JP2001339074A - Optoelectronic device and active matrix device - Google Patents

Optoelectronic device and active matrix device

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JP2001339074A
JP2001339074A JP2001092845A JP2001092845A JP2001339074A JP 2001339074 A JP2001339074 A JP 2001339074A JP 2001092845 A JP2001092845 A JP 2001092845A JP 2001092845 A JP2001092845 A JP 2001092845A JP 2001339074 A JP2001339074 A JP 2001339074A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optoelectronic device for reducing a leakage current. SOLUTION: In an optoelectronic device and active matrix device having a P-channel thin-film transistor, the P-channel thin-film transistor has structure where boron concentration contained in the channel region is equal to or less than 1017 cm-3, a channel semiconductor layer in contact with a ground insulating film is set to amorphous silicon, and an area on the amorphous silicon layer is set to crystalline silicon by heat-annealing the amorphous silicon. With the current-voltage characteristics of the P-channel thin-film transistor having the structure, the leakage current is equal to or less than 10-12 A when the drain voltage is equal to 1 V.

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、液晶表示装置やダイナ
ミックRAM(DRAM)のように、マトリクス構造を
有し、スイッチング素子としてMOS型もしくはMIS
(金属−絶縁体−半導体)型電界効果型素子(以上を、
MOS型素子と総称する)を有し、ダイナミックな動作
をおこなうことを特徴とするマトリクス装置(電気光学
表示装置、半導体メモリー装置を含む)、およびそのた
めの駆動回路に関する。特に本発明は、MOS型素子と
して絶縁基板上に形成された薄膜半導体トランジスタ等
の薄膜半導体素子を使用する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device or a dynamic RAM (DRAM) having a matrix structure and a MOS or MIS as a switching element.
(Metal-insulator-semiconductor) type field effect element (the above,
The present invention relates to a matrix device (including an electro-optical display device and a semiconductor memory device) having dynamic operation and having a driving circuit therefor. In particular, the present invention relates to an apparatus using a thin-film semiconductor element such as a thin-film semiconductor transistor formed on an insulating substrate as a MOS element.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、絶縁基板上に、薄膜状の活性層
(活性領域ともいう)を有する絶縁ゲイト型の半導体装
置の研究がなされている。特に、薄膜状の絶縁ゲイトト
ランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタ(TFT)が熱
心に研究されている。これらは、マトリクス構造を有す
る液晶等の表示装置において、各画素の制御用に利用す
ることが目的であり、利用する半導体の材料・結晶状態
によって、アモルファスシリコンTFTや多結晶シリコ
ンTFTというように区別されている。もっとも、最近
では多結晶シリコンとアモルファスの中間的な状態を呈
する材料も利用する研究がなされている。この材料は、
セミアモルファスといわれ、アモルファス状の組織に小
さな結晶が浮かんだ状態であると考えられている。この
材料は後で述べるように単結晶状態の高移動度とアモル
ファス状態の低リーク電流という特徴を併せ持つ優れた
材料である。
2. Description of the Related Art In recent years, studies have been made on an insulating gate type semiconductor device having a thin-film active layer (also called an active region) on an insulating substrate. In particular, a thin film insulated gate transistor, a so-called thin film transistor (TFT), has been enthusiastically studied. These are intended to be used to control each pixel in a display device such as a liquid crystal having a matrix structure, and are distinguished as amorphous silicon TFTs or polycrystalline silicon TFTs depending on the material and crystal state of the semiconductor used. Have been. However, recently, research has been made on using a material exhibiting an intermediate state between polycrystalline silicon and amorphous. This material is
It is called semi-amorphous, and is considered to be a state in which small crystals float in an amorphous structure. This material is an excellent material having the characteristics of high mobility in a single crystal state and low leakage current in an amorphous state, as described later.

【0003】また、単結晶シリコン集積回路において
も、いわゆるSOI技術として多結晶シリコンTFTが
用いられており、これは例えば高集積度SRAMにおい
て、負荷トランジスタとして使用される。但し、この場
合には、アモルファスシリコンTFTはほとんど使用さ
れない。
[0003] Also in a single-crystal silicon integrated circuit, a polycrystalline silicon TFT is used as a so-called SOI technique, which is used as a load transistor in, for example, a highly integrated SRAM. However, in this case, the amorphous silicon TFT is hardly used.

【0004】さらに、絶縁基板上の半導体回路では、基
板と配線との容量結合がないため、非常な高速動作が可
能であり、超高速マイクロプロセッサーや超高速メモリ
ーとして利用する技術が提案されている。
Further, in a semiconductor circuit on an insulating substrate, since there is no capacitive coupling between the substrate and the wiring, an extremely high-speed operation is possible, and a technology for utilizing as an ultra-high-speed microprocessor or an ultra-high-speed memory has been proposed. .

【0005】一般にアモルファス状態の半導体の電界移
動度は小さく、したがって、高速動作が要求されるTF
Tには利用できない。また、アモルファスシリコンで
は、P型の電界移動度は著しく小さいので、Pチャネル
型のTFT(PMOSのTFT)を作製することができ
ず、したがって、Nチャネル型TFT(NMOSのTF
T)と組み合わせて、相補型のMOS回路(CMOS)
を形成することができない。
In general, the electric field mobility of a semiconductor in an amorphous state is small, so that a TF required to operate at high speed is required.
Not available for T. Further, in the case of amorphous silicon, the P-type electric field mobility is extremely small, so that a P-channel TFT (PMOS TFT) cannot be manufactured.
T) and complementary MOS circuit (CMOS)
Cannot be formed.

【0006】しかしながら、アモルファス半導体によっ
て形成したTFTはOFF電流が小さいという特徴を持
つ。そこで、液晶のアクティブマトリクスのトランジス
タのように、それほどの高速動作が要求されず、一方の
導電型だけで十分であり、かつ、電荷保持能力の高いT
FTが必要とされる用途に利用されている。
However, a TFT formed of an amorphous semiconductor has a feature that the OFF current is small. Therefore, unlike a transistor of an active matrix of a liquid crystal, such a high-speed operation is not required, and only one conductivity type is sufficient, and T
It is used for applications where FT is required.

【0007】一方、多結晶半導体は、アモルファス半導
体よりも電界移動度が大きく、したがって、高速動作が
可能である。例えば、レーザーアニールによって再結晶
化させたシリコン膜を用いたTFTでは、電界移動度と
して300cm2 /Vsもの値が得られている。通常の
単結晶シリコン基板上に形成されたMOSトランジスタ
の電界移動度が500cm2 /Vs程度であることから
すると、極めて大きな値であり、単結晶シリコン上のM
OS回路が基板と配線間の寄生容量によって、動作速度
が制限されるのに対して、絶縁基板上であるのでそのよ
うな制約は何ら無く、著しい高速動作が期待されてい
る。
On the other hand, a polycrystalline semiconductor has a higher electric field mobility than an amorphous semiconductor, and therefore can operate at high speed. For example, in a TFT using a silicon film recrystallized by laser annealing, a value as high as 300 cm 2 / Vs is obtained as the electric field mobility. Since the electric field mobility of a MOS transistor formed on a normal single crystal silicon substrate is about 500 cm 2 / Vs, it is an extremely large value,
The operating speed of the OS circuit is limited by the parasitic capacitance between the substrate and the wiring. On the other hand, since the OS circuit is on an insulating substrate, there is no such restriction, and a remarkably high-speed operation is expected.

【0008】また、多結晶シリコンでは、NMOSのT
FTだけでなく、PMOSのTFTも同様に得られるの
でCMOS回路を形成することが可能で、例えば、アク
ティブマトリクス方式の液晶表示装置においては、アク
ティブマトリクス部分のみならず、周辺回路(ドライバ
ー等)をもCMOSの多結晶TFTで構成する、いわゆ
るモノリシック構造を有するものが知られている。
In polycrystalline silicon, the NMOS T
Since not only FT but also PMOS TFT can be obtained in the same manner, a CMOS circuit can be formed. For example, in an active matrix type liquid crystal display device, not only the active matrix portion but also peripheral circuits (drivers, etc.) are required. Also, there is known a device having a so-called monolithic structure constituted by a CMOS polycrystalline TFT.

【0009】前述のSRAMに使用されるTFTもこの
点に注目したものであり、PMOSをTFTで構成し、
これを負荷トランジスタとしている。
The above-mentioned TFT used in the SRAM also pays attention to this point, and the PMOS is constituted by the TFT.
This is a load transistor.

【0010】また、通常のアモルファスTFTにおいて
は、単結晶IC技術で使用されるようなセルフアライン
プロセスによってソース/ドレイン領域を形成すること
は困難であり、ゲイト電極とソース/ドレイン領域の幾
何学的な重なりによる寄生容量が問題となるのに対し、
多結晶TFTはセルフアラインプロセスが採用できるた
め、寄生容量が著しく抑えられるという特徴を持つ。
Further, in a normal amorphous TFT, it is difficult to form a source / drain region by a self-alignment process as used in a single crystal IC technology, and it is difficult to form a gate electrode and a source / drain region. Parasitic capacitance due to the overlap is a problem,
Since a polycrystalline TFT can adopt a self-alignment process, it has a feature that a parasitic capacitance is remarkably suppressed.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】このような特徴を有す
る多結晶TFTの利点に対して、いくつかの問題点も指
摘されている。一般的な多結晶TFTは絶縁基板上に活
性層が形成され、その上にゲイト絶縁膜とゲイト電極を
有するコプラナー型である。この構造はセルフアライン
プロセスが採用できるというメリットがあるものの、活
性層のリーク電流(OFF電流)を低減することが困難
であった。
Some problems have been pointed out with respect to the advantages of the polycrystalline TFT having such characteristics. A general polycrystalline TFT is a coplanar type in which an active layer is formed on an insulating substrate, and a gate insulating film and a gate electrode are provided thereon. Although this structure has an advantage that a self-alignment process can be adopted, it is difficult to reduce a leak current (OFF current) of the active layer.

【0012】このリーク電流の原因については、詳細が
明らかでないが、その大きな原因は下地と活性層の間に
生じる界面電荷によるものであった。したがって、この
界面の作製に細心の注意を払い、界面準位密度がゲイト
酸化膜と活性層の間と同じ程度にまで低減することによ
って解決された。
The details of the cause of the leakage current are not clear, but the major cause was the interface charge generated between the underlayer and the active layer. Therefore, this problem was solved by paying close attention to the preparation of this interface and reducing the interface state density to the same level as that between the gate oxide film and the active layer.

【0013】すなわち、高温プロセス(最高プロセス温
度1000℃程度)にあっては、基板として石英を使用
し、その上にシリコンの被膜を形成して、これを100
0℃程度で熱酸化して、清浄な表面を形成してから、減
圧CVD法等の製膜方法によって活性シリコン層を形成
した。
That is, in a high temperature process (maximum process temperature of about 1000 ° C.), quartz is used as a substrate, a silicon film is formed thereon,
After thermal oxidation at about 0 ° C. to form a clean surface, an active silicon layer was formed by a film forming method such as a low pressure CVD method.

【0014】また、低温プロセス(最高プロセス温度6
50℃以下のプロセス。中温プロセスともいう。)で
は、基板と活性層の間にゲイト絶縁膜と同じ程度に界面
準位密度の低い酸化珪素膜を下地膜として形成するとい
う方法を採用した。酸化珪素膜の形成方法としては、ス
パッタ法が優れている。他にECR−CVD法や、TE
OSのプラズマCVD法によっても優れた特性の酸化膜
が得られる。
Further, a low-temperature process (a maximum process temperature of 6
Process below 50 ° C. Also called medium temperature process. In (2), a method in which a silicon oxide film having a low interface state density as low as the gate insulating film is formed between the substrate and the active layer as a base film. As a method for forming the silicon oxide film, a sputtering method is excellent. In addition, ECR-CVD, TE
An oxide film having excellent characteristics can be obtained also by the plasma CVD method of the OS.

【0015】しかしながら、なおリーク電流は改善でき
なかった。特にNMOSの方がPMOSよりも1桁以上
大きかった。本発明人は、その原因が活性層が弱いN型
であるためと推測した。実際に、高温プロセスや低温プ
ロセスで作製したPMOSとNMOSのしきい値電圧
が、負の方向にシフトするという現象が再現良く観測さ
れた。これは特にシリコンにおいて、他に不純物の添加
されない純度の高い場合には、アモルファスシリコンの
ように結晶性がよくない場合には弱いN型になるためで
あろうと推測した。高温プロセスの多結晶シリコンは完
璧な単結晶シリコンとは異なり、多くの格子欠陥やダン
グリングボンドが存在し、これらがドナーとなって電子
を供給するものと推測した。もちろん微量の混入元素
(ナトリウム等)の影響の可能性も残されている。
However, the leakage current could not be improved. In particular, the NMOS was one order of magnitude larger than the PMOS. The present inventors presumed that the cause was that the active layer was a weak N-type. Actually, a phenomenon in which the threshold voltages of the PMOS and NMOS fabricated in the high-temperature process and the low-temperature process shift in the negative direction was observed with good reproducibility. It is presumed that this is because, in particular, when silicon has a high purity and no other impurities are added, if the crystallinity is not good like amorphous silicon, the silicon becomes a weak N-type. It is speculated that high-temperature process polycrystalline silicon has many lattice defects and dangling bonds, unlike perfect single-crystal silicon, and these electrons serve as donors to supply electrons. Of course, the possibility of the influence of a small amount of contaminating elements (such as sodium) remains.

【0016】ともかく、そのような原因があれば、NM
OSのしきい値電圧がPMOSに比較して著しく低く、
リーク電流が大きいということの説明がつく。その様子
を図1に示す。NMOSにおいて、図1(A)に示すよ
うにソース12(N+ 型)を接地し、ドレイン13(N
+ 型)に正の電圧を印加した状態でゲイト電極11にし
きい値電圧Vthよりも大きな電圧を印加すると活性層1
4のゲイト電極側にチャネルが形成されて、ドレイン電
流(図中の実線の矢印)が流れるが、活性層14は弱い
N型(N- 型)であるので、ソースからドレインには、
ゲイト電圧にほとんど依存しない電流(図中の点線の矢
印)が流れている。
Anyway, if there is such a cause, NM
The threshold voltage of OS is significantly lower than that of PMOS,
The explanation is that the leakage current is large. This is shown in FIG. In the NMOS, as shown in FIG. 1A, a source 12 (N + type) is grounded, and a drain 13 (N +
When a voltage higher than the threshold voltage Vth is applied to the gate electrode 11 while a positive voltage is applied to the
Although a channel is formed on the side of the gate electrode 4 and a drain current (solid line arrow in the figure) flows, since the active layer 14 is weak N-type (N type),
A current that hardly depends on the gate voltage (a dotted arrow in the figure) is flowing.

【0017】もし、ゲイト電極の電位がしきい値電圧V
th以下の状態であっても、この点線の電流は流れてい
る。ゲイト電極の電位が大きな負の値になると、図1
(B)に示すように反転層(P型)16が生じるが、チ
ャネル全体が反転するには到らず、逆に過大な電圧を印
加すると、ゲイトの反対側に電子が蓄積されてチャネル
が形成されてしまうこととなる。実際に得られているN
MOSのデータはこの考察と矛盾しない。
If the potential of the gate electrode is equal to the threshold voltage V
Even when the current is less than th , the current indicated by the dotted line flows. When the potential of the gate electrode becomes a large negative value, FIG.
As shown in (B), an inversion layer (P-type) 16 is formed, but the entire channel does not reach inversion. Conversely, when an excessive voltage is applied, electrons are accumulated on the opposite side of the gate, and the channel is turned off. It will be formed. N actually obtained
MOS data is consistent with this consideration.

【0018】一方、PMOSでは、活性層がN- 型であ
るのでしきい値電圧は大きくなる。しかし、ゲイトの反
対側のリークは大幅に減少する。図2には、PMOSに
しきい値以下の電圧、もしくはしきい値以上の電圧を印
加した場合の様子を示してある。
On the other hand, in the PMOS, the threshold voltage becomes large because the active layer is of the N type. However, the leakage on the other side of the gate is greatly reduced. FIG. 2 shows a case where a voltage lower than the threshold or a voltage higher than the threshold is applied to the PMOS.

【0019】このようなNMOSに顕著なリーク電流は
様々な応用分野、特にダイナミック動作を必要とする分
野で障害となった。例えば、液晶のアクティブマトリク
スやDRAMではリーク電流によって、画像情報や記憶
情報が消失してしまう。そこで、このようなリーク電流
を低減することが必要とされた。
Such a remarkable leak current in the NMOS has been an obstacle in various application fields, particularly in fields requiring dynamic operation. For example, in a liquid crystal active matrix or a DRAM, image information or stored information is lost due to leakage current. Therefore, it was necessary to reduce such a leak current.

【0020】1つの方法はNMOSの活性層を真性(I
型)もしくは弱いP型とすることである。例えば、活性
層形成時にNMOSだけに、あるいはNMOSとPMO
Sの両方に適当な量のP型不純物(例えば、ボロン)を
打ち込んで、NMOSの活性層をI型もしくは弱いP型
としたところ、NMOSのしきい値電圧が上昇し、リー
ク電流も大きく低減するはずである。しかし、この方法
にはいくつかの問題点がある。
One method is to make the active layer of the NMOS intrinsic (I
) Or a weak P-type. For example, when forming the active layer, only the NMOS or the NMOS and the PMO
When an appropriate amount of P-type impurity (for example, boron) is implanted into both of the S and the active layer of the NMOS is made I-type or weak P-type, the threshold voltage of the NMOS rises and the leak current is greatly reduced. Should do it. However, this method has several problems.

【0021】通常は、1枚の基板上にNMOSもPMO
Sも混載されたCMOS回路が使用されるが、N型のみ
に不純物注入をおこなおうとすれば、余計にフォトリソ
グラフィー工程が必要である。また、NMOSとPMO
Sの両方の活性層にP型の不純物を注入しようとすれ
ば、微妙な不純物注入技術が必要とされる。注入量が多
過ぎれば、今度は逆にPMOSのしきい値電圧が減少
し、リーク電流が増加することとなる。
Normally, NMOS and PMO are mounted on one substrate.
A CMOS circuit in which S is also mounted is used, but if an impurity is implanted only in the N-type, an extra photolithography step is required. Also, NMOS and PMO
If a P-type impurity is to be implanted into both the active layers of S, a delicate impurity implantation technique is required. If the amount of injection is too large, the threshold voltage of the PMOS will decrease, and the leakage current will increase.

【0022】イオン注入技術も問題である。質量分離を
おこなう注入技術では、必要な不純物元素のみを注入す
ることが可能であるが、処理面積は小さい。また、いわ
ゆるイオンドーピング法では処理面積は大きいが、質量
分離工程がないために不要なイオンも注入され、ドーピ
ング量が正確でない可能性がある。
[0022] Ion implantation techniques are also problematic. In the implantation technique for performing mass separation, it is possible to implant only necessary impurity elements, but the processing area is small. In addition, although the so-called ion doping method has a large processing area, unnecessary ions may be implanted due to the absence of a mass separation step, and the doping amount may not be accurate.

【0023】また、このようなイオンを加速して注入す
るという方法では、活性層と下地の界面に局在準位を形
成する原因となる。さらに、従来のような単結晶半導体
に対するイオン注入と異なり、絶縁基板上の注入である
ので、チャージアップ現象がはなはだしく、注入量を精
密に制御することは困難である。
Further, such a method of accelerating and implanting ions causes formation of localized levels at the interface between the active layer and the base. Further, unlike the conventional ion implantation for a single crystal semiconductor, since the implantation is performed on an insulating substrate, the charge-up phenomenon is remarkable, and it is difficult to precisely control the implantation amount.

【0024】そこで、活性層成膜時に、P型の不純物を
予め混入しておくことも考えられるが、微量不純物の量
を制御することは困難であり、NMOSとPMOSを同
じ皮膜から形成する場合には、量が適切でないとPMO
Sのリーク電流を増加させ、また、NMOSとPMOS
を違う皮膜から形成する場合にはマスクプロセスが1つ
余計に必要とされる。また、このような方法でしきい値
電圧を制御することは、ガス流量等の要因によって、T
FTのしきい値のばらつきが生じることでもあり、ロッ
ト毎のしきい値のばらつきは著しく大きくなる。
Therefore, it is conceivable to mix P-type impurities in advance when forming the active layer. However, it is difficult to control the amount of trace impurities. In the case of PMO,
Increase the leakage current of S, and increase the NMOS and PMOS
When a is formed from a different film, an additional mask process is required. In addition, controlling the threshold voltage by such a method depends on factors such as gas flow rate and the like.
The variation in the threshold value of the FT occurs, and the variation in the threshold value for each lot becomes significantly large.

【0025】本発明はこのような困難な課題に対して解
答を与えんとするものであるが、その主旨とするところ
は、プロセスによって、NMOSのリーク電流の低減を
図るのではなく、回路設計の最適化によって、リーク電
流の大きなTFTでも使用できる回路を設計するもので
ある。先に述べたように、活性層として、純度の高いシ
リコン材料から形成した場合には、N- 型となるが、そ
のエネルギー準位は極めて再現性がよく、安定してい
る。また、プロセス自体も極めてシンプルであり、歩留
りも十分に高い。これに対し、しきい値電圧を制御する
さまざまな方法は、プロセスを煩雑にするばかりでな
く、得られる活性層のエネルギー準位(フェルミレベル
等)もロットごとにまちまちのものとなり、歩留りも低
下する。
The present invention seeks to provide a solution to such a difficult problem. The gist of the present invention is not to reduce the leakage current of the NMOS by the process but to design the circuit. By designing a circuit, a circuit that can be used even with a TFT having a large leak current is designed. As described above, when the active layer is formed of a high-purity silicon material, the active layer becomes N -type, but its energy level is extremely reproducible and stable. In addition, the process itself is extremely simple, and the yield is sufficiently high. On the other hand, various methods for controlling the threshold voltage not only complicate the process, but also vary the energy level (Fermi level, etc.) of the obtained active layer for each lot, and lower the yield. I do.

【0026】明らかに、プロセスの改良によってNMO
Sを回路にあわせるよりも、すなわち、1017cm-3
度の微妙なドーピングをおこなうよりも、極力不純物を
排除したプロセスの方が容易であり、その結果得られる
NMOSにあわせて回路を設計する方が得策である。本
発明の技術思想はここにある。
Clearly, the process improvement has resulted in NMO
A process in which impurities are eliminated as much as possible is easier than adjusting S to a circuit, that is, performing a delicate doping of about 10 17 cm -3 , and designing a circuit according to the resulting NMOS. Is better. Here is the technical idea of the present invention.

【0027】[0027]

【問題を解決する方法】本発明の適用される半導体回路
は普遍的なものではない。本発明は、特に液晶表示装置
等の電界の効果によって光の透過性や反射性が変化する
材料を利用し、対向する電極との間にこれらの材料をは
さみ、対向電極との間に電界をかけて、画像表示をおこ
なうためのアクティブマトリクス回路や、DRAMのよ
うなキャパシタに電荷を蓄積することによって記憶を保
持するメモリー装置や、同じくMOSトランジスタのM
OS構造部をキャパシタとして、あるいはその他のキャ
パシタによって、次段の回路を駆動するダイナミックシ
フトレジスタのようなダイナミック回路を有する回路に
適している。特に、ダイナミック回路とスタテッィク回
路の混載された回路に適した発明である。
A semiconductor circuit to which the present invention is applied is not universal. The present invention utilizes a material, such as a liquid crystal display device, whose light transmittance and reflectivity change due to the effect of an electric field, sandwiches these materials between opposing electrodes, and applies an electric field between the opposing electrodes. An active matrix circuit for displaying an image, a memory device such as a DRAM for storing data by accumulating electric charges in a capacitor, and an M
It is suitable for a circuit having a dynamic circuit such as a dynamic shift register for driving a next-stage circuit by using the OS structure as a capacitor or by using another capacitor. In particular, the present invention is suitable for a circuit in which a dynamic circuit and a static circuit are mixed.

【0028】本発明の1つの例は、液晶等のアクティブ
マトリクス回路の表示部分において、PMOSのTFT
をスイッチングトランジスタとして用いることである。
ここでは、PMOSのTFTがデータ線と画素電極に対
して直列に挿入されていることが必要であり、NMOS
のTFTが並列に挿入されていては、リーク電流が多い
ためかような表示の目的には不適切である。したがっ
て、画素のTFT回路においてはPMOSとNMOSの
TFTが直列に挿入されている場合も本発明は含む。も
ちろん、2つのPMOSのTFTが並列に挿入されてい
ることも本発明の技術範囲である。
One example of the present invention is that a display portion of an active matrix circuit such as a liquid crystal is provided with a PMOS TFT.
Is used as a switching transistor.
Here, it is necessary that the PMOS TFT is inserted in series with the data line and the pixel electrode,
If the TFTs are inserted in parallel, it is not suitable for the purpose of display such as because of a large leak current. Therefore, the present invention includes a case where PMOS and NMOS TFTs are inserted in series in a pixel TFT circuit. Of course, it is within the technical scope of the present invention that two PMOS TFTs are inserted in parallel.

【0029】本発明の2つめの例は、前記のような表示
回路部(アクティブマトリクス)とその駆動回路(周辺
回路)とを有する装置において、駆動回路をCMOS回
路とすることである。この場合、回路の全てがCMOS
である必要はないが、トランスミッションゲイトやイン
バータ回路はCMOS化されるのが望ましい。そのよう
な装置の概念図を図3に示した。図には絶縁基板37上
にデータドライバー31とゲイトドライバー32が構成
され、また、中央部にPMOSのTFTを有するアクテ
ィブマトリクス33が構成され、これらのドライバー部
とアクティブマトリクスとがゲイト線35、データ線3
6によって接続された表示装置が示されている。アクテ
ィブマトリクス33はPMOSを有する画素セル34の
集合体である。
A second example of the present invention is that a driving circuit is a CMOS circuit in an apparatus having the above-described display circuit section (active matrix) and its driving circuit (peripheral circuit). In this case, all of the circuits are CMOS
However, it is desirable that the transmission gate and the inverter circuit be CMOS. FIG. 3 shows a conceptual diagram of such an apparatus. In the figure, a data driver 31 and a gate driver 32 are formed on an insulating substrate 37, and an active matrix 33 having a PMOS TFT is formed in the center. The driver section and the active matrix are connected to a gate line 35 and a data line. Line 3
The display devices connected by 6 are shown. The active matrix 33 is an aggregate of pixel cells 34 having a PMOS.

【0030】CMOS回路に関しては、例えば、得られ
たTFTのしきい値電圧が、NMOSでは2V、PMO
Sでは6V、さらにリーク電流がNMOSの方がPMO
Sよりも10倍以上も多くてもCMOSインバータでは
全く支障がない。
As for the CMOS circuit, for example, the threshold voltage of the obtained TFT is 2 V for NMOS and PMO
6V for S, and PMO for leakage current of NMOS
Even if it is more than 10 times larger than S, there is no problem in the CMOS inverter.

【0031】というのも、インバータのような論理回路
ではリークによる消費電力はさほど問題とされないから
である。また、インバータの動作は、低電圧状態はNM
OSのしきい値電圧以下、高電圧状態はドレイン電圧と
PMOSのしきい値電圧(<0)の和以上であることが
要求されるが、この場合はドレイン電圧が8V以上、理
想的には10V以上あれば問題はなく、例えば、入力は
0Vと8Vの2値とすれば十分である。
This is because in a logic circuit such as an inverter, power consumption due to leakage does not matter much. The operation of the inverter is NM in the low voltage state.
The threshold voltage of the OS is lower than the threshold voltage, and the high voltage state is required to be higher than the sum of the drain voltage and the threshold voltage of the PMOS (<0). In this case, the drain voltage is 8 V or higher, ideally If the voltage is 10 V or more, there is no problem. For example, it is sufficient to set the input to two values of 0 V and 8 V.

【0032】本発明の3つめの例はDRAMのような半
導体メモリーに関するものである。半導体メモリー装置
は、単結晶ICでは既に速度の限界に達している。これ
以上の高速動作をおこなわせるには、トランジスタの電
流容量をより大きくすることが必要であるが、それは消
費電流の一段の増加の原因になるばかりではなく、特に
キャパシタに電荷を蓄えることによって記憶動作をおこ
なうDRAMに関しては、キャパシタの容量をこれ以
上、拡大できない以上、駆動電圧を上げることによって
対応するしか方法がない。
The third example of the present invention relates to a semiconductor memory such as a DRAM. Semiconductor memory devices have already reached their speed limit with single crystal ICs. To operate at higher speeds than this, it is necessary to increase the current capacity of the transistor, but this not only causes a further increase in the current consumption, but also in particular, stores the charge by storing the charge in the capacitor. For a DRAM that operates, the only way to deal with this is by increasing the drive voltage, as the capacitance of the capacitor cannot be increased any further.

【0033】単結晶ICが速度の限界に達したといわれ
るのは、一つには基板と配線の容量によって、大きな損
失が生じているからである。もし、基板に絶縁物を使用
すれば、消費電流をあげなくとも十分に高速な駆動が可
能である。このような理由からSOI(絶縁物上の半導
体)構造のICが提案されている。
It is said that the single crystal IC has reached the speed limit because, in part, a large loss occurs due to the capacitance of the substrate and the wiring. If an insulator is used for the substrate, sufficiently high-speed driving can be performed without increasing current consumption. For this reason, an IC having an SOI (semiconductor on insulator) structure has been proposed.

【0034】DRAMにおいても、1Tr/セル構造の
場合には、先の液晶表示装置と回路構成がほとんど同じ
であり、それ以外の構造のDRAM(例えば、3Tr/
セル構造)でも、記憶ビット部のTFTにリーク電流の
小さいPMOSのTFTを使用する。基本的なブロック
構成は図3のものと同じである。例えば、DRAMにお
いては、31がコラムデコーダー、32がローデコーダ
ー、33が記憶素子部、34が単位記憶ビット、35が
ビット線、36がワード線、37が(絶縁)基板であ
る。
In the case of a 1Tr / cell structure, the DRAM has almost the same circuit configuration as that of the above-described liquid crystal display device.
Cell structure), a PMOS TFT having a small leakage current is used for the TFT in the storage bit portion. The basic block configuration is the same as that of FIG. For example, in a DRAM, 31 is a column decoder, 32 is a row decoder, 33 is a storage element unit, 34 is a unit storage bit, 35 is a bit line, 36 is a word line, and 37 is an (insulated) substrate.

【0035】液晶表示装置のアクティブマトリクスもD
RAMも、いずれもリフレッシュ動作を必要とするもの
であるが、そのリフレッシュの期間の間には、画素の容
量やキャパシタの容量に蓄積された電荷が放電してしま
わないように、TFTが十分に大きな抵抗として機能す
る必要がある。もし、この場合にNMOSのTFTを用
いたならば、リーク電流が大きいために十分な駆動がで
きない。リーク電流の低いPMOSのTFTを用いる利
点はここにある。
The active matrix of the liquid crystal display device is also D
All RAMs also require a refresh operation, but during the refresh period, the TFTs must be sufficiently charged so that the charges stored in the pixel capacitance and the capacitor capacitance are not discharged. It must function as a large resistor. If an NMOS TFT is used in this case, sufficient driving cannot be performed due to a large leak current. This is an advantage of using a PMOS TFT having a low leakage current.

【0036】本発明では、高温プロセスのTFTでも有
効であるが、特に有効なのは低温プロセスのTFTであ
る。低温プロセスで得られたTFTは、その活性層の組
織構造がアモルファスと単結晶の中間であり、また、格
子歪みが大きく、いわゆるセミアモルファス状態で、し
たがって、物性的にアモルファス状態に近い。すなわ
ち、純粋なシリコン材料によって低温プロセスで作製し
た活性層は、大抵の場合、N- 型である。
In the present invention, a TFT of a high temperature process is effective, but a TFT of a low temperature process is particularly effective. The TFT obtained by the low-temperature process has an active layer having an intermediate structure between an amorphous layer and a single crystal layer, and has a large lattice distortion, and is in a so-called semi-amorphous state. That is, an active layer made of a pure silicon material by a low-temperature process is usually of the N type.

【0037】ここで、セミアモルファス状態について詳
細な説明を加えると、アモルファス状態のシリコンは熱
を加えるにしたがって結晶成長を始めるが、大気圧下で
は650℃程度までは、結晶成長という状態ではない。
すなわち、結晶性のよい部分の間に比較的結晶性のわる
い部分が存在し、しかも分子間の結合がタイトであり、
通常のイオン結晶における結晶析出とはことなった様相
を示す。すなわち、不対結合手(ダングリングボンド)
は極めて少ないことが特徴である。もし、結晶成長が6
80℃を越えると結晶の成長速度が著しく促進され、多
くの結晶粒からなる多結晶状態となる。そして、この場
合には、それまで格子歪みによって緩衝されていた結晶
粒界の分子結合が破壊されて、粒界部にダングリングボ
ンドが多数形成される。
Here, a detailed description of the semi-amorphous state will be given. Silicon in the amorphous state starts crystal growth as heat is applied, but does not reach the state of crystal growth up to about 650 ° C. under atmospheric pressure.
That is, there is a relatively poorly crystalline part between the parts with good crystallinity, and the bonds between the molecules are tight,
It shows a different aspect from the crystal precipitation in a normal ionic crystal. In other words, dangling bonds
Is characterized by an extremely small number. If the crystal growth is 6
When the temperature exceeds 80 ° C., the growth rate of the crystal is remarkably accelerated, and a polycrystalline state composed of many crystal grains is obtained. In this case, the molecular bonds at the crystal grain boundaries that have been buffered by the lattice distortion are broken, and a large number of dangling bonds are formed at the grain boundaries.

【0038】さて、このようなセミアモルファス状態の
材料では、活性層へ不純物をドーピングしたとしても、
アモルファスシリコンの場合と同様にあまり活性化には
寄与しない。その原因としては、本発明人等はドーパン
ト不純物が特にダングリングボンドの多い箇所に選択的
にトラップされるためではないかと考えている。したが
って、セミアモルファス状態の活性層、もしくは低温プ
ロセスによって形成された活性層では、ドーピングによ
るしきい値電圧の制御は困難である。
Now, in such a semi-amorphous material, even if the active layer is doped with impurities,
As in the case of amorphous silicon, it does not contribute much to activation. The inventor of the present invention thinks that the cause is that the dopant impurities are selectively trapped particularly in a portion having many dangling bonds. Therefore, in an active layer in a semi-amorphous state or an active layer formed by a low-temperature process, it is difficult to control the threshold voltage by doping.

【0039】また、本発明は、本発明人等の発明である
特願平4−73315に記述されるような2層の活性層
を有するTFTにおいても有効である。このTFTで
は、基板側にアモルファス状態の活性層を設け、その上
にセミアモルファス、あるいは多結晶状態の活性層を設
けるもので、基板と活性層の界面に存在する電荷によっ
て発生するリークを極限まで減らすことができる。しか
しながら、構造上、アモルファスシリコンを用いるため
に、下側の活性層はN- 型である。したがって、界面に
起因するリークは減らせても、この活性層に起因するリ
ークはなかなか減らせない。例えば、PMOSではリー
ク電流が10-12 A以下(ドレイン電圧1V)であって
も、NMOSでは、リーク電流がその100倍以上であ
った。
The present invention is also effective in a TFT having two active layers as described in Japanese Patent Application No. 4-73315 which is an invention of the present inventors. In this TFT, an active layer in an amorphous state is provided on the substrate side, and an active layer in a semi-amorphous or polycrystalline state is provided on the active layer. The leakage generated by the charge existing at the interface between the substrate and the active layer is minimized. Can be reduced. However, the lower active layer is N - type because of the use of amorphous silicon in structure. Therefore, even though the leakage due to the interface can be reduced, the leakage due to the active layer cannot be easily reduced. For example, even if the leakage current is 10 −12 A or less (drain voltage 1 V) in the PMOS, the leakage current is 100 times or more that in the NMOS.

【0040】その作製方法は図4に例示される。まず、
基板41上に、窒化珪素等のパッシベーション力の強い
皮膜42を形成する。基板が十分に清浄であれば、この
ような皮膜を形成しなくともよい。さらに下地酸化膜4
3を形成する。そして、アモルファスシリコン膜を2層
形成するが、その堆積速度や堆積基板温度を最適化する
ことによって、後の熱処理によってアモルファス状態の
ままであるか、セミアモルファス化あるいは多結晶化す
るかが決定される。この例では上の層45、47がセミ
アモルファス化(もしくは多結晶化)し、下の層44、
47はアモルファスのままである。
The manufacturing method is illustrated in FIG. First,
On the substrate 41, a film 42 having a strong passivation force such as silicon nitride is formed. If the substrate is sufficiently clean, such a film need not be formed. Furthermore, the base oxide film 4
Form 3 Then, two amorphous silicon films are formed. By optimizing the deposition rate and the deposition substrate temperature, it is determined whether the amorphous silicon film remains in an amorphous state, becomes semi-amorphous or becomes polycrystalline by a subsequent heat treatment. You. In this example, the upper layers 45 and 47 become semi-amorphous (or polycrystalline), and the lower layers 44 and 47 become
47 remains amorphous.

【0041】このような方法の特徴は、同一のチャンバ
ーを用いて成膜をおこないながらも、その条件を微妙に
変化させることによって2種の性質の異なるシリコン膜
が形成できることにあり、不純物添加によるしきい値電
圧制御は、この方法の利点をつぶすこととなる。もし、
下の層44、46をN- 型からI型にまで変えようとし
ても、この層はアモルファスのままであるので、イオン
化率が悪く、多量のドーピングが必要である。したがっ
て、チャンバーがこれらの不純物によって著しく汚染さ
れ、逆にPMOSの活性層をP型にしてしまう可能性を
有している。したがって、このような2層構造の活性層
を有するTFTは、ドーピングによるしきい値電圧制御
を必要としない本発明に極めて適している。このような
TFTの形成方法は実施例において詳述する。
A feature of such a method is that, while film formation is performed using the same chamber, two types of silicon films having different properties can be formed by slightly changing the conditions. Threshold voltage control will undermine the advantages of this method. if,
If one attempts to change the underlying layers 44, 46 from N - type to I-type, this layer remains amorphous and therefore has a poor ionization rate and requires heavy doping. Therefore, there is a possibility that the chamber is significantly contaminated by these impurities, and conversely, the active layer of the PMOS becomes P-type. Therefore, a TFT having such an active layer having a two-layer structure is extremely suitable for the present invention which does not require threshold voltage control by doping. A method for forming such a TFT will be described in detail in Examples.

【0042】[0042]

【実施例】〔実施例1〕 図4に本発明を用いたCMO
S回路の作製実施例を説明する。本実施例では基板41
としてコーニング社の7059番ガラス基板を使用し
た。基板はこの他にも様々な種類のものを使用すること
ができるが、半導体被膜中にナトリウム等の可動イオン
が侵入しないように基板に応じて対処しなければならな
い。理想的な基板はアルカリ濃度の小さい合成石英基板
であるが、コスト的に利用することが難しい場合には、
市販の低アルカリガラスもしくは無アルカリカラスを使
用することとなる。本実施例では、基板41上には基板
からの可動イオンの侵入を阻止する目的で、厚さ5〜2
00nm、例えば10nmの窒化珪素膜42を減圧CV
D法で形成した。さらに、窒化珪素膜上に、スパッタ法
によって、厚さ20〜1000nm、例えば50nmの
酸化珪素膜43を形成した。これらの被膜の膜厚は、可
動イオンの侵入の程度、あるいは活性層への影響の程度
に応じて設計される。
[Embodiment 1] FIG. 4 shows a CMO using the present invention.
An example of manufacturing the S circuit will be described. In this embodiment, the substrate 41
A Corning 7059 glass substrate was used. Various other types of substrates can be used, but it is necessary to take measures according to the substrate so that mobile ions such as sodium do not enter the semiconductor film. The ideal substrate is a synthetic quartz substrate with a small alkali concentration, but if it is difficult to use it cost-effectively,
Commercially available low alkali glass or non-alkali crow will be used. In this embodiment, the thickness of the substrate 41 is set to 5 to 2 in order to prevent mobile ions from entering the substrate 41.
A silicon nitride film 42 having a thickness of 00 nm, for example,
Formed by Method D. Further, a silicon oxide film 43 having a thickness of 20 to 1000 nm, for example, 50 nm was formed on the silicon nitride film by a sputtering method. The thickness of these films is designed according to the degree of penetration of mobile ions or the degree of influence on the active layer.

【0043】例えば、窒化珪素膜42の質が良くなく、
電荷のトラップが大きい場合には、酸化珪素膜を通して
上の半導体層に影響を及ぼすので、その場合には酸化珪
素膜43を厚くする必要がある。
For example, the quality of the silicon nitride film 42 is not good.
When the charge trap is large, the upper semiconductor layer is affected through the silicon oxide film. In this case, the silicon oxide film 43 needs to be thickened.

【0044】これらの皮膜の形成には、上記のような減
圧CVD法やスパッタ法だけでなく、プラズマCVD法
等の方法によって形成してもよい。特に酸化珪素膜の形
成には、TEOSを利用してもよい。それらの手段の選
択は投資規模や量産性等を考慮して決定すればよい。こ
れらの被膜は連続的に成膜されてもよいことはいうまで
もない。
These films may be formed not only by the above-described low pressure CVD method or sputtering method but also by a method such as plasma CVD method. In particular, TEOS may be used for forming the silicon oxide film. The selection of these means may be determined in consideration of investment scale, mass productivity, and the like. Needless to say, these films may be continuously formed.

【0045】その後、減圧CVD法によって、モノシラ
ンを原料として、厚さ20〜200nm、例えば100
nmのアモルファスシリコン膜を形成した。基板温度は
430〜480℃、例えば450℃とした。さらに、連
続的に基板温度を変化させ、520〜560℃、例えば
550℃で、厚さ5〜200nm、例えば10nmのア
モルファスシリコン膜を形成した。基板温度は後の結晶
化の際に重要な影響を与えることが本発明人等の研究の
結果、明らかにされた。例えば、480℃以下で成膜し
たものは結晶化させることが難しかった。逆に520℃
以上の温度で成膜したものは結晶化しやすかった。この
ようにして得られたアモルファスシリコン膜は、600
℃で24時間熱アニールした。その結果、上部のシリコ
ン膜のみが結晶化し、いわゆるセミアモルファスシリコ
ンと言われる結晶性シリコンを得た。一方、下部のシリ
コン膜はアモルファス状態のままであった。
Thereafter, a monosilane is used as a raw material, and a thickness of 20 to 200 nm, for example, 100
A nm-thick amorphous silicon film was formed. The substrate temperature was 430 to 480 ° C, for example, 450 ° C. Further, the substrate temperature was continuously changed, and an amorphous silicon film having a thickness of 5 to 200 nm, for example, 10 nm was formed at 520 to 560 ° C., for example, 550 ° C. As a result of the study of the present inventors, it has been revealed that the substrate temperature has an important influence upon the subsequent crystallization. For example, it was difficult to crystallize a film formed at 480 ° C. or lower. 520 ° C
Films formed at the above temperatures were easily crystallized. The amorphous silicon film thus obtained has a thickness of 600
Thermal annealing at 24 ° C. for 24 hours. As a result, only the upper silicon film was crystallized, and crystalline silicon referred to as so-called semi-amorphous silicon was obtained. On the other hand, the lower silicon film remained in an amorphous state.

【0046】上部のシリコン膜の結晶化を促進するため
には膜中に含まれている炭素、窒素、酸素の濃度は、い
ずれも7×1019cm-3以下であることが望ましい。本
実施例では、SIMS分析によって1×1017cm-3
下であることを確認した。逆に下部のシリコン膜の結晶
化を抑制するためにはこれらの元素が多く含まれている
と都合がよい。しかし、過剰なドーピングは半導体特
性、ひいてはTFT特性に悪影響を与えるので、ドーピ
ングの有無やその量はTFTの特性に応じて設計され
る。
In order to promote crystallization of the upper silicon film, it is desirable that the concentrations of carbon, nitrogen and oxygen contained in the film are all 7 × 10 19 cm −3 or less. In this example, it was confirmed by SIMS analysis that it was 1 × 10 17 cm −3 or less. Conversely, in order to suppress crystallization of the lower silicon film, it is convenient that these elements are contained in a large amount. However, excessive doping has an adverse effect on semiconductor characteristics and, consequently, TFT characteristics. Therefore, the presence or absence and the amount of doping are designed in accordance with the characteristics of the TFT.

【0047】さて、アモルファスシリコン膜を熱アニー
ルによって、結晶性シリコン膜としたのち、これを適当
なパターンにエッチングして、NTFT用の島状半導体
領域45とPTFT用の島状半導体領域47とを形成す
る。各島状半導体領域の上部には、意図的な不純物ドー
プはされず、特にボロン等の不純物濃度は1017cm -3
以下であることをSIMS(2次イオン質量分析法)に
よって確認した。したがって、この部分の導電型は、N
- 型であると推測される。一方、各半導体領域の下部の
シリコン層44、46は実質的にアモルファスシリコン
であった。
Now, the amorphous silicon film is thermally annealed.
After forming a crystalline silicon film with
Etching to a simple pattern, island-shaped semiconductor for NTFT
A region 45 and an island-shaped semiconductor region 47 for PTFT are formed.
You. Above each island-shaped semiconductor region, an intentional impurity
In particular, the concentration of impurities such as boron is 1017cm -3
The following facts are reported to SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry)
Therefore, it was confirmed. Therefore, the conductivity type of this part is N
-Inferred to be a type. On the other hand, the lower part of each semiconductor region
The silicon layers 44 and 46 are substantially amorphous silicon
Met.

【0048】その後、酸素雰囲気中での酸化珪素をター
ゲットとするスパッタ法によって、ゲイト絶縁膜(酸化
珪素)48を厚さ50〜300nm、例えば100nm
だけ形成した。この厚さは、TFTの動作条件等によっ
て決定される。
Thereafter, a gate insulating film (silicon oxide) 48 is formed to a thickness of 50 to 300 nm, for example, 100 nm by a sputtering method using silicon oxide as a target in an oxygen atmosphere.
Only formed. This thickness is determined by the operating conditions of the TFT and the like.

【0049】次にスパッタ法によって、アルミニウム皮
膜を厚さ500nmだけ形成し、これを混酸(5%の硝
酸を添加した燐酸溶液)によってパターニングし、ゲイ
ト電極・配線49および50を形成した。エッチングレ
ートは、エッチングの温度を40℃としたときに225
nm/分であった。このようにして、TFTの外形を整
えた。このときのチャネルの大きさは、いずれも長さ8
μm、幅20μmとした。このときの状態を図4(A)
に示す。
Next, an aluminum film having a thickness of 500 nm was formed by a sputtering method, and this was patterned with a mixed acid (a phosphoric acid solution to which 5% nitric acid was added) to form gate electrodes / wirings 49 and 50. The etching rate is 225 when the etching temperature is 40 ° C.
nm / min. Thus, the outer shape of the TFT was adjusted. At this time, the size of each channel is 8
μm and a width of 20 μm. The state at this time is shown in FIG.
Shown in

【0050】さらに、陽極酸化法によってアルミニウム
配線の表面に酸化アルミニウムを形成した。陽極酸化の
方法としては、本発明人等の発明である特願平3−23
1188もしくは特願平3−238713に記述される
方法を用いた。詳細な実施の様態については、目的とす
る素子の特性やプロセス条件、投資規模等によって変更
を加えればよい。本実施例では、陽極酸化によって、厚
さ250nmの酸化アルミニウム被膜51および52を
形成した。
Further, aluminum oxide was formed on the surface of the aluminum wiring by anodic oxidation. The method of anodic oxidation is disclosed in Japanese Patent Application No. 3-23, which is an invention of the present inventors.
1188 or the method described in Japanese Patent Application No. 3-238713. A detailed embodiment may be changed depending on the characteristics of the target device, process conditions, investment scale, and the like. In this example, aluminum oxide films 51 and 52 having a thickness of 250 nm were formed by anodic oxidation.

【0051】その後、ゲイト酸化膜を通したイオン注入
法によって、公知のCMOS作製技術を援用し、N型ソ
ース/ドレイン領域53とP型ソース/ドレイン領域5
4を形成した。いずれも不純物濃度は8×1019cm-3
となるようにした。イオン源としては、P型はフッ化ホ
ウ素イオンを、N型はリンイオンを用い、前者は加速電
圧80keVで、後者は加速電圧110keVで注入し
た。加速電圧はゲイト酸化膜の厚さや半導体領域45、
47の厚さを考慮して設定される。イオン注入法のかわ
りに、イオンドーピング法を用いてもよい。イオン注入
法では注入されるイオンは質量によって分離されるの
で、不必要なイオンは注入されることがないが、イオン
注入装置で処理できる基板の大きさは限定される。一
方、イオンドーピング法では、比較的大きな基板(例え
ば対角30インチ以上)も処理する能力を有するが、水
素イオンやその他不必要なイオンまで同時に加速されて
注入されるので、基板が加熱されやすい。この場合には
イオン注入法で使用するようなフォトレジストをマスク
とした選択的な不純物注入は難しい。
After that, the N-type source / drain region 53 and the P-type source / drain region 5 are formed by an ion implantation method through a gate oxide film with the aid of a well-known CMOS fabrication technique.
4 was formed. In each case, the impurity concentration is 8 × 10 19 cm −3.
It was made to become. As the ion source, boron fluoride ions were used for the P type and phosphorus ions were used for the N type. The former was implanted at an acceleration voltage of 80 keV, and the latter was implanted at an acceleration voltage of 110 keV. The accelerating voltage depends on the thickness of the gate oxide film, the semiconductor region 45,
47 is set in consideration of the thickness. Instead of the ion implantation method, an ion doping method may be used. In the ion implantation method, unnecessary ions are not implanted because ions to be implanted are separated by mass, but the size of a substrate that can be processed by the ion implantation apparatus is limited. On the other hand, in the ion doping method, although a relatively large substrate (for example, a diagonal of 30 inches or more) is capable of being processed, hydrogen ions and other unnecessary ions are simultaneously accelerated and implanted, so that the substrate is easily heated. . In this case, it is difficult to selectively implant impurities using a photoresist as a mask as used in the ion implantation method.

【0052】このようにして、オフセット領域を有する
TFTが作製された。その様子を図4(B)に示す。最
後に、レーザーアニール法によって、ゲイト電極部をマ
スクとしてソース/ドレイン領域の再結晶化をおこなっ
た。レーザーアニールの条件は、例えば特願平3−23
1188や同3−238713に記述されている方法を
使用した。そして層間絶縁物55として、酸化珪素をR
FプラズマCVD法で形成し、これに電極形成用の穴を
開け、アルミニウム配線56〜48を形成して、素子を
完成させた。
In this way, a TFT having an offset region was manufactured. This is shown in FIG. Finally, the source / drain regions were recrystallized by laser annealing using the gate electrode as a mask. The conditions for laser annealing are described, for example, in Japanese Patent Application No. Hei.
1188 and 3-238713. As the interlayer insulator 55, silicon oxide is R
An F-plasma CVD method was used, holes for forming electrodes were formed in the F-CVD, and aluminum wirings 56 to 48 were formed to complete the device.

【0053】本実施例では、レーザーアニールによっ
て、もともと結晶性シリコンであった、被膜45、47
のみならず、アモルファスシリコンであった被膜44、
46までもが結晶化される。これは、レーザーアニール
が強力だからである。その結果、図4(C)に示すよう
に初期のアモルファス領域44、46はチャネルの下の
部分59、60以外は全てソース/ドレインとおなじ結
晶性を有する材料に変換されてしまった。その結果、ソ
ース/ドレインの厚さは島状半導体領域45、47と実
質的に同じとなった。しかしながら、実質的なチャネル
の厚さは図から明らかなように、約10nmというよう
にソース/ドレイン領域よりも薄かった。その結果、ソ
ース/ドレインのシート抵抗は小さく、また、チャネル
が薄い分だけOFF電流が少ないという優れた特性を示
すことができた。
In this embodiment, the films 45 and 47, which were originally crystalline silicon, were formed by laser annealing.
Not only that, the coating 44 made of amorphous silicon,
Up to 46 are crystallized. This is because laser annealing is powerful. As a result, as shown in FIG. 4C, all of the initial amorphous regions 44 and 46 except for the portions 59 and 60 below the channel were converted into materials having the same crystallinity as the source / drain. As a result, the thickness of the source / drain was substantially the same as that of the island-shaped semiconductor regions 45 and 47. However, the effective channel thickness was less than the source / drain regions, as apparent from the figure, at about 10 nm. As a result, it was possible to exhibit excellent characteristics such that the sheet resistance of the source / drain was small and the OFF current was small because the channel was thin.

【0054】図4には液晶表示装置の駆動回路に使用さ
れるCMOS回路の作製工程を示したが、同じ基板上の
アクティブマトリクス部には、PMOSが同じように形
成されている。このようにして形成されたTFTの特性
は、チャネル長が5μm、チャネル幅が20μmで、ソ
ース/ドレイン電圧が1Vの状態で、NMOSのリーク
電流は〜100pA、PMOSはPMOSの〜1pAで
あった。このようにオフ抵抗はPMOSの方が100倍
も大きかった。また、ゲイト電圧が+8V(PMOSの
場合は−8V)のオン状態では、NMOSは10μA、
PMOSは100nAの電流を流した。PMOSのドレ
イン電流がNMOSに比べて著しく小さいのは、しきい
値電圧がPMOSの場合には、負にシフトしているから
である。したがって、PMOSのゲイト電圧を−12V
としたときには、ドレイン電流は1μAとなった。すな
わち、このようなTFTを用いて、トランスミッション
ゲイトを構成せんとすれば、PTFTに印加する電位を
負の方にシフトさせるべきである。
FIG. 4 shows a manufacturing process of a CMOS circuit used for a driving circuit of a liquid crystal display device. In the active matrix portion on the same substrate, a PMOS is similarly formed. The characteristics of the TFT thus formed were as follows: the channel length was 5 μm, the channel width was 20 μm, the source / drain voltage was 1 V, the leakage current of the NMOS was 100100 pA, and the PMOS was 〜1 pA of the PMOS. . As described above, the off-state resistance of the PMOS was 100 times larger. When the gate voltage is +8 V (−8 V in the case of PMOS), the NMOS is 10 μA,
The PMOS passed a current of 100 nA. The reason why the drain current of the PMOS is significantly smaller than that of the NMOS is that the threshold voltage is negatively shifted in the case of the PMOS. Therefore, the gate voltage of the PMOS is set to -12V
, The drain current was 1 μA. That is, if a transmission gate is formed using such a TFT, the potential applied to the PTFT should be shifted to the negative side.

【0055】アクティブマトリクス部のPMOSのTF
Tの大きさは、チャネル長5μm、チャネル幅10μm
とした。アクティブマトリクスとして利用されたPMO
SのTFTのゲイト電圧を0Vから−12Vまで変化さ
せると、ドレイン電流は10 6 倍にまで増大するので、
画像表示用としては問題がなかった。さらに、大きく変
動させることが必要な場合にはPMOSのTFTを2つ
直列に構成して、いわゆるデュアルゲイト構造とすると
よい。この場合には、オフ状態では、TFTの抵抗はさ
らに約1桁上昇するものの、ON状態では、TFTの抵
抗は2倍程度にしかならないので、結局、ドレイン電流
は107 も変動することとなる。TFTを3段直列に形
成したら、さらに変動率は1桁増加する。
The PMOS TF of the active matrix section
T has a channel length of 5 μm and a channel width of 10 μm
And PMO used as active matrix
Gate voltage of S TFT changed from 0V to -12V
The drain current is 10 6Because it increases by a factor of two,
There was no problem for image display. In addition,
If necessary, two PMOS TFTs
If it is configured in series and has a so-called dual gate structure
Good. In this case, in the off state, the resistance of the TFT is small.
In the ON state, the resistance of the TFT increases by about one digit.
Since the resistance is only about twice, the drain current
Is 107Will also fluctuate. Three-stage TFTs in series
Once done, the rate of change will increase by an order of magnitude.

【0056】〔実施例2〕 図5には、本発明を実施す
るためのNMOSおよびPMOS素子の作製工程を示
す。本実施例では、高温プロセスによるTFTを作製し
た。まず、石英基板61(幅105mm×長さ105m
m×厚さ1.1mm)上に、減圧CVD法によって、不
純物のドープされていないポリシリコン膜を厚さ100
〜500nm、好ましくは150〜200nm形成し
た。そして、これを乾燥した高温の酸素雰囲気中で酸化
せしめた。温度は850〜1100℃の範囲とし、95
0〜1050℃が特に好ましかった。このようにして、
基板上に酸化珪素膜62を形成した(図5(A))。
[Embodiment 2] FIG. 5 shows a process of fabricating an NMOS and a PMOS device for carrying out the present invention. In this example, a TFT was manufactured by a high-temperature process. First, a quartz substrate 61 (width 105 mm × length 105 m)
m × thickness 1.1 mm), a low-pressure CVD method is used to deposit a non-doped polysilicon film having a thickness of 100 mm.
To 500 nm, preferably 150 to 200 nm. This was oxidized in a dry high-temperature oxygen atmosphere. The temperature is in the range of 850 to 1100 ° C.
0-1050 ° C. was particularly preferred. In this way,
A silicon oxide film 62 was formed on the substrate (FIG. 5A).

【0057】さらに、ジシランを原料とするプラズマC
VD法もしくは減圧CVD法によってアモルファスシリ
コン膜を厚さ100〜1000nm、好ましくは、35
0〜700nm形成した。基板温度は350〜450℃
とした。そして、これを550〜650℃、このましく
は580〜620℃で長時間アニールして、結晶性を持
たせた。そして、これをパターニングして、図5(B)
に示すようにNMOSの領域63aとPMOSの領域6
3bを形成した。
Further, a plasma C using disilane as a raw material
An amorphous silicon film is formed to a thickness of 100 to 1000 nm, preferably 35
It was formed in a thickness of 0 to 700 nm. Substrate temperature is 350-450 ° C
And Then, this was annealed at 550 to 650 ° C., preferably 580 to 620 ° C. for a long time to have crystallinity. Then, this is patterned, and FIG.
As shown in the figure, the NMOS region 63a and the PMOS region 6
3b was formed.

【0058】ついで、乾燥した高温の酸化雰囲気中で上
記シリコン領域63の表面を酸化して、図5(C)に示
すように、シリコン領域の表面に厚さ50〜150n
m、好ましくは50〜70nmの酸化珪素膜64を形成
した。酸化条件は、酸化珪素62と同じとした。
Next, the surface of the silicon region 63 is oxidized in a dry and high-temperature oxidizing atmosphere, so that the surface of the silicon region has a thickness of 50 to 150 nm as shown in FIG.
m, preferably a silicon oxide film 64 having a thickness of 50 to 70 nm. The oxidation conditions were the same as those of the silicon oxide 62.

【0059】その後、リンが1019〜2×1020
-3、例えば8×1019cm-3ドープされたシリコン膜
を厚さ200〜500nm、好ましくは350〜400
nmだけ形成し、これを図5(D)のようにパターニン
グして、NMOSのゲイト65aおよびPMOSのゲイ
ト65bを形成した。さらに、イオン注入法によって、
NMOSおよびPMOSの不純物領域66および67を
それぞれ形成した。
After that, the phosphorus was 10 19 to 2 × 10 20 c
m −3 , for example, 8 × 10 19 cm −3 doped silicon film having a thickness of 200 to 500 nm, preferably 350 to 400 nm.
5 nm, and this was patterned as shown in FIG. 5D to form an NMOS gate 65a and a PMOS gate 65b. Furthermore, by ion implantation,
NMOS and PMOS impurity regions 66 and 67 were formed, respectively.

【0060】このとき、これらの不純物の底面は下地の
酸化珪素膜62に達しないようにした。すなわち、下地
の酸化膜とシリコン膜の界面には多くの局在準位が形成
され、結果として、下地の酸化膜付近のシリコン膜は特
定の導電型(通常の場合はN型)を示す。もし、不純物
領域が、このような部分のシリコン膜に隣接していた場
合には、リークが生じる。したがって、このようなリー
クを避けるために、本実施例では不純物領域の底面と下
地酸化膜62の間に50〜200nmの空間を設けた。
At this time, the bottom surfaces of these impurities were prevented from reaching the underlying silicon oxide film 62. That is, many localized levels are formed at the interface between the underlying oxide film and the silicon film, and as a result, the silicon film near the underlying oxide film has a specific conductivity type (N-type in a normal case). If the impurity region is adjacent to such a portion of the silicon film, a leak occurs. Therefore, in this embodiment, a space of 50 to 200 nm is provided between the bottom surface of the impurity region and the base oxide film 62 in order to avoid such a leak.

【0061】本実施例では、酸化珪素膜64を通してイ
オン注入をおこなったが、より精密に不純物領域の深さ
を制御するためには、酸化珪素膜64を除去して、熱拡
散をおこなってもよい。
In this embodiment, the ion implantation is performed through the silicon oxide film 64. However, in order to more precisely control the depth of the impurity region, the silicon oxide film 64 may be removed and thermal diffusion may be performed. Good.

【0062】不純物領域を形成した後、熱アニールによ
って、不純物領域の結晶性を回復させた。その後は通常
のTFTの作製工程と同様に、層間絶縁物(リンボロン
ガラス)68を堆積して、リフローによって平坦化さ
せ、コンタクトホールを形成して金属配線69〜71を
形成した。
After the formation of the impurity regions, the crystallinity of the impurity regions was recovered by thermal annealing. After that, an interlayer insulator (phosphorus glass) 68 was deposited, flattened by reflow, and a contact hole was formed to form metal wirings 69 to 71 in the same manner as in a normal TFT manufacturing process.

【0063】以上の工程によって形成された、TFTを
使用して、1Tr/セルのDRAM(16kビット)を
作製した。TFTのチャネル部の大きさをチャネル長2
μm、チャネル幅10μmとしたときの、NMOSのリ
ーク電流は、ソース/ドレイン電圧が1Vのときに、約
10pA、PMOSのリーク電流は、同じ条件で約0.
1pAであった。メモリー素子部はチャネル長2μm、
チャネル幅2μmのPMOSを使用した。メモリー素子
部のキャパシタの容量は0.5pFとし、リフレッシュ
周期は最大5秒という長時間の記憶保持が可能となっ
た。これは、PMOSのオフ状態の抵抗が5×1013Ω
という高い値であったため可能となった。また、周辺回
路は、上記の工程で作製したNMOSとPMOSを使用
して、CMOS化した。このような絶縁基板上のDRA
Mであるので、高速動作が可能であり、ビットあたり1
00nsecで書込み・読出が可能であった。
A 1Tr / cell DRAM (16 kbits) was manufactured using the TFTs formed by the above steps. The channel length of the TFT is set to the channel length 2
When the source / drain voltage is 1 V, the leakage current of the NMOS is about 10 pA when the channel width is 10 μm, and the leakage current of the PMOS is about 0.3 μm under the same conditions.
It was 1 pA. The memory element has a channel length of 2 μm,
A PMOS having a channel width of 2 μm was used. The capacity of the capacitor in the memory element portion was set to 0.5 pF, and the refresh cycle could be held for a long time of a maximum of 5 seconds. This is because the PMOS off-state resistance is 5 × 10 13 Ω
It was possible because of the high value. In addition, the peripheral circuit was made CMOS using the NMOS and PMOS fabricated in the above steps. DRA on such an insulating substrate
M, high-speed operation is possible, and 1 per bit
Writing / reading was possible in 00 nsec.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明によって、特にダイナミックな回
路およびそのような回路を有する装置の信頼性と性能を
高めることができた。従来、特に液晶表示装置のアクテ
ィブマトリクスのような目的に対しては多結晶TFTは
ON/OFF比が低く、実用化にはさまざまな困難があ
ったが、本発明によってそのような問題はほぼ解決され
たと思われる。さらに、実施例2に示したように絶縁基
板上の半導体回路は高速動作という点で優れている。実
施例では示さなかったが、単結晶半導体集積回路の立体
化の手段として用いられるTFTにおいても本発明を実
施することによって効果を挙げられることは明白であろ
う。
According to the present invention, the reliability and performance of particularly dynamic circuits and devices having such circuits can be increased. Conventionally, polycrystalline TFTs have a low ON / OFF ratio, particularly for purposes such as the active matrix of a liquid crystal display device, and there have been various difficulties in practical use. However, such problems are almost solved by the present invention. It seems that it was done. Further, as shown in Embodiment 2, the semiconductor circuit on the insulating substrate is excellent in high-speed operation. Although not shown in the examples, it will be apparent that the effects can be obtained by implementing the present invention in a TFT used as a means for forming a three-dimensional single crystal semiconductor integrated circuit.

【0065】例えば、周辺論理回路を単結晶半導体上の
半導体回路で構成し、その上に層間絶縁物を介してTF
Tを設け、これによってメモリー素子部を構成すること
もできる。この場合には、メモリー素子部をPMOSの
TFTを使用したDRAM回路とし、その駆動回路は単
結晶半導体回路にCMOS化されて構成されている。し
かも、このような回路をマイクロプロセッサーに利用し
た場合には、メモリー部を2階に上げることになるの
で、面積を節約することができる。このように本発明は
産業上、極めて有益な発明であると考えられる。
For example, a peripheral logic circuit is constituted by a semiconductor circuit on a single crystal semiconductor, and a TF is formed thereon via an interlayer insulator.
T may be provided to form a memory element portion. In this case, the memory element section is a DRAM circuit using a PMOS TFT, and the driving circuit is formed by converting a single crystal semiconductor circuit into CMOS. Moreover, when such a circuit is used for a microprocessor, the memory section is raised to the second floor, so that the area can be saved. Thus, the present invention is considered to be an industrially extremely useful invention.

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

【図1】 NMOSのTFTの動作の概念図を示す。FIG. 1 shows a conceptual diagram of the operation of an NMOS TFT.

【図2】 PMOSのTFTの動作の概念図を示す。FIG. 2 shows a conceptual diagram of the operation of a PMOS TFT.

【図3】 本発明の構成の概念図を示す。FIG. 3 shows a conceptual diagram of the configuration of the present invention.

【図4】 本発明のTFTの作製工程を示す。FIG. 4 shows a manufacturing process of the TFT of the present invention.

【図5】 本発明のTFTの作製工程を示す。FIG. 5 shows a manufacturing process of the TFT of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、21・・・ゲイト電極 12、22・・ソース領域 13、23・・ドレイン領域 14、24・・・活性層 15、25・・・チャネル 16、26・・・反転層 31・・・データドライバー(DRAMの場合にはコラ
ムデコーダー) 32・・・ゲイトドライバー(DRAMの場合はローデ
コーダー) 33・・・アクティブマトリクス部(DRAMの場合は
記憶素子部) 34・・・単位画素(DRAMの場合は単位記憶ビッ
ト) 35・・・ゲイト線(DRAMの場合はビット線) 36・・・データ線(DRAMの場合はワード線) 37・・・絶縁基板
11, 21 ... gate electrode 12, 22 ... source region 13, 23 ... drain region 14, 24 ... active layer 15, 25 ... channel 16, 26 ... inversion layer 31 ... data Driver (column decoder for DRAM) 32 Gate driver (row decoder for DRAM) 33 Active matrix section (storage element section for DRAM) 34 Unit pixel (DRAM Is a unit storage bit) 35 ... gate line (bit line in case of DRAM) 36 ... data line (word line in case of DRAM) 37 ... insulating substrate

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/78 618F ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/78 618F

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】Pチャネル型薄膜トランジスタを有する電
気光学装置において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とする電気光学装置。
1. An electro-optical device having a P-channel thin film transistor, wherein the P-channel thin film transistor has a drain voltage of 1
The electro-optical device according to claim 1, wherein the leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項2】Pチャネル型薄膜トランジスタ及び容量を
有する電気光学装置において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタに前記容量が接続さ
れており、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とする電気光学装置。
2. An electro-optical device having a P-channel thin film transistor and a capacitor, wherein the capacitor is connected to the P-channel thin film transistor, and the drain voltage of the P-channel thin film transistor is 1
The electro-optical device according to claim 1, wherein the leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項3】Pチャネル型薄膜トランジスタを有する電
気光学装置において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタは、 絶縁表面上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及び
チャネル形成領域を有する半導体膜と、 前記半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記チャネル形成領域には、ボロンが1017cm-3以下
の濃度で含まれており、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とする電気光学装置。
3. An electro-optical device having a P-channel thin film transistor, wherein the P-channel thin film transistor is formed on an insulating surface and has a source region, a drain region, and a channel formation region; A gate electrode formed on the gate insulating film, wherein the channel forming region contains boron at a concentration of 10 17 cm -3 or less; Type thin film transistor drain voltage is 1
The electro-optical device according to claim 1, wherein the leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項4】Pチャネル型薄膜トランジスタを有する電
気光学装置において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタは、 絶縁表面上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及び
チャネル形成領域を有する半導体膜と、 前記半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記チャネル形成領域は、アモルファスシリコン層と、
前記アモルファスシリコン層上に形成された結晶性シリ
コン層からなり、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とする電気光学装置。
4. An electro-optical device having a P-channel thin film transistor, wherein the P-channel thin film transistor is formed on an insulating surface and has a source region, a drain region, and a channel formation region; A gate insulating film formed, and a gate electrode formed on the gate insulating film, wherein the channel forming region includes an amorphous silicon layer;
The P-channel type thin film transistor is formed of a crystalline silicon layer formed on the amorphous silicon layer.
The electro-optical device according to claim 1, wherein the leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項5】絶縁表面を有する基板と、 前記絶縁表面上に形成された画素電極と、 前記画素電極に接続されたMOSトランジスタとを有す
る電気光学装置において、 前記MOSトランジスタは、P型不純物を有するソース
領域及びドレイン領域並びにチャネル形成領域とを有
し、 前記MOSトランジスタのドレイン電圧が1Vの時、リ
ーク電流は10-12A以下であり、 前記MOSトランジスタのチャネル形成領域は、アモル
ファスシリコン層と、前記アモルファスシリコン層上に
形成された結晶性シリコン層からなることを特徴とする
電気光学装置。
5. An electro-optical device comprising: a substrate having an insulating surface; a pixel electrode formed on the insulating surface; and a MOS transistor connected to the pixel electrode, wherein the MOS transistor contains a P-type impurity. Having a source region, a drain region, and a channel forming region, wherein when a drain voltage of the MOS transistor is 1 V, a leak current is 10 −12 A or less; and a channel forming region of the MOS transistor includes an amorphous silicon layer and An electro-optical device comprising a crystalline silicon layer formed on the amorphous silicon layer.
【請求項6】基板と、 前記基板上に形成された窒化珪素膜と、 前記窒化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、 基板上方に形成された複数の画素電極と、 前記画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタと
を有する電気光学装置において、 前記薄膜トランジスタは、 前記酸化珪素膜上に形成され、ソース領域、ドレイン領
域及びチャネル形成領域を有するシリコン膜と、 前記チャネル形成領域に接して形成されたゲート絶縁膜
と、 前記ゲート絶縁膜に接して形成されたゲート電極とを有
し、 前記チャネル形成領域には、ボロンが1017cm-3以下
の濃度で含まれており、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とする電気光学装置。
6. A substrate; a silicon nitride film formed on the substrate; a silicon oxide film formed on the silicon nitride film; a plurality of pixel electrodes formed above the substrate; In an electro-optical device having a thin film transistor electrically connected to the thin film transistor, the thin film transistor is formed on the silicon oxide film, and includes a silicon film having a source region, a drain region, and a channel formation region; A gate insulating film formed, and a gate electrode formed in contact with the gate insulating film, wherein the channel forming region contains boron at a concentration of 10 17 cm −3 or less; The drain voltage of the channel type thin film transistor is 1
The electro-optical device according to claim 1, wherein the leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項7】Pチャネル型薄膜トランジスタを有する電
気光学装置において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタは、 絶縁表面上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及び
チャネル形成領域を有する半導体膜と、 前記半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記チャネル形成領域には、P型不純物が1017cm-3
以下の濃度で含まれており、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とする電気光学装置。
7. An electro-optical device having a P-channel thin film transistor, wherein the P-channel thin film transistor is formed on an insulating surface and has a source region, a drain region, and a channel formation region; A gate electrode formed on the gate insulating film; and a P-type impurity in the channel forming region at 10 17 cm −3.
And the drain voltage of the P-channel thin film transistor is 1
The electro-optical device according to claim 1, wherein the leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項8】基板と、 前記基板上に形成された窒化珪素膜と、 前記窒化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、 基板上方に形成された複数の画素電極と、 前記画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタと
を有する電気光学装置において、 前記薄膜トランジスタは、 前記酸化珪素膜上に形成され、ソース領域、ドレイン領
域及びチャネル形成領域を有するシリコン膜と、 前記チャネル形成領域に接して形成されたゲート絶縁膜
と、 前記ゲート絶縁膜に接して形成されたゲート電極とを有
し、 前記チャネル形成領域には、P型不純物が1017cm-3
以下の濃度で含まれており、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とする電気光学装置。
8. A substrate, a silicon nitride film formed on the substrate, a silicon oxide film formed on the silicon nitride film, a plurality of pixel electrodes formed above the substrate, In an electro-optical device including a thin film transistor that is electrically connected, the thin film transistor is formed over the silicon oxide film, and includes a silicon film having a source region, a drain region, and a channel formation region; A gate electrode formed in contact with the gate insulating film; and a P-type impurity in the channel formation region at 10 17 cm −3.
And the drain voltage of the P-channel thin film transistor is 1
The electro-optical device according to claim 1, wherein the leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項9】請求項1、2、3,4又は7のいずれか一
項において、 前記薄膜トランジスタは、デュアルゲイト構造であるこ
とを特徴とする電気光学装置。
9. The electro-optical device according to claim 1, wherein the thin film transistor has a dual gate structure.
【請求項10】請求項1、3,4又は7において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタには、容量が接続さ
れていることを特徴とする電気光学装置。
10. The electro-optical device according to claim 1, wherein a capacitor is connected to the P-channel thin film transistor.
【請求項11】請求項1乃至8のいずれか一項におい
て、 前記電気光学装置は、周辺回路を有し、前記周辺回路
は、CMOS回路であることを特徴とする電気光学装
置。
11. The electro-optical device according to claim 1, wherein the electro-optical device has a peripheral circuit, and the peripheral circuit is a CMOS circuit.
【請求項12】請求項6又は8において、 前記シリコン膜は、多結晶シリコン又は単結晶シリコン
を含むことを特徴とする電気光学装置。
12. The electro-optical device according to claim 6, wherein the silicon film contains polycrystalline silicon or single-crystal silicon.
【請求項13】Pチャネル型薄膜トランジスタを有する
アクティブマトリクス装置において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とするアクティブマトリクス装置。
13. An active matrix device having a P-channel thin film transistor, wherein the P-channel thin film transistor has a drain voltage of 1
An active matrix device, wherein a leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項14】Pチャネル型薄膜トランジスタ及び容量
を有するアクティブマトリクス装置において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタに前記容量が接続さ
れており、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とするアクティブマトリクス装置。
14. An active matrix device having a P-channel thin film transistor and a capacitor, wherein the capacitor is connected to the P-channel thin film transistor, and a drain voltage of the P-channel thin film transistor is 1
An active matrix device, wherein a leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項15】Pチャネル型薄膜トランジスタを有する
アクティブマトリクス装置において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタは、 絶縁表面上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及び
チャネル形成領域を有する半導体膜と、 前記半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記チャネル形成領域には、ボロンが1017cm-3以下
の濃度で含まれており、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とするアクティブマトリクス装置。
15. An active matrix device having a P-channel thin film transistor, wherein the P-channel thin film transistor is formed on an insulating surface and has a source region, a drain region, and a channel formation region; A gate electrode formed on the gate insulating film, wherein the channel forming region contains boron at a concentration of 10 17 cm -3 or less; Type thin film transistor drain voltage is 1
An active matrix device, wherein a leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項16】Pチャネル型薄膜トランジスタを有する
アクティブマトリクス装置において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタは、 絶縁表面上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及び
チャネル形成領域を有する半導体膜と、 前記半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記チャネル形成領域は、アモルファスシリコン層と、
前記アモルファスシリコン層上に形成された結晶性シリ
コン層からなり、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とするアクティブマトリクス装置。
16. An active matrix device having a P-channel thin film transistor, wherein the P-channel thin film transistor is formed on an insulating surface and has a source region, a drain region, and a channel formation region; A gate insulating film formed, and a gate electrode formed on the gate insulating film, wherein the channel forming region includes an amorphous silicon layer;
The P-channel type thin film transistor is formed of a crystalline silicon layer formed on the amorphous silicon layer.
An active matrix device, wherein a leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項17】絶縁表面を有する基板と、 前記絶縁表面上に形成された画素電極と、 前記画素電極に接続されたMOSトランジスタとを有す
るアクティブマトリクス装置において、 前記MOSトランジスタは、P型不純物を有するソース
領域及びドレイン領域並びにチャネル形成領域とを有
し、 前記MOSトランジスタのドレイン電圧が1Vの時、リ
ーク電流は10-12A以下であり、 前記MOSトランジスタのチャネル形成領域は、アモル
ファスシリコン層と、前記アモルファスシリコン層上に
形成された結晶性シリコン層からなることを特徴とする
アクティブマトリクス装置。
17. An active matrix device comprising: a substrate having an insulating surface; a pixel electrode formed on the insulating surface; and a MOS transistor connected to the pixel electrode, wherein the MOS transistor has a P-type impurity. Having a source region, a drain region, and a channel forming region, wherein when a drain voltage of the MOS transistor is 1 V, a leak current is 10 −12 A or less; and a channel forming region of the MOS transistor includes an amorphous silicon layer and An active matrix device comprising a crystalline silicon layer formed on the amorphous silicon layer.
【請求項18】基板と、 前記基板上に形成された窒化珪素膜と、 前記窒化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、 基板上方に形成された複数の画素電極と、 前記画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタと
を有するアクティブマトリクス装置において、 前記薄膜トランジスタは、 前記酸化珪素膜上に形成され、ソース領域、ドレイン領
域及びチャネル形成領域を有するシリコン膜と、 前記チャネル形成領域に接して形成されたゲート絶縁膜
と、 前記ゲート絶縁膜に接して形成されたゲート電極とを有
し、 前記チャネル形成領域には、ボロンが1017cm-3以下
の濃度で含まれており、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とするアクティブマトリクス装置。
18. A substrate, a silicon nitride film formed on the substrate, a silicon oxide film formed on the silicon nitride film, a plurality of pixel electrodes formed above the substrate, In an active matrix device including an electrically connected thin film transistor, the thin film transistor is formed over the silicon oxide film, and includes a silicon film having a source region, a drain region, and a channel formation region; A gate insulating film formed, and a gate electrode formed in contact with the gate insulating film, wherein the channel forming region contains boron at a concentration of 10 17 cm −3 or less; The drain voltage of the channel type thin film transistor is 1
An active matrix device, wherein a leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項19】Pチャネル型薄膜トランジスタを有する
アクティブマトリクス装置において、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタは、 絶縁表面上に形成され、ソース領域、ドレイン領域及び
チャネル形成領域を有する半導体膜と、 前記半導体膜上に形成されたゲート絶縁膜と、 前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを有し、 前記チャネル形成領域には、P型不純物が1017cm-3
以下の濃度で含まれており、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とするアクティブマトリクス装置。
19. An active matrix device having a P-channel thin film transistor, wherein the P-channel thin film transistor is formed on an insulating surface and has a source region, a drain region, and a channel formation region; A gate electrode formed on the gate insulating film; and a P-type impurity in the channel forming region at 10 17 cm −3.
And the drain voltage of the P-channel thin film transistor is 1
An active matrix device, wherein a leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項20】基板と、 前記基板上に形成された窒化珪素膜と、 前記窒化珪素膜上に形成された酸化珪素膜と、 基板上方に形成された複数の画素電極と、 前記画素電極に電気的に接続された薄膜トランジスタと
を有するアクティブマトリクス装置において、 前記薄膜トランジスタは、 前記酸化珪素膜上に形成され、ソース領域、ドレイン領
域及びチャネル形成領域を有するシリコン膜と、 前記チャネル形成領域に接して形成されたゲート絶縁膜
と、 前記ゲート絶縁膜に接して形成されたゲート電極とを有
し、 前記チャネル形成領域には、P型不純物が1017cm-3
以下の濃度で含まれており、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタのドレイン電圧が1
Vの時、リーク電流は10-12A以下であることを特徴
とするアクティブマトリクス装置。
20. A substrate, a silicon nitride film formed on the substrate, a silicon oxide film formed on the silicon nitride film, a plurality of pixel electrodes formed above the substrate, In an active matrix device including an electrically connected thin film transistor, the thin film transistor is formed over the silicon oxide film, and includes a silicon film having a source region, a drain region, and a channel formation region; A gate electrode formed in contact with the gate insulating film; and a P-type impurity in the channel formation region at 10 17 cm −3.
And the drain voltage of the P-channel thin film transistor is 1
An active matrix device, wherein a leakage current at V is 10 -12 A or less.
【請求項21】請求項13、14、15、16又は19
のいずれか一項において、 前記薄膜トランジスタは、デュアルゲイト構造であるこ
とを特徴とするアクティブマトリクス装置。
21. The method of claim 13, 14, 15, 16, or 19.
The active matrix device according to any one of claims 1 to 3, wherein the thin film transistor has a dual gate structure.
【請求項22】請求項13、14,16又は19におい
て、 前記Pチャネル型薄膜トランジスタには、容量が接続さ
れていることを特徴とするアクティブマトリクス装置。
22. The active matrix device according to claim 13,14, 16 or 19, wherein a capacitor is connected to said P-channel type thin film transistor.
【請求項23】請求項13乃至20のいずれか一項にお
いて、 前記アクティブマトリクス装置は、周辺回路を有し、 前記周辺回路は、CMOS回路であることを特徴とする
アクティブマトリクス装置。
23. The active matrix device according to claim 13, wherein the active matrix device has a peripheral circuit, and the peripheral circuit is a CMOS circuit.
【請求項24】請求項18又は20において、 前記シリコン膜は、多結晶シリコン又は単結晶シリコン
を含むことを特徴とするアクティブマトリクス装置。
24. The active matrix device according to claim 18, wherein the silicon film contains polycrystalline silicon or single crystal silicon.
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