JP2001274410A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2001274410A
JP2001274410A JP2000088214A JP2000088214A JP2001274410A JP 2001274410 A JP2001274410 A JP 2001274410A JP 2000088214 A JP2000088214 A JP 2000088214A JP 2000088214 A JP2000088214 A JP 2000088214A JP 2001274410 A JP2001274410 A JP 2001274410A
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insulating film
film
gate
semiconductor device
gate electrode
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JP2000088214A
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Koji Suzuki
浩司 鈴木
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート耐圧を高くすることにより信頼性の向
上を図り、ゲート電極の形状不良によるリーク防止及び
信号線の断線防止を図った半導体装置を提供する。 【解決手段】 絶縁性基板10上に、レーザ照射3によ
って形成した多結晶シリコン膜2に生じた突起Pの高さ
を吸収するSOG膜から成る平坦化絶縁膜100と、絶
縁膜であるSiO2膜4とから成るゲート絶縁膜を備え
ており、その上にゲート電極5を備えたTFTとするこ
とにより、ゲート耐圧が高く信頼性湖上を図り、ゲート
電極形状不良によるリーク及び信号線の断線を防止する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体膜上に平坦
化絶縁膜を備えた半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、薄膜トランジスタ(Thin Fil
m Transistor、以下「TFT」と称する。)は、表示装
置、例えば液晶表示装置、エレクトロルミネッセンス
(EL)表示装置等のスイッチング素子として用いられ
ている。
【0003】図5に、従来のTFTの製造工程断面図を
示す。
【0004】同図(a)に示すように、まず、絶縁性基
板(TFT基板)10上に、非晶質シリコン膜1をCV
D法等によって成膜する。そしてその非晶質シリコン膜
1にエキシマレーザ等のレーザ3を全面に照射して溶融
再結晶して多結晶シリコン膜2に改質する(図1
(a))。そして、この多結晶シリコン膜2を島状にエ
ッチングして能動層2を形成する。その能動層2及び基
板10上にCVD法を用いてSiO2膜から成るゲート
絶縁膜4を成膜する。更にその上に、クロム(Cr)、
モリブデン(Mo)などの高融点金属からなるゲート電
極5を順に形成する(図5(b))。
【0005】その能動層2には、ゲート電極5の下方に
チャネル2cと、ゲート電極5をマスクとして不純物イ
オンを注入して、チャネル2cの両側にソース2s及び
ドレイン2dが設けられている。その後、ゲート電極5
及びゲート絶縁膜4上に、SiO2膜、SiN膜及びS
iO2膜の順に積層された層間絶縁膜6を形成する(図
5(c))。
【0006】そして、ソース2s及びドレイン2dに対
応して設けたコンタクトホールにアルミニウム(Al)
等の金属を充填して、ソース電極7及びドレイン電極8
を形成する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図6(a)
に示すように、非晶質シリコン膜1にレーザ3を照射し
て多結晶シリコン膜2に結晶成長する際に、各多結晶シ
リコンの粒界が衝突し合って、多結晶シリコン膜の表面
に隆起した突起Pが生じてしまう。
【0008】そのため、図6(b)に示すように、この
多結晶シリコン膜の能動層の上に形成したゲート絶縁膜
4にこの突起Pの形状が反映されてしまい、同様に突起
が生じる。更にこのゲート絶縁膜4上のゲート電極にも
その突起の形状が反映されてしまい、同様にゲート電極
表面にも突起が生じることになる。
【0009】そうすると、ゲート絶縁膜4の突起により
ゲート耐圧が極めて低くなったり、ゲート電極に印加さ
れた電圧がリークしてしまい、信頼性の低下を招くとい
う欠点があった。
【0010】また、ゲート電極表面の突起によってゲー
ト電極を所定の形状にすることができず、それによって
上層の層間絶縁膜のカバレッジが悪くなったり、その形
状に伴うリーク、あるいはソース2s及びドレイン2d
とコンタクトしたソース及びドレイン信号線の断線が生
じてしまうという欠点もあった。
【0011】そこで本発明は、上記の従来の欠点に鑑み
て為されたものであり、ゲート耐圧を高くすることによ
り信頼性の向上を図り、ゲート電極の形状不良によるリ
ーク防止及び信号線の断線防止を図った半導体装置を提
供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
基板上に、半導体層、該半導体膜上にゲート絶縁膜及び
ゲート電極を順に積層して成る半導体装置であって、前
記半導体層上のゲート絶縁膜は平坦化絶縁膜からもので
ある。
【0013】また、上述の半導体装置は、前記ゲート絶
縁膜は、前記半導体層側に平坦化絶縁膜を配置し、該平
坦化絶縁膜上に他の絶縁膜を配置した複数の層から成る
半導体装置である。
【0014】また、上述の半導体装置は、前記ゲート絶
縁膜は、前記ゲート電極側に平坦化絶縁膜を配置し、該
平坦化絶縁膜上に他の絶縁膜を配置した複数の層から成
る半導体装置である。
【0015】更に、上述の半導体装置は、前記平坦化絶
縁膜は、酸化珪素を主成分とする絶縁膜である半導体装
置である。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置について以下
に説明する。
【0017】図1に本発明のTFTの製造工程断面図を
示す。
【0018】同図(a)に示すように、まず、絶縁性基
板(TFT基板)10上に、非晶質シリコン膜1をCV
D法等によって成膜する。そしてその非晶質シリコン膜
1にエキシマレーザ等のレーザ3を全面に照射して溶融
再結晶して多結晶シリコン膜2に改質する(図1
(a))。レーザ3は基板の1辺から個の1辺に対向す
る他辺に向かって、線状のレーザビームをこの線状レー
ザビームの短軸方向にスポット照射しながら走査してい
く。同図は短軸方向から見た図である。
【0019】そして、この多結晶シリコン膜2を島状に
エッチングして能動層2を形成する。
【0020】その能動層2及び基板10上に、スピンナ
法を用いてSOG膜から成る平坦化絶縁膜100を形成
する。そして、その上にSiO2膜4を成膜する。こう
して、平坦化絶縁膜100及びSiO2膜4から成るゲ
ート絶縁膜が形成される。なお、ゲート耐圧が劣化する
ことを防止することができるのであれば、平坦化絶縁膜
100が1層のみのゲート絶縁膜でも良い。
【0021】更にその上に、クロム(Cr)、モリブデ
ン(Mo)などの高融点金属からなるゲート電極5を順
に形成する(図1(b))。
【0022】能動層2には、ゲート電極5の下方にチャ
ネル2cと、ゲート電極5をマスクとして不純物イオン
を注入して、チャネル2cの両側にソース2s及びドレ
イン2dが設けられている。その後、ゲート電極5及び
ゲート絶縁膜4上に、SiO 2膜、SiN膜及びSiO2
膜の順に積層された層間絶縁膜6を形成する。
【0023】そして、ソース2s及びドレイン2dに対
応して設けたコンタクトホールにアルミニウム(Al)
等の金属を充填して、ソース電極7及びドレイン電極8
を形成する(図1(c))。
【0024】ここで、平坦性を有するゲート絶縁膜とし
て、SOG膜から成る平坦化絶縁膜100を用いたが、
SOG膜は焼結前には、液体であるため流動性を有し、
またスピンナ塗布後においてはその表面が平坦化され平
坦性を有する。そしてこの平坦性を有した状態にて焼結
されるため、その平坦性が維持される。
【0025】しかも、酸化珪素を主材料としているた
め、非常に吸湿性が低い。また、SOG膜中にトラップ
された水蒸気は、450℃よりも高い温度でなければそ
の水蒸気を外部に放出することはない。
【0026】図2に、平坦化絶縁膜100を用いた場合
の多結晶シリコン膜の表面の突起とのその上層の各層の
表面の断面形状を示す。
【0027】同図(a)に示すように、非晶質シリコン
膜の表面にレーザ3を照射して多結晶シリコンにする際
に突起Pが生じる。ところが、図2(b)に示すよう
に、多結晶シリコン膜2の上にSOG膜から成る平坦化
絶縁膜を形成すると、多結晶シリコン表面の突起Pは平
坦化絶縁膜に吸収されてしまい、その上層の絶縁膜4も
平坦に形成することができ、更に平坦化絶縁膜の上層の
ゲート電極に反映されることが無くなる。即ち、ゲート
電極5の表面に突起が生じることがなく、ゲート電極の
形状も概ね断面が矩形状を維持することができる。
【0028】以上のように、レーザ照射による結晶成長
の際の粒界の衝突によって生じる突起によって、上層に
形成するゲート絶縁膜のゲート耐圧を向上させることが
できるとともに、ゲート電極の形状不良によるリークを
防止することができる。
【0029】なお、突起は、レーザによるもののみなら
ず、他の要因、例えば異物の混入等によって生じた場合
においても、本発明は上述の実施の形態と同様に効果を
奏するものである。
【0030】ここで、以下に、本発明の半導体装置を液
晶表示装置及びEL表示装置に採用した場合について説
明する。
【0031】図3に液晶表示装置のTFT付近の断面図
を示す。
【0032】同図において、前述の図1(c)のドレイ
ン電極8を形成した工程までは同じであるので説明は省
略する。
【0033】図3では、図1(c)のドレイン電極8を
形成時にはコンタクトホールの形成も含めてソース電極
7は形成しない。その状態、即ち層間絶縁膜6が形成さ
れ、ドレイン2dに対応する位置に設けたコンタクトホ
ールにAl等の金属を充填してドレイン電極8を形成し
た状態の後、層間絶縁膜6及びドレイン電極8の上に感
光性樹脂から成る平坦化絶縁膜9を形成する。この平坦
化絶縁膜9は感光性であることから、ソース2sに対応
した位置にホトリソ技術を用いてコンタクトホールを設
け、そのコンタクトホールに透明導電性のITO膜から
成る表示電極11を形成する。また、平坦化絶縁膜9に
よってドレイン電極8などの上方に突出した部分の凹凸
を吸収して平坦化絶縁膜9の表面を平坦にする。そうす
ることにより、表示電極11を平坦に形成することがで
き、良好な表示を得ることができる。
【0034】その表示電極11及び平坦化絶縁膜9上に
液晶35を配向するためのポリイミド等の樹脂などから
成る配向膜12を形成し、液晶を配置する側とは反対の
側の絶縁性基板10上には偏光板36が設けられてTF
Tを形成したいわゆるTFT基板側が完成する。
【0035】TFT基板に対向して配置される対向電極
基板30は、液晶35を設ける側には、R、G、Bを呈
する各色及び遮光機能を有するブラックマトリックス3
2を備えたカラーフィルタ31、そのカラーフィルタ3
1を保護するアクリル樹脂等から成る保護膜33を設け
る。その保護膜33の上には各表示電極12に対向した
対向電極34が全面に設けられている。更にその全面に
はポリイミドから成る配向膜12が形成されている。
【0036】また、対向電極基板30の液晶を設けない
側、即ち光の出射側には、偏光板36が対向電極基板3
0上に設けられている。液晶35としては、例えばTN
液晶を用いる。
【0037】なお、表示電極が透光性である透過型の液
晶表示装置に限らず、表示電極が光を反射する反射型液
晶表示装置の場合にも本発明は適用が可能である。
【0038】このように液晶表示装置に本発明を採用し
た場合には、ゲート耐圧が向上しゲートオン時にリーク
電流が発生することが防止でき信頼性が向上するととも
に、各TFTにドレイン信号を供給しドレイン電極を兼
ねたドレイン信号線がゲート電極の形状不良によって断
線することも防止できるため、良好な表示を得ることが
できる液晶表示装置が得られる。
【0039】図4に、EL表示装置の断面図を示す。
【0040】同図に示すように、ソース電極7及びドレ
イン電極8を形成する工程までは、図1(c)に示した
ものと同じであるので説明は省略する。
【0041】ソース電極7及びドレイン電極をAl等の
金属にて形成した後、そのソース電極7、ドレイン電極
8及び層間絶縁膜9上に感光性樹脂から成る平坦化絶縁
膜9を形成する。そして、その平坦化絶縁膜9のソース
電極7に対応した位置にホトリソ技術を用いてコンタク
トホールを形成し、そこに透明導電材料であるITO膜
を充填し、EL素子の陽極61を形成する。この陽極6
1の周辺には平坦化絶縁膜などから成る絶縁膜67を形
成する。この絶縁膜67は、陽極61の厚みによる段差
に起因して、陽極の段差部と陰極とがショートすること
を防止するために設けるものである。
【0042】そして、透明導電成膜を陽極61とするE
L素子を形成する。
【0043】EL素子は、MTDATA(4,4’,4’’-
tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine)か
ら成る第1ホール輸送層及びTPD(N,N’-diphenyl-
N,N’-di(3-methylphenyl)-1,1’-biphenyl-4,4‘-diam
ine)から成る第2ホール輸送層から成るホール輸送層
62、キナクリドン(Quinacridone)誘導体を含むBe
bq2(bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)berylliu
m)から成る発光層63及びBebq2から成る電子輸送
層64からなる発光素子層65、マグネシウム・インジ
ウム合金から成る陰極66がこの順番で積層形成された
構造である。発光層65は、各表示画素毎に異なる色を
発光すしてカラー表示を行う場合には、図4に示すよう
に陽極61に対応して島状に形成される。この他のホー
ル輸送層62、電子輸送層64及び陰極66は、各表示
画素に共通のものとして形成されている。
【0044】また有機EL素子は、陽極から注入された
ホールと、陰極から注入された電子とが発光層の内部で
再結合し、発光層を形成する有機分子を励起して励起子
が生じる。この励起子が放射失活する過程で発光層から
光が放たれ、この光が透明な陽極から透明絶縁基板を介
して矢印で示すように外部へ放出されて発光する。
【0045】このように、EL素子はTFTによって駆
動のための電流が制御されている。従って、TFT特性
としてゲート耐圧が低い場合には、所定の電流をEL素
子に供給することができなくなり、よって所定の色を所
定の輝度で発光することができなくなり、良好な表示を
得ることができない。また、EL素子への電流を供給す
る電源からの電源供給線となるドレイン電極も、ゲート
電極の形状不良による断線が防止できるので、信号を安
定してEL素子に供給することができる。
【0046】
【発明の効果】本発明によれば、ゲート耐圧を低下させ
ることなく、また能動層の突起によるゲート電極の形状
不良による信号線の断線が防止でき、良好な特性の半導
体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造工程断面図である。
【図2】本発明の半導体装置の製造工程断面図の一部で
ある。
【図3】本発明の半導体装置を液晶表示装置に採用した
場合の液晶表示装置の断面図である。
【図4】本発明の半導体装置をEL表示装置に採用した
場合のEL表示装置の断面図である。
【図5】従来の半導体装置の製造工程断面図である。
【図6】従来の半導体装置の製造工程の一部断面図であ
る。
【符号の説明】
2 能動層 4 絶縁膜 5 ゲート電極 6 層間絶縁膜 7 ソース電極 8 ドレイン電極 10 TFT基板 11 表示電極 35 液晶 61 陽極 63 発光層 66 陰極 67 絶縁膜 100 平坦化絶縁膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/283 H01L 21/90 M 21/768 Q Fターム(参考) 2H092 JA25 JA36 JA46 KA04 KA12 KA18 KA24 KB22 MA30 NA15 NA16 QA07 4M104 BB02 BB13 BB16 BB36 CC05 EE03 EE15 GG20 HH20 5C094 AA32 AA42 AA43 BA03 BA27 BA43 CA19 DA15 DB01 DB04 FA02 FB02 FB15 GB10 5F033 HH08 HH17 HH20 HH38 JJ01 JJ08 JJ38 KK04 QQ09 QQ10 QQ37 RR04 RR06 RR09 RR27 SS22 TT04 VV06 VV15 XX01 XX31 5F110 AA12 AA18 BB01 CC02 EE04 FF01 FF02 FF09 FF21 GG02 GG13 GG44 HL03 HL07 NN02 NN03 NN23 NN24 NN27 NN72 PP03 PP05 PP06 QQ19

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に、半導体層、該半導体層上にゲ
    ート絶縁膜及びゲート電極を順に積層して成る半導体装
    置であって、前記半導体層上のゲート絶縁膜は平坦化絶
    縁膜から成ることを特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記ゲート絶縁膜は、前記半導体層側に
    平坦化絶縁膜を配置し、該平坦化絶縁膜上に他の絶縁膜
    を配置した複数の層から成ることを特徴とする請求項1
    に記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記ゲート絶縁膜は、前記ゲート電極側
    に平坦化絶縁膜を配置し、該平坦化絶縁膜上に他の絶縁
    膜を配置した複数の層から成ることを特徴とする請求項
    1に記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記平坦化絶縁膜は、酸化珪素を主成分
    とする絶縁膜であることを特徴とする請求項1乃至3の
    うちいずれか1項に記載の半導体装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100879040B1 (ko) * 2006-08-09 2009-01-15 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 박막 트랜지스터 어레이 기판, 그 제조 방법 및 표시장치
CN100460969C (zh) * 2005-09-30 2009-02-11 乐金显示有限公司 液晶显示器件的阵列基板及其制造方法
JPWO2009072336A1 (ja) * 2007-12-04 2011-04-21 シャープ株式会社 表示装置及びその製造方法
KR101255303B1 (ko) * 2006-05-30 2013-04-15 엘지디스플레이 주식회사 폴리실리콘 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법과 그를이용한 표시장치와 그 제조 방법

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