JP2522832Y2 - 薄膜トランジスタ - Google Patents

薄膜トランジスタ

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JP2522832Y2
JP2522832Y2 JP7823990U JP7823990U JP2522832Y2 JP 2522832 Y2 JP2522832 Y2 JP 2522832Y2 JP 7823990 U JP7823990 U JP 7823990U JP 7823990 U JP7823990 U JP 7823990U JP 2522832 Y2 JP2522832 Y2 JP 2522832Y2
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高幸 山田
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は、フラットパネルディスプレイ、イメージセ
ンサ等の駆動用の薄膜トランジスタに係り、特に薄膜ト
ランジスタにおける特性の経時変化の小さい良好な構造
の薄膜トランジスタに関する。
(従来の技術) 従来の薄膜トランジスタの構成は、第4図の断面説明
図に示すように、ガラスまたはセラミックの絶縁性の基
板1上にゲート電極2としてのクロム(Cr)層、下部絶
縁層3としてのシリコン窒化膜(SiNx)、半導体活性層
としてのイントリンシックアモルファスシリコン(i-a-
Si)層4、ゲート電極3に対向するよう設けられた上部
絶縁層5としてのシリコン窒化膜(SiNx)、オーミック
コンタクト層としてのn+アモルファスシリコン(n+a-S
i)層6、ドレイン電極11部分とソース電極12部分とし
てのアルミニウム(A1)の金属層7とを順次積層した逆
スタガー構造のトランジスタとなっている(特開昭61-8
9672号公報参照)。
また、従来の薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁性
の基板1上にゲート電極2としてのクロム(Cr)を蒸着
し、フォトリソ法により所定の形状にパターニングして
ゲート電極2を形成する。次にゲート電極2の絶縁層
(下部絶縁層3)としてシリコン窒化膜(SiNx)を、半
導体活性層としてのイントリンシックアモルファスシリ
コン(i-a-Si)層4を、更に上部絶縁層5としてのシリ
コン窒化膜(SiNx)をプラズマCVD(P-CVD)法により連
続着膜する。
そして、シリコン窒化膜(SiNx)の上部の絶縁膜をフ
ォトリソ法によりパターニングして上部絶縁層5の形状
を形成する。
この上部にオーミックコンタクト層としてのn+アモル
ファスシリコン(n+a-Si)層6をP-CVD法により着膜す
る。その上にフォトレジストを塗布し、i-a-Si層4及び
n+a-Si層6の外まわりを形成するようにレジストパター
ンを形成し、エッチングを行う。
その上に、薄膜トランジスタのドレイン電極11とソー
ス電極12となるアルミニウム(A1)の金属層7をDCマグ
ネトロンスパッタにより着膜し、その上にフォトレジス
トを塗布する。上部絶縁層5の上部中央部分を開けるよ
うに、上記金属層7をフォトリソ工程とエッチング工程
でパターニングし、エッチングして、ドレイン電極11と
ソース電極12の形状を形成する。
次に、CF4とO2の混合ガスを用いてエッチングを行う
と、ゲート電極2上部のn+a-Si層6が除去され、n+a-Si
層6のパターンが形成される。このようにして、従来の
薄膜トランジスタが製造される。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記従来の薄膜トランジスタでは、実
用化を図るために閾値電圧の値が、電圧等のストレスに
よりシフトする現象を極力低く抑える検討が為されてお
らず、薄膜トランジスタの特性の安定化、つまり高い信
頼性が得られないとの問題点があった。
ここで、薄膜トランジスタの特性の安定化には、下部
絶縁層の他に、半導体活性層であるイントリンシックア
モルファスシリコン(i-a-Si)層と、その表面の上部絶
縁層の膜質が重要であることがわかっている。
特に、上部絶縁層が薄膜トランジスタの信頼性へどう
影響するかについて、第5図の電子経路を説明するため
の薄膜トランジスタの部分的断面説明図を使って説明す
る。
ゲート電極2とドレイン電極11のオーバーラップ部分
では、電子はドレイン電極11が形成する電界の影響で上
部絶縁層5とi-a-Si層4との界面に沿って走行し、この
部分を走行する電子は、ドレイン電極11からの垂直方向
の電界により、上部絶縁層5中に捕獲され、捕獲された
電子による電界は、i-a-Si層4が約50nm程度と非常に薄
いため、ゲート電極2側界面(チャンネル部)に影響を
及ぼし、自由電子密度を減少させ、閾値電圧のシフトを
引き起こすことになっている。
具体的に説明すると、i-a-Si層4とSiNxの下部絶縁層
3の界面及びi-a-Si層4とSiNxの上部絶縁層5の界面
は、電子のトラップ準位が小さくなるよう成膜条件を最
適化している。
しかしながら、i-a-Si層4との界面準位密度を減らす
のには限界があり、またプラズマCVD法で連続着膜する
際に下部絶縁層3を高温で、上部絶縁層5を下部絶縁層
3よりも低温で形成しているために、i-a-Si層4と上部
絶縁層5との界面は、下部絶縁層3との界面に比べてト
ラップが多くなってしまう。その結果ドレイン電極11側
のi-a-Si層4と上部絶縁層5との界面で電子がトラップ
されやすくなって、これが薄膜トランジスタの経時変化
を引き起こす原因のひとつになって電流を流れにくくし
ており、高い信頼性を得ることができない問題点となっ
ていた。
本考案は上記実情に鑑みてなされたもので、電導キャ
リアである電子がi-a-Si層と上部絶縁層との界面にてト
ラップされないような薄膜トランジスタの構成として、
特性の経時変化の小さい良好な薄膜トランジスタを提供
することを目的とする。
(手段) 上記従来例の問題点を解決するための本考案は、基板
上にゲート電極と、前記ゲート電極を被覆する下部絶縁
層と、前記下部絶縁層を介して前記ゲート電極上部に形
成されたイントリンシックアモルファスシリコン層と、
前記イントリンシックアモルファスシリコン層上部に形
成された上部絶縁層と、前記上部絶縁層を挟んで分割形
成されたn+アモルファスシリコン層と、前記n+アモルフ
ァスシリコン層を被覆する金属層とを有する薄膜トラン
ジスタにおいて、前記イントリンシックアモルファスシ
リコン層と前記上部絶縁層との境界にp型アモルファス
シリコン層を設け、前記イントリンシックアモルファス
シリコン層と前記n+アモルファスシリコン層との境界に
n型アモルファスシリコン層を設けたことを特徴として
いる。
(作用) 本考案によれば、イントリンシックアモルファスシリ
コン(i-a-Si)層と上部絶縁層とが接触する部分にはp
型アモルファスシリコン(p-a-Si)層を介在させ、i-a-
Si層とn+アモルファスシリコン(n+a-Si)層とが接触す
る部分にはn型アモルファスシリコン(n-a-Si)層を介
在させるようにしているので、n+a−Si層からn-a-Si層
を通ってi-a-Si層中を走行する電子は、上部絶縁層の下
部に形成されたp-a-Si層のためにドレイン電極のオーバ
ーラップ部分において上部絶縁層の界面には到達でぎ
ず、上部絶縁層中のトラップに捕獲されることがない。
(実施例) 本考案の一実施例について図面を参照しながら説明す
る。
第1図は、本考案の一実施例に係る薄膜トランジスタ
の断面説明図である。第4図と同様の構成をとる部分に
ついては、同一の符号を付して説明する。
本実施例の薄膜トランジスタの構成は、第1図に示す
ように、ガラス等の基板1上にゲート電極2としてのク
ロム(Cr)層、ゲート電極2を被覆する下部絶縁層3と
してのシリコン窒化膜(SiNx)、下部絶縁層3を介して
ゲート電極2上部に形成される半導体活性層としてのイ
ントリンシックアモルファスシリコン(i-a-Si)層4、
i-a-Si層4の上面であって上部絶縁層5が形成される部
分にp型アモルファスシリコン(p-a-Si)層8、p-a-Si
層8上部にゲート電極3に対向するように形成される上
部絶縁層5としてのシリコン窒化膜(SiNx)を順次積層
し、上部絶縁層5で分割されるi-a-Si層4とその上部の
n+アモルファスシリコン(n+a-Si)層6との間に形成さ
れるn型アモルファスシリコン(n-a-Si)層9、n-a-Si
層9の上部で上部絶縁層5の端部にオーバーラップする
ように形成されるオーミックコンタクト層としてのリン
(P)を含むn+a-Si層6、そしてn+a-Si層6を覆うよう
に形成される金属層7としてのアルミニウム(A1)層を
積層した逆スタガー構造のトランジスタである。
そして、上部絶縁層5にて分割形成されたn-a-Si層9
と、n+a-Si層6と、金属層7とがドレイン電極11とソー
ス電極12とを形成している。
次に、本実施例の薄膜トランジスタの製造方法につい
て、第3図(a)〜(c)の製造プロセス断面説明図を
使って説明する。
まず、基板1上にゲート電極2としてのクロム(Cr)
を約500Å程度の厚さで蒸着し、フォトリソ法により所
定の形状にパターニングしてゲート電極2のパターンを
形成する。
次に、ゲート電極2の上に、下部絶縁層3としてSiNx
層を約3000Å程度の厚さで、半導体活性層としてi-a-Si
層4を約500Å程度の厚さで、p-a-Si層8を約50〜1000
Å程度の厚さで、上部絶縁層5としてSiNx層を約1500Å
程度の厚さで、この四層を着膜する。
そして、ゲート電極2に対向するような形状で上部絶
縁層5のSiNxをパターニングして上部絶縁層5のパター
ンを形成する(第3図(a)参照)。
次、オーミックコンタクト層のリン(P)を含むn+a-
Si層6を約1000Å程度の厚さで着膜する(第3図(b)
参照)。そして、アニールを施してn+a-Si層6と接触し
ているp-a-Si層8をn-a-Si層9に変化させる。これによ
り、n+a-Si層6からi-a-Si層4へ電子がn-a-Si層9を通
過することができるようになる。但し、上部絶縁層5の
下部部分のp-a-Si層8はn+a-Si層6と接触していないた
めにアニールによってもn-a-Siに変化せず、p-a-Si層8
として残ることになる。
次に、n+a-Si層6、n-a-Si層9、i-a-Si層4をパター
ニングして、n+a-Si層6が上部絶縁層5の端部にオーバ
ーラップする形状となるパターンと、n-a-Si層9のパタ
ーン、i-a-Si層4のパターンを形成する(第3図(c)
参照)。
そして、全体を覆うようにアルミニウム(A1)をDCマ
グネトロンスパッタで約1μm程度の厚さに着膜し、分
割形成されたn+a-Si層6をそれぞれ覆うような形状にて
パターニングして、金属層7のパターンを形成し、ドレ
イン電極11とソース電極12を形成する。
以上のように、本実施例の薄膜トランジスタが製造さ
れる。
次に、本実施例の薄膜トランジスタにおける電流経路
を、第2図の薄膜トランジスタの部分的断面説明図を使
って説明する。
この場合、ソース電極12側のn+a-Si層6からn-a-Si層
9を通過してi-a-Si層4に入り込んだ電子(e-)は、p-
a-Si層8が存在するためにドレイン電極11のオーバーラ
ップ部分においても、p-a-Si層8には電子(e-)が入り
にくい状態となっており、上部絶縁層5の界面には到達
できず、上部絶縁層5のトラップに捕獲されることはな
い。
i-a-Si層4とp-a-Si層8の界面準位密度は、SiNx層4
のそれよりも小さくできるため、従来の薄膜トランジス
タのように上部絶縁層5のトラップに電子が捕獲される
ことがなくなり、従来例よりも経時変化の小さい薄膜ト
ランジスタを得ることができる。
ここで、p-a-Si層8の膜厚は、50〜1000Åである。p-
a-Si層8は、電子が上部絶縁層5の界面に入り込まない
ようにするためのものであるため、あまり薄い膜厚であ
ると、電子を通してしまうことになるし、あまり厚い膜
厚であると、アニール処理を行った時に、p-a-Si層8の
表面部分しかn-a-Si層9に変化させることができないの
で、50〜1000Åの膜厚が適当である。
本実施例の薄膜トランジスタによれば、i-a-Si層4と
上部絶縁層5とが接触する部分にp-a-Si層8を介在さ
せ、i-a-Si層4とn+a-Si層6とが接触する部分にn-a-Si
層9を介在させるようにしているので、ドレイン電極11
のオーバーラップ領域において界面準位密度の小さいi-
a-Si層4とp-a-Si層8の界面を電子が走ることにより、
上部絶縁層5の界面で電子が捕獲されず、経時変化の小
さな薄膜トランジスタとすることができる効果がある。
(考案の効果) 本考案によれば、イントリンシックアモルファスシリ
コン(i-a-Si)層と上部絶縁層とが接触する部分にはp
型アモルファスシリコン(p-a-Si)層を介在させ、i-a-
Si層とn+アモルファスシリコン(n+a-Si)層とが接触す
る部分にはn型アモルファスシリコン(n-a-Si)層を介
在させるようにしているので、n+a-Si層からn-a-Si層を
通ってi-a-Si層中を走行する電子は、上部絶縁層の下部
に形成されたp-a-Si層のためにドレイン電極のオーバー
ラップ部分において上部絶縁層の界面には到達でぎず、
上部絶縁層中のトラップに捕獲されることがなく、薄膜
トランジスタの特性について経時変化を小さくでき、高
信頼の薄膜トランジスタとすることができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本考案に係る一実施例の薄膜トランジスタの
断面説明図、第2図は電子経路を説明するための薄膜ト
ランジスタの部分的断面説明図、第3図は(a)〜
(c)はの製造プロセス断面説明図、第4図は従来の薄
膜トランジスタの断面説明図、第5図は従来の電子経路
を説明するための薄膜トランジスタの部分的断面説明図
である。 1……基板 2……ゲート電極 3……下部絶縁層 4……イントリンシックアモルファスシリコン層 5……上部絶縁層 6……n+アモルファスシリコン層 7……金属層 8……p型アモルファスシリコン層 9……n型アモルファスシリコン層 11……ドレイン電極 12……ソース電極

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上にゲート電極と、前記ゲート電極を
    被覆する下部絶縁層と、前記下部絶縁層を介して前記ゲ
    ート電極上部に形成されたイントリンシックアモルファ
    スシリコン層と、前記イントリンシックアモルファスシ
    リコン層上部に形成された上部絶縁層と、前記上部絶縁
    層を挟んで分割形成されたn+アモルファスシリコン層
    と、前記n+アモルファスシリコン層を被覆する金属層と
    を有する薄膜トランジスタにおいて、 前記イントリンシックアモルファスシリコン層と前記上
    部絶縁層との境界にp型アモルファスシリコン層を設
    け、前記イントリンシックアモルファスシリコン層と前
    記n+アモルファスシリコン層との境界にn型アモルファ
    スシリコン層を設けたことを特徴とする薄膜トランジス
    タ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015005757A (ja) * 2009-02-13 2015-01-08 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015005757A (ja) * 2009-02-13 2015-01-08 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置

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JPH0436256U (ja) 1992-03-26

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