JPH0691255B2 - 薄膜トランジスタ - Google Patents

薄膜トランジスタ

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JPH0691255B2
JPH0691255B2 JP3345733A JP34573391A JPH0691255B2 JP H0691255 B2 JPH0691255 B2 JP H0691255B2 JP 3345733 A JP3345733 A JP 3345733A JP 34573391 A JP34573391 A JP 34573391A JP H0691255 B2 JPH0691255 B2 JP H0691255B2
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JP
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film
tft
insulating film
semiconductor layer
gate
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JP3345733A
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信 竹田
忠則 菱田
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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(以下TFTと称す)に関するものであり、特に
半導体層にアモルファスシリコンを用いた構造の特性が
良好なTFTを提供するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の一般的なTFTの構造及びその形
成法について図2とともに説明する。絶縁基板1上にゲ
ート電極2、ゲート絶縁膜3、半導体層4を順次堆積
し、半導体層4にソース電極5及びドレイン電極6を形
成することによりTFTが作製される。絶縁基板1とし
ては一般的にガラス板、セラミック板、石英板等が用い
られる。また、ゲート電極2はCr,Al,Ni,Au
等の金属材料、ゲート絶縁膜3はSiO,SiO2,A
l2O3,Ta2O5,Y2O3,Si3N4,M9F2等の酸化
物、窒化物又は弗化物、半導体層4はCdS,CdS
e,TePbS,アモルファスシリコン等で形成され
る。ソース電極5及びドレイン電極6としてはAl,A
u,Ni,Cr,In等の半導体層4とオーミックコン
タクトが可能な金属が用いられる。
【0003】上記構造を有するTFTをスイッチング素
子として例えば液晶表示装置のマルチプレックス駆動に
使用する場合、TFTのオフ抵抗(ROFF)が充分に高
く遮断性が良好であること、オン抵抗(RON)が充分に
低くオン/オフ比(ROFF/RON)が高いこと及びスイ
ッチング速度が大きいことを必要とし、更に長時間の動
作に対して安定であることが要求される。
【0004】このような特性を満足するTFTを実現す
るためにはTFTのゲート絶縁膜3が、(1)絶縁性が
良好(ピンホールが無い)でかつ信頼性及び耐圧が高い
こと、(2)可動イオン密度が低いこと、(3)半導体
との界面準位密度が小さいこと、(4)半導体に対する
電界効果が大きいこと、等の条件を満たしていることが
必要であるが、上記(1)と(4)は相反する要求であ
りこれを同時に満足させることは困難である。例えば、
スパッタリング法、CVD法等でSiO2,Si3N4等
の薄膜を形成する場合、2000〜3000Å以下の厚
さではピンホールの無い薄膜を形成することは極めて困
難となる。しかしながら、適当な材料を用いた陽極酸化
法によれば、数百Åの厚さでピンホールの無い緻密な絶
縁膜を得ることができ、耐圧も高い。半導体表面に対す
る電界効果はゲートに印加する電圧を一定とすればゲー
ト絶縁膜の誘電率に比例し厚さに反比例するので誘電率
の高い陽極酸化膜を用いることにより絶縁性を良好に保
持しながらゲート絶縁膜の厚さを薄くすることができ、
極めて大きな電界効果が期待される。
【0005】一方、半導体層4としては、アモルファス
シリコンを単体として使用すると、CdSe等の化合物
半導体において問題となる化学量論的組成からのずれに
起因する悪影響がなく、またエネルギーギャップも大き
く真性キャリアの数が少ないこと、等のTFT用半導体
層として優れた利点が得られる。従って、アモルファス
シリコンを半導体層4として使用し、陽極酸化膜をゲー
ト絶縁膜3として組合せることにより、極めて特性の良
いTFTが作製されると考えられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アモル
ファスシリコン膜はグロー放電を用いて成膜されるのが
一般的であるが、陽極酸化膜から成るゲート絶縁膜上に
直接グロー放電のような薄膜に衝撃を与えるプロセスを
介してアモルファスシリコン層を堆積すると、陽極酸化
膜が損傷を受けて劣化し、絶縁性が著しく低下するとい
う問題が生じる。このためTFTのゲート絶縁膜3とし
ての機能を果すことができなくなる。
【0007】陽極酸化膜をTFTのゲート絶縁膜3とし
て用いる場合には必然的に半導体層4の形成工程はゲー
ト絶縁膜3の形成工程の後でなければならず、またシリ
コンを良好なアモルファス状態で堆積させるためにはグ
ロー放電のような成膜技術が最も望ましいとされてい
る。このためゲート絶縁膜における上記絶縁性の低下を
回避することが良好なTFTを作製する上で非常に重要
な要件となる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
み、表面に陽極酸化膜が形成されたゲート電極と、該ゲ
ート電極上に積層されたアモルファスシリコン半導体層
とを具備して成る薄膜トランジスタにおいて、陽極酸化
膜をTa2O5で、ゲート電極をTaでそれぞれ作製する
とともにTa2O5陽極酸化膜とアモルファスシリコン半
導体層の間に絶縁層を挿入して2重ゲート絶縁膜を構成
したことを特徴としている。
【0009】
【作用】上記構成とすることにより、グロー放電に際し
ても、陽極酸化膜の絶縁低下が挿入された絶縁膜で防止
され、絶縁低下を招くことなくアモルファスシリコン層
を半導体層として形成することが可能となり、従って得
られるTFTは電界効果特性の良好なゲート絶縁膜を有
しかつスイッチング特性に高信頼性が付加されたTFT
となる。
【0010】
【実施例】図1は本発明の一実施例を示すTFTの構成
断面図である。
【0011】ガラス基板10上にTa膜を堆積した後、
これを酒石酸アンモニウム水溶液に浸漬し、化成処理す
る。65Vの定電圧化成で約1000ÅのTa2O5膜が
作製され、この結果Taから成るゲート電極20とTa
表面の薄い陽極酸化膜から成る第1の絶縁膜30が形成
される。
【0012】第1の絶縁膜30上にはCVD法又はスパ
ッタリング法等で厚さ1000ÅのSi3N4膜が第2の
絶縁膜31として積層される。CVD法やスパッタリン
グ法はグロー放電のように成膜時にプラズマ等が発生す
ることもなく、薄膜に衝撃性を与える製法ではないので
陽極酸化膜が損傷を受けることはない。第2の絶縁膜3
1はSi3N4以外にSiO,SiO2,Y2O3,Al2O
3,MgF2等が実施に供され、陽極酸化されたTa2O5
膜即ち第1の絶縁膜の特性低下を防止する機能を有す
る。この第1の絶縁膜(Ta2O5)30と第2の絶縁膜
(Si3N4)31で二重ゲート絶縁膜が構成される。
【0013】この上に半導体層40としてグロー放電に
よりアモルファスシリコン層を3000Å積層し、次に
ソース電極50及びドレイン電極60として3000Å
のAlを蒸着すると本実施例のTFTが作製される。
【0014】このTFTは表面保護膜70としてCVD
法によりSi3N4が3000Å積層され、半導体層40
の露出部がコートされる。この保護膜70はアモルファ
スシリコン層の保護のみならず裏の半導体層40表面を
空乏化し、オフ状態のリーク電流を減少させ、TFTの
特性を大きく向上させる。
【0015】上記実施例に於いて、Si3N4の比誘電率
を6.4,Ta2O5の比誘電率を26.0とすれば、ゲ
ート絶縁膜をSi3N4のみで形成して本実施例と同等の
電界効果を得るにはSi3N4を1250Å程度の厚さに
層設することが必要であるが、これではピンホール発生
のために充分な絶縁特性を得ることは不可能に近い。し
かるに上記実施例の如くゲート絶縁膜をTa2O5膜とS
i3N4膜の二層複合膜で構成した場合、Ta2O5膜には
ピンホール等の発生がなく高い絶縁特性が得られる。陽
極酸化が可能な金属としては他にAl等があるが、ピン
ホールをなくす観点からはTaを利用することが格段に
優れている。またTa2O5膜上にSi3N4膜を堆積する
ことにより、アモルファスシリコン層をグロー放電する
際にSi3N4膜がTa2O5膜を保護することとなりTa
2O5膜を損傷することがなく、従って半導体層4形成後
も絶縁性の良好なTa2O5膜を維持することができる。
ゲート電極20は上記実施例ではTaで構成されている
が、nチャンネル動作のTFTにおいては、Al等の場
合と比較してTaの仕事関数が大きいのでピンチオフ電
圧が正となり、ノーマル・オフのTFTが得られ、ゲー
ト電圧が0Vでの抵抗(オフ抵抗)が高くなり、液晶マ
トリックス駆動用TFTとして適する特性が得られる。
また保護膜70は、TFTが直接大気と接触することを
防止し、アモルファスシリコン層のゲートと逆の面(裏
面)に於けるバンドの曲がりを少なくし、特性の安定化
を向上せしめると同時にオフ抵抗を高く保持する作用を
有する。更に液晶表示素子を駆動するための一方のセル
基板に適用した場合にも液晶層とTFTが直接接触する
のを防止し、TFTの寿命特性の向上に寄与する。その
他上記保護膜70は、光の遮蔽のため金属層をTFTの
活性領域上に形成する場合にも重要で、保護膜70上に
金属層を設け、TFTの活性領域を蔽った場合にもリー
クによりオフ抵抗が低下するといった問題がない。
【0016】図3は上述のTFTに於けるドレイン電流
−ゲート電圧特性(VSD=+10V)を示すものであ
る。測定したTFTはソース電極50とドレイン電極6
0間の間隔に対応するチャネル長Lが40μm、チャネ
ル幅Wが2000μmのものである。またソース−ドレ
イン間の電圧VSDは10Vである。ゲート電圧が0V〜
+5Vの範囲において4桁、0V〜+10Vの範囲にお
いて5桁以上のオン・オフ比(ドレイン電流比)が得ら
れていることがわかる。
【0017】
【発明の効果】以上詳説した如く、本発明は電気抵抗の
小さいTaでゲート電極を、またエネルギーギャップの
大きいアモルファスシリコンで半導体層を構成し、かつ
ゲート電極と半導体層の間に位置するゲート絶縁膜を絶
縁特性の高いTa2O5から成る陽極酸化膜とこの陽極酸
化膜上に積層された絶縁膜の二重絶縁膜で形成すること
によりゲート絶縁膜の電界効果が高く動作特性が良好と
なるTFTを構成したものであり、その技術的意義は多
大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すTFTの基本的構成図
である。
【図2】従来のTFTの基本的構成を示す断面図であ
る。
【図3】図1に示すTFTのドレイン電流対ゲート電圧
特性を示す説明図である。
【符号の説明】
10 ガラス基板 20 ゲート電極 30 第1の絶縁膜 31 第2の絶縁膜 40 半導体層 50 ソース電極 60 ドレイン電極 70 保護膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に陽極酸化膜が形成されたゲート電
    極と、該ゲート電極上に積層されたアモルファスシリコ
    ン半導体層とを具備して成る薄膜トランジスタにおい
    て、前記陽極酸化膜はTa2O5,前記ゲート電極はTa
    から成り、前記陽極酸化膜と前記アモルファスシリコン
    半導体層の間には絶縁層が挿入されて該絶縁層と前記陽
    極酸化膜で2重ゲート絶縁膜が構成されていることを特
    徴とする薄膜トランジスタ。
JP3345733A 1991-12-27 1991-12-27 薄膜トランジスタ Expired - Lifetime JPH0691255B2 (ja)

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