JPH05235354A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH05235354A
JPH05235354A JP3906292A JP3906292A JPH05235354A JP H05235354 A JPH05235354 A JP H05235354A JP 3906292 A JP3906292 A JP 3906292A JP 3906292 A JP3906292 A JP 3906292A JP H05235354 A JPH05235354 A JP H05235354A
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JP
Japan
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semiconductor layer
layer
semiconductor device
semiconductor
carbon element
Prior art date
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Pending
Application number
JP3906292A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noritoshi Yamaguchi
文紀 山口
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable a transistor to operate under illumination by using a semiconductor layer consisting of a lower layer containing carbon and an upper layer containing nitrogen. CONSTITUTION:A semiconductor device comprises a substrate on which are formed a first conducting layer 2 for a gate electrode, an insulating layer 3 for a gate insulator, a first semiconductor layer 4 for a channel, and second conducting layers 6 for ohmic contact on the first semiconductor layer 4. The first semiconductor layer 4 consists of a lower layer 4a containing carbon and an upper layer 4b containing nitrogen. This improves the photosensitivity of the first semiconductor layer 4, and thus the transistor operation can be stabilized under illumination.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置およびその製
造方法に関し、特にアクティブマトリックス型液晶表示
装置のスイッチング用トランジスタなどに用いられる半
導体装置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 semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device used for a switching transistor of an active matrix liquid crystal display device and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体装置の構造を図1に示す。
図1の半導体装置は、本発明者等が特願平3−2756
75号において開示した半導体装置である。基板1上に
ゲート電極となる第一の導電層2、ゲート絶縁膜となる
絶縁層3、およびチャネル層となる第一の半導体層4を
設けるとともに、この第一の半導体層4上にオーミック
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を分割して設けた半導体装
置であって、上記第一の半導体層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と窒素元素もしく
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、前記第二の半導体層5を微結晶半導体層で形成し
たものである。なお、第一の半導体層4と第二の半導体
層5は非晶質シリコンなどで形成される。
2. Description of the Related Art The structure of a conventional semiconductor device is shown in FIG.
The semiconductor device of FIG. 1 is disclosed in Japanese Patent Application No. 3-2756
The semiconductor device disclosed in No. 75. A first conductive layer 2 to be a gate electrode, an insulating layer 3 to be a gate insulating film, and a first semiconductor layer 4 to be a channel layer are provided on a substrate 1, and ohmic contact is provided on the first semiconductor layer 4. A semiconductor device in which a second semiconductor layer 5 serving as a layer and a second conductive layer 6 serving as a source / drain electrode are separately provided, and the first semiconductor layer 4 does not contain a nitrogen element and a carbon element. The lower semiconductor layer 4a and the upper semiconductor layer 4b containing a nitrogen element or a carbon element are formed, and the second semiconductor layer 5 is formed of a microcrystalline semiconductor layer. The first semiconductor layer 4 and the second semiconductor layer 5 are formed of amorphous silicon or the like.

【0003】このように形成することにより、オーミッ
クコンタクト層5とソース・ドレイン電極6をエッチン
グで分割する際に、第一の半導体層4の上層半導体層4
bをエッチングのストッパー層とすることができ、もっ
てエッチングのストッパー層を格別な工程で形成するこ
とが不要になると共に、チャネル幅を短くして高精細化
するものである。
With this structure, when the ohmic contact layer 5 and the source / drain electrodes 6 are divided by etching, the upper semiconductor layer 4 of the first semiconductor layer 4 is divided.
Since b can be used as an etching stopper layer, it is not necessary to form the etching stopper layer in a special step, and the channel width is shortened to achieve high definition.

【0004】このような半導体装置は、(a)基板1上
に、ゲート電極となる第一の導電層2を形成してパター
ニングし、(b)この第一の導電層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と窒素元素もしくは炭素元素を含有
する上層半導体層4b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6を順次積層し、
(c)上記第一の導電層2の周辺部の第一の半導体層
4、第二の半導体層5、および第二の導電層6をエッチ
ング除去し、(d)上記第一の導電層2の中央部分の第
二の半導体層5と第二の導電層6をエッチング除去する
ことにより形成される。
In such a semiconductor device, (a) a first conductive layer 2 to be a gate electrode is formed on a substrate 1 and patterned, and (b) a gate insulating layer is formed on the first conductive layer 2. An insulating layer 3 to be a film, a lower semiconductor layer 4a containing no nitrogen element and carbon element, a first semiconductor layer 4 composed of an upper semiconductor layer 4b containing nitrogen element or carbon element, and a second semiconductor layer containing a microcrystalline semiconductor layer. Semiconductor layer 5, and source
The second conductive layer 6 to be the drain electrode is sequentially laminated,
(C) The first semiconductor layer 4, the second semiconductor layer 5, and the second conductive layer 6 around the first conductive layer 2 are removed by etching, and (d) the first conductive layer 2 is removed. It is formed by etching away the second semiconductor layer 5 and the second conductive layer 6 in the central portion of.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の従来
の半導体装置では、第一の半導体層4の下層半導体層4
aの膜厚は50Å程度まで薄くできるが、i型の非晶質
シリコンは良好な光感度を有しているため、例えば下層
半導体層4aの膜厚を50Åに設定すると共に、上層半
導体層4bの膜厚を800Å程度に設定しても、光が照
射されるとトランジスタのオフ電流が上昇するという問
題があった。
However, in the above-mentioned conventional semiconductor device, the lower semiconductor layer 4 of the first semiconductor layer 4 is formed.
Although the film thickness of a can be made as thin as about 50Å, since i-type amorphous silicon has a good photosensitivity, for example, the film thickness of the lower semiconductor layer 4a is set to 50Å and the upper semiconductor layer 4b is Even if the film thickness is set to about 800 Å, there is a problem that the off current of the transistor rises when irradiated with light.

【0006】また、下層半導体層4aと上層半導体層4
bとのバンドギャップ差により、図2に示すように、下
層半導体層4aと上層半導体層4bとの間に、障壁ΔE
が生じ、トランジスタの電圧・電流(Vd−Id)特性
において立ち上がりが悪くなるという問題があった。す
なわち、窒素元素源となるアンモニアガス(NH3 )を
NH3 /SiH4 =0.1に設定して形成した半導体層
(例えば図1に示す上層半導体層4b)とこのようなア
ンモニアガスを使わずに形成した半導体層(例えば図1
に示す下層半導体層4a)との間には、約0.1〜0.
2eVの障壁ΔEが発生するからである。なお、図2
中、Efはフェルミレベルを、Ecは伝導帯を、またE
vは価電子帯をそれぞれ示す。
In addition, the lower semiconductor layer 4a and the upper semiconductor layer 4
As shown in FIG. 2, the barrier ΔE between the lower semiconductor layer 4a and the upper semiconductor layer 4b is increased due to the band gap difference with the upper semiconductor layer 4b.
Occurs, and there is a problem in that the rise in the voltage / current (Vd-Id) characteristics of the transistor deteriorates. That is, a semiconductor layer (for example, the upper semiconductor layer 4b shown in FIG. 1) formed by setting ammonia gas (NH 3 ) serving as a nitrogen element source to NH 3 / SiH 4 = 0.1 and such an ammonia gas are used. Formed without a semiconductor layer (see, for example, FIG.
To the lower semiconductor layer 4a) shown in FIG.
This is because a barrier ΔE of 2 eV is generated. Note that FIG.
Where Ef is the Fermi level, Ec is the conduction band, and E
v represents a valence band, respectively.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第一の発明に係る半導体
装置は、このような問題点に鑑みて成されたものであ
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
ャネルとなる第一の半導体層を設けるとともに、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
分割して設けた半導体装置において、前記第一の半導体
層を炭素元素を含有する下層半導体層と窒素元素を含有
する上層半導体層で形成した点にあり、また好適には、
下層半導体層と上層半導体層のバンドギャップを同一に
した点にある。第二の発明に係る半導体装置の特徴とす
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、およびチャネルとなる第一
の半導体層を設けるとともに、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設けた半
導体装置において、前記第一の半導体層を炭素元素を低
濃度に含有する下層半導体層と炭素元素を高濃度に含有
する上層半導体層で形成した点にある。
The semiconductor device according to the first invention is made in view of the above problems, and is characterized in that a gate electrode is formed on a substrate. A conductive layer, an insulating layer to be a gate insulating film, and a first semiconductor layer to be a channel are provided, and a second semiconductor layer to be an ohmic contact layer and a source / drain electrode are provided on the first semiconductor layer. In the semiconductor device provided by dividing the second conductive layer, the first semiconductor layer is formed of a lower semiconductor layer containing a carbon element and an upper semiconductor layer containing a nitrogen element, and preferably ,
The lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer have the same band gap. A characteristic of the semiconductor device according to the second invention is that the first conductive layer serving as a gate electrode is formed on the substrate,
An insulating layer to be a gate insulating film and a first semiconductor layer to be a channel are provided, and a second semiconductor layer to be an ohmic contact layer and a second conductive layer to be a source / drain electrode are provided on the first semiconductor layer. In the semiconductor device provided by dividing the layers, the first semiconductor layer is formed by a lower semiconductor layer containing a low concentration of carbon element and an upper semiconductor layer containing a high concentration of carbon element.

【0008】[0008]

【作用】上記のように、チャネルとなる第一の半導体層
を炭素元素を含有する下層半導体層と窒素元素を含有す
る上層半導体層で形成したり、炭素元素を低濃度に含有
する下層半導体層と炭素元素を高濃度に含有する上層半
導体層で形成すると、この第一の半導体層の光感度が下
がることから、光照射下でもトランジスタを安定して作
動させることができる。また、上記のように、下層半導
体層と上層半導体層のバンドギャップを一致させると、
バンドギャップ中の障壁が無くなって、トランジスタの
電圧・電流(Vd−Id)特性の立ち上がりがよくな
り、良好な特性を有するトランジスタが得られる。
As described above, the first semiconductor layer serving as a channel is formed of the lower semiconductor layer containing the carbon element and the upper semiconductor layer containing the nitrogen element, or the lower semiconductor layer containing the carbon element at a low concentration. When the upper semiconductor layer containing a high concentration of carbon element is used, the photosensitivity of the first semiconductor layer is lowered, so that the transistor can be stably operated even under light irradiation. Further, as described above, when the band gaps of the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer are matched,
The barrier in the band gap is eliminated, the rise of the voltage / current (Vd-Id) characteristics of the transistor is improved, and a transistor having excellent characteristics can be obtained.

【0009】[0009]

【実施例】以下、第一の発明の実施例を説明する。半導
体装置の構造は図1に示す従来装置と同一である。基板
1は#7059基板などで構成される。第一の導電層2
は、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、アルミニウム
(Al)などを用いて真空蒸着法やスパッタリング法で
厚み1000Å程度に形成される。絶縁層3は、窒化シ
リコンの一層構造のものや酸化タンタルと窒化シリコン
の二層構造のものなどで構成され、窒化シリコン層はプ
ラズマCVD法などで形成され、酸化タンタル層は陽極
酸化法などで形成される。この絶縁層3の厚みは、50
00Å程度である。第一の半導体層4の下層半導体層4
aは、例えばシランガス(SiH4 )とメタンガス(C
4 )を用いたプラズマCVD法などで厚み200Å程
度に形成される。第一の半導体層4の上層半導体層4b
は、例えばシランガス(SiH4 )とアンモニアガス
(NH3 )を用いたプラズマCVD法などで厚み800
Å程度に形成される。第二の半導体層5は、例えばフォ
スフィン(PH3 )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、プラズマCVD法で厚み100
0Å程度に形成される。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、真空蒸着法やスパッタリング法で厚み1000Å程
度に形成される。
EXAMPLES Examples of the first invention will be described below. The structure of the semiconductor device is the same as that of the conventional device shown in FIG. The substrate 1 is composed of a # 7059 substrate or the like. First conductive layer 2
Is formed using chromium (Cr), tantalum (Ta), aluminum (Al), or the like to a thickness of about 1000 Å by a vacuum deposition method or a sputtering method. The insulating layer 3 is composed of a one-layer structure of silicon nitride or a two-layer structure of tantalum oxide and silicon nitride, the silicon nitride layer is formed by plasma CVD method, and the tantalum oxide layer is formed by anodic oxidation method. It is formed. The thickness of this insulating layer 3 is 50
It is about 00Å. Lower semiconductor layer 4 of first semiconductor layer 4
a is, for example, silane gas (SiH 4 ) and methane gas (C
It is formed to a thickness of about 200Å by a plasma CVD method using H 4 ). Upper semiconductor layer 4b of the first semiconductor layer 4
Has a thickness of 800 by plasma CVD using silane gas (SiH 4 ) and ammonia gas (NH 3 ).
Å It is formed in about. The second semiconductor layer 5 is composed of, for example, an n + -type microcrystalline semiconductor layer containing phosphine (PH 3 ) or the like at a high concentration (10 18 to 10 21 pieces / cm 3 in terms of phosphorus element), Thickness 100 by plasma CVD method
It is formed to about 0Å. The second conductive layer 6 is formed of aluminum, tantalum, chromium, titanium (Ti), or the like, and is formed to have a thickness of about 1000Å by a vacuum deposition method or a sputtering method.

【0010】図3に、下層半導体層4aとしてメタンガ
スやアンモニアガスを用いずに200Åの厚みに形成
し、上層半導体層4bとしてアンモニガスとシランガス
の流量比をNH3 /SiH4 =0.1に設定して800
Åの厚みに形成したトランジスタのゲート電圧Vgとド
レイン電流Idの関係を示す。なお、ドレイン電圧Vd
は15Vでトランジスタのチャネル幅Wとチャネル長L
の比は、W/L=5.4である。図3で明らかなよう
に、このトランジスタでは良好なON/OFF特性が得
られている。この上層半導体層4bのバンドギャップE
opt を測定したところ、1.9eVであった。
In FIG. 3, the lower semiconductor layer 4a is formed to a thickness of 200Å without using methane gas or ammonia gas, and the upper semiconductor layer 4b is set so that the flow rate ratio of ammonia gas and silane gas is NH 3 / SiH 4 = 0.1. Then 800
The relationship between the gate voltage Vg and the drain current Id of a transistor formed to have a thickness of Å is shown. The drain voltage Vd
Is 15 V, the channel width W and the channel length L of the transistor are
The ratio of W / L = 5.4. As is clear from FIG. 3, this transistor has excellent ON / OFF characteristics. The band gap E of this upper semiconductor layer 4b
When opt was measured, it was 1.9 eV.

【0011】また、メタンガスとシランガスのCH4
SiH4 比を種々変更して形成した半導体層のバンドギ
ャップEopt を測定したところ、下表に示すようにCH
4 /SiH4 =0.5のときに1.91eVとなり、上
層半導体層4bのバンドギャップと一致することが判っ
た。
In addition, CH 4 / of methane gas and silane gas
The band gap E opt of the semiconductor layer formed by changing various SiH 4 ratios was measured, and as shown in the table below, CH
It was found to be 1.91 eV when 4 / SiH 4 = 0.5, which is in agreement with the band gap of the upper semiconductor layer 4b.

【0012】 CH4 /SiH4 比 バンドギャップ(eV) 0.1 1.88 0.25 1.89 0.5 1.91 0.75 1.93 1.0 1.96 2.0 2.04 。CH 4 / SiH 4 ratio Bandgap (eV) 0.1 1.88 0.25 1.89 0.5 1.91 0.75 1.93 1.0 1.06 2.0 2.04 ..

【0013】すなわち、メタンガスとシランガスの流量
比を0.5に設定して下層半導体層4aを形成すると共
に、アンモニガスとシランガスの流量比を0.1に設定
して上層半導体4bを形成すると、下層半導体層4aと
上層半導体層4bのバンドギャップEopt を一致させる
ことができると共に、ON/OFF特性が良好なトラン
ジスタが得られる。
That is, when the lower semiconductor layer 4a is formed by setting the flow rate ratio of methane gas and silane gas to 0.5 and the upper layer semiconductor 4b is formed by setting the flow rate ratio of ammonia gas and silane gas to 0.1, the lower layer is formed. A band gap E opt of the semiconductor layer 4a and the upper semiconductor layer 4b can be made to coincide with each other, and a transistor having excellent ON / OFF characteristics can be obtained.

【0014】また、メタンガスとシランガスの流量比を
変更して形成した半導体層の光感度を図4に示し、アン
モニアガスとシランガスの流量比を変更して形成した半
導体層の光感度を図5に示す。この光感度とは、メタン
ガスやアンモニアガスを用いずに形成した半導体層(i
型非晶質シリコン層)の光感度を1(100 )としたと
きの相対的な光感度である。また、図4および図5に示
す半導体層は、基板温度を240℃に設定すると共に、
パワーを30W(0.08W/cm2 )に設定して形成
したものである。図4で明らかなように、メタンガスと
シランガスの流量比を0.1に設定して半導体層を形成
すると、この半導体層の光感度は1/10に下がり、さ
らにメタンガスとシランガスの流量比を1.0に設定し
て半導体層を形成すると、この半導体層の光感度は約1
/700に下がる。ちなみに、上述のようにメタンガス
とシランガスの流量比を0.5に設定して下層半導体層
4aを形成した場合は、光感度は1/25となる。ま
た、図5で明らかなように、アンモニアガスとシランガ
スの流量比を0.1に設定して半導体層を形成すると、
この半導体層の光感度は約1/350に下がり、さらに
流量比を1.0に設定して半導体層を形成すると、この
半導体層の光感度は1/20000まで下がる。したが
って、メタンガスとシランガスを用いて下層半導体層4
aを形成すると共に、アンモニアガスとシランガスを用
いて上層半導体層4bを形成すると、このような半導体
層を有するトランジスタは、光照射下でも安定して作動
することができる。
FIG. 4 shows the photosensitivity of the semiconductor layer formed by changing the flow rate ratio of methane gas and silane gas, and FIG. 5 shows the photosensitivity of the semiconductor layer formed by changing the flow rate ratio of ammonia gas and silane gas. Show. This photosensitivity means that the semiconductor layer (i
The relative photosensitivity when the photosensitivity of the (type amorphous silicon layer) is 1 (10 0 ). The semiconductor layer shown in FIGS. 4 and 5 has a substrate temperature of 240 ° C. and
It is formed by setting the power to 30 W (0.08 W / cm 2 ). As is clear from FIG. 4, when the semiconductor layer is formed with the flow ratio of methane gas and silane gas set to 0.1, the photosensitivity of this semiconductor layer is reduced to 1/10, and the flow ratio of methane gas and silane gas is further reduced to 1 When the semiconductor layer is formed by setting to 0.0, the photosensitivity of this semiconductor layer is about 1
/ 700. Incidentally, when the lower semiconductor layer 4a is formed by setting the flow rate ratio of the methane gas and the silane gas to 0.5 as described above, the photosensitivity is 1/25. Further, as apparent from FIG. 5, when the semiconductor layer is formed by setting the flow rate ratio of the ammonia gas and the silane gas to 0.1,
The photosensitivity of this semiconductor layer drops to about 1/350, and when the flow rate ratio is set to 1.0 to form a semiconductor layer, the photosensitivity of this semiconductor layer drops to 1/20000. Therefore, the lower semiconductor layer 4 is formed by using methane gas and silane gas.
By forming a and forming the upper semiconductor layer 4b using ammonia gas and silane gas, a transistor having such a semiconductor layer can operate stably even under light irradiation.

【0015】次に、第二の発明の実施例を説明する。第
二の発明に係る半導体装置の構造は、図1に示す半導体
装置と同じである。第二の発明に係る半導体装置が第一
の発明に係る半導体装置と異なる点は、第一の半導体層
4を炭素元素を低濃度に含有する下層半導体層4aと炭
素元素を高濃度に含有する上層半導体層4aで形成した
点にある。
Next, an embodiment of the second invention will be described. The structure of the semiconductor device according to the second invention is the same as that of the semiconductor device shown in FIG. The semiconductor device according to the second invention differs from the semiconductor device according to the first invention in that the first semiconductor layer 4 contains a lower semiconductor layer 4a containing a low concentration of carbon element and a high concentration of a carbon element. It is a point formed by the upper semiconductor layer 4a.

【0016】図6に、第一の半導体層4としてメタンガ
スとシランガスの流量比をCH4 /SiH4 =1.0に
設定して1000Åの厚みに一層だけ形成したトランジ
スタのゲート電圧Vgとドレイン電流Idの関係を示
す。なお、ドレイン電圧Vdは15Vである。図6で明
らかなように、チャネル層として炭素元素を含有する一
層の半導体層で形成しても、良好なON/OFF特性を
有するトランジスタが得られるが、図6に示すトランジ
スタでは、ON電流が若干低いので、メタンガスとシラ
ンガスの流量比をさらに小さくすれば、ON電流の大き
なトランジスタが得られる。一方、図4で明らかなよう
に、メタンガスとシランガスの流量比を小さくすると光
感度が上昇する。そこで、第一の半導体層4の下層半導
体層4aをメタンガスとシランガスの流量比を小さくし
て形成すると共に、上層半導体層4bをメタンガスとシ
ランガスの流量比を大きくして形成すると、ON電流が
大きく且つ光感度も低いトランジスタになる。すなわ
ち、下層半導体層4aをメタンガスとシランガスの流量
比を0.1に設定して形成し、上層半導体層4bをメタ
ンガスとシランガスの流量比を1.0に設定して形成す
る。
FIG. 6 shows a gate voltage Vg and a drain current of a transistor formed as a first semiconductor layer 4 with a flow rate ratio of methane gas and silane gas of CH 4 / SiH 4 = 1.0 and a thickness of 1000 Å. The relationship of Id is shown. The drain voltage Vd is 15V. As is apparent from FIG. 6, even if the channel layer is formed of a single semiconductor layer containing a carbon element, a transistor having favorable ON / OFF characteristics can be obtained. However, in the transistor shown in FIG. Since it is slightly low, a transistor having a large ON current can be obtained by further reducing the flow rate ratio of methane gas and silane gas. On the other hand, as is clear from FIG. 4, the photosensitivity increases when the flow rate ratio between the methane gas and the silane gas is reduced. Therefore, when the lower semiconductor layer 4a of the first semiconductor layer 4 is formed with a small flow ratio of methane gas and silane gas and the upper semiconductor layer 4b is formed with a large flow ratio of methane gas and silane gas, the ON current is increased. Moreover, the transistor has low photosensitivity. That is, the lower semiconductor layer 4a is formed with the flow rate ratio of methane gas and silane gas set to 0.1, and the upper semiconductor layer 4b is formed with the flow rate ratio of methane gas and silane gas set to 1.0.

【0017】なお、メタンガスの流量比を小さくして下
層半導体層4aを形成すると、光感度は上昇することか
ら、この下層半導体層4aはできるだけ薄く、好適には
100Å以下の厚み形成することが望ましい。また、上
述のように、下層半導体層4aをメタンガスとシランガ
スの流量比を小さくして形成すると共に、上層半導体層
4bをメタンガスとシランガスの流量比を大きくして形
成すると、バンドギャップEopt は、下層半導体層4a
<下層半導体層4bとなるが、ΔEは同ガス比の組合せ
で約0.04eVとなり、従来に比べ、かなり低くする
ことができる。
When the lower semiconductor layer 4a is formed by reducing the flow rate ratio of methane gas, the photosensitivity is increased. Therefore, it is desirable that the lower semiconductor layer 4a be formed as thin as possible, preferably 100 Å or less. .. Further, as described above, when the lower semiconductor layer 4a is formed with a small flow ratio of methane gas and silane gas and the upper semiconductor layer 4b is formed with a large flow ratio of methane gas and silane gas, the band gap E opt is Lower semiconductor layer 4a
<It becomes the lower semiconductor layer 4b, but ΔE is about 0.04 eV in the combination of the same gas ratios, which can be made considerably lower than the conventional one.

【0018】このように下層半導体層4aを炭素元素を
低濃度に含有する層で形成すると共に、上層半導体層4
bを炭素元素を高濃度に含有する層で形成しても、従来
の半導体装置と同様なON/OFF比を維持しつつ、光
感度をより低くすることができる。
Thus, the lower semiconductor layer 4a is formed of a layer containing a low concentration of carbon element, and the upper semiconductor layer 4 is formed.
Even if b is formed of a layer containing a high concentration of carbon element, the photosensitivity can be further lowered while maintaining the same ON / OFF ratio as the conventional semiconductor device.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上のように、第一の発明に係る半導体
装置によれば、チャネルとなる第一の半導体層を炭素元
素を含有する下層半導体層と窒素元素を含有する上層半
導体層で形成したことから、光照射下でも半導体装置を
安定して作動させることができると共に、下層半導体層
と上層半導体層のバンドギャップを一致させ易くなり、
バンドギャップ中の障壁を無くして、トランジスタの電
圧・電流(Vd−Id)特性の立ち上がりがよくなり、
良好な特性を有する半導体装置が得られるようになる。
また、第二の発明に係る半導体装置によれば、チャネル
となる第一の半導体層を炭素元素を低濃度に含有する下
層半導体層と炭素元素を高濃度に含有する上層半導体層
で形成したことから、従来の半導体装置と同様なON/
OFF比を維持しつつ、光感度をより低くした半導体装
置が得られる。さらに、第一および第二の発明とも、ソ
ース・ドレインを分割する際のエッチングのストッパー
層が不要となり、製造工程が簡略化されて、製造歩留り
も向上する。
As described above, according to the semiconductor device of the first invention, the first semiconductor layer to be the channel is formed of the lower semiconductor layer containing the carbon element and the upper semiconductor layer containing the nitrogen element. Therefore, the semiconductor device can be stably operated even under light irradiation, and the band gaps of the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer can be easily matched.
By eliminating the barrier in the bandgap, the voltage / current (Vd-Id) characteristics of the transistor rise better,
A semiconductor device having good characteristics can be obtained.
Further, according to the semiconductor device of the second invention, the first semiconductor layer serving as a channel is formed of a lower semiconductor layer containing a low concentration of carbon element and an upper semiconductor layer containing a high concentration of carbon element. From the ON / same as the conventional semiconductor device
A semiconductor device having a lower photosensitivity while maintaining the OFF ratio can be obtained. Further, in both the first and second inventions, a stopper layer for etching when dividing the source / drain is not required, the manufacturing process is simplified, and the manufacturing yield is improved.

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

【図1】半導体装置の構造を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a structure of a semiconductor device.

【図2】従来の半導体装置のチャネルとなる第一の半導
体層のバンドモデルを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a band model of a first semiconductor layer which becomes a channel of a conventional semiconductor device.

【図3】アンモニガスとシランガスの流量比を0.1に
設定して上層半導体層を形成したトランジスタのV−I
特性を示す図である。
FIG. 3 is a VI of a transistor in which an upper semiconductor layer is formed by setting a flow rate ratio of ammonia gas and silane gas to 0.1.
It is a figure which shows a characteristic.

【図4】メタンガスとシランガスの流量比を変更して形
成した半導体層の光感度を示す図えある。
FIG. 4 is a diagram showing the photosensitivity of a semiconductor layer formed by changing the flow rate ratio of methane gas and silane gas.

【図5】アンモニアガスとシランガスの流量比を変更し
て形成した半導体層の光感度を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the photosensitivity of a semiconductor layer formed by changing the flow rate ratio of ammonia gas and silane gas.

【図6】メタンガスとシランガスの流量比を1.0に設
定して第一の半導体層を形成したトランジスタのV−I
特性を示す図である。
FIG. 6 is a VI of a transistor in which the first semiconductor layer is formed by setting the flow ratio of methane gas and silane gas to 1.0.
It is a figure which shows a characteristic.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・基板、2・・・第一の導電層、3・・・絶縁
層、4・・・第一の半導体層、4a・・・下層半導体
層、4b・・・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, 4b ... Upper semiconductor layer, 5 ... second semiconductor layer, 6 ... second conductive layer.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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、およびチャネルとなる
第一の半導体層を設けるとともに、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設け
た半導体装置において、前記第一の半導体層を炭素元素
を含有する下層半導体層と窒素元素を含有する上層半導
体層で形成したことを特徴とする半導体装置。
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 are provided on a substrate, and an ohmic contact layer is provided on the first semiconductor layer. In a semiconductor device in which a second semiconductor layer to be a layer and a second conductive layer to be a source / drain electrode are separately provided, the first semiconductor layer contains a lower semiconductor layer containing a carbon element and a nitrogen element. A semiconductor device comprising an upper semiconductor layer.
【請求項2】 前記下層半導体層が、40原子%までの
炭素元素を含有することを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the lower semiconductor layer contains up to 40 atom% of carbon element.
【請求項3】 前記上層半導体層が、25原子%までの
窒素元素を含有することを特徴とする請求項1に記載の
半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the upper semiconductor layer contains a nitrogen element up to 25 atom%.
【請求項4】 前記下層半導体層と上層半導体層のバン
ドギャップがほぼ同一であることを特徴とする請求項1
に記載の半導体装置。
4. The band gap of the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer are substantially the same.
The semiconductor device according to.
【請求項5】 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、およびチャネルとなる
第一の半導体層を設けるとともに、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設け
た半導体装置において、前記第一の半導体層を炭素元素
を低濃度に含有する下層半導体層と炭素元素を高濃度に
含有する上層半導体層で形成したことを特徴とする半導
体装置。
5. 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 are provided on a substrate, and an ohmic contact layer is provided on the first semiconductor layer. In a semiconductor device in which a second semiconductor layer that becomes a second conductive layer and a second conductive layer that becomes a source / drain electrode are provided separately, a lower semiconductor layer containing the first semiconductor layer at a low concentration and a carbon element A semiconductor device, wherein the semiconductor device is formed of an upper semiconductor layer containing a high concentration of.
【請求項6】 前記下層半導体層が、20原子%までの
炭素元素を含有することを特徴とする請求項5に記載の
半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the lower semiconductor layer contains up to 20 atomic% of carbon element.
【請求項7】 前記上層半導体層が、40原子%までの
炭素元素を含有することを特徴とする請求項5に記載の
半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 5, wherein the upper semiconductor layer contains up to 40 atom% of carbon element.
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US8980665B2 (en) 2008-11-07 2015-03-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
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