JPH0945923A - Thin-film transistor and its manufacture - Google Patents

Thin-film transistor and its manufacture

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JPH0945923A
JPH0945923A JP19355995A JP19355995A JPH0945923A JP H0945923 A JPH0945923 A JP H0945923A JP 19355995 A JP19355995 A JP 19355995A JP 19355995 A JP19355995 A JP 19355995A JP H0945923 A JPH0945923 A JP H0945923A
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JP
Japan
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gate electrode
active region
amorphous silicon
film
film transistor
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Pending
Application number
JP19355995A
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Japanese (ja)
Inventor
Shin Koide
慎 小出
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the ratio of ON current to OFF current by setting an active region to a thickness where a depletion layer spreads in the thickness direction when a specific negative voltage is applied to a gate electrode. SOLUTION: In a thin-film transistor, an n-type impurity is doped to a gate electrode 2 for selectively coating the surface of a glass substrate 1, an active region 4A located at the upper portion of the gate electrode 2 of island-shaped undoped amorphous silicon film which crosses via a gate insulation film 3, and an amorphous silicon film at both sides. Then, the transistor has a pair of n-type source and drain regions 5-1A and 2A, a pair of source and drain electrodes 6-1A and 2A connected to that region, and an organic insulation film 8 for covering the entire surface. Therefore, by setting the thickness of the active region to a value which is depleted in the entire region in the thickness direction by a specific gate voltage, the formation of a channel on an interface further away from the gate electrode of the active region can be suppressed, thus drastically improving the ratio of ON current to OFF current.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、液晶表示
装置の画素のスイッチング素子として利用される非晶質
シリコンを用いた薄膜トランジスタとその製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film transistor using amorphous silicon used as a switching element of a pixel of a liquid crystal display device and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の一般的に使用される薄膜トランジ
スタを図8に示す。このような薄膜トランジスタは例え
ば特開昭63−158875号公報などに記載されてい
るが、ガラス基板1の表面を選択的に被覆するゲート電
極2と、ゲート電極2と間にゲート絶縁膜3を介して交
差する島状のアンドープ非晶質シリコン膜のゲート電極
3上方部である活性領域4と、活性領域4の両側のアン
ドープ非晶質シリコン膜にn型不純物をドーピングして
設けられた一対のn型ソース・ドレイン領域5−1,5
−2と、n型ソース・ドレイン領域5−1,5−2に接
続される一対のソース・ドレイン電極6−1,6−2
と、活性領域4を被覆するSiNX やSiO2 でなる保
護膜7とを有している。この保護膜7は、アンドープ非
晶質シリコン膜にn型不純物をドーピングするときのマ
スクとして使用される。
2. Description of the Related Art FIG. 8 shows a conventional commonly used thin film transistor. Such a thin film transistor is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-158875, but a gate electrode 2 that selectively covers the surface of the glass substrate 1 and a gate insulating film 3 are interposed between the gate electrode 2 and the gate electrode 2. The active region 4 above the gate electrode 3 of the island-shaped undoped amorphous silicon film intersecting with each other, and a pair of undoped amorphous silicon films on both sides of the active region 4 doped with n-type impurities. n-type source / drain regions 5-1 and 5
-2 and a pair of source / drain electrodes 6-1 and 6-2 connected to the n-type source / drain regions 5-1 and 5-2.
And a protective film 7 made of SiN x or SiO 2 for covering the active region 4. This protective film 7 is used as a mask when the undoped amorphous silicon film is doped with n-type impurities.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の薄膜
トランジスタのドレイン電流ID 対ゲート電極VG 特性
は図3の曲線Iのようになる。ただし、ドレイン電圧は
10V、チャネル長は6μm、チャネル幅は33μmと
する。曲線Iは、ゲート電極VG が約−2V以下の領域
で異常性を示している。この異常性の故に薄膜トランジ
スタのオフ電流(例えばVG =−5VのときのID )は
小さくならずオン電流対オフ電流比が大きくとれないと
いう問題点がある。
The characteristic of the drain current I D vs. the gate electrode V G of such a conventional thin film transistor is as shown by the curve I in FIG. However, the drain voltage is 10 V, the channel length is 6 μm, and the channel width is 33 μm. The curve I shows the anomaly in the region where the gate electrode V G is about −2 V or less. Due to this anomaly, the off current of the thin film transistor (for example, I D when V G = −5V) does not become small, and there is a problem that the on current to off current ratio cannot be made large.

【0004】また、この保護膜があると薄膜トランジス
タの表面の凹凸が大きくなり、液晶表示装置に利用する
場合に液晶配向の乱れが生じ易く表示画質が悪くなると
いう問題点もある。
Further, the presence of this protective film causes a problem that the unevenness of the surface of the thin film transistor becomes large, and the liquid crystal alignment is liable to be disturbed when used in a liquid crystal display device, resulting in poor display image quality.

【0005】従って本発明の第1の目的は改善されたオ
ン電流対オフ電流比を有する薄膜トランジスタとその製
造方法を提供することにある。又、本発明の第2の目的
は凹凸の少ない薄膜トランジスタとその製造方法を提供
することにある。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a thin film transistor having an improved on-current to off-current ratio and a method for manufacturing the same. A second object of the present invention is to provide a thin film transistor with less unevenness and a method for manufacturing the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明第1の薄膜トラン
ジスタは、絶縁基板の表面を選択的に被覆するゲート電
極と、前記ゲート電極と間にゲート絶縁膜を介して交差
する島状のアンドープ非晶質シリコン膜の前記ゲート電
極上方部である活性領域と、前記活性領域の両側の前記
アンドープ非晶質シリコン膜にn型不純物をドーピング
して設けられた一対のn型ソース・ドレイン領域と、前
記n型ソース・ドレイン領域に接続される一対のソース
・ドレイン電極と、前記活性領域を含む全面を被覆する
有機絶縁膜とを有し、前記活性領域は、前記ゲート電極
に所定の負電圧を印加したときその厚さ方向に空乏層が
拡がる厚さに設定されているというものである。
A first thin film transistor according to the present invention comprises a gate electrode for selectively covering the surface of an insulating substrate, and an island-shaped undoped non-doped non-doped non-doped gate electrode which intersects with the gate electrode via a gate insulating film. An active region above the gate electrode of the crystalline silicon film, and a pair of n-type source / drain regions formed by doping the undoped amorphous silicon film on both sides of the active region with an n-type impurity, A pair of source / drain electrodes connected to the n-type source / drain regions and an organic insulating film covering the entire surface including the active region are provided, and the active region applies a predetermined negative voltage to the gate electrode. The thickness is set so that the depletion layer spreads in the thickness direction when applied.

【0007】ここで、有機絶縁膜はポリイミド膜とする
のが好ましい。
Here, the organic insulating film is preferably a polyimide film.

【0008】本発明第2の薄膜トランジスタは、絶縁基
板を選択的に被覆するアンドープ非晶質シリコン膜の表
面を間にゲート絶縁膜を介して横断するゲート電極と、
前記ゲート電極直上の前記アンドープ非晶質シリコン膜
でなる活性領域と、前記活性領域の両側の前記アンドー
プ非晶質シリコン膜にn型不純物をドーピングして設け
られた一対のn型ソース・ドレイン領域とを有する薄膜
トランジスタにおいて、前記活性領域は、前記ゲート電
極に所定の負電圧を印加したときその厚さ方向に空乏層
が拡がる厚さに設定されているというものである。
A second thin film transistor of the present invention comprises a gate electrode which crosses the surface of an undoped amorphous silicon film selectively covering an insulating substrate with a gate insulating film interposed therebetween.
An active region formed of the undoped amorphous silicon film directly above the gate electrode, and a pair of n-type source / drain regions formed by doping the undoped amorphous silicon film on both sides of the active region with an n-type impurity. In the thin film transistor having, the active region is set to a thickness such that the depletion layer spreads in the thickness direction when a predetermined negative voltage is applied to the gate electrode.

【0009】第1,第2の薄膜トランジスタの活性領域
の厚さは具体的には高々60nmである。
The thickness of the active regions of the first and second thin film transistors is specifically at most 60 nm.

【0010】本発明第1の薄膜トランジスタの製造方法
は、絶縁基板の表面を選択的に被覆するゲート電極を形
成する工程と、全面にゲート絶縁膜を堆積する工程と、
SiH4 ガスとH2 ガスとの混合ガスを使用したグロー
放電プラズマCVD法で高々60nmの厚さのアンドー
プ非晶質シリコン膜を堆積しパターニングして前記ゲー
ト電極と交差する島状のアンドープ非晶質シリコン膜を
形成する工程と、前記島状のアンドープ非晶質シリコン
膜の前記ゲート電極直下部を覆うマスクを形成したのち
n型不純物イオンを前記アンドープ非晶質シリコン膜に
注入しアニールを行ない一対のn型ソース・ドレイン領
域を形成する工程と、前記一対のn型ソース・ドレイン
領域にそれぞれ接続する一対のソース・ドレイン電極を
形成する工程と、全面に有機絶縁膜を印刷法により形成
する工程とを有するというものである。ここで有機絶縁
膜はポリイミド膜とするのが好ましい。
A first method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention comprises a step of forming a gate electrode for selectively covering the surface of an insulating substrate, a step of depositing a gate insulating film on the entire surface,
An undoped amorphous silicon island shape intersecting with the gate electrode is formed by depositing and patterning an undoped amorphous silicon film having a thickness of at most 60 nm by a glow discharge plasma CVD method using a mixed gas of SiH 4 gas and H 2 gas. A step of forming a high-quality silicon film and a mask covering the island-shaped undoped amorphous silicon film immediately below the gate electrode are formed, and then n-type impurity ions are implanted into the undoped amorphous silicon film and annealed. Forming a pair of n-type source / drain regions, forming a pair of source / drain electrodes respectively connected to the pair of n-type source / drain regions, and forming an organic insulating film on the entire surface by a printing method. It has a process and. Here, the organic insulating film is preferably a polyimide film.

【0011】オフ電流を与える負のゲート電圧で活性領
域全体が空乏化するので有機絶縁膜中の固定電荷に基づ
く異常電流は存在しない。
Since a negative gate voltage which gives off current depletes the entire active region, there is no abnormal current due to fixed charges in the organic insulating film.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1(a)は本発明の薄膜トラン
ジスタの第1の実施の形態を示す平面図、図1(b)は
図1(a)のX−X線断面図である。但し、図1(a)
には便宜上有機絶縁膜は示していない。
1 (a) is a plan view showing a first embodiment of a thin film transistor of the present invention, and FIG. 1 (b) is a sectional view taken along line XX of FIG. 1 (a). However, FIG.
For convenience, the organic insulating film is not shown.

【0013】この薄膜トランジスタはガラス基板1の表
面を選択的に被覆するCr膜でなるゲート電極2と、ゲ
ート電極2と間にゲート絶縁膜3を介して交差する島状
のアンドープ非晶質シリコン膜のゲート電極2上方部で
ある活性領域4Aと、活性領域4Aの両側の前述のアン
ドープ非晶質シリコン膜にn型不純物をドーピングして
設けられた一対のn型ソース・ドレイン領域5−1A,
5−2Aと、n型ソース・ドレイン領域5−1A,5−
2Aに接続される一対のソース・ドレイン電極6−1
A,6−2Aと、活性領域4Aを含む全面を被覆するポ
リイミド膜でなる有機絶縁膜8とを有し、活性領域4A
は、ゲート電極2に所定の負電圧を印加したときその厚
さ方向に空乏層が拡がる厚さに設定されているというも
のである。
In this thin film transistor, a gate electrode 2 made of a Cr film for selectively covering the surface of the glass substrate 1 and an island-shaped undoped amorphous silicon film intersecting the gate electrode 2 with a gate insulating film 3 interposed therebetween. 4A above the gate electrode 2, and a pair of n-type source / drain regions 5-1A formed by doping the above-mentioned undoped amorphous silicon film on both sides of the active region 4A with n-type impurities.
5-2A and n-type source / drain regions 5-1A, 5-
2A pair of source / drain electrodes 6-1 connected to 2A
A, 6-2A, and an organic insulating film 8 made of a polyimide film that covers the entire surface including the active region 4A.
Means that when a predetermined negative voltage is applied to the gate electrode 2, the depletion layer spreads in the thickness direction thereof.

【0014】ここで、アンドープ非晶質シリコン膜はS
iH4 ガスとH2 ガスとの混合ガスを使用したグロー放
電プラズマCVD法で形成される。アンドープという語
は意図的に不純物を導入しないことを意味する。
Here, the undoped amorphous silicon film is S
It is formed by a glow discharge plasma CVD method using a mixed gas of iH 4 gas and H 2 gas. The term undoped means intentionally not introducing impurities.

【0015】図1では、ソース・ドレイン電極6−1
A,6−2Aはゲート電極2とオーバラップしていない
が、図2に示すように、一部でオーバラップさせてもよ
い。
In FIG. 1, the source / drain electrodes 6-1 are shown.
Although A and 6-2A do not overlap the gate electrode 2, they may partially overlap as shown in FIG.

【0016】次に、本発明の第1の実施の形態の製造方
法について説明する。
Next, a manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described.

【0017】まず、図3(a)に示すように、ガラス基
板1上にCr膜をスパッタ法により堆積しリソグラフィ
ー法によりパターン化しゲート電極2を形成する。次に
プラズマCVD法により窒化シリコン膜をゲート絶縁膜
3として堆積する。次に、SiH4 ガスとH2 ガスとの
混合ガスを使用したグロー放電プラズマCVD法で厚さ
60nm以下、例えば50nmのアンドープ非晶質シリ
コン膜9を基板温度300℃で堆積し、リソグラフィー
法により島状(長方形状)にパターニングする。次に、
図3(b)に示すように、レジスト膜10をゲート電極
2の上方に形成する。次にレジスト膜10を残したまま
矢印で示す方向からイオン注入法によりリンを加速電圧
20kVで約5×1015/cm2 のドーズ量で注入す
る。イオン注入後レジスト膜10を剥離し、アニールを
行なうことにより図3(c)に示すようにn型ソース・
ドレイン領域5−1A,5−2Aを形成する。レジスト
膜9直下部にはノンドープ非晶質シリコン膜が活性領域
4Aとして残る。
First, as shown in FIG. 3A, a Cr film is deposited on a glass substrate 1 by a sputtering method and patterned by a lithography method to form a gate electrode 2. Next, a silicon nitride film is deposited as the gate insulating film 3 by the plasma CVD method. Next, an undoped amorphous silicon film 9 having a thickness of 60 nm or less, for example, 50 nm is deposited at a substrate temperature of 300 ° C. by a glow discharge plasma CVD method using a mixed gas of SiH 4 gas and H 2 gas, and a lithographic method is used. Pattern in an island shape (rectangular shape). next,
As shown in FIG. 3B, a resist film 10 is formed above the gate electrode 2. Next, with the resist film 10 remaining, phosphorus is implanted at a accelerating voltage of 20 kV and a dose of about 5 × 10 15 / cm 2 from the direction shown by the arrow. After the ion implantation, the resist film 10 is peeled off and annealed to remove the n-type source.
Drain regions 5-1A and 5-2A are formed. Immediately below the resist film 9, a non-doped amorphous silicon film remains as the active region 4A.

【0018】この後、希フッ酸処理をしてシリコン表面
の自然酸化膜を除去した後、Cr膜をスパッタ法により
堆積してリソグラフィー法によりパターン化しソース・
ドレイン電極6−1A,6−2Aを形成し、次に、印刷
法により厚さ50nmのポリイミド膜を有機絶縁膜8と
して形成する。ポリイミド膜は活性領域を保護すると同
時に液晶表示装置の配向膜として使用できる。
After that, a dilute hydrofluoric acid treatment is performed to remove the natural oxide film on the silicon surface, and then a Cr film is deposited by a sputtering method and patterned by a lithography method to form a source.
The drain electrodes 6-1A and 6-2A are formed, and then a polyimide film having a thickness of 50 nm is formed as the organic insulating film 8 by a printing method. The polyimide film protects the active region and can be used as an alignment film for a liquid crystal display device.

【0019】図4は本発明の第1の実施の形態の薄膜ト
ランジスタのドレイン電流ID 対ゲート電圧VG 特性を
示すグラフである。曲線Iは従来例(活性領域の厚さは
180nm)の特性、曲線IIは本発明の第1の実施の
形態の特性を示す。ただし、いずれもチャネル長は6μ
m、チャネル幅は33μmで、ドレイン電圧は10Vで
ある。曲線IIは曲線Iのように異常性を示さず、オン
電流(例えばVG =10VのときのID )対オフ電流
(例えばVG =−5VのときのID )が大幅に向上して
いることが分る。
FIG. 4 is a graph showing the drain current I D vs. gate voltage V G characteristics of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention. Curve I shows the characteristic of the conventional example (the thickness of the active region is 180 nm), and curve II shows the characteristic of the first embodiment of the present invention. However, the channel length is 6μ in both cases.
m, the channel width is 33 μm, and the drain voltage is 10V. The curve II does not show the anomaly like the curve I, and the on-current (for example, I D when V G = 10 V) versus the off-current (for example, I D when V G = −5 V) is significantly improved. I know that

【0020】図5は薄膜トランジスタのオフ電流につい
て説明するためのバンド図で、図5(a)は従来例、図
5(b)は本発明の第1の実施の形態のものである。
FIG. 5 is a band diagram for explaining the off current of the thin film transistor, FIG. 5 (a) shows a conventional example, and FIG. 5 (b) shows the first embodiment of the present invention.

【0021】まず図5(a)について説明する。ゲート
電極には負電圧が印加されているものとする。ゲート絶
縁膜3を隔ててノンドープ非晶質シリコン膜4の一部は
空乏化されている。このときノンドープ非晶質シリコン
膜4の伝導帯のエネルギーEC と価電子帯のエネルギー
V を示す曲線がゲート電極からの電界により歪められ
る範囲はゲート絶縁膜から空乏層幅Wまでである。保護
膜7側でも同様なバンド・ベンディングが起こり得る。
すなわち、保護膜7上には電極は無いが、イオン等によ
るプラスの固定電荷Qが存在するので、保護膜7とノン
ドープ非晶質シリコン膜4にマイナスの電子が誘起され
る。この現象によって、薄膜トランジスタのID 対VG
特性は、図3の曲線Iのように、ゲート電圧VG が−1
0Vから0V付近で異常な電流増加がみられる。
First, FIG. 5A will be described. It is assumed that a negative voltage is applied to the gate electrode. A part of the non-doped amorphous silicon film 4 is depleted across the gate insulating film 3. At this time, the range where the curve showing the energy E C of the conduction band and the energy E V of the valence band of the non-doped amorphous silicon film 4 is distorted by the electric field from the gate electrode is from the gate insulating film to the depletion layer width W. Similar band bending may occur on the protective film 7 side.
That is, although there is no electrode on the protective film 7, since positive fixed charges Q due to ions or the like exist, negative electrons are induced in the protective film 7 and the non-doped amorphous silicon film 4. This phenomenon causes the thin film transistor I D to V G
The characteristic is that the gate voltage V G is −1 as shown by the curve I in FIG.
An abnormal current increase is seen from 0V to around 0V.

【0022】一方、図4(b)に示すようにノンドープ
非晶質シリコン膜の厚さT2が空乏層幅Wより小さい場
合を考えてみる。この場合、ノンドープ非晶質シリコン
の伝導帯のエネルギーEC と価電子帯のエネルギーEV
のゲート電極2により生じる電界による歪みは反対側の
ノンドープ非晶質シリコンの表面にまで及び、プラスの
固定電荷の影響を受けにくいのでその表面近くに電子を
誘起しない。
On the other hand, consider a case where the thickness T2 of the non-doped amorphous silicon film is smaller than the depletion layer width W as shown in FIG. In this case, the energy E C of the conduction band and the energy E V of the valence band of non-doped amorphous silicon
The electric field generated by the gate electrode 2 extends to the surface of the non-doped amorphous silicon on the opposite side and is not easily affected by the positive fixed charges, so that electrons are not induced near the surface.

【0023】空乏層の幅Wはゲート電圧VG 、ノンドー
プ非晶質シリコン膜の膜質及び保護膜中の固定電荷量に
依存している。オフ電流は理論的にはゲート電圧VG
十分に負のときのドレイン電流とすべきであるかもしれ
ないが、実用上はある一定のゲート電圧、例えば−5V
のときのドレイン電流ID をオフ電流といっている。従
って、VG が0〜−5Vの範囲のある値で活性領域が厚
さ方向に空乏化する厚さにすればよい。
The width W of the depletion layer depends on the gate voltage V G , the film quality of the non-doped amorphous silicon film and the fixed charge amount in the protective film. The off-current may theoretically be the drain current when the gate voltage V G is sufficiently negative, but in practice it has a certain gate voltage, for example −5V.
The drain current ID at that time is referred to as an off current. Therefore, the thickness may be such that V G has a certain value in the range of 0 to −5 V and the active region is depleted in the thickness direction.

【0024】図8の従来例では保護膜7はn型ソース・
ドレイン領域5−1,5−2を形成するためリンなどの
イオン注入用マスクとして使用されるので正の固定電荷
が比較的多く存在していると考えられる。本発明の場
合、有機絶縁膜は、前述のように、n型ソース・ドレイ
ン領域形成後に設けられるものであり、イオン注入によ
る固定電荷の増加は考慮する必要はない。
In the conventional example of FIG. 8, the protective film 7 is an n-type source.
Since it is used as a mask for ion implantation of phosphorus or the like to form the drain regions 5-1, 5-2, it is considered that a large amount of positive fixed charges exist. In the case of the present invention, as described above, the organic insulating film is provided after the n-type source / drain regions are formed, and it is not necessary to consider the increase in fixed charges due to ion implantation.

【0025】図6は本発明の第1の実施の形態における
ノンドープ非晶質シリコン膜の局在準位密度N(E)の
実測例を示すグラフである。ドレイン電流ID は、ID
=I0 exp(−ΔE/kT)の式で表される。ここ
で、I0 は定数、ΔEは活性化エネルギー、kはボルツ
マン定数、そしてTは絶対温度である。この式より色々
な温度に対してドレイン電流を測定することによって活
性化エネルギーΔEを求めることができ、また、ΔEの
ゲート電圧依存性を測定すると、計算方法は半導体工学
の教科書によくあるので省略するが、伝導帯のエネルギ
ーEC の下の各エネルギー位置(EC −E)における局
在準位密度N(E)を求めることができる。図に、この
ようにして求めた結果を示す。例えば伝導帯のエネルギ
ーEC から0.2eVだけ下の位置では局在準位密度N
(E)は1017(eV・cm3 -1程度ある。ノンドー
プ非晶質シリコン膜では局在準位が空間電荷をつくるの
でこのN(E)が空乏層の幅Wに影響する。本発明の第
1の実施の形態ではノンドープ非晶質シリコン膜の厚さ
が30〜60nmの範囲内でドレイン電流ID −ゲート
電圧VG 特性に前述した異常性は観測されないことが確
認された。
FIG. 6 is a graph showing an actual measurement example of the localized level density N (E) of the non-doped amorphous silicon film in the first embodiment of the present invention. The drain current I D is I D
= I 0 exp (−ΔE / kT). Where I 0 is a constant, ΔE is the activation energy, k is the Boltzmann constant, and T is the absolute temperature. The activation energy ΔE can be obtained by measuring the drain current at various temperatures from this equation, and the gate voltage dependence of ΔE is measured, the calculation method is often found in textbooks of semiconductor engineering, so it is omitted. However, the localized level density N (E) at each energy position (E C −E) below the energy E C of the conduction band can be obtained. The figure shows the results thus obtained. For example, the localized level density N is 0.2 eV below the conduction band energy E C.
(E) is about 10 17 (eV · cm 3 ) −1 . In the non-doped amorphous silicon film, the localized level creates space charges, and thus N (E) affects the width W of the depletion layer. The abnormality described above to the gate voltage V G characteristics is not observed were confirmed - drain current I D within the thickness of non-doped amorphous silicon film is 30~60nm in the first embodiment of the present invention .

【0026】なお、図8のTFTにおける保護膜7に基
く凹凸が本発明の第1の実施の形態には存在しないので
液晶表示装置に使用した場合の液晶配向の乱れが少なく
できる。
Since the unevenness based on the protective film 7 in the TFT of FIG. 8 does not exist in the first embodiment of the present invention, the disorder of the liquid crystal alignment when used in the liquid crystal display device can be reduced.

【0027】なお有機保護膜としてはポリイミド膜に限
らず、半導体分野で利用されるものなら何でも使用でき
る。
The organic protective film is not limited to the polyimide film, and any film used in the semiconductor field can be used.

【0028】図7は本発明の第2の実施の形態を示す断
面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【0029】この図は順スタガ型の薄膜トランジスタを
示すが、ノンドープ非晶質シリコン膜でなる活性領域4
Bの厚さ4Bがゲート電圧VG が0〜−5Vのある電圧
で厚さ方向全域で空乏化されるように60nm以下、例
えば50nmになっている。
Although this figure shows a forward stagger type thin film transistor, the active region 4 made of a non-doped amorphous silicon film is used.
The thickness 4B of B is 60 nm or less, for example 50 nm, so that the gate voltage V G is depleted at a voltage of 0 to −5 V over the entire thickness direction.

【0030】また、この薄膜トランジスタでは、ゲート
電極2Aとゲート絶縁膜3Aを島状にパターニングした
後にイオン注入法によりリンをドープしてノンドープ非
晶質シリコン膜にn型ソース・ドレイン領域6−1B,
6−2Bを形成するが、ノンドープ非晶質シリコン膜の
厚さが60nm以下と薄いのでソース・ドレイン電極と
接する界面付近までn型化され、非晶質シリコン膜と金
属膜(ソース・ドレイン電極)は良いオーミック接触が
得られる。イオン注入時にゲート絶縁膜3Aにはゲート
電極2Aが被着されているので、リンによる固定電荷は
逆スタガ型より少なくなっている。
Further, in this thin film transistor, the gate electrode 2A and the gate insulating film 3A are patterned into an island shape, and then phosphorus is doped by an ion implantation method to form a non-doped amorphous silicon film in the n-type source / drain region 6-1B.
6-2B is formed, but since the thickness of the non-doped amorphous silicon film is as thin as 60 nm or less, n-type is formed up to the vicinity of the interface in contact with the source / drain electrode, and the amorphous silicon film and the metal film (source / drain electrode) are formed. ) Gives good ohmic contact. Since the gate electrode 2A is deposited on the gate insulating film 3A at the time of ion implantation, the fixed charge due to phosphorus is smaller than that of the inverted stagger type.

【0031】オフ電流を少なくできることは第1の実施
の形態と同じである。
The off current can be reduced as in the first embodiment.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上説明したように、非晶質シリコン薄
膜トランジスタの活性領域の厚さを所定のゲート電圧で
厚さ方向全域で空乏化される値以下にすることにより、
活性領域のゲート電極から遠い方の界面にチャネルが形
成されるのを抑制できるのでオン電流対オフ電流比を大
幅に改善できる。また逆スタガ型薄膜トランジスタで
は、活性領域のゲート電極上方部表面をSiNX やSi
2 膜などの保護膜で選択的に被覆せず、全面をポリイ
ミド膜などの有機絶縁膜で直接被覆することにより、凹
凸を少なくでき液晶表示装置に利用したときの画質の改
善に寄与できるし、有機絶縁膜で配向膜を兼ねさせるこ
とにより工数の削減が可能となる効果もある。
As described above, by setting the thickness of the active region of the amorphous silicon thin film transistor to be equal to or less than the value depleted in the entire thickness direction at a predetermined gate voltage,
Since it is possible to suppress the formation of a channel at the interface farther from the gate electrode in the active region, the on-current to off-current ratio can be greatly improved. Further, in the inverted staggered thin film transistor, the surface of the upper portion of the gate electrode in the active region is covered with SiN x or Si.
By directly covering the entire surface with an organic insulating film such as a polyimide film without selectively covering with a protective film such as an O 2 film, it is possible to reduce unevenness and contribute to the improvement of image quality when used in a liquid crystal display device. Since the organic insulating film also serves as the alignment film, the number of steps can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態の薄膜トランジスタ
も示す平面図(図1(a))及び図1(a)のX−X線
断面図(図1(b))である。
FIG. 1 is a plan view (FIG. 1A) also showing a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention and a cross-sectional view taken along line XX of FIG. 1A (FIG. 1B).

【図2】第1の実施の形態の薄膜トランジスタの変形を
示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a modification of the thin film transistor according to the first embodiment.

【図3】第1の実施の形態の製造方法について説明する
ための(a)〜(c)に分図して示す工程順断面図であ
る。
3A to 3C are cross-sectional views in order of the processes, which are divided into (a) to (c) for describing the manufacturing method according to the first embodiment.

【図4】第1の実施の形態の薄膜トランジスタのドレイ
ン電流ID −ゲート電圧VG 特性を従来例と対比して示
すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a drain current ID -gate voltage V G characteristic of the thin film transistor of the first embodiment in comparison with a conventional example.

【図5】従来例(図5(a))と第1の実施の形態の薄
膜トランジスタ(図5(b))について説明するための
バンド図である。
FIG. 5 is a band diagram for explaining a conventional example (FIG. 5A) and the thin film transistor of the first embodiment (FIG. 5B).

【図6】第1の実施の形態におけるノンドープ非晶質シ
リコン膜の局在準位密度分布の実測例を示すグラフであ
る。
FIG. 6 is a graph showing an actual measurement example of a localized level density distribution of the non-doped amorphous silicon film according to the first embodiment.

【図7】本発明の第2の実施の形態の薄膜トランジスタ
を示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a thin film transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図8】従来の薄膜トランジスタを示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional thin film transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス基板 2,2A ゲート電極 3,3A ゲート絶縁膜 4,4A,4B 活性領域 5−1,5−1A,5−1B,5−2,5−2A,5−
2B n型ソース・ドレイン領域 6−1,6−1A,6−1B,6−2,6−2A,6−
2B ソース・ドレイン電極 7 保護膜 8 有機絶縁膜 9 ノンドープ非晶質シリコン膜 10 レジスト膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate 2,2A Gate electrode 3,3A Gate insulating film 4,4A, 4B Active region 5-1,5-1A, 5-1B, 5-2,5-2A, 5-
2B n-type source / drain regions 6-1, 6-1A, 6-1B, 6-2, 6-2A, 6-
2B source / drain electrode 7 protective film 8 organic insulating film 9 non-doped amorphous silicon film 10 resist film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁基板の表面を選択的に被覆するゲー
ト電極と、前記ゲート電極と間にゲート絶縁膜を介して
交差する島状のアンドープ非晶質シリコン膜の前記ゲー
ト電極上方部である活性領域と、前記活性領域の両側の
前記アンドープ非晶質シリコン膜にn型不純物をドーピ
ングして設けられた一対のn型ソース・ドレイン領域
と、前記n型ソース・ドレイン領域に接続される一対の
ソース・ドレイン電極と、前記活性領域を含む全面を被
覆する有機絶縁膜とを有し、前記活性領域は、前記ゲー
ト電極に所定の負電圧を印加したときその厚さ方向に空
乏層が拡がる厚さに設定されていることを特徴とする薄
膜トランジスタ。
1. A gate electrode that selectively covers the surface of an insulating substrate, and an island-shaped undoped amorphous silicon film above the gate electrode that intersects with the gate electrode via a gate insulating film. An active region, a pair of n-type source / drain regions formed by doping the undoped amorphous silicon film on both sides of the active region with an n-type impurity, and a pair connected to the n-type source / drain regions. Source / drain electrodes and an organic insulating film covering the entire surface including the active region, and a depletion layer expands in the thickness direction of the active region when a predetermined negative voltage is applied to the gate electrode. A thin film transistor characterized by being set to a thickness.
【請求項2】 有機絶縁膜はポリイミド膜である請求項
1記載の薄膜トランジスタ。
2. The thin film transistor according to claim 1, wherein the organic insulating film is a polyimide film.
【請求項3】 絶縁基板を選択的に被覆するアンドープ
非晶質シリコン膜の表面を間にゲート絶縁膜を介して横
断するゲート電極と、前記ゲート電極直下の前記アンド
ープ非晶質シリコン膜でなる活性領域と、前記活性領域
の両側の前記アンドープ非晶質シリコン膜にn型不純物
をドーピングして設けられた一対のn型ソース・ドレイ
ン領域とを有する薄膜トランジスタにおいて、前記活性
領域は、前記ゲート電極に所定の負電圧を印加したとき
その厚さ方向に空乏層が拡がる厚さに設定されているこ
とを特徴とする薄膜トランジスタ。
3. A gate electrode that traverses the surface of an undoped amorphous silicon film that selectively covers an insulating substrate via a gate insulating film, and the undoped amorphous silicon film immediately below the gate electrode. In a thin film transistor having an active region and a pair of n-type source / drain regions formed by doping the undoped amorphous silicon film on both sides of the active region with an n-type impurity, the active region is the gate electrode. A thin film transistor having a thickness such that a depletion layer spreads in the thickness direction when a predetermined negative voltage is applied to the thin film transistor.
【請求項4】 活性領域の厚さが高々60nmである請
求項1,2又は3記載の薄膜トランジスタ。
4. The thin film transistor according to claim 1, wherein the thickness of the active region is at most 60 nm.
【請求項5】 絶縁基板の表面を選択的に被覆するゲー
ト電極を形成する工程と、全面にゲート絶縁膜を堆積す
る工程と、SiH4 ガスとH2 ガスとの混合ガスを使用
したグロー放電プラズマCVD法で高々60nmの厚さ
のアンドープ非晶質シリコン膜を堆積しパターニングし
て前記ゲート電極と交差する島状のアンドープ非晶質シ
リコン膜を形成する工程と、前記島状のアンドープ非晶
質シリコン膜の前記ゲート電極直上部を覆うマスクを形
成したのちn型不純物イオンを前記アンドープ非晶質シ
リコン膜に注入しアニールを行ない一対のn型ソース・
ドレイン領域を形成する工程と、前記一対のn型ソース
・ドレイン領域にそれぞれ接続する一対のソース・ドレ
イン電極を形成する工程と、全面に有機絶縁膜を印刷法
により形成する工程とを有することを特徴とする薄膜ト
ランジスタの製造方法。
5. A step of forming a gate electrode for selectively covering the surface of an insulating substrate, a step of depositing a gate insulating film on the entire surface, and a glow discharge using a mixed gas of SiH 4 gas and H 2 gas. Depositing an undoped amorphous silicon film having a thickness of at most 60 nm by plasma CVD and patterning it to form an island-shaped undoped amorphous silicon film that intersects with the gate electrode; and the island-shaped undoped amorphous film. After forming a mask covering just above the gate electrode of the crystalline silicon film, an n-type impurity ion is implanted into the undoped amorphous silicon film and annealed to form a pair of n-type source.
A step of forming a drain region, a step of forming a pair of source / drain electrodes respectively connected to the pair of n-type source / drain regions, and a step of forming an organic insulating film on the entire surface by a printing method. A method of manufacturing a thin film transistor having the characteristics.
【請求項6】 有機絶縁膜はポリイミド膜である請求項
5記載の薄膜トランジスタの製造方法。
6. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 5, wherein the organic insulating film is a polyimide film.
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