JP2005159306A - 薄膜トランジスタ、この製造方法及びこれを用いた平板表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ゲート電極を、第1ゲートパターン及びこの第1ゲートパターンを囲む第2ゲートパターンで形成して、LDD領域の幅調節が容易で、且つゲート電極のアライメント不良を防止するGOLDD構造の薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 絶縁基板上に形成され、ソース/ドレイン領域及びチャンネル領域を具備する活性層と、この活性層上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されて、第1ゲートパターン及び第1ゲートパターンを囲む形状の第2ゲートパターンからなるゲート電極とを含み、ソース/ドレイン領域はLDD領域を具備し、LDD領域はゲート電極と重畳される位置に設けられる薄膜トランジスタを提供する。
【選択図】 図5
【解決手段】 絶縁基板上に形成され、ソース/ドレイン領域及びチャンネル領域を具備する活性層と、この活性層上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されて、第1ゲートパターン及び第1ゲートパターンを囲む形状の第2ゲートパターンからなるゲート電極とを含み、ソース/ドレイン領域はLDD領域を具備し、LDD領域はゲート電極と重畳される位置に設けられる薄膜トランジスタを提供する。
【選択図】 図5
Description
本発明は、薄膜トランジスタとこの製造方法及びこれを使用する平板表示装置に係り、より詳しくは、GOLDD(Gate Overlapped Lightly Doped Drain)構造の薄膜トランジスタとこの製造方法及びこれを使用する平板表示装置に関する。
スイッチング素子として薄膜トランジスタを使うアクティブマトリックス方式(Active Matrix Type)の平板表示装置には、各画素ごとに、各画素を駆動する画素駆動用薄膜トランジスタ、及び画素駆動用薄膜トランジスタを作動して走査線と信号線に信号を印加する駆動回路用薄膜トランジスタが形成されている。
薄膜トランジスタの中で多結晶シリコーン薄膜トランジスタは、レーザーを利用した結晶化技術の発展により非晶質シリコーン薄膜トランジスタと類似な温度で製作が可能になり、非晶質シリコーン薄膜トランジスタに比べて電子や正孔の移動度が高くて、nチャンネルとpチャンネルを具備するCMOS薄膜トランジスタの具現が可能で、大型絶縁基板上に、駆動回路用と画素駆動用を同時に形成することができるようになった。
ところが、CMOS多結晶シリコーン薄膜トランジスタの中で、NMOS薄膜トランジスタを用いる場合、一般的にドーピングイオンとしてリン(P)を使うことによって、PMOS薄膜トランジスタを製作する際に、ドーピングイオンとしてホウ素(B)を用いる場合と比較して、質量面で相対的に大きいので、シリコーン結晶が破壊されて損傷領域が発生するようになり、その損傷領域は、後段の活性化工程でも完全に回復できなくなる。
このような損傷領域の存在により、ソース領域からドレイン領域へ電子が加速されるときに、ゲート絶縁膜またはMOS界面へ電子が流入されるホットキャリアストレスが発生して電子移動度が減少されることにより、平板表示装置の駆動時に回路動作の安全性に致命的な影響を与え、また、オフ電流が大きくなる問題点が発生する。
このような問題点を解決するために、ゲートとソース/ドレイン領域の間の一定部分に未ドーピング領域を形成するオフセットを設定し、この部分の大きい抵抗により接合部位に生じる電界を減少させてオフ電流を減らす方法(オフセット構造)と、ソース/ドレイン領域の一定部分を低濃度でドーピングしてオフ電流を減らし、オン電流の減少を最小化できるようにLDD(Lightly Doped Drain)を形成する方法(LDD構造)などが提案されている。
しかし、上述のようなオフセット構造、及びLDD構造は、現在のLTPS(Low Temperature Poly Silicon)の技術が高集積化されるにことにより、ショートチャンネルデバイスの信頼性を向上させることにその限界がある。そこで、上述した問題点を解決するためにGOLDD構造の薄膜トランジスタが提案されている。
以下、添付した図面を参照して従来技術について説明する。図6〜図9は、従来のGOLDD構造の薄膜トランジスタを説明するための工程断面図である。
図6を参照すると、絶縁基板100上にバッファ層110を形成し、このバッファ層110上に、非晶質シリコーン膜を蒸着して結晶化した後、パターニングして多結晶シリコーンからなる活性層120を形成する。
そして、活性層120を形成した後、この活性層120を含む絶縁基板100の全面にゲート絶縁膜130を形成する。
ゲート絶縁膜130を形成した後、所定の導電型を有する不純物を低濃度でドーピング、即ち、LDDドーピングするための第1フォトレジストパターン140を形成する。
次いで、第1フォトレジストパターン140を形成した後、この第1フォトレジストパターン140をマスクとして低濃度ドーピングを実施し、活性層120に低濃度ソース/ドレイン領域123S、123Dを形成する。このとき、低濃度ソース/ドレイン領域123S、123Dの間の領域(符号121に示す領域)は薄膜トランジスタのチャンネル領域として作用する。
図7を参照すると、活性層120に低濃度の不純物をドーピングして、低濃度ソース/ドレイン領域123S、123Dを形成した後、第1フォトレジストパターン140を除去し、ゲート絶縁膜130上に、ゲート電極物質膜150を形成した後、ゲート電極の形成のための第2フォトレジストパターン160を形成する。
このとき、第2フォトレジストパターン160は、低濃度ソース/ドレイン領域123S、123Dと一部分が重畳されるように形成され、その重畳される領域の幅は、ステッパ(縮小投影露光装置)の解像度により、0.5μm以上となるように制約を受ける。
図8を参照すると、第2フォトレジストパターン160をマスクとして、ゲート電極物質膜150をパターニングし、ゲート電極155を形成する。このとき、ゲート電極155は、第2フォトレジストパターン160により低濃度ソース/ドレイン領域123S、123Dの各々と一部分が重畳されるように形成される。
そして、低濃度ソース/ドレイン領域123S、123Dと一部分が重畳されるようにゲート電極155を形成した後、ゲート電極155をマスクとして活性層120に高濃度不純物をドーピングして高濃度ソース/ドレイン領域125S、125Dを形成する。
図9を参照すると、ゲート電極155を具備する絶縁基板100の全面に、高濃度ソース/ドレイン領域125S、125Dの一部分を露出させるコンタクトホール171、175を具備する層間絶縁膜170を形成し、このコンタクトホール171、175を通じて高濃度ソース/ドレイン領域125S、125Dと電気的に連結されるソース/ドレイン電極181、185を形成して、GOLDD構造の薄膜トランジスタを形成する。
しかしながら、上述のような従来のGOLDD構造の薄膜トランジスタでは、ゲート電極と上下方向(絶縁基板の法線方向)で重畳される低濃度ソース/ドレイン領域、即ち、LDD領域の幅は、ステッパの解像度により制約を受けて、0.5μm以下では調節しにくいという問題点がある。
また、フォトレジストマスクを利用して低濃度ドーピングを実行し、ゲート電極を形成した後、高濃度ドーピングを実行する方法では、低濃度ドーピングのための追加的なマスクが必要となり、ゲート電極のアライメント不良が発生する問題点がある。
本発明は上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ゲート電極を第1ゲートパターン及び前記第1ゲートパターンを囲む第2ゲートパターンで形成してLDD領域の幅調節が容易で、ゲート電極のアライメント不良を防止するGOLDD構造の薄膜トランジスタ、この製造方法及びこれを用いた平板表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の薄膜トランジスタは、絶縁基板上に形成され、ソース/ドレイン領域及びチャンネル領域を具備する活性層と、前記活性層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、第1ゲートパターン及び前記第1ゲートパターンを囲む第2ゲートパターンからなるゲート電極とを含み、前記ソース/ドレイン領域は、LDD(Lightly Doped Drain)領域を具備し、前記LDD領域は、前記絶縁基板の法線方向に向けて、前記ゲート電極と重畳されることを特徴とする。
好ましくは、前記第2ゲートパターンは、透明な導電性物質からなり、より好ましくは、前記第2ゲートパターンは、ITO、IZO、ZnO、またはIn2O3の少なくとも一つからなることを特徴とする。
好ましくは、前記第2ゲートパターンは2μm以下の厚さを有し、より好ましくは、前記第2ゲートパターンは1μm以下の厚さを有する。
好ましくは、前記LDD領域は、前記第1ゲートパターンの側壁に形成される前記第2ゲートパターンの横方向領域の下部に形成され、前記LDD領域の幅は、前記第1ゲートパターンの側壁に形成される前記第2ゲートパターンの厚さ以下である。
好ましくは、前記LDD領域は、2μm以下の幅を有し、より好ましくは、前記LDD領域は、1μm以下の幅を有する。
また、本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、絶縁基板上に活性層を形成する工程と、前記活性層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に第1ゲートパターンを形成する工程と、前記第1ゲートパターンをマスクとして前記活性層に低濃度ドーピングする工程と、前記第1ゲートパターンを囲む形状の第2ゲートパターンを形成し、前記第1ゲートパターン及び前記第2ゲートパターンからなるゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極をマスクとして前記活性層に高濃度ドーピングしてソース/ドレイン領域を形成する工程とを含み、前記ソース/ドレイン領域は、LDD領域を具備し、前記LDD領域は、前記ゲート電極と前記絶縁基板の法線方向に向けて重畳されることを特徴とする。
好ましくは、前記ゲート電極を形成する工程は、前記第1ゲートパターンを具備する前記絶縁基板の全面に導電性物質膜を形成する工程と、前記絶縁基板の全面にフォトレジストを形成する工程と、前記絶縁基板の背面方向で露光して、第2ゲートパターンを形成するためのフォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンをマスクとして前記透明な導電性物質膜をパターニングして、前記第1ゲートパターンを囲む形状の第2ゲートパターンを形成する工程とを含む。
また、本発明は、前記薄膜トランジスタを使うアクティブマトリックス液晶表示装置またはアクティブマトリックス有機電界発光表示装置などのアクティブマトリックス平板表示装置を提供することを特徴とする。
本発明によると、ゲート電極を第1ゲートパターン及びこの第1ゲートパターンを囲む形状をなす第2ゲートパターンで形成するので、LDD領域の幅調節が容易で、ゲート電極のアライメント不良を防止するGOLDD構造の薄膜トランジスタとその製造方法及びこれを用いた平板表示装置を提供することができる。
以下、添付の図面を参照して、本発明による好ましい実施形態について詳しく説明する。図1〜図5は、本発明の一実施形態に係るGOLDD構造の薄膜トランジスタを説明するための工程断面図である。
本実施形態に係るGOLDD構造の薄膜トランジスタは、第1ゲートパターン及びこの第1ゲートパターンを囲む透明な第2ゲートパターンからなるゲート電極と、活性層の低濃度ドーピング領域であるLDD領域が、絶縁基板の法線方向に向けて重畳して配置されている構造を有する。
図1を参照すると、絶縁基板200上に、この絶縁基板200から金属イオン等の不純物が拡散されて活性層(多結晶シリコーン)に侵透することを防止するためのバッファ層210を、PECVD、LPCVD、スパッタリングなどの方法を用いて蒸着する。
次いで、バッファ層210を形成した後、このバッファ層210上にPECVD、LPCVD、スパッタリング等の方法を利用して、非晶質シリコーン膜を蒸着する。そして、真空炉で脱水素工程を実施する。なお、非晶質シリコーン膜を、LPCVDやスパッタリングで蒸着した場合、脱水素しないこともある。
その後、非晶質シリコーン膜に高エネルギーを照射する非晶質シリコーンの結晶化工程を通じて、非晶質シリコーンを結晶化し、多結晶シリコーン膜を形成する。 好ましくは、結晶化工程で、ELA、MIC、MILC、SLS、SPC等の結晶化工程が使用される。
そして、多結晶シリコーン膜を形成した後、この多結晶シリコーン膜をパターニングして、活性層220を形成する。
次いで、活性層220上にゲート絶縁膜230を蒸着し、このゲート絶縁膜230上に第1導電性金属膜を蒸着した後、この導電性金属膜をパターニングして、第1ゲートパターン240を形成する。
第1ゲートパターン240を形成した後、この第1ゲートパターン240をマスクとして、導電性を有する不純物を低濃度ドーピング、即ち、LDDドーピングを実施して、低濃度ソース/ドレイン領域223S、223Dを形成する。このとき、低濃度ソース/ドレイン領域223S、223Dの間の領域(符号221に示す領域)は、薄膜トランジスタのチャンネル領域として作用する。
図2を参照すると、低濃度ソース/ドレイン領域223S、223Dを形成した後、第1ゲートパターン240を具備する絶縁基板200の全面に、第2ゲートパターンを形成するための第2導電性物質膜250を形成する。
ここで、第2導電性物質膜250は、ITO、IZO、ZnO、In2O3などの透明な導電性物質を用いる。好ましくは、第2導電性物質膜250は、2μm以下の厚さを有し、より好ましくは、1μm以下の厚さを有する。これは、以後に形成されるフォトレジストパターン形成時の露光工程を、背面露光を用いて形成するためである。
その後、絶縁基板200の全面に、第2導電性物質膜250をエッチングするフォトレジストパターン265を形成するための、フォトレジスト260を形成する。
図3を参照すると、フォトレジスト260を形成した後、絶縁基板200の下部面で露光して、フォトレジストパターン265を形成する。即ち、背面露光を通じてフォトレジストパターン265を形成する。この際、絶縁基板200、バッファ層210、ゲート絶縁膜230はそれぞれ光を透過するものであり、露光時間、光の強度、及びフォトレジスト260の厚さを設定することにより、フォトレジストパターン265を形成することができる。
フォトレジストパターン265を背面露光を通じて形成することにより、ステッパの解像度によるフォトレジストパターン265の精密度が高くなる。従って、以後に形成されるGOLDD構造のLDD領域の幅が、ステッパの解像度により制約を受けなくなり、0.5μm以下でも形成が可能で、LDD領域の幅を数オングストローム単位で調節することが可能になる。
図4を参照すると、フォトレジストパターン265をマスクとして第2導電性物質膜250をエッチングして、第1ゲートパターン240を囲む形態の第2ゲートパターン255を形成し、第1ゲートパターン240及び第2ゲートパターン255からなるゲート電極Gを形成する。
第1ゲートパターン240、及び第2ゲートパターン255からなるゲート電極Gを形成した後、フォトレジストパターン265を除去して、ゲート電極Gをマスクとして活性層220に高濃度ドーピングを実施して、高濃度ソース/ドレイン領域225S、225Dを形成する。
このとき、第1ゲートパターン240の側壁に形成された第2ゲートパターン255下部の、低濃度ソース/ドレイン領域223S、223Dは、第1ゲートパターン240の側壁に形成された第2ゲートパターン255が存在することにより、高濃度ドーピングされなくて低濃度ドーピング状態で残留してLDD領域として作用するようになり、ゲート電極Gと低濃度ドーピング領域223S、223D、即ち、LDD領域が重畳されるGOLDD構造を形成することができる。即ち、LDD領域は第1ゲートパターン240の側壁に形成された第2ゲートパターン255の横方向領域の下部に形成される。
また、GOLDD構造のLDD領域は、第1ゲートパターン240の側壁に形成された第2ゲートパターン255の厚さにより幅が決定されるので、ゲート電極Gと重畳されるLDD領域の幅は、第1ゲートパターン240の側壁に形成された第2ゲートパターン255の厚さ以下に形成される。この厚さは、LDD領域の幅であり、好ましくは、2μm以下であり、より好ましくは、1μm以下である。
図5を参照すると、高濃度ソース/ドレイン領域225S、225Dを形成した後、絶縁基板200の全面に層間絶縁膜270を形成して、パターニングして高濃度ソース/ドレイン領域225S、225Dの一部分を露出させるコンタクトホール271、275を形成する。
コンタクトホール271、275を形成した後、絶縁基板200の全面に所定の導電膜を蒸着してパターニングして、高濃度ソース/ドレイン領域225S、225Dと電気的に連結されるソース/ドレイン電極281、285を形成して、GOLDD構造の薄膜トランジスタを形成する。
上述のようなGOLDD構造の薄膜トランジスタは、低濃度ドーピングのための追加的なマスクを使用しない。従って、ゲート電極Gのアライメント不良を防止することができる。
また、第1ゲートパターン240及び第1ゲートパターン240を囲むように形成される第2ゲートパターン255からなるゲート電極Gを利用して、GOLDD構造を形成することにより、LDD領域の幅を第1ゲートパターン240の側壁に形成される第2ゲートパターン255の厚さで調節することができる。従って、LDD領域の幅を2μm以下で形成することができ、好ましくは、1μm以下で形成することが可能である。
また、上述のようなGOLDD構造の薄膜トランジスタを利用して、一般的なアクティブマトリックス平板表示装置の製造方法、即ち、アクティブマトリックス液晶表示装置またはアクティブマトリックス有機電界発光表示装置の製造方法を実行してアクティブマトリックス平板表示装置を提供することができる。
以上、本発明の好適な実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明したが、以上の説明及び添付図面における多くの特定詳細は本発明のより全般的理解のために提供されるだけ、これら特定事項が本発明の範囲内で所定の変形や変更が可能であることは、当該技術分野で通常の知識を有する者には自明なことであろう。
本発明は、薄膜トランジスタのアライメント不良を防止する上で極めて有用である。
200 絶縁基板
210 バッファ層
220 活性層
221 チャンネル領域
223S 低濃度ソース領域
223D 低濃度ドレイン領域
225S 高濃度ソース領域
225D 高濃度ドレイン領域
230 ゲート絶縁膜
240 第1ゲートパターン
250 第2導電性物質膜
255 第2ゲートパターン
260 フォトレジスト
265 フォトレジストパターン
270 層間絶縁膜
271,275 コンタクトホール
281 ソース電極
285 ドレイン電極
G ゲート電極
210 バッファ層
220 活性層
221 チャンネル領域
223S 低濃度ソース領域
223D 低濃度ドレイン領域
225S 高濃度ソース領域
225D 高濃度ドレイン領域
230 ゲート絶縁膜
240 第1ゲートパターン
250 第2導電性物質膜
255 第2ゲートパターン
260 フォトレジスト
265 フォトレジストパターン
270 層間絶縁膜
271,275 コンタクトホール
281 ソース電極
285 ドレイン電極
G ゲート電極
Claims (21)
- 絶縁基板上に形成され、ソース/ドレイン領域及びチャンネル領域を具備する活性層と、
前記活性層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、第1ゲートパターン及び前記第1ゲートパターンを囲む第2ゲートパターンからなるゲート電極とを含み、
前記ソース/ドレイン領域は、LDD(Lightly Doped Drain)領域を具備し、
前記LDD領域は、前記絶縁基板の法線方向に向けて、前記ゲート電極と重畳されることを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 前記第2ゲートパターンは、透明な導電性物質からなることを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記第2ゲートパターンは、ITO、IZO、ZnO、またはIn2O3の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項2に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記第2ゲートパターンは、2μm以下の厚さを有することを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記第2ゲートパターンは、1μm以下の厚さを有することを特徴とする請求項4記載の薄膜トランジスタ。
- 前記LDD領域は、前記第1ゲートパターンの側壁に形成される前記第2ゲートパターンの横方向領域の下部に形成されることを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記LDD領域の幅は、前記第1ゲートパターンの側壁に形成される前記第2ゲートパターンの厚さ以下であることを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記LDD領域は、2μm以下の幅を有することを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記LDD領域は、1μm以下の幅を有することを特徴とする請求項8に記載の薄膜トランジスタ。
- 絶縁基板上に活性層を形成する工程と、
前記活性層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に第1ゲートパターンを形成する工程と、
前記第1ゲートパターンをマスクとして前記活性層に低濃度ドーピングする工程と、
前記第1ゲートパターンを囲む形状の第2ゲートパターンを形成し、前記第1ゲートパターン及び前記第2ゲートパターンからなるゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極をマスクとして前記活性層に高濃度ドーピングしてソース/ドレイン領域を形成する工程とを含み、
前記ソース/ドレイン領域は、LDD領域を具備し、
前記LDD領域は、前記ゲート電極と前記絶縁基板の法線方向に向けて重畳されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記ゲート電極を形成する工程は、前記第1ゲートパターンを具備する前記絶縁基板の全面に導電性物質膜を形成する工程と、
前記絶縁基板の全面にフォトレジストを形成する工程と、
前記絶縁基板の背面方向で露光して、第2ゲートパターンを形成するためのフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンをマスクとして前記透明な導電性物質膜をパターニングして、前記第1ゲートパターンを囲む形状の第2ゲートパターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする請求項10に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記第2ゲートパターンは、透明な導電性物質からなることを特徴とする請求項10に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記ゲートパターンは、ITO、IZO、ZnOまたはIn2O3からなることを特徴とする請求項12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記第2ゲートパターンは、2μm以下の厚さを有することを特徴とする請求項10に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記第2ゲートパターンは、1μm以下の厚さを有することを特徴とする請求項14に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記LDD領域は、前記第1ゲートパターンの側壁に形成される前記第2ゲートパターンの横方向の下部に形成されることを特徴とする請求項10に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記LDD領域の幅は、前記第1ゲートパターンの側壁に形成される前記第2ゲートパターンの厚さ以下であることを特徴とする請求項10に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記LDD領域は、2μm以下の幅を有することを特徴とする請求項10に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記LDD領域は、1μm以下の幅を有することを特徴とする請求項18に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 請求項1〜請求項19のいずれかに記載の薄膜トランジスタを用いたことを特徴とする アクティブマトリックス平板表示装置。
- 前記平板表示装置は、液晶表示装置または有機電界発光表示装置であることを特徴とする請求項20に記載のアクティブマトリックス平板表示装置。
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