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JPS63102263A - Thin film semiconductor device - Google Patents

Thin film semiconductor device

Info

Publication number
JPS63102263A
JPS63102263A JP61248061A JP24806186A JPS63102263A JP S63102263 A JPS63102263 A JP S63102263A JP 61248061 A JP61248061 A JP 61248061A JP 24806186 A JP24806186 A JP 24806186A JP S63102263 A JPS63102263 A JP S63102263A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
impurity
thin film
insulating layer
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP61248061A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Miki
明 三城
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP61248061A priority Critical patent/JPS63102263A/en
Publication of JPS63102263A publication Critical patent/JPS63102263A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67Thin-film transistors [TFT]

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は薄膜半導体装置、即ちガラス等の基板上に薄膜
の半導体層、絶縁層等を順次積層して形成される半導体
装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a thin film semiconductor device, that is, a semiconductor device formed by sequentially laminating thin film semiconductor layers, insulating layers, etc. on a substrate such as glass.

〔従来技術〕[Prior art]

近年、薄膜半導体装置、即ちガラス、アルミニュウム等
の基板上に非晶質シリコン等の半導体層。
In recent years, thin film semiconductor devices have been developed, that is, a semiconductor layer made of amorphous silicon or the like is placed on a substrate made of glass, aluminum, etc.

絶縁層等を積層して形成される半導体装置が実用化され
ている。この糧の薄膜半導体装1は、その大面積化が要
求される太陽電池あるいは液晶ディスプレイの駆動装置
等に好適である。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices formed by laminating insulating layers and the like have been put into practical use. This thin film semiconductor device 1 is suitable for use in solar cells, liquid crystal display drive devices, etc., which require a large area.

就中、SiNx層をゲート絶縁膜として利用した非晶質
シリコンの薄膜電界効果トランジスタはスイッチング特
性が優れているため、上述の液晶ディスプレイの駆動装
置といえ最適である。
In particular, an amorphous silicon thin film field effect transistor using a SiNx layer as a gate insulating film has excellent switching characteristics, and is therefore optimal as a driving device for the above-mentioned liquid crystal display.

即ち従来は、テレビモニタ、コンビュークンステムのデ
ータ表示装置等の映像表示用のディスプレイ装置として
高精細度、高輝度にてカラー表示可能なCRTディスプ
レイが主として利用されていたが、より小型、軽量且つ
低消費電力で高品質のディスプレイ装置としてフラット
パネルディスプレイが注目されている。フラットパネル
ディスプレイとしてはたとえば、上述の液晶ディスプレ
イが一般的であり、その駆動方法には単純マトリックス
駆動法とアクティブマトリックス駆動法がある。これら
の内、アクティブマトリックス駆動法は、三原色にて構
成される各画素それぞれを独立して駆動制御するので、
各画素をそれぞれを比較的大電力にて駆動し得るため、
コントラスト比を大きくすることが可能でる。
In other words, in the past, CRT displays capable of high-definition, high-brightness, color display were mainly used as display devices for displaying images such as television monitors and data display devices, but CRT displays are smaller and lighter. In addition, flat panel displays are attracting attention as low power consumption and high quality display devices. For example, the above-mentioned liquid crystal display is common as a flat panel display, and its driving methods include a simple matrix driving method and an active matrix driving method. Among these, the active matrix driving method independently drives and controls each pixel composed of three primary colors.
Since each pixel can be driven with relatively high power,
It is possible to increase the contrast ratio.

さて、上述のような液晶ディスプレイの駆動装置として
非晶質シリコンを用いた薄膜トランジスタは大面積化及
び低コスト化が可能であり、またオン・オフ電流比が大
きく、液晶層と並列配置されたコンデンサ容量の補正を
行う必要もないので好適である。
Now, thin film transistors using amorphous silicon as driving devices for liquid crystal displays as mentioned above can be made larger in area and lower in cost, and have a large on/off current ratio, making it possible to use capacitors placed in parallel with the liquid crystal layer. This is preferable since there is no need to correct the capacitance.

第4図は従来の水素を含む非晶質シリコン(a−3i:
H)を使用した薄膜半導体装置としての電界効果トラン
ジスタの構造を示す模式図である。
Figure 4 shows conventional amorphous silicon containing hydrogen (a-3i:
FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a field effect transistor as a thin film semiconductor device using H).

膜厚dのa−5i:l半導体層5の一面には窒化珪素(
SiNx)または酸化珪素(S i Ox)等の絶縁層
4を介してゲート電極層1が設けられている。更にa−
5i:l半導体層5の長さLの両端部にはソース電極層
2が、他端にはドレイン電極層3がそれぞれ設けられて
いる。
One surface of the a-5i:l semiconductor layer 5 with a film thickness d is silicon nitride (
A gate electrode layer 1 is provided with an insulating layer 4 such as SiNx or silicon oxide (S i Ox) interposed therebetween. Furthermore a-
A source electrode layer 2 is provided at both ends of the length L of the 5i:l semiconductor layer 5, and a drain electrode layer 3 is provided at the other end.

このような薄膜トランジスタは、ゲート電極層1に正(
+)のゲート電圧VGが印加されるとa−5i:l半導
体層5の内部でその絶縁層4との界面に沿ってa−3t
:H半導体N5とゲート電極層1との間の静電容WCと
により電荷7が誘起される。この誘起された電荷7(−
C・VG)はソース電極層2とドレイン電極層3との間
に印加されたドレイン電圧VDにより長さしのa−5i
:)l半導体層5を通過する。このようにしてゲート電
圧VGとドレイン電圧VDとにより制御されたドレイン
電流8(10)が流れる。
Such a thin film transistor has a positive (
+) When a gate voltage VG of
A charge 7 is induced by the capacitance WC between the :H semiconductor N5 and the gate electrode layer 1. This induced charge 7(-
C・VG) is a-5i in length due to the drain voltage VD applied between the source electrode layer 2 and the drain electrode layer 3.
:)1 Passes through the semiconductor layer 5. In this way, drain current 8 (10) controlled by gate voltage VG and drain voltage VD flows.

また、a−3i:)l半導体層5中をゲート電圧VGに
よっては制御されない電流、即ちリーク電流6が流れる
ことが考えられるが、a−3t :l半導体層5は暗比
抵抗が高いため、リーク電流6は無視出来る程度と考え
られる。
Furthermore, it is conceivable that a current that is not controlled by the gate voltage VG, that is, a leakage current 6 flows in the a-3i:)l semiconductor layer 5, but since the a-3t:)l semiconductor layer 5 has a high dark specific resistance, The leakage current 6 is considered to be negligible.

さて、上述のような水素を含む非晶質シリコン(a−5
i:H)を使用した薄膜トランジスタ(TFT:Thi
nFilm Transistor)は、従来のような
限られた大きさのシリコンウェハー上に形成されるので
はなく、プラズマCVD(Chemical Vapo
r Deposition)法あるいは他のCVD法に
より製造可能でる。このためTPTを使用した液晶ディ
スプレイは、上述の如く大面積化が可能であること、約
3oo℃の比較的低温のプロセスで製造可能なこと、a
−3i :l半導体層5の暗比抵抗が高い、換言すれば
暗導電率が低いため電荷蓄積容量(具体的には前述の液
晶層と並列配置されたコンデンサ)が不要になるので製
造プロセスが簡略化されること、更に同一の反応室内で
連続的に絶縁層及び活性層等を精層して成膜可能である
こと、等の利点がある。
Now, amorphous silicon containing hydrogen (a-5
Thin film transistor (TFT: Thi
nFilm Transistor) is not formed on a silicon wafer of a limited size as in the past, but is formed using plasma CVD (Chemical Vapor
It can be manufactured by a CVD method or other CVD method. For this reason, liquid crystal displays using TPT have the following advantages: as mentioned above, it is possible to increase the area, and it can be manufactured in a relatively low-temperature process of about 30°C.
-3i:l The semiconductor layer 5 has a high dark specific resistance, in other words, a low dark conductivity, which eliminates the need for a charge storage capacitor (specifically, the capacitor arranged in parallel with the liquid crystal layer described above), which simplifies the manufacturing process. This method has advantages such as being simple and being able to continuously form an insulating layer, an active layer, etc. in the same reaction chamber.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

ところで、非晶質シリコンを使用した薄膜半導体装Wの
性能及び安定性の向上には、活性層である非晶質シリコ
ン層及び絶縁層であるSiNxまたはSiOx膜の膜質
が重要な要因となることは言うまでもない。しかし、更
に絶縁層と活性層(非晶質シリコンからなる半導体層)
との界面の特性も大きく影響することが報告されている
。即ち、非晶質シリコンにはそのエネルギーギャップ(
禁制帯)中に連続した局在準位が存在し、これがキャリ
ア、即ち非晶質シリコン半導体層中に誘起された電荷の
移動度(走行性)を低下させている。また絶縁層として
のSiNxまたはSiOxが緻密でなく、ポーラスであ
ったりあるいは空格子が存在するような場合、これが原
因で絶縁層を介して位置している非晶質シリコン半導体
層とゲート電極層との間の誘起電荷の制御が行えないた
めに容量成分にドリフトを生じることがある。
By the way, in order to improve the performance and stability of a thin film semiconductor device W using amorphous silicon, the film quality of the amorphous silicon layer that is the active layer and the SiNx or SiOx film that is the insulating layer is an important factor. Needless to say. However, in addition, an insulating layer and an active layer (semiconductor layer made of amorphous silicon)
It has been reported that the characteristics of the interface with the material also have a large effect. In other words, amorphous silicon has its energy gap (
There are continuous localized levels in the forbidden band (forbidden band), which reduce the mobility (runability) of carriers, that is, charges induced in the amorphous silicon semiconductor layer. In addition, if SiNx or SiOx as an insulating layer is not dense, porous, or has vacancies, this may cause the amorphous silicon semiconductor layer and gate electrode layer that are located through the insulating layer to Since the induced charge during this period cannot be controlled, a drift may occur in the capacitance component.

ところで、非晶質シリコンを使用したTFTの動作とし
ては主として絶縁層と活性層との界面に沿っての電界効
果によるキャリアの誘起及び移動を利用しているので、
界面準位が多く存在すると、つまり密度が高いとこれら
が電子捕獲準位として作用して電界効果移動度を低下さ
せ、更にはドレイン電流の安定性、信頼性を低下させる
By the way, the operation of a TFT using amorphous silicon mainly utilizes the induction and movement of carriers due to the electric field effect along the interface between the insulating layer and the active layer.
If there are many interface states, that is, if the density is high, these will act as electron trapping levels, reducing field effect mobility and further reducing the stability and reliability of the drain current.

また、非晶質シリコン薄膜半導体装置では、動作の安定
性に問題があること、就中闇値電圧の変動(闇値シフト
)が比較的大きいことが指摘されている。この原因とし
ては、絶縁層と活性層としての非晶質シリコン層とかへ
テロ接合であるため、接合界面において多数の欠陥準位
が存在し、更に絶縁層をSiNxにて形成した場合の化
学量論的なズレに伴い絶縁層に局在準位が存在し、これ
が非晶質シリコン層の電子または正孔移動度端と接近し
ているため、正のゲート電圧が印加された際には非晶質
シリコン層から絶縁層内部へ電子が、また負のゲート電
圧が印加されている際には非晶質シリコン層から絶縁層
内部へ正孔が注入され、これらの電荷のために闇値シフ
トが発生すると考えられている。
In addition, it has been pointed out that amorphous silicon thin film semiconductor devices have problems with operational stability, particularly that fluctuations in dark value voltage (dark value shift) are relatively large. The reason for this is that because the insulating layer and the amorphous silicon layer as the active layer are heterojunctions, there are many defect levels at the junction interface, and when the insulating layer is formed of SiNx, the stoichiometric Due to the theoretical misalignment, localized levels exist in the insulating layer, and since these are close to the electron or hole mobility edge of the amorphous silicon layer, there is no non-local level when a positive gate voltage is applied. Electrons are injected from the crystalline silicon layer into the insulating layer, and holes are injected from the amorphous silicon layer into the insulating layer when a negative gate voltage is applied, and these charges cause a dark value shift. is thought to occur.

また、非晶質シリコン薄膜半導体装置は非晶質にて構成
されているとは言え、絶縁層のSiNxまたはSiOx
と活性層の非晶質シリコン層とはエネルギーギャップも
大きく異なり、また各層それぞれの成膜時に発生する膜
応力の大きさも異なるため、両者の接合界面では歪が生
じていると考えるのが妥当である。更にSiNxまたは
SiOxが成膜された後の表面には水素原子が過剰に存
在しているため、SiNxまたはSiOxの上部に更に
活性層としての非晶質シリコン層を積層した際にこれら
の過剰な水素環子が非晶質シリコン膜中に取込まれ、界
面での欠陥発生の原因になると考えられる。このような
界面近傍に存在する欠陥準位は前述のように非晶質シリ
コン薄膜半導体装置の安定性、信頼性を大きく損なう原
因になっていると考えられる。
Although the amorphous silicon thin film semiconductor device is made of amorphous material, the insulating layer is SiNx or SiOx.
Since the energy gap between the active layer and the amorphous silicon layer of the active layer is very different, and the magnitude of the film stress generated during the deposition of each layer is also different, it is reasonable to assume that strain occurs at the bonding interface between the two. be. Furthermore, since there are excessive hydrogen atoms on the surface after SiNx or SiOx is formed, when an amorphous silicon layer as an active layer is further stacked on top of SiNx or SiOx, these excess It is thought that hydrogen rings are incorporated into the amorphous silicon film and cause defects to occur at the interface. It is believed that such defect levels existing near the interface are a cause of greatly impairing the stability and reliability of the amorphous silicon thin film semiconductor device, as described above.

このような界面準位に起因する欠陥準位密度を低下させ
るには、たとえば成膜方法を変更する、部ち絶縁層と活
性層としての非晶質シリコン層とをそれぞれ異なるチャ
ンバーにおいて成膜するすることにより上述のような過
剰に存在する水素原子等によるコンタミネーションを防
止する、SiNxまたはSiOx等の絶縁層の製造プロ
セスを厳密に管理することにより絶縁層に欠陥を生ぜし
めないようにする等の対策が考えられる。しかし、前者
の方法は再現性に乏しく、従って安定した品質の成品を
供給することは困難であり、また後者の方法はその成膜
に高温を要するのでガラス基板あるいは既に成膜されて
いる他の層を破壊する等の虞が大である。
In order to reduce the density of defect states caused by such interface states, for example, the film formation method may be changed, or the insulating layer and the amorphous silicon layer as the active layer may be formed in different chambers. By doing so, we prevent contamination due to excess hydrogen atoms as mentioned above, and by strictly controlling the manufacturing process of insulating layers such as SiNx or SiOx, we prevent defects in the insulating layer. Countermeasures can be considered. However, the former method has poor reproducibility and is therefore difficult to supply products of stable quality, and the latter method requires high temperatures for film formation, so it is difficult to provide products with stable quality. There is a great possibility that the layer will be destroyed.

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり
、水素を含む非晶質シリコンを活性層として使用した場
合のその局在準位に起因するキャリアの移動度の低下を
防止すると共に、絶縁層と非晶質シリコン層との界面に
存在する欠陥準位による半導体特性の劣化を防止すると
共に安定性の向上を図った薄膜半導体装置の提供を目的
とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is an object of the present invention to prevent a decrease in carrier mobility caused by localized levels when amorphous silicon containing hydrogen is used as an active layer, and to An object of the present invention is to provide a thin film semiconductor device that prevents deterioration of semiconductor characteristics due to defect levels existing at the interface between an insulating layer and an amorphous silicon layer and improves stability.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の薄膜半導体装ヱでは、水素を含む非晶質シリコ
ンからなる半導体層と非晶質性絶縁層との界面に不純物
を添加したシリコン主体の不純物層を介在させることに
より、非晶質シリコン半導体層から絶縁層への電子また
は正孔の移動を防止し、これにより闇値シフトの発生を
抑制するようにしている。
In the thin film semiconductor device of the present invention, by interposing an impurity layer mainly composed of silicon to which impurities are added at the interface between the semiconductor layer made of amorphous silicon containing hydrogen and the amorphous insulating layer, amorphous silicon The movement of electrons or holes from the semiconductor layer to the insulating layer is prevented, thereby suppressing the occurrence of dark value shift.

本発明は、水素を含む非晶質シリコンの半導体層と非晶
質性の絶縁層とを接合させた構造を有するN膜半導体装
置において、前記半導体層と絶縁層との界面に、周期律
表の第■族または第■族の元素を不純物元素としてシリ
コン層に添加した不純物層を介在させてなることを特徴
とする。
The present invention provides an N-film semiconductor device having a structure in which a hydrogen-containing amorphous silicon semiconductor layer and an amorphous insulating layer are bonded together. It is characterized by interposing an impurity layer in which an element of Group 1 or Group 2 is added to the silicon layer as an impurity element.

〔作用〕[Effect]

本発明の薄膜半導体装置では、活性層である水素を含む
非晶質シリコン半導体層と絶縁層との界面に介在された
不純物層、具体的には水素を含む非晶質シリコンにpま
たはp+型あるいはnまたはC型の不純物をドーピング
した層により、活性層である水素を含む非晶質シリコン
半導体層から絶縁層への電子または正孔の注入を抑止し
て闇値シフトの発生を防止する。
In the thin film semiconductor device of the present invention, an impurity layer interposed at the interface between an amorphous silicon semiconductor layer containing hydrogen as an active layer and an insulating layer, specifically, a p or p+ type impurity layer is added to the amorphous silicon containing hydrogen. Alternatively, a layer doped with n- or C-type impurities suppresses the injection of electrons or holes from the amorphous silicon semiconductor layer containing hydrogen, which is the active layer, into the insulating layer, thereby preventing the dark value shift from occurring.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below based on drawings showing embodiments thereof.

第1図は本発明に係る薄膜半導体装置としてのトランジ
スタ (以下、TFT:Th1n Fi1m↑rans
istorという)の構成を示す模式図である。
FIG. 1 shows a transistor (hereinafter referred to as TFT: Th1n Fi1m↑rans) as a thin film semiconductor device according to the present invention.
1. istor).

図中200はガラス基板である。このガラス基板200
上には、ゲート電極層201がパターニングされており
、その上部にはゲート電極層201を覆ってたとえば窒
化珪素(SiNx)または酸化珪素(SiOx)等から
なる絶縁層204が形成されている。そして、従来のT
PTであればこの絶縁層204上に半導体層、具体的に
は水素を含む非晶質シリコンの半導体層(a−3i :
H) 205が接合形成されるのであるが、本発明では
絶縁層204上に一旦不純物層213を形成した後この
不純物層213上に上述のa−3i :H半導体層20
5を形成しである。
In the figure, 200 is a glass substrate. This glass substrate 200
A gate electrode layer 201 is patterned thereon, and an insulating layer 204 made of, for example, silicon nitride (SiNx) or silicon oxide (SiOx) is formed to cover the gate electrode layer 201. And the conventional T
In the case of PT, a semiconductor layer is formed on this insulating layer 204, specifically a semiconductor layer of amorphous silicon containing hydrogen (a-3i:
In the present invention, an impurity layer 213 is once formed on the insulating layer 204, and then the above-mentioned a-3i:H semiconductor layer 20 is formed on this impurity layer 213.
5 is formed.

換言すれば、絶縁層204とa−3t:H半導体層20
5との間には不純¥tA層213が介在されていること
になる。そして、a−3i:H半導体層205上にはn
+型のa−3t:+1層212を介在させてソース電極
層202及びドレイン電極層203が適長離隔されて形
成されている。
In other words, the insulating layer 204 and the a-3t:H semiconductor layer 20
This means that an impurity \tA layer 213 is interposed between it and 5. Then, on the a-3i:H semiconductor layer 205, n
+ type a-3t: A source electrode layer 202 and a drain electrode layer 203 are formed with a suitable length spaced apart with a +1 layer 212 interposed therebetween.

なお、図中211はa−3t:H半導体層205を外界
と遮断することにより外部からの不純物イオンあるいは
湿気等から保護するための保護膜である。
Note that 211 in the figure is a protective film for protecting the a-3t:H semiconductor layer 205 from external impurity ions, moisture, etc. by blocking it from the outside world.

上述の本発明の薄膜トランジスタを構成する各層につい
て以下により具体的に説明する。
Each layer constituting the above-mentioned thin film transistor of the present invention will be explained in more detail below.

絶縁層204は高抵抗、即ち高絶縁性が要求されること
は当然であるが、他に高耐圧であることも必要である。
It goes without saying that the insulating layer 204 is required to have high resistance, that is, high insulation, but it is also required to have high breakdown voltage.

このため絶縁層204はたとえばS I N x +S
iOxNy、 Ta205等の材料を使用する。この内
、SiNxは耐環境性、耐薬品性に優れているため好適
である。
Therefore, the insulating layer 204 is, for example, S I N x +S
Materials such as iOxNy and Ta205 are used. Among these, SiNx is suitable because it has excellent environmental resistance and chemical resistance.

絶縁層204を窒化珪素(SiNx)にて形成するには
、プラズマCVD法によりシラン系のガス、たとえばS
iH4(モノシラン)と窒素を含有するガス、たとえば
NH3(アンモニア)、N2等との混合ガスをグロー放
電により発生するプラズマにて分解し、分解されたガス
状の原子を基板上に積層させて形成する。
To form the insulating layer 204 with silicon nitride (SiNx), a silane-based gas, for example, S
Formed by decomposing a mixed gas of iH4 (monosilane) and nitrogen-containing gas such as NH3 (ammonia), N2, etc. using plasma generated by glow discharge, and stacking the decomposed gaseous atoms on a substrate. do.

さて、絶縁層204の特性としては、暗比抵抗が101
2Ω・1以上、光学的バンドギャップが2.OeV以上
であることが望ましい。また、膜厚は1000人乃至1
μmの範囲であることが望ましい。
Now, as a characteristic of the insulating layer 204, the dark specific resistance is 101
2Ω・1 or more, optical band gap is 2. It is desirable that it is OeV or more. In addition, the film thickness is 1000 to 1
A range of μm is desirable.

なお、この絶縁層204は一般的には単一の層により形
成されるが、複数の層を順次積石して一つの絶縁層20
4とすることも勿論可能であり、このよな場合にはその
組合わせ等を考慮することにより、膜特性及び品質のよ
り一層の改善が可能であると考えられる。
Note that although this insulating layer 204 is generally formed of a single layer, one insulating layer 204 is formed by sequentially stacking a plurality of layers.
4 is of course possible, and in such a case, it is considered possible to further improve the film characteristics and quality by considering the combination.

次に本発明の特徴たる不純物層213は、前述の如くp
またはp+型あるいはnまたはn+型のa−3t :H
にて形成されている。pまたは1型のa−3i:)Iに
て形成する場合には、原料ガスとしてシラン系のたとえ
ばモノシラン(Si)!+)と不純物ドーパントとして
の第■族に属するたとえば硼素(B)等を含むたとえば
ジボラン(B2H6)等のガスとの混合ガスを使用して
プラズマCVD法により積層形成する。
Next, the impurity layer 213, which is a feature of the present invention, is composed of p
or p+ type or n or n+ type a-3t :H
It is formed in When forming p or type 1 a-3i:)I, the raw material gas is silane-based, such as monosilane (Si)! +) and a gas such as diborane (B2H6) containing, for example, boron (B) belonging to group Ⅰ as an impurity dopant, a laminated layer is formed by a plasma CVD method.

pまたはp+型のa−3i:Hにて不純物層213を形
成する場合の第■族元累の不純物ドーパントのドーピン
グ量は、通常は1×10−’乃至1原子%の範囲が望ま
しく、より好ましくは1×10−’乃至1×10−2原
子%の範囲、換言すれば10−3のオーダー以下が好適
である。
When forming the impurity layer 213 with p- or p+-type a-3i:H, the doping amount of the impurity dopant of group (I) elements is usually preferably in the range of 1 x 10-' to 1 atomic %, and more It is preferably in the range of 1 x 10-' to 1 x 10-2 atomic %, in other words, on the order of 10-3 or less.

また、pまたはp+型のa−5i:Hの暗比抵抗は、1
×108乃至lXIO3Ω・1の範囲が、活性化エネル
ギーとしては0.7乃至0.2eVの範囲がそれぞれ望
ましい。換言すれば、上述の範囲外の条件で形成された
不純物層213は電子に対するブロンキング効果が生じ
ないか、あるいはTPTとしての特性が低下する。
In addition, the dark specific resistance of p or p+ type a-5i:H is 1
A range of ×108 to lXIO3Ω·1 is desirable, and a range of activation energy of 0.7 to 0.2 eV is desirable. In other words, the impurity layer 213 formed under conditions outside the above-mentioned range does not produce a bronking effect on electrons, or the characteristics as a TPT deteriorate.

一方、nまたはn+型のa−3i:Hにより不純物層2
13を形成する際にも前述のpまたはp+型のa−3t
:Hによる場合とほぼ同等の膜特性を有することが望ま
しい。この場合の不純物ドーパントとしては燐(P)等
の第■族元素を使用し、それを含むガスとしてはたとえ
ばホスフィン(PH3)等が利用可能である。
On the other hand, impurity layer 2 is formed by n or n+ type a-3i:H.
When forming 13, the above-mentioned p or p+ type a-3t
: It is desirable to have film properties that are almost the same as in the case of H. In this case, as the impurity dopant, a Group I element such as phosphorus (P) is used, and as the gas containing it, for example, phosphine (PH3) can be used.

この際の不純物ドーピング量は、通常は1×10−’乃
至2原子%の範囲が望ましく、1×10−4乃至1×1
0−2原子%の範囲がより好適である。
The amount of impurity doped at this time is usually desirably in the range of 1 x 10-' to 2 atomic %, and 1 x 10-4 to 1 x 1 atomic %.
A range of 0-2 atomic % is more preferred.

そしてこれらの場合の不純物層213の膜厚は1゜人乃
至500人が望ましく、20人乃至100人がより好適
な範囲である。
The thickness of the impurity layer 213 in these cases is preferably in the range of 1° to 500°, more preferably in the range of 20 to 100°.

a−3i :H半導体層205は、本発明のTPTの活
性層であり、通常はシラン系のガス、たとえばモノシラ
ン(S i H4)を原料ガスとしてプラズマCVD法
により積層形成される。
The a-3i:H semiconductor layer 205 is an active layer of the TPT of the present invention, and is usually formed in layers by plasma CVD using a silane-based gas, such as monosilane (S i H4), as a raw material gas.

このa−5i :H半導体層205の膜厚はTFT特性
を左右する重要な要因であるが、一般的には1’ 00
人乃至5ooo人が望ましく、500人乃至3000人
の範囲がより好適である。
The film thickness of this a-5i:H semiconductor layer 205 is an important factor that influences the TFT characteristics, but it is generally 1' 00
A range of 500 to 3000 people is desirable, and a range of 500 to 3000 people is more preferable.

次にn+型のa−3i:8層212はソース電極層20
2及びトレイン電極層203とa−3i:H半導体層2
05との間の電気的接触を改善するために、ソース電極
層202及びトレイン電極層203とa−5i:H半導
体層205との間に介在させて形成される。
Next, the n+ type a-3i:8 layer 212 is the source electrode layer 20.
2 and train electrode layer 203 and a-3i:H semiconductor layer 2
The a-5i:H semiconductor layer 205 is interposed between the source electrode layer 202, the train electrode layer 203, and the a-5i:H semiconductor layer 205 in order to improve the electrical contact between the a-5i:H semiconductor layer 205 and the source electrode layer 202 and the train electrode layer 203.

このn+型a−3i :HIif 212はシラン系の
ガス、たとえばSiH4と第V族元素、たとえばPを含
むPH3等との混合ガスを原料ガスとしてプラズマCV
D法により積層形成される。
This n+ type a-3i: HIif 212 is produced by plasma CV using a mixed gas of silane-based gas, such as SiH4, and a group V element, such as PH3 containing P, as a raw material gas.
Laminated layers are formed by method D.

そしてこのn+型a−5i:It層212の膜特性は、
n+型としての特性を充分に有せしめる程度に不純物ド
ーパントのドーピングを行う必要がある。このため、ド
ーパント含有量としては、1×10−5乃至2原子%、
暗比抵抗は1×108乃至1×102Ω・値の範囲が、
活性化エネルギーとしては0.7乃至0.2eVの範囲
であることが望ましい。また膜厚としては、100人乃
至1000人の範囲が望ましく、200人乃至500人
の範囲がより好適である。
The film characteristics of this n+ type a-5i:It layer 212 are as follows:
It is necessary to dope the impurity dopant to the extent that it has sufficient n+ type characteristics. Therefore, the dopant content is 1 x 10-5 to 2 atomic%,
The dark specific resistance ranges from 1 x 108 to 1 x 102 Ω.
The activation energy is preferably in the range of 0.7 to 0.2 eV. The film thickness is preferably in the range of 100 to 1000 people, more preferably in the range of 200 to 500 people.

更に、保護層211は、a−5i:I+半導体層205
を保護すると共にTPT特性を安定化し高信頼性化する
ために必要であり、前述の絶縁層204と同様の絶縁特
性として形成されるべきである。この保護層211の膜
厚としては、100人乃至5000人の範囲が望ましく
、500人乃至3000人の範囲がより好適である。
Furthermore, the protective layer 211 is a-5i:I+ semiconductor layer 205
It is necessary to protect the TPT characteristics, stabilize the TPT characteristics, and improve reliability, and should be formed with the same insulation characteristics as the insulation layer 204 described above. The thickness of the protective layer 211 is preferably in the range of 100 to 5,000 people, more preferably in the range of 500 to 3,000 people.

最後に、ソース電極1i202およびドレイン電極層2
03は、通常は真空茎着あるいは電子ビーム茎着等によ
り形成される。その材料としてはクロム(Cr)、 ニ
クロム(Nz−Cr)+アルミニュウム(A/)、チタ
ン(Ti)等のいずれかの積層あるいは複数を組合わせ
て順次積層することにより形成される。
Finally, source electrode 1i202 and drain electrode layer 2
03 is usually formed by vacuum bonding or electron beam bonding. The material is formed by laminating any one of chromium (Cr), nichrome (Nz-Cr)+aluminum (A/), titanium (Ti), etc., or by sequentially laminating a combination of these materials.

これらのソース電極層202及びドレイン電極層203
の膜厚は、一般的には1000人程度が適当である。
These source electrode layer 202 and drain electrode layer 203
Generally, the appropriate film thickness is about 1000 people.

なおゲート電極層201についても、上述のソース電極
層202及びドレイン電極層203と同様にして形成す
ればよい。
Note that the gate electrode layer 201 may also be formed in the same manner as the source electrode layer 202 and drain electrode layer 203 described above.

このような構成の本発明の薄膜トランジスタでは従来と
異なり、活性層であるa−3i:H半導体層205と絶
縁層204との間に不純物層213が介在されている。
In the thin film transistor of the present invention having such a configuration, unlike the conventional thin film transistor, an impurity layer 213 is interposed between the a-3i:H semiconductor layer 205, which is an active layer, and the insulating layer 204.

この不純物層213は、これがpまたはp+型のa−S
i:8層である場合は、ゲート電極層201に正のゲー
ト電圧VGを印加するとpまたはp型の不純物層213
が絶縁層204とa−Si:H半導体層205との界面
に誘起される電子の絶縁N2O4内部への注入を抑止す
るような働きをする。即ち不純物層213は電子ブロッ
キング層として機能すると考えられる。
This impurity layer 213 is p or p+ type a-S
i: In the case of 8 layers, when a positive gate voltage VG is applied to the gate electrode layer 201, the p or p-type impurity layer 213
acts to suppress injection of electrons induced at the interface between the insulating layer 204 and the a-Si:H semiconductor layer 205 into the insulating N2O4. That is, the impurity layer 213 is considered to function as an electron blocking layer.

この不純物層213のブロッキング作用は、具体的には
以下の如く考えられる。従来の単に絶縁層204とa−
5i:H半導体層205とを接合させただけの構成では
、窒化物である絶縁層204と非晶質シリコンであるa
−3i:II半導体層205との物理性の相違により、
両者の界面が緻密ではな(、また絶縁N2O4自体の格
子欠陥等により電子が移動して通過可能な程度の欠陥が
多数存在し、これによりa−5i:H半導体層205か
ら絶縁層204への電子の漏れ、即ちリーク電流6が生
じていた。
Specifically, the blocking effect of this impurity layer 213 can be considered as follows. Conventional simply insulating layer 204 and a-
In the structure in which the 5i:H semiconductor layer 205 is simply bonded, the insulating layer 204 made of nitride and the a
-3i: Due to the difference in physical properties from the II semiconductor layer 205,
The interface between the two is not dense (and there are many defects that allow electrons to move and pass through due to lattice defects in the insulating N2O4 itself, so Electron leakage, ie, leakage current 6, occurred.

しかし、不発明のTPTのように、a−Si:H半導体
層205と絶縁層204との間にa−5i:Hを主体と
して不純物ドーパントをドーピングした不純物層213
を介在させた場合には、不純物層213のエネルギー障
壁によりa−3i:H半導体層205から絶縁層204
側へ電子が移動することも難しく、またa−5i :■
半導体層205と不純物層213とは基本的には間−物
質であるa−5i:Hであるため、両者間の界面には電
子が通過可能な程度の欠陥は従来のTFTの単にa−5
i:)I半導体層205と窒化物である絶縁層204と
を接合した界面に比して遥かに少ないと考えられる。
However, like the uninvented TPT, an impurity layer 213 doped with an impurity dopant mainly composed of a-5i:H between the a-Si:H semiconductor layer 205 and the insulating layer 204.
When intervening, the energy barrier of the impurity layer 213 causes the insulating layer 204 to flow from the a-3i:H semiconductor layer 205.
It is also difficult for electrons to move to the side, and a-5i:■
Since the semiconductor layer 205 and the impurity layer 213 are basically a-5i:H, which is an interstitial material, there is a defect at the interface between them that is large enough to allow electrons to pass through, just like the a-5 of the conventional TFT.
i:) It is thought that the amount is much smaller than that at the interface where the I semiconductor layer 205 and the insulating layer 204 made of nitride are joined.

このような理由で、本発明のTPTでは、a−Si:H
半導体層205と絶縁層204との間の絶縁性が、従来
の単にa−3i:)I半導体層205と窒化物である絶
縁層204とを接合しただけの構成に比して高くなると
考えられる。
For this reason, in the TPT of the present invention, a-Si:H
It is considered that the insulation between the semiconductor layer 205 and the insulating layer 204 is higher than the conventional structure in which the a-3i:)I semiconductor layer 205 and the insulating layer 204 made of nitride are simply bonded. .

一方、不純物層213がnまたはn+型のa−5i:)
1層である場合には、ゲートフタ層201に負のゲート
電圧VGを印加するとnまたはn+型のa−3i:8層
が絶縁層204と3−3i :H半導体層205との界
面に誘起される正孔の絶縁層204内部への注入を抑止
する。
On the other hand, the impurity layer 213 is n or n+ type a-5i:)
In the case of a single layer, when a negative gate voltage VG is applied to the gate lid layer 201, an n or n+ type a-3i:8 layer is induced at the interface between the insulating layer 204 and the 3-3i:H semiconductor layer 205. Injection of holes into the insulating layer 204 is suppressed.

即ち不純物層213はこの場合には上述の電子に代えて
正札ブロッキング層として機能すると考えられる。
That is, in this case, the impurity layer 213 is considered to function as a genuine card blocking layer in place of the above-mentioned electrons.

以上のようにpまたはp+型のa−5i :Hあるいは
nまたはn+型のa−5i :Hにて形成された不純物
層213を窒化物である絶縁層204とa−5i:H半
導体層205との間に介在させることにより、この不純
物層213が電子あるいは正孔に対するブロッキング層
として機能すると考えられるが、通常のa−5iを使用
した薄膜トランジスタでは正のゲート電圧が印加される
時間が長時間に及ぶため、正のゲート電圧印加による正
の闇値シフトを防止することを主眼とすれば、不純物層
213はpまたはp十型のa−3isH層にて形成する
ことが望ましい。
As described above, the impurity layer 213 formed of p or p+ type a-5i:H or n or n+ type a-5i:H is combined with the insulating layer 204 made of nitride and the a-5i:H semiconductor layer 205. It is thought that this impurity layer 213 functions as a blocking layer for electrons or holes by interposing it between Therefore, if the main objective is to prevent a positive dark value shift due to the application of a positive gate voltage, it is desirable that the impurity layer 213 be formed of a p-type or p-type a-3 isH layer.

第3図はTPTの製造に用いられる一般的な装置の構成
を示す模式図であり、以下この第3図に示す装置による
本発明のTPTの製造方法及びこの装置により製造され
た本発明のTPTと従来のTPTとの特性の比較結果に
ついて説明する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of a general device used for manufacturing TPT. Hereinafter, the method for manufacturing TPT of the present invention using the device shown in FIG. 3, and the TPT of the present invention manufactured by this device The results of a comparison of the characteristics between the conventional TPT and the conventional TPT will be explained.

第3図において参照符号100は反応容器としての真空
容器である。反応容器100の内部には高周波(ラジオ
周波: RF)電B 104からマツチングユニット1
03を介してRF電力が供給されるRF電極101及び
このRF電極101と対向してヒータ111を内蔵した
支持台105が備えられている。
In FIG. 3, reference numeral 100 is a vacuum vessel as a reaction vessel. Inside the reaction vessel 100, a high frequency (radio frequency: RF) electric current B 104 is connected to a matching unit 1.
An RF electrode 101 to which RF power is supplied via 03, and a support base 105 having a built-in heater 111 facing the RF electrode 101 are provided.

また反応容器100の一端には外部に開口されたガス導
入部107が、伯端邪には第1.第2の排気部108、
109がそれぞれ備えられている。なお〜 102はR
F電極101を反応容!5100に支持するための絶縁
体である。
Further, a gas introduction part 107 opened to the outside is provided at one end of the reaction vessel 100, and a first gas introduction part 107 is provided at one end of the reaction vessel 100. a second exhaust section 108;
109 are provided respectively. By the way, 102 is R
Place the F electrode 101 into the reaction chamber! It is an insulator for supporting the 5100.

さて、このような装置にてTPTを製造するには一般的
に以下のような処理を行う。
Now, in order to manufacture TPT using such an apparatus, the following processing is generally performed.

まずガラス等の基板200を支持台105上に載置し、
反応容器100内を第1の排気部108に接続した拡散
ポンプにて減圧し始めると共にヒータ111による基板
200の加熱を開始する。そして反応容器100内の真
空度がI X 1O−6Torr以下に減圧したら第1
の排気部108のバルブを閉鎖し、ガス導入部107か
ら図示しないマスフローコントローラにより流量制御さ
れた原料ガスを導入する。これと共に、第2の排気部1
09のバルブを開放してこれに接続された図示しないメ
カニカルブースタポンプにて反応容器100内の圧力が
所定値になるようにバルブ開度を調節する。その後、反
応容器100内の圧力が一定に落着いた時点でRF電源
104から1?F電極101へのRF電力の供給を開始
し、マツチングユニ7)103によりRFパワーを調節
しつつ所定のRF電力をRF電極101に印加すること
によりRF電+1xoxと支持台105、より具体的に
は基板200との間にプラズマを発生させる。
First, a substrate 200 such as glass is placed on the support stand 105,
The inside of the reaction vessel 100 is started to be depressurized by the diffusion pump connected to the first exhaust part 108, and at the same time, the heating of the substrate 200 by the heater 111 is started. Then, when the degree of vacuum inside the reaction vessel 100 is reduced to below IX1O-6 Torr, the first
The valve of the exhaust section 108 is closed, and raw material gas whose flow rate is controlled by a mass flow controller (not shown) is introduced from the gas introduction section 107. Along with this, the second exhaust section 1
The valve 09 is opened, and a mechanical booster pump (not shown) connected to the valve is used to adjust the opening degree of the valve so that the pressure inside the reaction vessel 100 reaches a predetermined value. Thereafter, when the pressure inside the reaction vessel 100 stabilizes to a constant level, the RF power source 104 starts to generate 1? By starting to supply RF power to the F electrode 101 and applying a predetermined RF power to the RF electrode 101 while adjusting the RF power using the matching unit 7) 103, the RF power +1xox and the support base 105, more specifically, Plasma is generated between the substrate 200 and the substrate 200 .

このようにして発生されたプラズマによりガス導入部1
07から反応容器100内に導入された原料ガスが原子
状に熱分解され、この分解されたたとえばSi等の原子
が基板200上に次第に積層する。
The plasma generated in this way causes the gas introduction part 1 to
The raw material gas introduced into the reaction vessel 100 from 07 is thermally decomposed into atoms, and the decomposed atoms, such as Si, are gradually deposited on the substrate 200.

さて、本発明のTPTの製造には、絶縁層204の形成
には原料ガスとしてたとえばモノシラン(SiH4)あ
るいはジシラン(Si2H6)等のシラン系ガスとたと
えばアンモニア(NH3)、窒素(N2)、酸素(02
)等の窒素原子、酸素環子を含むガスを使用する。
In manufacturing the TPT of the present invention, the insulating layer 204 is formed using a silane-based gas such as monosilane (SiH4) or disilane (Si2H6), and ammonia (NH3), nitrogen (N2), oxygen ( 02
) and other gases containing nitrogen atoms and oxygen rings are used.

なお絶縁層204は、反応容器100内において連続的
に形成可能であるという観点から上述の如き方法が好ま
しいが、他にたとえば絶縁性を有し高耐圧である酸化ア
ルミニュウム(AI!203)、  5fS化タンタル
(7a205)+窒化硼素(BN) 、オキシナイトラ
イド(SiNxOy)等を使用してもよく、更にこれら
を複数組合わせて積層して使用してもよい。
Note that the method described above is preferable from the viewpoint that the insulating layer 204 can be formed continuously in the reaction vessel 100, but other methods include aluminum oxide (AI!203), 5fS, which has insulating properties and has a high breakdown voltage. Tantalum oxide (7a205) + boron nitride (BN), oxynitride (SiNxOy), etc. may be used, or a combination of a plurality of these may be stacked and used.

一方、a−3i:l(半導体層205あるいはn+型a
−3i:H層212等のa−5i:8層を形成する場合
には、上述同様にシラン系ガスを使用するが、必要に応
じて、たとえば硼素(B)等の第■族元素を含むジポラ
ン(B2H6)ガス等を混入して第■族元素を少量ドー
ピングすることにより、暗比抵抗を向上させ、リーク電
流を減少させたa−Si:8層を形成すればよい。
On the other hand, a-3i:l (semiconductor layer 205 or n+ type a
When forming an a-5i:8 layer such as the -3i:H layer 212, a silane-based gas is used as described above, but if necessary, it may contain a group (I) element such as boron (B). By doping a small amount of group (I) elements by mixing diporane (B2H6) gas or the like, an a-Si:8 layer with improved dark resistivity and reduced leakage current may be formed.

以下、前述の装置により実際に製造された本発明のTP
T及び不純物層213を有さない他は本発明のTFTと
全く同様に製造された比較対照のための従来のTPTに
ついて説明する。
Hereinafter, the TP of the present invention actually manufactured using the above-mentioned apparatus will be described.
A conventional TPT for comparison, which is manufactured in exactly the same manner as the TFT of the present invention except that it does not have T and the impurity layer 213, will be described.

なお、第2図(al〜(Jlは本発明のTPTの製造手
頃を示す模式図である。
In addition, FIG. 2 (al to (Jl) is a schematic diagram showing the manufacturing efficiency of TPT of the present invention.

まず第2図falの如(、充分に洗滌されたガラス、た
とえば2インチ角のコーニング7059ガラスを基板2
00としてエツチング加工によりNi−Crのゲート電
極層201を形成する。このゲート電極層201は、ゲ
ート長が20μ鋼、ゲート幅が300μmであった。
First, as shown in FIG.
00, a gate electrode layer 201 of Ni--Cr is formed by etching. This gate electrode layer 201 had a gate length of 20 μm steel and a gate width of 300 μm.

次に上述の如くゲート電極層201が形成されたガラス
基板200を反応容器100内の支持台105上に載置
し、図示しない拡散ポンプにより第1の排気部108か
ら反応容器100内を真空に引くと共に、ヒータ111
に給電してガラス基板200の加熱を開始し、その温度
が250℃に安定するように調節する。
Next, the glass substrate 200 on which the gate electrode layer 201 is formed as described above is placed on the support stand 105 inside the reaction vessel 100, and the inside of the reaction vessel 100 is evacuated from the first exhaust part 108 using a diffusion pump (not shown). As the heater 111
The heating of the glass substrate 200 is started by supplying power to the glass substrate 200, and the temperature is adjusted so that the temperature is stabilized at 250°C.

そして反応容器100内の真空度が5 X 10−’T
orr以下に低下した時点で拡散ポンプが接続されてい
る第1の排気部108のバルブを閉鎖し、ガス導入W 
107に接続されたマスフローコントローラにより反応
容器100内にモノシランガスを20sccyl、アン
モニアガスを30sec+++導入し、その浅箱2の排
気部109に接続されたメカニカルブースタポンプによ
り反応容器100内から排気し、反応容器100内の圧
力が0.15Torrに維持されるように第2の排気部
109のパルプ開度を調節した。
The degree of vacuum inside the reaction vessel 100 is 5 x 10-'T.
When the temperature drops to below orr, the valve of the first exhaust section 108 to which the diffusion pump is connected is closed, and the gas introduction W is closed.
A mass flow controller connected to 107 introduces 20 scyl of monosilane gas and 30 seconds of ammonia gas into the reaction vessel 100, and the mechanical booster pump connected to the exhaust part 109 of the shallow box 2 exhausts the reaction vessel 100. The pulp opening degree of the second exhaust section 109 was adjusted so that the pressure inside the chamber 100 was maintained at 0.15 Torr.

上述の状態にガス流量及び反応容器100内圧力が安定
した状態で5分経過後、マツチングユニット103を調
節しつつIIIF電源104をオンにしてRF電極10
1への給電を開始し、これによりRF電極101からグ
ロー放電を生ゼしめ、RFパワーを30Wに維持して1
2分間に亙って絶縁層204としてのSiNx膜を、第
2図山)に示す如く、積層させた。
After 5 minutes have passed when the gas flow rate and the internal pressure of the reaction vessel 100 are stabilized as described above, the IIIF power supply 104 is turned on while adjusting the matching unit 103, and the RF electrode 10 is turned on.
1, thereby generating a glow discharge from the RF electrode 101, maintaining the RF power at 30W, and starting power supply to 1.
A SiNx film as an insulating layer 204 was laminated for 2 minutes as shown in FIG.

次に第2図10)に示す如(、本発明の特徴たる不純物
層213の積層を行った。但し、不純物層213を有さ
ない比較対照用の従来のTPTはこの第2図tc+に示
す過程を省略して第2図(d)に示す活性層としてのa
−5i :H半導体層205を形成する過程に進む。
Next, an impurity layer 213, which is a feature of the present invention, was laminated as shown in FIG. A as the active layer shown in FIG. 2(d) with the process omitted.
-5i: Proceed to the process of forming the H semiconductor layer 205.

この不純物層213の形成は、具体的には上述の絶縁層
204が形成された後、10分後のRF電源をオフし、
反応容器100内を真空排気してその夏空度を5 XI
O”Torr以下する。その後、第1の排気部108の
パルプを閉鎖して反応容器100内に原料ガスを導入す
る。
Specifically, the impurity layer 213 is formed by turning off the RF power 10 minutes after the above-mentioned insulating layer 204 is formed.
The inside of the reaction vessel 100 is evacuated and its summer emptiness is 5XI
O'' Torr or less. Thereafter, the pulp of the first exhaust section 108 is closed and the raw material gas is introduced into the reaction vessel 100.

なおこの実施例では不純物層213としてp型のa−3
i :H不純物層を使用する。この場合、p型の不純物
ドーパントとしては第■族元楽の硼素(B)を使用し、
そのための原料ガスとしてはジポランを用い、これとモ
ノシランとの混合ガスをその流量比をB2H6/5i)
14 = 5 Xl0−5として10分間に亙って成膜
を行った。
In this embodiment, p-type a-3 is used as the impurity layer 213.
i: H impurity layer is used. In this case, boron (B) from Group II Genraku is used as the p-type impurity dopant,
Diporan is used as the raw material gas for this, and a mixed gas of this and monosilane is used at a flow rate ratio of B2H6/5i)
14 = 5Xl0-5, and film formation was performed for 10 minutes.

上述の如く不純物層213が形成された後、a−5i:
H半導体層205の形成を行う。即ち、モノシランガス
の流量を30secmに、反応容器100内の圧力を0
、22Torrに維持した。そしてこの5分後にガス流
量、圧力が安定した時点で、RF電源104をオンして
RFパワーを30Wとして10分間に亙ってa−3i:
8層を積層してa−Si :H半導体層205を第2図
fdlに示す如く成膜した。
After the impurity layer 213 is formed as described above, a-5i:
An H semiconductor layer 205 is formed. That is, the flow rate of monosilane gas was set to 30 seconds, and the pressure inside the reaction vessel 100 was set to 0.
, 22 Torr. After 5 minutes, when the gas flow rate and pressure became stable, the RF power source 104 was turned on and the RF power was set to 30 W for 10 minutes to perform a-3i:
An a-Si:H semiconductor layer 205 was formed by laminating eight layers as shown in FIG. 2fdl.

次に、このa−Si:H半導体層205の成膜後、モノ
シランガスの流量を20secm、アンモニアガスの流
量を20secm、反応容器100内の圧力を0.15
Torrにそれぞれ調節して維持し、5分後にガス流量
と反応容器100内の圧力が安定した時点でRF電源1
04をオンにして30WのRFパワーにて6分間に亙っ
て第2図(e)に示す如く、保護層211となるべきS
iNx層2110の成膜を行った。
Next, after forming the a-Si:H semiconductor layer 205, the flow rate of monosilane gas was set to 20 sec, the flow rate of ammonia gas was set to 20 sec, and the pressure inside the reaction vessel 100 was set to 0.15 sec.
After 5 minutes, when the gas flow rate and the pressure inside the reaction vessel 100 are stabilized, the RF power source 1 is turned on.
As shown in FIG. 2(e), the S to become the protective layer 211 was heated with the
An iNx layer 2110 was formed.

その後1?F電源104をオフにし、ガス導入部107
のバルブを閉鎖して原料ガスの導入を停止し、メカニカ
ルブースタポンプを全開にして第2の排気部109から
反応容器100内を排気し、ガラス基板200の温度が
50℃以下になった時点でメカニカルブースタポンプを
停止して反応容器100を開放してガラス基板200を
反応容器100から取出した。
After that 1? Turn off the F power supply 104 and turn off the gas introduction section 107.
The valve is closed to stop the introduction of the raw material gas, the mechanical booster pump is fully opened to exhaust the inside of the reaction vessel 100 from the second exhaust part 109, and when the temperature of the glass substrate 200 becomes 50° C. or lower, The mechanical booster pump was stopped, the reaction vessel 100 was opened, and the glass substrate 200 was taken out from the reaction vessel 100.

以上のようにして積層形成された薄膜各層の特性はそれ
ぞれ以下の通りであった。
The characteristics of each layer of the thin film layered as described above were as follows.

絶縁層204である5iNxiは屈折率が1.95.膜
厚が2500人、光学的バンドギャップが4.2eVで
あった。
The insulating layer 204, 5iNxi, has a refractive index of 1.95. The film thickness was 2500 nm, and the optical band gap was 4.2 eV.

次の本発明を特徴付ける不純物層213としてのp型a
−3i:H層の暗比抵抗は1×105Ω・国、活性化エ
ネルギーは0.45eVであった。また膜厚は80人で
あった。
P-type a as the impurity layer 213 characterizing the following invention
The dark specific resistance of the -3i:H layer was 1×10 5 Ω·mm, and the activation energy was 0.45 eV. The film thickness was 80 people.

a−5i:H半導体層205であるa−5i:H層は暗
比抵抗が9X109Ω・1.活性化エネルギーが0.7
2eV。
The a-5i:H layer, which is the a-5i:H semiconductor layer 205, has a dark specific resistance of 9×10 9 Ω·1. Activation energy is 0.7
2eV.

光学的バンドギャップが1.75eVであった。The optical band gap was 1.75 eV.

また保護層211となるべきSiNx層2110は屈折
率が2.05. Ij!厚が1500人、光学的バンド
ギャップが3.5eVであった。
Further, the SiNx layer 2110 that should become the protective layer 211 has a refractive index of 2.05. Ij! The thickness was 1500 nm, and the optical bandgap was 3.5 eV.

以上のようにして、ゲート電極rrI201が形成され
ているガラス基板200上にプラズマCVD法により絶
縁層204としてのs iN xNi 、不純物層21
3. a−3i:H半導体層205としてのa−Si 
rH層及び保護層211となるべきSiNx層2110
をそれぞれ積層形成して成膜した後、リソグラフィーに
よりソース電極層202及びドレイン電極層203を形
成する。
As described above, s iN x Ni as the insulating layer 204 and the impurity layer 21 are formed by plasma CVD on the glass substrate 200 on which the gate electrode rrI201 is formed.
3. a-3i: a-Si as H semiconductor layer 205
SiNx layer 2110 to become rH layer and protective layer 211
After each layer is laminated and formed, a source electrode layer 202 and a drain electrode layer 203 are formed by lithography.

具体的には、第2図tr>に示す如く、保護層211と
なるべきSiNx層2110を覆って塗布されたレジス
ト220のソース電極層202及びドレイン電極層20
3に相当する部分を、第2図(幻に示す如く、露光。
Specifically, as shown in FIG.
The part corresponding to 3 was exposed to light as shown in Figure 2 (phantom).

現像により取去りった後にBtIF液を用いて表面のS
iNx層2110を第2図(h)に示す如く、保護層2
11として使用されるべき部分のみを残してエンチング
にて除去する。
After removing it by development, the surface S is removed using BtIF solution.
As shown in FIG. 2(h), the iNx layer 2110 is formed into a protective layer 2.
Only the portion to be used as No. 11 is left and removed by etching.

以上の処理が済んだ後、再度ガラス基板200を反応容
器100内へ入れて支持台105上に載置する。
After the above processing is completed, the glass substrate 200 is put into the reaction container 100 again and placed on the support stand 105.

そしてガラス基板200の温度を100℃に維持し、原
料ガスとしてモノシラン及びホスフィン(PH3)ガス
を使用してn+型a−5i:Hlti 212を、第2
図(11に示す如く、積層形成した。この際のモノシラ
ン及びホスフィンガス流量は共に20secm、 RF
パワーは20W、反応容器100内圧力は0.20To
rrであった。
Then, while maintaining the temperature of the glass substrate 200 at 100° C., using monosilane and phosphine (PH3) gas as source gases, the n+ type a-5i:Hlti 212 was heated to the second
As shown in Figure 11, the layers were formed. At this time, the monosilane and phosphine gas flow rates were both 20 sec, and the RF
Power is 20W, pressure inside reaction vessel 100 is 0.20To
It was rr.

このようにして形成されたn+型a−5i :0層21
2の膜特性は、暗比抵抗が2X103Ω・備、活性化エ
ネルギーが0.3eVであった。なおH膜厚は400人
であった・ この後、ガラス基板200を反応容器100から取出し
、真空蒸着によりNi−Crを1500人の厚さで第2
図(1)に示す如く墓着し、リフトオフエツチングによ
りレジストを除去して第2図01に示す如きa−3i:
HTFTを製造した。
The n+ type a-5i:0 layer 21 formed in this way
The film properties of No. 2 were as follows: dark specific resistance was 2×10 3 Ω·min, and activation energy was 0.3 eV. Note that the H film thickness was 400 mm. After this, the glass substrate 200 was taken out from the reaction vessel 100, and a second layer of Ni-Cr was deposited to a thickness of 1500 mm by vacuum evaporation.
After depositing as shown in Figure (1) and removing the resist by lift-off etching, a-3i as shown in Figure 2:
HTFT was manufactured.

以上のようにして製造された本発明のTPT及びこれに
比して不純物層213を有さない他は同一の構造の従来
のTPTの性能について行った実験を以下に示す。
Experiments conducted on the performance of the TPT of the present invention manufactured as described above and a conventional TPT having the same structure except that it does not have the impurity layer 213 will be described below.

まず絶縁層204と活性層であるa−5i:H半導体層
205との間に不純物層213を有さない従来のTPT
の製造直後のゲート電圧VGを+20v、ドレイン電圧
VDを5vとした場合の闇値電圧VTは+1.5vであ
った。そして、ゲート電圧VGを+20Vとして500
時間に亙ってDC′gjA動を継続した後の闇値電圧V
Tは+5.5vにシフトしていた。
First, conventional TPT does not have an impurity layer 213 between the insulating layer 204 and the a-5i:H semiconductor layer 205 which is the active layer.
When the gate voltage VG and drain voltage VD were set to +20v and drain voltage VD to 5v immediately after manufacture, the dark value voltage VT was +1.5v. Then, with the gate voltage VG as +20V,
Dark value voltage V after DC'gjA movement continues for a period of time
T had shifted to +5.5v.

一方、本発明のTPTでは、ゲート電圧VG及びドレイ
ン電圧VDを上述の従来のTPTと同一条件で闇値電圧
VTを測定したところ、製造直後には+1.9Vであっ
たが、従来のTPTの場合同様にゲート電圧VGを+2
0VとしてDC駆動を500時間II!続した後のそれ
は+4.Ovであった。
On the other hand, in the TPT of the present invention, when the dark voltage VT was measured under the same gate voltage VG and drain voltage VD conditions as the conventional TPT described above, it was +1.9V immediately after manufacture, but compared to the conventional TPT. Similarly, if the gate voltage VG is +2
500 hours of DC drive at 0V II! After continuing, it is +4. It was Ov.

このように従来のTPTでは閾値電圧VTが初期の+1
.5Vから500時間DC駆動後ニ+5.5Vとほぼ3
.7倍にシフトしているが、本発明のTPTでは初期の
+1.9Vから500時間DC駆動後ニ+4.0Vとほ
ぼ2,1倍にしかシフトしていない。
In this way, in the conventional TPT, the threshold voltage VT is
.. After 500 hours of DC driving from 5V, it becomes +5.5V and almost 3
.. However, in the TPT of the present invention, the voltage has shifted only about 2.1 times from the initial +1.9V to +4.0V after 500 hours of DC driving.

次に、不純物層213としてn型のa−3t:H不純層
を使用した場合の実施例について説明する。
Next, an example in which an n-type a-3t:H impurity layer is used as the impurity layer 213 will be described.

この場合のn型の不純物層213は上述のp型のa−3
t:Itを不純物層213として使用した場合と全く同
様に第2図fc)に示す過程において絶縁層204の表
面に積層形成され、その表面にはやはり同様に第2図t
dlに示す如<a−3i:H半導体層205が積層形成
される。
In this case, the n-type impurity layer 213 is the p-type a-3 described above.
t: Just like when It is used as the impurity layer 213, it is laminated on the surface of the insulating layer 204 in the process shown in FIG.
A <a-3i:H semiconductor layer 205 is laminated as shown in dl.

さて、不純物層213としてn型のa−3t:H不純物
層を形成させるには、不純物ドーパントとしては第■族
の元素、この実施例では燐(P)を使用し、そのための
原料ガスとしてはホスフィン(PI+3)ガスを使用し
、モノシランガスとの流量比をPH3/5iH4=2X
10−’として成膜を行った。
Now, in order to form an n-type a-3t:H impurity layer as the impurity layer 213, a Group Ⅰ element, in this example, phosphorus (P), is used as the impurity dopant, and the raw material gas is Using phosphine (PI+3) gas, the flow rate ratio with monosilane gas is PH3/5iH4=2X
Film formation was carried out as 10-'.

このようにして形成された不純物N213としてのn型
のa−Si:H不純物層の電気特性は、暗比抵抗が9.
5 XIO3Ω・口、活性化エネルギーが0.45eV
であった。また膜厚は50人とした。
The electrical characteristics of the n-type a-Si:H impurity layer as the impurity N213 formed in this way are as follows: dark specific resistance is 9.
5 XIO3Ω・Activation energy is 0.45eV
Met. The thickness of the film was set at 50 people.

このようにして製造された不純物層213としてn型の
a−Si:H不純物層を使用した本発明のTPTでは、
ゲート電圧VG及びドレイン電圧VDを前述の従来のT
PT及び不純物層213としてp型のa−Si:H不純
物層を使用した実施例と同一条件で闇値電圧VTを測定
したところ、製造直後の初期値は+1.7vであったが
、従来のTPT及び不純物層213としてp型のa−5
i:H不純物層を使用した実施例の場合同様にゲート電
圧VGを+20VとしてDC駆動を500時間継続した
後のそれは+4.3vであった。
In the TPT of the present invention using an n-type a-Si:H impurity layer as the impurity layer 213 manufactured in this way,
The gate voltage VG and drain voltage VD are
When the dark voltage VT was measured under the same conditions as in the example in which a p-type a-Si:H impurity layer was used as the PT and impurity layer 213, the initial value immediately after manufacturing was +1.7V, but compared to the conventional p-type a-5 as TPT and impurity layer 213
As in the case of the example using the i:H impurity layer, the voltage was +4.3 V after DC driving was continued for 500 hours with the gate voltage VG being +20 V.

従って、この不純物層213としてn型のa−3i:)
I不純vA層を使用した実施例では、闇値電圧はほぼ2
.5倍にシフトしたことになり、従来のTPTのほぼ3
.7倍に比して大幅に改善されている。
Therefore, this impurity layer 213 is n-type a-3i:)
In the embodiment using an I-impure vA layer, the dark value voltage is approximately 2
.. This means a shift of 5 times, which is almost 3 times the conventional TPT.
.. This is a significant improvement compared to 7 times.

〔効果〕〔effect〕

以上のように本発明の薄膜半導体装置では、長時間に亙
って連続してDC駆動した後においても、闇値電圧のシ
フトの割合が従来の装置に比して相当程度低くなってい
る。従って本発明によれば、闇値電圧のシフトが比較的
小さい安定した高信頼性の薄膜半導体装置を提供するこ
とが可能になる。
As described above, in the thin film semiconductor device of the present invention, even after continuous DC driving for a long time, the shift ratio of the dark value voltage is considerably lower than in the conventional device. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a stable and highly reliable thin film semiconductor device with a relatively small shift in dark value voltage.

なお、前記実施例ではプラズマCVD法にて本発明のT
PTを積層形成したが、同様の半導体層、絶縁層等を積
層形成可能であれば、他のCVD法を用いてもよいこと
は勿論である。
Incidentally, in the above embodiment, the T
Although PT was formed in layers, it goes without saying that other CVD methods may be used as long as similar semiconductor layers, insulating layers, etc. can be formed in layers.

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

第1図は本発明の薄膜半導体装面としての薄膜トランジ
スタの構成を示す模式図、第2図はCVD法による製造
の過程を示す模式図、第3図はそのための製造装置の構
成を示す模式図、第4図は従来の一般的な薄膜トランジ
スタの構成を示す模式200・・・基板 201・・・
ゲート電極層 202・・・ソース電極層 203・・
・ドレイン電極層 204・・・絶縁層205・・・a
−St:H半導体層 213・・・不純物層特許出願人
  住友金属工業株式会社 代理人 弁理士  河 野   登 夫V& 藁 4 図 11 図 L3図 手続補正書(自発) 昭和62年4月3日
Fig. 1 is a schematic diagram showing the structure of a thin film transistor as a thin film semiconductor device of the present invention, Fig. 2 is a schematic diagram showing the manufacturing process by CVD method, and Fig. 3 is a schematic diagram showing the structure of the manufacturing equipment for the same. , FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a conventional general thin film transistor 200...Substrate 201...
Gate electrode layer 202...source electrode layer 203...
-Drain electrode layer 204...insulating layer 205...a
-St:H semiconductor layer 213...Impurity layer Patent applicant Sumitomo Metal Industries Co., Ltd. Agent Patent attorney Norio Kono V & Wara 4 Figure 11 Figure L3 procedural amendment (voluntary) April 3, 1988

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、水素を含む非晶質シリコンの半導体層と非晶質性の
絶縁層とを接合させた構造を有する薄膜半導体装置にお
いて、 前記半導体層と絶縁層との界面に、周期律表の第III族
または第V族の元素を不純物元素としてシリコン層に添
加した不純物層を介在させてなることを特徴とする薄膜
半導体装置。 2、前記不純物層は、その厚みが10Å乃至500Åの
範囲である特許請求の範囲第1項記載の薄膜半導体装置
。 3、前記不純物元素は、その前記不純物層への添加の割
合が、第III族元素である場合は、原子パーセントにし
て1×10^−^4%乃至1%の範囲である特許請求の
範囲第1項記載の薄膜半導体装置。 4、前記不純物元素は、その前記不純物層への添加の割
合が、第V族元素である場合は原子パーセントにして1
×10^−^4%乃至2%の範囲である特許請求の範囲
第1項記載の薄膜半導体装置。
[Claims] 1. In a thin film semiconductor device having a structure in which a hydrogen-containing amorphous silicon semiconductor layer and an amorphous insulating layer are bonded, at the interface between the semiconductor layer and the insulating layer, 1. A thin film semiconductor device comprising an impurity layer in which a group III or V element of the periodic table is added as an impurity element to a silicon layer. 2. The thin film semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity layer has a thickness in a range of 10 Å to 500 Å. 3. The content of the impurity element added to the impurity layer is in the range of 1 x 10^-^4% to 1% in terms of atomic percent when it is a Group III element. The thin film semiconductor device according to item 1. 4. The impurity element is added to the impurity layer in a proportion of 1 atomic percent when it is a Group V element.
The thin film semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration is in the range of x10^-^4% to 2%.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5053354A (en) * 1988-05-30 1991-10-01 Seikosha Co., Ltd. Method of fabricating a reverse staggered type silicon thin film transistor
JP2022513746A (en) * 2018-12-13 2022-02-09 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Method of depositing phosphorus-doped silicon nitride film

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