JP2005072144A - 薄膜半導体装置及びその製造方法、電気光学装置、並びに電子機器 - Google Patents

薄膜半導体装置及びその製造方法、電気光学装置、並びに電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】 チャネル領域の周縁部における電界集中を緩和することにより、オフリーク電流を低減することができ、その結果、電圧に対する耐性を向上させることができ、デバイスとしての信頼性を向上させることができる薄膜半導体装置及びその製造方法、電気光学装置、並びに電子機器を提供する。
【解決手段】 本発明のダブルゲートTFTは、ガラス基板1上に、下部ゲート電極2、下部ゲート絶縁膜3、チャネル領域4a、ソース領域4b及びドレイン領域4cを有する半導体薄膜4、上部ゲート絶縁膜5、上部ゲート電極6が積層され、上部ゲート絶縁膜5は、第1絶縁層5a及び第2絶縁層5bにより構成され、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する部分には開口部11が形成された構成である。
【選択図】 図1

Description

本発明は、薄膜半導体装置及びその製造方法、電気光学装置、並びに電子機器に係り、特に、薄膜半導体装置のオン電流やオフリーク電流を制御することが可能な技術に関するものである。
液晶装置、エレクトロルミネッセンス(EL)装置、プラズマディスプレイ等の電気光学装置として、マトリクス状に配置された多数のドットを、ドット毎に駆動するために、各ドットに薄膜半導体装置であるTFTを設けたアクティブマトリクス型の電気光学装置が知られている。
また、かかる用途に用いられるTFTとして、透明基板上に、下絶縁膜、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を有する半導体薄膜、上絶縁膜が順次積層され、前記チャネル領域に、下絶縁膜を介して下ゲート電極が対向配置されるとともに、上絶縁膜を介して上ゲート電極が対向配置された構造のダブルゲートTFTが知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。
このダブルゲートTFTでは、透明基板上に、下絶縁膜、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を有する半導体薄膜、上絶縁膜を順次積層し、この上絶縁膜上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜を下絶縁膜をマスクとして透明基板の裏面側から露光することによりパターニングし、その後、レジスト膜の露光・除去された部分に上ゲート電極を形成する方法が採られている。
このダブルゲートTFTでは、下ゲート電極と上ゲート電極とを同じ大きさとすることにより、ゲートとソース・ドレインとの間の寄生容量を低減している。
特開昭58−115850号公報 特開昭63−246874号公報 特開平08−241997号公報
ところで、上述したダブルゲートTFTでは、上絶縁膜の厚みが均一であることから、チャネル領域では、周縁部であるドレイン領域に近い領域すなわちソース・ドレイン端近傍の電界強度に起因するオフリーク電流が大きいという問題点があった。
このようにオフリーク電流が大きい場合、消費電力が大きくなり、電圧に対する耐性が低下し、信頼性が低下する虞がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、チャネル領域の周縁部すなわちソース・ドレイン端近傍における電界強度を緩和することにより、オフリーク電流を低減することができ、その結果、消費電力を低減でき、電圧に対する耐性を向上させることができ、デバイスとしての信頼性を向上させることができる薄膜半導体装置及びその製造方法、電気光学装置、並びに電子機器を提供することを目的とする。
本発明者等は、鋭意研究した結果、半導体薄膜の上層に形成された絶縁膜を、半導体薄膜のチャネル領域の中央部分に対応する部分を薄く、同チャネル領域の周縁部に対応する部分を厚くすれば、チャネル領域の周縁部すなわちソース・ドレイン端近傍における電界強度を緩和することができ、したがって、オフリーク電流を低減することができ、その結果、消費電力の低減、電圧に対する耐性及び信頼性を向上させることができることを見出し、本発明に到達するに至った。
すなわち、本発明の薄膜半導体装置は、第1の絶縁膜、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を有する半導体薄膜、第2の絶縁膜が順次積層され、前記チャネル領域に、前記第1の絶縁膜を介して第1のゲート電極が対向配置されるとともに、前記第2の絶縁膜を介して第2のゲート電極が対向配置される薄膜半導体装置において、前記第2の絶縁膜は、前記チャネル領域の中央部に対応する部分の厚みが、前記チャネル領域の前記ソース・ドレイン領域近傍に対応する部分の厚みより薄いことを特徴とする。
この薄膜半導体装置においては、前記第2の絶縁膜を、前記チャネル領域の中央部に対応する部分の厚みが前記ソース・ドレイン端近傍に対応する部分の厚みより薄くなるようにしたことにより、第1及び第2のゲート電極により前記チャネル領域に電圧を印加した場合、前記ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和されるので、オフリーク電流を低減することができる。また、ゲート電圧に対する耐性あるいはドレイン電圧に対する耐性等の耐圧性が向上し信頼性を向上させることができる。
この薄膜半導体装置においては、前記第2の絶縁膜を、前記半導体薄膜上に形成される第1の絶縁層と、該第1の絶縁層上に形成される第2の絶縁層とを備えた構成とし、前記第1の絶縁層の前記チャネル領域に対応する位置に、前記第1のゲート電極と同じ大きさの開口部を形成することとすれば、前記ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流を低減することができると共に、チャネル領域のオン電流を増大させることができる。
この薄膜半導体装置においては、前記第2の絶縁膜を、前記半導体薄膜上に形成される第1の絶縁層と、該第1の絶縁層上に形成される第2の絶縁層とを備えた構成とし、前記第1の絶縁層の前記チャネル領域に対応する位置に、前記第1のゲート電極より狭い開口部を形成することとすれば、前記ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流を大きく低減することができると共に、チャネル領域のオン電流を増大させることができる。
この薄膜半導体装置においては、前記第2の絶縁膜を、前記半導体薄膜上に形成される第1の絶縁層と、該第1の絶縁層上に形成される第2の絶縁層とを備えた構成とし、前記第1の絶縁層の前記チャネル領域に対応する位置に、前記第1のゲート電極より広い開口部を形成することとすれば、前記ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流を低減することができると共に、チャネル領域のオン電流を大きく増大させることができる。
本発明の薄膜半導体装置の製造方法は、第1の絶縁膜、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を有する半導体薄膜、第2の絶縁膜が順次積層され、前記チャネル領域に、前記第1の絶縁膜を介して第1のゲート電極が対向配置されるとともに、前記第2の絶縁膜を介して第2のゲート電極が対向配置される薄膜半導体装置の製造方法であって、透光性基板上に、遮光性を有する第1のゲート電極を形成する工程と、前記第1のゲート電極を含む前記透光性基板上に、第1の絶縁膜、半導体薄膜、第2の絶縁膜を順次積層する工程と、前記第2の絶縁膜上にネガ型のフォトレジストを塗布する工程と、前記透光性基板の裏面側から前記第1のゲート電極をマスクとして前記フォトレジストを露光し、所定形状にパターニングする工程と、このパターニングされたフォトレジストをマスクとして前記第2の絶縁膜を選択除去し、該第2の絶縁膜の前記半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分の厚みを、この部分以外の厚みより薄くする工程と、このパターニングされた第2の絶縁膜をマスクとして、前記半導体薄膜に不純物を注入する工程と、を有することを特徴とする。
この薄膜半導体装置の製造方法では、第2の絶縁膜上にネガ型のフォトレジストを塗布し、次いで、透光性基板の裏面側から前記第1のゲート電極をマスクとして前記フォトレジストを露光し、所定形状にパターニングし、次いで、このパターニングされたフォトレジストをマスクとして前記第2の絶縁膜を選択除去し、該第2の絶縁膜の前記半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分の厚みを、この部分以外の厚みより薄くする。
この場合、前記フォトレジストの露光条件、例えば、光強度と露光時間を変えれば、前記フォトレジストの硬化領域が変化し、このフォトレジストのパターニング部分の大きさも変化する。
例えば、光強度及び露光時間が適切であった場合、前記フォトレジストは前記第1のゲート電極に対応する領域を除いて露光されることとなるので、前記フォトレジストの非硬化領域は第1のゲート電極と同じ大きさとなる。したがって、このフォトレジストをマスクとした場合、前記第2の絶縁膜の選択除去される領域は前記第1のゲート電極と同じ大きさとなる。
また、光強度、露光時間の少なくとも一方を大きくした場合、露光過多となるためにマスクの裏側に回り込む光量が増加し、前記フォトレジストの非硬化領域は第1のゲート電極より狭くなる。よって、マスクの開口部となるフォトレジストの非硬化領域は第1のゲート電極より狭くなる。したがって、このフォトレジストをマスクとした場合、前記第2の絶縁膜の選択除去される領域は前記第1のゲート電極より狭いものとなる。
また、光強度、露光時間の少なくとも一方を小さくした場合、露光不足となるためにマスクの裏側の周辺部分の光量が減少し、前記フォトレジストの非硬化領域は第1のゲート電極より広くなる。よって、マスクの開口部となるフォトレジストの非硬化領域は第1のゲート電極より広くなる。したがって、このフォトレジストをマスクとした場合、前記第2の絶縁膜の選択除去される領域は前記第1のゲート電極より広いものとなる。
以上により、前記第2の絶縁膜を選択除去することにより、半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分の厚みが、前記チャネル領域の前記ソース・ドレイン領域近傍に対応する部分の厚みより薄い第2の絶縁膜を有する薄膜半導体装置を作製することができる。
この厚みの薄い部分の平面上の大きさは、前記フォトレジストの露光条件を変えることにより調整することができる。
したがって、オフリーク電流を低減することができ、さらに、耐圧性及び信頼性が向上した薄膜半導体装置を容易に作製することができる。
本発明の他の薄膜半導体装置の製造方法は、第1の絶縁膜、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を有する半導体薄膜、第1及び第2の絶縁層からなる第2の絶縁膜が順次積層され、前記チャネル領域に、前記第1の絶縁膜を介して第1のゲート電極が対向配置されるとともに、前記第2の絶縁膜を介して第2のゲート電極が対向配置される薄膜半導体装置の製造方法であって、透光性基板上に、遮光性を有する第1のゲート電極を形成する工程と、前記第1のゲート電極を含む前記透光性基板上に、第1の絶縁膜、半導体薄膜、第1の絶縁層を順次積層する工程と、前記第1の絶縁層上にネガ型のフォトレジストを塗布する工程と、前記透光性基板の裏面側から前記第1のゲート電極をマスクとして前記フォトレジストを露光し、所定形状にパターニングする工程と、このパターニングされたフォトレジストをマスクとして前記第1の絶縁層を選択除去し、該第1の絶縁層の前記半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分を開口部とする工程と、この第1の絶縁層及び前記半導体薄膜上に第2の絶縁層を形成する工程と、これら第1及び第2の絶縁層をマスクとして、前記半導体薄膜に不純物を注入する工程と、を有することを特徴とする。
この薄膜半導体装置の製造方法では、第1の絶縁層上にネガ型のフォトレジストを塗布し、次いで、透光性基板の裏面側から前記第1のゲート電極をマスクとして前記フォトレジストを露光し、所定形状にパターニングし、次いで、このパターニングされたフォトレジストをマスクとして前記第1の絶縁層を選択除去し、該第1の絶縁層の前記半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分を開口部とし、この第1の絶縁層及び前記半導体薄膜上に第2の絶縁層を形成する。
この場合、前記フォトレジストの露光条件、例えば、光強度と露光時間を変えれば、前記フォトレジストの硬化領域が変化し、このフォトレジストのパターニング部分の大きさも変化する。
例えば、光強度及び露光時間が適切であった場合、前記フォトレジストは前記第1のゲート電極に対応する領域を除いて露光されることとなるので、前記フォトレジストの非硬化領域は第1のゲート電極と同じ大きさとなる。したがって、このフォトレジストをマスクとした場合、前記第1の絶縁層の開口部は前記第1のゲート電極と同じ大きさとなる。
また、光強度、露光時間の少なくとも一方を大きくした場合、露光過多となるためにマスクの裏側に回り込む光量が増加し、前記フォトレジストの非硬化領域は第1のゲート電極より狭くなる。よって、マスクの開口部となるフォトレジストの非硬化領域は第1のゲート電極より狭くなる。したがって、このフォトレジストをマスクとした場合、前記第1の絶縁層の開口部は前記第1のゲート電極より狭いものとなる。
また、光強度、露光時間の少なくとも一方を小さくした場合、露光不足となるためにマスクの周辺部分の光量が減少し、前記フォトレジストの非硬化領域は第1のゲート電極より広くなる。よって、マスクの開口部となるフォトレジストの非硬化領域は第1のゲート電極より広くなる。したがって、このフォトレジストをマスクとした場合、前記第1の絶縁層の開口部は前記第1のゲート電極より広いものとなる。
以上により、半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分の厚みが、前記ソース・ドレイン端近傍に対応する部分の厚みより薄い第1及び第2の絶縁層からなる第2の絶縁膜を有する薄膜半導体装置を作製することができる。
この第1の絶縁層の開口部の大きさは、前記フォトレジストの露光条件を変えることにより調整することができる。
したがって、ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流を低減することができると共に、チャネル領域のオン電流を大きく増大させることができる薄膜半導体装置を容易に作製することができる。
本発明の更に他の薄膜半導体装置の製造方法は、第1の絶縁膜、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を有する半導体薄膜、第1及び第2の絶縁層からなる第2の絶縁膜が順次積層され、前記チャネル領域に、前記第1の絶縁膜を介して第1のゲート電極が対向配置されるとともに、前記第2の絶縁膜を介して第2のゲート電極が対向配置される薄膜半導体装置の製造方法であって、透光性基板上に、遮光性を有する第1のゲート電極を形成する工程と、前記第1のゲート電極を含む前記透光性基板上に、第1の絶縁膜、半導体薄膜を順次積層する工程と、前記半導体薄膜上にポジ型のフォトレジストを塗布する工程と、前記透光性基板の裏面側から前記第1のゲート電極をマスクとして前記フォトレジストを露光し、所定形状にパターニングする工程と、このパターニングされたフォトレジスト及び前記半導体薄膜を含む前記第1の絶縁膜上に第1の絶縁層を形成する工程と、リフトオフ法により前記パターニングされたフォトレジストと該フォトレジスト上の前記第1の絶縁層を除去し、該第1の絶縁層の前記半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分を開口部とする工程と、残部の第1の絶縁層を含む前記半導体薄膜上に第2の絶縁層を形成する工程と、これら第1及び第2の絶縁層をマスクとして、前記半導体薄膜に不純物を注入する工程と、を有することを特徴とする。
この薄膜半導体装置の製造方法では、半導体薄膜上にポジ型のフォトレジストを塗布し、次いで、透光性基板の裏面側から前記第1のゲート電極をマスクとして前記フォトレジストを露光し、所定形状にパターニングし、次いで、このパターニングされたフォトレジスト及び前記半導体薄膜を含む前記第1の絶縁膜上に第1の絶縁層を形成し、次いで、リフトオフ法により前記パターニングされたフォトレジストと該フォトレジスト上の前記第1の絶縁層を除去し、該第1の絶縁層の前記半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分を開口部とし、残部の第1の絶縁層を含む前記半導体薄膜上に第2の絶縁層を形成し、次いで、残部の第1の絶縁層を含む前記半導体薄膜上に第2の絶縁層を形成する。
この場合、前記フォトレジストの露光条件、例えば、光強度と露光時間を変えれば、前記フォトレジストの硬化領域が変化し、このフォトレジストのパターニング部分の大きさも変化する。
例えば、光強度及び露光時間が適切であった場合、前記フォトレジストは前記第1のゲート電極に対応する領域を除いて露光されることとなるので、前記フォトレジストの硬化領域は第1のゲート電極と同じ大きさとなる。したがって、リフトオフ法により該フォトレジストと該フォトレジスト上の前記第1の絶縁層を除去した場合、前記第1の絶縁層の開口部は前記第1のゲート電極と同じ大きさとなる。
また、光強度、露光時間の少なくとも一方を大きくした場合、露光過多となるためにマスクの裏側に回り込む光量が増加し、前記フォトレジストの硬化領域は第1のゲート電極より狭くなる。したがって、リフトオフ法により該フォトレジストと該フォトレジスト上の前記第1の絶縁層を除去した場合、前記第1の絶縁層の開口部は前記第1のゲート電極より狭いものとなる。
また、光強度、露光時間の少なくとも一方を小さくした場合、露光不足となるためにマスクの周辺部分の光量が減少し、前記フォトレジストの硬化領域は第1のゲート電極より広くなる。したがって、リフトオフ法により該フォトレジストと該フォトレジスト上の前記第1の絶縁層を除去した場合、前記第1の絶縁層の開口部は前記第1のゲート電極より広いものとなる。
以上により、半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分の厚みが、前記ソース・ドレイン端近傍に対応する部分の厚みより薄い第1及び第2の絶縁層からなる第2の絶縁膜を有する薄膜半導体装置を作製することができる。
この第1の絶縁層の開口部の大きさは、前記フォトレジストの露光条件を変えることにより調整することができる。
したがって、ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流を低減することができると共に、チャネル領域のオン電流を大きく増大させることができる薄膜半導体装置を容易に作製することができる。
本発明の電気光学装置は、本発明の薄膜半導体装置を備えたことを特徴とする。
本発明の電気光学装置では、本発明の薄膜半導体装置を備えたことにより、薄膜半導体装置の電圧に対する耐性及びデバイスとしての信頼性が向上することとなり、したがって、耐圧性及び信頼性が向上した電気光学装置を提供することができる。さらに、本発明のようにオフリーク電流の小さい薄膜半導体装置を備えたことにより、消費電力の低い電気光学装置を提供することができる。
本発明の電子機器は、本発明の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
本発明の電子機器では、本発明の電気光学装置を備えたことにより、電気光学装置の耐圧性及び信頼性が向上することとなり、したがって、耐圧性及び信頼性が向上した電子機器を提供することができる。さらに、消費電力の低い電気光学装置を提供することができる。
本発明に係る各実施例について詳細に説明する。なお、各実施例においては、図面を参照しながら説明するが、各図において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
なお、係る各実施例は、本発明の実施態様を示すものであり、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
図1は、本発明の実施例1のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFT(Thin-Film Transistor)(薄膜半導体装置)を示す断面図である。
このダブルゲートTFTは、透光性を有するガラス基板(透光性基板)1上に、アルミニウム、タンタル、モリブデン、チタン、クロム、あるいはこれらの金属を成分とする合金等の遮光性を有する所定パターンの導電膜からなる下部ゲート電極(第1のゲート電極)2、酸化珪素、窒化珪素等からなる下部ゲート絶縁膜(第1の絶縁膜)3、チャネル領域4a、ソース領域4b及びドレイン領域4cを有し多結晶シリコンからなる島状の半導体薄膜4、酸化珪素、窒化珪素等からなる上部ゲート絶縁膜(第2の絶縁膜)5、アルミニウム、タンタル、モリブデン、チタン、クロム、あるいはこれらの金属を成分とする合金等の遮光性を有する所定パターンの導電膜からなる上部ゲート電極(第2のゲート電極)6、酸化珪素、窒化珪素等からなる層間絶縁膜7が積層されている。
このチャネル領域4aには、下部ゲート絶縁膜3を介して下部ゲート電極2が対向配置されるとともに、上部ゲート絶縁膜5を介して上部ゲート電極6が対向配置されている。
上部ゲート絶縁膜5は、第1絶縁層5a及び第2絶縁層5bの2層構造からなるもので、第1絶縁層5aには、チャネル領域4aの中央部に対応する部分に開口部11が形成され、これによって、上部ゲート絶縁膜5のチャネル領域4aの中央部に対応する部分の厚みが、このチャネル領域4aの周辺部(ソース・ドレイン端近傍)に対応する部分、すなわちソース領域4b及びドレイン領域4cの近傍に対応する部分の厚みより薄くなるようになっている。
これら上部ゲート絶縁膜5及び層間絶縁膜7には、ソース領域4bに達するコンタクトホール12及びドレイン領域4cに達するコンタクトホール13がそれぞれ形成され、これらのコンタクトホール12、13にはアルミニウム、タンタル、モリブデン、チタン、クロム、あるいはこれらの金属を成分とする合金等の導電性材料が充填されてソース電極14、ドレイン電極15とされている。
このダブルゲートTFTでは、上部ゲート絶縁膜5のチャネル領域4aの中央部付近の厚みが、ソース領域4b及びドレイン領域4cの近傍の厚みより薄くなっていることにより、下部ゲート電極2及び上部ゲート電極6によりチャネル領域4aに電圧を印加した場合に、電界は上部ゲート電極6から上部ゲート絶縁膜5のうち厚みの薄い部分を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中し、下部ゲート電極2から下部ゲート絶縁膜3を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中する。これにより、チャネル領域4aの周辺部分すなわちソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和される。
以上説明したように、このダブルゲートTFTによれば、前記ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和されるので、オフリーク電流を低減することができ、さらに、耐圧性及び信頼性を向上させることができる。
また、チャネル領域4aの下方に下部ゲート電極2を、上方に上部ゲート電極6を、それぞれ対向配置したので、チャネルの構造を上下それぞれにチャネルを有するダブルチャネル構造とすることができ、したがって、単位面積当たりの電流密度を高くすることができ、オン電流を増大させることができる。
図2は、本発明の実施例2のnチャネル型のダブルゲートTFT(Thin-Film Transistor)(薄膜半導体装置)を示す断面図である。
このダブルゲートTFTが、実施例1のダブルゲートTFTと異なる点は、実施例1のダブルゲートTFTでは、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に単に開口部11を形成しただけであるのに対し、本実施例2のダブルゲートTFTでは、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部21を形成した点であり、それ以外の構成要素については実施例1のダブルゲートTFTと全く同様である。
このダブルゲートTFTでは、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部21を形成したので、下部ゲート電極2及び上部ゲート電極6によりチャネル領域4aに電圧を印加した場合に、電界は上部ゲート電極6から第1絶縁層5aの開口部21を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中し、下部ゲート電極2から下部ゲート絶縁膜3を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中する。
これにより、チャネル領域4aの周辺部分であるソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和される。
また、チャネル領域4aの下方に下部ゲート電極2を、上方に上部ゲート電極6を、それぞれ対向配置したことにより、チャネルの構造が半導体薄膜の上下面それぞれにチャネルを有するダブルチャネル構造となる。これにより、オン電流が大きく増大する。
次に、このダブルゲートTFTの製造方法について、図3及び図4に基づき説明する。
まず、図3(a)に示すように、透光性基板として、表面を超音波洗浄等により清浄化したガラス基板1を用意し、このガラス基板1全面に、スパッタリング法等によりアルミニウム、タンタル、モリブデン、チタン、クロム等の金属、またはこれらの金属のいずれかを主成分とする合金等からなる遮光性を有する10〜500nmの厚みの導電膜31を成膜し、その後、この導電膜31をフォトリソグラフィー法によりパターニングし、所定形状にパターニングされた遮光性を有する下部ゲート電極2とする。該下部ゲート電極2のパターンエッジになだらかな傾斜を持たせてテーパー形状にすると、その後の工程で、薄膜を形成する時に、前記下部ゲート電極上の薄膜の被覆性が向上する。
次いで、この下部ゲート電極2を含むガラス基板1上に、プラズマCVD法等により、基板温度が100〜600℃となる条件下で、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(Si)等からなる10〜50nmの厚みの下部ゲート絶縁膜3を成膜する。
この成膜工程に用いられる原料としては、モノシラン(SiH)と一酸化二窒素(NO)との混合ガス、ジシラン(Si)とアンモニア(NH)との混合ガス、テトラエトキシシラン(TEOS:Si(OC)と酸素(O)との混合ガス等が好適である。
次いで、図3(b)に示すように、下部ゲート絶縁膜3上に、プラズマCVD法等により、基板温度が100〜600℃となる条件下で、非晶質シリコン(a−Si)からなる10〜100nmの厚みの非晶質半導体薄膜32を成膜する。
この成膜工程に用いられる原料としては、モノシラン(SiH)、ジシラン(Si)等が好適である。
次いで、この非晶質半導体薄膜32にレーザ光を照射する等して加熱することにより多結晶化し、多結晶シリコンからなる多結晶半導体薄膜33とする。その他にも、400〜700℃程度でアニールすることにより非晶質半導体薄膜32を多結晶化する固相成長法を用いてもよい。
次いで、フォトリソグラフィ法により多結晶半導体薄膜33をパターニングし、島状の半導体薄膜4とする。
次いで、図3(c)に示すように、この半導体薄膜4を含む下部ゲート絶縁膜3上に、プラズマCVD法等により、基板温度が100〜600℃となる条件下で、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(Si)等からなる5〜200nmの厚みの第1絶縁層5aを成膜する。
この成膜工程に用いられる原料は、下部ゲート絶縁膜3と全く同様である。
次いで、この第1絶縁層5a上に、ネガ型のフォトレジスト34を塗布し、下部ゲート電極2をマスクとしてガラス基板1の裏面側(下部ゲート電極2と反対側)から光Lを照射し、フォトレジスト34を露光する。
ここでは、このフォトレジスト34に下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部35を形成するために、光Lの露光条件、すなわち光Lの光強度及び露光時間を適切に制御する必要がある。光Lの露光条件が、露光過多、露光不足のいずれでもなく、適切な露光が行われた場合、フォトレジスト34は下部ゲート電極2に対応する領域のみを除いて露光されることとなるので、フォトレジスト34の非硬化領域は下部ゲート電極2と同じ大きさとなる。
次いで、図3(d)に示すように、このフォトレジスト34を現像する。この現像過程では、以上の理由により、このフォトレジスト34に下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部35が形成されることとなる。
次いで、図3(e)に示すように、このフォトレジスト34をマスクとして第1絶縁層5aにドライエッチング等の異方性エッチングを施し、この第1絶縁層5aにフォトレジスト34の開口部35と平面視同一形状の開口部21を形成する。この異方性エッチングの際、半導体薄膜4のチャネル領域4aを僅かにエッチングし、このチャネル領域4aを薄くしてもよい。この場合、界面の清浄化、薄膜化により、TFTの特性向上を図ることができる。
次いで、図4(f)に示すように、フォトレジスト34を剥離することにより、第1絶縁層5aの所定位置に下部ゲート電極2と平面視同一形状の開口部21を形成することができる。
次いで、図4(g)に示すように、この開口部21が形成された第1絶縁層5a及び半導体薄膜4上に、プラズマCVD法等により、基板温度が100〜600℃となる条件下で、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(Si)等からなる5〜200nmの厚みの第2絶縁層5bを成膜する。これにより、半導体薄膜4上に、第1絶縁層5aと第2絶縁層5bとからなる上部ゲート絶縁膜5が形成される。
この成膜工程に用いられる原料は、下部ゲート絶縁膜3及び第1絶縁層5aと全く同様である。
次いで、図4(h)に示すように、第2絶縁層5b全面に、スパッタリング法等によりアルミニウム、タンタル、モリブデン、チタン、クロム等の金属、またはこれらの金属のいずれかを主成分とする合金等からなる10〜500nmの厚みの導電膜36を成膜し、その後、この導電膜36をフォトリソグラフィー法によりパターニングし、所定形状にパターニングされた上部ゲート電極6とする。
次いで、上部ゲート電極6をマスクとして、半導体薄膜4に上方より約1×1014〜 1×1018cm−2のドーズ量で不純物イオン(リン(P)イオンまたはボロン(B)イオン)37を注入する。
この不純物イオン37注入により、図4(i)に示すように、半導体薄膜4のうち上部ゲート電極6に覆われていない部分は上部ゲート電極6に対して自己整合的にソース領域4b及びドレイン領域4cが形成され、上部ゲート電極6に覆われている部分は不純物イオン37注入が成されないのでチャネル領域4aとなる。
次いで、上部ゲート電極6を含む第2絶縁層5b上に、プラズマCVD法等により、基板温度が100〜600℃となる条件下で、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(Si)等からなる100〜1000nmの厚みの層間絶縁膜7を成膜する。この成膜工程に用いられる原料は、下部ゲート絶縁膜3、第1絶縁層5a及び第2絶縁層5bと全く同様である。
次いで、レーザあるいは電気炉を用いて熱処理(アニール)し、半導体薄膜4のソース領域4b及びドレイン領域4cに注入された不純物イオン(PイオンまたはBイオン)の活性化を行う。
次いで、層間絶縁膜7上に所定形状のフォトレジスト(図示略)を形成し、このフォトレジストをマスクとして上部ゲート絶縁膜5及び層間絶縁膜7にドライエッチングを施し、これら上部ゲート絶縁膜5及び層間絶縁膜7に、ソース領域4bに達するコンタクトホール12及びドレイン領域4cに達するコンタクトホール13をそれぞれ形成する。
次いで、層間絶縁膜7全面に、スパッタリング法等により、アルミニウム、タンタル、モリブデン、チタン、クロム等の金属、あるいはこれらの金属のうち少なくとも1種を含む合金等からなる導電膜38を成膜し、その後、この導電膜38をフォトリソグラフィ法によりパターニングし、ソース電極14及びドレイン電極15とする。
以上により、nチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTを作製することができる。
以上説明した様に、このダブルゲートTFTによれば、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部21を形成したので、下部ゲート電極2及び上部ゲート電極6によりチャネル領域4aに電圧を印加した場合に、電界は上部ゲート電極6から第1絶縁層5aの開口部21を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中し、下部ゲート電極2から下部ゲート絶縁膜3を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中することとなり、ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和される。したがって、オフリーク電流を低減することができ、さらに、耐圧性及び信頼性を向上させることができる。
また、チャネル領域4aの下方に下部ゲート電極2を、上方に上部ゲート電極6を、それぞれ対向配置したので、チャネルの構造を上下それぞれにチャネルを有するダブルチャネル構造とすることができる。したがって、オン電流を増大させることができる。
また、このダブルゲートTFTの製造方法によれば、第1絶縁層5a上に、ネガ型のフォトレジスト34を塗布し、下部ゲート電極2をマスクとしてガラス基板1の裏面側から光Lを照射し、フォトレジスト34を露光・現像して下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部35を形成し、このフォトレジスト34をマスクとして第1絶縁層5aに開口部35と平面視同一形状の開口部21を形成するので、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部21を形成することができ、ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流を低減するとともに、オン電流を増大させることができ、さらに、耐圧性及び信頼性を向上させることができるダブルゲートTFTを、容易にかつ低コストで作製することができる。
図5及び図6は、本発明の実施例3のnチャネル型のダブルゲートTFTの製造方法を示す過程図であり、この製造方法により上述した実施例2のnチャネル型のダブルゲートTFTが得られる。
このダブルゲートTFTの製造方法について、図5及び図6に基づき説明する。
まず、図5(a)に示すように、実施例2のダブルゲートTFTの製造方法と全く同様にして、ガラス基板1上に、所定形状にパターニングされた遮光性を有する10〜500nmの厚みの下部ゲート電極2、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(Si)等からなる10〜50nmの厚みの下部ゲート絶縁膜3を順次成膜し、次いで、図5(b)に示すように、この下部ゲート絶縁膜3上に、島状の半導体薄膜4を成膜する。
次いで、図5(c)に示すように、この半導体薄膜4を含む下部ゲート絶縁膜3上に、ポジ型のフォトレジスト41を塗布し、下部ゲート電極2をマスクとしてガラス基板1の裏面側(下部ゲート電極2と反対側)から光Lを照射し、フォトレジスト41を露光する。
次いで、図5(d)に示すように、このフォトレジスト41を現像し、このフォトレジスト41に所定形状のパターニングを施す。これにより、フォトレジスト41は、下部ゲート電極2と同じ大きさの島状のフォトレジスト42を除いて除去される。
次いで、図5(e)に示すように、この島状のフォトレジスト42及び半導体薄膜4を含む下部ゲート絶縁膜3上に、プラズマCVD法等により、基板温度が100〜600℃となる条件下で、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(Si)等からなる20〜1000nmの厚みの第1絶縁層5aを成膜する。
この成膜工程に用いられる原料は、下部ゲート絶縁膜3と全く同様である。
この結果、島状のフォトレジスト42上と、この島状のフォトレジスト42上を除く半導体薄膜4及び下部ゲート絶縁膜3上に、それぞれ第1絶縁層5aが成膜されることとなる。
次いで、図6(f)に示すように、リフトオフ法により、島状のフォトレジスト42と該島状のフォトレジスト42上の第1絶縁層5aを除去する。
これにより、半導体薄膜4及び下部ゲート絶縁膜3上に、島状のフォトレジスト42と平面視同一形状の開口部21を有する第1絶縁層5aが形成されることとなる。
以下、実施例2のダブルゲートTFTの製造方法と全く同様にして、nチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTを作製することができる。
すなわち、この開口部21が形成された第1絶縁層5a及び半導体薄膜4上に第2絶縁層5bを成膜し(図6(g))、次いで、この第2絶縁層5b上に上部ゲート電極6を形成し、この上部ゲート電極6をマスクとして、半導体薄膜4に上方より不純物イオン37を注入する(図6(h))。
これにより、図6(i)に示すように、半導体薄膜4のうち上部ゲート電極6に覆われていない部分は上部ゲート電極6に対して自己整合的にソース領域4b及びドレイン領域4cが形成され、上部ゲート電極6に覆われている部分は不純物イオン37注入が成されないのでチャネル領域4aとなる。
次いで、上部ゲート電極6を含む第2絶縁層5b上に層間絶縁膜7を成膜し、次いで、ソース領域4b及びドレイン領域4cに注入された不純物イオンの活性化を行い、上部ゲート絶縁膜5及び層間絶縁膜7にコンタクトホール12、13を形成し、これらコンタクトホール12、13にアルミニウム、タンタル、モリブデン、チタン、クロム等の金属、あるいはこれらの金属を含む合金等を充填し、ソース電極14及びドレイン電極15とする。
以上説明した様に、このダブルゲートTFTの製造方法によれば、半導体薄膜4を含む下部ゲート絶縁膜3上にポジ型のフォトレジスト41を塗布し、このフォトレジスト41に下部ゲート電極2をマスクとしてガラス基板1の裏面側から光Lを照射し、フォトレジスト41に下部ゲート電極2と同じ形状の島状のフォトレジスト42を形成し、この島状のフォトレジスト42及び半導体薄膜4を含む下部ゲート絶縁膜3上に第1絶縁層5aを成膜するので、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部21を形成することができ、ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流を低減するとともにオン電流を増大させることができ、さらに、耐圧性及び信頼性を向上させることができるダブルゲートTFTを、容易にかつ低コストで作製することができる。
図7は、本発明の実施例4のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFT(Thin-Film Transistor)(薄膜半導体装置)を示す断面図である。
このダブルゲートTFTが、実施例2のダブルゲートTFTと異なる点は、実施例2のダブルゲートTFTでは、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部21を形成したのに対し、本実施例4のダブルゲートTFTでは、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2より幅が狭い開口部51を形成した点であり、それ以外の構成要素については実施例2のダブルゲートTFTと全く同様である。
このダブルゲートTFTでは、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2より幅が狭い開口部51を形成したことにより、下部ゲート電極2及び上部ゲート電極6によりチャネル領域4aに電圧を印加した場合に、電界は上部ゲート電極6から第1絶縁層5aの開口部51を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中し、下部ゲート電極2から下部ゲート絶縁膜3を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中する。
これにより、ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流が大きく低減され、さらに、耐圧性及び信頼性がさらに向上する。
また、チャネル領域4aの下方に下部ゲート電極2を、上方に上部ゲート電極6を、それぞれ対向配置したことにより、チャネルの構造が上下それぞれにチャネルを有するダブルチャネル構造となり、オン電流が増大する。
次に、このダブルゲートTFTの製造方法について、図8に基づき説明する。
この製造方法においては、第1絶縁層5a上に、ネガ型のフォトレジスト34を塗布するまでは、上記実施例2と全く同様である。
その後、図8(a)に示すように、下部ゲート電極2をマスクとしてガラス基板1の裏面側から光Lを照射し、フォトレジスト34を露光する。
この光Lの露光条件は、上記実施例2では、露光過多や露光不足にならない適切な露光条件を選択したのに対し、本実施例では、光強度、露光時間の少なくとも一方を大きくする「露光過多」を選択する。露光過多の場合、マスクとなる下部ゲート電極2の裏側に回り込む光Lの光量が増加し、このフォトレジスト34の非硬化領域34aは下部ゲート電極2の幅より狭くなる。よって、マスクの開口部となるフォトレジスト34の非硬化領域34aは下部ゲート電極2の幅より狭くなる。
したがって、図8(b)に示すように、露光過多のフォトレジスト34を現像することにより、このフォトレジスト34の非硬化領域34aが除去されるので、下部ゲート電極2より幅の狭い開口部52が形成されることとなる。
次いで、図8(c)に示すように、この開口部52が形成されたフォトレジスト34をマスクとして第1絶縁層5aにドライエッチング等の異方性エッチングを施し、この第1絶縁層5aにフォトレジスト34の開口部52と平面視同一形状の開口部51を形成する。
このフォトレジスト34を剥離すれば、第1絶縁層5aの所定位置に下部ゲート電極2より幅の狭い開口部51を形成することができる。
このフォトレジスト34の剥離工程以降は、上記実施例2と全く同様であるから、説明を省略する。
以上により、実施例4のnチャネル型のダブルゲートTFTを作製することができる。
以上説明した様に、このダブルゲートTFTによれば、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2より幅が狭い開口部51を形成したので、下部ゲート電極2及び上部ゲート電極6によりチャネル領域4aに電圧を印加した場合に、電界は上部ゲート電極6から第1絶縁層5aの開口部51を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中し、下部ゲート電極2から下部ゲート絶縁膜3を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中することとなり、チャネル領域4aの周辺部分へ電界が集中することがなくなる。したがって、チャネル領域4aの周辺部への電界集中に起因するオフリーク電流を大きく低減することができ、耐圧性及び信頼性を向上させることができる。
また、チャネル領域4aの下方に下部ゲート電極2を、上方に上部ゲート電極6を、それぞれ対向配置したので、チャネルの構造を上下それぞれにチャネルを有するダブルチャネル構造とすることができ、したがって、チャネル領域4aの中央部へ電流を集中させることでオン電流を増大させることができ、耐圧性及び信頼性を向上させることができる。
また、このダブルゲートTFTの製造方法によれば、ネガ型のフォトレジスト34に下部ゲート電極2をマスクとしてガラス基板1の裏面側から光Lを照射する際の露光条件を「露光過多」としたので、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2より幅の狭い開口部51を形成することができ、ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流をさらに低減することができ、オン電流を増大させることができ、さらに、耐圧性及び信頼性を向上させることができるダブルゲートTFTを、容易にかつ低コストで作製することができる。
図9は、本発明の実施例5のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFT(Thin-Film Transistor)(薄膜半導体装置)を示す断面図である。
このダブルゲートTFTが、実施例2のダブルゲートTFTと異なる点は、実施例2のダブルゲートTFTでは、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部21を形成したのに対し、本実施例5のダブルゲートTFTでは、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2より幅が広い開口部61を形成した点であり、それ以外の構成要素については実施例2のダブルゲートTFTと全く同様である。
このダブルゲートTFTでは、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2より幅が広い開口部61を形成したので、下部ゲート電極2及び上部ゲート電極6によりチャネル領域4aに電圧を印加した場合に、電界は上部ゲート電極6から第1絶縁層5aの開口部61を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中し、下部ゲート電極2から下部ゲート絶縁膜3を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中する。
これにより、ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流が低減され、さらに、耐圧性及び信頼性がさらに向上する。
また、チャネル領域4aの下方に下部ゲート電極2を、上方に上部ゲート電極6を、それぞれ対向配置したことにより、チャネルの構造が上下それぞれにチャネルを有するダブルチャネル構造となり、オン電流が更に増大する。
次に、このダブルゲートTFTの製造方法について、図10に基づき説明する。
この製造方法においては、第1絶縁層5a上に、ネガ型のフォトレジスト34を塗布するまでは、上記実施例2と全く同様である。
その後、図10(a)に示すように、下部ゲート電極2をマスクとしてガラス基板1の裏面側から光Lを照射し、フォトレジスト34を露光する。
この光Lの露光条件は、上記実施例2では、露光過多や露光不足にならない適切な露光条件を選択したのに対し、本実施例では、光強度、露光時間の少なくとも一方を小さくする「露光不足」を選択する。露光不足の場合、マスクとなる下部ゲート電極2の裏側に回り込むことがないのはもちろんのこと、この下部ゲート電極2の周辺部分近傍の光Lの光量も減少し、このフォトレジスト34の非硬化領域34aは下部ゲート電極2の幅より広くなる。よって、マスクの開口部となるフォトレジスト34の非硬化領域34aは下部ゲート電極2の幅より広くなる。
したがって、図10(b)に示すように、露光不足のフォトレジスト34を現像することにより、このフォトレジスト34の非硬化領域34aが除去されるので、下部ゲート電極2より幅の広い開口部62が形成されることとなる。
次いで、図10(c)に示すように、この開口部62が形成されたフォトレジスト34をマスクとして第1絶縁層5aにドライエッチング等の異方性エッチングを施し、この第1絶縁層5aにフォトレジスト34の開口部62と平面視同一形状の開口部61を形成する。
このフォトレジスト34を剥離すれば、第1絶縁層5aの所定位置に下部ゲート電極2より幅の広い開口部61を形成することができる。
このフォトレジスト34の剥離工程以降は、上記実施例2と全く同様であるから、説明を省略する。
以上により、実施例5のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTを作製することができる。
以上説明した様に、このダブルゲートTFTによれば、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2より幅が広い開口部61を形成したので、下部ゲート電極2及び上部ゲート電極6によりチャネル領域4aに電圧を印加した場合に、電界は上部ゲート電極6から第1絶縁層5aの開口部61を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中し、下部ゲート電極2から下部ゲート絶縁膜3を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中することとなり、ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流を低減することができ、さらに、耐圧性及び信頼性を向上させることができる。
また、チャネル領域4aの下方に下部ゲート電極2を、上方に上部ゲート電極6を、それぞれ対向配置したので、チャネルの構造を上下それぞれにチャネルを有するダブルチャネル構造とすることができ、したがって、オン電流を大きく増大させることができ、さらに、耐圧性及び信頼性をさらに向上させることができる。
また、このダブルゲートTFTの製造方法によれば、ネガ型のフォトレジスト34に下部ゲート電極2をマスクとしてガラス基板1の裏面側から光Lを照射する際の露光条件を「露光不足」としたので、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に、下部ゲート電極2より幅の広い開口部61を形成することができ、ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流を低減することができ、オン電流をさらに増大させることができ、耐圧性及び信頼性を向上させることができるダブルゲートTFTを、容易にかつ低コストで作製することができる。
図11は、本発明の実施例6のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFT(Thin-Film Transistor)(薄膜半導体装置)を示す断面図である。
このダブルゲートTFTが、実施例1のダブルゲートTFTと異なる点は、実施例1のダブルゲートTFTでは、上部ゲート絶縁膜5を第1及び第2絶縁層5a、5bの2層構造とし、第1絶縁層5aのチャネル領域4aの中央部に対応する位置に開口部11を形成したのに対し、本実施例6のダブルゲートTFTでは、上部ゲート絶縁膜(第2の絶縁膜)を単層構造とし、この上部ゲート絶縁膜71の厚みを、チャネル領域4aの中央部に対応する中央部分71aの厚みが、このチャネル領域4aのソース領域4b及びドレイン領域4cの近傍に対応する周辺部分71bの厚みより薄くなるようにした点であり、それ以外の構成要素については実施例1のダブルゲートTFTと全く同様である。
このダブルゲートTFTでは、上部ゲート絶縁膜71の厚みを、チャネル領域4aの中央部に対応する中央部分71aの厚みが、このチャネル領域4aのソース領域4b及びドレイン領域4cの近傍に対応する周辺部分71bの厚みより薄くなるようにしたので、下部ゲート電極2及び上部ゲート電極6によりチャネル領域4aに電圧を印加した場合に、電界は上部ゲート電極6から上部ゲート絶縁膜71のうち厚みの薄い中央部分71aを介してチャネル領域4aの中央部付近に集中し、下部ゲート電極2から下部ゲート絶縁膜3を介してチャネル領域4aの中央部付近に集中する。
これにより、ソース・ドレイン端近傍の電界強度が緩和され、オフリーク電流が低減され、さらに、耐圧性及び信頼性が向上する。
また、チャネル領域4aの下方に下部ゲート電極2を、上方に上部ゲート電極6を、それぞれ対向配置したことにより、チャネルの構造が上下それぞれにチャネルを有するダブルチャネル構造となり、オン電流が増大する。
次に、このダブルゲートTFTの製造方法について、図12に基づき説明する。
この製造方法においては、下部ゲート絶縁膜3上に島状の半導体薄膜4を形成するまでは、上記実施例2と全く同様である。
まず、図12(a)に示すように、この半導体薄膜4を含む下部ゲート絶縁膜3上に、プラズマCVD法等により、基板温度が100〜600℃となる条件下で、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(Si)等からなる100〜1000nmの厚みの絶縁膜72を成膜する。
この成膜工程に用いられる原料は、下部ゲート絶縁膜3と全く同様である。
次いで、この絶縁膜72上に、ネガ型のフォトレジスト34を塗布し、下部ゲート電極2をマスクとしてガラス基板1の裏面側から光Lを照射し、フォトレジスト34を露光する。
ここでは、このフォトレジスト34に下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部35を形成するために、上記実施例2と同様、適切な露光が行われる様に、光Lの光強度及び露光時間を適切に制御する必要がある。これにより、フォトレジスト34は下部ゲート電極2に対応する領域のみを除いて露光され、フォトレジスト34の非硬化領域は下部ゲート電極2と同じ大きさとなる。
このフォトレジスト34を現像することにより、このフォトレジスト34に下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部35が形成される。
次いで、図12(b)に示すように、このフォトレジスト34をマスクとして絶縁膜72にドライエッチング等の異方性エッチングを施し、この絶縁膜72にフォトレジスト34の開口部35と平面視同一形状の凹部73を形成する。
次いで、図12(c)に示すように、フォトレジスト34を剥離することにより、この凹部73が形成された絶縁膜72は、チャネル領域4aの中央部に対応する中央部分71aの厚みが、このチャネル領域4aのソース領域4b及びドレイン領域4cの近傍に対応する周辺部分71bの厚みより薄い上部ゲート絶縁膜71となる。
この上部ゲート絶縁膜71上に所定形状の上部ゲート電極6を形成する工程以降は、上記実施例2と全く同様であるから、説明を省略する。
以上により、単層構造の上部ゲート絶縁膜71の厚みを、チャネル領域4aの中央部に対応する部分の厚みが、このチャネル領域4aのソース領域4b及びドレイン領域4cの近傍に対応する部分の厚みより薄くなるようにしたnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTを作製することができる。
以上説明した様に、このダブルゲートTFTによれば、単層構造の上部ゲート絶縁膜71の厚みを、チャネル領域4aの中央部に対応する中央部分71aの厚みが、このチャネル領域4aのソース領域4b及びドレイン領域4cの近傍に対応する周辺部分71bの厚みより薄くなるようにしたので、実施例1のダブルゲートTFTと全く同様の効果を奏することができる。
また、このダブルゲートTFTの製造方法によれば、半導体薄膜4を含む下部ゲート絶縁膜3上に厚みのある絶縁膜72を成膜し、下部ゲート電極2と同じ大きさの開口部35が形成されたフォトレジスト34をマスクとして絶縁膜72にドライエッチング等の異方性エッチングを施し、この絶縁膜72にフォトレジスト34の開口部35と平面視同一形状の凹部73を形成するので、絶縁膜72の成膜が1回の工程で済み、工程が簡単化され、製造コストの低減を図ることができる。
また、本発明は、以上説明した製造条件に限定されるものではなく、それぞれの薄膜を形成する時の基板温度、膜厚等は適宜決められるものである。
[電子機器]
次に、本発明の上記実施例1〜6のダブルゲートTFTを備えた電気光学装置を有する電子機器の具体例について説明する。
図13は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図13において、500は携帯電話本体を示し、501は前記のダブルゲートTFTを備えた液晶装置(電気光学装置)の液晶表示部を示している。
図13に示す電子機器は、上記実施例のダブルゲートTFTを備えた液晶装置を有するものであるので、性能に優れたものとなる。
本発明の実施例1のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTを示す断面図である。 本発明の実施例2のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTを示す断面図である。 本発明の実施例2のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTの製造方法を示す過程図である。 本発明の実施例2のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTの製造方法を示す過程図である。 本発明の実施例3のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTの製造方法を示す過程図である。 本発明の実施例3のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTの製造方法を示す過程図である。 本発明の実施例4のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTを示す断面図である。 本発明の実施例4のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTの製造方法を示す過程図である。 本発明の実施例5のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTを示す断面図である。 本発明の実施例5のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTの製造方法を示す過程図である。 本発明の実施例6のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTを示す断面図である。 本発明の実施例6のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTの製造方法を示す過程図である。 本発明の実施例1〜6のnチャネル型またはpチャネル型のダブルゲートTFTを備えた液晶装置の液晶表示部を有する携帯電話の一例を示す図である。
符号の説明
1 透光性を有するガラス基板(透光性基板)
2 下部ゲート電極(第1のゲート電極)
3 下部ゲート絶縁膜(第1の絶縁膜)
4 半導体薄膜
4a チャネル領域
4b ソース領域
4c ドレイン領域
5 上部ゲート絶縁膜(第2の絶縁膜)
5a 第1絶縁層
5b 第2絶縁層
6 上部ゲート電極(第2のゲート電極)
7 層間絶縁膜
21 開口部
34 ネガ型のフォトレジスト
34a 非硬化領域
35 開口部
37 不純物イオン
41 ポジ型のフォトレジスト
42 島状のフォトレジスト
51 開口部
52 開口部
61 開口部
62 開口部
71 上部ゲート絶縁膜(第2の絶縁膜)
71a 中央部分
71b 周辺部分

Claims (9)

  1. 第1の絶縁膜、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を有する半導体薄膜、第2の絶縁膜が順次積層され、
    前記チャネル領域に、前記第1の絶縁膜を介して第1のゲート電極が対向配置されるとともに、前記第2の絶縁膜を介して第2のゲート電極が対向配置される薄膜半導体装置において、
    前記第2の絶縁膜は、前記チャネル領域の中央部に対応する部分の厚みが、前記チャネル領域の前記ソース・ドレイン領域近傍に対応する部分の厚みより薄いことを特徴とする薄膜半導体装置。
  2. 前記第2の絶縁膜は、前記半導体薄膜上に形成される第1の絶縁層と、該第1の絶縁層上に形成される第2の絶縁層とを備え、
    前記第1の絶縁層の前記チャネル領域に対応する位置には、前記第1のゲート電極と同じ大きさの開口部が形成されていることを特徴とする請求項1記載の薄膜半導体装置。
  3. 前記第2の絶縁膜は、前記半導体薄膜上に形成される第1の絶縁層と、該第1の絶縁層上に形成される第2の絶縁層とを備え、
    前記第1の絶縁層の前記チャネル領域に対応する位置には、前記第1のゲート電極より狭い開口部が形成されていることを特徴とする請求項1記載の薄膜半導体装置。
  4. 前記第2の絶縁膜は、前記半導体薄膜上に形成される第1の絶縁層と、該第1の絶縁層上に形成される第2の絶縁層とを備え、
    前記第1の絶縁層の前記チャネル領域に対応する位置には、前記第1のゲート電極より広い開口部が形成されていることを特徴とする請求項1記載の薄膜半導体装置。
  5. 第1の絶縁膜、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を有する半導体薄膜、第2の絶縁膜が順次積層され、
    前記チャネル領域に、前記第1の絶縁膜を介して第1のゲート電極が対向配置されるとともに、前記第2の絶縁膜を介して第2のゲート電極が対向配置される薄膜半導体装置の製造方法であって、
    透光性基板上に、遮光性を有する第1のゲート電極を形成する工程と、
    前記第1のゲート電極を含む前記透光性基板上に、第1の絶縁膜、半導体薄膜、第2の絶縁膜を順次積層する工程と、
    前記第2の絶縁膜上にネガ型のフォトレジストを塗布する工程と、
    前記透光性基板の裏面側から前記第1のゲート電極をマスクとして前記フォトレジストを露光し、所定形状にパターニングする工程と、
    このパターニングされたフォトレジストをマスクとして前記第2の絶縁膜を選択除去し、該第2の絶縁膜の前記半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分の厚みを、この部分以外の厚みより薄くする工程と、
    このパターニングされた第2の絶縁膜をマスクとして、前記半導体薄膜に不純物を注入する工程と、
    を有することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
  6. 第1の絶縁膜、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を有する半導体薄膜、第1及び第2の絶縁層からなる第2の絶縁膜が順次積層され、
    前記チャネル領域に、前記第1の絶縁膜を介して第1のゲート電極が対向配置されるとともに、前記第2の絶縁膜を介して第2のゲート電極が対向配置される薄膜半導体装置の製造方法であって、
    透光性基板上に、遮光性を有する第1のゲート電極を形成する工程と、
    前記第1のゲート電極を含む前記透光性基板上に、第1の絶縁膜、半導体薄膜、第1の絶縁層を順次積層する工程と、
    前記第1の絶縁層上にネガ型のフォトレジストを塗布する工程と、
    前記透光性基板の裏面側から前記第1のゲート電極をマスクとして前記フォトレジストを露光し、所定形状にパターニングする工程と、
    このパターニングされたフォトレジストをマスクとして前記第1の絶縁層を選択除去し、該第1の絶縁層の前記半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分を開口部とする工程と、
    この第1の絶縁層及び前記半導体薄膜上に第2の絶縁層を形成する工程と、
    これら第1及び第2の絶縁層をマスクとして、前記半導体薄膜に不純物を注入する工程と、
    を有することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
  7. 第1の絶縁膜、チャネル領域及びソース・ドレイン領域を有する半導体薄膜、第1及び第2の絶縁層からなる第2の絶縁膜が順次積層され、
    前記チャネル領域に、前記第1の絶縁膜を介して第1のゲート電極が対向配置されるとともに、前記第2の絶縁膜を介して第2のゲート電極が対向配置される薄膜半導体装置の製造方法であって、
    透光性基板上に、遮光性を有する第1のゲート電極を形成する工程と、
    前記第1のゲート電極を含む前記透光性基板上に、第1の絶縁膜、半導体薄膜を順次積層する工程と、
    前記半導体薄膜上にポジ型のフォトレジストを塗布する工程と、
    前記透光性基板の裏面側から前記第1のゲート電極をマスクとして前記フォトレジストを露光し、所定形状にパターニングする工程と、
    このパターニングされたフォトレジスト及び前記半導体薄膜を含む前記第1の絶縁膜上に第1の絶縁層を形成する工程と、
    リフトオフ法により前記パターニングされたフォトレジストと該フォトレジスト上の前記第1の絶縁層を除去し、該第1の絶縁層の前記半導体薄膜のチャネル領域の中央部に対応する部分を開口部とする工程と、
    残部の第1の絶縁層を含む前記半導体薄膜上に第2の絶縁層を形成する工程と、
    これら第1及び第2の絶縁層をマスクとして、前記半導体薄膜に不純物を注入する工程と、
    を有することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
  8. 請求項1ないし4のいずれか1項記載の薄膜半導体装置を備えたことを特徴とする電気光学装置。
  9. 請求項8記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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