JP2007123297A - Semiconductor device and its fabrication process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。より詳しくは、液晶表示装置や有機エレクトロルミネセンス表示装置等の表示装置に用いられるアクティブマトリクス基板に好適な半導体装置及びその製造方法、並びに、それらを用いて得られる電源回路、アクティブマトリクス基板及び表示装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. More specifically, a semiconductor device suitable for an active matrix substrate used for a display device such as a liquid crystal display device or an organic electroluminescence display device, a manufacturing method thereof, a power supply circuit obtained using them, an active matrix substrate, and a display It relates to the device.
半導体装置は、半導体の電気特性を利用した能動素子を備えた電子装置であり、例えば、オーディオ機器、通信機器、コンピュータ、家電機器等に広く応用されている。中でも、薄膜トランジスタ(以下「TFT」ともいう)やMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ等の3端子能動素子を備えた半導体装置は、アクティブマトリクス型液晶表示装置(以下「液晶ディスプレイ」ともいう)等の表示装置において、画素毎に設けられたスイッチング素子や各画素を制御する制御回路等として利用され、表示装置の高精細化や高速動画表示を可能にしている。 A semiconductor device is an electronic device that includes an active element that utilizes electrical characteristics of a semiconductor, and is widely applied to, for example, audio equipment, communication equipment, computers, and home appliances. In particular, a semiconductor device including a three-terminal active element such as a thin film transistor (hereinafter also referred to as “TFT”) or a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor is a display such as an active matrix liquid crystal display device (hereinafter also referred to as “liquid crystal display”). In the apparatus, it is used as a switching element provided for each pixel, a control circuit for controlling each pixel, and the like, thereby enabling high-definition display and high-speed moving image display.
近年、液晶表示装置等の表示装置については、表示品位の高精細化にともない、画素における更なる高開口率化や高輝度化が求められている。ここで、画素の開口を妨げる原因となる構成部材としては、画素部のTFT、画素部のTFTを駆動・制御するための配線、容量素子等が挙げられる。これらの中で特に、画素電位を保持するために設置されている容量素子の占有面積は大きく、容量素子の更なる小型化が強く求められている。 In recent years, with respect to display devices such as liquid crystal display devices, with higher display quality, higher aperture ratio and higher brightness in pixels are required. Here, examples of the constituent member that hinders the opening of the pixel include a TFT in the pixel portion, wiring for driving and controlling the TFT in the pixel portion, a capacitor element, and the like. Among these, in particular, the occupied area of the capacitive element installed to hold the pixel potential is large, and further downsizing of the capacitive element is strongly demanded.
そこで、画素の高開口率化を実現するために、容量素子の容量素子電極間に配置された上層絶縁膜を薄膜化することによって、容量素子の単位面性当たりの容量を増大し、容量素子を小型化する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、上層絶縁膜を薄膜化するためには、エッチング工程が必要となり、各容量素子の膜厚制御が困難であり、容量にばらつきが生じるという点で改善の余地があった。 Therefore, in order to realize a high aperture ratio of the pixel, the capacitance per unit surface area of the capacitive element is increased by thinning the upper insulating film disposed between the capacitive element electrodes of the capacitive element, and the capacitive element Has been disclosed (for example, see Patent Document 1). However, in order to reduce the thickness of the upper insulating film, an etching process is required, and it is difficult to control the film thickness of each capacitor element, and there is room for improvement in that the capacitance varies.
それに対して、駆動回路部のTFTが第2ゲート絶縁膜と第2ゲート電極とを含んでなるゲートオーバーラップLDD構造(GOLD構造)を有し、容量素子が下層から半導体層、第1ゲート絶縁膜、第1ゲート電極、第2ゲート絶縁膜及び第2ゲート電極で形成された半導体装置が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。これによれば、容量電極が半導体層、第1ゲート電極及び第2ゲート電極の3つの電極から構成されるため、単位面積あたりの容量が大きくなり、容量素子の小型化が可能となる。しかしながら、この半導体装置においては、容量素子付近で絶縁破壊やリーク電流が発生しやすく、更に改善の余地があった。
したがって、容量素子の大容量化及び小型化を進めるためには、容量ばらつき、絶縁破壊及びリーク電流等の不良を低減するという点で未だ工夫の余地があった。
Therefore, in order to increase the capacity and size of the capacitive element, there is still room for improvement in terms of reducing defects such as capacitance variation, dielectric breakdown, and leakage current.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、大容量化、小型化が可能であり、絶縁破壊及びリーク電流等の不良が低減された容量素子を有する半導体装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described situation, and an object thereof is to provide a semiconductor device having a capacitive element that can be increased in capacity and reduced in size, and has reduced defects such as dielectric breakdown and leakage current. It is what.
本発明者は、大容量化、小型化が可能であり、絶縁破壊及びリーク電流等の不良が低減された容量素子を有する半導体装置について種々検討したところ、上記特許文献2記載の半導体装置では、容量電極の第1ゲート電極が下層の半導体層の外側に突出する領域を有するため、その領域で電界集中が生じやすくなり、絶縁破壊等の不良が発生しやすくなっていたことを見いだした。そこで、本発明者は更に検討を行ったところ、容量素子の構成を第1電極、第2絶縁膜及び第2電極がこの順に配置され、かつ第1電極の側面が第2電極の側面よりも外側に位置するものとすることにより、容量素子の大容量化、小型化及び不良の低減が可能となることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
The inventor conducted various studies on a semiconductor device having a capacitive element that can be increased in capacity and reduced in size and reduced in defects such as dielectric breakdown and leakage current. In the semiconductor device described in
すなわち、本発明は、絶縁基板上に、薄膜トランジスタ及び容量素子を備える半導体装置であって、上記薄膜トランジスタは、チャネル並びにチャネル横に配置されたソース及びドレインを有する半導体層と、チャネル上に配置された第1絶縁膜と、第1絶縁膜上のチャネルと対向する位置に配置された第1電極とを有するものであり、上記容量素子は、第1電極、第2絶縁膜及び第2電極が絶縁基板側からこの順に配置され、かつ第2電極の外縁が第1電極の外縁よりも内側又は外縁上に位置する半導体装置である。
以下に本発明を詳述する。
That is, the present invention is a semiconductor device including a thin film transistor and a capacitor over an insulating substrate, and the thin film transistor is disposed on a channel, a semiconductor layer having a source and a drain disposed beside the channel, and the channel. The capacitor element includes a first insulating film and a first electrode disposed at a position facing the channel on the first insulating film. The capacitor element is insulated from the first electrode, the second insulating film, and the second electrode. The semiconductor device is arranged in this order from the substrate side, and the outer edge of the second electrode is located inside or on the outer edge of the outer edge of the first electrode.
The present invention is described in detail below.
本発明の半導体装置は、絶縁基板上に、薄膜トランジスタ及び容量素子を備えるものである。これにより、TFTと容量素子とを接続し、TFTから供給された電位を容量素子において保持することが可能となる。なお、絶縁基板とは、絶縁性の表面を有するものであれば特に限定されないが、ガラス基板等が好適に用いられる。 The semiconductor device of the present invention includes a thin film transistor and a capacitor over an insulating substrate. Accordingly, the TFT and the capacitor can be connected, and the potential supplied from the TFT can be held in the capacitor. The insulating substrate is not particularly limited as long as it has an insulating surface, but a glass substrate or the like is preferably used.
上記薄膜トランジスタは、チャネル並びにチャネル横に配置されたソース及びドレインを有する半導体層と、チャネル上に配置された第1絶縁膜と、第1絶縁膜上のチャネルと対向する位置に配置された第1電極とを有する。ここで、TFTにおいて、第1絶縁膜は、ゲート絶縁膜として機能し、第1電極はゲート電極として機能する。
半導体層を構成する材料としては特に限定されないが、低温プロセスで成膜することができるとともに、電界効果移動度に優れることから、連続粒界結晶シリコン(CGシリコン)、多結晶シリコン(ポリシリコン)等が好ましい。また、半導体層の寸法は、特に限定されるものではない。
ソース及びドレインは、通常、半導体層にN型又はP型の不純物がドーピングされる。不純物とは、半導体内においてキャリア(正孔又は電子)を作り出すイオン(原子)のことであり、P型の不純物領域では正孔がキャリアとなり、N型の不純物領域では電子がキャリアとなる。N型の不純物としては、リン等が挙げられ、一方、P型の不純物としては、ホウ素等が挙げられる。
第1絶縁膜の材質としては特に限定されず、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化シリコン(SiNx;xは、任意の数字)等が挙げられる。また、第1絶縁膜の寸法は、特に限定されるものではない。
第1電極の材質としては特に限定されないが、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)等の高融点金属、上記高融点金属の窒化物、アルミニウム(Al)等が好ましい。ゲート電極の構成としては特に限定されず、2種類以上の材料を積層したもの等を用いてもよい。また、第1電極の寸法は、特に限定されるものではない。
The thin film transistor includes a channel, a semiconductor layer having a source and a drain disposed beside the channel, a first insulating film disposed on the channel, and a first layer disposed at a position facing the channel on the first insulating film. Electrode. Here, in the TFT, the first insulating film functions as a gate insulating film, and the first electrode functions as a gate electrode.
The material constituting the semiconductor layer is not particularly limited, but can be formed by a low-temperature process and has excellent field effect mobility. Therefore, continuous grain boundary crystalline silicon (CG silicon), polycrystalline silicon (polysilicon) Etc. are preferred. Moreover, the dimension of a semiconductor layer is not specifically limited.
In the source and drain, the semiconductor layer is usually doped with N-type or P-type impurities. Impurities are ions (atoms) that generate carriers (holes or electrons) in a semiconductor. Holes are carriers in the P-type impurity region, and electrons are carriers in the N-type impurity region. Examples of the N-type impurity include phosphorus, and examples of the P-type impurity include boron.
The material of the first insulating film is not particularly limited, and examples thereof include silicon dioxide (SiO 2 ) and silicon nitride (SiNx; x is an arbitrary number). Moreover, the dimension of a 1st insulating film is not specifically limited.
The material of the first electrode is not particularly limited, but a refractory metal such as tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), titanium (Ti), nitride of the refractory metal, aluminum (Al), etc. Is preferred. The configuration of the gate electrode is not particularly limited, and a stack of two or more materials may be used. Moreover, the dimension of a 1st electrode is not specifically limited.
上記容量素子は、第1電極、第2絶縁膜及び第2電極が絶縁基板側からこの順に配置されている。ここで、容量素子において、第1電極は下層容量電極として機能し、第2絶縁膜は誘電体膜として機能し、第2電極は上層容量電極として機能する。このように、TFTのゲート絶縁膜である第1絶縁膜とは別に、容量素子の誘電体膜用に第2絶縁膜を設けることによって、容量素子に適した特性を有する絶縁膜を用いることができるので、第2絶縁膜の薄膜化や高誘電率絶縁膜の採用等が可能となる。
第2絶縁膜の材質としては特に限定されないが、誘電率が第1絶縁膜よりも大きいものが好ましく、例えば、五酸化二タンタル(Ta2O5)等の酸化タンタル、三酸化二アルミニウム(Al2O3)等の酸化アルミニウム等が挙げられる。また、第2絶縁膜の膜厚は、特に限定されるものではない。
第2電極の材質としては特に限定されず、TFTおける第1電極と略同一の材質を用いることができる。また、第2電極の寸法は、特に限定されるものではない。
容量素子の第1電極の材質としては、通常、TFTにおける第1電極と略同一の材質が用いられる。これにより、TFTのゲート電極としての第1電極と、容量素子の下層容量電極としての第1電極とを、同時にパターン形成することができるので製造プロセスの簡略化が可能となる。また、容量素子における第1電極の寸法は、特に限定されるものではないが、膜厚は、同様の観点から、通常、TFTにおける第1電極と略同一である。
In the capacitive element, the first electrode, the second insulating film, and the second electrode are arranged in this order from the insulating substrate side. Here, in the capacitor element, the first electrode functions as a lower layer capacitor electrode, the second insulating film functions as a dielectric film, and the second electrode functions as an upper layer capacitor electrode. Thus, by providing the second insulating film for the dielectric film of the capacitor element separately from the first insulating film that is the gate insulating film of the TFT, an insulating film having characteristics suitable for the capacitor element can be used. Therefore, it is possible to reduce the thickness of the second insulating film, adopt a high dielectric constant insulating film, or the like.
The material of the second insulating film is not particularly limited, but a material having a dielectric constant larger than that of the first insulating film is preferable. For example, tantalum oxide such as ditantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), dialuminum trioxide (Al And aluminum oxide such as 2 O 3 ). Further, the thickness of the second insulating film is not particularly limited.
The material of the second electrode is not particularly limited, and substantially the same material as the first electrode in the TFT can be used. Moreover, the dimension of a 2nd electrode is not specifically limited.
As the material of the first electrode of the capacitive element, generally the same material as that of the first electrode in the TFT is used. As a result, the first electrode as the gate electrode of the TFT and the first electrode as the lower-layer capacitor electrode of the capacitor element can be simultaneously patterned, so that the manufacturing process can be simplified. In addition, the dimension of the first electrode in the capacitive element is not particularly limited, but the film thickness is generally substantially the same as the first electrode in the TFT from the same viewpoint.
上記容量素子は、第2電極の外縁が第1電極の外縁よりも内側又は外縁上に位置する。通常、電極上に形成される絶縁膜は、電極端部では膜厚が薄くなり被覆性が悪くなる傾向があることと、電極端部は段差を有し、形状的に電界が集中しやすい構造であるため、容量素子の上層電極が下層電極よりも大きい場合には、下層電極端部においてショートやリーク電流が発生しやすくなる。したがって、容量素子において、第2電極(上層電極)が第1電極(下層電極)から突出せず、第1電極面内に又は第1電極と一致して配置されることによって、第1電極端部における電極間ショートによる不良や電極間リーク電流の発生を効果的に抑制することができる。また、その結果として、製造プロセスにおける歩留まりを向上させることができる。更に、第1電極端部の被覆性を考慮する必要がなくなるため、誘電体膜である第2絶縁膜を薄くすることができるので、小さい面積で大容量を有する容量素子を形成することが可能となる。 In the capacitive element, the outer edge of the second electrode is located on the inner side or on the outer edge of the outer edge of the first electrode. Usually, the insulating film formed on the electrode has a tendency that the film thickness at the end of the electrode is thin and the covering property tends to be poor, and the electrode end has a step, and the electric field tends to concentrate on the shape. Therefore, when the upper electrode of the capacitive element is larger than the lower electrode, a short circuit or a leak current is likely to occur at the end of the lower electrode. Therefore, in the capacitive element, the second electrode (upper layer electrode) does not protrude from the first electrode (lower layer electrode), and is disposed within the first electrode surface or in alignment with the first electrode, whereby the first electrode end It is possible to effectively suppress the occurrence of defects and inter-electrode leakage current due to short-circuiting between electrodes. As a result, the yield in the manufacturing process can be improved. Furthermore, since it is not necessary to consider the coverage of the end portion of the first electrode, the second insulating film, which is a dielectric film, can be thinned, so that a capacitive element having a large capacity can be formed with a small area. It becomes.
本発明の半導体装置の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素を含んでいても含んでいなくてもよく、特に限定されるものではない。
本発明の半導体装置における好ましい形態について以下に詳しく説明する。
The configuration of the semiconductor device of the present invention is not particularly limited as long as such a component is formed as an essential component, and may or may not include other components. .
A preferred embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described in detail below.
本発明において、上記薄膜トランジスタの少なくとも1つは、チャネル側から順に低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域が設けられた構造を少なくともドレインに有し、更に、第1電極上に、第2絶縁膜及び第2電極をこの順に有するものであり、上記第2電極は、第1電極と電気的に接続されており、かつ少なくとも低濃度不純物領域を覆うように配置されていることが好ましい。ここで、チャネル側から順に低濃度不純物領域及び高濃度不純物領域が設けられた構造は、いわゆるLDD(Lightly Doped Drain)構造である。このようにTFTにおいて、第2電極が第2のゲート電極として、第2絶縁膜が2つのゲート電極間の絶縁膜として機能し、GOLD構造を有することにより、電流駆動力の増大とキャリア劣化特性の向上が可能となる。したがって、このようなGOLD構造を有するTFTは、周辺ドライバ回路と画素とを一体化した液晶表示装置、いわゆるモノリシック液晶ディスプレイにおける周辺ドライバ回路を構成する半導体素子に好適である。
TFTの第2絶縁膜の材質としては、通常、容量素子における第2絶縁膜と略同一の材質が用いられる。これにより、容量素子の誘電体膜としての第2絶縁膜と、TFTの第1及び第2ゲート電極間の絶縁膜としての第2絶縁膜とを、同時にパターン形成することができるので製造プロセスの簡略化が可能となる。また、TFTにおける第2絶縁膜の膜厚は、同様の観点から、通常、容量素子における第2絶縁膜と略同一である。
TFTの第2電極の材質としては、通常、容量素子における第2電極と略同一の材質が用いられる。これにより、第2絶縁膜と同様に、製造プロセスの簡略化が可能となる。また、TFTにおける第2電極の寸法は、特に限定されるものではないが、膜厚は、同様の観点から、通常、容量素子における第2電極と略同一である。
なお、本明細書において、低濃度及び高濃度不純物領域における「低濃度」及び「高濃度」とは、単に一方の不純物領域に含有される不純物の濃度が他方の不純物領域のそれよりも相対的に低いことや高いことを意味するものである。また、本発明において、低濃度不純物領域と高濃度不純物領域との不純物濃度が異なることを確認することができる限り、これらの領域間の境界が明確に存在していなくてもよい。
In the present invention, at least one of the thin film transistors has a structure in which a low-concentration impurity region and a high-concentration impurity region are provided in order from the channel side at least in the drain, and further, on the first electrode, the second insulating film and It has a 2nd electrode in this order, It is preferable that the said 2nd electrode is electrically connected with the 1st electrode, and is arrange | positioned so that a low concentration impurity region may be covered at least. Here, the structure in which the low concentration impurity region and the high concentration impurity region are provided in order from the channel side is a so-called LDD (Lightly Doped Drain) structure. As described above, in the TFT, the second electrode functions as a second gate electrode, the second insulating film functions as an insulating film between the two gate electrodes, and has a GOLD structure, thereby increasing current driving force and carrier deterioration characteristics. Can be improved. Therefore, a TFT having such a GOLD structure is suitable for a semiconductor element constituting a peripheral driver circuit in a liquid crystal display device in which a peripheral driver circuit and a pixel are integrated, that is, a so-called monolithic liquid crystal display.
As the material of the second insulating film of the TFT, generally the same material as that of the second insulating film in the capacitive element is used. As a result, the second insulating film as the dielectric film of the capacitive element and the second insulating film as the insulating film between the first and second gate electrodes of the TFT can be patterned simultaneously. Simplification is possible. The film thickness of the second insulating film in the TFT is usually substantially the same as that of the second insulating film in the capacitive element from the same viewpoint.
As the material of the second electrode of the TFT, generally the same material as that of the second electrode in the capacitive element is used. Thereby, similarly to the second insulating film, the manufacturing process can be simplified. The dimension of the second electrode in the TFT is not particularly limited, but the film thickness is usually substantially the same as that of the second electrode in the capacitive element from the same viewpoint.
In this specification, “low concentration” and “high concentration” in the low concentration and high concentration impurity regions simply mean that the concentration of the impurity contained in one impurity region is relative to that in the other impurity region. It means low and high. In the present invention, as long as it can be confirmed that the impurity concentration of the low-concentration impurity region is different from that of the high-concentration impurity region, the boundary between these regions does not have to exist clearly.
本発明において、上記半導体装置は、容量素子の第1電極と異なる電位に接続された電極(外部電極)が、容量素子の第1電極の下部以外の領域に設けられていることが好ましい。このように容量素子の第1電極と外部電極とが基板法線方向から見て重なる部分を持たないため、容量素子の第1電極と外部電極との電極間絶縁膜が薄い場合でも、電極間ショート等による不良発生を効果的に抑制することができる。外部電極としては、例えば、TFTを構成する電極やTFTを駆動・制御する配線等が挙げられる。
また、本発明において、上記半導体装置は、半導体層が容量素子の第1ゲート電極の下部以外の領域に設けられていることが特に好ましい。TFTの半導体層に結晶性のシリコンを用いる場合には、通常、レーザーで結晶化されたシリコン層を用いることが多い。このとき、レーザー結晶化で形成されたシリコン表面は突起形状の凹凸(シリコンリッジ)が発生し、この個所で電界集中が起こりやすいため、容量素子のリーク電流発生源となる。特にシリコン電極端部に形成されたシリコンリッジ部は上層の絶縁膜被覆率を悪化させ、リーク電流増大、絶縁膜破壊等の問題を発生させる。したがって、容量素子の第1電極の下部に半導体層を設けないことによって、上記不良の発生を効果的に抑制することができる。
In the present invention, the semiconductor device preferably includes an electrode (external electrode) connected to a potential different from that of the first electrode of the capacitor element in a region other than the lower portion of the first electrode of the capacitor element. Thus, since the first electrode and the external electrode of the capacitive element do not have a portion overlapping when viewed from the normal direction of the substrate, even when the interelectrode insulating film between the first electrode and the external electrode of the capacitive element is thin, It is possible to effectively suppress the occurrence of defects due to a short circuit or the like. Examples of the external electrode include an electrode constituting a TFT and a wiring for driving / controlling the TFT.
In the present invention, in the semiconductor device, it is particularly preferable that the semiconductor layer is provided in a region other than the lower portion of the first gate electrode of the capacitor. When crystalline silicon is used for a semiconductor layer of a TFT, a silicon layer crystallized with a laser is usually used in many cases. At this time, the silicon surface formed by laser crystallization has projection-shaped unevenness (silicon ridge), and electric field concentration is likely to occur at this location, so that it becomes a leakage current generation source of the capacitive element. In particular, the silicon ridge formed at the end of the silicon electrode deteriorates the insulating film coverage of the upper layer, causing problems such as an increase in leakage current and breakdown of the insulating film. Therefore, by not providing the semiconductor layer below the first electrode of the capacitor element, the occurrence of the defect can be effectively suppressed.
本発明において、上記半導体装置は、第1電極と略同一の材料から形成された容量配線を備えることが好ましい。これにより、容量素子の第1電極と容量配線とを一体的に形成することができるので、製造プロセスの簡略化が可能となる。 In the present invention, the semiconductor device preferably includes a capacitor wiring formed of substantially the same material as the first electrode. As a result, the first electrode of the capacitive element and the capacitive wiring can be integrally formed, so that the manufacturing process can be simplified.
本発明において、上記第2絶縁膜は、第1絶縁膜よりも単位面積当たりの容量が大きいことが好ましい。これにより、容量素子の誘電体膜をTFTのゲート絶縁膜である第1絶縁膜で形成した場合に比べて、容量素子の占有面積を小さくすることができる。また、TFTの第1絶縁膜と異なる絶縁膜で第2絶縁膜を形成しているため、第2絶縁膜の薄膜化等により容量素子の容量を大きくしても、TFTの絶縁膜耐圧が低下することがない。
また、同様の観点から、第2絶縁膜は、第1絶縁膜の材料よりも誘電率が大きい材料により形成されたものであることが好ましく、更に、第1絶縁膜と異なる膜構成を有することが好ましい。薄膜トランジスタのゲート絶縁膜に対して容量素子の誘電体膜は、電荷トラップ等による絶縁膜の特性変動を考慮する必要が少ないため、種々の高誘電率絶縁膜を採用することができる。したがって、第2絶縁膜に高誘電率絶縁膜を用いることによって、容量素子の小型化が可能となる。高誘電率絶縁膜としては、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成したSiN膜、スパッタ法により形成したAl2O3膜、Ta2O5膜等の化合物、上記化合物の積層膜等を利用することができる。
そして、第2絶縁膜は、第1電極材料の酸化物からなることが好ましい。すなわち、第1電極材料をAlやTa等とし、第1電極を酸化させることによって金属酸化膜を形成し、第2絶縁膜とすることが好ましい。これにより、一般的にTFTのゲート絶縁膜に使われているSiO2膜よりも高誘電率材料である金属酸化膜、例えば、Al2O3膜、Ta2O5膜等を均一に薄く形成することが可能となり、容量素子の単位面積当たりの容量が大きくなるので、容量素子を小さくすることが可能となる。酸化方法としては、陽極酸化、熱酸化、プラズマ酸化等が挙げられる。
In the present invention, the second insulating film preferably has a larger capacity per unit area than the first insulating film. Thereby, the area occupied by the capacitive element can be reduced as compared with the case where the dielectric film of the capacitive element is formed of the first insulating film which is the gate insulating film of the TFT. In addition, since the second insulating film is formed of an insulating film different from the first insulating film of the TFT, even if the capacity of the capacitor element is increased by reducing the thickness of the second insulating film, the insulating film withstand voltage of the TFT is reduced. There is nothing to do.
From the same viewpoint, the second insulating film is preferably formed of a material having a dielectric constant larger than that of the material of the first insulating film, and further has a film configuration different from that of the first insulating film. Is preferred. Since the dielectric film of the capacitor element is less necessary to consider the characteristic variation of the insulating film due to charge trapping or the like with respect to the gate insulating film of the thin film transistor, various high dielectric constant insulating films can be employed. Therefore, by using a high dielectric constant insulating film as the second insulating film, the capacitive element can be reduced in size. As the high dielectric constant insulating film, a SiN film formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a compound such as an Al 2 O 3 film or a Ta 2 O 5 film formed by a sputtering method, a laminated film of the above compounds, or the like is used. be able to.
The second insulating film is preferably made of an oxide of the first electrode material. That is, it is preferable that the first electrode material is Al, Ta, or the like, the metal oxide film is formed by oxidizing the first electrode, and the second insulating film is formed. As a result, a metal oxide film, for example, an Al 2 O 3 film, a Ta 2 O 5 film, etc., which is a material having a higher dielectric constant than the SiO 2 film generally used for the gate insulating film of the TFT, is formed uniformly and thinly. Since the capacitance per unit area of the capacitive element is increased, the capacitive element can be reduced. Examples of the oxidation method include anodic oxidation, thermal oxidation, and plasma oxidation.
本発明において、第2電極は、第1電極よりも膜厚が薄いことが好ましい。第2電極をGOLD構造形成のための第2のゲート電極と、容量素子の上層容量電極としてのみ使用し、配線として使用しない場合には、第2電極膜厚を20nmから100nm程度と非常に薄くすることが可能となる。これにより、第2電極による段差が小さくなるため、第2電極上に形成される層間膜、配線電極等の被覆性が良好となる。また、薄膜化による生産の処理能力向上が可能となる。 In the present invention, the second electrode is preferably thinner than the first electrode. When the second electrode is used only as the second gate electrode for forming the GOLD structure and the upper capacitor electrode of the capacitor and not used as the wiring, the thickness of the second electrode is as thin as about 20 nm to 100 nm. It becomes possible to do. Thereby, since the level | step difference by a 2nd electrode becomes small, the coverage of the interlayer film, wiring electrode, etc. which are formed on a 2nd electrode becomes favorable. In addition, the processing capacity of production can be improved by thinning.
本発明はまた、上記GOLD構造を有する半導体装置の製造方法であって、上記製造方法は、第1電極をパターン形成した後に、第2絶縁膜を形成する半導体装置の製造方法でもある。TFTのゲート電極を第1電極と第2電極とで構成し、第2電極とソース及びドレインの低濃度不純物領域をオーバーラップさせたGOLD構造を形成する場合、第1電極パターン形成時に、下層にある第1絶縁膜がエッチングにより薄膜化され、第1電極とソース及びドレインとの絶縁耐圧が低下してしまうおそれがある。しかしながら、第1電極パターン形成後に、第2絶縁膜を形成することによって、第2絶縁膜上にある第2電極とソース及びドレイン間の絶縁耐圧の充分に確保することができる。 The present invention is also a method for manufacturing a semiconductor device having the GOLD structure, wherein the manufacturing method is also a method for manufacturing a semiconductor device in which a second insulating film is formed after patterning a first electrode. When forming a GOLD structure in which the gate electrode of the TFT is composed of a first electrode and a second electrode, and the second electrode and the low concentration impurity regions of the source and drain overlap, the first electrode pattern is formed in the lower layer. There is a possibility that a certain first insulating film is thinned by etching, and the withstand voltage between the first electrode and the source and drain is lowered. However, by forming the second insulating film after forming the first electrode pattern, it is possible to sufficiently ensure the withstand voltage between the second electrode on the second insulating film and the source and drain.
本発明は更に、上記GOLD構造を有する半導体装置の製造方法であって、上記製造方法は、同一マスクで第1電極及び第2絶縁膜をパターン形成した後に、第2電極を形成する半導体装置の製造方法でもある。このように、第1電極及び第2絶縁膜パターン形成工程を行うことにより、第2絶縁膜を第1電極の上面にのみ形成することができる。またその後、第2電極形成工程を行うことにより、第2電極を第2絶縁膜上だけでなく第1電極の側面上にも形成することができるので、第1電極と第2電極とを他の配線で接続することなく、電気的に接続することが可能となる。そのため、第1電極と第2電極を電気的に接続するためのコンタクトホール形成領域を余分にとる必要がなく、TFTの小型化が可能となる。 The present invention further relates to a method of manufacturing a semiconductor device having the GOLD structure, wherein the manufacturing method includes forming a second electrode after patterning the first electrode and the second insulating film with the same mask. It is also a manufacturing method. Thus, the second insulating film can be formed only on the upper surface of the first electrode by performing the first electrode and second insulating film pattern forming step. After that, by performing the second electrode forming step, the second electrode can be formed not only on the second insulating film but also on the side surface of the first electrode. It is possible to make an electrical connection without using a wiring. Therefore, it is not necessary to provide an extra contact hole formation region for electrically connecting the first electrode and the second electrode, and the TFT can be miniaturized.
本発明はそして、上記GOLD構造を有する半導体装置の製造方法であって、上記製造方法は、第1電極をマスクとして低濃度不純物をドーピングする工程と、第2電極をマスクとして高濃度不純物をドーピングする工程とを含む半導体装置の製造方法でもある。ソース及びドレインの低濃度不純物領域も高濃度不純物領域も共に、TFTのゲート電極である第1電極及び第2電極をマスクとしてドーピングを行うため、各不純物領域はゲート電極に対してセルフアライン構造となるので、余分な負荷容量、負荷抵抗を持たないGOLD構造を有するTFTを形成することができる。 The present invention is also a method for manufacturing a semiconductor device having the GOLD structure, wherein the manufacturing method includes doping a low concentration impurity using the first electrode as a mask, and doping a high concentration impurity using the second electrode as a mask. And a process for manufacturing the semiconductor device. Since both the low concentration impurity region and the high concentration impurity region of the source and drain are doped using the first electrode and the second electrode which are the gate electrodes of the TFT as masks, each impurity region has a self-aligned structure with respect to the gate electrode. Therefore, it is possible to form a TFT having a GOLD structure having no extra load capacity and load resistance.
本発明はまた、上記半導体装置を備えた電源回路でもある。本発明の半導体装置は、大容量の容量素子を備えることから、電源回路に用いられるチャージポンピング回路等に好適である。本発明は更に、上記半導体装置を備えたアクティブマトリクス基板でもある。本発明の半導体装置は、大容量の容量素子とTFT特性に優れた薄膜トランジスタを備えることから、表示装置等に用いられるアクティブマトリクス基板に好適である。本発明はそして、上記アクティブマトリクス基板を備えた表示装置でもある。本発明の表示装置は、小型かつ大容量な容量素子を有することから、画素における高開口率化が可能となり、その結果として、表示装置の高精細化及び高輝度化が可能となるので、液晶表示装置や有機EL表示装置に好適である。 The present invention is also a power supply circuit including the semiconductor device. Since the semiconductor device of the present invention includes a large-capacity capacitive element, it is suitable for a charge pumping circuit or the like used for a power supply circuit. The present invention is also an active matrix substrate including the semiconductor device. The semiconductor device of the present invention is suitable for an active matrix substrate used for a display device or the like because it includes a large capacity capacitor element and a thin film transistor having excellent TFT characteristics. The present invention is also a display device including the active matrix substrate. Since the display device of the present invention has a small and large-capacity capacitive element, it is possible to increase the aperture ratio of the pixel, and as a result, it is possible to increase the definition and increase the brightness of the display device. It is suitable for display devices and organic EL display devices.
本発明の半導体装置によれば、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と容量素子の誘電体膜とを異なる膜形態とすることによって、誘電体膜の薄膜化・高容量化が可能となる。また、容量素子の上層容量電極の側面を下層容量電極の側面と一致して又は内側に配置させることによって、下層容量電極端部における電極間ショートによる不良や電極間リーク電流等を効果的に抑制することができる。これらの結果として、半導体装置における容量素子の小型化・高容量化、並びに、絶縁破壊及びリーク電流等の不良の低減が可能となる。 According to the semiconductor device of the present invention, the gate insulating film of the thin film transistor and the dielectric film of the capacitor element have different film forms, so that the dielectric film can be made thinner and higher in capacity. In addition, by arranging the side of the upper capacitive electrode of the capacitive element in line with or on the inner side of the lower capacitive electrode, it is possible to effectively suppress defects due to short-circuit between electrodes at the end of the lower capacitive electrode and leakage current between electrodes. can do. As a result, it is possible to reduce the size and capacity of the capacitor element in the semiconductor device, and to reduce defects such as dielectric breakdown and leakage current.
以下に実施例を掲げ、本発明を図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 EXAMPLES Although an Example is hung up below and this invention is demonstrated still in detail with reference to drawings, this invention is not limited only to these Examples.
(実施例1)
図1を用いて、本実施例の半導体装置について説明する。図1は、本実施例の半導体装置の構成を示す断面模式図である。
図1に示すように、本実施例の半導体装置は、透明基板であるガラス基板1、ガラス基板1上に形成された下地層2及び下地層2上に配置された周辺ドライバ部20及び画素部40により構成される。周辺ドライバ部20は、CMOS(相補型MOS)回路を含んで構成され、P型TFT21及びN型TFT22が配置されている。また、画素部40は、スイッチング素子である画素TFT41及び容量素子42により構成される。ここで、画素TFT41は、N型の導電型を有している。なお、本実施例の画素TFT41は、2つのゲート電極を有するマルチゲート型を用いたが、TFT1つにつき1つのゲート電極を有するシングルゲート型としてもよい。
Example 1
The semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device of this example.
As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the present embodiment includes a
画素TFT41は、活性領域を含む半導体層43と、半導体層43を覆う第1絶縁膜3と、第1絶縁膜3の上に設けられた2つの第1電極5と、各第1電極5を覆う第2絶縁膜4とをこの順にする。半導体層43は、各第1電極5に対向する位置に配置されたチャネル43cと、チャネル43c側から順にN型低濃度不純物領域44及びN型高濃度不純物領域45とが配置された、いわゆるLDD構造を有する。また、2つのチャネル43c間の半導体層43は、N型低濃度不純物領域44/N型高濃度不純物領域45/N型低濃度不純物領域44の配置となっている。そして、最も外側のN型低濃度不純物領域44及びN型高濃度不純物領域45が、画素TFT41のソース43s及びドレイン43dとして機能する。なお、第1絶縁膜3及び第2絶縁膜4は、後述する容量素子42及び周辺ドライバ部20にも同一の層にて形成されている。また、画素TFT41において、第1絶縁膜3はゲート絶縁膜として、第1電極5はゲート電極として機能する。
また、画素TFT41上には、層間絶縁膜7を介して、ソース電極8及びドレイン電極9が形成されている。更に、ソース43sのN型高濃度不純物領域45の上方で、第1絶縁膜3、第2絶縁膜4及び層間絶縁膜7を貫通するコンタクトホール10sが形成されている。コンタクトホール10sの内部には導電性材料が充填され、ソース43sとソース電極8とが接続されている。また、同様にドレイン43dのN型高濃度不純物領域45の上方で、第1絶縁膜3、第2絶縁膜4及び層間絶縁膜7を貫通するコンタクトホール10dが形成されている。コンタクトホール10dの内部には導電性材料が充填され、ドレイン43dとドレイン電極9とが接続されている。更に、ドレイン電極9は、後述する容量素子42の第2電極6とコンタクトホール10を介して接続されている。
The
Further, a
容量素子42は、画素TFT40と同一の層にて形成された第1絶縁膜3上に、第1電極5と、第1電極5を覆う第2絶縁膜4と、第2絶縁膜4上に形成された第2電極6とをこの順に有する。ここで、第2電極6は、ガラス基板1法線方向から見たときに、下層にある第1電極5から突出する領域がないように配置されている。なお、容量素子42において、第1電極5は下層容量電極として、第2絶縁膜4は誘電体膜として、第2電極6は上層容量電極として機能する。
また、容量素子42上には、層間絶縁膜7及び層間絶縁膜7を貫通するコンタクトホール10が形成されている。コンタクトホール10の内部には導電性材料が充填され、第2電極6と上述した画素TFT41のドレイン電極9とが接続されている。
The
In addition, an
周辺ドライバ部20のP型TFT21は、活性領域を含む半導体層43と、半導体層43を覆う第1絶縁膜3と、第1絶縁膜3の上に設けられた第1電極5と、第1電極5を覆う第2絶縁膜4とをこの順に有する。半導体層43は、P型の不純物がドープされたソース43s及びドレイン43dと、これらソース43s及びドレイン43dの間の第1電極5に対向する位置に配置されたチャネル43cとを有する。なお、P型TFT21において、第1絶縁膜3はゲート絶縁膜として、第1電極5はゲート電極として機能する。
また、P型TFT21上には、層間絶縁膜7を介して、ソース電極8及びドレイン電極9が形成されている。更に、ソース43sの上方で、第1絶縁膜3、第2絶縁膜4及び層間絶縁膜7を貫通するコンタクトホール10sが形成されている。コンタクトホール10sの内部には導電性材料が充填され、ソース43sとソース電極8とが接続されている。また、同様にドレイン43dの上方で、第1絶縁膜3、第2絶縁膜4及び層間絶縁膜7を貫通するコンタクトホール10dが形成されている。コンタクトホール10dの内部には導電性材料が充填され、ドレイン43dとドレイン電極9とが接続されている。
The P-
Further, a
周辺ドライバ部20のN型TFT22は、活性領域を含む半導体層43と、半導体層43を覆う第1絶縁膜3と、第1絶縁膜3の上に設けられた第1電極5と、第1電極5を覆う第2絶縁膜4と、第2絶縁膜4を覆う第2電極6とをこの順に有する。半導体層43は、ソース43sと、ドレイン43dと、これらソース43s及びドレイン43dとの間の第1電極3に対向する位置に配置されたチャネル43cとを有する。また、ソース43s及びドレイン43dは、チャネル43c側からN型低濃度不純物領域44及びN型高濃度不純物領域45が配置されている。また、第2電極6は、第1絶縁膜3、第2電極6及び第2絶縁膜4を介してN型低濃度不純物領域44を覆っており、N型TFT22はいわゆるGOLD構造を有する。なお、N型TFT22において、第1絶縁膜3はゲート絶縁膜として、第1電極5はゲート電極として、第2電極6は第2のゲート電極として機能する。
また、N型TFT22上には、層間絶縁膜7を介して、ソース電極8及びドレイン電極9が形成されている。更に、ソース43sのN型高濃度不純物領域45の上方で、第1絶縁膜3、第2絶縁膜4及び層間絶縁膜7を貫通するコンタクトホール10が形成されている。コンタクトホール10sの内部には導電性材料が充填され、ソース43sとソース電極8とが接続されている。また、同様にドレイン43dのN型高濃度不純物領域45の上方で、第1絶縁膜3、第2絶縁膜4及び層間絶縁膜7を貫通するコンタクトホール10dが形成されている。コンタクトホール10dの内部には導電性材料が充填され、ドレイン43dとドレイン電極9とが接続されている。
The N-
A
以下に、図2を用いて、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。図2−1(a)〜(g)及び図2−2(h)〜(k)は、本実施例の半導体装置の製造フローを示す断面模式図である。
まず、図2−1(a)に示すように、ガラス基板1の表面に、下地層2を形成した後、アモルファスシリコン(a−Si)層11を形成した。下地層2としては、SiO2膜やSiNx膜あるいはSiNO膜を形成してもよいし、これらの膜の積層体を形成してもよい。a−Si層11の形成方法としては特に限定されず、例えば、原料ガスとしてSiH4、Si2H6等を用い、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法等で形成することができる。
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIGS. 2-1 (a) to (g) and FIGS. 2-2 (h) to (k) are cross-sectional schematic views showing the manufacturing flow of the semiconductor device of this example.
First, as shown in FIG. 2-1 (a), after forming the
次に、a−Si層11を結晶化させることにより、ポリシリコン(poly−Si)層12を形成した。a−Si層11の結晶化は、エキシマレーザを用いるエキシマレーザアニール法や熱処理を行う固相成長法等を用いて行うことができる。続いて、図2−1(b)に示すように、poly−Si層12上に第1のフォトレジスト膜13をパターン形成した。続いて、図2−1(c)に示すように、第1のフォトレジスト膜13をパターニングマスクとして、ドライエッチングを行うことにより、poly−Si層12のパターニングを行った。このとき、poly−Si層12は、周辺ドライバ部20と画素TFT41とになる領域だけ残し、容量素子42になる領域においてはエッチングにより全て除去した。ドライエッチングに使用されるガスとしては、特に限定されず、四フッ化炭素ガス及び酸素ガスの混合ガス、六フッ化硫黄ガス及び塩化水素ガスの混合ガス等が挙げられる。また、エッチング方式としては、プラズマエッチング(PE;plasma etching)モード、反応性イオンエッチング(RIE;reactive ion etching)モード等を用いることができる。
Next, the
次に、第1のフォトレジスト膜13の剥離後、poly−Si層12を覆う第1絶縁膜3及び第1電極層17をこの順にガラス基板1上に全面に形成した。第1絶縁膜3としては、SiO2膜、SiNx膜、SiNO膜等が挙げられ、これらの膜の積層体を用いてもよい。第1絶縁膜3の成膜方法としては、常圧CVD法、LPCVD法、プラズマCVD法、リモートプラズマCVD法等が挙げられる。成膜に用いる各原料ガスとしては、SiO2膜ではケイ酸エチル(TEOS;tetra ethoxy silane)、SiNx膜ではモノシラン(SiH4)及びアンモニア(NH3)の混合ガス、SiNO膜では、モノシラン(SiH4)、亜酸化窒素ガス(N2O)及び窒素ガス(N2)の混合ガス等を用いることができる。
第1電極層17としては、例えば、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)等を含んだ化合物が用いられる。また、第1電極層17は、上記複数の材料からなる積層体としてもよい。第1電極層17の形成方法としては、スパッタ法等が挙げられる。
Next, after peeling off the
As the
次に、図2−1(d)に示すように、第1電極層17上の第1電極5となる領域に第2のフォトレジスト膜14をパターン形成した。続いて、第2のフォトレジスト膜14をマスクとしてドライエッチングを行い、第1電極層17のパターニングを行うことによって、第1電極5を形成した。続いて、第2のフォトレジスト膜14を剥離した後に、図2−1(e)に示すように、第1電極5をマスクとして、自己整合的に不純物イオンであるリン30を低濃度にイオン注入し、poly−Si層12にN型低濃度不純物領域44を形成した。このとき、poly−Si層12の第1電極5の下部には不純物イオンが注入されないのでチャネル43cが形成されることとなる。
Next, as shown in FIG. 2D, a
次に、図2−1(f)に示すように、第3のフォトレジスト膜15のパターニング形成を行った後、第3のフォトレジスト膜15をマスクとして、自己整合的に不純物イオンであるリン30を高濃度にイオン注入し、poly−Si層12にN型高濃度不純物領域44を形成した。ここで、第3のフォトレジスト膜15は、周辺ドライバ部20のN型TFT22及び画素TFT41の第1電極5及びN型低濃度不純物領域44のチャネル43c横の一部と、周辺ドライバ部20のP型TFT21及び容量素子42上に形成した。これにより、N型高濃度不純物領域45は、N型TFT22及び画素TFT41のpoly−Si層12に形成されることとなる。
Next, as shown in FIG. 2-1 (f), after patterning the
次に、第3のフォトレジスト膜15の剥離後、図2−1(g)に示すように、周辺ドライバ部20のP型TFT21以外の領域に第4のフォトレジスト膜16のパターニング形成を行った後、P型TFT21の第1電極5をマスクとして、自己整合的に不純物イオンであるホウ素31を高濃度にイオン注入し、poly−Si層12にP型の高濃度不純物領域からなるソース43s及びドレイン43dを形成した。ここで、ホウ素31の注入量としては特に限定されないが、TFTにP型の導電型を付与するために、先に注入されたリン30より多くのホウ素31を注入した。
Next, after the
次に、第4のフォトレジスト膜16の剥離後、図2−2(h)に示すように、第1電極5を覆う第2絶縁膜4及び第2電極層18をこの順にガラス基板1上に全面に形成した。第2絶縁膜4としては、SiO2膜よりも高い誘電率を有する材質が好ましく、CVD法等により形成したSiN膜、スパッタ法等により形成したAl2O3膜、Ta2O5膜等が挙げられる。これにより、容量素子42の高容量化が可能となる。また、第2絶縁膜4としてAl2O3膜、Ta2O5膜等を用いる場合には、第1電極5を酸化することによって形成することも可能であり、第1電極5上に第2絶縁膜4を均一に薄く形成することができる。したがって、容量素子42の更なる高容量化が可能となる。このときの酸化方法としては、陽極酸化、熱酸化、プラズマ酸化等が挙げられる。
第2電極層18は、第1電極層17と同様の材質及び成膜方法により形成することができる。なお、第2電極層18の膜厚は、第1電極5よりも薄くすることが好ましい。
Next, after the
The
次に、図2−2(i)に示すように、第2電極層18のパターニングを行い、周辺ドライバ部20のN型TFT22及び容量素子42の第2絶縁膜4上に第2電極6を形成した。ここで、N型TFT22においては、第1電極5及びN型低濃度不純物領域44に対向する位置に第2電極6をパターン形成した。その後、N型TFT22の第2絶縁膜4にコンタクトホール(図示せず)を形成し、導電性材料を充填し、第1電極5及び第2電極6を接続することによって、GOLD構造を有するTFTを形成した。また、容量素子42においては、ガラス基板1法線方向から見たときに、第1電極5から突出しないように第2電極6をパターン形成した。これにより、下層容量電極である第1電極5の端部におけるリーク電流や絶縁破壊等の不良発生を効果的に抑制することができる。
Next, as shown in FIG. 2-2 (i), the
次に、図2−2(j)に示すように、全面に層間絶縁膜7を形成した後、N型TFT22のソース43s及びドレイン43dのN型高濃度不純物領域45上と、P型TFT21のソース43s及びドレイン43d上と、画素TFT41のソース43s及びドレイン43d上と、容量素子42の第2電極6上とに各コンタクトホール10、10s及び10dを形成し、そして、図2−2(k)に示すように、各コンタクトホールに導電性材料を充填するとともに、ソース電極8とドレイン電極9とを形成することによって、本実施例の半導体装置を作製した。
Next, as shown in FIG. 2-2 (j), after an
このように、本実施例の半導体装置は、周辺ドライバ部20のN型TFT22にGOLD構造を有することから、電流駆動力の増大とキャリア劣化特性の向上を実現することができた。また、容量素子42において、誘電体膜である第2絶縁膜4に高誘電体薄膜を採用することができ、更に、上層容量電極である第2電極6と下層容量電極である第1電極5との積層構造に段差を有さないことから、容量素子42の高容量・小型化や絶縁破壊及びリーク電流等の不良の低減が可能であった。
Thus, since the semiconductor device of this example has a GOLD structure in the N-
(実施例2)
図3を用いて、本実施例の半導体装置について説明する。図3は、本実施例の半導体装置の構成を示す断面模式図である。図3に示すように、本実施例の半導体装置は、実施例1において、第2絶縁膜4の形態とN型TFT22のゲート構造とが異なるだけなので、他の構成については以下では説明を省略する。
本実施例において第2絶縁膜4は、N型TFT22、P型TFT21、画素TFT41及び容量素子42の各第1電極5上にだけ形成されている。したがって、N型TFT22において、第2絶縁膜4上に配置された第2電極6は、第1電極5の側面上にも配置され、第1電極5と接触することによって電気的に接続されている。
(Example 2)
The semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device of this example. As shown in FIG. 3, the semiconductor device of this example is different from Example 1 only in the form of the second
In the present embodiment, the second
以下に、図4を用いて、本実施例の半導体装置の製造方法について説明する。図4−1(a)〜(g)及び図4−2(h)〜(k)は、本実施例の半導体装置の製造フローを示す断面模式図である。なお、本実施例は、実施例1と同様の材料及び製造方法を用いて作製することができる。 Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor device of this example will be described with reference to FIG. FIGS. 4-1 (a) to (g) and FIGS. 4-2 (h) to (k) are cross-sectional schematic views showing the manufacturing flow of the semiconductor device of this example. Note that this example can be manufactured using the same materials and manufacturing method as those of Example 1.
まず、図4−1(a)に示すように、ガラス基板1の表面に、下地層2を形成した後、アモルファスシリコン(a−Si)層11を形成した。続いて、a−Si層11を結晶化させることにより、ポリシリコン(poly−Si)層12を形成した。続いて、図4−1(b)に示すように、poly−Si層12上に第1のフォトレジスト膜13をパターン形成した。続いて、図4−1(c)に示すように、第1のフォトレジスト膜13をパターニングマスクとして、ドライエッチングを行うことにより、poly−Si層12のパターニングを行った。このとき、poly−Si層12は、周辺ドライバ部20と画素TFT41とになる領域だけ残し、容量素子42になる領域においてはエッチングにより全て除去した。
First, as shown in FIG. 4A, after the
次に、第1のフォトレジスト膜13の剥離後、poly−Si層12を覆う第1絶縁膜3、第1電極層17及び第2絶縁膜4をこの順にガラス基板1上に全面に形成した。続いて図4−1(d)に示すように、第2絶縁膜4上の第1電極5となる領域に第2のフォトレジスト膜14をパターン形成した。続いて、第2のフォトレジスト膜14をマスクとしてドライエッチングを行い、第1電極層17及び第2絶縁膜4のパターニングを行うことによって、上面に第2絶縁膜4を有する第1電極5を形成した。続いて、第2のフォトレジスト膜14を剥離した後に、図4−1(e)に示すように、第1電極5及び第2絶縁膜4をマスクとして、自己整合的に不純物イオンであるリン30を低濃度にイオン注入し、poly−Si層12にN型低濃度不純物領域44を形成した。このとき、poly−Si層12の第1電極5の下部には不純物イオンが注入されないのでチャネル43cが形成されることとなる。
Next, after peeling off the
次に、図4−1(f)に示すように、第3のフォトレジスト膜15のパターン形成を行った後、第3のフォトレジスト膜15をマスクとして、自己整合的に不純物イオンであるリン30を高濃度にイオン注入し、poly−Si層12にN型高濃度不純物領域45を形成した。ここで、第3のフォトレジスト膜15は、周辺ドライバ部20のN型TFT22及び画素TFT41の第1電極5及びN型低濃度不純物領域44のチャネル43c横の一部と、周辺ドライバ部20のP型TFT21及び容量素子42上に形成した。N型高濃度不純物領域45は、N型TFT22及び画素TFT41のpoly−Si層12に形成されることとなる。
Next, as shown in FIG. 4F, after the pattern formation of the
次に、第3のフォトレジスト膜15の剥離後、図4−1(g)に示すように、周辺ドライバ部20のP型TFT21以外の領域に第4のフォトレジスト膜16のパターン形成を行った後、P型TFT21の第1電極5及び第2絶縁膜4をマスクとして、自己整合的に不純物イオンであるホウ素31を高濃度にイオン注入し、P型TFT21のpoly−Si層12にP型の高濃度不純物領域からなるソース43s及びドレイン43dを形成した。ここで、ホウ素31の注入量としては特に限定されないが、TFTにP型の導電型を付与するために、先に注入されたリン30より多くのホウ素31を注入した。
Next, after the
次に、第4のフォトレジスト膜16の剥離後、図4−2(h)に示すように、第1電極5及び第2絶縁膜4を覆う第2電極層18を形成した。続いて、図4−2(i)に示すように、第2電極層18のパターニングを行い、N型TFT22の第2絶縁膜4上及び第1電極5の側面上と、容量素子42の第2絶縁膜4上とに第2電極6を形成した。ここで、N型TFT22においては、第1電極5及びN型低濃度不純物領域44に対向する位置に第2電極6をパターン形成した。また、容量素子42においては、ガラス基板1法線方向から見たときに、第1電極5から突出しないように第2電極6をパターン形成した。そして、図5−2(j)に示すように、実施例1と同様に、層間絶縁膜7と、コンタクトホール10、10s及び10dを形成した後、図5−2(k)に示すように、ソース電極8及びドレイン電極9とを形成することによって、本実施例の半導体装置を作製した。
Next, after the
このように、本実施例においては、N型TFT22のGOLD構造を構成する第1電極5と第2電極6とを接触させることによって電気的接続させるため、別途コンタクトホール形成領域を余分にとる必要がなく、N型TFT22をより小型にすることができた。
As described above, in this embodiment, since the
(実施例3)
本実施例の半導体装置は、実施例1の半導体装置と同じ構成であり、製造方法が異なるだけなので、以下では製造方法についてのみ説明する。図5−1(a)〜(g)及び図5−2(h)〜(k)は、本実施例の半導体装置の製造フローを示す断面模式図である。なお、本実施例は、実施例1と同様の材料及び製造方法を用いて作製することができる。
(Example 3)
Since the semiconductor device of the present embodiment has the same configuration as the semiconductor device of the first embodiment and only the manufacturing method is different, only the manufacturing method will be described below. FIGS. 5-1 (a) to (g) and FIGS. 5-2 (h) to (k) are cross-sectional schematic views showing the manufacturing flow of the semiconductor device of this example. Note that this example can be manufactured using the same materials and manufacturing method as those of Example 1.
まず、図5−1(a)に示すように、ガラス基板1の表面に、下地層2を形成した後、アモルファスシリコン(a−Si)層11を形成した。続いて、a−Si層11を結晶化させることにより、ポリシリコン(poly−Si)層12を形成した。続いて、図5−1(b)に示すように、poly−Si層12上に第1のフォトレジスト膜13をパターン形成した。続いて、図5−1(c)に示すように、第1のフォトレジスト膜13をパターニングマスクとして、ドライエッチングを行うことにより、poly−Si層12のパターニングを行った。このとき、poly−Si層12は、周辺ドライバ部20と画素TFT41とになる領域だけ残し、容量素子42になる領域においてはエッチングにより全て除去した。
First, as shown in FIG. 5A, after the
次に、第1のフォトレジスト膜13の剥離後、poly−Si層12を覆う第1絶縁膜3及び第1電極層17をこの順にガラス基板1上に全面に形成した。続いて、図5−1(d)に示すように、第1電極層17上の第1電極5となる領域に第2のフォトレジスト膜14をパターン形成した。続いて、第2のフォトレジスト膜14をマスクとしてドライエッチングを行い、第1電極層17のパターニングを行うことによって、第1電極5を形成した。続いて、第2のフォトレジスト膜14を剥離した後に、図5−1(e)に示すように、第1電極5をマスクとして、自己整合的に不純物イオンであるリン30を低濃度にイオン注入し、poly−Si層12にN型低濃度不純物領域44を形成した。このとき、poly−Si層12の第1電極5の下部には不純物イオンが注入されないのでチャネル43cが形成されることとなる。
Next, after peeling off the
次に、図5−1(f)に示すように、周辺ドライバ部20のP型TFT21以外の領域に第3のフォトレジスト膜15のパターン形成を行った後、P型TFT21の第1電極5をマスクとして、自己整合的に不純物イオンであるホウ素31を高濃度にイオン注入し、poly−Si層12にP型の高濃度不純物領域からなるソース43s及びドレイン43dを形成した。
Next, as shown in FIG. 5A, after patterning the
次に、第3のフォトレジスト膜15の剥離後、図5−1(g)に示すように、第1電極5を覆う第2絶縁膜4及び第2電極層18をガラス基板1上の全面に形成した。続いて、図5−2(h)に示すように、第2電極層18のパターニングを行い、N型TFT22の第2絶縁膜4上と、容量素子42の第2絶縁膜4上とに第2電極6を形成した。ここでN型TFT22においては、第2電極6は、チャネル43c側のN型低濃度不純物領域44の一部も覆うように形成した。また、容量素子42においては、ガラス基板1法線方向から見たときに、第1電極5から突出しないように第2電極6をパターン形成した。
Next, after the
次に、第4のフォトレジスト膜15のパターン形成を行った後、図5−2(i)に示すように、第4のフォトレジスト膜16及びN型TFT22の第2電極6をマスクとして、自己整合的に不純物イオンであるリン30を高濃度にイオン注入し、poly−Si層12にN型高濃度不純物領域45を形成した。ここで、第4のフォトレジスト膜15は、周辺ドライバ部20のP型TFT21上と、画素TFT41の第1電極5及びチャネル43c側のN型低濃度不純物領域44の一部上と、容量素子42上とに形成した。これにより、N型高濃度不純物領域45は、N型TFT22及び画素TFT41のpoly−Si層12に形成されることとなる。その後、N型TFT22の第2絶縁膜4にコンタクトホール(図示せず)を形成し、導電性材料を充填し、第1電極5及び第2電極6を接続することによって、GOLD構造を有するTFTを形成した。
Next, after the pattern formation of the
そして、図5−2(j)に示すように、実施例1と同様に、層間絶縁膜7と、コンタクトホール10、10s及び10dを形成した後、図5−2(k)に示すように、ソース電極8及びドレイン電極9とを形成することによって、本実施例の半導体装置を作製した。このように、本実施例においては、第2電極6をマスクとして、自己整合的にGOLD構造を形成しているので、余分な負荷容量、負荷抵抗を持たないN型TFT22を形成することができた。
Then, as shown in FIG. 5-2 (j), after forming the
(実施例4)
図6を用いて、本発明の半導体装置を用いたアクティブマトリクス基板について説明する。図6(a)及び(b)は、本実施例のアクティブマトリクス基板の構成を示す上面模式図及び断面模式図である。
図6(a)に示すように、本実施例のアクティブマトリクス基板は、ガラス基板1上に、ゲート配線32及び容量配線34と、ソース配線33とが層間絶縁膜(図示せず)を介して互いに直交するようにマトリクス状に配置されている。ゲート配線32とソース配線33とが交差する付近には、半導体層43を有する画素TFT41が配置されている。容量配線34の一部は容量素子42の下層容量電極である第1電極5として利用され、その上に第2絶縁膜(図示せず)を介して第2電極6が容量配線34を突出しないように配置されている。ソース配線33は、コンタクトホール10sを介して画素TFT41のソース(図示せず)と接続されている。画素TFT41のドレイン(図示せず)上には層間絶縁膜に設けられたコンタクトホール10dを介してドレイン電極9が配置されている。またドレイン電極9は、コンタクトホール10を介して容量素子の第2電極6とも接続されている。ドレイン電極9は更に、コンタクトホール10’を介して絶縁膜(図示せず)上に配置された画素電極(図示せず)と接続されている。
このように、本実施例の容量素子は、TFTのゲート電極である第1絶縁膜とは別に、誘電体膜として第2絶縁膜を有するため、容量素子に適した特性を有する絶縁膜を用いることができる。その結果として、容量素子を高容量・小型化できるので、開口率に優れたアクティブマトリクス基板を作製することができた。
Example 4
An active matrix substrate using the semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG. 6A and 6B are a schematic top view and a schematic cross-sectional view showing the configuration of the active matrix substrate of this example.
As shown in FIG. 6A, in the active matrix substrate of this embodiment, a
As described above, since the capacitive element of this embodiment has the second insulating film as the dielectric film separately from the first insulating film that is the gate electrode of the TFT, an insulating film having characteristics suitable for the capacitive element is used. be able to. As a result, the capacitance element can be increased in capacity and size, and an active matrix substrate having an excellent aperture ratio can be manufactured.
次に、図6(b)を用いて本実施例のアクティブマトリクス基板について更に説明する。図6(b)は、図6(a)に示すアクティブマトリクス基板を線分A−A’にて切断したときの断面模式図である。本実施例のアクティブマトリクス基板は、実施例1の半導体装置上に新たに絶縁膜35及び画素電極36をこの順に設けた構成を有する。画素電極36は、画素TFT41と容量素子42とを接続しているドレイン電極9にコンタクトホール10’を介して接続されている。
このように、本発明の容量素子は上層容量電極である第2電極6が、下層容量電極である第1電極5の内側に配置されているので、第1電極6端部における電極間ショートによる不良や電極間リーク電流の発生を効果的に抑制することができた。
Next, the active matrix substrate of this embodiment will be further described with reference to FIG. FIG. 6B is a schematic cross-sectional view when the active matrix substrate shown in FIG. 6A is cut along line AA ′. The active matrix substrate of this embodiment has a configuration in which an insulating
Thus, in the capacitive element of the present invention, the
(比較例1)
図7を用いて、比較例1のアクティブマトリクス基板について説明する。図7(a)及び(b)は、本比較例のアクティブマトリクス基板の構成を示す上面模式図及び断面模式図である。
図7(a)に示すように、本比較例のアクティブマトリクス基板は、容量素子42の形態以外は実施例3と同様であるので、以下では説明を省略する。本比較例において、容量配線34の一部は容量素子42の上層容量電極として利用され、その下に第1絶縁膜(図示せず)を介して画素TFT41の半導体層43からなる下層容量電極が配置されている。このように、容量素子42の誘電体膜は、画素TFT41のゲート絶縁膜でもある第1絶縁膜からなるので、薄膜化及び高誘電率膜の採用が制限されてしまう。したがって、誘電体膜の単位面積あたりの容量が小さく、占有面積の大きな容量素子となってしまい、その結果として、本比較例のアクティブマトリクス基板は、開口率が小さく、精細さに欠けるアクティブマトリクス基板であった。
(Comparative Example 1)
The active matrix substrate of Comparative Example 1 will be described with reference to FIG. 7A and 7B are a schematic top view and a schematic cross-sectional view showing the configuration of the active matrix substrate of this comparative example.
As shown in FIG. 7A, the active matrix substrate of this comparative example is the same as that of Example 3 except for the form of the
次に、図7(b)を用いて本実施例のアクティブマトリクス基板について更に説明する。図7(b)は、図7(a)に示すアクティブマトリクス基板を線分B−B’にて切断したときの断面模式図である。本比較例においては、容量素子42、画素TFT41の半導体層43及びドレイン電極9の形態と、第2絶縁膜が形成されていないこと以外は、実施例4の構成と同様であるので以下では説明を省略する。本実施例のアクティブマトリクス基板は、画素TFT41の半導体層43が第1絶縁膜3を介して、容量配線34の下側にも延伸して配置されている。また、ドレイン電極9は、容量素子42とは接続されておらず、画素電極36とのみ接続されている。
このように、容量素子42は半導体層43、第1絶縁膜3及び容量配線34により構成されている。したがって、半導体層43の端部で段差を有してしまうので、そこでの第1絶縁膜3の被覆性の悪化してしまう。また、半導体層43をレーザーで結晶化させた結晶化シリコンとした場合には、表面にリッジが多く形成されてしまう。これらのことより、本比較例のアクティブマトリクス基板は、容量素子42において、絶縁破壊やリーク電流等の不良が発生しやすいものであった。
Next, the active matrix substrate of this embodiment will be further described with reference to FIG. FIG. 7B is a schematic cross-sectional view when the active matrix substrate shown in FIG. 7A is cut along a line segment BB ′. In this comparative example, the configuration of the
As described above, the
1:ガラス基板
2:下地層
3:第1絶縁膜
4:第2絶縁膜
5:第1電極
6:第2電極
7:層間絶縁膜
8:ソース電極
9:ドレイン電極
10、10’、10s、10d:コンタクトホール
11:アモルファスシリコン(a−Si)層
12:ポリシリコン(poly−Si)層
13:第1のフォトレジスト膜
14:第2のフォトレジスト膜
15:第3のフォトレジスト膜
16:第4のフォトレジスト膜
17:第1電極層
18:第2電極層
20:周辺ドライバ部
21:P型TFT
22:N型TFT
30:リン
31:ホウ素
32:ゲート配線
33:ソース配線
34:容量配線
35:絶縁膜
36:画素電極
40:画素部
41:画素TFT
42:容量素子
43:半導体層
43s:ソース
43d:ドレイン
43c:チャネル
44:N型低濃度不純物領域
45:N型高濃度不純物領域
1: glass substrate 2: underlying layer 3: first insulating film 4: second insulating film 5: first electrode 6: second electrode 7: interlayer insulating film 8: source electrode 9: drain
22: N-type TFT
30: phosphorus 31: boron 32: gate wiring 33: source wiring 34: capacitance wiring 35: insulating film 36: pixel electrode 40: pixel portion 41: pixel TFT
42: Capacitance element 43:
Claims (17)
該薄膜トランジスタは、チャネル並びにチャネル横に配置されたソース及びドレインを有する半導体層と、チャネル上に配置された第1絶縁膜と、第1絶縁膜上のチャネルと対向する位置に配置された第1電極とを有するものであり、
該容量素子は、第1電極、第2絶縁膜及び第2電極が絶縁基板側からこの順に配置され、かつ第2電極の外縁が第1電極の外縁よりも内側又は外縁上に位置する
ことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device including a thin film transistor and a capacitor over an insulating substrate,
The thin film transistor includes a semiconductor layer having a channel and a source and a drain disposed beside the channel, a first insulating film disposed on the channel, and a first layer disposed at a position facing the channel on the first insulating film. Having an electrode,
The capacitive element has a first electrode, a second insulating film, and a second electrode arranged in this order from the insulating substrate side, and the outer edge of the second electrode is located on the inner side or on the outer edge of the outer edge of the first electrode. A featured semiconductor device.
該第2電極は、第1電極と電気的に接続されており、かつ少なくとも低濃度不純物領域を覆うように配置されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 At least one of the thin film transistors has a structure in which a low-concentration impurity region and a high-concentration impurity region are provided in order from the channel side in at least a drain, and further, a second insulating film and a second electrode are formed on the first electrode. In this order,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second electrode is electrically connected to the first electrode and is disposed so as to cover at least the low-concentration impurity region.
該製造方法は、第1電極をパターン形成した後に、第2絶縁膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2,
The method of manufacturing a semiconductor device is characterized in that the second insulating film is formed after patterning the first electrode.
該製造方法は、同一マスクで第1電極及び第2絶縁膜をパターン形成した後に、第2電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2,
The manufacturing method is characterized in that the second electrode is formed after patterning the first electrode and the second insulating film with the same mask.
該製造方法は、第1電極をマスクとして低濃度不純物をドーピングする工程と、
第2電極をマスクとして高濃度不純物をドーピングする工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2,
The manufacturing method includes a step of doping a low concentration impurity using the first electrode as a mask;
And a step of doping a high concentration impurity using the second electrode as a mask.
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2005
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