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JPH01309378A - Thin-film semiconductor element - Google Patents

Thin-film semiconductor element

Info

Publication number
JPH01309378A
JPH01309378A JP63141188A JP14118888A JPH01309378A JP H01309378 A JPH01309378 A JP H01309378A JP 63141188 A JP63141188 A JP 63141188A JP 14118888 A JP14118888 A JP 14118888A JP H01309378 A JPH01309378 A JP H01309378A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
ohmic contact
contact layer
phosphorus
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
JP63141188A
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 JP63141188A priority Critical patent/JPH01309378A/en
Publication of JPH01309378A publication Critical patent/JPH01309378A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent a leakage current from being increased and to obtain a thin-film semiconductor element whose stability is excellent by a method wherein a concentration of an impurity element to be doped to an ohmic contact layer is made larger on the opposite side of a semiconductor layer than on the side of the semiconductor layer. CONSTITUTION:A thin-film semiconductor element is formed in the following manner: a semiconductor layer 4 whose parent body is a silicon atom and an ohmic contact layer 5 which is laminated and formed on this semiconductor layer 4 and which has been doped with an impurity element are included; the impurity element is doped in such a way that a concentration on the opposite side of the semiconductor layer becomes high as compared with the concentration on the side of the semiconductor layer 4. In this thin-film semiconductor element, the concentration of the impurity element in the ohmic contact layer 5 is higher on the surface side than on the side of the semiconductor layer 4; accordingly, a diffusion amount of phosphorus from the ohmic contact layer 5 to the semiconductor layer 4 is small. As a result, a leakage current in the ohmic contact layer 5 is not increased.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は非晶質性の絶縁膜層、非晶質シリコンからなる
半導体層、オーミックコンタクト層等から構成される薄
膜半導体素子に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a thin film semiconductor device composed of an amorphous insulating film layer, a semiconductor layer made of amorphous silicon, an ohmic contact layer, etc. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、ガラス等の基板上に非晶質シリコン(以下a−3
iという)等の半導体層、絶縁膜等を積層して形成され
るトランジスタ(Thin Film Transis
tor)等の薄膜半導体素子が実用化されている。この
種の薄膜半導体素子は、アクティブマトリックス型液晶
デイスプレィの駆動素子として好適である。
In recent years, amorphous silicon (hereinafter referred to as a-3
Thin Film Transistor (Thin Film Transistor) formed by laminating semiconductor layers, insulating films, etc.
Thin film semiconductor devices such as TOR) have been put into practical use. This type of thin film semiconductor element is suitable as a driving element for an active matrix type liquid crystal display.

アクティブマトリックス型液晶デイスプレィでは、各画
素夫々を独立駆動して表示制御するので、各画素夫々を
比較的大電力にて駆動でき、画素のコントラスト比が大
きくなるので美しい画面表示が可能である。そして特に
アクティブマトリックス型液゛晶デイスプレィの駆動素
子として、低コストにて製作できるという利点を有する
a−3tを使用した薄膜トランジスタ(以下a−3i 
TFTという)が利用されている。
In an active matrix liquid crystal display, each pixel is driven independently to control the display, so each pixel can be driven with a relatively large amount of power, and the contrast ratio of the pixels is increased, so a beautiful screen display is possible. In particular, thin film transistors using A-3T (hereinafter referred to as A-3I), which have the advantage of being able to be manufactured at low cost, are used as driving elements for active matrix liquid crystal displays.
TFT) is used.

第5図は従来のa−5i TFTの1素子の断面構造図
であり、図中1はガラス基板、2はガラス基板1上にパ
ターン形成されたゲート電極を示す。ゲート電極2表面
を含んでガラス基板1上面には、ゲート絶縁膜3.a−
5i半導体層4及びn”a−3iオ一ミツクコンタクト
層15がこの順に積層形成されている。n”a−3iオ
一ミツクコンタクト層15はゲート電極2上の部分が欠
除されており、またn”a−Siオーミックコンタクト
N15の上面には適宜幅のギャップを隔ててソース電極
6.ドレイン電極7が形成されている。
FIG. 5 is a cross-sectional structural diagram of one element of a conventional a-5i TFT, in which 1 indicates a glass substrate and 2 indicates a gate electrode patterned on the glass substrate 1. In FIG. On the upper surface of the glass substrate 1 including the surface of the gate electrode 2, a gate insulating film 3. a-
A 5i semiconductor layer 4 and an n''a-3i atomic contact layer 15 are laminated in this order.The n''a-3i atomic contact layer 15 has a portion above the gate electrode 2 removed. Further, a source electrode 6 and a drain electrode 7 are formed on the upper surface of the n''a-Si ohmic contact N15 with a gap of an appropriate width in between.

なおこのような構成のa−5t TFTの製造工程は以
下の如くである。ガラス基板1にゲート電極2をパター
ン形成した後、プラズマCVD装置に装着して基板温度
を300℃前後に上昇させ、ガラス基板1上にゲート絶
縁膜3.a−Si半遍体N4及びn。
The manufacturing process of the a-5t TFT having such a configuration is as follows. After patterning the gate electrode 2 on the glass substrate 1, it is mounted on a plasma CVD apparatus and the substrate temperature is raised to around 300°C, and a gate insulating film 3. a-Si semiuniform N4 and n.

a−Siオーミックコンタクト層15を連続成膜する。An a-Si ohmic contact layer 15 is continuously formed.

その後基板をプラズマCVD装置から取り出し、フォト
リソグラフィによりn″a−Siオーミックコンタクト
層15をエツチングして、チャンネル部を形成する。最
後にCr/A1等の金属をn“a−5tオ一ミツクコン
タクト層15に蒸着させて、ソース電極6及びドレイン
電極7を形成する。
Thereafter, the substrate is taken out from the plasma CVD apparatus, and the n''a-Si ohmic contact layer 15 is etched by photolithography to form a channel section.Finally, a metal such as Cr/A1 is etched into the n''a-5t ohmic contact layer. Layer 15 is deposited to form source electrode 6 and drain electrode 7.

ところでn”a−Siオーミックコンタクト層は、チャ
ンネルに誘起された電子のソース電極またはドレイン電
極への輸送を容易にする機能と、チャンネルに誘起され
る正孔の流れ(オフ電流)を阻止する機能とを有してお
り、通常は周期律表の第V族に屈する元素、特にPを含
有するホスフィンガス(PI+3 )とモノシランガス
(SiH4)とにより形成される。
By the way, the n''a-Si ohmic contact layer has the function of facilitating the transport of electrons induced in the channel to the source or drain electrode, and the function of blocking the flow of holes induced in the channel (off-state current). It is usually formed from a phosphine gas (PI+3) containing an element belonging to Group V of the periodic table, especially P, and a monosilane gas (SiH4).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

a−5i TFTはそのキャリア移動が主として電子に
よるnチャンネル型のFET (電界効果トランジスタ
)であるにも拘わらず、ゲート電圧を負にするとドレイ
ン電流が増加する現象、つまりオフ電流が大きくなって
S/N比が低下する現象が生じ、このような現象の発生
原因としては、以下に示す3点が考えられる。まず第1
点は、オーミックコンタクト層としてn″a−Siを用
いているので、負のゲート電圧にて誘起された正札が接
合部の障壁を乗り越えてソース電極またはドレイン電極
側へ流れてしまうという点であって、第2点は、a−5
iとn”a−Siとの界面またはn”a−5i内にトラ
ップ準位が多数存在するので、このトラップ準位からキ
ャリアが放出されてリーク電流となるという点であり、
第3点はチャンネルが一部低抵抗化することによりリー
ク電流が流れ易(なるという点である。
a-5i Although TFT is an n-channel FET (field effect transistor) in which carrier movement is mainly caused by electrons, when the gate voltage is made negative, the drain current increases, in other words, the off-state current increases and S A phenomenon in which the /N ratio decreases occurs, and the following three points can be considered as the causes of such a phenomenon. First of all
The point is that since n''a-Si is used as the ohmic contact layer, the positive voltage induced by a negative gate voltage will flow over the barrier of the junction and flow toward the source or drain electrode. So, the second point is a-5
Since there are many trap levels at the interface between i and n''a-Si or within n''a-5i, carriers are released from these trap levels and become a leak current.
The third point is that leakage current can easily flow due to the resistance of a portion of the channel being lowered.

上述したようにオーミックコンタクト層のリーク電流が
大きくなると、液晶デイスプレィ (LCD )の表示
特性が劣化する。つまり、a−Si TFT LCDに
あっては、液晶(LC)層に電荷を一定時間保持するこ
とにより、文字または画像の表示を行っているが、リー
ク電流が大きい場合には、液晶層に蓄積された電荷を一
定時間にわたって保持することは不可能となり、コント
ラスト比の低下を招くこととなる。
As described above, when the leakage current of the ohmic contact layer increases, the display characteristics of a liquid crystal display (LCD) deteriorate. In other words, in an a-Si TFT LCD, characters or images are displayed by holding charge in the liquid crystal (LC) layer for a certain period of time, but if the leakage current is large, the charge may accumulate in the liquid crystal layer. It becomes impossible to maintain the generated charge for a certain period of time, resulting in a decrease in contrast ratio.

従って液晶デイスプレィにおいて高いコントラスト比を
得るためには、これを駆動するa−Si TFTとして
、リーク電流(オフ電流)が安定して少ないような特性
を有するa−5i TPTを製造することが必要である
Therefore, in order to obtain a high contrast ratio in a liquid crystal display, it is necessary to manufacture a-5i TPT, which has characteristics such as stable and low leakage current (off current), as the a-Si TFT that drives it. be.

本発明はかかる事情に漏みてなされたものであり、オー
ミックコンタクト層に添加される不純物元素の濃度を、
半導体層側より半導体層の反対側について大きくする構
成とすることにより、リーク電流の増大を防止して、安
定性に優れた薄膜半導体素子を提供することを目的とす
る。
The present invention was made in view of such circumstances, and it is possible to reduce the concentration of impurity elements added to the ohmic contact layer.
It is an object of the present invention to provide a thin film semiconductor element with excellent stability by preventing an increase in leakage current by making the size larger on the opposite side of the semiconductor layer than on the side of the semiconductor layer.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

ここで、リーク電流の増大の原因をa−3t TFTの
製造工程に関連して説明する。前述したように、ホスフ
ィンガスとシランガスとの混合ガスによりa−Si半導
体層上に形成されたn”a−Siオーミックコンタクト
層は、チャンネル部に相当する部分がエツチングされ、
ソース電極またはドレイン電極が形成される部分が残さ
れる。そして、良好な特性を得るために形成される際の
基板温度は200〜300°Cである。n″a−5i内
部に含有されているリン(P)はa−5i中を拡散し易
いので、a−5i内部にもリンが拡散する。従ってエツ
チングにてn”a−3iオ一ミツクコンタクト層を除去
したチャンネル部のa−3i表面にもリンが拡散するこ
とになり、チャンネル部のa−3iの暗比抵抗が低下し
、この結果リーク電流が増大する。
Here, the cause of the increase in leakage current will be explained in relation to the manufacturing process of the a-3T TFT. As mentioned above, in the n''a-Si ohmic contact layer formed on the a-Si semiconductor layer using a mixed gas of phosphine gas and silane gas, the portion corresponding to the channel portion is etched.
A portion where a source electrode or a drain electrode will be formed remains. In order to obtain good characteristics, the substrate temperature during formation is 200 to 300°C. Since phosphorus (P) contained inside n''a-5i easily diffuses inside a-5i, phosphorus also diffuses inside a-5i. Therefore, by etching, one atomic contact of n''a-3i is made. Phosphorus also diffuses to the a-3i surface of the channel portion from which the layer has been removed, and the dark resistivity of a-3i of the channel portion decreases, resulting in an increase in leakage current.

上述したようなリンの拡散を防止する方法としては成膜
時において基板温度を低下させる方法が考えられるが、
この場合、低温下ではリンが膜中にて電気的に活性化さ
れないので、逆にn”a−5i部の暗比抵抗が低下しな
いという難点がある。
One possible method for preventing the above-mentioned diffusion of phosphorus is to lower the substrate temperature during film formation.
In this case, since phosphorus is not electrically activated in the film at low temperatures, there is a drawback that the dark specific resistance of the n''a-5i portion does not decrease.

従って、オーミックコンタクト層形成時に基板温度を2
00〜300°Cに維持し、しかもn”a−3i中のリ
ンのa−5t中への拡散を防止するような構成のa−5
i TFTを製造することが必要である。
Therefore, when forming the ohmic contact layer, the substrate temperature is
a-5 maintained at 00 to 300°C and configured to prevent phosphorus in n''a-3i from diffusing into a-5t.
It is necessary to manufacture i TFTs.

そこで本発明のa−3i TFTでは、オーミックコン
タクト層として、リン濃度が低い層とリン濃度が高い層
とをa−3i半導体層側からこの順に積層した積層体か
らなるオーミックコンタクト層とするか、またはa−S
i半導体層との界面から遠ざかるにつれてリン濃度が連
続的に増加するようなオーミックコンタクト層とする。
Therefore, in the a-3i TFT of the present invention, the ohmic contact layer is made of a laminate in which a layer with a low phosphorus concentration and a layer with a high phosphorus concentration are laminated in this order from the a-3i semiconductor layer side. or a-S
The ohmic contact layer is such that the phosphorus concentration increases continuously as it moves away from the interface with the i-semiconductor layer.

つまり本発明のa−3t TFTは、a−5i半導体層
に接する側のリン濃度は低く、反対側のリン濃度は高い
ようなオーミックコンタクト層を有するものとする。す
ると、a−Si半導体層に接する側のリン濃度は低いの
で、従来に比して、a−5i半導体層へのリンの拡散量
が低減する。またオーミックコンタクI・層の工・ノチ
ング時に、従来ではリンの拡散量が多いのでa−5i半
導体層の界面からのエツチング■を厳密に管理する必要
があったが、本発明ではリンの拡散量が少ないので界面
近傍のエツチング量の許容度が増大して製造工程が容易
となる。
In other words, the a-3t TFT of the present invention has an ohmic contact layer in which the phosphorus concentration is low on the side in contact with the a-5i semiconductor layer, and the phosphorus concentration is high on the opposite side. Then, since the phosphorus concentration on the side in contact with the a-Si semiconductor layer is low, the amount of phosphorus diffused into the a-5i semiconductor layer is reduced compared to the conventional case. In addition, when etching and notching the ohmic contact I layer, conventionally the amount of phosphorus diffused was large, so it was necessary to strictly control etching from the interface of the a-5i semiconductor layer, but in the present invention, the amount of phosphorus diffused Since the amount of etching is small, the tolerance for the amount of etching near the interface is increased, and the manufacturing process is facilitated.

本発明に係る薄膜半導体素子は、シリコン原子を母体と
する半導体層と、該半導体層上に積層形成され、不純物
元素が添加されているオーミックコンタクト層とを有す
る薄膜半4体素子において、前記半導体層側の濃度に比
して前記半導体層と反対側の濃度が高くなるように前記
不純物元素が添加されていることを特徴とする。
The thin film semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor layer having silicon atoms as a host, and an ohmic contact layer laminated on the semiconductor layer and doped with an impurity element. The impurity element is added so that the concentration on the side opposite to the semiconductor layer is higher than the concentration on the side of the layer.

〔作用〕[Effect]

本発明に係る薄膜半導体素子にあっては、オーミックコ
ンタクト層における不純物元素の濃度は、半導体層側よ
り表面側が高い。従ってオーミックコンタクト層から半
導体層へのリンの拡散量は少ない。この結果、オーミッ
クコンタクト層のリーク電流は増加しない。
In the thin film semiconductor device according to the present invention, the concentration of the impurity element in the ohmic contact layer is higher on the surface side than on the semiconductor layer side. Therefore, the amount of phosphorus diffused from the ohmic contact layer to the semiconductor layer is small. As a result, leakage current in the ohmic contact layer does not increase.

〔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説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained based on drawings showing embodiments thereof.

第1図は本発明に係る薄膜半導体素子の断面構造図であ
り、図中1はガラス基板を示す。ガラス基板1上面には
、Crからなるゲート電極2がパターン形成されている
。ゲート電極2の層厚は300〜3000人とし、より
望ましくは500〜1500人とする。なおゲート電極
2はMo+Ta、AI、Ni−Crまたはこれらの積層
体から形成されてもよい。ゲート電極2表面を含んでガ
ラス基板1上面には、SiNxからなるゲート絶縁膜3
が形成されている。ゲート絶縁膜3の膜厚は500〜5
000人とし、より望ましくは1000〜3000人と
する。なおゲートに色縁膜3はSiOx。
FIG. 1 is a cross-sectional structural diagram of a thin film semiconductor device according to the present invention, and numeral 1 in the figure indicates a glass substrate. A gate electrode 2 made of Cr is patterned on the upper surface of the glass substrate 1 . The layer thickness of the gate electrode 2 is set to 300 to 3000 layers, more preferably 500 to 1500 layers. Note that the gate electrode 2 may be formed of Mo+Ta, AI, Ni-Cr, or a laminate of these. A gate insulating film 3 made of SiNx is formed on the upper surface of the glass substrate 1 including the surface of the gate electrode 2.
is formed. The thickness of the gate insulating film 3 is 500 to 5
000 people, more preferably 1000 to 3000 people. The colored film 3 on the gate is made of SiOx.

SiOxNy、 TazOs、AlzOrまたはこれら
の積層体から形成されてもよい。またゲート絶縁膜3上
面にはa−5i半導体層4が積層形成されている。a−
5i半導体層4の膜厚は、TFTのオフ電流及び光照射
時の電流量に大きく影合するが、通常は200〜400
0人とし、より望ましくは500〜3000人とする。
It may be formed from SiOxNy, TazOs, AlzOr, or a laminate thereof. Further, an a-5i semiconductor layer 4 is laminated on the upper surface of the gate insulating film 3. a-
The thickness of the 5i semiconductor layer 4 greatly affects the off-state current of the TFT and the amount of current during light irradiation, but is usually 200 to 400 mm.
0 people, more preferably 500 to 3000 people.

a−5i半辱体層4の上面には、ゲート電極2が形成さ
れている部分を除いてオーミックコンタクト層5が積層
形成されている。オーミックコンタクト層5は2層の積
層体からなり、下層はリン濃度が低い層5a (以下低
リン層5aという)、上層はリン濃度が高い層5b (
以下高リンJW5bという)である。300℃程度の基
板温度においてもa−3i半導体層4へのリンの拡散が
最小限に抑えられるように、低リン層5aのリン濃度は
0〜10−2原子%であり、より望ましくは10−6〜
工0−3原子%とし、また扁リン層5bは従来の低抵抗
なオーミックコンタクト層と同様の機能を有する必要が
あるので、そのリン濃度は10″:1〜5原子%であり
、より望ましくは10−2〜2原子%とする。また、低
リン層5aの電気的特性は、暗比抵抗(ρ6)が10”
〜105Ω・cmであり、より望ましくは1010〜1
06 Ω・cmとし、また活性化エネルギ(E、)は0
.1〜0.4eVとし、より望ましくは0.7〜0.5
eVとする。一方高リン層5bの電気的特性は、暗比抵
抗が10h〜10Ω・cmであり、より望ましくは10
5〜102 Ω・CI!lとし、また活性化エネルギは
0.5〜0.1eVとし、より望ましくは0.4〜0.
2eVとする。オーミソクコンタクト層5の層厚は通常
は100〜2000人であり、より望ましくは300〜
1000人とする。また低リン層5a及び高リン層5b
との層厚の割合は、低リン層5aの層厚がオーミックコ
ンタクト層5全体の層厚の50%以下であり、より望ま
しくは30%以下とする。
An ohmic contact layer 5 is laminated on the upper surface of the a-5i semicircular body layer 4 except for the portion where the gate electrode 2 is formed. The ohmic contact layer 5 consists of a two-layer stack, the lower layer is a layer 5a with a low phosphorus concentration (hereinafter referred to as the low phosphorus layer 5a), and the upper layer is a layer 5b with a high phosphorus concentration (
(hereinafter referred to as high phosphorus JW5b). In order to minimize the diffusion of phosphorus into the a-3i semiconductor layer 4 even at a substrate temperature of about 300°C, the phosphorus concentration of the low phosphorus layer 5a is 0 to 10-2 atomic %, more preferably 10 -6~
Since the flat phosphorus layer 5b needs to have the same function as a conventional low-resistance ohmic contact layer, its phosphorus concentration is preferably 10'':1 to 5 at%. The electrical characteristics of the low phosphorus layer 5a are such that the dark specific resistance (ρ6) is 10"
~105Ω・cm, more preferably 1010~1
06 Ω・cm, and the activation energy (E, ) is 0.
.. 1 to 0.4 eV, more preferably 0.7 to 0.5
Let it be eV. On the other hand, the electrical characteristics of the high phosphorus layer 5b are such that the dark specific resistance is 10 h to 10 Ω·cm, more preferably 10 h to 10 Ω·cm.
5~102 Ω・CI! 1 eV, and the activation energy is 0.5 to 0.1 eV, more preferably 0.4 to 0.1 eV.
It is set to 2eV. The thickness of the contact layer 5 is usually 100 to 2000, more preferably 300 to 2000.
Let's say 1000 people. Also, the low phosphorus layer 5a and the high phosphorus layer 5b
The layer thickness ratio of the low phosphorus layer 5a is 50% or less of the total layer thickness of the ohmic contact layer 5, and more preferably 30% or less.

オーミックコンタクト層5 (高リン層5b)の上面に
は、適宜幅のギャップを隔てて、何れも下層からCr層
20. AI層21の積層構造からなるソース電極6及
びドレイン電極7が形成されている。ソース電極6及び
ドレイン電極7は、通常は高融点金属とAIとの積層構
造からなり、上述のCr/AI以外にMo/AL Ti
/AI等の組合せが用いられる。高融点金属の膜厚は1
00〜1000人、より望ましくは100〜500人と
し、A1の膜厚は2000人〜2μm、より望ましくは
5000人〜1.5μmとする。
On the upper surface of the ohmic contact layer 5 (high phosphorous layer 5b), a Cr layer 20. A source electrode 6 and a drain electrode 7 each having a stacked structure of an AI layer 21 are formed. The source electrode 6 and the drain electrode 7 usually have a laminated structure of high melting point metal and AI, and in addition to the above-mentioned Cr/AI, Mo/AL Ti
/AI, etc. combinations are used. The film thickness of high melting point metal is 1
00 to 1000 people, more preferably 100 to 500 people, and the film thickness of A1 is 2000 people to 2 μm, more preferably 5000 people to 1.5 μm.

次にこのような構成のa−3t TFTの製造方法につ
いて、その工程を示す第2図に基づき説明する。
Next, a method for manufacturing an a-3t TFT having such a structure will be explained based on FIG. 2 showing the process.

充分に洗浄された5インチ角のガラス基板1に、Crを
厚さ1000人にて蒸着し、フォトエツチング加工によ
りゲート電極2をパターン形成する(第2図(a))。
On a thoroughly cleaned 5 inch square glass substrate 1, Cr is deposited to a thickness of 1000 ml, and a gate electrode 2 is patterned by photoetching (FIG. 2(a)).

なおTPTのチャンネル長を10μm1チヤンネル幅を
200μmとする。
Note that the channel length of TPT is 10 μm and the width of one channel is 200 μm.

ゲーI・電極2が形成されたガラス基板1をプラズマC
VD装置内に装着し、拡散ポンプによりCVD装置内を
排気すると共に、ガラス基板1を加熱して300℃に調
節する。CVD装置内の真空度が1×10−6Torr
以下になった時点で、拡散ポンプからメカニカルブース
タポンプに切換えると共に、マスフローコントローラを
介してCVD装置内に100%モノシランガスを8 s
ecm、アンモニアガス(Nlh )を40secm、
窒素ガス(N2)を80secm導入し、反応圧力が0
.5Torrになるように調節する。このようにガス流
量及び内部圧力が安定した状態で13.56MIIzの
RFパワーを50Wに維持して20分間に互って印加し
、ゲート絶縁膜3を積層形成する。このようにして得ら
れるゲート絶縁膜3は屈折率が1.82、光学的バンド
ギャップ(E9)が5.1eV、比誘電率が6.1であ
り、また膜厚は3000人である。
The glass substrate 1 on which the gate electrode 2 is formed is exposed to plasma C.
The glass substrate 1 is installed in a VD apparatus, and while the inside of the CVD apparatus is evacuated by a diffusion pump, the glass substrate 1 is heated and adjusted to 300°C. The degree of vacuum inside the CVD equipment is 1 x 10-6 Torr
When the temperature is below, switch from the diffusion pump to the mechanical booster pump and introduce 100% monosilane gas into the CVD equipment via the mass flow controller for 8 seconds.
ecm, ammonia gas (Nlh) at 40 sec,
Nitrogen gas (N2) was introduced for 80 seconds, and the reaction pressure was 0.
.. Adjust to 5 Torr. With the gas flow rate and internal pressure stabilized in this manner, the RF power of 13.56 MIIz is maintained at 50 W and applied alternately for 20 minutes to form the gate insulating film 3. The gate insulating film 3 thus obtained has a refractive index of 1.82, an optical band gap (E9) of 5.1 eV, a dielectric constant of 6.1, and a film thickness of 3000 nm.

次いで同一のプラズマCVD装置内でゲート絶縁膜3上
に、a−Si半導体層4を厚さ2000人にて積層形成
する。この際の形成条件は、100%モノシランガスの
流量がlosccm、反応圧力が0.2Torr、 R
Fパワーが100Wであって印加時間は13分間である
Next, an a-Si semiconductor layer 4 is laminated to a thickness of 2000 mm on the gate insulating film 3 in the same plasma CVD apparatus. The formation conditions at this time were that the flow rate of 100% monosilane gas was los ccm, the reaction pressure was 0.2 Torr, and R
The F power was 100 W and the application time was 13 minutes.

このようにして得られるa−3i半導体層4の電気的特
性は、暗比抵抗が2X10”Ω・cm、活性化エネルギ
が0.7eν、光学的特性は光学的バンドギャップが1
 、75eVである。
The electrical properties of the a-3i semiconductor layer 4 obtained in this way include a dark specific resistance of 2 x 10" Ωcm, an activation energy of 0.7 eν, and an optical property that an optical band gap of 1
, 75 eV.

次いでa−3i半導体層4上に、オーミックコンタクト
層5を構成する低リン層5a及び高リン層5bをこの順
に積層形成する(第2図(b))。低リン層5aにおけ
る形成条件は、100%モノシランガスの流量が101
05e、10ppm水素ガス(N2) ヘースのホスフ
ィンガスの流量が10105e、反応圧力が0.2To
rr、RFパワーが100Wであって印加時間を2分間
とする。一方晶リン層5bにおける形成条件は、100
%モノシランガスの流量が10105c、  1%水素
ガスペースのホスフィンガスの流量が10105e、反
応圧力が0.2Torr、 RFパワーが100Wであ
って印加時間を3分間とする。このようにして得られる
低リン層5aの層厚は200人、電気的特性は、暗比抵
抗が107Ω・cm、活性化エネルギが0.55cVで
あり、−方このようにして得られる高リン層5bの層厚
は300人、電気的特性は、暗比抵抗が3X10zΩ・
印、活性化エネルギが0.2eVである。
Next, a low phosphorus layer 5a and a high phosphorus layer 5b constituting the ohmic contact layer 5 are laminated in this order on the a-3i semiconductor layer 4 (FIG. 2(b)). The formation conditions for the low phosphorus layer 5a are that the flow rate of 100% monosilane gas is 101
05e, 10ppm hydrogen gas (N2) Hose's phosphine gas flow rate is 10105e, reaction pressure is 0.2To
rr, the RF power is 100 W and the application time is 2 minutes. On the other hand, the formation conditions for the crystal phosphorus layer 5b are 100
The flow rate of % monosilane gas is 10105c, the flow rate of phosphine gas with 1% hydrogen gas space is 10105e, the reaction pressure is 0.2 Torr, the RF power is 100 W, and the application time is 3 minutes. The thickness of the low phosphorus layer 5a obtained in this way is 200 layers, the electrical characteristics are as follows: dark specific resistance is 107 Ω·cm, activation energy is 0.55 cV, and - The layer thickness of layer 5b is 300, and the electrical characteristics are as follows: dark specific resistance is 3×10zΩ・
mark, activation energy is 0.2 eV.

次に、基板温度を70℃程度まで降下させた後、以上の
処理が施されたガラス基板1をプラズマCVD装置内か
ら取り出して真空蒸着装置内に装着し、Crを厚さ30
0人にて蒸着する(第2図(C))。次いでフォトリソ
グラフィ法を用いて、チャンネル上部のCr層20を酸
により、またオーミックコンタクト層5をフッ酸系エツ
チング液によりエツチングする(第2図(d))。洗浄
、乾燥させた後、再び真空蒸着装置内に装着し、A1を
厚さ1.0μmにて蒸着する。その後フォトリソグラフ
ィ法を用いて、チャンネル上部のAI層21をリン酸水
溶液によりエツチングして、Cr層20. AI層21
からなるソース電極6及びドレイン電極7を形成する(
第2図(e))。
Next, after lowering the substrate temperature to about 70°C, the glass substrate 1 that has undergone the above treatment is taken out from the plasma CVD apparatus and placed in a vacuum evaporation apparatus, and Cr is deposited to a thickness of 30°C.
Vapor deposition is performed by 0 people (Fig. 2 (C)). Next, using photolithography, the Cr layer 20 above the channel is etched with acid, and the ohmic contact layer 5 is etched with a hydrofluoric acid etching solution (FIG. 2(d)). After cleaning and drying, it is again placed in the vacuum deposition apparatus and A1 is deposited to a thickness of 1.0 μm. Thereafter, using a photolithography method, the AI layer 21 above the channel is etched with a phosphoric acid aqueous solution, and the Cr layer 20. AI layer 21
Form a source electrode 6 and a drain electrode 7 consisting of (
Figure 2(e)).

以上のようにして製造されたa−Si TFTの緒特性
を測定した結果、電界効果移動度が0.6cnl / 
Vsec、しきい値電圧が1.5■であり、またドレイ
ン電圧をIOVとした場合、ゲート電圧を15Vとした
ときのドレイン電流が2X10−’A、ゲート電圧をO
Vとしたときのドレイン電流が5 xlQ−13Aであ
った。またゲート電圧を一10■とした場合、ドレイン
電圧を10Vとしたときのオフ電流が7X10−”A、
ドレイン電圧を20Vとしたときのオフ電流が9 ×1
Q−13Aであった。
As a result of measuring the characteristics of the a-Si TFT manufactured as described above, the field effect mobility was 0.6cnl/
Vsec, the threshold voltage is 1.5■, and the drain voltage is IOV, the drain current when the gate voltage is 15V is 2X10-'A, and the gate voltage is O
The drain current when set to V was 5 x lQ-13A. Also, when the gate voltage is -10■, the off-state current when the drain voltage is 10V is 7X10-''A,
Off-state current when drain voltage is 20V is 9 x 1
It was Q-13A.

ところで、オーミックコンタクト層をすべて高リン層つ
まりn″a−5iから構成する以外は、上述した実施例
と同様の条件にて製造された従来のa−3iTFT  
(なおn″a−5iオ一ミツクコンタクト層の層厚は5
00人)の♀h特性は以下の如くである。電界効果移動
度がQ、7cnl / Vsec、しきい値電圧が1.
2Vであり、またドレイン電圧を10■とした場合、ゲ
ート電圧を15Vとしたときのドレイン電流が3XIO
”’A、ゲート電圧を0■としたときのドレイン電流が
5 Xl0−” Aであった。またゲート電圧を一10
Vとした場合、ドレイン電圧をIOVとしたときのオフ
電流が2X10−12A、ドレイン電圧を20Vとした
ときのオフ電流が8×1O−I2Aであった。
By the way, the conventional a-3i TFT was manufactured under the same conditions as the above-mentioned example except that all the ohmic contact layers were composed of high phosphorous layers, that is, n''a-5i.
(The layer thickness of the n″a-5i atomic contact layer is 5
00)'s ♀h characteristics are as follows. Field effect mobility is Q, 7cnl/Vsec, threshold voltage is 1.
2V and the drain voltage is 10■, the drain current when the gate voltage is 15V is 3XIO
The drain current was 5 Xl0-''A when the gate voltage was 0. Also, the gate voltage is -10
V, the off current when the drain voltage was IOV was 2×10 −12 A, and the off current when the drain voltage was 20 V was 8×1 O−I2 A.

上述の結果から理解される如く、本発明のa−3iTF
Tでは、従来のa−5i TFTに比してオフ電流特性
が向上している。
As understood from the above results, the a-3iTF of the present invention
The TFT has improved off-current characteristics compared to the conventional a-5i TFT.

なお、上述の実施例ではオーミックコンタクト層が低リ
ン層及び高リン層の2層の積層体から構成されることと
したが、これに限らず、a−St半導体層側のリン濃度
が低くなるようにする場合には他の種々の実施例が考え
られる。第3.4図は他の実施例における、リン濃度の
分布状態を示すグラフであり、縦軸はa−5i半辺体層
との界面からの距離を示し、横軸はリン濃度を示す。
Note that in the above embodiment, the ohmic contact layer is composed of a two-layer stack of a low phosphorus layer and a high phosphorus layer, but the present invention is not limited to this, and the phosphorus concentration on the a-St semiconductor layer side is lower. In this case, various other embodiments can be considered. FIG. 3.4 is a graph showing the distribution of phosphorus concentration in another example, where the vertical axis shows the distance from the interface with the a-5i hemilateral layer, and the horizontal axis shows the phosphorus concentration.

第3図に示す例では、a−3i半導体層との界面から離
隔するに伴ってオーミックコンタクト層中のリン?震度
が連続的に増加する場合を示しており、第4図に示す例
では、オーミックコンタクト層中のリン濃度が階段状に
増加する場合、つまりリン濃度が異なる層が多数層(第
4図に示す例では6層)積層されている場合を示してい
る。
In the example shown in FIG. 3, phosphorus in the ohmic contact layer increases as the distance from the interface with the a-3i semiconductor layer increases. This shows a case where the seismic intensity increases continuously. In the example shown in Figure 4, the phosphorus concentration in the ohmic contact layer increases in a stepwise manner. The example shown shows a case where six layers are laminated.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上詳述した如く本発明の薄膜半導体素子では、トラン
ジスタ特性をほとんど低下させることなく、オフ電流特
性の向上を図ることができる。
As detailed above, in the thin film semiconductor device of the present invention, it is possible to improve off-current characteristics without substantially deteriorating transistor characteristics.

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

第1図は本発明に係る薄膜半導体素子の断面構造図、第
2図はその製造工程を示す模式図、第3゜4図は他の実
施例におけるリン濃度の分布を示すグラフ、第5図は従
来の薄膜半導体素子の断面構造図である。 1・・・ガラス基+反 2・・・ゲート電極 3・・・
ゲート鞄縁膜 4・・・a−3i半導体層 5・・・オ
ーミックコンタクトB  5a・・・低リン層 5b・
・・高リン層 6・・・ソース電極 7・・・ドレイン
電極 特 許 出願人  住友金属工業株式会社代理人 弁理
士  河  野  登  夫すシ濯度 第  3   図 ■ リン濃度 第   4   図 築5図 第  2  図
Fig. 1 is a cross-sectional structural diagram of a thin film semiconductor device according to the present invention, Fig. 2 is a schematic diagram showing its manufacturing process, Fig. 3-4 is a graph showing the distribution of phosphorus concentration in another example, and Fig. 5 is a cross-sectional structural diagram of a conventional thin film semiconductor element. 1...Glass base + anti-2...Gate electrode 3...
Gate bag edge film 4... a-3i semiconductor layer 5... Ohmic contact B 5a... low phosphorus layer 5b.
...High phosphorous layer 6...Source electrode 7...Drain electrode Patent Applicant: Sumitomo Metal Industries Co., Ltd. Representative Patent Attorney: Noboru Kawano Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、シリコン原子を母体とする半導体層と、該半導体層
上に積層形成され、不純物元素が添加されているオーミ
ックコンタクト層とを有する薄膜半導体素子において、 前記半導体層側の濃度に比して前記半導体 層と反対側の濃度が高くなるように前記不純物元素が添
加されていることを特徴とする薄膜半導体素子。
[Scope of Claims] 1. In a thin film semiconductor element having a semiconductor layer containing silicon atoms as a matrix and an ohmic contact layer laminated on the semiconductor layer and doped with an impurity element, on the semiconductor layer side: A thin film semiconductor device, characterized in that the impurity element is added such that the concentration on the side opposite to the semiconductor layer is higher than the concentration on the side opposite to the semiconductor layer.
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