JPH07162009A - Thin film transistor - Google Patents
Thin film transistorInfo
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- JPH07162009A JPH07162009A JP5340256A JP34025693A JPH07162009A JP H07162009 A JPH07162009 A JP H07162009A JP 5340256 A JP5340256 A JP 5340256A JP 34025693 A JP34025693 A JP 34025693A JP H07162009 A JPH07162009 A JP H07162009A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 電気的に良好な耐劣化特性を確保して長寿命
化を図った薄膜トランジスタを提供する。
【構成】 NMOS薄膜トランジスタ10及びPMOS
薄膜トランジスタ20と、各薄膜トランジスタ10,2
0の半導体薄膜12,22とゲート電極14,24との
間に形成されたゲート絶縁膜13,23とを備えるCM
OS電界効果型薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁
膜14,24を、耐圧の高い窒化シリコン層13b,2
3bと、この層の上下に形成され、キャリア注入に対す
るバリアエネルギの高い酸化シリコン層13a,13b
及び13c,23cとを有する3層構造としたもの。長
時間使用してもゲート絶縁膜13,23のゲート電極側
表面近傍に電子が蓄積されにくくく、電気的に良好な耐
劣化特性が確保される。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a thin film transistor having a long life by ensuring good electrical deterioration resistance. [Structure] NMOS thin film transistor 10 and PMOS
Thin film transistor 20 and each thin film transistor 10, 2
0 semiconductor thin films 12, 22 and gate insulating films 13, 23 formed between the gate electrodes 14, 24
In the OS field effect thin film transistor, the gate insulating films 14 and 24 are formed of silicon nitride layers 13b and 2 having high breakdown voltage.
3b and silicon oxide layers 13a and 13b formed above and below this layer and having a high barrier energy for carrier injection.
And a three-layer structure having 13c and 23c. Electrons are less likely to be accumulated in the vicinity of the gate electrode side surfaces of the gate insulating films 13 and 23 even after being used for a long time, and an electrically excellent deterioration resistance characteristic is secured.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、CMOS電解効果型
薄膜トラジスタ等の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 such as a CMOS field effect thin film transistor.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、CMOS電解効果型薄膜トランジ
スタとしては、例えば、図4に示すように、ガラス基板
100上にNMOS薄膜トランジスタ110とPMOS
薄膜トランジスタ120とを備え、各薄膜トランジスタ
110,120の半導体薄膜111,121とゲート電
極112,122との間にゲート絶縁膜113,123
がそれぞれ形成され、各ゲート絶縁膜113,123
を、半導体薄膜111,121上に形成された酸化シリ
コン層114,124と、この酸化シリコン層114,
124上に形成された窒化シリコン層115,125と
からなる2層構造にしたものが本出願人により提案され
ている(特願平3−334596号)。この従来の薄膜
トランジスタでは、各半導体薄膜111,121のチャ
ネル領域111a,121aからのキャリア流入に対す
るバリアエネルギが高く(トラップ準位が少なく)、半
導体薄膜111,121と良好な界面を形成する酸化シ
リコン層114,124を半導体薄膜111,121上
に形成し、この酸化シリコン層114,124上に耐圧
の高い窒化シリコン層115,125を形成してあるの
で、ゲート絶縁膜113,123が半導体薄膜111,
121と良好な界面を形成することができると共に、ゲ
ート絶縁膜113,123の絶縁耐圧を高くすることが
できる。2. Description of the Related Art Conventionally, as a CMOS field effect type thin film transistor, for example, as shown in FIG. 4, an NMOS thin film transistor 110 and a PMOS are formed on a glass substrate 100.
The thin film transistor 120 is provided, and the gate insulating films 113 and 123 are provided between the semiconductor thin films 111 and 121 and the gate electrodes 112 and 122 of the thin film transistors 110 and 120, respectively.
Are formed, and the gate insulating films 113 and 123 are formed.
The silicon oxide layers 114 and 124 formed on the semiconductor thin films 111 and 121, and the silicon oxide layers 114 and 124.
A two-layer structure composed of silicon nitride layers 115 and 125 formed on 124 has been proposed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 3-334596). In this conventional thin film transistor, the barrier energy against carrier inflow from the channel regions 111a and 121a of the semiconductor thin films 111 and 121 is high (the trap level is small), and a silicon oxide layer that forms a good interface with the semiconductor thin films 111 and 121. Since 114 and 124 are formed on the semiconductor thin films 111 and 121, and the silicon nitride layers 115 and 125 having a high breakdown voltage are formed on the silicon oxide layers 114 and 124, the gate insulating films 113 and 123 are formed on the semiconductor thin films 111 and 121.
A good interface with 121 can be formed, and the dielectric strength of the gate insulating films 113 and 123 can be increased.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のCMOS電解効果型薄膜トランジスタでは、例え
ば、この薄膜トランジスタのNMOS薄膜トランジスタ
110とPMOS薄膜トランジスタ120の初期特性を
調べ、この後に、CMOS電解効果型薄膜トランジスタ
を図6(a)に示す接続状態で長時間保持して使用テス
トを行ない、さらに、CMOS電解効果型薄膜トランジ
スタを図6(b)に示す接続状態で長時間保持して使用
テストを行なった後に、再び各薄膜トランジスタ11
0,120の特性を調べてみると、図5(a)に示す初
期特性を有していたNMOS薄膜トランジスタ110の
特性が図5(c)に示すように長時間の使用により劣化
してしまうと共に、図5(b)に示す初期特性を有して
いたPMOS薄膜トランジスタ120の特性も図5
(d)に示すように長時間の使用により劣化してしまう
という問題点があった。すなわち、図5(c),(d)
に示す特性では、各薄膜トランジスタ110,120に
おけるゲート電圧VGのスレッシュホールド電圧V
TH(ここでVTHは、ドレイン電流IDN,IDPがそれぞれ
10-8Å程度になるときのゲート電圧である。)が、長
時間の使用による劣化によって図5(a),(b)に示
す初期特性と比較して+方向に大きくシフトしている。
このような劣化が生じるのは、上記従来のCMOS電解
効果型薄膜トランジスタを図6(a)のように接続する
と、PMOS薄膜トランジスタ120内部でその半導体
薄膜121のチャネル領域121aからゲート電極12
2方向への電界が発生し、この接続状態を長時間保持す
ると、窒化シリコン層125のゲート電極122側表面
近傍に電子が蓄積されるからである。同様に、上記従来
のCMOS電解効果型薄膜トラジスタを図6(b)のよ
うに接続すると、NMOS薄膜トランジスタ110内部
でその半導体薄膜111のチャネル領域111aからゲ
ート電極112方向への電界が発生し、この接続状態を
長時間保持すると、窒化シリコン層115のゲート電極
112側表面近傍に電子が蓄積されるために、上記劣化
が生じる。この発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、その課題は電気的に良好な耐劣化
特性を確保して長寿命化を図った薄膜トランジスタを提
供することである。However, in the above conventional CMOS field effect type thin film transistor, for example, the initial characteristics of the NMOS thin film transistor 110 and the PMOS thin film transistor 120 of this thin film transistor are examined, and after that, the CMOS field effect type thin film transistor is shown in FIG. After holding the connection state shown in (a) for a long time to perform a use test, and further holding the CMOS electrolytic effect type thin film transistor in the connection state shown in FIG. Thin film transistor 11
When the characteristics of 0 and 120 are examined, the characteristics of the NMOS thin film transistor 110, which had the initial characteristics shown in FIG. 5A, deteriorate as a result of long-term use as shown in FIG. 5C. The characteristics of the PMOS thin film transistor 120 having the initial characteristics shown in FIG.
As shown in (d), there is a problem that it deteriorates due to long-term use. That is, FIGS. 5C and 5D
In the characteristic shown in (1), the threshold voltage V G of the gate voltage V G in each of the thin film transistors 110 and 120 is
TH (here, V TH is the gate voltage when the drain currents I DN and I DP are about 10 −8 Å, respectively), but FIGS. 5 (a) and 5 (b) show deterioration due to long-term use. Compared with the initial characteristics shown in (1), the shift is largely in the + direction.
Such deterioration occurs because, when the conventional CMOS field effect thin film transistor is connected as shown in FIG. 6 (a), the gate electrode 12 from the channel region 121 a of the semiconductor thin film 121 inside the PMOS thin film transistor 120.
This is because an electric field is generated in two directions and if this connection state is maintained for a long time, electrons are accumulated in the vicinity of the surface of the silicon nitride layer 125 on the gate electrode 122 side. Similarly, when the conventional CMOS field effect thin film transistor is connected as shown in FIG. 6B, an electric field is generated in the NMOS thin film transistor 110 from the channel region 111a of the semiconductor thin film 111 toward the gate electrode 112. If the connection state is maintained for a long time, electrons are accumulated in the vicinity of the surface of the silicon nitride layer 115 on the gate electrode 112 side, and the above deterioration occurs. The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object thereof is to provide a thin film transistor having an electrically favorable deterioration resistance characteristic and a long life.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、請求項1記載の発明は、導体薄膜とゲート電極との
間に形成されたゲート絶縁膜を備える薄膜トランジスタ
において、前記ゲート絶縁膜を、耐圧の高い中間層と、
この中間層の上下に形成され、キャリア注入に対するバ
リアエネルギの高い上側層及び下側層とを有する3層構
造としたものである。好ましくは、前記中間層は窒化シ
リコンからなる層であり、前記上側層及び下側層はそれ
ぞれ酸化シリコンからなる層である(請求項2記載の発
明)。さらに好ましくは、前記中間層は前記上側及び下
側層より厚い膜厚を有している(請求項3記載の発
明)。To achieve the above object, the invention according to claim 1 is a thin film transistor comprising a gate insulating film formed between a conductor thin film and a gate electrode, wherein the gate insulating film is An intermediate layer with high pressure resistance,
A three-layer structure is formed above and below this intermediate layer and has an upper layer and a lower layer having high barrier energy against carrier injection. Preferably, the intermediate layer is a layer made of silicon nitride, and the upper layer and the lower layer are layers made of silicon oxide (claim 2). More preferably, the intermediate layer has a thickness larger than that of the upper and lower layers (the invention according to claim 3).
【0005】[0005]
【作用】請求項1記載の発明では、半導体薄膜とゲート
電極との間に形成されたゲート絶縁膜を、耐圧の高い中
間層と、この中間層の上下に形成され、キャリア注入に
対するバリアエネルギの高い下側層及び上側層とを有す
る3層構造とした構成により、キャリア注入に対するバ
リアエネルギが高い、すなわちトラップ準位が少ない層
が半導体薄膜側だけでなくゲート電極側にも配置されて
いるので、電子がトラップ(捕獲)されにくくなり、こ
れによって長時間使用してもゲート絶縁膜のゲート電極
側表面近傍に電子が蓄積されにくい。According to the first aspect of the present invention, the gate insulating film formed between the semiconductor thin film and the gate electrode is formed on the intermediate layer having a high breakdown voltage and above and below this intermediate layer to prevent the barrier energy against carrier injection. Due to the three-layer structure having a high lower layer and a high upper layer, a layer having a high barrier energy for carrier injection, that is, a layer having a small trap level is arranged not only on the semiconductor thin film side but also on the gate electrode side. Electrons are less likely to be trapped (captured), and thus electrons are less likely to be accumulated in the vicinity of the surface of the gate insulating film on the gate electrode side even when used for a long time.
【0006】[0006]
【実施例】以下、この発明の各実施例を図面に基づいて
説明する。なお、各実施例の説明において同様の部位に
は同一の符号を付して重複した説明を省略する。図1は
この発明に係る薄膜トランジスタをCMOS電解効果型
薄膜トラジスタに適用した第1実施例を示している。こ
の第1実施例に係るCMOS電解効果型薄膜トランジス
タは、図1に示すように、同じガラス基板1上に形成さ
れたNMOS薄膜トランジスタ10とPMOS薄膜トラ
ンジスタ20とを備えている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of each embodiment, the same parts are designated by the same reference numerals, and the duplicated description will be omitted. FIG. 1 shows a first embodiment in which the thin film transistor according to the present invention is applied to a CMOS field effect thin film transistor. As shown in FIG. 1, the CMOS field effect type thin film transistor according to the first embodiment includes an NMOS thin film transistor 10 and a PMOS thin film transistor 20 formed on the same glass substrate 1.
【0007】NMOS薄膜トランジスタ10及びPMO
S薄膜トランジスタ20はそれぞれ、ガラス基板1上に
形成された酸化シリコンからなる下地層11,21と、
下地層11,21の上面の所定個所にアモルファスシリ
コン薄膜を結晶化してパターン形成されたポリシリコン
薄膜からなる半導体薄膜12,22と、下地層11,2
1及び半導体薄膜12,21の上面全体に形成されたゲ
ート絶縁膜13,23と、このゲート絶縁膜13,23
の上面の所定個所にパターン形成されたクロムからなる
ゲート電極14,24と、ゲート絶縁膜13,23及び
ゲート電極14,24の上面全体に形成された窒化シリ
コンからなる層間絶縁膜15,25とを備えている。NMOS thin film transistor 10 and PMO
The S thin film transistors 20 respectively include base layers 11 and 21 made of silicon oxide formed on the glass substrate 1,
Semiconductor thin films 12 and 22 made of a polysilicon thin film patterned by crystallizing an amorphous silicon thin film at predetermined positions on the upper surfaces of the base layers 11 and 21, and the base layers 11 and 12.
1 and the gate insulating films 13 and 23 formed on the entire upper surfaces of the semiconductor thin films 12 and 21, and the gate insulating films 13 and 23.
Gate electrodes 14 and 24 made of chromium patterned at predetermined portions on the upper surfaces of the gate insulating films 13 and 23, and interlayer insulating films 15 and 25 made of silicon nitride formed on the entire upper surfaces of the gate electrodes 14 and 24. Is equipped with.
【0008】NMOS薄膜トランジスタ10の半導体薄
膜12は、中央部に形成されたチャネル領域12aと、
両側に形成されたn型の高濃度不純物領域であるソース
・ドレイン領域12b,12bと、この両領域12b,
12bとチャネル領域12aの間に形成されたn型の低
濃度不純物領域12c,12cとからなるLDD(Ligh
ty Doped Drain)構造のものである。前記ゲート電極1
4は、ゲート絶縁膜13の上面の、前記チャネル領域1
2aに対応する個所に形成されている。一方、PMOS
薄膜トランジスタ20の半導体薄膜22は、中央部に形
成されたチャネル領域22aと、両側に形成されたp型
の高濃度不純物領域であるソース・ドレイン領域22
b,22bとからなる。前記ゲート電極24は、ゲート
絶縁膜23の上面の、前記チャネル領域22aに対応す
る個所に形成されている。The semiconductor thin film 12 of the NMOS thin film transistor 10 has a channel region 12a formed in the central portion,
Source / drain regions 12b and 12b, which are n-type high-concentration impurity regions formed on both sides, and both regions 12b and
12D and n-type low-concentration impurity regions 12c and 12c formed between the channel regions 12a.
ty Doped Drain) structure. The gate electrode 1
Reference numeral 4 denotes the channel region 1 on the upper surface of the gate insulating film 13.
It is formed at a location corresponding to 2a. On the other hand, PMOS
The semiconductor thin film 22 of the thin film transistor 20 includes a channel region 22a formed in the center and source / drain regions 22 which are p-type high-concentration impurity regions formed on both sides.
b and 22b. The gate electrode 24 is formed on the upper surface of the gate insulating film 23 at a position corresponding to the channel region 22a.
【0009】各薄膜トランジスタ10,20のゲート絶
縁膜13,23及び層間絶縁膜15,25には、ソース
・ドレイン領域12b,12b及び22b,22bの上
面の一部に連通するコンタクトホール16,16及び2
6,26が形成されている。各コンタクトホール16,
26内及び各層間絶縁膜15,25の上面の所定個所に
は、ソース・ドレイン領域12b,22bと電気的に接
続するソース・ドレイン電極17,27がパターン形成
されている。The gate insulating films 13 and 23 and the interlayer insulating films 15 and 25 of the thin film transistors 10 and 20 have contact holes 16 and 16 which communicate with a part of the upper surfaces of the source / drain regions 12b and 12b and 22b and 22b, respectively. Two
6, 26 are formed. Each contact hole 16,
Source / drain electrodes 17 and 27 that are electrically connected to the source / drain regions 12b and 22b are formed by patterning in 26 and at predetermined positions on the upper surfaces of the interlayer insulating films 15 and 25.
【0010】また、各薄膜トランジスタ10,20のゲ
ート絶縁膜13,23は、耐圧の高い窒化シリコン層
(中間層)13b,23bと、この窒化シリコン層13
b,23bの上下に形成され、前記チャネル領域12
a,22aからのキャリア注入に対するバリアエネルギ
の高い酸化シリコン層(下側層)13a,23a及び酸
化シリコン層(上側層)13c,23cとからなる3層
構造になっている。すなわち、各ゲート絶縁膜13,2
3は、下地層11,21及び半導体薄膜12,21の上
面全体に形成された酸化シリコン層(下側層)13a,
23aと、この酸化シリコン層13a,23aの上面全
体に形成された窒化シリコン層(中間層)13b,23
bと、この窒化シリコン層13b,23bの上面全体に
形成された酸化シリコン層(上側層)13c,23cと
からなっている。前記各ゲート電極14,24は、ゲー
ト絶縁膜13,23の酸化シリコン層13c,23cの
上面の所定個所に形成されている。酸化シリコン層13
a,23a及び酸化シリコン層13c,23cは、スパ
ッタ法により200Å程度の膜厚に形成されている。こ
の膜厚は、トンネル電流が流れるには充分に厚過ぎると
共に、ゲート容量には致命的な影響を与えない程度の薄
さである。The gate insulating films 13 and 23 of the thin film transistors 10 and 20 are composed of silicon nitride layers (intermediate layers) 13b and 23b having a high breakdown voltage and the silicon nitride layer 13 respectively.
b, 23b formed above and below the channel region 12
It has a three-layer structure including silicon oxide layers (lower layers) 13a and 23a having high barrier energy against carrier injection from a and 22a and silicon oxide layers (upper layers) 13c and 23c. That is, each gate insulating film 13, 2
3 denotes a silicon oxide layer (lower layer) 13a formed on the entire upper surfaces of the base layers 11 and 21 and the semiconductor thin films 12 and 21,
23a and silicon nitride layers (intermediate layers) 13b and 23 formed on the entire upper surfaces of the silicon oxide layers 13a and 23a.
b, and silicon oxide layers (upper layers) 13c and 23c formed on the entire upper surfaces of the silicon nitride layers 13b and 23b. The gate electrodes 14 and 24 are formed at predetermined locations on the upper surfaces of the silicon oxide layers 13c and 23c of the gate insulating films 13 and 23. Silicon oxide layer 13
The a, 23a and the silicon oxide layers 13c, 23c are formed to have a film thickness of about 200 Å by a sputtering method. This film thickness is too thick for the tunnel current to flow and is so thin as not to have a fatal effect on the gate capacitance.
【0011】上記構成を有する第1実施例に係るCMO
S電解効果型薄膜トランジスタの長時間の使用による劣
化を調べるために、上記従来技術の場合と同様に、まず
NMOS薄膜トランジスタ10とPMOS薄膜トラジス
タ20の初期特性を調べ、この後に、CMOS電解効果
型薄膜トランジスタを図6(a)に示す接続状態で長時
間保持して使用テストを行ない、さらに、このCMOS
電解効果型薄膜トランジスタを図6(b)に示す接続状
態で長時間保持して使用テストを行なった後に、再び各
薄膜トランジスタ10,20の特性を調べてみた。その
結果、NMOS薄膜トランジスタ10については、図2
(a)に示す初期特性と図2(c)に示す長時間使用後
の特性が得られ、PMOS薄膜トランジスタ20につい
ては、図2(b)に示す初期特性と図2(d)に示す長
時間使用後の特性が得られた。The CMO according to the first embodiment having the above configuration
In order to investigate the deterioration of the S field effect type thin film transistor due to long-term use, first, as in the case of the above-mentioned conventional technique, the initial characteristics of the NMOS thin film transistor 10 and the PMOS thin film transistor 20 are investigated, and then the CMOS field effect type thin film transistor is examined. In the connected state shown in FIG. 6A, a usage test is performed by holding the connection state for a long time.
After the field effect type thin film transistor was held in the connected state shown in FIG. 6B for a long time and a usage test was performed, the characteristics of the thin film transistors 10 and 20 were examined again. As a result, regarding the NMOS thin film transistor 10, FIG.
The initial characteristics shown in (a) and the characteristics after long-time use shown in FIG. 2 (c) are obtained, and for the PMOS thin film transistor 20, the initial characteristics shown in FIG. 2 (b) and the long time shown in FIG. 2 (d). The properties after use were obtained.
【0012】図2(a)及び(c)から明らかなよう
に、NMOS薄膜トランジスタ10は長時間の使用によ
りほとんど劣化していない。すなわち、図2(c)に示
す長時間使用後の特性では、薄膜トラジスタ10におけ
るゲート電圧VGの前記スレッシュホールド電圧V
THが、図2(a)に示す初期特性と比較して+方向(右
方向)に僅かにシフトしているだけである。そして、図
2(c)と図5(c)とを比較してみると、NMOS薄
膜トランジスタ10は図4に示す上記従来のCMOS電
解効果型薄膜トランジスタのNMOS薄膜トランジスタ
110より長時間の使用による劣化の度合(すなわち、
ゲート電圧VGのスレッシュホールド電圧VTHが+方向
にシフトする度合い)がはるかに小さい。また、図2
(b)及び(d)から明らかなように、PMOS薄膜ト
ランジスタ20も、長時間の使用による劣化が小さい。
すなわち、図2(d)に示す長時間使用後の特性では、
各薄膜トラジスタ20におけるゲート電圧VGのスレッ
シュホールド電圧VTHが、図2(b)に示す初期特性と
比較して+方向に僅かにシフトしているだけである。そ
して、図2(d)と図5(d)とを比較してみると、P
MOS薄膜トランジスタ10は図4に示す上記従来のC
MOS電解効果型薄膜トラジスタのPMOS薄膜トラン
ジスタ120と比べて長時間の使用による劣化の度合い
がはるかに小さい。As is apparent from FIGS. 2 (a) and 2 (c), the NMOS thin film transistor 10 is hardly deteriorated by long-term use. That is, in the characteristics after long-time use shown in FIG. 2C, the threshold voltage V G of the gate voltage V G in the thin film transistor 10 is used.
TH is slightly shifted in the + direction (to the right) as compared with the initial characteristics shown in FIG. Comparing FIG. 2C with FIG. 5C, the NMOS thin film transistor 10 has a higher degree of deterioration than the NMOS thin film transistor 110 of the conventional CMOS field effect thin film transistor shown in FIG. (Ie,
The degree to which the threshold voltage V TH of the gate voltage V G shifts in the + direction) is much smaller. Also, FIG.
As is clear from (b) and (d), the PMOS thin film transistor 20 also shows little deterioration due to long-term use.
That is, in the characteristics after long-time use shown in FIG.
The threshold voltage V TH of the gate voltage V G in each thin film transistor 20 is slightly shifted in the + direction as compared with the initial characteristic shown in FIG. Then, comparing FIG. 2D and FIG. 5D, P
The MOS thin film transistor 10 is the conventional C shown in FIG.
Compared with the PMOS thin film transistor 120 of the MOS field effect thin film transistor, the degree of deterioration due to long-term use is much smaller.
【0013】このように各薄膜トランジスタ10,20
の劣化が小さいのは、半導体薄膜12,22とゲート電
極14,24との間に形成されたゲート絶縁膜13,2
3を、耐圧の高い窒化シリコン層13b,23bと、こ
の窒化シリコン層の上下に形成され、キャリア注入に対
するバリアエネルギの高い酸化シリコン層13a,23
a及び酸化シリコン層13c,23cとを有する3層構
造とした構成により、キャリア注入に対するバリアエネ
ルギが高い、すなわちトラップ準位が少ない酸化シリコ
ン層が半導体薄膜12,22側だけでなくゲート電極1
3,24側にも配置されているので、電子がトラップ
(捕獲)されにくくなり、これによって長時間使用して
も酸化シリコン層13a,23aのゲート電極側表面近
傍に電子が蓄積されにくいからである。このように、上
記第1実施例によれば、CMOS電解効果型薄膜トラン
ジスタの電気的に良好な耐劣化特性を確保することがで
き、これによってその長寿命化を図ることができる。Thus, each thin film transistor 10, 20
Of the gate insulating films 13 and 2 formed between the semiconductor thin films 12 and 22 and the gate electrodes 14 and 24 is small.
3 are silicon nitride layers 13b and 23b having a high breakdown voltage and silicon oxide layers 13a and 23 formed above and below the silicon nitride layer and having a high barrier energy against carrier injection.
With a three-layer structure having a and the silicon oxide layers 13c and 23c, the silicon oxide layer having a high barrier energy for carrier injection, that is, having a small trap level is provided not only on the semiconductor thin films 12 and 22 side but also the gate electrode
Electrons are less likely to be trapped (captured) because they are also disposed on the 3rd and 24th sides, which makes it difficult for electrons to accumulate near the gate electrode side surfaces of the silicon oxide layers 13a and 23a even when used for a long time. is there. As described above, according to the first embodiment, it is possible to secure the electrically excellent deterioration resistance characteristic of the CMOS field effect type thin film transistor, and thereby to prolong the life thereof.
【0014】なお、図2(c)に示すNMOS薄膜トラ
ンジスタ10の長時間使用後の特性と図(d)に示すP
MOSO薄膜トランジスタ20の長時間使用後の特性と
を比較してみると、NMOS薄膜トランジスタ10の方
がPMOS薄膜トラジスタ20よりも劣化の度合いが小
さい。その理由は、NMOS薄膜トランジスタ10の半
導体薄膜12は上記LDD構造を有しているのに対し、
PMOS薄膜トランジスタ20の半導体膜2はLDD構
造を有していないからである。すなわち、NMOS薄膜
トランジスタ10の半導体薄膜12にLDD構造を用い
たことにより、劣化をより一層防止することができる。The characteristics of the NMOS thin film transistor 10 shown in FIG. 2 (c) after long-term use and P shown in FIG. 2 (d).
Comparing the characteristics of the MOSO thin film transistor 20 after long-term use, the degree of deterioration of the NMOS thin film transistor 10 is smaller than that of the PMOS thin film transistor 20. The reason is that the semiconductor thin film 12 of the NMOS thin film transistor 10 has the above LDD structure,
This is because the semiconductor film 2 of the PMOS thin film transistor 20 does not have the LDD structure. That is, by using the LDD structure for the semiconductor thin film 12 of the NMOS thin film transistor 10, deterioration can be further prevented.
【0015】次に、図3に基づいてこの発明の第2実施
例に係るCMOS電解効果型薄膜トラジスタを説明す
る。上記第1実施例のCMOS電解効果型薄膜トランジ
スタでは、NMOS薄膜トランジスタ10及びPMOS
薄膜トランジスタ20の各ゲート電極14,24が半導
体薄膜12,22より上方に配置されているのに対し、
この第2実施例のCMOS電解効果型薄膜トランジスタ
では、NMOS薄膜トランジスタ10A及びPMOS薄
膜トランジスタ20Aのゲート電極14,24が半導体
薄膜12,22より下方に配置されている。すなわち、
第2実施例に係るCMOS電解効果型薄膜トランジスタ
のNMOS薄膜トランジスタ10A及びPMOS薄膜ト
ランジスタ20Aはそれぞれ、ガラス基板1の上面の所
定個所に形成されたゲート電極14,24と、ガラス基
板1及びゲート電極14,24の上面全体に形成された
ゲート絶縁膜13,23と、このゲート絶縁膜13,2
3の上面の所定個所に形成された半導体薄膜12,22
と、ゲート絶縁膜13,23及び半導体薄膜12,22
の上面全体に形成された層間絶縁膜15,25とを備え
ている。Next, a CMOS electrolytic effect type thin film transistor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the CMOS field effect thin film transistor of the first embodiment, the NMOS thin film transistor 10 and the PMOS thin film transistor are used.
While the gate electrodes 14 and 24 of the thin film transistor 20 are arranged above the semiconductor thin films 12 and 22,
In the CMOS field effect thin film transistor of the second embodiment, the gate electrodes 14 and 24 of the NMOS thin film transistor 10A and the PMOS thin film transistor 20A are arranged below the semiconductor thin films 12 and 22. That is,
The NMOS thin film transistor 10A and the PMOS thin film transistor 20A of the CMOS field effect thin film transistor according to the second embodiment respectively include the gate electrodes 14 and 24 formed at predetermined locations on the upper surface of the glass substrate 1 and the glass substrate 1 and the gate electrodes 14 and 24. Of the gate insulating films 13 and 23 formed on the entire upper surface of the
Semiconductor thin films 12 and 22 formed at predetermined locations on the upper surface of
And gate insulating films 13 and 23 and semiconductor thin films 12 and 22
And interlayer insulating films 15 and 25 formed on the entire upper surface of.
【0016】また、各薄膜トランジスタ10A,20A
の層間絶縁膜15,25には、前記ソース・ドレイン領
域12b,22bの上面の一部に連通するコンタクトホ
ール16,26が形成されている。各コンタクトホール
16,26内及び層間絶縁膜15,25の上面の所定個
所には、ソース・ドレイン領域12b,22bと電気的
に接続するソース・ドレイン電極17,27が形成され
ている。また、薄膜トランジスタ10A,20Aの各ゲ
ート絶縁膜13,23は、上記第1実施例と同様に3層
構造なっている。すなわち、各ゲート絶縁膜13,23
の酸化シリコン層(下側層)13a,23aはガラス基
板1及びゲート電極14,24の上面全体に形成され、
この酸化シリコン層13a,23aの上面全体に窒化シ
リコン層(中間層)13b,23bが形成され、この窒
化シリコン層の上面全体に酸化シリコン層(上側層)1
3c,23cが形成されている。各ゲート絶縁膜13,
23の酸化シリコン層13c,23cの上面の所定個所
に前記半導体薄膜12,22が形成されている。Further, each thin film transistor 10A, 20A
In the interlayer insulating films 15 and 25, contact holes 16 and 26 communicating with a part of the upper surfaces of the source / drain regions 12b and 22b are formed. Source / drain electrodes 17 and 27 electrically connected to the source / drain regions 12b and 22b are formed in the contact holes 16 and 26 and at predetermined positions on the upper surfaces of the interlayer insulating films 15 and 25. The gate insulating films 13 and 23 of the thin film transistors 10A and 20A have a three-layer structure as in the first embodiment. That is, each gate insulating film 13, 23
Silicon oxide layers (lower layers) 13a and 23a are formed on the entire upper surfaces of the glass substrate 1 and the gate electrodes 14 and 24,
Silicon nitride layers (intermediate layers) 13b and 23b are formed on the entire upper surfaces of the silicon oxide layers 13a and 23a, and the silicon oxide layer (upper layer) 1 is formed on the entire upper surfaces of the silicon nitride layers.
3c and 23c are formed. Each gate insulating film 13,
The semiconductor thin films 12 and 22 are formed at predetermined locations on the upper surfaces of the silicon oxide layers 13c and 23c of 23.
【0017】この第2実施例のCMOS電解効果型薄膜
トランジスタでも、上記第1実施例の場合と同様に、各
薄膜トランジスタ10A,20Aの劣化が小さくなる。
したがって、第2実施例によっても、CMOS電解効果
型薄膜トラジスタの電気的に良好な耐劣化特性を確保す
ることができ、これによってその長寿命化を図ることが
できる。Also in the CMOS field effect type thin film transistor of the second embodiment, the deterioration of the thin film transistors 10A and 20A is reduced as in the case of the first embodiment.
Therefore, also according to the second embodiment, it is possible to secure the electrically excellent deterioration resistance characteristic of the CMOS electrolytic effect type thin film transistor, and thereby to prolong the life thereof.
【0018】なお、この発明に係る薄膜トランジスタ
は、CMOS電解効果型薄膜トランジスタ以外の薄膜ト
ランジスタにも適用され得る。また、上記各実施例で
は、各ゲート絶縁膜13,23のうち、耐圧の高い中間
層を窒化シリコン層13b,23bとしたが、この中間
層を窒化シリコン以外の耐圧の高い物質で構成してもよ
い。また、上記各実施例では、各ゲート絶縁膜13,2
3のうち、窒化シリコン層13b,23bの上下に形成
され、チャネル領域12a,22aからのキャリア注入
に対するバリアエネルギの高い下側層及び上側層をそれ
ぞれ酸化シリコン層13a,23a及び酸化シリコン層
13c,23cとしたが、この下側層及び上側層をそれ
ぞれ酸化シリコン以外のバリアエネルギの高い物質で構
成してもよい。The thin film transistor according to the present invention can be applied to thin film transistors other than the CMOS field effect type thin film transistor. Further, in each of the above embodiments, the intermediate layer having a high breakdown voltage among the gate insulating films 13 and 23 is the silicon nitride layers 13b and 23b. However, the intermediate layer is made of a substance having a high breakdown voltage other than silicon nitride. Good. In addition, in each of the above embodiments, each of the gate insulating films 13 and 2
3, the lower and upper layers formed above and below the silicon nitride layers 13b and 23b and having high barrier energy against carrier injection from the channel regions 12a and 22a are the silicon oxide layers 13a and 23a and the silicon oxide layers 13c, respectively. However, the lower layer and the upper layer may be made of a material having a high barrier energy other than silicon oxide.
【0019】[0019]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、半導体薄膜とゲート電極との間に形成されたゲート
絶縁膜を、耐圧の高い中間層と、この中間層の上下に形
成され、キャリア注入に対するバリアエネルギの高い下
側層及び上側層とを有する3層構造とした構成により、
キャリア注入に対するバリアエネルギが高い、すなわち
トラップ準位が少ない層が半導体薄膜側だけでなくゲー
ト電極側にも配置されているので、電子がトラップ(捕
獲)されにくくなり、これによって長時間使用してもゲ
ート絶縁膜のゲート電極側表面近傍に電子が蓄積されに
くい。したがって、電気的に良好な耐劣化特性を確保す
ることができ、これによって長寿命化を図ることができ
る。As described above, according to the present invention, the gate insulating film formed between the semiconductor thin film and the gate electrode is formed on the intermediate layer having a high breakdown voltage and above and below this intermediate layer. Due to the three-layer structure having the lower layer and the upper layer having high barrier energy for carrier injection,
Since the layer with high barrier energy for carrier injection, that is, the layer with few trap levels is arranged not only on the semiconductor thin film side but also on the gate electrode side, it becomes difficult for electrons to be trapped (trapped), which makes it difficult to use for a long time. However, it is difficult for electrons to accumulate near the surface of the gate insulating film on the side of the gate electrode. Therefore, it is possible to electrically secure good deterioration resistance characteristics, and thereby to prolong the life.
【図1】この発明の第1実施例に係るCMOS電解効果
型薄膜トランジスタの要部を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a main part of a CMOS field effect type thin film transistor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】(a)は図1に示すCMOS電解効果型薄膜ト
ランジスタのNMOS薄膜トランジスタの初期特性を示
す図である。(b)は図1(a)と同じNMOS薄膜ト
ランジスタの長時間使用後の特性を示す図である。
(c)は図1に示すCMOS電解効果型薄膜トランジス
タのPMOS薄膜トランジスタの初期特性を示す図であ
る。(d)は図1(c)と同じPMOS薄膜トランジス
タの長時間使用後の特性を示す図である。2A is a diagram showing initial characteristics of an NMOS thin film transistor of the CMOS field effect thin film transistor shown in FIG. 1. FIG. FIG. 1B is a diagram showing the characteristics of the same NMOS thin film transistor as in FIG. 1A after long-term use.
(C) is a figure which shows the initial characteristic of the PMOS thin film transistor of the CMOS field effect type thin film transistor shown in FIG. FIG. 1D is a diagram showing characteristics of the same PMOS thin film transistor as in FIG. 1C after long-term use.
【図3】この発明の第2実施例に係るCMOS電解効果
型薄膜トラジスタの要部を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing an essential part of a CMOS field effect thin film transistor according to a second embodiment of the present invention.
【図4】従来のCMOS電解効果型薄膜トラジスタの要
部を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a conventional CMOS field effect thin film transistor.
【図5】(a)は図4に示す従来のCMOS電解効果型
薄膜トランジスタのNMOS薄膜トランジスタの初期特
性を示す図である。(b)は図5(a)と同じNMOS
薄膜トランジスタの長時間使用後の特性を示す図であ
る。(c)は図4に示す従来のCMOS電解効果型薄膜
トランジスタのPMOS薄膜トランジスタの初期特性を
示す図である。(d)は図5(c)と同じPMOS薄膜
トランジスタの長時間使用後の特性を示す図である。5A is a diagram showing initial characteristics of an NMOS thin film transistor of the conventional CMOS field effect type thin film transistor shown in FIG. (B) is the same NMOS as FIG. 5 (a)
It is a figure which shows the characteristic after long-time use of a thin film transistor. (C) is a figure which shows the initial characteristic of the PMOS thin film transistor of the conventional CMOS field effect type thin film transistor shown in FIG. 5D is a diagram showing the characteristics of the same PMOS thin film transistor as in FIG. 5C after long-term use.
【図6】(a)はCMOS電解効果型薄膜トランジスタ
のPMOS薄膜トランジスタの使用テストを行なうため
の回路接続図を示している。(b)はCMOS電解効果
型薄膜トランジスタのNMOS薄膜トランジスタの使用
テストを行なうための回路接続図を示している。FIG. 6A shows a circuit connection diagram for performing a use test of a PMOS thin film transistor of a CMOS field effect type thin film transistor. (B) shows a circuit connection diagram for performing a use test of an NMOS thin film transistor of a CMOS field effect type thin film transistor.
12,22 半導体薄膜 13,23 ゲート絶縁膜 13a 酸化シリコン層(下側層) 13b 窒化シリコン層(中間層) 13c 酸化シリコン層(上側層) 14,24 ゲート電極 12, 22 semiconductor thin film 13, 23 gate insulating film 13a silicon oxide layer (lower layer) 13b silicon nitride layer (intermediate layer) 13c silicon oxide layer (upper layer) 14, 24 gate electrode
Claims (3)
れたゲート絶縁膜を備える薄膜トランジスタにおいて、 前記ゲート絶縁膜を、耐圧の高い中間層と、この中間層
の上下に形成され、キャリア注入に対するバリアエネル
ギの高い上側層及び下側層とを有する3層構造としたこ
とを特徴とする薄膜トランジスタ。1. A thin film transistor comprising a gate insulating film formed between a semiconductor thin film and a gate electrode, wherein the gate insulating film is formed on an intermediate layer having a high breakdown voltage, and formed on and under the intermediate layer to prevent carrier injection. A thin film transistor having a three-layer structure having an upper layer and a lower layer having high barrier energy.
あり、前記上側層及び下側層はそれぞれ酸化シリコンか
らなる層であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜
トランジスタ。2. The thin film transistor according to claim 1, wherein the intermediate layer is a layer made of silicon nitride, and the upper layer and the lower layer are layers made of silicon oxide.
厚い膜厚を有していることを特徴とする請求項1または
2に記載の薄膜トランジスタ。3. The thin film transistor according to claim 1, wherein the intermediate layer has a thickness larger than that of the upper layer and the lower layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5340256A JPH07162009A (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Thin film transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5340256A JPH07162009A (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Thin film transistor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07162009A true JPH07162009A (en) | 1995-06-23 |
Family
ID=18335198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5340256A Pending JPH07162009A (en) | 1993-12-08 | 1993-12-08 | Thin film transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07162009A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2005104239A1 (en) * | 2004-04-23 | 2008-03-13 | 株式会社アルバック | Thin film transistor and manufacturing method thereof |
| US20120085998A1 (en) * | 2010-10-12 | 2012-04-12 | Kwon Dae-Woong | Transistors and electronic devices including the same |
| JP2014116618A (en) * | 1999-04-06 | 2014-06-26 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Semiconductor device |
-
1993
- 1993-12-08 JP JP5340256A patent/JPH07162009A/en active Pending
Cited By (6)
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| JPWO2005104239A1 (en) * | 2004-04-23 | 2008-03-13 | 株式会社アルバック | Thin film transistor and manufacturing method thereof |
| CN101567392B (en) | 2004-04-23 | 2011-07-20 | 株式会社爱发科 | Thin-film transistor |
| JP5066361B2 (en) * | 2004-04-23 | 2012-11-07 | 株式会社アルバック | Thin film transistor and manufacturing method thereof |
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| US9123817B2 (en) | 2010-10-12 | 2015-09-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Transistors and electronic devices including the same |
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