JP2006324442A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a thin film transistor of a different thickness of a gate insulating film, wherein the off leak current of the thin film transistor is restrained without adjusting a gate voltage when in an off state, separately. <P>SOLUTION: The semiconductor device (100) comprises a plurality of thin film transistors (110, 120, 130, 140). A thickness of gate insulating films (116, 126) of the thin film transistors (110, 120) differs from a thickness of gate insulating films (136, 146) of the other thin film transistors (130, 140). Each of the plurality of thin film transistors (110, 120, 130, 140) has the substantially same drain current rising gate voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ゲート絶縁膜の厚さが異なる複数の薄膜トランジスタを備える半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a plurality of thin film transistors having different gate insulating film thicknesses and a method for manufacturing the same.

薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;以下、「TFT」と称する。)を用いた液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力等の利点を有することから、テレビ、コンピュータ、携帯端末等のディスプレイに利用されている。液晶表示装置はガラス基板を用いて形成されたアクティブマトリクス基板を備えており、複数の画素を有する表示部と、表示部を駆動するための周辺回路部とがガラス基板に一体的に形成されて、低コスト化が図られている。   A liquid crystal display device using a thin film transistor (hereinafter referred to as “TFT”) has advantages such as light weight, thinness, and low power consumption, and thus is used for a display of a television, a computer, a portable terminal, and the like. ing. The liquid crystal display device includes an active matrix substrate formed using a glass substrate, and a display portion having a plurality of pixels and a peripheral circuit portion for driving the display portion are integrally formed on the glass substrate. The cost is reduced.

表示部および周辺回路部にはスイッチング素子として複数のTFTが設けられているが、TFTに要求される特性は異なっている。具体的には、複数のTFTのうちの周辺回路部内の一部のTFTは低消費電力で高速に動作可能であることが要求されており、表示部内のTFTおよび周辺回路部内の別のTFTは、高電圧に耐えるように高耐圧であることが要求されている。このような要求に応えるものとして、ゲート絶縁膜が相対的に薄いTFTと、ゲート絶縁膜が相対的に厚いTFTとを備えた半導体装置が知られている(例えば、特許文献1)。ゲート絶縁膜が薄いTFTは相対的に高速に動作可能であり、ゲート絶縁膜が厚いTFTは相対的に高い電圧に耐えることができる。本明細書において、ゲート絶縁膜が比較的薄いことにより、より高速に動作可能なTFTを高速駆動TFTと称し、ゲート絶縁膜が比較的厚いことにより、より高い電圧に耐えるTFTを高耐圧TFTと称する。   The display portion and the peripheral circuit portion are provided with a plurality of TFTs as switching elements, but the characteristics required for the TFTs are different. Specifically, it is required that some TFTs in the peripheral circuit portion of the plurality of TFTs can operate at high speed with low power consumption, and TFTs in the display portion and other TFTs in the peripheral circuit portion are required to operate. Therefore, a high breakdown voltage is required to withstand a high voltage. In order to meet such a demand, a semiconductor device including a TFT having a relatively thin gate insulating film and a TFT having a relatively thick gate insulating film is known (for example, Patent Document 1). A TFT having a thin gate insulating film can operate at a relatively high speed, and a TFT having a thick gate insulating film can withstand a relatively high voltage. In this specification, a TFT that can operate at a higher speed due to the relatively thin gate insulating film is referred to as a high-speed driving TFT. A TFT that can withstand a higher voltage due to a relatively thick gate insulating film is referred to as a high withstand voltage TFT. Called.

また、消費電力を低く抑えるために、スタンドバイ状態時のオフリーク電流を低減する、別の半導体装置も知られている(例えば、特許文献2の実施形態3)。この半導体装置では、TFTのチャネルへの不純物のドープ、いわゆるチャネルドープを行って、TFTのしきい値電圧を調整している。また、この半導体装置では、TFTのチャネル内の不純物濃度が同じになるようにチャネルドープを行って、ゲート絶縁膜が厚いTFTにおけるしきい値電圧の絶対値を大きくしており、それにより、オフリーク電流を低減している。
特開2003−332581号公報 特開2004−147175号公報
Another semiconductor device that reduces off-leakage current in the standby state in order to keep power consumption low is also known (for example, Embodiment 3 of Patent Document 2). In this semiconductor device, the threshold voltage of the TFT is adjusted by doping impurities into the channel of the TFT, so-called channel doping. Further, in this semiconductor device, channel doping is performed so that the impurity concentration in the TFT channel is the same, and the absolute value of the threshold voltage in the TFT having a thick gate insulating film is increased. The current is reduced.
JP 2003-332581 A JP 2004-147175 A

しかしながら、特許文献1に開示された半導体装置では、高耐圧TFTのオフリーク電流が大きく、スタンドバイ時の消費電力が大きくなる。以下、図19を参照して、高耐圧TFTのオフリーク電流が大きいことを説明する。   However, in the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, the off-leakage current of the high breakdown voltage TFT is large, and the power consumption during standby is large. Hereinafter, with reference to FIG. 19, it will be described that the off-leakage current of the high breakdown voltage TFT is large.

図19は、一般的な高速駆動TFTおよび高耐圧TFTにおけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との模式的な関係を示すグラフであり、グラフの縦軸はドレイン電流の対数である。ここで、高速駆動TFTのゲート絶縁膜の厚さは、高耐圧TFTのゲート絶縁膜の厚さよりも薄い。また、高速駆動TFTおよび高耐圧TFTはいずれもNチャネル型TFTである。   FIG. 19 is a graph showing a schematic relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in a general high-speed drive TFT and a high breakdown voltage TFT, and the vertical axis of the graph is the logarithm of the drain current. Here, the gate insulating film of the high-speed driving TFT is thinner than the gate insulating film of the high voltage TFT. Both the high-speed driving TFT and the high breakdown voltage TFT are N-channel TFTs.

高速駆動TFTおよび高耐圧TFTのいずれにおいても、ゲート電圧が増加するとともに、ドレイン電流は、一旦減少した後、指数関数的に増加する。ドレイン電流が最も小さいときのゲート電圧をドレイン電流立ち上がりゲート電圧と称すると、図19に示すように、高耐圧TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は、高速駆動TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧よりも小さく、これは、高速駆動TFTのゲート絶縁膜の厚さが高耐圧TFTのゲート絶縁膜の厚さと異なることに起因すると考えられる。   In both the high-speed driving TFT and the high breakdown voltage TFT, the gate voltage increases and the drain current once increases and then exponentially increases. When the gate voltage when the drain current is the smallest is referred to as the drain current rising gate voltage, as shown in FIG. 19, the drain current rising gate voltage of the high breakdown voltage TFT is smaller than the drain current rising gate voltage of the high-speed driving TFT. This is presumably because the thickness of the gate insulating film of the high-speed driving TFT is different from the thickness of the gate insulating film of the high breakdown voltage TFT.

特許文献1に開示された半導体装置では、チャネルドープを行っておらず、高速駆動TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧および高耐圧TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧はいずれも負である。また、高耐圧TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は、高速駆動TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧よりも小さいので、ゲート電圧が0Vのときの高耐圧TFTのドレイン電流(すなわち、高耐圧TFTのオフリーク電流)が大きくなる。また、特許文献1に開示された半導体装置では、チャネルドープを行っていないので、TFTのしきい値電圧を容易に調整することができない。   In the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, channel doping is not performed, and the drain current rising gate voltage of the high-speed driving TFT and the drain current rising gate voltage of the high breakdown voltage TFT are both negative. Also, since the drain current rising gate voltage of the high breakdown voltage TFT is smaller than the drain current rising gate voltage of the high-speed driving TFT, the drain current of the high breakdown voltage TFT when the gate voltage is 0 V (that is, the off leakage current of the high breakdown voltage TFT). Becomes larger. In the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, since channel doping is not performed, the threshold voltage of the TFT cannot be easily adjusted.

特許文献2に開示された半導体装置では、複数のTFTのチャネル内の不純物濃度が同じになるようにチャネルドープを行っており、ゲート絶縁膜が厚いTFTのしきい値電圧の絶対値をゲート絶縁膜が薄いTFTのしきい値電圧の絶対値よりも大きくして、ゲート絶縁膜が厚いTFTのオフリーク電流を減少させている。しかしながら、このようにチャネルドープを行うだけでは、高耐圧TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧が高速駆動TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧と異なるので、高耐圧TFTおよび高速駆動TFTの両方のオフリーク電流を抑制するためには、高耐圧TFTおよび高速駆動TFTに印加するゲート電圧を個別に調整する必要がある。また、特許文献2に開示された半導体装置では、オン電流、特にゲート絶縁膜が厚いTFTのオン電流が小さくなり、それにより、半導体装置を高速に駆動することができず、高い電圧を半導体装置に印加することが必要となる。   In the semiconductor device disclosed in Patent Document 2, channel doping is performed so that the impurity concentrations in the channels of a plurality of TFTs are the same, and the absolute value of the threshold voltage of a TFT having a thick gate insulating film is gate-insulated. The off-leak current of a TFT having a thick gate insulating film is reduced by making it larger than the absolute value of the threshold voltage of a TFT having a thin film. However, only by performing channel doping in this way, the drain current rising gate voltage of the high breakdown voltage TFT is different from the drain current rising gate voltage of the high speed driving TFT, so that the off-leakage current of both the high breakdown voltage TFT and the high speed driving TFT is suppressed. Therefore, it is necessary to individually adjust the gate voltage applied to the high voltage TFT and the high-speed driving TFT. In addition, in the semiconductor device disclosed in Patent Document 2, the on-current, particularly the on-current of a TFT having a thick gate insulating film, is reduced, so that the semiconductor device cannot be driven at high speed, and a high voltage is It is necessary to apply to

本発明の目的は、複数のTFTのゲート絶縁膜の厚さが異なり、かつ、複数のTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じである半導体装置およびその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the thicknesses of gate insulating films of a plurality of TFTs are different and the drain current rising gate voltages of the plurality of TFTs are substantially the same, and a method for manufacturing the same.

本発明の半導体装置は、複数の薄膜トランジスタを備え、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれは、ソースと、ドレインと、前記ソースと前記ドレインとの間に設けられたチャネルと、前記チャネルの導電性を制御するゲート電極と、前記チャネルと前記ゲート電極との間に設けられたゲート絶縁膜とを有し、前記複数の薄膜トランジスタは第1の複数の薄膜トランジスタを有し、前記第1の複数の薄膜トランジスタのうちの少なくとも1つの薄膜トランジスタの前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記第1の複数の薄膜トランジスタのうちの他の薄膜トランジスタの前記ゲート絶縁膜の厚さとは異なり、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれはほぼ同じドレイン電流立ち上がりゲート電圧を有する。   The semiconductor device of the present invention includes a plurality of thin film transistors, and each of the plurality of thin film transistors controls a source, a drain, a channel provided between the source and the drain, and conductivity of the channel. A gate insulating film provided between the channel and the gate electrode, wherein the plurality of thin film transistors includes a first plurality of thin film transistors, The thickness of the gate insulating film of at least one thin film transistor is different from the thickness of the gate insulating film of the other thin film transistors of the first plurality of thin film transistors, and each of the first plurality of thin film transistors is substantially the same. It has a drain current rising gate voltage.

ある実施形態において、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルには、不純物濃度がほぼ同じになるように不純物がドープされている。   In one embodiment, the channel of each of the first plurality of thin film transistors is doped with impurities so that the impurity concentration is substantially the same.

ある実施形態において、前記第1の複数の薄膜トランジスタは、Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタのうちの一方である。   In one embodiment, the first plurality of thin film transistors is one of an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor.

ある実施形態において、前記複数の薄膜トランジスタは、第2の複数の薄膜トランジスタをさらに有し、前記第1の複数の薄膜トランジスタはNチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタのうちの一方であり、前記第2の複数の薄膜トランジスタはNチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタのうちの他方であり、前記第2の複数の薄膜トランジスタのそれぞれはほぼ同じドレイン電流立ち上がりゲート電圧を有し、前記第1の複数の薄膜トランジスタのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は、前記第2の複数の薄膜トランジスタのドレイン電流立ち上がりゲート電圧と異なる。   In one embodiment, the plurality of thin film transistors further includes a second plurality of thin film transistors, and the first plurality of thin film transistors is one of an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor, The plurality of thin film transistors is the other of an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor, and each of the second plurality of thin film transistors has substantially the same drain current rising gate voltage, and the drains of the first plurality of thin film transistors The current rising gate voltage is different from the drain current rising gate voltage of the second plurality of thin film transistors.

ある実施形態において、前記第2の複数の薄膜トランジスタのうちの少なくとも1つの薄膜トランジスタの前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記第2の複数の薄膜トランジスタのうちの他の薄膜トランジスタの前記ゲート絶縁膜の厚さとは異なり、前記第2の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルには、不純物濃度がほぼ同じになるように不純物がドープされており、前記Pチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネル内の不純物濃度は、前記Nチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネル内の不純物濃度よりも低い。   In one embodiment, the thickness of the gate insulating film of at least one thin film transistor of the second plurality of thin film transistors is equal to the thickness of the gate insulating film of another thin film transistor of the second plurality of thin film transistors. In contrast, the channel of each of the second plurality of thin film transistors is doped with an impurity so that the impurity concentration is substantially the same, and the impurity concentration in each channel of the P-channel type thin film transistor is: The impurity concentration in each channel of the N-channel type thin film transistor is lower.

ある実施形態において、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれはほぼ同じドレイン電流立ち上がりゲート電圧を有する。   In one embodiment, each of the plurality of thin film transistors has substantially the same drain current rising gate voltage.

ある実施形態において、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルには、不純物濃度がほぼ同じになるように不純物がドープされている。   In one embodiment, the channel of each of the plurality of thin film transistors is doped with impurities so that the impurity concentration is substantially the same.

ある実施形態において、前記複数の薄膜トランジスタは、第2の複数の薄膜トランジスタをさらに有し、前記第1の複数の薄膜トランジスタはNチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタのうちの一方であり、前記第2の複数の薄膜トランジスタはNチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタのうちの他方であり、同じチャネル型の薄膜トランジスタのそれぞれのチャネルには、不純物濃度がほぼ同じになるように不純物がドープされている。   In one embodiment, the plurality of thin film transistors further includes a second plurality of thin film transistors, and the first plurality of thin film transistors is one of an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor, The plurality of thin film transistors is the other of the N channel type thin film transistor and the P channel type thin film transistor, and the respective channels of the same channel type thin film transistor are doped with impurities so that the impurity concentration is substantially the same.

ある実施形態において、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネル内の不純物濃度は、前記第2の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネル内の不純物濃度と異なる。   In one embodiment, the impurity concentration in each channel of the first plurality of thin film transistors is different from the impurity concentration in each channel of the second plurality of thin film transistors.

ある実施形態において、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約0.0Vである。   In one embodiment, the drain current rising gate voltage of each of the plurality of thin film transistors is about 0.0V.

ある実施形態において、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート電極の仕事関数は、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて異なる。   In one embodiment, the work function of the gate electrode of each of the plurality of thin film transistors is different depending on the thickness of the gate insulating film of each of the plurality of thin film transistors.

ある実施形態において、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルの長さは、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて異なる。   In one embodiment, the channel length of each of the first plurality of thin film transistors varies depending on the thickness of the gate insulating film of each of the first plurality of thin film transistors.

ある実施形態において、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれのソース−ドレイン電圧は、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて異なる。   In one embodiment, the source-drain voltage of each of the first plurality of thin film transistors is different depending on the thickness of the gate insulating film of each of the first plurality of thin film transistors.

本発明の表示装置は、上記の半導体装置を備える。   A display device of the present invention includes the above-described semiconductor device.

本発明の集積回路は、上記の半導体装置を備える。   An integrated circuit of the present invention includes the semiconductor device described above.

本発明の半導体装置の製造方法は、第1の複数の薄膜トランジスタを有する複数の薄膜トランジスタを備える半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であり、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれのソースおよびドレインを形成する工程と、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ソースと前記ドレインとの間に設けられたチャネルを形成する工程であって、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルがほぼ同じ不純物濃度を有するように、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルに不純物をドープする、工程と、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれのゲート絶縁膜を形成する工程であって、前記第1の複数の薄膜トランジスタのうちの少なくとも1つの薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の厚さが、前記第1の複数の薄膜トランジスタのうちの他の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の厚さとは異なるように、前記ゲート絶縁膜を形成する、工程と、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれにおいて、前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネルと対向するゲート電極を形成する工程と、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程とを包含する。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device for manufacturing a semiconductor device including a plurality of thin film transistors having a first plurality of thin film transistors, and forming a source and a drain of each of the plurality of thin film transistors. And forming a channel provided between the source and the drain of each of the plurality of thin film transistors so that each of the channels of the plurality of thin film transistors has substantially the same impurity concentration. Doping each channel of the plurality of thin film transistors with an impurity; and forming a gate insulating film for each of the plurality of thin film transistors, wherein at least one of the first plurality of thin film transistors Thin film transistor gate insulating film In the step of forming the gate insulating film so that the thickness is different from the thickness of the gate insulating film of another thin film transistor in the first plurality of thin film transistors, and in each of the plurality of thin film transistors, the gate Forming a gate electrode facing the channel through an insulating film; and making the drain current rising gate voltages of the first plurality of thin film transistors substantially the same.

ある実施形態において、前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程は、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルにほぼ同じ不純物濃度の不純物をドープしたときに前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じになるような前記不純物濃度を決定する工程を含み、前記チャネルに不純物をドープする工程は、前記決定された前記不純物濃度になるように、前記不純物をドープする工程を含む。   In one embodiment, the step of making the drain current rising gate voltages substantially the same includes the step of making the first plurality of thin film transistors when the channel of each of the first plurality of thin film transistors is doped with an impurity having substantially the same impurity concentration. A step of determining the impurity concentration such that the respective drain current rising gate voltages are substantially the same, and the step of doping the channel with the impurity has the impurity concentration so as to be the determined impurity concentration. A step of doping.

ある実施形態において、前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程は、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を約0.0Vにする工程を含む。   In one embodiment, the step of making the drain current rising gate voltage substantially the same includes the step of setting the drain current rising gate voltage of each of the plurality of thin film transistors to about 0.0V.

ある実施形態において、前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程は、前記ゲート電極を形成する工程において、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート電極の仕事関数が前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて異なるようにする工程を含む。   In one embodiment, the step of making the drain current rising gate voltage substantially the same is the step of forming the gate electrode, wherein a work function of each of the plurality of thin film transistors is the work function of each of the plurality of thin film transistors. The step of making it differ according to the thickness of a gate insulating film is included.

ある実施形態において、前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程は、前記チャネルを形成する工程において、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルの長さが前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて異なるようにする工程を含む。   In one embodiment, in the step of making the drain current rising gate voltages substantially the same, in the step of forming the channel, the length of the channel of each of the first plurality of thin film transistors is the first plurality of thin film transistors. The step of making it differ according to the thickness of each said gate insulating film is included.

ある実施形態において、前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程は、前記第1の複数の薄膜トランジスタのソース−ドレイン電圧を、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて変更する工程を含む。   In one embodiment, the step of making the drain current rising gate voltages substantially the same includes the step of setting the source-drain voltage of the first plurality of thin film transistors to the thickness of the gate insulating film of each of the first plurality of thin film transistors. The process of changing according to is included.

本発明によれば、ゲート絶縁膜の厚さが異なる薄膜トランジスタを有する半導体装置において、オフ状態にする際のゲート電圧を個別に調整することなく、薄膜トランジスタのオフリーク電流を抑制することができる。   According to the present invention, in a semiconductor device having thin film transistors having different gate insulating film thicknesses, it is possible to suppress the off-leak current of the thin film transistors without individually adjusting the gate voltage when being turned off.

(実施形態1)
以下、図1〜図6を参照して、本発明による半導体装置およびその製造方法の第1の実施形態を説明する。
(Embodiment 1)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1は、本実施形態の半導体装置100の模式的な断面図である。半導体装置100は、基板151と、基板151の上に設けられたベースコート152と、ベースコート152の上に設けられた複数のTFTとを備える。半導体装置100は、4種類のTFTを有しており、図1には、その4種類のTFT、すなわち、Nチャネル型高速駆動TFT110と、Pチャネル型高速駆動TFT120と、Nチャネル型高耐圧TFT130と、Pチャネル型高耐圧TFT140とを示している。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 100 of this embodiment. The semiconductor device 100 includes a substrate 151, a base coat 152 provided on the substrate 151, and a plurality of TFTs provided on the base coat 152. The semiconductor device 100 has four types of TFTs. FIG. 1 shows the four types of TFTs, that is, an N-channel type high-speed driving TFT 110, a P-channel type high-speed driving TFT 120, and an N-channel type high-voltage TFT 130. And a P-channel type high breakdown voltage TFT 140.

Nチャネル型高速駆動TFT110は、ソース111と、ソース111と電気的に接続されたソース電極112と、ドレイン113と、ドレイン113と電気的に接続されたドレイン電極114と、ソース111とドレイン113との間に設けられたチャネル115と、チャネル115の導電性を制御するゲート電極117と、チャネル115とゲート電極117との間に設けられたゲート絶縁膜116とを備える。ソース111、ドレイン113およびチャネル115は、Si(シリコン)からなる半導体膜内に設けられている。ソース111およびドレイン113にはN型不純物であるP(リン)がドープされており、チャネル115にはP型不純物であるB(ボロン)が注入量(ドーズ量)1.0×1013cm-2でドープされている。ゲート絶縁膜116の厚さは50nmである。ゲート電極117の材料として、金属であるタンタルが用いられている。また、チャネル115の長さは8μmである。なお、本明細書において、チャネルの長さをチャネル長とよぶ場合がある。 The N-channel high-speed driving TFT 110 includes a source 111, a source electrode 112 electrically connected to the source 111, a drain 113, a drain electrode 114 electrically connected to the drain 113, and a source 111 and drain 113. A channel 115 provided between the channel 115, a gate electrode 117 for controlling the conductivity of the channel 115, and a gate insulating film 116 provided between the channel 115 and the gate electrode 117. The source 111, the drain 113, and the channel 115 are provided in a semiconductor film made of Si (silicon). The source 111 and the drain 113 are doped with P (phosphorus) which is an N-type impurity, and B (boron) which is a P-type impurity is implanted into the channel 115 (dose) 1.0 × 10 13 cm −. Doped with two . The thickness of the gate insulating film 116 is 50 nm. As a material for the gate electrode 117, tantalum, which is a metal, is used. The length of the channel 115 is 8 μm. Note that in this specification, the length of a channel may be referred to as a channel length.

Nチャネル型高速駆動TFT110において、所定の電圧(しきい値電圧)以上のゲート電圧をゲート電極117に印加すると、Nチャネル型高速駆動TFT110は非導通状態から導通状態に遷移し、反対に、所定の電圧(しきい値電圧)よりも小さいゲート電圧をゲート電極117に印加すると、Nチャネル型高速駆動TFT110は導通状態から非導通状態に遷移する。このように、ゲート電極117に印加される電圧に応じてチャネル115の導電性が制御される。   In the N-channel high-speed driving TFT 110, when a gate voltage higher than a predetermined voltage (threshold voltage) is applied to the gate electrode 117, the N-channel high-speed driving TFT 110 transitions from a non-conductive state to a conductive state. When a gate voltage lower than the voltage (threshold voltage) is applied to the gate electrode 117, the N-channel high-speed drive TFT 110 transitions from a conductive state to a non-conductive state. Thus, the conductivity of the channel 115 is controlled in accordance with the voltage applied to the gate electrode 117.

Pチャネル型高速駆動TFT120は、ソースおよびドレインにドープされた不純物が異なる点を除いて、Nチャネル型高速駆動TFT110と同様に設けられている。Pチャネル型高速駆動TFT120のソース121およびドレイン123にはP型不純物が注入量1.0×1015cm-2でドープされている。また、チャネル125にはP型不純物であるB(ボロン)が、チャネル115と同様に注入量1.0×1013cm-2でドープされている。したがって、チャネル125内の不純物濃度は、チャネル115内の不純物濃度とほぼ同じである。ゲート絶縁膜126の厚さも、ゲート絶縁膜116と同様に50nmである。 The P-channel type high-speed driving TFT 120 is provided in the same manner as the N-channel type high-speed driving TFT 110 except that impurities doped in the source and drain are different. The source 121 and the drain 123 of the P-channel type high-speed driving TFT 120 are doped with a P-type impurity with an implantation amount of 1.0 × 10 15 cm −2 . Further, the channel 125 is doped with B (boron), which is a P-type impurity, in the same manner as the channel 115 with an implantation amount of 1.0 × 10 13 cm −2 . Therefore, the impurity concentration in the channel 125 is almost the same as the impurity concentration in the channel 115. The thickness of the gate insulating film 126 is also 50 nm like the gate insulating film 116.

Pチャネル型高速駆動TFT120において、所定の電圧(しきい値電圧)以下のゲート電圧であって、絶対値がしきい値電圧の絶対値よりも大きいゲート電圧をゲート電極127に印加すると、Pチャネル型高速駆動TFT120は非導通状態から導通状態に遷移し、反対に、所定の電圧(しきい値電圧)よりも大きいゲート電圧をゲート電極127に印加すると、Pチャネル型高速駆動TFT120は導通状態から非導通状態に遷移する。このように、ゲート電極127に印加される電圧に応じてチャネル125の導電性が制御される。   In the P-channel type high-speed driving TFT 120, when a gate voltage that is equal to or lower than a predetermined voltage (threshold voltage) and whose absolute value is larger than the absolute value of the threshold voltage is applied to the gate electrode 127, When the gate voltage higher than a predetermined voltage (threshold voltage) is applied to the gate electrode 127, the P-channel high-speed drive TFT 120 changes from the conductive state to the conductive state. Transition to non-conduction state. As described above, the conductivity of the channel 125 is controlled in accordance with the voltage applied to the gate electrode 127.

Nチャネル型高耐圧TFT130は、ゲート絶縁膜の厚さが異なる点を除いて、Nチャネル型高速駆動TFT110と同様に設けられている。Nチャネル型高速駆動TFT110のゲート絶縁膜116の厚さが50nmであるのに対して、Nチャネル型高耐圧TFT130のゲート絶縁膜136の厚さは100nmである。また、Nチャネル型高耐圧TFT130でも、ソース131およびドレイン133にはN型不純物であるP(リン)がドープされており、チャネル135にはP型不純物であるB(ボロン)が注入量1.0×1013cm-2でドープされている。ここでNチャネル型高耐圧TFT130は、ホットキャリア劣化特性を改善するため、LDD構造またはゲートオーバーラップLDD構造にすることが好ましい。 The N-channel type high breakdown voltage TFT 130 is provided in the same manner as the N-channel type high-speed driving TFT 110 except that the thickness of the gate insulating film is different. The thickness of the gate insulating film 116 of the N-channel high-speed driving TFT 110 is 50 nm, whereas the thickness of the gate insulating film 136 of the N-channel high-voltage TFT 130 is 100 nm. Also in the N-channel type high breakdown voltage TFT 130, the source 131 and the drain 133 are doped with P (phosphorus) as an N-type impurity, and the channel 135 is injected with an implantation amount of B (boron) as a P-type impurity. Doped with 0 × 10 13 cm −2 . Here, the N-channel high breakdown voltage TFT 130 preferably has an LDD structure or a gate overlap LDD structure in order to improve hot carrier deterioration characteristics.

Pチャネル型高耐圧TFT140は、ゲート絶縁膜の厚さが異なる点を除いて、Pチャネル型高速駆動TFT120と同様に設けられている。Pチャネル型高速駆動TFT120のゲート絶縁膜126の厚さが50nmであるのに対して、Pチャネル型高耐圧TFT140のゲート絶縁膜146の厚さは100nmである。また、Pチャネル型高耐圧TFT140でも、ソース141およびドレイン143にはP型不純物であるB(ボロン)が注入量1.0×1015cm-2でドープされており、チャネル145にはP型不純物であるB(ボロン)が注入量1.0×1013cm-2でドープされている。 The P-channel type high breakdown voltage TFT 140 is provided in the same manner as the P-channel type high-speed driving TFT 120 except that the gate insulating film has a different thickness. The thickness of the gate insulating film 126 of the P-channel type high-speed driving TFT 120 is 50 nm, whereas the thickness of the gate insulating film 146 of the P-channel type high-voltage TFT 140 is 100 nm. Also in the P-channel type high-voltage TFT 140, the source 141 and the drain 143 are doped with B (boron), which is a P-type impurity, at an injection amount of 1.0 × 10 15 cm −2 , and the channel 145 has a P-type impurity. Impurity B (boron) is doped with an implantation amount of 1.0 × 10 13 cm −2 .

このように、本実施形態の半導体装置100では、Nチャネル型高速駆動TFT110のゲート絶縁膜116の厚さが、Nチャネル型高耐圧TFT130のゲート絶縁膜136の厚さよりも薄くなっており、Pチャネル型高速駆動TFT120のゲート絶縁膜126の厚さが、Pチャネル型高耐圧TFT140のゲート絶縁膜146の厚さよりも薄くなっている。それにより、Nチャネル型高速駆動TFT110およびPチャネル型高速駆動TFT120は高速に動作可能であり、Nチャネル型高耐圧TFT130およびPチャネル型高耐圧TFT140は高耐圧である。   As described above, in the semiconductor device 100 of this embodiment, the thickness of the gate insulating film 116 of the N-channel type high-speed driving TFT 110 is thinner than the thickness of the gate insulating film 136 of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130. The thickness of the gate insulating film 126 of the channel type high-speed driving TFT 120 is thinner than the thickness of the gate insulating film 146 of the P-channel type high voltage TFT 140. As a result, the N-channel high-speed driving TFT 110 and the P-channel high-speed driving TFT 120 can operate at high speed, and the N-channel high-voltage TFT 130 and the P-channel high-voltage TFT 140 are high withstand voltage.

また、本実施形態の半導体装置100では、チャネル115、チャネル125、チャネル135およびチャネル145内にほぼ同じ注入量(ここでは、1.0×1013cm-2)の不純物B(ボロン)がドープされ、チャネル115、チャネル125、チャネル135およびチャネル145内の不純物濃度はそれぞれほぼ同じであり、Nチャネル型高速駆動TFT110、Pチャネル型高速駆動TFT120、Nチャネル型高耐圧TFT130およびPチャネル型高耐圧TFT140のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じである。なお、本明細書において、Nチャネル型高速駆動TFT110、Pチャネル型高速駆動TFT120、Nチャネル型高耐圧TFT130およびPチャネル型高耐圧TFT140を総称して単にTFT110〜TFT140と示す場合がある。TFT110〜TFT140のいずれも、いわゆるMIS(Metal Insulator Semiconductor)構造を有している。 In the semiconductor device 100 of this embodiment, the channel 115, the channel 125, the channel 135, and the channel 145 are doped with the impurity B (boron) having substantially the same implantation amount (here, 1.0 × 10 13 cm −2 ). The impurity concentrations in the channel 115, the channel 125, the channel 135, and the channel 145 are almost the same, and the N-channel high-speed driving TFT 110, the P-channel high-speed driving TFT 120, the N-channel high-voltage TFT 130, and the P-channel high-voltage TFT. The respective drain current rising gate voltages of the TFTs 140 are substantially the same. Note that in this specification, the N-channel high-speed driving TFT 110, the P-channel high-speed driving TFT 120, the N-channel high-voltage TFT 130, and the P-channel high-voltage TFT 140 may be collectively referred to simply as TFTs 110 to 140. Each of the TFTs 110 to 140 has a so-called MIS (Metal Insulator Semiconductor) structure.

本実施形態の半導体装置100では、TFT110〜TFT140のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じであるので、オフ状態にする際に各TFT110〜TFT140に印加するゲート電圧を個別に調整することなくほぼ同じゲート電圧を印加して、各TFT110〜TFT140のオフリーク電流を抑制することができる。   In the semiconductor device 100 of the present embodiment, since the drain current rising gate voltages of the TFTs 110 to 140 are substantially the same, the gate voltages applied to the TFTs 110 to 140 are not adjusted individually when being turned off. By applying the same gate voltage, off-leakage current of each of the TFTs 110 to 140 can be suppressed.

なお、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は好ましくは0Vである。例えば、スタンドバイ状態時のゲート電圧が0Vである場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧が0Vであると、スタンドバイ時のTFTの消費電力を理想的にはゼロにすることができる。しかしながら、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は0Vでなくてもよい。例えば、TFTをパストランジスタ等に用いる場合、0V以外のゲート電圧でTFTをオフ状態にすることが可能である。なお、このオフ状態となるゲート電圧が大きすぎると、ゲート電圧に誘起されるドレインリーク電流が増大してしまうため、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧にできるだけ近いゲート電圧でTFTをオフ状態とすることが好ましい。この点から、本実施形態は、ゲート絶縁膜の厚さが異なるTFT110〜TFT140において、TFT110〜TFT140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じであるため、オフ状態にするためのゲート電圧を個別に調整することなく、TFT110〜TFT140のゲート電圧として同じ電源電圧を用いることができる。   The drain current rising gate voltage is preferably 0V. For example, when the gate voltage in the standby state is 0V, if the drain current rising gate voltage is 0V, the power consumption of the TFT in the standby state can be ideally zero. However, the drain current rising gate voltage may not be 0V. For example, when a TFT is used as a pass transistor or the like, the TFT can be turned off with a gate voltage other than 0V. Note that if the gate voltage in the off state is too large, the drain leakage current induced by the gate voltage increases, so it is preferable to turn off the TFT with a gate voltage as close as possible to the drain current rising gate voltage. . From this point, in this embodiment, since the gate current rising gate voltages of the TFTs 110 to 140 are substantially the same in the TFTs 110 to 140 having different gate insulating film thicknesses, the gate voltages for turning off are individually adjusted. The same power supply voltage can be used as the gate voltage of the TFTs 110 to 140 without doing so.

以下、本実施形態の半導体装置100におけるチャネル115、チャネル125、チャネル135およびチャネル145内の注入量(不純物濃度)について、図2〜図4を参照して説明する。   Hereinafter, the implantation amount (impurity concentration) in the channel 115, the channel 125, the channel 135, and the channel 145 in the semiconductor device 100 of this embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、図2を参照して、本実施形態の半導体装置100において、チャネルドープを行っていないTFT110〜TFT140の電流立ち上がりゲート電圧について説明する。   First, with reference to FIG. 2, the current rising gate voltage of the TFTs 110 to 140 that are not channel-doped in the semiconductor device 100 of this embodiment will be described.

図2(a)は、Nチャネル型高速駆動TFT110およびPチャネル型高速駆動TFT120におけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。図2(a)において、参照符号110Aを付した線は、Nチャネル型高速駆動TFT110に+8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号110Bを付した線は、Nチャネル型高速駆動TFT110に+0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。また、参照符号120Aを付した線は、Pチャネル型高速駆動TFT120に−8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号120Bを付した線は、Pチャネル型高速駆動TFT120に−0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。   FIG. 2A is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel type high-speed driving TFT 110 and the P-channel type high-speed driving TFT 120. In FIG. 2A, a line denoted by reference numeral 110A indicates a result of applying a source-drain voltage of + 8V to the N-channel type high-speed driving TFT 110, and a line denoted by reference numeral 110B is an N-channel type. The result of applying a source-drain voltage of +0.1 V to the high-speed driving TFT 110 is shown. A line denoted by reference numeral 120A indicates a result of applying a source-drain voltage of −8V to the P-channel type high-speed driving TFT 120, and a line denoted by reference numeral 120B is applied to the P-channel type high-speed driving TFT 120. The result of applying a source-drain voltage of −0.1 V is shown.

図2(a)の参照符号110Aを付した線で表すように、Nチャネル型高速駆動TFT110では、ソース−ドレイン電圧が+8Vの場合、ゲート電圧が増加するとともに、ドレイン電流は、一旦減少した後、指数関数的に増加する。ドレイン電流が最も小さいときのゲート電圧をドレイン電流立ち上がりゲート電圧と称すると、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.1Vである。なお、本明細書において、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をVgRiseと表す場合がある。また、図2(a)の参照符号110Bを付した線で表すように、ソース−ドレイン電圧が+0.1Vの場合、ゲート電圧が約−1.1Vより小さいとき、ドレイン電流は測定不能であり、ゲート電圧が約−1.1Vより大きくなると、ドレイン電流は指数関数的に増加する。したがって、Nチャネル型高速駆動TFT110のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.1Vである。   As represented by the line denoted by reference numeral 110A in FIG. 2A, in the N-channel high-speed drive TFT 110, when the source-drain voltage is +8 V, the gate voltage increases and the drain current decreases once. , Increase exponentially. If the gate voltage when the drain current is the smallest is called the drain current rising gate voltage, the drain current rising gate voltage is about −1.1V. In this specification, the drain current rising gate voltage may be expressed as VgRise. Further, as represented by the line denoted by reference numeral 110B in FIG. 2A, when the source-drain voltage is + 0.1V, the drain current cannot be measured when the gate voltage is less than about −1.1V. The drain current increases exponentially when the gate voltage is greater than about −1.1V. Therefore, the drain current rising gate voltage of the N-channel type high-speed driving TFT 110 is about −1.1V.

また、図2(a)の参照符号120Aを付した線で表すように、Pチャネル型高速駆動TFT120では、ソース−ドレイン電圧が−8Vの場合、ゲート電圧が減少するとともに、ドレイン電流は、一旦減少した後、指数関数的に増加する。この場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.1Vである。また、図2(a)の参照符号120Bを付した線で表すように、ソース−ドレイン電圧が−0.1Vの場合、ゲート電圧が−1.1Vより大きいとき、ドレイン電流は測定不能であり、ゲート電圧が−1.1Vより小さくなると、ドレイン電流は指数関数的に増加する。したがって、Pチャネル型高速駆動TFT120のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.1Vであり、これは、Nチャネル型高速駆動TFT110と同様である。なお、Nチャネル型高速駆動TFT110およびPチャネル型高速駆動TFT120では、1.0×10-6A(1μA)のドレイン電流に対応するゲート電圧がしきい値電圧であり、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は、いわゆるサブスレショルド領域内のゲート電圧である。 2A, in the P-channel type high-speed drive TFT 120, when the source-drain voltage is -8V, the gate voltage decreases and the drain current temporarily increases. After decreasing, it increases exponentially. In this case, the drain current rising gate voltage is about −1.1V. Also, as shown by the line with reference numeral 120B in FIG. 2A, when the source-drain voltage is -0.1V, the drain current cannot be measured when the gate voltage is greater than -1.1V. When the gate voltage becomes smaller than −1.1V, the drain current increases exponentially. Therefore, the drain current rising gate voltage of the P-channel type high-speed driving TFT 120 is about −1.1 V, which is the same as that of the N-channel type high-speed driving TFT 110. In the N-channel high-speed driving TFT 110 and the P-channel high-speed driving TFT 120, the gate voltage corresponding to the drain current of 1.0 × 10 −6 A (1 μA) is the threshold voltage, and the drain current rising gate voltage is The gate voltage in the so-called subthreshold region.

図2(b)は、Nチャネル型高耐圧TFT130およびPチャネル型高耐圧TFT140におけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。図2(b)において、参照符号130Aを付した線は、Nチャネル型高耐圧TFT130に+8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号130Bを付した線は、Nチャネル型高耐圧TFT130に+0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。また、参照符号140Aを付した線は、Pチャネル型高耐圧TFT140に−8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号140Bを付した線は、Pチャネル型高耐圧TFT140に−0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。   FIG. 2B is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel high voltage TFT 130 and the P-channel high voltage TFT 140. In FIG. 2B, the line denoted by reference numeral 130A indicates the result of applying a source-drain voltage of +8 V to the N-channel type high breakdown voltage TFT 130, and the line denoted by reference numeral 130B is the N-channel type. The result of applying a source-drain voltage of +0.1 V to the high voltage TFT 130 is shown. A line denoted by reference numeral 140A indicates a result of applying a source-drain voltage of −8V to the P-channel type high breakdown voltage TFT 140, and a line denoted by reference numeral 140B is a line applied to the P-channel type high breakdown voltage TFT 140. The result of applying a source-drain voltage of −0.1 V is shown.

図2(b)の参照符号130Aを付した線で表すように、Nチャネル型高耐圧TFT130では、ソース−ドレイン電圧が+8Vの場合、ゲート電圧が増加するとともに、ドレイン電流は、一旦減少した後、指数関数的に増加する。この場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.7Vである。また、図2(b)の参照符号130Bを付した線で表すように、ソース−ドレイン電圧が+0.1Vの場合、ゲート電圧が約−1.7Vより小さいとき、ドレイン電流は測定不能であり、ゲート電圧が約−1.7Vより大きくなると、ドレイン電流は指数関数的に増加する。したがって、Nチャネル型高耐圧TFT130のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.7Vである。   As represented by the line denoted by reference numeral 130A in FIG. 2B, in the N-channel high breakdown voltage TFT 130, when the source-drain voltage is + 8V, the gate voltage increases and the drain current decreases once. , Increase exponentially. In this case, the drain current rising gate voltage is about −1.7V. Further, as represented by the line denoted by reference numeral 130B in FIG. 2B, when the source-drain voltage is + 0.1V, the drain current is not measurable when the gate voltage is less than about −1.7V. The drain current increases exponentially when the gate voltage is greater than about -1.7V. Therefore, the drain current rising gate voltage of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130 is about −1.7V.

また、図2(b)の参照符号140Aを付した線で表すように、Pチャネル型高耐圧TFT140では、ソース−ドレイン電圧が−8Vの場合、ゲート電圧が減少するとともに、ドレイン電流は、一旦減少した後、指数関数的に増加する。この場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.7Vである。また、図2(b)の参照符号140Bを付した線で表すように、ソース−ドレイン電圧が−0.1Vの場合、ゲート電圧が−1.7Vより大きいとき、ドレイン電流は測定不能であり、ゲート電圧が−1.7Vより小さくなると、ドレイン電流は指数関数的に増加する。したがって、Pチャネル型高耐圧TFT140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.7Vであり、これは、Nチャネル型高耐圧TFT130と同様である。   2B, in the P-channel type high breakdown voltage TFT 140, when the source-drain voltage is −8V, the gate voltage is decreased and the drain current is once increased. After decreasing, it increases exponentially. In this case, the drain current rising gate voltage is about −1.7V. In addition, as represented by the line denoted by reference numeral 140B in FIG. 2B, when the source-drain voltage is -0.1V, the drain current cannot be measured when the gate voltage is greater than -1.7V. When the gate voltage becomes smaller than −1.7 V, the drain current increases exponentially. Therefore, the drain current rising gate voltage of the P-channel type high breakdown voltage TFT 140 is about −1.7 V, which is the same as that of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130.

ここで、図2(a)と図2(b)とを比較する。チャネルドープを行っていない場合、Nチャネル型高速駆動TFT110およびPチャネル型高速駆動TFT120のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.1Vであるのに対して、Nチャネル型高耐圧TFT130およびPチャネル型高耐圧TFT140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.7Vである。このように、ゲート絶縁膜の厚さが異なる場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧が異なるのは、以下のように考えられる。一般的なTFTにおいて、ゲート絶縁膜とシリコンとの界面には固定電荷が存在しており、この固定電荷のドレイン電流立ち上がりゲート電圧への影響はゲート絶縁膜が厚いほど大きくなる。プラスの固定電荷が存在する場合、ゲート絶縁膜が厚いほど、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧はマイナスにシフトする。従って、Nチャネル型高耐圧TFT130およびPチャネル型高耐圧140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧はNチャネル型高速駆動TFT110およびPチャネル型高速駆動TFT120のドレイン電流立ち上がりゲート電圧と異なっている。   Here, FIG. 2A is compared with FIG. When channel doping is not performed, the drain current rising gate voltage of the N-channel high-speed drive TFT 110 and the P-channel high-speed drive TFT 120 is about −1.1 V, whereas the N-channel high-voltage TFT 130 and the P-channel type The drain voltage rising gate voltage of the high voltage TFT 140 is about −1.7V. Thus, when the thicknesses of the gate insulating films are different, the drain current rising gate voltage is different as follows. In a general TFT, a fixed charge exists at the interface between the gate insulating film and silicon, and the influence of this fixed charge on the drain current rising gate voltage increases as the gate insulating film becomes thicker. When positive fixed charges exist, the drain current rising gate voltage shifts to negative as the gate insulating film is thicker. Therefore, the drain current rising gate voltages of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130 and the P-channel type high breakdown voltage 140 are different from the drain current rising gate voltages of the N-channel type high-speed driving TFT 110 and P-channel type high-speed driving TFT 120.

次に、図3を参照して、本実施形態の半導体装置100においてTFT110〜TFT140のそれぞれのチャネル115、125、135および145内に不純物を注入量1.0×1013cm-2でチャネルドープした後のドレイン電流立ち上がりゲート電圧について説明する。 Next, referring to FIG. 3, in the semiconductor device 100 of this embodiment, impurities are implanted into the channels 115, 125, 135, and 145 of the TFTs 110 to 140 at a dose of 1.0 × 10 13 cm −2. Next, the drain current rising gate voltage will be described.

図3(a)は、Nチャネル型高速駆動TFT110およびPチャネル型高速駆動TFT120におけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。図3(a)において、参照符号110Aを付した線は、Nチャネル型高速駆動TFT110に+8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号110Bを付した線は、Nチャネル型高速駆動TFT110に+0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。また、参照符号120Aを付した線は、Pチャネル型高速駆動TFT120に−8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号120Bを付した線は、Pチャネル型高速駆動TFT120に−0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。   FIG. 3A is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel type high-speed driving TFT 110 and the P-channel type high-speed driving TFT 120. In FIG. 3A, a line denoted by reference numeral 110A indicates a result of applying a source-drain voltage of + 8V to the N-channel type high-speed driving TFT 110, and a line denoted by reference numeral 110B is an N-channel type. The result of applying a source-drain voltage of +0.1 V to the high-speed driving TFT 110 is shown. A line denoted by reference numeral 120A indicates a result of applying a source-drain voltage of −8V to the P-channel type high-speed driving TFT 120, and a line denoted by reference numeral 120B is applied to the P-channel type high-speed driving TFT 120. The result of applying a source-drain voltage of −0.1 V is shown.

図3(a)の参照符号110Aを付した線で表すように、Nチャネル型高速駆動TFT110では、ソース−ドレイン電圧が+8Vの場合、ゲート電圧が増加するとともに、ドレイン電流は、一旦減少した後、指数関数的に増加する。この場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.5Vである。また、図3(a)の参照符号110Bを付した線で表すように、ソース−ドレイン電圧が+0.1Vの場合、ゲート電圧が約−0.5Vより小さいとき、ドレイン電流は測定不能であり、ゲート電圧が約−0.5Vより大きくなると、ドレイン電流は指数関数的に増加する。したがって、Nチャネル型高速駆動TFT110のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.5Vである。   As represented by the line denoted by reference numeral 110A in FIG. 3A, in the N-channel high-speed driving TFT 110, when the source-drain voltage is + 8V, the gate voltage increases and the drain current decreases once. , Increase exponentially. In this case, the drain current rising gate voltage is about −0.5V. Further, as represented by the line denoted by reference numeral 110B in FIG. 3A, when the source-drain voltage is + 0.1V, the drain current cannot be measured when the gate voltage is less than about −0.5V. The drain current increases exponentially when the gate voltage is greater than about −0.5V. Therefore, the drain current rising gate voltage of the N-channel type high-speed driving TFT 110 is about −0.5V.

また、図3(a)の参照符号120Aを付した線で表すように、Pチャネル型高速駆動TFT120では、ソース−ドレイン電圧が−8Vの場合、ゲート電圧が減少するとともに、ドレイン電流は、一旦減少した後、指数関数的に増加する。この場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.5Vである。また、図3(a)の参照符号120Bを付した線で表すように、ソース−ドレイン電圧が−0.1Vの場合、ゲート電圧が−0.5Vより大きいとき、ドレイン電流は測定不能であり、ゲート電圧が−0.5Vより小さくなると、ドレイン電流は指数関数的に増加する。したがって、Pチャネル型高速駆動TFT120のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.5Vであり、これは、Nチャネル型高速駆動TFT110と同様である。   3A, in the P-channel type high-speed driving TFT 120, when the source-drain voltage is -8V, the gate voltage decreases and the drain current temporarily increases. After decreasing, it increases exponentially. In this case, the drain current rising gate voltage is about −0.5V. Also, as shown by the line with reference numeral 120B in FIG. 3A, when the source-drain voltage is -0.1V, the drain current is not measurable when the gate voltage is greater than -0.5V. When the gate voltage becomes smaller than −0.5V, the drain current increases exponentially. Therefore, the drain current rising gate voltage of the P-channel type high-speed driving TFT 120 is about −0.5 V, which is the same as that of the N-channel type high-speed driving TFT 110.

図3(b)は、Nチャネル型高耐圧TFT130およびPチャネル型高耐圧TFT140におけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。図3(b)において、参照符号130Aを付した線は、Nチャネル型高耐圧TFT130に+8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号130Bを付した線は、Nチャネル型高耐圧TFT130に+0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。また、参照符号140Aを付した線は、Pチャネル型高耐圧TFT140に−8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号140Bを付した線は、Pチャネル型高耐圧TFT140に−0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。   FIG. 3B is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel high voltage TFT 130 and the P-channel high voltage TFT 140. In FIG. 3B, the line denoted by reference numeral 130A indicates the result of applying a source-drain voltage of + 8V to the N-channel type high breakdown voltage TFT 130, and the line denoted by reference numeral 130B is the N-channel type. The result of applying a source-drain voltage of +0.1 V to the high voltage TFT 130 is shown. A line denoted by reference numeral 140A indicates a result of applying a source-drain voltage of −8V to the P-channel type high breakdown voltage TFT 140, and a line denoted by reference numeral 140B is a line applied to the P-channel type high breakdown voltage TFT 140. The result of applying a source-drain voltage of −0.1 V is shown.

図3(b)の参照符号130Aを付した線で表すように、Nチャネル型高耐圧TFT130では、ソース−ドレイン電圧が+8Vの場合、ゲート電圧が増加するとともに、ドレイン電流は、一旦減少した後、指数関数的に増加する。この場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.5Vである。また、図3(b)の参照符号130Bを付した線で表すように、ソース−ドレイン電圧が+0.1Vの場合、ゲート電圧が約−0.5Vより小さいとき、ドレイン電流は測定不能であり、ゲート電圧が約−0.5Vより大きくなると、ドレイン電流は指数関数的に増加する。したがって、Nチャネル型高耐圧TFT130のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.5Vである。   As represented by the line denoted by reference numeral 130A in FIG. 3B, in the N-channel high breakdown voltage TFT 130, when the source-drain voltage is +8 V, the gate voltage increases and the drain current decreases once. , Increase exponentially. In this case, the drain current rising gate voltage is about −0.5V. Further, as represented by the line denoted by reference numeral 130B in FIG. 3B, when the source-drain voltage is + 0.1V, the drain current cannot be measured when the gate voltage is less than about −0.5V. The drain current increases exponentially when the gate voltage is greater than about −0.5V. Therefore, the drain current rising gate voltage of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130 is about −0.5V.

また、図3(b)の参照符号140Aを付した線で表すように、Pチャネル型高耐圧TFT140では、ソース−ドレイン電圧が−8Vの場合、ゲート電圧が減少するとともに、ドレイン電流は、一旦減少した後、指数関数的に増加する。この場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.5Vである。また、図3(b)の参照符号140Bを付した線で表すように、ソース−ドレイン電圧が−0.1Vの場合、ゲート電圧が−0.5Vより大きいとき、ドレイン電流は測定不能であり、ゲート電圧が−0.5Vより小さくなると、ドレイン電流は指数関数的に増加する。したがって、Pチャネル型高耐圧TFT140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.5Vである。これは、Nチャネル型高耐圧TFT130と同様である。   3B, in the P-channel type high withstand voltage TFT 140, when the source-drain voltage is −8V, the gate voltage decreases and the drain current once increases. After decreasing, it increases exponentially. In this case, the drain current rising gate voltage is about −0.5V. Further, as represented by the line denoted by reference numeral 140B in FIG. 3B, when the source-drain voltage is -0.1V, the drain current cannot be measured when the gate voltage is greater than -0.5V. When the gate voltage becomes smaller than −0.5V, the drain current increases exponentially. Therefore, the drain current rising gate voltage of the P-channel type high breakdown voltage TFT 140 is about −0.5V. This is the same as the N-channel high voltage TFT 130.

ここで、図3(a)と図3(b)とを比較する。チャネルドープを行った後、Nチャネル型高速駆動TFT110およびPチャネル型高速駆動TFT120のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.5Vであるのに対して、Nチャネル型高耐圧TFT130およびPチャネル型高耐圧TFT140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.5Vであり、両者はほぼ同じである。このように、本実施形態の半導体装置100では、TFT110〜TFT140のチャネル115、125、135および145内に適切な注入量の不純物をドープしていることにより、ゲート絶縁膜の厚さが異なる場合でも、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧はほぼ同じになっている。   Here, FIG. 3A is compared with FIG. After channel doping, the drain current rising gate voltage of the N-channel high-speed driving TFT 110 and the P-channel high-speed driving TFT 120 is about −0.5 V, whereas the N-channel high-voltage TFT 130 and the P-channel high-voltage TFT The drain current rising gate voltage of the withstand voltage TFT 140 is about −0.5 V, and both are substantially the same. As described above, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the gate insulating film has different thicknesses because the channel 115, 125, 135, and 145 of the TFTs 110 to 140 are doped with an appropriate amount of impurities. However, the drain current rising gate voltage is almost the same.

適切な注入量は、別の半導体装置100Xを用いて予め決められている。以下、図4を参照して注入量について説明する。   An appropriate implantation amount is determined in advance using another semiconductor device 100X. Hereinafter, the injection amount will be described with reference to FIG.

半導体装置100Xには、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとを含む複数のTFTが形成されており、TFTのゲート絶縁膜の厚さは10nm毎に異なっている。半導体装置100XのTFTは、半導体装置100のTFT110〜TFT140と同様に形成されている。この半導体装置100Xにおいて、チャネル内への不純物の注入量を変化させて、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧の変化を測定する。   In the semiconductor device 100X, a plurality of TFTs including an N-channel TFT and a P-channel TFT are formed, and the thickness of the gate insulating film of the TFT is different every 10 nm. The TFTs of the semiconductor device 100X are formed in the same manner as the TFTs 110 to 140 of the semiconductor device 100. In this semiconductor device 100X, the change in the drain current rising gate voltage is measured by changing the amount of impurities injected into the channel.

図4は、半導体装置100Xにおけるゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフである。図4において、□はチャネルドープ(CD)を行っていない場合の結果を示し、○は不純物B(ボロン)の注入量が1.0×1013cm-2である場合の結果を示し、△は不純物B(ボロン)の注入量が1.8×1013cm-2である場合の結果を示している。なお、図4において、□、○および△は、それぞれ、Pチャネル型TFTおよびNチャネル型TFTの両方の結果を示している。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the gate insulating film thickness (Tox) and the drain current rising gate voltage (VgRise) in the semiconductor device 100X. In FIG. 4, □ shows the result when channel doping (CD) is not performed, ○ shows the result when the implantation amount of impurity B (boron) is 1.0 × 10 13 cm −2 , Δ Shows the result when the implantation amount of impurity B (boron) is 1.8 × 10 13 cm −2 . In FIG. 4, □, ○, and Δ indicate the results of both the P-channel TFT and the N-channel TFT, respectively.

図4の□に示すように、不純物B(ボロン)をドープしていない場合、ゲート絶縁膜が厚くなるほど、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は減少している。半導体装置100Xにおいて、不純物B(ボロン)の注入量を増加すると、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は大きくなり、注入量が1.0×1013cm-2である場合、図4の○に示すように、ゲート絶縁膜の厚さにかかわらず、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧はほぼ同じになる。 As indicated by □ in FIG. 4, when the impurity B (boron) is not doped, the drain current rising gate voltage decreases as the gate insulating film becomes thicker. In the semiconductor device 100X, when the implantation amount of the impurity B (boron) is increased, the drain current rising gate voltage increases, and when the implantation amount is 1.0 × 10 13 cm −2 , as indicated by a circle in FIG. Regardless of the thickness of the gate insulating film, the drain current rising gate voltage is almost the same.

半導体装置100Xにおいて、さらに注入量を増加すると、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧はさらに大きくなる。注入量が1.8×1013cm-2である場合、図4の△に示すように、ゲート絶縁膜が厚くなるほど、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は増加する。 In the semiconductor device 100X, when the injection amount is further increased, the drain current rising gate voltage is further increased. When the implantation amount is 1.8 × 10 13 cm −2 , the drain current rising gate voltage increases as the gate insulating film becomes thicker, as indicated by Δ in FIG.

したがって、図4から、注入量が適切な値(ここでは、1.0×1013cm-2)である場合、ゲート絶縁膜の厚さにかかわらず、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧はほぼ同じになることがわかる。注入量、すなわち、不純物濃度が適切な値でない場合は、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は、ゲート絶縁膜の厚さに応じて変化している。 Therefore, from FIG. 4, when the implantation amount is an appropriate value (here, 1.0 × 10 13 cm −2 ), the drain current rising gate voltage is almost the same regardless of the thickness of the gate insulating film. I understand that. When the implantation amount, that is, the impurity concentration is not an appropriate value, the drain current rising gate voltage changes according to the thickness of the gate insulating film.

上述したように、一般に、固定電荷の影響はゲート絶縁膜の厚さに応じて変化するが、本実施形態では、不純物の注入量を適切な値にしている、すなわち、チャネル内の不純物濃度を最適化しているので、ゲート絶縁膜の厚さにかかわらず、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じになる。したがって、本実施形態の半導体装置100によれば、オフ状態にする際に複数のTFTに印加するゲート電圧を個別に調整することなく、同じゲート電圧(ここでは、−0.5V)を印加して、各TFT110〜TFT140のオフリーク電流を最小化することができる。   As described above, in general, the influence of the fixed charge changes according to the thickness of the gate insulating film, but in this embodiment, the impurity implantation amount is set to an appropriate value, that is, the impurity concentration in the channel is changed. Since optimization is performed, the drain current rising gate voltage is almost the same regardless of the thickness of the gate insulating film. Therefore, according to the semiconductor device 100 of the present embodiment, the same gate voltage (here, −0.5 V) is applied without individually adjusting the gate voltage applied to the plurality of TFTs when the semiconductor device 100 is turned off. Thus, the off-leak current of each of the TFTs 110 to 140 can be minimized.

なお、図2(a)の結果は図4の参照符号X1に対応しており、図2(b)の結果は図4の参照符号Y1に対応している。また、図3(a)の結果は図4の参照符号X2に対応しており、図3(b)の結果は図4の参照符号Y2に対応している。   2A corresponds to the reference symbol X1 in FIG. 4, and the result in FIG. 2B corresponds to the reference symbol Y1 in FIG. 3A corresponds to the reference symbol X2 in FIG. 4, and the result in FIG. 3B corresponds to the reference symbol Y2 in FIG.

次いで、図5および図6を参照して、本実施形態の半導体装置100の製造方法を説明する。本実施形態の半導体装置100は、以下に示すように製造される。   Next, with reference to FIGS. 5 and 6, a method for manufacturing the semiconductor device 100 of this embodiment will be described. The semiconductor device 100 of this embodiment is manufactured as follows.

まず、図5(a)に示すように、基板151を用意する。基板151は、例えば、ガラス基板である。   First, as shown in FIG. 5A, a substrate 151 is prepared. The substrate 151 is, for example, a glass substrate.

次に、図5(b)に示すように、基板151を覆うようにベースコート152を形成し、次いで、ベースコート152を覆うように半導体膜153を形成する。ベースコート152は、例えば、シリコン酸化物からなり、半導体膜153はポリシリコンからなる。   Next, as illustrated in FIG. 5B, the base coat 152 is formed so as to cover the substrate 151, and then the semiconductor film 153 is formed so as to cover the base coat 152. The base coat 152 is made of, for example, silicon oxide, and the semiconductor film 153 is made of polysilicon.

次に、図5(c)に示すように、半導体膜153にP型不純物B(ボロン)を注入量1.0×1013cm-2でドープする。後述するように、最終的には、この半導体膜153を用いて、TFT110〜TFT140のソース、ドレインおよびチャネルが形成される。TFT110〜TFT140のソースおよびドレインを形成するためには後に不純物がドープされるが、TFT110〜TFT140のチャネル115、125、135および145には、このP型不純物B(ボロン)のみがドープされ、このP型不純物B(ボロン)のドープが、いわゆるチャネルドープになる。 Next, as shown in FIG. 5C, the semiconductor film 153 is doped with P-type impurity B (boron) at an implantation amount of 1.0 × 10 13 cm −2 . As will be described later, finally, the source, drain, and channel of the TFTs 110 to 140 are formed using the semiconductor film 153. In order to form the sources and drains of the TFTs 110 to 140, impurities are doped later. However, the channels 115, 125, 135 and 145 of the TFTs 110 to 140 are doped only with the P-type impurity B (boron). The doping of the P-type impurity B (boron) is so-called channel doping.

次に、図5(d)に示すように、半導体膜153をパターニングすることにより、第1半導体膜153a、第2半導体膜153b、第3半導体膜153cおよび第4半導体膜153dを形成する。   Next, as shown in FIG. 5D, the semiconductor film 153 is patterned to form a first semiconductor film 153a, a second semiconductor film 153b, a third semiconductor film 153c, and a fourth semiconductor film 153d.

次に、図5(e)に示すように、第1半導体膜153a、第2半導体膜153b、第3半導体膜153cおよび第4半導体膜153dを覆うようにゲート絶縁膜154を形成する。ゲート絶縁膜154は、例えば、シリコン窒化物またはシリコン酸化物からなる。   Next, as shown in FIG. 5E, a gate insulating film 154 is formed so as to cover the first semiconductor film 153a, the second semiconductor film 153b, the third semiconductor film 153c, and the fourth semiconductor film 153d. The gate insulating film 154 is made of, for example, silicon nitride or silicon oxide.

次に、図5(f)に示すように、ゲート絶縁膜154をパターニングして、第3半導体膜153cの所定の領域の上にゲート絶縁膜154cを形成し、第4半導体膜153dの所定の領域の上にゲート絶縁膜154dを形成する。   Next, as shown in FIG. 5F, the gate insulating film 154 is patterned to form a gate insulating film 154c on a predetermined region of the third semiconductor film 153c, and a predetermined value of the fourth semiconductor film 153d. A gate insulating film 154d is formed over the region.

次に、図5(g)に示すように、第1半導体膜153a、第2半導体膜153b、第3半導体膜153c、第4半導体膜153d、ゲート絶縁膜154c、154dならびにベースコート152を覆うように、さらなるゲート絶縁膜155を形成する。ゲート絶縁膜155は、例えば、シリコン酸化物からなる。   Next, as shown in FIG. 5G, the first semiconductor film 153a, the second semiconductor film 153b, the third semiconductor film 153c, the fourth semiconductor film 153d, the gate insulating films 154c and 154d, and the base coat 152 are covered. Further gate insulating film 155 is formed. The gate insulating film 155 is made of, for example, silicon oxide.

次に、図5(h)に示すように、ゲート絶縁膜155をパターニングする。ゲート絶縁膜155のパターニングにより、第1半導体膜153aの所定の領域の上にゲート絶縁膜155aが形成され、第2半導体膜153bの所定の領域の上にゲート絶縁膜155bが形成される。ゲート絶縁膜155aはNチャネル型高速駆動TFT110のゲート絶縁膜116となり、ゲート絶縁膜155bはPチャネル型高速駆動TFT120のゲート絶縁膜126となる。また、ゲート絶縁膜155のパターニングにより、ゲート絶縁膜154cを覆うゲート絶縁膜155cが形成され、ゲート絶縁膜154dを覆うゲート絶縁膜155dが形成される。ゲート絶縁膜154cおよびゲート絶縁膜155cはNチャネル型高耐圧TFT130のゲート絶縁膜136となり、ゲート絶縁膜154dおよびゲート絶縁膜155dはPチャネル型高耐圧TFT140のゲート絶縁膜146となる。   Next, as shown in FIG. 5H, the gate insulating film 155 is patterned. By patterning the gate insulating film 155, a gate insulating film 155a is formed on a predetermined region of the first semiconductor film 153a, and a gate insulating film 155b is formed on a predetermined region of the second semiconductor film 153b. The gate insulating film 155a becomes the gate insulating film 116 of the N-channel type high-speed driving TFT 110, and the gate insulating film 155b becomes the gate insulating film 126 of the P-channel type high-speed driving TFT 120. Further, by patterning the gate insulating film 155, a gate insulating film 155c covering the gate insulating film 154c is formed, and a gate insulating film 155d covering the gate insulating film 154d is formed. The gate insulating film 154c and the gate insulating film 155c become the gate insulating film 136 of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130, and the gate insulating film 154d and the gate insulating film 155d become the gate insulating film 146 of the P channel type high breakdown voltage TFT 140.

次に、図6(a)に示すように、第1半導体膜153a、第2半導体膜153b、第3半導体膜153c、第4半導体膜153d、ゲート絶縁膜116、126、136および146ならびにベースコート152を覆うように電極層156を堆積する。電極層156は、金属、例えば、タングステンからなる。   Next, as shown in FIG. 6A, the first semiconductor film 153a, the second semiconductor film 153b, the third semiconductor film 153c, the fourth semiconductor film 153d, the gate insulating films 116, 126, 136 and 146, and the base coat 152 are formed. An electrode layer 156 is deposited so as to cover the surface. The electrode layer 156 is made of metal, for example, tungsten.

次に、図6(b)に示すように、電極層156をパターニングする。電極層156のパターニングにより、ゲート絶縁膜116を覆う電極117が形成され、ゲート絶縁膜126を覆う電極127が形成される。電極117はNチャネル型高速駆動TFT110のゲート電極117となり、電極127はPチャネル型高速駆動TFT120のゲート電極127となる。また、電極層156のパターニングにより、ゲート絶縁膜136を覆う電極137が形成され、ゲート絶縁膜146を覆う電極147が形成される。電極137はNチャネル型高耐圧TFT130のゲート電極137となり、電極147はPチャネル型高耐圧TFT140のゲート電極147となる。   Next, as shown in FIG. 6B, the electrode layer 156 is patterned. By patterning the electrode layer 156, an electrode 117 covering the gate insulating film 116 is formed, and an electrode 127 covering the gate insulating film 126 is formed. The electrode 117 becomes the gate electrode 117 of the N-channel type high-speed driving TFT 110, and the electrode 127 becomes the gate electrode 127 of the P-channel type high-speed driving TFT 120. Further, by patterning the electrode layer 156, an electrode 137 covering the gate insulating film 136 is formed, and an electrode 147 covering the gate insulating film 146 is formed. The electrode 137 becomes the gate electrode 137 of the N-channel type high voltage TFT 130 and the electrode 147 becomes the gate electrode 147 of the P-channel type high voltage TFT 140.

次に、図6(c)に示すように、第1半導体膜153aおよび第3半導体膜153cをレジストマスク161で覆って、P型不純物であるB(ボロン)をドープする。B(ボロン)は、第2半導体膜153bのうちの電極127に覆われていない領域にドープされ、また、第4半導体膜153dのうちの電極147に覆われていない領域にドープされる。ここでB(ボロン)の注入量は1.0×1015cm-2であり、これは、第2半導体膜153bのうちの電極127に覆われた領域および第4半導体膜153dのうちの電極147に覆われた領域内への不純物の注入量(1.0×1013cm-2)よりも多い。第2半導体膜153bにおいて注入量1.0×1015cm-2でB(ボロン)をドープした領域はPチャネル型高速駆動TFT120のソース121およびドレイン123となり、第4半導体膜153dにおいて注入量1.0×1015cm-2でB(ボロン)をドープした領域はPチャネル型高耐圧TFT140のソース141およびドレイン143となる。その後、レジストマスク161を除去する。 Next, as shown in FIG. 6C, the first semiconductor film 153a and the third semiconductor film 153c are covered with a resist mask 161, and B (boron) which is a P-type impurity is doped. B (boron) is doped in a region of the second semiconductor film 153b that is not covered by the electrode 127, and is doped in a region of the fourth semiconductor film 153d that is not covered by the electrode 147. Here, the implantation amount of B (boron) is 1.0 × 10 15 cm −2 , which is an area of the second semiconductor film 153b covered with the electrode 127 and an electrode of the fourth semiconductor film 153d. More than the amount of impurities implanted into the region covered with 147 (1.0 × 10 13 cm −2 ). The region doped with B (boron) at an injection amount of 1.0 × 10 15 cm −2 in the second semiconductor film 153b becomes the source 121 and the drain 123 of the P-channel type high-speed driving TFT 120, and the injection amount 1 in the fourth semiconductor film 153d. The region doped with B (boron) at 0.0 × 10 15 cm −2 becomes the source 141 and the drain 143 of the P-channel high voltage TFT 140. Thereafter, the resist mask 161 is removed.

次に、図6(d)に示すように、第2半導体膜153bおよび第4半導体膜153dをレジストマスク162で覆って、N型不純物であるP(リン)をドープする。P(リン)は、第1半導体膜153aのうちの電極117に覆われていない領域にドープされ、また、第3半導体膜153cのうちの電極137に覆われていない領域にドープされる。ここでP(リン)の注入量は、1.0×1015cm-2である。第1半導体膜153aにおいてP(リン)のドープされた領域はNチャネル型高速駆動TFT110のソース111およびドレイン113となり、第3半導体膜153cにおいてP(リン)のドープされた領域はNチャネル型高耐圧TFT130のソース131およびドレイン133となる。その後、レジストマスク162を除去する。 Next, as shown in FIG. 6D, the second semiconductor film 153b and the fourth semiconductor film 153d are covered with a resist mask 162, and P (phosphorus) which is an N-type impurity is doped. P (phosphorus) is doped into a region of the first semiconductor film 153a that is not covered with the electrode 117, and is doped into a region of the third semiconductor film 153c that is not covered with the electrode 137. Here, the injection amount of P (phosphorus) is 1.0 × 10 15 cm −2 . The region doped with P (phosphorus) in the first semiconductor film 153a becomes the source 111 and the drain 113 of the N-channel high-speed driving TFT 110, and the region doped with P (phosphorus) in the third semiconductor film 153c It becomes the source 131 and the drain 133 of the withstand voltage TFT 130. Thereafter, the resist mask 162 is removed.

次に、図6(e)に示すように、導電膜を堆積し、導電膜をパターニングすることによって電極112、114、122、124、132、134、142および144を形成する。電極112および電極114は、それぞれ、Nチャネル型高速駆動TFT110のソース電極112およびドレイン電極114となり、電極122および電極124は、それぞれ、Pチャネル型高速駆動TFT120のソース電極122およびドレイン電極124となる。同様に、電極132および電極134は、それぞれ、Nチャネル型高耐圧TFT130のソース電極132およびドレイン電極134となり、電極142および電極144は、それぞれ、Pチャネル型高耐圧TFT140のソース電極142およびドレイン電極144となる。以上のようにして、半導体装置100が製造される。   Next, as shown in FIG. 6E, electrodes 112, 114, 122, 124, 132, 134, 142, and 144 are formed by depositing a conductive film and patterning the conductive film. The electrode 112 and the electrode 114 become the source electrode 112 and the drain electrode 114 of the N-channel type high-speed driving TFT 110, respectively. The electrode 122 and the electrode 124 become the source electrode 122 and the drain electrode 124 of the P-channel type high-speed driving TFT 120, respectively. . Similarly, the electrode 132 and the electrode 134 become the source electrode 132 and the drain electrode 134 of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130, respectively, and the electrode 142 and the electrode 144 become the source electrode 142 and the drain electrode of the P channel type high breakdown voltage TFT 140, respectively. 144. The semiconductor device 100 is manufactured as described above.

半導体装置100では、Nチャネル型高耐圧TFT130のゲート絶縁膜136は、2つの膜(ゲート絶縁膜154cおよびゲート絶縁膜155c)からなる一方で、Nチャネル型高速駆動TFT110のゲート絶縁膜116は1つの膜(ゲート絶縁膜155a)からなるので、Nチャネル型高耐圧TFT130のゲート絶縁膜136は、Nチャネル型高速駆動TFT110のゲート絶縁膜116よりも厚くなっている。   In the semiconductor device 100, the gate insulating film 136 of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130 is composed of two films (gate insulating film 154c and gate insulating film 155c), while the gate insulating film 116 of the N-channel type high-speed driving TFT 110 is 1 Since it consists of two films (gate insulating film 155a), the gate insulating film 136 of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130 is thicker than the gate insulating film 116 of the N-channel type high-speed driving TFT 110.

同様に、Pチャネル型高耐圧TFT140のゲート絶縁膜146は、2つの膜(ゲート絶縁膜154dおよびゲート絶縁膜155d)からなる一方で、Pチャネル型高速駆動TFT120のゲート絶縁膜126は1つの膜(ゲート絶縁膜155b)からなるので、Pチャネル型高耐圧TFT140のゲート絶縁膜146は、Pチャネル型高速駆動TFT120のゲート絶縁膜126よりも厚くなっている。   Similarly, the gate insulating film 146 of the P-channel type high voltage TFT 140 is composed of two films (gate insulating film 154d and gate insulating film 155d), while the gate insulating film 126 of the P-channel type high-speed driving TFT 120 is one film. Since it is made of (gate insulating film 155b), the gate insulating film 146 of the P-channel type high breakdown voltage TFT 140 is thicker than the gate insulating film 126 of the P-channel type high-speed driving TFT 120.

なお、ゲート絶縁膜の厚さが異なるTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにするために、TFTのチャネル内の不純物濃度をゲート絶縁膜の厚さに応じて変更するようにチャネルドープを行うことも考えられる。この場合、ゲート絶縁膜の厚さに応じてチャネルドープを行うことが必要となる。また、チャネルドープを行う前にレジストマスクを形成するためのフォトリソグラフィをゲート絶縁膜の厚さに応じて行うことが必要となる。   In order to make the drain current rising gate voltages of TFTs having different gate insulating film thicknesses substantially the same, channel doping is performed so that the impurity concentration in the TFT channel is changed according to the thickness of the gate insulating film. It is also possible. In this case, it is necessary to perform channel doping according to the thickness of the gate insulating film. In addition, it is necessary to perform photolithography for forming a resist mask according to the thickness of the gate insulating film before channel doping.

しかしながら、本実施形態の半導体装置100では、TFTのチャネル内の不純物濃度がほぼ同じであるので、1回チャネルドープを行うだけでよく、製造工程の増加およびコストの増加を抑制することができる。   However, in the semiconductor device 100 of this embodiment, since the impurity concentration in the channel of the TFT is almost the same, it is only necessary to perform channel doping once, and an increase in manufacturing process and cost can be suppressed.

(実施形態2)
上述した実施形態1では、TFTのチャネル内への不純物の注入量を適切な値にすることにより、異なるゲート絶縁膜の厚さを有するTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧を約−0.5Vにすることを説明したが、本発明はこれに限定されない。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the drain current rising gate voltage of TFTs having different gate insulating film thicknesses is set to about −0.5 V by setting the amount of impurities implanted into the TFT channel to an appropriate value. However, the present invention is not limited to this.

以下、図7〜図10を参照して、本発明による半導体装置100の第2の実施形態を説明する。   Hereinafter, a second embodiment of the semiconductor device 100 according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図7は、本実施形態の半導体装置100の模式的な断面図である。半導体装置100は、4種類のTFTを有しており、図7には、実施形態1において参照した図1と同様に、4種類のTFT、すなわち、Nチャネル型高速駆動TFT110と、Pチャネル型高速駆動TFT120と、Nチャネル型高耐圧TFT130と、Pチャネル型高耐圧TFT140とを示している。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 100 of the present embodiment. The semiconductor device 100 includes four types of TFTs. FIG. 7 shows four types of TFTs, that is, an N-channel type high-speed driving TFT 110 and a P-channel type, as in FIG. 1 referred to in the first embodiment. A high-speed driving TFT 120, an N-channel high voltage TFT 130, and a P-channel high voltage TFT 140 are shown.

本実施形態の半導体装置100は、ゲート電極の材料が異なる点を除いて、実施形態1において図1を参照して説明した半導体装置と同様の構成を有している。具体的には、実施形態1において図1を参照して説明した半導体装置では、ゲート電極117、127、137および147は、タンタルから形成されているのに対して、本実施形態の半導体装置100では、ゲート電極117A、127A、137Aおよび147Aのそれぞれは、タングステンまたはモリブデンもしくはそのシリサイドから形成されている。   The semiconductor device 100 of this embodiment has the same configuration as that of the semiconductor device described with reference to FIG. 1 in Embodiment 1 except that the material of the gate electrode is different. Specifically, in the semiconductor device described with reference to FIG. 1 in the first embodiment, the gate electrodes 117, 127, 137, and 147 are made of tantalum, whereas the semiconductor device 100 of the present embodiment. Then, each of the gate electrodes 117A, 127A, 137A, and 147A is formed of tungsten, molybdenum, or a silicide thereof.

本実施形態の半導体装置100では、TFT110〜TFT140のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じであるので、ゲート絶縁膜の厚さが異なるTFTにおいても、オフ状態にする際に各TFT110〜TFT140に印加するゲート電圧を個別に調整することなく、各TFT110〜TFT140のオフリーク電流を抑制することができる。また、本実施形態の半導体装置100では、TFT110〜TFT140のチャネル115、125、135および145内の不純物濃度がほぼ同じであり、ゲート電極117A、127A、137Aおよび147Aのそれぞれは、タングステンまたはモリブデンまたはそのシリサイドから形成されており、TFT110〜TFT140のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約0.0Vである。したがって、本実施形態の半導体装置100によれば、TFT110〜TFT140のオフリーク電流を小さくして、スタンドバイ時の消費電力を低く抑えることができる。   In the semiconductor device 100 of this embodiment, since the drain current rising gate voltages of the TFTs 110 to 140 are substantially the same, even when TFTs having different gate insulating film thicknesses are turned on, The off-leak current of each of the TFTs 110 to 140 can be suppressed without individually adjusting the gate voltage to be applied. In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the impurity concentrations in the channels 115, 125, 135, and 145 of the TFTs 110 to 140 are substantially the same, and the gate electrodes 117A, 127A, 137A, and 147A are made of tungsten, molybdenum, or It is formed from the silicide, and the drain current rising gate voltage of each of the TFTs 110 to 140 is about 0.0V. Therefore, according to the semiconductor device 100 of this embodiment, the off-leakage current of the TFTs 110 to 140 can be reduced, and the power consumption during standby can be kept low.

なお、本実施形態の半導体装置100でも、TFT110〜TFT140のチャネル115、125、135および145内に適切な注入量の不純物をチャネルドープしており、注入量の適切な値は、半導体装置100Xを用いて予め決められている。半導体装置100Xは、ゲート電極の材料が異なる点を除いて、実施形態1において注入量の適切な値を得るために用いた半導体装置と同様の構成を有している。以下、図8を参照して、注入量の適切な値について説明する。   In the semiconductor device 100 of the present embodiment, an appropriate implantation amount of impurities is channel-doped into the channels 115, 125, 135, and 145 of the TFTs 110 to 140, and the appropriate value of the implantation amount is the same as that of the semiconductor device 100X. It is determined in advance. The semiconductor device 100X has the same configuration as that of the semiconductor device used to obtain an appropriate value of the implantation amount in the first embodiment except that the material of the gate electrode is different. Hereinafter, an appropriate value of the injection amount will be described with reference to FIG.

図8は、本実施形態の半導体装置100Xにおけるゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフである。図8において、□はチャネルドープ(CD)を行っていない場合の結果を示し、○は注入量1.0×1013cm-2の不純物B(ボロン)をチャネルドープ(CD)した結果を示している。なお、図8において、□および○は、それぞれ、Pチャネル型TFTおよびNチャネル型TFTの両方の結果を示している。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the gate insulating film thickness (Tox) and the drain current rising gate voltage (VgRise) in the semiconductor device 100X of the present embodiment. In FIG. 8, □ shows the result when channel doping (CD) is not performed, and ○ shows the result of channel doping (CD) with impurity B (boron) with an implantation amount of 1.0 × 10 13 cm −2. ing. In FIG. 8, □ and ◯ indicate the results of both the P-channel TFT and the N-channel TFT, respectively.

図8の□に示すように、チャネルドープを行っていない場合、ゲート絶縁膜が厚くなるほど、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は減少しているが、半導体装置100Xにおいて、チャネルドープを行い、注入量を増加するとドレイン電流立ち上がりゲート電圧は大きくなり、注入量が1.0×1013cm-2である場合、図8の○に示すように、ゲート絶縁膜の厚さにかかわらず、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧はほぼ同じになる。このとき、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。 As indicated by □ in FIG. 8, when channel doping is not performed, the drain current rising gate voltage decreases as the gate insulating film becomes thicker. However, in the semiconductor device 100X, channel doping is performed and the amount of implantation is increased. Then, the drain current rising gate voltage increases, and when the injection amount is 1.0 × 10 13 cm −2 , the drain current rising gate voltage is shown regardless of the thickness of the gate insulating film, as shown by the circles in FIG. Are almost the same. At this time, the drain current rising gate voltage is about 0.0V.

ここで、本実施形態を説明するために参照する図8と、実施形態1を説明するために参照した図4とを比較する。実施形態1において説明した半導体装置では注入量が1.0×1013cm-2であるTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.5Vであるのに対して、本実施形態における半導体装置100Xでは注入量が1.0×1013cm-2であるTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。これは、上述したように、本実施形態において用いた半導体装置100XのTFTのゲート電極の材料は、実施形態1において用いた半導体装置のTFTのゲート電極の材料と異なることに起因する。具体的には、本実施形態100の半導体装置のゲート電極の材料タングステンまたはモリブデンシリサイドの仕事関数はそれぞれ4.6eVおよび4.8eVである一方で、実施形態1の半導体装置において用いられるゲート電極の材料タンタルの仕事関数は4.1eVであり、本実施形態100の半導体装置のゲート電極の材料の仕事関数は、実施形態1の半導体装置において用いられるゲート電極の材料の仕事関数よりも0.5eV以上大きい。本実施形態によれば、ゲート電極の材料の仕事関数を大きくすることにより、本実施形態の半導体装置100のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は、実施形態1の半導体装置のドレイン電流立ち上がりゲート電圧よりも大きくなる。 Here, FIG. 8 referred to for explaining the present embodiment is compared with FIG. 4 referred to for explaining the first embodiment. In the semiconductor device described in the first embodiment, the drain current rising gate voltage of the TFT having an implantation amount of 1.0 × 10 13 cm −2 is about −0.5 V, whereas the semiconductor device 100X in the present embodiment is used. Then, the drain current rising gate voltage of the TFT having the implantation amount of 1.0 × 10 13 cm −2 is about 0.0V. As described above, this is because the material of the gate electrode of the TFT of the semiconductor device 100X used in the present embodiment is different from the material of the gate electrode of the TFT of the semiconductor device used in the first embodiment. Specifically, the work functions of the tungsten or molybdenum silicide material of the gate electrode of the semiconductor device of Embodiment 100 are 4.6 eV and 4.8 eV, respectively, while the gate electrode used in the semiconductor device of Embodiment 1 is The work function of the material tantalum is 4.1 eV, and the work function of the material of the gate electrode of the semiconductor device of Embodiment 100 is 0.5 eV higher than the work function of the material of the gate electrode used in the semiconductor device of Embodiment 1. Bigger than that. According to the present embodiment, by increasing the work function of the material of the gate electrode, the drain current rising gate voltage of the semiconductor device 100 of the present embodiment is larger than the drain current rising gate voltage of the semiconductor device of the first embodiment. Become.

このように、本実施形態の半導体装置100によれば、ゲート電極117A、127A、137Aおよび147Aの材料を適切に選択しているので、TFT110〜TFT140のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約0.0Vになり、それにより、TFT110〜TFT140のオフリーク電流を小さくし、スタンドバイ時の消費電力を低く抑えることができる。また、本実施形態の半導体装置100によれば、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約0.0Vであるので、TFT110〜TFT140のオン電流を大きくすることができ、それにより、動作時の消費電力を低く抑えることができる。   As described above, according to the semiconductor device 100 of this embodiment, since the materials of the gate electrodes 117A, 127A, 137A, and 147A are appropriately selected, the drain current rising gate voltages of the TFTs 110 to 140 are about 0. 0. Thus, the off-leakage current of the TFTs 110 to 140 can be reduced, and the power consumption during standby can be kept low. Also, according to the semiconductor device 100 of this embodiment, since the drain current rising gate voltage is about 0.0 V, the on-current of the TFTs 110 to 140 can be increased, thereby reducing the power consumption during operation. Can be suppressed.

次に、図9を参照して、本実施形態の半導体装置100において、チャネルドープを行っていないTFT110〜TFT140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧について説明する。   Next, with reference to FIG. 9, the drain current rising gate voltage of the TFTs 110 to 140 that are not channel-doped in the semiconductor device 100 of this embodiment will be described.

図9(a)は、Nチャネル型高速駆動TFT110およびPチャネル型高速駆動TFT120におけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。図9(a)において、参照符号110Aを付した線は、Nチャネル型高速駆動TFT110に+8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号110Bを付した線は、Nチャネル型高速駆動TFT110に+0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。また、参照符号120Aを付した線は、Pチャネル型高速駆動TFT120に−8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号120Bを付した線は、Pチャネル型高速駆動TFT120に−0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。   FIG. 9A is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel type high-speed driving TFT 110 and the P-channel type high-speed driving TFT 120. In FIG. 9A, a line denoted by reference numeral 110A indicates a result of applying a source-drain voltage of +8 V to the N-channel type high-speed driving TFT 110, and a line denoted by reference numeral 110B is an N-channel type. The result of applying a source-drain voltage of +0.1 V to the high-speed driving TFT 110 is shown. A line denoted by reference numeral 120A indicates a result of applying a source-drain voltage of −8V to the P-channel type high-speed driving TFT 120, and a line denoted by reference numeral 120B is applied to the P-channel type high-speed driving TFT 120. The result of applying a source-drain voltage of −0.1 V is shown.

図9(a)に示すように、Nチャネル型高速駆動TFT110では、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は−0.6Vであり、また、Pチャネル型高速駆動TFT120では、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は−0.6Vである。   As shown in FIG. 9A, the drain current rising gate voltage is −0.6 V in the N-channel high-speed driving TFT 110, and the drain current rising gate voltage is −0. 6V.

図9(b)は、Nチャネル型高耐圧TFT130およびPチャネル型高耐圧TFT140におけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。図9(b)において、参照符号130Aを付した線は、Nチャネル型高耐圧TFT130に+8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号130Bを付した線は、Nチャネル型高耐圧TFT130に+0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。また、参照符号140Aを付した線は、Pチャネル型高耐圧TFT140に−8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号140Bを付した線は、Pチャネル型高耐圧TFT140に−0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。   FIG. 9B is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel high voltage TFT 130 and the P-channel high voltage TFT 140. In FIG. 9B, the line denoted by reference numeral 130A indicates the result of applying a source-drain voltage of +8 V to the N-channel type high breakdown voltage TFT 130, and the line denoted by reference numeral 130B is the N-channel type. The result of applying a source-drain voltage of +0.1 V to the high voltage TFT 130 is shown. A line denoted by reference numeral 140A indicates a result of applying a source-drain voltage of −8V to the P-channel type high breakdown voltage TFT 140, and a line denoted by reference numeral 140B is a line applied to the P-channel type high breakdown voltage TFT 140. The result of applying a source-drain voltage of −0.1 V is shown.

図9(b)に示すように、Nチャネル型高耐圧TFT130では、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.2Vである。また、Pチャネル型高耐圧TFT140では、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−1.2Vである。図9(a)と図9(b)との比較から明らかであるように、ゲート絶縁膜の厚さが異なる場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は異なる。   As shown in FIG. 9B, in the N-channel high voltage TFT 130, the drain current rising gate voltage is about −1.2V. In the P-channel type high breakdown voltage TFT 140, the drain current rising gate voltage is about −1.2V. As is clear from the comparison between FIG. 9A and FIG. 9B, the drain current rising gate voltage is different when the thickness of the gate insulating film is different.

次に、図10を参照して、本実施形態の半導体装置100におけるTFT110〜TFT140のそれぞれのチャネル115、125、135および145内に注入量1.0×1013cm-2で不純物をチャネルドープした後のドレイン電流立ち上がりゲート電圧について説明する。 Next, referring to FIG. 10, an impurity is channel-doped with an implantation amount of 1.0 × 10 13 cm −2 in each of the channels 115, 125, 135, and 145 of the TFTs 110 to 140 in the semiconductor device 100 of this embodiment. Next, the drain current rising gate voltage will be described.

図10(a)は、Nチャネル型高速駆動TFT110およびPチャネル型高速駆動TFT120におけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。図10(a)において、参照符号110Aを付した線は、Nチャネル型高速駆動TFT110に+8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号110Bを付した線は、Nチャネル型高速駆動TFT110に+0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。また、参照符号120Aを付した線は、Pチャネル型高速駆動TFT120に−8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号120Bを付した線は、Pチャネル型高速駆動TFT120に−0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。   FIG. 10A is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel type high-speed driving TFT 110 and the P-channel type high-speed driving TFT 120. In FIG. 10A, the line denoted by reference numeral 110A indicates the result of applying a source-drain voltage of +8 V to the N-channel type high-speed driving TFT 110, and the line denoted by reference numeral 110B is the N-channel type. The result of applying a source-drain voltage of +0.1 V to the high-speed driving TFT 110 is shown. A line denoted by reference numeral 120A indicates a result of applying a source-drain voltage of −8V to the P-channel type high-speed driving TFT 120, and a line denoted by reference numeral 120B is applied to the P-channel type high-speed driving TFT 120. The result of applying a source-drain voltage of −0.1 V is shown.

図10(a)に示すように、Nチャネル型高速駆動TFT110のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。また、Pチャネル型高速駆動TFT120のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。   As shown in FIG. 10A, the drain current rising gate voltage of the N-channel high-speed drive TFT 110 is about 0.0V. The drain current rising gate voltage of the P-channel type high-speed driving TFT 120 is about 0.0V.

図10(b)は、Nチャネル型高耐圧TFT130およびPチャネル型高耐圧TFT140におけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。図10(b)において、参照符号130Aを付した線は、Nチャネル型高耐圧TFT130に+8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号130Bを付した線は、Nチャネル型高耐圧TFT130に+0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。また、参照符号140Aを付した線は、Pチャネル型高耐圧TFT140に−8Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示しており、参照符号140Bを付した線は、Pチャネル型高耐圧TFT140に−0.1Vのソース−ドレイン電圧を印加した結果を示している。   FIG. 10B is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel high voltage TFT 130 and the P-channel high voltage TFT 140. In FIG. 10B, the line denoted by reference numeral 130A indicates the result of applying a source-drain voltage of +8 V to the N-channel type high breakdown voltage TFT 130, and the line denoted by reference numeral 130B is the N-channel type. The result of applying a source-drain voltage of +0.1 V to the high voltage TFT 130 is shown. A line denoted by reference numeral 140A indicates a result of applying a source-drain voltage of −8V to the P-channel type high breakdown voltage TFT 140, and a line denoted by reference numeral 140B is a line applied to the P-channel type high breakdown voltage TFT 140. The result of applying a source-drain voltage of −0.1 V is shown.

図10(b)に示すように、Nチャネル型高耐圧TFT130のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。また、Pチャネル型高耐圧TFT140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。   As shown in FIG. 10B, the drain current rising gate voltage of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130 is about 0.0V. Further, the drain current rising gate voltage of the P-channel type high breakdown voltage TFT 140 is about 0.0V.

本実施形態の半導体装置100では、図10(a)と図10(b)との比較から明らかであるように、適切な不純物濃度になるように不純物をドープすると、ゲート絶縁膜の厚さが異なる場合でも、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧はほぼ同じある。また、このとき、TFT110〜TFT140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。   In the semiconductor device 100 of this embodiment, as is clear from a comparison between FIG. 10A and FIG. 10B, when the impurity is doped so as to have an appropriate impurity concentration, the thickness of the gate insulating film is reduced. Even if they are different, the drain current rising gate voltage is almost the same. At this time, the drain current rising gate voltage of the TFTs 110 to 140 is about 0.0V.

なお、図9(a)の結果は図8の参照符号X1に対応しており、図9(b)の結果は図8の参照符号Y1に対応している。また、図10(a)の結果は図8の参照符号X2に対応しており、図10(b)の結果は図8の参照符号Y2に対応している。   9A corresponds to the reference symbol X1 in FIG. 8, and the result in FIG. 9B corresponds to the reference symbol Y1 in FIG. 10A corresponds to the reference symbol X2 in FIG. 8, and the result in FIG. 10B corresponds to the reference symbol Y2 in FIG.

本実施形態の半導体装置100は、ゲート電極の材料が異なる点を除いて、実施形態1において図5および図6を参照して説明したのと同様に製造することができるので、ここでは、詳細な説明を省略する。   The semiconductor device 100 according to the present embodiment can be manufactured in the same manner as described with reference to FIGS. 5 and 6 in the first embodiment except that the material of the gate electrode is different. The detailed explanation is omitted.

なお、上述した説明では、ゲート電極117A、127A、137Aおよび147Aの材料として、タンタルではなく、タングステンまたはモリブデンシリサイドを用いることにより、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を大きくしたが、本実施形態はこれに限定されない。上述したタングステンまたはモリブデンシリサイド以外の材料、例えば、タングステンシリサイドまたはタンタル窒化膜等の高融点金属シリサイド膜や金属窒化膜を用いて、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を大きくしてもよい。また、同一電極材料においても、成膜条件により仕事関数およびゲート絶縁膜/シリコン界面の固定電荷量、シリコン/下地絶縁膜界面の固定電荷量が変化するため、成膜条件の最適化により、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を調整してもよい。   In the above description, the drain current rising gate voltage is increased by using tungsten or molybdenum silicide instead of tantalum as the material of the gate electrodes 117A, 127A, 137A, and 147A. However, the present embodiment is not limited to this. Not. The drain current rising gate voltage may be increased using a material other than the above-described tungsten or molybdenum silicide, for example, a refractory metal silicide film or metal nitride film such as tungsten silicide or tantalum nitride film. Even in the same electrode material, the work function, the fixed charge amount at the gate insulating film / silicon interface, and the fixed charge amount at the silicon / underlying insulating film interface change depending on the film forming conditions. The current rising gate voltage may be adjusted.

あるいは、何らかの要因で、チャネルドープを行っていないTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧が正である場合、同様に成膜条件を変更することにより仕事関数または固定電荷量を変化させてドレイン電流立ち上がりゲート電圧を小さくしてもよい。   Alternatively, if for some reason the drain current rise gate voltage of a TFT that has not been channel doped is positive, the drain current rise gate voltage can be changed by changing the film formation conditions in the same manner to change the work function or the fixed charge amount. May be reduced.

また、上述した実施形態1および実施形態2の半導体装置では、Pチャネル型TFT120、140のチャネル125、145内の不純物濃度はNチャネル型TFT110、130のチャネル115、135内の不純物濃度とほぼ同じであり、Pチャネル型TFT120、140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧はNチャネル型TFT110、130のドレイン電流立ち上がりゲート電圧とほぼ同じであったが、本発明の半導体装置はこれに限定されない。同じチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じである一方で、Pチャネル型TFT120、140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧はNチャネル型TFT110、130のドレイン電流立ち上がりゲート電圧と異なっていてもよい。その理由は以下のとおりである。   In the semiconductor devices of the first and second embodiments described above, the impurity concentrations in the channels 125 and 145 of the P-channel TFTs 120 and 140 are substantially the same as the impurity concentrations in the channels 115 and 135 of the N-channel TFTs 110 and 130. The drain current rising gate voltage of the P-channel TFTs 120 and 140 is substantially the same as the drain current rising gate voltage of the N-channel TFTs 110 and 130, but the semiconductor device of the present invention is not limited to this. While the drain current rising gate voltage of the same channel type TFT is substantially the same, the drain current rising gate voltage of the P channel type TFTs 120 and 140 may be different from the drain current rising gate voltage of the N channel type TFTs 110 and 130. The reason is as follows.

半導体装置100の製造プロセスのばらつきによってドレイン電流立ち上がりゲート電圧は同一基板内またはロット間で変動することがあり、Pチャネル型TFTおよびNチャネル型TFTの両方のドレイン電流立ち上がりゲート電圧を0.0Vにしようとしても、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧が0.0Vにならず、例えば、±0.5V程度ばらつくことがある。このとき、Nチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がマイナスであるとNチャネル型TFTのオフリーク電流が増大し、Pチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がプラスであるとPチャネル型TFTのオフリーク電流が増大する。   Due to variations in the manufacturing process of the semiconductor device 100, the drain current rising gate voltage may fluctuate within the same substrate or between lots. The drain current rising gate voltage of both the P-channel TFT and the N-channel TFT is set to 0.0V. Even if it is going to be done, the drain current rising gate voltage does not become 0.0V, but may vary by about ± 0.5V, for example. At this time, if the drain current rising gate voltage of the N-channel TFT is negative, the off-leak current of the N-channel TFT increases. If the drain current rising gate voltage of the P-channel TFT is positive, the off-leakage of the P-channel TFT is increased. The current increases.

Nチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をプラスにすると、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧にばらつきが生じたとしても、Nチャネル型TFTのオフリーク電流を抑制することができ、Pチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をマイナスにすると、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧にばらつきが生じたとしても、Pチャネル型TFTのオフリーク電流を抑制することができる。したがって、Nチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧とPチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧とを異ならせて、Nチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をプラスにし、Pチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をマイナスにすることにより、半導体装置のオフリーク電流を抑制することができる。   If the drain current rising gate voltage of the N-channel TFT is made positive, even if the drain current rising gate voltage varies, the off-leak current of the N-channel TFT can be suppressed, and the drain current rising of the P-channel TFT can be suppressed. When the gate voltage is negative, the off-leak current of the P-channel TFT can be suppressed even if the drain current rise gate voltage varies. Therefore, the drain current rising gate voltage of the N-channel TFT is made different from the drain current rising gate voltage of the P-channel TFT to make the drain current rising gate voltage of the N-channel TFT positive, and the drain current of the P-channel TFT. By making the rising gate voltage negative, the off-leakage current of the semiconductor device can be suppressed.

また、P型不純物の不純物濃度が増加するほどドレイン電流立ち上がりゲート電圧は大きくなるので、Pチャネル型TFT120、140のチャネル125、145内の不純物濃度をNチャネル型TFT110、130のチャネル115、135内の不純物濃度よりも低くすることにより、Nチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をプラスにし、Pチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をマイナスにして、半導体装置のオフリーク電流を抑制することができる。   Further, since the drain current rising gate voltage increases as the impurity concentration of the P-type impurity increases, the impurity concentration in the channels 125 and 145 of the P-channel TFTs 120 and 140 is set in the channels 115 and 135 of the N-channel TFTs 110 and 130. By making the concentration lower than the impurity concentration of N channel, the drain current rising gate voltage of the N-channel TFT can be made positive, and the drain current rising gate voltage of the P channel TFT can be made negative to suppress the off-leak current of the semiconductor device. .

(実施形態3)
上述した実施形態1および実施形態2では、少なくとも同じチャネル型の複数のTFTのゲート絶縁膜の厚さが異なっていても、各TFTのチャネル内の不純物濃度を適切にほぼ同じにすることにより、少なくとも同じチャネル型の各TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにしたが、本発明はこれに限定されない。チャネル内の不純物濃度をほぼ同じにすることに加えて他の変更を行って、各TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにしてもよい。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments described above, even if the gate insulating films of the plurality of TFTs of at least the same channel type have different thicknesses, the impurity concentration in the channel of each TFT is appropriately made substantially the same, Although the drain current rising gate voltage of each TFT of at least the same channel type is made substantially the same, the present invention is not limited to this. In addition to making the impurity concentration in the channel substantially the same, other changes may be made to make the drain current rising gate voltage of each TFT substantially the same.

以下、図11〜図12を参照して、本発明による半導体装置の第3の実施形態を説明する。   Hereinafter, a third embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図11は、本実施形態の半導体装置100の模式的な断面図である。半導体装置100は2種類のPチャネル型TFTを有しており、図11には、その2種類のPチャネル型TFT、すなわち、実施形態1において図1を参照して説明したのと同様のPチャネル型高速駆動TFT120とPチャネル型高耐圧TFT140とを示している。なお、以下の説明において、Pチャネル型高速駆動TFT120およびPチャネル型高耐圧TFT140を総称して単にTFT120、140と示す場合がある。   FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 100 of the present embodiment. The semiconductor device 100 has two types of P-channel TFTs. FIG. 11 shows the two types of P-channel TFTs, that is, the same P as described with reference to FIG. A channel type high-speed driving TFT 120 and a P-channel type high breakdown voltage TFT 140 are shown. In the following description, the P-channel high-speed drive TFT 120 and the P-channel high-voltage TFT 140 may be collectively referred to simply as TFTs 120 and 140 in some cases.

図11に示すように、本実施形態の半導体装置100は、Pチャネル型高速駆動TFT120のチャネル125Aの長さが、Pチャネル型高耐圧TFT140のチャネル145Aの長さよりも短く、Pチャネル型高速駆動TFT120のチャネル125AおよびPチャネル型高耐圧TFT140のチャネル145Aのそれぞれへの注入量が1.4×1013cm-2である点を除いて、実施形態1において図1を参照して説明した半導体装置と同様の構成を有している。ここで、Pチャネル型高速駆動TFT120のチャネル125Aの長さは2μmであり、Pチャネル型高耐圧TFT140のチャネル145Aの長さは5μmである。 As shown in FIG. 11, in the semiconductor device 100 of this embodiment, the length of the channel 125A of the P-channel type high-speed driving TFT 120 is shorter than the length of the channel 145A of the P-channel type high-voltage TFT 140, and the P-channel type high-speed driving is performed. The semiconductor device described in the first embodiment with reference to FIG. 1 except that the injection amount into each of the channel 125A of the TFT 120 and the channel 145A of the P-channel type high breakdown voltage TFT 140 is 1.4 × 10 13 cm −2 . It has the same configuration as the device. Here, the length of the channel 125A of the P-channel type high-speed driving TFT 120 is 2 μm, and the length of the channel 145A of the P-channel type high voltage TFT 140 is 5 μm.

本実施形態の半導体装置100では、チャネル125Aおよび145A内の不純物濃度がほぼ同じになるように、チャネル125Aおよび145Aに不純物B(ボロン)が注入量1.4×1013cm-2でドープされている。また、本実施形態の半導体装置100では、TFT120、140のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じになるように、Pチャネル型高速駆動TFT120のチャネル125Aの長さはPチャネル型高耐圧TFT140のチャネル145Aの長さよりも短くなっている。このように、TFT120、140のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じであるので、オフ状態にする際に各TFT120、140に印加するゲート電圧を個別に調整することなく、各TFT120、140のオフリーク電流を抑制することができる。 In the semiconductor device 100 of this embodiment, the channel 125A and 145A is doped with the impurity B (boron) at an implantation amount of 1.4 × 10 13 cm −2 so that the impurity concentrations in the channels 125A and 145A are substantially the same. ing. In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the length of the channel 125A of the P-channel type high-speed driving TFT 120 is the same as that of the P-channel type high-voltage TFT 140 so that the drain current rising gate voltages of the TFTs 120 and 140 are substantially the same. It is shorter than the length of the channel 145A. As described above, since the drain current rising gate voltages of the TFTs 120 and 140 are substantially the same, the gate voltages applied to the TFTs 120 and 140 when the TFTs 120 and 140 are turned off are not individually adjusted. Off-leakage current can be suppressed.

また、本実施形態の半導体装置100によれば、TFT120、140のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約0.0Vであるので、TFTのオフリーク電流を小さくして、スタンドバイ時の消費電力を低く抑えることができる。また、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約0.0Vであるので、TFT120、140のオン電流を大きくすることができ、それにより、動作時の消費電力を低く抑えることができる。   In addition, according to the semiconductor device 100 of this embodiment, since the drain current rising gate voltage of each of the TFTs 120 and 140 is about 0.0 V, the off-leak current of the TFT is reduced and the power consumption during standby is reduced. Can be suppressed. Further, since the drain current rising gate voltage is about 0.0 V, the on-currents of the TFTs 120 and 140 can be increased, thereby reducing the power consumption during operation.

本実施形態の半導体装置100では、TFT120、140のチャネル125Aおよび145A内への不純物の注入量はほぼ同じである。不純物の注入量およびチャネルの長さは、半導体装置100Xを用いて予め決められている。   In the semiconductor device 100 of this embodiment, the amount of impurities implanted into the channels 125A and 145A of the TFTs 120 and 140 is substantially the same. The impurity implantation amount and the channel length are determined in advance using the semiconductor device 100X.

半導体装置100Xには、複数のPチャネル型TFTが形成されており、TFTのゲート絶縁膜の厚さは10nm毎に異なっている。また、この半導体装置100Xには、チャネル長が異なるTFTが設けられている。半導体装置100XのTFTは、半導体装置100のTFT120、140と同様に形成されている。この半導体装置100Xにおいて、チャネル内の不純物濃度が同じになるように不純物をドープして、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を測定する。   In the semiconductor device 100X, a plurality of P-channel TFTs are formed, and the thickness of the gate insulating film of the TFTs is different every 10 nm. The semiconductor device 100X is provided with TFTs having different channel lengths. The TFT of the semiconductor device 100X is formed in the same manner as the TFTs 120 and 140 of the semiconductor device 100. In this semiconductor device 100X, impurities are doped so that the impurity concentrations in the channel are the same, and the drain current rising gate voltage is measured.

以下、図12を参照して、不純物の注入量およびチャネル長と、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧との関係について説明する。   Hereinafter, with reference to FIG. 12, the relationship between the impurity implantation amount and channel length and the drain current rising gate voltage will be described.

図12は、半導体装置100XのPチャネル型TFTにおけるゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフである。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the gate insulating film thickness (Tox) and the drain current rising gate voltage (VgRise) in the P-channel TFT of the semiconductor device 100X.

半導体装置100XにおけるTFTのチャネル内への不純物の注入量は1.4×1013cm-2であり、チャネル長が5μmである場合、図12の線に示すように、Pチャネル型TFTのゲート絶縁膜が厚いほど、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は増加する。例えば、ゲート絶縁膜の厚さが50nmであるPチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.25Vであり、ゲート絶縁膜の厚さが100nmであるPチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。 In the semiconductor device 100X, when the impurity implantation amount into the TFT channel is 1.4 × 10 13 cm −2 and the channel length is 5 μm, the gate of the P-channel TFT is shown in FIG. The thicker the insulating film, the higher the drain current rise gate voltage. For example, a drain current rising gate voltage of a P-channel TFT having a gate insulating film thickness of 50 nm is about −0.25 V, and a drain current rising gate of a P-channel TFT having a gate insulating film thickness of 100 nm. The voltage is about 0.0V.

Pチャネル型TFTでは、チャネル長を短くすると、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧はプラス方向にシフトする。図12の△に示すように、TFTのチャネル長を2μmにすると、ゲート絶縁膜の厚さが50nmであるPチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は、ゲート絶縁膜の厚さが100nmであるPチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧と同じく、約0.0Vになる。   In the P-channel TFT, when the channel length is shortened, the drain current rising gate voltage shifts in the positive direction. As shown by Δ in FIG. 12, when the channel length of the TFT is 2 μm, the drain current rising gate voltage of the P-channel TFT having the gate insulating film thickness of 50 nm is 100 nm in the gate insulating film thickness. Similar to the drain current rising gate voltage of the P-channel TFT, it becomes about 0.0V.

したがって、Pチャネル型TFTのチャネル内への不純物の注入量が1.4×1013cm-2である場合、ゲート絶縁膜の厚さが50nmであるPチャネル型TFTのチャネル長を2μmとし、ゲート絶縁膜の厚さが100nmであるPチャネル型TFTのチャネル長を5μmとすれば、ゲート絶縁膜の厚さが50nmであるPチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は、ゲート絶縁膜の厚さが100nmであるPチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧と同じく、約0.0Vになる。 Therefore, when the amount of impurities implanted into the channel of the P-channel TFT is 1.4 × 10 13 cm −2 , the channel length of the P-channel TFT having a gate insulating film thickness of 50 nm is 2 μm, If the channel length of a P-channel TFT with a gate insulating film thickness of 100 nm is 5 μm, the drain current rising gate voltage of the P-channel TFT with a gate insulating film thickness of 50 nm is the thickness of the gate insulating film. Similar to the drain current rising gate voltage of a P-channel TFT having a thickness of 100 nm, it is about 0.0V.

本実施形態では、チャネル長を短くすることによって生じる短チャネル効果、具体的には、チャネル長が短くなるとともにドレイン電流立ち上がりゲート電圧がプラスにシフトする効果を利用して、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を約0.0Vにしている。   In the present embodiment, the short channel effect caused by shortening the channel length, specifically, the effect that the drain current rising gate voltage is shifted positively as the channel length is shortened, the drain current rising gate voltage is changed. It is about 0.0V.

なお、ゲート絶縁膜の厚さの差とチャネル長の差とは、相関関係を有しているものの、比例関係を有してない。具体的には、図12のグラフにおいて、Pチャネル型TFTの絶縁膜の厚さが75nmである場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を約0.0Vとするためのチャネル長は2〜5μmの範囲内にあるものの、絶縁膜の厚さ50nmの場合のチャネル長である2μmと絶縁膜の厚さ100nmの場合のチャネル長である5μmとの中間値である3.5μmになるわけではない。   Note that the difference in thickness of the gate insulating film and the difference in channel length have a correlation but do not have a proportional relationship. Specifically, in the graph of FIG. 12, when the thickness of the insulating film of the P-channel TFT is 75 nm, the channel length for setting the drain current rising gate voltage to about 0.0 V is in the range of 2 to 5 μm. However, the intermediate length between the channel length of 2 μm when the insulating film thickness is 50 nm and the channel length of 5 μm when the insulating film thickness is 100 nm is not 3.5 μm.

以上のように、本実施形態によれば、不純物濃度を調整しただけでは、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じにならない場合であっても、チャネル長を変更することにより、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにすることができる。   As described above, according to the present embodiment, even if the drain current rising gate voltage is not substantially the same only by adjusting the impurity concentration, the drain current rising gate voltage can be reduced by changing the channel length. Can be almost the same.

本実施形態の半導体装置100は、ゲート絶縁膜の厚さに応じてPチャネル型TFTのチャネル長が異なる点を除いて、実施形態1において図5および図6を参照して説明したのと同様に製造することができるので、ここでは詳細な説明は省略する。   The semiconductor device 100 according to the present embodiment is the same as that described with reference to FIGS. 5 and 6 in the first embodiment, except that the channel length of the P-channel TFT differs depending on the thickness of the gate insulating film. Therefore, detailed description is omitted here.

(実施形態4)
上述した実施形態3では、チャネル内の不純物濃度をほぼ同じにするだけでなく、ゲート絶縁膜の厚さに応じてチャネル長を変更することにより、ゲート絶縁膜の厚さにかかわらず、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにしたが、本発明はこれに限定されない。チャネル内の不純物濃度をほぼ同じにすることに加えて他の変更を行って、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにしてもよい。
(Embodiment 4)
In Embodiment 3 described above, not only the impurity concentration in the channel is made substantially the same, but also the drain current is changed regardless of the thickness of the gate insulating film by changing the channel length according to the thickness of the gate insulating film. Although the rising gate voltages are substantially the same, the present invention is not limited to this. In addition to making the impurity concentration in the channel substantially the same, other changes may be made to make the drain current rising gate voltage substantially the same.

以下、図13〜図14を参照して、本発明による半導体装置の第4の実施形態を説明する。   A fourth embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

図13は、本実施形態の半導体装置100の模式的な断面図である。半導体装置100は2種類のNチャネル型TFTを有しており、図13には、その2種類のNチャネル型TFT、すなわち、実施形態1において図1を参照して説明したのと同様のNチャネル型高速駆動TFT110とNチャネル型高耐圧TFT130とを示している。なお、以下の説明において、Nチャネル型高速駆動TFT110およびNチャネル型高耐圧TFT130を総称して単にTFT110、130と示す場合がある。   FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 100 of this embodiment. The semiconductor device 100 has two types of N-channel TFTs. FIG. 13 shows the two types of N-channel TFTs, that is, the same N as described with reference to FIG. A channel type high-speed driving TFT 110 and an N-channel type high breakdown voltage TFT 130 are shown. In the following description, the N-channel high-speed driving TFT 110 and the N-channel high-voltage TFT 130 may be collectively referred to simply as TFTs 110 and 130 in some cases.

本実施形態の半導体装置100は、TFT110、130のそれぞれのチャネル115および135内への不純物の注入量は1.4×1013cm-2であり、TFT110、130のゲート電極にタングステンを用いる点を除いて、実施形態1において図1を参照して説明した半導体装置と同様の構成を有している。本実施形態の半導体装置100では、Nチャネル型高速駆動TFT110のソース−ドレイン電圧が、Nチャネル型高耐圧TFT130のソース−ドレイン電圧と異なる。具体的には、Nチャネル型高速駆動TFT110のソース−ドレイン電圧は3Vであり、Nチャネル型高耐圧TFT130のソース−ドレイン電圧は12Vである。 In the semiconductor device 100 of this embodiment, the amount of impurities injected into the channels 115 and 135 of the TFTs 110 and 130 is 1.4 × 10 13 cm −2 , and tungsten is used for the gate electrodes of the TFTs 110 and 130. Except for the semiconductor device described in Embodiment 1 with reference to FIG. In the semiconductor device 100 of this embodiment, the source-drain voltage of the N-channel type high-speed driving TFT 110 is different from the source-drain voltage of the N-channel type high voltage TFT 130. Specifically, the source-drain voltage of the N-channel high-speed driving TFT 110 is 3V, and the source-drain voltage of the N-channel high-voltage TFT 130 is 12V.

本実施形態の半導体装置100では、チャネル115および135内の不純物濃度がほぼ同じになるように、TFT110、130のそれぞれのチャネル115および135に不純物B(ボロン)がドープされている。また、本実施形態の半導体装置100では、TFT110、130のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じになるように、Nチャネル型高耐圧TFT130のソース−ドレイン電圧はNチャネル型高速駆動TFT110のソース−ドレイン電圧よりも高くなっている。本実施形態によれば、TFT110、130のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じであるので、オフ状態にする際に各Nチャネル型TFTに印加するゲート電圧を個別に調整することなく、各Nチャネル型TFTのオフリーク電流を抑制することができる。   In the semiconductor device 100 of this embodiment, the impurity B (boron) is doped in the respective channels 115 and 135 of the TFTs 110 and 130 so that the impurity concentrations in the channels 115 and 135 are substantially the same. In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the source-drain voltage of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130 is the source of the N-channel type high-speed driving TFT 110 so that the drain current rising gate voltages of the TFTs 110 and 130 are substantially the same. -It is higher than the drain voltage. According to the present embodiment, since the drain current rising gate voltages of the TFTs 110 and 130 are substantially the same, each gate voltage applied to each N-channel TFT when being turned off can be adjusted without individually adjusting each gate voltage. The off-leakage current of the N-channel TFT can be suppressed.

また、本実施形態の半導体装置100によれば、TFT110、130のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約0.0Vであるので、TFT110、130のオフリーク電流を小さくして、スタンドバイ時の消費電力を低く抑えることができる。また、本実施形態の半導体装置100によれば、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約0.0Vであるので、TFT110、130のオン電流を大きくすることができ、それにより、動作時の消費電力を低く抑えることができる。   Further, according to the semiconductor device 100 of this embodiment, since the drain current rising gate voltage of each of the TFTs 110 and 130 is about 0.0 V, the off-leak current of the TFTs 110 and 130 is reduced, and the power consumption during standby is reduced. Can be kept low. Also, according to the semiconductor device 100 of this embodiment, since the drain current rising gate voltage is about 0.0 V, the on-currents of the TFTs 110 and 130 can be increased, thereby reducing the power consumption during operation. Can be suppressed.

本実施形態の半導体装置100では、TFT110、130のチャネル115および135内の不純物濃度は同じになっている。不純物の注入量およびソース−ドレイン電圧は、半導体装置100Xを用いて予め決められている。   In the semiconductor device 100 of this embodiment, the impurity concentrations in the channels 115 and 135 of the TFTs 110 and 130 are the same. Impurity implantation amounts and source-drain voltages are determined in advance using the semiconductor device 100X.

半導体装置100Xには、複数のNチャネル型TFTが形成されており、Nチャネル型TFTのゲート絶縁膜の厚さは10nm毎に異なっている。半導体装置100XのTFTは、半導体装置100のTFT110、130と同様に形成されている。この半導体装置100Xでは、印加するソース−ドレイン電圧を変化させている。この半導体装置100Xにおいて、チャネル内の不純物濃度が同じになるように不純物をドープして、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を測定する。   A plurality of N-channel TFTs are formed in the semiconductor device 100X, and the thickness of the gate insulating film of the N-channel TFT differs every 10 nm. The TFT of the semiconductor device 100X is formed in the same manner as the TFTs 110 and 130 of the semiconductor device 100. In the semiconductor device 100X, the applied source-drain voltage is changed. In this semiconductor device 100X, impurities are doped so that the impurity concentrations in the channel are the same, and the drain current rising gate voltage is measured.

以下、図14を参照して、不純物の注入量およびソース−ドレイン電圧と、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧との関係について説明する。   Hereinafter, with reference to FIG. 14, the relationship between the impurity implantation amount and the source-drain voltage and the drain current rising gate voltage will be described.

図14は、半導体装置100XのNチャネル型TFTにおけるゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフである。   FIG. 14 is a graph showing the relationship between the gate insulating film thickness (Tox) and the drain current rising gate voltage (VgRise) in the N-channel TFT of the semiconductor device 100X.

半導体装置100XにおけるTFTのチャネル内への不純物の注入量は1.4×1013cm-2であり、ソース−ドレイン電圧が3Vである場合、図14の線に示すように、Nチャネル型TFTのゲート絶縁膜が厚いほど、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は増加する。例えば、ゲート絶縁膜の厚さが50nmであるTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vであり、ゲート絶縁膜の厚さが100nmであるTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.25Vである。 When the impurity implantation amount into the TFT channel in the semiconductor device 100X is 1.4 × 10 13 cm −2 and the source-drain voltage is 3 V, as shown by the line in FIG. The thicker the gate insulating film, the higher the drain current rising gate voltage. For example, a drain current rising gate voltage of a TFT having a gate insulating film thickness of 50 nm is about 0.0V, and a drain current rising gate voltage of a TFT having a gate insulating film thickness of 100 nm is about 0.25V. is there.

Nチャネル型TFTに印加するソース−ドレイン電圧を大きくすると、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧はマイナス方向にシフトする。図14の△に示すように、ソース−ドレイン電圧が12Vである場合、ゲート絶縁膜の厚さが100nmであるTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。   When the source-drain voltage applied to the N-channel TFT is increased, the drain current rising gate voltage shifts in the negative direction. As indicated by Δ in FIG. 14, when the source-drain voltage is 12V, the drain current rising gate voltage of the TFT having the gate insulating film thickness of 100 nm is about 0.0V.

したがって、Nチャネル型TFTのチャネル内への不純物の注入量が1.4×1013cm-2である場合、ゲート絶縁膜の厚さが50nmであるNチャネル型TFTのソース−ドレイン電圧を3Vとし、ゲート絶縁膜の厚さが100nmであるNチャネル型TFTのソース−ドレイン電圧を12Vとすれば、ゲート絶縁膜の厚さが100nmであるNチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は、ゲート絶縁膜の厚さが50nmであるNチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧と同じく、約0.0Vになる。 Therefore, when the amount of impurities implanted into the channel of the N-channel TFT is 1.4 × 10 13 cm −2 , the source-drain voltage of the N-channel TFT having a gate insulating film thickness of 50 nm is 3 V. Assuming that the source-drain voltage of an N-channel TFT having a gate insulating film thickness of 100 nm is 12 V, the drain current rising gate voltage of the N-channel TFT having a gate insulating film thickness of 100 nm is Similar to the drain current rising gate voltage of an N-channel TFT having an insulating film thickness of 50 nm, it is about 0.0V.

なお、ゲート絶縁膜の厚さの差とソース−ドレイン電圧の差とは、相関関係を有しているものの、比例関係を有してない。具体的には、図14のグラフにおいて、Nチャネル型TFTの絶縁膜の厚さが75nmである場合、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を約0.0Vとするためのソース−ドレイン電圧は3〜12Vの範囲内にあるものの、絶縁膜の厚さ50nmの場合のソース−ドレイン電圧である3Vと絶縁膜の厚さ100nmの場合のソース−ドレイン電圧である12Vとの中間値である7.5Vになるわけではない。   Note that the difference in thickness of the gate insulating film and the difference in source-drain voltage have a correlation, but not a proportional relationship. Specifically, in the graph of FIG. 14, when the insulating film thickness of the N-channel TFT is 75 nm, the source-drain voltage for setting the drain current rising gate voltage to about 0.0 V is 3 to 12 V. Although it is within the range, it becomes 7.5 V which is an intermediate value between 3 V which is a source-drain voltage when the thickness of the insulating film is 50 nm and 12 V which is a source-drain voltage when the thickness of the insulating film is 100 nm. Do not mean.

以上のように、本実施形態の半導体装置100によれば、不純物濃度を調整しただけでは、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じにならない場合であっても、ソース−ドレイン電圧を変更することにより、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにすることができる。また、本実施形態では、完成されたNチャネル型TFTに印加するソース−ドレイン電圧を変更することによってドレイン電流立ち上がりゲート電圧を変更しているので、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を容易に調整することができる。   As described above, according to the semiconductor device 100 of the present embodiment, even if the drain current rising gate voltage is not substantially the same only by adjusting the impurity concentration, by changing the source-drain voltage, The drain current rising gate voltage can be made substantially the same. In this embodiment, since the drain current rising gate voltage is changed by changing the source-drain voltage applied to the completed N-channel TFT, the drain current rising gate voltage can be easily adjusted. it can.

本実施形態の半導体装置100は、実施形態1において図5および図6を参照して説明したのと同様に製造することができるので、ここでは詳細な説明を省略する。   Since the semiconductor device 100 of this embodiment can be manufactured in the same manner as described with reference to FIGS. 5 and 6 in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.

なお、図14では、絶縁膜の厚さが0nmであるTFTの仮想的なドレイン電流立ち上がりゲート電圧が−0.25Vであるのに対して、実施形態1に参照した図4では、絶縁膜の厚さが0nmであるTFTの仮想的なドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約−0.5Vである。これは、本実施形態の半導体装置100では、ゲート電極の材料にタングステンを用いているのに対して、実施形態1において上述した半導体装置では、ゲート電極の材料にタンタルを用いていることに起因する。   In FIG. 14, the virtual drain current rising gate voltage of the TFT having the insulating film thickness of 0 nm is −0.25 V, whereas in FIG. A virtual drain current rising gate voltage of a TFT having a thickness of 0 nm is about −0.5V. This is because the semiconductor device 100 of this embodiment uses tungsten as the material of the gate electrode, whereas the semiconductor device described in Embodiment 1 uses tantalum as the material of the gate electrode. To do.

(実施形態5)
上述した実施形態3および実施形態4では、Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTのいずれか一方において、ゲート絶縁膜の厚さが異なるTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。
Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTの両方においてゲート絶縁膜の厚さが異なるTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにしてもよい。
(Embodiment 5)
In Embodiments 3 and 4 described above, embodiments in which the drain current rising gate voltages of TFTs having different gate insulating film thicknesses are made substantially the same in any one of an N-channel TFT and a P-channel TFT are described. However, the present invention is not limited to this.
The drain current rising gate voltages of TFTs having different gate insulating film thicknesses in both the N-channel TFT and the P-channel TFT may be made substantially the same.

以下、図15および図16を参照して、本発明による半導体装置の第5の実施形態を説明する。   A fifth embodiment of the semiconductor device according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

図15は、本実施形態の半導体装置100の模式的な断面図である。半導体装置100は、4種類のTFTを有しており、図15には、実施形態1において図1を参照して説明した4種類のTFT、すなわち、Nチャネル型高速駆動TFT110と、Pチャネル型高速駆動TFT120と、Nチャネル型高耐圧TFT130と、Pチャネル型高耐圧TFT140とを示している。   FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 100 of the present embodiment. The semiconductor device 100 has four types of TFTs. FIG. 15 shows the four types of TFTs described with reference to FIG. 1 in the first embodiment, that is, the N-channel type high-speed driving TFT 110 and the P-channel type. A high-speed driving TFT 120, an N-channel high voltage TFT 130, and a P-channel high voltage TFT 140 are shown.

本実施形態の半導体装置100は、Pチャネル型TFT120および140のそれぞれのチャネル125Aおよび145A内への不純物の注入量は1.4×1013cm-2であり、Nチャネル型TFT110および130のそれぞれのチャネル115Aおよび135A内への不純物の注入量は1.8×1013cm-2である。TFT110〜TFT140のゲート電極にはタンタルを用いている。本実施形態の半導体装置100では、Nチャネル型高速駆動TFT110のチャネル長が4μm、Pチャネル型高速駆動TFT120のチャネル長が2μm、Nチャネル型高耐圧TFT130のチャネル長が4μm、Pチャネル型高耐圧TFT140のチャネル長が6μmである。また、本実施形態の半導体装置100では、Nチャネル型高速駆動TFT110、Pチャネル型高速駆動TFT120およびPチャネル型高耐圧TFT140のソース−ドレイン電圧は3Vであるのに対して、Nチャネル型高耐圧TFT130のソース−ドレイン電圧は12Vである。 In the semiconductor device 100 of this embodiment, the amount of impurities injected into the channels 125A and 145A of the P-channel TFTs 120 and 140 is 1.4 × 10 13 cm −2 , respectively. The amount of impurities implanted into the channels 115A and 135A is 1.8 × 10 13 cm −2 . Tantalum is used for the gate electrodes of the TFTs 110 to 140. In the semiconductor device 100 of this embodiment, the channel length of the N-channel high-speed driving TFT 110 is 4 μm, the channel length of the P-channel high-speed driving TFT 120 is 2 μm, the channel length of the N-channel high-voltage TFT 130 is 4 μm, and the P-channel high-voltage TFT The channel length of the TFT 140 is 6 μm. In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the source-drain voltage of the N-channel high-speed driving TFT 110, the P-channel high-speed driving TFT 120, and the P-channel high-voltage TFT 140 is 3V, whereas the N-channel high-voltage driving TFT 120 is 3V. The source-drain voltage of the TFT 130 is 12V.

本実施形態の半導体装置100では、実施形態3を参照して説明した半導体装置と同様に、Pチャネル型高速駆動TFT120のチャネル125A内の不純物濃度はPチャネル型高耐圧TFT140のチャネル145A内の不純物濃度とほぼ同じであり、かつ、Pチャネル型高速駆動TFT120のチャネル125Aの長さはPチャネル型高耐圧TFT140のチャネル145Aの長さよりも短くなっている。なお、TFT120、140のソース−ドレイン電圧は同じである。これにより、TFT120、140のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じになっている。   In the semiconductor device 100 of the present embodiment, as in the semiconductor device described with reference to the third embodiment, the impurity concentration in the channel 125A of the P-channel high-speed driving TFT 120 is the impurity concentration in the channel 145A of the P-channel high-voltage TFT 140. It is almost the same as the concentration, and the length of the channel 125A of the P-channel type high-speed driving TFT 120 is shorter than the length of the channel 145A of the P-channel type high voltage TFT 140. Note that the source-drain voltages of the TFTs 120 and 140 are the same. Thereby, the drain current rising gate voltages of the TFTs 120 and 140 are substantially the same.

また、本実施形態の半導体装置100では、実施形態4を参照して説明した半導体装置と同様に、Nチャネル型高速駆動TFT110のチャネル115A内の不純物濃度は、Nチャネル型高耐圧TFT130のチャネル135A内の不純物濃度とほぼ同じであり、かつ、Nチャネル型高耐圧TFT130のソース−ドレイン電圧は、Nチャネル型高速駆動TFT110のソース−ドレイン電圧よりも大きい。これにより、TFT110、130のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じになっている。なお、TFT120、140のチャネル長は同じである。   In the semiconductor device 100 of this embodiment, as in the semiconductor device described with reference to Embodiment 4, the impurity concentration in the channel 115A of the N-channel high-speed driving TFT 110 is equal to the channel 135A of the N-channel high-voltage TFT 130. The source-drain voltage of the N-channel type high breakdown voltage TFT 130 is larger than the source-drain voltage of the N-channel type high-speed driving TFT 110. Thereby, the drain current rising gate voltages of the TFTs 110 and 130 are substantially the same. The channel lengths of the TFTs 120 and 140 are the same.

さらに、本実施形態の半導体装置100では、Nチャネル型TFT110、130における不純物の注入量(1.8×1013cm-2)は、Pチャネル型TFT120、140における不純物の注入量(1.4×1013cm-2)よりも多くなっており、ゲート絶縁膜の厚さが薄い(50nm)Nチャネル型高速駆動TFT110のドレイン電流立ち上がりゲート電圧が、ゲート絶縁膜の厚さが厚い(100nm)Pチャネル型高耐圧TFT140のドレイン電流立ち上がりゲート電圧と等しい。したがって、TFT110〜TFT140のすべてのドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じになっており、これにより、オフ状態にする際に各TFT110〜TFT140に印加するゲート電圧を個別に調整することなく、各TFT110〜TFT140のオフリーク電流を抑制することができる。 Further, in the semiconductor device 100 of the present embodiment, the impurity implantation amount (1.8 × 10 13 cm −2 ) in the N-channel TFTs 110 and 130 is equal to the impurity implantation amount (1.4 in the P-channel TFTs 120 and 140). × 10 13 cm −2 ), the gate insulating film is thin (50 nm), and the drain current rising gate voltage of the N-channel high-speed driving TFT 110 is large (100 nm). It is equal to the drain current rising gate voltage of the P-channel type high voltage TFT 140. Therefore, all the drain current rising gate voltages of the TFTs 110 to 140 are substantially the same, so that the TFTs 110 to 110 can be adjusted without individually adjusting the gate voltages applied to the TFTs 110 to 140 when turning off. The off-leakage current of the TFT 140 can be suppressed.

また、本実施形態の半導体装置100によれば、TFT110〜TFT140のそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約0.0Vであるので、TFTのオフリーク電流を小さくして、スタンドバイ時の消費電力を低く抑えることができる。また、本実施形態の半導体装置100によれば、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約0.0Vであるので、TFT110〜TFT140のオン電流を大きくすることができ、それにより、動作時の消費電力を低く抑えることができる。   Further, according to the semiconductor device 100 of the present embodiment, the drain current rising gate voltage of each of the TFTs 110 to 140 is about 0.0 V, so that the off-leak current of the TFT is reduced and the power consumption during standby is reduced. Can be suppressed. Also, according to the semiconductor device 100 of this embodiment, since the drain current rising gate voltage is about 0.0 V, the on-current of the TFTs 110 to 140 can be increased, thereby reducing the power consumption during operation. Can be suppressed.

本実施形態の半導体装置100では、同じチャネル型のTFTにおける不純物の注入量はほぼ同じになっている。具体的には、TFT110、130のチャネル115Aおよび135A内への不純物の注入量は同じ値(1.8×1013cm-2)になっており、TFT120、140のチャネル125Aおよび145A内への不純物の注入量は同じ値(1.4×1013cm-2)になっている。不純物の注入量、チャネル長およびソース−ドレイン電圧は、半導体装置100Xを用いて予め決められる。 In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the impurity implantation amounts in the same channel type TFT are substantially the same. Specifically, the impurity implantation amounts into the channels 115A and 135A of the TFTs 110 and 130 have the same value (1.8 × 10 13 cm −2 ), and the TFTs 120 and 140 have the channel 125A and 145A into the channels 125A and 145A. The impurity implantation amount is the same value (1.4 × 10 13 cm −2 ). The impurity implantation amount, channel length, and source-drain voltage are determined in advance using the semiconductor device 100X.

半導体装置100Xには、Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTを含む複数のTFTが形成されており、TFTのゲート絶縁膜の厚さは10nm毎に異なっている。半導体装置100XのTFTは、半導体装置100のTFT110〜TFT140と同様に形成されている。また、この半導体装置100Xには、チャネル長が異なるTFTが設けられている。さらに、この半導体装置100Xでは、印加するソース−ドレイン電圧を変化させている。この半導体装置100Xにおいて、チャネル内の不純物濃度がほぼ同じになるように不純物をドープして、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を測定する。   A plurality of TFTs including an N-channel TFT and a P-channel TFT are formed in the semiconductor device 100X, and the thickness of the gate insulating film of the TFT is different every 10 nm. The TFTs of the semiconductor device 100X are formed in the same manner as the TFTs 110 to 140 of the semiconductor device 100. The semiconductor device 100X is provided with TFTs having different channel lengths. Further, in the semiconductor device 100X, the applied source-drain voltage is changed. In this semiconductor device 100X, impurities are doped so that the impurity concentrations in the channel are substantially the same, and the drain current rising gate voltage is measured.

以下、図16を参照して、不純物の注入量、チャネル長およびソース−ドレイン電圧と、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧との関係について説明する。   Hereinafter, with reference to FIG. 16, the relationship between the impurity implantation amount, the channel length, the source-drain voltage, and the drain current rising gate voltage will be described.

図16(a)は、半導体装置100XのNチャネル型TFTにおけるゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフであり、図16(b)は、半導体装置100XのPチャネル型TFTにおけるゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフである。   FIG. 16A is a graph showing the relationship between the gate insulating film thickness (Tox) and the drain current rising gate voltage (VgRise) in the N-channel TFT of the semiconductor device 100X, and FIG. It is a graph which shows the relationship between the thickness (Tox) of the gate insulating film in P channel type TFT of the semiconductor device 100X, and drain current rising gate voltage (VgRise).

Pチャネル型TFTのチャネル長が6μmである場合、Pチャネル型TFTのチャネル内への不純物の注入量が1.4×1013cm-2であると、図16(b)の線に示すように、Pチャネル型TFTのゲート絶縁膜が厚いほど、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は増加する。例えば、ゲート絶縁膜の厚さが50nmであるPチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約−0.25Vであり、ゲート絶縁膜の厚さが100nmであるPチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。 一方、Pチャネル型TFTのチャネル長が2μmである場合、図16(b)の△に示すように、ゲート絶縁膜の厚さが50nmであるPチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。これは、図12を参照して実施形態3において説明したのと同様に、Pチャネル型TFTのチャネル長が短くなることにより、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧はプラス方向にシフトするからである。このように、チャネル長を短くしてドレイン電流立ち上がりゲート電圧はプラス方向にシフトさせることにより、ゲート絶縁膜の厚さが異なるPチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにすることができる。なお、ここでは、Pチャネル型TFTにおけるソース−ドレイン電圧は3Vであり、不純物の注入量は1.4×1013cm-2である。 When the channel length of the P-channel TFT is 6 μm, the impurity injection amount into the channel of the P-channel TFT is 1.4 × 10 13 cm −2 as shown by the line in FIG. In addition, the thicker the gate insulating film of the P-channel TFT, the higher the drain current rising gate voltage. For example, a drain current rising gate voltage of a P-channel TFT having a gate insulating film thickness of 50 nm is about −0.25 V, and a drain current rising gate of a P-channel TFT having a gate insulating film thickness of 100 nm. The voltage is about 0.0V. On the other hand, when the channel length of the P-channel TFT is 2 μm, as shown by Δ in FIG. 16B, the drain current rising gate voltage of the P-channel TFT having the gate insulating film thickness of 50 nm is about 0. 0.0V. This is because the drain current rising gate voltage is shifted in the positive direction as the channel length of the P-channel TFT is shortened, as described in the third embodiment with reference to FIG. Thus, by shortening the channel length and shifting the drain current rising gate voltage in the positive direction, the drain current rising gate voltages of P-channel TFTs having different gate insulating film thicknesses can be made substantially the same. . Here, the source-drain voltage in the P-channel TFT is 3 V, and the impurity implantation amount is 1.4 × 10 13 cm −2 .

これに対して、Nチャネル型TFTのソース−ドレイン電圧が3Vである場合、Nチャネル型TFTのチャネル内への不純物の注入量が1.8×1013cm-2であると、図16(a)の線に示すように、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧は増加する。例えば、ゲート絶縁膜の厚さが50nmであるTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vであり、ゲート絶縁膜の厚さが100nmであるTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.25Vである。 On the other hand, when the source-drain voltage of the N-channel TFT is 3 V, the impurity implantation amount into the channel of the N-channel TFT is 1.8 × 10 13 cm −2 , as shown in FIG. As shown by the line a), the drain current rising gate voltage increases. For example, a drain current rising gate voltage of a TFT having a gate insulating film thickness of 50 nm is about 0.0V, and a drain current rising gate voltage of a TFT having a gate insulating film thickness of 100 nm is about 0.25V. is there.

一方、Nチャネル型TFTのソース−ドレイン電圧が12Vである場合、図16(a)の△に示すように、ゲート絶縁膜の厚さが100nmであるNチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は約0.0Vである。これは、図14を参照して実施形態4において説明したのと同様に、Nチャネル型TFTにおいてソース−ドレイン電圧が大きいと、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧はマイナス方向にシフトするからである。なお、ここでは、Nチャネル型TFTにおけるチャネル長は4μmであり、不純物の注入量は1.8×1013cm-2である。 On the other hand, when the source-drain voltage of the N-channel TFT is 12 V, the drain current rising gate voltage of the N-channel TFT having a gate insulating film thickness of 100 nm is as shown by Δ in FIG. It is about 0.0V. This is because the drain current rising gate voltage shifts in the negative direction when the source-drain voltage is large in the N-channel TFT as described in the fourth embodiment with reference to FIG. Note that here, the channel length in the N-channel TFT is 4 μm, and the impurity implantation amount is 1.8 × 10 13 cm −2 .

ここで、図16(a)の線と図16(b)の線とを比較すると、Pチャネル型TFTにおける不純物の注入量は1.4×1013cm-2であるのに対して、Nチャネル型TFTにおける不純物の注入量は1.8×1013cm-2であり、これにより、Nチャネル型TFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧はよりプラス方向にシフトしている。 Here, comparing the line in FIG. 16A and the line in FIG. 16B, the impurity implantation amount in the P-channel TFT is 1.4 × 10 13 cm −2 , whereas N The implantation amount of impurities in the channel type TFT is 1.8 × 10 13 cm −2 , so that the drain current rising gate voltage of the N channel type TFT is more shifted in the positive direction.

以上のように、本実施形態の半導体装置100によれば、不純物濃度を調整しただけでは、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じにならない場合であっても、チャネル長およびソース−ドレイン電圧を変更することにより、ゲート絶縁膜の厚さが異なるTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにすることができる。   As described above, according to the semiconductor device 100 of the present embodiment, the channel length and the source-drain voltage are changed even when the drain current rising gate voltage is not substantially the same only by adjusting the impurity concentration. As a result, the drain current rising gate voltages of TFTs having different gate insulating film thicknesses can be made substantially the same.

本実施形態の半導体装置100は、ゲート絶縁膜の厚さに応じてPチャネル型TFTのチャネル長が異なることを除いて、実施形態1において図5および図6を参照して説明したのと同様に製造することができるので、ここでは詳細な説明を省略する。   The semiconductor device 100 according to the present embodiment is the same as that described with reference to FIGS. 5 and 6 in the first embodiment, except that the channel length of the P-channel TFT varies depending on the thickness of the gate insulating film. Therefore, detailed description is omitted here.

(実施形態6)
以下、図17を参照して、実施形態1〜5を参照して説明した半導体装置を、表示装置、例えば、液晶表示装置のアクティブマトリクス基板に用いる実施形態を説明する。
(Embodiment 6)
Hereinafter, an embodiment in which the semiconductor device described with reference to Embodiments 1 to 5 is used for an active matrix substrate of a display device, for example, a liquid crystal display device, will be described with reference to FIG.

図17は、本実施形態の半導体装置100Aの模式的なブロック図である。半導体装置100Aは、ガラス基板170と、表示部171と、表示部171の周囲に設けられた周辺回路部172とを備える。表示部171および周辺回路部172は、ガラス基板170上に形成されている。   FIG. 17 is a schematic block diagram of the semiconductor device 100A of the present embodiment. The semiconductor device 100 </ b> A includes a glass substrate 170, a display unit 171, and a peripheral circuit unit 172 provided around the display unit 171. The display unit 171 and the peripheral circuit unit 172 are formed on the glass substrate 170.

表示部171には、複数のゲート線171aと、複数のデータ線171bと、複数のTFT171cと、複数の画素電極171dとが設けられている。図17には、模式的に1つの画素電極171dと、それに対応するゲート線171aと、データ線171bおよびTFT171cを示している。TFT171cは、ゲート線171aの電位に応じて画素電極171dとデータ線171bとの電気的な接続を切り換える。   In the display portion 171, a plurality of gate lines 171a, a plurality of data lines 171b, a plurality of TFTs 171c, and a plurality of pixel electrodes 171d are provided. FIG. 17 schematically shows one pixel electrode 171d, a corresponding gate line 171a, a data line 171b, and a TFT 171c. The TFT 171c switches the electrical connection between the pixel electrode 171d and the data line 171b in accordance with the potential of the gate line 171a.

周辺回路部172は、ゲートドライバ173と、データドライバ174と、ゲートドライバ173およびデータドライバ174を制御する制御回路175とを備えており、ゲートドライバ173およびデータドライバ174は、表示部171を駆動する。ゲートドライバ173は、シフトレジスタ173aと、レベルシフタ173bと、出力バッファ173cとを有しており、ゲートドライバ174は、シフトレジスタ174aと、レベルシフタ174bと、アナログスイッチ174cとを有している。   The peripheral circuit unit 172 includes a gate driver 173, a data driver 174, and a control circuit 175 that controls the gate driver 173 and the data driver 174. The gate driver 173 and the data driver 174 drive the display unit 171. . The gate driver 173 includes a shift register 173a, a level shifter 173b, and an output buffer 173c. The gate driver 174 includes a shift register 174a, a level shifter 174b, and an analog switch 174c.

図17には表示部171内の1つのTFT171cしか示していないが、表示部171および周辺回路部172のいずれにも複数のTFTが設けられている。複数のTFTのうちの周辺回路部172内の一部のTFTは高速駆動TFTであり、表示部171内のTFT171cおよび周辺回路部172内の別のTFTは高耐圧TFTである。また、動作にばらつきが生じないように、表示部171内のTFT171cはすべて同じチャネル型高耐圧TFT、例えば、Nチャネル型高耐圧TFTである。一方、周辺回路部172内の別のTFTは、より具体的には、シフトレジスタ173aおよびシフトレジスタ174a内には高速駆動TFTが設けられ、レベルシフタ173bおよびレベルシフタ174b内には高速駆動TFTおよび高耐圧TFTの両方が設けられ、出力バッファ173cおよびアナログスイッチ174c内には高耐圧TFTが設けられている。   FIG. 17 shows only one TFT 171 c in the display portion 171, but a plurality of TFTs are provided in both the display portion 171 and the peripheral circuit portion 172. Among the plurality of TFTs, some TFTs in the peripheral circuit portion 172 are high-speed driving TFTs, and TFTs 171c in the display portion 171 and other TFTs in the peripheral circuit portion 172 are high-voltage TFTs. Further, the TFTs 171c in the display portion 171 are all the same channel type high withstand voltage TFT, for example, an N channel type high withstand voltage TFT so that the operation does not vary. On the other hand, another TFT in the peripheral circuit portion 172 is more specifically provided with a high-speed driving TFT in the shift register 173a and the shift register 174a, and a high-speed driving TFT and a high breakdown voltage in the level shifter 173b and the level shifter 174b. Both TFTs are provided, and a high voltage TFT is provided in the output buffer 173c and the analog switch 174c.

なお、周辺回路部172内では、TFTの信頼性確保と消費電力低減のために、必要に応じて、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとを組み合わせた相補型回路が設けられている。   In the peripheral circuit portion 172, a complementary circuit in which an N-channel TFT and a P-channel TFT are combined is provided as necessary in order to ensure the reliability of the TFT and reduce the power consumption.

以上のように、本実施形態の半導体装置100Aでは、1つのガラス基板170上に表示部171と周辺回路部172とが一体的に設けられているので、低コスト化および省スペース化を図ることができる。また、本実施形態の半導体装置100Aによれば、スタンドバイ時の消費電力を低く抑えるとともに、動作時の消費電力を低く抑えることができる。さらに、本実施形態の半導体装置100Aでは、表示部171内のTFTおよび周辺回路部172内のTFTをより少ない工程で作製することができる。   As described above, in the semiconductor device 100A of this embodiment, the display unit 171 and the peripheral circuit unit 172 are integrally provided on one glass substrate 170, so that cost and space can be reduced. Can do. Further, according to the semiconductor device 100A of the present embodiment, the power consumption during standby can be kept low, and the power consumption during operation can be kept low. Furthermore, in the semiconductor device 100A of this embodiment, the TFT in the display portion 171 and the TFT in the peripheral circuit portion 172 can be manufactured with fewer steps.

また、上述した説明では、表示装置の例示として、液晶表示装置について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の半導体装置を有機EL表示装置など他の任意の表示装置に適用してもよい。   In the above description, the liquid crystal display device has been described as an example of the display device, but the present invention is not limited to this. The semiconductor device of the present invention may be applied to any other display device such as an organic EL display device.

(実施形態7)
上述した実施形態6では、半導体装置を液晶表示装置に用いる実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。半導体装置を集積回路に用いてもよい。
(Embodiment 7)
In Embodiment 6 described above, an embodiment in which a semiconductor device is used for a liquid crystal display device has been described, but the present invention is not limited to this. A semiconductor device may be used for the integrated circuit.

以下に、図18を参照して、本発明による半導体装置を集積回路に用いた実施形態を説明する。   Hereinafter, an embodiment in which a semiconductor device according to the present invention is used in an integrated circuit will be described with reference to FIG.

図18は、本実施形態の半導体装置100Bの模式的なブロック図である。半導体装置100Bは、集積回路に用いられる。半導体装置100Bは、基板180と、より低い電圧で駆動される低電圧駆動部181と、より高い電圧で駆動される高電圧駆動部182とを備える。低電圧駆動部181および高電圧駆動部182は、いずれも、基板180上に設けられている。   FIG. 18 is a schematic block diagram of the semiconductor device 100B of this embodiment. The semiconductor device 100B is used for an integrated circuit. The semiconductor device 100B includes a substrate 180, a low voltage driving unit 181 driven at a lower voltage, and a high voltage driving unit 182 driven at a higher voltage. Both the low voltage driving unit 181 and the high voltage driving unit 182 are provided on the substrate 180.

ここで、半導体装置100Bを記憶装置に用いる場合について説明する。この場合、高電圧駆動部182は記憶素子(メモリ)として機能し、低電圧駆動部181は、記憶素子182のための信号を処理する信号処理部として機能する。一般に、記憶素子182に書き込み、消去を行うために高い電圧を印加することが必要であり、信号処理は、低い電圧で高速に行われることが要求されているからである。   Here, a case where the semiconductor device 100B is used as a memory device will be described. In this case, the high voltage driver 182 functions as a memory element (memory), and the low voltage driver 181 functions as a signal processor that processes a signal for the memory element 182. This is because in general, it is necessary to apply a high voltage in order to perform writing and erasing in the memory element 182, and signal processing is required to be performed at a high speed with a low voltage.

また、低電圧駆動部181および高電圧駆動部182内には、TFTの信頼性確保と消費電力低減のために、必要に応じて、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとを組み合わせた相補型回路が設けられている。   In addition, in the low voltage driving unit 181 and the high voltage driving unit 182, a complementary type in which an N-channel TFT and a P-channel TFT are combined as necessary in order to ensure TFT reliability and reduce power consumption. A circuit is provided.

以上のように、本実施形態の半導体装置100Bでは、1つの基板180上に低電圧駆動部181および高電圧駆動部182が設けられており、低コスト化および省スペース化を図ることができる。また、本実施形態の半導体装置100Bによれば、スタンドバイ時の消費電力を低く抑えるとともに、動作時の消費電力を低く抑えることができる。さらに、本実施形態の半導体装置100Bでは、低電圧駆動部181内のTFTおよび高電圧駆動部182内のTFTをより少ない工程で作製することができる。   As described above, in the semiconductor device 100B of the present embodiment, the low voltage driving unit 181 and the high voltage driving unit 182 are provided on one substrate 180, so that cost reduction and space saving can be achieved. In addition, according to the semiconductor device 100B of the present embodiment, it is possible to reduce power consumption during standby and power consumption during operation. Furthermore, in the semiconductor device 100B of this embodiment, the TFT in the low voltage driving unit 181 and the TFT in the high voltage driving unit 182 can be manufactured with fewer steps.

なお、上述した実施形態6および実施形態7では、本発明の半導体装置を表示装置および集積回路に用いる実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の半導体装置を別の用途に用いてもよい。   In the sixth embodiment and the seventh embodiment described above, the embodiment in which the semiconductor device of the present invention is used for a display device and an integrated circuit has been described, but the present invention is not limited to this. You may use the semiconductor device of this invention for another use.

また、上述した実施形態1〜7では、TFTのチャネルにP型不純物であるB(ボロン)をドープしているが、本発明はこれに限定されない。P型不純物として、BF2を用いてもよい。 In the first to seventh embodiments described above, the channel of the TFT is doped with B (boron), which is a P-type impurity, but the present invention is not limited to this. BF 2 may be used as the P-type impurity.

また、上述した実施形態1〜7では、チャネルドープを行っていないTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧が負であったので、チャネルにP型不純物をドープしたが、本発明はこれに限定されず、何らかの要因で、チャネルドープを行っていないTFTのドレイン電流立ち上がりゲート電圧が正である場合、N型不純物(例えば、P(リン)やAs(砒素))を用いてチャネルドープを行ってもよい。   Further, in Embodiments 1 to 7 described above, since the drain current rising gate voltage of the TFT not subjected to channel doping was negative, the channel was doped with a P-type impurity. However, the present invention is not limited to this, When the drain current rising gate voltage of a TFT not subjected to channel doping is positive for some reason, channel doping may be performed using an N-type impurity (for example, P (phosphorus) or As (arsenic)).

また、上述した実施形態1〜7では、半導体装置のすべてのTFTのチャネル内の不純物濃度およびドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じであったが、本発明はこれに限定されない。半導体装置は、第1群のTFTと第2群のTFTとを備え、第1群内においてTFTのチャネル内の不純物濃度およびドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じであり、また、第2群内においてすべてのTFTのチャネル内の不純物濃度およびドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じであってもよい。   In Embodiments 1 to 7 described above, the impurity concentration and drain current rising gate voltage in the channels of all TFTs of the semiconductor device are substantially the same, but the present invention is not limited to this. The semiconductor device includes a first group of TFTs and a second group of TFTs, the impurity concentration in the channel of the TFT and the drain current rising gate voltage are substantially the same in the first group, and in the second group The impurity concentration and drain current rising gate voltage in the channels of all TFTs may be substantially the same.

また、上述した実施形態1〜7では、TFTはトップゲート構造を有するように示したが、本発明のTFTはこれに限定されない。TFTはボトムゲート構造を有してもよい。   In Embodiments 1 to 7 described above, the TFT has been shown to have a top gate structure, but the TFT of the present invention is not limited to this. The TFT may have a bottom gate structure.

本発明の半導体装置は、液晶表示装置、有機EL表示装置などの表示装置、ならびに、集積回路に好適に用いられる。また、半導体装置に印加する電源電圧を低下することが必要となる場合でも、ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を容易に調整することができ、それにより、半導体装置のスタンドバイ時の消費電力を低く抑えるとともに、動作時の消費電力を低く抑えることができる。   The semiconductor device of the present invention is suitably used for display devices such as liquid crystal display devices and organic EL display devices, and integrated circuits. Even when it is necessary to reduce the power supply voltage applied to the semiconductor device, the drain current rising gate voltage can be easily adjusted, thereby reducing the power consumption during standby of the semiconductor device. , Power consumption during operation can be kept low.

実施形態1の半導体装置の模式的な断面図である。2 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device of Embodiment 1. FIG. (a)は、実施形態1の半導体装置においてチャネルドープを行っていないNチャネル型高速駆動TFTおよびPチャネル型高速駆動TFTにおけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフであり、(b)は、実施形態1の半導体装置においてチャネルドープを行っていないNチャネル型高耐圧TFTおよびPチャネル型高耐圧TFTにおけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel type high-speed driving TFT and the P-channel type high-speed driving TFT that are not channel-doped in the semiconductor device of the first embodiment. And (b) shows the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel high breakdown voltage TFT and the P-channel high breakdown voltage TFT that are not channel doped in the semiconductor device of the first embodiment. It is a graph. (a)は、実施形態1の半導体装置においてチャネルドープを行った後のNチャネル型高速駆動TFTおよびPチャネル型高速駆動TFTにおけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフであり、(b)は、実施形態1の半導体装置においてチャネルドープを行った後のNチャネル型高耐圧TFTおよびPチャネル型高耐圧TFTにおけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel high-speed drive TFT and the P-channel high-speed drive TFT after channel doping in the semiconductor device of Embodiment 1. (B) shows the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel high-voltage TFT and the P-channel high-voltage TFT after channel doping in the semiconductor device of the first embodiment. It is a graph which shows. 実施形態1における半導体装置のゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the thickness (Tox) of the gate insulating film of the semiconductor device and the drain current rising gate voltage (VgRise) in the first embodiment. (a)〜(h)は、それぞれ、実施形態1の半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。(A)-(h) is typical sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of Embodiment 1, respectively. (a)〜(e)は、それぞれ、実施形態1の半導体装置の製造方法を説明するための模式的な断面図である。(A)-(e) is typical sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the semiconductor device of Embodiment 1, respectively. 実施形態2の半導体装置の模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施形態2における半導体装置のゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the thickness (Tox) of the gate insulating film of the semiconductor device and the drain current rising gate voltage (VgRise) in the second embodiment. (a)は、実施形態2の半導体装置においてチャネルドープを行っていないNチャネル型高速駆動TFTおよびPチャネル型高速駆動TFTにおけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフであり、(b)は、実施形態2の半導体装置においてチャネルドープを行っていないNチャネル型高耐圧TFTおよびPチャネル型高耐圧TFTにおけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。(A) is the graph which shows the relationship between the gate voltage (Vg) and drain current (Id) in the N channel type high speed drive TFT and P channel type high speed drive TFT which are not channel-doping in the semiconductor device of Embodiment 2. And (b) shows the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel high breakdown voltage TFT and the P-channel high breakdown voltage TFT that are not channel doped in the semiconductor device of the second embodiment. It is a graph. (a)は、実施形態2の半導体装置においてチャネルドープを行った後のNチャネル型高速駆動TFTおよびPチャネル型高速駆動TFTにおけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフであり、(b)は、実施形態2の半導体装置においてチャネルドープを行った後のNチャネル型高耐圧TFTおよびPチャネル型高耐圧TFTにおけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel high-speed drive TFT and the P-channel high-speed drive TFT after channel doping in the semiconductor device of the second embodiment. (B) shows the relationship between the gate voltage (Vg) and the drain current (Id) in the N-channel type high-voltage TFT and the P-channel type high-voltage TFT after channel doping in the semiconductor device of the second embodiment. It is a graph which shows. 実施形態3の半導体装置の模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施形態3における半導体装置のPチャネル型TFTにおけるゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the gate insulating film thickness (Tox) and the drain current rising gate voltage (VgRise) in the P-channel TFT of the semiconductor device in Embodiment 3. 実施形態4の半導体装置の模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施形態4における半導体装置のNチャネル型TFTにおけるゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフである。6 is a graph showing the relationship between the thickness (Tox) of a gate insulating film and the drain current rising gate voltage (VgRise) in an N-channel TFT of a semiconductor device in Embodiment 4. 実施形態5の半導体装置の模式的な断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a fifth embodiment. (a)は、実施形態5における半導体装置のNチャネル型TFTにおけるゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフであり、(b)は、実施形態5における半導体装置のPチャネル型TFTにおけるゲート絶縁膜の厚さ(Tox)とドレイン電流立ち上がりゲート電圧(VgRise)との関係を示すグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the gate insulating film thickness (Tox) and the drain current rising gate voltage (VgRise) in the N-channel TFT of the semiconductor device in Embodiment 5, and (b) is an implementation graph. 16 is a graph showing the relationship between the thickness (Tox) of a gate insulating film and the drain current rising gate voltage (VgRise) in a P-channel TFT of a semiconductor device in Mode 5. 実施形態6の半導体装置の模式的なブロック図である。FIG. 10 is a schematic block diagram of a semiconductor device according to a sixth embodiment. 実施形態7の半導体装置の模式的なブロック図である。FIG. 10 is a schematic block diagram of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 一般的な高速駆動TFTおよび高耐圧TFTにおけるゲート電圧(Vg)とドレイン電流(Id)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the gate voltage (Vg) and drain current (Id) in a general high-speed drive TFT and a high voltage | pressure-resistant TFT.

符号の説明Explanation of symbols

100 半導体装置
110、120、130、140 薄膜トランジスタ
111、121、131、141 ソース
112、122、132、142 ソース電極
113、123、133、143 ドレイン
114、124、134、144 ドレイン電極
115、125、135、145 チャネル
116、126、136、146 ゲート絶縁膜
117、127、137、147 ゲート電極
100 Semiconductor device 110, 120, 130, 140 Thin film transistor 111, 121, 131, 141 Source 112, 122, 132, 142 Source electrode 113, 123, 133, 143 Drain 114, 124, 134, 144 Drain electrode 115, 125, 135 145 channel 116, 126, 136, 146 gate insulating film 117, 127, 137, 147 gate electrode

Claims (21)

複数の薄膜トランジスタを備える半導体装置であって、
前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれは、ソースと、ドレインと、前記ソースと前記ドレインとの間に設けられたチャネルと、前記チャネルの導電性を制御するゲート電極と、前記チャネルと前記ゲート電極との間に設けられたゲート絶縁膜とを有し、
前記複数の薄膜トランジスタは第1の複数の薄膜トランジスタを有し、
前記第1の複数の薄膜トランジスタのうちの少なくとも1つの薄膜トランジスタの前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記第1の複数の薄膜トランジスタのうちの他の薄膜トランジスタの前記ゲート絶縁膜の厚さとは異なり、
前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれはほぼ同じドレイン電流立ち上がりゲート電圧を有する、半導体装置。
A semiconductor device comprising a plurality of thin film transistors,
Each of the plurality of thin film transistors includes a source, a drain, a channel provided between the source and the drain, a gate electrode for controlling conductivity of the channel, and between the channel and the gate electrode. And a gate insulating film provided on
The plurality of thin film transistors includes a first plurality of thin film transistors;
The thickness of the gate insulating film of at least one thin film transistor of the first plurality of thin film transistors is different from the thickness of the gate insulating film of other thin film transistors of the first plurality of thin film transistors,
Each of the first plurality of thin film transistors has a substantially same drain current rising gate voltage.
前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルには、不純物濃度がほぼ同じになるように不純物がドープされている、請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel of each of the first plurality of thin film transistors is doped with an impurity so that an impurity concentration is substantially the same. 前記第1の複数の薄膜トランジスタは、Nチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタのうちの一方である、請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first plurality of thin film transistors is one of an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor. 前記複数の薄膜トランジスタは、第2の複数の薄膜トランジスタをさらに有し、
前記第1の複数の薄膜トランジスタはNチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタのうちの一方であり、前記第2の複数の薄膜トランジスタはNチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタのうちの他方であり、
前記第2の複数の薄膜トランジスタのそれぞれはほぼ同じドレイン電流立ち上がりゲート電圧を有し、
前記第1の複数の薄膜トランジスタのドレイン電流立ち上がりゲート電圧は、前記第2の複数の薄膜トランジスタのドレイン電流立ち上がりゲート電圧と異なる、請求項1に記載の半導体装置。
The plurality of thin film transistors further includes a second plurality of thin film transistors,
The first plurality of thin film transistors is one of an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor, and the second plurality of thin film transistors is the other of an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor,
Each of the second plurality of thin film transistors has substantially the same drain current rising gate voltage;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein drain current rising gate voltages of the first plurality of thin film transistors are different from drain current rising gate voltages of the second plurality of thin film transistors. 3.
前記第2の複数の薄膜トランジスタのうちの少なくとも1つの薄膜トランジスタの前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記第2の複数の薄膜トランジスタのうちの他の薄膜トランジスタの前記ゲート絶縁膜の厚さとは異なり、
前記第2の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルには、不純物濃度がほぼ同じになるように不純物がドープされており、
前記Pチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネル内の不純物濃度は、前記Nチャネル型薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネル内の不純物濃度よりも低い、請求項4に記載の半導体装置。
The thickness of the gate insulating film of at least one thin film transistor of the second plurality of thin film transistors is different from the thickness of the gate insulating film of another thin film transistor of the second plurality of thin film transistors,
The channel of each of the second plurality of thin film transistors is doped with impurities so that the impurity concentration is substantially the same,
The semiconductor device according to claim 4, wherein an impurity concentration in each channel of the P-channel thin film transistor is lower than an impurity concentration in each channel of the N-channel thin film transistor.
前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれはほぼ同じドレイン電流立ち上がりゲート電圧を有する、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein each of the plurality of thin film transistors has substantially the same drain current rising gate voltage. 前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルには、不純物濃度がほぼ同じになるように不純物がドープされている、請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the channel of each of the plurality of thin film transistors is doped with an impurity so that an impurity concentration is substantially the same. 前記複数の薄膜トランジスタは、第2の複数の薄膜トランジスタをさらに有し、
前記第1の複数の薄膜トランジスタはNチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタのうちの一方であり、前記第2の複数の薄膜トランジスタはNチャネル型薄膜トランジスタおよびPチャネル型薄膜トランジスタのうちの他方であり、
同じチャネル型の薄膜トランジスタのそれぞれのチャネルには、不純物濃度がほぼ同じになるように不純物がドープされている、請求項6に記載の半導体装置。
The plurality of thin film transistors further includes a second plurality of thin film transistors,
The first plurality of thin film transistors is one of an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor, and the second plurality of thin film transistors is the other of an N-channel thin film transistor and a P-channel thin film transistor,
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein each channel of the same channel type thin film transistor is doped with impurities so that the impurity concentration is substantially the same.
前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネル内の不純物濃度は、前記第2の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネル内の不純物濃度と異なる、請求項8に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein an impurity concentration in each of the channels of the first plurality of thin film transistors is different from an impurity concentration in each of the channels of the second plurality of thin film transistors. 前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧が約0.0Vである、請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the drain current rising gate voltage of each of the plurality of thin film transistors is about 0.0V. 前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート電極の仕事関数は、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて異なる、請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a work function of each gate electrode of each of the plurality of thin film transistors is different depending on a thickness of the gate insulating film of each of the plurality of thin film transistors. 前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルの長さは、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて異なる、請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the channel length of each of the first plurality of thin film transistors varies depending on the thickness of the gate insulating film of each of the first plurality of thin film transistors. 前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれのソース−ドレイン電圧は、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて異なる、請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a source-drain voltage of each of the first plurality of thin film transistors varies depending on a thickness of the gate insulating film of each of the first plurality of thin film transistors. 請求項1から13のいずれかに記載の半導体装置を備える、表示装置。   A display device comprising the semiconductor device according to claim 1. 請求項1から13のいずれかに記載の半導体装置を備える、集積回路。   An integrated circuit comprising the semiconductor device according to claim 1. 第1の複数の薄膜トランジスタを有する複数の薄膜トランジスタを備える半導体装置を製造するための半導体装置の製造方法であって、
前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれのソースおよびドレインを形成する工程と、
前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ソースと前記ドレインとの間に設けられたチャネルを形成する工程であって、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルがほぼ同じ不純物濃度を有するように、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルに不純物をドープする、工程と、
前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれのゲート絶縁膜を形成する工程であって、前記第1の複数の薄膜トランジスタのうちの少なくとも1つの薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の厚さが、前記第1の複数の薄膜トランジスタのうちの他の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の厚さとは異なるように、前記ゲート絶縁膜を形成する、工程と、
前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれにおいて、前記ゲート絶縁膜を介して前記チャネルと対向するゲート電極を形成する工程と、
前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれのドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程と
を包含する、半導体装置の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor device for manufacturing a semiconductor device comprising a plurality of thin film transistors having a first plurality of thin film transistors,
Forming a source and a drain of each of the plurality of thin film transistors;
Forming a channel provided between the source and the drain of each of the plurality of thin film transistors, wherein each of the plurality of thin film transistors has the same impurity concentration. Doping each channel of the thin film transistor with an impurity; and
Forming a gate insulating film of each of the plurality of thin film transistors, wherein a thickness of a gate insulating film of at least one thin film transistor of the first plurality of thin film transistors is equal to that of the first plurality of thin film transistors; Forming the gate insulating film differently from the thickness of the gate insulating film of another thin film transistor; and
Forming a gate electrode facing the channel through the gate insulating film in each of the plurality of thin film transistors;
And a step of making the drain current rising gate voltages of the first plurality of thin film transistors substantially the same.
前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程は、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルにほぼ同じ不純物濃度の不純物をドープしたときに前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧がほぼ同じになるような前記不純物濃度を決定する工程を含み、
前記チャネルに不純物をドープする工程は、前記決定された前記不純物濃度になるように、前記不純物をドープする工程を含む、請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
The step of making the drain current rising gate voltages substantially the same includes the step of doping each channel of each of the first plurality of thin film transistors with an impurity having substantially the same impurity concentration. Determining the impurity concentration such that current rising gate voltages are substantially the same;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the step of doping the channel with an impurity includes a step of doping the impurity so that the impurity concentration is determined.
前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程は、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧を約0.0Vにする工程を含む、請求項16に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, wherein the step of making the drain current rising gate voltage substantially the same includes the step of setting the drain current rising gate voltage of each of the plurality of thin film transistors to about 0.0V. 前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程は、前記ゲート電極を形成する工程において、前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート電極の仕事関数が前記複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて異なるようにする工程を含む、請求項16に記載の半導体装置の製造方法。   In the step of making the drain current rising gate voltages substantially the same, in the step of forming the gate electrode, the work function of the gate electrode of each of the plurality of thin film transistors is the thickness of the gate insulating film of each of the plurality of thin film transistors. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 16, comprising a step of making the difference depending on the thickness. 前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程は、前記チャネルを形成する工程において、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記チャネルの長さが前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて異なるようにする工程を含む、請求項16に記載の半導体装置の製造方法。   In the step of making the drain current rising gate voltages substantially the same, in the step of forming the channel, the channel length of each of the first plurality of thin film transistors is the gate of each of the first plurality of thin film transistors. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 16, comprising a step of making the difference according to the thickness of the insulating film. 前記ドレイン電流立ち上がりゲート電圧をほぼ同じにする工程は、前記第1の複数の薄膜トランジスタのソース−ドレイン電圧を、前記第1の複数の薄膜トランジスタのそれぞれの前記ゲート絶縁膜の厚さに応じて変更する工程を含む、請求項16に記載の半導体装置の製造方法。   In the step of making the drain current rising gate voltages substantially the same, the source-drain voltages of the first plurality of thin film transistors are changed in accordance with the thickness of the gate insulating film of each of the first plurality of thin film transistors. The manufacturing method of the semiconductor device of Claim 16 including a process.
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