よりなることを特徴とする縦型薄膜トランジスタ。
  2. (2)前記ゲート電極が遮光性を有する導電性薄膜であ
    る特許請求の範囲第1項記載の縦型薄膜トランジスタ。
JP13236187A 1987-05-28 1987-05-28 縦型薄膜トランジスタ Pending JPS63296378A (ja)

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