JPH0564862B2 - - Google Patents

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JPH0564862B2
JPH0564862B2 JP60061245A JP6124585A JPH0564862B2 JP H0564862 B2 JPH0564862 B2 JP H0564862B2 JP 60061245 A JP60061245 A JP 60061245A JP 6124585 A JP6124585 A JP 6124585A JP H0564862 B2 JPH0564862 B2 JP H0564862B2
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JP
Japan
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thin film
semiconductor thin
amorphous
microcrystalline semiconductor
band width
Prior art date
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JP60061245A
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English (en)
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JPS61220369A (ja
Inventor
Isao Sakata
Yutaka Hayashi
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Priority to JP60061245A priority Critical patent/JPS61220369A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]

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  • Thin Film Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野] 本発明は薄膜電界効果素子の改良に関する。 [従来の技術] アモルフアスまたは微結晶半導体薄膜を用いた
薄膜電界効果素子は、大面積液晶デイスプレイの
マトリツクスや周辺駆動回路への応用の供されて
いるが、その基本構造は、従来、金属−絶縁物−
半導体(Metal−Insulator−Semiconductor:以
下、MISと称する)接合を有する電界効果トラン
ジスタであつた。 [発明が解決しようとする課題] しかし、アモルフアスまたは微結晶半導体薄膜
のMIS接合は、導電性ゲートの上に絶縁膜を作る
のでピンホールが多く、結晶半導体のMIS接合に
比べ、一般にリーク電流が多かつた。このため、 :液晶デイスプレイのマトリツクスに応用した
とき、信号電荷の保持特性が低下する。 :キヤリアリークが原因となつて広い禁制帯幅
を持つ薄膜層の絶縁破壊や特性劣化が生ずる。 :絶縁膜を薄くすることができないためにトラ
ンスコンダクタンスが小さい。 等の問題があつた。 [課題を解決するための手段] 本発明は上述の課題を解決するために、導電性
ゲートに接するように第一のアモルフアスまたは
微結晶半導体薄膜を設け、これに接するように広
い禁制帯幅を持つ薄膜を設ける。 さらにこの薄膜に接するようにして、上記した
第一のアモルフアスまたは微結晶半導体薄膜との
間でバリアを形成する第二のアモルフアスまたは
微結晶半導体薄膜を設けた上で、導電性のソー
ス、ドレイン領域を、それぞれこの第二のアモル
フアスまたは微結晶半導体薄膜の上または中に設
ける。 [実施例] 第1図には本発明により構成される薄膜電界効
果素子の概略的な断面構成が示されている。後述
の作製例に認められるように、例えばガラス等の
基板100の上に、第一のアモルフアスまたは微
結晶半導体薄膜1(以下、第一半導体薄膜1と言
う)を導電性ゲート2に接して設ける。この第一
半導体膜1の厚さは100Å程度あれば十分である。
この第一の半導体薄膜に接して広い禁制帯幅を有
する薄膜3を設け、さらにこの薄膜3に接して第
二のアモルフアスまたは微結晶半導体薄膜4(以
下、これを第二の半導体薄膜4と言う)を設け
る。そして、この第二の薄膜4の上か中に、それ
ぞれ導電性のソース領域(以下、単にソース電
極)5と導電性のドレイン領域(同様に、以下単
にドレイン電極)6を設ける。 こうした本発明素子の基本的な動作自体は従来
のMIS型薄膜電界効果素子と同様で、ソース電極
5とドレイン電極6との間にソース・ドレイン電
圧を印加し、このときソース・ドレイン電極5,
6間(ないしそれらに個々に対応する実効的なソ
ース・ドレイン領域間)に流れる電流を導電性ゲ
ート2に印加するゲート電圧で制御する。 ただし、第一の半導体薄膜1は第二の半導体薄
膜4との間にバリアを形成する特性を有するもの
である。これにより、第二の半導体薄膜4と広い
禁制帯幅を有する薄膜3との間で形成される接合
のリーク電流が大きくても、第二の半導体薄膜4
から広い禁制帯幅を有する薄膜3に流入したキヤ
リアは、このバリアのため、ゲート2には到達せ
ず、 ゲート2/第一半導体薄膜1/広い禁制帯幅を 有する薄膜3/第二半導体薄膜4 で構成される多層接合全体としてのリーク電流は
大幅に低減される。 また、アモルフアスシリコン系の薄膜上に形成
した絶縁膜は一般にピンホールが少なく、リーク
電流が小さいので、第一半導体薄膜1としてアモ
ルフアスシリコンを用い、その上に広い禁制帯幅
を有する薄膜3としてシリコンオキサイド、シリ
コンナイトライド、シリコンオキシナイトライド
等の絶縁物薄膜を形成して第1図示構造の素子を
実現した場合には、第二半導体薄膜2と広い禁制
帯幅を有する薄膜3(この場合、上記の絶縁層)
との接合のリーク電流も低減される。 導電性ゲート2としては、ニツケル、アルミニ
ウム等の金属材料や、SnO2、ITO等の透明導電
性酸化物を使用できる。第一半導体薄膜1の伝導
型は、第二半導体薄膜4の伝導型と逆にするか、
原子組成または組成比を変えてヘテロ接合を形成
するようにし、第一半導体薄膜1が第二半導体薄
膜4に対し、バリアを形成するようにする。すな
わち、第二半導体薄膜2がn型の伝導型を有する
ときには第一半導体薄膜1はp型の伝導型を有す
るようにし、第二半導体薄膜2がp型の伝導型を
有するときには第一半導体薄膜1はn型の伝導型
を有するようにするか、あるいは両者が同一の伝
導型であつてもそれらの間にバリアの形成される
ヘテロ接合とする。 第一、第二の半導体薄膜1,2は、シラン、ジ
シラン、四弗化シリコン、ゲルマン等の原料ガス
を用いたプラズマCVD(化学気相成長法)、光
CVD、熱CVD等で成長させ得る。一方、広い禁
制帯幅を有する薄膜3としては、光CVDまたは
プラズマCVD等で作製したシリコンオキサイド、
シリコンナイトライド、シリコンオキシナイトラ
イド、ボロンナイトライド等の絶縁膜や、同様に
光CVDまたはプラズマCVD等で作製したアモル
フアスシリコンカーバイド、ダイハイドライド結
合の水素を多量に含んだ水素化アモルフアスシリ
コン等、禁制帯幅の広いアモルフアス半導体を用
い得る。第二半導体薄膜4の上か中に設けられる
ソース電極5やドレイン電極6としては、ニツケ
ル、アルミニウム等の金属材料を使用することが
できる。なお、必要に応じ、ソース電極5と第二
半導体薄膜4との間、及びドレイン電極6と第二
半導体薄膜4との間に、それぞれ不純物濃度の高
いドープ層を挿入し、オーミツク性の向上を図る
のも良い。 次に、第2図に即し、上述した本発明素子の一
作製工程例につき説明する。なお、第2図の枝番
(a)〜(e)と、下記工程番号(a)〜(e)は、それぞれ一対
一で対応している。 工程(a) ガラス等の基板100上に導電性ゲート
2をニツケル、アルミニウム等の金属の真空蒸
着、電子ビーム蒸着で形成する。金属の代わり
にSnO2を導電性ゲートとして用いるときは、
SnCl4、SbCl2、H2Oの混合ガスを用いた熱
CVD、またはSnCl4・5H2OとSbCl3のHCl溶液
によるスプレー法等でSnO2薄膜2を基板上に
付着させる。こうした導電性ゲート2の平面形
状は、公知既存のフオトエツチング技術、マス
ク蒸着技術等により所定形状に整形する。 工程(b) モノシランまたはジシランとジボランガ
スのプラズマCVD、光CVD、熱CVD等によ
り、第一半導体薄膜1を構成するp型アモルフ
アスシリコンを少なくとも導電性ゲート2の上
に形成する。 工程(c) 第一半導体薄膜1(この場合、p型アモ
ルフアスシリコン)の上に、広い禁制帯幅を有
する薄膜3として、N2Oとシランの混合ガス
を用いたプラズマCVDか光CVDにより、シリ
コンオキシナイトライド膜を形成する。 工程(d) 上述の薄膜3の上に、第二の半導体薄膜
4を工程(a)において述べたと同様の公知手法に
より所定寸法に形成するが、この第二半導体薄
膜5は、シランまたはジシランを用いたプラズ
マCVD、光CVD、熱CVDにより、ノンドープ
水素化アモルフアスシリコン膜として得る。こ
うした薄膜4は、一般に弱いn型の伝導型を有
するので、上述の工程(b)で形成した第一半導体
薄膜1に対し、バリアを形成する。 工程(e) 第二半導体薄膜4であるノンドープアモ
ルフアスシリコン上に、それぞれ導電性のソー
ス電極5とドレイン電極6となるニツケル、ア
ルミニウム等の金属薄膜を工程(a)にて述べてと
同様の公知手法により所定形状に形成し、これ
により、第1図に示したと同様の断面構造の本
発明素子を得る。 以上のような工程例に加え、素子の安定度を増
すために、第2図(e)中に仮想線で示されているよ
うに、第二半導体薄膜4に接して、熱CVD、光
CVD、プラズマCVD等によりシリコンナイトラ
イド、シリコンオキシナイトライド等から成る薄
膜7を形成し、これを保護膜7とすることもでき
る。 また、ソース、ドレイン電極5,6に接してい
る第二半導体薄膜の部分4s,4dには、チヤネ
ルの伝導型に応じてpまたはnの不純物をイオン
注入またはプラズマドーピング等で選択的に導入
するとか、これらの不純物を含む半導体薄膜を第
二半導体薄膜4と両電極5,6の間に挿入するこ
とにより、当該各電極5,6とチヤネルのオーミ
ツク接触を良好にすることができる。 なお、本発明者の実験によれば、第一半導体薄
膜1がp型アモルフアスシリコンの場合、工程(b)
の後にその表面を100℃で10分間酸化して数10Å
程度の酸化薄膜3を形成しただけでも、その後に
水素プラズマ処理をしてノンドープのアモルフア
スシリコン薄膜4を堆積させた場合には、ゲート
2と当該アモルフアスシリコン薄膜4との間には
1Vで10-10A/cm2以下のリーク電流しか流れない
ことが確認された。 [効果] 本発明によれば、導電性ゲートと第二半導体薄
膜との間のリーク電流が大いに低減される。した
がつて、本発明素子を液晶デイスプレイのマトリ
ツクスに応用すると、従来に比して信号電荷の保
持特性が向上し、また、リーク電流が原因となつ
て生ずる、広い禁制帯幅を有する薄膜3の特性劣
化や絶縁破壊が抑制される効果がある。 さらに、ゲート絶縁膜を従来より薄くすること
ができるので、電界効果素子としてのトランスコ
ンダクタンスが大幅に向上し、液晶表示パネル等
の動作速度が飛躍的に改善されると共に、動作電
圧の低電圧化が可能となり、電力消費も低減され
る外、結局は全体的な信頼性が増す。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に従つて構成される薄膜電界効
果素子の一実施例の概略的な断面図、第2図は本
発明素子の作製工程例の説明図、である。 図中、1は第一のアモルフアスまたは微結晶半
導体薄膜、2は導電性ゲート、3は広い禁制帯幅
を有する薄膜、4は第二のアモルフアスまたは微
結晶半導体薄膜、5は導電性ソース領域ないしソ
ース電極、6は導電性どれ領域ないしドレイン電
極、7は保護膜、100は基板、である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 導電性ゲートと; 該導電性ゲートに接して設けられた第一のアモ
    ルフアスまたは微結晶半導体薄膜と; 該第一のアモルフアスまたは微結晶半導体薄膜
    に接して設けられ、広い禁制帯幅を持つ薄膜と; 該広い禁制帯幅を持つ薄膜に接して設けられ、
    上記第一のアモルフアスまたは微結晶半導体薄膜
    との間でバリアを形成する第二のアモルフアスま
    たは微結晶半導体薄膜と; 該第二のアモルフアスまたは微結晶半導体薄膜
    の上または中に設けられた導電性ソース、ドレイ
    ン領域と; を有して成る薄膜電界効果素子。
JP60061245A 1985-03-26 1985-03-26 薄膜電界効果素子 Granted JPS61220369A (ja)

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JP60061245A JPS61220369A (ja) 1985-03-26 1985-03-26 薄膜電界効果素子

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JPS61220369A JPS61220369A (ja) 1986-09-30
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