JPH05127196A - Thin-film diode and production thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜ダイオ−ドおよび
その製造方法に関し、例えば液晶ディスプレイ等の表示
デバイスのアクティブマトリクス駆動に用いて有用なも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film diode and a method for manufacturing the same, and is useful for driving an active matrix of a display device such as a liquid crystal display.
【０００２】[0002]
【従来の技術】液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッ
センス等の表示デバイスにおいて、高精細度な画面を得
るためには、走査線数を増やした高密度なマトリクス構
成が必要である。このようなマトリクスを有効的に駆動
させるため、各表示画素にスイチング素子を取り付けた
アクティブマトリクス駆動方式が注目されている。この
アクティブマトリクス駆動に使用されるスイッチング素
子として、通常、３端子型素子である薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）と、２端子型素子である薄膜ダイオ−ド（Ｔ
ＦＤ）が一般的である。薄膜ダイオードは薄膜トランジ
スタに比べて構造が簡単で、製造し易いため、大画面
用、そして低コスト化を実現するスイッチング素子とし
て注目されている。2. Description of the Related Art In a display device such as a liquid crystal display or electroluminescence, in order to obtain a high-definition screen, a high-density matrix structure with an increased number of scanning lines is required. In order to effectively drive such a matrix, an active matrix drive system in which a switching element is attached to each display pixel has been attracting attention. As a switching element used for this active matrix driving, a thin film transistor (TFT) which is a three-terminal type element and a thin film diode (T) which is a two-terminal type element are usually used.
FD) is common. A thin film diode has a simpler structure and is easier to manufacture than a thin film transistor, and thus has been attracting attention as a switching element for a large screen and realizing cost reduction.
【０００３】図８、図９、図１０は従来の薄膜ダイオ−
ドを液晶ディスプレイのマトリクスアレイに適用したと
きの構成を示している。図８はProceedings of the SI
D,Vol.22/4,p.310(1981)に示されている薄膜ダイオード
の断面構成図であり、ガラスより成る絶縁性基板１上に
Ｔａより成る下部電極層２を形成し、その上にTa2O5よ
り成る非線形抵抗層3-1を設ける。この非線形抵抗層3-1
の上にＣｒ等より成る上部電極層４を形成して、薄膜ダ
イオ−ドを構成し、上部電極層４を画素電極層７に接続
させてマトリクスアレイを形成する。この薄膜ダイオー
ドは一般的にＭＩＭと呼ばれている。下部電極層２と上
部電極層４の間に電圧を印加することにより、非線形抵
抗層3-1の中のトラップを介してPoole-Frenkel伝導で電
流が流れる。その結果、Ｖ−Ｉ特性に非線形性が現れ、
アクティブマトリクス駆動に用いることができる。FIG. 8, FIG. 9, and FIG. 10 are conventional thin-film diodes.
2 shows the configuration when the LCD is applied to a matrix array of a liquid crystal display. Figure 8 shows Proceedings of the SI
FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram of the thin film diode shown in D.Vol.22 / 4, p.310 (1981), in which a lower electrode layer 2 made of Ta is formed on an insulating substrate 1 made of glass, A non-linear resistance layer 3-1 made of Ta 2 O 5 is provided on. This nonlinear resistance layer 3-1
An upper electrode layer 4 made of Cr or the like is formed on the above to form a thin film diode, and the upper electrode layer 4 is connected to the pixel electrode layer 7 to form a matrix array. This thin film diode is generally called MIM. By applying a voltage between the lower electrode layer 2 and the upper electrode layer 4, a current flows by Poole-Frenkel conduction through the traps in the nonlinear resistance layer 3-1. As a result, non-linearity appears in the VI characteristic,
It can be used for active matrix driving.
【０００４】図９は、Proceedings of the SID,Vol.28,
p.101 (1987)に示されている薄膜ダイオ−ドの断面構
成図であり、ガラスより成る絶縁性基板１上にＩＴＯよ
り成る下部電極層２を形成し、その上に非化学当量的な
SiNx（0<x<4/3）より成る非線形抵抗層3-2を設ける。こ
の非線形抵抗層3-2の上にＣｒ等より成る上部電極層４
を形成して、薄膜ダイオ−ドを構成し、下部電極層２を
画素電極層に兼用してマトリクスアレイを形成する。こ
のダイオードのＶ−Ｉ特性の非線形性は、後述する図２
のTa2O5を用いたものに比べて優れている。FIG. 9 shows Proceedings of the SID, Vol. 28,
1 is a cross-sectional view of a thin film diode shown in p.101 (1987), in which a lower electrode layer 2 made of ITO is formed on an insulating substrate 1 made of glass, and a non-stoichiometric material is formed on the lower electrode layer 2.
A non-linear resistance layer 3-2 made of SiNx (0 <x <4/3) is provided. The upper electrode layer 4 made of Cr or the like is formed on the nonlinear resistance layer 3-2.
Are formed to form a thin film diode, and the lower electrode layer 2 is also used as a pixel electrode layer to form a matrix array. The non-linearity of the VI characteristic of this diode is shown in FIG.
Is superior to the one using Ta 2 O 5 .
【０００５】図１０は、絶縁性基板１上にＣｒ等より成
る下部電極層２、化学当量のSiO2より成る非線形抵抗層
3-3、Ｃｒ等より成る上部電極層４を順次形成して薄膜
ダイオ−ドを構成したものであり、下部電極層２を画素
電極層７に接続させている。下部電極層２と上部電極層
４の間に電圧を印加すると、Fawler Nordhaim 伝導機構
によってＶ−Ｉ特性に非線形性が現われるが、その程度
はPoole-Frenkel伝導機構よりも非線形性に優れている
特徴を持つ。FIG. 10 shows a lower electrode layer 2 made of Cr or the like on an insulating substrate 1 and a non-linear resistance layer made of a chemical equivalent of SiO 2.
3-3, an upper electrode layer 4 made of Cr or the like is sequentially formed to form a thin film diode, and the lower electrode layer 2 is connected to the pixel electrode layer 7. When a voltage is applied between the lower electrode layer 2 and the upper electrode layer 4, the Fawler Nordhaim conduction mechanism causes non-linearity in the VI characteristic, but the degree of non-linearity is superior to the Poole-Frenkel conduction mechanism. have.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】図８、図９、図１０に
従来の代表的な薄膜ダイオードを示したが、どの例にお
いても図１１にそのＶ−Ｉ特性の一例を示すように、正
電圧と負電圧印加時で完全対称な特性を得ることが困難
であった。これは下部電極層２と上部電極層４の材質が
異なっているときはもちろんのこと、同じであっても下
部電極層２と非線形抵抗層3-1、3-2、3-3との界面で構成
される界面と、非線形抵抗層3-1、3-2、3-3と上部電極層
４との間で構成される界面とがプロセスにおける誤差で
全く同一にすることは困難であるからである。FIG. 8, FIG. 9 and FIG. 10 show a typical conventional thin film diode, but in any of the examples, as shown in FIG. It was difficult to obtain completely symmetrical characteristics when applying a negative voltage and a negative voltage. This is not only when the materials of the lower electrode layer 2 and the upper electrode layer 4 are different, but even if they are the same, the interface between the lower electrode layer 2 and the nonlinear resistance layers 3-1, 3-2, 3-3 It is difficult to make the interface formed by the non-linear resistance layers 3-1, 3-2, 3-3 and the upper electrode layer 4 completely the same due to a process error. Is.
【０００７】その結果、薄膜ダイオードを液晶ディスプ
レイに適用した場合、その非対称性のためＤＣバイアス
が液晶層に印加されてしまい、フリッカ発生の問題を引
き起こしていた。As a result, when the thin film diode is applied to a liquid crystal display, a DC bias is applied to the liquid crystal layer due to its asymmetry, which causes a problem of flicker.
【０００８】本発明は、上記従来の問題点に鑑み成され
たものであり、両極性の電圧印加に対して対称的なＶ−
Ｉ特性を示す薄膜ダイオードおよび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 the above-mentioned problems of the prior art, and is a V-symmetrical with respect to a bipolar voltage application.
An object of the present invention is to provide a thin film diode exhibiting I characteristics and a manufacturing method thereof.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の薄膜ダイオードの第１の構成は、絶縁性
基板上に下部電極層、Ta2O5を主成分とする非線形抵抗
層、上部電極層を積層して構成する薄膜ダイオードにお
いて、前記下部電極層と前記非線形抵抗層の界面、並び
に前記非線形抵抗層と上部電極層の界面にノンドープの
アモルファスＳｉより成り、かつ水素を含有しない第一
薄膜層と第二薄膜層をそれぞれ設けて薄膜ダイオードを
構成するものである。In order to solve the above-mentioned problems, the first structure of the thin-film diode of the present invention has a lower electrode layer on an insulating substrate and a nonlinear resistance mainly composed of Ta 2 O 5. A thin film diode formed by laminating a layer and an upper electrode layer, wherein the interface between the lower electrode layer and the nonlinear resistance layer and the interface between the nonlinear resistance layer and the upper electrode layer are made of non-doped amorphous Si and contain hydrogen. The first thin film layer and the second thin film layer which are not provided are respectively provided to form a thin film diode.
【００１０】そして、その製造方法としては、絶縁性基
板上に下部電極層を形成する工程と、前記下部電極層の
一部を覆うようにノンドープのアモルファスＳｉより成
り、かつ水素を含有しない第一薄膜層と、前記第一薄膜
層の上にTa2O5を主成分とする非線形抵抗層と、前記非
線形抵抗層の上にノンドープのアモルファスＳｉより成
り、かつ水素を含有しない第二薄膜層を形成する工程
と、前記薄膜層の上に上部電極層を形成する工程を少な
くとも有してなり、前記第一薄膜層と第二薄膜層の形成
において、Ｓｉを主成分としたスパッタターゲットを用
い、アルゴンガス中でスパッタリング成膜を行って水素
を含有しないアモルファスＳｉより成る第一薄膜層およ
び第二薄膜層を形成するものである。As a manufacturing method thereof, a step of forming a lower electrode layer on an insulating substrate and a first layer made of non-doped amorphous Si so as to cover a part of the lower electrode layer and containing no hydrogen A thin film layer, a nonlinear resistance layer containing Ta 2 O 5 as a main component on the first thin film layer, and a second thin film layer made of non-doped amorphous Si and containing no hydrogen on the nonlinear resistance layer. And at least a step of forming an upper electrode layer on the thin film layer, in the formation of the first thin film layer and the second thin film layer, using a sputtering target containing Si as a main component, The first thin film layer and the second thin film layer made of amorphous Si containing no hydrogen are formed by performing sputtering film formation in an argon gas.
【００１１】また本発明の薄膜ダイオードの第２の構成
は、絶縁性基板上に下部電極層、SiNx(0＜x＜4/3)、SiO
y(0＜y＜2)、より選ばれた材料を主成分とする非線形抵
抗層、上部電極層を積層して構成する薄膜ダイオードに
おいて、前記下部電極層と前記非線形抵抗層の界面、並
びに前記非線形抵抗層と上部電極層の界面にノンドープ
のアモルファスＳｉより成り、かつ水素を含有しない第
一薄膜層と第二薄膜層をそれぞれ設けて薄膜ダイオード
を構成するものである。The second structure of the thin film diode of the present invention is that the lower electrode layer, SiNx (0 <x <4/3), SiO 2 are formed on the insulating substrate.
y (0 <y <2), a non-linear resistance layer containing a material selected as a main component, and a thin-film diode configured by laminating an upper electrode layer, wherein an interface between the lower electrode layer and the non-linear resistance layer, and A thin film diode is configured by providing a first thin film layer and a second thin film layer, which are made of non-doped amorphous Si and do not contain hydrogen, at the interface between the nonlinear resistance layer and the upper electrode layer.
【００１２】そして、その製造方法として、絶縁性基板
上に下部電極層を形成する工程と、前記下部電極層の一
部を覆うようにノンドープのアモルファスＳｉより成
り、かつ水素を含有しない第一薄膜層と、前記第一薄膜
層の上にSiNx(0＜x＜4/3)、SiOy(0＜y＜2)より選ばれた
材料を主成分とする非線形抵抗層と、前記非線形抵抗層
の上にノンドープのアモルファスＳｉより成り、かつ水
素を含有しない第二薄膜層を形成する工程と、前記薄膜
層の上に上部電極層を形成する工程を少なくとも有して
なり、前記第一薄膜層と第二薄膜層の形成において、Ｓ
ｉを主成分としたスパッタターゲットを用い、アルゴン
ガス中でスパッタリング成膜を行って水素を含有しない
アモルファスＳｉより成る第一薄膜層および第二薄膜層
を形成するものである。As the manufacturing method, a step of forming a lower electrode layer on an insulating substrate, and a first thin film made of non-doped amorphous Si so as to cover a part of the lower electrode layer and containing no hydrogen. A layer, a non-linear resistance layer containing SiNx (0 <x <4/3), SiOy (0 <y <2) as a main component on the first thin film layer, and the non-linear resistance layer. At least including a step of forming a second thin film layer made of non-doped amorphous Si and containing no hydrogen, and a step of forming an upper electrode layer on the thin film layer; In the formation of the second thin film layer, S
A sputtering target containing i as a main component is used to perform sputtering film formation in an argon gas to form a first thin film layer and a second thin film layer made of amorphous Si containing no hydrogen.
【００１３】更に、本発明の薄膜ダイオードの第３の構
成は、絶縁性基板上に下部電極層、Si3N4、SiO2より選
ばれた材料を主成分とする非線形抵抗層、上部電極層を
積層して構成する薄膜ダイオードにおいて、前記下部電
極層と前記非線形抵抗層の界面、並びに前記非線形抵抗
層と上部電極層の界面にノンドープのアモルファスＳｉ
より成り、かつ水素を含有しない第一薄膜層と第二薄膜
層をそれぞれ設けて薄膜ダイオードを構成するものであ
る。Further, a third structure of the thin film diode of the present invention is that a lower electrode layer, a non-linear resistance layer containing a material selected from Si 3 N 4 and SiO 2 as a main component, and an upper electrode layer on an insulating substrate. In a thin film diode formed by stacking layers of non-doped amorphous Si at the interface between the lower electrode layer and the nonlinear resistance layer and at the interface between the nonlinear resistance layer and the upper electrode layer.
And a first thin film layer and a second thin film layer which do not contain hydrogen and are respectively provided to form a thin film diode.
【００１４】そして、その製造方法として、絶縁性基板
上に下部電極層を形成する工程と、前記下部電極層の一
部を覆うようにノンドープのアモルファスＳｉより成
り、かつ水素を含有しない第一薄膜層と、前記第一薄膜
層の上にSi3N4、SiO2より選ばれた材料を主成分とする
非線形抵抗層と、前記非線形抵抗層の上にノンドープの
アモルファスＳｉより成り、かつ水素を含有しない第二
薄膜層を形成する工程と、前記薄膜層の上に上部電極層
を形成する工程を少なくとも有してなり、前記第一薄膜
層と第二薄膜層の形成において、Ｓｉを主成分としたス
パッタターゲットを用い、アルゴンガス中でスパッタリ
ング成膜を行って水素を含有しないアモルファスＳｉよ
り成る第一薄膜層および第二薄膜層を形成するものであ
る。As a manufacturing method thereof, a step of forming a lower electrode layer on an insulating substrate, and a first thin film made of non-doped amorphous Si so as to cover a part of the lower electrode layer and containing no hydrogen. A layer, a non-linear resistance layer having a material selected from Si 3 N 4 and SiO 2 as a main component on the first thin film layer, and non-doped amorphous Si on the non-linear resistance layer, and containing hydrogen. The method includes at least a step of forming a second thin film layer that does not contain Si and a step of forming an upper electrode layer on the thin film layer, wherein Si is a main component in the formation of the first thin film layer and the second thin film layer. The sputtering target is used to form a first thin film layer and a second thin film layer made of amorphous Si containing no hydrogen by sputtering film formation in an argon gas.
【００１５】[0015]
【作用】アモルファスＳｉを積極的に水素無添加状態に
すると、Ｓｉの結合欠陥であるダングリングボンドは補
償されずに多数残り、ダングリングボンドに基づく局在
準位が広範囲に発生する。この結果、伝導形態が本来の
バンド伝導から広域ホッピング伝導に変わる。When amorphous Si is positively added with no hydrogen, a large number of dangling bonds, which are bond defects of Si, remain uncompensated, and localized levels based on dangling bonds are generated in a wide range. As a result, the conduction mode changes from the original band conduction to the wide area hopping conduction.
【００１６】本発明では、この水素を含有しないａ−Ｓ
ｉの伝導機構に着目し、ａ−Ｓｉと金属材料を接触させ
た場合、半導体本来のバンド伝導ではその接触面におい
て、ショットキ障壁の発生を招くのに対し、ホッピング
伝導では電気的障壁の発生を招かず、プロセスの誤差に
かかわらず、オーミック接触する性質を利用している。
また、Ta2O5、SiNx、SiO2等の非線形抵抗層との接触に
対しても、非線形抵抗層への電子の注入を阻害する障壁
を非線形抵抗層の上下でほぼ同等とすることができる。
この結果、上部、下部電極層と非線形抵抗層の界面に水
素を含有しないａ−Ｓｉより成る薄膜層を挿入すること
により、両極性の電圧印加に対して対称的なＶ−Ｉ特性
を得ることが可能となる。In the present invention, this hydrogen-free aS
Focusing on the conduction mechanism of i, when a-Si and a metal material are brought into contact with each other, a Schottky barrier is generated at the contact surface in the original band conduction of the semiconductor, whereas an electric barrier is generated in the hopping conduction. The property of ohmic contact is used regardless of the process error.
Further, even when contacting with a nonlinear resistance layer such as Ta 2 O 5 , SiNx, or SiO 2 , barriers that hinder the injection of electrons into the nonlinear resistance layer can be made almost equal above and below the nonlinear resistance layer. ..
As a result, by inserting a thin film layer of a-Si containing no hydrogen into the interface between the upper and lower electrode layers and the non-linear resistance layer, it is possible to obtain a VI characteristic symmetrical with respect to the voltage application of both polarities. Is possible.
【００１７】[0017]
【実施例】以下に、本発明の薄膜ダイオードを液晶ディ
スプレイのアレイに適用した実施例を図面をもとに説明
する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the thin film diode of the present invention is applied to an array of a liquid crystal display will be described below with reference to the drawings.
【００１８】図１は、本発明の第一の構成に基づく薄膜
ダイオードの一実施例の構造を断面図で示したものであ
る。ガラスより成る絶縁性基板１上に、Ｃｒより成る金
属膜をスパッタリング法により成膜し、フォトエッチン
グ工程を経て、下部電極層２を形成する。この下部電極
層２の上に非晶質あるいは多結晶Ｓｉを主成分としたス
パッタターゲットを用い、アルゴンのみをスパッタガス
としてマグネトロンスパッタリング成膜を行うことによ
って水素を含有しないアモルファスＳｉより成る薄膜を
50nmの膜厚で形成する。FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an embodiment of a thin film diode according to the first constitution of the present invention. A metal film made of Cr is formed on an insulating substrate 1 made of glass by a sputtering method, and a lower electrode layer 2 is formed through a photoetching process. A thin film made of amorphous Si containing no hydrogen is formed on the lower electrode layer 2 by using a sputtering target containing amorphous or polycrystalline Si as a main component and performing magnetron sputtering film formation using only argon as a sputtering gas.
It is formed with a film thickness of 50 nm.
【００１９】さらに、Ta2O5をスパッタターゲットと
し、アルゴンに酸素を１０％含有したスパッタガスでス
パッタ成膜を行い、Ta2O5より成る薄膜を50nmの膜厚で
形成する。この上に非晶質あるいは多結晶Ｓｉを主成分
としたスパッタターゲットを用い、アルゴンのみをスパ
ッタガスとしてマグネトロンスパッタリング成膜を行う
ことによって水素を含有しないアモルファスＳｉより成
る薄膜を50nmの膜厚で形成し、フォトエッチング工程を
経て一括して水素を含有しないアモルファスＳｉより成
る第一薄膜層５、Ta2O5より成る非線形抵抗層3-1、水素
を含有しないアモルファスＳｉより成る第二薄膜層６を
形成する。Further, using Ta 2 O 5 as a sputtering target, sputtering film formation is performed with a sputtering gas containing 10% oxygen in argon to form a thin film of Ta 2 O 5 with a thickness of 50 nm. A thin film of amorphous Si containing no hydrogen is formed with a thickness of 50 nm on this by using a sputtering target mainly composed of amorphous or polycrystalline Si and performing magnetron sputtering film formation using only argon as a sputtering gas. Then, the first thin film layer 5 made of amorphous Si containing no hydrogen, the non-linear resistance layer 3-1 made of Ta 2 O 5 and the second thin film layer 6 made of amorphous Si not containing hydrogen are collectively subjected to the photoetching process. To form.
【００２０】次に、たとえばSiO2より成る保護絶縁層８
をプラズマＣＶＤ法で全面にわたって覆い、第二薄膜層
７の上にドライエッチング法でコンタクトホール９を形
成する。この後、Ｃｒより成る金属膜をスパッタ法で成
膜し、フォトエッチング工程を経て、上部電極層４を形
成し、薄膜ダイオードを構成する。この上部電極層４に
ＩＴＯより成る画素電極層７を接続してマトリクスアレ
イを形成する。Next, the protective insulating layer 8 made of, for example, SiO 2
Over the entire surface by plasma CVD, and a contact hole 9 is formed on the second thin film layer 7 by dry etching. After that, a metal film made of Cr is formed by a sputtering method, and the upper electrode layer 4 is formed through a photoetching process to form a thin film diode. A pixel electrode layer 7 made of ITO is connected to the upper electrode layer 4 to form a matrix array.
【００２１】この薄膜ダイオードの下部電極層２と上部
電極層４の間に、両極性の電圧を印加してそのＶ−Ｉ特
性を求めた結果が図２であり、両極性の電圧に対して対
称的な非線形性を呈しており、上部、下部電極層２、４
とTa2O5より成る非線形抵抗層3-1の界面に水素を含有し
ないａ−Ｓｉより成る薄膜層５、６を挿入した効果が現
われている。FIG. 2 shows the results obtained by applying a bipolar voltage between the lower electrode layer 2 and the upper electrode layer 4 of this thin film diode to obtain the VI characteristic thereof. It exhibits symmetric nonlinearity, and the upper and lower electrode layers 2, 4
And the thin film layers 5 and 6 made of a-Si containing no hydrogen are inserted into the interface of the nonlinear resistance layer 3-1 made of Ta 2 O 5 and Ta 2 O 5 .
【００２２】図３は本発明の第二の構成に基づく薄膜ダ
イオードの一実施例の構造を断面図で示したものであ
る。ガラスより成る絶縁性基板１上にＩＴＯより成る透
明電極膜をスパッタリング法により成膜し、フォトエッ
チング工程を経て、下部電極層２を形成する。この下部
電極層２の上に非晶質あるいは多結晶Ｓｉを主成分とし
たスパッタターゲットを用い、アルゴンのみをスパッタ
ガスとしてマグネトロンスパッタリング成膜を行うこと
によって水素を含有しないアモルファスＳｉより成る薄
膜を50nmの膜厚で形成する。FIG. 3 is a sectional view showing the structure of an embodiment of a thin film diode according to the second structure of the present invention. A transparent electrode film made of ITO is formed on an insulating substrate 1 made of glass by a sputtering method, and a lower electrode layer 2 is formed through a photoetching process. A thin film made of amorphous Si containing no hydrogen is formed on the lower electrode layer 2 by using a sputtering target containing amorphous or polycrystalline Si as a main component and performing magnetron sputtering film formation using only argon as a sputtering gas. It is formed with a film thickness of.
【００２３】さらに、シランに窒素を混ぜた成膜ガスを
プラズマＣＶＤ法で分解してSiNx(0＜x＜4/3)より成る
非線形抵抗層3-2を150nmの膜厚で形成する。この上に非
晶質あるいは多結晶Ｓｉを主成分としたスパッタターゲ
ットを用い、アルゴンのみをスパッタガスとしてマグネ
トロンスパッタリング成膜を行うことによって水素を含
有しないアモルファスＳｉより成る薄膜を50nmの膜厚で
形成し、フォトエッチング工程を経て一括して水素を含
有しないアモルファスＳｉより成る第一薄膜層５、SiNx
より成る非線形抵抗層3-2、水素を含有しないアモルフ
ァスＳｉより成る第二薄膜層６を形成する。この後、Ｃ
ｒより成る金属膜を成膜し、フォトエッチング工程を経
て、上部電極層４を形成し、薄膜ダイオードを構成す
る。なお、ＩＴＯより成る下部電極層２は画素電極層を
兼用するようにしている。Further, a film forming gas in which silane is mixed with nitrogen is decomposed by a plasma CVD method to form a non-linear resistance layer 3-2 made of SiNx (0 <x <4/3) with a film thickness of 150 nm. A thin film of amorphous Si containing no hydrogen is formed with a thickness of 50 nm on this by using a sputter target mainly composed of amorphous or polycrystalline Si and performing magnetron sputtering film formation using only argon as a sputtering gas. Then, after the photoetching process, the first thin film layer 5 made of amorphous Si containing no hydrogen and SiNx
Then, a non-linear resistance layer 3-2 made of amorphous silicon and a second thin film layer 6 made of amorphous Si containing no hydrogen are formed. After this, C
A metal film made of r is formed, and the upper electrode layer 4 is formed through a photoetching process to form a thin film diode. The lower electrode layer 2 made of ITO also serves as a pixel electrode layer.
【００２４】図４は下部電極層２と上部電極層４の間に
電圧を印加した時のＶ−Ｉ特性を示しており、両極性電
圧に対して対称的な非線形性が得られている。なお、非
線形抵抗層3-2を構成するSiNxのx値を特に1/3＜x＜1の
範囲内にし、その膜厚も100nmから200nmの範囲内にする
ことによって良好な非線形性が得られる。FIG. 4 shows a VI characteristic when a voltage is applied between the lower electrode layer 2 and the upper electrode layer 4, and a symmetrical non-linearity is obtained with respect to the bipolar voltage. Good non-linearity can be obtained by setting the x value of SiNx forming the nonlinear resistance layer 3-2 within the range of 1/3 <x <1 and the film thickness within the range of 100 nm to 200 nm. ..
【００２５】また、非線形抵抗層3-2を非化学当量のSiO
y(0＜y＜2)で形成してもSiNxの場合と同等の性能が得ら
れる。その際、y値は特に1/2＜y＜3/2の範囲にあり、そ
の膜厚も100nmから200nmの範囲内にあることによって良
好な非線形性が得られる。Further, the non-linear resistance layer 3-2 is made of non-chemically equivalent SiO 2.
Even when formed with y (0 <y <2), the same performance as that of SiNx can be obtained. At that time, the y value is particularly in the range of 1/2 <y <3/2, and the film thickness thereof is also in the range of 100 nm to 200 nm, whereby good nonlinearity can be obtained.
【００２６】図５は本発明の第三の構成に基づく薄膜ダ
イオードの一実施例の構造を断面図で示したものであ
る。ガラスより成る絶縁性基板１上にＣｒより成る金属
膜をスパッタリング法により成膜し、フォトエッチング
工程を経て、下部電極層２を形成する。この下部電極層
２の上に非晶質あるいは多結晶Ｓｉを主成分としたスパ
ッタターゲットを用い、アルゴンのみをスパッタガスと
してマグネトロンスパッタリング成膜を行うことによっ
て水素を含有しないアモルファスＳｉより成る薄膜を10
0nmの膜厚で形成する。FIG. 5 is a sectional view showing the structure of an embodiment of a thin film diode based on the third structure of the present invention. A metal film made of Cr is formed on the insulating substrate 1 made of glass by a sputtering method, and a lower electrode layer 2 is formed through a photoetching process. A thin film made of amorphous Si containing no hydrogen is formed on the lower electrode layer 2 by using a sputter target containing amorphous or polycrystalline Si as a main component and performing magnetron sputtering film formation using only argon as a sputtering gas.
It is formed with a film thickness of 0 nm.
【００２７】このアモルファスＳｉより成る薄膜が被覆
された絶縁性基板に、酸素プラズマを照射してアモルフ
ァスＳｉの極表層をSiO2に改質する。この膜厚は10nmと
している。さらに、この上に非晶質あるいは多結晶Ｓｉ
を主成分としたスパッタターゲットを用い、アルゴンの
みをスパッタガスとしてマグネトロンスパッタリング成
膜を行うことによって、水素を含有しないアモルファス
Ｓｉより成る薄膜を90nmの膜厚で形成し、フォトエッチ
ング工程を経て一括して水素を含有しないアモルファス
Ｓｉより成る第一薄膜層５、化学当量のSiO2より成る非
線形抵抗層3-3、水素を含有しないアモルファスＳｉよ
り成る第二薄膜層６を形成する。The insulating substrate coated with the thin film made of amorphous Si is irradiated with oxygen plasma to modify the extreme surface layer of amorphous Si into SiO 2 . This film thickness is 10 nm. In addition, amorphous or polycrystalline Si
A thin film of amorphous Si containing no hydrogen is formed with a thickness of 90 nm by performing magnetron sputtering film formation using only a sputtering gas containing argon as a main component and using argon as a sputtering gas. As a result, a first thin film layer 5 made of amorphous Si containing no hydrogen, a nonlinear resistance layer 3-3 made of stoichiometric SiO 2 and a second thin film layer 6 made of amorphous Si not containing hydrogen are formed.
【００２８】次に、たとえばSiO2より成る保護絶縁層８
を全面にわたって覆い、第二薄膜層６の上にドライエッ
チング法でコンタクトホール９を形成する。この後、Ｃ
ｒより成る金属膜を成膜し、フォトエッチング工程を経
て、上部電極層４を形成し、薄膜ダイオードを構成す
る。この上部電極層４にＩＴＯより成る画素電極層７を
接続してマトリクスアレイを形成する。Next, the protective insulating layer 8 made of, for example, SiO 2
Over the entire surface, and a contact hole 9 is formed on the second thin film layer 6 by a dry etching method. After this, C
A metal film made of r is formed, and the upper electrode layer 4 is formed through a photoetching process to form a thin film diode. A pixel electrode layer 7 made of ITO is connected to the upper electrode layer 4 to form a matrix array.
【００２９】図６は、この薄膜ダイオードのＶ−Ｉ特性
を示しており、両極性電圧に対して対称的であり、かつ
非常に良好な非線形性が得られている。このSiO2より成
る非線形抵抗層3-3を作製する方法として、ここでは酸
素プラズマ照射法を説明しているが、この方法をさらに
詳細に図７をもとに説明する。真空排気系10を有するチ
ャンバ11の中に平行を保った２基の下方平板12,上方平
板13を設置する。下方平板12にはＲＦ電圧を印加し、上
方平板13はアース状態とする。上方平板13からは酸素を
導入できるようにし、下方平板12上に水素を含有しない
アモルファスＳｉより成る薄膜が被膜された絶縁性基板
１を設置する。FIG. 6 shows the VI characteristic of this thin film diode, which is symmetric with respect to the bipolar voltage and has very good nonlinearity. An oxygen plasma irradiation method is described here as a method for forming the nonlinear resistance layer 3-3 made of SiO 2, but this method will be described in more detail with reference to FIG. 7. Two lower flat plates 12 and an upper flat plate 13 which are kept in parallel are installed in a chamber 11 having an evacuation system 10. An RF voltage is applied to the lower flat plate 12, and the upper flat plate 13 is grounded. Oxygen can be introduced from the upper flat plate 13, and the insulating substrate 1 coated with a thin film of amorphous Si containing no hydrogen is placed on the lower flat plate 12.
【００３０】チャンバ11に上方平板13から酸素を導入
し、数十Ｐａの圧力にして上下の平板12、13間で酸素プ
ラズマを発生させ、アモルファスＳｉの表層を化学当量
のSiO2に改質する。その際、絶縁性基板１にはＲＦ電圧
が印加されるが、その電圧平均値Ｖdcを-100Ｖ程度にす
ることにより、膜厚が10nm程度の緻密なSiO2を得ること
ができる。また、下地は水素を含有しないアモルファス
Ｓｉであるため、水素の含有のない良質のSiO2を形成す
ることができ、非線形性に特に優れた電気特性を提供す
ることができる。このような特性は、スパッタ法あるい
はプラズマＣＶＤ法で形成したSiO2膜では、緻密性に劣
るため得られないものである。Oxygen is introduced into the chamber 11 from the upper flat plate 13 and a pressure of several tens Pa is applied to generate oxygen plasma between the upper and lower flat plates 12 and 13 to reform the surface layer of amorphous Si into a chemical equivalent of SiO 2 . .. At that time, an RF voltage is applied to the insulating substrate 1. By setting the voltage average value Vdc to about -100 V, it is possible to obtain dense SiO 2 with a film thickness of about 10 nm. Further, since the base is amorphous Si that does not contain hydrogen, it is possible to form high-quality SiO 2 that does not contain hydrogen, and it is possible to provide particularly excellent electrical characteristics in non-linearity. Such characteristics cannot be obtained with a SiO 2 film formed by a sputtering method or a plasma CVD method because of its poor denseness.
【００３１】なお、非線形抵抗層3-3を化学当量のSi3N4
で形成してもSiO2の場合と同等の性能が得られる。その
際、図７に示すものと同様な方法で窒素プラズマを照射
すればよい。なお、SiO2、Si3N4とも、その膜厚を5nmか
ら15nmの範囲内にあることによって良好な非線形性が得
られる。The non-linear resistance layer 3-3 is made of a chemical equivalent of Si 3 N 4
The same performance as in the case of SiO 2 can be obtained even if it is formed by. At that time, nitrogen plasma may be applied by a method similar to that shown in FIG. Good nonlinearity can be obtained for both SiO 2 and Si 3 N 4 by setting the film thickness within the range of 5 nm to 15 nm.
【００３２】ここで、図１、図３、図５の薄膜ダイオー
ドを構成する第一薄膜層５および第二薄膜層６のａ−Ｓ
ｉにおいて、その中のダングリングボンド密度をＥＳＲ
スピン密度分析により求めることができ、その値を1019
/cm3以上にすることで優れたＶ−Ｉ特性の対称性を得る
ことができ、有効である。このダングリングボンド密度
を得るためには、前述の如く水素を含有させないことが
重要であるが、不純物として水素が混入した場合でも0.
5％以下の低い含有量におさえればこれに等しい効果を
得ることができる。Here, a-S of the first thin film layer 5 and the second thin film layer 6 constituting the thin film diode of FIGS.
i, the dangling bond density in the
It can be determined by spin density analysis, and its value is 10 19
When it is / cm 3 or more, excellent symmetry of VI characteristics can be obtained, which is effective. In order to obtain this dangling bond density, it is important not to contain hydrogen as described above, but even if hydrogen is mixed as an impurity,
If the content is as low as 5% or less, the same effect can be obtained.
【００３３】また、第一薄膜層５、第二薄膜層６をスパ
ッタリング法で成膜するにあたり、基板温度を300℃以
上にすると僅かながら微結晶構造が点在することにな
り、ダングリンブボンド密度を低下させてしまう。この
結果、電極層群２、４との界面で障壁の発生を招いてし
まうので、基板温度を300℃以下にすることが重要であ
る。さらに絶縁性基板１の温度は100℃以上に設定する
ことが付着性の点で有効である。In forming the first thin film layer 5 and the second thin film layer 6 by the sputtering method, if the substrate temperature is set to 300 ° C. or more, a slight crystal structure is scattered, and the dangling bond bond is formed. It will reduce the density. As a result, a barrier is generated at the interface with the electrode layer groups 2 and 4. Therefore, it is important to set the substrate temperature to 300 ° C. or lower. Furthermore, it is effective in terms of adhesion that the temperature of the insulating substrate 1 is set to 100 ° C. or higher.
【００３４】[0034]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、両極性の
電圧印加に対して対称的なＶ−Ｉ特性を示す薄膜ダイオ
ードおよびその製造方法を提供することができ、本発明
を液晶ディスプレイ等のマトリクスアレイに適用するこ
とにより、フリッカの発生の無い良質な画像を実現する
ことができ、その工業的価値は極めて高い。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a thin film diode exhibiting a symmetrical VI characteristic with respect to a bipolar voltage application and a method for manufacturing the same, and the present invention can be applied to a liquid crystal display. When applied to a matrix array such as, a high quality image without flicker can be realized and its industrial value is extremely high.
【図１】本発明の薄膜ダイオードの一実施例の構成を示
す断面図FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of an embodiment of a thin film diode of the present invention.
【図２】同実施例の薄膜ダイオードのＶ−Ｉ特性図FIG. 2 is a VI characteristic diagram of the thin-film diode of the same example.
【図３】本発明の薄膜ダイオードの他の実施例の構成を
示す断面図FIG. 3 is a sectional view showing the configuration of another embodiment of the thin film diode of the present invention.
【図４】同実施例の薄膜ダイオードのＶ−Ｉ特性図FIG. 4 is a VI characteristic diagram of the thin-film diode of the same example.
【図５】本発明の薄膜ダイオードの更に他の実施例の構
成を示す断面図FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of still another embodiment of the thin film diode of the present invention.
【図６】同実施例の薄膜ダイオードのＶ−Ｉ特性図FIG. 6 is a VI characteristic diagram of the thin film diode of the same example.
【図７】同実施例の製造に用いる製造装置の構成を示す
要部断面図FIG. 7 is a cross-sectional view of essential parts showing the configuration of a manufacturing apparatus used for manufacturing the same embodiment.
【図８】従来の薄膜ダイオードの構成を示す断面図FIG. 8 is a sectional view showing the structure of a conventional thin film diode.
【図９】従来の他の薄膜ダイオードの構成を示す断面図FIG. 9 is a sectional view showing the configuration of another conventional thin film diode.
【図１０】従来の更に他の薄膜ダイオードの構成を示す
断面図FIG. 10 is a sectional view showing the structure of still another conventional thin film diode.
【図１１】従来の薄膜ダイオードのＶ−Ｉ特性図FIG. 11 is a VI characteristic diagram of a conventional thin film diode.
１ 絶縁性基板 ２ 下部電極層 3-1、3-2、3-3 非線形抵抗層 ４ 上部電極層 ５ 第一薄膜層 ６ 第二薄膜層 1 Insulating Substrate 2 Lower Electrode Layer 3-1, 3-2, 3-3 Nonlinear Resistance Layer 4 Upper Electrode Layer 5 First Thin Film Layer 6 Second Thin Film Layer
Claims (11)
分とする非線形抵抗層、上部電極層を積層して構成する
薄膜ダイオードにおいて、前記下部電極層と前記非線形
抵抗層の界面、並びに前記非線形抵抗層と上部電極層の
界面にノンドープのアモルファスＳｉより成り、かつ水
素を含有しない第一薄膜層と第二薄膜層をそれぞれ設け
て成る薄膜ダイオード。1. A thin film diode constituted by laminating a lower electrode layer, a nonlinear resistance layer containing Ta 2 O 5 as a main component, and an upper electrode layer on an insulating substrate, wherein the lower electrode layer and the nonlinear resistance layer are formed. A thin film diode comprising a first thin film layer and a second thin film layer, which are made of non-doped amorphous Si and do not contain hydrogen, at the interface and at the interface between the nonlinear resistance layer and the upper electrode layer.
のダングリングボンド密度がＥＳＲスピン密度分析で10
19/cm3 以上である請求項１記載の薄膜ダイオード。2. The dangling bond density of the first thin film layer and the second thin film layer is 10 by ESR spin density analysis.
The thin film diode according to claim 1, wherein the thin film diode has a density of 19 / cm 3 or more.
と、前記下部電極層の一部を覆うようにノンドープのア
モルファスＳｉより成り、かつ水素を含有しない第一薄
膜層と、前記第一薄膜層の上にTa2O5を主成分とする非
線形抵抗層と、前記非線形抵抗層の上にノンドープのア
モルファスＳｉより成り、かつ水素を含有しない第二薄
膜層を形成する工程と、前記薄膜層の上に上部電極層を
形成する工程を少なくとも有してなり、前記第一薄膜層
と第二薄膜層の形成において、Ｓｉを主成分としたスパ
ッタターゲットを用い、アルゴンガス中でスパッタリン
グ成膜を行って水素を含有しないアモルファスＳｉより
成る第一薄膜層および第二薄膜層を形成することを特徴
とする薄膜ダイオードの製造方法。3. A step of forming a lower electrode layer on an insulating substrate, a first thin film layer made of non-doped amorphous Si so as to cover a part of the lower electrode layer, and containing no hydrogen, A step of forming a non-linear resistance layer containing Ta 2 O 5 as a main component on one thin film layer, and a second thin film layer made of non-doped amorphous Si and containing no hydrogen on the non-linear resistance layer; The method further comprises at least a step of forming an upper electrode layer on the thin film layer, and in forming the first thin film layer and the second thin film layer, a sputtering target containing Si as a main component is used, and sputtering is performed in an argon gas. A method of manufacturing a thin film diode, which comprises forming a first thin film layer and a second thin film layer of amorphous Si containing no hydrogen.
/3)、SiOy(0＜y＜2)、より選ばれた材料を主成分とする
非線形抵抗層、上部電極層を積層して構成する薄膜ダイ
オードにおいて、前記下部電極層と前記非線形抵抗層の
界面、並びに前記非線形抵抗層と上部電極層の界面にノ
ンドープのアモルファスＳｉより成り、かつ水素を含有
しない第一薄膜層と第二薄膜層をそれぞれ設けて成る薄
膜ダイオード。4. A lower electrode layer, SiNx (0 <x <4 on an insulating substrate.
/ 3), SiOy (0 <y <2), in a thin film diode constituted by laminating a non-linear resistance layer mainly composed of a material selected from the above, a lower electrode layer and the non-linear resistance layer A thin film diode comprising a first thin film layer and a second thin film layer, which are made of non-doped amorphous Si and do not contain hydrogen, at the interface and at the interface between the nonlinear resistance layer and the upper electrode layer.
のダングリングボンド密度がＥＳＲスピン密度分析で10
19/cm3 以上である請求項１記載の薄膜ダイオード。5. The dangling bond density of the first thin film layer and the second thin film layer is 10 by ESR spin density analysis.
The thin film diode according to claim 1, wherein the thin film diode has a density of 19 / cm 3 or more.
2＜y＜3/2)より選ばれた材料を主成分とする請求項２記
載の薄膜ダイオード。6. The non-linear resistance layer comprises SiNx (1/3 <x <1), SiOy (1 /
The thin film diode according to claim 2, wherein a material selected from 2 <y <3/2) is a main component.
と、前記下部電極層の一部を覆うようにノンドープのア
モルファスＳｉより成り、かつ水素を含有しない第一薄
膜層と、前記第一薄膜層の上にSiNx(0＜x＜4/3)、SiOy
(0＜y＜2)より選ばれた材料を主成分とする非線形抵抗
層と、前記非線形抵抗層の上にノンドープのアモルファ
スＳｉより成り、かつ水素を含有しない第二薄膜層を形
成する工程と、前記薄膜層の上に上部電極層を形成する
工程を少なくとも有してなり、前記第一薄膜層と第二薄
膜層の形成において、Ｓｉを主成分としたスパッタター
ゲットを用い、アルゴンガス中でスパッタリング成膜を
行って水素を含有しないアモルファスＳｉより成る第一
薄膜層および第二薄膜層を形成することを特徴とする薄
膜ダイオードの製造方法。7. A step of forming a lower electrode layer on an insulating substrate, a first thin film layer made of non-doped amorphous Si so as to cover a part of the lower electrode layer, and containing no hydrogen, SiNx (0 <x <4/3), SiOy on one thin film layer
A non-linear resistance layer containing a material selected from (0 <y <2) as a main component, and a step of forming a second thin film layer made of non-doped amorphous Si on the non-linear resistance layer and containing no hydrogen. , At least a step of forming an upper electrode layer on the thin film layer, in the formation of the first thin film layer and the second thin film layer, using a sputtering target containing Si as a main component, in argon gas A method for producing a thin film diode, which comprises forming a first thin film layer and a second thin film layer made of amorphous Si containing no hydrogen by sputtering film formation.
より選ばれた材料を主成分とする非線形抵抗層、上部電
極層を積層して構成する薄膜ダイオードにおいて、前記
下部電極層と前記非線形抵抗層の界面、並びに前記非線
形抵抗層と上部電極層の界面にノンドープのアモルファ
スＳｉより成り、かつ水素を含有しない第一薄膜層と第
二薄膜層をそれぞれ設けて成る薄膜ダイオード。8. A lower electrode layer, Si 3 N 4 , SiO 2 on an insulating substrate.
In a thin film diode constituted by laminating a non-linear resistance layer mainly composed of a material selected from the above and an upper electrode layer, an interface between the lower electrode layer and the non-linear resistance layer and an interface between the non-linear resistance layer and the upper electrode layer A thin film diode comprising a first thin film layer and a second thin film layer which are made of non-doped amorphous Si and which do not contain hydrogen.
のダングリングボンド密度がＥＳＲスピン密度分析で10
19/cm3 以上である請求項１記載の薄膜ダイオード。9. The dangling bond density of the first thin film layer and the second electrode layer is 10 by ESR spin density analysis.
The thin film diode according to claim 1, wherein the thin film diode has a density of 19 / cm 3 or more.
とする非線形抵抗層において、その膜厚を4nmから20nm
の範囲とする請求項８記載の薄膜ダイオード。10. A nonlinear resistance layer containing a material selected from Si 3 N 4 and SiO 2 as a main component, the thickness of which is 4 nm to 20 nm.
9. The thin film diode according to claim 8, wherein
程と、前記下部電極層の一部を覆うようにノンドープの
アモルファスＳｉより成り、かつ水素を含有しない第一
薄膜層と、前記第一薄膜層の上にSi3N4、SiO2より選ば
れた材料を主成分とする非線形抵抗層と、前記非線形抵
抗層の上にノンドープのアモルファスＳｉより成り、か
つ水素を含有しない第二薄膜層を形成する工程と、前記
薄膜層の上に上部電極層を形成する工程を少なくとも有
してなり、前記第一薄膜層と第二薄膜層の形成におい
て、Ｓｉを主成分としたスパッタターゲットを用い、ア
ルゴンガス中でスパッタリング成膜を行って水素を含有
しないアモルファスＳｉより成る第一薄膜層および第二
薄膜層を形成することを特徴とする薄膜ダイオードの製
造方法。11. A step of forming a lower electrode layer on an insulating substrate, a first thin film layer made of non-doped amorphous Si so as to cover a part of the lower electrode layer, and containing no hydrogen, A non-linear resistance layer containing a material selected from Si 3 N 4 and SiO 2 as a main component on one thin film layer, and a second thin film composed of non-doped amorphous Si on the non-linear resistance layer and containing no hydrogen. A step of forming a layer, and a step of forming an upper electrode layer on the thin film layer, and in forming the first thin film layer and the second thin film layer, a sputtering target containing Si as a main component is used. A method of manufacturing a thin film diode, characterized in that the first thin film layer and the second thin film layer made of amorphous Si containing no hydrogen are formed by sputtering film formation in an argon gas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28833191A JPH05127196A (en) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | Thin-film diode and production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP28833191A JPH05127196A (en) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | Thin-film diode and production thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05127196A true JPH05127196A (en) | 1993-05-25 |
Family
ID=17728808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28833191A Pending JPH05127196A (en) | 1991-11-05 | 1991-11-05 | Thin-film diode and production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05127196A (en) |
-
1991
- 1991-11-05 JP JP28833191A patent/JPH05127196A/en active Pending
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