JPS6066864A - Mis型薄膜トランジスタ - Google Patents

Mis型薄膜トランジスタ

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JPS6066864A
JPS6066864A JP58176075A JP17607583A JPS6066864A JP S6066864 A JPS6066864 A JP S6066864A JP 58176075 A JP58176075 A JP 58176075A JP 17607583 A JP17607583 A JP 17607583A JP S6066864 A JPS6066864 A JP S6066864A
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JP
Japan
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semiconductor layer
gate
layer
film
doped
Prior art date
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Pending
Application number
JP58176075A
Other languages
English (en)
Inventor
Eiichi Iwanami
岩浪 栄一
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.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Seiko Instruments and Electronics Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc, Seiko Instruments and Electronics Ltd filed Critical Seiko Instruments Inc
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Publication of JPS6066864A publication Critical patent/JPS6066864A/ja
Pending legal-status Critical Current

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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]
    • H10D30/6729Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
    • H10D30/673Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes characterised by the shapes, relative sizes or dispositions of the gate electrodes
    • H10D30/6732Bottom-gate only TFTs
    • 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]
    • H10D30/674Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
    • H10D30/6741Group IV materials, e.g. germanium or silicon carbide
    • H10D30/6743Silicon
    • H10D30/6746Amorphous silicon

Landscapes

  • 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】 本発明(−1、薄膜トランジスタの419造に関するも
のであり、特に移動度と安定性の改善されたMIS(M
aT;al工nsu:tater SO+l]il:O
nd、uCl;Or )7iij薄膜トランジスタ(T
PT )に1矧する。
従来のT11’Tとして、第1図に示すような逆スタガ
ー型のM 工3型T F Tを・1列Qことって述べる
、第1図は便宜上、不純物ドーグの、/1:いアモルフ
ァスシリコン(a−8i) のnチャンネルT F T
 ii例として、その断面図を示すものである。透明基
板1上にモリブデン等のゲート2が形成され、8102
等のゲート絶縁M3を介してノンドープのa−8i4が
厚さ2000〜4000Aで形成されソース電極7Iド
レイン電極8がnのa−8i5゜6を介してa−8i4
に電気的接続を得るためアルミニューム等の金属で形成
されている。
第2図は、°第1図に示したa−9iTFTの動作時(
チャンネル反転)のエネルギーバンド図である。チャン
ネル反転時にはゲートに正電圧が印加され、ゲート絶縁
膜を介してa−8i の表面には伝導帯の下端EC9価
電子帯の上端Kv、及びバンドの中央のエネルギーレベ
ルE1が下方に曲げられフェルミレベルIFが伝導帯の
下端Ecへ近づき、黒点で示される電子が誘起されるよ
うな電界が印加されている。この様子は単結晶のM工S
トランジスタと同様である。しかしながらキャリアであ
る電子の移動度は単結晶の場合の500〜1000 (
ctly’”I II[1eQ )に比べてa−8iの
場合、通常0.05〜1 (tyl/v @ eec 
)と小さく、そのためにトランジスタがONした時の電
流も極めて小さくなる。この原因は以下のように考えら
f’Lる。
a−8ida−8i膜自体、及びa Si 膜とゲート
絶縁膜界面に多数の構造欠陥や不AJli物が存在しこ
れらが電気的には前記バンド間に局在準位として存在す
る。この事情はa−8iK限らず多結晶シリコン、Te
(テルル)、CdSθ(カドミウムセレン)でTPTを
形成した場合も同様である。
水素化a−8i の場合、この局在準位がECから+ 
6−3 − + Eiへ向けて10 〜10 cn+ ev 程度分布し
ている。このためTPTのゲートへ′電圧が印jJIJ
された時はa−8i 表面のフェルミレベルはmc側へ
移動しにくく、結果として伝導帯へのキャリア電子の発
生は少なくなる。また局在亭位は伝導・;IY中の′電
子の長時間トラップとしても働くため移動度は小さくな
るのである。
このようにMTS型TPTのゲート絶縁膜は低温で形成
されるため良質のものが得らizず、局在準位増加の一
因となっているが、更に、瞥往気・rt性の不安定性の
四回にもなっている。すなわちTPTへのゲート電圧印
加に工っで、そのスレシシホールド電1■が増加し、ド
レイン電流が大幅に低下するという経u6変化が発生す
るが、これはゲート絶縁膜、及びゲート絶縁膜界面の準
位の帯電状態の変化が主因と考えられでいるのである。
本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、ゲート絶縁
膜に起因する準位の影響が少なくキャリア移動度の高い
+A工S q T F Tを提供するものでゲート絶縁
膜に14接するa−8i膜とそれより内部のh −S 
i膜でフェルミレベルが異なり内部のa −8i ll
>!のフェルミレベルが高いことを主眼とする。
以下図面Vこより本発明の詳細な説明する。第6図に本
発明のMIS型T ’F Tの実施例の断面図を71e
すもので、ソーダガラスあるいは石英などの透明基板1
上にモリブデン等の金属であるゲート2が形成され、5
i02等のゲート絶縁膜6を介してノンドープのa−8
i iii 4’、及びドナー不純物をドープしたn’
−a−8i膜4が連続的に形成されている。
そして、ソース電極7Iドレイン電極8がnのa−8i
5,6 を介してa−8i4に1’[気的接続を得るた
めアルミニューム等の金属で形成されている。ノンドー
プミー8i膜4′はゲート1兜縁膜6とn−a−8i膜
4とのバッファ層のよう・士もので、その厚さは通常の
形成法(水素希釈のSi)+4グロー放亀のプラズマ分
解)で002〜1.5n■俵程度の成長レートであるか
ら膜厚の制御可能範囲である0、1nm上限は電子の導
電路全H−a−8i膜4に形成する必要があり、その値
は表面のエネルギ、<ンドの曲りの最大値の両側3KT
(K:ボルツマン定数、T:絶対温度)の距離にほぼ9
99チのキャリアが存在するので、これを基準ニ10n
m程度の値になる。′またノンドープa−8i ilQ
 4’とn7 a −S i膜4 fi通常、プラズマ
CvDによる前記方法で形成され、この場合同一チャン
バ内で真空を破ることなくガス系のきりかえだけで連続
的に形成することが可能でそれぞれの膜の界面で新たな
単位を発生することはなく、工程がふえることもない。
第4図はn”−a−8i膜4 を形成するためP(リン
)ドープのためプラズマOV D装[ηのチャンバ内−
\流ずPH3(フォスフイン)と5iH4(モノシラン
)のガスblL )+を比とa−8l膜のフェルミレベ
ルEFとの関係を示すもので、伝2、り体の下!”4’
のエネルギーEcは一定であるからガス流17を比によ
りEFがコントロールされ−Cいることがわかる。一方
、トランジスタはスイッチング動作をするためVこON
、OFFの′電流比は一般に4桁以に必゛吏である。T
PTは活性化電流で支配さカフ、例、えは弔4図でエネ
ルギー0−0.4evで杓4桁11i流が変化する必要
があり、ガス流址比(pH3/Si H4) fnll
 6 X 10 以下VCe定する必要がある。第51
イ1(a) 、 (b)tま本発明のM工8型T I?
’ Tの・Ii# f/Fを説明帽−ろためのエネルギ
ーバンド図で、叩想状j″−リでゲート印加′覗圧が0
の時第5図(a)のようシCA−A’、線より左111
りのノンドープミー81膜の伝導体の下端1jic、バ
ンドの中央Ei、価1匡子端の上端Evはゲートル色は
膜Vこ近い側で上方へ曲っており、相対的にフェルミレ
ベルmyは小すくすっている。ここでノンドープミー8
1膜のフェルミレベルKFがバンドの中央Ej、より−
E方にあるのはa−8i膜の一般的な測定の結果であっ
て、理想的にはバンドの中央也1と一致し、本発明のM
TS型TPTを得るためKはバンドの中火tri より
下にあってもかまわない。A −A’ IJの右11i
11はn′″a 8L膜でドナー不純物であるPドーピ
ングの結果フェルミレベルIFが相対的に大きくなって
いる。第5図(b)(はゲートに正電圧を印加して伝導
体にキャリアである゛成子(黒点で示す)を誘起せしめ
導7(#路を形成した場合で、バンドの曲りの様子は第
2図の従来の場合と異なり、ノンドーグ4−81膜とn
a−131膜の界面A−A′線付近まで、伝導帯の下i
mc lバンドの中央Ei、価成子帯の」二輪1vの下
方への曲がりが広がり、1【」1時に1(4起心子もゲ
ート絶縁膜とa Si膜の界面より、a−8il19の
深い所に分布している。またこのエネルギー分布のため
亀子のゲート絶縁膜方向に込jしては第2図の場合に比
べて減速ii界が生じていることがわかる。
以上の説明で、a−81膜はノンドープとn型のもので
説明してきたが、前述のフェルミルレベルの羊が出せる
ものであれば池の組み合せでも良く、P型とノンドープ
、及びP型とn型の組み合わせでも同(子に可能である
。また半導体膜IIまドーヒ°ンクニよるPn市り(卸
b111目なものであればa−8ivC1覗られるもの
でなく多結晶シリコンなどであってもかまわない。
以上、本発明によtLば、M工S型TFTの導゛亀ギヤ
リアが半導体膜の、J:、!17深い所を流i″Lるよ
うになり、T F’ T (1)特性を低下させている
大きな要因であるゲート哨・ψ膜Vこ起因する局在準位
の影響を11(減せしめキャリアの移動度を高められる
とともVC1走行ギヤリアが絶は膜界面へ達する距離が
長くなり、かつ減速・ii ’j7− VCより絶縁膜
界面のイi?電状j11すを変化u−シめることが少な
くなりMfS型TPTの安定性の同上にもイ献すること
が+If filuである、4図+l+i (D 17
j l ft説明;151図は従来〕M i S !S
すr IF T ノミ41’r面1゛4、第2図(・ま
M工Sj〜シTFTの動作を1悦明するためのエネルギ
ーバンド図、第6図は本発明のM工S型TFTの実施例
の断面図、第4図C」7エルミレベルEFとガス流量比
の関係を説明する図、第51d(a)は本発明のMIS
型TPTのエネルギーバンド図、第5図(b)は本発明
のM工S型T P Tの導電路形成時のエネルギーバン
ド図である。
1・・・透明基板 2・・・ゲート 5・・ゲー;・絶縁膜 4′・・・ノンドープa−81,膜 4・・・n−a−8i膜 5 、6−−−n a−8i膜 7・・・ンース電極 8・・・トノイン電極 以 上 出願人 株式会社 第二精工舎 代理人 弁理士最上 務

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ゲート電極と、ンース及びドレイン電極と、前記ゲート
    電&に接して形成される絶縁膜と、前記絶縁膜に接しか
    つその両端がそれぞれ前記ンース及びドレイン電極と接
    する半導体層とからなり、I#!3縁基板上基板上され
    たMIS型薄族トランジスタにおいて、前記半導体)A
    が、前記ゲート絶縁膜に接する第一の半導体層と、前記
    第一の半導体層に接する第二の・千尋体ノ4からなジ、
    第一の半導体JvIのフェルミレベルが、湧二半導体層
    のフェルミレベルより小さいことを特徴とするMIS型
    薄膜トランジスタ。 (2)前記第一の半導体層が不純物をドープしてない半
    導体)Aであり、前記第二の半導体層がドナー不純物ド
    ープの半導体層であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のMIS型薄膜トランジスタ。 (3) 前記第一の半導体層がアクセプタ不純物ドーグ
    の半導体層であり、前記第二の半導体層が不純物をドー
    プしてカい半導体層であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載のMIS型薄jp。 トランジスタ。 (4)前記第一の半導体層がアクセプタ不純物ドーグの
    半導体層であり、前記第二の半導体層がドナー不純物ド
    ープの半導体!苗でちることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載のM I S型薄膜トランジスタ。
JP58176075A 1983-09-22 1983-09-22 Mis型薄膜トランジスタ Pending JPS6066864A (ja)

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