JP2004207452A - Thin-film transistor and its manufacturing method, and flat-panel display device - Google Patents

Thin-film transistor and its manufacturing method, and flat-panel display device Download PDF

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Naohiko Endo
尚彦 遠藤
Mitsunori Ketsusako
光紀 蕨迫
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress degrading of characteristic of a TFT due to hot carriers generated at the edge of the drain area of the TFT. <P>SOLUTION: The TFT is provided with a polysilicon layer 3 as a semiconductor layer formed on an insulative substrate 1, a gate electrode 5 formed on the polysilicon layer 3 with a gate insulation film 4 in between, a channel area 31 in the semiconductor layer 3 under the gate electrode 5, and a source area 32 and a drain area 33 formed in the polysilicon layer 3 on both sides of the channel area 31. The thicknesses T<SB>1</SB>of the polysilicon layer 3 on both sides of the source area 32 side or the drain area 33 side are made larger than that T<SB>2</SB>of the polysilicon layer 3 under the central part of the gate electrode 5, and a boundary B where the polysilicon layer 3 becomes large in thickness is located under the gate electrode 5. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法、並びに該薄膜トランジスタを用いて構成した平面表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献】特開平5−47788号公報
発光ダイオード、液晶等を用いた平面表示装置は、表示部の薄型化が可能であり、事務機器やコンピュータ等の表示装置、あるいは特殊な表示装置への用途として要求が高まっている。
【0003】
特に、非晶質であるアモルファスシリコン層またはポリシリコン層(多結晶シリコン層)を用いた薄膜トランジスタ(以下、TFTと記す(:Thin Film Transistor))を、画素のスイッチング素子として、画素と共にマトリクス状に配置し、表示素子と接続して表示を行う平面表示装置は、表示品位が高く、低消費電力であるため、その開発が盛んに行われている。
【0004】
その中でも、ポリシリコン層を用いたTFTは、アモルファスシリコン層を用いたTFTに比べ移動度が100〜1000倍程度高く、その利点を活かして画素スイッチング素子として用いるだけでなく、周辺駆動回路を画素スイッチング素子と同一基板上に一体的に形成することを可能とし、これにより低コストで高性能な平面表示装置を実現することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
TFTでは、回路動作中にドレイン領域端に高電界が生じ、該ドレイン領域端で発生するホットキャリアがポリシリコン層にダメージを与え、TFTの特性を劣化させる問題があった。
【0006】
従来のドレイン領域端で発生するホットキャリアに起因するTFTの特性劣化の問題を抑制し、TFTの信頼性を確保する技術としては、LDD(Lightly Doped Drain)構造のTFTが代表的である。その他、ドレイン端での電界緩和という点から、GOLD(Gate Overlaped Drain)構造のTFT等が提案されている。
【0007】
そこで、本発明では上記技術的な問題に鑑み、ドレイン領域端で発生するホットキャリアに起因するTFTの特性劣化の問題を抑制することができるTFTおよびその製造方法を提供し、並びにそのTFTを周辺駆動回路の一部としても使用する平面表示装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
従来、ホットキャリアは、ポリシリコン層中のチャネルが形成される領域、すなわり、ポリシリコン層中のゲート電極側、つまりゲート絶縁膜との界面付近に発生すると考えられていた。したがって、該ドレイン領域端でホットキャリアが発生することを抑制しようという対策が提案されていた。
【0009】
しかしながら、本発明者らは、実際に回路に入力されるような信号を考慮し、高速動作中のTFT内部の様子を調べてみたところ、ホットキャリアは、ポリシリコン層中のゲート電極側以外に、ポリシリコン層中のゲート電極とは反対側でも発生していることが確認できた。いままでは、ポリシリコン層中のゲート電極と反対側におけるホットキャリアの発生を特に考慮した抑制案は、提案されていない。つまり、既存のホットキャリア抑制技術では、ポリシリコン層中のゲート電極側で発生するものに重きを置いていたので、ポリシリコン層中のゲート電極と反対側で発生するホットキャリアに対してはあまり有効でなかった、と考えられる。
【0010】
図4(a)は、TFTのオン状態(ゲート電圧V>しきい値電圧Vth)を示す概略断面図、図4(b)は、TFTのオフ状態(V<0)に変化する途中の様子を示す概略断面図である。
【0011】
3は半導体層である例えばポリシリコン層、4はゲート絶縁膜、5はゲート電極、31はチャネル領域、32はソース領域、33はドレイン領域、8は電子である。
【0012】
TFTがオンからオフになったとき、ポリシリコン層3中のゲート電極5と反対側でホットキャリアが発生するのは、図4(b)に示すように、チャネル領域31内のキャリアである電子8が矢印に示すようにソース領域32またはドレイン領域33に抜けるのに時間がかかるからである。つまり、図4(b)において、チャネル領域31の端の電子8はすぐに横のソース領域32またはドレイン領域33に抜けるが、チャネル領域31の中央付近の大部分の電子8は、ゲート電極5の電位が負に反転するので、下側(ゲート電極5と反対側)へ移動する。
【0013】
図4(c)は、チャネル領域31の結晶性が良い場合の、TFTのオン状態を示す概略断面図、図4(d)はTFTのオフ状態を示す概略断面図である。
【0014】
本来は、チャネル領域31の結晶性を向上させれば、チャネル領域31内の電子8は図4(d)の矢印に示すようにソース領域32またはドレイン領域33に高電界領域が発生する前に短時間にさっと抜けてしまうので、ホットキャリアは発生せず、このような問題は起こらない。しかしながら、ポリシリコン層3中には結晶粒界や結晶歪等に起因するトラップがあるため、ホットキャリア発生現象は、避け難い。
【0015】
そこで、チャネル領域31内部のキャリアが容易にソース領域32またはドレイン領域33に抜けていく、結晶性向上以外の方法が必要である。
【0016】
上記の課題を解決するための本発明における一つの手段は、チャネル領域31とソース領域32またはドレイン領域33との接合面積を広げて、キャリアがソース領域32またはドレイン領域33に抜け出しやすくすることである。
【0017】
しかし、図5(b)に示すように、接合面積を単純に増やすことは、チャネル領域31の面積も増やすことになり、これはキャリア数も増えることなので、相対的にはキャリアは抜け出しやすくなったわけではない(図5(a)は従来構造を示す)。
【0018】
そこで、本発明者らは、図5(d)に示すように、ソース領域32側またはドレイン領域33側の少なくとも片側のポリシリコン層3の厚さを厚くすることを考えた。この場合、ポリシリコン層3の厚さが厚くなる境界は、ゲート電極5の下に位置することが効果を得るために必要である(図5(c)は従来構造を示す)。
【0019】
この構成によれば、チャネル領域31の面積は増えないが、チャネル領域31とソース領域32またはドレイン領域33との接合面積が増えるので、相対的にキャリアは抜け出しやすくなる。
【0020】
また、上記の課題を解決するための本発明におけるもう一つの手段として、本発明者らは、図6(b)に示すように、ソース領域32側またはドレイン領域33側の少なくとも片側のポリシリコン層3中に、ソース領域32およびドレイン領域33の導電型と反対導電型の不純物領域30を設けることを考えた(図6(a)は従来構造を示す)。
【0021】
これは、例えば、nチャネルTFTの場合、n型ソース領域32側またはn型ドレイン領域33側のポリシリコン層3中の一部に、p型不純物領域30を設ける。
【0022】
この構成によれば、ゲート電極5下のp型不純物領域30とチャネル領域31との接合面付近で、キャリアは再結合によって消滅するので、相対的にキャリアは抜け出しやすくなっている。
【0023】
上記の本発明による2つの手段によれば、ゲート電圧が十分オフの状態になって、チャネル領域31とソース領域32またはドレイン領域33との接合面付近に高電界が発生する頃には、チャネル領域31にキャリアがほとんど存在しない状態になっているので、例え高電界が発生しても、そこを通過するキャリアはほとんど無いため、ホットキャリアはほとんど生成されない。
【0024】
したがって、チャネル領域31を構成するポリシリコン層3は、ホットキャリアによるダメージをほとんど受けないから、このような構造を有する本発明によるTFTは、長時間駆動しても特性の変化が起こりにくい。これにより、本発明によれば、高信頼性を有するTFTを提供することができる。
【0025】
すなわち、上記課題を解決するため、本発明においては特許請求の範囲に記載するような構成を採用する。
【0026】
すなわち、請求項1記載の薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に設けた半導体層と、上記半導体層の上にゲート絶縁膜を介して設けたゲート電極と、上記ゲート電極の下の上記半導体層中に設けたチャネル領域と、上記チャネル領域の両側の上記半導体層中に設けたソース領域およびドレイン領域とを有する薄膜トランジスタにおいて、上記ソース領域側または上記ドレイン領域側の少なくとも片側の上記半導体層の厚さが、上記ゲート電極の中央部の下の上記半導体層の厚さよりも厚くなっており、上記半導体層の厚さが厚くなる境界は、上記ゲート電極の下に位置することを特徴とする。
【0027】
また、請求項2記載の薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に設けた半導体層と、上記半導体層の上にゲート絶縁膜を介して設けたゲート電極と、上記ゲート電極の下の上記半導体層中に設けたチャネル領域と、上記チャネル領域の両側の上記半導体層中に設けたソース領域およびドレイン領域とを有する薄膜トランジスタにおいて、上記ソース領域側または上記ドレイン領域側の少なくとも片側の上記半導体層中に、上記ソース領域および上記ドレイン領域の導電型と反対導電型の不純物領域が設けられていることを特徴とする。
【0028】
また、請求項3記載の薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁性基板上に半導体層を設ける第1の工程と、
上記半導体層の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を設ける第2の工程と、チャネル領域の両側の上記半導体層中に、ソース領域およびドレイン領域を設ける第3の工程とを有し、上記第1の工程において、上記半導体層は、上記ソース領域側または上記ドレイン領域側の少なくとも片側の厚さが、上記ゲート電極の中央部の下の上記半導体層の厚さより厚く、かつ、該厚さが厚くなる境界は、上記ゲート電極の下に位置するように設けることを特徴とする。
【0029】
また、請求項4記載の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項3記載の薄膜トランジスタの製造方法において、上記第1の工程は、第1の半導体層を設ける工程と、上記第1の半導体層上に、開口を有するマスク層を設ける工程と、上記開口部の上記第1の半導体層を、該第1の半導体層の全厚さより薄い厚さだけエッチングする工程と、上記エッチングした部分の第1の半導体層を酸化して絶縁膜を設ける工程と、上記第1の半導体層および上記絶縁膜上に、第2の半導体層を設ける工程から構成されることを特徴とする。
【0030】
また、請求項5記載の薄膜トランジスタの製造方法は、請求項3記載の薄膜トランジスタの製造方法において、上記第1の工程は、上記絶縁性基板上に絶縁膜を設ける工程と、上記ソース領域側または上記ドレイン領域側の少なくとも片側の上記絶縁膜を、該絶縁膜の全厚さより薄い厚さだけエッチングする工程と、上記絶縁膜上に、上記半導体層を設ける工程から構成されることを特徴とする。
【0031】
また、請求項6記載の薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁性基板上に半導体層を設ける第1の工程と、上記半導体層の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を設ける第2の工程と、チャネル領域の両側の上記半導体層中に、ソース領域およびドレイン領域を設ける第3の工程と、上記ソース領域側または上記ドレイン領域側の少なくとも片側に、上記ソース領域および前記ドレイン領域の導電型と反対導電型の不純物領域を設ける第4の工程とを有することを特徴とする。
【0032】
また、請求項7記載の平面表示装置は、上記絶縁性基板上にマトリクス状に配置した画素および該画素のスイッチング素子と、上記絶縁性基板上に一体的に設けた周辺駆動回路とを有する平面表示装置において、上記スイッチング素子および上記周辺駆動回路を、請求項1または2記載の薄膜トランジスタを用いて構成したことを特徴とする。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0034】
実施の形態1
《TFT構造》
図1は、本発明の実施の形態1のTFTの概略断面図である。
【0035】
1は絶縁性基板、2は下地絶縁膜、21は絶縁膜、3はポリシリコン層、34は第1のポリシリコン層、35は第2のポリシリコン層、31はチャネル領域、32はソース領域、33はドレイン領域、4はゲート絶縁膜、41、42はコンタクトホール、5はゲート電極、6はソース電極、7はドレイン電極、8は電子、T、Tはポリシリコン層3の厚さ、Bはポリシリコン層3の厚さが厚くなる境界である。
【0036】
本実施の形態1のTFTは、絶縁性基板1上に設けた半導体層であるポリシリコン層3と、ポリシリコン層3の上にゲート絶縁膜4を介して設けたゲート電極5と、ゲート電極5の下の半導体層3中に設けたチャネル領域31と、チャネル領域31の両側のポリシリコン層3中に設けたソース領域32およびドレイン領域33とを有するTFTにおいて、ソース領域32側またはドレイン領域33側の少なくとも片側、ここでは両側のポリシリコン層3の厚さTが、ゲート電極5の中央部の下のポリシリコン層3の厚さTよりも厚くなっており、ポリシリコン層3の厚さが厚くなる境界Bは、ゲート電極5の下に位置することを特徴とする。
【0037】
このように、本実施の形態1のTFTでは、ソース領域32側またはドレイン領域33側のポリシリコン層3の厚さTが、ゲート電極5の中央部の下のポリシリコン層3の厚さTよりも厚く、ポリシリコン層3の厚さが厚くなる境界Bは、ゲート電極5の下に位置する構成により、チャネル領域31とソース領域32またはドレイン領域33との接合面積が増えるので、相対的にキャリアは抜け出しやすくなる。TFTがオンからオフになり、チャネル領域31を流れる電流が十分オフになって、チャネル領域31とソース領域32またはドレイン領域33との接合面付近に高電界が発生する頃には、チャネル領域31にキャリアがほとんど存在しない状態になっているので、例え高電界が発生しても、そこを通過するキャリアはほとんど無いため、ホットキャリアはほとんど生成されない。したがって、チャネル領域31を構成するポリシリコン層3は、ホットキャリアによるダメージをほとんど受けないから、TFTは長時間駆動しても特性の変化が起こりにくい。この結果、高信頼性を有するTFTを提供することができる。
【0038】
《TFTの製造方法》
以下、本実施の形態1のTFTの製造方法について図1を参照して説明する。
まず、例えばガラス基板等の絶縁性基板1の上に、例えばSiOからなる下地絶縁膜2を形成する。
【0039】
次に、下地絶縁膜2の上に、第1のポリシリコン層34を形成するために、第1のアモルファスシリコン膜(図示省略。第1のポリシリコン層34参照)を島状に形成する。
【0040】
次に、そのアモルファスシリコン膜の一部の上に、下地のシリコン層と反応しないか、または酸素のブロッキング効果を有する材料、例えばSi等の窒化膜からなるマスク層を形成し、このマスク層が被さっていない部分の上記アモルファスシリコン膜の例えば半分の厚さをエッチングし、その後、そのエッチングした上記アモルファスシリコン膜の部分を酸化し、SiOからなる絶縁膜21を形成する。その後、上記マスク層を除去する。この時点で、上記アモルファスシリコン膜と絶縁膜21の表面の高さがほぼ等しくなっているのが好ましい。これは上記エッチングするアモルファスシリコン膜の厚さ、上記酸化するアモルファスシリコン膜の酸化時間等のプロセス条件を最適化することで可能であるが、例えば上記アモルファスシリコン膜と絶縁膜21の少なくとも一方の表面を機械的に研磨して平坦化することも可能である。
【0041】
次に、上記アモルファスシリコン薄膜3と絶縁膜21の上に、第2のポリシリコン層35を形成するために、第2のアモルファスシリコン層を形成する(図示省略。第2のポリシリコン層35参照)。その後、ELA(エキシマレーザアニール)照射により、上記第1のアモルファスシリコン膜と上記第2のアモルファスシリコン膜を、第1のポリシリコン層34と第2のポリシリコン層35に変える。その後、第1のポリシリコン層34と第2のポリシリコン層35からなるポリシリコン層3を島状に加工する。
【0042】
次に、その上に、ゲート絶縁膜4を形成し、ついで、ゲート電極5を形成する。このとき、ゲート電極5のゲート幅方向の両端がゲート絶縁膜4より外にはみ出ていることが必要である。
【0043】
次に、ゲート電極5をマスクにしてゲート絶縁膜4を通過して不純物ドーピングを行い、チャネル領域31の両側にソース領域32およびドレイン領域33を形成する。
【0044】
次に、ゲート絶縁膜4の一部を、ドライエッチングまたはウエットエッチングしてコンタクトホール41、42を形成する。
【0045】
次に、ソース電極6とドレイン電極7を形成する。これ以降の層間絶縁膜の形成や配線の形成等、プロセスは従来と同じ方法により形成して構わない。
【0046】
以上のように、本実施の形態1のTFTの製造方法は、絶縁性基板1上にポリシリコン層3を設ける第1の工程と、ポリシリコン層3の上にゲート絶縁膜4を介してゲート電極5を設ける第2の工程と、チャネル領域31の両側のポリシリコン層3中に、ソース領域32およびドレイン領域33を設ける第3の工程とを有し、上記第1の工程において、ポリシリコン層3は、ソース領域32側またはドレイン領域33側の少なくとも片側の厚さ、ここでは両側の厚さTが、ゲート電極5の中央部の下のポリシリコン層3の厚さTより厚く、かつ、該厚さが厚くなる境界Bは、ゲート電極5の下に位置するように設けることを特徴とする。
【0047】
また、上記第1の工程は、第1の半導体層である上記第1のアモルファスシリコン層を設ける工程と、上記第1のアモルファスシリコン層上に、開口を有するマスク層(図示省略)を設ける工程と、上記開口部の上記第1のアモルファスシリコン層を、該第1のアモルファスシリコン層の全厚さより薄い厚さだけエッチングする工程と、上記エッチングした部分の第1のアモルファスシリコン層を酸化して絶縁膜21を設ける工程と、上記第1のアモルファスシリコン層および絶縁膜21上に、上記第2のアモルファスシリコン層を設ける工程から構成されることを特徴とする。
【0048】
このような構成の本実施の形態1のTFTの製造方法によれば、図1に示した本実施の形態1のTFTを簡易なプロセスを用いて容易に製造することができる。
【0049】
実施の形態2
《TFT構造》
図2は、本発明の実施の形態2のTFTの概略断面図である。
【0050】
1は絶縁性基板、2は下地絶縁膜、3はポリシリコン層、31はチャネル領域、32はソース領域、33はドレイン領域、4はゲート絶縁膜、41、42はコンタクトホール、5はゲート電極、6はソース電極、7はドレイン電極、8は電子である。
【0051】
本実施の形態2のTFTは、絶縁性基板1上に設けた半導体層であるポリシリコン層3と、ポリシリコン層3の上にゲート絶縁膜4を介して設けたゲート電極5と、ゲート電極5の下の半導体層3中に設けたチャネル領域31と、チャネル領域31の両側のポリシリコン層3中に設けたソース領域32およびドレイン領域33とを有するTFTにおいて、ソース領域32側またはドレイン領域33側の少なくとも片側、ここでは両側のポリシリコン層3の厚さTが、ゲート電極5の中央部の下のポリシリコン層3の厚さTよりも厚くなっており、ポリシリコン層3の厚さが厚くなる境界Bは、ゲート電極5の下に位置することを特徴とする。
【0052】
このように、本実施の形態2のTFTでは、ソース領域32側またはドレイン領域33側のポリシリコン層3の厚さTが、ゲート電極5の中央部の下のポリシリコン層3の厚さTよりも厚く、ポリシリコン層3の厚さが厚くなる境界Bは、ゲート電極5の下に位置する構成により、チャネル領域31とソース領域32またはドレイン領域33との接合面積が増えるので、相対的にキャリアは抜け出しやすくなる。TFTがオンからオフになり、チャネル領域31を流れる電流が十分オフになって、チャネル領域31とソース領域32またはドレイン領域33との接合面付近に高電界が発生する頃には、チャネル領域31にキャリアがほとんど存在しない状態になっているので、例え高電界が発生しても、そこを通過するキャリアはほとんど無いため、ホットキャリアはほとんど生成されない。したがって、チャネル領域31を構成するポリシリコン層3は、ホットキャリアによるダメージをほとんど受けないから、TFTは長時間駆動しても特性の変化が起こりにくい。この結果、高信頼性を有するTFTを提供することができる。
【0053】
《TFTの製造方法》
以下、本実施の形態2のTFTの製造方法について図2を参照して説明する。
まず、絶縁性基板1の上に下地絶縁膜2を形成する。
【0054】
次に、下地絶縁膜2の一部(ポリシリコン層3を厚く形成部分に対応する部分)をエッチング除去する。
【0055】
次に、先のエッチングで削った部分に、ポリシリコン層3を形成するために、アモルファスシリコン層を堆積する。ここで、該アモルファスシリコン層の表面の平坦性が良くない場合は、例えば機械的な研磨等の方法を用いて表面の平坦化を行う。
【0056】
次に、ELA照射により上記アモルファスシリコン層をポリシリコン層3に変える。
【0057】
次に、ポリシリコン層3上にゲート絶縁膜6を堆積させ、続いてゲート電極5を形成する。このとき、ゲート電極5のゲート幅方向の両端が絶縁層2の突起部分の両端より外に出ている必要がある。
【0058】
次に、ゲート電極5をマスクにして不純物ドープを行い、チャネル領域31の両側にソース領域32およびドレイン領域33を形成する。
【0059】
次に、ゲート絶縁膜4の一部を、ドライエッチングまたはウエットエッチングしてコンタクトホール41、42を形成する。
【0060】
次に、ソース電極6とドレイン電極7を形成する。これ以降の層間絶縁膜の形成や配線の形成等、プロセスは従来と同じ方法により形成して構わない。
【0061】
以上のように、本実施の形態2のTFTの製造方法は、絶縁性基板1上にポリシリコン層3を設ける第1の工程と、ポリシリコン層3の上にゲート絶縁膜4を介してゲート電極5を設ける第2の工程と、チャネル領域31の両側のポリシリコン層3中に、ソース領域32およびドレイン領域33を設ける第3の工程とを有し、上記第1の工程において、ポリシリコン層3は、ソース領域32側またはドレイン領域33側の少なくとも片側の厚さ、ここでは両側の厚さTが、ゲート電極5の中央部の下のポリシリコン層3の厚さTより厚く、かつ、該厚さが厚くなる境界Bは、ゲート電極5の下に位置するように設けることを特徴とする。
【0062】
また、上記第1の工程は、絶縁性基板1上に絶縁膜2を設ける工程と、ソース領域32側またはドレイン領域33側の少なくとも片側、ここでは両側の絶縁膜2を、該絶縁膜2の全厚さより薄い厚さだけエッチングする工程と、絶縁膜2上に、ポリシリコン層3を設ける工程から構成されることを特徴とする。
【0063】
このような構成の本実施の形態2のTFTの製造方法によれば、図2に示した本実施の形態2のTFTを簡易なプロセスを用いて容易に製造することができる。
【0064】
実施の形態3
《TFT構造》
図3(a)は、本発明の実施の形態3のTFTの概略断面図(図3(d)のA−A切断線における断面図)、(b)は、本実施の形態1のTFTの概略断面図(図3(d)のB−B切断線における断面図)、(c)は本実施の形態1のTFTの製造工程途中における概略平面図、(d)は本実施の形態1のTFTの概略平面図である。
【0065】
1は絶縁性基板、2は下地絶縁膜、3はポリシリコン層、31はチャネル領域、32はソース領域、33はドレイン領域、4はゲート絶縁膜、41、42はコンタクトホール、5はゲート電極、6はソース電極、7はドレイン電極、8は電子、10はp型不純物領域である。
【0066】
本実施の形態3のTFTは、絶縁性基板1上に設けたポリシリコン層3と、ポリシリコン層3の上にゲート絶縁膜4を介して設けたゲート電極5と、チャネル領域31の両側のポリシリコン層3中に設けたソース領域32およびドレイン領域33とを有するTFTにおいて、ソース領域32側またはドレイン領域33側の少なくとも片側、ここでは両側のポリシリコン層3中に、n型ソース領域32およびn型ドレイン領域の導電型と反対導電型のp型不純物領域30が設けられていることを特徴とする。
【0067】
このように、本実施の形態3のTFTでは、ゲート電極5下のp型不純物領域30とチャネル領域31との接合面付近で、キャリアは再結合によって消滅するので、相対的にキャリアは抜け出しやすくなる。TFTがオンからオフになり、チャネル領域31を流れる電流が十分オフになって、チャネル領域31とソース領域32またはドレイン領域33との接合面付近に高電界が発生する頃には、チャネル領域31にキャリアがほとんど存在しない状態になっているので、例え高電界が発生しても、そこを通過するキャリアはほとんど無いため、ホットキャリアはほとんど生成されない。したがって、チャネル領域31を構成するポリシリコン層3は、ホットキャリアによるダメージをほとんど受けないから、TFTは長時間駆動しても特性の変化が起こりにくい。この結果、高信頼性を有するTFTを提供することができる。
【0068】
《TFTの製造方法》
以下、本実施の形態3のTFTの製造方法について図3を参照して説明する。
まず、絶縁性基板1の上に下地絶縁膜2を形成する。
【0069】
次に、絶縁膜2の一部の上に、ポリシリコン層3を形成するために、アモルファスシリコン層を堆積させる。その後、ELA照射により上記アモルファスシリコン層をポリシリコン層3に変える。その後、ポリシリコン層3を島状に加工し、その上にゲート絶縁膜4を形成し、続いてゲート電極5を形成する。
【0070】
次に、ゲート電極5の一部とゲート絶縁膜4の一部の上に、後でp型の不純物を打ち込んでp型不純物領域30を形成する領域の上にレジスト膜36を塗布して形成し、ゲート電極5およびレジスト膜36をマスクにしてn型の不純物ドープを行い、チャネル領域31の両側にソース領域32およびドレイン領域33を形成する。
【0071】
次に、レジスト膜36を除去した後、p型の不純物を打ち込んでp型不純物領域30を形成する領域を除いてレジスト膜(図示省略)を塗布して形成し、該レジスト膜をマスクにしてp型不純物を打ち込んでp型不純物領域30を形成し、その後、該レジスト膜を除去する。
【0072】
次に、ゲート絶縁膜4の一部を、ドライエッチングまたはウエットエッチングしてコンタクトホール41、42を形成する。
【0073】
次に、ソース電極6とドレイン電極7を形成する。これ以降の層間絶縁膜の形成や配線の形成等、プロセスは従来と同じ方法により形成して構わない。
【0074】
以上のように、本実施の形態3のTFTの製造方法は、絶縁性基板1上にポリシリコン層3を設ける第1の工程と、ポリシリコン層3の上にゲート絶縁膜4を介してゲート電極5を設ける第2の工程と、チャネル領域31の両側のポリシリコン層3中に、ソース領域32およびドレイン領域33を設ける第3の工程と、ソース領域32側またはドレイン領域33側の少なくとも片側、ここでは両側に、ソース領域32およびドレイン領域33の導電型と反対導電型のp型不純物領域30を設ける第4の工程とを有することを特徴とする。
【0075】
このような構成の本実施の形態3のTFTの製造方法によれば、図3に示した本実施の形態3のTFTを簡易なプロセスを用いて容易に製造することができる。
【0076】
なお、本実施の形態3において、図3に示すように、p型不純物領域30をソース領域32とドレイン領域33にそれぞれ1個設けたが、p型不純物領域30は、ソース領域32側またはドレイン領域33側の少なくとも片側に設ければよい。ただし、p型不純物領域30を1箇所に設ける場合は、TFTの動作条件を考慮し、ドレイン側に設ける方が好ましい。また、例えば、図7に示すように、p型不純物領域30のゲート電極5側の境界Bが、ゲート電極5の下に位置するように設けてもよい。
【0077】
また、図示は省略するが、絶縁性基板1上にマトリクス状に配置した画素および該画素のスイッチング素子と、絶縁性基板1上に一体的に設けた周辺駆動回路とを有する平面表示装置において、スイッチング素子および周辺駆動回路を、本実施の形態1〜3のTFTを用いて構成すれば、該TFTを画素スイッチング素子として用いるだけでなく、周辺駆動回路を画素スイッチング素子と同一基板上に一体的に形成することが可能であり、低コストで高性能な平面表示装置を提供することができる。
【0078】
以上本発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【0079】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、TFTのチャネル層を構成する半導体層がホットキャリアによるダメージを受けるのを抑制することができ、長時間駆動しても特性の変化が起こりにくい高信頼性を有するTFT、およびその製造方法、並びに平面表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1のTFTの構造を示す概略断面図である。
【図2】本発明の実施の形態2のTFTの構造を示す概略断面図である。
【図3】本発明の実施の形態3のTFTの構造を示す概略断面図および平面図である。
【図4】本発明の原理を説明するための概略断面図である。
【図5】本発明の原理を説明するための概略平面図および断面図である。
【図6】本発明の原理を説明するための概略平面図である。
【図7】本発明の実施の形態3のTFTの別の構造を示す概略平面図である。
【符号の説明】
1…絶縁性基板
2…下地絶縁膜
3…ポリシリコン層
4…ゲート絶縁膜
5…ゲート電極
6…ソース電極
7…ドレイン電極
8…電子
21…絶縁膜
30…p型不純物領域
31…チャネル領域
32…ソース領域
33…ドレイン領域
34…第1のポリシリコン層
35…第2のポリシリコン層
36…レジスト膜
41、42…コンタクトホール
、T…ポリシリコン層の厚さ
B…ポリシリコン層の厚さが厚くなる境界
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film transistor, a method for manufacturing the same, and a flat display device including the thin film transistor.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document] JP-A-5-47788
A flat display device using a light-emitting diode, a liquid crystal, or the like can reduce the thickness of a display portion, and is increasingly required for use in display devices such as office equipment and computers, or special display devices.
[0003]
In particular, a thin film transistor (hereinafter, referred to as a TFT (Thin Film Transistor)) using an amorphous silicon layer or a polysilicon layer (polycrystalline silicon layer) which is amorphous is used as a switching element of the pixel in a matrix with the pixel. 2. Description of the Related Art Flat display devices which are arranged and connected to a display element to perform display have high display quality and low power consumption.
[0004]
Among them, a TFT using a polysilicon layer has a mobility about 100 to 1000 times higher than a TFT using an amorphous silicon layer. The switching element and the switching element can be integrally formed on the same substrate, whereby a low-cost and high-performance flat display device can be realized.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The TFT has a problem in that a high electric field is generated at the end of the drain region during circuit operation, and hot carriers generated at the end of the drain region damage the polysilicon layer, thereby deteriorating the characteristics of the TFT.
[0006]
As a conventional technique for suppressing the problem of TFT characteristic deterioration caused by hot carriers generated at the end of the drain region and ensuring the reliability of the TFT, a TFT having an LDD (Lightly Doped Drain) structure is typical. In addition, TFTs having a GOLD (Gate Overlapped Drain) structure and the like have been proposed from the viewpoint of relaxing the electric field at the drain end.
[0007]
In view of the above technical problems, the present invention provides a TFT and a method for manufacturing the same, which can suppress the problem of deterioration of the characteristics of the TFT due to hot carriers generated at the end of the drain region. It is an object to provide a flat panel display device which is also used as a part of a driving circuit.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Conventionally, it has been considered that hot carriers are generated in a region of the polysilicon layer where a channel is formed, that is, in the gate electrode side of the polysilicon layer, that is, near the interface with the gate insulating film. Therefore, measures to suppress the generation of hot carriers at the end of the drain region have been proposed.
[0009]
However, the present inventors have examined the inside of the TFT during high-speed operation in consideration of a signal that is actually input to a circuit, and found that hot carriers are present in a portion other than the gate electrode side in the polysilicon layer. It was also confirmed that this occurred on the opposite side of the polysilicon layer from the gate electrode. Until now, no suppression plan has been proposed that specifically considers the generation of hot carriers on the side of the polysilicon layer opposite to the gate electrode. In other words, in the existing hot carrier suppression technology, the weight that is generated on the gate electrode side in the polysilicon layer is emphasized, so that the hot carrier generated on the side opposite to the gate electrode in the polysilicon layer is not much. Probably not.
[0010]
FIG. 4A shows the ON state of the TFT (gate voltage V g > Threshold voltage V th FIG. 4B is a schematic sectional view showing the TFT in the off state (V g It is an outline sectional view showing a situation in the middle of changing to <0).
[0011]
3 is a semiconductor layer, for example, a polysilicon layer, 4 is a gate insulating film, 5 is a gate electrode, 31 is a channel region, 32 is a source region, 33 is a drain region, and 8 is an electron.
[0012]
When the TFT is turned off from on, hot carriers are generated on the side opposite to the gate electrode 5 in the polysilicon layer 3, as shown in FIG. This is because it takes time for 8 to pass through to the source region 32 or the drain region 33 as indicated by the arrow. That is, in FIG. 4B, the electrons 8 at the end of the channel region 31 immediately escape to the lateral source region 32 or the drain region 33, but most of the electrons 8 near the center of the channel region 31 Move to the lower side (the side opposite to the gate electrode 5).
[0013]
FIG. 4C is a schematic cross-sectional view showing the ON state of the TFT when the crystallinity of the channel region 31 is good, and FIG. 4D is a schematic cross-sectional view showing the OFF state of the TFT.
[0014]
Originally, if the crystallinity of the channel region 31 is improved, the electrons 8 in the channel region 31 will be generated before the high electric field region is generated in the source region 32 or the drain region 33 as shown by an arrow in FIG. Since it is quickly removed in a short time, no hot carriers are generated and such a problem does not occur. However, since there is a trap in the polysilicon layer 3 due to a crystal grain boundary, crystal distortion, or the like, a hot carrier generation phenomenon is inevitable.
[0015]
Therefore, a method other than improving the crystallinity is required, in which carriers in the channel region 31 easily escape to the source region 32 or the drain region 33.
[0016]
One means in the present invention for solving the above problem is to increase the junction area between the channel region 31 and the source region 32 or the drain region 33 so that carriers can easily escape to the source region 32 or the drain region 33. is there.
[0017]
However, as shown in FIG. 5B, simply increasing the junction area also increases the area of the channel region 31, which also increases the number of carriers. This is not the case (FIG. 5A shows a conventional structure).
[0018]
Therefore, the present inventors have considered increasing the thickness of the polysilicon layer 3 on at least one side of the source region 32 or the drain region 33 as shown in FIG. 5D. In this case, it is necessary that the boundary where the thickness of the polysilicon layer 3 becomes thicker be located below the gate electrode 5 in order to obtain an effect (FIG. 5C shows a conventional structure).
[0019]
According to this configuration, although the area of the channel region 31 does not increase, the junction area between the channel region 31 and the source region 32 or the drain region 33 increases, so that carriers can relatively easily escape.
[0020]
As another means in the present invention for solving the above-mentioned problem, as shown in FIG. 6B, the present inventors, as shown in FIG. It was considered that an impurity region 30 having a conductivity type opposite to the conductivity type of the source region 32 and the drain region 33 was provided in the layer 3 (FIG. 6A shows a conventional structure).
[0021]
For example, in the case of an n-channel TFT, a p-type impurity region 30 is provided in a part of the polysilicon layer 3 on the n-type source region 32 side or the n-type drain region 33 side.
[0022]
According to this configuration, the carriers disappear by recombination near the junction surface between the p-type impurity region 30 and the channel region 31 below the gate electrode 5, so that the carriers can relatively easily escape.
[0023]
According to the above two means according to the present invention, when the gate voltage is sufficiently turned off and a high electric field is generated near the junction surface between the channel region 31 and the source region 32 or the drain region 33, the channel voltage increases. Since almost no carriers are present in the region 31, even if a high electric field is generated, almost no carriers pass therethrough, so that almost no hot carriers are generated.
[0024]
Therefore, since the polysilicon layer 3 constituting the channel region 31 is hardly damaged by hot carriers, the TFT according to the present invention having such a structure hardly changes in characteristics even when driven for a long time. Thus, according to the present invention, a TFT having high reliability can be provided.
[0025]
That is, in order to solve the above problems, the present invention employs a configuration as described in the claims.
[0026]
That is, the thin film transistor according to claim 1 includes a semiconductor layer provided on an insulating substrate, a gate electrode provided on the semiconductor layer via a gate insulating film, and a semiconductor layer provided under the gate electrode. In a thin film transistor having a channel region provided and a source region and a drain region provided in the semiconductor layer on both sides of the channel region, the thickness of the semiconductor layer on at least one side of the source region or the drain region is reduced. The thickness of the semiconductor layer below the central portion of the gate electrode is greater than the thickness of the semiconductor layer, and the boundary where the thickness of the semiconductor layer increases is located below the gate electrode.
[0027]
Further, the thin film transistor according to claim 2 includes a semiconductor layer provided on an insulating substrate, a gate electrode provided on the semiconductor layer via a gate insulating film, and a semiconductor layer provided under the gate electrode. In the thin film transistor having a channel region provided and a source region and a drain region provided in the semiconductor layer on both sides of the channel region, the semiconductor layer on at least one side of the source region side or the drain region side includes: An impurity region having a conductivity type opposite to the conductivity type of the source region and the drain region is provided.
[0028]
Further, the method for manufacturing a thin film transistor according to claim 3 includes a first step of providing a semiconductor layer on an insulating substrate;
A second step of providing a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film, and a third step of providing a source region and a drain region in the semiconductor layer on both sides of the channel region, In the first step, the semiconductor layer has a thickness on at least one side on the source region side or the drain region side which is greater than a thickness of the semiconductor layer below a central portion of the gate electrode, and The boundary where the thickness is increased is provided so as to be located below the gate electrode.
[0029]
Further, in the method of manufacturing a thin film transistor according to claim 4, in the method of manufacturing a thin film transistor according to claim 3, the first step includes a step of providing a first semiconductor layer; Providing a mask layer having an opening; etching the first semiconductor layer in the opening by a thickness smaller than the total thickness of the first semiconductor layer; A step of oxidizing the layer to provide an insulating film; and a step of providing a second semiconductor layer over the first semiconductor layer and the insulating film.
[0030]
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a thin film transistor according to the third aspect, the first step includes a step of providing an insulating film on the insulating substrate; The method is characterized by comprising a step of etching the insulating film on at least one side on the drain region side by a thickness smaller than the entire thickness of the insulating film, and a step of providing the semiconductor layer on the insulating film.
[0031]
The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 6 includes a first step of providing a semiconductor layer on an insulating substrate, and a second step of providing a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film. A third step of providing a source region and a drain region in the semiconductor layer on both sides of the channel region; and providing at least one of the source region side and the drain region side with a conductivity type opposite to that of the source region and the drain region. And a fourth step of providing a conductive type impurity region.
[0032]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a flat panel display device comprising: pixels arranged in a matrix on the insulating substrate; switching elements of the pixels; and a peripheral driving circuit integrally provided on the insulating substrate. In a display device, the switching element and the peripheral driving circuit are configured using the thin film transistor according to claim 1 or 2.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings described below, components having the same function are denoted by the same reference numerals, and a repeated description thereof will be omitted.
[0034]
Embodiment 1
《TFT structure》
FIG. 1 is a schematic sectional view of the TFT according to the first embodiment of the present invention.
[0035]
1 is an insulating substrate, 2 is a base insulating film, 21 is an insulating film, 3 is a polysilicon layer, 34 is a first polysilicon layer, 35 is a second polysilicon layer, 31 is a channel region, and 32 is a source region. , 33 are drain regions, 4 is a gate insulating film, 41 and 42 are contact holes, 5 is a gate electrode, 6 is a source electrode, 7 is a drain electrode, 8 is an electron, T 1 , T 2 Is a thickness of the polysilicon layer 3 and B is a boundary where the thickness of the polysilicon layer 3 is increased.
[0036]
The TFT according to the first embodiment includes a polysilicon layer 3 which is a semiconductor layer provided on an insulating substrate 1, a gate electrode 5 provided on the polysilicon layer 3 via a gate insulating film 4, 5, a TFT having a channel region 31 provided in the semiconductor layer 3 below the semiconductor region 3 and a source region 32 and a drain region 33 provided in the polysilicon layer 3 on both sides of the channel region 31. 33, the thickness T of the polysilicon layer 3 on at least one side, here both sides. 1 Is the thickness T of the polysilicon layer 3 below the central portion of the gate electrode 5. 2 The boundary B, which is thicker than that of the polysilicon layer 3 and is thicker, is located below the gate electrode 5.
[0037]
As described above, in the TFT of the first embodiment, the thickness T of the polysilicon layer 3 on the source region 32 side or the drain region 33 side. 1 Is the thickness T of the polysilicon layer 3 below the central portion of the gate electrode 5. 2 The boundary B, which is thicker than the polysilicon layer 3 and has a larger thickness, is formed under the gate electrode 5, and the junction area between the channel region 31 and the source region 32 or the drain region 33 increases. The carrier is easy to escape. When the TFT is turned off from on and the current flowing through the channel region 31 is sufficiently turned off and a high electric field is generated near the junction between the channel region 31 and the source region 32 or the drain region 33, the channel region 31 Since almost no carriers are present, even if a high electric field is generated, almost no carriers pass therethrough, and thus almost no hot carriers are generated. Therefore, since the polysilicon layer 3 forming the channel region 31 is hardly damaged by hot carriers, the characteristics of the TFT hardly change even when the TFT is driven for a long time. As a result, a highly reliable TFT can be provided.
[0038]
《TFT manufacturing method》
Hereinafter, a method of manufacturing the TFT according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
First, for example, SiO 2 is placed on an insulating substrate 1 such as a glass substrate. 2 Is formed.
[0039]
Next, on the base insulating film 2, a first amorphous silicon film (not shown; see the first polysilicon layer 34) is formed in an island shape to form the first polysilicon layer 34.
[0040]
Next, a material that does not react with the underlying silicon layer or has an oxygen blocking effect, for example, Si 3 N 4 Forming a mask layer made of a nitride film, etc., etching a portion of the amorphous silicon film that is not covered by the mask layer, for example, a half thickness, and then oxidizing the etched portion of the amorphous silicon film, SiO 2 The insulating film 21 made of is formed. After that, the mask layer is removed. At this time, it is preferable that the heights of the surfaces of the amorphous silicon film and the insulating film 21 are substantially equal. This can be achieved by optimizing process conditions such as the thickness of the amorphous silicon film to be etched and the oxidation time of the amorphous silicon film to be oxidized. For example, at least one surface of the amorphous silicon film and the insulating film 21 Can be mechanically polished to be planarized.
[0041]
Next, a second amorphous silicon layer is formed on the amorphous silicon thin film 3 and the insulating film 21 to form a second polysilicon layer 35 (not shown; see the second polysilicon layer 35). ). After that, the first amorphous silicon film and the second amorphous silicon film are changed into a first polysilicon layer 34 and a second polysilicon layer 35 by ELA (excimer laser annealing) irradiation. After that, the polysilicon layer 3 including the first polysilicon layer 34 and the second polysilicon layer 35 is processed into an island shape.
[0042]
Next, a gate insulating film 4 is formed thereon, and then a gate electrode 5 is formed. At this time, both ends of the gate electrode 5 in the gate width direction need to protrude outside the gate insulating film 4.
[0043]
Next, impurity doping is performed through the gate insulating film 4 using the gate electrode 5 as a mask to form a source region 32 and a drain region 33 on both sides of the channel region 31.
[0044]
Next, part of the gate insulating film 4 is dry-etched or wet-etched to form contact holes 41 and 42.
[0045]
Next, a source electrode 6 and a drain electrode 7 are formed. Subsequent processes, such as formation of an interlayer insulating film and formation of wiring, may be performed by the same method as in the related art.
[0046]
As described above, the TFT manufacturing method according to the first embodiment includes the first step of providing the polysilicon layer 3 on the insulating substrate 1 and the step of forming the gate on the polysilicon layer 3 with the gate insulating film 4 interposed therebetween. A second step of providing an electrode 5; and a third step of providing a source region 32 and a drain region 33 in the polysilicon layer 3 on both sides of the channel region 31. In the first step, the polysilicon The layer 3 has a thickness of at least one side on the source region 32 side or the drain region 33 side, here the thickness T on both sides. 1 Is the thickness T of the polysilicon layer 3 below the central portion of the gate electrode 5. 2 The boundary B, which is thicker and thicker, is provided so as to be located below the gate electrode 5.
[0047]
The first step is a step of providing the first amorphous silicon layer as a first semiconductor layer, and a step of providing a mask layer (not shown) having an opening on the first amorphous silicon layer. Etching the first amorphous silicon layer in the opening by a thickness smaller than the total thickness of the first amorphous silicon layer; and oxidizing the first amorphous silicon layer in the etched portion. It is characterized by comprising a step of providing an insulating film 21 and a step of providing the second amorphous silicon layer on the first amorphous silicon layer and the insulating film 21.
[0048]
According to the method of manufacturing the TFT of the first embodiment having such a configuration, the TFT of the first embodiment shown in FIG. 1 can be easily manufactured using a simple process.
[0049]
Embodiment 2
《TFT structure》
FIG. 2 is a schematic sectional view of a TFT according to the second embodiment of the present invention.
[0050]
1 is an insulating substrate, 2 is a base insulating film, 3 is a polysilicon layer, 31 is a channel region, 32 is a source region, 33 is a drain region, 4 is a gate insulating film, 41 and 42 are contact holes, 5 is a gate electrode. , 6 is a source electrode, 7 is a drain electrode, and 8 is an electron.
[0051]
The TFT according to the second embodiment includes a polysilicon layer 3 which is a semiconductor layer provided on an insulating substrate 1, a gate electrode 5 provided on the polysilicon layer 3 via a gate insulating film 4, 5, a TFT having a channel region 31 provided in the semiconductor layer 3 below the semiconductor region 3 and a source region 32 and a drain region 33 provided in the polysilicon layer 3 on both sides of the channel region 31. 33, the thickness T of the polysilicon layer 3 on at least one side, here both sides. 1 Is the thickness T of the polysilicon layer 3 below the central portion of the gate electrode 5. 2 The boundary B, which is thicker than that of the polysilicon layer 3 and is thicker, is located below the gate electrode 5.
[0052]
As described above, in the TFT according to the second embodiment, the thickness T of the polysilicon layer 3 on the source region 32 side or the drain region 33 side. 1 Is the thickness T of the polysilicon layer 3 below the central portion of the gate electrode 5. 2 The boundary B, which is thicker than the polysilicon layer 3 and has a larger thickness, is formed under the gate electrode 5, and the junction area between the channel region 31 and the source region 32 or the drain region 33 increases. The carrier is easy to escape. When the TFT is turned off from on and the current flowing through the channel region 31 is sufficiently turned off and a high electric field is generated near the junction between the channel region 31 and the source region 32 or the drain region 33, the channel region 31 Since almost no carriers are present, even if a high electric field is generated, almost no carriers pass therethrough, and thus almost no hot carriers are generated. Therefore, since the polysilicon layer 3 forming the channel region 31 is hardly damaged by hot carriers, the characteristics of the TFT hardly change even when the TFT is driven for a long time. As a result, a highly reliable TFT can be provided.
[0053]
《TFT manufacturing method》
Hereinafter, a method of manufacturing the TFT according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
First, a base insulating film 2 is formed on an insulating substrate 1.
[0054]
Next, a part of the base insulating film 2 (a part corresponding to a part where the polysilicon layer 3 is formed thick) is removed by etching.
[0055]
Next, an amorphous silicon layer is deposited on the portion removed by the previous etching to form the polysilicon layer 3. Here, when the surface flatness of the amorphous silicon layer is not good, the surface is flattened using, for example, a method such as mechanical polishing.
[0056]
Next, the amorphous silicon layer is changed to the polysilicon layer 3 by ELA irradiation.
[0057]
Next, a gate insulating film 6 is deposited on the polysilicon layer 3, and subsequently, a gate electrode 5 is formed. At this time, both ends of the gate electrode 5 in the gate width direction need to protrude from both ends of the protruding portion of the insulating layer 2.
[0058]
Next, impurity doping is performed using the gate electrode 5 as a mask to form a source region 32 and a drain region 33 on both sides of the channel region 31.
[0059]
Next, part of the gate insulating film 4 is dry-etched or wet-etched to form contact holes 41 and 42.
[0060]
Next, a source electrode 6 and a drain electrode 7 are formed. Subsequent processes, such as formation of an interlayer insulating film and formation of wiring, may be performed by the same method as in the related art.
[0061]
As described above, the manufacturing method of the TFT according to the second embodiment includes the first step of providing the polysilicon layer 3 on the insulating substrate 1 and the step of forming the gate on the polysilicon layer 3 with the gate insulating film 4 interposed therebetween. A second step of providing an electrode 5; and a third step of providing a source region 32 and a drain region 33 in the polysilicon layer 3 on both sides of the channel region 31. In the first step, the polysilicon The layer 3 has a thickness of at least one side on the source region 32 side or the drain region 33 side, here the thickness T on both sides. 1 Is the thickness T of the polysilicon layer 3 below the central portion of the gate electrode 5. 2 The boundary B, which is thicker and thicker, is provided so as to be located below the gate electrode 5.
[0062]
Further, the first step includes a step of providing the insulating film 2 on the insulating substrate 1 and a step of forming at least one side, here both sides of the insulating film 2 on the source region 32 side or the drain region 33 side. It is characterized by comprising a step of etching by a thickness smaller than the entire thickness and a step of providing a polysilicon layer 3 on the insulating film 2.
[0063]
According to the method of manufacturing the TFT of the second embodiment having such a configuration, the TFT of the second embodiment shown in FIG. 2 can be easily manufactured by using a simple process.
[0064]
Embodiment 3
《TFT structure》
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of the TFT according to the third embodiment of the present invention (cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3D), and FIG. FIG. 3D is a schematic cross-sectional view (cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3D), FIG. 3C is a schematic plan view in the middle of the manufacturing process of the TFT of the first embodiment, and FIG. FIG. 3 is a schematic plan view of a TFT.
[0065]
1 is an insulating substrate, 2 is a base insulating film, 3 is a polysilicon layer, 31 is a channel region, 32 is a source region, 33 is a drain region, 4 is a gate insulating film, 41 and 42 are contact holes, 5 is a gate electrode. , 6 are source electrodes, 7 is a drain electrode, 8 is electrons, and 10 is a p-type impurity region.
[0066]
The TFT according to the third embodiment includes a polysilicon layer 3 provided on an insulating substrate 1, a gate electrode 5 provided on the polysilicon layer 3 via a gate insulating film 4, and a gate electrode 5 on both sides of a channel region 31. In the TFT having the source region 32 and the drain region 33 provided in the polysilicon layer 3, at least one side of the source region 32 side or the drain region 33 side, here, the n-type source region 32 And a p-type impurity region 30 of a conductivity type opposite to the conductivity type of the n-type drain region is provided.
[0067]
As described above, in the TFT according to the third embodiment, the carriers disappear by recombination near the junction surface between the p-type impurity region 30 and the channel region 31 under the gate electrode 5, so that the carriers are relatively easy to escape. Become. When the TFT is turned off from on and the current flowing through the channel region 31 is sufficiently turned off and a high electric field is generated near the junction between the channel region 31 and the source region 32 or the drain region 33, the channel region 31 Since almost no carriers are present, even if a high electric field is generated, almost no carriers pass therethrough, and thus almost no hot carriers are generated. Therefore, since the polysilicon layer 3 forming the channel region 31 is hardly damaged by hot carriers, the characteristics of the TFT hardly change even when the TFT is driven for a long time. As a result, a highly reliable TFT can be provided.
[0068]
《TFT manufacturing method》
Hereinafter, a method of manufacturing the TFT according to the third embodiment will be described with reference to FIG.
First, a base insulating film 2 is formed on an insulating substrate 1.
[0069]
Next, an amorphous silicon layer is deposited on a part of the insulating film 2 to form the polysilicon layer 3. After that, the amorphous silicon layer is changed to a polysilicon layer 3 by ELA irradiation. After that, the polysilicon layer 3 is processed into an island shape, a gate insulating film 4 is formed thereon, and then a gate electrode 5 is formed.
[0070]
Next, a p-type impurity is implanted later on a part of the gate electrode 5 and a part of the gate insulating film 4 to form a resist film 36 on a region where the p-type impurity region 30 is to be formed. Then, using the gate electrode 5 and the resist film 36 as a mask, n-type impurity doping is performed to form a source region 32 and a drain region 33 on both sides of the channel region 31.
[0071]
Next, after removing the resist film 36, a p-type impurity is implanted, and a resist film (not shown) is applied except for a region where the p-type impurity region 30 is to be formed, and the resist film is used as a mask. A p-type impurity is implanted to form a p-type impurity region 30, and then the resist film is removed.
[0072]
Next, part of the gate insulating film 4 is dry-etched or wet-etched to form contact holes 41 and 42.
[0073]
Next, a source electrode 6 and a drain electrode 7 are formed. Subsequent processes, such as formation of an interlayer insulating film and formation of wiring, may be performed by the same method as in the related art.
[0074]
As described above, the TFT manufacturing method according to the third embodiment includes the first step of providing the polysilicon layer 3 on the insulating substrate 1 and the step of forming the gate on the polysilicon layer 3 with the gate insulating film 4 interposed therebetween. A second step of providing the electrode 5, a third step of providing the source region 32 and the drain region 33 in the polysilicon layer 3 on both sides of the channel region 31, and at least one side of the source region 32 or the drain region 33 side The fourth step is to provide a p-type impurity region 30 having a conductivity type opposite to that of the source region 32 and the drain region 33 on both sides.
[0075]
According to the TFT manufacturing method of the third embodiment having such a configuration, the TFT of the third embodiment shown in FIG. 3 can be easily manufactured by using a simple process.
[0076]
In the third embodiment, one p-type impurity region 30 is provided in each of the source region 32 and the drain region 33 as shown in FIG. It may be provided on at least one side of the region 33 side. However, when the p-type impurity region 30 is provided at one position, it is preferable to provide the p-type impurity region 30 on the drain side in consideration of the operating conditions of the TFT. Further, for example, as shown in FIG. 7, a boundary B of the p-type impurity 2 May be provided below the gate electrode 5.
[0077]
Although not shown, in a flat display device having pixels arranged in a matrix on the insulating substrate 1, switching elements of the pixels, and a peripheral driving circuit integrally provided on the insulating substrate 1, When the switching element and the peripheral driving circuit are configured using the TFTs of Embodiments 1 to 3, not only the TFT is used as the pixel switching element, but also the peripheral driving circuit is integrated on the same substrate as the pixel switching element. Thus, a low-cost, high-performance flat display device can be provided.
[0078]
Although the present invention has been specifically described based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0079]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the semiconductor layer forming the channel layer of the TFT from being damaged by hot carriers, and it is possible to obtain a highly reliable semiconductor device in which characteristics do not easily change even when driven for a long time. TFT having properties, a manufacturing method thereof, and a flat display device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a structure of a TFT according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a structure of a TFT according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view and a plan view illustrating a structure of a TFT according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic sectional view for explaining the principle of the present invention.
FIG. 5 is a schematic plan view and a sectional view for explaining the principle of the present invention.
FIG. 6 is a schematic plan view for explaining the principle of the present invention.
FIG. 7 is a schematic plan view showing another structure of the TFT according to the third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 .... insulating substrate
2. Base insulating film
3 ... Polysilicon layer
4: Gate insulating film
5 ... Gate electrode
6 ... Source electrode
7 ... Drain electrode
8 ... Electronics
21 ... Insulating film
30 ... p-type impurity region
31 ... Channel area
32: Source area
33 ... Drain region
34 first polysilicon layer
35 ... second polysilicon layer
36 ... Resist film
41, 42 ... contact hole
T 1 , T 2 … Polysilicon layer thickness
B: boundary where the thickness of the polysilicon layer becomes thicker

Claims (7)

絶縁性基板上に設けた半導体層と、
上記半導体層の上にゲート絶縁膜を介して設けたゲート電極と、
上記ゲート電極の下の上記半導体層中に設けたチャネル領域と、
上記チャネル領域の両側の上記半導体層中に設けたソース領域およびドレイン領域とを有する薄膜トランジスタにおいて、
上記ソース領域側または上記ドレイン領域側の少なくとも片側の上記半導体層の厚さが、上記ゲート電極の中央部の下の上記半導体層の厚さよりも厚くなっており、
上記半導体層の厚さが厚くなる境界は、上記ゲート電極の下に位置することを特徴とする薄膜トランジスタ。
A semiconductor layer provided on an insulating substrate,
A gate electrode provided on the semiconductor layer via a gate insulating film;
A channel region provided in the semiconductor layer below the gate electrode;
In a thin film transistor having a source region and a drain region provided in the semiconductor layer on both sides of the channel region,
The thickness of the semiconductor layer on at least one side of the source region side or the drain region side is thicker than the thickness of the semiconductor layer below a central portion of the gate electrode,
A thin film transistor, wherein the boundary where the thickness of the semiconductor layer is increased is located below the gate electrode.
絶縁性基板上に設けた半導体層と、
上記半導体層の上にゲート絶縁膜を介して設けたゲート電極と、
上記ゲート電極の下の上記半導体層中に設けたチャネル領域と、
上記チャネル領域の両側の上記半導体層中に設けたソース領域およびドレイン領域とを有する薄膜トランジスタにおいて、
上記ソース領域側または上記ドレイン領域側の少なくとも片側の上記半導体層中に、上記ソース領域および上記ドレイン領域の導電型と反対導電型の不純物領域が設けられていることを特徴とする薄膜トランジスタ。
A semiconductor layer provided on an insulating substrate,
A gate electrode provided on the semiconductor layer via a gate insulating film;
A channel region provided in the semiconductor layer below the gate electrode;
In a thin film transistor having a source region and a drain region provided in the semiconductor layer on both sides of the channel region,
A thin film transistor, wherein an impurity region of a conductivity type opposite to a conductivity type of the source region and the drain region is provided in at least one of the semiconductor layers on the source region side or the drain region side.
絶縁性基板上に半導体層を設ける第1の工程と、
上記半導体層の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を設ける第2の工程と、チャネル領域の両側の上記半導体層中に、ソース領域およびドレイン領域を設ける第3の工程とを有し、
上記第1の工程において、上記半導体層は、
上記ソース領域側または上記ドレイン領域側の少なくとも片側の厚さが、上記ゲート電極の中央部の下の上記半導体層の厚さより厚く、かつ、該厚さが厚くなる境界は、上記ゲート電極の下に位置するように設けることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A first step of providing a semiconductor layer on an insulating substrate;
A second step of providing a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film, and a third step of providing a source region and a drain region in the semiconductor layer on both sides of the channel region;
In the first step, the semiconductor layer includes:
The thickness of at least one side of the source region side or the drain region side is larger than the thickness of the semiconductor layer below the center of the gate electrode, and the boundary where the thickness becomes thicker is below the gate electrode. A method for manufacturing a thin film transistor.
上記第1の工程は、
第1の半導体層を設ける工程と、
上記第1の半導体層上に、開口を有するマスク層を設ける工程と、
上記開口部の上記第1の半導体層を、該第1の半導体層の全厚さより薄い厚さだけエッチングする工程と、
上記エッチングした部分の第1の半導体層を酸化して絶縁膜を設ける工程と、上記第1の半導体層および上記絶縁膜上に、第2の半導体層を設ける工程から構成されることを特徴とする請求項3記載の薄膜トランジスタの製造方法。
The first step includes:
Providing a first semiconductor layer;
Providing a mask layer having an opening on the first semiconductor layer;
Etching the first semiconductor layer in the opening by a thickness smaller than the total thickness of the first semiconductor layer;
A step of oxidizing the etched portion of the first semiconductor layer to provide an insulating film; and a step of providing a second semiconductor layer on the first semiconductor layer and the insulating film. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 3.
上記第1の工程は、
上記絶縁性基板上に絶縁膜を設ける工程と、
上記ソース領域側または上記ドレイン領域側の少なくとも片側の上記絶縁膜を、該絶縁膜の全厚さより薄い厚さだけエッチングする工程と、
上記絶縁膜上に、上記半導体層を設ける工程から構成されることを特徴とする請求項3記載の薄膜トランジスタの製造方法。
The first step includes:
Providing an insulating film on the insulating substrate;
Etching the insulating film on at least one side of the source region side or the drain region side by a thickness smaller than the total thickness of the insulating film;
4. The method according to claim 3, further comprising the step of providing the semiconductor layer on the insulating film.
絶縁性基板上に半導体層を設ける第1の工程と、
上記半導体層の上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を設ける第2の工程と、チャネル領域の両側の上記半導体層中に、ソース領域およびドレイン領域を設ける第3の工程と、
上記ソース領域側または上記ドレイン領域側の少なくとも片側に、上記ソース領域および前記ドレイン領域の導電型と反対導電型の不純物領域を設ける第4の工程とを有することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A first step of providing a semiconductor layer on an insulating substrate;
A second step of providing a gate electrode on the semiconductor layer via a gate insulating film, and a third step of providing a source region and a drain region in the semiconductor layer on both sides of the channel region;
A fourth step of providing an impurity region of a conductivity type opposite to that of the source region and the drain region on at least one of the source region side and the drain region side.
上記絶縁性基板上にマトリクス状に配置した画素および該画素のスイッチング素子と、上記絶縁性基板上に一体的に設けた周辺駆動回路とを有する平面表示装置において、
上記スイッチング素子、上記周辺駆動回路の少なくとも一方を、請求項1または2記載の薄膜トランジスタを用いて構成したことを特徴とする平面表示装置。
In a flat display device having pixels arranged in a matrix on the insulating substrate and switching elements of the pixels, and a peripheral driving circuit integrally provided on the insulating substrate,
A flat display device, wherein at least one of the switching element and the peripheral drive circuit is configured using the thin film transistor according to claim 1.
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CN103943685A (en) * 2014-05-04 2014-07-23 苏州大学 Thin film transistor

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