JP2678596B2 - Thin film transistor - Google Patents
Thin film transistorInfo
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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]
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はアクティブマトリックス方式の液晶ディスプ
レイやイメージセンサや3次元集積回路などに応用され
る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は、例えばディスプレイ国際
会議(lnternational Display Research Conference)
の1985年論文集p.30−p.31に示されるような構造であっ
た。この構造を一般化して、その概要を第2図に示す。
ガラス、石英サファイア等の絶縁基板201上に、クロム
等のゲート電極202と、これを被覆するようにゲート絶
縁膜203とが設けられている。この上に、非品質シリコ
ン薄膜から成るチャネル領域204と、このチャンネル領
域端の上側に接して、ドナーあるいはアクセスプタとな
る不純物を添加した非晶質シリコン薄膜から成るソース
領域205及びドレイン領域206が形成されている。さらに
これに接して、ソース電極207とドレイン電極208が設け
られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、従来の薄膜トランジスタは次のような問題点
を有していた。
すなわち、OFF電流(トランジスタがオフ状態の時に
流れるソース・ドレイン間の電流)を小さくするために
は、チャネル領域204が高抵抗を維持できるように、ソ
ース領域205とドレイン領域206を形成する際、その中に
含まれるドナーあるいはアクセプタとなる不純物がチャ
ネル領域204中に拡散しないようにしなくてはならな
い。しかし、逆にこのために、ソース・ドレイン領域の
不純物濃度を下げて該領域の抵抗が高くなったり、ある
いは、ソース・ドレイン領域に接するチャンネル領域に
も不純物が拡散しにくくなって高抵抗のチャネル領域の
膜厚分に相当する抵抗が高くなったりするなど、寄生抵
抗の増大が顕著になっていた。つまり、ゲート絶縁膜20
3とチャネル領域204の界面に誘起される反転層のキャリ
アは該寄生抵抗RSを介して、ソース領域205あるいはド
レイン領域206へ流れるが、RSが大きいために、いかに
反転層の等価抵抗を下げても、ON電流(トランジスタが
オン状態の時に流れるソース・ドレイン間の電流)は小
さく抑えられてしまっていた。
第3図は上記の問題点を定量的に明らかにするための
薄膜トランジスタの等価回路【図面のである。VG、V
D、IDはそれぞれゲート電圧、ドレイン電圧、ドレイ
ン電流である。VGE、VDEはそれぞれトランジスタ
に加えられる実効的なゲート電圧、ドレイン電圧であ
り、次式で表される。
VGE=VG−IDRS (1)
VDE=VD−2IDRS (2)
したがって、直列抵抗成分RSによって実効的にゲート
電圧、ドレイン電圧が低下し、ON電流が減少する。この
とき、VG−Vth>VDの下では
ID=β(VGE−Vth)VDE (3)
であるから(1)(2)(3)式より
となる。ここにβはトランジスタのゲイン(β=W/L C
OXμ、Lはチャネル長、Wはチャネル幅、COXはゲート
絶縁膜の容量、μは移動度)、IOはRS=0のときのドレ
イン電流である。したがってIDは(4)式の分母の第2
項分だけ少することになる。しかも、ON電流を大きくす
るためβ、VG、VDを大きくするほど、IDの減少効果が顕
著になることがわかる。
本発明はこのような問題点を解決するものであり、そ
の目的とするところは、チャネル領域を高抵抗に保ちつ
つ寄生抵抗RSを小さくすることができる薄膜トランジス
タを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、絶縁基板上に形成される薄膜トランジスタ
において、該薄膜トランジスタのソース領域及びドレイ
ン領域はドナーあるいはアクセプタとなる不純物が添加
された第1シリコン薄膜からなる分離された島状の領域
からなり、該薄膜トランジスタの該ソース及びドレイン
領域の膜厚は500〜3000オングストロームからなり、該
薄膜トランジスタのチャネル領域は該ソース・ドレイン
領域の間と上面の一部に形成された第2シリコン薄膜か
らなり、ソース電極は該ソース領域と接続するように形
成されてなり、ドレイン電極は該ドレイン領域と接続す
るように形成されてなり、ゲート絶縁膜は該ソース電極
・該ソース領域・該チャネル領域・該ドレイン領域・該
ドレイン電極を完全に被覆するように形成されてなり、
ゲート電極は該チャネル領域上の該ゲート絶縁膜上に形
成されてなることを特徴とする。
〔実施例〕
以下、実施例に基づいて本発明を詳しく説明する。
第1図は本発明の実施例による薄膜トランジスタを示
す断面構造図の1例である。ガラス、石英、サファイア
等の絶縁基板101上に、ドナーあるいはアクセプタとな
る不純物を添加した膜厚500〜5000Å多結晶シリコン、
非晶質シリコン等のシリコン薄膜から成るソース領域10
2及びドレイン領域103が形成されている。このソース領
域端の上側と、ドレイン領域端の上側に接して、この両
者を結ぶように多結晶シリコン、あるいは非晶質シリコ
ン等のシリコン薄膜から成るチャネル領域104が設けら
れている。また、金属、透明導電膜等から成るソース電
極105がソース領域102に接しており、同じドレイン電極
106がドレイン領域103に接している。これら全体をSi
O2、SiNX、SiON等のゲート絶縁膜107が被覆しており、
この上に金属、透明導電膜等から成るゲート電極108が
設けられている。ゲート絶縁膜107は配線間の絶縁を保
持する層間絶縁膜も兼ねている。このように構成された
薄膜トランジスタでは、チャネル量医を高抵抗にしてOF
F電流を低く保ちつつ、寄生抵抗RSを小さくすることが
可能である。まず、多量に不純物を含有したシリコン薄
膜から成るソース領域102及びドレイン領域103があらか
じめ形成しているところへ、チャネル領域104となるシ
リコン薄膜を形成するため、ソース・ドレイン領域内の
不純物がチャネル領域全体に拡散することがなく、チャ
ネル領域の高抵抗を維持して、OFF電流を低く抑えるこ
とができる。しかも、ソース・ドレイン領域近傍のチャ
ネル領域のシリコン薄膜へは、該シリコン薄膜自身の形
成工程中の温度によりソース・ドレイン領域中の不純物
が拡散し、抵抗が減少する。したがって寄生抵抗RSを小
さくすることが可能である。
また、本発明によれば、チャネル領域のシリコン薄膜
の膜厚制御性が向上する。すなわち、従来のように、ソ
ース・ドレイン領域をパターニングする際のエッチング
の終点によりチャネル領域のシリコン薄膜の膜厚が決定
するのではなく、シリコン薄膜の形成のみによってその
膜厚が規定される。したがってエッチングのバラツキの
影響を受けることがなく、正確な膜厚の制御が可能であ
る。特に、チャネル領域を高抵抗にしてOFF電流を減少
させると共に、シリコン薄膜中の空間電荷量を減らして
しきい値電を下げON電流を増大させるためには、チャネ
ル領域のシリコン薄膜の膜厚を極力薄くすることが重要
であり、薄膜トランジスタの特性を向上させる上で、上
記のように極薄のシリコン薄膜の膜厚を精度良く制御で
きることは絶大な効果を有する。
さらに、ソース領域102及びドレイン領域103へは、チ
ャネル領域への余分な不純物の拡散を気にすることな
く、十分多量の不純物を添加することができるため、ソ
ース・ドレイン領域自身の抵抗が下がると共に、ソース
電極105及びドレイン電極106とのオーミック接触性が向
上し、結果的には寄生抵抗RSの一層の低減に寄与する。
第4図は、第1図に示したソース領域102、ドレイン
領域103を形成するシリコン膜厚と寄生低抗RS、ドレイ
ン電流lDの関係を示したものである。ここでゲート電圧
VGSは20V、ドレイン電圧VDSは4V、トランジスタのサイ
ズはチャネル長Lは20μm、チャネル幅Wは10μmであ
る。該ソース領域102、ドレイン領域103へは十分多量の
不純物の添加は可能であるが、該シリコン薄膜の膜厚が
500Åより薄くなると、該シリコン薄膜自身の持つ抵抗
値が増加する効果と、該抵抗値の増加に伴いソース電極
105、ドレイン電極106と該ソース領域102、ドレイン領
域103とのコンタクト抵抗値が増加する効果により、寄
生抵抗RSが急激に増加する。寄生抵抗RSの増加に伴い、
ドレイン電流IDは減少する。従って、ソース領域102、
ドレイン領域103を形成するシリコン薄膜の膜厚は500Å
以上にしなくてはならない。
また、フルカラー高精細の液晶ディスプレイを得るた
めには、現在ワードプロセッサの表示体などとして使わ
れている白黒表示の300μmピッチの画素よりもさらに
微細な画素ピッチ、すなわち100μmピッチ程度の画素
が必要である。それは、白黒表示では1つの画素であっ
たものを、フルカラー化するには、従来1つであった画
素を赤、青、緑で構成される3つの画素に分割する必要
のあること、さらには現在の画素数に比べ3倍程度の高
画素数にしないと、高精細のディスプレイは得られない
という2つの要求から来るものでる。そして、画素ピッ
チが、100μmと小さくなると、液晶ディスプレイを表
示するために液晶に書き込んだ電荷の保持が特に重要と
なる。それは電荷がもれてしまうと、表示品質が悪化す
るからである。そこで、100μmピッチの画素に必要な
電荷の保持特性、すなわち薄膜トランジスタのオフ電流
Ioffがどの程度必要か見積もってみる。画素を構成する
液晶に書き込まれた電荷Qは、
Q=CLCDV
で与えられる。CLCDは液晶の容量であり、Vは液晶に印
加された電圧である。電荷Qは、1フィールド(16mse
c)中に薄膜トランジスタのリーク電流により減少する
が、その減少量は、液晶に印加されている電圧Vの変化
量△Vが0.1V以下になるようにしなくてはならない。さ
もないと、階調の変化分として目で認識できるからであ
る。従って電荷の変化量△Qは
△Q≦CLCD△V=0.1CLCD (5)
となる。また、1フィールド中に薄膜トランジスタを通
して流れ出る電荷量△Q′は
△Q′=IOFFt=16×10-3Ioff (6)
となる。(5)式と(6)式を等しいと置き、液晶の誘
電率を10、画素のギャップ長を10μmとおくとIoffは
Ioff=5.5×10-13A
となる。従ってIoffは0.55PA以下にしなくてはならな
い。
第5図は、第1図に示したソース領域102、ドレイン
領域103を形成するシリコン薄膜の膜厚と薄膜トランジ
スタがOFFした際の電流値Ioffとの関係を示したもので
あ。ここでドレイン電圧VDSは4V、トランジスタのサイ
ズはチャネル長Lは20μm、チャネル幅Wは10μmであ
る。図5よりIoffが0.55PA以下になるのは該シリコン薄
膜の膜厚が5000Å以下のときである。従って、該シリコ
ン薄膜の膜厚は5000Å以下にしなくてはならない。
また、第5図中該シリコン薄膜の膜厚3000ÅがIoffに
関する変曲点となり、該膜厚以下で、Ioffが0.55PAを満
足する微小な一定値にほぼ安定するのは次の理由によ
る。第6図(a)、(b)は、薄膜トランジスタがオフ
状態になった際のドレイン領域内の空乏層の広がりを示
したものである。空乏層110の大きさはゲート絶縁膜108
とチャネル領域104を通して印加されるゲート電圧V
GSと、ドレイン電圧VDSのバランスによって決定される
が、最大値Xdmaxを持つことが知られている。また空乏
層は内部にキャリアがないので、高抵抗領域である。第
6図(a)は、ドレイン領域103のシリコン薄膜の膜厚
が、該Xdmaxよりも厚い場合の図である。第6図(a)
中の矢印Aで示した経路を通ってキャリアはドレイン領
域103からチャネル領域104に通過するが、この際キャリ
アが通過する空乏層長は高々Xdmaxである。ところが、
第6図(b)に示したようにドレイン領域103のシリコ
ン薄膜の膜厚がXdmaxよりも薄くなると、空乏層はドレ
イン領域103の膜中全体に広がるようになる。すると、
第6図(b)中の矢印Bで示したキャリアが通過する空
乏層長はCとなる。Xdmaxは第5図に示すグラフの折曲
点の3000Åとなり、またCはマスクの合わせ余裕などか
ら5μm程度となり、
C>Xdmax
であるので、第6図(a)よりも(b)の方がIoffは小
さく、これ以上該シリコン薄膜の膜厚を薄くしてもIoff
はあまり変化しない。また、ドレイン領域103の膜厚がX
dmaxと等しくなる際にIoffに関する変曲点を生じる。そ
の膜厚が3000Åである。従って、ドレイン領域103の膜
厚は3000Å以下であることがさらに望ましい。ソース領
域102についても同様に3000Å以下であることがさらに
望ましい。
第7図は本発明による薄膜トランジスタの特性の一例
を示すグラフである。横軸はゲート電圧VGS、縦軸はド
レイン電流IDの対数値である。ドレイン電圧VDSは4V、
チャネル長Lは20μm、チャネル幅Wは10μmである。
チャネル領域のシリコン薄膜には多結晶シリコンを用
い、その膜厚は200Åである。グラフから明らかなよう
に、多結晶シリコン薄膜自身は高抵抗が維持され、ソー
ス領域およびドレイン領域の多結晶5、膜厚を5000Å以
下にすることにより5.5×10-13A以下のOFF電流が得られ
ている。またソース領域及びドレイン領域の膜厚を500
Å以上に保ちつつ、200Åという極めて薄い膜厚を採用
することができるため、空間電荷量が減り、しきい値電
圧の小さい、すなわちOFF状態からON状態へ急岐に遷移
し、ON電流の大きい良好な特性が得られている。また本
発明によればさらに薄いシリコン薄膜の適用も可能であ
る。
〔発明の効果〕
本発明は次のような優れた効果を有する。
第1に、ソース領域およびドレイン領域のシリコン薄
膜厚を,500〜3000Åに設定することによりチャネル領域
のシリコン薄膜を高抵抗に保ちながら、寄生抵抗RSを小
さくすることができる。これにより、小さいOFF電流と
大きいON電流が初めて両立できる。
第2に、チャネル領域のシリコン薄膜の膜厚を正確に
制御できる。これにより、トランジスタの特性を向上さ
れる上での必須要件である極薄のシリコン薄膜を、均一
にかつ再現性良く実現することができる。
第3に、ソース領域及びドレイン領域へは、他に悪影
響を及ぼすことなく多量の不純物を添加することができ
るためソース領域とソース電極、あるいはドレイン領域
とドレイン電極との間のオーミック接触性が改善され
る。これにより、特にドレイン電圧VDSの小さい時のト
ランジスタ特性が大幅に向上する。
第4に、チャネル領域のシリコン薄膜及びソース・ド
レイン領域のシリコン薄膜は、ゲート絶縁膜によって完
全に被覆されているため、自動的にパシベーション効果
が発揮できる。
第5に、本発明の薄膜トランジスタを製造する上で特
別な高温熱処理は不必要であるため、安価な通常のガラ
ス基板の上に作製でき、安価で大面積なアクティブマト
リックス基板への適用が可能である。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thin film transistor applied to an active matrix type liquid crystal display, an image sensor, a three-dimensional integrated circuit, or the like. [Prior Art] A conventional thin film transistor is, for example, an international display research conference.
The structure was as shown in 1985 p.30-p.31. This structure is generalized, and its outline is shown in FIG.
A gate electrode 202 made of chromium or the like and a gate insulating film 203 so as to cover the gate electrode 202 are provided on an insulating substrate 201 made of glass, quartz sapphire, or the like. On this, a channel region 204 made of a non-quality silicon thin film, and a source region 205 and a drain region 206 made of an amorphous silicon thin film doped with an impurity to be a donor or an accessor are in contact with the upper side of the end of the channel region. Has been formed. Further, a source electrode 207 and a drain electrode 208 are provided in contact with this. [Problems to be Solved by the Invention] However, the conventional thin film transistor has the following problems. That is, in order to reduce the OFF current (current flowing between the source and the drain when the transistor is off), when forming the source region 205 and the drain region 206 so that the channel region 204 can maintain high resistance, It is necessary to prevent impurities, which are contained therein and serve as donors or acceptors, from diffusing into the channel region 204. However, conversely, for this reason, the impurity concentration of the source / drain region is lowered to increase the resistance of the region, or the impurities are less likely to diffuse into the channel region in contact with the source / drain region, and the high-resistance channel is formed. The increase in parasitic resistance has been remarkable, such as the increase in resistance corresponding to the film thickness of the region. That is, the gate insulating film 20
Carriers of the inversion layer induced at the interface between 3 and the channel region 204 flow to the source region 205 or the drain region 206 via the parasitic resistance RS. However, since RS is large, how to reduce the equivalent resistance of the inversion layer. However, the ON current (current between the source and drain that flows when the transistor is in the ON state) was kept small. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a thin film transistor for quantitatively clarifying the above problems. V G , V
D 1 and I D are the gate voltage, the drain voltage, and the drain current, respectively. V GE and V DE are effective gate voltage and drain voltage applied to the transistor, respectively, and are represented by the following equations. V GE = V G −I D R S (1) V DE = V D −2 I D R S (2) Therefore, the series resistance component RS effectively lowers the gate voltage and drain voltage and reduces the ON current. . At this time, under V G −V th > V D , I D = β (V GE −V th ) V DE (3) Therefore, from equations (1), (2), and (3), Becomes Where β is the gain of the transistor (β = W / LC
OX μ, L is the channel length, W is the channel width, C OX is the capacitance of the gate insulating film, μ is the mobility), and I O is the drain current when R S = 0. Therefore, I D is the second denominator of equation (4).
It will be reduced by the number of terms. Moreover, it can be seen that as β, V G , and V D are increased to increase the ON current, the effect of reducing I D becomes more remarkable. The present invention solves such a problem, and an object of the present invention is to provide a thin film transistor capable of reducing the parasitic resistance R S while maintaining a high resistance in the channel region. [Means for Solving the Problem] The present invention provides a thin film transistor formed on an insulating substrate, in which a source region and a drain region of the thin film transistor are separated from each other by a first silicon thin film doped with an impurity to be a donor or an acceptor. Island-shaped regions, the source and drain regions of the thin film transistor have a film thickness of 500 to 3000 angstroms, and the channel region of the thin film transistor is formed between the source and drain regions and part of the upper surface. 2 silicon thin film, the source electrode is formed so as to be connected to the source region, the drain electrode is formed so as to be connected to the drain region, and the gate insulating film is formed by the source electrode, the source region, and the source region. It is formed so as to completely cover the channel region, the drain region, and the drain electrode. Now,
The gate electrode is formed on the gate insulating film on the channel region. [Examples] Hereinafter, the present invention will be described in detail based on Examples. FIG. 1 is an example of a sectional structural view showing a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. Glass, quartz, on an insulating substrate 101 such as sapphire, a film thickness of 500 ~ 5000 Å polycrystalline silicon doped with impurities to serve as donors or acceptors,
Source region 10 made of a silicon thin film such as amorphous silicon
2 and the drain region 103 are formed. A channel region 104 made of a silicon thin film such as polycrystalline silicon or amorphous silicon is provided so as to contact the upper side of the source region end and the upper side of the drain region end so as to connect them. The source electrode 105 made of metal, a transparent conductive film, or the like is in contact with the source region 102, and the same drain electrode
106 is in contact with the drain region 103. All of these are Si
A gate insulating film 107 such as O 2 , SiN x , and SiON is coated,
A gate electrode 108 made of metal, a transparent conductive film, or the like is provided on this. The gate insulating film 107 also serves as an interlayer insulating film that maintains insulation between wirings. In a thin film transistor configured in this way, the
It is possible to reduce the parasitic resistance R S while keeping the F current low. First, in order to form the silicon thin film to be the channel region 104 at the place where the source region 102 and the drain region 103 made of the silicon thin film containing a large amount of impurities are formed in advance, the impurities in the source / drain region are It is possible to maintain the high resistance of the channel region and suppress the OFF current to a low level without diffusing all over. In addition, impurities in the source / drain regions diffuse into the silicon thin film in the channel region near the source / drain regions due to the temperature during the process of forming the silicon thin film itself, and the resistance decreases. Therefore, it is possible to reduce the parasitic resistance R S. Further, according to the present invention, the film thickness controllability of the silicon thin film in the channel region is improved. That is, unlike the conventional case, the film thickness of the silicon thin film in the channel region is not determined by the etching end point when patterning the source / drain regions, but the film thickness is defined only by the formation of the silicon thin film. Therefore, it is possible to accurately control the film thickness without being affected by variations in etching. In particular, in order to increase the resistance of the channel region to reduce the OFF current, and to reduce the amount of space charge in the silicon thin film to reduce the threshold voltage and increase the ON current, the thickness of the silicon thin film in the channel region is set to It is important to make the thickness as thin as possible, and in order to improve the characteristics of the thin film transistor, it is extremely effective to accurately control the thickness of the ultrathin silicon thin film as described above. Furthermore, since a sufficiently large amount of impurities can be added to the source region 102 and the drain region 103 without paying attention to the diffusion of extra impurities into the channel region, the resistance of the source / drain region itself is lowered. Ohmic contact with the source electrode 105 and the drain electrode 106 is improved, and as a result, the parasitic resistance R S is further reduced. FIG. 4 shows the relationship between the film thickness of silicon forming the source region 102 and the drain region 103 shown in FIG. 1, the parasitic low resistance R S , and the drain current I D. Where the gate voltage
The V GS is 20 V, the drain voltage V DS is 4 V, and the transistor size is that the channel length L is 20 μm and the channel width W is 10 μm. A sufficiently large amount of impurities can be added to the source region 102 and the drain region 103, but the thickness of the silicon thin film is
When the thickness is less than 500Å, the resistance of the silicon thin film itself increases, and the source electrode increases with the increase of the resistance.
The parasitic resistance R S rapidly increases due to the effect of increasing the contact resistance value between the drain electrode 106 and the source region 102 and the drain region 103. As the parasitic resistance R S increases,
The drain current I D decreases. Therefore, the source region 102,
The thickness of the silicon thin film that forms the drain region 103 is 500Å
You have to do this. Further, in order to obtain a full-color high-definition liquid crystal display, it is necessary to have a finer pixel pitch, that is, a pixel with a pitch of about 100 μm, than the pixel with a pitch of 300 μm for monochrome display which is currently used as a display body of a word processor. . It is necessary to divide the pixel that was one pixel in black and white display into full color, and to divide the pixel which was one in the past into three pixels composed of red, blue and green. There are two demands that a high-definition display cannot be obtained unless the number of pixels is three times as high as the current number of pixels. When the pixel pitch becomes as small as 100 μm, it becomes particularly important to retain the electric charge written in the liquid crystal for displaying the liquid crystal display. This is because the display quality deteriorates if the electric charge is leaked. Therefore, the charge retention characteristics necessary for 100 μm pitch pixels, that is, the off current of the thin film transistor
Estimate how much Ioff is needed. The charge Q written in the liquid crystal forming the pixel is given by Q = C LCD V. C LCD is the capacitance of the liquid crystal, and V is the voltage applied to the liquid crystal. The charge Q is 1 field (16mse
In step c), the leak current of the thin film transistor decreases, but the amount of decrease must be such that the change amount ΔV of the voltage V applied to the liquid crystal is 0.1 V or less. Otherwise, it can be visually recognized as a change in gradation. Therefore, the amount of change in charge ΔQ is ΔQ ≦ C LCD ΔV = 0.1C LCD (5). The amount of charge ΔQ ′ flowing out through the thin film transistor in one field is ΔQ ′ = I OFF t = 16 × 10 −3 I off (6). If the equations (5) and (6) are set to be equal, and the dielectric constant of the liquid crystal is 10 and the gap length of the pixel is 10 μm, Ioff is I off = 5.5 × 10 −13 A. Therefore, I off must be 0.55 PA or less. FIG. 5 shows the relationship between the film thickness of the silicon thin film forming the source region 102 and the drain region 103 shown in FIG. 1 and the current value Ioff when the thin film transistor is turned off. Here, the drain voltage V DS is 4 V, the transistor size is such that the channel length L is 20 μm and the channel width W is 10 μm. From FIG. 5, I off becomes 0.55 PA or less when the film thickness of the silicon thin film is 5000 Å or less. Therefore, the thickness of the silicon thin film must be 5000 Å or less. Further, in FIG. 5, the film thickness 3000 Å of the silicon thin film is an inflection point regarding I off , and below the film thickness, I off is stable to a minute constant value satisfying 0.55 PA for the following reason. . FIGS. 6A and 6B show the spread of the depletion layer in the drain region when the thin film transistor is in the off state. The size of the depletion layer 110 is the size of the gate insulating film 108.
And the gate voltage V applied through the channel region 104
It is known to have a maximum value X dmax , which is determined by the balance between GS and the drain voltage V DS . Further, since the depletion layer has no carriers inside, it is a high resistance region. FIG. 6A is a diagram in the case where the film thickness of the silicon thin film in the drain region 103 is thicker than the X dmax . FIG. 6 (a)
The carriers pass from the drain region 103 to the channel region 104 through the path indicated by the arrow A, and the length of the depletion layer through which the carriers pass at this time is at most X dmax . However,
As shown in FIG. 6B, when the thickness of the silicon thin film in the drain region 103 becomes smaller than X dmax , the depletion layer spreads throughout the drain region 103. Then
The length of the depletion layer through which the carriers shown by the arrow B in FIG. 6B pass is C. X dmax is 3000 Å which is the bending point of the graph shown in FIG. 5, and C is about 5 μm due to the mask alignment margin and the like, and C> X dmax . I off is smaller, and even if the thickness of the silicon thin film is further reduced, I off
Does not change much. In addition, the thickness of the drain region 103 is X
An inflection point for I off occurs when it equals dmax . Its film thickness is 3000Å. Therefore, it is more desirable that the film thickness of the drain region 103 is 3000 Å or less. Similarly, the source region 102 is more preferably 3000 Å or less. FIG. 7 is a graph showing an example of characteristics of the thin film transistor according to the present invention. The horizontal axis represents the gate voltage V GS , and the vertical axis represents the logarithmic value of the drain current ID . Drain voltage V DS is 4V,
The channel length L is 20 μm and the channel width W is 10 μm.
Polycrystalline silicon is used for the silicon thin film in the channel region, and the film thickness is 200Å. As is clear from the graph, the polycrystalline silicon thin film itself maintains a high resistance, and an OFF current of 5.5 × 10 -13 A or less can be obtained by setting the polycrystalline film 5 in the source and drain regions to a film thickness of 5000 Å or less. Has been. Also, the thickness of the source region and the drain region is 500
Since it is possible to use an extremely thin film thickness of 200Å while maintaining Å or more, the space charge amount decreases, the threshold voltage is small, that is, the ON state rapidly changes, and the ON current is large. Good characteristics are obtained. Further, according to the present invention, it is possible to apply a thinner silicon thin film. [Effects of the Invention] The present invention has the following excellent effects. First, by setting the thickness of the silicon thin film in the source region and the drain region to 500 to 3000Å, the parasitic resistance R S can be reduced while keeping the silicon thin film in the channel region high in resistance. As a result, a small OFF current and a large ON current can be compatible for the first time. Secondly, the thickness of the silicon thin film in the channel region can be controlled accurately. As a result, an extremely thin silicon thin film, which is an essential requirement for improving the characteristics of the transistor, can be realized uniformly and with good reproducibility. Thirdly, since a large amount of impurities can be added to the source region and the drain region without adversely affecting others, the ohmic contact between the source region and the source electrode or the drain region and the drain electrode is improved. To be done. This significantly improves the transistor characteristics especially when the drain voltage V DS is small. Fourthly, since the silicon thin film in the channel region and the silicon thin film in the source / drain regions are completely covered with the gate insulating film, the passivation effect can be automatically exerted. Fifth, since no special high-temperature heat treatment is required to manufacture the thin film transistor of the present invention, it can be manufactured on an inexpensive ordinary glass substrate and can be applied to an inexpensive and large-area active matrix substrate. is there.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による薄膜トランジスタの構造
を示す断面図である。
第2図は従来の薄膜トランジスタの構造を示す断面図で
ある。
第3図は薄膜トランジスタの等価回路図である。
第4図は本発明の実施例による薄膜トランジスタの寄生
抵抗、ドレイン電流とシリコン膜厚の関係を示した図で
ある。
第5図は本発明の実施例による薄膜トランジスタのIoff
と、シリコン膜厚の関係を示した図である。
第6図(a)、(b)は.本発明の実施例による薄膜ト
ランジスタのドレイン領域における空乏層の広がりを示
した図である。
第7図は本発明の薄膜トランジスタの特性を示すグラフ
である。
〔符号の説明〕
101、201、801……基板
102、205、802……ソース領域
103、206、303……ドレイン領域
104、204、304……チャネル領域
105、207、305……ソース電極
106、208、306……ドレイン電極
107、203、807……ゲート絶縁膜
108、202、808……ゲート電極
110……空乏層
309……層間絶縁膜BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a conventional thin film transistor. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the thin film transistor. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the parasitic resistance and drain current of the thin film transistor according to the embodiment of the present invention and the silicon film thickness. FIG. 5 shows I off of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the film thickness and the silicon film thickness. 6 (a) and 6 (b). FIG. 6 is a diagram showing the spread of a depletion layer in the drain region of a thin film transistor according to an example of the present invention. FIG. 7 is a graph showing characteristics of the thin film transistor of the present invention. [Description of Reference Signs] 101, 201, 801 ... Substrate 102, 205, 802 ... Source region 103, 206, 303 ... Drain region 104, 204, 304 ... Channel region 105, 207, 305 ... Source electrode 106 , 208, 306 ... Drain electrode 107, 203, 807 ... Gate insulating film 108, 202, 808 ... Gate electrode 110 ... Depletion layer 309 ... Interlayer insulating film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 尚 諏訪市大和3丁目3番5号 セイコーエ プソン株式会社内 (72)発明者 両角 伸治 諏訪市大和3丁目3番5号 セイコーエ プソン株式会社内 (72)発明者 荒木 亮輔 諏訪市大和3丁目3番5号 セイコーエ プソン株式会社内 (72)発明者 松尾 睦 諏訪市大和3丁目3番5号 セイコーエ プソン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−251667(JP,A) 特開 昭58−84466(JP,A) 特開 昭60−186063(JP,A) 特開 昭60−260155(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Nao Sato 3-5 Yamato, Suwa-shi SEIKOE Pson Corporation (72) Inventor Shinji Ryoko 3-5 Yamato, Suwa-shi SEIKOE Pson Corporation (72) Inventor Ryosuke Araki 3-5 Yamato, Suwa-shi SEIKOE Pson Corporation (72) Inventor Mutsuo Matsuo 3-5 Yamato, Suwa-shi SEIKOE Pson Corporation (56) References JP-A-60-251667 (JP, A) JP 58-84466 (JP, A) JP 60-186063 (JP, A) JP 60-260155 (JP, A)
Claims (1)
て、該薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域
はドナーあるいはアクセプタとなる不純物が添加された
第1シリコン薄膜からなる分離された島状の領域からな
り、該薄膜トランジスタの該ソース及びドレイン領域の
膜厚は500〜3000オングストロームからなり、該薄膜ト
ランジスタのチャネル領域は該ソース・ドレイン領域の
間と上面の一部に形成された第2シリコン薄膜からな
り、ソース電極は該ソース領域と接続するように形成さ
れてなり、ドレイン電極は該ドレイン領域と接続するよ
うに形成されてなり、ゲート絶縁膜は該ソース電極・該
ソース領域・該チャネル領域・該ドレイン領域・該ドレ
イン電極を完全に被覆するように形成されてなり、ゲー
ト電極は該チャネル領域上の該ゲート絶縁膜上に形成さ
れてなることを特徴とする薄膜トランジスタ。(57) [Claims] In a thin film transistor formed on an insulating substrate, a source region and a drain region of the thin film transistor are composed of isolated island-shaped regions made of a first silicon thin film to which an impurity serving as a donor or an acceptor is added. The drain region has a thickness of 500 to 3000 angstroms, the channel region of the thin film transistor is a second silicon thin film formed between the source / drain regions and a part of the upper surface, and the source electrode is the source region. The drain electrode is formed so as to be connected to the drain region, and the gate insulating film completely covers the source electrode, the source region, the channel region, the drain region, and the drain electrode. And the gate electrode is formed on the channel region. A thin film transistor formed on a gate insulating film.
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-
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