JP3331800B2 - 電子素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
方法に係る。より詳細には、半導体能動層とゲート電極
との相対配置を限定し、かつ、導電体層及びオーミック
コンタクト層の離間の間隔を制御した電子素子及びその
製造方法に関する。
などに使用されるアクティブマトリックス基板に対し
て、スイッチング素子として形成される電子素子には、
図3〜図5に示す逆スタガー型の薄膜トランジスター
(TFT)が挙げられる。 (1)図3の構造では、a−Si(i)からなる半導体
能動層303、及びa−Si(n+)からなるオーミッ
クコンタクト層304の両方が、ゲート電極301より
大きな幅を有しているため、基板裏面から光照射する場
合、半導体能動層303一部に光が常時入射した状態と
なっていた。その結果、OFF電流(IOF F)が上昇す
るため、S/N感度の低下があった。 (2)図4の構造では、上記(1)の問題はないが、a
−Si(i)からなる半導体能動層403の側面が、A
l/Cr等からなる導電体層405と直接コンタクトし
ているため、IOFFが上昇するという問題があった。 (3)図5の構造では、上記(1)及び(2)の問題は
解決できるが、半導体能動層503とオーミックコンタ
クト層504との間に、窒化シリコンからなるチャネル
保護層(エッチストッパー層)507を形成する工程の
増加が必要であった。
のIOFF上昇を抑える対策としては、上記従来技術では
(3)が最も優れた構造であった。
には、次に示す問題がある。 (イ)ソース電極とドレイン電極の形成、及び、半導体
能動層上のオーミックコンタクト層の除去の方法は、ソ
ース電極とドレイン電極とを形成するために用いるレジ
ストマスクで、ソース電極とドレイン電極とを加工した
後、同じレジストマスクを用いて、半導体能動層上のオ
ーミックコンタクト層を加工する。そのため、導電体層
とオーミックコンタクト層を順次エッチングした場合、
導電体層端部下のオーミックコンタクト層がサイドエッ
チングされて隙間が発生しやすい。そのため、この隙間
にエッチング液等の残渣が残り、TFT特性が劣化す
る。
がある。 (ロ)オーミックコンタクト層の形成に用いるイオン注
入によって、半導体能動層が損傷を受け易い。 (ハ)チャネル保護層を形成する工程が増加するため、
製造コストが増大する。 (ニ)チャネル保護層の導入により素子段差がより大き
くなるため、段差部で電気的集中や短絡が発生しやす
い。
たチャネル保護層を導入することなく、基板裏面から光
照射する場合のIOFF上昇を抑えることができる電子素
子を提供することを第1の目的とする。また、第1の目
的を達成するにあたり、製造コストの低減が可能な電子
素子の製造方法を提供することを第2の目的とする。
板表面にゲート電極が形成されており、前記基板および
ゲート電極を被覆するゲート絶縁膜が形成された電子素
子において、前記ゲート電極上にはゲート電極よりも幅
が狭い半導体能動層が形成されており、前記半導体能動
層上には導電層からなり相互離間されたソース電極とド
レイン電極が前記ゲート絶縁膜及び半導体能動層に直接
接触しないようにオーミックコンタクト層を介して形成
されており、さらに、同一のエッチング液により前記導
電体層及び前記オーミックコンタクト層を連続除去する
ことにより、前記オーミックコンタクト層の離間の間隔
よりも前記ソース電極と前記ドレイン電極との離間の間
隔の方が広く形成されており、かつ、前記基板は、前記
ゲート電極が形成されていない前記基板の裏面側から、
光が照射されることを特徴とする。
動層としては、アモルファスシリコンを用い、オーミッ
クコンタクト層としては、半導体層に不純物が添加され
たものを用いることを特徴とする。さらに、本発明の電
子素子における導電体層としては、Al,Ti,Mo,
若しくはCuの金属、又は、前記金属の合金若しくは金
属化合物を用いることを特徴とする。
にゲート電極を形成し、前記基板およびゲート電極を被
ってゲート絶縁膜と半導体能動層をプラズマCVD法に
より連続成膜で形成し、前記半導体能動層をエッチング
加工することにより、ゲート電極真上にゲート電極より
も幅が狭い半導体能動層を形成し、前記半導体能動層上
にオーミックコンタクト層および導電体層をスパッタ法
により連続成膜で形成し、同一のエッチング液により導
電体層及び前記オーミックコンタクト層を連続除去する
ことにより、前記半導体能動層上に前記オーミックコン
タクト層を介して前記導電体層からなり互いに離間され
たソース電極およびドレイン電極を形成し、前記ソース
電極およびドレイン電極との間隔は、前記オーミックコ
ンタクト層の離間の間隔よりも広く形成されると共に、
前記半導体能動層と前記ソース電極および前記ドレイン
電極との間にはすべて前記オーミックコンタクト層が形
成されており、かつ、前記ゲート電極が形成されていな
い前記基板の裏面側には、光が前記基板に対して垂直入
射するように前記光の照射手段が配設されたことを特徴
とする。
て、エッチング液のエッチング速度が、オーミックコン
タクト層に対してよりも、前記導電体層からなるソース
電極とドレイン電極に対する方が大きいことを特徴とす
る。
ート電極よりも幅が狭い半導体能動層が形成されたた
め、基板裏面から光照射する場合のIOFF上昇を抑える
ことができる。
タクト層を介して導電体層からなり互いに離間されたソ
ース電極とドレイン電極とが形成されており、かつ、半
導体能動層とソース電極およびドレイン電極との間には
すべてオーミックコンタクト層が形成されているため、
IOFFの上昇が防止できる。
間隔よりもソース電極とドレイン電極との離間の間隔の
方が広く形成されているため、導電体層とオーミックコ
ンタクト層とからなる多層膜をエッチングした場合、導
電体層端部下のオーミックコンタクト層における隙間発
生が回避できる。
アモルファスシリコンで形成されたため、350℃以下
の低温で形成できる。これにより、大型のガラス基板に
よく適合する。
タクト層を、半導体層に不純物が添加されたものとした
ため、アモルファスシリコンと同様に、大型のガラス基
板に形成することが可能となる。
l,Ti,Mo,若しくはCuの金属、又は、前記金属
の合金若しくは金属化合物からなるため、オーミックコ
ンタクト層の離間の間隔よりもソース電極とドレイン電
極との離間の間隔の方が広く形成する場合に、オーミッ
クコンタクト層と、ソース電極とドレイン電極を形成す
る導電体層とを、同一のエッチング液により連続除去す
ることができる。
を形成する必要がないため、工程数を減らすことができ
る。また、オーミックコンタクト層の離間の間隔よりも
前記ソース電極と前記ドレイン電極との離間の間隔の方
を広く形成する場合、同一のエッチング液により連続除
去して形成したため、複数のマスクやエッチング液が不
要である。その結果、工程数を削減できるため、製造コ
ストを下げることが可能となる。
エッチング速度を、オーミックコンタクト層に対してよ
りも、ソース電極とドレイン電極を形成する導電体層に
対する方を大きくしたため、オーミックコンタクト層の
離間の間隔よりもソース電極とドレイン電極との離間の
間隔の方を広く形成することができる。
明するが、本発明がこれら実施例に限定されることはな
い。
して設ける半導体能動層とゲート電極との相対位置関係
について検討した。ゲート電極の幅(Lg)は7μm
に、半導体能動層の幅(Ls)を変化させ、ゲート電極
と半導体能動層の片端部の相対的ずれ量を−1μm〜+
1μmの範囲で変化させた。
ー型の薄膜トランジスター(TFT)の断面構造を示す
概略図である。本例では、本発明の電子素子の製造方法
を用いて、100×100個のTFTアレイを作製し
た。
ング7059)100を精密洗浄した後、Cr膜をスパ
ッタ法(SP)により100nm形成し、エッチング液
(硝酸第2セリウムアンモニウム:71%HNO3:H2
O=500g:1900cc:1870cc)を用いて
パターニングして、ゲート電極(電極幅7μm)101
を形成した。
り、ゲート絶縁膜102としてSiN x膜(膜厚300
nm)、半導体能動層103としてi型a−Si膜(膜
厚100nm)を堆積した。各層の成膜条件は、表1に
示した。
ol/l、HIO3:0.04mol/l)を用いて、
半導体能動層103をTFT素子毎に分離した。
後、オーミックコンタクト層104として、n+型a−
Si膜(膜厚20nm)をスパッタ法により堆積した。
導電体層105として、(Al−Si)膜(Siドー
プ)を200nm、スパッタ法により形成した。
にチャネル部(チャネル長3μm、チャネル幅6μm)
106を形成するため、HF:0.1mol/lとHI
O3:0.04mol/lを含むエッチング液(25
℃)に2分間浸漬して、Al−Si膜からなる導電体層
105と、n+型a−Si膜からなるオーミックコンタ
クト層104とを連続してエッチングした。
SEMにて観察したときの模式的断面図である。図2か
ら、導電体層105とオーミックコンタクト層104と
の間に隙間は観られず、滑らかな開口部が形成されてい
ることが分かった。
ベーション用のSiNxを400nm堆積し、ゲート配
線、及び、ソース・ドレイン配線上の窓開けを行って、
TFTの作製を完了した。
て、5000cd/m2の光源を用いて、裏面から光照
射を行った時、ON電流(ION)、OFF電流
(IOFF)を測定した結果を纏めて示した。
と半導体能動層の片端部の相対的ずれ量が負の数値をと
るとき、換言すると、ゲート電極の幅より半導体能動層
の幅を狭くしたとき、OFF電流を低くできることが分
かった。すなわち、OFF電流を低くするためには、
半導体能動層が、ゲート絶縁膜を介してゲート電極の真
上位置に配設されること、半導体能動層の幅は、ゲー
ト電極の幅より狭いこと、が必要条件であると判断し
た。
ックライト光がガラス基板を通して照射されても、ゲー
ト電極の幅以内に半導体能動層が隠れているため、半導
体能動層中にキャリアは発生することなく、OFF電流
が増加しなくなった。また、本例の作製方法によれば、
以下の効果も確認された。
ながらず、必ずオーミックコンタクト層を介している。
したがって、ゲート電極を負にした場合、ホール電流が
ブロッキングされるため、OFF電流の小さなTFTが
得られた。
と導電体層が直接接触している構成で、ゲート電極と半
導体能動層の片端部の相対的ずれ量が−1μmである試
料を作製し同様にOFF電流を測定したところ、2×1
0-11Aであった。
能動層(i型a−Si)がCVD法によって、又は、オ
ーミックコンタクト層(n+型a−Si)と導電体層
(Al−Si)がSP法によって、連続的に(工程間に
大気開放が無いことを意味する)形成されるため、界面
において酸化層がほとんど形成されない。したがって、
寄生抵抗の小さな電子素子が得られた。
エッチング可能なメタル、例えば、(Al−Si)合金
膜で形成したため、導電体層とオーミックコンタクト層
(n +型a−Si)とを、連続エッチング(1種類のレ
ジストマスクと、2種類のエッチング液とを用いてエッ
チングすること)、又は、一括エッチング(1種類のレ
ジストマスクと、1種類のエッチング液とを用いてエッ
チングすること)することができる。したがって、導電
体層の一方(ソース電極)〜半導体能動層(チャネル)
〜導電体層の他方(ドレイン電極)の電流経路におい
て、直列接続される寄生抵抗がオーミックコンタクト層
の膜厚分(例えば、10〜50nm)だけであるため、
寄生抵抗が極めて小さなTFTが作製可能となった。ま
た、工程数を削減できるため、低コスト化も図れた。
時、イオン注入法を用いる必要が無いため、イオン注入
特有の不純物分布による膜厚方向の不均一がない。その
結果、低抵抗のオーミックコンタクト層が形成できた。
また、イオン注入法では、イオンが半導体能動層をも突
き抜けて、ゲート絶縁膜に損傷を与えていた。しかし、
本例はSP法であるため、このような不具合を回避する
ことが可能となった。さらに、イオン注入時に必要とな
る半導体能動層(チャネル)保護マスクを形成する必要
がないため、製造工程の短縮が可能となり、低コスト化
が達成できた。
間隔Dcとオーミックコンタクト層の離間の間隔Doと
の大小関係について、3つの場合(Dc>Do、Dc=
Do、Dc<Do)を検討した。この3つの場合を作り
分けるため、エッチング液Bを変えた。
0.1mol/lとHIO3:0.01mol/lを含
むエッチング液を用いた。また、Dc<Doを実現する
ためには、85%リン酸、氷酢酸、水、及び70%硝酸
の容量比が、16:2:1:1となる35℃のエッチン
グ液でまず導電体層をエッチングし、次いでHF:硝
酸:酢酸の比が1:60:120となるエッチング液で
オーミックコンタクト層をエッチングした。
て、キャリア移動度、閾値、ON電流、OFF電流を測
定した結果を纏めて示した。さらに、信頼性試験を行
い、試験前後の各特性を比較した。なお、信頼性試験で
は、TFT基板を、温度85℃、相対湿度85%の環境
試験器の中に設置して、1000時間放置した。
離間の間隔Dcが、オーミックコンタクト層の離間の間
隔Doより大きいとき、OFF電流を低くでき、また、
ON電流、移動度も高くなる。特に、信頼性試験後の特
性が良好となった理由は、導電体層とオーミックコンタ
クト層との間に隙間が生じないため、隙間に残りやすい
汚染物による劣化が無くなったためと判断した。
明によれば、OFF電流(IOFF)の小さな電子素子が
えられる。
加えて、半導体能動層を大型のガラス基板に形成するこ
とが容易となる。
1に係る発明により得られる効果に加えて、オーミック
コンタクト層を大型のガラス基板に形成することが容易
となる。
コンタクト層の離間の間隔よりもソース電極とドレイン
電極との離間の間隔の方が広く形成する場合に、オーミ
ックコンタクト層と、導電体層からなるソース電極とド
レイン電極とを、同一のエッチング液により連続除去す
ることが可能な電子素子がえられる。
短縮化ができ、低コスト化が可能な電子素子の製造方法
がえられる。
コンタクト層の離間の間隔よりもソース電極とドレイン
電極との離間の間隔の方を広く形成することが可能な電
子素子の製造方法がえられる。
断面構造を示す概略図である。
断面構造を示す概略図の一例である。
断面構造を示す概略図の他の一例である。
断面構造を示す概略図のさらに他の一例である。
ト層、 105、305、405、505 導電体層、 106、306、406、506 チャネル部、 507 チャネル保護層。
Claims (6)
- 【請求項1】 基板表面にゲート電極が形成されてお
り、前記基板およびゲート電極を被覆するゲート絶縁膜
が形成された電子素子において、 前記ゲート電極上にはゲート電極よりも幅が狭い半導体
能動層が形成されており、 前記半導体能動層上には導電層からなり相互離間された
ソース電極とドレイン電極が前記ゲート絶縁膜及び半導
体能動層に直接接触しないようにオーミックコンタクト
層を介して形成されており、 さらに、同一のエッチング液により前記導電体層及び前
記オーミックコンタクト層を連続除去することにより、 前記オーミックコンタクト層の離間の間隔よりも前記ソ
ース電極と前記ドレイン電極との離間の間隔の方が広く
形成され、 前記エッチングのエッチング速度は、前記オーミックコ
ンタクト層に対してよりも、前記導電体層からなる前記
ソース電極と前記ドレイン電極に対する方が大きくなさ
れており、 かつ、前記基板は、前記ゲート電極が形成されていない
前記基板の裏面側から、光が照射されることを特徴とす
る電子素子。 - 【請求項2】 前記半導体能動層は、アモルファスシリ
コンであることを特徴とする請求項1に記載の電子素
子。 - 【請求項3】 前記オーミックコンタクト層は、半導体
層に不純物が添加されたものであることを特徴とする請
求項1又は2に記載の電子素子。 - 【請求項4】 前記導電体層は、Al,Ti,Mo,若
しくはCuの金属、又は、前記金属の合金若しくは金属
化合物からなることを特徴とする請求項1乃至3のいず
れか1項に記載の電子素子。 - 【請求項5】 基板表面にゲート電極を形成し、前記基
板およびゲート電極を被ってゲート絶縁膜と半導体能動
層をプラズマCVD法により連続成膜で形成し、 前記半導体能動層をエッチング加工することにより、ゲ
ート電極真上にゲート電極よりも幅が狭い半導体層を形
成し、 前記半導体能動層上にオーミックコンタクト層および導
電体層をスパッタ法により連続成膜で形成し、同一のエ
ッチング液により導電体層及び前記オーミックコンタク
ト層を連続除去することにより、 前記半導体能動層上に前記オーミックコンタクト層を介
して前記導電体層からなり互いに離間されたソース電極
およびドレイン電極を形成し、 前記ソース電極およびドレイン電極との間隔は、前記オ
ーミックコンタクト層の離間の間隔よりも広く形成され
ると共に、前記半導体能動層と前記ソース電極および前
記ドレイン電極との間にはすべて前記オーミックコンタ
クト層が形成されており、 かつ、前記ゲート電極が形成されていない前記基板の裏
面側には、光が前記基板に対して垂直入射するように前
記光の照射手段が配設されたことを特徴とする電子素子
の製造方法。 - 【請求項6】 前記エッチング液のエッチング速度は、
前記オーミックコンタクト層に対してよりも、前記導電
体層からなる前記ソース電極と前記ドレイン電極に対す
る方が大きいことを特徴とする請求項5に記載の電子素
子の製造方法。
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