JPH0277159A - Thin film semiconductor element - Google Patents

Thin film semiconductor element

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Publication number
JPH0277159A
JPH0277159A JP63229456A JP22945688A JPH0277159A JP H0277159 A JPH0277159 A JP H0277159A JP 63229456 A JP63229456 A JP 63229456A JP 22945688 A JP22945688 A JP 22945688A JP H0277159 A JPH0277159 A JP H0277159A
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JP
Japan
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layer
amorphous silicon
ohmic contact
group
contact layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP63229456A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Miki
明 三城
Kenji Komaki
賢治 小巻
Naoki Ikeda
直紀 池田
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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 JPH0277159A publication Critical patent/JPH0277159A/en
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Abstract

PURPOSE:To restrain the photocarriers from being produced by a method wherein at least two kinds of elements belonging to the IV group and at least one kind of element belonging to the V group in the periodic table are contained in an ohmic contact layer. CONSTITUTION:At least two kinds of elements belonging to the IV group and at least one kind of element belonging to the V group in the periodic table excluding silicon atoms are contained in an ohmic contact layer 21 near an amorphous silicon layer 20 most easily producing photocarriers during photoirradiating process. Thus, this ohmic contact layer 21 becomes a layer in narrow optical band gap and low photosensitivity to any visible light so that any scattering light may be absorbed into the ohmic contact layer 21 to restrain the photocarriers from being produced. Furthermore, the parts of the amorphous silicon layer 20 excluding the channel part can be formed thinner than the channel part, thereby restraining the photocarriers themselves from being produced in the amorphous silicon layer 20.

Description

【発明の詳細な説明】 11上立且ユ分1 本発明は薄膜半導体素子、より詳細にはアモルファス絶
縁層、アモルファスシリコンから構成される半導体層お
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^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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a thin film semiconductor device, more specifically a thin film semiconductor device including an amorphous insulating layer, a semiconductor layer made of amorphous silicon, and an ohmic contact layer, For example, it relates to those applied to active matrix drive type flat panel displays.

え米二弦l 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(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イ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。
As information technology advances in recent years, even higher definition and brightness are desired 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 displays and have a high future potential.The driving methods for this LCD include a simple matrix drive method and an active matrix drive method. The method is to arrange a switch element for each pixel and drive and control each pixel independently.Therefore, each pixel has 100
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界面の清浄性
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 film interface.

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図に示す。
Next, the conventional amorphous silicon thin film semiconductor device (TP
The structure of T) is shown in FIG.

ガラス基板11の上面(第4図中上側)にはゲート電極
12がパ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00ア
モルファスシリコン層15が積層形成されている。この
n′アモルファスシリコン層I5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。またドレイン電極
16とソース電極17の間には保護膜18が形成されて
いる。ここでオーミックコンタクト層としてのn1アモ
ルファスシリコン層15はゲート電極12上のチャンネ
ル部に誘起された電子を迅速にソース電極17またはド
レイン電極16に輸送するとともにチャンネル部に蓄積
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6が ンしよ と る、:I 
φ 上記したようなアモルファスシリコンTPTのアモルフ
ァスシリコン層14は可視光に対する良好な光導電体で
あり、アモルファスシリコンTPTを用いたTFTLC
Dでは背面光(バックライト)を用いているため、この
背面光がアモルファスシリコン層14を励起し、キャリ
アを発生することによりゲート電圧買時のドレイン電流
(オフ電流)を上昇させる。オフ電流が上昇するとTP
T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。すなわち、アモルファスシリコンTFT
LCDにおいては、液晶層に電荷を一定時間掛けること
により、文字または画像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動き一定時間の
間、液晶層に蓄積された信号電荷を保持することが不可
能となり、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
表示特性を得るためには、背面光照射時の光キャリアに
よるオフ電流の少ない、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
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 laminated on the upper surface of the gate electrode 12. Furthermore, an amorphous silicon layer 14 is laminated on the upper surface of this gate insulating film 13, and a 00 amorphous silicon layer 15 as an ohmic contact layer is laminated on the upper surface of this amorphous silicon layer 14. A drain electrode 16 is further laminated on the upper surface of the n' amorphous silicon layer I5, and a source electrode 17 is formed at a predetermined location horizontally opposite the drain electrode 16 with the gate electrode 12 in between. Further, a protective film 18 is formed between the drain electrode 16 and the source electrode 17. Here, the n1 amorphous silicon layer 15 as an ohmic contact layer quickly transports electrons induced in the channel portion on the gate electrode 12 to the source electrode 17 or the drain electrode 16, and the flow of holes accumulated in the channel portion ( 6, which has the function of blocking off-state current (off-state current) and reducing leakage current.
φ The amorphous silicon layer 14 of amorphous silicon TPT as described above is a good photoconductor for visible light, and TFTLC using amorphous silicon TPT
In D, since a backlight is used, this backlight excites the amorphous silicon layer 14 and generates carriers, thereby increasing the drain current (off current) when the gate voltage is applied. When the off-state current increases, TP
The on-off ratio of T decreases, resulting in deterioration of the display characteristics of the LCD. That is, amorphous silicon TFT
In LCDs, characters or images are displayed by applying a charge to the liquid crystal layer for a certain period of time. However, if the off-state current is large, this acts as a leakage current and drains the signal charge accumulated in the liquid crystal layer for a certain period of time. It becomes impossible to maintain the image, and the contrast ratio and image stability deteriorate significantly. 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.

ロ 占  ゛するための 本発明はかかる問題点に鑑みて発明された薄膜半導体素
子であって、アモルファス絶縁層、アモルファスシリコ
ンから構成される半導体層およびオーミックコンタクト
層を含み、前記オーミックコンタクト層が元素の周期律
表の第IV族に属する元素の少なくとも2種および第V
族に属する元素の少なくとも1種を含有していることを
特徴としている。
The present invention is a thin film semiconductor device invented in view of the above problems, which includes an amorphous insulating layer, a semiconductor layer made of amorphous silicon, and an ohmic contact layer, the ohmic contact layer being made of an element. At least two elements belonging to Group IV of the periodic table and Group V
It is characterized by containing at least one element belonging to the group.

またアモルファス絶縁層、アモルファスシリコンから構
成される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、前記オーミックコンタクト層
が元素の周期律表の第IV族に属する元素の少なくとも
2種および第V族に属する元素の少なくとも1種を含有
するとともに前2半導体層のチャンネル部以外の部分の
厚さがチャンネル部の厚さに比較して薄く形成されてい
ることを特徴とするものである。
Further, there is provided a thin film semiconductor device including an amorphous insulating layer, a semiconductor layer made of amorphous silicon, and an ohmic contact layer, wherein the ohmic contact layer is made of at least two elements belonging to Group IV of the periodic table of elements and an element belonging to Group V of the periodic table. The first semiconductor layer is characterized in that the semiconductor layer contains at least one element belonging to the above group, and that the thickness of the portion of the first two semiconductor layers other than the channel portion is thinner than the thickness of the channel portion.

アモルファスシリコンTPTに背面光を照射して光キヤ
リア発生に基づくオフ電流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12とドレイン電極16と
の間、またはゲート電極12とソース電極17との間の
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12とドレイン電
極16との間、またはゲート電極12とソース電極17
との間の接合部のアモルファスシリコン層14内で発生
し、ドレイン1i極I6とソース電極17の間の電界に
よってドリフl−してゆくものと考えられる。
When we irradiated an amorphous silicon TPT with backlight and measured the off-current characteristics based on the generation of optical carriers, we found that the off-current during light irradiation is between the gate electrode 12 and the drain electrode 16 or between the gate electrode 12 and the source electrode 17. It was found that the overlap increases in proportion to the width of the overlap between them. That is, photocarriers mainly exist between the gate electrode 12 and the drain electrode 16 or between the gate electrode 12 and the source electrode 17.
It is thought that this phenomenon occurs within the amorphous silicon layer 14 at the junction between the drain electrode I6 and the source electrode 17, and drifts due to the electric field between the drain electrode I6 and the source electrode 17.

そこで本発明では、光照射時の光キャリアがもっとも発
生しやすいn3アモルファスシリコン層(オーミックコ
ンタクト層)近傍において光キャリアの発生を阻止する
とともに散乱光を吸収するために、前記オーミックコン
タクト層に元素の周期律表の第IV族に属する元素の少
なくとも2種および第V族に属する元素の少なくとも1
柿を含有させ、あるいは前記オーミックコンタクト層が
元素の周期律表の第IV族に属する元素の少なくとも2
種および第V族に属する元素の少なくとも1種を含有す
るとともに前記半導体層のチャンネル部以外の部分の厚
さがチャンネル部の厚さに比較して薄く形成された薄膜
半導体を形成することとした。
Therefore, in the present invention, in order to prevent the generation of photocarriers in the vicinity of the n3 amorphous silicon layer (ohmic contact layer) where photocarriers are most likely to be generated during light irradiation and to absorb scattered light, an element is added to the ohmic contact layer. At least two elements belonging to Group IV of the periodic table and at least one element belonging to Group V
persimmon, or the ohmic contact layer contains at least two elements belonging to Group IV of the periodic table of elements.
A thin film semiconductor containing at least one species and an element belonging to Group V, and in which the thickness of a portion of the semiconductor layer other than the channel portion is thinner than the thickness of the channel portion is formed. .

以下本発明にかかる薄膜半導体素子の構成を詳述する。The structure of the thin film semiconductor device according to the present invention will be explained in detail below.

なお従来例と同一構造の部分については同一の符合を付
すこととする。
Note that parts having the same structure as those of the conventional example are given the same reference numerals.

ガラス基板11の上面(第1図中上側)にはゲート電極
12がバターニングされている。このゲート電極12は
Cr、Mo、Ta、AlまたはN1crlll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1
2の厚みは膜材料、目的とするTPTの構造あるいは配
線抵抗などにより決定されるが、本発明においては、3
00人ないし3000A、より望ましくは500人ない
し1500人の範囲で決定される。
A gate electrode 12 is patterned on the upper surface of the glass substrate 11 (upper side in FIG. 1). This gate electrode 12 is made of Cr, Mo, Ta, Al, N1crllll, or a laminated film of these. This gate electrode 1
The thickness of 2 is determined by the film material, the structure of the target TPT, the wiring resistance, etc., but in the present invention, the thickness of 3
It is determined in the range of 00 to 3000A, more preferably 500 to 1500 people.

上記ゲート電極12の上面にはゲート絶縁膜13が積層
形成されている。このゲート絶縁膜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。
A gate insulating film 13 is laminated on the upper surface of the gate electrode 12 . As the gate insulating film 13, a thin film having a high resistivity, excellent insulation properties, high breakdown voltage, and good interface properties is used.

このような条件を満たすゲート絶縁1113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、または5iON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Ta2O,1II1.Al2O3膜あるいはこれら
の積層膜を用いることができる。ゲート絶縁膜13とし
て例えばSiN膜を用いる場合にはシラン系のガス例え
ばS r )I 4とN Hsとの混合ガスまたは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法により分解堆積して形成
することができる。5iNllを用いる場合には基板温
度が膜特性に大きな影響を及ぼすところ、基板温度を通
常250℃以上、より望ましくは300℃以上とするこ
とが好ましい9本発明におけるゲート絶縁膜13の膜厚
は目的とするTPT特性を得るためにそれぞれ決定され
るが、通常は500人ないし5000人が望ましく、よ
り望ましくは1000人ないし3000人の範囲である
In the present invention, the gate insulator 1113 that satisfies these conditions is a SiN film, SiO film, or 5iON film formed by plasma CVD (glow discharge decomposition method), or Ta2O, 1II1. An Al2O3 film or a laminated film of these can be used. When using, for example, a SiN film as the gate insulating film 13, a silane-based gas such as a mixed gas of Sr)I4 and NHs or N2 is used.
It can be formed by decomposing and depositing a mixed gas of S i H4, NH, and N2 using a plasma CVD method. When using 5iNll, the substrate temperature has a large effect on the film properties, so it is preferable that the substrate temperature is usually 250°C or higher, more preferably 300°C or higher. The number is determined in order to obtain the desired TPT characteristics, but usually 500 to 5,000 people are desirable, and more preferably 1,000 to 3,000 people.

ゲート絶縁膜13の上面にはアモルファスシリコン層2
0が積層形成されている。アモルファスシリコン層20
は半導体層であり1通常プラズマCVD法によりシラン
系のガスを用いて容易に形成できる。このアモルファス
シリコン層20は後記するオーミックコンタクト層(ロ
゛アモルファスシリコン層)21の下部においては光照
射時の光電流の発生を低減するためにチャンネル部分の
厚さよりは薄く形成されており、薄い部分の厚みとして
は500Å以下とすることが望ましく、より望ましくは
300Å以下の範囲が良い。
An amorphous silicon layer 2 is formed on the upper surface of the gate insulating film 13.
0 are laminated. Amorphous silicon layer 20
is a semiconductor layer, and can be easily formed using a silane-based gas by a normal plasma CVD method. This amorphous silicon layer 20 is formed to be thinner than the thickness of the channel portion below the ohmic contact layer (lower amorphous silicon layer) 21, which will be described later, in order to reduce the generation of photocurrent during light irradiation. The thickness is preferably 500 Å or less, more preferably 300 Å or less.

アモルファスシリコン層20のチャンネル部の膜厚はT
PTのオフ電流および光照射時の光電流に太き(依存す
る0本発明では通常100人ないし3000人が採用さ
れ、より望ましくは200人ないし1000人の範囲で
ある。成III 2M度としては良好な膜特性を得るた
めに100℃ないし400℃が望ましく、より望ましく
は200℃ないし300℃の範囲である。
The thickness of the channel portion of the amorphous silicon layer 20 is T
In the present invention, usually 100 to 3000 people are employed, and more preferably 200 to 1000 people. In order to obtain good film properties, the temperature is preferably 100°C to 400°C, more preferably 200°C to 300°C.

前記アモルファスシリコン層20の上面にはn0アモル
ファスシリコン:60層21がオーミックコンタクト層
として積層形成されている。
On the upper surface of the amorphous silicon layer 20, an n0 amorphous silicon:60 layer 21 is laminated as an ohmic contact layer.

このn9アモルファスシリコン二Ge層21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る。さらには背面光照射
時の光を吸収し、光の散乱を防止する役目も有している
。このn0アモルファスシリコン二Ge層21は主とし
てシラン系のガス例えばS i Haと、Geを含むガ
ス例えばG e H4と、さらにはドーピングガスであ
るPH1との混合ガスにより形成される。n°アモルフ
ァスシリコン:60層21の電気的特性としては暗比抵
抗が10’Ω・cmないしlOΩ・Cl11であること
が望ましく、より望ましくは10’Ω・cmないし10
2Ω・cmの範囲である。また活性化エネルギーとして
は0.4eVないし0.1eVが望ましく、より望まし
くは0.3eVないし0.2eVの範囲が良い。n0ア
モルファスシリコン=Ge層21の膜厚は膜のはがれ防
止などのために適切に決定する必要があるが、通常は1
00人ないし2000人が望ましく、より望ましくは2
00人ないし1000人の範囲である。
This n9 amorphous silicon bi-Ge layer 21 is formed for the purpose of facilitating the movement of electrons, which are carriers, and blocking the flow of holes. Furthermore, it also has the role of absorbing light during backlight illumination and preventing light scattering. This n0 amorphous silicon two-Ge layer 21 is mainly formed of a mixed gas of a silane-based gas such as S i Ha, a Ge-containing gas such as G e H4, and further a doping gas PH1. As for the electrical characteristics of the n° amorphous silicon: 60 layer 21, it is desirable that the dark specific resistance is 10'Ω·cm to 10Ω·Cl11, more preferably 10'Ω·cm to 10
It is in the range of 2Ω·cm. The activation energy is preferably in the range of 0.4 eV to 0.1 eV, more preferably in the range of 0.3 eV to 0.2 eV. The thickness of the n0 amorphous silicon=Ge layer 21 needs to be determined appropriately to prevent peeling of the film, but it is usually 1.
00 to 2000 people, more preferably 2
The number ranges from 00 to 1000 people.

またn″″アモルファスシリコン=Ge層21中21中
るGe含有量としては10原子%ないし70原子%が望
ましく、より望ましくは20原子%ないし40原子%が
良い。さらに光学的バンドギャップとしては1.6eV
ないし1.OeV(775mmないし1200mm)の
範囲が望ましく、より望ましくは1.5eVないし1.
1eV (830mmないし1100mm)の範囲が望
ましい。
Further, the Ge content in the n'''' amorphous silicon=Ge layer 21 is desirably from 10 atom % to 70 atom %, more preferably from 20 atom % to 40 atom %. Furthermore, the optical bandgap is 1.6eV
or 1. A range of OeV (775 mm to 1200 mm) is desirable, more preferably 1.5 eV to 1.5 eV.
A range of 1 eV (830 mm to 1100 mm) is desirable.

n′″アモルファス°シリコン;60層21成膜に際し
ては、プラズマCVD装置内の基板温度は高い場合のほ
うが良好な特性が得られるが、本発明においては下地膜
の損傷、プロセス上の温度の制約等を考慮すると100
℃ないし400℃であることが望ましく、より望ましく
は120℃ないし300℃の範囲である。
When forming the 60-layer 21 film, better characteristics can be obtained when the substrate temperature in the plasma CVD apparatus is higher; however, in the present invention, damage to the base film and temperature restrictions during the process 100 considering etc.
The temperature range is preferably from 120°C to 400°C, more preferably from 120°C to 300°C.

なおアモルファスシリコンに混合される元素としては上
記したGeのほか元素の周期律表における第IV族の元
素、例えばSn等を使用することができる。
As the element to be mixed into the amorphous silicon, in addition to the above-mentioned Ge, an element of Group IV in the periodic table of elements, such as Sn, can be used.

前記n′″アモルファスシリコン;GeJ!21+7)
第1図中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と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。
The n′″ amorphous silicon; GeJ!21+7)
A drain electrode 16 is further laminated on the upper surface in FIG. 1, and a source electrode 17 is formed at a predetermined location horizontally opposite to this drain electrode 16 with the gate electrode 12 in between.

ドレイン電極16およびソース電極17は通常高融点金
属とAtとの積層構造とすることによって特性の安定化
が図られており、例えばCr / AI 、 Mo/A
 I 、 T i/A 1などが用いられる。
The characteristics of the drain electrode 16 and the source electrode 17 are usually stabilized by forming a layered structure of a high melting point metal and At, for example, Cr/AI, Mo/A.
I, T i/A 1, etc. are used.

高融点金属の膜厚としては膜のはがれなどを考慮して1
00人ないし1000人とするのが望ましく、より望ま
しくは10OAないし500人の範囲とするのが良い、
またAIの厚みとしては1μm程度となすのが良い。
The film thickness of the high-melting point metal is 1, taking into account peeling of the film.
It is desirable to set the number between 00 and 1000 people, and more preferably between 10OA and 500 people.
Further, the thickness of AI is preferably about 1 μm.

前記アモルファスシリコン層20のチャンネル部の上面
には保護膜18が形成されており、この保護膜18はチ
ャンネル部の、湿気や汚染によるTPTの劣化を防止す
る目的で形成されている。
A protective film 18 is formed on the upper surface of the channel portion of the amorphous silicon layer 20, and this protective film 18 is formed for the purpose of preventing the TPT in the channel portion from deteriorating due to moisture or contamination.

通常プラズマCVD法によるSiN膜が用いられる。保
護膜18の形成法は上記したゲート絶縁膜13のSiN
膜と同様の方法で作成され、膜厚は500人ないし50
00人の範囲であることが望ましく、より望ましくは1
000人ないし3000人の範囲である。
Usually, a SiN film produced by plasma CVD method is used. The method for forming the protective film 18 is based on the SiN of the gate insulating film 13 described above.
It is made in the same way as the film, and the film thickness is 500 to 50.
The range is preferably 00, more preferably 1.
The number ranges from 000 to 3000 people.

■ 本発明における薄膜半導体素子では、光照射時の光キャ
リアがもっとも発生しやすいアモルファスシリコン層2
0近傍のオーミックコンタクト層21に、シリコン原子
以外に周期律表の第IV族に属する元素の少なくとも1
種を含有させるとともに周期律表第V族に属する元素の
少なくとも1種を含有させることにより、このオーミッ
クコンタクト層21が光学的バンドギャップが狭く可視
光に対する光感度が低い層となり、散乱光が上記オーミ
ックコンタクト層21に吸収され、光キャリアの発生が
抑制される作用を有する。
■ In the thin film semiconductor device of the present invention, the amorphous silicon layer 2 is the most likely to generate photocarriers when irradiated with light.
In addition to silicon atoms, at least one element belonging to Group IV of the periodic table is added to the ohmic contact layer 21 near zero.
By containing a species and at least one element belonging to Group V of the periodic table, this ohmic contact layer 21 becomes a layer with a narrow optical band gap and low photosensitivity to visible light, and the scattered light is It is absorbed by the ohmic contact layer 21 and has the effect of suppressing the generation of optical carriers.

またアモルファスシリコンl1J20のチャンネル部以
外の部分の厚さがチャンネル部の厚さに比較して薄く形
成されているので、光キャリアの発生がアモルファスシ
リコン層20の厚さに比例するところ、このアモルファ
スシリコン層20内において発生する光キヤリア自体の
発生が抑制される作用を有する。
In addition, since the thickness of the amorphous silicon l1J20 other than the channel part is formed thinner than the thickness of the channel part, the generation of photocarriers is proportional to the thickness of the amorphous silicon layer 20. This has the effect of suppressing the generation of optical carriers themselves within the layer 20.

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

充分に洗浄した5インチ角のガラス基板11にゲート電
極12用のCrを1200人蒸着させ、その後ホトエツ
チングによりゲート電極12のパターンを形成した。T
PTとしてのチャンネル長さは811m 、チャンネル
幅は100μmとなした。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10−’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^るととも
にマスフローコントローラー(MFC)を介して100
%S iHaをIOSCCM、NH,を50SCCMそ
れぞれ流して反応圧力を0.5Torrとなるように調
節した。圧力が一定となったところで13.56 M 
[(、のRFパワーを50W印加して20分間SiNの
ゲート絶縁膜13を形成した。このように形成されたゲ
ート絶縁III l 3は屈折率が1.81.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。
Cr for the gate electrode 12 was deposited by 1200 people on a thoroughly cleaned 5-inch square glass substrate 11, and then a pattern for the gate electrode 12 was formed by photoetching. T
The channel length as a PT was 811 m, and the channel width was 100 μm. 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 becomes 10-'Torr or less, the exhaust system is switched from the diffusion pump (DP) to the mechanical booster pump (MBP) and the vacuum is changed to 10-'Torr through the mass flow controller (MFC).
IOSCCM of %SiHa and 50SCCM of NH were flowed, and the reaction pressure was adjusted to 0.5 Torr. 13.56 M when the pressure becomes constant
A SiN gate insulating film 13 was formed by applying an RF power of 50 W for 20 minutes. The gate insulating film 13 thus formed had a refractive index of 1.81 and an optical band gap (Eg) of 5. leV, relative permittivity is 6.
It was 1. The film thickness was 3000 people.

次に同一のプラズマCVD装置内でSiNのゲート絶縁
膜13上にアモルファスシリコン層20の半導体層を1
200人形成した。形成条件は100%SiH4をIO
5ccM、反応圧力02TorrでRFパワー100W
とした。成膜時間は10分間であった。以上の様にして
形成されたアモルファスシリコン層20は電気的特性と
して、暗比抵抗ρd=lX10”Ω・cm、活性化エネ
ルギーEa=0.7eV、光学的特性と12て光学的バ
ンドギャップE g = 1.75e Vであった。
Next, in the same plasma CVD apparatus, one semiconductor layer of an amorphous silicon layer 20 is formed on the SiN gate insulating film 13.
200 people were formed. Formation conditions are 100% SiH4 with IO
RF power 100W at 5ccM, reaction pressure 02Torr
And so. The film forming time was 10 minutes. The amorphous silicon layer 20 formed in the above manner has electrical properties such as dark specific resistance ρd=1×10”Ω·cm, activation energy Ea=0.7 eV, and optical properties such as 12 and optical band gap E g = 1.75eV.

その後ガラス基板11をプラズマCVD装置より取り出
し、ホトエツチングにより、チャンネル部の部分はすべ
て残し、他の部分すなわちソース電極17とドレイン電
極16の下部となる部分のアモルファスシリコン層20
の厚さを200人のみ残した。
Thereafter, the glass substrate 11 is taken out of the plasma CVD apparatus, and by photoetching, the entire channel portion is left and the other portions, that is, the portions below the source electrode 17 and the drain electrode 16, are made of the amorphous silicon layer 20.
Only 200 people remained.

ホトエツチングの後、ガラス基板11を再びCvD装置
内にセットし、基板温度を250℃に設定してn0アモ
ルファスシリコン二Ge層21の形成をした。形成条件
は100%S i H4を1105CC,10%H,ベ
ースのG e Haを50SCCM、1%H2ベースの
PH,をIO5ccMそれぞれ流し1反応圧力0.2 
Torr、RFパワー100Wで10分開成膜を行なっ
た。膜厚は1000人となした0以上のようにして形成
されたn1アモルファスシリコン;60層21の特性は
ρd=2X I O3Ω・cm、活性化エネルギーEa
 = 0.15e V 、光学的特性として光学的バン
ドギャップEg=1.3eVであった。
After photo-etching, the glass substrate 11 was placed in the CvD apparatus again, the substrate temperature was set at 250° C., and the n0 amorphous silicon two-Ge layer 21 was formed. The formation conditions were 100% S i H4 at 1105 CC, 10% H, base Ge Ha at 50 SCCM, 1% H2 base PH, IO at 5 ccM, and the reaction pressure was 0.2.
Open film formation was performed for 10 minutes at Torr and RF power of 100 W. The film thickness is n1 amorphous silicon formed as above 0 determined by 1000 people; the characteristics of the 60 layer 21 are ρd=2X I O3Ω・cm, activation energy Ea
= 0.15eV, and the optical property was that the optical bandgap Eg was 1.3eV.

またGe含有量は30原子%であった。Further, the Ge content was 30 at%.

CVD装置による上記薄膜の形成の後、ガラス基板11
を真空蒸着装置内にセットしドレイン電極16およびソ
ース電極17となるCrをタングステンポート加熱によ
り300人形成した。次に上記試料をホトエツチングに
より、チャンネル上部のCrを酸によりエツチングし、
さらにn0アモルファスシリコン;60層21およびア
モルファスシリコン層20をHF:HNO,:CH3C
O0HU液によりエツチングした。レジストを除去洗浄
後再び基板ガラス基板11を真空蒸着装置内にセットし
、タングステンボート加熱によりAIを試料全面に1.
0μm形成した。その後再びホトエツチングによりチャ
ンネル上部のAtをリン酸系水溶液によって除去した。
After forming the thin film using the CVD device, the glass substrate 11
was set in a vacuum evaporation apparatus, and 300 Cr layers, which would become the drain electrode 16 and the source electrode 17, were formed by tungsten port heating. Next, the above sample was photoetched to etch the Cr at the top of the channel with acid.
Further, the n0 amorphous silicon; 60 layer 21 and the amorphous silicon layer 20 are HF:HNO,:CH3C.
Etching was performed using O0HU solution. After removing and cleaning the resist, the glass substrate 11 is again set in the vacuum evaporation apparatus, and AI is applied to the entire surface of the sample by heating in a tungsten boat.
A thickness of 0 μm was formed. Thereafter, At in the upper part of the channel was removed by photoetching again using a phosphoric acid-based aqueous solution.

以上の様にして作成されたアモルファスシリコンTFT
アレイの電気的特性を評価したところ以下の様であった
Amorphous silicon TFT created as above
The electrical characteristics of the array were evaluated and were as follows.

初期特性 電界効果移動度 0.4 cm2/V・secしきい値
電圧  1.5v オン電流  Vg:15V時  2xlO−’A次に背
面光照射時のオフ電流の結果を示す。
Initial characteristic field effect mobility 0.4 cm2/V·sec Threshold voltage 1.5v On-current Vg: 2xlO-'A at 15V Next, the results of off-current during backlight irradiation are shown.

背面光2000ルクスの照度において、Vg=OV、V
d=lOV時  lXl0−”AVg=−10V、Vd
=lOV時8XIO−”AまたVg−I d特性を第2
図に示す。
At a backlight illuminance of 2000 lux, Vg=OV, V
When d=lOV lXl0-”AVg=-10V, Vd
= 8XIO-”A at lOV and Vg-I d characteristics as second
As shown in the figure.

以上のように背面光照射時においても良好なオンオフ特
性を示した。
As described above, good on-off characteristics were exhibited even when irradiated with backlight.

比較1 プラズマCVD装置内でSiNのゲート絶縁膜13上に
アモルファスシリコン層の半導体層を1200人形成し
た。この層はホトエツチングを施さず、チャンネル部の
部分および、他の部分すなわちソース電極17とドレイ
ン電極16の下部となる部分もそのまま残した。
Comparison 1 1200 people formed a semiconductor layer of an amorphous silicon layer on a SiN gate insulating film 13 in a plasma CVD apparatus. This layer was not photo-etched, and the channel portion and other portions, ie, the portions below the source electrode 17 and drain electrode 16, were left as they were.

この上部にGeを含有しない通常のオーミックコンタク
ト層15を形成した。このオーミックコンタクト層15
の形成条件は100%SiH4を1105CC,1%H
,ベースのP Hsを205CCMそれぞれ流し、反応
圧力0.2Torr、RFパワーtoowでゲート電極
5分間成膜を行なった。膜厚は500人となした0以上
のようにして形成されたオーミックコンタクト層15の
特性はρd=2xlo”Ω・cm、活性化エネルギーE
a=0.2eVであった。
A normal ohmic contact layer 15 containing no Ge was formed on top of this. This ohmic contact layer 15
The formation conditions are 100% SiH4, 1105CC, 1%H
, 205 CCM of base PHs were flowed, and the gate electrode was formed for 5 minutes at a reaction pressure of 0.2 Torr and an RF power of too much. The thickness of the ohmic contact layer 15 was determined to be 0 or more by 500 people.The characteristics of the ohmic contact layer 15 formed as described above are ρd=2xlo''Ω・cm, activation energy E
a=0.2 eV.

他の条件はすべて上記した実施例と同一の条件でアモル
ファスシリコンTPTを形成した。
Amorphous silicon TPT was formed under all other conditions the same as those of the above-mentioned example.

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.

初期値 電界効果移動度  0.5cm2/V−secしきい値
電圧   !、5 V オン電流 Vg=15V時   2xlO−’A次に背
面光照射時のオフ電流の結果を示す。
Initial field effect mobility 0.5cm2/V-sec Threshold voltage! , 5 V On-current when Vg=15V 2xlO-'A Next, the results of the off-current during backlight irradiation are shown.

背面光2000ルクスの照度において、Vg=OV、V
d=lOV時   lXl0−’AVg=−10V、V
d=10V時 3xlO−’AまたVg−Id特性を第
3図に示す。
At a backlight illuminance of 2000 lux, Vg=OV, V
When d=lOV lXl0-'AVg=-10V, V
When d=10V, 3xlO-'A and Vg-Id characteristics are shown in FIG.

以上のように背面光照射時におけるオフ電流は非常に大
きく、オンオフ特性の低下が顕著となりているのが認め
られる。
As described above, the off-state current during backlight irradiation is extremely large, and it is observed that the on-off characteristics are significantly degraded.

l且五盈速 以上の説明により明らかな如く、本発明にかかる薄膜半
導体素子にあっては、アモルファス絶縁層、アモルファ
スシリコンから構成される半導体層およびオーミックコ
ンタクト層を含み、前記オーミックコンタクト層が元素
の周期律表の第IV族に属する元素の少なくとも2種お
よび第V族に属する元素の少なくとも1種を含有してい
るので、光照射時の光キャリアがもっとも発生しやすい
アモルファスシリコン層近傍のオーミックコンタクト層
が光学的バンドギャップが狭く可視光に対する光感度が
低い層となり、散乱光が上記オーミックコンタクト層に
吸収され、光キャリアの発生が抑制されることとなる。
As is clear from the above description, the thin film semiconductor device according to the present invention includes an amorphous insulating layer, a semiconductor layer made of amorphous silicon, and an ohmic contact layer, and the ohmic contact layer is made of an element. Because it contains at least two elements belonging to Group IV of the periodic table and at least one element belonging to Group V, the ohmic layer near the amorphous silicon layer where photocarriers are most likely to be generated during light irradiation. The contact layer has a narrow optical bandgap and low photosensitivity to visible light, and scattered light is absorbed by the ohmic contact layer, suppressing the generation of photocarriers.

したがって、背面照射時においても良好なオンオフ特性
を有する薄膜半導体素子を形成することができる。
Therefore, it is possible to form a thin film semiconductor element having good on-off characteristics even during back irradiation.

また前記オーミックコンタクト層が元素の周期律表の第
IV族に属する元素の少なくとも2種および第V族に属
する元素の少なくとも1種を含有するとともに前記半導
体層のチャンネル部以外の部分の厚さがチャンネル部の
厚さに比較して薄く形成されているので、光キャリアの
発生がアモルファスシリコン層の厚さに比例するところ
、このアモルファスシリコン層内において発生する光キ
ヤリア自体の発生が抑制される作用をも有し、従ってか
かる構成のものでは背面照射時においてもよりいっそう
良好なオンオフ特性を有する薄膜半導体素子を形成する
ことができる。
In addition, the ohmic contact layer contains at least two elements belonging to Group IV of the periodic table of elements and at least one element belonging to Group V, and the thickness of the semiconductor layer other than the channel portion is Since the amorphous silicon layer is formed thinner than the thickness of the channel, the generation of photocarriers is proportional to the thickness of the amorphous silicon layer, and the effect is to suppress the generation of photocarriers themselves generated within this amorphous silicon layer. Therefore, with such a structure, it is possible to form a thin film semiconductor element having even better on-off characteristics even during back irradiation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る薄膜半導体素子の一実施例を示す
断面図、第2図はVg−Id特性を示す図、第3図は比
較例におけるVg−Id特性を示す図、第4図は従来例
を示す断面図である。 13・・・ゲート絶縁膜(アモルファス絶縁層)、20
・・・アモルファスシリコン層(半導体層)、21・・
・n4アモルファスシリコン;Ge層Cオーミックコン
タクト層) 第1図 第4図 第2図 Vg(い
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a thin film semiconductor device according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing Vg-Id characteristics, FIG. 3 is a diagram showing Vg-Id characteristics in a comparative example, and FIG. 4 is a diagram showing Vg-Id characteristics in a comparative example. is a sectional view showing a conventional example. 13... Gate insulating film (amorphous insulating layer), 20
...Amorphous silicon layer (semiconductor layer), 21...
・N4 amorphous silicon; Ge layer C ohmic contact layer) Figure 1 Figure 4 Figure 2 Vg (I

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)アモルファス絶縁層、アモルファスシリコンから
構成される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、前記オーミックコンタクト
層が元素の周期律表の第IV族に属する元素の少なくとも
2種および第V族に属する元素の少なくとも1種を含有
していることを特徴とする薄膜半導体素子。
(1) A thin film semiconductor device including an amorphous insulating layer, a semiconductor layer made of amorphous silicon, and an ohmic contact layer, wherein the ohmic contact layer is made of at least two kinds of elements belonging to Group IV of the periodic table of elements and A thin film semiconductor device characterized by containing at least one element belonging to Group V.
(2)アモルファス絶縁層、アモルファスシリコンから
構成される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、前記オーミックコンタクト
層が元素の周期律表の第IV族に属する元素の少なくとも
2種および第V族に属する元素の少なくとも1種を含有
するとともに前記半導体層のチャンネル部以外の部分の
厚さがチャンネル部の厚さに比較して薄く形成されてい
ることを特徴とする薄膜半導体素子。
(2) A thin film semiconductor device including an amorphous insulating layer, a semiconductor layer made of amorphous silicon, and an ohmic contact layer, wherein the ohmic contact layer is made of at least two kinds of elements belonging to Group IV of the periodic table of elements and 1. A thin film semiconductor device containing at least one element belonging to Group V, and characterized in that a portion of the semiconductor layer other than a channel portion is formed thinner than a thickness of the channel portion.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7084932B1 (en) 1999-12-28 2006-08-01 Johnson Controls Technology Company Video display system for a vehicle
JP2006243270A (en) * 2005-03-02 2006-09-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Mounting device of image display apparatus and bed-head stand provided with this device
JP2007303255A (en) * 2006-05-15 2007-11-22 Tachikawa Blind Mfg Co Ltd Remote control device for solar radiation shielding apparatus
JP2014013913A (en) * 2008-08-21 2014-01-23 Samsung Display Co Ltd Thin-film transistor and method for manufacturing the same

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