WO2013060737A1 - Thin film transistor - Google Patents

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WO2013060737A1
WO2013060737A1 PCT/EP2012/071075 EP2012071075W WO2013060737A1 WO 2013060737 A1 WO2013060737 A1 WO 2013060737A1 EP 2012071075 W EP2012071075 W EP 2012071075W WO 2013060737 A1 WO2013060737 A1 WO 2013060737A1
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WO
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thin film
electrode
film transistor
semiconductor thin
electrodes
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/071075
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German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Jank
Erik TEUBER
Martin LEMBERGER
Jiaye Huang
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41733Source or drain electrodes for field effect devices for thin film transistors with insulated gate

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a thin film transistor and a method of manufacturing the same.
  • thin film transistors can be used for various devices, such as displays, lighting elements, detector arrays, switches, or memories.
  • FIG. Fig. 7 shows an exemplary construction of a bottom-gate thin-film transistor.
  • known thin film transistors consist of a semiconductor thin film 703 contacted by two metal electrodes (source 701-1 and drain 701-2).
  • a third electrode (gate 704) is deposited by an insulator 705 separated from the semiconductor thin film 703 and / or the other electrodes (source and drain electrodes 701-1, 701-2), and serves to form the semiconductor (semiconductor thin film 703). between the source and drain electrodes 701-1, 701-2 to modulate in its conductivity.
  • the fabrication of thin film transistors is independent of substrate material or substrate 709. Typically, thin film transistors are fabricated on insulator materials such as glass, ceramic, or plastic substrates.
  • the current ID between the source and drain of a thin film transistor is determined inter alia by the geometric dimensions, such as width W and length L of the channel (see Fig. 7). From the possible operating states of the conductive transistor (linear region, triode and saturation region), the dependence of the current I D between drain and source on the geometry, in particular the proportionality of the current ID to the width-to-length ratio (W / L ) of the transistor, and represent according to the following equation: D L
  • FIGS. 8a to 8d For the construction of thin-film transistors, there are the exemplary embodiments shown by way of example in FIGS. 8a to 8d. 8a-8d are a known stacked top-gate thin-film transistor (FIG. 8a), a known stacked bottom-gate thin-film transistor (FIG. 8b), a known coplanar top-gate thin-film transistor (FIG. 8c), and FIG known coplanar bottom-gate thin film transistor ( Figure 8d).
  • top or bottom gate architectures differ on the one hand with respect to their top or bottom gate architectures.
  • the use of top or bottom gate architectures primarily affects the formation of the interfaces between the respective thin films used.
  • the distinction between the devices in terms of their top or bottom-gate architectures is essentially irrelevant to the electrical properties of the devices.
  • the transistors or components shown in FIGS. 8a to 8d differ in terms of their stacked or coplanar architectures.
  • the source and drain contacts 801-1, 801-2 are not directly on or under the gate insulator (insulator layer 705) but are through the semiconductor thin film 703 thereof separated.
  • a stack of source and drain contacts 801-1, 801-2 (S / D contact), semiconductors 703, insulator 705, and gate electrode 704 are formed.
  • the source and drain contacts 802-1, 802-2 are directly on or under the insulator 705. That is, the source and drain contacts 802-1 , 802-2 in this case adjoin a side of the insulator 705 facing the semiconductor 703 or an opposing insulator interface.
  • the interfaces between source / drain electrodes and insulator are also in one plane with the channel. Although this means that in contrast to the stacked transistor or in the stacked contacts no series resistance occurs. However, due to the typically very small channel thickness, the contact area between the source and drain electrodes and the channel is so small that the coplanar contacts can dominate the electrical properties of the entire device. As a result, on the one hand, an increased series resistance can also result. On the other hand, in the case of rectifying contacts (eg, Schottky contact electrode channel) by the antiserial contact-channel contact arrangement, in any case the characteristic amp having the lower current carrying capacity (ie, the stopband) of one of the contacts will dominate the overall device characteristics.
  • rectifying contacts eg, Schottky contact electrode channel
  • the source and drain contacts lie in one plane in all the thin-film transistors shown. They are defined either by blanket deposition of a metal film and subsequent structuring (subtractive processing) or by additive application, such as by means of printing processes. In the subtractive processing z. Example, a deposition of photoresist, an exposure, a development of the photoresist, an etching of the metal layer with the photoresist as a mask and a removal of the photoresist.
  • Limitations on channel length reduction are mainly due to the resolving power of the contact manufacturing process. Which method is chosen here depends essentially on economic aspects. As a rule, costs and costs increase significantly with the resolution. Significant techniques for exposure (see above) in the subtractive patterning technique are, for example, contact / proximity exposure (Mask Aligner), laser direct writing, projection exposure, nanoimprinting, and electron or ion beam direct writing. The techniques are widely available, such as B. in microelectronics production. However, the resolving power greatly increases the demands on the process environment and costs.
  • the essential techniques are, for example, the masked deposition by vapor deposition, sputtering, aerosol and plasma spray through a stencil mask, all printing processes, especially screen printing, inkjet printing, letterpress printing ( Flexographic printing), gravure printing (engraving, Pad printing), offset printing and methods derived therefrom, as well as soft lithographic processes (microcontact printing, micro molding, soft imprinting).
  • short channel lengths can be achieved by introducing a known self-aligning pattern.
  • US Pat. No. 6,808,972 B2 US Pat. No. 7,244,669 B2 and US Pat. No. 7,482,207 B2
  • a prestructuring of trenches is described.
  • a disadvantage of the techniques described therein is that the source and drain again lie in one plane, resulting in a finite gate length.
  • such techniques are described in US 2006/0160277 AI and US 2007/0018151 AI.
  • a disadvantage of the techniques described therein is that the source / drain distance must remain finite, since source and drain lie in one plane.
  • the arrangement of the semiconductor thin film in KR 20050001936 A is such as to produce substantially a stacked top gate structure rotated by 90 °.
  • the technique described there again has the disadvantage that the source / drain contacts lie in one plane.
  • US 2010/0019231 Al a known technique for a structure similar or partly identical to the construction shown in KR 20050001936 A is described.
  • the disadvantages of the technique mentioned there are comparable to those mentioned above.
  • US 2010/0019231 A1 describes in paragraph [0083] the structuring of an underlying material over the (and relative to) the metal electrode (here, however, insulator and non-alternative metal).
  • paragraph [0075] and with reference to FIGS. 3 a and 3 c the enlargement of the gate width is described by a serpentine-like interlacing.
  • Another known concept is based on the implementation of the transistor as a ("planar") vertical component. Such a known concept is described, for example, in L. Ma, Y.
  • US 2009/0008634 AI attacks the work of L. Ma, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. Vol. 85, no. 21, p 5084, Nov. 2004 and realizes the perforated electrode with elaborate, such. B. soft lithographic or self-aligned method (see para. [0028]).
  • This in The concept described in US 2009/0008634 A1 in turn has the disadvantages that it is realized with cumbersome or complex techniques. Source and drain inevitably overlap. In addition, leakage currents are difficult to control.
  • a general problem of the known concepts described above is thus that in the known lateral components, the channel length is typically limited by the resolving power and an optimization of the controllable current or the improvement of the electrical properties is difficult. Furthermore, in the known vertical components, leakage currents typically occur in the switched-off state (leakage current paths), which can impair the function of the components.
  • the known vertical components are also characterized by complex process control or complicated production processes or have limitations in terms of functionality (eg series resistance in the case of ultrathin source or drain electrodes).
  • the object of the present invention is therefore to provide a thin-film transistor which enables a reduction in the channel length and at the same time is distinguished by improved electrical properties. This object is achieved by a thin-film transistor according to claim 1.
  • Embodiments of the present invention provide a thin film transistor having a first electrode, a second electrode, a control electrode, an insulator layer, and a semiconductor thin film formed on a substrate.
  • the control electrode adjoins the insulator layer on one side, and the semiconductor thin film adjoins the insulator layer on an opposite side.
  • the first and second electrodes abut the semiconductor thin film.
  • a portion of the first electrode adjacent to the semiconductor thin film is disposed on a side of the semiconductor thin film facing the substrate, and a portion of the second electrode adjacent to the semiconductor thin film is disposed on a side of the semiconductor thin film remote from the substrate. Further, a thickness of at least one of the first electrode and the second electrode is larger than half the thickness of the semiconductor thin film.
  • the gist of the present invention is that the above-mentioned reduction of the channel length can be achieved with simultaneously improved electrical characteristics of the thin-film transistor, when a portion of the first electrode adjacent to the semiconductor thin film is disposed on a side of the semiconductor thin film facing the substrate and a to the semiconductor thin film adjacent portion of the second electrode is disposed on a side facing away from the substrate side of the semiconductor thin film, wherein a thickness of at least one of the first electrode and the second electrode is greater than half the thickness of the semiconductor thin film.
  • the channel length can be reduced below the resolution limit set by the known techniques, and the controllable current can be optimized or set better.
  • the reduction of the channel length can be achieved, and on the other hand, at the same time an optimization of the controllable current or the improvement of the electrical properties of the thin-film transistor can be achieved.
  • use can be made of a special arrangement of sections of the first and the second electrode on a side of the semiconductor thin film facing away from the substrate and a suitable one Ratio between the thickness of the first and second electrodes and the thickness of the semiconductor thin film can be used.
  • FIG. 1a, b are side views of thin film transistors according to embodiments of the present invention.
  • Fig. 2a, b are side views of thin film transistors according to others
  • Embodiments of the present invention are side views of thin film transistors according to others
  • Fig. 4a, b are side views of thin film transistors according to others
  • 5 a, b are plan views of electrodes of thin film transistors according to
  • FIG. 5 c is a plan view of electrodes of a thin film transistor according to another embodiment of the present invention.
  • Fig. 6a is a side view of an embodiment of a means of pressure and
  • Spray method produced thin film transistor
  • Fig. 6b is a plan view of the embodiment of the thin-film transistor according to
  • FIG. 7 is a perspective view of a known bottom-gate
  • Thin-film transistor according to the prior art are side views of known prior art stacked and coplanar thin film transistors.
  • FIG. 1 a shows a side view of a thin-film transistor 100 according to an embodiment of the present invention.
  • a bottom-gate thin-film transistor is shown with mutually coplanar / stacked source and drain electrodes.
  • the thin film transistor 100 bottom gate thin film transistor
  • the thin film transistor 100 includes a first electrode 101-1, a second electrode 101-2, a control electrode 104, an insulator layer 105, and a semiconductor thin film 103 (such as a semiconductor thin film layer)
  • the first electrode and the second electrode 101 - 1, 101 - 2, the control electrode 104, the insulator layer 105, and the semiconductor thin film 103 are formed on a substrate 109.
  • the control electrode 104 adjoins the insulator layer 105 on one side 112.
  • the semiconductor thin film 103 adjoins the insulator layer 105 on an opposite side 114.
  • the first and second electrodes 101-1, 101-2 adjoin the semiconductor thin film 103.
  • the thin-film transistor 100 is designed such that by varying the control voltage on the control electrode 104, a channel in the semiconductor thin film 103 can be formed and controlled and removed again, by which an electrical resistance between the first and second electrodes 101-1, 101-2 controls or reduced.
  • the channel represents a relatively thin region in the semiconductor thin film, which is substantially at least partially along the insulator / semiconductor interface 1 14 can be formed. In this case, a very high charge carrier density is typically present in the channel or the channel region.
  • the channel can be formed in particular in the region which can be controlled by the control electrode or the gate electrode.
  • the thin-film transistor 100 shown in FIG. 1a thus has a bottom-gate transistor structure.
  • a portion 1 1 1 1-1 of the first electrode 101-1 adjoining the semiconductor thin film 103 is arranged on a side 116 of the semiconductor thin film 103 facing the substrate 109, while a portion 11 adjacent to the semiconductor thin film 103 is arranged 1-2 of the second electrode 101-2 a side facing away from the substrate 109 side 1 18 of the semiconductor thin film 103 is arranged.
  • the first electrode 101-1 may be a source electrode and the second electrode 101-2 may be a drain electrode, or the second electrode 101-2 may be a source electrode and the first electrode 101-1 may be a drain electrode ,
  • the channel in the semiconductor thin film 103 at least partially at the insulator / semiconductor interface 114 (between the insulator layer 105 and the semiconductor thin film 103).
  • the channel is not only formable, but can also be removed again.
  • the electrical resistance between the source and drain electrodes can be reduced. In this way, the thin film transistor can be controlled or adjusted.
  • the thickness D of the first electrode 101-1 and the second electrode 101-2 is larger than half the thickness S of the semiconductor thin film 103.
  • a current supplied from the first and second electrodes 101-1, 101-2 can be transported to the device regions without significant resistive losses. where the charge carrier injection into or extraction from the channel takes place.
  • the control electrode 104 or gate electrode is also designed as a bottom electrode (bottom-gate electrode).
  • the control electrode 104 is arranged on the substrate 109.
  • the insulator layer 105 and the semiconductor thin film 103 are disposed on the control electrode 104.
  • the first and second electrodes 101-1, 101-2 are arranged such that portions thereof are adjacent to the semiconductor thin film 103 from the sides 116, 118.
  • the control electrode 104 adjoins a surface of the substrate 109 on another side. Referring to FIG. 1a, in embodiments, the first electrode 101-1 is separated from the control electrode 104 by the insulator layer 105 and not the semiconductor thin film 103.
  • This arrangement of the first electrode 101-1 substantially corresponds to a coplanar electrode of the thin film transistor 100.
  • the second electrode 101-2 is separated from the control electrode 104 by the insulator layer 105 and the semiconductor thin film 103.
  • This arrangement of the second electrode 101-2 substantially corresponds to a stacked electrode of the thin film transistor 100.
  • the first electrode 101-1 is designed as a coplanar electrode
  • the second electrode 101-2 is configured as a stacked electrode is designed.
  • the stacked electrode may be configured to provide a substantially planar injection for the channel
  • the coplanar electrode may be configured to provide a substantially point-shaped injection for the channel.
  • the optimization of the interface properties as well as the optimization of surfaces and peripheral geometries come into question.
  • essentially only the area of the stacked electrode or the one-dimensional (ID) contact line between channel and coplanar electrode has an influence on the actual transport into the channel or out of the channel (or the injection / extraction) to have. Both are not dependent on the thickness.
  • Fig. 1b shows a side view of a thin film transistor 100 according to another embodiment of the present invention. Shown in Figure 1b is a top-gate thin-film transistor with mutually coplanar / stacked source and drain electrodes.
  • the thin-film transistor 100 shown in FIG. 1b with the first electrode 101-1, the second electrode 101-2, the control electrode 104, the insulator layer 105 and the semiconductor layer 103 substantially corresponds to the thin-film transistor of FIG.
  • the control electrode 104 is designed as an upper electrode (top-gate electrode).
  • the semiconductor thin film 103 and the insulator layer 105 are disposed on the substrate 109.
  • the control electrode 104 is disposed on the insulator layer 105 and separated from the substrate 109 by the insulator layer 105 and the semiconductor thin film 103.
  • the first and second electrodes 101 - 1, 101 - 2 are arranged, similar to the exemplary embodiment shown in FIG. 1 a, such that a section 111 - 1 of the first electrode 101 - 1 adjoining the semiconductor thin film 103 adjoins a first electrode 101 - 1 side 111 of the semiconductor thin film 103 facing the substrate 109 is adjacent, while a portion 111-2 of the second electrode 101-2 adjacent to the semiconductor thin film 103 adjoins a side 1 18 of the semiconductor thin film 103 facing away from the substrate 109.
  • a top-gate transistor structure can thus be realized.
  • the semiconductor thin film 103 adjoins a surface of the substrate 109 on one side.
  • the first electrode 101-1 is designed as a stacked electrode, while the second electrode 101-2 is designed as a coplanar electrode.
  • a control voltage to the control electrode 104 (top gate electrode)
  • a channel can form in the semiconductor thin film 103 at the interface 114 to the insulator 105.
  • an electrical resistance between the first and second electrodes 101-1, 101 -2 (source and drain electrodes) can be reduced.
  • a bottom-gate thin-film transistor structure (FIG. 1 a) and a top-gate thin-film transistor structure (FIG. 1 b) are each provided with a coplanarly mounted electrode (coplanar drain or source structure).
  • a stacked mounted electrode allows.
  • Fig. La and lb respectively the substrate 109, the stacked source or drain contact 101-1, 101-2, the corresponding coplanar drain or source contact 101-2, 101-1, the semiconductor thin film or the semiconductor layer 103, the control electrode 104 (gate electrode) and the insulator layer 105 (gate insulator) are shown.
  • the thin-film transistor is designed so that the first and second electrodes 101 - 1, 101 - 2 do not overlap in a top view of the substrate 109.
  • FIG. 2a and 2b show side views of thin film transistors 200-1, 200-2 according to further embodiments of the present invention.
  • the thin-film transistor 200-1 shown in FIG. 2a essentially corresponds to the thin-film transistor 100 shown in FIG. 1a
  • the thin-film transistor 200-2 shown in FIG. 2b essentially corresponds to the thin-film transistor 100 shown in FIG.
  • each include a first electrode 201-1, a second electrode 201-2, a control electrode 204, an insulator layer 205, and a semiconductor thin film 203 substantially similar to the first electrode 101-1, the second electrode 101-2, the control electrode 104, the insulator layer 105, and the semiconductor thin film 103 correspond to the thin film transistors 100 shown in FIGS. 1a and 1b.
  • the elements 201-1, 201-2, 204, 205 and 203 of the thin film transistors 200-1, 200-2 are formed on the substrate 109.
  • the thin-film transistors 200-1, 200-2 shown in FIGS. 2a and 2b are designed such that the first and second electrodes 201-1, 201-2 are in plan view overlap the substrate 109 in an overlap region 211.
  • Figure 2a shows a bottom-gate thin-film transistor having mutually coplanar / stacked, overlapping source and drain electrodes.
  • the control electrode 204 or gate electrode is designed as a bottom electrode (bottom-gate electrode).
  • the control electrode 204 is disposed on the substrate 109.
  • the insulator layer 205 and the semiconductor thin film 203 are disposed on the control electrode 204.
  • the first and second electrodes 201 - 1, 201 - 2 are arranged such that a portion of the first electrode 201 - 1 adjoining the semiconductor thin film 203 adjoins the side 1 16 of the semiconductor thin film 203 facing the substrate 109, and a semiconductor thin film 203 adjacent portion of the second electrode 201-2 adjacent to the side facing away from the substrate 109 side 1 18 of the semiconductor thin film 203 adjacent.
  • the first electrode 201-1 source or drain electrode
  • the second electrode 201-2 source or drain electrode
  • the second electrode 201-2 may be configured such that in the overlapping region 211 of the first and second electrodes 201-1, 201-2 (source and drain electrodes), the first electrode 201-1 (coplanar electrode) is adjacent to the substrate 109 facing side 1 16 of the semiconductor thin film 203 and the second electrode 201-2 (stacked electrode) adjacent to the side facing away from the substrate 109 side of the semiconductor thin film 203 203.
  • the first electrode 201-1 is separated from the control electrode 204 by the insulator layer 205 and not the semiconductor thin film 203.
  • the second electrode 201-2 is separated from the control electrode 204 by the insulator layer 205 and the semiconductor thin film 203.
  • a top-gate thin film transistor having mutually coplanar / stacked, overlapping source and drain electrodes is shown.
  • the control electrode 204 or gate electrode is designed as an upper electrode (top-gate electrode).
  • the semiconductor thin film 203 and the insulator layer 205 are disposed on the substrate 109.
  • the control electrode 204 is disposed on the insulator layer 205 and separated from the substrate 109 by the insulator layer 205 and the semiconductor thin film 203.
  • the first and the second electrode 201 - 1, 201 - 2 are arranged in a manner similar to the embodiment shown in FIG. 2 a such that a portion of the first electrode 201 - 1 adjoining the semiconductor thin film 203 is connected to one Side 116 of semiconductor thin film 203 facing substrate 109 adjoins, while a section of second electrode 201-2 adjoining semiconductor thin film 203 adjoins side 1 18 of semiconductor thin film 203 facing away from substrate 109.
  • the first electrode 201-1 is laid out as a stacked contact
  • the second electrode 201-2 is designed as a coplanar or coplanar contact.
  • an overlap of the source and drain electrodes can thus be obtained in a plan view of the substrate in an overlapping region.
  • Fig. 2a and 2b respectively the substrate 109, the stacked source or drain contact 201-1, 201-2, the corresponding coplanar drain or source contact 201-2, 201-1, the semiconductor or the semiconductor thin film 203, the control electrode 204 (gate electrode) and the insulator layer 205 (gate insulator) are shown.
  • the length of the channel (channel length), which is at least partially at the interface 1 14 by applying a control voltage to the control electrode 204 in the semiconductor thin film 203 to the insulator 205 can be reduced as compared with the channel length provided in the semiconductor thin film 103 by the thin film transistors 100 shown in FIGS. 1a and 1b.
  • the controllable current (drain current), which can flow between the first and second electrode or the source and drain electrodes, can be increased and thus optimized.
  • FIGS. 3a-3c show side views of thin film transistors 300 according to further embodiments of the present invention.
  • the thin-film transistors 300 shown in FIGS. 3a-3c substantially correspond to those shown in FIG. 2a Thin-film transistor 200-1 (bottom-gate thin-film transistor).
  • the thin film transistors 300 of FIGS. 3a-3c include a first electrode 301-1, a second electrode 301-2, a control electrode 304, an insulator layer 305, and a semiconductor thin film 303 formed on the substrate 109.
  • 3a-3c substantially correspond to the elements 201-1, 201-2, 204, 205 and 203 of the thin film transistor 200-1 of FIG 2a.
  • the first and second electrodes 301-1, 301-2 overlap in plan view of the substrate 109 in the overlapping area 211, similar to the embodiment shown in FIG. 2a.
  • an insulator 310, 320 or 330 is arranged in the overlap region 21 1 between the first or second electrode 301 - 1, 301 - 2 and the semiconductor thin film 303.
  • Fig. 3a shows a side view of a thin film transistor 300 according to an embodiment of the present invention.
  • a bottom-gate thin film transistor having mutually coplanar / stacked, overlapping source and drain electrodes and an additional insulator layer and / or insulator for suppressing source / drain leakage current is shown.
  • FIG. 1 shows a bottom-gate thin film transistor having mutually coplanar / stacked, overlapping source and drain electrodes and an additional insulator layer and / or insulator for suppressing source / drain leakage current.
  • the second electrode 301 - 2 (stacked electrode) in the overlapping region 211 does not directly adjoin the side of the semiconductor thin film 303 facing away from the substrate 109.
  • an insulator 310 (additional insulator layer) may be arranged between the semiconductor thin film 303 and the second electrode 301 - 2 in the overlap region 21 1. Due to the overlap of the first and second electrodes 301-1, 301-2 in the overlapping area 211, the length of a channel formed in the semiconductor thin film 303 at least partially at the interface 114 to the insulator 305 of the thin film transistor 200-1 of FIG. 2a can be made clear be shortened.
  • the thin film transistor 300 of FIG. 3 a is substantially characterized by a reduced channel length and simultaneously has improved electrical properties.
  • Fig. 3b shows a side view of a thin film transistor 300 according to another embodiment of the present invention.
  • a bottom-gate thin-film transistor having mutually coplanar / stacked overlapping ones is shown Source and drain electrodes and an additional insulator layer or an additional insulator for suppressing a source / drain leakage current shown, wherein the additional insulator largely surrounds the coplanar contact.
  • the first electrode 301 - 1 (coplanar electrode) in the overlap region 21 1 does not directly adjoin the side of the semiconductor thin film 303 facing the substrate 109.
  • FIG. 3b shows a side view of a thin film transistor 300 according to another embodiment of the present invention.
  • a bottom-gate thin-film transistor having mutually coplanar / stacked overlapping ones is shown Source and drain electrodes and an additional insulator layer or an additional insulator for suppressing a source / drain leakage current shown, wherein the additional insulator largely surrounds the coplanar contact.
  • an insulator 320 (additional insulator layer) may be arranged between the semiconductor thin film 303 and the first electrode 301-1 in the overlap region 21 1.
  • the length of a channel formed in the semiconductor thin film 303 at least partially at the interface 14 to the insulator 305 of the thin film transistor 300 of Fig. 3b can be shortened significantly.
  • the insulator 320 and the additional insulator layer between the semiconductor thin film 303 and the first electrode 301-1 by the arrangement of the insulator 320 and the additional insulator layer between the semiconductor thin film 303 and the first electrode 301-1, a possibly occurring leakage current (source / drain leakage current) between the first and second electrodes 301-1, 301-2 in FIG Overlap area 211 avoided or at least reduced.
  • the first electrode 301-1 (coplanar electrode) may be separated from the semiconductor thin film 303 by an insulator portion 322 disposed laterally adjacent to the first electrode 301-1 and not extending to the insulator layer 305 be separated.
  • the insulator section 322 laterally next to the first electrode 301-1, the first electrode 301-1 can be almost completely shielded along its circumference by the second electrode 301-2, so that any leakage currents that may possibly occur at the side can be better suppressed. Due to the fact that the insulator section 322 does not extend to the insulator layer 305 in the thin-film transistor 300 of FIG.
  • the semiconductor thin-film 303 can still be reliably contacted via a section 315 of the first electrode 301-1.
  • a current supplied from the first electrode 301 - 1 may be injected into a region of the channel that may be formed in the semiconductor thin film 303 substantially along the insulator / semiconductor interface.
  • the first electrode 301-1 may be almost completely shielded from the second electrode 301-2 and still provide sufficient current for injection into the channel.
  • the thin film transistor 300 of FIG. 3b is substantially distinguished by a reduced channel length and at the same time has improved electrical properties.
  • Fig. 3c shows a side view of a thin film transistor 300 according to another embodiment of the present invention.
  • Fig. 3c is a bottom-gate Thin film transistor with mutually coplanar / stacked mounted, overlapping source and drain electrodes and an additional insulator layer for suppressing a source / drain leakage current shown.
  • the first electrode 301 - 1 (coplanar electrode) in the overlap region 21 1 does not directly adjoin the side of the semiconductor thin film 303 facing from the substrate 109.
  • an insulator 330 additional insulator layer
  • the length of a channel formed in the semiconductor thin film 303 at least partially at the interface 114 to the insulator 305 of the thin film transistor 300 of Fig. 3c can be shortened significantly.
  • a possibly occurring leakage current (source / drain leakage current) between the first and second electrodes 301-1, 301-2 in the overlap region 211 be avoided or at least reduced.
  • the first electrode 301-1 is effectively shielded by the second electrode 301-2, so that a substantially vertical leakage current can be largely suppressed.
  • the thin film transistor 300 of FIG. 3 c is substantially characterized by a reduced channel length and at the same time has improved electrical properties.
  • FIGS. 4a, 4b show side views of thin film transistors 400 according to further embodiments of the present invention.
  • FIG. 4a shows a top-gate thin-film transistor with mutually coplanar / stacked, overlapping source and drain electrodes and an additional isolation structure for extensive isolation of the coplanar electrode from the semiconductor or semiconductor thin film to suppress a source / drain leakage current shown.
  • the thin-film transistors 400 shown in FIGS. 4a and 4b essentially correspond to the thin-film transistor 200-2 (top-gate thin-film transistor) shown in FIG. 2b.
  • the elements 401-1, 401-2, 404, 405 and 403 of the thin film transistors 400 of FIGS. 4a and 4b substantially correspond to the elements 201-1, 201-2, 204, 205 and 203 of the thin film transistor 200-2 of FIG . 2 B.
  • the first and second electrodes 401-1, 401-2 overlap in plan view of the substrate 109, similar to the embodiment shown in Fig. 2b, in the overlapping area 211 FIG.
  • the thin-film transistor 400 has an additional insulation structure 410.
  • the insulation structure 410 is designed to isolate the second electrode 401-2 (coplanar electrode) preferably in the vicinity of the overlap area 211 from the semiconductor thin film 403 and to minimize the overlap area.
  • the second electrode 401-2 is largely insulated from the semiconductor thin film 403 and can still contact the semiconductor thin film 403 in the vicinity of the insulator layer 405.
  • substantially potential lateral and vertical leakage currents can be suppressed and, on the other hand, injection of the current into a region of the channel which forms at least partially at the insulator / semiconductor interface 114 can thus take place.
  • the thin-film transistor 400 has an additional insulation structure 420.
  • the insulating structure 420 is configured to insulate the first electrode 401-1 (stacked electrode) in the overlapping area 21 1 from the second electrode 401-2 (coplanar electrode).
  • the insulation structure 420 is designed such that it comprises the first electrode 401-1 (stacked electrode) locally limited or is arranged on an edge of the stacked electrode in the overlapping region 21 1.
  • insulators or isolation structures 310, 320, 330, 410, 420 can be used to reduce the source / drain leakage current.
  • a potentially low-resistance leakage current path between source and drain can occur in the overlapping region of the source and drain contacts 201 - 1, 201 - 2, which in the worst case makes effective switching off of the component difficult.
  • the insulating auxiliary structures insulators or insulation structures 310, 320, 330, 410, 420
  • Such auxiliary structures for bottom-gate transistors are shown in FIGS. 3a-3c, while they are shown in FIGS. 4a and 4b for top-gate transistors.
  • Such isolation structures are similarly usable in the thin-film transistors 100 in which the source and drain electrodes do not overlap.
  • an insulating layer or the insulator 330 is attached to the semiconductor, to reduce the source / drain leakage current.
  • the insulating layer can be patterned together with the coplanar contact or independently of this.
  • the isolation structure or insulator 320 almost completely surrounds the coplanar contact 301-1 in order to largely rule out an interaction between source and drain 301-1, 301-2.
  • an isolation structure 310 is inserted below a portion of the stacked contact 301-2. Although this typically increases the channel length, it can lead to improved process control reproducibility. In addition, in this arrangement, a partial passivation or encapsulation of the exposed semiconductor surface can be achieved.
  • FIGS. 4a and 4b Corresponding embodiments for insulation layers or the insulation structures 410, 420 in top-gate thin-film transistors are shown in FIGS. 4a and 4b.
  • an insulator layer or insulation structure 410 isolates the coplanar electrode 401-2 in the overlapping area with the stacked electrode 401-1 from the semiconductor 403.
  • the coplanar electrode 401-2 can be made self-aligned with the insulation structure 410 if necessary.
  • an insulating structure 420 is inserted at the stacked electrode 401-1 in the overlapping area to the coplanar electrode 401-2. Although this typically increases the channel length, it can lead to improved reproducibility of the process control.
  • FIGS. 4c to 4h show side views of thin film transistors 300, 400 according to further embodiments of the present invention.
  • the source and drain electrodes do not overlap in plan view of the substrate.
  • the thin film transistors 300, 400 of FIGS. 4c to 4h each include first and second electrodes 301-1, 301-2, 401-1, 401-2, a control electrode 304, 404, an insulator layer 305, 405, and a semiconductor thin film 303 , 403, which are arranged on the substrate 109.
  • the thin-film transistors 300, 400 of FIGS. 4 c to 4 h have insulating structures 310, 320, 330, 410, 420.
  • the thin-film transistors 300 with the insulation structures 310, 320, 330 shown in FIGS. 4 c to 4 f essentially correspond to the thin-film transistors 300 shown in FIGS. 3 a to 3 c with the insulation structures 310, 320, 330 (bottom-gate thin-film transistors).
  • the thin-film transistors 400 shown in FIGS. 4g and 4h with the insulation structures 410, 420 essentially correspond to those in FIG FIGS. 4a and 4b show thin-film transistors 400 with the insulation structures 410, 420 (top-gate thin-film transistors).
  • the isolation structure 330 is provided between a portion of the first electrode 301-1 and a portion of the semiconductor thin film 303.
  • the second electrode 301-2 does not extend to a vertical edge 122 of the semiconductor thin film 303, while in the thin film transistor 300 shown in FIG. 4d, the second electrode 301-2 extends to the vertical edge 122 of the semiconductor thin film 303.
  • the insulating structure 320 is provided between a portion of the first electrode 301 -1 and a portion of the semiconductor thin film 303.
  • the second electrode 301-2 extends to a vertical edge 122 of the semiconductor thin film 303, whereas in the thin film transistor 300 shown in FIG. 4f, the second electrode 301-2 does not extend to the vertical edge 122 of the semiconductor thin film 303.
  • the insulating structure 410 is provided between a portion of the second electrode 401-2 and a portion of the semiconductor thin film 403.
  • the isolation structure 420 is provided between a portion of the first electrode 401-1 and a portion of the semiconductor thin film 403.
  • one or more isolation structures are provided between a region of the first electrode and a region of the semiconductor thin film and / or between a region of the second electrode and a region of the semiconductor thin film. This makes it possible to efficiently suppress leakage currents between the first and second electrodes. Thus, even in the embodiments of FIGS. 4c to 4h, in which the source and drain electrodes do not overlap, an efficient suppression of the leakage currents can be obtained.
  • FIGS. 5a and 5b show plan views of electrodes 501, 502 of thin film transistors according to further embodiments of the present invention.
  • a first and a second electrode 501, 502 as well as a semiconductor or a semiconductor thin film 503 (dashed boundary line) are shown.
  • the elements in the plan views of FIGS. 5 a and 5 b substantially correspond to those shown in the side views of FIGS. 1a and 1b.
  • the first and second electrodes 501, 502 have, for example, a square shape (or border). Further, in other embodiments, the first and second electrodes 501, 502 may have a rectangular or round shape.
  • a square, rectangular or round shape for the first and second electrodes 501, 502 (stacked and coplanar electrode)
  • a comparatively small circumference-to-area ratio can be obtained, so that the electrical characteristics of the thin film transistor are mainly from the coplanar Contact to be influenced. This results from the fact that, with a comparatively small circumference-to-area ratio, the total current to be generated between the first and second electrodes is limited primarily by the small line length of the coplanar contact.
  • the circumference-to-area ratio is defined, for example, as the ratio of the circumference of the coplanar to the area of the stacked electrode or contact.
  • an inner electrode (electrode 501) of the first and second electrodes 501, 502 is surrounded by an outer electrode (electrode 502) of the first and second electrodes 501, 502.
  • outer edges 511 of the inner electrode 501 (coplanar electrode) and inner edges 513 face the outer electrode 502 (stacked electrode) (see FIG. 5 a).
  • the electrode having the comparatively large area is the stacked electrode while the electrode having the comparatively small area (inner electrode 501) is the coplanar electrode.
  • the inner or coplanar electrode 501 and the outer or stacked electrode 502 may overlap in plan view onto the substrate.
  • an overlap of the inner and outer electrodes 501, 502 similar to the exemplary embodiments shown in FIGS. 2a and 2b may also occur.
  • the first and second electrodes 501, 502 include, for example, a first interdigital structure 501 and a second interdigital structure 502.
  • edges 521 of the first interdigital structure 501 and edges 523 of the second interdigital structure 502 are located opposite one another.
  • FIG. 5 b edges 521 of the first interdigital structure 501 and edges 523 of the second interdigital structure 502 are located opposite one another.
  • the first interdigital structure 501 and the second interdigital structure 502 may overlap one another in plan view of the substrate.
  • an overlapping of the first and second interdigital structures 501, 502 may also occur similar to the exemplary embodiments shown in FIGS. 2a and 2b.
  • the elements in the plan views of FIGS. 5a and 5b essentially correspond to those shown in the side views of FIGS. 2a and 2b.
  • the interdigital structure of the first and second electrodes 501, 502 shown in FIG. 5b is characterized by a comparatively large circumference-to-area ratio. Due to the comparatively large ratio of the circumference to the area of the respective electrodes 501, 502 or contacts, the electrical properties of the thin-film transistor are influenced predominantly by the stacked electrode or the coplanar contact. It should be understood that the extent of the coplanar contact as well as the area of the stacked contact are primary or essential to the adjustment of the electrical characteristics of the thin film transistor. In contrast, the area of the coplanar contact and the circumference of the stacked contact are only secondary or not essential.
  • the electrical properties of thin-film transistors can thus be set by selecting a suitable circumferential-area ratio of the coplanar or stacked contacts. This allows a targeted suppression or emphasis on the contact properties and thus a targeted adjustment of the operation of the thin-film transistors. In other words, an optimization of the electrical device properties can be made via the circuit design.
  • the asymmetry of the source and drain contacts, ie, an almost line-shaped injection at the coplanar contact as opposed to a flat injection at the stacked contact results in a separate optimization of the source and drain geometries to achieve a maximum current level (Fig. 5 a, 5b) and to limit the current through contact properties.
  • the injection width at the coplanar contact corresponds approximately to the circumference of the stacked contact.
  • the injection properties of one of the two contacts can be selectively used to limit the total current and thus define the device characteristics. For example, there are the following options.
  • the circumference-to-area ratio should be set as low as possible. As a result, the coplanar contact limits the total current.
  • An example of the embodiment with a square geometry of the coplanar contact is shown in Fig. 5a.
  • Other low aspect ratio designs may be designed, for example, with a rectangular or round coplanar contact.
  • the circumference-to-area ratio should be set as large as possible.
  • An example of an interdigital design is shown in Fig. 5b.
  • the total area of the stacked contact in Fig. 5a and 5b for example, the same size.
  • Further embodiments of the electrodes or contacts are, for example, regular point, star, stripe or meander-shaped arrangements. In further embodiments, technically relevant intermediate forms are conceivable for the just mentioned possibilities.
  • the relative position of the edges of coplanar 501 and stacked electrode 502 is primarily critical, as well as the overlap of stacked electrode 501 and semiconductor 503.
  • Figs. 5a and 5b only those are mentioned Elements in relation set, wherein in the case of the semiconductor 503 only the boundary line of the semiconductor surface is located.
  • Fig. 5a a design and plan view of a thin-film transistor with a small circumference-to-area ratio is shown by way of example, while in Fig. 5b, the outline of a thin-film transistor with a high-to-area ratio and the same area of the stacked contact as shown in Fig. 5a.
  • Fig. 5c shows a top view of electrodes of a thin film transistor 500 according to another embodiment of the present invention.
  • a first and a second electrode 501, 502 as well as a semiconductor thin film 503 (dashed boundary line) are shown.
  • the elements in the Top view of Fig. 5c substantially correspond to those shown in the side views of Fig. La and lb.
  • the gate electrode and the gate insulator which can occupy at least the surface of the semiconductor.
  • the first electrode 501 has a comb structure
  • the second electrode 502 has a rectangular shape, for example.
  • FIGS. 5a to 5c have the common feature that, in the case of the thin-film transistors, in each case a peripheral section of the first or second electrode which adjoins the semiconfilm for forming a channel has a different course from a continuous straight line.
  • the first or second electrode has a comb structure with a plurality of fingers, wherein finger sections form the peripheral section relevant for the formation of the channel.
  • the peripheral portion of the first or second electrode relevant to the formation of the channel has, for example, regions arranged on opposite sides of at least a portion of the first or second electrode.
  • Fig. 6a shows a side view of one embodiment of a thin film transistor 600 fabricated by the printing and spraying process. Referring to Figs. 6a and 6b, there is shown by way of example the design of the thin film transistor 600, such as that produced by overlapping printing and spraying of functional materials. Referring to FIG.
  • the thin film transistor 600 (top gate thin film transistor) includes a first electrode 601-1, a second electrode 601-2, a control electrode 604, an insulator layer 605, and a semiconductor thin film 603.
  • the elements 601-1, 601-2, 604, 605, and 603 of the thin film transistor 600 of FIG. 6a substantially correspond to the elements 101-1, 101-2, 104, 105, and 103 of the thin film transistor 100 of Fig. Ib.
  • the stacked electrode 601-1 is first printed on an insulating substrate, such as preferably on glass, ceramic, insulating coated stainless steel or plastic film, using a metal ink in the form of a line.
  • a metal ink in the form of a line.
  • Inkjet, gravure, offset or flexographic printing processes are preferably used as the printing process, while soft-lithographic processes such as, for example, nanoimprint lithography can also be used.
  • the semiconductor 603 for example over the entire surface by means of spraying or patterned from a Rekursortinte (molecular solution, particle dispersion or mixture of both), applied so that it completely surrounds the stacked electrode 601-1.
  • a Rekursortinte molecular solution, particle dispersion or mixture of both
  • the coplanar electrode 601-2 is also produced in the form of a line, for example by printing a metallic precursor ink.
  • the insulator 605 or the insulator layer is then applied by spraying or printing process, for example.
  • the metallic gate electrode 604 is printed so that it is able to fully control the exposed semiconductor region.
  • the contact with buried electrodes for example, either by suitable methods for opening contact holes (contact holes 611, 612 in Fig.
  • FIG. 6b shows the top view of the embodiment of the thin-film transistor 600 of FIG. 6a thus produced.
  • the thin film transistor 600 has first and second openings 61 1, 612 and contact holes, respectively.
  • the first opening 611 extends through the insulator layer 605 and the semiconductor thin film 603 except for the first electrode 601-1
  • the second opening 612 extends through the insulator layer 605 and not the semiconductor thin film 603 to the second electrode 601-2.
  • a contacting of the first and second electrodes 601-1, 601-2 or the buried electrodes can be made possible.
  • the semiconductor thin film is an inorganic layer.
  • the thickness (S) of the semiconductor thin film is in a range of, for example, 5 nm to 120 nm, preferably in a range of, for example, 30 nm to 120 nm.
  • a thickness (D) of at least one of the first and second Electrode equal to or greater than 50 nm, preferably equal to or greater than 100 nm, or preferably equal to or greater than 200 nm.
  • the following describes a method that can be used to fabricate bottom-gate thin film transistors ( Figures la and 2a) by conventional vacuum deposition techniques, such as chemical vapor deposition / CVD or physical vapor deposition / PVD.
  • the process is carried out, for example, such that the transistor structure is built up on an insulating substrate (substrate 109), such as a glass carrier or a thermally oxidized silicon wafer.
  • substrate 109 such as a glass carrier or a thermally oxidized silicon wafer.
  • a patterned metal layer is generated as the gate electrode (control electrode 104).
  • a lift-off method can be used, in which a photoresist is first patterned, then the metal layer is deposited and finally, by means of solvent, the remaining photoresist, including the metal layer deposited on it, is lifted off.
  • the gate insulator for example, 200 nm of silicon dioxide is deposited, for example by means of plasma assisted CVD or cathode sputtering, and patterned by means of photolithography and dry etching.
  • the coplanar metal contact is produced, for example, by the deposition of a 100 nm aluminum-silicon alloy plus one of the structuring techniques described above.
  • the deposition of 50 nm or 100 nm zinc oxide by means of sputtering and the structuring by means of the lift-off process.
  • a thermal treatment is carried out at 400 ° C. in a forming gas atmosphere (for example 95% N 2 , 5% H 2 ).
  • the contacts to the gate electrode and possibly to the coplanar electrode are exposed, for example, by means of photolithography and dry etching step.
  • a 300 nm thick aluminum layer (For example, for the second electrode 101-2) by means of electron beam evaporation and lift-off deposited and patterned.
  • the full-area deposition plus photolithography and etching of the layer is alternatively conceivable.
  • the components are stored for example for 12 hours at 120 ° hot.
  • an insulator layer preferably 100 nm of silicon dioxide, is obtained by means of e.g. plasma-enhanced vapor deposition and patterned together with the metallization 301-1 by photolithography and dry etching.
  • the deposition of the metal layer for producing the coplanar electrode 301-1 is carried out, for example, in two layers.
  • a metal layer 315 is selected (such as 20 nm platinum or tungsten), which is not attacked by the dry etching process for the upper metal layer 301-1 (such as 100 nm AISi).
  • an insulator layer preferably 100 nm of silicon dioxide, is deposited on the metal layer stack and patterned together with the upper metallization layer 301-1 by photolithography and dry etching.
  • the lower metallization layer 315 is not attacked.
  • a second insulating layer preferably 20 nm of silicon dioxide, applied in a conformal deposition process and generated by anisotropic etching back a so-called spacer structure 322 for electrical insulation of the flanks.
  • an insulator layer preferably 100 nm of silicon dioxide, may be obtained by e.g. applied plasma-enhanced vapor deposition and patterned by photolithography and dry etching.
  • the stacked source or drain electrode 101-1, 201-1 by means of deposition of lOOnm aluminum and lift-off technique or photolithography, plasma etching and removal of the photoresist on an insulating substrate 109, for example glass, plastic, insulating coated stainless steel or oxididertem Silicon carrier produced.
  • a second step the production of a preferably 50 to 100 nm thick semiconductor thin film 103, 203, for example zinc oxide, and its structuring by means of lift-off or photolithography and etching technology.
  • the semiconductor can be subjected to the deposition of an oven annealing at> 100 ° C, for example at 400 ° C, for example in Formiergasatmospreheat (5% H 2 , 95% N 2 ).
  • the second coplanar electrode 101-2, 201-2 for example 100 nm of aluminum, is deposited by means of vapor deposition or cathode sputtering and patterned with the aid of the lift-off technique or a photolithography sequence.
  • the insulator 205 for example silicon dioxide, aluminum oxide or an alternative dielectric, is deposited and patterned by means of a lift-off technique or photolithography sequence.
  • a metal layer for example aluminum, is deposited by means of, for example, vapor deposition or cathode sputtering and patterned by means of a lift-off technique or photolithography sequence.
  • an insulator layer preferably 100 nm of silicon dioxide, may be obtained by e.g. applied plasma-enhanced vapor deposition and patterned by photolithography and dry etching.
  • the metal layer for producing the coplanar electrode 401-2 must be made to pass over the insulator structure 410 into the overlap area 21 1 with the stacked electrode 401-1 and contact the semiconductor thin film.
  • an insulator layer preferably 100 nm silicon dioxide, can be applied by means of eg plasma-assisted vapor deposition and patterned by photolithography and dry etching in such a way that it overlaps the stacked electrode encompasses with the coplanar electrode.
  • the fabrication of thin-film transistors in bottom-gate architecture by printing techniques may be performed according to a method (optionally, by changing the process order and process selection) for fabricating the thin-film transistor 600 shown in FIGS. 6a and 6b.
  • Embodiments of the present invention provide a thin film transistor and a method of manufacturing the same, wherein improvement of the thin film transistor or device with respect to the currents extractable from the device can be achieved.
  • the controllable current between drain and source can be optimized or maximized. This is made possible by the fact that the channel length can be made as low as possible and can even be reduced below the resolution limit specified by the known techniques.
  • the geometry and the electrical behavior of source and drain contact can be separately optimized via the dimensioning of the area of the one or the contact line of the other source or drain contact. This can specifically suppress or work out contact effects and their effect on the electrical behavior of the entire component.
  • the present invention provides the ability to provide overlapping source / drain regions in a thin film transistor.
  • the thin-film transistor according to the invention is a modification of the standard TFT (thin-film transistor).
  • embodiments of the present invention provide a thin film transistor having spaced source and drain electrodes, wherein in particular the overlap of the source and drain can be minimized.
  • insulator layers can be used to suppress source / drain leakage currents.
  • the present invention also allows a more sophisticated optimization of the device characteristics of the thin film transistor.
  • the source and drain contacts are not made, as usual, in a Metalltechnischsebene, but that one of the two contacts as coplanar contact and the other of the two contacts can be performed as a stacked contact. It is not initially determined which of the two contacts is used as a source and which contact as a drain.
  • FIG. 1 a for the bottom-gate thin-film transistor and in FIG. 1b for the top-gate thin-film transistor.
  • the distance between the source and drain electrodes which defines the achievable drain current, is not defined by the resolution of the manufacturing process, but by the distance between the boundary edges of metal electrodes made in separate planes.
  • the aforementioned advantage can be exploited to such an extent that the two electrodes are brought to overlap (see FIGS. 2a and 2b).
  • effects such as non-linear characteristic curves, such as a gate-controlled rectifying contact, specifically disclosed and used for use in devices.
  • effects can be selectively enhanced or suppressed by selectively selecting different materials for coplanar and stacked contact, as well as the geometry of the component.
  • embodiments of the present invention have the following advantages.
  • a reduction of the channel length below the resolution limit specified by the manufacturing or structuring method can be achieved.
  • isolation structures for reducing the source / drain leakage currents are created.
  • a partial additional passivation of the semiconductor surface can be achieved.
  • a fault-tolerant process control is made possible.
  • one can Control of the device properties are made possible by targeted adjustment of the properties of coplanar and stacked contact. This is achieved, for example, by a choice of material, an interface treatment, a dimensioning of layer thicknesses and a reinforcement or weakening of the properties of one of the contacts by determining the layout (eg 2D geometry, circumference of the coplanar and surface of the stacked contact).
  • the optimization of thin-film transistors is made possible on the one hand by the control according to the invention, and on the other hand the provision of completely novel electronic components can be realized.
  • Embodiments of the present invention thus enable a combination of coplanar and stacked contact in a device.
  • Embodiments of the present invention provide transistors for use in classical semiconductor technologies, i.a. Switching transistors, memory cells, such as SRAM, DRAM or 3D stackable highly integrated memory arrays, light-emitting transistors for optical signal or data transmission and driver transistors for power electronic applications. Further, embodiments of the present invention provide transistors for, for example, printed and large area thin film technologies, i.a.
  • Displays eg pixel drivers, addressing, data bus drivers and amplifiers as well as light-emitting transistors
  • light elements such as OLED, electroluminescent lamps, LED illumination (eg driver transistors, control circuits such as dimmers), detector arrays (eg 1D, 2D and 3D detection visible light, UV, X-ray, radioactive or other wavelength electromagnetic radiation, pixel amplifiers, address transistors or phototransistors), switches (eg, low cost logic applications, RFID chips, large power transistors), memory (eg select transistors, sense amplifier transistors, addressing or memory transistors).
  • LED illumination eg driver transistors, control circuits such as dimmers
  • detector arrays eg 1D, 2D and 3D detection visible light, UV, X-ray, radioactive or other wavelength electromagnetic radiation
  • pixel amplifiers address transistors or phototransistors
  • switches eg, low cost logic applications, RFID chips, large power transistors
  • memory eg select transistors, sense amplifier transistors, addressing or memory transistors.
  • embodiments of the present invention may serve to provide controllable non-linear / rectifying devices, e.g. for the rectification of AC voltage, oscillators for frequency generation, freewheeling diodes, voltage references and temperature sensors.
  • the arrangement of the source / drain electrodes enables novel test structures for a targeted characterization of contact properties on individual contacts.

Abstract

A thin film transistor comprises a first electrode, a second electrode, a control electrode, an insulator layer and a semiconductor thin film configured on a substrate. The control electrode adjoins the insulator layer on one side, and the semiconductor thin film adjoins the insulator layer on an opposite side. The first and second electrodes adjoin the semiconductor thin film. A channel in the semiconductor film through which an electrical resistance between the first and second electrodes is reduced can be controlled by varying the potential of the control electrode. A section of the first electrode adjoining the semiconductor thin film is arranged on a side of the semiconductor thin film facing the substrate, and a section of the second electrode adjoining the semiconductor thin film is arranged on a side of the semiconductor thin film facing away from the substrate. In addition, a thickness of at least the first electrode or the second electrode is greater than half the thickness of the semiconductor film.

Description

Dünnfilmtransistor  Thin film transistor
Beschreibung description
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Dünnfilmtransistor und ein Verfahren zum Herstellen desselben. Gemäß dem Stand der Technik können Dünnfilmtransistoren für verschiedene Einrichtungen, wie beispielsweise Displays, Leuchtelemente, Detektorarrays, Schalter oder Speicher, verwendet werden. Embodiments of the present invention relate to a thin film transistor and a method of manufacturing the same. In the prior art, thin film transistors can be used for various devices, such as displays, lighting elements, detector arrays, switches, or memories.
Eine bekannte Ausfertigung eines Dünnfilmtransistors 700 ist in Fig. 7 beispielhaft dargestellt. Fig. 7 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines Bottom-Gate- Dünnfilmtransistors. Bezug nehmend auf Fig. 7 bestehen bekannte Dünnfilmtransistoren aus einem Halbleiterdünnfilm 703, die von zwei Metallelektroden (Source 701-1 und Drain 701-2) kontaktiert wird. Eine dritte Elektrode (Gate 704) wird durch einen Isolator 705 vom Halbleiter bzw. dem Halbleiterdünnfilm 703 und/oder den anderen Elektroden (Source- und Drainelektrode 701-1, 701-2) getrennt aufgebracht und dient dazu, den Halbleiter (Halbleiterdünnfilm 703) zwischen der Source- und Drainelektrode 701-1 , 701-2 in seiner Leitfähigkeit zu modulieren. Die Herstellung von Dünnfilmtransistoren erfolgt unabhängig vom Substratmaterial bzw. dem Substrat 709. Typischerweise werden Dünnfilmtransistoren auf Isolatormaterialien, wie beispielsweise Glas, Keramik oder Kunststoffsubstraten, hergestellt. A known embodiment of a thin-film transistor 700 is shown by way of example in FIG. Fig. 7 shows an exemplary construction of a bottom-gate thin-film transistor. Referring to Fig. 7, known thin film transistors consist of a semiconductor thin film 703 contacted by two metal electrodes (source 701-1 and drain 701-2). A third electrode (gate 704) is deposited by an insulator 705 separated from the semiconductor thin film 703 and / or the other electrodes (source and drain electrodes 701-1, 701-2), and serves to form the semiconductor (semiconductor thin film 703). between the source and drain electrodes 701-1, 701-2 to modulate in its conductivity. The fabrication of thin film transistors is independent of substrate material or substrate 709. Typically, thin film transistors are fabricated on insulator materials such as glass, ceramic, or plastic substrates.
Bei der Herstellung von Dünnfilmtransistoren ist es erwünscht, eine Maximierung des steuerbaren Stroms (In) zwischen Drain und Source durchzuführen. Je höher der Strom in eingeschalteten Zustand ist, desto schneller können Schaltungen betrieben werden, oder desto kleiner können die Bauelemente angefertigt werden, um vergleichbare Stromniveaus zu erreichen. Der Strom ID zwischen Source und Drain eines Dünnfilmtransistors wird unter anderem von den geometrischen Abmessungen, wie beispielsweise Weite W und Länge L des Kanals, bestimmt (siehe Fig. 7). Aus den möglichen Betriebszuständen des leitfähigen Transistors (linearer Bereich, Trioden- und Sättigungsbereich) lässt sich die Abhängigkeit des Stroms ID zwischen Drain und Source von der Geometrie, insbesondere die Proportionalität des Stroms ID zum Weiten-zu-Längen- Verhältnis (W/L) des Transistors, herleiten und gemäß der folgenden Gleichung darstellen: D L In the fabrication of thin film transistors, it is desirable to maximize the controllable current (In) between drain and source. The higher the current is in the on state, the faster circuits can operate, or the smaller the devices can be made to achieve comparable current levels. The current ID between the source and drain of a thin film transistor is determined inter alia by the geometric dimensions, such as width W and length L of the channel (see Fig. 7). From the possible operating states of the conductive transistor (linear region, triode and saturation region), the dependence of the current I D between drain and source on the geometry, in particular the proportionality of the current ID to the width-to-length ratio (W / L ) of the transistor, and represent according to the following equation: D L
D.h., umso kleiner die Kanallänge L des Transistors ausgeführt ist, desto größer kann der steuerbare Strom ID zwischen Drain und Source sein. That is, the smaller the channel length L of the transistor is made, the larger the controllable current ID between drain and source can be.
Für den Aufbau von Dünnfilmtransistoren gibt es die in Fig. 8a bis 8d beispielhaft dargestellten bekannten Ausfuhrungsmöglichkeiten. In Fig. 8a bis 8d sind ein bekannter gestapelter Top-Gate-Dünnfilmtransistor (Fig. 8a), ein bekannter gestapelter Bottom-Gate- Dünnfilmtransistor (Fig. 8b), ein bekannter koplanarer Top-Gate-Dünnfilmtransistor (Fig. 8c) sowie ein bekannter koplanarer Bottom-Gate-Dünnfilmtransistor (Fig. 8d) gezeigt. For the construction of thin-film transistors, there are the exemplary embodiments shown by way of example in FIGS. 8a to 8d. 8a-8d are a known stacked top-gate thin-film transistor (FIG. 8a), a known stacked bottom-gate thin-film transistor (FIG. 8b), a known coplanar top-gate thin-film transistor (FIG. 8c), and FIG known coplanar bottom-gate thin film transistor (Figure 8d).
Die in Fig. 8a bis 8d gezeigten Transistoren bzw. Bauelemente unterscheiden sich einerseits hinsichtlich ihrer Top- oder Bottom-Gate- Architekturen. Die Verwendung von Top- oder Bottom-Gate-Architekturen hat in erster Linie Auswirkungen auf die Ausbildung der Grenzflächen zwischen den jeweils verwendeten Dünnfilmen. Darüber hinaus ist die Unterscheidung zwischen den Bauelementen hinsichtlich ihrer Top- oder Bottom-Gate-Architekturen für die elektrischen Eigenschaften der Bauelemente im Wesentlichen nicht relevant. The transistors or components shown in FIGS. 8a to 8d differ on the one hand with respect to their top or bottom gate architectures. The use of top or bottom gate architectures primarily affects the formation of the interfaces between the respective thin films used. Moreover, the distinction between the devices in terms of their top or bottom-gate architectures is essentially irrelevant to the electrical properties of the devices.
Andererseits unterscheiden sich die in Fig. 8a bis 8d gezeigten Transistoren bzw. Bauelemente hinsichtlich ihrer gestapelten oder koplanaren Architekturen. Im Folgenden wird die Unterscheidung zwischen gestapelter und koplanarer Architektur beschrieben. Bei der gestapelten Architektur (Fig. 8a, 8b) liegen die Source- und Drain- Kontakte 801-1 , 801-2 nicht direkt auf oder unter dem Gateisolator (Isolatorschicht 705), sondern sind durch den Halbleiter bzw. den Halbleiterdünnfilm 703 von diesem getrennt. Wie es in Fig. 8a, 8b gezeigt ist, bildet sich ein Stapel aus Source- und Drain-Kontakten 801-1, 801-2 (S/D-Kontakt), Halbleiter 703, Isolator 705 und Gateelektrode 704 aus. Geht man von einer Ausbildung eines Kanals an der Isolator/Halbleiter-Grenzfläche aus, so hat dies zur Folge, dass der Strom vom Source- oder Drain-Kontakt durch den Halbleiter in den Kanal bzw. zurück zum komplementären Kontakt fließen muss. Der im Allgemeinen schlecht leitende Halbleiterdünnfilm bildet hierbei einen unerwünschten Serienwiderstand, der jedoch durch eine großflächige Ausführung des Kontakts sowie die Verwendung eines dünnen Halbleiterdünnfilms minimiert werden kann. Im Gegensatz dazu befinden sich bei der koplanaren Struktur (Fig. 8c, 8d) die Source- und Drain-Kontakte 802-1 , 802-2 direkt auf oder unter dem Isolator 705. D.h., die Source- und Drain-Kontakte 802-1 , 802-2 grenzen hierbei an eine dem Halbleiter 703 zugewandte Seite des Isolators 705 bzw. eine gegenüberliegende Isolatorgrenzfläche an. Die Grenzflächen zwischen Source-/Drain- Elektroden und Isolator liegen zudem in einer Ebene mit dem Kanal. Dies bedeutet zwar, dass im Gegensatz zum gestapelten Transistor bzw. bei den gestapelten Kontakten kein Serienwiderstand auftritt. Jedoch ist durch die typischerweise nur sehr geringe Kanaldicke die Kontaktfläche zwischen den Source- und Drainelektroden und dem Kanal so klein, dass die koplanaren Kontakte die elektrischen Eigenschaften des gesamten Bauelements dominieren können. Hierdurch kann sich einerseits ebenfalls ein erhöhter Serien widerstand ergeben. Andererseits wird im Falle gleichrichtender Kontakte (beispielsweise Schottky Kontakt Elektrode-Kanal) durch die antiserielle Anordnung Kontakt-Kanal-Kontakt in jedem Fall der Kennlinienast mit der geringeren Stromtragfähigkeit (d.h. der Sperrbereich) eines der Kontakte die Kennlinie des Gesamt-Bauelements dominieren. On the other hand, the transistors or components shown in FIGS. 8a to 8d differ in terms of their stacked or coplanar architectures. The following describes the distinction between stacked and coplanar architecture. In the stacked architecture (Figures 8a, 8b), the source and drain contacts 801-1, 801-2 are not directly on or under the gate insulator (insulator layer 705) but are through the semiconductor thin film 703 thereof separated. As shown in Figs. 8a, 8b, a stack of source and drain contacts 801-1, 801-2 (S / D contact), semiconductors 703, insulator 705, and gate electrode 704 are formed. Assuming a formation of a channel at the insulator / semiconductor interface, this has the consequence that the current from the source or drain contact through the semiconductor must flow into the channel or back to the complementary contact. The generally poorly conductive semiconductor thin film in this case forms an undesirable series resistance, which can be minimized by a large-area design of the contact and the use of a thin semiconductor thin film. In contrast, in the coplanar structure (Figures 8c, 8d), the source and drain contacts 802-1, 802-2 are directly on or under the insulator 705. That is, the source and drain contacts 802-1 , 802-2 in this case adjoin a side of the insulator 705 facing the semiconductor 703 or an opposing insulator interface. The interfaces between source / drain electrodes and insulator are also in one plane with the channel. Although this means that in contrast to the stacked transistor or in the stacked contacts no series resistance occurs. However, due to the typically very small channel thickness, the contact area between the source and drain electrodes and the channel is so small that the coplanar contacts can dominate the electrical properties of the entire device. As a result, on the one hand, an increased series resistance can also result. On the other hand, in the case of rectifying contacts (eg, Schottky contact electrode channel) by the antiserial contact-channel contact arrangement, in any case the characteristic amp having the lower current carrying capacity (ie, the stopband) of one of the contacts will dominate the overall device characteristics.
Im Folgenden werden verschiedene bekannte Konzepte zur Definition der Gate-Länge beschrieben. Wie aus Fig. 8a bis 8d ersichtlich, liegen bei allen dargestellten Dünnfilmtransistoren die Source- und Drain-Kontakte in einer Ebene. Sie werden entweder durch ganzflächige Abscheidung eines Metallfilms und anschließende Strukturierung (subtraktive Prozessierung) oder durch additiven Auftrag, wie beispielsweise mittels Druckverfahren, definiert. Bei der subtraktiven Prozessierung erfolgt z. B. eine Abscheidung von Photolack, eine Belichtung, eine Entwicklung des Photolacks, ein Ätzen der Metallebene mit dem Photolack als Maske und ein Entfernen des Photolacks. In the following, various known concepts for defining the gate length will be described. As can be seen from FIGS. 8a to 8d, the source and drain contacts lie in one plane in all the thin-film transistors shown. They are defined either by blanket deposition of a metal film and subsequent structuring (subtractive processing) or by additive application, such as by means of printing processes. In the subtractive processing z. Example, a deposition of photoresist, an exposure, a development of the photoresist, an etching of the metal layer with the photoresist as a mask and a removal of the photoresist.
Limitierungen hinsichtlich einer Verringerung der Kanallänge sind vor allem durch das Auflösungsvermögen des Herstellungsverfahrens für die Kontakte gegeben. Welches Verfahren hierbei gewählt wird, ist im Wesentlichen von wirtschaftlichen Gesichtspunkten abhängig. In der Regel steigen mit der Auflösung auch Aufwand und Kosten deutlich an. Wesentliche Techniken für die Belichtung (siehe oben) bei der subtraktiven Strukturierungstechnik sind beispielsweise die Kontakt-/Proximity-Belichtung (Mask Aligner), das Laser-Direktschreiben, die Projektionsbelichtung, das Nanoimprint- Verfahren sowie das Elektronen- oder Ionenstrahl-Direktschreiben. Die Techniken sind weitgehend verfügbar, wie z. B. in der Mikroelektronikfertigung. Jedoch steigen mit dem Auflösungsvermögen die Anforderungen an die Prozessumgebung und die Kosten stark an. Limitations on channel length reduction are mainly due to the resolving power of the contact manufacturing process. Which method is chosen here depends essentially on economic aspects. As a rule, costs and costs increase significantly with the resolution. Significant techniques for exposure (see above) in the subtractive patterning technique are, for example, contact / proximity exposure (Mask Aligner), laser direct writing, projection exposure, nanoimprinting, and electron or ion beam direct writing. The techniques are widely available, such as B. in microelectronics production. However, the resolving power greatly increases the demands on the process environment and costs.
Im Falle additiver Strukturierungstechniken, bei denen die Formdefinition durch die strukturierte Deposition erfolgt, sind die wesentlichen Techniken beispielsweise die maskierte Abscheidung mittels AufdampfVerfahren, Kathodenzerstäubung, Aerosol- und Plasmasprühverfahren durch eine Schattenwurfmaske (Stencil Mask), alle Druckverfahren, insbesondere Siebdruck, Tintenstrahldruck, Buchdruck (Flexodruck), Tiefdruck (Gravur, Tampondruck), Offset-Druck und davon abgeleitete Verfahren sowie softlithographische Verfahren (Mikrokontaktdruck, Micro Molding, Soft Imprint). In the case of additive structuring techniques in which the shape definition is given by the structured deposition, the essential techniques are, for example, the masked deposition by vapor deposition, sputtering, aerosol and plasma spray through a stencil mask, all printing processes, especially screen printing, inkjet printing, letterpress printing ( Flexographic printing), gravure printing (engraving, Pad printing), offset printing and methods derived therefrom, as well as soft lithographic processes (microcontact printing, micro molding, soft imprinting).
Bekannte Techniken zur Verringerung des Abstands zwischen Source- und Drainkontakt in Dünnfilmtransistoren mit dem Ziel, die Drainströme zu erhöhen, befassen sich im Wesentlichen damit, den erzielbaren Abstand zwischen den Source- und Drainelektroden zu verringern. Dies wurde z.B. realisiert durch Maßnahmen zur Erhöhung der Auflösung der Herstellungsverfahren. Bekannte Maßnahmen zur Erhöhung der Auflösung bei den Herstellungsverfahren werden beispielsweise in Sekitani et al, PNAS, vol. 105, Seiten 4976-4980, 2008 sowie in Ante et al. IEDM 2010, Tech. Dig., S. 516, beschrieben. Ein Nachteil bei den dort beschriebenen Maßnahmen ist, dass der Source/Drain-Abstand endlich bleiben muss, da Source und Drain in einer Ebene liegen. Ferner können sich unter anderem Nachteile des koplanaren Aufbaus (siehe z. B. Fig. 2d, 6b in Ante et al.) ergeben. Known techniques for reducing the distance between source and drain contact in thin film transistors with the aim of increasing the drain currents are essentially concerned with reducing the achievable distance between the source and drain electrodes. This was e.g. realized by measures to increase the resolution of the manufacturing process. Known measures for increasing the resolution in the production processes are described, for example, in Sekitani et al, PNAS, vol. 105, pages 4976-4980, 2008 and in Ante et al. IEDM 2010, Tech. Dig., P. 516. A disadvantage with the measures described there is that the source / drain distance must remain finite, since source and drain lie in one level. Furthermore, disadvantages of the coplanar structure (see, eg, Fig. 2d, 6b in Ante et al.) May result, among other things.
Des Weiteren lassen sich im Falle von Drucktechniken durch die Einführung einer bekannten selbstjustierenden Strukturierung kurze Kanallängen erzielen. In der US 6,808,972 B2, US 7,244,669 B2 und US 7,482,207 B2 wird beispielsweise eine Vorstrukturierung von Gräben beschrieben. Ein Nachteil bei den dort beschriebenen Techniken ist, dass Source und Drain wiederum in einer Ebene liegen, so dass sich eine endliche Gate-Länge ergibt. Ferner werden in der US 2006/0160277 AI und US 2007/0018151 AI solche Techniken beschrieben. Ein Nachteil bei den dort beschriebenen Techniken ist, dass der Source/Drain-Abstand endlich bleiben muss, da Source und Drain in einer Ebene liegen. Für die Strukturierung des hydrophoben/oleophoben Bereichs muss außerdem ein alternatives hochauflösendes Verfahren eingesetzt werden. Darüber hinaus ergeben sich ggf. Nachteile des koplanaren Aufbaus. Ferner wird in der US 7,407,849 B2 solch eine Technik beschrieben. Die dort beschriebene Technik ist dahin gehend nachteilhaft, dass der Source/Drain-Abstand endlich bleiben muss, da Source und Drain wiederum in einer Ebene liegen. Darüber hinaus ergeben sich ggf. Nachteile des koplanaren Aufbaus. Schließlich werden in der US 6,838,361 B2, US 2008/0042200 AI und US 2008/0054257 AI solche Techniken beschrieben. Die dort beschriebenen Techniken haben wiederum den Nachteil, dass der Source/Drain-Abstand endlich bleiben muss, da Source und Drain in einer Ebene liegen. Es ergeben sich ggf. Nachteile des koplanaren Aufbaus. Furthermore, in the case of printing techniques, short channel lengths can be achieved by introducing a known self-aligning pattern. In US Pat. No. 6,808,972 B2, US Pat. No. 7,244,669 B2 and US Pat. No. 7,482,207 B2, for example, a prestructuring of trenches is described. A disadvantage of the techniques described therein is that the source and drain again lie in one plane, resulting in a finite gate length. Furthermore, such techniques are described in US 2006/0160277 AI and US 2007/0018151 AI. A disadvantage of the techniques described therein is that the source / drain distance must remain finite, since source and drain lie in one plane. For the structuring of the hydrophobic / oleophobic area, an alternative high-resolution method must also be used. In addition, there may be disadvantages of the coplanar structure. Furthermore, such a technique is described in US Pat. No. 7,407,849 B2. The technique described there is disadvantageous in that the source / drain distance must remain finite, since the source and drain again lie in one plane. In addition, there may be disadvantages of the coplanar structure. Finally, such techniques are described in US 6,838,361 B2, US 2008/0042200 AI and US 2008/0054257 AI. The techniques described there again have the disadvantage that the source / drain distance must remain finite, since source and drain lie in one plane. There may be disadvantages of the coplanar structure.
Darüber hinaus wird durch bekannte Techniken für die ("lineare") vertikale Anordnung des Transistoraufbaus an Stufen oder Kanten die Herstellung von Transistoren mit kurzer Kanallänge ermöglicht. In N. Stutzmann et al., Science Vol. 299, S. 1881, 2003 wird beispielsweise eine solche Technik beschrieben. Ein Nachteil bei der dort beschriebenen Technik ist, dass die Dicke des Halbleiterdünnfilms idealerweise in der Größenordnung der Kanaltiefe sein sollte. Diese lässt sich hier jedoch nicht beliebig dünn ausführen, da die Source- und Drain- Kontakte eine ausreichende Ausdehnung haben müssen. In der Folge lässt der mit der dort beschriebenen Technik hergestellte Aufbau hohe Source/Drain- Leckströme erwarten. Ferner wird in der KR 20050001936 A (siehe z. B. Fig. 4 und 5a-5c) eine solche Technik beschrieben. Die Anordnung des Halbleiterdünnfilmsist jedoch in der KR 20050001936 A derart, dass im Wesentlichen eine um 90° gedrehte gestapelte Top- Gate-Struktur entsteht. Die dort beschriebene Technik hat somit wiederum den Nachteil, dass die Source/Drain-Kontakte in einer Ebene liegen. Ferner muss aufgrund eines Mindestmaßes für die Ausdehnung der Metallkontakte eine Mindestdicke für den trennenden Isolator gewählt werden (= Gate-Länge). Hierbei ist zu berücksichtigen, dass je dicker der Isolator ist, desto länger ist der Kanal. In addition, by known techniques for the ("linear") vertical placement of the transistor structure at steps or edges, the fabrication of transistors becomes shorter Channel length allows. In N. Stutzmann et al., Science Vol. 299, p. 1881, 2003, for example, such a technique is described. A disadvantage of the technique described therein is that the thickness of the semiconductor thin film should ideally be on the order of the channel depth. However, this can not be made arbitrarily thin here, since the source and drain contacts must have a sufficient extent. As a result, the structure made using the technique described therein can expect high source / drain leakage currents. Furthermore, KR 20050001936 A (see, eg, Figures 4 and 5a-5c) describes such a technique. However, the arrangement of the semiconductor thin film in KR 20050001936 A is such as to produce substantially a stacked top gate structure rotated by 90 °. The technique described there again has the disadvantage that the source / drain contacts lie in one plane. Furthermore, due to a minimum expansion of the metal contacts, a minimum thickness for the isolating insulator must be selected (= gate length). It should be noted that the thicker the insulator is, the longer the channel.
Ferner wird in der US 2010/0019231 AI eine bekannte Technik für einen Aufbau beschrieben, der ähnlich bzw. teilweise identisch zu dem in der KR 20050001936 A gezeigten Aufbau ist. Die Nachteile der dort genannten Technik sind vergleichbar mit den im Vorhergehenden Genannten. Die US 2010/0019231 AI beschreibt im Absatz [0083] die Strukturierung eines unterliegenden Materials über die (und relativ zur) Metallelektrode (hier jedoch Isolator und nicht alternatives Metall). Ferner wird im Absatz [0075] und anhand Fig. 3 a und 3 c die Vergrößerung der Gate- Weite durch eine serpentinenartige Verschachtelung beschrieben. Ein weiteres bekanntes Konzept basiert auf der Ausführung des Transistors als ("flächiges") vertikales Bauelement. Solch ein bekanntes Konzept wird beispielsweise in L. Ma, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. Vol. 85, No. 21, S. 5084, Nov. 2004 und der US 2009/008634 AI beschrieben. Bei L. Ma, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. Vol. 85, No. 21, S. 5084, Nov. 2004 wird gezielt ein Schottky- Kontakt am Source-Kontakt erzeugt, während der Drain-Kontakt nicht beschrieben wird. Nachteile des dort beschriebenen Konzepts sind, dass ein perforiertes Source mit umständlicher, schwer kontrollierbarer Technik realisiert wird. Ferner überlappen Source und Drain zwangsläufig. Hierbei sind Leckströme aufgrund der starken Überlappung schwer zu kontrollieren. Im Übrigen wird die dort gezeigte Struktur mit aufwendigen Techniken erzeugt. Further, in US 2010/0019231 Al, a known technique for a structure similar or partly identical to the construction shown in KR 20050001936 A is described. The disadvantages of the technique mentioned there are comparable to those mentioned above. US 2010/0019231 A1 describes in paragraph [0083] the structuring of an underlying material over the (and relative to) the metal electrode (here, however, insulator and non-alternative metal). Furthermore, in paragraph [0075] and with reference to FIGS. 3 a and 3 c, the enlargement of the gate width is described by a serpentine-like interlacing. Another known concept is based on the implementation of the transistor as a ("planar") vertical component. Such a known concept is described, for example, in L. Ma, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. Vol. 85, no. 21, p. 5084, Nov. 2004 and US 2009/008634 AI. By L. Ma, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. Vol. 85, no. 21, p. 5084, Nov. 2004, a Schottky contact is selectively generated at the source contact, while the drain contact is not described. Disadvantages of the concept described there are that a perforated source is realized with cumbersome, difficult to control technology. Furthermore, source and drain inevitably overlap. This leakage currents are difficult to control due to the strong overlap. Incidentally, the structure shown there is produced with elaborate techniques.
Die US 2009/0008634 AI greift die Arbeit von L. Ma, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. Vol. 85, No. 21 , S. 5084, Nov. 2004 auf und realisiert die perforierte Elektrode mit aufwendigen, wie z. B. softlithographischen oder selbstjustierten Verfahren (siehe Abs. [0028]). Das in der US 2009/0008634 AI beschriebene Konzept hat wiederum die Nachteile, dass es mit umständlichen bzw. aufwendigen Techniken realisiert wird. Source und Drain überlappen zwangsläufig. Außerdem sind Leckströme schwer zu kontrollieren. In der US 2009/0008634 AI wird beschrieben (siehe Absätze [0046], [0049], [0053] oder [0054]), dass die Source- und Drain-Elektroden in unterschiedlichen Schichten angeordnet sind, wobei entweder Source oder Drain gitterartig perforiert oder streifenartig strukturiert sein müssen. Für die optimale Größe der Öffnungen wird etwa die Dimension der Halbleiterdünnfilmdicke angegeben. Im Absatz [0054] wird die Funktion in Abgrenzung zu Ma et al. beschrieben. Ferner wird im Absatz [0055] die Bauelementefunktion aufgrund des Einsatzes organischer Halbleiter beschrieben. Im Absatz [0056] und anhand Fig. 3b und 3 c wird die Verwendung der gitterartigen unteren Elektrode bei großen Öffnungen im Elektrodengitter beschrieben und eine Ähnlichkeit zu einem Top-Kontakt Bottom-Gate- TFT (Dünnfilmtransistor) angedeutet. Im Absatz [0093] wird das Bauelement nochmals beschrieben. Absatz [0120] beschreibt die Verwendung von Isolatorschichten auf den leitfähigen Strukturen im Kanal, wobei sich dies jedoch auf den parallel beschriebenen lateralen Transistor (Kanallängenverkürzung) und nicht auf den vertikalen Transistor bezieht. Der Zweck der Isolatoren ist demzufolge auch nicht die Leckstromunterdrückung. Gemäß der US 2009/0008634 AI befinden sich Source und Drain in unterschiedlichen Ebenen, wobei sich dies jedoch auf eine regelmäßig (Array) strukturierte Elektrode bezieht. Ferner wird das Einfügen einer zusätzlichen Struktur zwischen Source und Halbleiter beschrieben, wobei jedoch die ganzflächige Elektrode Source darstellt. Dies macht die zusätzliche Schicht, zumindest im Fall eines Isolators/Dielektrikums entbehrlich, wobei zudem die Funktion der zusätzlichen Schicht nur vage umschrieben ist (Optimierung der Injektion). US 2009/0008634 AI attacks the work of L. Ma, Y. Yang, Appl. Phys. Lett. Vol. 85, no. 21, p 5084, Nov. 2004 and realizes the perforated electrode with elaborate, such. B. soft lithographic or self-aligned method (see para. [0028]). This in The concept described in US 2009/0008634 A1 in turn has the disadvantages that it is realized with cumbersome or complex techniques. Source and drain inevitably overlap. In addition, leakage currents are difficult to control. It is described in US 2009/0008634 A1 (see paragraphs [0046], [0049], [0053] or [0054]) that the source and drain electrodes are arranged in different layers, wherein either source or drain perforates like a grid or have to be structured like a strip. For the optimum size of the openings, the dimension of the semiconductor thin film thickness is given approximately. In paragraph [0054], the function is differentiated from Ma et al. described. Further, in paragraph [0055], the device function due to the use of organic semiconductors will be described. In paragraph [0056] and with reference to FIGS. 3b and 3c, the use of the grid-like lower electrode for large openings in the electrode grid is described and a similarity to a top contact bottom-gate TFT (thin-film transistor) is indicated. In paragraph [0093] the component is described again. Paragraph [0120] describes the use of insulator layers on the conductive structures in the channel, but this refers to the lateral transistor (channel length truncation) described in parallel and not to the vertical transistor. The purpose of the insulators is therefore not the leakage current suppression. According to the US 2009/0008634 AI source and drain are in different levels, but this refers to a regular (array) structured electrode. Furthermore, the insertion of an additional structure between the source and the semiconductor is described, but the whole-area electrode is the source. This makes the additional layer dispensable, at least in the case of an insulator / dielectric, and in addition the function of the additional layer is described only vaguely (optimization of the injection).
Ein generelles Problem der im Vorhergehenden beschriebenen bekannten Konzepte ist somit, dass bei den bekannten lateralen Bauelementen die Kanallänge typischerweise durch das Auflösungsvermögen begrenzt ist und eine Optimierung des steuerbaren Stroms bzw. die Verbesserung der elektrischen Eigenschaften schwierig ist. Ferner treten bei den bekannten vertikalen Bauelementen typischerweise Leckströme im ausgeschalteten Zustand auf (Leckstrompfade), die die Funktion der Bauelemente beeinträchtigen können. Die bekannten vertikalen Bauelemente sind außerdem durch eine aufwendige Prozessführung bzw. komplizierte Herstellungsverfahren gekennzeichnet oder weisen Einschränkungen hinsichtlich der Funktionalität (z.B. Serienwiderstand bei ultradünner Source- oder Drain-Elektrode) auf. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Dünnfilmtransistor zu schaffen, der eine Reduzierung der Kanallänge ermöglicht und gleichzeitig durch verbesserte elektrische Eigenschaften ausgezeichnet ist. Diese Aufgabe wird durch einen Dünnfilmtransistor nach Anspruch 1 gelöst. A general problem of the known concepts described above is thus that in the known lateral components, the channel length is typically limited by the resolving power and an optimization of the controllable current or the improvement of the electrical properties is difficult. Furthermore, in the known vertical components, leakage currents typically occur in the switched-off state (leakage current paths), which can impair the function of the components. The known vertical components are also characterized by complex process control or complicated production processes or have limitations in terms of functionality (eg series resistance in the case of ultrathin source or drain electrodes). The object of the present invention is therefore to provide a thin-film transistor which enables a reduction in the channel length and at the same time is distinguished by improved electrical properties. This object is achieved by a thin-film transistor according to claim 1.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Dünnfilmtransistor mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode, einer Steuerelektrode, einer Isolatorschicht und einem Halbleiterdünnfilm, die auf einem Substrat gebildet sind. Die Steuerelektrode grenzt an einer Seite an die Isolatorschicht an, und der Halbleiterdünnfilm grenzt an einer gegenüberliegenden Seite an die Isolatorschicht an. Die erste und die zweite Elektrode grenzen an den Halbleiterdünnfilm an. Durch Variation des Potenzials an der Steuerelektrode ist ein Kanal in dem Halbleiterdünnfilm ausbildbar bzw. ansteuerbar, durch den ein elektrischer Widerstand zwischen der ersten und zweiten Elektrode kontrolliert bzw. reduziert werden kann. Hierbei ist ein an den Halbleiterdünnfilm angrenzender Abschnitt der ersten Elektrode auf einer dem Substrat zugewandten Seite des Halbleiterdünnfilms angeordnet und ein an den Halbleiterdünnfilm angrenzender Abschnitt der zweiten Elektrode ist auf einer von dem Substrat abgewandten Seite des Halbleiterdünnfilms angeordnet. Ferner ist eine Dicke von zumindest einer der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode größer als die Hälfte der Dicke des Halbleiterdünnfilms. Embodiments of the present invention provide a thin film transistor having a first electrode, a second electrode, a control electrode, an insulator layer, and a semiconductor thin film formed on a substrate. The control electrode adjoins the insulator layer on one side, and the semiconductor thin film adjoins the insulator layer on an opposite side. The first and second electrodes abut the semiconductor thin film. By varying the potential at the control electrode, a channel can be formed or driven in the semiconductor thin film, by means of which an electrical resistance between the first and second electrodes can be controlled or reduced. Here, a portion of the first electrode adjacent to the semiconductor thin film is disposed on a side of the semiconductor thin film facing the substrate, and a portion of the second electrode adjacent to the semiconductor thin film is disposed on a side of the semiconductor thin film remote from the substrate. Further, a thickness of at least one of the first electrode and the second electrode is larger than half the thickness of the semiconductor thin film.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist, dass die oben genannte Reduzierung der Kanallänge bei gleichzeitig verbesserten elektrischen Eigenschaften des Dünnfilmtransistors erreicht werden kann, wenn ein an den Halbleiterdünnfilm angrenzender Abschnitt der ersten Elektrode auf einer dem Substrat zugewandten Seite des Halbleiterdünnfilms angeordnet ist und ein an den Halbleiterdünnfilm angrenzender Abschnitt der zweiten Elektrode auf einer von dem Substrat abgewandten Seite des Halbleiterdünnfilms angeordnet ist, wobei eine Dicke von zumindest einer der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode größer als die Hälfte der Dicke des Halbleiterdünnfilms ist. Dadurch kann die Kanallänge unter die von den bekannten Techniken vorgegebene Auflösungsgrenze verringert werden und der steuerbare Strom optimiert bzw. besser eingestellt werden. Somit kann einerseits die Reduzierung der Kanallänge erreicht werden, und andererseits kann gleichzeitig eine Optimierung des steuerbaren Stroms bzw. die Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Dünnfilmtransistors erreicht werden. Hierbei kann von einer speziellen Anordnung von Abschnitten der ersten und der zweiten Elektrode auf einer dem Substrat zugewandten bzw. abgewandten Seite des Halbleiterdünnfilms Gebrauch gemacht und ein geeignetes Verhältnis zwischen der Dicke der ersten und zweiten Elektrode und der Dicke des Halbleiterdünnfilms verwendet werden. The gist of the present invention is that the above-mentioned reduction of the channel length can be achieved with simultaneously improved electrical characteristics of the thin-film transistor, when a portion of the first electrode adjacent to the semiconductor thin film is disposed on a side of the semiconductor thin film facing the substrate and a to the semiconductor thin film adjacent portion of the second electrode is disposed on a side facing away from the substrate side of the semiconductor thin film, wherein a thickness of at least one of the first electrode and the second electrode is greater than half the thickness of the semiconductor thin film. As a result, the channel length can be reduced below the resolution limit set by the known techniques, and the controllable current can be optimized or set better. Thus, on the one hand, the reduction of the channel length can be achieved, and on the other hand, at the same time an optimization of the controllable current or the improvement of the electrical properties of the thin-film transistor can be achieved. In this case, use can be made of a special arrangement of sections of the first and the second electrode on a side of the semiconductor thin film facing away from the substrate and a suitable one Ratio between the thickness of the first and second electrodes and the thickness of the semiconductor thin film can be used.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren, in denen gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the present invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures, in which identical or equivalent elements are designated by the same reference numerals. Show it:
Fig. la, b Seitenansichten von Dünnfilmtransistoren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; 1a, b are side views of thin film transistors according to embodiments of the present invention;
Fig. 2a, b Seitenansichten von Dünnfilmtransistoren gemäß weiteren Fig. 2a, b are side views of thin film transistors according to others
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; Fig. 3a-c Seitenansichten von Dünnfilmtransistoren gemäß weiteren  Embodiments of the present invention; 3a-c are side views of thin film transistors according to others
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;  Embodiments of the present invention;
Fig. 4a, b Seitenansichten von Dünnfilmtransistoren gemäß weiteren Fig. 4a, b are side views of thin film transistors according to others
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;  Embodiments of the present invention;
Fig. 4c-g Seitenansichten von Dünnfilmtransistoren gemäß weiteren 4c-g are side views of thin film transistors according to others
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;  Embodiments of the present invention;
Fig. 5 a, b Draufsichten von Elektroden von Dünnfilmtransistoren gemäß 5 a, b are plan views of electrodes of thin film transistors according to
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;  Embodiments of the present invention;
Fig. 5 c eine Draufsicht von Elektroden eines Dünnfilmtransistors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 6a eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines mittels Druck- und 5 c is a plan view of electrodes of a thin film transistor according to another embodiment of the present invention; Fig. 6a is a side view of an embodiment of a means of pressure and
Sprühverfahren hergestellten Dünnfilmtransistors;  Spray method produced thin film transistor;
Fig. 6b eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels des Dünnfilmtransistors gemäß Fig. 6b is a plan view of the embodiment of the thin-film transistor according to
Fig. 6a;  Fig. 6a;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines bekannten Bottom-Gate-7 is a perspective view of a known bottom-gate
Dünnfilmtransistors gemäß dem Stand der Technik; und Fig. 8a-d Seitenansichten von bekannten gestapelten und koplanaren Dünnfilmtransistoren gemäß dem Stand der Technik. Thin-film transistor according to the prior art; and 8a-d are side views of known prior art stacked and coplanar thin film transistors.
Bevor im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Figuren näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass in den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen gleiche Elemente oder funktionell gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Eine Beschreibung von Elementen mit gleichen Bezugszeichen ist daher gegenseitig austauschbar und/oder in den verschiedenen Ausführungsbeispielen aufeinander anwendbar. Before the present invention is explained in more detail below with reference to the figures, it is pointed out that in the exemplary embodiments illustrated below, identical elements or functionally identical elements in the figures are provided with the same reference numerals. A description of elements with the same reference numerals is therefore interchangeable and / or applicable to each other in the various embodiments.
Fig. la zeigt eine Seitenansicht eines Dünnfilmtransistors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. la ist ein Bottom-Gate- Dünnfilmtransistor mit wechselseitig koplanar/gestapelt angebrachten Source- und Drain- Elektroden gezeigt. Wie in Fig. la gezeigt, weist der Dünnfilmtransistor 100 (Bottom- Gate-Dünnfilmtransistor) eine erste Elektrode 101-1, eine zweite Elektrode 101-2, eine Steuerelektrode 104, eine Isolatorschicht 105 und einen Halbleiterdünnfilm 103 (wie beispielsweise eine Halbleiterdünnfilmschicht) auf. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode 101-1, 101-2, die Steuerelektrode 104, die Isolatorschicht 105 und der Halbleiterdünnfilm 103 sind auf einem Substrat 109 gebildet. Die Steuerelektrode 104 grenzt an einer Seite 112 an die Isolatorschicht 105 an. Der Halbleiterdünnfilm 103 grenzt an einer gegenüberliegenden Seite 114 an die Isolatorschicht 105 an. Die erste und die zweite Elektrode 101-1, 101-2 grenzen an den Halbleiterdünnfilm 103 an. Der Dünnfilmtransistor 100 ist so ausgelegt, dass durch Variation der Steuerspannung an der Steuerelektrode 104 ein Kanal in dem Halbleiterdünnfilm 103 ausbildbar bzw. ansteuerbar und wieder entfernbar ist, durch den ein elektrischer Widerstand zwischen der ersten und zweiten Elektrode 101-1, 101-2 kontrolliert bzw. reduziert wird. Der Kanal stellt einen relativ dünnen Bereich in dem Halbleiterdünnfilm dar, der im Wesentlichen zumindest teilweise entlang der Isolator/Halbleiter-Grenzfläche 1 14 ausbildbar ist. Hierbei liegt in dem Kanal bzw. dem Kanalbereich typischerweise eine sehr hohe Ladungsträgerdichte vor. Ferner ist der Kanal insbesondere in dem Bereich ausbildbar, der von der Steuerelektrode bzw. der Gate-Elektrode angesteuert werden kann. Der in Fig. la gezeigte Dünnfilmtransistor 100 weist somit eine Bottom-Gate-Transistorstruktur auf. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. la ist ein an den Halbleiterdünnfilm 103 angrenzender Abschnitt 1 1 1-1 der ersten Elektrode 101-1 auf einer dem Substrat 109 zugewandten Seite 1 16 des Halbleiterdünnfilms 103 angeordnet, während ein an den Halbleiterdünnfilm 103 angrenzender Abschnitt 1 1 1-2 der zweiten Elektrode 101-2 auf einer von dem Substrat 109 abgewandten Seite 1 18 des Halbleiterdünnfilms 103 angeordnet ist. Durch die spezielle Anordnung der Abschnitte 1 11 -1 , 111-2 der ersten und zweiten Elektrode 101-1, 101-2 auf einer dem Substrat 109 zugewandten bzw. abgewandten Seite 116, 1 18 des Halbleiterdünnfilms 103 kann im Wesentlichen eine wechselseitig koplanar/gestapelt angebrachte Source- und Drain-Elektroden-Konfiguration realisiert werden. Beispielsweise kann hierbei die erste Elektrode 101-1 eine Source- Elektrode und die zweite Elektrode 101 -2 eine Drain-Elektrode sein, oder die zweite Elektrode 101-2 kann eine Source-Elektrode und die erste Elektrode 101-1 eine Drain- Elektrode sein. Zwischen den Source- und Drain-Elektroden 101-1, 101-2 kann sich durch Anlegen der Steuerspannung an die Steuerelektrode 104 bzw. eine Variation des Potentials der Steuerelektrode 104 der Kanal in dem Halbleiterdünnfilm 103 zumindest teilweise an der Isolator/Halbleiter-Grenzfläche 114 (zwischen der Isolatorschicht 105 und dem Halbleiterdünnfilm 103) ausbilden. Hierbei ist der Kanal nicht nur ausbildbar, sondern kann auch wieder entfernt werden. Dadurch, dass sich der Kanal mit der sehr hohen Ladungsträgerdichte in dem Halbleiterdünnfilm 103 ausbilden kann, kann der elektrische Widerstand zwischen der Source- und Drain-Elektrode reduziert werden. Auf diese Weise kann der Dünnfilmtransistor gesteuert bzw. eingestellt werden. 1 a shows a side view of a thin-film transistor 100 according to an embodiment of the present invention. In Fig. 1a, a bottom-gate thin-film transistor is shown with mutually coplanar / stacked source and drain electrodes. As shown in FIG. 1a, the thin film transistor 100 (bottom gate thin film transistor) includes a first electrode 101-1, a second electrode 101-2, a control electrode 104, an insulator layer 105, and a semiconductor thin film 103 (such as a semiconductor thin film layer) , The first electrode and the second electrode 101 - 1, 101 - 2, the control electrode 104, the insulator layer 105, and the semiconductor thin film 103 are formed on a substrate 109. The control electrode 104 adjoins the insulator layer 105 on one side 112. The semiconductor thin film 103 adjoins the insulator layer 105 on an opposite side 114. The first and second electrodes 101-1, 101-2 adjoin the semiconductor thin film 103. The thin-film transistor 100 is designed such that by varying the control voltage on the control electrode 104, a channel in the semiconductor thin film 103 can be formed and controlled and removed again, by which an electrical resistance between the first and second electrodes 101-1, 101-2 controls or reduced. The channel represents a relatively thin region in the semiconductor thin film, which is substantially at least partially along the insulator / semiconductor interface 1 14 can be formed. In this case, a very high charge carrier density is typically present in the channel or the channel region. Furthermore, the channel can be formed in particular in the region which can be controlled by the control electrode or the gate electrode. The thin-film transistor 100 shown in FIG. 1a thus has a bottom-gate transistor structure. In the embodiment according to FIG. 1a, a portion 1 1 1-1 of the first electrode 101-1 adjoining the semiconductor thin film 103 is arranged on a side 116 of the semiconductor thin film 103 facing the substrate 109, while a portion 11 adjacent to the semiconductor thin film 103 is arranged 1-2 of the second electrode 101-2 a side facing away from the substrate 109 side 1 18 of the semiconductor thin film 103 is arranged. Due to the special arrangement of the sections 1 11 -1, 111-2 of the first and second electrodes 101-1, 101-2 on a side facing away from the substrate 109 or 116, 1 18 of the semiconductor thin film 103 can essentially a mutually coplanar / stacked mounted source and drain electrode configuration can be realized. For example, the first electrode 101-1 may be a source electrode and the second electrode 101-2 may be a drain electrode, or the second electrode 101-2 may be a source electrode and the first electrode 101-1 may be a drain electrode , Between the source and drain electrodes 101-1, 101-2, by applying the control voltage to the control electrode 104 or a variation of the potential of the control electrode 104, the channel in the semiconductor thin film 103 at least partially at the insulator / semiconductor interface 114 (between the insulator layer 105 and the semiconductor thin film 103). Here, the channel is not only formable, but can also be removed again. By being able to form the channel with the very high carrier density in the semiconductor thin film 103, the electrical resistance between the source and drain electrodes can be reduced. In this way, the thin film transistor can be controlled or adjusted.
Bei dem in Fig. 1 a gezeigten Dünnfilmtransistor 100 ist die Dicke D der ersten Elektrode 101-1 und der zweiten Elektrode 101-2 größer als die Hälfte der Dicke S des Halbleiterdünnfilms 103. Durch das Bereitstellen eines geeigneten Verhältnisses D/S zwischen der Dicke D der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode 101-1 , 101 -2 und der Dicke S des Halbleiterdünnfilms 103 kann ein von der ersten und der zweiten Elektrode 101-1, 101-2 gelieferter Strom ohne signifikante ohmsche Verluste zu den Bauelementebereichen transportiert werden, an denen die Ladungsträgerinjektion in bzw. Extraktion aus dem Kanal stattfindet. In the thin-film transistor 100 shown in Fig. 1a, the thickness D of the first electrode 101-1 and the second electrode 101-2 is larger than half the thickness S of the semiconductor thin film 103. By providing a suitable ratio D / S between the thicknesses D of the first electrode and the second electrode 101-1, 101-2 and the thickness S of the semiconductor thin film 103, a current supplied from the first and second electrodes 101-1, 101-2 can be transported to the device regions without significant resistive losses. where the charge carrier injection into or extraction from the channel takes place.
Bei dem in Fig. la gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner die Steuerelektrode 104 bzw. Gate-Elektrode als untere Elektrode (Bottom-Gate-Elektrode) ausgelegt. Wie in Fig. l a gezeigt, ist die Steuerelektrode 104 auf dem Substrat 109 angeordnet. Ferner sind die Isolatorschicht 105 und der Halbleiterdünnfilm 103 auf der Steuerelektrode 104 angeordnet. Die erste und die zweite Elektrode 101-1 , 101-2 sind derart angeordnet, dass Abschnitte derselben von den Seiten 116, 1 18 an den Halbleiterdünnfilm 103 angrenzen. Bei Ausführungsbeispielen grenzt die Steuerelektrode 104 an einer weiteren Seite an eine Oberfläche des Substrats 109 an. Bezug nehmend auf Fig. la ist bei Ausführungsbeispielen die erste Elektrode 101-1 durch die Isolatorschicht 105 und nicht den Halbleiterdünnfilm 103 von der Steuerelektrode 104 separiert. Diese Anordnung der ersten Elektrode 101-1 entspricht im Wesentlichen einer koplanar angebrachten Elektrode des Dünnfilmtransistors 100. Ferner ist bei Ausführungsbeispielen die zweite Elektrode 101-2 durch die Isolatorschicht 105 und den Halbleiterdünnfilm 103 von der Steuerelektrode 104 separiert. Diese Anordnung der zweiten Elektrode 101-2 entspricht im Wesentlichen einer gestapelt angebrachten Elektrode des Dünnfilmtransistors 100. Bei dem in Fig. la gezeigten Dünnfilmtransistor 100 ist die erste Elektrode 101-1 als koplanare Elektrode ausgelegt, während die zweite Elektrode 101-2 als gestapelte Elektrode ausgelegt ist. Hierbei kann die gestapelte Elektrode ausgelegt sein, um eine im Wesentlichen flächige Injektion für den Kanal bereitzustellen, während die koplanare Elektrode ausgelegt sein kann, um eine im Wesentlichen punkt- bzw. linienförmige Injektion für den Kanal bereitzustellen. Für die Optimierung der Injektionsmechanismen kommen unter anderen die Auswahl geeigneter Materialkombinationen, die Optimierung der Grenzflächeneigenschaften sowie die Optimierung der Flächen und Umfangsgeometrien in Frage. Im Übrigen ist anzumerken, dass auf den eigentlichen Transport in den Kanal bzw. aus dem Kanal (bzw. die Injektion/Extraktion) im Wesentlichen nur die Fläche der gestapelten Elektrode bzw. die eindimensionale (lD-)Kontaktlinie zwischen Kanal und koplanarer Elektrode einen Einfluss haben. Beide sind nicht von der Dicke abhängig. Hierbei ist noch anzumerken, dass zwar die Fläche des gestapelten Kontakts nicht von der Halbleiterdicke abhängig ist, wohl aber der Serienwiderstand (=Fläche* spezifischer Widerstand*Dicke) . In the exemplary embodiment shown in FIG. 1 a, the control electrode 104 or gate electrode is also designed as a bottom electrode (bottom-gate electrode). As shown in FIG. 1 a, the control electrode 104 is arranged on the substrate 109. Further, the insulator layer 105 and the semiconductor thin film 103 are disposed on the control electrode 104. The first and second electrodes 101-1, 101-2 are arranged such that portions thereof are adjacent to the semiconductor thin film 103 from the sides 116, 118. In embodiments, the control electrode 104 adjoins a surface of the substrate 109 on another side. Referring to FIG. 1a, in embodiments, the first electrode 101-1 is separated from the control electrode 104 by the insulator layer 105 and not the semiconductor thin film 103. This arrangement of the first electrode 101-1 substantially corresponds to a coplanar electrode of the thin film transistor 100. Further, in embodiments, the second electrode 101-2 is separated from the control electrode 104 by the insulator layer 105 and the semiconductor thin film 103. This arrangement of the second electrode 101-2 substantially corresponds to a stacked electrode of the thin film transistor 100. In the thin film transistor 100 shown in FIG. 1a, the first electrode 101-1 is designed as a coplanar electrode, while the second electrode 101-2 is configured as a stacked electrode is designed. Here, the stacked electrode may be configured to provide a substantially planar injection for the channel, while the coplanar electrode may be configured to provide a substantially point-shaped injection for the channel. For the optimization of the injection mechanisms, among other things, the selection of suitable material combinations, the optimization of the interface properties as well as the optimization of surfaces and peripheral geometries come into question. Incidentally, it should be noted that essentially only the area of the stacked electrode or the one-dimensional (ID) contact line between channel and coplanar electrode has an influence on the actual transport into the channel or out of the channel (or the injection / extraction) to have. Both are not dependent on the thickness. It should also be noted that although the area of the stacked contact is not dependent on the semiconductor thickness, but the series resistance (= area * specific resistance * thickness).
Fig. lb zeigt eine Seitenansicht eines Dünnfilmtransistors 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. lb ist ein Top-Gate- Dünnfilmtransistor mit wechselseitig koplanar/gestapelt angebrachten Source- und Drain- Elektroden gezeigt. Der in Fig. lb gezeigte Dünnfilmtransistor 100 mit der ersten Elektrode 101-1 , der zweiten Elektrode 101-2, der Steuerelektrode 104, der Isolatorschicht 105 und der Halbleiterschicht 103 entspricht im Wesentlichen dem Dünnfilmtransistor von Fig. la. Allerdings ist bei dem in Fig. lb gezeigten Ausführungsbeispiel des Dünnfilmtransistors die Steuerelektrode 104 als obere Elektrode (Top-Gate-Elektrode) ausgelegt. Wie in Fig. lb gezeigt, sind der Halbleiterdünnfilm 103 und die Isolatorschicht 105 auf dem Substrat 109 angeordnet. Ferner ist die Steuerelektrode 104 auf der Isolatorschicht 105 angeordnet und durch die Isolatorschicht 105 und den Halbleiterdünnfilm 103 von dem Substrat 109 separiert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. lb sind die erste und die zweite Elektrode 101-1, 101-2 ähnlich wie bei dem in Fig. l a gezeigten Ausführungsbeispiel derart angeordnet, dass ein an den Halbleiterdünnfilm 103 angrenzender Abschnitt 111-1 der ersten Elektrode 101-1 an eine dem Substrat 109 zugewandte Seite 116 des Halbleiterdünnfilms 103 angrenzt, während ein an den Halbleiterdünnfilm 103 angrenzender Abschnitt 111-2 der zweiten Elektrode 101-2 an eine von dem Substrat 109 abgewandte Seite 1 18 des Halbleiterdünnfilms 103 angrenzt. Durch die in Fig. lb gezeigte Anordnung der ersten und zweiten Elektrode 101- 1, 101-2, der Steuerelektrode 104, der Isolatorschicht 105 und des Halbleiterdünnfilms 103 kann somit eine Top-Gate-Transistorstruktur realisiert werden. Fig. 1b shows a side view of a thin film transistor 100 according to another embodiment of the present invention. Shown in Figure 1b is a top-gate thin-film transistor with mutually coplanar / stacked source and drain electrodes. The thin-film transistor 100 shown in FIG. 1b with the first electrode 101-1, the second electrode 101-2, the control electrode 104, the insulator layer 105 and the semiconductor layer 103 substantially corresponds to the thin-film transistor of FIG. However, in the embodiment of the thin-film transistor shown in FIG. 1b, the control electrode 104 is designed as an upper electrode (top-gate electrode). As shown in FIG. 1b, the semiconductor thin film 103 and the insulator layer 105 are disposed on the substrate 109. Further, the control electrode 104 is disposed on the insulator layer 105 and separated from the substrate 109 by the insulator layer 105 and the semiconductor thin film 103. In the embodiment According to FIG. 1 b, the first and second electrodes 101 - 1, 101 - 2 are arranged, similar to the exemplary embodiment shown in FIG. 1 a, such that a section 111 - 1 of the first electrode 101 - 1 adjoining the semiconductor thin film 103 adjoins a first electrode 101 - 1 side 111 of the semiconductor thin film 103 facing the substrate 109 is adjacent, while a portion 111-2 of the second electrode 101-2 adjacent to the semiconductor thin film 103 adjoins a side 1 18 of the semiconductor thin film 103 facing away from the substrate 109. By the arrangement of the first and second electrodes 101-1, 101-2, the control electrode 104, the insulator layer 105 and the semiconductor thin film 103 shown in FIG. 1b, a top-gate transistor structure can thus be realized.
Bei Ausführungsbeispielen grenzt der Halbleiterdünnfilm 103 an einer Seite an eine Oberfläche des Substrats 109 an. In embodiments, the semiconductor thin film 103 adjoins a surface of the substrate 109 on one side.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. lb ist die erste Elektrode 101-1 als gestapelt angebrachte Elektrode ausgelegt, während die zweite Elektrode 101-2 als koplanar angebrachte Elektrode ausgelegt ist. Durch Anlegen einer Steuerspannung an die Steuerelektrode 104 (Top-Gate-Elektrode) kann sich wiederum ein Kanal in dem Halbleiterdünnfilm 103 an der Grenzfläche 114 zum Isolator 105 ausbilden. Somit kann ein elektrischer Widerstand zwischen der ersten und zweiten Elektrode 101-1, 101 -2 (Source- und Drain-Elektroden) reduziert werden. Bezug nehmend auf Fig. la und lb wird somit eine Bottom-Gate-Dünnfilmtransistor-Struktur (Fig. la) und eine Top-Gate- Dünnfilmtransistor-Struktur (Fig. lb) mit jeweils einer koplanar angebrachten Elektrode (koplanarer Drain- oder Source-Kontakt) und einer gestapelt angebrachten Elektrode (gestapelter Source- oder Drain-Kontakt) ermöglicht. Hierbei sind in Fig. la und lb jeweils das Substrat 109, der gestapelte Source- oder Drain-Kontakt 101-1, 101-2, der korrespondierende koplanare Drain- oder Source-Kontakt 101-2, 101-1, der Halbleiterdünnfilm bzw. die Halbleiterschicht 103, die Steuerelektrode 104 (Gate- Elektrode) und die Isolatorschicht 105 (Gate-Isolator) gezeigt. Bei Ausführungsbeispielen gemäß Fig. la und lb ist der Dünnfilmtransistor so ausgelegt, dass sich die erste und zweite Elektrode 101-1, 101-2 in Draufsicht auf das Substrat 109 nicht überlappen. In the embodiment according to FIG. 1b, the first electrode 101-1 is designed as a stacked electrode, while the second electrode 101-2 is designed as a coplanar electrode. By applying a control voltage to the control electrode 104 (top gate electrode), in turn, a channel can form in the semiconductor thin film 103 at the interface 114 to the insulator 105. Thus, an electrical resistance between the first and second electrodes 101-1, 101 -2 (source and drain electrodes) can be reduced. With reference to FIGS. 1 a and 1 b, a bottom-gate thin-film transistor structure (FIG. 1 a) and a top-gate thin-film transistor structure (FIG. 1 b) are each provided with a coplanarly mounted electrode (coplanar drain or source structure). Contact) and a stacked mounted electrode (stacked source or drain contact) allows. In this case, in Fig. La and lb respectively the substrate 109, the stacked source or drain contact 101-1, 101-2, the corresponding coplanar drain or source contact 101-2, 101-1, the semiconductor thin film or the semiconductor layer 103, the control electrode 104 (gate electrode) and the insulator layer 105 (gate insulator) are shown. In exemplary embodiments according to FIGS. 1 a and 1 b, the thin-film transistor is designed so that the first and second electrodes 101 - 1, 101 - 2 do not overlap in a top view of the substrate 109.
Fig. 2a und 2b zeigen Seitenansichten von Dünnfilmtransistoren 200-1 , 200-2 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Hierbei entspricht der in Fig. 2a gezeigte Dünnfilmtransistor 200-1 im Wesentlichen dem in Fig. la gezeigten Dünnfilmtransistor 100, während der in Fig. 2b gezeigte Dünnfilmtransistor 200-2 im Wesentlichen dem in Fig. lb gezeigten Dünnfilmtransistor 100 entspricht. Die in Fig. 2a und 2b gezeigten Dünnfilmtransistoren 200-1, 200-2 weisen jeweils eine erste Elektrode 201-1, eine zweite Elektrode 201-2, eine Steuerelektrode 204, eine Isolatorschicht 205 und einen Halbleiterdünnfilm 203 auf, die im Wesentlichen der ersten Elektrode 101-1, der zweiten Elektrode 101-2, der Steuerelektrode 104, der Isolatorschicht 105 und dem Halbleiterdünnfilm 103 der in Fig. l a und lb gezeigten Dünnfilmtransistoren 100 entsprechen. Wie es in Fig. 2a und 2b dargestellt ist, sind die Elemente 201-1, 201-2, 204, 205 und 203 der Dünnfilmtransistoren 200-1 , 200-2 auf dem Substrat 109 gebildet. Allerdings sind die in Fig. 2a und 2b gezeigten Dünnfilmtransistoren 200-1, 200-2 im Gegensatz zu den in Fig. la und lb gezeigten Dünnfilmtransistoren 100 derart ausgelegt, dass die erste und zweite Elektrode 201-1, 201-2 in Draufsicht auf das Substrat 109 in einem Überlappungsbereich 211 überlappen. Figures 2a and 2b show side views of thin film transistors 200-1, 200-2 according to further embodiments of the present invention. In this case, the thin-film transistor 200-1 shown in FIG. 2a essentially corresponds to the thin-film transistor 100 shown in FIG. 1a, while the thin-film transistor 200-2 shown in FIG. 2b essentially corresponds to the thin-film transistor 100 shown in FIG. The in Fig. 2a and thin film transistors 200-1, 200-2 shown in FIG. 2b each include a first electrode 201-1, a second electrode 201-2, a control electrode 204, an insulator layer 205, and a semiconductor thin film 203 substantially similar to the first electrode 101-1, the second electrode 101-2, the control electrode 104, the insulator layer 105, and the semiconductor thin film 103 correspond to the thin film transistors 100 shown in FIGS. 1a and 1b. As shown in Figs. 2a and 2b, the elements 201-1, 201-2, 204, 205 and 203 of the thin film transistors 200-1, 200-2 are formed on the substrate 109. However, in contrast to the thin-film transistors 100 shown in FIGS. 1a and 1b, the thin-film transistors 200-1, 200-2 shown in FIGS. 2a and 2b are designed such that the first and second electrodes 201-1, 201-2 are in plan view overlap the substrate 109 in an overlap region 211.
In Fig. 2a ist ein Bottom-Gate-Dünnfilmtransistor mit wechselseitig koplanar/gestapelt angebrachten, überlappenden Source- und Drain-Elektroden gezeigt. Hierbei ist die Steuerelektrode 204 bzw. Gate-Elektrode als untere Elektrode (Bottom-Gate-Elektrode) ausgelegt. Wie in Fig. 2a gezeigt, ist die Steuerelektrode 204 auf dem Substrat 109 angeordnet. Ferner sind die Isolatorschicht 205 und der Halbleiterdünnfilm 203 auf der Steuerelektrode 204 angeordnet. Die erste und die zweite Elektrode 201-1, 201-2 sind derart angeordnet, dass ein an den Halbleiterdünnfilm 203 angrenzender Abschnitt der ersten Elektrode 201-1 an die dem Substrat 109 zugewandte Seite 1 16 des Halbleiterdünnfilms 203 angrenzt und ein an den Halbleiterdünnfilm 203 angrenzender Abschnitt der zweiten Elektrode 201-2 an die von dem Substrat 109 abgewandte Seite 1 18 des Halbleiterdünnfilms 203 angrenzt. Somit ist bei dem in Fig. 2a gezeigten Dünnfilmtransistor 200-1 die erste Elektrode 201-1 (Source- oder Drain-Elektrode) als koplanare Elektrode bzw. koplanarer Kontakt ausgelegt, während die zweite Elektrode 201-2 (Source- oder Drain-Elektrode) als gestapelte Elektrode bzw. gestapelter Kontakt ausgelegt ist. Der in Fig. 2a gezeigte Dünnfilmtransistor 200-1 kann so ausgelegt sein, dass in dem Überlappungsbereich 211 der ersten und zweiten Elektrode 201-1, 201-2 (Source- und Drain- Elektroden) die erste Elektrode 201-1 (koplanare Elektrode) an die dem Substrat 109 zugewandte Seite 1 16 des Halbleiterdünnfilms 203 angrenzt und die zweite Elektrode 201-2 (gestapelte Elektrode) an die von dem Substrat 109 abgewandte Seite 1 18 des Halbleiterdünnfilms 203 angrenzt. Figure 2a shows a bottom-gate thin-film transistor having mutually coplanar / stacked, overlapping source and drain electrodes. In this case, the control electrode 204 or gate electrode is designed as a bottom electrode (bottom-gate electrode). As shown in FIG. 2a, the control electrode 204 is disposed on the substrate 109. Further, the insulator layer 205 and the semiconductor thin film 203 are disposed on the control electrode 204. The first and second electrodes 201 - 1, 201 - 2 are arranged such that a portion of the first electrode 201 - 1 adjoining the semiconductor thin film 203 adjoins the side 1 16 of the semiconductor thin film 203 facing the substrate 109, and a semiconductor thin film 203 adjacent portion of the second electrode 201-2 adjacent to the side facing away from the substrate 109 side 1 18 of the semiconductor thin film 203 adjacent. Thus, in the thin film transistor 200-1 shown in Fig. 2a, the first electrode 201-1 (source or drain electrode) is designed as a coplanar contact, while the second electrode 201-2 (source or drain electrode ) is designed as a stacked electrode or stacked contact. The thin-film transistor 200-1 shown in FIG. 2a may be configured such that in the overlapping region 211 of the first and second electrodes 201-1, 201-2 (source and drain electrodes), the first electrode 201-1 (coplanar electrode) is adjacent to the substrate 109 facing side 1 16 of the semiconductor thin film 203 and the second electrode 201-2 (stacked electrode) adjacent to the side facing away from the substrate 109 side of the semiconductor thin film 203 203.
Bei dem in Fig. 2a gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Elektrode 201-1 durch die Isolatorschicht 205 und nicht den Halbleiterdünnfilm 203 von der Steuerelektrode 204 separiert. Ferner ist die zweite Elektrode 201-2 durch die Isolatorschicht 205 und den Halbleiterdünnfilm 203 von der Steuerelektrode 204 separiert. In Fig. 2b ist ein Top-Gate-Dünnfilmtransistor mit wechselseitig koplanar/gestapelt angebrachten, überlappenden Source- und Drain-Elektroden gezeigt. Bei dem in Fig. 2b gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist die Steuerelektrode 204 bzw. Gate-Elektrode als obere Elektrode (Top-Gate-Elektrode) ausgelegt. Wie in Fig. 2b gezeigt, sind der Halbleiterdünnfilm 203 und die Isolatorschicht 205 auf dem Substrat 109 angeordnet. Ferner ist die Steuerelektrode 204 auf der Isolatorschicht 205 angeordnet und durch die Isolatorschicht 205 und den Halbleiterdünnfilm 203 von dem Substrat 109 separiert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2b sind die erste und die zweite Elektrode 201-1, 201-2 ähnlich wie bei dem in Fig. 2a gezeigten Ausführungsbeispiel derart angeordnet, dass ein an den Halbleiterdünnfilm 203 angrenzender Abschnitt der ersten Elektrode 201-1 an eine dem Substrat 109 zugewandte Seite 116 des Halbleiterdünnfilms 203 angrenzt, während ein an den Halbleiterdünnfilm 203 angrenzender Abschnitt der zweiten Elektrode 201-2 an die von dem Substrat 109 abgewandte Seite 1 18 des Halbleiterdünnfilms 203 angrenzt. Bei dem in Fig. 2b gezeigten Dünnfilmtransistor 200-2 ist die erste Elektrode 201-1 als gestapelte Elektrode bzw. gestapelter Kontakt ausgelegt, während die zweite Elektrode 201-2 als koplanare Elektrode bzw. koplanarer Kontakt ausgelegt ist. In the embodiment shown in Fig. 2a, the first electrode 201-1 is separated from the control electrode 204 by the insulator layer 205 and not the semiconductor thin film 203. Further, the second electrode 201-2 is separated from the control electrode 204 by the insulator layer 205 and the semiconductor thin film 203. Referring now to Figure 2b, a top-gate thin film transistor having mutually coplanar / stacked, overlapping source and drain electrodes is shown. In the exemplary embodiment shown in FIG. 2b, the control electrode 204 or gate electrode is designed as an upper electrode (top-gate electrode). As shown in FIG. 2b, the semiconductor thin film 203 and the insulator layer 205 are disposed on the substrate 109. Further, the control electrode 204 is disposed on the insulator layer 205 and separated from the substrate 109 by the insulator layer 205 and the semiconductor thin film 203. In the embodiment according to FIG. 2 b, the first and the second electrode 201 - 1, 201 - 2 are arranged in a manner similar to the embodiment shown in FIG. 2 a such that a portion of the first electrode 201 - 1 adjoining the semiconductor thin film 203 is connected to one Side 116 of semiconductor thin film 203 facing substrate 109 adjoins, while a section of second electrode 201-2 adjoining semiconductor thin film 203 adjoins side 1 18 of semiconductor thin film 203 facing away from substrate 109. In the thin-film transistor 200-2 shown in Fig. 2b, the first electrode 201-1 is laid out as a stacked contact, while the second electrode 201-2 is designed as a coplanar or coplanar contact.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2a und 2b kann somit eine Überlappung der Source- und Drain-Elektroden in Draufsicht auf das Substrat in einem Überlappungsbereich erhalten werden. Hierbei sind in Fig. 2a und 2b jeweils das Substrat 109, der gestapelte Source- oder Drain-Kontakt 201-1, 201-2, der korrespondierende koplanare Drain- oder Source-Kontakt 201-2, 201-1, der Halbleiter bzw. der Halbleiterdünnfilm 203, die Steuerelektrode 204 (Gate-Elektrode) und die Isolatorschicht 205 (Gate-Isolator) gezeigt. Durch das Überlappen der ersten und zweiten Elektrode 201-1, 201-2 in dem Überlappungsbereich 21 1 kann die Länge des Kanals (Kanallänge), der sich durch Anlegen einer Steuerspannung an die Steuerelektrode 204 in dem Halbleiterdünnfilm 203 zumindest teilweise an der Grenzfläche 1 14 zum Isolator 205 ausbilden kann, gegenüber der in dem Halbleiterdünnfilm 103 von den Dünnfilmtransistoren 100 gemäß Fig. l a und lb gelieferten Kanallänge verringert werden. Dadurch, dass die Kanallänge reduziert werden kann, kann wiederum der steuerbare Strom (Drain-Strom), der zwischen der ersten und zweiten Elektrode bzw. den Source- und Drain-Elektroden fließen kann, vergrößert und somit optimiert werden. Mit den in Fig. 2a und 2b gezeigten Transistorstrukturen kann somit eine Maximierung bzw. die Optimierung des steuerbaren Stroms zwischen Drain und Source erreicht werden. In embodiments according to FIGS. 2 a and 2 b, an overlap of the source and drain electrodes can thus be obtained in a plan view of the substrate in an overlapping region. Here, in Fig. 2a and 2b respectively the substrate 109, the stacked source or drain contact 201-1, 201-2, the corresponding coplanar drain or source contact 201-2, 201-1, the semiconductor or the semiconductor thin film 203, the control electrode 204 (gate electrode) and the insulator layer 205 (gate insulator) are shown. By overlapping the first and second electrodes 201-1, 201-2 in the overlap region 21 1, the length of the channel (channel length), which is at least partially at the interface 1 14 by applying a control voltage to the control electrode 204 in the semiconductor thin film 203 to the insulator 205 can be reduced as compared with the channel length provided in the semiconductor thin film 103 by the thin film transistors 100 shown in FIGS. 1a and 1b. In that the channel length can be reduced, in turn, the controllable current (drain current), which can flow between the first and second electrode or the source and drain electrodes, can be increased and thus optimized. With the transistor structures shown in FIGS. 2a and 2b, a maximization or optimization of the controllable current between drain and source can thus be achieved.
Figuren 3a-3c zeigen Seitenansichten von Dünnfilmtransistoren 300 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 3a-3c gezeigten Dünnfilmtransistoren 300 entsprechen im Wesentlichen dem in Fig. 2a gezeigten Dünnfilmtransistor 200-1 (Bottom-Gate-Dünnfilmtransistor). Die Dünnfilmtransistoren 300 von Fig. 3a-3c umfassen eine erste Elektrode 301-1 , eine zweite Elektrode 301-2, eine Steuerelektrode 304, eine Isolatorschicht 305 und einen Halbleiterdünnfilm 303, die auf dem Substrat 109 gebildet sind. Hierbei entsprechen die Elemente 301-1, 301-2, 304, 305 und 303 der Dünnfilmtransistoren 300 von Fig. 3a-3c im Wesentlichen den Elementen 201-1 , 201-2, 204, 205 und 203 des Dünnfilmtransistors 200-1 von Fig. 2a. Wie es in Fig. 3a-3c dargestellt ist, überlappen sich die erste und zweite Elektrode 301-1, 301-2 in Draufsicht auf das Substrat 109 ähnlich wie bei dem in Fig. 2a gezeigten Ausführungsbeispiel in dem Überlappungsbereich 211. Figures 3a-3c show side views of thin film transistors 300 according to further embodiments of the present invention. The thin-film transistors 300 shown in FIGS. 3a-3c substantially correspond to those shown in FIG. 2a Thin-film transistor 200-1 (bottom-gate thin-film transistor). The thin film transistors 300 of FIGS. 3a-3c include a first electrode 301-1, a second electrode 301-2, a control electrode 304, an insulator layer 305, and a semiconductor thin film 303 formed on the substrate 109. Here, the elements 301-1, 301-2, 304, 305 and 303 of the thin film transistors 300 of FIGS. 3a-3c substantially correspond to the elements 201-1, 201-2, 204, 205 and 203 of the thin film transistor 200-1 of FIG 2a. As shown in FIGS. 3a-3c, the first and second electrodes 301-1, 301-2 overlap in plan view of the substrate 109 in the overlapping area 211, similar to the embodiment shown in FIG. 2a.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3a-3c ist in dem Überlappungsbereich 21 1 ein Isolator 310, 320 bzw. 330 zwischen der ersten oder zweiten Elektrode 301-1 , 301 -2 und dem Halbleiterdünnfilm 303 angeordnet. Fig. 3a zeigt eine Seitenansicht eines Dünnfilmtransistors 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 a ist ein Bottom-Gate- Dünnfilmtransistor mit wechselseitig koplanar/gestapelt angebrachten, überlappenden Source- und Drain-Elektroden und einer zusätzlichen Isolatorschicht bzw. einem zusätzlichen Isolator zur Unterdrückung eines Source/Drain-Leckstroms gezeigt. Bei dem in Fig. 3a gezeigten Ausführungsbeispiel grenzt die zweite Elektrode 301-2 (gestapelte Elektrode) in dem Überlappungsbereich 211 nicht direkt an die von dem Substrat 109 abgewandte Seite des Halbleiterdünnfilms 303 an. Wie es in Fig. 3a dargestellt ist, kann vielmehr zwischen dem Halbleiterdünnfilm 303 und der zweiten Elektrode 301-2 im Überlappungsbereich 21 1 ein Isolator 310 (zusätzliche Isolatorschicht) angeordnet sein. Aufgrund der Überlappung der ersten und der zweiten Elektrode 301-1, 301-2 im Überlappungsbereich 21 1 kann die Länge eines sich in dem Halbleiterdünnfilm 303 zumindest teilweise an der Grenzfläche 114 zum Isolator 305 des Dünnfilmtransistors 200- 1 von Fig. 2a ausbildenden Kanals deutlich verkürzt werden. Ferner kann durch die Anordnung des Isolators 310 bzw. der zusätzlichen Isolatorschicht zwischen dem Halbleiterdünnfilm 303 und der zweiten Elektrode 301-2 ein möglicherweise auftretender Leckstrom (Source/Drain-Leckstrom) zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 301- 1, 301-2 im Überlappungsbereich 211 vermieden oder zumindest verringert werden. Somit ist der Dünnfilmtransistor 300 von Fig. 3 a im Wesentlichen durch eine reduzierte Kanallänge ausgezeichnet und weist gleichzeitig verbesserte elektrische Eigenschaften auf. In embodiments according to FIGS. 3 a - 3 c, an insulator 310, 320 or 330 is arranged in the overlap region 21 1 between the first or second electrode 301 - 1, 301 - 2 and the semiconductor thin film 303. Fig. 3a shows a side view of a thin film transistor 300 according to an embodiment of the present invention. Referring now to Figure 3a, a bottom-gate thin film transistor having mutually coplanar / stacked, overlapping source and drain electrodes and an additional insulator layer and / or insulator for suppressing source / drain leakage current is shown. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3 a, the second electrode 301 - 2 (stacked electrode) in the overlapping region 211 does not directly adjoin the side of the semiconductor thin film 303 facing away from the substrate 109. As shown in FIG. 3 a, an insulator 310 (additional insulator layer) may be arranged between the semiconductor thin film 303 and the second electrode 301 - 2 in the overlap region 21 1. Due to the overlap of the first and second electrodes 301-1, 301-2 in the overlapping area 211, the length of a channel formed in the semiconductor thin film 303 at least partially at the interface 114 to the insulator 305 of the thin film transistor 200-1 of FIG. 2a can be made clear be shortened. Further, by the arrangement of the insulator 310 and the additional insulator layer between the semiconductor thin film 303 and the second electrode 301-2, a possibly occurring leakage current (source / drain leakage current) between the first and second electrodes 301-1, 301-2 in FIG Overlap area 211 avoided or at least reduced. Thus, the thin film transistor 300 of FIG. 3 a is substantially characterized by a reduced channel length and simultaneously has improved electrical properties.
Fig. 3b zeigt eine Seitenansicht eines Dünnfilmtransistors 300 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3b ist ein Bottom-Gate- Dünnfilmtransistor mit wechselseitig koplanar/gestapelt angebrachten, überlappenden Source- und Drain-Elektroden und einer zusätzlichen Isolatorschicht bzw. einem zusätzlichen Isolator zur Unterdrückung eines Source/Drain-Leckstroms gezeigt, wobei der zusätzliche Isolator den koplanaren Kontakt weitgehend umgreift. Bei dem in Fig. 3b gezeigten Ausführungsbeispiel grenzt die erste Elektrode 301-1 (koplanare Elektrode) in dem Überlappungsbereich 21 1 nicht direkt an die dem Substrat 109 zugewandte Seite des Halbleiterdünnfilms 303 an. Wie es in Fig. 3b dargestellt ist, kann vielmehr zwischen dem Halbleiterdünnfilm 303 und der ersten Elektrode 301-1 im Überlappungsbereich 21 1 ein Isolator 320 (zusätzliche Isolatorschicht) angeordnet sein. Durch die Überlappung der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode 301 -1, 301-2 kann die Länge eines sich in dem Halbleiterdünnfilm 303 zumindest teilweise an der Grenzfläche 1 14 zum Isolator 305 des Dünnfilmtransistors 300 von Fig. 3b ausbildenden Kanals deutlich verkürzt werden. Ferner kann durch die Anordnung des Isolators 320 bzw. der zusätzlichen Isolatorschicht zwischen dem Halbleiterdünnfilm 303 und der ersten Elektrode 301-1 ein möglicherweise auftretender Leckstrom (Source/Drain-Leckstrom) zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 301-1, 301-2 im Überlappungsbereich 211 vermieden oder zumindest verringert werden. Fig. 3b shows a side view of a thin film transistor 300 according to another embodiment of the present invention. In Fig. 3b, a bottom-gate thin-film transistor having mutually coplanar / stacked overlapping ones is shown Source and drain electrodes and an additional insulator layer or an additional insulator for suppressing a source / drain leakage current shown, wherein the additional insulator largely surrounds the coplanar contact. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3 b, the first electrode 301 - 1 (coplanar electrode) in the overlap region 21 1 does not directly adjoin the side of the semiconductor thin film 303 facing the substrate 109. As shown in FIG. 3b, an insulator 320 (additional insulator layer) may be arranged between the semiconductor thin film 303 and the first electrode 301-1 in the overlap region 21 1. By the overlap of the first electrode and the second electrode 301 -1, 301-2, the length of a channel formed in the semiconductor thin film 303 at least partially at the interface 14 to the insulator 305 of the thin film transistor 300 of Fig. 3b can be shortened significantly. Further, by the arrangement of the insulator 320 and the additional insulator layer between the semiconductor thin film 303 and the first electrode 301-1, a possibly occurring leakage current (source / drain leakage current) between the first and second electrodes 301-1, 301-2 in FIG Overlap area 211 avoided or at least reduced.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann Bezug nehmend auf Fig. 3b die erste Elektrode 301-1 (koplanare Elektrode) durch einen Isolatorabschnitt 322, der seitlich neben der ersten Elektrode 301-1 angeordnet ist und sich nicht bis auf die Isolatorschicht 305 erstreckt, von dem Halbleiterdünnfilm 303 separiert sein. Durch die Anordnung des Isolatorabschnitts 322 seitlich neben der ersten Elektrode 301-1 kann die erste Elektrode 301-1 entlang ihres Umfangs fast vollständig von der zweiten Elektrode 301-2 abgeschirmt werden, so dass auch eventuell auftretende im Wesentlichen seitliche Leckströme besser unterdrückt werden können. Dadurch, dass sich der Isolatorabschnitt 322 bei dem Dünnfilmtransistor 300 von Fig. 3b nicht bis auf die Isolatorschicht 305 erstreckt, kann es ermöglicht werden, dass der Halbleiterdünnfilm 303 über einen Abschnitt 315 der ersten Elektrode 301-1 noch zuverlässig kontaktiert werden kann. Somit kann ein Strom, der von der ersten Elektrode 301 -1 geliefert wird, in einen Bereich des Kanals, der sich in dem Halbleiterdünnfilm 303 im Wesentlichen entlang der Isolator/Halbleiter-Grenzfläche ausbilden kann, injiziert werden. Die erste Elektrode 301-1 kann somit fast vollständig gegenüber der zweiten Elektrode 301-2 abgeschirmt werden und dennoch einen ausreichenden Strom für die Injektion in den Kanal bereitstellen. Somit ist der Dünnfilmtransistor 300 von Fig. 3b im Wesentlichen durch eine reduzierte Kanallänge ausgezeichnet und weist gleichzeitig verbesserte elektrische Eigenschaften auf. In further embodiments, referring to FIG. 3b, the first electrode 301-1 (coplanar electrode) may be separated from the semiconductor thin film 303 by an insulator portion 322 disposed laterally adjacent to the first electrode 301-1 and not extending to the insulator layer 305 be separated. By arranging the insulator section 322 laterally next to the first electrode 301-1, the first electrode 301-1 can be almost completely shielded along its circumference by the second electrode 301-2, so that any leakage currents that may possibly occur at the side can be better suppressed. Due to the fact that the insulator section 322 does not extend to the insulator layer 305 in the thin-film transistor 300 of FIG. 3b, the semiconductor thin-film 303 can still be reliably contacted via a section 315 of the first electrode 301-1. Thus, a current supplied from the first electrode 301 - 1 may be injected into a region of the channel that may be formed in the semiconductor thin film 303 substantially along the insulator / semiconductor interface. Thus, the first electrode 301-1 may be almost completely shielded from the second electrode 301-2 and still provide sufficient current for injection into the channel. Thus, the thin film transistor 300 of FIG. 3b is substantially distinguished by a reduced channel length and at the same time has improved electrical properties.
Fig. 3c zeigt eine Seitenansicht eines Dünnfilmtransistors 300 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3c ist ein Bottom-Gate- Dünnfilmtransistor mit wechselseitig koplanar/gestapelt angebrachten, überlappenden Source- und Drain-Elektroden und einer zusätzlichen Isolatorschicht zur Unterdrückung eines Source/Drain-Leckstroms gezeigt. Bei dem in Fig. 3c gezeigten Ausführungsbeispiel grenzt die erste Elektrode 301-1 (koplanare Elektrode) in dem Überlappungsbereich 21 1 nicht direkt an die von dem Substrat 109 zugewandte Seite des Halbleiterdünnfilms 303 an. Wie es in Fig. 3 c dargestellt ist, kann vielmehr zwischen dem Halbleiterdünnfilm 303 und der ersten Elektrode 301-1 im Überlappungsbereich 211 ein Isolator 330 (zusätzliche Isolatorschicht) angeordnet sein. Durch die Überlappung der ersten und der zweiten Elektrode 301-1, 301-2 kann die Länge eines sich in dem Halbleiterdünnfilm 303 zumindest teilweise an der Grenzfläche 114 zum Isolator 305 des Dünnfilmtransistors 300 von Fig. 3 c ausbildenden Kanals deutlich verkürzt werden. Ferner kann durch die Anordnung des Isolators 330 bzw. der zusätzlichen Isolatorschicht zwischen dem Halbleiterdünnfilm 303 und der ersten Elektrode 301-1 ein möglicherweise auftretender Leckstrom (Source/Drain- Leckstrom) zwischen der ersten und zweiten Elektrode 301-1, 301-2 im Überlappungsbereich 211 vermieden oder zumindest verringert werden. Hierbei wird die erste Elektrode 301-1 effektiv von der zweiten Elektrode 301-2 abgeschirmt, so dass ein im Wesentlichen vertikaler Leckstrom weitgehend unterdrückt werden kann. Somit ist der Dünnfilmtransistor 300 von Fig. 3 c im Wesentlichen durch eine reduzierte Kanallänge ausgezeichnet und weist gleichzeitig verbesserte elektrische Eigenschaften auf. Fig. 3c shows a side view of a thin film transistor 300 according to another embodiment of the present invention. In Fig. 3c is a bottom-gate Thin film transistor with mutually coplanar / stacked mounted, overlapping source and drain electrodes and an additional insulator layer for suppressing a source / drain leakage current shown. In the exemplary embodiment shown in FIG. 3 c, the first electrode 301 - 1 (coplanar electrode) in the overlap region 21 1 does not directly adjoin the side of the semiconductor thin film 303 facing from the substrate 109. As shown in FIG. 3c, an insulator 330 (additional insulator layer) may be disposed between the semiconductor thin film 303 and the first electrode 301-1 in the overlap region 211. By overlapping the first and second electrodes 301-1, 301-2, the length of a channel formed in the semiconductor thin film 303 at least partially at the interface 114 to the insulator 305 of the thin film transistor 300 of Fig. 3c can be shortened significantly. Further, by the arrangement of the insulator 330 and the additional insulator layer between the semiconductor thin film 303 and the first electrode 301-1, a possibly occurring leakage current (source / drain leakage current) between the first and second electrodes 301-1, 301-2 in the overlap region 211 be avoided or at least reduced. Here, the first electrode 301-1 is effectively shielded by the second electrode 301-2, so that a substantially vertical leakage current can be largely suppressed. Thus, the thin film transistor 300 of FIG. 3 c is substantially characterized by a reduced channel length and at the same time has improved electrical properties.
Fig. 4a, 4b zeigen Seitenansichten von Dünnfilmtransistoren 400 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. In Fig. 4a ist ein Top-Gate- Dünnfilmtransistor mit wechselseitig koplanar/gestapelt angebrachten, überlappenden Source- und Drain-Elektroden und einer zusätzlichen Isolationsstruktur für eine weitgehende Isolation der koplanaren Elektrode vom Halbleiter bzw. dem Halbleiterdünnfilm zur Unterdrückung eines Source/Drain-Leckstroms gezeigt. Die in Fig. 4a und 4b gezeigten Dünnfilmtransistoren 400 entsprechen im Wesentlichen dem in Fig. 2b gezeigten Dünnfilmtransistor 200-2 (Top-Gate-Dünnfilmtransistor). Die Dünnfilmtransistoren 400 von Fig. 4a und 4b umfassen eine erste Elektrode 401-1, eine zweite Elektrode 401-2, eine Steuerelektrode 404, eine Isolatorschicht 405 und einen Halbleiterdünnfilm 403, die auf dem Substrat 109 gebildet sind. Hierbei entsprechen die Elemente 401-1 , 401-2, 404, 405 und 403 der Dünnfilmtransistoren 400 von Fig. 4a und 4b im Wesentlichen den Elementen 201-1, 201-2, 204, 205 und 203 des Dünnfilmtransistors 200-2 von Fig. 2b. Wie es in Fig. 4a und 4b dargestellt ist, überlappen sich die erste und zweite Elektrode 401-1 , 401-2 in Draufsicht auf das Substrat 109 ähnlich wie bei dem in Fig. 2b gezeigten Ausführungsbeispiel in dem Überlappungsbereich 21 1. Wie es in Fig. 4a beispielhaft dargestellt ist, weist der Dünnfilmtransistor 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Isolationsstruktur 410 auf. Die Isolationsstruktur 410 ist ausgelegt, um die zweite Elektrode 401-2 (koplanare Elektrode) bevorzugt in der Nähe des Überlappungsbereichs 211 gegenüber dem Halbleiterdünnfilm 403 zu isolieren und den Überlappungsbereich auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Dadurch kann erreicht werden, dass die zweite Elektrode 401-2 weitgehend gegenüber dem Halbleiterdünnfilm 403 isoliert ist und dennoch den Halbleiterdünnfilm 403 in der Nähe der Isolatorschicht 405 kontaktieren kann. Somit können einerseits im Wesentlichen potenzielle seitliche und vertikale Leckströme unterdrückt werden, und andererseits kann somit eine Injektion des Stroms in einen Bereich des Kanals, der sich zumindest teilweise an der Isolator/Halbleiter-Grenzfläche 114 ausbildet, erfolgen. FIGS. 4a, 4b show side views of thin film transistors 400 according to further embodiments of the present invention. FIG. 4a shows a top-gate thin-film transistor with mutually coplanar / stacked, overlapping source and drain electrodes and an additional isolation structure for extensive isolation of the coplanar electrode from the semiconductor or semiconductor thin film to suppress a source / drain leakage current shown. The thin-film transistors 400 shown in FIGS. 4a and 4b essentially correspond to the thin-film transistor 200-2 (top-gate thin-film transistor) shown in FIG. 2b. The thin-film transistors 400 of FIGS. 4a and 4b include a first electrode 401-1, a second electrode 401-2, a control electrode 404, an insulator layer 405, and a semiconductor thin film 403 formed on the substrate 109. Here, the elements 401-1, 401-2, 404, 405 and 403 of the thin film transistors 400 of FIGS. 4a and 4b substantially correspond to the elements 201-1, 201-2, 204, 205 and 203 of the thin film transistor 200-2 of FIG . 2 B. As shown in Figs. 4a and 4b, the first and second electrodes 401-1, 401-2 overlap in plan view of the substrate 109, similar to the embodiment shown in Fig. 2b, in the overlapping area 211 FIG. 4 a is shown by way of example, the thin-film transistor 400 according to an exemplary embodiment has an additional insulation structure 410. The insulation structure 410 is designed to isolate the second electrode 401-2 (coplanar electrode) preferably in the vicinity of the overlap area 211 from the semiconductor thin film 403 and to minimize the overlap area. As a result, it can be achieved that the second electrode 401-2 is largely insulated from the semiconductor thin film 403 and can still contact the semiconductor thin film 403 in the vicinity of the insulator layer 405. Thus, on the one hand, substantially potential lateral and vertical leakage currents can be suppressed and, on the other hand, injection of the current into a region of the channel which forms at least partially at the insulator / semiconductor interface 114 can thus take place.
In Fig. 4b ist ein Top-Gate-Dünnfilmtransistor mit wechselseitig koplanar/gestapelt angebrachten, überlappenden Source- und Drain-Elektroden und einer lokal begrenzten Umfassung der gestapelten Elektrode zur Unterdrückung eines Source/Drain-Leckstroms gezeigt. Wie es in Fig. 4b beispielhaft dargestellt ist, weist der Dünnfilmtransistor 400 gemäß Ausführungsbeispielen eine zusätzliche Isolationsstruktur 420 auf. Die Isolationsstruktur 420 ist ausgelegt, um die erste Elektrode 401-1 (gestapelte Elektrode) im Überlappungsbereich 21 1 gegenüber der zweiten Elektrode 401-2 (koplanare Elektrode) zu isolieren. Hierbei ist die Isolationsstruktur 420 derart ausgelegt, dass sie die erste Elektrode 401-1 (gestapelte Elektrode) lokal begrenzt umfasst bzw. an einem Rand der gestapelten Elektrode im Überlappungsbereich 21 1 angeordnet ist. Durch das Bereitstellen der Isolationsstruktur 420 können somit Leckströme, die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 401-1, 401-2 auftreten können, effizient unterdrückt werden. Referring to Figure 4b, there is shown a top-gate thin film transistor having coplanar / stacked, overlapping source and drain electrodes and a localized stacked electrode enclosure for suppressing source / drain leakage current. As shown by way of example in FIG. 4 b, the thin-film transistor 400 according to exemplary embodiments has an additional insulation structure 420. The insulating structure 420 is configured to insulate the first electrode 401-1 (stacked electrode) in the overlapping area 21 1 from the second electrode 401-2 (coplanar electrode). Here, the insulation structure 420 is designed such that it comprises the first electrode 401-1 (stacked electrode) locally limited or is arranged on an edge of the stacked electrode in the overlapping region 21 1. Thus, by providing the isolation structure 420, leakage currents that may occur between the first and second electrodes 401-1, 401-2 can be efficiently suppressed.
So können bei den in Fig. 3a-3c und Fig. 4a, 4b gezeigten Ausführungsbeispielen Isolatoren bzw. Isolationsstrukturen 310, 320, 330, 410, 420 zur Verringerung des Source/Drain-Leckstroms verwendet werden. Wie aus Fig. 2a und 2b hervorgeht, kann im Überlappungsbereich der Source- und Drain-Kontakte 201-1, 201-2 ein potenziell niederohmiger Leckstrompfad zwischen Source und Drain auftreten, der schlimmstenfalls ein effektives Ausschalten des Bauelements erschwert. Um diesen Leckstrompfad zu unterdrücken, können die isolierenden Hilfsstrukturen (Isolatoren bzw. Isolationsstrukturen 310, 320, 330, 410, 420) eingeführt werden. In Fig. 3a-3c sind derartige Hilfsstrukturen für Bottom-Gate-Transistoren gezeigt, während sie in Fig. 4a und 4b für Top-Gate- Transistoren gezeigt sind. Solche Isolationsstrukturen sind auf ähnliche Weise auch in den Dünnfilmtransistoren 100 einsetzbar, bei denen die Source- und Drain- Elektroden nicht überlappen. Thus, in the embodiments shown in FIGS. 3a-3c and 4a, 4b, insulators or isolation structures 310, 320, 330, 410, 420 can be used to reduce the source / drain leakage current. As can be seen from FIGS. 2 a and 2 b, a potentially low-resistance leakage current path between source and drain can occur in the overlapping region of the source and drain contacts 201 - 1, 201 - 2, which in the worst case makes effective switching off of the component difficult. In order to suppress this leakage current path, the insulating auxiliary structures (insulators or insulation structures 310, 320, 330, 410, 420) can be introduced. Such auxiliary structures for bottom-gate transistors are shown in FIGS. 3a-3c, while they are shown in FIGS. 4a and 4b for top-gate transistors. Such isolation structures are similarly usable in the thin-film transistors 100 in which the source and drain electrodes do not overlap.
Beispielsweise wird in Fig. 3c auf der koplanaren Elektrode 301 -1 des Bottom-Gate- Transistors 300 eine Isolationsschicht bzw. der Isolator 330 zum Halbleiter hin angebracht, um den Source/Drain-Leckstrom zu verringern. Die Isolationsschicht kann gemeinsam mit dem koplanaren Kontakt oder auch unabhängig von diesem strukturiert werden. In Fig. 3b umgreift die Isolationsstruktur bzw. der Isolator 320 den koplanaren Kontakt 301-1 nahezu vollständig, um eine Interaktion zwischen Source und Drain 301-1, 301-2 weitgehend auszuschließen. Jedoch sollte in diesem Fall darauf geachtet werden, dass die koplanare Elektrode 301-1 z.B. in Form eines gedünnten Metallfüms (Abschnitt 315 der ersten Elektrode 301-1) von ausreichender Dicke an den Kanal herangeführt wird. In Fig. 3a wird beispielsweise eine Isolationsstruktur 310 unterhalb eines Teils des gestapelten Kontakts 301-2 eingefügt. Dies erhöht zwar typischerweise die Kanallänge, kann jedoch zu einer verbesserten Reproduzierbarkeit der Prozessführung führen. Zusätzlich kann in dieser Anordnung eine teilweise Passivierung bzw. Verkapselung der freiliegenden Halbleiteroberfläche erreicht werden. For example, in FIG. 3c, on the coplanar electrode 301 -1 of the bottom-gate transistor 300, an insulating layer or the insulator 330 is attached to the semiconductor, to reduce the source / drain leakage current. The insulating layer can be patterned together with the coplanar contact or independently of this. In FIG. 3b, the isolation structure or insulator 320 almost completely surrounds the coplanar contact 301-1 in order to largely rule out an interaction between source and drain 301-1, 301-2. However, care should be taken in this case that the coplanar electrode 301-1, for example in the form of a thinned metal structure (section 315 of the first electrode 301-1) of sufficient thickness, is brought to the channel. For example, in Figure 3a, an isolation structure 310 is inserted below a portion of the stacked contact 301-2. Although this typically increases the channel length, it can lead to improved process control reproducibility. In addition, in this arrangement, a partial passivation or encapsulation of the exposed semiconductor surface can be achieved.
In Fig. 4a und 4b sind entsprechende Ausführungsformen für Isolationsschichten bzw. die Isolationsstrukturen 410, 420 in Top-Gate-Dünnfilmtransistoren gezeigt. Beispielsweise isoliert in Fig. 4a eine Isolatorschicht bzw. Isolationsstruktur 410 die koplanare Elektrode 401-2 im Überlappungsbereich zur gestapelten Elektrode 401-1 vom Halbleiter 403. Die koplanare Elektrode 401-2 kann ggf. selbstjustiert zur Isolationsstruktur 410 hergestellt werden. In Fig. 4b wird beispielsweise eine Isolationsstruktur 420 an der gestapelten Elektrode 401-1 im Überlappungsbereich zur koplanaren Elektrode 401-2 eingeführt. Diese erhöht zwar typischerweise die Kanallänge, kann jedoch zu einer verbesserten Reproduzierbarkeit der Prozessführung führen. Corresponding embodiments for insulation layers or the insulation structures 410, 420 in top-gate thin-film transistors are shown in FIGS. 4a and 4b. For example, in FIG. 4a, an insulator layer or insulation structure 410 isolates the coplanar electrode 401-2 in the overlapping area with the stacked electrode 401-1 from the semiconductor 403. The coplanar electrode 401-2 can be made self-aligned with the insulation structure 410 if necessary. For example, in Fig. 4b, an insulating structure 420 is inserted at the stacked electrode 401-1 in the overlapping area to the coplanar electrode 401-2. Although this typically increases the channel length, it can lead to improved reproducibility of the process control.
Fig. 4c bis 4h zeigen Seitenansichten von Dünnfilmtransistoren 300, 400 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Bei den in Fig. 4c bis 4h gezeigten Ausführungsbeispielen überlappen sich die Source- und Drain-Elektroden in Draufsicht auf das Substrat nicht. Die Dünnfilmtransistoren 300, 400 von Fig. 4c bis 4h weisen jeweils eine erste und eine zweite Elektrode 301-1 , 301-2, 401-1 , 401-2, eine Steuerelektrode 304, 404, eine Isolatorschicht 305, 405 und einen Halbleiterdünnfilm 303, 403 auf, die auf dem Substrat 109 angeordnet sind. Ferner weisen die Dünnfilmtransistoren 300, 400 von Fig. 4c bis 4h Isolationsstrukturen 310, 320, 330, 410, 420 auf. FIGS. 4c to 4h show side views of thin film transistors 300, 400 according to further embodiments of the present invention. In the embodiments shown in FIGS. 4c to 4h, the source and drain electrodes do not overlap in plan view of the substrate. The thin film transistors 300, 400 of FIGS. 4c to 4h each include first and second electrodes 301-1, 301-2, 401-1, 401-2, a control electrode 304, 404, an insulator layer 305, 405, and a semiconductor thin film 303 , 403, which are arranged on the substrate 109. Furthermore, the thin-film transistors 300, 400 of FIGS. 4 c to 4 h have insulating structures 310, 320, 330, 410, 420.
Die in Fig. 4c bis 4f gezeigten Dünnfilmtransistoren 300 mit den Isolationsstrukturen 310, 320, 330 entsprechen im Wesentlichen den in Fig. 3 a bis 3 c gezeigten Dünnfilmtransistoren 300 mit den Isolationsstrukturen 310, 320, 330 (Bottom-Gate- Dünnfilmtransistoren). Ferner entsprechen die in Fig. 4g und 4h gezeigten Dünnfilmtransistoren 400 mit den Isolationsstrukturen 410, 420 im Wesentlichen den in Fig. 4a und 4b gezeigten Dünnfilmtransistoren 400 mit den Isolationsstrukturen 410, 420 (Top-Gate-Dünnfilmtransistoren). The thin-film transistors 300 with the insulation structures 310, 320, 330 shown in FIGS. 4 c to 4 f essentially correspond to the thin-film transistors 300 shown in FIGS. 3 a to 3 c with the insulation structures 310, 320, 330 (bottom-gate thin-film transistors). Furthermore, the thin-film transistors 400 shown in FIGS. 4g and 4h with the insulation structures 410, 420 essentially correspond to those in FIG FIGS. 4a and 4b show thin-film transistors 400 with the insulation structures 410, 420 (top-gate thin-film transistors).
Bei den Dünnfilmtransistoren 300 gemäß Fig. 4c und 4d ist die Isolationsstruktur 330 zwischen einem Bereich der ersten Elektrode 301-1 und einem Bereich des Halbleiterdünnfilms 303 vorgesehen. Hierbei erstreckt sich bei dem Dünnfilmtransistor 300 gemäß Fig. 4c die zweite Elektrode 301-2 nicht bis an eine senkrechte Flanke 122 des Halbleiterdünnfilms 303, während sich bei dem Dünnfilmtransistor 300 gemäß Fig. 4d die zweite Elektrode 301-2 bis an die senkrechte Flanke 122 des Halbleiterdünnfilms 303 erstreckt. In the thin-film transistors 300 shown in FIGS. 4c and 4d, the isolation structure 330 is provided between a portion of the first electrode 301-1 and a portion of the semiconductor thin film 303. Here, in the thin film transistor 300 shown in FIG. 4c, the second electrode 301-2 does not extend to a vertical edge 122 of the semiconductor thin film 303, while in the thin film transistor 300 shown in FIG. 4d, the second electrode 301-2 extends to the vertical edge 122 of the semiconductor thin film 303.
Bei den Dünnfilmtransistoren 300 gemäß Fig. 4e und 4f ist die Isolationsstruktur 320 zwischen einem Bereich der ersten Elektrode 301 -1 und einem Bereich des Halbleiterdünnfilms 303 vorgesehen. Hierbei erstreckt sich bei dem Dünnfilmtransistor 300 gemäß Fig. 4e die zweite Elektrode 301-2 bis an eine senkrechte Flanke 122 des Halbleiterdünnfilms 303, während sich bei dem Dünnfilmtransistor 300 gemäß Fig. 4f die zweite Elektrode 301-2 nicht bis an die senkrechte Flanke 122 des Halbleiterdünnfilms 303 erstreckt. Bei dem Dünnfilmtransistor 400 gemäß Fig. 4g ist die Isolationsstruktur 410 zwischen einem Bereich der zweiten Elektrode 401-2 und einem Bereich des Halbleiterdünnfilms 403 vorgesehen. In the thin-film transistors 300 shown in FIGS. 4e and 4f, the insulating structure 320 is provided between a portion of the first electrode 301 -1 and a portion of the semiconductor thin film 303. Here, in the thin film transistor 300 shown in FIG. 4e, the second electrode 301-2 extends to a vertical edge 122 of the semiconductor thin film 303, whereas in the thin film transistor 300 shown in FIG. 4f, the second electrode 301-2 does not extend to the vertical edge 122 of the semiconductor thin film 303. In the thin-film transistor 400 shown in FIG. 4g, the insulating structure 410 is provided between a portion of the second electrode 401-2 and a portion of the semiconductor thin film 403.
Ferner ist bei dem Dünnfilmtransistor 400 gemäß Fig. 4h die Isolationsstruktur 420 zwischen einem Bereich der ersten Elektrode 401-1 und einem Bereich des Halbleiterdünnfilms 403 vorgesehen. Further, in the thin film transistor 400 of FIG. 4h, the isolation structure 420 is provided between a portion of the first electrode 401-1 and a portion of the semiconductor thin film 403.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 4c bis 4h sind eine oder mehrere Isolationsstrukturen zwischen einem Bereich der ersten Elektrode und einem Bereich des Halbleiterdünnfilms und/oder zwischen einem Bereich der zweiten Elektrode und einem Bereich des Halbleiterdünnfilms vorgesehen. Dadurch wird es ermöglicht, Leckströme zwischen der ersten und der zweiten Elektrode effizient zu unterdrücken. Somit kann auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 4c bis 4h, bei denen sich die Source- und Drain-Elektroden nicht überlappen, eine effiziente Unterdrückung der Leckströme erhalten werden. In the embodiments according to FIGS. 4c to 4h, one or more isolation structures are provided between a region of the first electrode and a region of the semiconductor thin film and / or between a region of the second electrode and a region of the semiconductor thin film. This makes it possible to efficiently suppress leakage currents between the first and second electrodes. Thus, even in the embodiments of FIGS. 4c to 4h, in which the source and drain electrodes do not overlap, an efficient suppression of the leakage currents can be obtained.
Fig. 5a und 5b zeigen Draufsichten von Elektroden 501 , 502 von Dünnfilmtransistoren gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Bei den in Fig. 5 a und 5b gezeigten Ausfuhrungsbeispielen sind eine erste und eine zweite Elektrode 501, 502 sowie ein Halbleiter bzw. ein Halbleiterdünnfilm 503 (gestrichelte Begrenzungslinie) gezeigt. Die Elemente in den Draufsichten von Fig. 5 a und 5b entsprechen im Wesentlichen den in den Seitenansichten von Fig. la und lb gezeigten. Figures 5a and 5b show plan views of electrodes 501, 502 of thin film transistors according to further embodiments of the present invention. In the in Fig. 5 a and 5b, a first and a second electrode 501, 502 as well as a semiconductor or a semiconductor thin film 503 (dashed boundary line) are shown. The elements in the plan views of FIGS. 5 a and 5 b substantially correspond to those shown in the side views of FIGS. 1a and 1b.
Bezug nehmend auf Fig. 5a weisen die erste und zweite Elektrode 501 , 502 beispielsweise eine quadratische Form (bzw. Umrandung) auf. Ferner können bei weiteren Ausführungsbeispielen die erste und zweite Elektrode 501, 502 eine rechteckige oder runde Form aufweisen. Durch das Bereitstellen einer quadratischen, rechteckigen oder runden Form für die erste und zweite Elektrode 501, 502 (gestapelte und koplanare Elektrode) kann ein vergleichsweise geringes Umfang-zu-Flächen- Verhältnis erhalten werden, so dass die elektrischen Eigenschaften des Dünnfilmtransistors hauptsächlich von dem koplanaren Kontakt beeinflusst werden. Dies ergibt sich daraus, dass bei einem vergleichsweise geringen Umfang-zu-Flächen-Verhältnis der zu erzeugende Gesamtstrom zwischen der ersten und zweiten Elektrode vorwiegend durch die geringe Linienlänge des koplanaren Kontakts begrenzt wird. Das Umfang-zu-Flächen-Verhältnis ist beispielsweise als das Verhältnis des Umfangs der/des koplanaren zur Fläche der/des gestapelten Elektrode bzw. Kontakts definiert. Bei Ausführungsbeispielen ist eine innere Elektrode (Elektrode 501) der ersten und zweiten Elektrode 501 , 502 von einer äußeren Elektrode (Elektrode 502) der ersten und zweiten Elektrode 501, 502 umgeben. Hierbei liegen sich äußere Kanten 511 der inneren Elektrode 501 (koplanare Elektrode) und innere Kanten 513 der äußeren Elektrode 502 (gestapelte Elektrode) gegenüber (siehe Fig. 5 a). Hierbei ist insbesondere anzumerken, dass die Elektrode mit der vergleichsweise großen Fläche (äußere Elektrode 502) die gestapelte Elektrode ist, während die Elektrode mit der vergleichsweise kleinen Fläche (innere Elektrode 501) die koplanare Elektrode ist. Referring to FIG. 5a, the first and second electrodes 501, 502 have, for example, a square shape (or border). Further, in other embodiments, the first and second electrodes 501, 502 may have a rectangular or round shape. By providing a square, rectangular or round shape for the first and second electrodes 501, 502 (stacked and coplanar electrode), a comparatively small circumference-to-area ratio can be obtained, so that the electrical characteristics of the thin film transistor are mainly from the coplanar Contact to be influenced. This results from the fact that, with a comparatively small circumference-to-area ratio, the total current to be generated between the first and second electrodes is limited primarily by the small line length of the coplanar contact. The circumference-to-area ratio is defined, for example, as the ratio of the circumference of the coplanar to the area of the stacked electrode or contact. In embodiments, an inner electrode (electrode 501) of the first and second electrodes 501, 502 is surrounded by an outer electrode (electrode 502) of the first and second electrodes 501, 502. Here, outer edges 511 of the inner electrode 501 (coplanar electrode) and inner edges 513 face the outer electrode 502 (stacked electrode) (see FIG. 5 a). It should be noted here that the electrode having the comparatively large area (outer electrode 502) is the stacked electrode while the electrode having the comparatively small area (inner electrode 501) is the coplanar electrode.
Ferner können sich bei weiteren Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5 a die innere bzw. koplanare Elektrode 501 und die äußere bzw. gestapelte Elektrode 502 in Draufsicht auf das Substrat überlappen. Es kann somit bei weiteren Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5 a auch eine Überlappung der inneren und äußeren Elektrode 501 , 502 ähnlich wie bei den in Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispielen auftreten. Bezug nehmend auf Fig. 5b weisen die erste und zweite Elektrode 501 , 502 beispielsweise eine erste Interdigitalstruktur 501 und eine zweite Interdigitalstruktur 502 auf. Bei Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5b liegen sich Kanten 521 der ersten Interdigitalstruktur 501 und Kanten 523 der zweiten Interdigitalstruktur 502 gegenüber. Ferner können sich bei weiteren Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5b die erste Interdigitalstruktur 501 und die zweite Interdigitalstruktur 502 in Draufsicht auf das Substrat überlappen. Es kann somit bei weiteren Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5b auch eine Überlappung der ersten und zweiten Interdigitalstruktur 501, 502 ähnlich wie bei den in Fig. 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispielen auftreten. Furthermore, in further embodiments according to FIG. 5 a, the inner or coplanar electrode 501 and the outer or stacked electrode 502 may overlap in plan view onto the substrate. Thus, in further exemplary embodiments according to FIG. 5 a, an overlap of the inner and outer electrodes 501, 502 similar to the exemplary embodiments shown in FIGS. 2a and 2b may also occur. Referring to FIG. 5b, the first and second electrodes 501, 502 include, for example, a first interdigital structure 501 and a second interdigital structure 502. In exemplary embodiments according to FIG. 5 b, edges 521 of the first interdigital structure 501 and edges 523 of the second interdigital structure 502 are located opposite one another. Furthermore, in further exemplary embodiments according to FIG. 5 b, the first interdigital structure 501 and the second interdigital structure 502 may overlap one another in plan view of the substrate. Thus, in further exemplary embodiments according to FIG. 5b, an overlapping of the first and second interdigital structures 501, 502 may also occur similar to the exemplary embodiments shown in FIGS. 2a and 2b.
Bei Ausführungsbeispielen mit einer Überlappung der Elektroden bzw. Interdigitalstrukturen entsprechen die Elemente in den Draufsichten von Fig. 5 a und 5b im Wesentlichen den in den Seitenansichten von Fig. 2a und 2b gezeigten. In embodiments with an overlap of the electrodes or interdigital structures, the elements in the plan views of FIGS. 5a and 5b essentially correspond to those shown in the side views of FIGS. 2a and 2b.
Die in Fig. 5b gezeigte Interdigitalstruktur der ersten und zweiten Elektrode 501 , 502 ist durch ein vergleichweise großes Umfang-zu-Flächen- Verhältnis gekennzeichnet. Aufgrund des vergleichsweise großen Verhältnisses des Umfangs zur Fläche der jeweiligen Elektroden 501, 502 bzw. Kontakte werden die elektrischen Eigenschaften des Dünnfilmtransistors vorwiegend von der gestapelten Elektrode bzw. dem koplanaren Kontakt beeinflusst. Hierbei wird darauf hingewiesen, dass der Umfang des koplanaren Kontakts sowie die Fläche des gestapelten Kontakts primär bzw. von wesentlicher Bedeutung für die Einstellung der elektrischen Eigenschaften des Dünnfilmtransistors sind. Dagegen sind die Fläche des koplanaren Kontakts sowie der Umfang des gestapelten Kontakts nur sekundär bzw. nicht von wesentlicher Bedeutung. The interdigital structure of the first and second electrodes 501, 502 shown in FIG. 5b is characterized by a comparatively large circumference-to-area ratio. Due to the comparatively large ratio of the circumference to the area of the respective electrodes 501, 502 or contacts, the electrical properties of the thin-film transistor are influenced predominantly by the stacked electrode or the coplanar contact. It should be understood that the extent of the coplanar contact as well as the area of the stacked contact are primary or essential to the adjustment of the electrical characteristics of the thin film transistor. In contrast, the area of the coplanar contact and the circumference of the stacked contact are only secondary or not essential.
Bei Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5a und 5b können somit die elektrischen Eigenschaften von Dünnfilmtransistoren über die Auswahl eines geeigneten Umfang-zu- Flächen- Verhältnisses der koplanaren bzw. gestapelten Kontakte eingestellt werden. Dadurch wird eine gezielte Unterdrückung oder Hervorhebung der Kontakteigenschaften und somit eine gezielte Einstellung der Funktionsweise der Dünnfilmtransistoren ermöglicht. Mit anderen Worten, es kann eine Optimierung der elektrischen Bauelementeeigenschaften über den Schaltungsentwurf vorgenommen werden. Die Asymmetrie der Source- und Drain-Kontakte, d.h. eine nahezu linienförmige Injektion am koplanaren Kontakt im Gegensatz zu einer flächigen Injektion am gestapelten Kontakt führt dazu, dass eine separate Optimierung der Source- und Drain-Geometrien erfolgen kann, um ein maximales Stromniveau zu erzielen (Fig. 5 a, 5b) bzw. den Strom durch Kontakteigenschaften zu begrenzen. Bei parallel verlaufenden Begrenzungslinien für den koplanaren und den gestapelten Kontakt 501, 502 kann man davon ausgehen, dass die Injektionsweite am koplanaren Kontakt in etwa dem Umfang des gestapelten Kontakts entspricht. Durch Variation des Umfang-zu-Flächen- Verhältnisses des gestapelten Kontakts können gezielt die Injektionseigenschaften eines der beiden Kontakte für die Begrenzung des Gesamtstroms und damit für die Definition der Bauelementeeigenschaften eingesetzt werden. Hierbei gibt es beispielsweise die folgenden Möglichkeiten. In embodiments according to FIGS. 5a and 5b, the electrical properties of thin-film transistors can thus be set by selecting a suitable circumferential-area ratio of the coplanar or stacked contacts. This allows a targeted suppression or emphasis on the contact properties and thus a targeted adjustment of the operation of the thin-film transistors. In other words, an optimization of the electrical device properties can be made via the circuit design. The asymmetry of the source and drain contacts, ie, an almost line-shaped injection at the coplanar contact as opposed to a flat injection at the stacked contact results in a separate optimization of the source and drain geometries to achieve a maximum current level (Fig. 5 a, 5b) and to limit the current through contact properties. With coplanar and stacked contact lines 501, 502 parallel, it can be assumed that the injection width at the coplanar contact corresponds approximately to the circumference of the stacked contact. By By varying the perimeter area-to-area ratio of the stacked contact, the injection properties of one of the two contacts can be selectively used to limit the total current and thus define the device characteristics. For example, there are the following options.
Soll beispielsweise der koplanare Kontakt die Bauelementeeigenschaften beeinflussen, so ist das Umfang-zu-Flächen- Verhältnis möglichst gering festzulegen. Hierdurch begrenzt der koplanare Kontakt den Gesamtstrom. Ein Beispiel für die Ausführung mit einer quadratischen Geometrie des koplanaren Kontakts ist in Fig. 5a dargestellt. Weitere Ausführungen mit geringem Umfang-zu-Flächen- Verhältnis können beispielsweise mit einem rechteckigen oder runden koplanaren Kontakt entworfen werden. If, for example, the coplanar contact influences the component properties, the circumference-to-area ratio should be set as low as possible. As a result, the coplanar contact limits the total current. An example of the embodiment with a square geometry of the coplanar contact is shown in Fig. 5a. Other low aspect ratio designs may be designed, for example, with a rectangular or round coplanar contact.
Soll beispielsweise der gestapelte Kontakt die Bauelementeeigenschaften beeinflussen, so ist das Umfang-zu-Flächen- Verhältnis möglichst groß festzulegen. Ein Beispiel für eine Interdigitalausführung ist in Fig. 5b dargestellt. Hierbei ist die Gesamtfläche des gestapelten Kontakts in Fig. 5a und 5b beispielsweise gleich groß. Weitere Ausführungsformen für die Elektroden bzw. Kontakte sind beispielsweise regelmäßige Punkt-, Stern-, Streifen- oder mäanderförmige Anordnungen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind für die gerade genannten Möglichkeiten technisch relevante Zwischenformen denkbar. If, for example, the stacked contact influences the component properties, then the circumference-to-area ratio should be set as large as possible. An example of an interdigital design is shown in Fig. 5b. Here, the total area of the stacked contact in Fig. 5a and 5b, for example, the same size. Further embodiments of the electrodes or contacts are, for example, regular point, star, stripe or meander-shaped arrangements. In further embodiments, technically relevant intermediate forms are conceivable for the just mentioned possibilities.
Für die obige Ausführung in Bezug auf Fig. 5a und 5b ist hauptsächlich die relative Lage der Kanten von koplanarer 501 und gestapelter Elektrode 502 ausschlaggebend, sowie die Überlappung von gestapelter Elektrode 501 und Halbleiter 503. In Fig. 5a und 5b sind daher nur die genannten Elemente in Relation gesetzt, wobei im Fall des Halbleiters 503 nur die Begrenzungslinie der Halbleiterfläche eingezeichnet ist. In Fig. 5a ist beispielhaft ein Entwurf bzw. die Draufsicht eines Dünnfilmtransistors mit geringem Umfang-zu- Fläche- Verhältnis dargestellt, während in Fig. 5b der Entwurf bzw. die Draufsicht eines Dünnfilmtransistors mit hohem Umfang-zu-Fläche- Verhältnis und gleicher Fläche des gestapelten Kontakts wie in Fig. 5a dargestellt ist. Die in Fig. 5a und 5b dargestellte Anordnung ist repräsentativ für alle Ausführungsformen ähnlich wie in Fig. la und lb, sowie bei Überlappung der Kontakte auch wie in Fig. 2a und 2b. Fig. 5c zeigt eine Draufsicht von Elektroden eines Dünnfilmtransistors 500 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem in Fig. 5 c gezeigten Ausführungsbeispiel sind wiederum eine erste und eine zweite Elektrode 501, 502 sowie ein Halbleiterdünnfilm 503 (gestrichelte Begrenzungslinie) gezeigt. Die Elemente in der Draufsicht von Fig. 5c entsprechen im Wesentlichen den in den Seitenansichten von Fig. la und lb gezeigten. Nicht dargestellt sind die Gateelektrode und der Gateisolator, die mindestens die Fläche des Halbleiters einnehmen können. Bezug nehmend auf Fig. 5c weist die erste Elektrode 501 beispielsweise eine Kammstruktur auf, während die zweite Elektrode 502 beispielsweise eine rechteckige Form aufweist. For the above embodiment, with reference to Figs. 5a and 5b, the relative position of the edges of coplanar 501 and stacked electrode 502 is primarily critical, as well as the overlap of stacked electrode 501 and semiconductor 503. Thus, in Figs. 5a and 5b, only those are mentioned Elements in relation set, wherein in the case of the semiconductor 503 only the boundary line of the semiconductor surface is located. In Fig. 5a, a design and plan view of a thin-film transistor with a small circumference-to-area ratio is shown by way of example, while in Fig. 5b, the outline of a thin-film transistor with a high-to-area ratio and the same area of the stacked contact as shown in Fig. 5a. The arrangement shown in FIGS. 5a and 5b is representative of all embodiments similar to those in FIGS. 1a and 1b, and in the case of overlapping of the contacts also as in FIGS. 2a and 2b. Fig. 5c shows a top view of electrodes of a thin film transistor 500 according to another embodiment of the present invention. In the exemplary embodiment shown in FIG. 5 c, again a first and a second electrode 501, 502 as well as a semiconductor thin film 503 (dashed boundary line) are shown. The elements in the Top view of Fig. 5c substantially correspond to those shown in the side views of Fig. La and lb. Not shown are the gate electrode and the gate insulator, which can occupy at least the surface of the semiconductor. For example, referring to FIG. 5c, the first electrode 501 has a comb structure, while the second electrode 502 has a rectangular shape, for example.
Die Ausführungsbeispiele von Fig. 5a bis 5c weisen die Gemeinsamkeit auf, dass bei den Dünnfilmtransistoren jeweils ein an den Halblei terdünnfilm angrenzender für die Ausbildung eines Kanals maßgeblicher Umfangsabschnitt der ersten oder zweiten Elektrode einen von einer durchgehenden geraden Linie unterschiedlichen Verlauf aufweist. Bei dem Dünnfilmtransistor gemäß Fig. 5c weist die erste oder zweite Elektrode eine Kammstruktur mit einer Mehrzahl von Fingern auf, wobei Fingerabschnitte den für die Ausbildung des Kanals maßgeblichen Umfangsabschnitt bilden. The exemplary embodiments of FIGS. 5a to 5c have the common feature that, in the case of the thin-film transistors, in each case a peripheral section of the first or second electrode which adjoins the semiconfilm for forming a channel has a different course from a continuous straight line. In the thin-film transistor according to FIG. 5c, the first or second electrode has a comb structure with a plurality of fingers, wherein finger sections form the peripheral section relevant for the formation of the channel.
Bei den Dünnfilmtransistoren gemäß Fig. 5a und 5b weist der für die Ausbildung des Kanals maßgebliche Umfangsabschnitt der ersten oder zweiten Elektrode beispielsweise Bereiche auf, die auf gegenüberliegenden Seiten zumindest eines Abschnitts der ersten oder zweiten Elektrode angeordnet sind. In the thin-film transistors according to FIGS. 5a and 5b, the peripheral portion of the first or second electrode relevant to the formation of the channel has, for example, regions arranged on opposite sides of at least a portion of the first or second electrode.
Durch das Vorsehen eines von einer durchgehenden geraden Linie unterschiedlichen Verlaufs eines an den Halbleiterdünnfilm angrenzenden für die Ausbildung eines Kanals maßgeblichen Umfangsab Schnitts der ersten oder zweiten Elektrode (wie in Fig. 5a bis 5c beispielhaft dargestellt) kann insbesondere eine individuelle aber aufeinander abgestimmte Optimierung von Umfang der einen sowie Fläche der anderen Elektrode erreicht werden. Fig. 6a zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines mittels Druck- und Sprühverfahrens hergestellten Dünnfilmtransistors 600. In Fig. 6a und 6b ist beispielhaft die Ausführung des Dünnfilmtransistors 600 gezeigt, wie er beispielsweise durch überlappenden Druck und Aufsprühen funktioneller Materialien hergestellt wird. Gemäß Fig. 6a weist der Dünnfilmtransistor 600 (Top-Gate-Dünnfilmtransistor) eine erste Elektrode 601-1 , eine zweite Elektrode 601-2, eine Steuerelektrode 604, eine Isolatorschicht 605 und einen Halbleiterdünnfilm 603 auf. Hierbei entsprechen die Elemente 601-1, 601-2, 604, 605 und 603 des Dünnfilmtransistors 600 von Fig. 6a im Wesentlichen den Elementen 101-1, 101-2, 104, 105 und 103 des Dünnfilmtransistors 100 von Fig. Ib. Allerdings wurden die in Fig. 6a gezeigten Elemente bzw. der Dünnfilmtransistor 600 basierend auf Druck- und Sprühtechniken erzeugt. Hierbei wird beispielsweise auf einem isolierenden Substrat, wie vorzugsweise auf Glas, Keramik, isolierend beschichtetem Edelstahl oder Kunststofffolie zunächst unter Verwendung einer Metalltinte die gestapelte Elektrode 601-1 in Form einer Linie gedruckt. Als Druckverfahren kommen vorzugsweise Tintenstrahl-, Gravur-, Offset- oder Flexodruck- Verfahren zum Einsatz, wobei ebenso softlithographische Verfahren wie beispielsweise Nanoimprint-Lithographie eingesetzt werden können. In einem zweiten Schritt wird der Halbleiter 603, beispielsweise ganzflächig mittels Sprühverfahren oder strukturiert aus einer Präkursortinte (molekulare Lösung, Partikeldispersion oder Mischung von beiden), derart aufgetragen, dass er die gestapelte Elektrode 601-1 vollständig umschließt. Anschließend wird ebenfalls, beispielsweise durch Druck einer metallischen Präkursortinte die koplanare Elektrode 601-2 in Form einer Linie erzeugt. Mit ausreichender Überlappung des Halbleiterdünnfilms (Halbleiter 603) sowie der erzeugten Elektrodenstrukturen wird anschließend beispielsweise der Isolator 605 bzw. die Isolatorschicht durch Sprüh- oder Druckverfahren aufgetragen. Anschließend wird auf dem Isolator 605 beispielsweise die metallische Gate-Elektrode 604 so aufgedruckt, dass sie in der Lage ist, den offen liegenden Halbleiterbereich vollständig anzusteuern. Im Falle der ganzflächigen Sprühverfahren wird der Kontakt zu vergrabenen Elektroden beispielsweise entweder durch geeignete Verfahren zur Öffnung von Kontaktlöchern (Kontaktlöcher 611, 612 in Fig. 6b), lokal begrenzten additiven Auftrag mit den Strukturgrenzen 613, 615, beispielsweise durch die oben genannten Druckverfahren, oder beispielsweise durch lokale Abschattung der Sprühbeschichtung mittels S chatten wurfmasken (gestrichelte Linien 613, 615 in Fig. 6b) erreicht. Somit wird die Ausführung eines gedruckten Top-Gate- Dünnfilmtransistors gemäß Fig. 6a mit wechselseitig angebrachten Source- und Drain- Elektroden durch Druck- und Sprühverfahren realisiert. Zur besseren Veranschaulichung ist in Fig. 6b die Draufsicht des Ausführungsbeispiels des so hergestellten Dünnfilmtransistors 600 von Fig. 6a gezeigt. Wie es in Fig. 6b beispielhaft dargestellt ist, weist der Dünnfilmtransistor 600 eine erste und eine zweite Öffnung 61 1, 612 bzw. Kontaktlöcher auf. Hierbei erstreckt sich die erste Öffnung 611 durch die Isolatorschicht 605 und den Halbleiterdünnfilm 603 bis auf die erste Elektrode 601-1, während sich die zweite Öffnung 612 durch die Isolatorschicht 605 und nicht den Halbleiterdünnfilm 603 bis auf die zweite Elektrode 601-2 erstreckt. Durch die erste und zweite Öffnung 611, 612 kann eine Kontaktierung der ersten und zweiten Elektrode 601-1, 601-2 bzw. der vergrabenen Elektroden ermöglicht werden. By providing a different from a continuous straight line course of an adjacent to the semiconductor thin film for the formation of a channel relevant Umfangsab section of the first or second electrode (as exemplified in Fig. 5a to 5c) can in particular an individual but coordinated optimization of scope the one and surface of the other electrode can be achieved. Fig. 6a shows a side view of one embodiment of a thin film transistor 600 fabricated by the printing and spraying process. Referring to Figs. 6a and 6b, there is shown by way of example the design of the thin film transistor 600, such as that produced by overlapping printing and spraying of functional materials. Referring to FIG. 6a, the thin film transistor 600 (top gate thin film transistor) includes a first electrode 601-1, a second electrode 601-2, a control electrode 604, an insulator layer 605, and a semiconductor thin film 603. Here, the elements 601-1, 601-2, 604, 605, and 603 of the thin film transistor 600 of FIG. 6a substantially correspond to the elements 101-1, 101-2, 104, 105, and 103 of the thin film transistor 100 of Fig. Ib. However, the elements shown in Figure 6a and the thin film transistor 600, respectively, were produced based on printing and spraying techniques. In this case, for example, the stacked electrode 601-1 is first printed on an insulating substrate, such as preferably on glass, ceramic, insulating coated stainless steel or plastic film, using a metal ink in the form of a line. Inkjet, gravure, offset or flexographic printing processes are preferably used as the printing process, while soft-lithographic processes such as, for example, nanoimprint lithography can also be used. In a second step, the semiconductor 603, for example over the entire surface by means of spraying or patterned from a Präkursortinte (molecular solution, particle dispersion or mixture of both), applied so that it completely surrounds the stacked electrode 601-1. Subsequently, the coplanar electrode 601-2 is also produced in the form of a line, for example by printing a metallic precursor ink. With sufficient overlap of the semiconductor thin film (semiconductor 603) and the electrode structures produced, the insulator 605 or the insulator layer is then applied by spraying or printing process, for example. Subsequently, on the insulator 605, for example, the metallic gate electrode 604 is printed so that it is able to fully control the exposed semiconductor region. In the case of the whole-surface spraying method, the contact with buried electrodes, for example, either by suitable methods for opening contact holes (contact holes 611, 612 in Fig. 6b), localized additive order with the structure boundaries 613, 615, for example by the above-mentioned printing method, or For example, by local shading of the spray coating by means of S chatten masks (dashed lines 613, 615 in Fig. 6b) achieved. Thus, the implementation of a printed top-gate thin-film transistor according to FIG. 6a with mutually attached source and drain electrodes is realized by means of printing and spraying processes. For a better illustration, FIG. 6b shows the top view of the embodiment of the thin-film transistor 600 of FIG. 6a thus produced. As exemplified in FIG. 6b, the thin film transistor 600 has first and second openings 61 1, 612 and contact holes, respectively. Here, the first opening 611 extends through the insulator layer 605 and the semiconductor thin film 603 except for the first electrode 601-1, while the second opening 612 extends through the insulator layer 605 and not the semiconductor thin film 603 to the second electrode 601-2. Through the first and second openings 611, 612, a contacting of the first and second electrodes 601-1, 601-2 or the buried electrodes can be made possible.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Halbleiterdünnfilm eine anorganische Schicht. Bei weiteren Ausführungsbeispielen liegt die Dicke (S) des Halbleiterdünnfilms in einem Bereich von beispielsweise 5 nm bis 120 nm, bevorzugt in einem Bereich von beispielsweise 30 nm bis 120 nm. Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist eine Dicke (D) von zumindest einer der ersten und zweiten Elektrode gleich oder größer als 50 nm, bevorzugt gleich oder größer als 100 nm oder bevorzugt gleich oder größer als 200 nm. In embodiments, the semiconductor thin film is an inorganic layer. In further embodiments, the thickness (S) of the semiconductor thin film is in a range of, for example, 5 nm to 120 nm, preferably in a range of, for example, 30 nm to 120 nm. In further embodiments, a thickness (D) of at least one of the first and second Electrode equal to or greater than 50 nm, preferably equal to or greater than 100 nm, or preferably equal to or greater than 200 nm.
Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, wie es zur Herstellung von Dünnfilmtransistoren in Bottom-Gate- Architektur (Fig. la und 2a) mittels herkömmlicher Vakuumabscheidetechniken, wie beispielsweise chemische Gasphasenabscheidung/CVD oder physikalische Gasphasenabscheidung/PVD, verwendet werden kann. Der Prozess erfolgt beispielsweise so, dass die Transistorstruktur auf einem isolierenden Substrat (Substrat 109), wie beispielsweise einem Glasträger oder einer thermisch oxidierten Siliziumscheibe, aufgebaut wird. Hierauf wird eine strukturierte Metallschicht als Gate- Elektrode (Steuerelektrode 104) erzeugt. Dies kann beispielsweise durch eine Abscheidung von einer 100 nm Aluminium-Silizium (2%)-Legierung mittels Kathodenzerstäubung oder von einer 100 nm Aluminiumschicht mittels Elektronenstrahlverdampfung und anschließender Photolithographie und Trockenätzen der Aluminiumschicht geschehen. Alternativ kann ein Lift-Off- Verfahren eingesetzt werden, in dem zunächst ein Photolack strukturiert, dann die Metallschicht abgeschieden und letztlich mittels Lösungsmittel der verbliebene Photolack inklusive der darauf abgeschiedenen Metallschicht abgehoben wird. Anschließend wird als Gateisolator (Isolatorschicht 105) beispielsweise 200 nm Siliziumdioxid abgeschieden, beispielsweise mittels plasmaunterstützem CVD-Verfahren oder Kathodenzerstäubung, und mittels Photolithographie und Trockenätzverfahren strukturiert. Anschließend wird analog der Gateelektrodenherstellung der koplanare Metallkontakt (erste Elektrode 101-1) beispielsweise durch die Abscheidung einer 100 nm Aluminium-Silizium-Legierung zuzüglich einer der oben beschriebenen Strukturierungstechniken erzeugt. Anschließend erfolgt beispielsweise die Abscheidung von 50 nm bzw. 100 nm Zinkoxid mittels Kathodenzerstäubung sowie die Strukturierung mittels Lift-Off- Verfahren. Eine weitere Möglichkeit wäre die ganzflächige Abscheidung der Zinkoxidschicht, Photolithographie sowie die nachfolgende Ätzung der Zinkoxidschicht mittels physikalischem oder chemisch-physikalischem Ätzen. Zur Ausheilung des Halbleiterdünnfilms (Halbleiterdünnfilm 103) wird im Anschluss beispielsweise eine thermische Behandlung bei 400°C in Formiergasatmosphäre (z.B. 95% N2, 5% H2) durchgeführt. Anschließend werden beispielsweise mittels Photolithographie und Trockenätzenschritt die Kontakte zur Gateelektrode und ggf. zur koplanaren Elektrode freigelegt. Anschließend wird beispielsweise eine 300 nm dicke Aluminiumschicht (beispielsweise für die zweite Elektrode 101-2) mittels Elektrodenstrahlverdampfung und Lift-Off abgeschieden und strukturiert. Hierfür ist alternativ die ganzflächige Abscheidung zuzüglich Photolithographie und Ätzung der Schicht denkbar. Abschließend werden die Bauelemente für beispielsweise 12 Stunden bei 120° heiß gelagert. The following describes a method that can be used to fabricate bottom-gate thin film transistors (Figures la and 2a) by conventional vacuum deposition techniques, such as chemical vapor deposition / CVD or physical vapor deposition / PVD. The process is carried out, for example, such that the transistor structure is built up on an insulating substrate (substrate 109), such as a glass carrier or a thermally oxidized silicon wafer. Then, a patterned metal layer is generated as the gate electrode (control electrode 104). This can be done, for example, by deposition of a 100 nm aluminum-silicon (2%) alloy by means of cathode sputtering or by a 100 nm aluminum layer by electron beam evaporation followed by photolithography and dry etching of the aluminum layer. Alternatively, a lift-off method can be used, in which a photoresist is first patterned, then the metal layer is deposited and finally, by means of solvent, the remaining photoresist, including the metal layer deposited on it, is lifted off. Subsequently, as the gate insulator (insulator layer 105), for example, 200 nm of silicon dioxide is deposited, for example by means of plasma assisted CVD or cathode sputtering, and patterned by means of photolithography and dry etching. Subsequently, analogously to the gate electrode production, the coplanar metal contact (first electrode 101-1) is produced, for example, by the deposition of a 100 nm aluminum-silicon alloy plus one of the structuring techniques described above. Subsequently, for example, the deposition of 50 nm or 100 nm zinc oxide by means of sputtering and the structuring by means of the lift-off process. Another possibility would be the whole-area deposition of the zinc oxide layer, photolithography and the subsequent etching of the zinc oxide layer by means of physical or chemical-physical etching. For the annealing of the semiconductor thin film (semiconductor thin film 103), for example, thereafter a thermal treatment is carried out at 400 ° C. in a forming gas atmosphere (for example 95% N 2 , 5% H 2 ). Subsequently, the contacts to the gate electrode and possibly to the coplanar electrode are exposed, for example, by means of photolithography and dry etching step. Subsequently, for example, a 300 nm thick aluminum layer (For example, for the second electrode 101-2) by means of electron beam evaporation and lift-off deposited and patterned. For this purpose, the full-area deposition plus photolithography and etching of the layer is alternatively conceivable. Finally, the components are stored for example for 12 hours at 120 ° hot.
Als Prozesserweiterungen zu dem gerade beschriebenen Verfahren können weiterhin beispielsweise die folgenden Schritte durchgeführt werden. As process extensions to the method just described, for example, the following steps may further be performed.
Zur Realisierung einer Isolatorstruktur (Isolator 330) in Fig. 3c wird nach der Abscheidung der Metallschicht zur Herstellung der koplanaren Elektrode 301-1 eine Isolatorschicht, vorzugsweise 100 nm Siliziumdioxid, mittels z.B. plasmaunterstützter Gasphasenabscheidung aufgebracht und gemeinsam mit der Metallisierungsschicht 301-1 durch Photolithographie und Trockenätzung strukturiert. Zur Realisierung einer Isolatorstruktur (Isolator 320) in Fig. 3b wird die Abscheidung der Metallschicht zur Herstellung der koplanaren Elektrode 301-1 beispielsweise zweilagig durchgeführt. Als untere Metallschicht wird eine Metallschicht 315 gewählt (wie beispielsweise 20 nm Platin oder Wolfram), die durch den Trockenätzprozess für die obere Metallschicht 301-1 (wie beispielsweise 100 nm AISi) nicht angegriffen wird. Wie im vorangegangenen Beispiel wird auf dem Metallschichtstapel eine Isolatorschicht, vorzugsweise 100 nm Siliziumdioxid, abgeschieden und gemeinsam mit der oberen Metallisierungsschicht 301-1 durch Photolithographie und Trockenätzung strukturiert. Die untere Metallisierungsschicht 315 wird dabei nicht angegriffen. Anschließend wird beispielsweise eine zweite Isolationsschicht, vorzugsweise 20 nm Siliziumdioxid, in einem konformen Abscheideprozess aufgebracht und durch anisotropes Rückätzen eine sogenannte Spacer-Struktur 322 zur elektrischen Isolation der Flanken erzeugt. Mit Hilfe eines Trockenätzschrittes und dem Spacer als Maskierung wird zuletzt die untere Metallisierungsschicht selektiv strukturiert. Zur Realisierung einer Isolatorstruktur (Isolator 310) in Fig. 3 a kann vor der Abscheidung der Metallschicht zur Herstellung der gestapelten Elektrode 301-2 eine Isolatorschicht, vorzugsweise 100 nm Siliziumdioxid, mittels z.B. plasmaunterstützter Gasphasenabscheidung aufgebracht und mittels Photolithographie und Trockenätzung strukturiert werden. In order to realize an insulator structure (insulator 330) in Fig. 3c, after the deposition of the metal layer to form the coplanar electrode 301-1, an insulator layer, preferably 100 nm of silicon dioxide, is obtained by means of e.g. plasma-enhanced vapor deposition and patterned together with the metallization 301-1 by photolithography and dry etching. In order to realize an insulator structure (insulator 320) in FIG. 3b, the deposition of the metal layer for producing the coplanar electrode 301-1 is carried out, for example, in two layers. As the lower metal layer, a metal layer 315 is selected (such as 20 nm platinum or tungsten), which is not attacked by the dry etching process for the upper metal layer 301-1 (such as 100 nm AISi). As in the previous example, an insulator layer, preferably 100 nm of silicon dioxide, is deposited on the metal layer stack and patterned together with the upper metallization layer 301-1 by photolithography and dry etching. The lower metallization layer 315 is not attacked. Subsequently, for example, a second insulating layer, preferably 20 nm of silicon dioxide, applied in a conformal deposition process and generated by anisotropic etching back a so-called spacer structure 322 for electrical insulation of the flanks. With the aid of a dry etching step and the spacer as masking, the lower metallization layer is finally structured selectively. In order to realize an insulator structure (insulator 310) in Fig. 3a, prior to deposition of the metal layer to make the stacked electrode 301-2, an insulator layer, preferably 100 nm of silicon dioxide, may be obtained by e.g. applied plasma-enhanced vapor deposition and patterned by photolithography and dry etching.
Zur Herstellung von Dünnfilmtransistoren in Top-Gate- Architektur (Fig. lb und 2b) mittels herkömmlicher Vakuumabscheidetechniken, wie beispielsweise chemische Gasphasenabscheidung/CVD oder physikalische Gasphasenabscheidung/PVD, wird zunächst die gestapelte Source- oder Drainelektrode 101-1, 201-1 mittels Abscheidung von lOOnm Aluminium und Lift-off-Technik bzw. Photolithographie, Plasmaätzen und Entfernen des Photolacks auf einem isolierenden Substrat 109, beispielsweise Glas, Kunststoff, isolierend beschichtetem Edelstahl oder oxididertem Siliziumträger hergestellt. In einem zweiten Schritt erfolgt die Herstellung eines vorzugsweise 50 bis lOOnm dicken Halbleiterdünnfilms 103, 203, beispielsweise Zinkoxid, sowie dessen Strukturierung mittels Lift-off oder Photolithographie und Ätztechnik. Der Halbleiter kann nach der Abscheidung einer Ofentemperung bei > 100°C, beispielsweise bei 400°C, beispielsweise in Formiergasatmosphäre (5% H2, 95% N2) unterzogen werden. Weiter wird die zweite, koplanare Elektrode 101-2, 201-2, beispielsweise lOOnm Aluminium, mittels Aufdampfverfahren oder Kathodenzerstäubung abgeschieden und unter Zuhilfenahme der Lift-off-Technik oder einer Photolithographiesequenz strukturiert. Hierauf wird mittels plasmaunterstützter Gasphasenabscheidung oder unter Zuhilfenahme eines alternativen Abscheideverfahrens wie Atomlagenabscheidung (Atomic Layer Deposition, ALD) oder Kathodenzerstäubung der Isolator 205, beispielsweise Siliziumdioxid, Aluminiumoxid oder ein alternatives Dielektrikum abgeschieden und mittels Lift-off-Technik oder Photolithographiesequenz strukturiert. Zur Herstellung der Gateelektrode 104, 204 wird abschließend eine Metallschicht, beispielsweise Aluminium mittels beispielsweise Aufdampfverfahren oder Kathodenzerstäubung abgeschieden und mittels Lift-off-Technik oder Photolithographiesequenz strukturiert. For the fabrication of thin-film transistors in top-gate architecture (Figures lb and 2b) by conventional vacuum deposition techniques, such as chemical vapor deposition / CVD or physical vapor deposition / PVD First, the stacked source or drain electrode 101-1, 201-1 by means of deposition of lOOnm aluminum and lift-off technique or photolithography, plasma etching and removal of the photoresist on an insulating substrate 109, for example glass, plastic, insulating coated stainless steel or oxididertem Silicon carrier produced. In a second step, the production of a preferably 50 to 100 nm thick semiconductor thin film 103, 203, for example zinc oxide, and its structuring by means of lift-off or photolithography and etching technology. The semiconductor can be subjected to the deposition of an oven annealing at> 100 ° C, for example at 400 ° C, for example in Formiergasatmosphäre (5% H 2 , 95% N 2 ). Furthermore, the second coplanar electrode 101-2, 201-2, for example 100 nm of aluminum, is deposited by means of vapor deposition or cathode sputtering and patterned with the aid of the lift-off technique or a photolithography sequence. Then, by means of plasma-assisted vapor deposition or with the aid of an alternative deposition method such as atomic layer deposition (ALD) or cathode sputtering, the insulator 205, for example silicon dioxide, aluminum oxide or an alternative dielectric, is deposited and patterned by means of a lift-off technique or photolithography sequence. Finally, to produce the gate electrode 104, 204, a metal layer, for example aluminum, is deposited by means of, for example, vapor deposition or cathode sputtering and patterned by means of a lift-off technique or photolithography sequence.
Zur Realisierung einer Isolatorstruktur (Isolator 410) in Fig. 4a kann vor der Abscheidung der Metallschicht zur Herstellung der koplanaren Elektrode 401-2 eine Isolatorschicht, vorzugsweise 100 nm Siliziumdioxid, mittels z.B. plasmaunterstützter Gasphasenabscheidung aufgebracht und mittels Photolithographie und Trockenätzung strukturiert werden. Die Metallschicht zur Herstellung der koplanaren Elektrode 401-2 muss derart ausgeführt werden, dass sie über die Isolatorstruktur 410 hinweg in den Überlappbereich 21 1 mit der gestapelten Elektrode 401-1 geführt wird und den Halbleiterdünnfilm kontaktiert. Durch Minimierung des Überlapps zwischen der gestapelten Elektrode 401-1 und der Kontaktfläche zwischen koplanarer Elektrode 401-2 und Halbleiter wird dabei der Source/Drain-Leckstrom reduziert. For realizing an insulator structure (insulator 410) in Fig. 4a, prior to depositing the metal layer to make the coplanar electrode 401-2, an insulator layer, preferably 100 nm of silicon dioxide, may be obtained by e.g. applied plasma-enhanced vapor deposition and patterned by photolithography and dry etching. The metal layer for producing the coplanar electrode 401-2 must be made to pass over the insulator structure 410 into the overlap area 21 1 with the stacked electrode 401-1 and contact the semiconductor thin film. By minimizing the overlap between the stacked electrode 401-1 and the contact area between coplanar electrode 401-2 and semiconductor, the source / drain leakage current is reduced.
Zur Realisierung einer Isolatorstruktur (Isolator 420) in Fig. 4b kann vor der Abscheidung des Halbleiterdünnfilms 403 eine Isolatorschicht, vorzugsweise 100 nm Siliziumdioxid, mittels z.B. plasmaunterstützter Gasphasenabscheidung aufgebracht und mittels Photolithographie und Trockenätzung in der Weise strukturiert werden, dass sie die gestapelte Elektrode im Überlappbereich mit der koplanaren Elektrode umgreift. Ferner kann die Herstellung von Dünnfilmtransistoren in Bottom-Gate- Architektur mittels Drucktechniken entsprechend einem Verfahren (ggf. durch Änderung der Prozessreihenfolge und Prozessauswahl) zur Herstellung des in Fig. 6a und 6b gezeigten Dünnfilmtransistors 600 erfolgen. In order to realize an insulator structure (insulator 420) in FIG. 4b, before the deposition of the semiconductor thin film 403, an insulator layer, preferably 100 nm silicon dioxide, can be applied by means of eg plasma-assisted vapor deposition and patterned by photolithography and dry etching in such a way that it overlaps the stacked electrode encompasses with the coplanar electrode. Further, the fabrication of thin-film transistors in bottom-gate architecture by printing techniques may be performed according to a method (optionally, by changing the process order and process selection) for fabricating the thin-film transistor 600 shown in FIGS. 6a and 6b.
Die oben beschriebenen Ausfuhrungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. The above described embodiments are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims, rather than by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.
Ausfuhrungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Dünnfilmtransistor und ein Verfahren zum Herstellen desselben, wobei eine Verbesserung des Dünnfilmtransistors bzw. des Bauelements hinsichtlich der aus dem Bauelement extrahierbaren Ströme erreicht werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Dünnfilmtransistor kann der steuerbare Strom zwischen Drain und Source optimiert bzw. maximiert werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Kanallänge möglichst gering ausgeführt und sogar unter die von den bekannten Techniken vorgegebene Auflösungsgrenze verringert werden kann. Embodiments of the present invention provide a thin film transistor and a method of manufacturing the same, wherein improvement of the thin film transistor or device with respect to the currents extractable from the device can be achieved. With the thin-film transistor according to the invention, the controllable current between drain and source can be optimized or maximized. This is made possible by the fact that the channel length can be made as low as possible and can even be reduced below the resolution limit specified by the known techniques.
Im Gegensatz zu den bekannten Techniken kann bei dem erfindungsgemäßen Transistor die Geometrie sowie das elektrische Verhalten von Source- und Drain-Kontakt über die Dimensionierung der Fläche des einen bzw. der Kontaktlinie des anderen Source- oder Drain-Kontakts separat optimiert werden. Hierüber lassen sich gezielt Kontakteffekte und ihre Auswirkung auf das elektrische Verhalten des Gesamtbauelements unterdrücken bzw. herausarbeiten. In contrast to the known techniques, in the case of the transistor according to the invention, the geometry and the electrical behavior of source and drain contact can be separately optimized via the dimensioning of the area of the one or the contact line of the other source or drain contact. This can specifically suppress or work out contact effects and their effect on the electrical behavior of the entire component.
Die vorliegende Erfindung bietet die Möglichkeit, überlappende Source/Drain-Gebiete in einem Dünnfilmtransistor bereitzustellen. Hierbei wurde erkannt, dass der erfindungsgemäße Dünnfilmtransistor eine Abwandlung vom Standard-TFT (Dünnfilmtransistor) darstellt. The present invention provides the ability to provide overlapping source / drain regions in a thin film transistor. In this case, it was recognized that the thin-film transistor according to the invention is a modification of the standard TFT (thin-film transistor).
Ferner schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung einen Dünnfilmtransistor mit auseinanderliegenden Source- und Drain- Elektroden, wobei insbesondere der Überlapp von Source und Drain minimierbar ist. Im Übrigen wird es gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ermöglicht, Leckströme selbst bei einer starken Überlappung der Source- und Drain-Elektroden besser zu kontrollieren. Ferner können Isolatorschichten zur Unterdrückung von Source/Drain-Leckströmen eingesetzt werden. Furthermore, embodiments of the present invention provide a thin film transistor having spaced source and drain electrodes, wherein in particular the overlap of the source and drain can be minimized. Incidentally, according to embodiments of the present invention, it is possible to better control leakage currents even with a strong overlap of the source and drain electrodes. Furthermore, insulator layers can be used to suppress source / drain leakage currents.
Die vorliegende Erfindung erlaubt außerdem eine differenziertere Optimierung der Bauelementeeigenschaften des Dünnfilmtransistors. Hierbei gibt es speziell im Fall nicht überlappender Source- und Drain-Elektroden keine Anforderung an eine Barriere zwischen einer unteren Elektrode und dem Halbleiter bzw. dem Halbleiterdünnfilm des Dünnfilmtransistors. Ganz allgemein basieren Ausführungsbeispiele der Erfindung darauf, dass die Source- und Drain-Kontakte nicht, wie üblich, in einer Metallisierungsebene hergestellt werden, sondern dass einer der beiden Kontakte als koplanarer Kontakt und der andere der beiden Kontakte als gestapelter Kontakt ausgeführt werden kann. Dabei ist zunächst nicht festgelegt, welcher der beiden Kontakte als Source und welcher Kontakt als Drain eingesetzt wird. Die entstehenden erfindungsgemäßen Strukturen sind für den Bottom- Gate-Dünnfilmtransistor exemplarisch in Fig. 1 a und für den Top-Gate-Dünnfilmtransistor exemplarisch in Fig. lb dargestellt. The present invention also allows a more sophisticated optimization of the device characteristics of the thin film transistor. Here, especially in the case of non-overlapping source and drain electrodes, there is no requirement for a barrier between a lower electrode and the semiconductor or the semiconductor thin film of the thin-film transistor. In general, embodiments of the invention are based on the fact that the source and drain contacts are not made, as usual, in a Metallisierungsebene, but that one of the two contacts as coplanar contact and the other of the two contacts can be performed as a stacked contact. It is not initially determined which of the two contacts is used as a source and which contact as a drain. The resulting structures according to the invention are illustrated by way of example in FIG. 1 a for the bottom-gate thin-film transistor and in FIG. 1b for the top-gate thin-film transistor.
Besondere Vorteile der Elektrodenkonfiguration des erfindungsgemäßen Dünnfilmtransistors liegen darin, dass der Abstand zwischen Source- und Drain-Elektrode, welcher den erzielbaren Drainstrom definiert, nicht über das Auflösungsvermögen des Herstellungsverfahrens, sondern durch den Abstand zwischen den Begrenzungskanten von in separaten Ebenen hergestellten Metallelektroden definiert wird. Im Extremfall kann der vorgenannte Vorteil soweit ausgenutzt werden, dass die beiden Elektroden zum Überlappen gebracht werden (siehe Fig. 2a und 2b). Durch die Ladungsträgerinjektion über entweder die koplanare oder die gestapelte Elektrode in den Kanalbereich können Effekte wie nichtlineare Kennlinienverläufe, beispielsweise ein Gate-gesteuerter gleichrichtender Kontakt, gezielt offengelegt und für den Einsatz in Bauelementen genutzt werden. Zudem können derartige Effekte durch unterschiedliche Materialwahl an koplanarem und gestapeltem Kontakt sowie die Geometrie des Bauelements gezielt verstärkt herausgearbeitet oder unterdrückt werden. Particular advantages of the electrode configuration of the thin-film transistor according to the invention are that the distance between the source and drain electrodes, which defines the achievable drain current, is not defined by the resolution of the manufacturing process, but by the distance between the boundary edges of metal electrodes made in separate planes. In extreme cases, the aforementioned advantage can be exploited to such an extent that the two electrodes are brought to overlap (see FIGS. 2a and 2b). By the charge carrier injection via either the coplanar or the stacked electrode in the channel region effects such as non-linear characteristic curves, such as a gate-controlled rectifying contact, specifically disclosed and used for use in devices. In addition, such effects can be selectively enhanced or suppressed by selectively selecting different materials for coplanar and stacked contact, as well as the geometry of the component.
Zusammenfassend haben Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile. Es kann eine Reduzierung der Kanallänge unter die vom Herstellungs- oder Strukturierungsverfahren vorgegebene Auflösungsgrenze erreicht werden. Ferner werden Isolationsstrukturen zur Verringerung der Source/Drain-Leckströme geschaffen. Hierbei kann eine teilweise zusätzliche Passivierung der Halbleiteroberfläche erreicht werden. Des Weiteren wird eine fehlertolerante Prozessführung ermöglicht. Schließlich kann eine Steuerung der Bauelementeeigenschaften durch gezielte Einstellung der Eigenschaften von koplanarem und gestapeltem Kontakt ermöglicht werden. Dies wird beispielsweise durch eine Materialwahl, eine Grenzflächenbehandlung, eine Dimensionierung von Schichtdicken und eine Verstärkung oder Abschwächung der Eigenschaften eines der Kontakte durch Festlegung des Layouts (z.B. 2D-Geometrie, Umfang des koplanaren und Fläche des gestapelten Kontakts) erreicht. Hierbei ist insbesondere anzumerken, dass durch die erfindungsgemäße Steuerung einerseits die Optimierung von Dünnfilmtransistoren ermöglicht wird, und andererseits die Bereitstellung vollkommen neuartiger elektronischer Bauelemente realisiert werden kann. In summary, embodiments of the present invention have the following advantages. A reduction of the channel length below the resolution limit specified by the manufacturing or structuring method can be achieved. Furthermore, isolation structures for reducing the source / drain leakage currents are created. In this case, a partial additional passivation of the semiconductor surface can be achieved. Furthermore, a fault-tolerant process control is made possible. Finally, one can Control of the device properties are made possible by targeted adjustment of the properties of coplanar and stacked contact. This is achieved, for example, by a choice of material, an interface treatment, a dimensioning of layer thicknesses and a reinforcement or weakening of the properties of one of the contacts by determining the layout (eg 2D geometry, circumference of the coplanar and surface of the stacked contact). It should be noted in particular that the optimization of thin-film transistors is made possible on the one hand by the control according to the invention, and on the other hand the provision of completely novel electronic components can be realized.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen somit eine Kombination von koplanarem und gestapeltem Kontakt in einem Bauelement. Embodiments of the present invention thus enable a combination of coplanar and stacked contact in a device.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen Transistoren für den Einsatz in klassischen Halbleitertechnologien, u.a. Schalttransistoren, Speicherzellen, wie beispielsweise SRAM, DRAM oder 3D-stapelbare hochintegrierte Speicherarrays, Lichtemittierende Transistoren für optische Signal- oder Datenübertragung sowie Treibertransistoren für leistungselektronische Anwendungen. Ferner schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung Transistoren für beispielsweise bedruckte und großflächige Dünnfilmtechnologien, u.a. Displays (z.B. Pixeltreiber, Adressierung, Datenbustreiber und Verstärker sowie Licht-emittierende Transistoren), Leuchtelemente wie OLED, Elektrolumineszenzlampen, LED-Beleuchtung (z.B. Treibertransistoren, Steuerschaltungen, wie z.B. Dimmer), Detektor arrays (z.B. 1D-, 2D- und 3D-Detektion von sichtbarem Licht, UV, Röntgenstrahlung, radioaktiver Strahlung oder elektromagnetischer Strahlung anderer Wellenlängen, Pixelverstärker, Adresstransistoren oder Phototransistoren), Schalter (z.B. günstige Logikanwendungen, RFID-Chips, großflächige Leistungstransistoren), Speicher (z.B. Auswahltransistoren, Ausleseverstärkertransistoren, Adressierung oder Speichertransistoren). Embodiments of the present invention provide transistors for use in classical semiconductor technologies, i.a. Switching transistors, memory cells, such as SRAM, DRAM or 3D stackable highly integrated memory arrays, light-emitting transistors for optical signal or data transmission and driver transistors for power electronic applications. Further, embodiments of the present invention provide transistors for, for example, printed and large area thin film technologies, i.a. Displays (eg pixel drivers, addressing, data bus drivers and amplifiers as well as light-emitting transistors), light elements such as OLED, electroluminescent lamps, LED illumination (eg driver transistors, control circuits such as dimmers), detector arrays (eg 1D, 2D and 3D detection visible light, UV, X-ray, radioactive or other wavelength electromagnetic radiation, pixel amplifiers, address transistors or phototransistors), switches (eg, low cost logic applications, RFID chips, large power transistors), memory (eg select transistors, sense amplifier transistors, addressing or memory transistors).
Schließlich können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dazu dienen, steuerbare nichtlineare/gleichrichtende Bauelemente z.B. für die Gleichrichtung von Wechselspannung, Oszillatoren zur Frequenzgenerierung, Freilaufdioden, Spannungsreferenzen und Temperatursensoren zu ermöglichen. Die Anordnung der Source/Drain-Elektroden ermöglicht neuartige Teststrukturen für eine gezielte Charakterisierung von Kontakteigenschaften an Einzelkontakten. Finally, embodiments of the present invention may serve to provide controllable non-linear / rectifying devices, e.g. for the rectification of AC voltage, oscillators for frequency generation, freewheeling diodes, voltage references and temperature sensors. The arrangement of the source / drain electrodes enables novel test structures for a targeted characterization of contact properties on individual contacts.

Claims

Patentansprüche claims
Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600), mit einer ersten Elektrode (101-1 ; 201-1 ; 301-1 ; 401-1 ; 601-1), einer zweiten Elektrode (101-2; 201-2; 301-2; 401-2; 601 -2), einer Steuerelektrode (104; 204; 304; 404; 604), einer Isolatorschicht (105; 205; 305; 405; 605) und einem Halbleiterdünnfilm (103; 203; 303; 403; 603), die auf einem Substrat (109) gebildet sind, wobei die Steuerelektrode (104; 204; 304; 404; 604) an einer Seite (1 12) an die Isolatorschicht (105; 205; 305; 405; 605) angrenzt und der Halbleiterdünnfilm (103; 203; 303; 403; 603) an einer gegenüberliegenden Seite (1 14) an die Isolatorschicht (105; 205; 305; 405; 605) angrenzt, wobei die erste und die zweite Elektrode (101- 1 , 101-2; 201-1, 201-2; 301-1, 301-2; 401-1, 401 -2; 601-1 , 601-2) an den Halbleiterdünnfilm (103; 203; 303; 403; 603) angrenzen, und wobei durch Variation des Potentials der Steuerelektrode (104; 204; 304; 404; 604) ein Kanal in dem Halbleiterdünnfilm (103; 203; 303; 403; 603) ausbildbar und wieder entfernbar ist, durch den ein elektrischer Widerstand zwischen der ersten und zweiten Elektrode (101-1, 101-2; 201-1, 201-2; 301-1, 301-2; 401-1, 401-2; 601-1 , 601-2) kontrolliert wird, wobei ein an den Halbleiterdünnfilm (103; 203; 303; 403; 603) angrenzender Abschnitt (1 1 1-1) der ersten Elektrode (101-1 ; 201-1 ; 301-1 ; 401-1 ; 601-1) auf einer dem Substrat (109) zugewandten Seite (1 16) des Halbleiterdünnfilms (103; 203; 303; 403; 603) angeordnet ist und ein an den Halbleiterdünnfilm (103; 203;Thin film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) having a first electrode (101-1; 201-1; 301-1; 401-1; 601-1), a second electrode (101 -2; 201-2; 301-2; 401-2; 601 -2), a control electrode (104; 204; 304; 404; 604), an insulator layer (105; 205; 305; 405; 605) and a semiconductor thin film (103; 203; 303; 403; 603) formed on a substrate (109), wherein the control electrode (104; 204; 304; 404; 604) is attached to the insulator layer (105; 205) on one side (1 12) 305; 405; 605) and the semiconductor thin film (103; 203; 303; 403; 603) is adjacent to the insulator layer (105; 205; 305; 405; 605) on an opposite side (1 14); the second electrode (101-1, 101-2; 201-1, 201-2; 301-1, 301-2; 401-1, 401-2; 601-1, 601-2) is attached to the semiconductor thin film (103; 203; 303; 403; 603), and wherein by varying the potential of the control electrode (104; 204; 304; 404; 604) a channel in the semiconductor thin film (103; 203; 303; 403; 603 ) can be formed and removed again, by which an electrical resistance between the first and second electrodes (101-1, 101-2; 201-1, 201-2; 301-1, 301-2; 401-1, 401-2; 601-1, 601-2), wherein a portion (1 1 1-1) adjacent to the semiconductor thin film (103; 203; 303; 403; 603) of the first electrode (101-1; 201-1; 301-) is controlled. 1; 401-1; 601-1) is arranged on a side (1 16) of the semiconductor thin film (103; 203; 303; 403; 603) facing the substrate (109), and a thin film (103; 203;
303; 403; 603) angrenzender Abschnitt (1 1 1-2) der zweiten Elektrode (101-2; 201- 2; 301-2; 401-2; 601-2) auf einer von dem Substrat (109) abgewandten Seite (118) des Halbleiterdünnfilms (103; 203; 303; 403; 603) angeordnet ist, wobei eine Dicke (D) von zumindest einer der ersten Elektrode und der zweiten303; 403; 603) adjacent to the second electrode (101-2; 201-2; 301-2; 401-2; 601-2) on a side (118) of the semiconductor thin film facing away from the substrate (109) (103; 203; 303; 403; 603), wherein a thickness (D) of at least one of the first electrode and the second
Elektrode (101-1, 101-2; 201-1, 201-2; 301-1, 301-2; 401-1 , 401-2; 601-1 , 601-2) größer als die Hälfte der Dicke (S) des Halbleiterdünnfilms (103; 203; 303; 403; 603) ist. Electrode (101-1, 101-2, 201-1, 201-2, 301-1, 301-2, 401-1, 401-2, 601-1, 601-2) greater than half the thickness (S. ) of the semiconductor thin film (103; 203; 303; 403; 603).
2. Der Dünnfilmtransistor (100) nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Elektrode (101-1 , 101-2) in Draufsicht auf das Substrat (109) nicht überlappen. 2. The thin film transistor (100) according to claim 1, wherein the first and second electrodes (101-1, 101-2) do not overlap in plan view of the substrate (109).
Der Dünnfilmtransistor (200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Elektrode (201-1, 201-2; 301-1, 301-2; 401-1, 401-2; 601-1, 601 - 2) in Draufsicht auf das Substrat (109) in einem Überlappungsbereich (21 1) überlappen. The thin film transistor (200-1; 200-2; 300; 400; 600) according to claim 1, wherein the first and second electrodes (201-1, 201-2; 301-1, 301-2; 401-1, 401- 2; 601-1, 601 - 2) overlap in a plan view of the substrate (109) in an overlapping area (21 1).
Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 300) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerelektrode (104; 204; 304) an einer weiteren Seite an eine Oberfläche des Substrats (109) angrenzt. The thin film transistor (100; 200-1; 300) of any one of claims 1 to 3, wherein the control electrode (104; 204; 304) is adjacent to a surface of the substrate (109) on another side.
Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 300) nach Anspruch 4, wobei die erste Elektrode (101-1 ; 201-1 ; 301-1) durch die Isolatorschicht (105; 205; 305) und nicht den Halbleiterdünnfilm (103; 203; 303) von der Steuerelektrode (104) separiert ist und wobei die zweite Elektrode (101-2; 201-2; 301-2) durch die Isolatorschicht (105; 205; 305) und den Halbleiterdünnfilm (103; 203; 303) von der Steuerelektrode (104; 204; 304) separiert ist. The thin film transistor (100; 200-1; 300) according to claim 4, wherein the first electrode (101-1; 201-1; 301-1) is penetrated by the insulator layer (105; 205; 305) and not the semiconductor thin film (103; 203 303) is separated from the control electrode (104), and wherein the second electrode (101-2; 201-2; 301-2) is penetrated by the insulator layer (105; 205; 305) and the semiconductor thin film (103; 203; 303) of the control electrode (104; 204; 304) is separated.
Der Dünnfilmtransistor (100; 200-2; 400; 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Halbleiterdünnfilm (103; 203; 403; 603) an einer Seite an eine Oberfläche des Substrats (109) angrenzt. The thin film transistor (100; 200-2; 400; 600) according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor thin film (103; 203; 403; 603) is abutted on one side to a surface of the substrate (109).
Der Dünnfilmtransistor (100; 200-2; 400; 600) nach Anspruch 6, wobei die erste Elektrode (101-1, 201-1 ; 401-1 ; 601-1) durch die Isolatorschicht (105; 205; 405; 605) und nicht den Halbleiterdünnfilm (103; 203; 403; 603) von der Steuerelektrode (104; 204; 404; 604) separiert ist und wobei die zweite Elektrode (101-2; 201-2; 401-2; 601-2) durch die Isolatorschicht (105; 205; 405; 605) und den Halbleiterdünnfilm (103; 203; 403; 603) von der Steuerelektrode (104; 204; 404; 604) separiert ist. The thin film transistor (100; 200-2; 400; 600) according to claim 6, wherein the first electrode (101-1, 201-1; 401-1; 601-1) is penetrated by the insulator layer (105; 205; 405; 605). and the semiconductor thin film (103; 203; 403; 603) is not separated from the control electrode (104; 204; 404; 604), and wherein the second electrode (101-2; 201-2; 401-2; 601-2) passes through the insulator layer (105; 205; 405; 605) and the semiconductor thin film (103; 203; 403; 603) are separated from the control electrode (104; 204; 404; 604).
Der Dünnfilmtransistor (200-1 ; 200-2; 600) nach Anspruch 3, wobei in dem Überlappbereich (211) die erste Elektrode (201-1 ; 601-1) an die dem Substrat (109) zugewandte Seite (1 16) des Halbleiterdünnfilms (203; 603) angrenzt und die zweite Elektrode (201-2; 601-2) an die von dem Substrat (109) abgewandte Seite (1 18) des Halbleiterdünnfilms (203) angrenzt. The thin-film transistor (200-1; 200-2; 600) according to claim 3, wherein in the overlap region (211), the first electrode (201-1; 601-1) faces the substrate (109) side (1,16) of the Semiconductor thin film (203, 603) is adjacent and the second electrode (201-2, 601-2) to the side facing away from the substrate (109) side (1 18) of the semiconductor thin film (203) adjacent.
Der Dünnfilmtransistor (300; 400) nach Anspruch 3, wobei in dem Überlappungsbereich (21 1) ein Isolator (310; 320; 330) zwischen der ersten oder zweiten Elektrode (301-1 , 301-2; 401-1, 401-2) und dem Halbleiterdünnfilm (303; 403) angeordnet ist. The thin film transistor (300; 400) according to claim 3, wherein in the overlapping area (21 1), an insulator (310; 320; 330) is interposed between the first and second electrodes (301-1, 301-2; 401-1, 401-2 ) and the semiconductor thin film (303; 403).
10. Der Dünnfilmtransistor (300) nach Ansprach 9, wobei die erste Elektrode (301-1) durch einen Isolatorabschnitt (322), der seitlich neben der ersten Elektrode (301-1) angeordnet ist, von dem Halbleiterdünnfilm (303) separiert ist, und wobei sich der Isolatorabschnitt (322) nicht bis auf die Isolatorschicht (305) erstreckt, so dass ein Abschnitt der ersten Elektrode (301-1) den Halbleiterdünnfilm (303) kontaktiert. 10. The thin film transistor (300) according to claim 9, wherein the first electrode (301-1) is separated from the semiconductor thin film (303) by an insulator portion (322) disposed laterally adjacent to the first electrode (301-1), and wherein the insulator portion (322) does not extend to the insulator layer (305) such that a portion of the first electrode (301-1) contacts the semiconductor thin film (303).
1 1. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste und zweite Elektrode (501, 502) eine quadratische, rechteckige oder runde Form aufweisen. The thin-film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) according to any one of claims 1 to 10, wherein the first and second electrodes (501, 502) have a square, rectangular or round shape.
12. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach Anspruch 1 1 , wobei eine innere Elektrode (501) der ersten und zweiten Elektrode (501, 502) von einer äußeren Elektrode (502) der ersten und zweiten Elektrode (501, 502) umgeben ist. The thin-film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) according to claim 1 1, wherein an inner electrode (501) of the first and second electrodes (501, 502) from an outer electrode (502). the first and second electrodes (501, 502) is surrounded.
13. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach Ansprach 12, wobei sich äußere Kanten (511) der inneren Elektrode (501) und innere Kanten (513) der äußeren Elektrode (502) gegenüberliegen. 13. The thin film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) of claim 12, wherein outer edges (511) of the inner electrode (501) and inner edges (513) of the outer electrode (502) are opposite.
14. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach Ansprach 12, wobei sich die innere und äußere Elektrode (501 , 502) in Draufsicht auf das Substrat (109) überlappen. 14. The thin film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) of claim 12, wherein the inner and outer electrodes (501, 502) overlap each other in plan view of the substrate (109).
15. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die erste und zweite Elektrode (501, 502) eine erste Interdigitalstruktur (501) und eine zweite Interdigitalstruktur (502) aufweisen. The thin-film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) according to any one of claims 1 to 10, wherein the first and second electrodes (501, 502) have a first interdigital structure (501) and a second interdigital structure (502).
16. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach Ansprach 15, wobei sich Kanten (521) der ersten Interdigitalstruktur (501) und Kanten (523) der zweiten Interdigitalstruktur (502) gegenüberliegen. 16. The thin-film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) of claim 15, wherein edges (521) of the first interdigital structure (501) and edges (523) of the second interdigital structure (502) are opposite each other.
17. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach Anspruch 15, wobei sich die erste und zweite Interdigitalstruktur (501, 502) in Draufsicht auf das Substrat (109) überlappen. 17. The thin film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) of claim 15, wherein the first and second interdigital structures (501, 502) overlap in plan view of the substrate (109).
18. Der Dünnfilmtransistor (600) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, der ferner eine erste und eine zweite Öffnung (61 1, 612) aufweist, wobei sich die erste Öffnung (61 1) durch die Isolatorschicht (605) und den Halbleiterdünnfilm (603) bis auf die erste Elektrode (601-1) erstreckt, wobei sich die zweite Öffnung (612) durch die Isolatorschicht (605) und nicht den Halbleiterdünnfilm (603) erstreckt. 18. The thin film transistor (600) according to one of claims 1 to 17, further comprising a first and a second opening (61 1, 612), wherein the first opening (61 1) extends through the insulator layer (605) and the semiconductor thin film (603) to the first electrode (601-1), the second opening (612) extending through the insulator layer (605) and not the semiconductor thin film (603) ,
19. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Halbleiterdünnfilm (103; 203; 303; 403; 503; 603) eine anorganische Schicht ist. 19. The thin film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) according to any one of claims 1 to 18, wherein the semiconductor thin film (103; 203; 303; 403; 503; 603) is an inorganic layer.
20. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Dicke (S) des Halbleiterdünnfilms (103; 203; 303; 403; 503; 603) in einem Bereich von 5 nm bis 120 nm liegt. 20. The thin film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) according to any one of claims 1 to 19, wherein the thickness (S) of the semiconductor thin film (103; 203; 303; 403; 503; 603) is in a range of 5 nm to 120 nm.
21. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei eine Dicke (D) der ersten und zweiten Elektrode (101-1, 101-2; 201-1, 201-2; 301-1, 301-2; 401-1, 401-2; 601-1, 601-2) gleich oder größer als 50 nm ist. 21. The thin film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) according to any one of claims 1 to 20, wherein a thickness (D) of the first and second electrodes (101-1, 101-2; 201 -1, 201-2, 301-1, 301-2, 401-1, 401-2, 601-1, 601-2) is equal to or greater than 50 nm.
22. Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem ein an den Halbleiterdünnfilm (103; 203; 303; 403; 603) angrenzender für die Ausbildung eines Kanals maßgeblicher Umfangsabschnitt der ersten oder zweiten Elektrode (501, 502) einen von einer durchgehenden geraden Linie unterschiedlichen Verlauf aufweist. A thin-film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) according to any one of claims 1 to 21, wherein one adjacent to the semiconductor thin film (103; 203; 303; 403; 603) for forming a semiconductor thin film (103; Channel significant peripheral portion of the first or second electrode (501, 502) has a different course from a continuous straight line.
23. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach Anspruch 22, bei dem die erste oder zweite Elektrode (501, 502) eine Kammstruktur mit einer Mehrzahl von Fingern aufweist, wobei Fingerabschnitte den für die Ausbildung des Kanals maßgeblichen Umfangsabschnitt bilden. 23. The thin film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) according to claim 22, wherein the first or second electrode (501,502) has a comb structure with a plurality of fingers, finger portions corresponding to those of FIG form the formation of the channel relevant peripheral section.
24. Der Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach Anspruch 22, bei dem der für die Ausbildung des Kanals maßgebliche Umfangsabschnitt der ersten oder zweiten Elektrode (501 , 502) Bereiche aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten zumindest eines Abschnitts der ersten oder zweiten Elektrode (501, 502) angeordnet sind. 24. The thin film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) according to claim 22, wherein the peripheral portion of the first or second electrode (501,502) defining the channel has areas on opposite sides of at least a portion of the first or second electrode (501, 502) are arranged.
25. Dünnfilmtransistor (100; 200-1 ; 200-2; 300; 400; 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 24, bei dem eine oder mehrere Isolationsstrukturen (310; 320; 330; 410; 420) zwischen einem Bereich der ersten Elektrode (301-1 ; 401-1) und einem Bereich des Halbleiterdünnfilms (303; 403) und/oder zwischen einem Bereich der zweiten Elektrode (301 -2; 401-2) und einem Bereich des Halbleiterdünnfilms (303; 403) vorgesehen sind, um Leckströme zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (301-1 ; 401-1, 301-2; 401-2) zu unterdrücken. A thin film transistor (100; 200-1; 200-2; 300; 400; 600) according to any one of claims 1 to 24, wherein one or more isolation structures (310; 320; 330; 410; 420) are disposed between a portion of the first Electrode (301-1; 401-1) and a portion of the semiconductor thin film (303; 403) and / or between a portion of the second Electrode (301 -2; 401-2) and a portion of the semiconductor thin film (303; 403) are provided to allow leakage currents between the first and second electrodes (301-1; 401-1, 301-2; 401-2) suppress.
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