JPH05175503A - Thin film transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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- Thin Film Transistor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 チャネルとなる第一の半導体層4を窒素元素
および炭素元素を含有しない下層半導体層4aと窒素元
素または炭素元素を含有する上層半導体層4bで形成す
るとともに、オーミックコンタクト層となる第二の半導
体層5を微結晶半導体層で形成する。また、チャネル層
となる第一の半導体層4を窒素元素または炭素元素を含
有しない下層半導体層4aと窒素元素または炭素元素を
含有する上層半導体層4bで形成するとともに、オーミ
ックコンタクト層となる第二の半導体層5を微結晶半導
体で形成して、この微結晶半導体層5の一部をエッチン
グ除去することによってソース・ドレインを形成する。
【効果】 高精細化した特性の良好な薄膜トランジスタ
を提供することができるとともに成膜工程が簡略化さ
れ、格別なエッチングのストッパー層を設けなくてもオ
ーミックコンタクト層5を正確にエッチングすることが
可能となり、量産時にも簡単な工程で安定して薄膜トラ
ンジスタを製造することができる。
(57) [Summary] [Structure] The first semiconductor layer 4 serving as a channel is formed of the lower semiconductor layer 4a containing no nitrogen element and carbon element and the upper semiconductor layer 4b containing nitrogen element or carbon element, and at the same time, ohmic contact is formed. The second semiconductor layer 5 to be the contact layer is formed of a microcrystalline semiconductor layer. Further, the first semiconductor layer 4 serving as the channel layer is formed of the lower semiconductor layer 4a containing no nitrogen element or carbon element and the upper semiconductor layer 4b containing nitrogen element or carbon element, and the second semiconductor layer 4 serving as an ohmic contact layer. The semiconductor layer 5 is formed of a microcrystalline semiconductor, and a part of the microcrystalline semiconductor layer 5 is removed by etching to form a source / drain. [Effect] It is possible to provide a high-definition thin film transistor with excellent characteristics, the film formation process is simplified, and the ohmic contact layer 5 can be accurately etched without providing a special etching stopper layer. Therefore, the thin film transistor can be stably manufactured by a simple process even during mass production.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は薄膜トランジスタおよび
その製造方法に関し、特にアクティブマトリックス型液
晶表示装置などに好適に用いることができる薄膜トラン
ジスタおよび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 and a method for manufacturing the same, and more particularly to a thin film transistor which can be suitably used for an active matrix type liquid crystal display device and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術およびその問題点】従来、アクティブマト
リックス型液晶表示装置などに用いられる薄膜トランジ
スタには、画素電極となる透明導電層がトランジスタの
上方に位置するタイプのものとトランジスタの下方に位
置するタイプのものとがあるが、それぞれの薄膜トラン
ジスタの製造方法および構造を図4および図5に示す。2. Description of the Related Art Conventionally, as a thin film transistor used in an active matrix type liquid crystal display device or the like, a type in which a transparent conductive layer serving as a pixel electrode is located above the transistor and a type in which it is located below the transistor The manufacturing method and the structure of each thin film transistor are shown in FIGS.
【0003】図4は、画素電極となる透明導電層がトラ
ンジスタの下方に位置するタイプのものである。FIG. 4 shows a type in which a transparent conductive layer which becomes a pixel electrode is located below a transistor.
【0004】まず、同図(a)に示すように、ガラスな
どから成る絶縁基板21上に、画素電極となる透明導電
層22とゲート電極となる第一の導電層23とを真空蒸
着法やスパッタリング法などで形成し、この第一の導電
層23をエッチングによって所定のパターンに形成す
る。次に、同図(b)に示すように、透明導電層22を
エッチングによって所定のパターンに形成する。次に、
同図(c)に示すように、ゲート絶縁膜となる絶縁層2
4、25、チャネル層となる第一の半導体層26、およ
びエッチングのストッパー層として作用する窒化シリコ
ン層27を形成する。なお、ゲート絶縁膜となる絶縁層
24は例えば酸化タンタル層などから成り、ゲート絶縁
膜となる絶縁層24は窒化シリコン層などから成る。ま
た、第一の半導体層は、i型アモルファスシリコン層な
どから成る。さらに、エッチングのストッパー層として
の窒化シリコン層27は窒素元素を多量に含有し、エネ
ルギーバンドギャップが5.0eV以上のものである。
次に、同図(d)に示すように、エッチングのストッパ
ー層としての窒化シリコン層27がゲート電極23上の
みに残るようにパターニングする。次に、同図(e)に
示すように、オーミックコンタクト層となる第二の半導
体層28を例えばプラズマCVD法などで形成する。こ
の第二の半導体層28は、例えばn+ アモルファスシリ
コン層などから成る。次に、同図(f)に示すように、
トランジスタの側部にコンタクトホール29を形成す
る。次に、同図(g)に示すように、ソース・ドレイン
電極となる第二の導電層30、31を形成する。なお、
第二の導電層30はモリブデンシリサイドなどから成
り、第二の導電層31はアルミニウムなどから成る。次
に、同図(h)に示すように、ゲート電極23上の第二
の導電層30、31と第二の半導体層28をエッチング
で分離して、ソースとドレインを形成する。このエッチ
ングの際には、窒化シリコン層27がストッパー層とな
る。First, as shown in FIG. 1A, a transparent conductive layer 22 to be a pixel electrode and a first conductive layer 23 to be a gate electrode are formed on an insulating substrate 21 made of glass or the like by a vacuum deposition method or a vacuum deposition method. It is formed by a sputtering method or the like, and this first conductive layer 23 is formed into a predetermined pattern by etching. Next, as shown in FIG. 3B, the transparent conductive layer 22 is formed into a predetermined pattern by etching. next,
As shown in FIG. 3C, the insulating layer 2 that will become the gate insulating film.
4, 25, a first semiconductor layer 26 to be a channel layer, and a silicon nitride layer 27 that acts as a stopper layer for etching are formed. The insulating layer 24 serving as a gate insulating film is made of, for example, a tantalum oxide layer, and the insulating layer 24 serving as a gate insulating film is made of a silicon nitride layer. The first semiconductor layer is composed of an i-type amorphous silicon layer or the like. Further, the silicon nitride layer 27 as the etching stopper layer contains a large amount of nitrogen element and has an energy band gap of 5.0 eV or more.
Next, as shown in FIG. 3D, patterning is performed so that the silicon nitride layer 27 as an etching stopper layer remains only on the gate electrode 23. Next, as shown in FIG. 7E, the second semiconductor layer 28 to be an ohmic contact layer is formed by, for example, the plasma CVD method. The second semiconductor layer 28 is made of, for example, an n + amorphous silicon layer. Next, as shown in FIG.
A contact hole 29 is formed on the side of the transistor. Next, as shown in FIG. 3G, second conductive layers 30 and 31 to be the source / drain electrodes are formed. In addition,
The second conductive layer 30 is made of molybdenum silicide or the like, and the second conductive layer 31 is made of aluminum or the like. Next, as shown in FIG. 3H, the second conductive layers 30 and 31 on the gate electrode 23 and the second semiconductor layer 28 are separated by etching to form a source and a drain. During this etching, the silicon nitride layer 27 serves as a stopper layer.
【0005】最後に、窒化シリコン層などから成るパシ
ベーション層32を形成して完成する。Finally, a passivation layer 32 made of a silicon nitride layer or the like is formed and completed.
【0006】このように従来のアクティブマトリックス
型液晶表示装置などに用いられる薄膜トランジスタで
は、チャネル層となる第一の半導体層26上にオーミッ
クコンタクト層となる第二の半導体層28を設けて、第
二の半導体層の中央部分を例えば体積比でHF(1)に
対してHNO3 (20)から成る混合液を用いてエッチ
ングすることにより分割するが、この第二の半導体層2
8を分割する際に、第一の半導体層26がオーバーエッ
チングによって消失しないようにするとともに、第二の
半導体層28の一部が残ってトランジスタのオフ抵抗が
低下するのを防止するために、第一の半導体層26上に
ストッパー層27を形成して第二の半導体層28の所定
部分がエッチングされるようにしていた。すなわち、n
+ 型アモルファスシリコンなどから成る第二の半導体層
28は、i型アモルファスシリコンなどから成る第一の
半導体層26と同一のエッチング液でのみ容易にエッチ
ングすることが可能なため、エッチングのストッパー層
としての窒化シリコン膜27が必要であった。As described above, in the thin film transistor used in the conventional active matrix type liquid crystal display device or the like, the second semiconductor layer 28 serving as the ohmic contact layer is provided on the first semiconductor layer 26 serving as the channel layer, and the second semiconductor layer 28 is provided. The central portion of the semiconductor layer is divided by, for example, etching by using a mixed solution of HNO 3 (20) with respect to HF (1) in a volume ratio.
In order to prevent the first semiconductor layer 26 from being lost by over-etching when dividing into 8, and to prevent a part of the second semiconductor layer 28 from remaining to reduce the off resistance of the transistor, The stopper layer 27 is formed on the first semiconductor layer 26 so that a predetermined portion of the second semiconductor layer 28 is etched. That is, n
The second semiconductor layer 28 made of + -type amorphous silicon or the like can be easily etched only with the same etchant as the first semiconductor layer 26 made of i-type amorphous silicon or the like, and therefore serves as an etching stopper layer. The silicon nitride film 27 was required.
【0007】上述の薄膜トランジスタの製造方法では、
図4(a)(b)(d)(f)(h)の各工程でエッチ
ングを行うことから、フォトマスクは五枚必要である。In the method of manufacturing the thin film transistor described above,
Since etching is performed in each step of FIGS. 4A, 4B, 4D, 4F, and 4H, five photomasks are required.
【0008】また、透明導電層がトランジスタの上方に
位置するタイプの薄膜トランジスタの製造方法を図5に
示す。FIG. 5 shows a method of manufacturing a thin film transistor of the type in which the transparent conductive layer is located above the transistor.
【0009】まず、同図(a)に示すように、絶縁基板
51上にゲート電極となる第一の導電層52を形成して
パターニングする。次に、同図(b)に示すように、第
一の導電層52の表面を陽極酸化して、陽極酸化層53
を形成する。次に、同図(c)に示すように、ゲート絶
縁膜となる絶縁層54、チャネル層となる第一の半導体
層55、およびエッチングのストッパー層として機能す
る窒化シリコン層56を形成する。このエッチングのス
トッパー層としての窒化シリコン層も図4に示す窒化シ
リコン層27と同様のものである。次に、同図(d)に
示すように、ゲート電極53上のみに窒化シリコン層5
6が残るように、窒化シリコン層56の大部分をエッチ
ングする。次に、同図(e)に示すように、オーミック
コンタクト層となる第二の半導体層57を形成する。次
に、同図(f)に示すように、第二の半導体層57と第
一の半導体層55の周辺部をエッチングなどにより除去
する。次に、同図(g)に示すように、ソース・ドレイ
ン電極となる第二の導電層58を形成して、パターニン
グする。なお、この工程では、後述する透明導電層59
が第一の半導体層55および第二の半導体層57と接触
しないようにするために、第一の半導体層55および第
二の半導体層57の周辺部が第二の導電層58で完全に
被覆されるように第二の導電層58をパターニングす
る。次に、同図(h)に示すように、画素電極となる透
明導電層59を形成してパターニングする。最後に、同
図(i)に示すように、窒化シリコン層などから成るパ
シベーション層60を形成して完成する。First, as shown in FIG. 1A, a first conductive layer 52 to be a gate electrode is formed on an insulating substrate 51 and patterned. Next, as shown in FIG. 6B, the surface of the first conductive layer 52 is anodized to form the anodized layer 53.
To form. Next, as shown in FIG. 3C, an insulating layer 54 that will be a gate insulating film, a first semiconductor layer 55 that will be a channel layer, and a silicon nitride layer 56 that will function as an etching stopper layer will be formed. The silicon nitride layer as a stopper layer for this etching is also the same as the silicon nitride layer 27 shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3D, the silicon nitride layer 5 is formed only on the gate electrode 53.
Most of the silicon nitride layer 56 is etched so that 6 remains. Next, as shown in FIG. 7E, the second semiconductor layer 57 to be an ohmic contact layer is formed. Next, as shown in FIG. 6F, the peripheral portions of the second semiconductor layer 57 and the first semiconductor layer 55 are removed by etching or the like. Next, as shown in FIG. 6G, a second conductive layer 58 to be the source / drain electrodes is formed and patterned. In this step, the transparent conductive layer 59 described later is used.
So that the first semiconductor layer 55 and the second semiconductor layer 57 do not come into contact with each other, the peripheral portions of the first semiconductor layer 55 and the second semiconductor layer 57 are completely covered with the second conductive layer 58. Pattern the second conductive layer 58 as described above. Next, as shown in FIG. 3H, a transparent conductive layer 59 to be a pixel electrode is formed and patterned. Finally, as shown in FIG. 1I, a passivation layer 60 made of a silicon nitride layer or the like is formed and completed.
【0010】上述のアクティブマトリックス基板の製造
方法では、図5(a)(d)(f)(g)(h)の各工
程でフォトマスクが必要であり、最低五枚必要である。In the method of manufacturing the active matrix substrate described above, a photomask is required in each step of FIGS. 5A, 5D, 5F, 5G and 5H, and at least five photomasks are required.
【0011】上述のように、従来の薄膜トランジスタで
は、トランジスタの機能上は不必要なエッチングのスト
ッパー層27、56を形成していることから、トランジ
スタのチャネル長が長くなり、高精細化が困難であると
いう問題があった。また、エッチングのストッパー層2
7、56を形成するために、多くのフォトマスクが必要
になり、フォトプロセスに時間がかかり量産性が悪いと
いう問題があった。特に、このような薄膜トランジスタ
を多数形成するデバイスでは、製造工程の煩雑化によっ
て製造歩留りが著しく低下することから、製造工程はで
きるだけ簡略化することが望まれている。As described above, in the conventional thin film transistor, since the stopper layers 27 and 56 for etching which are unnecessary for the function of the transistor are formed, the channel length of the transistor becomes long and it is difficult to achieve high definition. There was a problem that there was. In addition, the etching stopper layer 2
In order to form Nos. 7 and 56, many photomasks are required, and there is a problem that the photoprocess takes time and mass productivity is poor. In particular, in a device in which a large number of such thin film transistors are formed, the manufacturing yield is significantly reduced due to the complexity of the manufacturing process, and therefore it is desired to simplify the manufacturing process as much as possible.
【0012】[0012]
【問題点を解決するための手段】本発明は、このような
従来技術の問題点に鑑みてなされたのもであり、その特
徴とするところは、基板上にゲート電極となる第一の導
電層、ゲート絶縁膜となる絶縁層、およびチャネル層と
なる第一の半導体層を形成するとともに、この第一の半
導体層上にオーミックコンタクト層となる第二の半導体
層とソース・ドレイン電極となる第二の導電層を分割し
て形成した薄膜トランジスタにおいて、前記第一の半導
体層を窒素元素および炭素元素を含有しない下層半導体
層と窒素元素または炭素元素を含有する上層半導体層で
形成するとともに、前記第二の半導体層を微結晶半導体
層で形成した点にある。The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and is characterized in that a first conductive layer to be a gate electrode on a substrate, An insulating layer to be a gate insulating film and a first semiconductor layer to be a channel layer are formed, and a second semiconductor layer to be an ohmic contact layer and a second semiconductor layer to be a source / drain electrode are formed on the first semiconductor layer. In the thin film transistor formed by dividing the conductive layer, the first semiconductor layer is formed of a lower semiconductor layer containing no nitrogen element and carbon element and an upper semiconductor layer containing nitrogen element or carbon element, and the second semiconductor layer is formed. The semiconductor layer is formed of a microcrystalline semiconductor layer.
【0013】また、(a)基板上の所定部分に、ゲート
電極となる第一の導電層を形成する工程と、(b)前記
第一の導電層上に、ゲート絶縁膜となる絶縁層、窒素元
素および炭素元素を含有しない下層半導体層と窒素元素
または炭素元素を含有する上層半導体層から成る第一の
半導体層、微結晶半導体層から成る第二の半導体層、お
よびソース・ドレイン電極となる第二の導電層を順次積
層する工程と、(c)前記第一の導電層上周辺部の前記
第二の導電層、第二の半導体層、および第一の半導体層
をエッチング除去する工程と、(d)前記第一の半導体
層上の中央部分の前記第二の導電層と第二の半導体層を
エッチング除去する工程を含んで成る点にある。Further, (a) a step of forming a first conductive layer to be a gate electrode on a predetermined portion of the substrate, and (b) an insulating layer to be a gate insulating film on the first conductive layer, A first semiconductor layer composed of a lower semiconductor layer containing no nitrogen element and a carbon element and an upper semiconductor layer containing a nitrogen element or a carbon element, a second semiconductor layer composed of a microcrystalline semiconductor layer, and a source / drain electrode A step of sequentially stacking a second conductive layer, and (c) a step of etching and removing the second conductive layer, the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer on the upper peripheral portion of the first conductive layer , (D) a step of etching away the second conductive layer and the second semiconductor layer in the central portion on the first semiconductor layer.
【0014】[0014]
【作用】上記のように、チャネル層となる第一の半導体
層の上層を窒素元素または炭素元素を含有する半導体層
で形成するとともに、オーミックコンタクト層となる第
二の半導体層を微結晶半導体層で形成すると、第一の半
導体層と第二の半導体層を同一の装置を用いて連続的に
形成でき、また窒素元素または炭素元素を含有する半導
体層と微結晶半導体層との間にエッチングの選択性を持
たせて窒素元素または炭素元素を含有する半導体層をエ
ッチングのストッパーとすることができ、格別なエッチ
ングのストッパー層が不要となって、トランジスタのチ
ャネル長を短くして高精細化できるとともに、フォトプ
ロセスを簡略化することができ、しかも特性の良好なト
ランジスタを形成することができる。As described above, the upper layer of the first semiconductor layer to be the channel layer is formed of the semiconductor layer containing the nitrogen element or the carbon element, and the second semiconductor layer to be the ohmic contact layer is the microcrystalline semiconductor layer. If it is formed by, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be continuously formed using the same apparatus, and etching between the semiconductor layer containing a nitrogen element or a carbon element and the microcrystalline semiconductor layer can be performed. A semiconductor layer containing nitrogen element or carbon element with selectivity can be used as an etching stopper, a special etching stopper layer becomes unnecessary, and the channel length of the transistor can be shortened to achieve high definition. At the same time, the photo process can be simplified, and a transistor with favorable characteristics can be formed.
【0015】[0015]
【実施例】以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明
する。図1は、本発明に係る薄膜トランジスタの製造工
程を示す図であり、1はガラスなどから成る絶縁基板で
ある。The present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of a thin film transistor according to the present invention, and 1 is an insulating substrate made of glass or the like.
【0016】まず、同図(a)に示すように、基板1上
にゲート電極となる第一の導電層2を真空蒸着法やスパ
ッタリング法で厚み2000Å程度に形成して、エッチ
ング法などでパターニングする。この第一の導電層とし
ては、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、アルミニウ
ム(Al)などが好適に用いられる。また、エッチング
液としては、クロムをエッチングする場合は硝酸第二セ
リウムアンモニウム水溶液が、タンタルをエッチングす
る場合はドライエッチングなどが、さらにアルミニウム
をエッチングする場合は燐酸などが好適に用いられる。First, as shown in FIG. 1A, a first conductive layer 2 to be a gate electrode is formed on a substrate 1 to a thickness of about 2000 Å by a vacuum deposition method or a sputtering method and patterned by an etching method or the like. To do. For this first conductive layer, chromium (Cr), tantalum (Ta), aluminum (Al), or the like is preferably used. Further, as an etching solution, an aqueous solution of cerium ammonium nitrate is preferably used for etching chromium, dry etching is used for etching tantalum, and phosphoric acid is preferably used for etching aluminum.
【0017】次に、同図(b)に示すように、第一の導
電層2上に、ゲート絶縁膜となる絶縁層3、窒素元素お
よび炭素元素を含有しない下層半導体層4aと窒素元素
または炭素元素を含有する上層半導体層4bとから成る
第一の半導体層4、微結晶半導体層から成る第二の半導
体層5、およびソース・ドレイン電極となる第二の導電
層5を順次積層する。Next, as shown in FIG. 1B, the insulating layer 3 to be the gate insulating film, the lower semiconductor layer 4a containing no nitrogen element and carbon element and the nitrogen element or the nitrogen element are formed on the first conductive layer 2. A first semiconductor layer 4 including an upper semiconductor layer 4b containing a carbon element, a second semiconductor layer 5 including a microcrystalline semiconductor layer, and a second conductive layer 5 serving as a source / drain electrode are sequentially laminated.
【0018】前記絶縁層3は、窒化シリコン層の一層構
造のもの、または窒化シリコン層と酸化タンタル層の二
層構造のものなどで構成される。窒化シリコン膜は、例
えばプラズマCVD法などで厚み2000Å程度に形成
され、酸化タンタル膜は、例えばスパッタリング法や陽
極酸化法などで厚み2000Å程度に形成される。The insulating layer 3 has a single layer structure of a silicon nitride layer, or a double layer structure of a silicon nitride layer and a tantalum oxide layer. The silicon nitride film is formed to a thickness of about 2000Å by, for example, a plasma CVD method, and the tantalum oxide film is formed to a thickness of about 2000Å by a sputtering method or an anodic oxidation method.
【0019】前記第一の半導体層4は、窒素元素および
炭素元素を含有しない下層半導体層4aと窒素元素また
は炭素元素を含有する上層半導体層4bで構成される。
すなわち、窒素元素および炭素元素を含有しない下層半
導体層4aは、キャリアガスとシランガス(SiH4 )
を用いたプラズマCVD法などで厚み200Å程度に形
成され、窒素元素または炭素元素を含有する上層半導体
層4bは、キャリアガスとシランガス(SiH4 )にア
ンモニアガス(NH3 )やメタンガス(CH4 )を混入
させたプラズマCVD法などで厚み800Å程度に形成
される。この上層半導体層4bは、後述するオーミック
コンタクト層5との間でエッチングの選択性を持たせ
て、エッチングのストッパー層としての機能を持たせる
ために形成するものであり、基本的にはエッチング液に
対するエッチングレートがオーミックコンタクト層5>
上層半導体層4bとなるような半導体層を形成すればよ
い。また、上層半導体層4bはエネルギーバンドギャッ
プが5.0eV以下、好適には2.5eV以下で、暗導
電率が5×10-12 Ω-1・cm-1以上1×10-9Ω-1・
cm-1以下となるように窒素元素または炭素元素を添加
すると、トランジスタのオフ抵抗とオン電流が従来品と
同等になり、好適である。この窒素元素または炭素元素
の含有量は、メタンガス(CH4 )やアンモニアガス
(NH3 )の流量比で制御される。The first semiconductor layer 4 is composed of a lower semiconductor layer 4a containing no nitrogen element and carbon element and an upper semiconductor layer 4b containing nitrogen element or carbon element.
That is, the lower semiconductor layer 4a containing no nitrogen element and carbon element is a carrier gas and a silane gas (SiH 4 )
The upper semiconductor layer 4b, which is formed to a thickness of about 200 Å by a plasma CVD method using, and which contains a nitrogen element or a carbon element, has a carrier gas and a silane gas (SiH 4 ) in which ammonia gas (NH 3 ) or methane gas (CH 4 ) is added. Is formed to a thickness of about 800 Å by a plasma CVD method in which is mixed. The upper semiconductor layer 4b is formed so as to have etching selectivity with an ohmic contact layer 5 which will be described later, and to have a function as an etching stopper layer. The etching rate for ohmic contact layer 5>
A semiconductor layer may be formed to serve as the upper semiconductor layer 4b. The upper semiconductor layer 4b has an energy band gap of 5.0 eV or less, preferably 2.5 eV or less, and a dark conductivity of 5 × 10 -12 Ω -1 cm -1 or more 1 × 10 -9 Ω -1.・
It is preferable to add a nitrogen element or a carbon element so as to be less than or equal to cm −1 because the off resistance and the on current of the transistor become equivalent to those of the conventional product. The content of this nitrogen element or carbon element is controlled by the flow rate ratio of methane gas (CH 4 ) or ammonia gas (NH 3 ).
【0020】図2に、窒素元素や炭素元素を含有しない
厚み50Åの下層半導体層4a上に、窒素元素または炭
素元素を含有する厚み800Åの上層半導体層4bを形
成した薄膜トランジスタの窒素元素または炭素元素の含
有量とトランジスタのオン電流との関係を示す。図2
中、黒丸は上層半導体層4bに窒素元素を含有する場合
であり、白丸は上層半導体層4bに炭素元素を含有する
場合である。なお、図2の横軸はシランガスに対するア
ンモニガスの流量比、およびシランガスに対するメタン
ガスの流量比を示す。図2で明らかなように、シランガ
スに対するアンモニアガスの流量比が0.01のとき
は、トランジスタのオン電流が1.5×10-6Aあり、
またシランガスに対するアンモニアガスの流量比が0.
1のときは、トランジスタのオン電流が1×10-7Aに
なる。したがって、上層半導体層4bに窒素元素を含有
させる場合は、シランガスに対するアンモニアガスの流
量比を0.1以下に設定して形成し、上層半導体層4b
に20原子%以下の窒素元素を含有するように形成する
ことが望ましい。また、シランガスに対するメタンガス
の流量比が、0.1のときは、トランジスタのオン電流
が1.7×10-6Aあり、またシランガスに対するメタ
ンガスの流量比が2.0のときでも、トランジスタのオ
ン電流は1×10-6Aある。したがって、シランガスに
対するメタンガスの流量比は2.0以上でもトランジス
タの特性上は全く問題はないが、シランガスに対するメ
タンガスの流量比が10以上になると、このような半導
体層はエッチングが困難になることから、シランガスに
対するメタンガスの流量比を10以下に設定して形成
し、上層半導体層4bに40原子%以下の炭素元素を含
有するように形成することが望ましい。In FIG. 2, a nitrogen element or a carbon element of a thin film transistor in which an upper semiconductor layer 4b having a thickness of 800Å containing a nitrogen element or a carbon element is formed on a lower semiconductor layer 4a having a thickness of 50Å containing no nitrogen element or a carbon element. 3 shows the relationship between the content of P and the on-current of the transistor. Figure 2
The middle circles indicate the case where the upper semiconductor layer 4b contains a nitrogen element, and the white circles indicate the case where the upper semiconductor layer 4b contains the carbon element. The horizontal axis of FIG. 2 shows the flow rate ratio of the ammonia gas to the silane gas and the flow rate ratio of the methane gas to the silane gas. As is apparent from FIG. 2, when the flow rate ratio of ammonia gas to silane gas is 0.01, the on-current of the transistor is 1.5 × 10 −6 A,
Further, the flow rate ratio of ammonia gas to silane gas is 0.
When it is 1, the on-current of the transistor is 1 × 10 −7 A. Therefore, when the upper semiconductor layer 4b contains a nitrogen element, the upper semiconductor layer 4b is formed by setting the flow rate ratio of the ammonia gas to the silane gas to 0.1 or less.
It is desirable to form it so as to contain 20 atomic% or less of nitrogen element. When the flow ratio of methane gas to silane gas is 0.1, the on-current of the transistor is 1.7 × 10 −6 A, and even when the flow ratio of methane gas to silane gas is 2.0, the transistor is on. The current is 1 × 10 −6 A. Therefore, even if the flow rate ratio of methane gas to silane gas is 2.0 or more, there is no problem in the characteristics of the transistor. However, if the flow rate ratio of methane gas to silane gas is 10 or more, it is difficult to etch such a semiconductor layer. It is preferable that the flow rate ratio of methane gas to silane gas is set to 10 or less, and the upper semiconductor layer 4b is formed to contain 40 atomic% or less of carbon element.
【0021】図1(b)に示すオーミックコンタクト層
となる第二の半導体層5は、例えばフォスフィン(PH
3 )などを高濃度(リン元素に換算して1018〜1021
個/cm3 程度)に含有するn+ 型微結晶半導体層で構
成される。このn+ 型微結晶半導体層5も上記第一の半
導体層4と同様にプラズマCVD法などで形成される
が、第一の半導体層4に比較して、シランガスの流量比
を少なくしてプラズマCVD装置の高周波電源のパワー
を上げて形成される。このように形成すると、アモルフ
ァスシリコン層内に粒径100Å程度の結晶状シリコン
が散乱して析出し、暗導電率が1×100 Ω-1・cm-1
以上となる。すなわち、本発明では、n+ 型微結晶半導
体層は、暗導電率が1×100 Ω-1・cm-1以上のもの
であると定義される。この第二の半導体層5は、厚み1
000Å程度に形成される。この第二の半導体層5は、
前記第一の半導体層4と同様にプラズマCVD装置で形
成できることから、同一装置を用いてインラインで形成
すればよい。なお、本発明に係る薄膜トランジスタで
は、チャネル層となる第一の半導体層4が、窒素元素お
よび炭素元素を含有しない下層半導体層4aと窒素元素
または炭素元素を含有する上層半導体層4bで構成され
ることから、オーミックコンタクト層となる第二の半導
体層5は、チャネル層となる第一の半導体層4の窒素元
素または炭素元素を含有する上層半導体層4bとのみ接
触することになる。The second semiconductor layer 5 serving as the ohmic contact layer shown in FIG. 1B is formed of, for example, phosphine (PH).
3 ) etc. in high concentration (converted to phosphorus element, 10 18 to 10 21
(/ Piece / cm 3 ) contained in the n + type microcrystalline semiconductor layer. The n + type microcrystalline semiconductor layer 5 is also formed by the plasma CVD method or the like similarly to the first semiconductor layer 4 described above. However, compared with the first semiconductor layer 4, the flow rate ratio of silane gas is reduced and plasma is formed. It is formed by increasing the power of the high frequency power source of the CVD apparatus. When formed in this manner, crystalline silicon having a grain size of about 100Å is scattered and deposited in the amorphous silicon layer, and the dark conductivity is 1 × 10 0 Ω -1 cm -1.
That is all. That is, in the present invention, the n + type microcrystalline semiconductor layer is defined to have a dark conductivity of 1 × 10 0 Ω -1 cm -1 or more. This second semiconductor layer 5 has a thickness of 1
It is formed to about 000Å. This second semiconductor layer 5 is
Since the first semiconductor layer 4 can be formed by the plasma CVD apparatus like the first semiconductor layer 4, it may be formed in-line by using the same apparatus. In the thin film transistor according to the present invention, the first semiconductor layer 4 that serves as a channel layer is composed of the lower semiconductor layer 4a containing no nitrogen element and carbon element and the upper semiconductor layer 4b containing nitrogen element or carbon element. Therefore, the second semiconductor layer 5 serving as the ohmic contact layer comes into contact only with the upper semiconductor layer 4b containing the nitrogen element or the carbon element of the first semiconductor layer 4 serving as the channel layer.
【0022】前記第二の導電層6は、アルミニウム、タ
ンタル、クロム、チタン(Ti)などで形成され、スパ
ッタリング法や真空蒸着法などで厚み1000〜400
0Å程度に形成される。なお、この第二の導電層6と上
述の第二の半導体層5との間に、例えばモリブデンシリ
サイド(MoSi2 )などを設けて、第二の導電層6が
第二の半導体層5中に拡散することを防止するようにし
てもよい。The second conductive layer 6 is formed of aluminum, tantalum, chromium, titanium (Ti) or the like, and has a thickness of 1000 to 400 by a sputtering method or a vacuum deposition method.
It is formed to about 0Å. Note that, for example, molybdenum silicide (MoSi 2 ) or the like is provided between the second conductive layer 6 and the above-mentioned second semiconductor layer 5 so that the second conductive layer 6 is included in the second semiconductor layer 5. It may be possible to prevent the diffusion.
【0023】次に、同図(c)に示すように、上述の第
二の導電層6、第二の半導体層5、および第一の半導体
層4をゲート電極2上とその周辺部が残るようにエッチ
ング除去する。第二の導電層6をエッチングする場合も
上述のようなエッチング液が用いられる。また、この工
程では、第二の半導体層5および第一の半導体層4をエ
ッチングする場合は、体積比でHF(3):HNO
3 (1)のエッチング液が用いられる。このように、体
積比でHF(3):HNO3 (1)のエッチング液を用
いると、第二の半導体層5および第一の半導体層4をエ
ッチングできる。なお、これら第二の導電層6、第二の
半導体層5、および第一の半導体層4をエッチングする
場合、それぞれ同一のフォトマスクが用いられる。Next, as shown in FIG. 3C, the above-mentioned second conductive layer 6, second semiconductor layer 5, and first semiconductor layer 4 are left on the gate electrode 2 and its peripheral portion. So that it is removed by etching. When the second conductive layer 6 is also etched, the etching liquid as described above is used. Further, in this step, when etching the second semiconductor layer 5 and the first semiconductor layer 4, the volume ratio of HF (3): HNO is set.
3 The etching solution of (1) is used. In this way, the second semiconductor layer 5 and the first semiconductor layer 4 can be etched by using the etching solution of HF (3): HNO 3 (1) in a volume ratio. When the second conductive layer 6, the second semiconductor layer 5, and the first semiconductor layer 4 are etched, the same photomask is used.
【0024】次に、同図(d)に示すように、酸化錫な
どから成る透明導電層7をスパッタリング法などで厚み
1000Å程度に形成する。このように透明導電層7を
酸化錫で形成するとn+ 型微結晶シリコン層5との経時
的な接触抵抗の変化は殆どなく、もって従来のようにソ
ース・ドレイン電極を格別パターニングする必要がなく
なる。Next, as shown in FIG. 3D, a transparent conductive layer 7 made of tin oxide or the like is formed to a thickness of about 1000 Å by a sputtering method or the like. When the transparent conductive layer 7 is formed of tin oxide as described above, there is almost no change in the contact resistance with the n + type microcrystalline silicon layer 5 with time, and thus it is not necessary to specially pattern the source / drain electrodes as in the conventional case. ..
【0025】最後に、同図(e)に示すように、オーミ
ックコンタクト層となる第二の半導体層5とソース・ド
レイン電極となる第二の導電層6を分割するために、こ
れら各層と透明導電層7のゲート電極2上の中央部分を
エッチング除去する。透明導電層7は例えば亜鉛を触媒
とする塩硝酸系エッチング液を、第二の導電層6は上述
のようなエッチング液を、また第二の半導体層5は体積
比でHF(1):HNO3 (17):H2 O(17)か
ら成るエッチング液をそれぞれ使えばよい。このエッチ
ング液は、i型アモルファスシリコン層から成る第一の
半導体層4に対して全く反応性を持たないため、第一の
半導体層4の上層半導体層4bが窒素元素または炭素元
素を含有することとあいまって、エッチングの際のスト
ッパー層を格別に設けなくとも安定して第二の半導体層
5を分割することが可能となる。また、エッチングのス
トッパー層を設けることなく、第二の半導体層5を分割
すると、トランジスタのチャネル長Lが短くなってトラ
ンジスタのオン電流が向上し、もってチャネル幅Wを小
さくできることから高精細化できる。Finally, as shown in FIG. 6 (e), in order to divide the second semiconductor layer 5 to be the ohmic contact layer and the second conductive layer 6 to be the source / drain electrodes, these layers are transparent. The central portion of the conductive layer 7 on the gate electrode 2 is removed by etching. The transparent conductive layer 7 is, for example, a salt nitric acid-based etching solution using zinc as a catalyst, the second conductive layer 6 is the above-described etching solution, and the second semiconductor layer 5 is HF (1): HNO in a volume ratio. 3 (17): An etching solution containing H 2 O (17) may be used. Since this etching solution has no reactivity with the first semiconductor layer 4 made of the i-type amorphous silicon layer, the upper semiconductor layer 4b of the first semiconductor layer 4 must contain a nitrogen element or a carbon element. Together with this, it is possible to stably divide the second semiconductor layer 5 without providing a stopper layer for etching. Further, when the second semiconductor layer 5 is divided without providing a stopper layer for etching, the channel length L of the transistor is shortened, the on-current of the transistor is improved, and the channel width W can be reduced, so that high definition can be achieved. ..
【0026】なお、トランジスタを保護するために、窒
化シリコン膜などから成るパシベーション膜を形成して
もよい。Note that a passivation film made of a silicon nitride film or the like may be formed to protect the transistor.
【0027】[0027]
【実験例】下記の条件で薄膜トランジスタを形成して、
ゲート電圧とドレイン電流の関係を調べた。[Experimental Example] A thin film transistor was formed under the following conditions,
The relationship between the gate voltage and the drain current was investigated.
【0028】基板 :ゲート電極 : 材料 クロム(Cr) 製法 スパッタリング 膜厚み 1000Åゲート絶縁膜 : 材料 窒化シリコン膜一層 製法 プラズマCVD法 反応室内1トール パワー0.8W/cm2 基板温度400℃ 100%のシランガス16cc/mit、アンモニアガ
ス61cc/mit、水素ガス100cc/mit、窒
素ガス100cc/mit 膜厚 4700Å下層半導体層 : 材料 i型アモルファスシリコン 製法 プラズマCVD法 反応室内2トール パワー0.08W/cm2 基板温度240℃ 100%のシランガス20cc/mit、水素ガス18
0cc/mit 膜厚 200Å上層半導体層 : 材料 i型アモルファスシリコン 製法 プラズマCVD法 反応室内1トール パワー0.08W/cm2 基板温度240℃ 100%のシランガス200cc/mit、アンモニア
ガス20cc/mit 膜厚 800Å微結晶半導体層 : 材料 n+ 型アモルファスシリコン 製法 プラズマCVD法 反応室内2トール パワー0.53W/cm2 基板温度240℃ 100%のシランガス2cc/mit、水素ガス138
cc/mit、フォスフィンが500ppmとなるよう
に希釈した水素ガス80cc/mit 膜厚 1000Åソース・ドレイン電極 : 材料 モリブデンシリサイド層とアルミニウム層の
二層構造 製法 スパッタリング 膜厚 モリブデンシリサイド層:1000Å アルミニウム層:3000Å 上記の条件で薄膜トランジスタを形成して、ゲート電圧
とドレイン電流の関係を調べた。その結果を図3に示
す。なお、ソース電圧Vdは15vで、チャネル幅Wと
チャネル長Lの比は、W/L=5.4である。図2で明
らかなように、ゲート電圧が0ないし1ボルトのとき
に、ドレイン電流が2×10-14 Aまで低下するととも
に、ゲート電圧が15Vのときに、ドレイン電流が10
-6Aまで上昇し、オフ抵抗およびオン電流ともにアクテ
ィブマトリックス型液晶表示装置のトランジスタとして
申し分ないものであることが分かる。 Substrate : Gate electrode : Material Chromium (Cr) manufacturing method Sputtering film thickness 1000Å Gate insulating film : Material silicon nitride film one-layer manufacturing method Plasma CVD method 1 torr power 0.8 W / cm 2 Substrate temperature 400 ° C. 100% silane gas 16 cc / mit, ammonia gas 61 cc / mit, hydrogen gas 100 cc / mit, nitrogen gas 100 cc / mit Film thickness 4700 Å Lower semiconductor layer : Material i-type amorphous silicon manufacturing method Plasma CVD method 2 torr power 0.08 W / cm 2 Substrate temperature 240 ° C. 100% silane gas 20 cc / mit, hydrogen gas 18
0 cc / mit film thickness 200 Å Upper semiconductor layer : material i-type amorphous silicon manufacturing method plasma CVD method 1 torr power 0.08 W / cm 2 substrate temperature 240 ° C. 100% silane gas 200 cc / mit, ammonia gas 20 cc / mit film thickness 800 Å Microcrystalline semiconductor layer : Material n + type amorphous silicon manufacturing method Plasma CVD method 2 torr power 0.53 W / cm 2 Substrate temperature 240 ° C. 100% silane gas 2 cc / mit, hydrogen gas 138
Hydrogen gas diluted to 500 ppm of cc / mit and phosphine 80 cc / mit Film thickness 1000Å Source / drain electrode : Material Double layer structure of molybdenum silicide layer and aluminum layer Sputtering film thickness Molybdenum silicide layer: 1000Å Aluminum layer: 3000Å A thin film transistor was formed under the above conditions and the relationship between the gate voltage and the drain current was examined. The result is shown in FIG. The source voltage Vd is 15 v, and the ratio of the channel width W to the channel length L is W / L = 5.4. As is clear from FIG. 2, when the gate voltage is 0 to 1 volt, the drain current drops to 2 × 10 −14 A, and when the gate voltage is 15 V, the drain current is 10 V.
-It increased to -6 A, and it can be seen that the off resistance and the on current are both satisfactory for the transistor of the active matrix type liquid crystal display device.
【0029】なお、炭素元素を含有する半導体層も、窒
素元素を含有する半導体層と同程度の暗導電率を示すこ
とから、上述の窒素元素を含有する半導体層に代えて、
炭素元素を含有する半導体層を用いても同様の特性を有
する薄膜トランジスタを得ることができる。Since the semiconductor layer containing the carbon element also has a dark conductivity similar to that of the semiconductor layer containing the nitrogen element, instead of the semiconductor layer containing the nitrogen element described above,
A thin film transistor having similar characteristics can be obtained by using a semiconductor layer containing a carbon element.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上のように、本発明に係る薄膜トラン
ジスタによれば、チャネル層となる第一の半導体層を窒
素元素および炭素元素を含有しない下層半導体層と窒素
元素または炭素元素を含有する上層半導体層で形成する
とともに、オーミックコンタクト層となる第二の半導体
層を微結晶半導体層で形成することから、高精細化した
特性の良好な薄膜トランジスタを提供することができ
る。As described above, according to the thin film transistor of the present invention, the first semiconductor layer serving as the channel layer is the lower semiconductor layer containing no nitrogen element and carbon element and the upper semiconductor layer containing nitrogen element or carbon element. Since the second semiconductor layer to be an ohmic contact layer is formed of a microcrystalline semiconductor layer while being formed of a semiconductor layer, a thin film transistor with high definition and favorable characteristics can be provided.
【0031】また、本発明に係る薄膜トランジスタの製
造方法によれば、チャネル層となる第一の半導体層を窒
素元素および炭素元素を含有しない下層半導体層と窒素
元素または炭素元素を含有する上層半導体層で形成する
とともに、オーミックコンタクト層となる第二の半導体
層を微結晶半導体層で形成してこの微結晶半導体層の一
部をエッチング除去することによってソース・ドレイン
を形成することから、成膜工程が簡略化されるととも
に、格別なエッチングのストッパー層を設けなくてもオ
ーミックコンタクト層を正確にエッチングすることが可
能となり、量産時にも簡単な工程で安定して薄膜トラン
ジスタを製造することができる。According to the method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention, the first semiconductor layer serving as the channel layer is the lower semiconductor layer containing no nitrogen element and carbon element and the upper semiconductor layer containing nitrogen element or carbon element. The second semiconductor layer to be an ohmic contact layer is formed of a microcrystalline semiconductor layer and the source / drain is formed by etching away a part of the microcrystalline semiconductor layer. In addition, the ohmic contact layer can be accurately etched without providing a special etching stopper layer, and a thin film transistor can be stably manufactured in a simple process even during mass production.
【図1】(a)〜(e)は、本発明に係る薄膜トランジ
スタの製造工程を示す図である。1A to 1E are views showing a manufacturing process of a thin film transistor according to the present invention.
【図2】上層半導体層の窒素元素および炭素元素の含有
量とトランジスタのオン電流のとの関係を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the contents of nitrogen element and carbon element in the upper semiconductor layer and the on-current of the transistor.
【図3】本発明に係る薄膜トランジスタのゲート電圧と
ドレイン電流の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a gate voltage and a drain current of a thin film transistor according to the present invention.
【図4】(a)〜(h)は、従来の薄膜トランジスタの
製造方法を示す図である。FIGS. 4A to 4H are diagrams showing a conventional method for manufacturing a thin film transistor.
【図5】(a)〜(i)は、従来の他の薄膜トランジス
タの製造方法を示す図である。5A to 5I are views showing another conventional method for manufacturing a thin film transistor.
1・・・基板、2・・・第一の導電層、3・・・絶縁
層、4・・・第一の半導体層、4a・・・窒素元素およ
び炭素元素を含有しない下層半導体層、4b・・・窒素
元素または炭素元素を含有する上層半導体層、5・・・
第二の半導体層、6・・・第二の導電層。1 ... Substrate, 2 ... First conductive layer, 3 ... Insulating layer, 4 ... First semiconductor layer, 4a ... Lower semiconductor layer containing no nitrogen element and carbon element, 4b ... Upper semiconductor layer containing nitrogen element or carbon element, 5 ...
Second semiconductor layer, 6 ... Second conductive layer.
Claims (4)
層、ゲート絶縁膜となる絶縁層、およびチャネル層とな
る第一の半導体層を形成するとともに、この第一の半導
体層上にオーミックコンタクト層となる第二の半導体層
とソース・ドレイン電極となる第二の導電層を分割して
形成した薄膜トランジスタにおいて、前記第一の半導体
層を窒素元素および炭素元素を含有しない下層半導体層
と窒素元素または炭素元素を含有する上層半導体層で形
成するとともに、前記第二の半導体層を微結晶半導体層
で形成したことを特徴とする薄膜トランジスタ。1. A first conductive layer to be a gate electrode, an insulating layer to be a gate insulating film, and a first semiconductor layer to be a channel layer are formed on a substrate, and an ohmic contact is formed on the first semiconductor layer. In a thin film transistor formed by dividing a second semiconductor layer to be a contact layer and a second conductive layer to be a source / drain electrode, the first semiconductor layer is a lower semiconductor layer containing no nitrogen element and carbon element and nitrogen. A thin film transistor, which is formed of an upper semiconductor layer containing an element or a carbon element, and the second semiconductor layer is formed of a microcrystalline semiconductor layer.
素元素を含有することを特徴とする請求項1に記載の薄
膜トランジスタ。2. The thin film transistor according to claim 1, wherein the upper semiconductor layer contains up to 20 atomic% of nitrogen element.
素元素を含有することを特徴とする請求項2に記載の薄
膜トランジスタ。3. The thin film transistor according to claim 2, wherein the upper semiconductor layer contains up to 40 atomic% of carbon element.
となる第一の導電層を形成する工程と、(b)前記第一
の導電層上に、ゲート絶縁膜となる絶縁層、窒素元素お
よび炭素元素を含有しない下層半導体層と窒素元素また
は炭素元素を含有する上層半導体層から成る第一の半導
体層、微結晶半導体層から成る第二の半導体層、および
ソース・ドレイン電極となる第二の導電層を順次積層す
る工程と、(c)前記第一の導電層上周辺部の前記第二
の導電層、第二の半導体層、および第一の半導体層をエ
ッチング除去する工程と、(d)前記第一の導電層上の
中央部分の前記第二の導電層と第二の半導体層をエッチ
ング除去する工程を含んで成る薄膜トランジスタの製造
方法。4. A step of: (a) forming a first conductive layer to be a gate electrode on a predetermined portion of the substrate; and (b) an insulating layer to be a gate insulating film on the first conductive layer. A first semiconductor layer composed of a lower semiconductor layer containing no nitrogen element and a carbon element and an upper semiconductor layer containing a nitrogen element or a carbon element, a second semiconductor layer composed of a microcrystalline semiconductor layer, and a source / drain electrode A step of sequentially stacking a second conductive layer, and (c) a step of etching and removing the second conductive layer, the second semiconductor layer, and the first semiconductor layer on the upper peripheral portion of the first conductive layer , (D) A method of manufacturing a thin film transistor, which comprises the step of etching away the second conductive layer and the second semiconductor layer in the central portion on the first conductive layer.
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Publication Number | Publication Date |
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- 1992-02-26 JP JP3906492A patent/JPH05175503A/en active Pending
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