JPS6281060A - 薄膜トランジスタ - Google Patents

薄膜トランジスタ

Info

Publication number
JPS6281060A
JPS6281060A JP60220182A JP22018285A JPS6281060A JP S6281060 A JPS6281060 A JP S6281060A JP 60220182 A JP60220182 A JP 60220182A JP 22018285 A JP22018285 A JP 22018285A JP S6281060 A JPS6281060 A JP S6281060A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
layer
insulator layer
film transistor
thickness
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
JP60220182A
Other languages
English (en)
Inventor
Kuni Ogawa
小川 久仁
Koji Nomura
幸治 野村
Masaharu Terauchi
正治 寺内
Atsushi Abe
阿部 惇
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
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP60220182A priority Critical patent/JPS6281060A/ja
Publication of JPS6281060A publication Critical patent/JPS6281060A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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]

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、ゲート酸化膜に起因する薄膜トランジスタ特
性の不安定性が改良された薄膜トランジスタに関するも
のである。
(従来の技術) 近年、半導体薄膜の一方の面上に形成した絶縁体層を介
して、半導体薄膜に電圧を印加することにより、半導体
薄膜の電気伝導度を変調する薄膜トランジスタは、製造
工程が容易なこと、大面積化が可能なことなどの理由に
より、液晶エレクトロルミネセンス素子を用いた表示装
置の駆動素子として、その研究開発が促進されている。
このような薄膜トランジスタにおいて、最も重要な点は
、素子特性の変動がなく、長時間にわたって安定に動作
することである6 薄膜トランジスタ特性の経時変化の原因としては、半導
体薄膜中あるいは半導体薄膜と絶縁体層との界面あるい
は絶縁体層中に生じた電子トラップによると考えられて
いる。この内、絶縁体層に生じた電子トラップは、他の
トラップに比べてその数が多く、薄膜トランジスタ特性
のゆっくりとした経時変化の主たる要因である。半導体
層中に形成されたチャンネル中を移動する電子が、ドレ
イン電極近傍の高電界により加速される高エネルギーを
得て、半導体層と絶縁体層との間の電位障壁を越えて絶
縁体層中に飛び込み、そこに捕獲される。その結果、実
効的なゲート電圧が変化し、ドレイン電流が変動する。
以上の点から安定なトランジスタ特性を有する素子を実
現するには半導体層との電位障壁が十分大きく、かつそ
の界面状態が良好な薄膜を絶縁体層として用いることが
望ましい。
〔参考文献:応用物理誌(Applied Physi
cs)23巻、327頁−331頁(1980年)〕(
発明が解決しようとする問題点) 従来、上記薄膜トランジスタの絶縁体層には、電子ビー
ム蒸着法、あるいはグロー放電スパッタリング法で形成
した2000ないし5000人程度0膜厚を有するAl
2O3,Ta2O,等の薄膜が用いられていた。
しかしこれらの材料のエネルギーギャップEgは、いず
れも5eV程度であり、特に、半導体層してCdSeを
用いる場合には、その界面状態は非常に良好ではあるが
、電位障壁は1.5eV程度と非常に小さく、わずかな
ドレイン電圧VDの印加によりチャンネル中の電子が容
易に絶縁膜中に飛び込んでしまいドレイン電流■、の不
安定性の原因になっていた。一方10eV以上の大きな
Egを有する材料として知られているMgF2. Ca
F2. LiF等の弗化物絶縁体はイオン結晶性が強い
ため直接CdSe層に接する構造にすると、その界面状
態は悪く、ファーストステートのトラップ準位が多く形
成されドレイン電流工。はi20.やTa2O,を絶縁
体とした場合に比べて1/10ないし1/100に減少
する、本発明の目的は、従来の欠点を解消し長期にわた
り安定した特性を有する薄膜トランジスタを提供するこ
とである。
(問題点を解決するための手段) 本発明の薄膜トランジスタは、ソースおよびドレイン電
極を具備した半導体層に密接するゲート絶縁体層を有し
、その絶縁体層を弗化物からなる第1の絶縁体層と、T
a205. A+!、03あるいはこれらの複合酸化物
からなる第2の絶縁体層を重畳して構成し、前記半導体
層と第2の絶縁体層とが接触しているものである。
また、第2の絶縁体層の厚さが100人程人程上であり
第1の絶縁体層と第2の絶縁体層とが同期的に多数回重
畳され、さらに第1の絶縁体層としてMgF2. Ca
F2. SrF2. LiFを用いたものである。
(作 用) 上記のように、約2000人の厚さのMgF2と約10
0人の厚さの八ρ203とからなるゲート絶縁体層、約
500人の厚さのCdSeからなる半導体層を用いて薄
膜トランジスタを構成した本発明では、そのエネルギー
バンド図は第1図のようになる。すなわち、室温でのエ
ネルギーギャップEg ’= 1 、7eVのCdSe
と、Eg=5eVのAN、0□との界面では、CdSe
の伝導帯がらみた第1の電位障壁は約1 、6eVであ
る。次にAN、O。
とEg = 10eVのMgF2との界面には第2の電
位障壁約2.5eVが存在する。第1図(a)はゲート
電圧V。がovの場合である。第1図(b)に示すよう
にV(l=10Vとしたときには、CdSeとAN、O
,との界面には電子で構成されたチャンネル領域が形成
され、ドレイン電圧Voの印加により、ソース・ドレイ
ン電極間にドレイン電極■。が流れる。AlI20. 
、 Ta2O,およびこれらの複合酸化物とCd5aと
の界面状態は非常に良好であり、界面準位などに代表さ
れるファーストステートのトラップ準位は極めて少ない
。CdSeに直゛接弗化物絶縁体を接触させた従来例(
特開昭59−100572号など)に比べてIoの移動
度μはいずれも数十ないし数百倍改善される。
ドレイン近傍の高電界領域では、■。が空間電荷制限電
流となり、電子は容易に数eVの高エネルギーを保持し
、第1の電位障壁約1 、6eVを飛び越えてAlI2
03中に入り込み、そこに捕獲される確率が非常に高く
なる。この捕獲される電子の総量は、絶縁体層の厚さに
比例して多くなることは、MOS−FETの1/f雑音
のゲート酸化膜厚依存性からも容易に理解できる。30
00人程度0膜厚を有するAl2O。
膜をゲート絶縁体層とする従来構造の薄膜トランジスタ
のエネルギーバンド図を第2図に示す。第1の電位障壁
約1 、6eVを越えてAg2O3中に捕獲された電子
がAbo*中全域中介域している。しかし本発明ではこ
の4601層の厚さが100人程度と従来構造の1/2
0ないし1150の厚さであるため、A60.膜中に蓄
積される電子の量もわずかな量に制限される。またAN
、0.中に捕獲された電子は低エネルギーになっている
うえ、第2の高い電位障壁のためMgF、中には入りに
くい。このため本発明によるゲート絶縁体は、CdSe
やCdSとの界面状態も良好で、かつその膜中に捕獲す
る電子の量が従来例に比べて極めて微量になる。この結
果、工。の経時変化が大幅に改善される。
(実施例) 本発明の一実施例を第3図ないし第5図に基づいて説明
する。
第3図は発明の薄膜トランジスタの要部構成断面図であ
る。同図おいて、ガラス等の絶縁基板1の上に1000
λ程度の膜厚を有するlからなるゲート電極2を真空蒸
着法やホトリソグラフィ技術等を用いて所定の形状に作
製したのち、ゲート電極2を含む絶縁基板1上に300
0λ程度の膜厚を有するMgF2からなる弗化物絶縁体
を第1の絶縁体層3として電子ビーム蒸着法やスパッタ
リング法等により形成する。つづいて第1の絶縁体M3
上に100人程度の膜厚を有するAN20.からなる第
2の絶縁体層4を電子ビーム蒸着法やスパッリング法に
より形成する。つづいて、第1の絶縁体層3上に100
人程度の膜厚を有するAN20.からなる第2の絶縁体
M4を電子ビーム蒸着法やスパッタリング法により形成
する。第1の絶縁体層3としては、MgF、以外にSr
F、 、 CaF、 、 LiFなどの弗化物絶縁体が
、Eg+JIOeV程度と大きく、好ましい結果を示し
た。
第2の絶縁体層4としては、 1,0. 、 Ta20
5およびこれらの複合酸化物であるAl−Ta−0がC
d5aと良好な界面状態を形成し好ましい材料であった
。また第2の絶縁体層4の厚さは実験の結果100人程
度以上あれば、Cd5aとの界面状態は良好に保てるこ
とが明らかになった。第2の絶縁体層4中への電子の捕
獲総量を少なくするためには、第2の絶縁体層4はでき
るだけ薄いことが望ましく、100人程度が最適値であ
る。次に第2の絶縁体層4上に周知のホトリソグラフィ
技術を用いて所定形状の半導体5として500人程度の
膜厚を有するCd55層を真空蒸着法等により形成する
。半導体層としては、CdSe以外にCdSおよびCd
SとCdSeとの混合物を用いてもよい。つづいで、半
導体層5含む領域に2000λ程度の膜厚を有するAN
からなるソースおよびドレイン電極6.7を真空蒸着法
やホトリソグラフィ技術を用いて所定の形状に作製する
。こののち、非酸化性雰囲気中で350’Cの温度での
熱処理を約1時間施す。
第4図はゲート酸化物だけを違えた3つの試料について
、ドレイン電流工。の経時変化を測定したものである。
同図において(1)はゲート酸化膜として3000人の
厚さのMgF、膜を、(2)は2000人の厚さのAl
2O,膜を、(3)は本発明の3000人の厚さのMg
F、に120人の厚さのAN203を形成した膜を用い
ている。
(1)の場合にはI。は数m5ecないし数百m5ec
の時間で急激に減少して、(2)および(3)の場合に
比較して数十分の−になる。これはCdSeとMgF2
との界面でのトラップ準位が非常に多いためである。
(2)のAd20.の場合は時間の経過とともに10は
暫時減少してゆく。これはA4!20.中にあるスロー
ステトに捕獲される電子の量が時間とともに増加するた
めである。(3)の本発明の場合には、■。の経時変化
は他のどの場合よりも少なく、先に述へた効果が非常に
顕著に現われている。
第5図は、カーブトレーサで測定したトランジスタ薄膜
の静特性である。第5図(a)はMgF2とCdSeが
直接接触している第4図(1)に示した薄膜トランジス
タで、その静特性には大きなループが現われている。こ
の点からもMgF、とCdSeとの界面状態が良好でな
いことが明らかである。
第5図(b)は本発明による極めて薄いAN20.膜を
介してMgF、とCdSeとが接している第4図(3)
に示した薄膜トランジスタで、良好な静特性が得られて
いる。
以上述へた実施例では、CdSeとの界面状態は不良で
あるがEgの大きな第1の絶縁体層と、Egは小さいが
CdSeとの界面状態で良好な第2の絶縁体層とを1回
だけ重畳する場合であったが、第1の絶縁層と、第2の
絶縁層とを多数回重畳し、本発明の効果をさらに強調す
ることも可能である。
(発明の効果) 本発明によれば、グー1〜絶縁体層中に捕獲される電子
の量が極めて少なくなるため、薄膜トランジスタの電気
特性や長期安定性を大幅に改善することができ、各種表
示装置の駆動等に広く利用でき、実用上の効果は大であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の薄膜トランジスタのエネルギーバンド
を示す図、第2図は従来例の薄膜トランジスタのエネル
ギーバンドを示す図、第3図は本発明の薄膜トランジス
タの要部構成断面図、第4図は各種薄膜トランジスタの
工。の経時変化を示す図、第5図は同静特性を示す図あ
る。 l・・・絶縁基板、2・・・ゲート電極、3 ・・・ 
第1絶縁体層、4 用第2絶縁体層、5 ・・・半導体
層、6 ・・・ソース電極、7 ・・・ ドレイン電極
。 (1)・・・厚さ3000人のMgF2膜をゲート酸化
膜としたドレイン電流の経時変化、(2)・・・厚さ2
000人のAρZOa膜をグー1−1’!l!l化膜と
したドレイン電流の経時変化、(3)・・・本発明によ
るゲート酸化膜のドレイン電流の経時変化。 特許出願人 松下電器産業株式会社 第1図 (a) Vc =OV (b) Vc = 10■ 第2図 (a) vc =ov 第3図 706.ドレイン電極 第4図 肋81間(hrs )

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ソースおよびドレイン電極を具備した半導体層に
    密接するゲート絶縁体層を有し、該絶縁体層を弗化物か
    らなる第1の絶縁体層と、Ta_2O_5、Al_2O
    _3あるいは、これらの複合酸化物からなる第2の絶縁
    体層を重畳して構成し、前記半導体層と第2の絶縁体層
    とが接触していることを特徴とする薄膜トランジスタ。
  2. (2)第2の絶縁体層の厚さが、100Å程度以上であ
    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。
  3. (3)第1の絶縁体層と第2の絶縁体層とは同期的に多
    数回重畳されてい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。
  4. (4)第1の絶縁体層として、MgF_2、CaF_2
    、SrF_2、またはLiFを用いたことを特徴とする
    特許請求の範囲第(1)項または第(3)項記載の薄膜
    トランジスタ。
JP60220182A 1985-10-04 1985-10-04 薄膜トランジスタ Pending JPS6281060A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60220182A JPS6281060A (ja) 1985-10-04 1985-10-04 薄膜トランジスタ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60220182A JPS6281060A (ja) 1985-10-04 1985-10-04 薄膜トランジスタ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6281060A true JPS6281060A (ja) 1987-04-14

Family

ID=16747166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60220182A Pending JPS6281060A (ja) 1985-10-04 1985-10-04 薄膜トランジスタ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6281060A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0193172A (ja) * 1987-10-05 1989-04-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜トランジスタの製造方法
JP2003078135A (ja) * 2001-09-05 2003-03-14 Nikko Materials Co Ltd 半導体装置用ゲート絶縁膜及び同絶縁膜の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0193172A (ja) * 1987-10-05 1989-04-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜トランジスタの製造方法
JP2003078135A (ja) * 2001-09-05 2003-03-14 Nikko Materials Co Ltd 半導体装置用ゲート絶縁膜及び同絶縁膜の製造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Osburn et al. Electrical conduction and dielectric breakdown in silicon dioxide films on silicon
Theis et al. Strong Electric Field Heating of Conduction-Band Electrons in Si O 2
Kooi Influence of X-ray irradiations on the charge distributions in metal-oxide-silicon structures
JPS6281060A (ja) 薄膜トランジスタ
US4733482A (en) EEPROM with metal doped insulator
US3568010A (en) Thin film capacitive bolometer and temperature sensor
Nakai et al. On the tunneling current through thin aluminum-oxide films
US3491433A (en) Method of making an insulated gate semiconductor device
JPH08264803A (ja) 薄膜トランジスタ及びその製造方法
Swystun et al. Instability in vacuum deposited silicon oxide
Soukup et al. Voltage‐Current Characteristics for Electrical Conduction Through Thin MgO Films
Lim et al. The role of buffer layer in strontium bismuth tantalate based ferroelectric gate mos structures for non-volatile non destructive read out memory applications
JP2751164B2 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
JPS61242077A (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
JPH084144B2 (ja) 薄膜トランジスタ
Murr et al. Significance of Electric Fields on the Growth of Thin Metal Films
JPS61189669A (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
JPH01149474A (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
Rai et al. Current transport phenomena in SiO2 films
Konkin et al. The use of barrier parameters for the characterization of electron tunneling conductance curves
JPS6390857A (ja) 薄膜トランジスタ
JPS60161674A (ja) 半導体記憶装置
JPH08227743A (ja) 酸化物超電導体用金属電極
JPS58196050A (ja) 薄膜トランジスタ
JPS61168962A (ja) 薄膜トランジスタの製造方法