JPH02192766A - Thin film semiconductor element - Google Patents

Thin film semiconductor element

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JPH02192766A
JPH02192766A JP1222689A JP1222689A JPH02192766A JP H02192766 A JPH02192766 A JP H02192766A JP 1222689 A JP1222689 A JP 1222689A JP 1222689 A JP1222689 A JP 1222689A JP H02192766 A JPH02192766 A JP H02192766A
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JP
Japan
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layer
amorphous silicon
silicon layer
ohmic contact
thin film
Prior art date
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Pending
Application number
JP1222689A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Ikeda
直紀 池田
Akira Miki
明 三城
Kenji Komaki
賢治 小巻
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH02192766A publication Critical patent/JPH02192766A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78642Vertical transistors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To unnecessitate light shielding, reduce the number of photo masks, simplify manufacturing process, and speed up element response by arranging a drain electrode and a source electrode in the vertical direction, and forming a semiconductor layer and an ohmic contact layer. CONSTITUTION:On a glass substrate 31, a drain electrode 32 is patterned; there on an N<+> amorphous silicon layer 33 is formed as an ohmic contact layer; further an amorphous silicon layer 34 is formed as a semiconductor layer; there on an N<+> amorphous silicon layer 35 and a source electrode 36 are formed in sequence; an insulating layer 37 and a gate electrode 38 are formed on the side surface of the lamination layer. The area which this element occupies on the substrate is small, and the semiconductor layer is not irradiated with light, so that photo carrier does not generate. It is not necessary to provide the source and the drain electrodes with a missing part, so that the number of photo mask can be reduced, and the channel length depends upon the film thicknesses of the semiconductor layer and the ohmic contact layer. Thereby the channel length can be shortened.

Description

【発明の詳細な説明】 り鼠よ匹剋里旦■ 本発明は薄膜半導体素子、より詳細にはゲート電極、ド
レイン電極、ソース電極、絶縁層、半導体層およびオー
ミックコンタクト層を含む薄膜半導体素子であって、例
えばアクティブマトリクス駆動方式のフラットパネル形
デイスプレィなどに応用されるものに関するものである
[Detailed Description of the Invention] The present invention relates to a thin film semiconductor device, more specifically a thin film semiconductor device including a gate electrode, a drain electrode, a source electrode, an insulating layer, a semiconductor layer and an ohmic contact layer. In particular, it relates to a device that is applied to, for example, an active matrix drive type flat panel display.

藍米五及歪 近年高度情報化が進むにつれ、映像表示用のデイスプレ
ィの分野においてはより一層の高精細化および高輝度化
が望まれている。現在は家庭用やその他はとんどの分野
においてCRT (陰極線管)がその主流を占めている
。しかし小形、軽量、低消費電力でしかも高画質化が可
能なフラットパネル形デイスプレィへの要望が高まって
きている。フラットパネル形デイスプレィのうち液晶を
用いたLCDは現在もっとも広く用いられ将来性の高い
デイスプレィである。このLCDの駆動方式として、単
純マトリスクス駆動方式やアクティブマトリクス駆動方
式があり、このうちアクティブマトリクス駆動方式は各
画素ごとにスイッチ素子を配設して各画素を独立的に駆
動制御するものである。したがって各画素ごとに100
%近いデユーティ比で駆動でき、画素のコントラスト比
を大きく取ることが可能である。
In recent years, with the advancement of information technology, there has been a demand for higher definition and higher brightness in the field of displays for displaying images. Currently, CRTs (cathode ray tubes) are the mainstream in most household and other fields. However, there is an increasing demand for flat panel displays that are small, lightweight, consume low power, and can provide high image quality. Among flat panel displays, LCDs using liquid crystals are currently the most widely used and promising displays. As driving methods for this LCD, there are a simple matrix driving method and an active matrix driving method. Among these, the active matrix driving method is a method in which a switch element is provided for each pixel to independently drive and control each pixel. Therefore 100 for each pixel
It is possible to drive at a duty ratio close to %, and it is possible to obtain a large pixel contrast ratio.

スイッチ素子としてアモルファスシリコンを用いた薄膜
トランジスタ(TPT)形は大面積化が可能であり、し
かも低コストで製作できることから有望視され多くの研
究がなされている。アモルファスシリコンを用いた薄膜
トランジスタ(TPT)形デイスプレィの特徴としては
大面積化が可能であること、比較的低温プロセス(30
0℃前後)で製作できることから安価なガラス基板が使
用可能であること、連続的な成膜により膜外面の清浄性
が保たれることなどが挙げられる。
A thin film transistor (TPT) type switching element using amorphous silicon can be made in a large area and can be manufactured at low cost, so it is viewed as promising and has been studied extensively. Characteristics of thin film transistor (TPT) displays using amorphous silicon include the possibility of large-area displays and the relatively low-temperature process (30
Since it can be manufactured at a temperature of around 0°C, an inexpensive glass substrate can be used, and continuous film formation maintains the cleanliness of the outer surface of the film.

以上のことから駆動方式としてアクティブマトリクス駆
動方式を採用し、アモルファスシリコンを用いた薄膜ト
ランジスタ(TPT)形デイスプレィは今後のニューメ
ディア用のデイスプレィ候補としてその発展が期待され
ている。
Based on the above, thin film transistor (TPT) type displays employing an active matrix drive method and using amorphous silicon are expected to develop as candidates for future new media displays.

次に従来のアモルファスシリコン薄膜半導体素子(TP
T)の構造を第4図示す。 ガラス基板11の上面(第
4図中上側)にはゲート電極12がバターニングされて
おり、このゲート電極12の上面にはゲート絶縁膜13
が積層形成されている。さらにこのゲート絶縁膜13の
上面にはアモルファスシリコン層14が積層形成され、
このアモルファスシリコン層14の上面にはオーミック
コンタクト層としてのn“アモルファスシリコン層15
が積層形成されている。このn0アモルファスシリコン
層15の上面にはさらにドレイン電極16が積層形成さ
れ、このドレイン電極16の水平方向に対向してゲート
電極12を挟んだ所定箇所にはソース電極17が形成さ
れている。ドレイン電極16とソース電極17はそれぞ
れCr層18とA1層19の積層体である。またドレイ
ン電極16とソース電極17の間には保護膜20が形成
されている。
Next, the conventional amorphous silicon thin film semiconductor device (TP
The structure of T) is shown in Figure 4. A gate electrode 12 is patterned on the upper surface of the glass substrate 11 (upper side in FIG. 4), and a gate insulating film 13 is formed on the upper surface of the gate electrode 12.
are formed in layers. Furthermore, an amorphous silicon layer 14 is laminated on the upper surface of this gate insulating film 13.
On the upper surface of this amorphous silicon layer 14, an n" amorphous silicon layer 15 is formed as an ohmic contact layer.
are formed in layers. A drain electrode 16 is further laminated on the upper surface of this n0 amorphous silicon layer 15, and a source electrode 17 is formed at a predetermined location facing the drain electrode 16 in the horizontal direction and sandwiching the gate electrode 12 therebetween. The drain electrode 16 and the source electrode 17 are each a laminate of a Cr layer 18 and an A1 layer 19. Further, a protective film 20 is formed between the drain electrode 16 and the source electrode 17.

が ゛しよ とする  占 ■LCDのスイッチング素子としてアモルファスシリコ
ンTPTを用いた場合、TPTおよび配線が占める面積
はそれぞれ基板面積全体の20%15%になり、開口率
(画素が基板に占める面積の割合)は50%ないし60
%程度になる。LCDは用途の広がりとともに高精細化
、高画質化が要求されるようになっており、将来画素面
積が2500μm2程度まで高精細化が進むと、TPT
および配線が占める面積の割合は更に大きくなりそれぞ
れ30%、25%にまで達し、開口率は30%ないし4
0%まで下がることが予想される。開口率が下がれば画
面が暗くなり画質が落ちる。画面の明るさを維持するた
めに背面光の輝度を上げれば、消費電力の上昇、素子お
よびカラーフィルタなどの劣化が生じる。
When an amorphous silicon TPT is used as the switching element of an LCD, the area occupied by the TPT and the wiring is 20% and 15% of the total substrate area, respectively, and the aperture ratio (the area occupied by the pixel on the substrate) is percentage) is 50% to 60
It will be about %. As the applications for LCDs expand, higher definition and higher image quality are required.
The proportion of the area occupied by wiring and wires further increases, reaching 30% and 25%, respectively, and the aperture ratio ranges from 30% to 4.
It is expected to drop to 0%. If the aperture ratio decreases, the screen will become darker and the image quality will deteriorate. If the brightness of the backlight is increased to maintain screen brightness, power consumption will increase and elements and color filters will deteriorate.

■また、現在アモルファスシリコンTPTの製造にはフ
ォトマスクを8枚程度必要としているが、製造プロセス
が長く歩留まりやコストの面で不利であった。
(2) Currently, about eight photomasks are required to manufacture amorphous silicon TPT, but the manufacturing process is long and disadvantageous in terms of yield and cost.

■特性の面では、背面光が入ると、TPTがOFFの時
流れるオフ電流が4桁程度上昇する。そのため、オンオ
フ比が小さくなりデイスプレィのコントラス比が小さく
なるという問題があった。
(2) In terms of characteristics, when backlight enters, the off-state current that flows when the TPT is off increases by about four orders of magnitude. Therefore, there is a problem in that the on-off ratio becomes small and the contrast ratio of the display becomes small.

そこで、本発明は上記したような問題点に鑑み、TPT
の占める面積が小さく高精細化に適し、製造プロセスが
簡略で歩留まりコストダウンの面で有利な、しかも背面
光によるオフ電流の上昇を低減させた薄膜半導体素子を
提供することを目的としている。
Therefore, in view of the above-mentioned problems, the present invention provides TPT
The object of the present invention is to provide a thin film semiconductor element that occupies a small area, is suitable for high definition, has a simple manufacturing process, is advantageous in terms of yield and cost reduction, and has a reduced increase in off-state current due to backlighting.

課題を7するための f 上記課題を解決するために本発明は、ゲート電極、ドレ
イン電極、ソース電極、絶縁層、半導体層およびオーミ
ックコンタクト層を含む薄膜半導体素子であって、前記
ドレイン電極とソース電極が上下方向に配置され、両電
極間に半導体層およびオーミックコンタクト層が形成さ
れ、この両電極、半導体層、オーミックコンタクト層か
らなる積層の側面に絶縁層さらにゲート電極が形成され
ていることを特徴とするものである。
f To solve the above problem, the present invention provides a thin film semiconductor device including a gate electrode, a drain electrode, a source electrode, an insulating layer, a semiconductor layer, and an ohmic contact layer, wherein the drain electrode and the source Electrodes are arranged vertically, a semiconductor layer and an ohmic contact layer are formed between the two electrodes, and an insulating layer and a gate electrode are formed on the sides of the laminated layer consisting of the two electrodes, the semiconductor layer, and the ohmic contact layer. This is a characteristic feature.

1用 上記した構成によれば、ドレイン電極とソース電極が上
下方向に配置されているので、薄膜半導体素子の積層が
ガラス基板上に占める面積が減少する。半導体層は上下
のドレイン電極とソース電極に挟まれているので、半導
体層に光があたらず光キャリアが発生しない、また、こ
の薄膜半導体素子を製造する場合、ドレイン電極とソー
ス電極に欠損を設ける必要がないのでフォトマスク数が
少なくなる。また、チャネル長が半導体層およびオーミ
ックコンタクト層の膜厚できいてくるので、フォトリン
グラフィの制約を受ずにチャネル長を短くできることと
なる。
According to the above-described structure for No. 1, since the drain electrode and the source electrode are arranged in the vertical direction, the area occupied by the stack of thin film semiconductor elements on the glass substrate is reduced. Since the semiconductor layer is sandwiched between the upper and lower drain and source electrodes, no light hits the semiconductor layer and no photocarriers are generated.Also, when manufacturing this thin film semiconductor device, defects are created in the drain and source electrodes. Since this is not necessary, the number of photomasks is reduced. Furthermore, since the channel length is determined by the thickness of the semiconductor layer and the ohmic contact layer, the channel length can be shortened without being subject to photolithography restrictions.

夫施胴 以下、本発明の実施例を図面に基づいて例示的に説明す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be exemplarily described based on the drawings.

第1実施例 第1図は薄膜半導体素子の断面図である。図中、31は
ガラス基板であり、ガラス基板31上にはドレイン電極
32がパターニングされており、その上にはオーミック
コンタクト層としてn′″アモルファスシリコン層33
層形3され、さらにその上に半導体層として水素を含む
アモルファスシリコン(a−5i;H)層34が形成さ
れている。このアモルファスシリコン層34上にはn“
アモルファスシリコン層35、ソース電極36が順次形
成されている。
First Embodiment FIG. 1 is a sectional view of a thin film semiconductor element. In the figure, 31 is a glass substrate, a drain electrode 32 is patterned on the glass substrate 31, and an n'' amorphous silicon layer 33 is formed as an ohmic contact layer on top of the drain electrode 32.
3, and an amorphous silicon (a-5i;H) layer 34 containing hydrogen is formed thereon as a semiconductor layer. On this amorphous silicon layer 34, n"
An amorphous silicon layer 35 and a source electrode 36 are formed in this order.

これらドレイン電極32、n0アモルファスシリコン層
33、アモルファスシリコン層34、n1アモルファス
シリコン層35、ソース電極36からなる積層の側面に
は絶縁層37が形成され、さらに絶縁層37の側面にゲ
ート電極38が形成されている。絶縁層37には例えば
窒化けい素(SiN、)、酸化けい素(Sin、)など
が用いられている。
An insulating layer 37 is formed on the side surface of the laminated layer consisting of the drain electrode 32, n0 amorphous silicon layer 33, amorphous silicon layer 34, n1 amorphous silicon layer 35, and source electrode 36, and a gate electrode 38 is further formed on the side surface of the insulating layer 37. It is formed. For example, silicon nitride (SiN), silicon oxide (Sin), or the like is used for the insulating layer 37.

次に、上記した薄膜半導体素子の製造方法の一実施例を
第2図に基づいて説明する。
Next, an embodiment of the method for manufacturing the above-mentioned thin film semiconductor device will be described based on FIG. 2.

■ガラス基板31として、例えば直径5インチのコーニ
ング社製7059ガラスを使用する。このガラス基板3
1を十分に洗浄した後Crを蒸着させ、さらにウェット
エツチング加工によりCrのドレイン電極32を幅10
μmに形成する(第2図(a))。尚、ドレイン電極3
2の膜厚は、ガラス基板31からの背面光を遮断する必
要から800Å以上必要であり本実施例では1200人
としている。
(2) As the glass substrate 31, for example, Corning 7059 glass with a diameter of 5 inches is used. This glass substrate 3
1 is thoroughly cleaned, Cr is deposited, and wet etching is performed to form a Cr drain electrode 32 with a width of 10 mm.
It is formed to a thickness of μm (FIG. 2(a)). In addition, the drain electrode 3
The film thickness of No. 2 is required to be 800 Å or more because it is necessary to block back light from the glass substrate 31, and is set to 1200 in this embodiment.

■次に、ドレイン電極32が形成されたガラス基板31
(以下試料という)をプラズマCVD装置(図示せず)
内にセットし、反応容器内を排気するとともに試料を加
熱し、加熱温度を300℃に設定した0反応容器内の真
空度が5 X I O−’Torr以下となったところ
で油拡散ポンプが接続されているパルプを閉鎖し、排気
系を油拡散ポンプ(DP)からメカニカルブースタポン
プ(MBP)に切り替え、マスフローコントローラ(M
FC)を介して反応容器内に100%モノシランガスを
IOSCCM、10100pp、ペースホスフィンガス
をIO3ccM導入し、その後MBPにより排気して反
応容器内の圧力が0.2Torrとなるように調節した
■Next, the glass substrate 31 on which the drain electrode 32 is formed
(hereinafter referred to as the sample) using a plasma CVD device (not shown)
The inside of the reaction vessel was evacuated and the sample was heated.The heating temperature was set to 300℃.The oil diffusion pump was connected when the degree of vacuum inside the reaction vessel became 5 X I O-'Torr or less. The pulp being pumped is closed, the exhaust system is switched from the oil diffusion pump (DP) to the mechanical booster pump (MBP), and the mass flow controller (M
FC), 100% monosilane gas (IOSCCM, 10,100pp), and pace phosphine gas (IO3ccM) were introduced into the reaction vessel via a FC), and then the pressure inside the reaction vessel was adjusted to 0.2 Torr by exhausting with MBP.

ガス流量および反応容器内の圧力が安定して5分間経過
後、マツチングユニットを調節しなからRF雷電流流し
始め電極間にグロー放電を起こさせた。RFパワーを5
0Wに維持して3分間放電し、ガラス基板31およびド
レイン電極32上にオーミックコンタクト層としての0
3アモルファスシリコン層33を積層させた。
After 5 minutes had passed since the gas flow rate and the pressure in the reaction vessel were stabilized, RF lightning current was started to flow without adjusting the matching unit to cause glow discharge between the electrodes. RF power 5
The voltage was maintained at 0W and discharged for 3 minutes, and 0W was applied as an ohmic contact layer on the glass substrate 31 and drain electrode 32.
3 amorphous silicon layers 33 were laminated.

■次に、反応容器内をDPにより排気して真空度を5x
lO−’Torr以下とし、その後DPからMBPに切
り替え、反応容器内に原料ガスとして100%モノシラ
ンガスをIOSCCM導入し、反応容器内の圧力が0.
2Torrとなるように調節した。そして、流量が安定
した5分後に、RFパワーを150W印加し、10分間
成膜を行ない、n4アモルファスシリコン層33上にア
モルファスシリコン層34を形成した。
■Next, evacuate the inside of the reaction vessel using DP to increase the vacuum level to 5x.
1O-'Torr or less, then switch from DP to MBP, introduce 100% monosilane gas as a raw material gas into the reaction vessel using IOSCCM, and reduce the pressure inside the reaction vessel to 0.
The pressure was adjusted to 2 Torr. Then, 5 minutes after the flow rate became stable, RF power of 150 W was applied and film formation was performed for 10 minutes to form an amorphous silicon layer 34 on the n4 amorphous silicon layer 33.

■アモルファスシリコン層34を形成した後、100%
モノシランガスをIO3ccM、10100pp、ベー
スホスフィンガスをIO3CCM導入し、反応容器内の
圧力が0.2Torrとなるように調節した。ガス流量
および反応容器内の圧力が安定して5分間経過後に、R
Fパワーを50W印加し3分開成膜な行ない、アモルフ
ァスシリコン層34上にオーミックコンタクト層として
n1アモルファスシリコン層35を形成した。その後、
RFパワーをオフにした後、原料ガスの導入を停止し、
MBPを全開にして反応容器内を排気し、ガラス基板温
度が50℃以下になったところでMBPを閉じて反応容
器を大気圧に開放し、試料を取り出した。
■After forming the amorphous silicon layer 34, 100%
Monosilane gas was introduced at IO 3 ccM at 10,100 pp, and base phosphine gas was introduced at IO 3 CCM, and the pressure inside the reaction vessel was adjusted to 0.2 Torr. After 5 minutes have passed since the gas flow rate and the pressure inside the reaction vessel have stabilized, R
F power of 50 W was applied and film formation was performed for 3 minutes to form an n1 amorphous silicon layer 35 as an ohmic contact layer on the amorphous silicon layer 34. after that,
After turning off the RF power, stop introducing the raw material gas,
The MBP was fully opened to exhaust the inside of the reaction vessel, and when the glass substrate temperature became 50° C. or less, the MBP was closed to open the reaction vessel to atmospheric pressure, and the sample was taken out.

■次に、取り出した試料を真空蒸着装置に入れ、抵抗線
加熱法でCrを1200人蒸着させた。さらに、フォト
リソグラフィの手法を用いてバターニングを行ないレジ
ストパターン39を形成した後(第2図(b))、ウェ
ットエツチング加工により所望のパターンのソース電極
36を形成した。
(2) Next, the sample taken out was placed in a vacuum evaporation apparatus, and 1200 Cr was evaporated using the resistance wire heating method. Furthermore, after patterning was performed using photolithography to form a resist pattern 39 (FIG. 2(b)), a source electrode 36 of a desired pattern was formed by wet etching.

■上記のレジストパターン39を除去した後再びレジス
トを塗布しておき、ドレイン電極32をマスクとして、
ガラス基板31側から紫外線を照射してレジストパター
ン40を形成した(第2図(C))、このレジストパタ
ーン40を用いて、n3アモルファスシリコン層35、
アモルファスシリコン層34、n゛アモルファスシリコ
ン層33をウェットエツチング加工により所望の形状に
形成した。レジストパターン40を除去してから再びフ
ォトリソグラフィ1こよりレジストパターン41を形成
した(第2図(d))。
■After removing the above resist pattern 39, apply resist again, and use the drain electrode 32 as a mask.
A resist pattern 40 was formed by irradiating ultraviolet rays from the glass substrate 31 side (FIG. 2(C)). Using this resist pattern 40, the n3 amorphous silicon layer 35,
The amorphous silicon layer 34 and the n-amorphous silicon layer 33 were formed into desired shapes by wet etching. After removing the resist pattern 40, a resist pattern 41 was again formed by photolithography (FIG. 2(d)).

次に、レジストパターン41を形成した試料をドライエ
ツチング装置に約40・傾斜させてセットし、反応容器
内を5X10−’Torrまで排気した後、CL 30
SCCM、O*1105CCを導入する0反応容器内の
圧力を0.2Torrに調整した後、RFパワーを15
0Wで20分間印加し、第2図(e)に示すようにn+
アモルファスシリコン層35、アモルファスシリコン層
34、n″″アモルファスシリコン層33をテーパーを
付けてエツチングした。
Next, the sample on which the resist pattern 41 was formed was set in a dry etching device at an angle of about 40°, and after evacuating the inside of the reaction vessel to 5×10 Torr, the sample was heated to CL 30
After adjusting the pressure in the reaction vessel into which SCCM, O*1105CC is introduced, to 0.2 Torr, the RF power was adjusted to 15
0W was applied for 20 minutes, and as shown in Figure 2(e), n+
The amorphous silicon layer 35, the amorphous silicon layer 34, and the n'''' amorphous silicon layer 33 were etched in a tapered manner.

■次に、フォトリソグラフィ(こよりレジストパターン
42を形成しく第2図(f))、ウェットエツチング加
工によりn0アモルファスシリコン層35、アモルファ
スシリコン層34、n+アモルファスシリコン層33の
一部を除去した(第2図(g) ) 。
■Next, a part of the n0 amorphous silicon layer 35, the amorphous silicon layer 34, and the n+ amorphous silicon layer 33 were removed by photolithography (to form a resist pattern 42 (FIG. 2(f)) and wet etching (see FIG. 2(f)). Figure 2 (g)).

■次に、レジストパターン42を除去し、その後再び試
料をプラズマCVD装置内にセットし、DPにより反応
容器内を排気するとともに試料を300℃に加熱調節し
、真空度が5X10−7T。
(2) Next, the resist pattern 42 was removed, and then the sample was set in the plasma CVD apparatus again, and the inside of the reaction vessel was evacuated by DP, and the sample was heated to 300° C. to a vacuum degree of 5×10 −7 T.

rr以下になったところでDPからMBPに切り替え、
反応容器内に原料ガスとして100%モノシランガスを
IOSCCM、NH,を40SCCM、Naを60SC
CM導入し、反応容器内圧力を0.5Torrに維持し
た。この状態にガス流量および反応容器内圧力が安定し
てから5分間経過した後、RFパワーを50Wで20分
間印加し、絶縁層37を形成した(第2図(h))、そ
の後、RFパワーをオフにした後、原料ガスの導入を停
止し、MBPを全開にして反応容器内を排気し、ガラス
基板31温度が50℃以下になったところでMBPを閉
じ、試料を取り出した。
When it becomes below rr, switch from DP to MBP,
In the reaction vessel, 100% monosilane gas was used as raw material gas, IOSCCM, NH, 40SCCM, Na 60SCCM.
CM was introduced and the pressure inside the reaction vessel was maintained at 0.5 Torr. After 5 minutes had passed since the gas flow rate and the pressure inside the reaction vessel were stabilized in this state, RF power was applied at 50 W for 20 minutes to form an insulating layer 37 (Fig. 2 (h)). After turning off, the introduction of raw material gas was stopped, the MBP was fully opened to exhaust the inside of the reaction vessel, and when the temperature of the glass substrate 31 became 50° C. or lower, the MBP was closed and the sample was taken out.

■次に、真空蒸着装置内に試料を入れ、抵抗線加熱法で
Crを1200人蒸着させた。その後、フォトリングラ
フィによりレジストパターン43を形成しく第2図(h
))、このレジストパターン43を用いてウェットエツ
チング加工によりゲート電極38および絶縁層37の一
部を除去した(第2図(i))。
(2) Next, the sample was placed in a vacuum evaporation apparatus, and 1,200 Cr was evaporated using the resistance wire heating method. After that, a resist pattern 43 is formed by photolithography, as shown in FIG.
)) Using this resist pattern 43, the gate electrode 38 and part of the insulating layer 37 were removed by wet etching (FIG. 2(i)).

以上の方法により、薄膜半導体素子を製造することがで
きる。
A thin film semiconductor element can be manufactured by the above method.

このようにして作成されたアモルファスシリコンTPT
の特性を測定したところ以下の様であった。
Amorphous silicon TPT created in this way
The characteristics were measured and were as follows.

薄膜各層については、n+アモルファスシリコン層33
および35の膜特性は比抵抗が2×10”Ω・cm、活
性化エネルギーが0.30e■であり、膜厚は400人
であった。アモルファスシリコン層34の膜特性は比抵
抗が9XIO’Ω・cm、活性化エネルギーが0.72
eV、光学的バンドギャップが1.75eVであり、膜
厚は1200人であった。
For each thin film layer, an n+ amorphous silicon layer 33
The film properties of the amorphous silicon layer 34 were as follows: specific resistance was 2 x 10" Ωcm, activation energy was 0.30 e■, and film thickness was 400 mm. The film properties of the amorphous silicon layer 34 were that the specific resistance was 9XIO' Ω・cm, activation energy is 0.72
eV, optical band gap was 1.75 eV, and film thickness was 1200 nm.

絶縁層37のS i Nxの膜特性は、屈折率が1.9
5、膜厚が2500人、光学的バンドギャップが4.2
eVであった。
The SiNx film characteristics of the insulating layer 37 have a refractive index of 1.9.
5. Film thickness is 2500mm, optical bandgap is 4.2
It was eV.

アモルファスシリコンTFTアレイの電気的特性につい
ては、電界効果移動度が0.15cm2/■・S、オン
オフ比が約4桁であった。
Regarding the electrical characteristics of the amorphous silicon TFT array, the field effect mobility was 0.15 cm2/■·S, and the on-off ratio was about 4 digits.

この実施例では、ドレイン電極32とソース電極36と
がn′″アモルファスシリコン層33.35およびアモ
ルファスシリコン層34を挟んで上下方向に積層されて
おり、アモルファスシリコンTPTの占める面積は10
00μm2と小さく、従来のアモルファスシリコンTP
T (第4図)の約3分の1とすることができた。この
ようにアモルファスシリコンTPTの占有面積が小さく
ても、この実施例ではチャネル長(アモルファスシリコ
ン層34の膜厚に相当)をフォトリソグラフィの制限を
受けずに短く出来るので、アモルファスシリコンTPT
のオン電流は8XIO−’Aと十分大きな値を示した。
In this embodiment, a drain electrode 32 and a source electrode 36 are stacked vertically with n''' amorphous silicon layers 33, 35 and 34 in between, and the area occupied by the amorphous silicon TPT is 10
Small as 00μm2, conventional amorphous silicon TP
T (Fig. 4) was able to be reduced to approximately one-third. Even if the area occupied by the amorphous silicon TPT is small, the channel length (corresponding to the thickness of the amorphous silicon layer 34) can be shortened in this embodiment without being limited by photolithography.
The on-state current was 8XIO-'A, which was a sufficiently large value.

ところで、フォトリソグラフィによりアモルファスシリ
コンTPTの細密化をする場合、線幅の細線化に限界が
あるためチャネル長を短くするのに限界があった。しか
しながら、この実施例ではアモルファスシリコン層34
の薄膜化によりチャネル長を短くできるので、フォトリ
ングラフィの制限を受けることがなく、フォトリングラ
フィによる場合に比ベチャネル長を格段に短くすること
ができる。
By the way, when making an amorphous silicon TPT finer by photolithography, there is a limit to making the line width thinner, so there is a limit to making the channel length shorter. However, in this embodiment, the amorphous silicon layer 34
Since the channel length can be shortened by making the film thinner, it is not subject to the limitations of photolithography, and the channel length can be significantly shortened compared to photolithography.

また、従来のアモルファスシリコンTPTでは背面光が
照射するとオフ電流が4桁程度上昇するため、オンオフ
比が約4桁程度に低下していたが、本実施例のアモルフ
ァスシリコンTPTではアモルファスシリコン層34が
ドレイン電極32によって完全に遮光されているためオ
フ電流は上昇しなかった。
In addition, in the conventional amorphous silicon TPT, when the backlight is irradiated, the off-state current increases by about 4 orders of magnitude, so the on-off ratio decreases by about 4 orders of magnitude, but in the amorphous silicon TPT of this embodiment, the amorphous silicon layer 34 Since light was completely shielded by the drain electrode 32, the off-state current did not increase.

第2実施例 第3図は、本発明にかかる薄膜半導体素子であるアモル
ファスシリコンTPTをマトリックス状に組んだものの
平面図である0図中、a −a線によって切った断面図
が第1図である。第3図において、44は画素となるI
TO(InとSnの酸化物)の透明電極である。マトリ
ック状に組まれたアモルファスシリコンTPTの製造方
法は、第1実施例とほぼ同じである。
Second Embodiment FIG. 3 is a plan view of a thin film semiconductor device according to the present invention, in which amorphous silicon TPT is assembled in a matrix. be. In FIG. 3, 44 is a pixel I
It is a transparent electrode made of TO (oxide of In and Sn). The method of manufacturing the amorphous silicon TPT arranged in a matrix is almost the same as in the first embodiment.

このマトリック状のアモルファスシリコンTPTの電気
的特性は、電界効果移動度が0,14cm2/V・S、
オンオフ比が約4桁であった。
The electrical characteristics of this matrix-like amorphous silicon TPT include a field effect mobility of 0.14 cm2/V・S;
The on-off ratio was about 4 digits.

アモルファスシリコンTPTの占有面積は上記したよう
に従来の約3分の工程度であるため、同じ集積度では本
実施例のアモルファスシリコンTPTの方が透明電極4
4の面積を大きくとることができ、開口率が従来より1
0%ないし20%程度大きくとれた。また、アモルファ
スシリコン層34がドレイン電極32により完全に遮光
されているため、背面光を照射してもオフ電流の上昇は
なかった。
As mentioned above, the area occupied by the amorphous silicon TPT is about 3 minutes compared to the conventional process.
4 area can be taken larger, and the aperture ratio is 1.
It was increased by about 0% to 20%. Furthermore, since the amorphous silicon layer 34 was completely shielded from light by the drain electrode 32, there was no increase in off-state current even when irradiated with backlight.

またアモルファスシリコンTPTをマトリックス状に組
むのに要するフォトマスクは1本実施例では6枚であり
、従来8枚ないし9枚必要であったのと比べて製造工程
数が6割程度に減少した。
Further, the number of photomasks required to assemble the amorphous silicon TPT in a matrix is 6 in this embodiment, which reduces the number of manufacturing steps by about 60% compared to the conventional 8 or 9 required.

及匪Ω四盟 以上の説明により明らかなように、本発明にかかる薄膜
半導体素子にあっては、ドレイン電極とソース電極が上
下方向に配置されて素子が液晶に占める面積が小さいの
で、LCDの駆動用として用いた場合開口率を大きくと
ることができる。また、半導体層は上下のドレイン電極
とソース電極に挟まれ遮光されているので半導体層から
光キャリアが発生せず、従って背面光照射時のオフ電流
の上昇がないので光シールドを設ける必要がない。また
、従来に比べてドレイン電極とソース電極に欠損がない
ので使用するフォトマスク数が減少し、製造工程の簡略
化が達成され、歩留まりの向上、コストダウンが図られ
る。更には、チャネル長がフォトリングラフィの制約を
受けずに、半導体層の膜厚できいてくるので、チャネル
長を短くして素子としての応答時間を短くでき、高速化
を図ることができる。
As is clear from the above explanation, in the thin film semiconductor device according to the present invention, the drain electrode and the source electrode are arranged in the vertical direction, and the area occupied by the device in the liquid crystal is small, so that it is easy to use in LCD. When used for driving purposes, the aperture ratio can be increased. In addition, since the semiconductor layer is sandwiched between the upper and lower drain and source electrodes and is shielded from light, no photocarriers are generated from the semiconductor layer, so there is no increase in off-state current during backlight irradiation, so there is no need to provide a light shield. . Furthermore, since there are no defects in the drain and source electrodes compared to the conventional method, the number of photomasks used is reduced, the manufacturing process is simplified, and yields are improved and costs reduced. Furthermore, since the channel length is determined by the thickness of the semiconductor layer without being restricted by photolithography, the response time of the element can be shortened by shortening the channel length, and the speed can be increased.

4、区11邊υL螢諷朋 第1図は本発明にかかる薄膜半導体素子の一実施例を示
す断面図、第2図(a)〜(i)は薄膜半導体素子の製
造方法の一実施例を示す断面図であって、(a)はドレ
イン電極の形成を示し、(b)はn”アモルファスシリ
コン層、アモルファスシリコン層、ソース電極の形成を
示し、(C)はレジストパターン40の形成を示し、(
d)はレジストパターン41の形成を示し、 (e)〜
(g)はn″″ア″7モルフアスシリコン層ルファスシ
リコン層のエツチングを示し、(h)は絶縁層、ゲート
電極の形成を示し、(i)は絶縁層、ゲート電極のエツ
チングを示しており、第3図は薄膜半導体素子であるア
モルファスシリコンTPTをマトリックス状に組んだも
のの平面図であり、第4図は従来例を示す断面図である
Figure 1 is a sectional view showing an embodiment of a thin film semiconductor device according to the present invention, and Figures 2 (a) to (i) are an embodiment of a method for manufacturing a thin film semiconductor device. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the formation of a drain electrode, (b) the formation of an n'' amorphous silicon layer, an amorphous silicon layer, and a source electrode, and (c) the formation of a resist pattern 40 (
d) shows the formation of the resist pattern 41; (e)~
(g) shows the etching of the n''7 amorphous silicon layer, (h) shows the formation of the insulating layer and the gate electrode, and (i) shows the etching of the insulating layer and the gate electrode. FIG. 3 is a plan view of a thin film semiconductor device in which amorphous silicon TPT is assembled in a matrix, and FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional example.

32・・・ドレイン電極、33.35・・・n0アモル
ファスシリコン層(オーミックコンタクト層)、34・
・・アモルファスシリコン層(半導体層)、36・・・
ソース電極、37・・・絶縁層(ゲート絶縁層)、38
ゲート電極 特許出願人 : 住友金属株式1業会社代理人   :
 弁理士 井内龍二 第2図 第1 第2図 第2
32...Drain electrode, 33.35...n0 amorphous silicon layer (ohmic contact layer), 34.
...Amorphous silicon layer (semiconductor layer), 36...
Source electrode, 37... Insulating layer (gate insulating layer), 38
Gate electrode patent applicant: Sumitomo Metals Co., Ltd. 1 agent:
Patent Attorney Ryuji Iuchi Figure 2 Figure 1 Figure 2 Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] ゲート電極、ドレイン電極、ソース電極、絶縁層、半導
体層およびオーミックコンタクト層を含む薄膜半導体素
子であって、前記ドレイン電極とソース電極が上下方向
に配置され、両電極間に半導体層およびオーミックコン
タクト層が形成され、この両電極、半導体層、オーミッ
クコンタクト層からなる積層の側面に絶縁層さらにゲー
ト電極が形成されていることを特徴とする薄膜半導体素
子。
A thin film semiconductor device including a gate electrode, a drain electrode, a source electrode, an insulating layer, a semiconductor layer, and an ohmic contact layer, wherein the drain electrode and the source electrode are arranged vertically, and a semiconductor layer and an ohmic contact layer are provided between the two electrodes. What is claimed is: 1. A thin film semiconductor device comprising: an insulating layer and a gate electrode formed on the side surface of the laminated layer consisting of both electrodes, a semiconductor layer, and an ohmic contact layer.
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