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JPH05160403A - Thin film transistor - Google Patents

Thin film transistor

Info

Publication number
JPH05160403A
JPH05160403A JP4140341A JP14034192A JPH05160403A JP H05160403 A JPH05160403 A JP H05160403A JP 4140341 A JP4140341 A JP 4140341A JP 14034192 A JP14034192 A JP 14034192A JP H05160403 A JPH05160403 A JP H05160403A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
film transistor
channel
transistor
type
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
JP4140341A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Oshima
弘之 大島
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 Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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 Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP4140341A priority Critical patent/JPH05160403A/en
Publication of JPH05160403A publication Critical patent/JPH05160403A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 CMOS構造の薄膜トランジスタにおいて、
Pチャンネル型薄膜トランジスタおよびNチャンネル型
薄膜トランジスタのチャンネル領域の膜厚を、Pチャン
ネル型薄膜トランジスタの空乏層の広がり得る最大幅ま
たはNチャンネル型薄膜トランジスタの空乏層の広がり
得る最大幅のいずれより薄く形成した薄膜トランジス
タ。 【効果】 Pチャンネル型薄膜トランジスタとNチャン
ネル型薄膜トランジスタとで特性のそろっており、かつ
ON電流が大きく、OFF電流が小さいCMOS薄膜ト
ランジスタを構成できる。
(57) [Summary] [Configuration] In a thin film transistor having a CMOS structure,
A thin film transistor in which the channel regions of the P-channel thin film transistor and the N-channel thin film transistor are formed to have a film thickness thinner than either the maximum width of the depletion layer of the P-channel thin film transistor or the maximum width of the depletion layer of the N-channel thin film transistor. [Effect] It is possible to construct a CMOS thin film transistor having a P-channel type thin film transistor and an N-channel type thin film transistor having the same characteristics and having a large ON current and a small OFF current.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はPチャネル型薄膜トラン
ジスタとNチャネル型薄膜トランジスタを集積化した薄
膜トランジスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor in which a P channel type thin film transistor and an N channel type thin film transistor are integrated.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、絶縁基板上に薄膜トランジスタを
形成する技術の研究が活発に行なわれている。この技術
は、安価な透明絶縁基板を用いて高品質の薄形ディスプ
レイを実現するアクティブマトリックスパネル、あるい
は通常の半導体集積回路上にトランジスタなどの能動素
子を形成する三次元集積回路、あるいは安価で高性能な
イメージセンサ、あるいは高密度のメモリーなど、数多
くの応用が期待されるものである。
2. Description of the Related Art In recent years, active research has been conducted on a technique for forming a thin film transistor on an insulating substrate. This technology is applied to an active matrix panel that realizes a high-quality thin display using an inexpensive transparent insulating substrate, a three-dimensional integrated circuit that forms active elements such as transistors on a normal semiconductor integrated circuit, or an inexpensive and high-performance integrated circuit. Many applications are expected, such as high-performance image sensors and high-density memory.

【0003】これらの応用の中には、基本的には薄膜ト
ランジスタをスイッチング素子としてのみ用いるものも
あるが、そのスイッチングに必要な駆動回路が薄膜トラ
ンジスタで同時に構成されることが望ましい。例えばア
クティブマトリックスパネルではマトリックス状に配置
された画素の1つ1つに薄膜トランジスタを配し、表示
データのスイッチングを行なうが、同時にその周辺駆動
回路を薄膜トランジスタで集積化できれば、実装の負担
を小さくすると共にシステム全体の低コスト化、小型化
が実現できる。すなわち、薄膜トランジスタでロジック
回路を構成することが必要となる。
In some of these applications, basically, a thin film transistor is used only as a switching element, but it is desirable that a driving circuit required for the switching is simultaneously composed of a thin film transistor. For example, in an active matrix panel, a thin film transistor is arranged in each of the pixels arranged in a matrix to switch display data. At the same time, if the peripheral driving circuit can be integrated with the thin film transistor, the burden of mounting can be reduced and The cost and size of the entire system can be reduced. That is, it is necessary to form a logic circuit with thin film transistors.

【0004】この場合、通常の半導体集積回路の場合以
上に、相補構成(CMOS)化が要求される。これは、
薄膜トランジスタでロジック回路を構成する場合、一般
にその素子数が多くなり、相補構成にしない限り消費電
力が極めて大きくなってしまうためである。例えばアク
ティブマトリックスパネルの周辺駆動回路を薄膜トラン
ジスタで内蔵する場合、画素数に応じた数のシフトレジ
スタやバッファ、あるいはアナログスイッチなどが必要
となる。
In this case, a complementary structure (CMOS) is required more than in the case of a normal semiconductor integrated circuit. this is,
This is because, when a logic circuit is formed by thin film transistors, the number of elements is generally large, and power consumption becomes extremely large unless a complementary structure is used. For example, when a peripheral drive circuit of an active matrix panel is built in with thin film transistors, a number of shift registers, buffers, analog switches, etc. corresponding to the number of pixels are required.

【0005】一般的には500段以上のシフトレジスタ
を内蔵しなくてはならない。また、三次元集積回路やイ
メージセンサ、あるいは高密度メモリーなどの場合でも
同様に多数の素子数が必要とされることは容易に類推で
きる。このように素子数が多い場合、その消費電力を低
減する上で、薄膜トランジスタを相補構成とすることは
極めて有効である。相補型薄膜トランジスタは、Pチャ
ネル型薄膜トランジスタとNチャネル型薄膜トランジス
タから構成される。これらの薄膜トランジスタのうち、
いずれか一方は必ずオフ状態にあるため、電源間に貫通
電流の流れることがなく、消費電力を大幅に低減させる
ことが可能となる。
Generally, a shift register of 500 stages or more must be built in. Further, it can be easily inferred that a large number of elements are required in the case of a three-dimensional integrated circuit, an image sensor, a high-density memory, or the like. When the number of elements is large as described above, it is extremely effective to make the thin film transistors have a complementary structure in order to reduce the power consumption. The complementary thin film transistor is composed of a P-channel thin film transistor and an N-channel thin film transistor. Of these thin film transistors,
Since one of them is always in the off state, a through current does not flow between the power supplies, and the power consumption can be significantly reduced.

【0006】しかし、相補型薄膜トランジスタは下記の
欠点を有しており、従来、充分な検討が行なわれていな
い。
However, the complementary thin film transistor has the following drawbacks, and has not been sufficiently studied so far.

【0007】(1)Pチャネル型とNチャネル型の双方
を集積化するため製造方法が複雑なこと。
(1) The manufacturing method is complicated because both the P-channel type and the N-channel type are integrated.

【0008】(2)これに伴なって製造コストが高いこ
と。
(2) Along with this, the manufacturing cost is high.

【0009】(3)薄膜トランジスタの特性バランス充
分であること。
(3) The characteristic balance of the thin film transistor is sufficient.

【0010】(4)Pチャネル型薄膜トランジスタの特
性とNチャネル型薄膜トランジスタの特性をそろえるこ
とが困難であること。
(4) It is difficult to match the characteristics of the P-channel type thin film transistor and the characteristics of the N-channel type thin film transistor.

【0011】(5)あえてこれらの特性をそろえるため
には、チャネル部に適当な不純物を添加するなど余分な
工程が必要となること。
(5) In order to have these characteristics, it is necessary to add extra steps such as adding appropriate impurities to the channel portion.

【0012】これらの欠点を有しているため、相補型薄
膜トランジスタは実用化レベルに達していなかった。
Due to these drawbacks, complementary thin film transistors have not reached the level of practical use.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような欠
点を一挙に除去するものであり、その目的とするところ
は、個々に優れた特性を有し、かつ特性差の少ないPチ
ャネル型及びNチャネル型薄膜トランジスタから構成さ
れる相補型薄膜トランジスタを、簡単な製造方法で安価
に提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to eliminate such drawbacks all at once, and an object of the present invention is to provide a P-channel type having excellent characteristics and a small characteristic difference. It is an object to provide a complementary thin film transistor including an N-channel thin film transistor at a low cost by a simple manufacturing method.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、チャネル領域
をノンドープシリコン薄膜により構成し、ソース・ドレ
イン領域のシリコン薄膜の導電型をP型あるいはN型と
することによりPチャネル型あるいはNチャネル型薄膜
トランジスタを構成することを特徴とする相補型薄膜ト
ランジスタ、及び、前記2種類の薄膜トランジスタのチ
ャネル領域のシリコン薄膜を同一層で構成し、かつ、該
シリコン薄膜の膜厚を、前記2種類の薄膜トランジスタ
の該シリコン薄膜表面に形成され得るいずれの空乏層の
最大幅よりも薄いことを特徴とする相補型薄膜トランジ
スタを提供するものである。
According to the present invention, the channel region is formed of a non-doped silicon thin film, and the conductivity type of the silicon thin film in the source / drain regions is P type or N type. A complementary thin film transistor, which is a thin film transistor; and silicon thin films in the channel regions of the two types of thin film transistors, which are formed in the same layer, and the thickness of the silicon thin film is the same as that of the two types of thin film transistors. It is intended to provide a complementary thin film transistor characterized by being thinner than the maximum width of any depletion layer that can be formed on the surface of a silicon thin film.

【0015】[0015]

【実施例】(実施例1)以下、チャネル領域をノンドー
プシリコン薄膜により構成し、ソース・ドレインの導電
型によってPチャネル型あるいはNチャネル型薄膜トラ
ンジスタを実現することを特徴とする相補型薄膜トラン
ジスタについて、実施例に基づいて詳しく説明する。
Example 1 Hereinafter, a complementary thin film transistor characterized in that a channel region is formed of a non-doped silicon thin film and a P-channel type or an N-channel type thin film transistor is realized depending on the conductivity type of a source / drain will be described. A detailed description will be given based on an example.

【0016】図1は本発明による相補型薄膜トランジス
タの構造を示す断面図である。101はガラス、石英、
パシベーション膜を含む半導体集積回路基板などの絶縁
基板であり、その上にPチャネル型薄膜トランジスタ1
02とNチャネル型薄膜トランジスタ103が形成され
ており、相補型薄膜トランジスタを構成している。10
4はノンドープシリコン薄膜から成るPチャネル型薄膜
トランジスタのチャネル領域である。105はボロンな
どのアクセプタをドープしたP型シリコン薄膜から成る
ソース領域であり、106は同様に構成されたドレイン
領域である。107はSio2 などのゲート絶縁膜、1
08は多結晶シリコン、金属などのゲート電極、109
はSio2 などの層間絶縁膜である。110、111は
金属などの導電体から成り、それぞれソース電極、ドレ
イン電極である。112はノンドープシリコン薄膜から
成るNチャネル型薄膜トランジスタのチャネル領域であ
る。113はリン、ヒ素などのドナーをドープしたN型
シリコン薄膜から成るソース領域であり、114は同様
に構成されたドレイン領域である。115はゲート絶縁
膜、116はゲート電極、117はソース電極、118
はドレイン電極である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a complementary thin film transistor according to the present invention. 101 is glass, quartz,
An insulating substrate such as a semiconductor integrated circuit substrate including a passivation film, on which a P-channel thin film transistor 1 is formed.
02 and the N-channel type thin film transistor 103 are formed to form a complementary type thin film transistor. 10
Reference numeral 4 is a channel region of a P-channel type thin film transistor made of a non-doped silicon thin film. Reference numeral 105 is a source region made of a P-type silicon thin film doped with an acceptor such as boron, and 106 is a drain region similarly configured. 107 is a gate insulating film such as Sio 2.
08 is a gate electrode made of polycrystalline silicon, metal, or the like, 109
Is an interlayer insulating film such as Sio 2 . Reference numerals 110 and 111 are made of a conductor such as metal, and are a source electrode and a drain electrode, respectively. Reference numeral 112 is a channel region of an N-channel thin film transistor made of a non-doped silicon thin film. Reference numeral 113 is a source region made of an N-type silicon thin film doped with a donor such as phosphorus or arsenic, and 114 is a similarly configured drain region. 115 is a gate insulating film, 116 is a gate electrode, 117 is a source electrode, 118
Is a drain electrode.

【0017】本図より明らかなように、本発明はPチャ
ネル型及びNチャネル型薄膜トランジスタのチャネル領
域として、共にノンドープシリコン薄膜を用いること、
及び基本的にはPチャネル型薄型トランジスタとNチャ
ネル型薄膜トランジスタとは、ソース・ドレイン領域の
導電型によってのみ区別されることを大きな特徴として
いる。
As is apparent from this figure, the present invention uses both non-doped silicon thin films as the channel regions of P-channel type and N-channel type thin film transistors.
Further, basically, the P-channel thin transistor and the N-channel thin film transistor are characterized by being distinguished only by the conductivity type of the source / drain regions.

【0018】以下、これらの特徴により実現される本発
明の効果について説明する。
The effects of the present invention realized by these features will be described below.

【0019】また、Pチャネル型及びNチャネル型薄膜
トランジスタのチャネル領域として、共にノンドープシ
リコン薄膜を用いることの効果について述べる。
The effect of using non-doped silicon thin films as the channel regions of the P-channel type and N-channel type thin film transistors will be described.

【0020】両タイプの薄膜トランジスタのチャネル領
域として、共にノンドープシリコン薄膜、すなわち真性
半導体に近いシリコン薄膜を用いることにより、トラン
ジスタがオフ状態のときに流れるリーク電流(以下、O
FF電流という)を最小にすることが可能となる。単結
晶シリコンを用いる通常のトランジスタでは、Nチャネ
ル型の場合P型基板を、Pチャネル型の場合N型基板を
用いて極めて良質のPN接合を形成することにより、ソ
ース・ドレイン間のOFF電流を低減しているが、一般
に絶縁基板上のシリコン薄膜では単結晶化は不可能であ
り、多結晶状態あるいは非晶質状態となり、良質なPN
接合を形成することができず、したがってOFF電流を
低減させることが出来ない。
By using a non-doped silicon thin film, that is, a silicon thin film close to an intrinsic semiconductor, as a channel region of both types of thin film transistors, a leak current (hereinafter referred to as O
It is possible to minimize the FF current). In a normal transistor using single crystal silicon, a P-type substrate for an N-channel type and an N-type substrate for a P-channel type are used to form an extremely good PN junction, so that an OFF current between a source and a drain is reduced. Although it has been reduced, generally, a silicon thin film on an insulating substrate cannot be single-crystallized and becomes a polycrystalline state or an amorphous state.
No junction can be formed and therefore the OFF current cannot be reduced.

【0021】図2は本出願人の行なった実験のデータで
あり、Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるチャネル
領域のシリコン薄膜中の不純物濃度とOFF電流の関係
を示すグラフである。不純物はボロンであり、チャネル
領域をP型にすることを目的としている。ドーピングは
イオン打ち込み法により、グラフの横軸はボロンのドー
プ量、縦軸は0Vのゲート電圧におけるOFF電流であ
る。このグラフから分かるように、ドープ量が0の場
合、すなわち真性半導体に近いノンドープシリコン薄膜
を用いた場合にOFF電流が最小となる。これは不純物
濃度が高くなるにつれてPN接合のリーク電流が増大す
るためである。また、逆にチャネル領域をN型にした場
合には、述べるまでもなくトランジスタはデプリーショ
ン型となり、OFF電流は増大する。したがって、ノン
ドープシリコン薄膜を用いた場合にOFF電流は最小と
なる。すなわち、OFF電流を低減するには、単結晶シ
リコンを用いたトランジスタのようにPN接合を用いる
のではなく、チャネル領域の抵抗値を出来る限り大きく
することが効果的である。上記の説明はNチャネル型薄
膜トランジスタについて行なったが、Pチャネル型薄膜
トランジスタについても全く同様に成立する。したがっ
て、両タイプの薄膜トランジスタとも、チャネル領域に
ノンドープシリコン薄膜を用いることによりOFF電流
を最小にすることが可能となる。
FIG. 2 is data of an experiment conducted by the present applicant and is a graph showing the relation between the impurity concentration in the silicon thin film in the channel region of the N-channel thin film transistor and the OFF current. The impurity is boron, which is intended to make the channel region P-type. The doping is performed by an ion implantation method, the horizontal axis of the graph is the doping amount of boron, and the vertical axis is the OFF current at a gate voltage of 0V. As can be seen from this graph, the OFF current becomes the minimum when the doping amount is 0, that is, when the non-doped silicon thin film close to the intrinsic semiconductor is used. This is because the leak current of the PN junction increases as the impurity concentration increases. On the contrary, when the channel region is N-type, it goes without saying that the transistor becomes a depletion type and the OFF current increases. Therefore, the OFF current becomes the minimum when the non-doped silicon thin film is used. That is, in order to reduce the OFF current, it is effective to increase the resistance value of the channel region as much as possible rather than using a PN junction as in a transistor using single crystal silicon. Although the above description has been made for the N-channel thin film transistor, the same holds true for the P-channel thin film transistor. Therefore, in both types of thin film transistors, the OFF current can be minimized by using the non-doped silicon thin film in the channel region.

【0022】次に、Pチャネル型薄膜トランジスタとN
チャネル型薄膜トランジスタを、ソース・ドレイン領域
の導電型によってのみ区別することの効果について述べ
る。これにより、相補型薄膜トランジスタの製造工程を
著しく簡略化することができる。したがって、大幅な歩
留りの向上及び低コスト化が実現できる。図3は図1に
示した相補型薄膜トランジスタの製造方法の1例を示す
図である。
Next, a P-channel type thin film transistor and N
The effect of distinguishing the channel type thin film transistor only by the conductivity type of the source / drain regions will be described. Thereby, the manufacturing process of the complementary thin film transistor can be significantly simplified. Therefore, it is possible to significantly improve the yield and reduce the cost. FIG. 3 is a diagram showing an example of a method of manufacturing the complementary thin film transistor shown in FIG.

【0023】まず、図3(a)のように、絶縁基板30
1上にノンドープシリコン薄膜302、303を推積さ
せた後、所望のパターンを形成する。302にPチャネ
ル型薄膜トランジスタが、303にNチャネル型薄膜ト
ランジスタがそれぞれ形成される。次に図3(b)のよ
うに、ノンドープシリコン薄膜302及び303を熱酸
化することによりゲート絶縁膜304を形成する。ある
いは気相成長法などによりゲート絶縁膜を外部を推積さ
せても良い。その後、ゲート電極305を推積させて、
所望のパターン形成を行なう。もちろん、P型シリコン
薄膜とN型シリコン薄膜というように、Pチャネル型薄
膜トランジスタとNチャネル型薄膜トランジスタとで異
なるゲート電極材料を用いても差し支えない。
First, as shown in FIG. 3A, the insulating substrate 30
After depositing the non-doped silicon thin films 302 and 303 on the substrate 1, a desired pattern is formed. A P-channel thin film transistor is formed at 302 and an N-channel thin film transistor is formed at 303. Next, as shown in FIG. 3B, the gate insulating film 304 is formed by thermally oxidizing the non-doped silicon thin films 302 and 303. Alternatively, the gate insulating film may be deposited on the outside by a vapor phase growth method or the like. After that, by depositing the gate electrode 305,
A desired pattern is formed. Of course, different gate electrode materials may be used for the P-channel thin film transistor and the N-channel thin film transistor, such as P-type silicon thin film and N-type silicon thin film.

【0024】次に図3(c)のように、フォトレジスト
などのマスク材料306をNチャネル型薄膜トランジス
タとなるべき領域に形成して、ボロンなどのアクセプタ
元素307をイオン打ち込み法によりPチャネル型薄膜
トランジスタ中にドープし、ソース領域308及びドレ
イン領域309となるP型シリコン薄膜を形成する。さ
らに図3(d)のように、同様にフォトレジストなどの
マスク材料310をPチャネル型薄膜トランジスタとな
るべき領域に形成して、リン、ヒ素などのドナー元素3
11をイオン打ち込み法によりNチャネル型薄膜トラン
ジスタ中にドープし、ソース領域312及びドレイン領
域313となるN型シリコン薄膜を形成する。最後に図
3(e)のように、層間絶縁膜314を推積させた後コ
ンタクトホールを開口し、Pチャネル型薄型薄膜トラン
ジスタのソース電極315及びドレイン電極316、N
チャネル型薄膜トランジスタのソース電極317及びド
レイン電極318を形成し、相補型トランジスタは完成
する。
Next, as shown in FIG. 3C, a mask material 306 such as a photoresist is formed in a region to be an N-channel thin film transistor, and an acceptor element 307 such as boron is ion-implanted into the P-channel thin film transistor. A P-type silicon thin film which becomes the source region 308 and the drain region 309 is formed by doping the inside. Further, as shown in FIG. 3D, similarly, a mask material 310 such as a photoresist is formed in a region to be a P-channel type thin film transistor, and a donor element 3 such as phosphorus or arsenic 3 is formed.
11 is doped into the N-channel type thin film transistor by the ion implantation method to form an N-type silicon thin film to be the source region 312 and the drain region 313. Finally, as shown in FIG. 3E, after depositing an interlayer insulating film 314, a contact hole is opened, and a source electrode 315 and a drain electrode 316, N of a P-channel thin film transistor are formed.
The source electrode 317 and the drain electrode 318 of the channel thin film transistor are formed, and the complementary transistor is completed.

【0025】これよりわかるように、本発明による相補
型薄膜トランジスタは極めて簡単な方法で製造できる。
これは、Pチャネル型薄膜トランジスタもNチャネル型
薄膜トランジスタも共に、チャネル領域としてノンドー
プシリコン薄膜を用いることによる。このため、従来の
相補型トランジスタのように、Pチャネル型トランジス
タにはN型基板を、Nチャネル型トランジスタにはP型
基板を用いる必要がない。すなわち、2種類のトランジ
スタにおいてチャネル領域の導電型をかえる必要がな
い。
As can be seen, the complementary thin film transistor according to the present invention can be manufactured by a very simple method.
This is because both the P-channel type thin film transistor and the N-channel type thin film transistor use a non-doped silicon thin film as a channel region. Therefore, it is not necessary to use an N-type substrate for the P-channel transistor and a P-type substrate for the N-channel transistor, unlike the conventional complementary transistor. That is, it is not necessary to change the conductivity type of the channel region in the two types of transistors.

【0026】これによって、それぞれのトランジスタの
チャネル領域に不純物を添加したり、それに必要なパタ
ーンを形成する工程を省くことができる。また、それぞ
れのトランジスタは絶縁基板上に島状に分離されてお
り、特別な素子分離工程を必要としない。また、これに
伴なって、通常の半導体集積回路のような寄生MOS効
果がなく、チャネルストッパーを形成する必要がない。
これらの理由により、本発明による薄膜トランジスタで
は、ソース・ドレイン領域の導電型をかえることのみ
で、Pチャネル型及びNチャネル型薄膜トランジスタを
実現することができる。したがって、その製造工程は従
来の相補型トランジスタに比べて極めて簡単なものとな
る。例えば、パターン形成工程数は、従来の相補型トラ
ンジスタでは10工程以上必要であるが、本発明による
相補型トランジスタではわずか6工程で済む。このよう
に製造工程を簡略化できることは、それ自体、低コスト
化を実現すると共に、製造歩留りの向上をも実現し、全
体として大幅な低コストが達成できるという多大な効果
を有している。
As a result, it is possible to omit the step of adding impurities to the channel region of each transistor and forming the necessary pattern. In addition, each transistor is separated in an island shape on the insulating substrate, and no special element separation process is required. Further, along with this, there is no parasitic MOS effect as in a normal semiconductor integrated circuit, and it is not necessary to form a channel stopper.
For these reasons, in the thin film transistor according to the present invention, P-channel type and N-channel type thin film transistors can be realized only by changing the conductivity type of the source / drain regions. Therefore, the manufacturing process thereof is extremely simple as compared with the conventional complementary transistor. For example, the number of pattern formation steps is 10 or more in the conventional complementary transistor, but only 6 in the complementary transistor according to the present invention. The fact that the manufacturing process can be simplified in this way has a great effect that the manufacturing cost can be reduced and the manufacturing yield can be improved, and a significantly low cost can be achieved as a whole.

【0027】(実施例2)また本発明は、Pチャネル型
薄膜トランジスタとNチャネル型薄膜トランジスタの双
方におけるチャネル領域のシリコン薄膜を同一層で構成
し、かつ、該シリコン薄膜の膜厚を、前記2種類の薄膜
トランジスタの該シリコン薄膜表面に形成され得るいず
れの空乏層の最大幅よりも薄いことを特徴とする相補型
薄膜トランジスタをも提供するものであるが、以下、こ
れについて実施例に基づき詳しく説明する。
(Embodiment 2) In the present invention, the silicon thin films in the channel regions of both the P-channel type thin film transistor and the N-channel type thin film transistor are formed of the same layer, and the thickness of the silicon thin film is set to the above two types. The present invention also provides a complementary thin film transistor, which is characterized in that it is thinner than the maximum width of any depletion layer that can be formed on the surface of the silicon thin film of the above thin film transistor, which will be described in detail below based on examples.

【0028】図4は、本発明による相補型薄膜トランジ
スタのチャネル領域近傍を示す断面図である。図4
(a)はPチャネル型薄膜トランジスタ、図4(b)は
Nチャネル型薄膜トランジスタをそれぞれ示している。
絶縁基板401上にソース領域402、408、ドレイ
ン領域403、409、ゲート絶縁膜404、410、
ゲート電極405、411を有する薄膜トランジスタが
形成されている。チャネル領域のノンドープシリコン薄
膜406、412は同一層にて構成され、したがって同
一の膜厚tsiを有している。ゲート電圧の印加に伴な
ってシリコン薄膜表面には空乏層407、413が広が
ってくるが、Pチャネル型薄膜トランジスタにおける空
乏層の幅χPと、Nチャネル型薄膜トランジスタにおけ
る空乏層の幅χNはそれぞれ次式で与えられる。
FIG. 4 is a sectional view showing the vicinity of the channel region of the complementary thin film transistor according to the present invention. Figure 4
4A shows a P-channel thin film transistor, and FIG. 4B shows an N-channel thin film transistor.
On the insulating substrate 401, source regions 402 and 408, drain regions 403 and 409, gate insulating films 404 and 410,
A thin film transistor having gate electrodes 405 and 411 is formed. The non-doped silicon thin films 406 and 412 in the channel region are composed of the same layer and therefore have the same film thickness tsi. Although the depletion layers 407 and 413 spread on the surface of the silicon thin film with the application of the gate voltage, the width χP of the depletion layer in the P-channel thin film transistor and the width χN of the depletion layer in the N-channel thin film transistor are respectively expressed by the following equations. Given in.

【0029】[0029]

【数1】 [Equation 1]

【0030】ここに、qは単位電荷量、εはシリコン薄
膜の誘電率、φsはシリコン薄膜表面におけるエネルギ
ーバンドの曲がり量、NDは等価的にドナーとして働く
トラップの秘密、NAは等価的にアクセプタとして働く
トラップの密度である。前述の如く、シリコン薄膜は多
結晶あるいは非晶質状態であり、多くの結晶欠陥を有し
ており、これがトラップとして作用する。エネルギーバ
ンド図において、フェルミレベルとコンダクションバン
ドの間に準位を作るトラップはドナーとして作用し、フ
ェルミレベルとバレンスバンドの間に準位を作るトラッ
プはアクセプタとして作用する。各トラップの準位はシ
リコン原子の配列の仕方によって決まり、一般にはND
とNAは等しくない。
Here, q is the unit charge amount, ε is the dielectric constant of the silicon thin film, φs is the bending amount of the energy band on the surface of the silicon thin film, ND is the secret of the trap which acts as a donor equivalently, and NA is the acceptor equivalently. It is the density of the trap that acts as. As described above, the silicon thin film is in a polycrystalline or amorphous state and has many crystal defects, and this acts as a trap. In the energy band diagram, the trap forming a level between the Fermi level and the conduction band acts as a donor, and the trap forming a level between the Fermi level and the valence band acts as an acceptor. The level of each trap is determined by the arrangement of silicon atoms, and is generally ND
And NA are not equal.

【0031】図4ではNDの方がNAよりも大きく、し
たがってχPの方がχNよりも小さい場合を示してい
る。ゲート電圧をさらに大きくすると、それぞれの空乏
層の広がり幅は最大値に達し、シリコン薄膜表面に反転
層が形成され始める。このときのゲート電圧がしきい値
電圧であり、これ以上ゲート電圧を大きくしても、もは
や空乏層は広がらず、反転層内のキャリア密度が高くな
るのみである。Pチャネル型及びNチャネル型薄膜トラ
ンジスタにおける空乏層の最大幅χPmax及びχNm
ax、しきい値電圧VthP及びVthNは次式で与え
られる。
FIG. 4 shows the case where ND is larger than NA, and therefore χP is smaller than χN. When the gate voltage is further increased, the spread width of each depletion layer reaches the maximum value, and the inversion layer starts to be formed on the surface of the silicon thin film. The gate voltage at this time is the threshold voltage, and even if the gate voltage is further increased, the depletion layer does not spread anymore, and the carrier density in the inversion layer only increases. Maximum width of depletion layer χPmax and χNm in P-channel and N-channel thin film transistors
The ax and the threshold voltages VthP and VthN are given by the following equations.

【0032】[0032]

【数2】 [Equation 2]

【0033】ここにφfP、φfNはそれぞれPチャネ
ル型、Nチャネル型薄膜トランジスタにおけるフェルミ
エネルギー、Coxは単位面積当りのゲート絶縁膜容
量、VFBはフラットバンド電圧である。
Here, φfP and φfN are Fermi energies in P-channel and N-channel thin film transistors, Cox is a gate insulating film capacitance per unit area, and VFB is a flat band voltage.

【0034】本発明による相補型薄膜トランジスタで
は、シリコン薄膜tsiを上記χPmax及びχNma
xのいずれよりも小さくなるように構成する。
In the complementary thin film transistor according to the present invention, the silicon thin film tsi is formed by the above χPmax and χNma.
It is configured to be smaller than any of x.

【0035】以下これにより実現される本発明の効果に
ついて説明する。
The effects of the present invention realized by this will be described below.

【0036】シリコン薄膜の膜厚(tsi)が、空乏層
の広がり得る最大幅(χPmax及びχNmax)より
も小さい場合、空乏層はtsi以上に広がることはでき
ない。したがって、空乏層幅がtsiに達すると、ただ
ちにシリコン薄膜表面に反転層が形成されるようにな
る。すなわち、トランジスタのしきい値電圧が低減す
る。通常、シリコン薄膜中には極めて高密度のトラップ
が存在するため、しきい値電圧が高くなってしまうが、
本発明によれば、しきい値電圧を低減させることにより
薄膜トランジスタの駆動電圧を低くすることができ、ま
たトランジスタがオン状態の時に流れる電流(ON電
流)を大きくすることができる。したがって薄膜トラン
ジスタを使いやすくすると共に、より高速な動作を可能
とする。
When the film thickness (tsi) of the silicon thin film is smaller than the maximum width (χPmax and χNmax) in which the depletion layer can spread, the depletion layer cannot spread beyond tsi. Therefore, when the depletion layer width reaches tsi, an inversion layer is immediately formed on the surface of the silicon thin film. That is, the threshold voltage of the transistor is reduced. Normally, since there are extremely high density traps in the silicon thin film, the threshold voltage becomes high,
According to the present invention, the driving voltage of the thin film transistor can be lowered by reducing the threshold voltage, and the current (ON current) flowing when the transistor is in the on state can be increased. Therefore, the thin film transistor can be easily used and a higher speed operation is possible.

【0037】また、この時のしきい値電圧は次式で与え
られる。
The threshold voltage at this time is given by the following equation.

【0038】[0038]

【数3】 [Equation 3]

【0039】図4の例の場合、ND>NA、χP<χN
である。したがって、tsiを薄くしていった時、Pチ
ャネル型薄膜トランジスタよりもNチャネル型薄膜トラ
ンジスタの方がしきい値電圧の低下が早く始まる。しか
し、tsiをさらに薄くして、本発明の提供する膜厚の
範囲になると、Pチャネル型薄膜トランジスタとNチャ
ネル型薄膜トランジスタのしきい値電圧の差は小さくな
る。この様子を図5に示す。横軸はtsi、縦軸はしき
い値電圧の絶対値である。501はNチャネル型薄膜ト
ランジスタ、502はPチャネル型薄膜トランジスタの
グラフをそれぞれ示している。このグラフからわかるよ
うに、tsiがχPmaxよりも小さい領域で、両者の
しきい値電圧が急激に接近している。これは上式におい
て、NAよりもNDの方が大きいため、2つのトランジ
スタのしきい値電圧のtsi依存性が異なるためであ
る。したがって本発明によれば、Pチャネル型及びNチ
ャネル型薄膜トランジスタのしきい値電圧を近づけ、そ
の特性差を小さくすることが可能となる。これは相補型
トランジスタにおいて極めて大きな効果を有する。
In the case of the example in FIG. 4, ND> NA and χP <χN
Is. Therefore, when tsi is reduced, the threshold voltage of the N-channel thin film transistor starts to decrease earlier than that of the P-channel thin film transistor. However, when tsi is further reduced to fall within the film thickness range provided by the present invention, the difference in threshold voltage between the P-channel thin film transistor and the N-channel thin film transistor becomes small. This state is shown in FIG. The horizontal axis is tsi, and the vertical axis is the absolute value of the threshold voltage. Reference numeral 501 is an N-channel thin film transistor, and 502 is a P-channel thin film transistor. As can be seen from this graph, the threshold voltages of the two approaches rapidly in the region where tsi is smaller than χPmax. This is because in the above equation, ND is larger than NA, and thus the tsi dependence of the threshold voltages of the two transistors is different. Therefore, according to the present invention, it becomes possible to bring the threshold voltages of the P-channel type and N-channel type thin film transistors close to each other and reduce the characteristic difference. This has a great effect on the complementary transistor.

【0040】なお、上記の説明はND>NAを仮定して
行なったが、NA<NDの場合にも全く同様に成立す
る。
Although the above description has been made on the assumption that ND> NA, the same holds true for NA <ND.

【0041】(実施例3)図6は本発明の他の実施例を
示すものである。絶縁基板601上にPチャネル型薄膜
トランジスタ616とNチャネル型薄膜トランジスタ6
17が形成されており、相補型薄膜トランジスタを構成
している。602はゲート電極、603はゲート絶縁膜
であるる604はノンドープシリコン薄膜から成るPチ
ャネル型薄膜トランジスタのチャネル領域である。60
5はボロンなどのアクセプタをドープしたP型シリコン
薄膜から成るソース領域であり、606は同様に構成さ
れたドレイン領域である。607は層間絶縁膜であり、
608はソース電極、609はドレイン電極である。6
10はゲート電極であり、611はノンドープシリコン
薄膜から成るNチャネル型薄膜トランジスタのチャネル
領域である。612はリン、ヒ素などのドナーをドープ
したN型シリコン薄膜から成るソース領域であり、61
3は同様に構成されたドレイン領域である。614しソ
ース電極、615はドレイン電極である。
(Embodiment 3) FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. The P-channel type thin film transistor 616 and the N-channel type thin film transistor 6 are formed on the insulating substrate 601.
17 is formed and constitutes a complementary thin film transistor. Reference numeral 602 is a gate electrode, 603 is a gate insulating film, and 604 is a channel region of a P-channel thin film transistor made of a non-doped silicon thin film. 60
Reference numeral 5 is a source region made of a P-type silicon thin film doped with an acceptor such as boron, and 606 is a drain region similarly configured. 607 is an interlayer insulating film,
Reference numeral 608 is a source electrode and 609 is a drain electrode. 6
Reference numeral 10 is a gate electrode, and 611 is a channel region of an N-channel thin film transistor made of a non-doped silicon thin film. Reference numeral 612 denotes a source region formed of an N-type silicon thin film doped with a donor such as phosphorus or arsenic.
Reference numeral 3 is a drain region having the same structure. 614 is a source electrode and 615 is a drain electrode.

【0042】図から明らかなように、前述した本発明の
すべての効果は、本実施例においても成立する。すなわ
ち、チャネル領域がゲート電極の上に位置したり、ある
いはソース・ドレイン領域のシリコン薄膜がチャネル領
域のシリコン薄膜とは異なる層により構成されたり、付
随的な構造が変化しても本発明は成立し、同様の効果が
得られる。
As is apparent from the figure, all the effects of the present invention described above are also established in this embodiment. That is, even if the channel region is located on the gate electrode, or the silicon thin film of the source / drain region is formed of a layer different from the silicon thin film of the channel region, or the incidental structure is changed, the present invention can be realized. However, the same effect can be obtained.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、しきい値
電圧が低いためON電流が大きく、またOFF電流が小
さく、しかも特性のそろったPチャネル型及びNチャネ
ル型薄膜トランジスタから構成される相補型薄膜トラン
ジスタを、簡単な製造方法で安価に提供するという数多
くの優れた効果を有するものである。
As described above, according to the present invention, since the threshold voltage is low, the ON current is large and the OFF current is small, and the P-channel type and N-channel type thin film transistors having uniform characteristics are used. It has many excellent effects of providing a complementary thin film transistor at low cost by a simple manufacturing method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明による相補型薄膜トランジスタの製造
を示す第1の実施例を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment showing the manufacture of a complementary thin film transistor according to the present invention.

【図2】 チャネル領域の不純物濃度とOFF電流の関
係を示すグラフ。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the impurity concentration in the channel region and the OFF current.

【図3】 (a)〜(e)は図1に示した本発明による
相補型薄膜トランジスタの製造方法を示す図。
3A to 3E are views showing a method of manufacturing the complementary thin film transistor according to the present invention shown in FIG.

【図4】 (a)(b)は本発明による薄膜トランジス
タのチャネル領域近傍を示す図。
4A and 4B are diagrams showing the vicinity of a channel region of a thin film transistor according to the present invention.

【図5】 チャネル流域のシリコン薄膜の膜厚としきい
値電圧の関係を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the film thickness of the silicon thin film in the channel region and the threshold voltage.

【図6】 本発明による相補型薄膜トランジスタの構造
を示す第2の実施例を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment showing the structure of a complementary thin film transistor according to the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 9056−4M H01L 29/78 311 H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location 9056-4M H01L 29/78 311 H

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に形成されたP型不純物がドープさ
れたソース、ドレイン領域を有してなるPチャンネル型
薄膜トランジスタと、N型不純物がドープされたソー
ス、ドレイン領域を有してなるNチャンネル型薄膜トラ
ンジスタとを有し、該Pチャンネル型薄膜トランジスタ
および該Nチャンネル型薄膜トランジスタのチャンネル
領域の膜厚は、該Pチャンネル型薄膜トランジスタの空
乏層の広がり得る最大幅または該Nチャンネル型薄膜ト
ランジスタの空乏層の広がり得る最大幅のいずれよりも
薄く形成されてなることを特徴とする薄膜トランジス
タ。
1. A P-channel type thin film transistor having source and drain regions doped with P type impurities formed on a substrate, and an N channel having source and drain regions doped with N type impurities. A channel type thin film transistor, and a film thickness of a channel region of the P channel type thin film transistor and the N channel type thin film transistor is a maximum width of a depletion layer of the P channel type thin film transistor or a depletion layer of the N channel type thin film transistor. A thin film transistor, which is formed to be thinner than any of the maximum widths in which it can spread.
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