JPH02254759A - Thin film semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Thin film semiconductor device and manufacture thereof

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Publication number
JPH02254759A
JPH02254759A JP1077524A JP7752489A JPH02254759A JP H02254759 A JPH02254759 A JP H02254759A JP 1077524 A JP1077524 A JP 1077524A JP 7752489 A JP7752489 A JP 7752489A JP H02254759 A JPH02254759 A JP H02254759A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
amorphous silicon
thin film
gate insulating
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP1077524A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Miki
明 三城
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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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Priority to JP1077524A priority Critical patent/JPH02254759A/en
Publication of JPH02254759A publication Critical patent/JPH02254759A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To prevent an OFF-current from increasing at irradiation with back light by a method wherein the part of a semiconductor layer other than a channel section is crystallized into a crystalline region, and an optical shielding layer is provided to an interface between a gate insulating layer and the crystallized region. CONSTITUTION:A semiconductor layer 14 is composed of an amorphous silicon region 30 and a crystalline region 31, where the crystalline region 31 is, at least, formed on the part other than a channel section 35 and moreover an optical shielding layer 34 is formed on an interface between a gate insulating layer 13 and the crystallized region 31. Therefore, the part other than the channel section 35 is not only crystallized but also shielded from light, so that the part of the semiconductor layer 14 other than the channel section 35 becomes low in sensitivity to a shaded and a visible ray to restrain optical carriers from occurring. By this setup, an OFF-current can be made small at irradiation with back light.

Description

【発明の詳細な説明】 1墓上二五里丘I 本発明はアクティブマトリックス駆動方式を採用したフ
ラットパネル形デイスプレィ等の薄膜半導体装置とその
製造方法、より詳しくは、アドレスラインと、該アドレ
スラインと直交状に配設されたデータラインと、薄膜半
導体素子と、画素とを備え、前記薄膜半導体素子を構成
するゲート電極と、ドレイン電極及びソース電極との間
に、ゲート絶縁層、半導体層、オーミックコンタクト層
が順次積層されてなる薄膜半導体装置とその製造方法に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 1 Tomogami Nigorigoka I The present invention relates to a thin film semiconductor device such as a flat panel display that employs an active matrix drive method and a method for manufacturing the same, and more specifically, an address line and a method for manufacturing the same. A gate insulating layer, a semiconductor layer, The present invention relates to a thin film semiconductor device in which ohmic contact layers are sequentially laminated and a method for manufacturing the same.

1未二韮止 近年高度情報化が進むにつれて表示素子、特にカラー表
示素子のより一層の高精細化及び高輝度化が望まれてい
る。
1. In recent years, with the advancement of information technology, there has been a desire for display elements, especially color display elements, to have even higher definition and brightness.

映像表示用のデイスプレィ(表示装置)としては現在家
庭用やその他はとんどの分野においてCRT (Cat
hode Ray Tube :陰極線管)デイスプレ
ィがその主流を占めているが、次第に小形、軽量、低消
費電力であって、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。
Currently, CRT (Cat
Although cathode ray tube (hode ray tube) displays are the mainstream, there is an increasing demand for flat panel displays that are smaller, lighter, consume less power, and can provide higher image quality.

このような要望の高まりの中で、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(Thi
n Filn+ Transistor ; T F 
T )形フラットパネルデイスプレィは、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。すなわち、アモルファ
スシリコンを用いたTPT形フラフラットパネルデイス
プレィ徴としては、大面積化が可能であること、比較的
低温プロセス(300℃前後)で製作できるため安価な
ガラス基板が使用可能であること、連続的な成膜により
膜界面の清浄性が保たれることなどが挙げられる。
Amid this growing demand, thin film transistors (Thin film transistors) using amorphous silicon as switching elements have been developed.
n Filn+ Transistor; T F
T ) type flat panel displays are considered promising because they can be made to have a large area and can be manufactured at low cost, and many studies have been conducted on them. In other words, the characteristics of a TPT type flat flat panel display using amorphous silicon are that it can be made into a large area, and that it can be manufactured using a relatively low-temperature process (around 300 degrees Celsius), so an inexpensive glass substrate can be used. , continuous film formation maintains the cleanliness of the film interface.

そして、フラットパネル形デイスプレィのうち液晶を用
いた液晶デイスジ1ノイ(Liquid Crysta
lDisplay : L CD )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。
Of the flat panel displays, the Liquid Crystal Display (Liquid Crystal) uses liquid crystal.
1Display (LCD) is currently the most widely used display with a high future potential.

このLCDの駆動方式として、単純マトリックス駆動方
式やアクティブマトリックス駆動方式があり、このうち
アクティブマトリッ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、原理的には各画素ごとに100%に
近いデニーティ比で駆動することができ、画素のコント
ラスト比を太き(取ることが可能である。
As driving methods for this LCD, there are a simple matrix driving method and an active matrix driving method. Of these, the active matrix driving method is a method in which a switch element is provided for each pixel to drive and control each pixel independently. Therefore, in principle, each pixel can be driven with a density ratio close to 100%, and the contrast ratio of each pixel can be increased.

これらのことから駆動方式としてアクティブマトリック
ス駆動方式を採用し、スイッチ素子としてアモルファス
シリコンを用いたTFT形の薄膜半導体装置は、今後の
ニューメディア用半導体装置としてその発展が期待され
ている。
For these reasons, TFT-type thin film semiconductor devices that adopt an active matrix drive method as a drive method and use amorphous silicon as a switch element are expected to develop as semiconductor devices for new media in the future.

次に従来のこの種薄膜半導体装置におけるTPTの構造
を第9図に示す。
Next, FIG. 9 shows the structure of a TPT in a conventional thin film semiconductor device of this type.

ガラス基板51の上面にはゲート電極52がバターニン
グされており、このゲート電極52の上面にはゲート絶
縁層53が積層形成されている。
A gate electrode 52 is patterned on the upper surface of the glass substrate 51, and a gate insulating layer 53 is laminated on the upper surface of the gate electrode 52.

さらにこのゲート絶縁層53の上面にはアモルファスシ
リコンからなる半導体層54が積層形成され、この半導
体層54の上面にはオーミックコンタクト層としてのn
0アモルファスシリコン層55が積層形成されている。
Furthermore, a semiconductor layer 54 made of amorphous silicon is laminated on the upper surface of this gate insulating layer 53, and an ohmic contact layer is formed on the upper surface of this semiconductor layer 54.
0 amorphous silicon layers 55 are stacked.

このn0アモルファスシリコン層55の上面にはさうに
ドレイン電極56が積層形成され、このドレイン電極5
6の水平方向に対向してゲート電極52上のチャンネル
部59を挟んだ所定箇所にはソース電極57が形成され
ている。これらドレイン電極56とソース電極57とは
共に、クロム等の高融点金属層56a、57aとA12
層56b、57bとの積層構造とされている。また、ド
レイン電極56とソース電極57との間には保護膜58
が形成されている。ここで、前記nゝアモルファスシリ
コン層55は、チャンネル部59に誘起された電子を迅
速にソース電極57またはドレイン電極56に輸送する
とともに前記チャンネル部59に蓄積された正孔の流れ
(オフ電流)を阻止し、リーク電流を低減させる働きを
有する。
A drain electrode 56 is laminated on the upper surface of this n0 amorphous silicon layer 55.
A source electrode 57 is formed at a predetermined location on the gate electrode 52, facing in the horizontal direction of the gate electrode 6 and sandwiching a channel portion 59 therebetween. Both the drain electrode 56 and the source electrode 57 are made of high melting point metal layers 56a, 57a such as chromium and A12.
It has a laminated structure with layers 56b and 57b. Further, a protective film 58 is provided between the drain electrode 56 and the source electrode 57.
is formed. Here, the n amorphous silicon layer 55 quickly transports electrons induced in the channel portion 59 to the source electrode 57 or the drain electrode 56, and the flow of holes accumulated in the channel portion 59 (off current). It has the function of blocking leakage current and reducing leakage current.

が  ゛   よ  と  る 上記半導体層54を構成するアモルファスシリコンは可
視光に対する良好な光導電体であり、LCDにおいては
、矢印X方向からTFTに背面光(バックライト)を照
射して文字又は画像の表示を行な、っている。
The amorphous silicon that constitutes the semiconductor layer 54 is a good photoconductor for visible light, and in an LCD, backlight is irradiated onto the TFT from the direction of arrow X to display characters or images. It is displayed and displayed.

しかし、この背面光が半導体層54を照射すると、半導
体層54のうちゲート電極52で遮薇されていない部分
の電子が励起されて光キャリアが発生し電流(光電流)
が流れる。そのため、ゲート電圧が0または負の時のド
レイン電流(オフ電流)を上昇させることになり、オフ
電流は背面光非照射時に10−”A〜10−”Aであっ
たものが、背面光照射時には101A〜10−’A程度
にまで上昇する。ゲート電圧が0または負の時にオフ電
流が上昇すると、TPTのオンオフ比が低下し、LCD
の表示特性を劣化させることとなる。
However, when the semiconductor layer 54 is irradiated with this backlight, electrons in the portion of the semiconductor layer 54 that is not shielded by the gate electrode 52 are excited, photocarriers are generated, and a current (photocurrent) is generated.
flows. Therefore, the drain current (off current) when the gate voltage is 0 or negative increases, and the off current was 10-"A to 10-"A when not illuminated by the backlight, but when exposed to the backlight Sometimes it rises to about 101A to 10-'A. If the off-state current increases when the gate voltage is 0 or negative, the on-off ratio of the TPT decreases, and the LCD
This results in deterioration of display characteristics.

すなわち、アモルファスシリコンを半導体層54として
使用したTFTLCDにおいては、一定時間の間、液晶
層に電荷をかけることにより、文字または画像の表示を
行なっているが、オフ電流が大きいと、これがリーク電
流として働き、液晶層に蓄積された信号電荷を保持する
ことが不可能となるため、コントラスト比の低下や画像
の安定性の低下が著しくなる。したがって、コントラス
ト比の高い良好な表示特性を得るなめには、背面光照射
時における光キャリアによるオフ電流の小さい、安定し
た特性を有するアモルファスシリコンTPTを作成する
ことが重要な課題となる。
In other words, in a TFTLCD that uses amorphous silicon as the semiconductor layer 54, characters or images are displayed by applying a charge to the liquid crystal layer for a certain period of time, but if the off-state current is large, this may become a leakage current. As a result, it becomes impossible to hold the signal charges accumulated in the liquid crystal layer, resulting in a significant decrease in contrast ratio and image stability. Therefore, in order to obtain good display characteristics with a high contrast ratio, it is important to create an amorphous silicon TPT with stable characteristics and low off-current due to photocarriers during backlight irradiation.

上記したオフ電流の上昇を低減する方策として、ゲート
絶縁層53の表面に光遮蔽層を設けたり、アモルファス
シリコンからなる半導体層54の膜厚を薄くすることに
より発生する光電流を減らす手段がある。
As a measure to reduce the above-mentioned increase in off-state current, there are measures to reduce the generated photocurrent by providing a light shielding layer on the surface of the gate insulating layer 53 or by reducing the thickness of the semiconductor layer 54 made of amorphous silicon. .

しかし、ゲート絶縁層53の表面に光遮蔽層を設ける場
合にはプロセス数が増え、製品歩留まりの低下につなが
る虞があり、また半導体層54の膜厚を薄(した場合は
、光電流は低下するがオフ電流は必ずしも所望の電流値
まで下がるとは限らず、いずれも根本的な解決策にはな
らない。
However, if a light shielding layer is provided on the surface of the gate insulating layer 53, the number of processes will increase, which may lead to a decrease in product yield.In addition, if the thickness of the semiconductor layer 54 is made thin, the photocurrent will decrease. However, the off-state current does not necessarily fall to the desired current value, and neither of these methods provides a fundamental solution.

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって
、生産性を低下させることな(、背面光照射時のオフ電
流の上昇を低減させたTPTを具備する薄膜半導体装置
とその製造方法を提供することを目的としている。
The present invention has been made in view of these problems, and provides a thin film semiconductor device equipped with a TPT that reduces the increase in off-state current during backlight irradiation, and a method for manufacturing the same, without reducing productivity. is intended to provide.

゛  ための 上記目的を達成するために本発明は、アドレスラインと
、該アドレスラインと直交状に配設されたデータライン
と、薄膜半導体素子と、画素とを備え、前記薄膜半導体
素子を構成するゲート電極と、ドレイン電極及びソース
電極との間に、ゲート絶縁層、半導体層、オーミックコ
ンタクト層が順次積層されてなる薄膜半導体装置におい
て、前記半導体層が、アモルファスシリコン領域と、結
晶化領域とからなり、かつ前記結晶化領域が、チャンネ
ル部を除いた部分に形成され、さらに金属を主とする光
遮蔽層が、前記ゲート絶縁層と前記結晶化領域との界面
に形成されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention comprises an address line, a data line arranged orthogonally to the address line, a thin film semiconductor element, and a pixel, and the thin film semiconductor element is configured. In a thin film semiconductor device in which a gate insulating layer, a semiconductor layer, and an ohmic contact layer are sequentially stacked between a gate electrode, a drain electrode, and a source electrode, the semiconductor layer includes an amorphous silicon region and a crystallized region. and the crystallized region is formed in a portion other than the channel portion, and further, a light shielding layer mainly made of metal is formed at the interface between the gate insulating layer and the crystallized region. It is said that

半導体層がアモルファスシリコンのみで構成されたTP
Tに背面光を照射し、光キヤリア発生に基づくオフ電流
の特性を測定したところ、光照射時のオフ電流はゲート
電極とドレイン電極との対向部分またはゲート電極とソ
ース電極との対向部分との重なり幅に比例して増大して
ゆくことが判明した。すなわち、光キャリアは主として
ゲート電極とドレイン電極との対向部分、またはゲート
電極とソース電極との対向部分の間に位置するアモルフ
ァスシリコンの半導体層内で発生し、ドレイン電極とソ
ース電極との間の電界によってドリフトしてゆ(ため、
オフ電流が増大すると考えられる。換言すれば、背面光
が、前記半導体層のうちゲート電極と対向していない部
分に直接照射される結果、この部分において光キャリア
が発生しやすくなると考えられる。
TP whose semiconductor layer is composed only of amorphous silicon
When T was irradiated with backlight and the characteristics of the off-current based on the generation of photocarriers were measured, the off-current during light irradiation was found to be different from the opposite part between the gate electrode and the drain electrode or the opposite part between the gate electrode and the source electrode. It was found that it increases in proportion to the overlap width. That is, photocarriers are mainly generated within the amorphous silicon semiconductor layer located between the opposing portion of the gate electrode and the drain electrode or between the opposing portion of the gate electrode and the source electrode, and are generated between the drain electrode and the source electrode. It drifts due to the electric field.
It is thought that the off-state current increases. In other words, it is thought that as a result of direct irradiation of the backlight onto a portion of the semiconductor layer that does not face the gate electrode, photocarriers are likely to be generated in this portion.

さらに、光は波動性を有するため、回折現象を呈する。Furthermore, since light has wave properties, it exhibits a diffraction phenomenon.

したがって、平面視においてゲート電極の両端近傍であ
って、該ゲート電極とドレイン電極及び該ゲート電極と
ソース電極との重なり合う部分にも光が照射され、オフ
電流が増加する原因となる。
Therefore, in a plan view, light is also irradiated to portions near both ends of the gate electrode where the gate electrode and the drain electrode and the gate electrode and the source electrode overlap, which causes an increase in off-state current.

そこで、本発明は、半導体層のうち、少なくともチャン
ネル部を除いた部分を結晶化させて結晶化領域を形成す
ると共に、ゲート絶縁層と前記結晶化領域との界面に光
遮蔽層を形成し、光照射時における光キヤリア発生の低
減を図ったものである。
Therefore, the present invention includes crystallizing at least a portion of the semiconductor layer excluding the channel portion to form a crystallized region, and forming a light shielding layer at the interface between the gate insulating layer and the crystallized region, This is aimed at reducing the generation of optical carriers during light irradiation.

また、本発明に係る薄膜半導体装置の製造方法は、ゲー
ト絶縁層の表面にアモルファスシリコン層を形成する工
程、前記アモルファスシリコン層の表面に金属膜を形成
する工程、少なくともチャンネル部上の前記金属膜を除
去する工程、前記金属膜と前記アモルファスシリコン層
との間で固相拡散皮応を生じさせることにより、結晶化
領域及び光遮蔽層を形成する工程、を含むことを特徴と
している。
Further, the method for manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an amorphous silicon layer on a surface of a gate insulating layer, a step of forming a metal film on a surface of the amorphous silicon layer, and a step of forming a metal film on at least a channel portion. The method is characterized in that it includes a step of removing the metal film and the amorphous silicon layer, and a step of forming a crystallized region and a light shielding layer by causing a solid phase diffusion skin reaction between the metal film and the amorphous silicon layer.

膜厚1000人のアモルファスシリコン層の表面に膜厚
400〜500人のAl2膜を真空蒸着法により形成し
た後、N2雰囲気中において、温度250℃で10分間
アニール処理を施した場合、低温でアニール処理を施し
たにも拘らず、第7図に示すレーザーラマンスペクトル
から明らかなように、波数が520cm−’の近傍にお
いて、スペクトルには鋭いピークが現われることが判明
した。
When an Al2 film with a thickness of 400 to 500 layers is formed on the surface of an amorphous silicon layer with a thickness of 1000 layers using a vacuum evaporation method, and then annealing is performed at a temperature of 250°C for 10 minutes in a N2 atmosphere, the result is annealing at a low temperature. Despite the treatment, as is clear from the laser Raman spectrum shown in FIG. 7, it was found that a sharp peak appeared in the spectrum near a wave number of 520 cm-'.

一方、半導体層をアモルファスシリコンのみで構成した
場合は、波数が480c+a−’の近傍においてピーク
を有するアモルファス特有の幅広なスペクトル特性が現
われることが確認された。つまり、アニール処理を施し
た結果、分子間結合力が増し、アモルファスシリコン層
がほとんど多結晶状態に結晶化されていると考えられる
On the other hand, when the semiconductor layer is made of only amorphous silicon, it has been confirmed that a wide spectrum characteristic unique to amorphous material appears, which has a peak in the vicinity of a wave number of 480c+a-'. In other words, it is considered that as a result of the annealing treatment, the intermolecular bond strength increases and the amorphous silicon layer is crystallized into almost a polycrystalline state.

また、ゲート絶縁層として通常用いられるSiN膜の表
面にアモルファスシリコン層を形成した後、該アモルフ
ァスシリコン層の表面にAβを堆積させ、この後アモル
ファスシリコン層とAl1との間で熱アニールによる固
相拡散反応を10分間行ない、SIMS(Second
ary Ion MassSpectrum)を測定し
た。第8図はそのSIMSプロファイルを示した特性図
であり、横軸がスパッタリング時間(+5in)、縦軸
は強度(1!lウン)/5ect を示している。尚、
アニール温度は250℃で行なった。このSIMSは、
試料にOx、Ns、Cs等の分子のイオンを照射して叩
き出された電子を分析したものであり、スパッタリング
時間と膜厚深さとは略比例関係にある。
In addition, after forming an amorphous silicon layer on the surface of a SiN film that is normally used as a gate insulating layer, Aβ is deposited on the surface of the amorphous silicon layer, and then a solid phase is formed between the amorphous silicon layer and Al1 by thermal annealing. Diffusion reaction was performed for 10 minutes, and SIMS (Second
ary Ion Mass Spectrum) was measured. FIG. 8 is a characteristic diagram showing the SIMS profile, in which the horizontal axis shows the sputtering time (+5 inches) and the vertical axis shows the intensity (1!L)/5ect. still,
The annealing temperature was 250°C. This SIMS is
This is an analysis of electrons ejected by irradiating a sample with ions of molecules such as Ox, Ns, and Cs, and there is a substantially proportional relationship between sputtering time and film thickness depth.

したがって、このSIMSプロファイルから明らかなよ
うに、結晶化された領域(結晶化領域)とSiN膜との
界面近傍(図中、Xで示す)においてAl1の強度が最
大となることが判明した。つまり、アモルファスシリコ
ン層表面のAβがアモルファスシリコン層内に拡散して
ゆき、SiN膜表面に/lが積層され、結晶化領域と5
iNllとの界面にA2層が介在されている状態になっ
ていると考えられる。このA12層は光を遮薇する作用
効果を有する。
Therefore, as is clear from this SIMS profile, it has been found that the strength of Al1 is maximum near the interface between the crystallized region (crystallized region) and the SiN film (indicated by X in the figure). In other words, Aβ on the surface of the amorphous silicon layer diffuses into the amorphous silicon layer, /l is deposited on the surface of the SiN film, and the crystallized region and 5
It is considered that the A2 layer is interposed at the interface with iNll. This A12 layer has the effect of blocking light.

そこで、本発明は、ゲート絶縁層表面に形成されたアモ
ルファスシリコン層と金属との間で固相拡散反応を起こ
させ、アモルファスシリコン層を選択的に結晶化させる
ことにより結晶化領域と光遮蔽層とを効率よく製造する
こととしたものである。
Therefore, the present invention causes a solid-phase diffusion reaction between the amorphous silicon layer formed on the surface of the gate insulating layer and the metal, and selectively crystallizes the amorphous silicon layer, thereby forming a crystallized region and a light shielding layer. The aim is to manufacture these efficiently.

以下、本発明に係る薄膜半導体装置とその製造方法につ
いて詳述する。
Hereinafter, a thin film semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail.

第2図はアクティブマトリックス駆動方式の薄膜半導体
装置の要部平面図であって、該薄膜半導体装置は、ゲー
ト電極12とドレイン電極16とソース電極17とを有
するTFTIと、ゲート電極12に信号を送信するアド
レスライン4と、ドレイン電極16に信号を送信するデ
ータライン2と、ソース電極17に接続される画素3と
を主要部として構成され、これらが1セツトとしてガラ
ス基板11表面にマトリックス状に配設されている。ま
た、TFTlはこのアドレスライン4とデータライン2
との交差する近傍箇所に設けられ、アドレスライン4は
ゲート電極12を兼用している。
FIG. 2 is a plan view of a main part of an active matrix drive type thin film semiconductor device. The main parts are an address line 4 for transmitting, a data line 2 for transmitting a signal to the drain electrode 16, and a pixel 3 connected to the source electrode 17, and these are arranged in a matrix on the surface of the glass substrate 11 as one set. It is arranged. Also, TFTl is connected to this address line 4 and data line 2.
The address line 4 is provided near the intersection with the address line 4, and the address line 4 also serves as the gate electrode 12.

次に、薄膜半導体装置の構成について第1図及び第3図
を参照しながら詳説する。第1図は第2図におけるA−
A断面図を示し、第3図は第2図にあけるB−B断面図
を示している。
Next, the structure of the thin film semiconductor device will be explained in detail with reference to FIGS. 1 and 3. Figure 1 is A- in Figure 2.
A sectional view is shown, and FIG. 3 is a BB sectional view taken in FIG. 2.

ガラス基板11の上面にはゲート電極12を兼用するア
ドレスライン4がバターニングされている。このゲート
電極12はCr、Mo、Ta、AβまたはNiCr膜あ
るいはこれらの積層膜から構成されている。このゲート
電極12の厚みは、膿の材料や目的とするTPTの構造
あるいは配線抵抗等により決定され、本発明においては
、300人〜3000人、より望ましくは500人〜1
500人の範囲で決定される。
Address lines 4 which also serve as gate electrodes 12 are patterned on the upper surface of the glass substrate 11 . This gate electrode 12 is composed of a Cr, Mo, Ta, Aβ, or NiCr film, or a laminated film of these films. The thickness of the gate electrode 12 is determined by the material of the pus, the structure of the target TPT, the wiring resistance, etc. In the present invention, the thickness of the gate electrode 12 is 300 to 3000, more preferably 500 to 1.
The number will be determined within the range of 500 people.

ゲート電極12の上面にはゲート絶縁層13が積層形成
されている。このゲート絶縁層13としては比抵抗が高
く、したがって絶縁性に優れ高耐圧でかつ界面特性の良
好な薄膜が用いられる。このような条件を満たすゲート
絶縁層13として本発明ではプラズマCVD法(グロー
放電分解法)により形成されるSiN膜、SiO膜、5
iON膜、あるいは他の形成法、例えばスパッタリング
法などにより作製されるTa1on膜、Aβ20.膜、
あるいはこれらの積層膜が用いられる。ゲート絶縁層1
3としてSiN膜を用いる場合は、シリコン系ガス、例
えば5iH4とN H、どの混合ガス、または5IH4
とN2との混合ガス、あるいはS I H4とNH,と
N2との混合ガスをプラズマCVD法により分解し、ガ
ラス基板11上にSiNを堆積させることにより形成さ
れる。SiN膜を形成する場合には基板温度が膜の特性
に大きな影響を及ぼし、基板温度としては通常250℃
以上、より望ましくは300℃以上とすることが好まし
い、また、本発明におけるゲート絶縁層13の膜厚は、
所望のTPT特性が得られるように決定され、通常は5
00人〜5000人が望ましく、より好ましくは100
0人〜3000人の範囲である。
A gate insulating layer 13 is laminated on the upper surface of the gate electrode 12 . As the gate insulating layer 13, a thin film having a high specific resistance, excellent insulation properties, high breakdown voltage, and good interface characteristics is used. In the present invention, as the gate insulating layer 13 satisfying such conditions, SiN film, SiO film, 5
iON film, Ta1on film produced by other forming methods such as sputtering, Aβ20. film,
Alternatively, a laminated film of these may be used. Gate insulating layer 1
When using a SiN film as 3, silicon-based gas, such as 5iH4 and NH, any mixed gas, or 5IH4
and N2, or by decomposing a mixed gas of S I H4, NH, and N2 by plasma CVD, and depositing SiN on the glass substrate 11. When forming a SiN film, the substrate temperature has a large effect on the film characteristics, and the substrate temperature is usually 250°C.
As mentioned above, the temperature is more preferably 300° C. or higher, and the thickness of the gate insulating layer 13 in the present invention is as follows:
It is determined to obtain the desired TPT characteristics, and is usually 5
00 to 5000 people is desirable, more preferably 100 people
The range is from 0 to 3000 people.

ゲート絶縁層13の上面には平面視矩形形状の半導体層
14と平面視正方形形状の画素3がそれぞれ積層形成さ
れている。
On the upper surface of the gate insulating layer 13, a semiconductor layer 14 having a rectangular shape in a plan view and a pixel 3 having a square shape in a plan view are laminated.

該画素3は透明電極で構成されている。該透明電極とし
てはスパッタリング法により形成されるITO膜(Sn
owとInの混合物)、ネサ膜(SnO= )等が用い
られる0画素3のwA庫としては500〜2000人が
望ましく、より好ましくは1000人〜1500人であ
る。
The pixel 3 is composed of a transparent electrode. The transparent electrode is an ITO film (Sn
For a 0 pixel 3 wA storage using a Nesa film (a mixture of ow and In), a Nesa film (SnO = ), etc., the range is preferably 500 to 2,000, more preferably 1,000 to 1,500.

また、前記半導体層14は、アモルファスシリコン領域
30と、結晶化領域31とからなる。結晶化領域31は
、平面視においてゲート電極12と重なり合う部分にま
で形成され、光の回折現象が生じても光がアモルファス
シリコン領域30に照射されないように構成されている
。すなわち、半導体層14は、少なくともドレイン電極
16とソース電極17との間に形成されるチャンネル部
35の下方がアモルファスシリコン領域30とされ、該
アモルファスシリコン領域30の両側が結晶化領域31
とされている。この結晶化領域31は光電流によって発
生するオフ電流を低減させるためのものであり、チャン
ネル部35を除いた全ての部分に形成されるのが望まし
いが、アドレスライン4とデータライン2とが交差する
箇所には結晶化領域を形成しないほうがよい、これは、
結晶化することにより、アドレスライン4とデータライ
ン2とが電気的に接触しやすくなり、ゲート絶縁層13
にピンホールが生じると短絡する虞があるからである。
Further, the semiconductor layer 14 includes an amorphous silicon region 30 and a crystallized region 31. The crystallized region 31 is formed up to a portion overlapping with the gate electrode 12 in a plan view, and is configured so that the amorphous silicon region 30 is not irradiated with light even if a light diffraction phenomenon occurs. That is, the semiconductor layer 14 has an amorphous silicon region 30 at least below the channel portion 35 formed between the drain electrode 16 and the source electrode 17, and crystallized regions 31 on both sides of the amorphous silicon region 30.
It is said that This crystallized region 31 is for reducing the off-state current generated by photocurrent, and is preferably formed in all parts except the channel part 35. It is better not to form crystallized regions where
Crystallization facilitates electrical contact between the address line 4 and the data line 2, and the gate insulating layer 13
This is because if a pinhole occurs in the circuit, there is a risk of a short circuit.

したがって、結晶化領域31は、アドレスライン4とデ
ータライン2とが交差する箇所を除いた部分(第2図、
斜線部Cで示す)に形成するのが最も好ましい。また、
この結晶化領域31は、多結晶シリコン、微結晶シリコ
ン等で構成される。
Therefore, the crystallized region 31 is a portion excluding the intersection of the address line 4 and the data line 2 (see FIG.
It is most preferable to form it in the shaded area C). Also,
This crystallized region 31 is made of polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, or the like.

前記半導体層14の膜厚はTFTlのオフ電流及び光照
射時の光電流に大きく依存する0本発明では通常200
人〜4000人が採用され、より好ましくは500人〜
3000人の範囲である。
The thickness of the semiconductor layer 14 depends largely on the off-state current of the TFTl and the photocurrent during light irradiation. In the present invention, the thickness is usually 200.
~4000 people are employed, more preferably ~500 people.
The number is in the range of 3,000 people.

成膜温度としては良好な膜特性を得るために100℃〜
400℃が望ましく、より好ましくは200℃〜300
℃の範囲である。
The film forming temperature is 100℃~ to obtain good film properties.
Desirably 400°C, more preferably 200°C to 300°C
℃ range.

結晶化領域31とゲート絶縁113との界面には主とし
てA[等の金属からなる光遮蔽層34が形成されている
。該光遮蔽層34は、後述するようにアモルファスシリ
コンと金属との間で生じる固相拡散反応により結晶化領
域31の形成と略同時に形成される。
A light shielding layer 34 mainly made of a metal such as A is formed at the interface between the crystallized region 31 and the gate insulator 113. The light shielding layer 34 is formed substantially simultaneously with the formation of the crystallized region 31 by a solid-phase diffusion reaction occurring between amorphous silicon and metal, as will be described later.

尚、この後、さらに水素アニール処理をすることにより
粒界特性等の結晶性や電界効果移動度等のトランジスタ
特性を改善することができる。この水素アニール処理は
、例えば試料を熱処理炉に入れて行なう、アニール温度
は、アモルファスシリコンの成膜温度を越えない温度で
行なうのが良い。また、前記水素アニール処理の別の方
法として、試料をプラズマCVD装置にセットし、水素
ガスを導入しプラズマを生じさせることにより行なうこ
ともできる。この方法によれば、水素アニール処理の後
、引き続いて前記プラズマ装置内でnゝアモルファスシ
リコン層15の形成ができるので、製造工程の時間的短
縮が図れる。
Note that by further performing hydrogen annealing treatment after this, transistor characteristics such as crystallinity such as grain boundary characteristics and field effect mobility can be improved. This hydrogen annealing treatment is performed by placing the sample in a heat treatment furnace, for example, and the annealing temperature is preferably performed at a temperature that does not exceed the film formation temperature of amorphous silicon. Further, as another method of the hydrogen annealing treatment, the sample may be set in a plasma CVD apparatus, and hydrogen gas may be introduced to generate plasma. According to this method, the n amorphous silicon layer 15 can be formed in the plasma apparatus after the hydrogen annealing treatment, so that the manufacturing process time can be shortened.

しかして、半導体層14の上面にはn0アモルファスシ
リコン層15がオーミックコンタクト層として積層形成
されている。このn0アモルファスシリコン層15はキ
ャリアである電子の走行性を容易にし、かつ正孔の流れ
を阻止する目的で形成されるものであり、主としてシリ
コン系ガス、例えばSiH4とPH8との混合ガスによ
り形成されるa n”アモルファスシリコン層15の電
気的特性としては暗比抵抗が10’Ω・am〜10Ω・
amであることが望ましく、より好ましくは10’Ω・
cm〜102Ω・cmの範囲である。また活性化エネル
ギーとしては0.4eV〜口、leVが望ましく、より
好ましくは0.3.eV〜0.2eVの範囲である。n
ゝアモルファスシリコン層15の膜厚は膜の剥離防止等
のために適切な厚さに決定する必要があるが、通常は1
00人〜1000人が望ましく、より好ましくは100
A〜500Aの範囲である。
Thus, an n0 amorphous silicon layer 15 is laminated on the upper surface of the semiconductor layer 14 as an ohmic contact layer. This n0 amorphous silicon layer 15 is formed for the purpose of facilitating the movement of electrons, which are carriers, and blocking the flow of holes, and is mainly formed of a silicon-based gas, for example, a mixed gas of SiH4 and PH8. As for the electrical characteristics of the a n'' amorphous silicon layer 15, the dark specific resistance is 10'Ω·am to 10Ω·
It is desirable that it is am, more preferably 10'Ω・
The range is from cm to 102Ω·cm. Furthermore, the activation energy is preferably 0.4 eV to 1,000 leV, more preferably 0.3. It is in the range of eV to 0.2 eV. n
The film thickness of the amorphous silicon layer 15 needs to be determined to be an appropriate thickness in order to prevent film peeling, etc., but it is usually 1.
00 to 1000 people is desirable, more preferably 100 people
The range is from A to 500A.

さらに、前記n0アモルファスシリコン層15の上面に
は一端がゲート絶縁層13に接合されたドレイン電極1
6と、一端が画素3に接続されたソース電極17とが、
チャンネル部35を挟んで対向状に形成されている。
Further, on the upper surface of the n0 amorphous silicon layer 15, a drain electrode 1 whose one end is connected to the gate insulating layer 13 is provided.
6 and a source electrode 17 whose one end is connected to the pixel 3.
They are formed to face each other with the channel portion 35 in between.

ドレイン電極16及びソース電極17は、通常Cr、M
o、Ti等の高融点金属層16a、17a、17cとA
J2層16b、17bとの積層構造とすることによって
特性の安定化が図られている。高融点金属層16a、1
7a、17cの膜厚としては膜の剥離等を考慮して10
0人〜1000人とするのが望ましく、より好ましくは
100人〜500人の範囲である。またAI2層16b
、17bの厚みとしては2000人〜2μm程度とする
のが望ましく、より好ましくは5000人〜1.5um
の範囲である。
The drain electrode 16 and the source electrode 17 are usually made of Cr, M
o, high melting point metal layers 16a, 17a, 17c such as Ti and A
Stabilization of characteristics is achieved by forming a laminated structure with J2 layers 16b and 17b. High melting point metal layer 16a, 1
The film thickness of 7a and 17c is 10% considering the peeling of the film etc.
The range is preferably 0 to 1000 people, more preferably 100 to 500 people. Also, AI2 layer 16b
, the thickness of 17b is preferably about 2,000 to 2 μm, more preferably 5,000 to 1.5 μm.
is within the range of

前記チャンネル部35には保護膜18が形成されている
。この保護ll118は、該チャンネル部35の湿気や
汚染によるTPTの劣化を防止する目的で形成され、通
常ゲート絶縁層13と同様、プラズマCVD法により形
成されたSiN膜等が用いられる。また、その膜厚は5
00人〜5000人の範囲であることが望ましく、より
好ましくは1000人〜3000人の範囲である。
A protective film 18 is formed on the channel portion 35 . This protection layer 118 is formed for the purpose of preventing deterioration of the TPT due to moisture or contamination in the channel portion 35, and is typically made of a SiN film or the like formed by plasma CVD, similar to the gate insulating layer 13. Also, the film thickness is 5
The range is preferably from 00 to 5,000 people, more preferably from 1,000 to 3,000 people.

尚、この後、さらに熱処理炉内で水素アニール処理を施
すことにより眉間の密着性を向上させ、電界効果移動度
などのトランジスタ特性等を改善することができる。
Note that by further performing hydrogen annealing treatment in a heat treatment furnace after this, it is possible to improve the adhesion between the eyebrows and improve transistor characteristics such as field effect mobility.

次に、本発明の薄膜半導体装置の製造方法を第4図に基
づき説明する。
Next, a method for manufacturing a thin film semiconductor device according to the present invention will be explained based on FIG.

■ガラス基板ll上にCrからなるゲート電極12兼用
のアドレスライン4をバターニングする(同図(a))
■ Patterning the address line 4 which also serves as the gate electrode 12 made of Cr on the glass substrate ll (FIG. 1(a))
.

■プラズマCVD法により、SiN等からなるゲート絶
縁層13、アモルファスシリコン層32、SiN等から
なる保護膜18を順次所定膜厚に積層形成した後、該保
護1lJI18の表面にフォトレジスト21aを塗布す
る(同図(b))。
■ After sequentially forming a gate insulating layer 13 made of SiN or the like, an amorphous silicon layer 32, and a protective film 18 made of SiN or the like to a predetermined thickness using the plasma CVD method, a photoresist 21a is applied to the surface of the protective layer 11JI18. (Figure (b)).

■第2図における斜線部Cに相当する部分の保護膜18
を周知のフォトエツチング加工技術を利用して除去する
(同図(c))。
■Protective film 18 in the area corresponding to the shaded area C in Figure 2
is removed using a well-known photo-etching technique (FIG. 4(c)).

■フォトレジスト21aを残した状態で、Aε、Ag、
Sn、In等の金属を抵抗加熱法により試料全面に蒸着
させ、金属膜20を形成する。金属1120の膜厚とし
ては、後述する固相拡散反応処理を考慮し、100人〜
1000人が望ましく、より好ましくは100人〜50
0人の範囲である(同図(d))。
■With the photoresist 21a left, Aε, Ag,
A metal film 20 is formed by depositing a metal such as Sn or In on the entire surface of the sample using a resistance heating method. The film thickness of the metal 1120 is determined to be 100 or more, taking into account the solid phase diffusion reaction treatment described below.
1000 people is desirable, more preferably 100 to 50 people
The number is in the range of 0 ((d) in the same figure).

■前記保護m1Bを除去した部分(前記0部)以外の部
分の金属膜20を、リフトオフ法によりフォトレジスト
21aと共に除去する(同図(e))。
(2) A portion of the metal film 20 other than the portion where the protection m1B has been removed (the 0 portion) is removed together with the photoresist 21a by a lift-off method (FIG. 2(e)).

0次に、アモルファスシリコン層32と金属膜20との
間で固相拡散反応を起こさせ、結晶化領域31と光遮蔽
層34を形成する。
Next, a solid phase diffusion reaction is caused between the amorphous silicon layer 32 and the metal film 20 to form a crystallized region 31 and a light shielding layer 34.

該固相拡散反応を行なう手段としては、電子ビームアニ
ール法やレーザービームアニール法で行なうことも可能
であるが、大面積の基板において容易かつ迅速に結晶化
領域を形成するためには熱アニール法で行なうのが好ま
しい。すなわち、この熱アニール法により熱処理を施し
てアモルファスシリコン層32と金属膜20との接触面
間で固相拡散反応を起こさせ、金属膜20を形成してい
る金属をアモルファスシリコン層32内に拡散させて結
晶化させ結晶化領域31を形成する。さらに、前記金属
膜20を構成する金属は、この固相拡散反応により、ゲ
ート絶縁層13側に拡散してゆき、ゲート絶縁層13と
結晶化領域31との界面に、主として前記金属からなる
光遮蔽層34を形成するゆ アニール温度はプラズマCVD装置においてアモルファ
スシリコン層32を形成する際の基板温度を越えること
はできないが、該基板温度が300°Cの場合、150
℃〜300℃が望ましく、より好ましくは200℃12
80℃の範囲である。また、アニール時間は5〜30分
間が望ましく、より好ましくは10〜20分間の範囲で
ある。
Although electron beam annealing and laser beam annealing can be used to carry out the solid-phase diffusion reaction, thermal annealing is preferred in order to easily and quickly form crystallized regions on large-area substrates. It is preferable to do so. That is, heat treatment is performed using this thermal annealing method to cause a solid phase diffusion reaction between the contact surfaces of the amorphous silicon layer 32 and the metal film 20, and the metal forming the metal film 20 is diffused into the amorphous silicon layer 32. The crystallized region 31 is formed by crystallization. Further, the metal constituting the metal film 20 is diffused toward the gate insulating layer 13 side by this solid phase diffusion reaction, and a light mainly made of the metal is diffused to the interface between the gate insulating layer 13 and the crystallized region 31. The annealing temperature for forming the shielding layer 34 cannot exceed the substrate temperature for forming the amorphous silicon layer 32 in a plasma CVD apparatus, but if the substrate temperature is 300°C,
℃~300℃, more preferably 200℃12
The temperature range is 80°C. Further, the annealing time is desirably 5 to 30 minutes, more preferably 10 to 20 minutes.

尚、このアニール処理の後、表面に残った金属膜20を
薬品で洗浄除去する(同図(f))。
After this annealing treatment, the metal film 20 remaining on the surface is removed by cleaning with chemicals (FIG. 2(f)).

■次に、試料表面にフォトレジスト21bを塗布する(
同図(g))。
■Next, apply photoresist 21b to the sample surface (
Figure (g)).

■前記フォトエツチング加工技術を利用してドレイン電
極16とソース1を極17との間に形成されるチャンネ
ル部35以外の保護膿18を除去する(同図(h))。
(2) The protective pus 18 other than the channel portion 35 formed between the drain electrode 16 and the source 1 and the pole 17 is removed by using the photo-etching technique (FIG. 1(h)).

■フォトレジスト21bを残した状態で、試料表面に0
0アモルファスシリコン115、Cr等の高融点金属層
16a (17a)を形成する(同図(i) ) 。
■With the photoresist 21b remaining, 0 is applied to the sample surface.
A high melting point metal layer 16a (17a) such as 0 amorphous silicon 115 and Cr is formed (FIG. 1(i)).

[相]リフトオフ法によりフォトレジスト21bと共に
、前記保護11118上のn”アモルファスシリコン層
15、高融点金属層16a(17a)を除去する(同図
(j))。
[Phase] The n'' amorphous silicon layer 15 and the high melting point metal layer 16a (17a) on the protection 11118 are removed together with the photoresist 21b by a lift-off method (FIG. 6(j)).

■この後、再び周知のフォトエツチング加工技術を利用
して所定形状の半導体層14、nゝアモルファスシリコ
ン層15、高融点金属層16a、17aを形成する。(
同図(k))。
(2) Thereafter, the semiconductor layer 14, the amorphous silicon layer 15, and the high melting point metal layers 16a and 17a having a predetermined shape are formed again using the well-known photoetching technique. (
Figure (k)).

0次に、スパッタリング法により、Snow、又はSn
owとInとの混合物をゲート絶縁層13の表面に蒸着
させて画素3を形成した後、適宜フォトエツチング加工
を施し、画素3の一方の端部に高融点金属層17cを形
成する(同図(β))。
Next, by sputtering method, Snow or Sn
After forming a pixel 3 by depositing a mixture of ow and In on the surface of the gate insulating layer 13, appropriate photoetching is performed to form a high melting point metal layer 17c at one end of the pixel 3 (as shown in the figure). (β)).

■最後に試料表面にAβを蒸着させ、再び前記フォトエ
ツチング加工を施して、ドレイン電極16、ソース電極
17及びデータラインを形成する(同図(m))。
(2) Finally, Aβ is deposited on the surface of the sample, and the photoetching process is performed again to form a drain electrode 16, a source electrode 17, and a data line (FIG. 3(m)).

以上の方法により、薄膜半導体装置を製造することがで
きる。また、前述したように■の工程と■の工程との間
に水素アニール処理を施してもよい、さらに、[相]の
工程が終了した後、水素アニール処理を施してトランジ
スタ特性等を改善することもできる。
A thin film semiconductor device can be manufactured by the above method. Furthermore, as mentioned above, hydrogen annealing treatment may be performed between the step (1) and the step (2).Furthermore, after the step [phase] is completed, hydrogen annealing treatment may be performed to improve transistor characteristics, etc. You can also do that.

2工 本発明に係る薄膜半導体装置によれば、半導体層が、ア
モルファスシリコン領域と結晶化領域とからなり、かつ
前記結晶化領域が、少なくともチャンネル部を除いた部
分に形成され、さらにゲート絶縁層と結晶化領域との界
面には光遮蔽層が形成されているので、少なくともチャ
ンネル部を除いた部分が結晶化されると共に光の遮蔽が
なされることとなる。したがって、半導体層のうち、チ
ャンネル部を除いた部分は、光の遮蔽及び可視光に対し
て感度が低(なっていることとが相まって光キャリアの
発生が抑制される。
2. According to the thin film semiconductor device according to the present invention, the semiconductor layer includes an amorphous silicon region and a crystallized region, and the crystallized region is formed at least in a portion excluding a channel portion, and further includes a gate insulating layer and a crystallized region. Since a light shielding layer is formed at the interface with the crystallized region, at least the portion excluding the channel portion is crystallized and light is shielded. Therefore, the portion of the semiconductor layer other than the channel portion is shielded from light and has low sensitivity to visible light, and together with this, the generation of photocarriers is suppressed.

さらに、上記薄膜半導体装置の製造方法は、その製造過
程において、ゲート絶縁層の表面にアモルファスシリコ
ン層を形成し、少なくともチャンネル部上を除いた部分
のアモルファスシリコン層に金属膜を形成させた後、ア
モルファスシリコン層と金属膜との間で固相拡散反応を
起こさせ、金属をアモルファスシリコン層内に拡散させ
て結晶化領域及び光遮蔽層を形成したので、これら結晶
化領域及び光遮蔽層を確実に効率よく形成することがで
きる。
Furthermore, in the manufacturing process of the thin film semiconductor device, an amorphous silicon layer is formed on the surface of the gate insulating layer, and a metal film is formed on the amorphous silicon layer at least on a portion other than the channel portion. A solid phase diffusion reaction is caused between the amorphous silicon layer and the metal film, and the metal is diffused into the amorphous silicon layer to form the crystallized region and the light shielding layer. can be formed efficiently.

1立コ 以下、本発明にかかる実施例を説明する。1 standing Examples according to the present invention will be described below.

尚、構成部品の符合は、「課題を解決するための手段」
に用いた符合と同一符合を付することとする(第1図〜
第4図参照〕。
In addition, the code of the component parts is "means to solve the problem"
The same reference numerals as those used in Figures 1-
See Figure 4].

充分に洗浄した5インチ角のガラス基板11に膜厚10
00人のCrを蒸着させ、この後フォトエツチングによ
りゲート電極12を兼ねたアドレスライン4のパターン
を形成した。TPTとしてのチャンネル長さしは8μr
ri、チャンネル幅Wは200μmに形成した。
A film with a thickness of 10 mm was applied to a thoroughly cleaned 5 inch square glass substrate 11.
000 Cr was vapor deposited, and then a pattern of address lines 4 which also served as gate electrodes 12 was formed by photo-etching. Channel length as TPT is 8μr
ri and channel width W of 200 μm.

その後ガラス基板11をプラズマCVD装置内にセット
し、真空容器内を排気するとともにガラス基板11を加
熱し、加熱温度を300℃に設定した。真空容器内の真
空度がl O”’Torr以下となったところで排気系
を拡散ポンプ(DP)からメカニカルブースターポンプ
(MBP)に切り替えるとともにマスフローコントロー
ラー(MFC)を介して100%SiH4を8 SCC
M、 N Hsを40SCCM、N□を80 SCCM
それぞれ流し、反応圧力が0.5 Torrとなるよう
に調節した。圧力が一定となったところで13.56M
H1の高周波(RF)電力を出力50Wに設定して20
分間印加し、SiNのゲート絶縁層13を形成した。形
成されたゲート絶縁層13は屈折率が1,82、光学的
バンドギャップEgが5.leV、比誘電率が6.1で
あった。また膜厚は3000人であった。
Thereafter, the glass substrate 11 was set in a plasma CVD apparatus, and while the inside of the vacuum container was evacuated, the glass substrate 11 was heated, and the heating temperature was set at 300°C. When the degree of vacuum inside the vacuum container became less than 1 O''' Torr, the exhaust system was switched from the diffusion pump (DP) to the mechanical booster pump (MBP), and 100% SiH4 was pumped through the mass flow controller (MFC) at 8 SCC.
M, NHs 40SCCM, N□ 80SCCM
The reaction pressure was adjusted to 0.5 Torr. 13.56M when the pressure becomes constant
Set the radio frequency (RF) power of H1 to an output of 50W and
The voltage was applied for a minute to form a gate insulating layer 13 of SiN. The formed gate insulating layer 13 has a refractive index of 1.82 and an optical band gap Eg of 5.82. leV and relative dielectric constant were 6.1. The film thickness was 3000 people.

次に、前記プラズマCVD装置内でSiNのゲート絶縁
層13上に膜厚1000人のアモルファスシリコン層3
2を形成した。形成条件は!00%S i H4をl0
3C(:M流し、反応圧力を0.2 Torr、高周波
(RF)電力の出力を100Wにそれぞれ設定して行な
った。また、成膜時間は8分間であった。形成されたア
モルファスシリコン層32は電気的特性として、暗比抵
抗ρd=2X10I0Ω・cm、活性化エネルギーEa
=0.7eV、光学的特性として光学的バンドギャップ
Eg=1.75eVであった。
Next, in the plasma CVD apparatus, an amorphous silicon layer 3 with a thickness of 1000 nm is formed on the SiN gate insulating layer 13.
2 was formed. What are the formation conditions? 00%S i H4 l0
3C (:M flow), reaction pressure was set to 0.2 Torr, and radio frequency (RF) power output was set to 100 W. The film forming time was 8 minutes. The formed amorphous silicon layer 32 As electrical characteristics, dark specific resistance ρd=2X10I0Ω・cm, activation energy Ea
= 0.7 eV, and as an optical characteristic, the optical band gap Eg = 1.75 eV.

次に、前記プラズマCVD装置内において、アモルファ
スシリコン層32上にSiNからなる膜厚1500人の
保護膜18を堆積させた。成膜条件はSiNのゲート絶
縁層13と同じで、成膜時間は10分間であった。
Next, in the plasma CVD apparatus, a protective film 18 made of SiN and having a thickness of 1500 nm was deposited on the amorphous silicon layer 32. The film forming conditions were the same as those for the SiN gate insulating layer 13, and the film forming time was 10 minutes.

該保護膜18を形成した後試料を取りだし、第2図にお
ける斜線部Cに相当する部分の保護膜18を周知のフォ
トエツチング加工技術を利用して除去する。
After forming the protective film 18, the sample is taken out, and the portion of the protective film 18 corresponding to the shaded area C in FIG. 2 is removed using a well-known photoetching technique.

その後、フォトレジスト21aを残したまま試料を真空
蒸着装置内にセットし、I X I O−”Torr以
下の真空度となったところでAf2を抵抗加熱法により
蒸着させた。膜厚は450人であった。
Thereafter, the sample was placed in a vacuum evaporation apparatus with the photoresist 21a remaining, and Af2 was evaporated by the resistance heating method when the degree of vacuum was less than IXIO-''Torr. there were.

次に、リフトオフ法により試料表面に付着したA2一部
残してをフォトレジスト21aと共に除去する。
Next, a portion of the A2 adhering to the sample surface is removed together with the photoresist 21a by a lift-off method.

この後、試料を熱処理炉にセットし、N2をif2/m
inの流量で流し、250℃で15分間アニール処理し
た0表面に残ったAεを熱リン酸で除去し洗浄した。尚
、この段階で結晶化領域31及び光遮薇層34の形成が
完了する。ここで、固相拡散反応終了後、FT−IRで
別途結晶化領域31の水素含有量を測定したところ、水
素含有量は、1%であった。
After this, the sample was set in a heat treatment furnace, and N2 was heated at if2/m
The Aε remaining on the surface of the film was annealed at 250° C. for 15 minutes using hot phosphoric acid and washed. Note that the formation of the crystallized region 31 and the light shielding layer 34 is completed at this stage. Here, after the solid-phase diffusion reaction was completed, the hydrogen content in the crystallized region 31 was separately measured by FT-IR, and the hydrogen content was 1%.

次に、試料表面にフォトレジスト21bを塗布した後、
ドレイン電極16とソース電極17との間に形成される
チャンネル部35以外の保護膜18を除去する。
Next, after applying photoresist 21b to the sample surface,
The protective film 18 other than the channel portion 35 formed between the drain electrode 16 and the source electrode 17 is removed.

その後、再びプラズマCVD装置内に試料をセットし、
nゝアモルファスシリコン層15を形成した。形成条件
は、基板温度を120℃とし、100%SiH4を10
SCCM11%H8ベースとしたPH1をIO3ccM
それぞれ流し、反応圧力を0.2Torr 、高周波(
RF)電力の出力を100Wに設定して印加し、4分間
成膜を行なった。形成されたn1アモルファスシリコン
層15の膜厚は500人であった。このn4アモルファ
スシリコン層15の特性は別途性なった実験から暗比抵
抗pci=5ooΩ・cm、活性化エネルギーEa=O
12eV、光学的バンドギャップEg=1.7eVであ
った。
After that, set the sample in the plasma CVD apparatus again,
An amorphous silicon layer 15 was formed. The formation conditions were a substrate temperature of 120°C, 100% SiH4
SCCM11%H8 based PH1 IO3ccM
The reaction pressure was 0.2 Torr, and high frequency (
RF) power was applied with the output set to 100 W, and film formation was performed for 4 minutes. The thickness of the formed n1 amorphous silicon layer 15 was 500 mm. The characteristics of this n4 amorphous silicon layer 15 were determined from a separate experiment: dark specific resistance pci=5ooΩ・cm, activation energy Ea=O
The optical bandgap Eg was 12 eV, and the optical band gap Eg was 1.7 eV.

次に、試料を真空蒸着装置内にセットし、Crをタング
ステンボート加熱して試料表面に膜厚300人のCr層
(高融点金属層16a(17a))を形成した。
Next, the sample was set in a vacuum evaporation apparatus, and Cr was heated in a tungsten boat to form a 300-layer Cr layer (high melting point metal layer 16a (17a)) on the sample surface.

次に、リフトオフ法によりチャンネル部35のCr層及
びnゝアモルファスシリコン層15をフォトレジスト2
1bと共に除去した。
Next, the Cr layer of the channel portion 35 and the amorphous silicon layer 15 are removed using the photoresist 2 by a lift-off method.
It was removed along with 1b.

この後、フォトエツチングして所定形状の半導体層14
、n0アモルファスシリコン層15、Cr層(高融点金
属層16a、17a)を形成した。
After that, photoetching is performed to form the semiconductor layer 14 into a predetermined shape.
, an n0 amorphous silicon layer 15, and a Cr layer (high melting point metal layers 16a and 17a).

次に、再び基板ガラス基板11を真空蒸着装置内にセッ
トし、スパッタリング法により、SnO□とInとの混
合物をゲート絶縁層13の表面に蒸着させ、画素3(透
明電極)を形成した。形成された画素3の膜厚は100
0人であり、その寸法は300 u m、 x 300
 g mであった。
Next, the glass substrate 11 was again set in the vacuum deposition apparatus, and a mixture of SnO□ and In was deposited on the surface of the gate insulating layer 13 by sputtering to form the pixel 3 (transparent electrode). The film thickness of the formed pixel 3 is 100
0 people, and its dimensions are 300 um, x 300
It was g m.

この後、前述と同様、タングステンボート加熱及びフォ
トエツチング加工によ、す、画素3端部に膜厚300人
のCr層(高融点金属層17C)を形成した。
Thereafter, in the same manner as described above, a Cr layer (high melting point metal layer 17C) having a thickness of 300 was formed at the end of the pixel 3 by tungsten boat heating and photoetching.

そしてその後、電子ビーム蒸着法により試料表面全域に
膜厚1.0μmのA2層を形成した。
Thereafter, an A2 layer with a thickness of 1.0 μm was formed over the entire surface of the sample by electron beam evaporation.

その後、再び上記フォトエツチング加工を施し、さらに
Af2をリン酸系水溶液によって除去して、ドレイン電
極16、ソース電極17及びデータライン2を形成した
Thereafter, the above photoetching process was performed again, and Af2 was removed using a phosphoric acid-based aqueous solution to form a drain electrode 16, a source electrode 17, and a data line 2.

以上の様にして作成された薄膜半導体装置の電気的特性
を以下に示す。
The electrical characteristics of the thin film semiconductor device produced as described above are shown below.

初期特性(背面光非照射時) 電界効果移動度(u)  : 0.2 cm” /V 
・sea閾値電圧(VT )    : 3V ドレイン電圧(Va):IOV オン電流 ゲート電圧(■、)が25Vのとき 1×10°IA ゲート電圧(Vg)が15Vのとき 1×10″8A オフ電流 ゲート電圧(■、)が0■のとき 5×10°” A ゲート電圧(■、)が−lO■のとき 5X10−”A オン電流/オフ電流: 約10a 背面光照射時 背面光の照度(Lux)  :  20001uxドレ
イン電圧(V、):  IOV オン電流 ゲート電圧(V、)が25Vのとき lXl0−’A ゲート電圧(V、)が15Vのとき lXl0−’A オフ電流 ゲート電圧cvg)がOVのとき 5X 10−11A ゲート電圧(V、)が−10Vのとき lXl0”A オン電流/オフ電流: 約105〜10’また。■、−
1,特性を第5図に示す。
Initial characteristics (without backlight irradiation) Field effect mobility (u): 0.2 cm”/V
・Sea threshold voltage (VT): 3V Drain voltage (Va): IOV On current gate voltage (■, ): 1 x 10°IA when gate voltage (■, ) is 25V 1 x 10''8A when gate voltage (Vg) is 15V Off current gate When the voltage (■, ) is 0■, it is 5×10°"A When the gate voltage (■, ) is -lO■, it is 5X10-"A On current/off current: Approximately 10a Illuminance of the backlight (Lux ) : 20001ux Drain voltage (V, ): IOV When the on-current gate voltage (V, ) is 25V, lXl0-'A When the gate voltage (V, ) is 15V, lXl0-'A Off-current gate voltage cvg) is OV When 5X 10-11A When gate voltage (V, ) is -10V, 1X10''A On current/Off current: Approximately 105~10'Also. ■、−
1.Characteristics are shown in Figure 5.

このように背面光非照射時において10” A以下であ
ったオフ電流は、背面光照射時においても高々10−1
1〜10−”Aに上昇するのみであり、光照射時におい
てもオンオフ比が10’〜108の良好なオンオフ特性
を示すことが判る。
In this way, the off-state current, which was less than 10" A when the backlight was not illuminated, is at most 10" A even when the backlight is illuminated.
It can be seen that the on-off ratio only increases from 1 to 10-''A, and exhibits good on-off characteristics with an on-off ratio of 10' to 108 even during light irradiation.

比較困 半導体層14に結晶化領域31を設けず、半導体層14
をすべてアモルファスシリコンで構成した以外はすべて
実施例と同一の条件でTPTを形成した。
The semiconductor layer 14 is not provided with the crystallized region 31 in the comparatively difficult semiconductor layer 14.
The TPT was formed under the same conditions as in the example except that the TPT was made of amorphous silicon.

この比較例の電気的特性を以下に示す。The electrical characteristics of this comparative example are shown below.

初期特性(背面光非照射時) 電界効果移動度(u)  : 0.5 cm” /V−
see閾値電圧(■〒)    :1.OV ドレイン電圧(Va )  : 10Vオン電流 ゲート電圧(Vg )が25Vのとき 1×  10°4A ゲート電圧(Vg )が15Vのとき 7×10″IIA オフ電流 ゲート電圧(vg)がOVのとき 1×10°1m A ゲート電圧(■、)が−10Vのとき 5XIO−”A オン電流/オフ電流;約10” 背面光照射時 背面光の照度(lux)  :  20001uxドレ
イン電圧(Va)ニ ドレイン電流(工。)−。
Initial characteristics (without backlight irradiation) Field effect mobility (u): 0.5 cm”/V-
See threshold voltage (■〒): 1. OV Drain voltage (Va): 10V On current: 1 x 10° 4A when gate voltage (Vg) is 25V 7 x 10''IIA when gate voltage (Vg) is 15V Off current: 1 when gate voltage (Vg) is OV ×10°1m A When the gate voltage (■, ) is -10V, 5 Engineering.)-.

オン電流 ゲート電圧(■、)が25Vのとき lXl0−’A ゲート電圧(■1)が15Vのとき lXl0−’A 0V オフ電流 ゲート電圧(■1)が0■のとき lXl0−’A ゲート電圧(V、)が−10Vのとき 5X10−”A オン電流/オフ電流:約10’ また、Va  It特性を第6図に示す。On current When the gate voltage (■,) is 25V lXl0-'A When the gate voltage (■1) is 15V lXl0-'A 0V Off current When gate voltage (■1) is 0■ lXl0-'A When the gate voltage (V, ) is -10V 5X10-”A On current/off current: approx. 10' Further, the Va It characteristics are shown in FIG.

以上のように背面光照射時におけるドレイン電流のオフ
電流が101A程度まで上昇し、オンオフ特性の低下が
顕著となっているのが認められる。
As described above, it is observed that the off-state current of the drain current during backlight irradiation increases to about 101 A, and the on-off characteristics are significantly deteriorated.

1亘Ω盈呈 以上詳述したように本発明に係る薄膜半導体装置は、背
面光が照射されると光電流が発生する半導体層が、アモ
ルファスシリコン領域と結晶化領域とからなり、かつ前
記結晶化領域が、少なくともチャンネル部を除いた部分
に形成され、さらに金属を主とする光遮蔽層が、前記ゲ
ート絶縁層と前記結晶化領域との界面に形成されている
ので、チャンネル部を除いた部分が結晶化されると共に
光の遮薇がなされ、この部分におけるキャリアの発生を
抑制することができる。したがって、オフ電流の小さい
良好な特性を有するTPTを具備した薄膜半導体装置を
得ることができるゆまた、上記薄膜半導体装置は、ゲー
ト絶縁層の表面にアモルファスシリコン層を形成し、少
な(ともチャンネル部上を除いた部分に位置するアモル
ファスシリコン層の表面に金属膜を形成させた後、固相
拡散反応により結晶化領域及び光遮蔽層を形成すること
により製造されたので、アモルファスシリコン層の結晶
化と光遮蔽層の形成な略同時に行なうことができ、これ
ら結晶化領域及び光遮蔽層を効率よ(形成することがで
きる。このように本発明の1IIIl[半導体装置の製
造方法は生産性に優れ、量産性に好適したものとなる。
1Ω emergence As described in detail above, in the thin film semiconductor device according to the present invention, the semiconductor layer that generates a photocurrent when irradiated with backlight is composed of an amorphous silicon region and a crystallized region, and A crystallized region is formed at least in a portion excluding the channel portion, and a light shielding layer mainly made of metal is formed at the interface between the gate insulating layer and the crystallized region. As the portion is crystallized, light is shielded, and generation of carriers in this portion can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain a thin film semiconductor device equipped with a TPT having good characteristics with a small off-state current. It was manufactured by forming a metal film on the surface of the amorphous silicon layer located in the part excluding the upper part, and then forming a crystallization region and a light shielding layer by solid phase diffusion reaction, so the crystallization of the amorphous silicon layer The formation of the crystallized region and the light shielding layer can be performed almost simultaneously, and the crystallized region and the light shielding layer can be formed efficiently. , it is suitable for mass production.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明に係る薄膜半導体装置に備えられるTP
Tの一実施例を示す断面図(第2図におけるA−A断面
図、第2図は本発明に係る薄膜半導体装置の一部省略平
面図、第3図は第2図におけるB−B断面図、第4図(
a)〜(m)は薄膜半導体装置の製造方法の一実施例を
示す断面図、第5図は本発明におけるV、−I。特性図
、第6図は比較例におけるV、−1,特性図、第7図は
本発明の薄膜半導体装置のレーザーラマンスペクトルを
比較例と共に示した特性図、第8図は固相拡散反応終了
後における試料のSIMSプロファイルを示す特性図、
第9図は従来例の一部を示す断面図である。 1・・・TPT (薄膜半導体素子)、2・・・データ
アイン、3・・・画素、4・・・アドレスライン、12
・・・ゲート電極、13・・・ゲート絶縁層、14・・
・半導体層、15・・・n″″ア″1モルフアスシリ3
2層ミックコンタクト層)、IB・・・ドレイン電極、
17・・・ソース電極、20・・・金属膜、30・・・
アモルファスシリコン領域、31・・・結晶化領域、3
2・・・アモルファスシリコン層、34・・・光遮蔽層
、35・・・チャンネル部。 特許a願人 : 住友金属工業株式会社代 理 人 :
 弁理士   井内龍二第 図 第3図 第2図 第4図 (j) (k) (i) (m) 第5図 VG(V) 第6図 第7図
[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIG. 1 shows a TP provided in a thin film semiconductor device according to the present invention.
A sectional view showing one embodiment of T (A-A sectional view in FIG. 2, FIG. 2 is a partially omitted plan view of the thin film semiconductor device according to the present invention, and FIG. 3 is a BB--B sectional view in FIG. 2) Figure, Figure 4 (
a) to (m) are cross-sectional views showing one embodiment of a method for manufacturing a thin film semiconductor device, and FIG. 5 shows V and -I in the present invention. Figure 6 is a characteristic diagram showing V, -1 in a comparative example, Figure 7 is a characteristic diagram showing the laser Raman spectrum of the thin film semiconductor device of the present invention together with a comparative example, and Figure 8 is a characteristic diagram showing the completion of solid phase diffusion reaction. A characteristic diagram showing the SIMS profile of the sample after
FIG. 9 is a sectional view showing a part of a conventional example. 1... TPT (thin film semiconductor element), 2... Data line, 3... Pixel, 4... Address line, 12
...Gate electrode, 13...Gate insulating layer, 14...
・Semiconductor layer, 15...n''''a''1 morphous silicon 3
2-layer contact layer), IB...drain electrode,
17... Source electrode, 20... Metal film, 30...
Amorphous silicon region, 31...Crystallization region, 3
2... Amorphous silicon layer, 34... Light shielding layer, 35... Channel portion. Patent a applicant: Sumitomo Metal Industries Co., Ltd. Agent:
Patent Attorney Ryuji Iuchi Figure 3 Figure 2 Figure 4 (j) (k) (i) (m) Figure 5 VG (V) Figure 6 Figure 7

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)アドレスラインと、該アドレスラインと直交状に
配設されたデータラインと、薄膜半導体素子と、画素と
を備え、前記薄膜半導体素子を構成するゲート電極と、
ドレイン電極及びソース電極との間に、ゲート絶縁層、
半導体層、オーミックコンタクト層が順次積層されてな
る薄膜半導体装置において、 前記半導体層が、アモルファスシリコン領域と、結晶化
領域とからなり、 かつ、前記結晶化領域が、少なくともチャンネル部を除
いた部分に形成され、 さらに、金属を主とする光遮蔽層が、前記ゲート絶縁層
と前記結晶化領域との界面に形成されていることを特徴
とする薄膜半導体装置。
(1) A gate electrode comprising an address line, a data line disposed perpendicular to the address line, a thin film semiconductor element, and a pixel, and forming the thin film semiconductor element;
Between the drain electrode and the source electrode, a gate insulating layer,
In a thin film semiconductor device in which a semiconductor layer and an ohmic contact layer are sequentially stacked, the semiconductor layer is composed of an amorphous silicon region and a crystallized region, and the crystallized region is formed at least in a portion excluding a channel portion. A thin film semiconductor device, further comprising a light shielding layer mainly made of metal, formed at an interface between the gate insulating layer and the crystallized region.
(2)ゲート絶縁層の表面にアモルファスシリコン層を
形成する工程、 前記アモルファスシリコン層の表面に金属膜を形成する
工程、 少なくともチャンネル部上の前記金属膜を除去する工程
、 前記金属膜と前記アモルファスシリコン層との間で固相
拡散反応を生じさせることにより、結晶化領域及び光遮
蔽層を形成する工程、 を含むことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
(2) forming an amorphous silicon layer on the surface of the gate insulating layer; forming a metal film on the surface of the amorphous silicon layer; removing the metal film on at least the channel portion; A method for manufacturing a thin film semiconductor device, comprising: forming a crystallized region and a light shielding layer by causing a solid phase diffusion reaction with a silicon layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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