JPS59210671A - silicon thin film field effect transistor - Google Patents
silicon thin film field effect transistorInfo
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- JPS59210671A JPS59210671A JP58084848A JP8484883A JPS59210671A JP S59210671 A JPS59210671 A JP S59210671A JP 58084848 A JP58084848 A JP 58084848A JP 8484883 A JP8484883 A JP 8484883A JP S59210671 A JPS59210671 A JP S59210671A
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
- H10D30/6729—Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
- H10D30/6737—Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes characterised by the electrode materials
- H10D30/6739—Conductor-insulator-semiconductor electrodes
Landscapes
- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
Description
本発明は、非晶質絶縁基板上にシリコン薄膜がilll
l酸形成、そのシリコン薄膜にソース領域及びドレイン
領域が形成され、また、シリコン薄膜のソース領域及び
トレイン領域間の領域上に、ゲート絶縁膜を介し゛(、
ゲート電(へか配されている構成を有するシリニ1ン薄
膜電界効宋[−ランジスタの改良に関Jる。
従来、このにうな構成を右りるシリコン薄膜電界効果ト
ランジスタが、種々1)?案されている。
従来の、上述したような構成を右ηるシリ−1ン薄B9
電界効果1〜ランジスタは、そのゲート絶縁膜が、熱酸
化法または陽極酸化法もしくはCVD法によって形成さ
れた、SiOr 薄膜まI〔はAjlw Or F[9
膜もしくはTa+CLia膜の単一層でなるのを普通と
していた。
しかしながら、このような構成を右ツる従来−のシリコ
ン薄膜電界効果トランジスタの場合、そのゲート絶縁膜
が、熱酸化法またIn the present invention, a silicon thin film is formed on an amorphous insulating substrate.
A source region and a drain region are formed in the silicon thin film, and a gate insulating film is formed on the region between the source region and the train region of the silicon thin film.
Regarding the improvement of silicon thin film field effect transistors having a structure in which a gate voltage is arranged in a horizontal direction (regarding the improvement of transistors). It is being proposed. Series 1 Thin B9, which is different from the conventional configuration as described above.
Field effect 1 ~ The transistor has a gate insulating film formed by a thermal oxidation method, an anodic oxidation method, or a CVD method.
It was usually made of a single layer of film or Ta+CLia film. However, in the case of conventional silicon thin film field effect transistors that have such a configuration, the gate insulating film is formed by thermal oxidation or
【、1陽極酸化法もしくはCVD法に
よって形成されksi02薄膜またはAl+O+ 薄膜
もしくは一1’a y (’)5薄膜の単一層であるた
め、低い閾(ffj電圧を右し、且つ高い相互コンダク
タンスを右しCいC1安定に動1’lT’Jることが望
まれているにもかかわらず、それらの所望事項を、十分
、同口)満足していない、という欠点を有していた。
′7Iなわら、−上述した構成を有する従来のシリコン
薄膜電界効lR1−ランジスタにおいて、そのゲート絶
縁111.jが3iCh薄膜の単一層−(なる場合、グ
ー1−絶縁膜が3iCh薄膜でなる理由で、シリコン薄
膜9膜のソース領域及びドレイン領域間の領域と、ゲー
ト絶縁膜との間の界面に、グー1〜絶縁膜がAltOh
薄膜または1a)Oi薄膜の単一層でなる場合に比し少
ない電荷密度しか右しないl〔め、閾値電圧が、グー1
〜絶縁膜が△L20+ 薄膜またはTa+Oi 薄膜の
単一層で4rる場合に比し低い、という特徴を有する。
にた、グー[へ絶縁膜がSiO+薄股てなる理由で、グ
ー1〜絶縁膜が、ゲート絶縁膜がAj!、+OI薄膜ま
lこはTa205薄月桑の単一層でなる場合に比し低い
電子捕獲準位を有するものとして形成されでおり、また
、ゲート絶縁II!aが、ゲート絶縁膜がAL+ Oi
RGI膜またl;U ’1− a + (、) s薄
膜の単一層でなる場合に比し、シリコ1ンイW膜のソー
ス領域及びドレイン領域間の領域の電子を捕獲リ−る作
用が低いため、閾値電圧が、ゲート絶縁膜がAjL+
Or u膜J、lJは1°” r Oi RII膜の1
11一層でなる場合に比し変動しガ1い、という特徴を
有する。
しかしながら、S10.薄膜は、その誘電j↑ζが3.
4であッテ、Ta+Q+ 薄膜及びA fLrO+薄膜
Oiし小さい誘電率しか有しCいないため、シリコン薄
膜のソース領域及びトレイン領域間の領域ど、グー1へ
電(セどの間の静電’il :nが、同じゲート絶縁I
Qの厚さで、ゲート・絶縁1つ)がl” il 70
i薄膜または△、の203薄IIシ1の甲一層である場
合に比し小さく、よって、11(い相Qコンダクタンス
しかψしない、という火工jaをイjしていIこ。
また、このため、グー1〜絶縁膜の11ンさを、100
八以下のような厚さに薄くずれば、グー1〜絶縁11ジ
内を電子が通り、この/=め、シ1用1ン薄JIS!電
5ν効宋1ヘランシスタどしての動作が不安定になる、
という欠IAiを有していた。
さらに、グー1〜絶縁膜の厚さを博くずれば、ゲート絶
b″、膜に、10″V/cm以上のような高い電界強磨
をイjりる電界が印加されるICめ、シリコン薄膜のソ
ース領域及びドレイン領域間の領域と、ゲート絶縁膜と
の間の界面に、多数のホラ1ヘエレク1−ロンが発生し
、その結果、シリコン薄膜のソース領域及びドレイン領
域間の領域と、ゲート絶縁膜との間の界面に新I、ニな
界面準位が発生し、よって、閾値電圧が高くなる、とい
う欠点を右しCいた。
さlうに、グー1〜絶縁膜の厚さを薄くずれば、グー1
〜絶村、膜が、上述したように発生づる多数のホッI〜
ルり1ヘロンを捕獲するため、閾値電圧が変動し、よっ
て、シリコン薄膜電界効果トランジスタとしての動作が
不安定になる、という欠点を右1y ’Cいた。
また、」〕述した構成を有する従来のシリコン薄膜電界
効果1−ランジスタにおいて、そのゲート絶縁膜が△J
、+0+ 薄膜の甲一層でイ)゛る場合、ΔL203薄
1jは、その誘■)tが8゛(・あ−)(,3i0+涜
股に比し高い誘電イーをlJシ”(いるので、シリコン
薄膜のソース領域及びトレイン領域間の領域と、グー1
へ電極との間の静電省°早か、同じ万一 ト絶縁膜の厚
さで、グー1へ絶IRIll!か5102薄膜の単一層
でなる場合に比し、人(・ある。
このため、グー1〜絶縁膜がS i Or f:911
!+iの甲一層でンフる場合の、上述した欠点を1避・
]ることがでさる、という特徴をイIりる。
しかしながら、グー1へ絶縁膜がΔ、l+(h ど?膜
でなる理由e1シリコン薄膜のソース領域及びドレイン
領域間の領域と、グー1−絶縁膜との間の界面に、1Q
IT C111−1以十の、グー1〜絶1イ、11つ
)がS!O+ 薄膜の単一層でなる場合の10 Ofi
’i以上の電荷密疫を右Jるため、間値宙11か、ゲー
ト絶縁膜が5ICh薄膜の(11一層でなる場合に比し
高い、という欠点を右し′Cいた1゜また、ゲート絶縁
膜がAj、、Oi 薄膜でldる理由で、イの△Ly
O+ 薄膜をCV l)法で形成づるどさ、ゲート絶縁
膜が、1Q II Cl11−1以上の、グー1〜絶縁
膜がS:O+薄膜の単一層でなる場合に比し多い電子捕
獲準位を有するbのとして形成されており、また、ゲー
ト絶縁膜か、グー1〜絶縁膜がS!O+ 薄膜の単一層
で1.る場合に比し、シリコン薄膜のソース領域及びド
レイン領域間の領域の電子を捕獲する作用が高い。
このため、ゲート絶縁膜が3iQ、薄膜の単一層でなる
場合に比し、閾値電圧が変化し易くこのlCめ、シリコ
ン薄膜電界効果トランジスタどしての動作が、不安定で
ある、という欠点を有していた。
さらに、1述した41+1成をイjする従来のシリコン
薄膜電界効果トランジスタにおいて、そのゲート絶縁膜
がTa205薄膜の単一層でなる場合、]−a、○、薄
膜は、その誘電率が25であって、Si O7R膜及び
Al+Ch薄膜に比し高い誘電率を右しているので、シ
リコン薄膜のソース領域及びドレイン領域間の領域と、
ゲート電極との間の静電容量が、同じグー)・絶♀う’
、 II!l!の厚さで、グー1へ絶縁膜が3iCh
湧11つ)まノこはΔ(Lr O+薄1模の単一層でな
る場合に比し人(ある。
このため、ゲート絶縁膜がS i O+ f+9膜の甲
一層でなる場合の上述した欠点を、グー1〜絶縁膜がA
jl、+O+薄膜の111一層でなる場合に比し、より
回避覆ることができる、というq:1徴@ 4r tI
る。
しかしながら、グー[・絶縁11シ)がl−d+ Oh
it+膜でなる理由で、シリコン薄膜のソース領域及
びドレイン領域間の領域と、ゲート絶縁11つ1との間
の界面に、5 x 10” cm−’以」の、グー(〜
絶縁膜が5102薄膜のql 層Cなる場合に11−
シ格段的に多い電荷密度を有するため、閾舶電月が、ゲ
ート絶縁膜がS i O+ ’A’)膜である171含
に比し高い、という欠点を有していた。。
また、グー1〜絶縁膜が1’a+Oiンif;i 11
;l Chす、そしてその”1alo+ 薄膜が陽極酸
化法Jl: /、:IJCV l)法で形成されるのが
晋通である叩+iぐ、そのグー1〜絶i′1゛、11つ
1が、シリコン)19膜のソース領域及びドレイン領域
間の領域の電子を捕獲づる作用がi′ノ】い、。
(Tの)こめ、1・司顧電1「が変動し易く、このため
、シリコ1ン己t Ill、!電1,1.!効果1〜ラ
ンジスタどしくの動(’lか不安定(〜ある、という欠
点を右していた。
よ−)−(、本発明は、上述した欠点のtZい、新μm
なシリ:、jンi’+4’ II!i!電界効果1〜ラ
ンジスタを提案I!/υどりるもの(゛、以下、図面を
伴なつC詳述するどこるh目ら明らかとなるであろう。
第1図は、本発明にJ、るシリコン薄膜電界効果1〜ラ
ンジスタの一例を示し、非晶質絶縁基板1土に1例えば
P型のアモルファス状ノリ至多結晶状のシリー=1ンイ
19膜2が、それ自体は公知の方法r )(1(ri影
形成れている。
ぞしく、そのシリコンR9Its! 2に、その全j9
ざを通じて、N型のソース領域3及びドレイン領域4が
、それ自体は公知の方法によ−)て形成されている。
また、シリコン薄膜2のソース領1哉3及びトレイン領
域4間の領域巳)−1に、グー1〜絶縁11S! 6を
介して、グー1〜電極7が、それ自体(J公知の方法に
よって形成されている1、
さらに、非晶質絶縁基板1]に、ソース化(1118及
びトレイン電極9が、され−(れソース領域3及びドレ
イン領域11に連結して、それ自体は公知の方法によっ
て形成され(いる。
以上の構成は、従来のシリ−1ン薄膜′市嬰効宋1ヘラ
ンジスタと見掛上11)1柾の(111成であるの(−
1これ以上の詳Ill説明は省略ザる、。
本発明によるシリニ1ン−AI7+1!l!電与す効5
121〜ノンシスタの一例は、上述した構成にd5い(
、−どのゲート絶縁膜6が、シリコンφV II斐2の
ソース領11・′(3及びドレイン領域4間の領域5に
接しでいる例えば熱酸化法によっ(形成されたslo・
イ11・膜10ど、そのS:O+薄膜10.1にスバツ
ウリング法によって形成された°r’il)○、イλI
; 1111! 11との積層体でなる構成を右づる。
実際上、このような積層体で4fるグー1〜絶縁JIT
、! Gは、熱酸化法に1こって5ICh薄膜10どな
るS!O+ 薄膜を形成し、次に、その5iOtit’
、’I摸上にスパッタリング法にJ:つTTa+0、薄
膜11となるTa)O7薄膜を形成して、Sin、薄膜
及びTa+Oi薄膜の積層体を得、次に、その積層体に
対し、水素雰囲気中での熱処理()も、i 1.u例え
ば450℃、時間例えば30分)をなし、然る後、ぞの
熱処理されたm囲体に対しパターンニング処理をなりこ
とによって形成される。
以上か、本発明・によるシリコン薄膜電界効果[・ラン
ジスタの一例構成である。
このJ、うな構成を有する本発明によるシリコン薄膜電
界効果1ヘランジスタの一例構成によれば、ゲート絶縁
膜6が、シリコン薄111i! 2のソース領域3及び
トレイン領域4間の領vi5に接しているS10.薄膜
10と、その3i0+薄膜10上にスパッタリング法に
よって形成された1a)Oh薄膜11との積層体でなる
ので、S!OF 薄膜10にお(プる正電荷と、Ta7
0s薄膜11におCプる負電荷どがHに↑]消し合うた
め、シリコン薄膜2のソース領域3及び1−1ツイン領
域4間の領域5と、ゲート絶縁膜6どの間の界面に、グ
ー1〜絶縁膜がl’ a HOh薄1jψの単一層でな
る冒頭で上述したシリコン薄膜1’7! ’j!’:
!/7効果トランジスタの場合は勿論、グー1〜絶Kl
、膜がS!O+薄膜の単一層てなる冒頭て1述した従来
のシリコン薄膜電界効果トランジスタの場合に比し、格
段的に少ない電伺密度しか右しくいない。
このことは、シリコン薄11!、! 2のソース領域3
及びドレイン領14間の領域と、グー1〜電極7との間
の、周波数10KHzを石りる印加電jIV(ポル1〜
)に対する静電容量C(規格舶)の関係を測定したとこ
ろ、第3図の曲線1に】1、すように、印加電圧Vが、
フラッ]・バンド’YE ’ff Vt(=−0,95
ボルト)を阜i%I−どした角側の領域で、静電容量C
の値が中央値をとるという結果が得られ、一方、第1図
にhlすA\発明に、1、るシリコン薄膜電界効果1ヘ
ランジスタの(11)成において、グー1へ絶縁膜6を
、1−a+ot酵膜の単一層(′なるしのにしたことを
除いて、第1図に承り本発明にJ、るシリコン薄膜電界
効果1−ランジスタど同様どし−C1上述したと同様の
印加電圧Vに夕=i Jる静電容量Cの関係を測定した
どころ、第3図の曲線1【に示ずJ:うに、印加電圧V
が、フラット電圧Vfを基準とした正側の領域で、静電
容11 Cが中央値をとるどいつ結果が得られlことこ
ろからも明らかである。
このため、第1図に示1“本発明にJ:るシリコン薄膜
電シINタJ果トランジスタの場合、そのエネルー1ニ
バンドを示している第2図から明らかなように、グー1
〜絶縁膜6を構成している5ICh%、91f!+!
10及び−[11)OiFa膜11に、それぞれrZ(
l或5及びS!O+ 薄膜10側にJ5いて、正及び負
の電前をイーiするが、エネルギバンドが、シリコン博
1f!J 2のソース領域及びドレイン領域間の領域5
のゲート絶縁膜6側において、小さな曲りしか有してい
ない。
因みに、’l−a 20 を薄膜11(7)71さを8
50入どする場合、S!0+ 記+1ル)10のj′I
い1 (八)に対重る、シリコン薄膜2のソース領1戟
3反O・ドレイン領域4間の領域F〕と、グー1〜絶縁
Its! にどの間の界面にお(プる電荷密磨[) (
10” cnr’ )の関係が、第4図に示()J、う
tこq4Ilられ、(二のため、−「a)Ot 薄膜1
1の厚さをE’3 り0人と・する場合、5hot薄膜
10の19さ1を、:(00〜/100人とすることに
よって、電(’I Xfl W l)を、0.5X10
″Cl1l−’以下に(+(< ’=Iることが−(さ
るものCある。
従って、第1図に示寸木発明にJ、るシリ−」ン薄膜電
界効果トランジスタによれtuff、閾1的電1]が、
グー1〜絶縁膜かSiOtii9膜またはΔη、203
薄+1uもしくはl−a、○、薄膜の甲一層−CI;る
場合に比し格段的に低い、とい)!l:+徴を右呪する
。
また、第1図に示り本発明にJ、るシリ」ンl)(・膜
電界効果トランジスタによF″Lば、ゲート絶縁膜6が
、そ17) S ! 02R’p !1210 ニJ:
ツー(、シリコン薄膜2のソース領域3及びドレイン
領域4間の領域5に接しているので、ゲート・絶RIl
’A 1fiS10.薄膜の単一層でなる冒頭で土jホ
した従来のシリコン薄膜電界効果1〜ランジスタの場合
と同様に、クー1〜絶縁19が、ゲート絶縁1!! h
< AL201 ’i、’i膜またはl−a + Oh
S’TJJ膜の甲一層でなる冒頭(・−1−述しlこ
従来のシリコン薄膜電界望J果トランジスタの場合に比
し、シリ」ン薄Il桑2のソース領域3及びドレイン領
域/l IiJの領1或5の電子をl+Ii 8’h−
46作作用低い。
このIこめ、第1図で上述した本発明にJ:るシリボン
薄膜電界効果トランジスタ(、XよtUま、閾値重重が
、グー1〜絶縁膜がA4+O+薄11斐ま1こは1−a
’、 04 薄膜の単−居でなる冒頭で上)ボしlこ従
メ(のシリ:1ンa膜電界効果トランジスタσ)場合に
比し、ソ動し難い、という特徴を有J−る。
さらに、第1図で上述した本発明にJ、るシiノ二1ン
薄膜電〜す効果1−ランジスタにJ: tt t、1、
り゛−1〜絶縁11う)6がI−a+oi薄膜11を有
し、イしくその誘電率が25であつ−C,Si Ch薄
B莫及びΔLr0r薄膜の場合に比し格段的に高(Aの
で、シリコン薄膜2のソース領1ヘコ3及0トレイン領
域4間の領域5と、グー1〜電極7との間の、静電容(
dが、同じグー1〜絶縁11シ)の1“、Jさく、ゲー
ト絶縁膜が丁a、oh薄膜の中 層C′なる冒υC)て
上述した従来のシリニ」ン薄11つ)宙97 /A)宋
トンンジスタの揚台と同様に、人(・ある、。
従って、第1図に示?l一本3B明1Jj、るシリ1ン
薄膜電界効果トランジスタの場合、高い相乃」ンタ゛ク
タンスを呈Jる、というQ:Jillを右りる、。
なおさらに、第1図に示η木発明ににるシリコン薄膜電
界効果トランジスタにJ、れ(よ、クー1へ絶縁1f!
J 6がTa r Oi 1WI3311をもし、−;
: ljて、その−「a +、Oi R9!I!、!1
1がスパッタリンク払にJ、って形成されているの(、
その−l−a 、、 Q、薄膜11が、シリコン薄膜2
のソース領域ご3及びドレイン領til1間のfij−
1i15の電子を廂511、・)る作用が低く、このた
め−1’ if ) O,1j9Ifう11’l中の電
子捕獲単位を10 v′am−’にまで゛低減化りるこ
とができ、このため、閾植電汁が、クー1〜絶縁11シ
がΔl+0’+ 薄膜または−1−a l Oi 4膜
の中−hηひなる冒0(1で上述した従来のシリニlン
易1151 j市)’i!効果1・−ノンジスタの場合
に比し変動しデ1[い0、
従・)で、第1図に示す本発明にJ、るシリコン薄膜電
界効果トランジスタの場合、シリコン薄11つ)電界効
里1−ランジスタとしての動作が、ゲート絶縁膜が△L
rO+薄膜Ohは王a70+ 薄1% a)jli一層
でイする冒+rt>で上述した従来のシリコン薄膜電界
効果トランジスタの場合に比し格段的に安定である、と
いう特徴を右する。[,1 is formed by anodic oxidation method or CVD method and is a single layer of ksi02 thin film or Al+O+ thin film or 1'a y (')5 thin film, so it has a low threshold (ffj voltage) and a high transconductance. Although it is desired that C1's motion be stable, these desired conditions have not been fully satisfied. '7I, - In a conventional silicon thin film field effect lR1 transistor having the configuration described above, its gate insulation 111. If j is a single layer of 3iCh thin film, then because the insulating film is a 3iCh thin film, at the interface between the region between the source region and the drain region of the silicon thin film 9 film and the gate insulating film, Goo 1 ~ Insulating film is AltOh
Since the charge density is lower than in the case of a single layer of thin film or 1a) Oi thin film, the threshold voltage is
-The insulating film has a characteristic that the resistance is lower than that of a single layer of ΔL20+ thin film or Ta+Oi thin film. The reason why the insulating film is SiO + thin is that the insulating film is Aj! , the +OI thin film layer is formed to have a lower electron trapping level than a single layer of Ta205 thin film, and the gate insulation II! a, the gate insulating film is AL+ Oi
The RGI film also has a lower electron trapping effect in the region between the source and drain regions of the silicon 1-in-W film than in the case of a single layer of thin film. Therefore, the threshold voltage of the gate insulating film is AjL+
Or u film J, lJ is 1°” r Oi RII film 1
It has the characteristic that it fluctuates less than when it is made of 11 layers. However, S10. The thin film has a dielectric value j↑ζ of 3.
4, since the Ta+Q+ thin film and the A fLrO+ thin film Oi have a small dielectric constant and C, there is an electric charge between the source region and the train region of the silicon thin film. n is the same gate insulation I
The thickness of Q, one gate/insulator) is l”il 70
I thin film or △, 203 thin II is smaller than △, compared to the case where it is a single layer of 1. , the thickness of the insulation film is 100
If it is thinned to a thickness such as 8 or less, electrons will pass through the insulation 11, and this /=me, 1 thin JIS for shi 1! Electricity 5ν effect Song 1 Heran Sister operation becomes unstable,
It had a lack of IAi. Furthermore, if the thickness of the insulating film is increased, the gate voltage will be reduced, and a high electric field of 10 V/cm or more will be applied to the film. A large number of electrons are generated at the interface between the region between the source region and the drain region of the thin film and the gate insulating film, and as a result, the region between the source region and the drain region of the silicon thin film, This has the drawback that a new I/II interface level is generated at the interface with the gate insulating film, resulting in a high threshold voltage. Just like that, if you change the thickness of the insulating film from Goo 1 to Goo 1,
~ Zetsumura, the membrane is generated as described above, many hot spots ~
The drawback is that the threshold voltage fluctuates due to the trapping of the 1-heron, which makes the operation as a silicon thin film field effect transistor unstable. In addition, in the conventional silicon thin film field effect transistor having the configuration described above, the gate insulating film is △J
, +0+ If the first layer of the thin film is A), then ΔL203 thin 1j has a dielectric E which is higher than the dielectric E of 8'(・A-)(, 3i0+), so ΔL203 thin 1j is The region between the source region and the train region of the silicon thin film and the goo 1
To save on static electricity between the electrode and the electrode, if the thickness of the insulating film is the same, there will be no problem! Compared to the case where it is made of a single layer of 5102 thin film, there is
! One way to avoid the above-mentioned drawbacks when using the first layer of +i
] The characteristic of being able to do things. However, at the interface between the region between the source and drain regions of e1 silicon thin film and the Goo 1-insulating film, 1Q
IT C111-1 and above, 1 to 1, 11) are S! 10 Ofi when consisting of a single layer of O+ thin film
In order to reduce the charge density of more than 1, the gate insulating film is higher than that of a single layer of 5ICh thin film (11). Since the insulating film is Aj,, Oi thin film, △Ly of A is
Due to the difficulty of forming the O+ thin film using the CV l) method, the gate insulating film has more electron trapping levels than when the insulating film is made of a single layer of S:O+ thin film of 1Q II Cl11-1 or higher. The gate insulating film or the insulating film is S! 1. With a single layer of O+ thin film. The effect of capturing electrons in the region between the source region and the drain region of the silicon thin film is higher than that in the case where the silicon thin film is separated from the source region and the drain region. For this reason, compared to the case where the gate insulating film is a single layer of 3iQ thin film, the threshold voltage changes more easily and the operation of silicon thin film field effect transistors is unstable. had. Furthermore, in a conventional silicon thin film field effect transistor having the 41+1 structure mentioned above, if the gate insulating film is a single layer of Ta205 thin film, ]-a, ○, the thin film has a dielectric constant of 25. Since it has a higher dielectric constant than the SiO7R film and the Al+Ch thin film, the region between the source region and the drain region of the silicon thin film,
The capacitance between the gate electrode and the gate electrode is the same)
, II! l! With the thickness of , the insulating film to goo 1 is 3iCh
11) Manoko is Δ (Lr O + thin 1 layer) compared to the case where the gate insulating film is made of a single layer of S i O + f + 9 films. , the goo 1 ~ insulating film is A
jl, q: 1 characteristic @ 4r tI that can be avoided and covered more than in the case of 111 single layer of +O + thin film
Ru. However, the goo [・insulation 11shi) is l-d+ Oh
Because it is an it+ film, a layer of goo (~5 x 10"cm-' or more) is formed at the interface between the region between the source and drain regions of the silicon thin film and the gate insulator 11.
When the insulating film is a ql layer C of 5102 thin films, 11-
Since it has a significantly higher charge density, it has a drawback that the threshold voltage is higher than that of the 171 type in which the gate insulating film is a SiO+'A') film. . Also, if the goo 1~insulating film is 1'a+Oin if;i 11
;l Chsu, and that "1alo+ thin film is formed by the anodic oxidation method Jl: /, :IJCV l) method. However, the effect of trapping electrons in the region between the source region and the drain region of the silicon 19 film is i'. (T's) 1. Silicon 1, 1, 1, 1, 1, !Effect 1 - The operation of a transistor ('I had a disadvantage of being unstable (~).) - (, The present invention is TZ of the above-mentioned drawbacks, new μm
Na Siri:, jn i'+4' II! i! Field effect 1 - Proposal of transistor I! /υ What will happen (゛) It will become clear from the following detailed description accompanied by drawings. Figure 1 shows an example of silicon thin film field effect 1 to transistor according to the present invention. For example, a P-type amorphous to polycrystalline film 2 is formed on an amorphous insulating substrate 1 by a method known per se. Desirably, that silicon R9Its! 2, all those J9
Throughout, an N-type source region 3 and a drain region 4 are formed in a manner known per se. In addition, in the region 1)-1 between the source region 13 and the train region 4 of the silicon thin film 2, goo 1 to insulation 11S! 6, the electrodes 1 to 7 are connected to the source (1118 and the train electrode 9) to the amorphous insulating substrate 1 formed by a known method. It is connected to the source region 3 and the drain region 11, and is formed by a method known per se. 1.
1. Further detailed explanation will be omitted. Sirinin1-AI7+1 according to the invention! l! Effect of giving electricity 5
An example of 121 to non-sister is d5 (
, - Which gate insulating film 6 is formed by, for example, thermal oxidation, in contact with the region 5 between the source region 11.'(3 and the drain region 4) of silicon φV II
A11・film 10, the S:O+thin film 10.1 was formed by the subaturing method °r'il)○, AλI
; 1111! The configuration consisting of a laminate with 11 is shown on the right. In practice, with such a laminate, 4f goo 1 ~ insulation JIT
,! G is 1 for thermal oxidation method and 5ICh thin film 10 is S! Form an O+ thin film and then 5iOtit'
A Ta)O7 thin film, which becomes the thin film 11, is formed on the I pattern by sputtering to obtain a laminate of a Sin thin film and a Ta+Oi thin film, and then the laminate is placed in a hydrogen atmosphere. The heat treatment () in i1. (for example, 450° C. for 30 minutes), and then patterning is performed on the heat-treated surrounding body. The above is an example of the structure of a silicon thin film field effect transistor according to the present invention. According to an exemplary configuration of a silicon thin film field effect transistor according to the present invention having this J, U configuration, the gate insulating film 6 is a silicon thin film 111i! S10. Since it is a laminate of a thin film 10 and a 1a) Oh thin film 11 formed on the 3i0+ thin film 10 by sputtering, S! OF thin film 10 (positive charge and Ta7
Since the negative charge C applied to the 0s thin film 11 cancels out to H↑], at the interface between the region 5 between the source region 3 and 1-1 twin region 4 of the silicon thin film 2 and the gate insulating film 6, Goo 1~The silicon thin film 1'7 mentioned at the beginning where the insulating film is a single layer of l' a HOh thin 1jψ! 'j! ':
! Of course, in the case of a /7 effect transistor, there is a
, the membrane is S! Compared to the conventional silicon thin film field effect transistor mentioned at the outset, which consists of a single layer of O+ thin film, a significantly lower electrical density is required. This means silicon thin 11! ,! 2 source area 3
The applied electric current jIV (pol 1 to
) and the capacitance C (standard vessel), we found that the applied voltage V was as shown in curve 1 in Figure 3.
FLAT] Band 'YE 'ff Vt (=-0,95
capacitance C in the area on the corner side where the bolt) is
On the other hand, in the invention shown in FIG. 1-Silicon thin film field effect according to the present invention according to FIG. When we measured the relationship between the capacitance C and the voltage V, we found that the applied voltage V
However, it is clear from the above that a result is obtained when the capacitance 11C takes the median value in the positive region with respect to the flat voltage Vf. For this reason, in the case of the silicon thin film capacitor transistor shown in FIG.
~5ICh%, 91f constituting the insulating film 6! +!
10 and -[11) rZ(
lor5 and S! O+ J5 is on the side of the thin film 10, and the positive and negative voltages are Ei, but the energy band is 1f! Region 5 between the source and drain regions of J2
There is only a small bend on the gate insulating film 6 side. By the way, 'l-a 20 is the thin film 11 (7) 71 is 8
If you want to enter 50, S! 0+ Note+1ru) 10 j'I
1 (8), the region F between the source region 1 and the O/drain region 4 of the silicon thin film 2] and the insulation Its! At the interface between the two, there is a charge density [) (
10"cnr') is shown in FIG.
When the thickness of 1 is E'3 and 0 people, by setting 19 of 5hot thin film 10 to :(00~/100 people), the electric current ('I Xfl W l) is 0.5X10
Below ``Cl1l-''(+(<'=I can be -(mono C). Therefore, the tuff, threshold 1 electrician 1] is,
Goo 1 ~ Insulating film or SiOtii9 film or Δη, 203
Thin+1u or l-a, ○, the first layer of the thin film -CI; it is much lower than when it is thin)! l: Curse the + sign to the right. In addition, as shown in FIG. 1 and according to the present invention, the gate insulating film 6 is 17) S!02R'p!1210 :
2 (, since it is in contact with the region 5 between the source region 3 and the drain region 4 of the silicon thin film 2, the gate isolation RIl
'A 1fiS10. As in the case of the conventional silicon thin film field effect transistors described at the beginning, which are made of a single layer of thin film, the gate insulation 1! ! h
< AL201 'i,'i membrane or l-a + Oh
The first layer of the S'TJJ film (-1-1) is compared to the case of a conventional silicon thin film field effect transistor, the source region 3 and the drain region/l of the silicon thin film 2. The electron in region 1 or 5 of IiJ is l+Ii 8'h-
46 Low action. In addition, in the present invention described above in FIG. 1, J: silicon thin film field effect transistor (,
', 04 It has the characteristic that it is difficult to move compared to the case of a single-layer thin film field effect transistor (a). . Furthermore, according to the present invention described above in FIG.
The dielectric constant is 25 and is much higher ( Since A, the electrostatic capacitance (
d is 1" of the same goo 1 to insulation 11), J is the thickness of the gate insulating film, and the gate insulating film is the middle layer C' of the oh thin film. /A) Similar to the lift stage of the Song Tung transistor, there is a person (・There is. Therefore, in the case of the silicon thin film field effect transistor shown in Fig. In addition, the silicon thin film field effect transistor according to the invention shown in FIG.
If J 6 does Tar Oi 1WI3311, -;
: ljte, that-“a +, Oi R9!I!,!1
1 is formed as J on the sputter link (,
-l-a,, Q, the thin film 11 is the silicon thin film 2
fij- between the source region 3 and the drain region til1
The effect of 511, ·) on the electrons of 1i15 is low, and therefore the electron capture unit in -1'if)O,1j9If11'l can be reduced to 10 v'am-'. , For this reason, the threshold voltage is 0 (1151 j city)'i! Effect 1 - compared to the case of a non-transistor, the field effect of the silicon thin film field effect transistor is changed by 1 [0, 1], and in the case of the silicon thin film field effect transistor of the present invention shown in FIG. 1-Operation as a transistor is possible if the gate insulating film is △L
The rO+ thin film Oh is characterized by being much more stable than the conventional silicon thin film field effect transistor described above.
第1図は、本発明に依るシリコン薄膜電界効9シ1−ラ
ンジスタの一例を示す一路線的断面図である。
牙12図は、第1図に示ず本発明にJ、るシリコンJv
膜電界効果(−ランジスタの、シリコン薄膜のソース領
域及びドレイン領域間の領域と、グー1〜絶縁膜どの間
の界面の電荷密度の分布を承り、エネルギバンド図であ
る。
第3図は、第1図に示Jホ光明にJ:るシリ1ン薄膜電
界効果1〜ランジスクの、シリ−1ンtti’ IIG
Iのソースダ1域及びドレイン領1へ間の1a′1域ど
、グー1〜絶縁膜との間の界面の電荷密瓜の説明にlj
する、シリコン薄膜のソース領域及びトレrン領域間の
領域と、グー1〜電極との間の印加重重V(ボルト)に
対重る、それら間の静電f9 ’+’ C(規格化され
た)の関係を示・フ曲線図(・(イる。。
第4図は、第1図に示づ本発明にJるシリ lン薄膜電
界効果1〜ランジスタの、ゲート絶紅11分を構成して
いるTa、04RQ膜の11,1さ’t:ε3 !’)
(’、)八としたときの、ゲート・絶縁Ilr、H)
をイ^1成しくいるS!O+薄膜の厚さに対りる、シリ
−1ン、:;・膜のソース領域及びドレイン領域間の領
域と li’−1〜絶縁11う)との間の界面の電荷;
うτ;1哀1)の関係イ・′小ツ図て゛ある。
1・・・・・・・・・・・・・・・・・・非晶rIij
16縁!it1に2・・・・・・・・・・・・・・・・
・・シリニJンii、’/ I11/!3・・・・・・
・・・・・・・・・・・・ソース領域4・・・・・・・
・・・・・・・・・・・ドレイン領域6・・・・・・・
・・・・・・・・・・・ゲート・絶縁:膜7・・・・・
・・・・・・・・・・・・・グー1〜゛市極8・・・・
・・・・・・・・・・・・・・ソース電(i(9・・・
・・・・・・・・・・・・・・・ドレイン領域10・・
・・・・・・・・・・・・・・・・3iCh 薄B9
11・・・・・・・・・・・・・・・・・・l−a+o
i 薄膜出願人 1−1木゛市信電話公社
第1図
第2図
6
第3図
え
(FIG. 1 is a sectional view showing an example of a silicon thin film field effect transistor according to the present invention. Fig. 12 is a silicon Jv which is not shown in Fig. 1 and is included in the present invention.
The film field effect (- is an energy band diagram showing the charge density distribution in the region between the silicon thin film source and drain regions of the transistor and the interface between the goo 1 and the insulating film. Figure 1 shows the silicon thin film field effect 1 to the silicon tti' IIG shown in Figure 1.
In order to explain the charge density at the interface between the source region 1 and the drain region 1 of I, such as the region 1a'1 between the region 1 and the insulating film,
, the electrostatic charge f9 '+' C (normalized Fig. 4 shows the relationship between the silicon thin film field effect 1 and transistor according to the present invention shown in Fig. 1. 11,1 of the constituting Ta, 04RQ film 't:ε3!')
(',) When set to 8, gate insulation Ilr, H)
I'm so happy! The charge at the interface between the region between the source and drain regions of the film and the insulator 11), relative to the thickness of the O+ thin film;
There is a small diagram of the relationship between 1) and 1). 1・・・・・・・・・・・・・・・・・・Amorphous rIij
16 ties! it1 to 2・・・・・・・・・・・・・・・
...Sirini Jii,'/I11/! 3...
・・・・・・・・・・・・Source area 4・・・・・・・・・
......Drain region 6...
・・・・・・・・・・・・Gate/Insulation: Film 7・・・・・・
・・・・・・・・・・・・Gu 1~゛Ichigoku 8・・・
・・・・・・・・・・・・・・・ Source voltage (i(9...
・・・・・・・・・・・・Drain region 10...
・・・・・・・・・・・・・・・3iCh Thin B9
11・・・・・・・・・・・・・・・l-a+o
i Thin film applicant 1-1 Thu. City Telephone and Telephone Corporation Figure 1 Figure 2 Figure 6 Figure 3
Claims (1)
該シリコン薄膜にソース領域及びドレイン領域が形成さ
れ、上記シリコン薄膜の上記ソース領域及び上記トレイ
ン領域間の領″′−域上に、グー1〜絶縁膜を介しく−
、ゲート電極が配されている構成を有するシリコン薄膜
電界効果トランジスタにおいC1 上記ゲート絶縁膜が、上記シリコン薄膜の上記ソース領
域及びドレイン領域間の領域に接しているS!O+薄膜
と、該S ! Or FJ[’A上のスパッタリング法
によって形成されたTa205薄膜どの積層体でなるこ
とを特徴とするシリコン薄膜電界効果トランジスタ。[Claims] A thin silicon film is deposited on an insulating substrate,
A source region and a drain region are formed in the silicon thin film, and a goo 1 to - region is formed on the region between the source region and the train region of the silicon thin film through an insulating film.
In a silicon thin film field effect transistor having a structure in which a gate electrode is arranged, C1, the gate insulating film is in contact with a region between the source region and the drain region of the silicon thin film, S! O+ thin film and the S! A silicon thin film field effect transistor comprising a stack of Ta205 thin films formed by sputtering on Or FJ['A.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58084848A JPS59210671A (en) | 1983-05-14 | 1983-05-14 | silicon thin film field effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58084848A JPS59210671A (en) | 1983-05-14 | 1983-05-14 | silicon thin film field effect transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59210671A true JPS59210671A (en) | 1984-11-29 |
Family
ID=13842218
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58084848A Pending JPS59210671A (en) | 1983-05-14 | 1983-05-14 | silicon thin film field effect transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59210671A (en) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1983
- 1983-05-14 JP JP58084848A patent/JPS59210671A/en active Pending
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