JP2007189235A - Thin film semiconductor device and display system - Google Patents

Thin film semiconductor device and display system Download PDF

Info

Publication number
JP2007189235A
JP2007189235A JP2007006140A JP2007006140A JP2007189235A JP 2007189235 A JP2007189235 A JP 2007189235A JP 2007006140 A JP2007006140 A JP 2007006140A JP 2007006140 A JP2007006140 A JP 2007006140A JP 2007189235 A JP2007189235 A JP 2007189235A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
semiconductor device
film
impurity
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2007006140A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsutoshi Miyasaka
光敏 宮坂
Yojiro Matsueda
洋二郎 松枝
Satoshi Takenaka
敏 竹中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Priority to JP2007006140A priority Critical patent/JP2007189235A/en
Publication of JP2007189235A publication Critical patent/JP2007189235A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an LDD type thin film semiconductor device capable of a high-speed operation without adding new process steps, and to provide a manufacturing method of the thin film semiconductor device and a display system. <P>SOLUTION: In the thin film semiconductor device including a non-single crystalline semiconductor film that is formed on an insulating substance of a substrate with the insulating substance at least in a part of a surface, the semiconductor film comprises: first impurity semiconductor films (3 and 4) arranged at a source section and a drain section of the thin film transistor; and a second impurity semiconductor film (9) of high resistance arranged at least either between the drain section and the channel section of the thin film transistor or between the source section and the channel section. In the case of expressing an LDD length at the drain section as Llddd and a distance between the edge side on the channel section side of the contact hole at the drain section to the gate electrode as Lcontd, they are in such a relationship that 0.8×Llddd≤Lcontd≤1.2×Llddd. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、非単結晶半導体膜を含む薄膜半導体装置及びその製造方法及び該薄膜半導体装置を用いた表示システムに関する。   The present invention relates to a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film, a manufacturing method thereof, and a display system using the thin film semiconductor device.

近年、非単結晶(多結晶、非晶質を含む)の半導体膜を含む薄膜半導体装置が、アクティブマトリクス型液晶表示装置の表示部や、周辺回路によく用いられている。また、イメージセンサやSRAM等においても用いられている。なお、ここでいう薄膜半導体装置とは、半導体膜それ自体、薄膜トランジスタ(TFT)、あるいはpチャネルTFT及びnチャネルTFTを有するCMOS型TFT等を総称するものであり、以下の説明では、場合によって単に薄膜半導体装置と呼んだり、TFTと呼んだりすることにする。   In recent years, thin film semiconductor devices including non-single-crystal (including polycrystalline and amorphous) semiconductor films are often used for display portions and peripheral circuits of active matrix liquid crystal display devices. It is also used in image sensors and SRAMs. The thin film semiconductor device here is a generic term for a semiconductor film itself, a thin film transistor (TFT), or a CMOS type TFT having a p-channel TFT and an n-channel TFT. It will be called a thin film semiconductor device or a TFT.

さて、薄膜半導体装置を例えば液晶表示装置の周辺回路に用いた場合には、動作の高速性が要求される。これは、高速の薄膜半導体装置により周辺回路を動作させることができれば、表示部の薄膜半導体装置のみならず、シフトレジスタ、アナログ・スイッチ等からなる周辺回路も液晶基板上に一体形成できることになるからである。   When a thin film semiconductor device is used for a peripheral circuit of a liquid crystal display device, for example, high speed operation is required. This is because if the peripheral circuit can be operated by a high-speed thin film semiconductor device, not only the thin film semiconductor device of the display unit but also a peripheral circuit composed of a shift register, an analog switch, etc. can be integrally formed on the liquid crystal substrate. It is.

また、薄膜半導体装置の高速化を実現できれば、薄膜半導体装置の使用用途を従来よりも大幅に広げることができる。即ち、従来、このような薄膜半導体装置の使用用途は液晶表示装置に限られ、単結晶MOSFETが使用されるデジタル回路・アナログ回路には用いられていなかった。これは、薄膜半導体装置は、単結晶MOSFETに比べると移動度が小さく低速であるという理由による。しかし、薄膜半導体装置の高速化を図り、単結晶MOSFETと同程度の速度で動作させることができれば、従来は単結晶MOSFETしか用いられていなかったデジタル回路・アナログ回路を薄膜半導体装置を用いて設計することが可能となる。そして、薄膜半導体装置は、単結晶MOSFETと異なり、絶縁物質上に形成される。このため、基板を介して雑音が伝わったり、あるいは、基板を介した電流によりラッチアップ等が起こるという単結晶MOSFETが従来持っていた問題が生じない。以上の意味においても、薄膜半導体装置の高速化を図ることは大きな技術的課題となる。   In addition, if the speed of the thin film semiconductor device can be increased, the usage application of the thin film semiconductor device can be greatly expanded as compared with the conventional case. That is, conventionally, the use of such a thin film semiconductor device is limited to a liquid crystal display device and has not been used for a digital circuit / analog circuit in which a single crystal MOSFET is used. This is because a thin film semiconductor device has a low mobility and a low speed compared to a single crystal MOSFET. However, if the speed of the thin film semiconductor device can be increased and it can be operated at the same speed as that of the single crystal MOSFET, a digital circuit / analog circuit that has conventionally only used the single crystal MOSFET is designed using the thin film semiconductor device. It becomes possible to do. Unlike the single crystal MOSFET, the thin film semiconductor device is formed on an insulating material. For this reason, there is no problem with conventional single crystal MOSFETs in which noise is transmitted through the substrate or latch-up occurs due to current through the substrate. Also in the above sense, increasing the speed of the thin film semiconductor device is a major technical problem.

さて、薄膜半導体装置の高速化を図るためには、以下の問題点を解決しなければならない。例えば、図56(A)には薄膜半導体装置の構造の一例が示され、図56(B)には、この薄膜半導体装置の等価回路図が示される。図56(B)において、Rc1、Rc2は、各々、コンタクト部412(配線408とソース部404との間のコンタクト)、コンタクト部414(配線410とドレイン部406との間のコンタクト)におけるコンタクト抵抗である。また、Rsはソース部404のソース抵抗、Rchはチャネル部402のチャネル抵抗、Rdはドレイン部406のドレイン抵抗である。薄膜半導体装置の高速化を図るためには、まず、トランジスタがオン状態でのこれらの抵抗Rc1、Rs、Rch、Rd、Rc2の直列抵抗値を減少させる必要がある。ここで、トランジスタがオン状態の時の総抵抗をRonで記述すると、Ronは、on状態でのチャネル抵抗Rch(on)と、その他の全寄生抵抗Rpの和となる。即ち、
Ron=Rch(on)+Rp
=Rch(on)+(Rc1+Rs+Rd+Rc2)
となる。従って、薄膜半導体装置の高速化を図るためには、オン状態でのチャネル抵抗Rch(on)と全寄生抵抗Rpの両者を共に低減することが望ましい。そして、Rch(on)を減少させるためには、薄膜半導体装置を構成する半導体膜の製造プロセスを工夫する必要がある。具体的には、半導体膜の移動度を高くすればよい。また、チャネル部402を短チャネル化することも効果的である。また、Rs、Rdを小さくするためには、ソース部、ドレイン部の不純物濃度を高くするか、ソース・ドレイン部を形成する半導体膜の品質を上げればよい。また、Rc1、Rc2を小さくするには、バリアメタルを用いる等の手法も考えられるが、製造プロセスを簡易にするためにはソース部、ドレイン部の不純物濃度を高くする手法が有効である。
In order to increase the speed of the thin film semiconductor device, the following problems must be solved. For example, FIG. 56A shows an example of the structure of a thin film semiconductor device, and FIG. 56B shows an equivalent circuit diagram of the thin film semiconductor device. In FIG. 56B, Rc1 and Rc2 are contact resistances in the contact portion 412 (contact between the wiring 408 and the source portion 404) and the contact portion 414 (contact between the wiring 410 and the drain portion 406), respectively. It is. Rs is the source resistance of the source portion 404, Rch is the channel resistance of the channel portion 402, and Rd is the drain resistance of the drain portion 406. In order to increase the speed of the thin film semiconductor device, first, it is necessary to reduce the series resistance values of these resistors Rc1, Rs, Rch, Rd, and Rc2 when the transistor is in the ON state. Here, when the total resistance when the transistor is in the on state is described as Ron, Ron is the sum of the channel resistance Rch (on) in the on state and other all parasitic resistances Rp. That is,
Ron = Rch (on) + Rp
= Rch (on) + (Rc1 + Rs + Rd + Rc2)
It becomes. Therefore, in order to increase the speed of the thin film semiconductor device, it is desirable to reduce both the channel resistance Rch (on) in the on state and the total parasitic resistance Rp. In order to reduce Rch (on), it is necessary to devise a manufacturing process of a semiconductor film constituting the thin film semiconductor device. Specifically, the mobility of the semiconductor film may be increased. It is also effective to shorten the channel portion 402. In order to reduce Rs and Rd, the impurity concentration of the source and drain portions may be increased or the quality of the semiconductor film forming the source / drain portions may be increased. In order to reduce Rc1 and Rc2, a method of using a barrier metal or the like can be considered. However, a method of increasing the impurity concentration of the source part and the drain part is effective for simplifying the manufacturing process.

さて、半導体膜の移動度を高くするには、多結晶シリコン(ポリシリコン)の薄膜半導体装置を採用することが望ましい。多結晶シリコン薄膜半導体装置は通常移動度が10cm/v・sec程度以上あり、非晶質シリコン(アモルファスシリコン)の薄膜半導体装置よりも移動度が極めて高いからである。 In order to increase the mobility of the semiconductor film, it is desirable to employ a polycrystalline silicon (polysilicon) thin film semiconductor device. This is because the polycrystalline silicon thin film semiconductor device usually has a mobility of about 10 cm 2 / v · sec or more, and the mobility is much higher than the amorphous silicon (amorphous silicon) thin film semiconductor device.

従来、このような多結晶シリコン薄膜半導体装置を製造する方法として、例えば以下に示すような3つの製造方法が知られている。第1の製造方法では、まずLPCVD法で堆積温度600℃程度以上として多結晶シリコン膜を堆積する。この時の多結晶シリコンを構成する領域(島)の大きさは20nm〜80nm程度の範囲となる。その後、多結晶シリコン膜表面を熱酸化し、薄膜半導体装置の半導体層とゲート絶縁層を形成する。この時のゲート絶縁膜とゲート電極との界面粗さ(中心線平均粗さRa)は3.1nm程度以上となる。この場合、例えばnチャネル型薄膜半導体装置の場合で、移動度は10cm/v・sec〜20cm/v・sec程度となる。また、このようにして得られた半導体膜の平均グレイン面積(グレインの平均面積)は4000〜6000nm程度となる。 Conventionally, as a method for manufacturing such a polycrystalline silicon thin film semiconductor device, for example, the following three manufacturing methods are known. In the first manufacturing method, first, a polycrystalline silicon film is deposited by LPCVD at a deposition temperature of about 600 ° C. or higher. At this time, the size of the region (island) constituting the polycrystalline silicon is in the range of about 20 nm to 80 nm. Thereafter, the surface of the polycrystalline silicon film is thermally oxidized to form a semiconductor layer and a gate insulating layer of the thin film semiconductor device. At this time, the interface roughness (centerline average roughness Ra) between the gate insulating film and the gate electrode is about 3.1 nm or more. In this case, for example, in the case of n-channel type thin film semiconductor device, the mobility becomes 10cm 2 / v · sec~20cm 2 / v · sec approximately. In addition, the average grain area (average grain area) of the semiconductor film thus obtained is about 4000 to 6000 nm 2 .

第2の製造方法では、まず、プラズマCVD法(PECVD法)で非晶質シリコン膜を堆積する。その後、600℃窒素雰囲気下で20時間から80時間程度熱処理を施し、これにより非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜へと変える(固相成長法)。その後、この多結晶シリコン膜の表面を熱酸化し、薄膜半導体装置の半導体層とゲート絶縁層を形成する。そして、薄膜半導体装置の完成後、水素プラズマ照射を施す。この場合、nチャネル型薄膜半導体装置の場合で、移動度は150cm/v・sec程度となる[S.Takenaka et.al,Jpn J.Appl.Phys.29,L2380,(1990)を参照]。 In the second manufacturing method, first, an amorphous silicon film is deposited by a plasma CVD method (PECVD method). Thereafter, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for about 20 to 80 hours, thereby changing the amorphous silicon film into a polycrystalline silicon film (solid phase growth method). Thereafter, the surface of the polycrystalline silicon film is thermally oxidized to form a semiconductor layer and a gate insulating layer of the thin film semiconductor device. Then, after the thin film semiconductor device is completed, hydrogen plasma irradiation is performed. In this case, the mobility is approximately 150 cm 2 / v · sec in the case of an n-channel thin film semiconductor device [S. Takenaka et. al, Jpn J. et al. Appl. Phys. 29, L2380, (1990)].

第3の製造方法では、まず、LPCVD法で堆積温度610℃で多結晶シリコン膜を堆積する。そして、この多結晶シリコン膜に1.5×1015cm−2程度のドーズ量のSiを打ち込み、これによりシリコン膜を非晶質膜に変える。その後、600℃窒素雰囲気下で数十時間から数百時間の熱処理を施し、非晶質を再度結晶化し、多結晶シリコン膜を得る。次に、この多結晶シリコン膜の表面を熱酸化し、薄膜半導体装置の半導体層とゲート絶縁層を形成する。そして、薄膜半導体装置の完成後、プラズマCVD法で水素化シリコン・ナトライド(p−SiN:H)膜を堆積し、続いて400℃の熱処理を施して水素化処理を施す。この場合、移動度はnチャネル型薄膜半導体装置の場合で100cm/v・sec程度となる[T.Noguchi et.al,J.Electrochem.Soc.134,1771(1987)を参照]
しかしながら、上述の第1〜第3の製造方法にはそれぞれ種々の問題が内在している。第2の製造方法、即ち非晶質シリコン膜を堆積した後、数十時間の熱処理を施す製造方法では、高移動度の薄膜半導体装置が得られるものの、工程が著しく長く生産性の低下を免れ得ない。また、この第2の製造方法では、PECVD法で初期半導体膜を堆積するため、微粒子が反応炉内に発生し、これらが基板上に付着して欠陥となり、歩留まりが低下する。また、第3の製造方法、即ち多結晶シリコン膜を堆積した後にシリコン原子の打ち込みを行い、更に数十時間から数百時間の熱処理を施す製造方法は、先に述べた第2の製造方法に比べても更に工程が長く複雑である。また、工程が一つ増えれば、それだけで製品歩留まりの低下の原因になる。更に、数十時間から数百時間の熱処理を施すことは、製品を量産する見地から見ても非現実的であり、実用的ではない。
In the third manufacturing method, first, a polycrystalline silicon film is deposited at a deposition temperature of 610 ° C. by LPCVD. Then, Si + having a dose of about 1.5 × 10 15 cm −2 is implanted into the polycrystalline silicon film, thereby changing the silicon film to an amorphous film. Thereafter, heat treatment is performed for several tens of hours to several hundred hours in a nitrogen atmosphere at 600 ° C., and the amorphous is recrystallized to obtain a polycrystalline silicon film. Next, the surface of the polycrystalline silicon film is thermally oxidized to form a semiconductor layer and a gate insulating layer of the thin film semiconductor device. Then, after the thin film semiconductor device is completed, a silicon hydride natriide (p-SiN: H) film is deposited by a plasma CVD method, followed by a heat treatment at 400 ° C. to perform a hydrogenation treatment. In this case, the mobility is about 100 cm 2 / v · sec in the case of an n-channel thin film semiconductor device [T. Noguchi et al. al, J. et al. Electrochem. Soc. 134, 1771 (1987)]
However, various problems are inherent in the first to third manufacturing methods described above. In the second manufacturing method, ie, a manufacturing method in which an amorphous silicon film is deposited and then subjected to heat treatment for several tens of hours, a thin film semiconductor device with high mobility can be obtained, but the process is remarkably long and the productivity is avoided. I don't get it. In the second manufacturing method, the initial semiconductor film is deposited by the PECVD method, so that fine particles are generated in the reaction furnace, adhere to the substrate and become defects, and the yield decreases. A third manufacturing method, that is, a manufacturing method in which silicon atoms are implanted after depositing a polycrystalline silicon film and heat treatment is performed for several tens of hours to several hundreds of hours is the same as the second manufacturing method described above. In comparison, the process is longer and complicated. Further, if one process is added, it alone causes a decrease in product yield. Furthermore, performing heat treatment for several tens of hours to several hundred hours is impractical from the standpoint of mass production and is not practical.

一方、第1の製造方法、即ち単にLPCVD法で多結晶シリコン膜を堆積し、その後熱酸化して薄膜半導体装置を製造する方法は、非常に簡単な工程で量産性・安定性に富んでいる。しかし、前述のように、この第1の製造方法では、半導体膜を構成する多結晶の平均グレイン面積が4000〜6000nm程度と小さく、移動度も10cm/v・sec〜20cm/v・secであり、小さいという問題点があった。 On the other hand, the first manufacturing method, that is, a method of manufacturing a thin film semiconductor device by simply depositing a polycrystalline silicon film by LPCVD and then thermally oxidizing it is rich in mass productivity and stability in a very simple process. . However, as described above, in the first manufacturing method, the average grain area of the polycrystal constituting the semiconductor film is as small as about 4000 to 6000 nm 2 and the mobility is also 10 cm 2 / v · sec to 20 cm 2 / v ·. There was a problem of being small and sec.

次に、コンタクト抵抗Rcと、Rs、Rdの低抵抗化について考える。TFTには、通常構造のTFTと、低濃度ドープドレイン(Lightly Doped Drain:以下LDDと略記)型のTFTがある。本発明者は、Rc1、Rc2、Rs、Rdの和から成る全寄生抵抗Rpの低抵抗化を図るために、更に進めてオン状態での総抵抗Ronの低抵抗化を図るためにも、LDD型TFTを採用することが最も望ましいと考えている。まず、図27を用いて通常構造のTFTの構成と製造方法について簡単に説明する。この製造方法では、まず、絶縁基板21上に島状にパターニングされた半導体薄膜22上にゲート絶縁膜25を形成し、その上にゲート電極26を形成する。次にnチャネルTFTのソース・ドレイン部の半導体薄膜にドナーとなる不純物を高濃度で注入しn半導体薄膜23とする。同様にしてpチャネルTFTのソース・ドレイン部の半導体薄膜にアクセプタとなる不純物を高濃度で注入してp半導体薄膜24とする。この方法ではゲート電極をマスクとして不純物を注入するためセルフアライン型のTFTとなるが、あらかじめ不純物を含んだn半導体薄膜やp半導体薄膜をソース・ドレイン部に島状に形成することによってノンセルフアライン型のTFTとすることもできる。これらのTFTを層間絶縁膜27で覆い、金属薄膜28で配線をパターニングすれば通常構造のTFTが完成する。 Next, the contact resistance Rc, and the reduction in resistance of Rs and Rd will be considered. The TFT includes a TFT having a normal structure and a lightly doped drain (hereinafter abbreviated as LDD) type TFT. In order to reduce the total parasitic resistance Rp formed by the sum of Rc1, Rc2, Rs, and Rd, the present inventor further proceeds to reduce the total resistance Ron in the ON state by using LDD. It is considered most desirable to adopt a type TFT. First, the structure and manufacturing method of a TFT having a normal structure will be briefly described with reference to FIG. In this manufacturing method, first, a gate insulating film 25 is formed on an insulating substrate 21 on a semiconductor thin film 22 patterned in an island shape, and a gate electrode 26 is formed thereon. Next, an impurity serving as a donor is implanted at a high concentration into the semiconductor thin film of the source / drain portion of the n-channel TFT to form the n + semiconductor thin film 23. Similarly, an impurity serving as an acceptor is implanted at a high concentration into the semiconductor thin film of the source / drain portion of the p-channel TFT to form the p + semiconductor thin film 24. Although this method becomes self-aligned type TFT for implanting impurities using the gate electrode as a mask, non by forming an island shape the n + semiconductor thin film or a p + semiconductor thin film containing a pre impurities in the source and drain portions A self-aligned TFT can also be used. If these TFTs are covered with an interlayer insulating film 27 and wiring is patterned with a metal thin film 28, a TFT having a normal structure is completed.

さて、単結晶基板を用いた半導体集積回路では、LDD構造の単結晶MOSFETが広く使用されている。LDD構造とすることで、ホトキャリア発生を抑えることができ、信頼性を高めることができるからである。LDD型MOSFETの従来技術としては例えば特開平02−058274、特開平02−045972等がある。また、LDD型MOSFETの製造方法の従来技術としては特開昭62−241375、特開昭62−234372等がある。単結晶半導体では拡散係数が小さいのでLDD長をチャネル長の10分の1程度にすることができる。従って、LDD型MOSFETのオン電流は、通常構造のMOSFETに対して1割程度しか減少しない。ところが、非単結晶半導体薄膜を用いたTFTでは結晶粒界にそった増速拡散が起るため、実質的な拡散係数が単結晶半導体よりも1桁以上増加する。従って、LDD型TFTでは、LDD長を大きくしておかなければならず、このLDD部の高い抵抗値が原因となってオン電流が通常構造のTFTの半分以下となる問題点があった。このため、従来のLDD型TFTは、高速動作が要求される回路には用いられなかった。一方、図27に示す通常構造のセルフアライン型TFTでは、ソース・ドレイン部には高濃度の不純物が注入されている。このため、寄生抵抗の問題は小さいが、次のような別の問題があり、やはり回路の高速化を妨げている。即ち、前述の増速拡散により、いわゆる重なり容量が大きくなり、素子容量が増加するという問題点である。例えば、図27において、nチャネルTFTではYjnで示す重なり部が、pチャネルではYjpで示す重なり部がそれぞれ寄生容量となる。nチャネル実効チャネル長Leffnおよびpチャネル実効チャネル長Leffpは、nチャネルゲート電極長(図27を参照。場合によってはゲート電極幅と呼ぶ場合もあり)Lgatenおよびpチャネルゲート電極長Lgatepからそれぞれ重なり部Yjnの2倍とYjpの2倍を引いた長さとなる。例えば、ポリシリコンTFTを例にとると、この重なり部は1μm以上となるため、4μmの実効チャネル長を得るのに6μm以上のゲート電極長が必要となる。これは本来の素子の1.5倍以上の容量が負荷となってしまい、動作速度が本来の2/3以下の速度となることを意味する。以上の理由により、従来の通常のセルフアライン型TFTでは動作速度の向上が望めなかった。また、前述のように従来のLDD型TFTも、高速動作が要求される回路には用いられなかった。   In a semiconductor integrated circuit using a single crystal substrate, a single crystal MOSFET having an LDD structure is widely used. This is because with the LDD structure, generation of photocarriers can be suppressed and reliability can be improved. As conventional techniques of LDD type MOSFETs, there are, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 02-058274 and 02-045972. Further, as conventional techniques for manufacturing LDD type MOSFETs, there are JP-A-62-1241375 and JP-A-62-2234372. Since a single crystal semiconductor has a small diffusion coefficient, the LDD length can be reduced to about one-tenth of the channel length. Therefore, the on-state current of the LDD type MOSFET is reduced only by about 10% compared to the MOSFET having the normal structure. However, in a TFT using a non-single-crystal semiconductor thin film, accelerated diffusion occurs along the crystal grain boundary, so that the substantial diffusion coefficient increases by an order of magnitude or more than that of the single-crystal semiconductor. Therefore, in the LDD type TFT, the LDD length has to be increased, and there is a problem that the on-current is less than half that of the TFT having the normal structure due to the high resistance value of the LDD portion. For this reason, conventional LDD TFTs have not been used in circuits that require high-speed operation. On the other hand, in the self-aligned TFT having the normal structure shown in FIG. 27, high-concentration impurities are implanted in the source / drain portions. For this reason, the problem of parasitic resistance is small, but there is another problem as follows, which also hinders the speeding up of the circuit. That is, there is a problem that the so-called overlap capacitance increases due to the above-described enhanced diffusion, and the device capacitance increases. For example, in FIG. 27, an overlapping portion indicated by Yjn in the n-channel TFT is a parasitic capacitance, and an overlapping portion indicated by Yjp in the p-channel is a parasitic capacitance. The n-channel effective channel length Leffn and the p-channel effective channel length Leffp are overlapped from the n-channel gate electrode length (see FIG. 27, sometimes referred to as the gate electrode width) Lgaten and the p-channel gate electrode length Lgatep, respectively. The length is obtained by subtracting twice Yjn and twice Yjp. For example, when a polysilicon TFT is taken as an example, this overlapping portion is 1 μm or more, and thus a gate electrode length of 6 μm or more is required to obtain an effective channel length of 4 μm. This means that the capacity of 1.5 times or more of the original element becomes a load, and the operation speed becomes 2/3 or less of the original speed. For the above reasons, it has not been possible to improve the operation speed of the conventional normal self-aligned TFT. Further, as described above, the conventional LDD TFT has not been used for a circuit that requires high-speed operation.

例えば、高速動作が要求される液晶表示装置の周辺回路をTFTで一体形成した従来技術として特開平05−173179等が知られているが、この従来技術でも、周辺回路には図27に示すような通常構造のTFTが用いられている。これは、上述のように、従来のLDD型TFTは、高速動作に不向きであったことによる。一方、表示部については、LDD型TFTが用いられる。これは表示部の液晶が高抵抗材料であり、このため画素TFTのオフ電流を抑える必要があるからである。   For example, Japanese Patent Laid-Open No. 05-173179 is known as a conventional technique in which a peripheral circuit of a liquid crystal display device that requires high-speed operation is integrally formed with TFTs. A normal structure TFT is used. This is because, as described above, the conventional LDD type TFT is not suitable for high-speed operation. On the other hand, an LDD type TFT is used for the display portion. This is because the liquid crystal in the display portion is a high-resistance material, and therefore it is necessary to suppress the off-current of the pixel TFT.

また、表示部のみならず周辺回路にもLDD型TFTを用いた従来技術として、特開平6−102531がある。しかし、この従来技術でも、LDD型TFTはオン電流が少ないということを前提としている。そして、固相成長法、水素化処理等の新たなプロセス工程を追加することで、このオン電流の増加を図っている(特開平6−102531の7ページ左欄26行〜36行参照)。即ち、この従来技術では、LDD構造を採用することでリーク電流を防止する等の利益を得る一方で、LDD構造を採用したことにともなうオン電流の低下を新たなプロセス工程を追加することで補っているわけである。例えば、この従来技術では、LDD領域に注入する不純物のドーズ量を1×1014cm−2以下とすることについて開示している(5ページ左欄45行〜48行を参照)。しかし、この数値限定は、オン・オフ電流比の最適化を図るための数値限定ではなく、単にオフ電流を少なくしリーク電流を抑えるための数値限定にすぎない。従って、このような限定では、オフ電流は下げることはできてもオン電流は多くすることはできない。なぜならば、LDD領域に注入する不純物のドーズ量が少なくなればなるほど、このLDD領域の抵抗が大きくなりオン電流が減るからである。また、同様に、この従来技術では、ソース・ドレイン部に注入する不純物のドーズ量を1×1014〜1×1017cm−2の範囲とすることについて開示している(5ページ右欄11行〜14行を参照)。しかし、この数値限定も、増速拡散による拡散長の最適化を図るとともにRc、Rs、Rdの低抵抗化を図るというような数値限定ではない。更に、この従来技術では、チャネル長は6μmとなっており(ページ7左欄14行〜16行を参照)、チャネル長を5μm以下とするTFTの短チャネル化技術については何等開示されていない。 Japanese Patent Laid-Open No. 6-102531 is known as a conventional technique using LDD type TFTs not only in the display portion but also in peripheral circuits. However, this conventional technology also presupposes that the LDD TFT has a low on-current. The on-current is increased by adding new process steps such as a solid phase growth method and a hydrogenation process (see the left column, lines 26 to 36, page 7 of JP-A-6-102531). In other words, this conventional technique obtains benefits such as prevention of leakage current by adopting the LDD structure, while compensating for the decrease in on-current due to the adoption of the LDD structure by adding a new process step. That is why. For example, this prior art discloses that the dose amount of impurities implanted into the LDD region is 1 × 10 14 cm −2 or less (see left column, lines 45 to 48 on page 5). However, this numerical limitation is not a numerical limitation for optimizing the on / off current ratio, but merely a numerical limitation for reducing the off current and suppressing the leakage current. Therefore, in such a limitation, the off current can be reduced, but the on current cannot be increased. This is because as the dose of the impurity implanted into the LDD region is reduced, the resistance of the LDD region is increased and the on-current is reduced. Similarly, this prior art discloses that the dose amount of the impurity implanted into the source / drain region is in the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 cm −2 (right column 11 on page 5). See lines 14-14). However, this numerical limitation is not a numerical limitation such as optimization of the diffusion length by accelerated diffusion and reduction of resistance of Rc, Rs, and Rd. Further, in this prior art, the channel length is 6 μm (see the left column on page 7 and lines 14 to 16), and there is no disclosure of a technique for shortening the TFT with a channel length of 5 μm or less.

以上のように、この従来例のLDD型TFTでは、オン電流を多くすることができず、また、拡散長の最適化を図りながらRc、Rs、Rd等の寄生抵抗の低抵抗化を図ることもできず、更に、短チャネル化を図ることもできない。従って、固相成長法等の新たなプロセス工程を追加しない限り、高速の回路には適用できないという問題点があった。このため、このような新たなプロセス工程を追加しなくても高速に動作するLDD型TFT、あるいは、新たなプロセス工程を追加した場合には更に高速に動作するLDD型TFTが望まれる。
S.Takenaka et.al,Jpn J.Appl.Phys.29,L2380,(1990) T.Noguchi et.al,J.Electrochem.Soc.134,1771(1987)
As described above, in the LDD type TFT of this conventional example, the on-current cannot be increased, and the resistance of parasitic resistances such as Rc, Rs, and Rd is reduced while the diffusion length is optimized. In addition, the channel cannot be shortened. Therefore, there is a problem that it cannot be applied to a high-speed circuit unless a new process step such as a solid phase growth method is added. Therefore, an LDD type TFT that operates at high speed without adding such a new process step, or an LDD type TFT that operates at higher speed when a new process step is added is desired.
S. Takenaka et. al, Jpn J. et al. Appl. Phys. 29, L2380, (1990) T.A. Noguchi et al. al, J. et al. Electrochem. Soc. 134, 1771 (1987)

本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、新たなプロセス工程を追加することなく高速な動作が可能なLDD型の薄膜半導体装置及びこの薄膜半導体装置の製造方法及びこの薄膜半導体装置を用いた表示システムを提供するところにある。   The present invention has been made to solve the technical problems as described above, and an object of the present invention is to provide an LDD type thin film semiconductor device capable of high-speed operation without adding a new process step. And a manufacturing method of the thin film semiconductor device and a display system using the thin film semiconductor device.

また、本発明の他の目的は、薄膜半導体装置の高速化を図り、薄膜半導体装置の使用用途を広げ、従来は単結晶MOSFETを用いていたデジタル回路、アナログ回路にも使用することができる薄膜半導体装置及びこの薄膜半導体装置の製造方法を提供するところにある。   Another object of the present invention is to increase the speed of a thin film semiconductor device, to broaden the use of the thin film semiconductor device, and to be used for a digital circuit and an analog circuit that conventionally used a single crystal MOSFET. A semiconductor device and a method for manufacturing the thin film semiconductor device are provided.

また、本発明の他の目的は、簡易で効率的なプロセスで製造できるとともに良好な特性を持つ薄膜半導体装置及びこの薄膜半導体装置の製造方法及びこの薄膜半導体装置を用いた表示システムを提供するところにある。   Another object of the present invention is to provide a thin film semiconductor device that can be manufactured by a simple and efficient process and has good characteristics, a method for manufacturing the thin film semiconductor device, and a display system using the thin film semiconductor device. It is in.

上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、ドレイン部におけるLDD長をLldddとし、ドレイン部におけるコンタクトホールのチャネル部側の端辺からゲート電極までの距離をLcontdとした場合に、0.8×Llddd≦Lcontd≦1.2×Lldddの関係にあることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on an insulating material of a substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material. Has a high resistance disposed in at least one of the first impurity semiconductor film disposed in the source portion and the drain portion of the thin film transistor, and between the drain portion and the channel portion of the thin film transistor and between the source portion and the channel portion. When the LDD length in the drain portion is Llddd and the distance from the end of the contact hole on the channel portion side to the gate electrode is Lcontd, the second impurity semiconductor film is 0.8 × Llddd ≦ It is characterized in that Lcontd ≦ 1.2 × Llddd.

本発明によれば、LcontdをLldddの±20%の範囲の値とすることができる。これにより、コンタクト抵抗が大きく増加するのを防ぐことができると共に、LDD部の抵抗等に基づく寄生抵抗を低減することが可能となる。   According to the present invention, Lcontd can be set to a value in the range of ± 20% of Llddd. As a result, the contact resistance can be prevented from greatly increasing, and the parasitic resistance based on the resistance of the LDD portion can be reduced.

また、同様に、ソース部におけるLDD長をLlddsとし、ソース部におけるコンタクトホールのチャネル部側の端辺からゲート電極までの距離をLcontsとした場合に、0.8×Lldds≦Lconts≦1.2×Llddsの関係にすることが望ましい。   Similarly, when the LDD length in the source portion is Lldds and the distance from the edge of the contact hole on the channel portion side to the gate electrode is Lconts, 0.8 × Lldds ≦ Lconts ≦ 1.2 It is desirable to have a relationship of × Lldds.

また、本発明は、注入される不純物がp型である前記第1、第2の不純物半導体膜を有するp型薄膜トランジスタと、注入される不純物がn型である前記第1、第2の不純物半導体膜を有するn型薄膜トランジスタとを含むことを特徴とする。このようにCMOS構造とすることで、装置の低消費電力化、高速化を図れ、例えば液晶表示装置の周辺回路に用いるのに最適の薄膜半導体装置を提供できる。   The present invention also provides a p-type thin film transistor having the first and second impurity semiconductor films in which the implanted impurity is p-type, and the first and second impurity semiconductors in which the implanted impurity is n-type. And an n-type thin film transistor having a film. With such a CMOS structure, low power consumption and high speed of the device can be achieved, and for example, a thin film semiconductor device optimal for use in a peripheral circuit of a liquid crystal display device can be provided.

この場合、前記p型薄膜トランジスタのゲート電極長が前記n型薄膜トランジスタのゲート電極長よりも小さいことが望ましい。即ち、これにより、p型薄膜トランジスタとn型薄膜トランジスタとで、オン電流のバランスをとることができ、また、同じチャネル幅で回路を構成できるため、高密度の回路が実現できる。   In this case, it is desirable that the gate electrode length of the p-type thin film transistor is smaller than the gate electrode length of the n-type thin film transistor. That is, by this, the p-type thin film transistor and the n-type thin film transistor can balance the on-current, and the circuit can be configured with the same channel width, so that a high-density circuit can be realized.

また、前記n型薄膜トランジスタのチャネル幅が前記p型薄膜トランジスタのチャネル幅よりも小さくなるようにしてもよい。これにより、オン電流のバランスを取ることによりいっそうの高速化が可能である。そして、例えば、全てのゲート電極長をデザインルールの最小寸法にしておけば製造工程の管理も行いやすくなる。   The channel width of the n-type thin film transistor may be smaller than the channel width of the p-type thin film transistor. As a result, it is possible to further increase the speed by balancing the on-current. For example, if all the gate electrode lengths are set to the minimum dimensions of the design rule, the manufacturing process can be easily managed.

以上の場合、前記p型薄膜トランジスタのゲート電極長及びn型薄膜トランジスタのゲート電極長がともに5μm以下であることが望ましい。これにより更なる高速化を図れるからである。   In the above case, both the gate electrode length of the p-type thin film transistor and the gate electrode length of the n-type thin film transistor are preferably 5 μm or less. This is because further speedup can be achieved.

また、本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置の製造方法において、ゲート電極をマスクとして不純物を注入する工程と、フォトレジストをマスクとして不純物を注入する工程とを含み、前記ゲート電極をマスクとして注入される不純物のドーズ量が1×1013cm−2〜1×1014cm−2の範囲であり、前記フォトレジストをマスクとして注入される不純物のドーズ量が5×1014cm−2〜1×1016cm−2の範囲であることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on an insulating material of a substrate where at least a part of the surface is an insulating material. And a step of implanting impurities using a photoresist as a mask, and a dose amount of impurities implanted using the gate electrode as a mask is 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 The dose of impurities implanted using the photoresist as a mask is in the range of 5 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 .

本発明によれば、低エネルギーかつハイスループットで不純物注入を行うことができる。しかもLDD長を自由に設定できるから必要な部分に必要なだけのLDD構造を形成することができ、回路設計の自由度が高い。また、注入される不純物の最適化も可能となる。   According to the present invention, impurity implantation can be performed with low energy and high throughput. In addition, since the LDD length can be set freely, as many LDD structures as necessary can be formed in the necessary portions, and the degree of freedom in circuit design is high. Moreover, the impurity to be implanted can be optimized.

この場合、例えば、ゲート電極をマスクとして不純物を注入し、ゲート電極表層部に絶縁膜を形成した後に不純物を注入してもよい。   In this case, for example, the impurity may be implanted after the gate electrode is used as a mask and the insulating film is formed on the gate electrode surface layer portion.

そして、以上の場合には、薄膜トランジスタのソース部とドレイン部に島状に不純物半導体膜を形成し、該島状に形成された不純物半導体膜上に真性半導体膜を形成する工程を含むことが望ましい。これにより、チャネル部を薄くしてTFTの特性を向上させ、ソース・ドレイン部を厚くしてコンタクト抵抗を下げることができる。この方法では、ドライエッチングによってコンタクトホールを開口する場合にもオーバーエッチのマージンが十分取れるから歩留まりが向上する。   In the above case, it is desirable to include a step of forming an impurity semiconductor film in an island shape on the source and drain portions of the thin film transistor and forming an intrinsic semiconductor film on the impurity semiconductor film formed in the island shape. . As a result, the channel portion can be thinned to improve the TFT characteristics, and the source / drain portions can be thickened to reduce the contact resistance. In this method, even when the contact hole is opened by dry etching, a sufficient over-etching margin can be obtained, so that the yield is improved.

また、この場合、前記ゲート電極表層部に形成される絶縁膜を、前記ゲート電極の材料を熱酸化または陽極酸化することによって形成する、あるいは所定の堆積法によって形成してもよい。これにより、化学気相成長法などの堆積法を用いることで低温でハイスループットで膜を作製することができる。また、これらの組合せによって絶縁膜を多層化し、更なる低欠陥化を図ることも可能である。   In this case, the insulating film formed on the surface layer of the gate electrode may be formed by thermally oxidizing or anodizing the material of the gate electrode, or may be formed by a predetermined deposition method. Accordingly, a film can be formed at a low temperature and a high throughput by using a deposition method such as a chemical vapor deposition method. In addition, the insulating film can be multi-layered by these combinations to further reduce defects.

また、本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置を用いた表示システムにおいて、前記絶縁性物質上に形成されたアクティブマトリクス部と、前記絶縁性物質上に形成されるとともに前記薄膜半導体装置により構成されたデータドライバ部及び走査ドライバ部とを含み、前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、前記第2の不純物半導体膜の最大不純物濃度が1×1018cm−3〜1×1019cm−3の範囲となることを特徴とする。 The present invention also provides a display system using a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of a substrate having at least a part of the surface of the insulating material. An active matrix portion formed thereon, and a data driver portion and a scan driver portion formed on the insulating material and configured by the thin film semiconductor device, wherein the semiconductor film includes a source portion and a drain portion of a thin film transistor A first impurity semiconductor film disposed in a portion, and a high-resistance second impurity semiconductor film disposed in at least one of between a drain portion and a channel portion and between a source portion and a channel portion of the thin film transistor In addition, the maximum impurity concentration of the second impurity semiconductor film is in a range of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 .

本発明によれば、LDD型TFTを用いたデータドライバ部および走査ドライバ部を備えているから低電圧で高速動作が可能であり、しかも消費電流が少ない。   According to the present invention, since the data driver section and the scanning driver section using the LDD type TFT are provided, high-speed operation is possible at a low voltage, and current consumption is small.

なお、本発明では、第1の不純物半導体膜の最大不純物濃度、LDD長を最適化することもでき、短チャネル化を図ることもできる。   In the present invention, the maximum impurity concentration and the LDD length of the first impurity semiconductor film can be optimized, and the channel length can be reduced.

また、本発明では、前記データドライバ部または前記走査ドライバ部が、クロックドゲートを用いた双方向シフトレジスタ回路を含むことができる。これにより、簡単に画面の左右や上下を反転することができ、表示装置の応用範囲が広がる。   In the present invention, the data driver unit or the scan driver unit may include a bidirectional shift register circuit using a clocked gate. As a result, the left and right and top and bottom of the screen can be easily reversed, and the application range of the display device is expanded.

また、本発明では、前記データドライバ部または前記走査ドライバ部が、クロック信号の位相の異なる複数のシフトレジスタ回路を含み、前記複数のシフトレジスタの出力を入力するゲートを含むことができる。これにより様々なタイミングパルスを高速で発生させることができる。たとえば、従来不可能であったHDTVのデータドライバの信号をシリアル入力することも可能となる。   In the present invention, the data driver unit or the scan driver unit may include a plurality of shift register circuits having different clock signal phases, and may include a gate for inputting the outputs of the plurality of shift registers. Thereby, various timing pulses can be generated at high speed. For example, it is possible to serially input a signal of an HDTV data driver, which has been impossible in the past.

また、本発明では、前記データドライバ部または前記走査ドライバ部が、レベルシフタ回路とシフトレジスタ回路を含み、前記シフトレジスタ回路がTTLレベル以下で駆動することができる。これにより、外部回路のインタフェースがすべてTTLレベル以下となり、外部回路の小型化、低コスト化、低消費電力化が実現できる。   In the present invention, the data driver unit or the scan driver unit includes a level shifter circuit and a shift register circuit, and the shift register circuit can be driven at a TTL level or less. As a result, the interfaces of the external circuits are all below the TTL level, and the external circuits can be reduced in size, cost, and power consumption.

また、本発明では、前記レベルシフタ回路の入力部が、直列接続されたp型の薄膜トランジスタとn型の薄膜トランジスタとを含むことができる。これにより、入出力電圧の差が大きくても安定した動作が可能となる。   In the present invention, the input portion of the level shifter circuit may include a p-type thin film transistor and an n-type thin film transistor connected in series. As a result, stable operation is possible even if the input / output voltage difference is large.

また、本発明は、前記データドライバ部が、シフトレジスタ回路と、ビデオラインと、アナログスイッチとを含み、前記シフトレジスタ回路の出力がレベルシフタ回路を介してあるいは直接に前記アナログスイッチのゲート端子に入力され、これにより点順次アナログ方式で素子駆動が行われることを特徴とする。これにより、低消費電力で非常に小型のデータドライバを構成することができ、コンパクトな表示装置が実現できる。   In the present invention, the data driver unit includes a shift register circuit, a video line, and an analog switch, and an output of the shift register circuit is input to a gate terminal of the analog switch via a level shifter circuit or directly. Accordingly, element driving is performed in a dot sequential analog manner. As a result, a very small data driver with low power consumption can be configured, and a compact display device can be realized.

また、本発明は、前記データドライバ部が、ビデオラインに接続される1段目のアナログラッチと、該1段目のアナログラッチの出力が入力される2段目のアナログラッチと、該2段目のアナログラッチの出力が入力され信号線に接続されるアナログバッファとを含み、これにより線順次アナログ方式で素子駆動が行われることを特徴とする。これにより、大型のアクティブマトリクス型LCDを駆動することも可能となる。   According to the present invention, the data driver unit includes a first-stage analog latch connected to a video line, a second-stage analog latch to which an output of the first-stage analog latch is input, and the two-stage analog latch And an analog buffer connected to a signal line to which an output of the analog latch of the eye is input, and thereby element driving is performed in a line sequential analog manner. Thereby, it is possible to drive a large-size active matrix LCD.

また、本発明は、前記データドライバ部が、n本のデジタル信号入力線に接続されるn組の1段目のラッチと、該1段目のラッチの出力が入力されるn組の2段目のラッチと、該2段目のラッチの出力が入力され2のアナログスイッチのゲートに接続されるデコーダとを含み、これによりデジタル方式で素子駆動が行われることを特徴とする。これにより、ラッチとデコーダを用いた大規模なデジタルデータドライバも構成でき、デジタル信号のインタフェースが可能なマルチメディアディスプレイが実現できる。 Further, according to the present invention, the data driver unit includes n sets of first stage latches connected to n digital signal input lines and n sets of two stages to which an output of the first stage latch is input. And a decoder connected to the gate of the 2n analog switch to which the output of the second-stage latch is input, whereby element driving is performed digitally. As a result, a large-scale digital data driver using a latch and a decoder can be configured, and a multimedia display capable of interfacing with digital signals can be realized.

また、本発明は、映像信号発生装置から出力される映像信号を増幅する映像信号増幅回路と、映像信号発生装置から出力される映像信号に同期したタイミング信号を発生するタイミングコントローラとを含み、前記データドライバ部及び前記走査ドライバ部が該タイミング信号によって駆動されることを特徴とする。これにより、システム全体の消費電力を抑えることができ、携帯用等に適したシステムを作ることができる。   The present invention also includes a video signal amplifier circuit that amplifies the video signal output from the video signal generator, and a timing controller that generates a timing signal synchronized with the video signal output from the video signal generator, The data driver unit and the scan driver unit are driven by the timing signal. Thereby, power consumption of the entire system can be suppressed, and a system suitable for portable use can be made.

また、本発明は、前記タイミングコントローラ及び前記データドライバ部及び前記走査ドライバ部がTTLレベル以下で駆動されることを特徴とする。これにより、外部回路が非常に単純になる。   The timing controller, the data driver unit, and the scan driver unit are driven at a TTL level or less. This makes the external circuit very simple.

また、本発明は、前記タイミングコントローラが、前記薄膜半導体装置により構成されていることを特徴とする。これにより、システムの一層の小型化と低コスト化が可能となる。   Moreover, the present invention is characterized in that the timing controller is constituted by the thin film semiconductor device. As a result, the system can be further reduced in size and cost.

また、本発明は、前記映像信号増幅回路には映像信号を複数の低周波数の信号に変換する信号周波数変換回路またはγ補正回路が含まれていることを特徴とする。これにより、水平解像度の向上や、すぐれた中間調表示が可能となる。   According to the present invention, the video signal amplifier circuit includes a signal frequency conversion circuit or a γ correction circuit for converting the video signal into a plurality of low frequency signals. As a result, the horizontal resolution can be improved and excellent halftone display can be achieved.

また、本発明は、前記映像信号増幅回路が、前記薄膜半導体装置により構成されていることを特徴とする。このように、映像信号増幅回路も本発明の薄膜半導体装置で一体形成すれば表示システムの大幅な小型化と低コスト化が実現できる。   Further, the present invention is characterized in that the video signal amplifier circuit is constituted by the thin film semiconductor device. As described above, if the video signal amplifier circuit is also formed integrally with the thin film semiconductor device of the present invention, the display system can be significantly reduced in size and cost.

また、本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、前記半導体膜が、膜生成の種となる核の発生速度を遅くし、かつ、前記核から生成される島の成長速度を速くする条件にて化学気相堆積法により堆積されるとともに、前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含むことを特徴とする。   The present invention also provides a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on an insulating material of a substrate having at least a part of the surface being an insulating material, wherein the semiconductor film is a seed for film formation. The semiconductor film is deposited by a chemical vapor deposition method under the condition that the generation rate of nuclei to be reduced is reduced and the growth rate of islands generated from the nuclei is increased. A first impurity semiconductor film disposed in a portion, and a high-resistance second impurity semiconductor film disposed in at least one of between a drain portion and a channel portion and between a source portion and a channel portion of the thin film transistor It is characterized by including.

本発明によれば、核の発生速度を遅くし、島の成長速度を速くするという原理により半導体膜を生成し、この半導体膜を含むLDD型TFT回路を実現できる。これにより移動度の向上、コンタクト抵抗の低減化、トランジスタの短チャネル化、耐圧の向上等を図ることができ、単結晶MOSFETと比べてもそれほど遜色のない高速の薄膜半導体装置を実現できる。特に、本発明では、半導体膜を構成する島の領域が非常に大きくなっており、これにより熱処理後の多結晶構造における結晶欠陥が非常に少ない。従って、LDD部の抵抗を低くでき、オン電流の更なる向上を図ることができる。   According to the present invention, an LDD TFT circuit including a semiconductor film can be realized by generating a semiconductor film based on the principle that the generation rate of nuclei is reduced and the growth rate of islands is increased. This can improve mobility, decrease contact resistance, shorten the transistor channel, improve breakdown voltage, and the like, and can realize a high-speed thin film semiconductor device that is not inferior to that of a single crystal MOSFET. In particular, in the present invention, the island region constituting the semiconductor film is very large, and thereby there are very few crystal defects in the polycrystalline structure after the heat treatment. Therefore, the resistance of the LDD portion can be lowered, and the on-current can be further improved.

なお、この場合、本発明では、第1、第2の不純物半導体膜の最大不純物濃度、LDD長を最適化することもでき、短チャネル化を図ることもできる。   In this case, in the present invention, the maximum impurity concentration and the LDD length of the first and second impurity semiconductor films can be optimized, and the channel length can be reduced.

特に、第2の不純物半導体膜の最大不純物濃度を最適化する場合には、該最大不純物濃度の範囲を2×1017cm−3〜1×1019cm−3とすることができ、最大不純物濃度の設定範囲を広くすることができる。即ち、本発明では、核の発生速度を遅くし、島の成長速度を速くするという原理により半導体膜が生成されるため、結晶欠陥を低減でき、LDD部における抵抗を低くすることができる。従って、最大不純物濃度を低く設定しても、LDD部におけるシート抵抗がそれほど高くならなく、このため、最大不純物濃度の下限値を2×1017cm−3というように低い値に設定できるわけである。 In particular, when optimizing the maximum impurity concentration of the second impurity semiconductor film, the range of the maximum impurity concentration can be 2 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 , The density setting range can be widened. That is, according to the present invention, the semiconductor film is generated based on the principle that the generation rate of nuclei is reduced and the growth rate of islands is increased, so that crystal defects can be reduced and resistance in the LDD portion can be lowered. Therefore, even if the maximum impurity concentration is set low, the sheet resistance in the LDD portion does not increase so much, and therefore the lower limit value of the maximum impurity concentration can be set to a low value such as 2 × 10 17 cm −3. is there.

また、LDD長を最適化する場合には、LDD長の範囲を0.3μm〜4μmとすることができ、LDD長の設定範囲を広くすることができる。即ち、本発明では、核の発生速度を遅くし、島の成長速度を速くするという原理により半導体膜が生成されるため、半導体膜における結晶粒界を少なくすることができ、増速拡散を小さくすることができる。従って、最小LDD長を0.3μm程度まで短縮できるわけである。これにより、LDD部における寄生抵抗を更に低減することができる。   When the LDD length is optimized, the LDD length range can be set to 0.3 μm to 4 μm, and the setting range of the LDD length can be widened. That is, in the present invention, the semiconductor film is generated based on the principle of slowing the nucleus generation rate and increasing the island growth rate, so that the grain boundaries in the semiconductor film can be reduced, and the enhanced diffusion can be reduced. can do. Therefore, the minimum LDD length can be shortened to about 0.3 μm. Thereby, the parasitic resistance in the LDD portion can be further reduced.

また、本発明は、不純物半導体膜に注入される不純物がp型であるp型薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部の全領域に、前記第2の不純物半導体膜が配置されていることを特徴とする。   Further, the present invention is characterized in that the second impurity semiconductor film is disposed in the entire region of the source portion and the drain portion of the p-type thin film transistor in which the impurity implanted into the impurity semiconductor film is p-type. .

即ち、本発明では、低濃度の不純物が注入された第2の不純物半導体膜におけるシート抵抗を低くすることができる。このため、p型薄膜トランジスタについては高濃度の不純物の注入を省略し、ソース部及びドレイン部の全領域を低濃度の第2の不純物半導体膜により構成することが可能となる。これにより、例えばフォト工程を1つ減らすことができるとともに、回路の高集積化も容易となる。   That is, in the present invention, the sheet resistance in the second impurity semiconductor film into which the low concentration impurity is implanted can be reduced. Therefore, for the p-type thin film transistor, it is possible to omit the implantation of the high-concentration impurity and to configure the entire source region and drain region with the low-concentration second impurity semiconductor film. As a result, for example, the number of photo steps can be reduced by one, and the circuit can be easily integrated.

また本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置の製造方法において、膜生成の種となる核の発生速度を遅くし、かつ、前記核から生成される島の成長速度を速くする条件にて化学気相堆積法により半導体膜を堆積する工程を含むことを特徴とする。   The present invention also provides a method of manufacturing a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on an insulating material of a substrate having at least a part of the surface as an insulating material. And a step of depositing a semiconductor film by a chemical vapor deposition method under the condition of slowing the generation rate of islands and increasing the growth rate of islands generated from the nuclei.

本発明によれば、半導体膜堆積過程では核の発生と島の成長が競争過程あるが、核の発生を遅くし島の成長を早くすることにより、絶縁物質上に多数の核が発生する前に島が成長し、絶縁物質表面が島により覆われる。これにより、島の領域が大きくなり、例えばこの半導体膜に熱処理等を施すことで生じるグレインの面積を大きくすることができる。これにより、薄膜半導体装置の移動度を高くすることができる。また、島の領域が大きくなることで、半導体膜の表面が滑らかになるという効果もある。このように、本発明によれば、シリコン・イオン注入とか長時間熱処理を施すとか、あるいは水素化処理を施すというような複雑冗長な工程を経る事なく、単に化学気相堆積法でシリコン膜を成膜するという極めて簡単な工程で薄膜半導体装置の特性を飛躍的に向上させることができる。なお、本発明で堆積される半導体膜は非晶質に限られないが、特に、非晶質の場合には、このような島の領域が存在するということは知られておらず、原子間力顕微鏡(AFM)により初めて、その存在を認められたものである。   According to the present invention, in the semiconductor film deposition process, the generation of nuclei and the growth of islands are in a competitive process. The island grows and the insulating material surface is covered by the island. As a result, the area of the island is increased, and for example, the area of grains generated by performing heat treatment or the like on the semiconductor film can be increased. Thereby, the mobility of the thin film semiconductor device can be increased. In addition, since the island region is enlarged, the surface of the semiconductor film becomes smooth. As described above, according to the present invention, a silicon film is simply formed by chemical vapor deposition without passing through complicated and redundant processes such as silicon ion implantation, long-time heat treatment, or hydrogenation. The characteristics of the thin film semiconductor device can be dramatically improved by an extremely simple process of forming a film. Note that the semiconductor film deposited in the present invention is not limited to amorphous, but it is not known that such an island region exists particularly in the case of an amorphous structure. For the first time, its existence was recognized by a force microscope (AFM).

この場合、本発明においては、前記核の発生速度を堆積温度により制御し、前記島の成長速度を堆積速度により制御することが望ましい。そして、前記堆積温度が580℃以下となり、前記堆積速度が6Å/min以上となることが望ましい。即ち、堆積温度、堆積速度をこのような範囲とすることで、島の領域を非常に大きくできるからである。但し、核の発生速度は基板の種類等により制御してもよい。また、堆積速度は、例えば原料ガスの流量、堆積圧力等により決めることができる。   In this case, in the present invention, it is desirable that the nucleus generation rate is controlled by the deposition temperature, and the island growth rate is controlled by the deposition rate. The deposition temperature is preferably 580 ° C. or lower, and the deposition rate is preferably 6 Å / min or higher. That is, by setting the deposition temperature and the deposition rate in such ranges, the island area can be made very large. However, the generation rate of nuclei may be controlled by the type of the substrate. Further, the deposition rate can be determined by the flow rate of the source gas, the deposition pressure, and the like.

また、本発明では、前記堆積温度が550℃以下であることが望ましい。即ち、堆積温度を550℃以下とすることで、平均グレイン面積の極大値を得ることが可能となるからである。   In the present invention, the deposition temperature is desirably 550 ° C. or lower. That is, the maximum value of the average grain area can be obtained by setting the deposition temperature to 550 ° C. or lower.

また、本発明では、更に好ましくは前記堆積温度が530℃以下であることが望ましい。即ち、堆積温度を530度以下とすることで、結晶内の欠陥を低減することができるからである。なお、堆積温度の下限値は、原料ガスの種類等により、例えばモノシランでは460℃、ジシランでは370℃とすることができる。   In the present invention, the deposition temperature is more preferably 530 ° C. or lower. That is, by setting the deposition temperature to 530 ° C. or less, defects in the crystal can be reduced. The lower limit of the deposition temperature can be set to 460 ° C. for monosilane and 370 ° C. for disilane, for example, depending on the type of source gas.

また、本発明では、前記化学気相堆積法にて半導体膜を堆積する際に、少なくとも原料ガスの一種としてモノシラン(SiH)あるいはジシラン(Si)のいずれか一方のどちらを使用してもよい。本発明の基本原理は原料ガスの種類にはあまり影響されず、これ以外の原料ガスを用いてもよい。 In the present invention, when depositing a semiconductor film by the chemical vapor deposition method, at least one of source gas, monosilane (SiH 4 ) or disilane (Si 2 H 6 ), is used. May be. The basic principle of the present invention is not significantly affected by the type of source gas, and other source gases may be used.

また、本発明は、前記半導体膜堆積工程の後に、前記半導体膜の表面を熱酸化する工程を含むことを特徴とする。このように熱酸化処理を施すことで、酸化膜を得られるとともに、例えば半導体膜が非晶質状態であった場合には、これを多結晶状態に変えることができる。   In addition, the present invention is characterized by including a step of thermally oxidizing the surface of the semiconductor film after the semiconductor film deposition step. By performing the thermal oxidation treatment in this manner, an oxide film can be obtained, and for example, when the semiconductor film is in an amorphous state, it can be changed to a polycrystalline state.

また、本発明は、前記半導体膜を堆積する工程の後に該半導体膜に対して光学エネルギー又は電磁波エネルギーを照射する工程を含み、かつ、該照射工程以後の工程最高温度が350℃以下であることを特徴とする。本発明によれば、このような低温プロセスを採用することで、基板として安価なガラスを使用でき、また、自重による基板のゆがみ等を防止できる。   In addition, the present invention includes a step of irradiating the semiconductor film with optical energy or electromagnetic energy after the step of depositing the semiconductor film, and the maximum process temperature after the irradiation step is 350 ° C. or less. It is characterized by. According to the present invention, by adopting such a low-temperature process, it is possible to use inexpensive glass as the substrate, and it is possible to prevent the substrate from being distorted by its own weight.

また、この場合、前記半導体膜を堆積する工程の後に該半導体膜に対して600℃以下の温度にて熱処理を施す工程を含み、かつ、該熱処理を施す工程以後の工程最高温度が600℃以下としてもよい。このように低温プロセスと固相成長を組み合わせることで、より良質の半導体膜を得ることができる。なお、この場合、更に好ましくは、前記熱処理を施す工程以後の工程最高温度が350℃以下であることが望ましい。   In this case, the method includes a step of performing a heat treatment on the semiconductor film at a temperature of 600 ° C. or lower after the step of depositing the semiconductor film, and a maximum process temperature after the step of performing the heat treatment is 600 ° C. or lower. It is good. By combining the low temperature process and solid phase growth in this way, a higher quality semiconductor film can be obtained. In this case, it is more preferable that the maximum process temperature after the heat treatment process is 350 ° C. or less.

また、本発明は、前記半導体膜を堆積する工程の後に該半導体膜に対して500℃〜700℃の範囲の温度にて熱処理を施す工程を含むことを特徴とする。本発明によれば、このような熱処理を施すことで、比較的低い温度で例えば非晶質状態の半導体膜を多結晶状態に変えることができる。これにより、更に良質な特性を持つ薄膜半導体装置を得ることが可能となる。なお、この場合、熱処理を施す温度範囲の更に好ましい範囲は550℃〜650℃である。   In addition, the present invention is characterized by including a step of performing a heat treatment on the semiconductor film at a temperature in the range of 500 ° C. to 700 ° C. after the step of depositing the semiconductor film. According to the present invention, by performing such a heat treatment, for example, an amorphous semiconductor film can be changed to a polycrystalline state at a relatively low temperature. This makes it possible to obtain a thin film semiconductor device having better quality characteristics. In this case, a more preferable temperature range for the heat treatment is 550 ° C to 650 ° C.

また、本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、前記半導体膜を多結晶状態とした場合のグレインの平均面積が10000nm以上となることを特徴とする。本発明では、このようにグレインの平均面積が大きいため、移動度を高めることができ、薄膜半導体装置の高速化を図れる。 According to the present invention, in the thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate having at least a part of the surface being an insulating material, the semiconductor film is in a polycrystalline state. In this case, the average grain area is 10,000 nm 2 or more. In the present invention, since the average area of the grains is thus large, the mobility can be increased and the speed of the thin film semiconductor device can be increased.

また、本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、前記半導体膜生成の種となる核より生成される島の平均面積が10000nm以上となることを特徴とする。本発明では、このように島の平均面積が大きいため、例えば熱処理することで得られるグレインの平均面積を大きくでき、薄膜半導体装置の高速化を図れる。更に、本発明は、半導体膜の表面が滑らかになるという利点も持っている。 According to another aspect of the present invention, in a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on an insulating material of a substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material, a nucleus serving as a seed for generating the semiconductor film The average area of the islands generated is 10,000 nm 2 or more. In the present invention, since the average area of the island is thus large, the average area of the grains obtained by, for example, heat treatment can be increased, and the speed of the thin film semiconductor device can be increased. Furthermore, the present invention has an advantage that the surface of the semiconductor film becomes smooth.

また、本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、前記半導体膜を熱酸化して生成されたゲート絶縁膜と該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極との界面の中心線平均粗さが2.00nm以下となることを特徴とする。本発明では、中心線平均粗さが2.00nm以下であるため、半導体膜の上にゲート絶縁膜を生成した場合には、平坦なゲート絶縁膜表面が形成され、ソース・ゲート間耐圧が向上する。従って画素欠陥等が低減される。更に、熱酸化温度を低下させる事が可能となり、低コスト化と高精細高密度加工の両立が可能となる。また製造装置の寿命を延ばし、維持管理が容易になる。   Further, the present invention provides a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on an insulating material of a substrate having at least a part of the surface being an insulating material, and is generated by thermally oxidizing the semiconductor film The center line average roughness of the interface between the formed gate insulating film and the gate electrode formed on the gate insulating film is 2.00 nm or less. In the present invention, since the center line average roughness is 2.00 nm or less, when a gate insulating film is formed on the semiconductor film, a flat gate insulating film surface is formed, and the source-gate breakdown voltage is improved. To do. Accordingly, pixel defects and the like are reduced. Furthermore, the thermal oxidation temperature can be lowered, and both cost reduction and high-definition high-density processing can be achieved. In addition, the life of the manufacturing apparatus is extended and maintenance is facilitated.

また、本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、前記第2の不純物半導体膜の最大不純物濃度が1×1018cm−3〜1×1019cm−3の範囲となることを特徴とする。 The present invention also provides a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on an insulating material of a substrate having at least a part of the surface being an insulating material, wherein the semiconductor film is a source portion of a thin film transistor. And a first impurity semiconductor film disposed in the drain portion and a high-impurity second impurity semiconductor film disposed in at least one of the thin film transistor between the drain portion and the channel portion and between the source portion and the channel portion. The maximum impurity concentration of the second impurity semiconductor film is in the range of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 .

本発明によれば、LDD構造とすることで、薄膜半導体装置の短チャネル化、高速化、耐圧の向上を図ることができる。そして、これを実現するために、第2の不純物半導体膜、即ちLDD部の最大不純物濃度が最適化される。即ち、最大不純物濃度を1×1019cm−3以下とすることで、耐圧を向上できる。一方、最大不純物濃度を1×1018cm−3以上とすることでLDD部のシート抵抗を低くすることができ、オン電流の低下を避けることができる。この場合、更なる最適化のためには、最大不純物濃度を2×1018cm−3〜5×1018cm−3の範囲とすることが望ましく、これによりオン電流とオフ電流の比を最適なものとすることができる。 According to the present invention, by using the LDD structure, it is possible to shorten the channel, increase the speed, and improve the breakdown voltage of the thin film semiconductor device. In order to realize this, the maximum impurity concentration of the second impurity semiconductor film, that is, the LDD portion is optimized. That is, the breakdown voltage can be improved by setting the maximum impurity concentration to 1 × 10 19 cm −3 or less. On the other hand, by setting the maximum impurity concentration to 1 × 10 18 cm −3 or more, the sheet resistance of the LDD portion can be lowered, and a decrease in on-current can be avoided. In this case, for further optimization, it is desirable that the maximum impurity concentration be in the range of 2 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 , thereby optimizing the ratio of on-current to off-current. Can be.

また、本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、前記第1の不純物半導体膜の最大不純物濃度が5×1019cm−3〜1×1021cm−3の範囲となることを特徴とする。 The present invention also provides a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on an insulating material of a substrate having at least a part of the surface being an insulating material, wherein the semiconductor film is a source portion of a thin film transistor And a first impurity semiconductor film disposed in the drain portion, and a high-resistance second impurity semiconductor film disposed in at least one of the thin film transistor between the drain portion and the channel portion and between the source portion and the channel portion. The maximum impurity concentration of the first impurity semiconductor film is in the range of 5 × 10 19 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 .

本発明によれば、第1の不純物半導体膜、即ちソース・ドレイン部の最大不純物濃度が最適化される。即ち、最大不純物濃度を1×1021cm−3以下とすることで、ソース・ドレイン部からLDD部への不純物の拡散を抑えることができ、薄膜半導体装置の耐圧を向上できる。一方、最大不純物濃度を5×1019cm−3以上とすることで、コンタクト抵抗あるいはソース・ドレイン抵抗を低減でき、薄膜半導体装置の高速化を図れる。この場合、更なる最適化のためには、最大不純物濃度を1×1020cm−3〜3×1020cm−3の範囲とすることが望ましく、これにより耐圧を向上させながら装置の高速化を図れ、更に素子の微細化も図れることになる。 According to the present invention, the maximum impurity concentration of the first impurity semiconductor film, that is, the source / drain portion is optimized. That is, by setting the maximum impurity concentration to 1 × 10 21 cm −3 or less, diffusion of impurities from the source / drain portion to the LDD portion can be suppressed, and the breakdown voltage of the thin film semiconductor device can be improved. On the other hand, by setting the maximum impurity concentration to 5 × 10 19 cm −3 or more, the contact resistance or the source / drain resistance can be reduced, and the speed of the thin film semiconductor device can be increased. In this case, for further optimization, it is desirable that the maximum impurity concentration be in the range of 1 × 10 20 cm −3 to 3 × 10 20 cm −3 . In addition, the device can be miniaturized.

また、本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、ドレイン部あるいはソース部におけるLDD長が0.6μm〜4μmの範囲となることを特徴とする。   The present invention also provides a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on an insulating material of a substrate having at least a part of the surface being an insulating material, wherein the semiconductor film is a source portion of a thin film transistor And a first impurity semiconductor film disposed in the drain portion, and a high-resistance second impurity semiconductor film disposed in at least one of the thin film transistor between the drain portion and the channel portion and between the source portion and the channel portion. The LDD length in the drain part or the source part is in the range of 0.6 μm to 4 μm.

本発明によれば、LDD長を4μm以下とすることで、素子の微細化を図れる。一方、LDD長を0.6μm以上とすることで、ソース・ドレイン部からの不純物の拡散により、実効LDD長が零になり、耐圧が低下してしまうという事態を防止できる。この場合、更なる最適化を図るためには、前記LDD長が1μm〜2μmの範囲となることが望ましい。   According to the present invention, the element can be miniaturized by setting the LDD length to 4 μm or less. On the other hand, by setting the LDD length to 0.6 μm or more, it is possible to prevent a situation where the effective LDD length becomes zero and the breakdown voltage decreases due to the diffusion of impurities from the source / drain portions. In this case, in order to achieve further optimization, the LDD length is desirably in the range of 1 μm to 2 μm.

また、本発明は、少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、前記半導体膜上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極の長さが5μm以下であることを特徴とする。   The present invention also provides a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on an insulating material of a substrate having at least a part of the surface being an insulating material, wherein the semiconductor film is a source portion of a thin film transistor And a first impurity semiconductor film disposed in the drain portion, and a high-resistance second impurity semiconductor film disposed in at least one of the thin film transistor between the drain portion and the channel portion and between the source portion and the channel portion. The length of the gate electrode formed on the semiconductor film through the gate insulating film is 5 μm or less.

本発明によれば、ゲート電極長を5μm以下と短チャネル化できるため、これによりLDD構造を採用したことに伴うオン電流の低下を十分に補うことができ、装置の高速化を図れる。この場合、前記ゲート電極長が3μm以下であることが望ましい。このように3μm以下と短チャネル化することで、更なる高速化を図れる。また、動作電源電圧を小さくすることも可能となる。   According to the present invention, since the gate electrode length can be shortened to 5 μm or less, a decrease in on-current due to the adoption of the LDD structure can be sufficiently compensated, and the speed of the device can be increased. In this case, the gate electrode length is desirably 3 μm or less. Thus, by shortening the channel to 3 μm or less, it is possible to further increase the speed. In addition, the operating power supply voltage can be reduced.

以下、本発明の好適な実施例について図面を用いて説明する。なお、以下に述べる第1〜第5の実施例は、半導体膜の製造方法を工夫して、高速な薄膜半導体装置を得る実施例である。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The first to fifth examples described below are examples in which a semiconductor film manufacturing method is devised to obtain a high-speed thin film semiconductor device.

1.第1の実施例
図1(A)〜(D)には、本第1の実施例に係る薄膜半導体装置の製造工程図が示される。図1(A)〜(D)には、nチャネルTFTの場合の工程図が示されるが、本発明は、pチャネルTFT及び、nチャネルTFTとpチャネルTFTとを有するCMOS型TFTに対しても当然に適用できる(図26参照)。また、いわゆるダブルゲートと呼ばれる構造としてもかまわない。
1. First Embodiment FIGS. 1A to 1D show manufacturing process diagrams of a thin film semiconductor device according to the first embodiment. 1A to 1D show process diagrams in the case of an n-channel TFT. The present invention is applied to a p-channel TFT and a CMOS TFT having an n-channel TFT and a p-channel TFT. Is naturally applicable (see FIG. 26). Also, a structure called a so-called double gate may be used.

第1の実施例では、基板201として石英ガラスを用いた。しかしながら、これ以外にも薄膜半導体装置の製造工程中の最高温度に耐え得る基板であるならば、その種類や大きさは問わない。まず基板201上にいずれ能動層となるシリコン等の半導体膜を堆積する。この時、基板がシリコン・ウエハーなどの導電性物質である場合や、セラミックス基板などで不純物を含んでいる場合には、半導体膜堆積の前に、二酸化珪素膜や窒化珪素膜等の下地保護膜を堆積しても良い(図25参照)。   In the first embodiment, quartz glass is used as the substrate 201. However, any other type and size may be used as long as the substrate can withstand the maximum temperature during the manufacturing process of the thin film semiconductor device. First, a semiconductor film such as silicon, which will eventually become an active layer, is deposited on the substrate 201. At this time, if the substrate is a conductive material such as a silicon wafer or if the substrate contains impurities such as a ceramic substrate, an underlying protective film such as a silicon dioxide film or a silicon nitride film is deposited before the semiconductor film is deposited. May be deposited (see FIG. 25).

第1の実施例では、基板201上に真性シリコン膜をLPCVD法により堆積する。これにより堆積後の膜厚は1000Åとなる。LPCVD装置はホット・ウォール型で容積が184.5lであり、基板挿入後の反応総面積は約44000cmである。堆積温度は510℃であり、原料ガスとして純度99.99%以上のモノシラン(SiH)を用い、100SCCMの流量でガスを反応炉に供給した。この場合の堆積圧力は0.8torrであり、この条件下でシリコン膜の堆積速度は21.5Å/minであった。そして、このようにして堆積されたシリコン膜をパターニング加工して、シリコン膜202を得る(図1(A)参照)。 In the first embodiment, an intrinsic silicon film is deposited on the substrate 201 by the LPCVD method. As a result, the film thickness after deposition becomes 1000 mm. The LPCVD apparatus is a hot wall type and has a volume of 184.5 l. The total reaction area after inserting the substrate is about 44000 cm 2 . The deposition temperature was 510 ° C., monosilane (SiH 4 ) having a purity of 99.99% or more was used as the source gas, and the gas was supplied to the reactor at a flow rate of 100 SCCM. In this case, the deposition pressure was 0.8 torr, and under this condition, the deposition rate of the silicon film was 21.5 Å / min. Then, the silicon film thus deposited is patterned to obtain a silicon film 202 (see FIG. 1A).

次に熱酸化法にてパターニング加工されたシリコン膜202の表面に酸化珪素膜203を形成した。熱酸化は1160℃の100%酸素雰囲気化にて1気圧で23分36秒行った。これによりシリコン膜は薄くなり400Åとなり、1200Åの膜厚を有する酸化珪素膜が得られた(図1(B)参照)。次に薄膜半導体装置のしきい値電圧を調整するために、11を40kvの加速電圧で2×1012/cmのドーズ量で半導体膜に打ち込んだ。 Next, a silicon oxide film 203 was formed on the surface of the silicon film 202 patterned by a thermal oxidation method. Thermal oxidation was performed at 1 atm for 23 minutes 36 seconds in a 100% oxygen atmosphere at 1160 ° C. Thus, the silicon film was thinned to 400 mm, and a silicon oxide film having a thickness of 1200 mm was obtained (see FIG. 1B). Next, in order to adjust the threshold voltage of the thin film semiconductor device, 11 B + was implanted into the semiconductor film with an acceleration voltage of 40 kv and a dose of 2 × 10 12 / cm 2 .

次に、ドナーまたはアクセプターを含んだシリコン膜によりゲート電極204を形成する。本実施例では燐を含んだ厚さが3500Åの多結晶シリコンにてゲート電極を作成した。この時のゲート電極のシート抵抗は25Ω/□であった。次に、このゲート電極をマスクとして、ドナーまたはアクセプターとなる不純物イオン205を打ち込み、ソース・ドレイン部206とチャンネル領域207を作成した(図1(C)参照)。本第1の実施例では不純物元素として燐を選び加速電圧90kVにて2×1015/cmのドーズ量で不純物を打ち込んだ。 Next, the gate electrode 204 is formed using a silicon film containing a donor or an acceptor. In this embodiment, the gate electrode is made of polycrystalline silicon containing phosphorus and having a thickness of 3500 mm. At this time, the sheet resistance of the gate electrode was 25Ω / □. Next, using this gate electrode as a mask, impurity ions 205 serving as donors or acceptors were implanted to form a source / drain portion 206 and a channel region 207 (see FIG. 1C). In the first embodiment, phosphorus is selected as the impurity element, and the impurity is implanted at a dose of 2 × 10 15 / cm 2 at an acceleration voltage of 90 kV.

次に常圧CVD法等で層間絶縁膜208を堆積した。層間絶縁膜は二酸化珪素膜からなり、その膜厚は5000Åであった。層間絶縁膜の堆積後、層間絶縁膜の焼き締めと、ソース・ドレイン部に添加された不純物元素の活性化を兼ねて窒素雰囲気下1000℃にて20分間の熱処理を施した。次にコンタクト・ホールを開穴し、アルミニウム等で配線209を施し、薄膜半導体装置を完成した(図1(D)参照)。   Next, an interlayer insulating film 208 was deposited by atmospheric pressure CVD or the like. The interlayer insulating film was made of a silicon dioxide film, and the film thickness was 5000 mm. After the interlayer insulating film was deposited, a heat treatment was performed at 1000 ° C. for 20 minutes in a nitrogen atmosphere to serve as both the baking of the interlayer insulating film and the activation of the impurity element added to the source / drain portions. Next, a contact hole was opened, and wiring 209 was formed with aluminum or the like, whereby a thin film semiconductor device was completed (see FIG. 1D).

このようにして作成した薄膜半導体装置のnチャネルTFTのトランジスタ特性を測定した。図2には、その測定結果が示される。チャンネルの長さ及び幅は共に10μmで、室温にて測定した。その結果、図2に示すように、ソース・ドレイン電圧(Vds)を4vとし、ゲート電圧(Vgs)を10vとした場合(トランジスタがオン状態の場合)でのソース・ドレイン電流(Ids)は75.6μAであった。また、Vds=4v、Vgs=0vとした場合(トランジスタをオフ状態の場合)のIdsは0.203pAとなった。以上のように、ゲート電圧10vの変調に対するオン・オフ比が8桁以上となる極めて良好な薄膜半導体装置が得られた。また、このトランジスタの飽和領域より求めた移動度は106cm/v・secであり、非常に良好な値となった。このように本実施例によると長時間の熱処理を施す事もなく、LPCVD法の堆積のみという極めて簡単な工程でしかも水素化処理を全く行わなくても非常に優れた特性を有する薄膜半導体装置を作成することができた。 The transistor characteristics of the n-channel TFT of the thin film semiconductor device thus prepared were measured. FIG. 2 shows the measurement results. The channel length and width were both 10 μm and measured at room temperature. As a result, as shown in FIG. 2, when the source / drain voltage (Vds) is 4 v and the gate voltage (Vgs) is 10 v (when the transistor is on), the source / drain current (Ids) is 75. .6 μA. Further, when Vds = 4v and Vgs = 0v (when the transistor is in an off state), Ids was 0.203 pA. As described above, a very good thin film semiconductor device having an on / off ratio of 8 digits or more with respect to the modulation of the gate voltage 10v was obtained. The mobility obtained from the saturation region of this transistor was 106 cm 2 / v · sec, which was a very good value. As described above, according to the present embodiment, a thin film semiconductor device having very excellent characteristics without performing heat treatment for a long time, by an extremely simple process of only deposition by the LPCVD method, and without performing hydrogenation treatment at all. I was able to create it.

なお、図2には、pチャネルTFTのトランジスタ特性図も併せて示される。このpチャネルTFTは、ソース部及びドレイン部を形成する際に、アクセプターとなる不純物、例えばボロンを打ち込むことにより形成される。   FIG. 2 also shows a transistor characteristic diagram of the p-channel TFT. The p-channel TFT is formed by implanting an impurity serving as an acceptor, for example, boron, when forming the source part and the drain part.

次にこの薄膜半導体装置に水素プラズマ照射を2時間施して水素化処理を施した。その結果、上述と同じ測定条件でオン電流は102μA、オフ電流は0.0318pA、移動度は129cm/v・secへと改善された。本第1の実施例が示すように、シリコン膜をLPCVD法で堆積する際の堆積条件を本発明の堆積条件にするだけで、他にシリコン原子の打ち込みを行うとか、長時間の熱処理によって半導体膜の(再)結晶化を行うといった煩わしい工程を経る事なく、容易に高性能な薄膜半導体装置が製造することが可能となった。 Next, the thin film semiconductor device was subjected to hydrogen plasma treatment for 2 hours to perform hydrogenation treatment. As a result, the on-current was improved to 102 μA, the off-current was 0.0318 pA, and the mobility was improved to 129 cm 2 / v · sec under the same measurement conditions as described above. As shown in the first embodiment, the silicon film is deposited by the LPCVD method to the deposition conditions of the present invention, and other silicon atoms are implanted or the semiconductor is subjected to a long-time heat treatment. It has become possible to easily manufacture a high-performance thin film semiconductor device without going through a troublesome process of (re) crystallization of the film.

2.第2の実施例
LPCVD法により、いずれ能動層となるシリコン膜の堆積条件のみを変えて、その他の工程は第1の実施例に詳述した製造工程で種々の薄膜半導体装置を作成した。但し、第2の実施例では水素化処理を施さなかった。第2の実施例では、様々な条件でシリコン膜を堆積し、トランジスタ特性と堆積条件との関係を調べた。シリコン膜の堆積は第1の実施例で詳述したLPCVD装置により行った。原料ガスは純度99.99%以上のモノシランである。シリコン膜は堆積温度を490℃から650℃の間で変えた。また、モノシラン流量を10SCCMから100SCCMの間で、堆積圧力を1mtorrから0.8torrの間に適当に設定して堆積した。こうして種々の堆積条件で様々なシリコン膜を堆積した。堆積シリコン膜の膜厚は全試料とも1000±50Åであった。シリコン膜堆積後は第1の実施例と全く同じ製造工程で薄膜半導体装置を作成した。熱酸化後のシリコン膜の膜厚は全試料とも400±50Åで、ゲート絶縁膜である酸化珪素膜の膜厚は1200±50Åであった。シリコン膜堆積条件が変わればその堆積速度も変わる。また、第1の実施例で示したように堆積条件を変えれば、得られる薄膜半導体装置の特性も異なる。そこで上述した方法で得られた薄膜半導体装置の移動度と、シリコン膜の堆積温度、及び堆積速度の関係を図3に示す。図3の横軸はシリコン膜堆積時間、縦軸は堆積速度で、対応する薄膜半導体装置の移動度が数値で示されている。移動度の単位はcm/v・secである。図中の点線は堆積温度580℃の境界線と堆積速度6Å/minの境界線を示す。堆積条件とトランジスタ特性との関連を一目で分かるように特性の良い条件は○印で示し、比較例(背景技術において説明した第1の製造方法)で作成される薄膜半導体装置と同程度の物を×印で示す。比較例で、多結晶シリコン膜を堆積して熱酸化する場合の堆積温度は600℃程度以上である。この比較例により製造された薄膜半導体装置はいずれも移動度が15cm/v・sec程度から20cm/v・sec程度である。シリコン膜の堆積温度を580℃程度以下にした場合は、シリコン膜の堆積速度に応じて得られた薄膜半導体装置の特性が全く異なる事が理解される。即ち、堆積速度が6Å/min以上であると第1の実施例でも詳述したように水素化処理を施さずとも非常に高特性の薄膜半導体装置が得られる。これに対して堆積速度が6Å/min未満では、その移動度が16cm/v・sec程度から19cm/v・sec程度となり、比較例で作成した場合と同程度となる。堆積温度が580℃以下で、かつ、堆積速度が6Å/min以上の条件でシリコン膜を堆積して薄膜半導体装置を製造した場合に限り、非常に高性能な薄膜半導体装置が得られるのである。
2. Second Example Various thin film semiconductor devices were fabricated by the LPCVD method, with the only difference being the deposition conditions of the silicon film that will become the active layer, and the other steps being the manufacturing steps detailed in the first example. However, the hydrogenation treatment was not performed in the second example. In the second example, silicon films were deposited under various conditions, and the relationship between transistor characteristics and deposition conditions was examined. The silicon film was deposited by the LPCVD apparatus detailed in the first embodiment. The source gas is monosilane having a purity of 99.99% or more. The deposition temperature of the silicon film was varied between 490 ° C and 650 ° C. Further, the deposition was carried out by appropriately setting the monosilane flow rate between 10 SCCM and 100 SCCM and the deposition pressure between 1 mtorr and 0.8 torr. Thus, various silicon films were deposited under various deposition conditions. The film thickness of the deposited silicon film was 1000 ± 50 mm for all samples. After the deposition of the silicon film, a thin film semiconductor device was created by the same manufacturing process as in the first embodiment. The thickness of the silicon film after thermal oxidation was 400 ± 50 mm for all samples, and the thickness of the silicon oxide film as the gate insulating film was 1200 ± 50 mm. If the silicon film deposition conditions change, the deposition rate also changes. Further, if the deposition conditions are changed as shown in the first embodiment, the characteristics of the obtained thin film semiconductor device are also different. Therefore, FIG. 3 shows the relationship between the mobility of the thin film semiconductor device obtained by the above-described method, the deposition temperature of the silicon film, and the deposition rate. In FIG. 3, the horizontal axis represents the silicon film deposition time, the vertical axis represents the deposition rate, and the mobility of the corresponding thin film semiconductor device is represented by a numerical value. The unit of mobility is cm 2 / v · sec. A dotted line in the figure indicates a boundary line at a deposition temperature of 580 ° C. and a boundary line at a deposition rate of 6 Å / min. The condition with good characteristics is indicated by a circle so that the relationship between the deposition conditions and the transistor characteristics can be understood at a glance, and is equivalent to the thin film semiconductor device produced in the comparative example (first manufacturing method described in the background art). Is indicated by a cross. In the comparative example, the deposition temperature when the polycrystalline silicon film is deposited and thermally oxidized is about 600 ° C. or higher. All of the thin film semiconductor devices manufactured by this comparative example have a mobility of about 15 cm 2 / v · sec to about 20 cm 2 / v · sec. It is understood that when the deposition temperature of the silicon film is about 580 ° C. or less, the characteristics of the thin film semiconductor device obtained according to the deposition rate of the silicon film are completely different. That is, when the deposition rate is 6 Å / min or more, a thin film semiconductor device having very high characteristics can be obtained without performing hydrogenation treatment as described in detail in the first embodiment. On the other hand, when the deposition rate is less than 6 Å / min, the mobility is about 16 cm 2 / v · sec to about 19 cm 2 / v · sec, which is the same as the case of the comparative example. Only when a thin film semiconductor device is manufactured by depositing a silicon film under conditions where the deposition temperature is 580 ° C. or less and the deposition rate is 6 Å / min or more, a very high performance thin film semiconductor device can be obtained.

本発明による薄膜半導体装置(図3の○印)の能動層を形成するシリコン膜の熱酸化後の状態を走査型電子顕微鏡(SEM)で調べた。SEM観察は熱酸化後10%弗化水素酸水溶液にて酸化珪素膜を剥離した後、露出した多結晶晶シリコン表面に対してなされた。その結果グレイン面積の分布は指数分布を示しグレイン面積の平均値及び標準偏差は、いずれの試料も10000nmから20000nmの間の値を示した。例として堆積温度510℃、堆積速度12.9Å/minで移動度が82cm/v・secとなった薄膜半導体装置のシリコン膜の結晶構造を示す電子顕微鏡(SEM)写真を図4に示す。また、図4にて確認されたグレイン面積の分布を図6(A)に示す。グレイン面積(グレイン・サイズ)の平均値は15600nmで標準偏差は15300nmであった。本実施例により形成されたシリコン膜は大きなグレインでは、そのサイズが55000nm以上という大面積を有するものも認められた(図6(A)の55000〜60000の範囲を参照)。 The state after thermal oxidation of the silicon film forming the active layer of the thin film semiconductor device (circle mark in FIG. 3) according to the present invention was examined with a scanning electron microscope (SEM). SEM observation was performed on the exposed polycrystalline silicon surface after the silicon oxide film was peeled off with a 10% aqueous hydrofluoric acid solution after thermal oxidation. Mean values and standard deviation of grain area. The results are shown distribution of the grain area exponential distribution, both samples showed a value between 10000 nm 2 of 20000 nm 2. As an example, an electron microscope (SEM) photograph showing a crystal structure of a silicon film of a thin film semiconductor device having a deposition temperature of 510 ° C., a deposition rate of 12.9 12 / min, and a mobility of 82 cm 2 / v · sec is shown in FIG. Moreover, the distribution of the grain area confirmed in FIG. 4 is shown in FIG. The average value of the grain area (grain size) was 15600 nm 2 and the standard deviation was 15300 nm 2 . In the silicon film formed in this example, a large grain having a large area of 55000 nm 2 or more was recognized (see the range of 55000 to 60000 in FIG. 6A).

一方、比較のために比較例(第1の製造方法)により作成された薄膜半導体装置のシリコン膜の結晶構造を示す電子顕微鏡(SEM)写真を図5に示す。また、この比較例のグレイン面積の分布を図6(B)に示す。図5、図6(B)で使用される試料は、堆積温度600℃、堆積速度37.7Å/minでシリコン膜が堆積された試料である。そして、図5には、この試料の熱酸化した後のシリコン膜の状態が示される。この試料の移動度は20cm/v・secである。また、この試料のグレイン面積の平均値は3430nmで、標準偏差は4210nmであった。堆積温度が600℃以上でシリコン膜を堆積して作成した薄膜半導体装置にのみならず、堆積温度が580℃以下であっても、堆積速度が6Å/min未満でシリコン膜を堆積して作成した薄膜半導体装置のシリコン膜のグレイン面積は、いずれも平均値、標準偏差とも5000nm未満であった。 On the other hand, FIG. 5 shows an electron microscope (SEM) photograph showing a crystal structure of a silicon film of a thin film semiconductor device created by a comparative example (first manufacturing method) for comparison. The grain area distribution of this comparative example is shown in FIG. The samples used in FIGS. 5 and 6B are samples in which a silicon film is deposited at a deposition temperature of 600 ° C. and a deposition rate of 37.7 Å / min. FIG. 5 shows the state of the silicon film after the sample is thermally oxidized. The mobility of this sample is 20 cm 2 / v · sec. The average value of the grain area of the sample is 3430Nm 2, the standard deviation of 4210nm 2. Not only a thin film semiconductor device prepared by depositing a silicon film at a deposition temperature of 600 ° C. or higher, but also by depositing a silicon film at a deposition rate of less than 6 μm / min even when the deposition temperature is 580 ° C. or lower. The grain area of the silicon film of the thin film semiconductor device was less than 5000 nm 2 both in average value and standard deviation.

以上のように堆積温度を580℃以下とし、かつ、堆積速度を6Å/min以上としてシリコン膜を堆積し、そのシリコン膜を熱酸化すると、能動層を形成する多結晶膜のグレイン面積の平均値は10000nm以上と従来よりも遥かに大きくなり、薄膜半導体装置の特性も大幅に改善される。 As described above, when the silicon film is deposited at a deposition temperature of 580 ° C. or less and the deposition rate is 6 Å / min or more, and the silicon film is thermally oxidized, the average value of the grain area of the polycrystalline film forming the active layer Becomes 10000 nm 2 or more, which is much larger than the conventional one, and the characteristics of the thin film semiconductor device are greatly improved.

A.本発明の原理について
本発明では、核の発生速度を遅くし、かつ、島の成長速度を速くする条件にて半導体膜を堆積することにより、特性の優れた半導体膜を生成している。以下、本発明の原理について図7(A)〜(E)、図8(A)〜(H)を用いて説明する。
A. About the Principle of the Present Invention In the present invention, a semiconductor film having excellent characteristics is generated by depositing a semiconductor film under the conditions of slowing the nucleus generation rate and increasing the island growth rate. Hereinafter, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 (A) to (E) and FIGS. 8 (A) to (H).

一般にLPCVD法(減圧化学気相堆積法)で薄膜を堆積する場合、堆積膜が非晶質、多結晶に関わり無く、まず絶縁物質上にいつかの核(膜成長の種あるいは中心となるもの)30、31が発生する(図7(A))。ガスを構成する分子は気相中から基板の方向へ飛来してくる。そして、これらの分子が基板から熱を受け取って化学反応を起こし、いくつかの分子が集まって、これらの核が生成される。この時の化学反応式は例えばモノシランを例にとれば以下のようになる。   In general, when depositing a thin film by LPCVD (low pressure chemical vapor deposition), regardless of whether the deposited film is amorphous or polycrystalline, first some nucleus (a seed or center of film growth) on the insulating material. 30 and 31 occur (FIG. 7A). The molecules constituting the gas fly from the gas phase toward the substrate. These molecules receive heat from the substrate and cause a chemical reaction, and some molecules gather to produce these nuclei. The chemical reaction formula at this time is as follows, for example, taking monosilane as an example.

SiH → Si+2H
次に、これらの核30、31が成長して島34、35となり、この間にも、基板上の空いた領域に別の核32、33が生成される(図7(B))。そして、これらの核32、33も成長して島36、37となり、他の島34、35も、この間に更に成長する(図7(C))。このようにして、島と島の間に空いた領域がなくなると、もはや新たな核は生成されなくなる。一方、島34〜37の成長が更に進むと、島と島が合体して薄膜38が形成される(図7(D))。そして、この薄膜38が更に成長して、所望の膜厚の薄膜40が完成する(図7(E))。図7(E)に示すように、非晶質・多結晶質を問わず、薄膜40は元来堆積初期過程の島に対応する領域(堆積後期過程の島)51、52、53、54から構成される。絶縁物質表面が総て堆積膜にて被覆されるまでは島の成長と核の発生が競争過程にある。従って、核の発生速度を遅くし、かつ、島の成長速度を速くすれば、島は非常に大きくなり、結果として薄膜を構成する領域(堆積後期過程の島)51〜54は大きくなる。この点については、図8(A)〜(H)からも明らかである。図8(A)〜(D)は、本発明の場合であり、核の発生速度を遅くし、かつ、島の成長速度を速くした場合である。これに対して、図8(E)〜(H)の比較例では、本発明に比べて、核の発生速度が速く、島の成長速度は遅くなっている。これにより、例えば、図8(A)では核が3個発生するのに対して、図8(E)では、5個発生している。また、図8(B)の方が図8(F)よりも島の成長速度が速い。そして、島の成長速度が速いと、図8(C)に示すように、基板上の空いた領域が更に少なくなり、核の発生個数が更に低く抑えられる。これに対して、図8(G)では、島の成長速度が遅いため、基板上の空いた領域があまり少なくならず、図8(C)に比べれば核の発生個数はそれほど低く抑えられない。以上のようにして、比較例では島が小さくなるのに対して(図8(H))、本発明では島が非常に大きく成長することになる(図8(D))。そして、このようにして大きく成長した島(領域)から構成される半導体膜に熱酸化等を施し、非晶質状態から多結晶状態に変えると、図4に示すような、大きなグレインにより構成される半導体膜が形成されることになる。ここで、半導体膜を構成するこのような領域は、多結晶状態の場合には一般的にはグレインと呼ばれる。
SiH 4 → Si + 2H 2
Next, these nuclei 30 and 31 grow to become islands 34 and 35, and in the meantime, another nuclei 32 and 33 are generated in vacant regions on the substrate (FIG. 7B). These nuclei 32 and 33 also grow to become islands 36 and 37, and the other islands 34 and 35 further grow during this time (FIG. 7C). In this way, new nuclei are no longer generated when there is no more space between islands. On the other hand, when the growth of the islands 34 to 37 further proceeds, the islands and the islands are united to form a thin film 38 (FIG. 7D). Then, the thin film 38 is further grown to complete the thin film 40 having a desired film thickness (FIG. 7E). As shown in FIG. 7 (E), regardless of whether it is amorphous or polycrystalline, the thin film 40 is originally formed from regions (islands in the late deposition process) 51, 52, 53, and 54 corresponding to the islands in the early deposition process. Composed. Until all the insulating material surface is covered with the deposited film, island growth and nucleation are in a competitive process. Accordingly, if the generation rate of the nuclei is decreased and the growth rate of the islands is increased, the islands become very large. As a result, the regions (islands in the late deposition process) 51 to 54 constituting the thin film become large. This point is apparent from FIGS. 8A to 8H. FIGS. 8A to 8D show the case of the present invention, which is a case where the generation rate of nuclei is lowered and the growth rate of islands is increased. On the other hand, in the comparative examples of FIGS. 8E to 8H, the generation rate of nuclei is higher and the growth rate of islands is lower than in the present invention. Thus, for example, three nuclei are generated in FIG. 8A, whereas five nuclei are generated in FIG. 8E. In addition, the island growth rate is faster in FIG. 8B than in FIG. 8F. When the island growth rate is high, as shown in FIG. 8C, the vacant area on the substrate is further reduced, and the number of nuclei generated can be further reduced. On the other hand, in FIG. 8G, the island growth rate is slow, so that the number of vacant regions on the substrate is not so small, and the number of nuclei generated cannot be suppressed so low compared to FIG. 8C. As described above, the island is small in the comparative example (FIG. 8H), but the island grows very large in the present invention (FIG. 8D). Then, when the semiconductor film composed of the islands (regions) thus greatly grown is subjected to thermal oxidation or the like to change from the amorphous state to the polycrystalline state, it is composed of large grains as shown in FIG. A semiconductor film is formed. Here, such a region constituting the semiconductor film is generally called a grain in a polycrystalline state.

以上述べた本発明の原理は、堆積膜が非晶質の場合のみならず、多結晶の場合にも適用できる。しかし、特に非晶質膜の場合には、このような島と呼ばれる領域が存在すると考えるのは困難であった。即ち、非晶質(アモルファス)には、単結晶、多結晶のように成長方向等に秩序性がなくランダムであり、従って、このようなランダムなものとランダムなものとを区切る領域(境界)が存在するとは考えにくかったからである。例えば、図9には、堆積温度510℃、堆積速度12.9Å/minである場合のシリコン膜の非晶質状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真が示される。この図9は、図4に示したSEM写真の熱酸化前のものに相当する。図9に示すように、熱酸化前の非晶質膜では、SEMによっては、島と呼ばれる領域は観測されない。従って、非晶質膜の場合には、このような島と呼ばれる領域は存在しないと信じられていた。   The principle of the present invention described above can be applied not only when the deposited film is amorphous but also when it is polycrystalline. However, particularly in the case of an amorphous film, it is difficult to consider that such a region called an island exists. That is, amorphous is random with no order in the growth direction, such as single crystal and polycrystal, and therefore, a region (boundary) separating such random and random ones. Because it was difficult to think that there exists. For example, FIG. 9 shows an electron microscope (SEM) photograph showing the amorphous state of the silicon film when the deposition temperature is 510 ° C. and the deposition rate is 12.9 Å / min. FIG. 9 corresponds to the SEM photograph shown in FIG. 4 before thermal oxidation. As shown in FIG. 9, in the amorphous film before thermal oxidation, a region called an island is not observed depending on the SEM. Therefore, it was believed that such an area called an island does not exist in the case of an amorphous film.

しかし、本発明者が、この非晶質膜を原子間力顕微鏡(AFM)により観測したところ、このような島と呼ばれる領域が存在することが確認された。例えば、図10には、堆積温度510℃、堆積速度12.9Å/minである場合のシリコン膜の堆積直後の非晶質状態を示す電子顕微鏡(AFM)写真が示される。即ち、図9のSEMによっては確認されなかった島が、図10のAFMでは明瞭にその存在が確認されたのである。更に、図11には、堆積温度を570℃とした場合の、シリコン膜の非晶質状態を示す電子顕微鏡(AFM)写真が示される。また、図12には、このシリコン膜を熱酸化した後の多結晶状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真が示される。図10と図11を比較すれば明らかなように、堆積温度が上がると島の大きさは小さくなる。また、図4(図10の熱酸化後に相当)と図12(図11の熱酸化後に相当)を比較すれば明らかなように、堆積温度が上がり堆積膜を構成する島が小さくなると、熱酸化後の多結晶膜を構成するグレイン面積(グレイン・サイズ)も小さくなる。このように、堆積膜を構成する島(領域)の大小と、それらの膜を熱酸化して得られた多結晶膜を構成するグレインの大小は明らかに強い相関がある。即ち、大きい島(領域)から構成されている堆積膜を熱酸化した時は大きいグレインから構成される多結晶膜と熱酸化膜が得られるのである。   However, when the present inventor observed this amorphous film with an atomic force microscope (AFM), it was confirmed that such a region called an island was present. For example, FIG. 10 shows an electron microscope (AFM) photograph showing an amorphous state immediately after deposition of a silicon film when the deposition temperature is 510 ° C. and the deposition rate is 12.9 Å / min. That is, the island that was not confirmed by the SEM of FIG. 9 was clearly confirmed by the AFM of FIG. Further, FIG. 11 shows an electron microscope (AFM) photograph showing the amorphous state of the silicon film when the deposition temperature is 570 ° C. Further, FIG. 12 shows an electron microscope (SEM) photograph showing a polycrystalline state after the silicon film is thermally oxidized. As is clear from a comparison between FIG. 10 and FIG. 11, the island size decreases as the deposition temperature increases. 4 (corresponding after thermal oxidation in FIG. 10) and FIG. 12 (corresponding after thermal oxidation in FIG. 11), as the deposition temperature rises and the islands constituting the deposited film become smaller, The grain area (grain size) constituting the subsequent polycrystalline film is also reduced. Thus, the size of the islands (regions) constituting the deposited film and the size of the grains constituting the polycrystalline film obtained by thermally oxidizing these films are clearly strongly correlated. That is, when a deposited film composed of large islands (regions) is thermally oxidized, a polycrystalline film composed of large grains and a thermal oxide film are obtained.

実際、本発明による薄膜半導体装置(図3の○印)のシリコン膜はいずれもLPCVD法で堆積された直後は非晶質状態であり、その非晶質を構成する島(領域)の大きさ(直径)は、例えば図10に示す場合には100nmから400nm程度に分布している。また、島の平均面積は、グレインの平均面積とほぼ同等、あるいは、若干小さくなり、堆積温度及び堆積速度が最適の場合で10000nm以上となる。 Actually, the silicon films of the thin film semiconductor device according to the present invention (circles in FIG. 3) are all in an amorphous state immediately after being deposited by the LPCVD method, and the size of islands (regions) constituting the amorphous state. For example, in the case shown in FIG. 10, the (diameter) is distributed from about 100 nm to about 400 nm. Further, the average area of the island is almost equal to or slightly smaller than the average area of the grain, and is 10,000 nm 2 or more when the deposition temperature and the deposition rate are optimum.

これに対して、堆積温度が580℃以上でシリコン膜を堆積し、熱酸化法を用いて薄膜半導体装置を作成した比較例では、LPCVD法で堆積された直後は多結晶状態で、その多結晶を構成する領域の大きさ(直径)は20nmから80nm程度に分布している。また、この場合の領域の平均面積も10000nm以下となる。なお、図13には、堆積温度が600℃の場合の熱酸化前の多結晶状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真を示す。更に、シリコン膜を580℃以下でかつ堆積速度が6Å/min未満で堆積した場合、堆積膜は非晶質状態で、その非晶質を構成する領域の大きさはやはり20nmから80nm程度であった。このように堆積直後の半導体膜を構成する領域の直径が100nm以上に分布している場合、これらの半導体膜を熱酸化する事により、多結晶半導体膜のグレイン面積の平均値は10000nm以上と大きくなり、結局高性能の薄膜半導体装置が得られるのである。本第2の実施例では真性シリコン膜を例として詳述したが、半導体膜堆積過程を調整して大きな領域を有する薄膜を堆積し、これらを熱酸化して大粒径の多結晶質半導体膜を得て、高性能の薄膜半導体装置を製造するという本発明は普遍的である。従って、真性シリコン膜にのみならずドナー、またはアクセプターを含んだシリコン膜や、あるいはシリコン・ゲルマニウム膜等を半導体層に用いた場合にも本発明は有効である。また、半導体膜堆積法もLPCVD法に限らずプラズマCVD法やスパッター法、あるいは蒸着法等でも構わない。そして、これらの方法で膜形成した直後の半導体膜を構成する島(領域)の平均面積が10000nm以上であれば、熱酸化により大粒径多結晶膜が得られ、高性能な薄膜半導体装置が製造される。 In contrast, in a comparative example in which a silicon film is deposited at a deposition temperature of 580 ° C. or more and a thin film semiconductor device is formed using a thermal oxidation method, a polycrystalline state is formed immediately after deposition by the LPCVD method. The size (diameter) of the region that constitutes is distributed from about 20 nm to about 80 nm. In addition, the average area of the region in this case is 10000 nm 2 or less. FIG. 13 shows an electron microscope (SEM) photograph showing a polycrystalline state before thermal oxidation when the deposition temperature is 600 ° C. Further, when the silicon film is deposited at 580 ° C. or less and the deposition rate is less than 6 Å / min, the deposited film is in an amorphous state, and the size of the region constituting the amorphous material is still about 20 nm to 80 nm. It was. As described above, when the diameter of the region constituting the semiconductor film immediately after deposition is distributed to 100 nm or more, by thermally oxidizing these semiconductor films, the average value of the grain area of the polycrystalline semiconductor film is 10000 nm 2 or more. As a result, a high-performance thin film semiconductor device is obtained. In the second embodiment, the intrinsic silicon film is described in detail as an example. However, the semiconductor film deposition process is adjusted to deposit a thin film having a large region, and these are thermally oxidized to form a polycrystalline semiconductor film having a large grain size. The present invention of manufacturing a high-performance thin film semiconductor device is universal. Therefore, the present invention is effective not only in the case of using an intrinsic silicon film but also in the case where a silicon film containing a donor or an acceptor, a silicon germanium film, or the like is used for a semiconductor layer. The semiconductor film deposition method is not limited to the LPCVD method, and may be a plasma CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. If the average area of the island (region) constituting the semiconductor film immediately after film formation by these methods is 10000 nm 2 or more, a large grain polycrystalline film can be obtained by thermal oxidation, and a high performance thin film semiconductor device Is manufactured.

B.堆積温度、堆積速度について
以上のように、本発明では、核の発生速度を遅くし、かつ、島の成長速度を速くする条件で半導体膜を堆積する。この場合、核の発生速度、島の成長速度をどのようにして制御するかが問題となる。そして、本実施例では、例えば核の発生速度を堆積温度(基板表面の温度)で制御し、島の成長速度を堆積速度で制御している。そして、堆積温度を低くすることで核の発生速度を遅くし、堆積速度を速めることで島の成長速度を速めている。但し、核の発生速度、島の成長速度を制御する手法は上記のものに限らず、例えば基板の材質等を変更することで核の発生速度を遅くすることも可能である。基板の材質等の変更としては、例えば特殊な二酸化珪素膜を採用すること等が考えられる。
B. Regarding Deposition Temperature and Deposition Rate As described above, in the present invention, the semiconductor film is deposited under the condition that the nucleus generation rate is lowered and the island growth rate is increased. In this case, the problem is how to control the nucleus generation rate and the island growth rate. In this embodiment, for example, the nucleus generation rate is controlled by the deposition temperature (substrate surface temperature), and the island growth rate is controlled by the deposition rate. And by lowering the deposition temperature, the generation rate of nuclei is reduced, and by increasing the deposition rate, the growth rate of the island is increased. However, the method for controlling the nucleus generation rate and the island growth rate is not limited to the above-described method, and the nucleus generation rate can be reduced by changing the material of the substrate, for example. For example, a special silicon dioxide film may be employed as a change in the material of the substrate.

さて、堆積速度は、堆積温度を固定とした場合には、原料ガス(モノシラン、ジシラン等)の流量及び堆積圧力により制御することができる。但し、堆積速度は堆積温度にも関係し、堆積温度が高くなると堆積速度も速くなる。しかし、堆積温度を高くしてしまうと、今度は、上述のように核の発生速度は更に速くなってしまい、本発明の原理を実現し得ない。そこで、本実施例では、堆積温度を低い値に固定し、これにより核の発生速度を遅くし、一方、低温化により遅くなった堆積速度を速めるために、原料ガスの流量を高める、あるいは、堆積圧力を大きくしているのである。これにより、本発明の原理と矛盾しない制御手法を実現できることになる。これに対して、比較例では、慣用的に例えば堆積温度を600℃〜650℃の範囲としていた。そして、この条件では、図3から明らかなように、原料ガスの流量、堆積圧力を制御し堆積速度を速めても、核の発生速度が速すぎるために堆積膜を構成する島は小さく、移動度の高い良質の半導体膜は得られなかったのである。   Now, when the deposition temperature is fixed, the deposition rate can be controlled by the flow rate of the source gas (monosilane, disilane, etc.) and the deposition pressure. However, the deposition rate is also related to the deposition temperature, and the deposition rate increases as the deposition temperature increases. However, if the deposition temperature is increased, the generation speed of nuclei is further increased as described above, and the principle of the present invention cannot be realized. Therefore, in this embodiment, the deposition temperature is fixed to a low value, thereby slowing the generation rate of the nuclei, while increasing the flow rate of the source gas in order to increase the deposition rate that has been slowed by lowering the temperature, or The deposition pressure is increased. As a result, a control method consistent with the principle of the present invention can be realized. In contrast, in the comparative example, for example, the deposition temperature is conventionally in the range of 600 ° C to 650 ° C. Under these conditions, as is apparent from FIG. 3, even when the flow rate of the source gas and the deposition pressure are controlled to increase the deposition rate, the generation rate of the nuclei is too high, so the islands constituting the deposited film are small and move. A high-quality, high-quality semiconductor film could not be obtained.

さて、厳密にいうと、堆積速度は、堆積温度、原料ガスの流量、堆積圧力のみならず、例えばLPCVD装置の容積、基板挿入後の反応総面積にも関係する。例えば、反応総面積が大きい場合には、同じ原料ガスの流量でも堆積速度は遅くなる。なお、堆積速度が、どのようにして決定されるかについては、例えば(J.Appl.Phys.74(4),15 August 1993 ページ2870〜2885)に記載されている。要約すれば、堆積速度は、堆積温度を固定とした場合には、原料ガスの濃度の関数となり、この濃度が大きいほど堆積速度は速くなる。そして、原料ガスの濃度は、原料ガスの分圧及び原料ガスの温度の関数となり、原料ガスの分圧が高いほど濃度は高くなり、原料ガスの温度が高いほど濃度は低くなる。また、原料ガスの温度は、チャンバーに付属するのポンプの排気速度と、原料ガスの流量で決まる。また、堆積圧力も、ポンプの性能、あるいは、原料ガスの流量等にも関係する。いずれにしても、堆積速度は、堆積温度、LPCVD装置の容積、反応総面積等のパラメータを固定すれば、原料ガスの流量、堆積圧力で制御できることになる。   Strictly speaking, the deposition rate is related not only to the deposition temperature, the flow rate of the source gas, and the deposition pressure, but also to, for example, the volume of the LPCVD apparatus and the total reaction area after inserting the substrate. For example, when the total reaction area is large, the deposition rate is slow even with the same raw material gas flow rate. For example, (J. Appl. Phys. 74 (4), 15 August 1993, pages 2870 to 2885) describes how the deposition rate is determined. In summary, the deposition rate is a function of the concentration of the source gas when the deposition temperature is fixed, and the higher the concentration, the faster the deposition rate. The concentration of the source gas becomes a function of the partial pressure of the source gas and the temperature of the source gas. The higher the partial pressure of the source gas, the higher the concentration, and the higher the source gas temperature, the lower the concentration. The temperature of the source gas is determined by the pumping speed of the pump attached to the chamber and the source gas flow rate. The deposition pressure is also related to the performance of the pump or the flow rate of the source gas. In any case, the deposition rate can be controlled by the flow rate of the source gas and the deposition pressure if parameters such as the deposition temperature, the volume of the LPCVD apparatus, and the total reaction area are fixed.

なお、核の発生速度も、原料ガスの流量、堆積圧力により影響される。しかし、核の発生速度に、より大きく影響を与えるのは堆積温度であり、原料ガスの流量を多くし、堆積圧力を高くする効果は、核の発生速度を速めるよりも、堆積速度を速める方に強く影響を与えることになる。   The generation rate of nuclei is also affected by the flow rate of the source gas and the deposition pressure. However, the deposition temperature has a greater effect on the nucleus generation rate. The effect of increasing the flow rate of the source gas and increasing the deposition pressure is to increase the deposition rate rather than to increase the nucleus generation rate. Will be strongly affected.

また、堆積速度は、堆積された膜厚を堆積時間で除算したものに対応し、堆積時間は、核の発生に要する時間と、島の成長に要する時間を加算したものに相当する。一方、島の成長速度は堆積膜厚を堆積時間で微分したものに相当する。従って、厳密に言うと堆積速度は、島の成長速度に相関はするが、等しいものではない。しかしながら、通常は、核の発生に要する時間は数百Å以上の膜を堆積する時間に比べて十分に小さいため、堆積速度と島の成長速度はほとんど等しくなる。実際、図3に示す全ての実験データでは、堆積時間(T)と堆積膜厚(tsi)は、次式(原点を通る直線の式)の関係となっている。   The deposition rate corresponds to the deposited film thickness divided by the deposition time, and the deposition time corresponds to the sum of the time required for nucleus generation and the time required for island growth. On the other hand, the growth rate of the island corresponds to a value obtained by differentiating the deposited film thickness with the deposition time. Therefore, strictly speaking, the deposition rate correlates with the growth rate of the islands, but is not equal. However, usually, the time required for the generation of nuclei is sufficiently small compared with the time for depositing a film of several hundreds of liters or more, so that the deposition rate and the island growth rate are almost equal. In fact, in all the experimental data shown in FIG. 3, the deposition time (T) and the deposited film thickness (tsi) have the relationship of the following equation (linear equation passing through the origin).

tsi=DR×T
即ち、堆積速度DRと島の成長速度とは測定誤差内で一致しているのである。
tsi = DR × T
In other words, the deposition rate DR and the island growth rate agree with each other within the measurement error.

C.堆積温度の最適値について
さて、図3では、堆積温度が580℃以下が好ましいとしたが、580℃以下においても臨界点となる温度が存在する。例えば、図14には、堆積温度と熱酸化後の平均グレイン面積との関係を示す特性図が示される。なお、図14の中の□で示す点を決めたデータを図15と図6(A)に示す。図14に示すように、堆積温度が580℃を境として、平均グレイン面積は非常に大きくなる。しかし、同図に示すように、好ましくは550℃以下とすることで、平均グレイン面積の極大値を採用することが可能となる。また、図16は、堆積温度とトランジスタのオフ時のリーク電流との関係を示す特性図である。図16に示すように、堆積温度が530℃以下となる範囲で、オフ時のリーク電流が大幅に減少する。オフ時のリーク電流は、一般に、結晶内に欠陥が多いと高くなる。従って、図16の特性図より、530℃以下で半導体膜を堆積して、熱酸化を行った場合には、単にグレイン面積が大きくなるばかりではなく、結晶内の欠陥を低減できることが理解される。
C. Regarding the optimum value of the deposition temperature In FIG. 3, it is assumed that the deposition temperature is preferably 580 ° C. or lower. For example, FIG. 14 shows a characteristic diagram showing the relationship between the deposition temperature and the average grain area after thermal oxidation. 14 and FIG. 6A show data in which the points indicated by □ in FIG. 14 are determined. As shown in FIG. 14, the average grain area becomes very large at the deposition temperature of 580 ° C. However, as shown in the figure, it is possible to adopt the maximum value of the average grain area, preferably by setting it to 550 ° C. or less. FIG. 16 is a characteristic diagram showing the relationship between the deposition temperature and the leakage current when the transistor is off. As shown in FIG. 16, in the range where the deposition temperature is 530 ° C. or less, the leakage current at the off time is greatly reduced. In general, the off-state leakage current increases when there are many defects in the crystal. Therefore, from the characteristic diagram of FIG. 16, it is understood that when a semiconductor film is deposited at 530 ° C. or lower and thermal oxidation is performed, not only the grain area is increased, but also defects in the crystal can be reduced. .

なお、堆積温度の下限値は、原料ガスの種類等により決めることができ、原料ガスがモノシランである場合には例えば460℃となり、ジシランの場合には、例えば370℃となる。   The lower limit of the deposition temperature can be determined depending on the type of raw material gas and the like. When the raw material gas is monosilane, for example, it is 460 ° C., and when it is disilane, it is, for example, 370 ° C.

また、図14では、堆積温度が500℃より低くなるとグレイン面積が小さくなっているが、これは原料ガスがモノシランの場合であり、ジシラン等の場合にはこのような結果とはならない。その理由は、モノシランの場合には、堆積温度500℃よりも低くなると堆積速度も小さくなるが、ジシラン等の場合はそのようにならないからである。   In FIG. 14, when the deposition temperature is lower than 500 ° C., the grain area is reduced. This is a case where the source gas is monosilane, and such a result is not obtained when disilane or the like is used. The reason is that in the case of monosilane, the deposition rate decreases when the deposition temperature is lower than 500 ° C., but in the case of disilane or the like, this is not the case.

D.半導体膜表面及びゲート絶縁膜表面の粗さについて
一般に熱酸化法にて酸化膜を形成する場合、出来上がった酸化膜の表面形状は酸化前の半導体膜の表面形状をそのまま引き継ぐ。MOS型電界効果トランジスタはこうした酸化膜の上にゲート電極を形成するから、LPCVD法等で堆積された直後の半導体膜の表面形状が薄膜半導体装置のゲート絶縁膜とゲート電極との界面形状に反映される。換言すれば、堆積半導体膜が滑らかならばゲート絶縁膜とゲート電極界面も滑らかであるし、堆積半導体膜表面が凸凹であれば、ゲート絶縁膜とゲート電極界面も凸凹である。こうしたゲート絶縁膜とゲート電極界面の平坦度は薄膜半導体装置を製造した時のソース・ゲート間耐圧またはドレイン・ゲート間耐圧に影響を及ぼす。凸凹が激しい場合電界集中が容易に生ずるため、局所的に高電界が生じ、簡単にソース・ゲート間またはドレイン・ゲート間になだれ降伏が生じてしまう。本実施例による薄膜半導体装置(図3の○印)は堆積半導体膜表面が非常に滑らかであったため、熱酸化後のゲート絶縁膜表面の粗さは、中心線平均粗さ(Ra)の平均値が1.995nmで95%の信頼係数における区間推定値は0.323nmであった。これに対して比較例による薄膜半導体装置(図3の×印)は堆積温度のいかんに関わり無く堆積半導体膜の表面は凸凹しており、熱酸化後のゲート絶縁膜表面の粗さは中心線平均粗さ(Ra)の平均値が3.126nmで95%の信頼係数における区間推定値は0.784nmであった。なお、このように本実施例の場合に、堆積半導体膜の表面が滑らかである理由は、非晶質状態での島の領域が図10に示すように大きいことに起因する。また、ここでいう中心線平均粗さとは、粗さ曲線を中心線から折り返して得られる部分の面積を、測定長さで除算したものをいう。
D. Regarding the roughness of the surface of the semiconductor film and the surface of the gate insulating film In general, when an oxide film is formed by a thermal oxidation method, the surface shape of the completed oxide film inherits the surface shape of the semiconductor film before oxidation. Since the MOS field effect transistor forms a gate electrode on such an oxide film, the surface shape of the semiconductor film immediately after being deposited by the LPCVD method or the like reflects the interface shape between the gate insulating film and the gate electrode of the thin film semiconductor device. Is done. In other words, if the deposited semiconductor film is smooth, the interface between the gate insulating film and the gate electrode is also smooth. If the surface of the deposited semiconductor film is uneven, the interface between the gate insulating film and the gate electrode is also uneven. The flatness at the interface between the gate insulating film and the gate electrode affects the source-gate breakdown voltage or the drain-gate breakdown voltage when the thin film semiconductor device is manufactured. When the unevenness is severe, electric field concentration easily occurs, and a high electric field is generated locally, and avalanche breakdown easily occurs between the source and gate or between the drain and gate. Since the surface of the deposited semiconductor film was very smooth in the thin film semiconductor device (circle mark in FIG. 3) according to this example, the roughness of the surface of the gate insulating film after thermal oxidation is the average of the center line average roughness (Ra). The interval estimate at a value of 1.995 nm and 95% confidence coefficient was 0.323 nm. In contrast, the surface of the deposited semiconductor film is uneven regardless of the deposition temperature, and the roughness of the surface of the gate insulating film after thermal oxidation is the center line, regardless of the deposition temperature. The average value of the average roughness (Ra) was 3.126 nm, and the interval estimate value with a 95% confidence coefficient was 0.784 nm. In this embodiment, the reason why the surface of the deposited semiconductor film is smooth is that the island region in the amorphous state is large as shown in FIG. The centerline average roughness here refers to the area of the portion obtained by folding the roughness curve from the centerline divided by the measured length.

こうした事実を反映して、本発明による薄膜半導体装置(図3の○印)のソース・ゲート間耐圧はソースを接地し、ゲートを負にした時、各試料に対して3個の薄膜半導体装置を調べたところ、全試料とも100v以上(耐圧8.333Mv/cm以上)と非常に良好であった。これに対して比較例による薄膜半導体装置(図3の×印)のソース・ゲート間耐圧は、ソースを接地しゲートを負にした時、測定11試料で各3個の薄膜半導体装置を調べた結果100v以上の耐圧を示したのは28個で、65vでなだれ降伏を生ずる試料(堆積温度が585℃、移動度が15cm/v・sの試料)もあった(図17参照)。薄膜半導体装置を液晶パネルに応用する場合ソース・ゲート間の最大印加電圧は20v程度であるが、一つのパネルには数十万個以上の薄膜半導体装置が存在する。そして、ソース・ゲート間なだれ降伏が確率過程であるから、本発明の薄膜半導体装置が比較例に比べてソース・ゲート短絡による画素欠陥を大幅に改善している事が理解される。 Reflecting these facts, the breakdown voltage between the source and gate of the thin film semiconductor device according to the present invention (circled in FIG. 3) is three thin film semiconductor devices for each sample when the source is grounded and the gate is negative. As a result, all samples were very good at 100 v or higher (withstand pressure of 8.333 Mv / cm or higher). On the other hand, the breakdown voltage between the source and gate of the thin film semiconductor device according to the comparative example (marked with x in FIG. 3) was examined for each of the three thin film semiconductor devices with 11 samples measured when the source was grounded and the gate was negative. As a result, 28 samples showed a breakdown voltage of 100v or more, and there was a sample (a sample with a deposition temperature of 585 ° C. and a mobility of 15 cm 2 / v · s) that caused avalanche breakdown at 65v (see FIG. 17). When a thin film semiconductor device is applied to a liquid crystal panel, the maximum applied voltage between the source and the gate is about 20 V, but there are several hundred thousand or more thin film semiconductor devices in one panel. Since the avalanche breakdown between the source and the gate is a stochastic process, it is understood that the thin film semiconductor device of the present invention greatly improves the pixel defect due to the source and gate short circuit as compared with the comparative example.

3.第3の実施例
LPCVD法により、原料ガスを変更し、その他の工程は第1の実施例に詳述した製造工程で薄膜半導体装置を作成した。第3の実施例では第1の実施例で詳述したLPCVD装置にて、原料ガスとして純度99.99%以上のジシラン(Si)を用いて半導体膜を堆積した。堆積温度は450℃でジシランを100SCCM反応炉に導入した。希釈ガスとしては純度99.9995%以上のヘリウムを用い100SCCM反応炉に導入した。シリコン膜堆積中の圧力は0.3torrであり、堆積速度は19.97Å/minであった。こうして得られたシリコン膜は非晶質状態で、その膜厚は1000Åであり、非晶質膜を構成する島(領域)の大きさは150nmから450nm程度に分布していた。この非晶質膜をパターニング加工した後、1160℃の100%酸素雰囲気化にて1気圧で23分36秒間熱酸化を施した。熱酸化後のゲート絶縁膜表面の粗さは、中心線平均粗さ(Ra)では1.84nmであった。またゲート絶縁膜を10%弗化水素酸水溶液にて剥離して、露出した多結晶シリコン膜表面をSEM観察したところ、多結晶シリコン膜のグレイン面積の平均値及び標準偏差は各々14110nmと15595nmであった。以下、第1の実施例で詳述した製造工程で薄膜半導体装置を作成し、トランジスタ特性を測定した。測定条件やオン電流、オフ電流、移動度の定義は第1の実施例と同一である。その結果水素化処理を全く施さずとも、オン電流は53.5μA、オフ電流は0.154pA、移動度は78.5cm/v・secと良好な薄膜半導体装置が得られた。またソース・ゲート間耐圧は薄膜半導体装置3点を測定していずれも100V以上であった。更にこの薄膜半導体装置に水素プラズマ照射を2時間施したところ、オン電流は77.7μA、オフ電流は0.137pA、移動度は107cm/v・secへと改善された。
3. Third Example The material gas was changed by the LPCVD method, and the thin film semiconductor device was produced by the manufacturing process detailed in the first example for other processes. In the third example, a semiconductor film was deposited using disilane (Si 2 H 6 ) having a purity of 99.99% or more as a source gas in the LPCVD apparatus described in detail in the first example. The deposition temperature was 450 ° C. and disilane was introduced into the 100 SCCM reactor. Helium having a purity of 99.9995% or more was used as a dilution gas and introduced into a 100 SCCM reactor. The pressure during silicon film deposition was 0.3 torr, and the deposition rate was 19.97 Å / min. The silicon film thus obtained was in an amorphous state and had a thickness of 1000 mm. The size of islands (regions) constituting the amorphous film was distributed from about 150 nm to about 450 nm. After patterning the amorphous film, thermal oxidation was performed at 1 atm for 23 minutes and 36 seconds in a 100% oxygen atmosphere at 1160 ° C. The surface roughness of the gate insulating film after thermal oxidation was 1.84 nm in terms of centerline average roughness (Ra). Further, when the gate insulating film was peeled off with a 10% hydrofluoric acid aqueous solution and the exposed surface of the polycrystalline silicon film was observed with an SEM, the average value and standard deviation of the grain area of the polycrystalline silicon film were 14110 nm 2 and 15595 nm, respectively. 2 . Hereinafter, a thin film semiconductor device was created by the manufacturing process detailed in the first embodiment, and transistor characteristics were measured. The definitions of measurement conditions, on-current, off-current, and mobility are the same as in the first embodiment. As a result, an excellent thin film semiconductor device with an on-current of 53.5 μA, an off-current of 0.154 pA, and a mobility of 78.5 cm 2 / v · sec was obtained without any hydrogenation treatment. Further, the source-gate breakdown voltage was 100 V or higher in all three thin film semiconductor devices. Further, when this thin film semiconductor device was irradiated with hydrogen plasma for 2 hours, the on-current was improved to 77.7 μA, the off-current to 0.137 pA, and the mobility to 107 cm 2 / v · sec.

本第3の実施例が示すように、半導体膜を580℃以下で且つ堆積速度6Å/min以上で堆積して熱酸化を施すと、多結晶シリコン膜の平均グレイン面積は10000nm以上となり、ゲート絶縁膜とゲート電極との界面が滑らかになり、高性能薄膜半導体装置が得られるという効果は、原料ガスの種類をモノシランとした場合に限定されない。これは本発明の基礎概念が、堆積温度を下げる事で絶縁性物質上に生まれる核の発生速度を遅くし、かつ、島の成長速度を6Å/min以上と速くする事により半導体膜を構成する領域(島)を滑らかで大きくするとの原理に基づいているためである。従って、核発生速度が小さく、島の成長速度が速い系ならば全て本発明は有効である。第3の実施例では原料ガスとしてジシランを用いたが、堆積温度を580℃以下にする事により核発生速度を押さえ、かつ堆積速度が6Å/min以上で島の成長速度を速くし得る原料ならば、例えばトリシラン(Si)や弗化シラン(Si:n、x、yは整数)、塩化シラン(SiCl:n、x、yは整数)などに対しても本発明は有効である。 As shown in the third embodiment, when the semiconductor film is deposited at a temperature of 580 ° C. or less and at a deposition rate of 6 Å / min or more and subjected to thermal oxidation, the average grain area of the polycrystalline silicon film becomes 10000 nm 2 or more. The effect of smoothing the interface between the insulating film and the gate electrode and obtaining a high-performance thin film semiconductor device is not limited to the case where the type of source gas is monosilane. This is because the basic concept of the present invention is to form a semiconductor film by lowering the deposition temperature and slowing down the generation rate of nuclei generated on the insulating material and increasing the island growth rate to 6 Å / min or more. This is because the region (island) is based on the principle of making it smooth and large. Therefore, the present invention is effective for any system in which the nucleation rate is low and the island growth rate is high. In the third embodiment, disilane is used as a raw material gas. However, if the raw material gas can suppress the nucleation rate by setting the deposition temperature to 580 ° C. or lower, and can increase the island growth rate at a deposition rate of 6 μm / min or higher. For example, trisilane (Si 3 H 6 ), fluorinated silane (Si n H x F y : n, x, y are integers), silane chloride (Si n H x Cl y : n, x, y are integers), etc. However, the present invention is also effective.

4.第4の実施例
ゲート絶縁層を形成するための熱酸化温度を変えて薄膜半導体装置を作成した。本第4の実施例では石英基板上に真性シリコン膜をLPCVD法にて1000Åの膜厚に堆積した。堆積条件は第1の実施例と同様である。即ち、堆積温度は510℃で原料ガスとして純度99.99%以上のモノシランを用い、100SCCM反応炉に供給した。堆積圧力は0.8torrで、シリコン膜堆積速度は21.5Å/minであった。シリコン膜をパターニング加工した後、熱酸化法でシリコン膜表面にゲート絶縁層となる酸化珪素膜を形成した。この際、熱酸化温度をパラメータとした。熱酸化温度は1160℃、1100℃、1050℃、1000℃、950℃、900℃であった。熱酸化炉は初め100%酸素雰囲気の1気圧で800℃に保たれている。この状態の熱酸化炉に基板を挿入した後、所望の酸化温度迄10℃/minの昇温速度で昇温した。酸化温度に達した後、各温度に応じて適当な時間、その状態に維持し熱酸化を進めた。1160℃の場合この時間は23分36秒である。以下、1100℃では51分59秒、1050℃では1時間38分33秒、1000℃では3時間17分15秒、950℃では6時間49分40秒、900℃では14時間48分23秒であった。この熱酸化が終了後、反応炉内を窒素で置換して熱酸化温度にて15分間維持してから基板を取り出した。この工程により、総ての熱酸化温度にて、熱酸化膜の膜厚は1200Åとなり、薄膜半導体装置の能動層となる多結晶シリコン膜の膜厚は400Åとなる。以下、第1の実施例に詳述した工程と全く同工程で薄膜半導体装置を作成した。但し、第4の実施例では最後の水素化処理を施さなかった。こうして得られた薄膜半導体装置のトランジスタ特性を図18のAに示す。図18では縦軸はオン電流である。また上側の横軸は熱酸化温度で、下側の横軸は熱酸化温度の絶対温度の逆数を示している。図18より熱酸化温度を下げると、トランジスタ特性は劣化するものの、本発明により作成された薄膜半導体装置はその劣化の程度が比較的小さい事が分かる。図18のBには比較のため、比較例で作成された薄膜半導体装置のトランジスタ特性の熱酸化温度依存性が示されている。比較例による薄膜半導体装置は、いずれ能動層になるシリコン膜を堆積温度600℃、モノシラン流量100SCCM、堆積圧力40mtorr、堆積速度38.1Å/minで堆積した後、上述の製造方法で薄膜半導体装置を作成したものである。比較例による薄膜半導体装置は、熱酸化温度を下げると急激に特性が劣化し、事実上熱酸化温度を低下し得ない事がわかる。これに対して本発明の薄膜半導体装置は、熱酸化温度を900℃としてもなお、比較例の1160℃の熱酸化で得られた薄膜半導体装置よりも優れている事がわかる。これは比較例による薄膜半導体装置では熱酸化温度を1100℃程度以下にするとMOS界面(半導体層とゲート絶縁層の界面)の面粗れがひどくなり、その面粗れの程度が熱酸化温度を下げる程ひどくなるのに対し、本実施例による薄膜半導体装置ではMOS界面が非常に安定で、熱酸化温度を下げてもMOS界面の粗さがあまりひどくならないことによる。
4). Fourth Example Thin film semiconductor devices were prepared by changing the thermal oxidation temperature for forming the gate insulating layer. In the fourth embodiment, an intrinsic silicon film is deposited on a quartz substrate to a thickness of 1000 mm by LPCVD. Deposition conditions are the same as in the first embodiment. That is, the deposition temperature was 510 ° C., monosilane having a purity of 99.99% or more was used as a raw material gas, and the monosilane was supplied to a 100 SCCM reactor. The deposition pressure was 0.8 torr and the silicon film deposition rate was 21.5 Å / min. After patterning the silicon film, a silicon oxide film serving as a gate insulating layer was formed on the silicon film surface by a thermal oxidation method. At this time, the thermal oxidation temperature was used as a parameter. The thermal oxidation temperatures were 1160 ° C, 1100 ° C, 1050 ° C, 1000 ° C, 950 ° C and 900 ° C. The thermal oxidation furnace is initially maintained at 800 ° C. at 1 atmosphere in a 100% oxygen atmosphere. After inserting the substrate into the thermal oxidation furnace in this state, the temperature was raised to a desired oxidation temperature at a rate of 10 ° C./min. After reaching the oxidation temperature, thermal oxidation was carried out while maintaining that state for an appropriate time according to each temperature. In the case of 1160 ° C., this time is 23 minutes and 36 seconds. Below, 51 minutes 59 seconds at 1100 ° C, 1 hour 38 minutes 33 seconds at 1050 ° C, 3 hours 17 minutes 15 seconds at 1000 ° C, 6 hours 49 minutes 40 seconds at 950 ° C, 14 hours 48 minutes 23 seconds at 900 ° C there were. After completion of this thermal oxidation, the inside of the reaction furnace was replaced with nitrogen and maintained at the thermal oxidation temperature for 15 minutes, and then the substrate was taken out. By this step, the film thickness of the thermal oxide film becomes 1200 mm at all thermal oxidation temperatures, and the film thickness of the polycrystalline silicon film serving as the active layer of the thin film semiconductor device becomes 400 mm. Thereafter, a thin film semiconductor device was fabricated in exactly the same steps as those described in detail in the first embodiment. However, the final hydrogenation treatment was not performed in the fourth example. The transistor characteristics of the thin film semiconductor device thus obtained are shown in FIG. In FIG. 18, the vertical axis represents the on-current. The upper horizontal axis represents the thermal oxidation temperature, and the lower horizontal axis represents the reciprocal of the absolute temperature of the thermal oxidation temperature. It can be seen from FIG. 18 that when the thermal oxidation temperature is lowered, the transistor characteristics deteriorate, but the degree of deterioration of the thin film semiconductor device fabricated according to the present invention is relatively small. For comparison, FIG. 18B shows the thermal oxidation temperature dependence of the transistor characteristics of the thin film semiconductor device prepared in the comparative example. In the thin film semiconductor device according to the comparative example, a silicon film that will eventually become an active layer is deposited at a deposition temperature of 600 ° C., a monosilane flow rate of 100 SCCM, a deposition pressure of 40 mtorr, and a deposition rate of 38.1 L / min. It was created. It can be seen that the characteristics of the thin film semiconductor device according to the comparative example are rapidly deteriorated when the thermal oxidation temperature is lowered, and the thermal oxidation temperature cannot actually be lowered. On the other hand, it can be seen that the thin film semiconductor device of the present invention is superior to the thin film semiconductor device obtained by thermal oxidation at 1160 ° C. in the comparative example even when the thermal oxidation temperature is 900 ° C. In the thin film semiconductor device according to the comparative example, the surface roughness of the MOS interface (interface between the semiconductor layer and the gate insulating layer) becomes severe when the thermal oxidation temperature is about 1100 ° C. or less. This is because the MOS interface is very stable in the thin film semiconductor device according to the present embodiment, but the roughness of the MOS interface does not become so severe even if the thermal oxidation temperature is lowered.

図19、図20、図21には、各々、熱酸化温度を1160℃、1050℃、900℃とした場合の、本実施例の薄膜半導体装置のMOS界面の状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真が示される。一方、図22、図23、図24には、各々、熱酸化温度を1160℃、1050℃、900℃とした場合の、比較例の薄膜半導体装置のMOS界面の状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真が示される。これらの写真から、本実施例による薄膜半導体装置は、比較例に比べて、熱酸化温度を下げてもMOS界面の粗さがあまりひどくならないことが理解される。例えば、共に熱酸化温度1160℃である図19(本実施例)と図22(比較例)とを比較すると、MOS界面は平滑で両者の間にそれほどの差はない。しかし、共に熱酸化温度1050℃である図20(本実施例)と図23(比較例)とを比較すると、MOS界面の粗さにかなりの差が生じる。そして、共に熱酸化温度900℃である図21(本実施例)と図24(比較例)とでは、その差は更に顕著に広がる。   19, 20, and 21 are electron microscope (SEM) photographs showing the state of the MOS interface of the thin film semiconductor device of this example when the thermal oxidation temperatures are 1160 ° C., 1050 ° C., and 900 ° C., respectively. Is shown. On the other hand, FIG. 22, FIG. 23 and FIG. 24 show electron microscopes (SEMs) showing the states of the MOS interface of the thin film semiconductor device of the comparative example when the thermal oxidation temperatures are 1160 ° C., 1050 ° C., and 900 ° C., respectively. A picture is shown. From these photographs, it is understood that the thin film semiconductor device according to this example does not have a very rough MOS interface even when the thermal oxidation temperature is lowered, as compared with the comparative example. For example, comparing FIG. 19 (this example) and FIG. 22 (comparative example), both of which have a thermal oxidation temperature of 1160 ° C., the MOS interface is smooth and there is no significant difference between the two. However, comparing FIG. 20 (this example) and FIG. 23 (comparative example), both of which have a thermal oxidation temperature of 1050 ° C., there is a considerable difference in the roughness of the MOS interface. Further, the difference between FIG. 21 (this example) and FIG. 24 (comparative example) both having a thermal oxidation temperature of 900.degree.

薄膜半導体装置は高融点石英ガラス等の上に作成される場合が多い。しかし、いずれの基板上に作成される場合においても熱酸化温度を低下させれば、基板の伸縮量や、そり変形量などが低減し高密度、高精細な加工が可能となる。また、装置の寿命やメンテナンスと言った観点からも低温化が好ましい。このように低温化による利益は多々あるが、比較例では、図18のBに示すように、低温化し得なかったのである。この点からも本発明の優位性が理解されよう。   Thin film semiconductor devices are often made on refractory quartz glass or the like. However, if the thermal oxidation temperature is lowered on any substrate, the amount of expansion and contraction of the substrate and the amount of warp deformation can be reduced, enabling high-density and high-definition processing. Further, from the viewpoint of the life and maintenance of the apparatus, it is preferable to lower the temperature. As described above, there are many benefits of lowering the temperature, but in the comparative example, as shown in FIG. From this point, the advantages of the present invention will be understood.

5.第5の実施例
本第5の実施例は、本発明を低温プロセスに適用した場合の実施例である。
5). Fifth Example The fifth example is an example when the present invention is applied to a low temperature process.

近年、液晶ディスプレイ(LCD)の大画面化、高解像度化に伴い、その駆動方式は単純マトリックス方式からアクティブマトリックス方式へ移行し、大容量の情報を表示出来るように成りつつある。アクティブマトリックス方式は数十万を越える画素を有する液晶ディスプレイが可能であり、各画素毎にスイッチングトランジスタを形成するものである。各種液晶ディスプレイの基板としては、透過型ディスプレイを可能にさせる溶融石英板やガラスなどの透明絶縁基板が使用されている。薄膜トランジスタ(TFT)の能動層としては、通常アモルファスシリコンや多結晶シリコンなどの半導体膜が用いられるが、駆動回路まで一体化して薄膜トランジスタで形成しようとする場合には動作速度の速い多結晶シリコンが有利である。多結晶シリコン膜を能動層とする場合は溶融石英板を基板として用い、通常は工程最高温度が1000℃を越える高温プロセスと呼ばれる製造方法にてTFTが作成されている。一方、アモルファスシリコン膜を能動層とする場合には通常のガラス基板が用いられている。LCDの表示画面の拡大化や低価格化を進める場合にはこのように絶縁基板として安価な通常ガラスを使用するのが必要不可欠である。しかしながら、前述の如くアモルファスシリコン膜は電気特性が多結晶シリコン膜に比べ著しく劣り動作速度が遅い等の問題を内有している。また、高温プロセスの多結晶シリコンTFTは溶融石英板を用いているため、LCDの大型化や低価格化が困難との問題を有している。結局、通常のガラス基板上に多結晶シリコン膜等の半導体膜を能動層とする薄膜半導体装置を作成する技術が強く求められているのである。従って、量産性に富む大型の通常ガラス基板を用いる際には、基板の変形を避けるべく工程最高温度を約600℃程度以下とする大きな制約がある。即ちこのような制約下にて液晶ディスプレイを動作し得る薄膜トランジスタと、駆動回路を高速作動し得る薄膜トランジスタの能動層を形成する技術が望まれている。これらは現在、低温プロセスpoly−Si TFTと称されている。   In recent years, with the increase in screen size and resolution of a liquid crystal display (LCD), the driving method has shifted from the simple matrix method to the active matrix method, and a large amount of information can be displayed. The active matrix method enables a liquid crystal display having more than several hundred thousand pixels, and forms a switching transistor for each pixel. As a substrate for various liquid crystal displays, a transparent insulating substrate such as a fused quartz plate or glass that enables a transmissive display is used. As the active layer of the thin film transistor (TFT), a semiconductor film such as amorphous silicon or polycrystalline silicon is usually used. However, when the drive circuit is integrated with the thin film transistor, polycrystalline silicon having a high operation speed is advantageous. It is. When a polycrystalline silicon film is used as an active layer, a fused quartz plate is used as a substrate, and a TFT is usually produced by a manufacturing method called a high-temperature process in which the maximum process temperature exceeds 1000 ° C. On the other hand, when an amorphous silicon film is used as an active layer, a normal glass substrate is used. In order to expand the LCD display screen and reduce the price, it is indispensable to use inexpensive ordinary glass as the insulating substrate. However, as described above, the amorphous silicon film has problems such as significantly lower electrical characteristics than the polycrystalline silicon film and a low operation speed. In addition, since the polycrystalline silicon TFT of the high temperature process uses a fused quartz plate, there is a problem that it is difficult to increase the size and cost of the LCD. As a result, there is a strong demand for a technique for producing a thin film semiconductor device having a semiconductor film such as a polycrystalline silicon film as an active layer on a normal glass substrate. Therefore, when using a large-sized normal glass substrate rich in mass productivity, there is a great restriction that the maximum process temperature is about 600 ° C. or less in order to avoid deformation of the substrate. That is, a technique for forming a thin film transistor capable of operating a liquid crystal display under such restrictions and an active layer of a thin film transistor capable of operating a drive circuit at high speed is desired. These are currently referred to as low temperature process poly-Si TFTs.

従来の低温プロセスpoly−Si TFTはSID(Society for Information Display)’93ダイジェストP.387(1993)に示されている。それによると、まずLPCVD法で原料気体としてモノシランを(SiH)を用い、堆積温度550℃にて50nmのアモルファスシリコン(a−Si)膜を堆積し、このa−Si膜にレーザー照射を施し、a−Si膜をpoly−Si膜へと改質する。poly−Si膜のパターニング後、ゲート絶縁膜であるSiO膜をECR−PECVD法で基板温度を100℃として堆積する。ゲート絶縁膜上にタンタル(Ta)にてゲート電極を形成した後、ゲート電極をマスクとしてドナーまたはアクセプター不純物をシリコン膜にイオン注入してトランジスタのソース・ドレインを自己整合的(セルフ・アライン)に形成する。この時イオン注入はイオン・ドーピング法と呼ばれる質量非分離型の注入装置を用い、水素希釈されたフォスフィン(PH)やジボラン(B)を原料気体として用いている。注入イオンの活性化は300℃である。その後層間絶縁膜を堆積し、インジウム錫酸化物(ITO)やアルミニウム(Al)で電極や配線を作成し、薄膜半導体装置は完成する。 A conventional low-temperature process poly-Si TFT is a SID (Society for Information Display) '93 digest P.D. 387 (1993). According to this, first, an amorphous silicon (a-Si) film having a thickness of 50 nm is deposited at a deposition temperature of 550 ° C. using monosilane (SiH 4 ) as a source gas by LPCVD, and laser irradiation is performed on the a-Si film. The a-Si film is modified to a poly-Si film. After patterning the poly-Si film, a SiO 2 film as a gate insulating film is deposited at a substrate temperature of 100 ° C. by ECR-PECVD. After forming a gate electrode with tantalum (Ta) on the gate insulating film, donor or acceptor impurities are ion-implanted into the silicon film using the gate electrode as a mask to make the source / drain of the transistor self-aligned (self-aligned) Form. At this time, ion implantation uses a mass non-separation type implantation apparatus called an ion doping method, and phosphine (PH 3 ) or diborane (B 2 H 6 ) diluted with hydrogen is used as a source gas. The activation of the implanted ions is 300 ° C. Thereafter, an interlayer insulating film is deposited, and electrodes and wirings are made of indium tin oxide (ITO) or aluminum (Al), thereby completing the thin film semiconductor device.

しかしながら、この従来技術にかかる低温プロセスpoly−Si TFTには、種々の問題が内在している。そして、以下に説明する第5の実施例は、これらの問題をも解決するものであり、この第5の実施例によれば、良好な薄膜半導体装置を現実的な簡便な方法で製造することができる。また、本第5の実施例によれば、通常の大型ガラス基板を使用し得る工程温度で、更に、安定的に薄膜半導体装置を製造することができる。   However, various problems are inherent in the low-temperature process poly-Si TFT according to the prior art. The fifth embodiment described below also solves these problems. According to the fifth embodiment, a good thin film semiconductor device can be manufactured by a practical and simple method. Can do. Further, according to the fifth embodiment, a thin film semiconductor device can be manufactured more stably at a process temperature at which a normal large glass substrate can be used.

以下、本第5の実施例を詳細に説明する。図25(A)〜(D)はMIS型電界効果トランジスタを形成する薄膜半導体装置の製造工程を示した図である。   Hereinafter, the fifth embodiment will be described in detail. 25A to 25D are views showing a manufacturing process of a thin film semiconductor device for forming a MIS field effect transistor.

第5の実施例では基板101として235mm□の無アルカリガラス(日本電気硝子社OAー2)を用いたが、工程最高温度に耐え得る基板であるならば、基板の種類や大きさは無論問われない。まず基板101上に、常圧化学気相堆積法(APCVD法)やPECVD法あるいはスパッター法などで、下地保護膜となる二酸化珪素膜(SiO膜)102を形成する。APCVD法では、基板温度250℃から450℃程度でモノシラン(SiH)や酸素を原料としてSiO膜を堆積できる。PECVD法やスパッター法では、基板温度を室温から400℃とする事が出来る。第5の実施例では、APCVD法でSiHとOを原料ガスとして、300℃の温度で、2000ÅのSiO膜を堆積した。 In the fifth embodiment, a non-alkali glass of 235 mm □ (Nippon Electric Glass Co., Ltd. OA-2) is used as the substrate 101. However, the type and size of the substrate are not limited as long as the substrate can withstand the maximum process temperature. I will not. First, a silicon dioxide film (SiO 2 film) 102 serving as a base protective film is formed on a substrate 101 by an atmospheric pressure chemical vapor deposition method (APCVD method), a PECVD method, or a sputtering method. In the APCVD method, a SiO 2 film can be deposited using monosilane (SiH 4 ) or oxygen as a raw material at a substrate temperature of about 250 ° C. to 450 ° C. In the PECVD method or the sputtering method, the substrate temperature can be set from room temperature to 400 ° C. In the fifth example, a 2000-nm SiO 2 film was deposited at a temperature of 300 ° C. using SiH 4 and O 2 as source gases by the APCVD method.

次に、後に薄膜半導体装置の能動層となる真性シリコン膜を500Å程度堆積した。真性シリコン膜は高真空型LPCVD装置にて、原料ガスであるモノシラン(SiH)を200SCCM流し、堆積温度495℃で31分間堆積した。第5の実施例にて使用した高真空型LPCVD装置は184.5lの容積を有する。17枚の基板は表側を下向きとして、300℃に保たれた反応室に挿入された。基板挿入後、ターボ分子ポンプの運転を開始し、定常回転に達した後、漏洩検査を2分間施した。この時の脱ガス等の漏洩速度は3.3×10−5torr/minであった。その後、挿入温度の300℃から堆積温度の495℃まで、1時間を費やして昇温した。昇温の最初の10分間は反応室にガスを全く導入せず、真空中で昇温した。昇温開始後10分後の反応室到達最低背景圧力は、5.4×10−7torrであった。また残り50分間の昇温期間には純度99.9999%以上の窒素ガスを300SCCM流し続けた。この時の反応室内平衡圧力は3.0×10−3torrであった。堆積温度到達後、原料ガスであるSiHを200SCCM流し、シリコン膜を31分00秒間堆積した。反応室の圧力は圧力調整器により1.3torrに保たれた。こうして得られたシリコン膜の膜厚は514Åであったから、その堆積速度は16.6Å/minとなる。このように、本第5の実施例では、堆積温度が495℃、堆積速度が16.6Å/minとなるため、堆積温度、堆積速度は共に図3に示す580℃以下、6Å以上の範囲に入ることになる。従って、第1〜第4の実施例で説明したように、良好な特性の半導体膜を形成できることになる。 Next, an intrinsic silicon film, which later becomes an active layer of the thin film semiconductor device, was deposited by about 500 mm. The intrinsic silicon film was deposited for 31 minutes at a deposition temperature of 495 ° C. using a high-vacuum LPCVD apparatus in which monosilane (SiH 4 ) as a source gas was flowed at 200 SCCM. The high vacuum type LPCVD apparatus used in the fifth example has a volume of 184.5 l. The 17 substrates were inserted into a reaction chamber maintained at 300 ° C. with the front side facing down. After inserting the substrate, the operation of the turbo molecular pump was started, and after reaching a steady rotation, a leakage inspection was performed for 2 minutes. The leakage rate of degassing, etc. at this time was 3.3 × 10 −5 torr / min. Thereafter, the temperature was raised from an insertion temperature of 300 ° C. to a deposition temperature of 495 ° C. over an hour. During the first 10 minutes of temperature increase, no gas was introduced into the reaction chamber and the temperature was increased in vacuum. The minimum background pressure reaching the reaction chamber 10 minutes after the start of temperature increase was 5.4 × 10 −7 torr. Further, nitrogen gas having a purity of 99.9999% or more was kept flowing for 300 SCCM during the remaining 50 minutes. The equilibrium pressure in the reaction chamber at this time was 3.0 × 10 −3 torr. After reaching the deposition temperature, SiH 4 as a source gas was flowed at 200 SCCM, and a silicon film was deposited for 31 minutes and 00 seconds. The pressure in the reaction chamber was maintained at 1.3 torr by a pressure regulator. Since the thickness of the silicon film thus obtained was 514 mm, the deposition rate was 16.6 m / min. Thus, in the fifth embodiment, since the deposition temperature is 495 ° C. and the deposition rate is 16.6 Å / min, both the deposition temperature and the deposition rate are in the range of 580 ° C. or less and 6 Å or more shown in FIG. Will enter. Therefore, as described in the first to fourth embodiments, a semiconductor film having good characteristics can be formed.

こうして得られたシリコン膜は高純度のa−Si膜である。次にこのa−Si膜に光学エネルギーまたは電磁波エネルギーを短時間照射してa−Siを結晶化し、多結晶シリコン(poly−Si)へと改質する。第5の実施例ではキセノン・クロライド(XeCl)のエキシマ・レーザー(波長308nm)を照射した。レーザーパルスの強度半値幅は45nsである。照射時間がこのように非常な短時間であるため、a−Siのpoly−Siへの結晶化に際して基板が熱せられる事は無く、したがって、基板の変形等も生じない。レーザー照射は基板を室温(25℃)とし、空気中で行った。レーザー照射の一回の照射面積は8mm□の正方形であり、各照射毎に4mmずらして行く。最初に水平方向(Y方向)に走査した後、次に垂直方向(X方向)にも4mmずらせて、再び水平方向に4mmずつずらせて走査し、以後、この走査を繰り返して基板全面に第一回目のレーザー照射を行う。この第一回目のレーザー照射エネルギー密度は160mJ/cmであった。第一回目のレーザー照射が終了した後、エネルギー密度を275mJ/cmとして第二回目のレーザー照射を全面に行う。走査方法は第一回目のレーザー照射と同じで8mm□の正方形の照射領域をY方向とX方向に4mmずらせて走査する。この二段階のレーザー照射により基板全体がa−Siからpoly−Siへと均一に結晶化される。第5の実施例では光学エネルギーまたは電磁波エネルギーとしてXeClエキシマ・レーザーを用いたが、エネルギー照射時間が数十秒以内であればそのエネルギー源にはとらわれない。例えばArFエキシマ・レーザーや、XeFエキシマ・レーザー、KrFエキシマ・レーザー、YAGレーザー、炭酸ガスレーザー、Arレーザー、色素レーザー等の各種レーザー、あるいはアークランプやタングステンランプ等のランプ光を照射しても良い。アークランプ照射を行う場合ランプ出力を1kW/cm程度以上とし、照射時間を45秒程度とする事で、a−Siからpoly−Siへの膜質改変が進む。この結晶化に際してもエネルギー照射時間は短時間なので、基板の熱による変形や割れは生じない。次に、このシリコン膜をパターニングし、トランジスタの能動層となるチャンネル部半導体膜103を作成した(図25(A))。 The silicon film thus obtained is a high-purity a-Si film. Next, the a-Si film is irradiated with optical energy or electromagnetic wave energy for a short time to crystallize a-Si and modify it to polycrystalline silicon (poly-Si). In the fifth example, an excimer laser (wavelength: 308 nm) of xenon chloride (XeCl) was irradiated. The intensity half width of the laser pulse is 45 ns. Since the irradiation time is such a very short time, the substrate is not heated during the crystallization of a-Si to poly-Si, and therefore the substrate is not deformed. Laser irradiation was performed in air with the substrate at room temperature (25 ° C.). The area of one irradiation of laser irradiation is a square of 8 mm □, and is shifted by 4 mm for each irradiation. After scanning in the horizontal direction (Y direction) first, the vertical direction (X direction) is also shifted by 4 mm, and then the horizontal direction is shifted by 4 mm again. After that, this scanning is repeated over the entire surface of the substrate. Perform the second laser irradiation. This first laser irradiation energy density was 160 mJ / cm 2 . After the first laser irradiation is completed, the second laser irradiation is performed on the entire surface with an energy density of 275 mJ / cm 2 . The scanning method is the same as the first laser irradiation, and the 8 mm square irradiation area is shifted by 4 mm in the Y and X directions. By this two-stage laser irradiation, the entire substrate is uniformly crystallized from a-Si to poly-Si. In the fifth embodiment, a XeCl excimer laser is used as optical energy or electromagnetic wave energy, but the energy source is not limited to the energy source if the energy irradiation time is within several tens of seconds. For example, various lasers such as ArF excimer laser, XeF excimer laser, KrF excimer laser, YAG laser, carbon dioxide gas laser, Ar laser, dye laser, or lamp light such as arc lamp or tungsten lamp may be irradiated. . When arc lamp irradiation is performed, the lamp output is set to about 1 kW / cm 2 or more and the irradiation time is set to about 45 seconds, so that the film quality modification from a-Si to poly-Si proceeds. Even during this crystallization, since the energy irradiation time is short, the substrate is not deformed or cracked by heat. Next, this silicon film was patterned to form a channel portion semiconductor film 103 to be an active layer of the transistor (FIG. 25A).

なお、a−Si膜をpoly−Si膜へと改質するにはこれらエネルギー照射の他にも600℃程度以下の温度にて熱処理を施しても良い。これは固相成長法と呼ばれる手法であり、600℃程度の温度であれば8時間から24時間程の熱処理にて結晶化は完了する。このようにすれば、低温プロセスと固相成長法とを組み合わせた薄膜半導体装置の製造方法を実現できる。   Note that in order to modify the a-Si film into a poly-Si film, heat treatment may be performed at a temperature of about 600 ° C. or lower in addition to the energy irradiation. This is a method called a solid phase growth method. If the temperature is about 600 ° C., crystallization is completed by a heat treatment of about 8 to 24 hours. In this way, a method of manufacturing a thin film semiconductor device that combines a low temperature process and a solid phase growth method can be realized.

その後、ECR−PECVD法やPECVD法などでゲート絶縁膜104を形成する。第5の実施例ではゲート絶縁膜としてSiO膜を用い、PECVD法で1200Åの膜厚に堆積した(図25(B))。PECVD法では原料ガスとしてモノシラン(SiH)と笑気ガス(NO)を用いて基板温度300℃にて形成した。プラズマは13.56MHzのrf波により、出力900W、真空度1.50torrとの条件で立てられた。SiHの流量は250SCCMでNOの流量は7000SCCMであった。SiO膜の成膜速度は48.3Å/sであった。SiOをこれらの条件で成膜する直前と直後にはシリコン膜及び形成酸化膜に酸素プラズマを照射して、MOS界面及び酸化膜の改善をおこなった。第5の実施例では原料ガスとしてモノシランと笑気ガスを用いたが、これらに限らずTEOS(Si−(O−CH−CH)等の有機シランと酸素等の酸化性気体を用いても良い。更にここでは汎用性の高いPECVD装置を利用したが、無論ECR−PECVD装置によって絶縁膜を形成しても良い。どのようなCVD装置や原料ガスを用いる場合であっても、絶縁膜形成温度は350℃以下が好ましい。これはMOS界面やゲート絶縁膜の熱劣化を防ぐために重要である。同じことは以下の総ての工程に対しても適用される。ゲート絶縁膜形成後の総ての工程温度は350℃以下に抑えねばならない。こうする事により高性能な薄膜半導体装置を容易に、かつ、安定的に製造出来るからである。 Thereafter, the gate insulating film 104 is formed by an ECR-PECVD method, a PECVD method, or the like. In the fifth example, a SiO 2 film was used as the gate insulating film, and was deposited to a thickness of 1200 mm by PECVD (FIG. 25B). In the PECVD method, the substrate gas was formed at a substrate temperature of 300 ° C. using monosilane (SiH 4 ) and laughing gas (N 2 O) as source gases. The plasma was generated under the conditions of an output of 900 W and a degree of vacuum of 1.50 torr by a 13.56 MHz rf wave. The flow rate of SiH 4 was 250 SCCM and the flow rate of N 2 O was 7000 SCCM. The deposition rate of the SiO 2 film was 48.3 Å / s. Immediately before and immediately after forming SiO 2 under these conditions, the silicon film and the formed oxide film were irradiated with oxygen plasma to improve the MOS interface and the oxide film. In the fifth embodiment, monosilane and laughing gas are used as source gases, but not limited to these, organic silane such as TEOS (Si— (O—CH 2 —CH 3 ) 4 ) and oxidizing gas such as oxygen are used. It may be used. Further, although a highly versatile PECVD apparatus is used here, it is needless to say that an insulating film may be formed by an ECR-PECVD apparatus. Whatever CVD apparatus or source gas is used, the insulating film formation temperature is preferably 350 ° C. or lower. This is important for preventing thermal deterioration of the MOS interface and the gate insulating film. The same applies to all the following steps. All process temperatures after the formation of the gate insulating film must be suppressed to 350 ° C. or lower. This is because a high-performance thin film semiconductor device can be manufactured easily and stably.

引き続いてゲート電極105となる薄膜をスパッター法、蒸着法あるいはCVD法などで堆積する。第5の実施例ではゲート電極材料としてタンタル(Ta)を選択し、スパッター法で5000Å堆積した。スパッター時の基板温度は180℃で、スパッターガスとしては窒素(N)を6.7%含んだアルゴン(Ar)を用いた。アルゴン中の窒素含有量は5.0%から8.5%が最適である。こうした条件にて得られたタンタル膜の結晶構造は主としてα構造となっており、その比抵抗は40μΩcmである。従って第5の実施例におけるゲート電極のシート抵抗は0.8Ω/□である。 Subsequently, a thin film that becomes the gate electrode 105 is deposited by sputtering, vapor deposition, CVD, or the like. In the fifth embodiment, tantalum (Ta) was selected as the gate electrode material, and 5000 liters were deposited by sputtering. The substrate temperature during sputtering was 180 ° C., and argon (Ar) containing 6.7% nitrogen (N 2 ) was used as the sputtering gas. The optimal nitrogen content in the argon is 5.0% to 8.5%. The crystal structure of the tantalum film obtained under these conditions is mainly an α structure, and its specific resistance is 40 μΩcm. Therefore, the sheet resistance of the gate electrode in the fifth embodiment is 0.8Ω / □.

ゲート電極となる薄膜を堆積後パターニングを行い、引き続いて真性シリコン膜にバケット型質量非分離型のイオン注入装置(イオン・ドーピング法)を用いて燐元素等の不純物イオン注入106を行い、ソース・ドレイン部107及びチャンネル領域108を形成した(図25(C))。第5の実施例ではNチャネルTFTの作成を目指したため、原料ガスとしては水素中に希釈された濃度5%のホスフィン(PH)を用い、高周波出力38W、加速電圧80kVで5×10151/cmの濃度に打ち込んだ。この時のシリコン膜中の燐濃度は5×1020cm−3程度である。高周波出力は20Wから150W程度の範囲の中の最適な値が用いられる。pチャネル TFTを作成する場合は、原料ガスとして水素中に希釈された濃度5%のジボラン(B)を用い、高周波出力を20Wから150Wとし、加速電圧60kVで5×10151/cm程度の濃度に打ち込む。また、CMOSTFTを作成する時はポリイミド樹脂等の適当なマスク材を用いてnチャネルTFTまたはpチャネルTFTの一方を交互にマスクで覆い、上述の方法にてそれぞれのイオン注入を行う。 After depositing a thin film to be a gate electrode, patterning is performed, and subsequently, impurity ion implantation 106 of phosphorus element or the like is performed on the intrinsic silicon film by using a bucket-type mass non-separation type ion implantation apparatus (ion doping method). A drain portion 107 and a channel region 108 were formed (FIG. 25C). In the fifth embodiment, since an N-channel TFT is aimed to be produced, phosphine (PH 3 ) having a concentration of 5% diluted in hydrogen is used as a source gas, and a high frequency output of 38 W and an acceleration voltage of 80 kV are 5 × 10 15 1. / Cm 2 concentration. At this time, the phosphorus concentration in the silicon film is about 5 × 10 20 cm −3 . As the high-frequency output, an optimum value in the range of about 20 W to 150 W is used. When making a p-channel TFT, diborane (B 2 H 6 ) having a concentration of 5% diluted in hydrogen is used as a source gas, the high frequency output is changed from 20 W to 150 W, the acceleration voltage is 60 kV, and 5 × 10 15 1 / implanted in a concentration of about cm 2. When a CMOS TFT is formed, one of n-channel TFTs and p-channel TFTs is alternately covered with a mask using an appropriate mask material such as polyimide resin, and each ion implantation is performed by the above-described method.

次に層間絶縁膜109を5000Å堆積する。第5の実施例では層間絶縁膜としてSiOをPECVD法にて形成した。PECVD法では原料ガスとしてTEOS(Si−(O−CH−CH)と酸素(O)を用いて基板温度300℃にて形成した。プラズマは13.56MHzのrf波により、出力800W、真空度8.0torrとの条件で立てられた。TEOSの流量は200SCCMでOの流量は8000SCCMであった。この時SiO膜の成膜速度は120Å/sであった。こうしたイオン注入と層間絶縁膜形成後、酸素雰囲気下300℃で1時間熱処理を施して注入イオンの活性化及び層間絶縁膜の焼き締めを行った。この熱処理温度は300℃から350℃が好ましい。その後、コンタクトホールを開け、ソース・ドレイン取り出し電極110をスパッター法などで形成し、薄膜半導体装置が完成する(図25(D))。ソース・ドレイン取り出し電極としてはインジウム錫酸化物(ITO)やアルミニウム(Al)が用いられる。これらの導電体スパッター時の基板温度は100℃から250℃程度である。 Next, 5000 μm of interlayer insulating film 109 is deposited. In the fifth embodiment, SiO 2 is formed by PECVD as an interlayer insulating film. In the PECVD method, TEOS (Si— (O—CH 2 —CH 3 ) 4 ) and oxygen (O 2 ) were used as source gases at a substrate temperature of 300 ° C. The plasma was generated by a 13.56 MHz rf wave under conditions of an output of 800 W and a degree of vacuum of 8.0 torr. The TEOS flow rate was 200 SCCM and the O 2 flow rate was 8000 SCCM. At this time, the deposition rate of the SiO 2 film was 120 Å / s. After such ion implantation and formation of the interlayer insulating film, heat treatment was performed at 300 ° C. for 1 hour in an oxygen atmosphere to activate the implanted ions and to burn the interlayer insulating film. The heat treatment temperature is preferably 300 ° C to 350 ° C. Thereafter, contact holes are opened, and source / drain extraction electrodes 110 are formed by sputtering or the like, thereby completing a thin film semiconductor device (FIG. 25D). Indium tin oxide (ITO) or aluminum (Al) is used as the source / drain extraction electrode. The substrate temperature during sputtering of these conductors is about 100 ° C. to 250 ° C.

このようにして試作した薄膜半導体装置のトランジスタ特性を測定したところ、ソース・ドレイン電圧Vds=4V,ゲート電圧Vgs=10Vでトランジスタをオンさせた時のソース・ドレイン電流Idsをオン電流IONと定義して、95%の信頼係数でION=(20.6+1.67、−1.48)×10−6Aであった。また、Vds=4V、Vgs=0Vでトランジスタをオフさせた時のオフ電流はIOFF=(2.27+0.40、−0.31)×10−12Aであった。ここで測定は温度25℃のもとで、チャンネル部の長さL=10μm、幅W=10μmのトランジスタに対してなされた。飽和電流領域から求めた有効電子移動度(J.Levinson et al.J,Appl,Phys.53,1193’82)は、μ=47.54±3.53cm/v.secであった。このように本発明により、高移動度を有し、ゲート電圧の10Vの変調に対してIdsが7桁近くも変化し、更にばらつきが小さく極めて優良で均一な薄膜半導体装置を、工程最高温度を600℃以下とする低温工程で容易に現実化した。しかも本発明では、工程最高温度が第一工程であるため熱工程による合わせずれを最小限に止めており、安価なガラス基板の利用を可能にしている。本実施例では初期a−Si膜が大きい塊から構成されているために、結晶化した際の各結晶粒のサイズが大きくなり、高性能な電気特性が得られるのである。即ち初期a−Si膜の成膜条件を最適化する事で理想的なa−Si膜を得て、これらを結晶化させる事により均一で高品質のpoly−Si膜が得られるのである。従来技術によるa−Si膜はLPCVD法で堆積温度を550℃程度以上として堆積速度を考慮しなかったり、あるいはPECVD法においても基板温度を400℃程度にするなどと初期a−Si膜の品質に関して何等配慮が払われていなかった。従って、不均一性や安定生産が出来ない等の課題が生じていたのである。本発明のもう一つの要旨は、poly−Si膜形成後の工程温度を350℃以下に押さえる事にある。これによりMOS界面や絶縁膜質を安定化出来るからである。その意味において本発明は図25(A)〜(D)に示すような、上ゲート型TFTに対して特に有効である。下ゲート型TFTの場合、ゲート絶縁膜形成後にシリコン膜が堆積され、更にその後レーザー照射等の結晶化が行われるため、MOS界面やゲート絶縁膜の一部は必然的に1000℃近くの高温熱環境に短時間といえどもさらされてしまう。この熱環境はMOS界面を粗らし、更にはMOS界面近傍の絶縁膜の化学組成や結合状態を変えてしまう。こうした結果、トランジスタ特性が悪化したり、ばらつきが大きく成るとの弊害をもたらすのである。低温プロセスでpoly−Si TFTを作る場合には、良質のpoly−Si膜を形成することが最重要問題である。従って、光学エネルギーや電磁エネルギー、あるいは600℃程度の低温の熱環境によって非晶質膜を結晶化する際、非晶質膜の膜質を最適化しておく必要がある。第2の実施例の「C.堆積温度の最適値について」の章で詳述したように、堆積温度が530℃以下で、かつ、堆積速度が6Å/min以上の条件にて成膜した非晶質半導体膜(アモルファス・シリコン膜)は、その膜を結晶化した際に大きな面積のグレインが作られ、かつ、結晶内の欠陥も低減する。従って、この条件で成膜された非晶質半導体膜が、低温プロセス用の半導体膜としては最適なものとなるのである。 When the transistor characteristics of the thin film semiconductor device thus fabricated were measured, the source / drain current Ids when the transistor was turned on with the source / drain voltage Vds = 4 V and the gate voltage Vgs = 10 V was defined as the on-current ION. Thus, ION = (20.6 + 1.67, −1.48) × 10 −6 A with a 95% reliability coefficient. The off-state current when the transistor was turned off at Vds = 4 V and Vgs = 0 V was IOFF = (2.27 + 0.40, −0.31) × 10 −12 A. Here, the measurement was performed at a temperature of 25 ° C. for a transistor having a channel portion length L = 10 μm and a width W = 10 μm. The effective electron mobility determined from the saturation current region (J. Levinson et al. J, Appl, Phys. 53, 1193'82) is μ = 47.54 ± 3.53 cm / v. sec. Thus, according to the present invention, a thin film semiconductor device having high mobility, changing Ids by nearly 7 orders of magnitude with respect to 10V modulation of the gate voltage, and further reducing the variation and achieving an extremely excellent and uniform thin film semiconductor device can be obtained. It was easily realized in a low temperature process of 600 ° C. or lower. Moreover, in the present invention, since the maximum process temperature is the first process, misalignment due to the thermal process is minimized, and an inexpensive glass substrate can be used. In this embodiment, since the initial a-Si film is composed of a large lump, the size of each crystal grain when crystallized increases, and high-performance electrical characteristics can be obtained. That is, an ideal a-Si film can be obtained by optimizing the film formation conditions of the initial a-Si film, and a uniform and high-quality poly-Si film can be obtained by crystallizing these. Regarding the quality of the initial a-Si film, the conventional a-Si film has a deposition temperature of about 550 ° C. or higher by LPCVD and does not consider the deposition rate, or the substrate temperature is also about 400 ° C. by PECVD. No consideration was given. Therefore, problems such as non-uniformity and inability to perform stable production have occurred. Another gist of the present invention is to suppress the process temperature after forming the poly-Si film to 350 ° C. or lower. This is because the MOS interface and insulating film quality can be stabilized. In that sense, the present invention is particularly effective for an upper gate type TFT as shown in FIGS. In the case of the lower gate type TFT, a silicon film is deposited after the gate insulating film is formed, and further crystallization such as laser irradiation is performed, so that the MOS interface and a part of the gate insulating film inevitably have a high temperature heat of nearly 1000 ° C. Even a short time is exposed to the environment. This thermal environment roughens the MOS interface and further changes the chemical composition and bonding state of the insulating film near the MOS interface. As a result, the transistor characteristics are deteriorated and the variation becomes large. When producing poly-Si TFTs by a low temperature process, it is the most important problem to form a high-quality poly-Si film. Therefore, when the amorphous film is crystallized by optical energy, electromagnetic energy, or a low temperature thermal environment of about 600 ° C., it is necessary to optimize the film quality of the amorphous film. As described in detail in the section “C. Optimum value of deposition temperature” in the second embodiment, the film was formed under conditions where the deposition temperature was 530 ° C. or less and the deposition rate was 6 Å / min or more. A crystalline semiconductor film (amorphous silicon film) has a large area of grains when the film is crystallized, and also reduces defects in the crystal. Therefore, an amorphous semiconductor film formed under these conditions is optimal as a semiconductor film for a low-temperature process.

以上述べてきたように本第5の実施例によれば、多結晶シリコン膜等からなる高品質半導体膜を600℃程度未満の低温で容易に形成することができる。これにより、薄膜半導体装置の特性を飛躍的に向上させ、且つ安定的大量生産を実現した。具体的には以下に示すような効果を有する。   As described above, according to the fifth embodiment, a high-quality semiconductor film made of a polycrystalline silicon film or the like can be easily formed at a low temperature of less than about 600 ° C. As a result, the characteristics of the thin film semiconductor device were dramatically improved and stable mass production was realized. Specifically, it has the following effects.

まず第1に、工程温度が600℃未満と低いため、安価なガラスを使用でき、製品価格を低くする事が可能になる。更に、ガラス自身の自重によるゆがみを防止出来るため、液晶表示装置(LCD)を容易に大型化できる。   First, since the process temperature is as low as less than 600 ° C., it is possible to use inexpensive glass and reduce the product price. Furthermore, since distortion due to the weight of the glass itself can be prevented, a liquid crystal display (LCD) can be easily enlarged.

第2に、レーザー照射を基板全体に渡って均一に行える。その結果、ロット毎の均一性が改善され、安定的な生産が可能となった。   Second, laser irradiation can be performed uniformly over the entire substrate. As a result, the uniformity of each lot was improved and stable production became possible.

第3に、ゲート電極に対してソース・ドレインが自己整合するセルフ・アラインTFTをイオン・ドーピング法及びそれに引き続きく300℃〜350℃程度の低温で活性化する事が著しく容易になった。その結果、安定的に活性化が出来るようになった。更にはライトリー・ドープド・ドレイン(LDD)TFTを容易に、かつ安定的に作成出来るようになった。LDD TFTが低温プロセス poly−Si TFTにて実現したため、TFT素子微細化やオフ・リーク電流を小さくする事が可能になった。   Thirdly, it becomes extremely easy to activate a self-aligned TFT whose source / drain is self-aligned with the gate electrode at an ion doping method and subsequently at a low temperature of about 300 ° C. to 350 ° C. As a result, it became possible to activate stably. Furthermore, a lightly doped drain (LDD) TFT can be formed easily and stably. Since the LDD TFT is realized by a low-temperature process poly-Si TFT, it is possible to miniaturize the TFT element and reduce the off-leakage current.

第4に、従来は低温プロセスpoly−Si TFTではECRーPECVD法にて作成したSiOしか良好なトランジスタ特性を示さなかったが、本第5の実施例により、汎用的なPECVD装置を利用出来るようになった。従って大型基板に適応可能で、量産性に富む実用的なゲート酸化膜製造装置が得られる事となった。 Fourthly, the conventional low-temperature process poly-Si TFT has shown only good transistor characteristics by SiO 2 produced by the ECR-PECVD method, but the fifth embodiment can use a general-purpose PECVD apparatus. It became so. Therefore, it is possible to obtain a practical gate oxide film manufacturing apparatus that can be applied to a large substrate and has high mass productivity.

第5に、従来よりもオン電流は大きく、オフ電流は小さいより良好な薄膜半導体装置が得られた。また、これらのばらつきも低減された。   Fifth, a better thin film semiconductor device having a larger on-current and smaller off-current than the conventional one was obtained. These variations were also reduced.

以上により、本発明をアクティブ・マトリックス液晶ディスプレイなどに適応した場合、安価なガラス基板などが使用できるようになり、大型で高品質なLCDを容易にかつ安定的に製造出来るようになった。また他の電子装置に適応した場合も熱による素子劣化などを低減する。このように、本第5の実施例は、アクティブ・マトリックス液晶ディスプレイ装置や、集積回路等の電子装置の高性能化や低価格化を簡単に実現するという多大な効果を有する。   As described above, when the present invention is applied to an active matrix liquid crystal display or the like, an inexpensive glass substrate or the like can be used, and a large and high quality LCD can be easily and stably manufactured. In addition, when it is applied to other electronic devices, the deterioration of elements due to heat is reduced. As described above, the fifth embodiment has a great effect of easily realizing high performance and low price of an active matrix liquid crystal display device and an electronic device such as an integrated circuit.

6.第6の実施例
以下に述べる、第6〜第12の実施例は、プロセス条件等を最適化して、高速で良好な特性を持つLDD型薄膜半導体装置(LDD型TFT回路)を得る実施例である。
6). Sixth Example The sixth to twelfth examples described below are examples in which process conditions and the like are optimized to obtain an LDD type thin film semiconductor device (LDD type TFT circuit) having good characteristics at high speed. is there.

第6の実施例のTFT回路は、pチャネルとnチャネルともにLDD型のTFTを用いたCMOS回路である。LDD型のTFTはチャネル部とソース・ドレイン部との間に高抵抗部を有しているため、チャネルのドレイン端における電界集中を抑えることができ、特にオフ電流の低減やソース・ドレイン間耐圧およびゲート・ソース間耐圧向上の効果がある。しかし、高抵抗部によりチャネル部に印加される電圧が減少しオン電流が減少するという問題もある。このため、アクティブマトリクス部のスイッチング素子やSRAMの抵抗素子等にはLDD型TFTも用いられていたが、CMOSの高速回路には用いられていなかった。しかし、実験およびシミュレーションによればむしろLDD型TFTによるCMOS回路の方が高速動作が可能であることがわかった。但し、本発明に係る高速のLDD型TFTは、CMOS構造に限らず、広くNMOS構造、PMOS構造にも広く適用できるものである。   The TFT circuit of the sixth embodiment is a CMOS circuit using LDD type TFTs for both p-channel and n-channel. Since the LDD TFT has a high resistance portion between the channel portion and the source / drain portion, the electric field concentration at the drain end of the channel can be suppressed. In addition, the gate-source breakdown voltage is improved. However, there is also a problem that the voltage applied to the channel portion is reduced by the high resistance portion and the on-current is reduced. For this reason, although LDD type TFTs are also used for switching elements in the active matrix portion, SRAM resistance elements, and the like, they have not been used in CMOS high-speed circuits. However, according to experiments and simulations, it has been found that a CMOS circuit using LDD type TFTs can operate at higher speed. However, the high-speed LDD type TFT according to the present invention is not limited to the CMOS structure but can be widely applied to an NMOS structure and a PMOS structure.

まず、図26を用いてLDD型CMOSTFTの構造と製造方法について説明する。絶縁基板1上に島状にパターニングされた半導体薄膜2上にゲート絶縁膜5を形成し、その上にゲート電極6を形成する。次に、nチャネルTFTのソース・ドレイン部の半導体薄膜にドナーとなる不純物を低濃度で注入しn半導体薄膜9とする。この時の不純物注入のドーズ量は1×1013cm−2〜1×1014cm−2程度、望ましくは2×1013cm−2〜5×1013cm−2程度となる。そして、ドーズ量がこの範囲であると、n半導体薄膜9の最大不純物濃度は、これに10を乗算して(後述の計算式参照)、1×1018cm−3〜1×1019cm−3程度、望ましくは2×1018cm−3〜5×1018cm−3程度となる。 First, the structure and manufacturing method of the LDD type CMOS TFT will be described with reference to FIG. A gate insulating film 5 is formed on the semiconductor thin film 2 patterned in an island shape on the insulating substrate 1, and a gate electrode 6 is formed thereon. Next, an impurity serving as a donor in the semiconductor thin film source and drain portions of the n-channel TFT implanted at low concentration the n - semiconductor thin film 9. The dose of impurity implantation at this time is about 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 , preferably about 2 × 10 13 cm −2 to 5 × 10 13 cm −2 . When the dose amount is within this range, the maximum impurity concentration of the n semiconductor thin film 9 is multiplied by 10 5 (see the calculation formula described later) to obtain 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19. It is about cm −3 , desirably about 2 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3 .

続いて、ソース・ドレイン部にはさらに高濃度で不純物を注入し、n半導体薄膜3とする。この時の不純物注入のドーズ量は5×1014cm−2〜1×1016cm−2程度、望ましくは1×1015cm−2〜3×1015cm−2程度となる。また、ドーズ量がこの範囲であると、n半導体薄膜3の最大不純物濃度は、これに10を乗算して、5×1019cm−3〜1×1021cm−3程度、望ましくは1×1020cm−3〜3×1020cm−3程度となる。これによって、島状に形成された半導体薄膜は、チャネル部の真性半導体領域とその両側の高抵抗不純物半導体領域、そしてソース・ドレイン部の低抵抗不純物半導体領域の3つの抵抗の異なる部分に分かれることになる。 Subsequently, an impurity is implanted at a higher concentration into the source / drain portion to form an n + semiconductor thin film 3. The dose amount of the impurity implantation at this time is about 5 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 , preferably about 1 × 10 15 cm −2 to 3 × 10 15 cm −2 . When the dose is within this range, the maximum impurity concentration of the n + semiconductor thin film 3 is multiplied by 10 5 to be about 5 × 10 19 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 , preferably It becomes about 1 × 10 20 cm −3 to 3 × 10 20 cm −3 . As a result, the island-shaped semiconductor thin film is divided into three different portions of resistance: the intrinsic semiconductor region of the channel portion, the high resistance impurity semiconductor regions on both sides thereof, and the low resistance impurity semiconductor region of the source / drain portions. become.

同様にpチャネルTFTのソース・ドレイン部の半導体薄膜にアクセプタとなる不純物を低濃度で注入しp半導体薄膜10とし、続いてソース・ドレイン部にはさらに高濃度で注入しp半導体薄膜4とする。この方法ではゲート電極をマスクとして不純物を注入するためn半導体薄膜9とチャネル部、p半導体薄膜10とチャネル部の境界はセルフアライン構造となる。n半導体薄膜9とn半導体薄膜3、p半導体薄膜10とp半導体薄膜4との境界はフォトレジスト等を用いてノンセルフアラインで形成する場合と、ゲート電極上の絶縁膜のサイドウォールを利用してセルフアラインで形成する場合とがある。 Similarly, an acceptor impurity is implanted into the semiconductor thin film of the source / drain portion of the p-channel TFT at a low concentration to form the p semiconductor thin film 10, and subsequently implanted at a higher concentration into the source / drain portion of the p + semiconductor thin film 4. And In this method, since the impurity is implanted using the gate electrode as a mask, the boundary between the n semiconductor thin film 9 and the channel portion and the boundary between the p semiconductor thin film 10 and the channel portion has a self-aligned structure. The boundary between the n semiconductor thin film 9 and the n + semiconductor thin film 3, the p semiconductor thin film 10 and the p + semiconductor thin film 4 is formed by non-self-alignment using a photoresist or the like, and the side of the insulating film on the gate electrode In some cases, a wall is used for self-alignment.

また、上記のように真性半導体に部分的に不純物を注入するのでなく、あらかじめ不純物を含んだn半導体薄膜やp半導体薄膜をソース・ドレイン部に島状に形成しておいてもよい。即ち、TFTでは、逆バイアス時に流れる電流を制限するために、なるべく(真性)半導体薄膜の膜厚を薄くすることが望ましい。しかし、あまり薄くしすぎると、アルミ配線がコンタクト穴を介して基板に突き抜けてしまう事態が生じる。そこで、ソース・ドレイン部に別の島状の半導体薄膜を形成し、これにより上記事態を防止するとともに、(真性)半導体薄膜を更に薄くすることが可能となる。 Further, instead of partially implanting impurities into the intrinsic semiconductor as described above, an impurity-containing n + semiconductor thin film or p + semiconductor thin film may be formed in an island shape in the source / drain portions in advance. That is, in the TFT, it is desirable to make the (intrinsic) semiconductor thin film as thin as possible in order to limit the current flowing at the time of reverse bias. However, if the thickness is too thin, the aluminum wiring may penetrate through the substrate through the contact hole. Therefore, another island-like semiconductor thin film is formed in the source / drain portion, thereby preventing the above situation and making the (intrinsic) semiconductor thin film even thinner.

次に、これらのTFTを層間絶縁膜7で覆い、金属薄膜8で配線をパターニングすればCMOSTFT回路が完成する。半導体薄膜2の材料としてはポリシリコンやアモルファスシリコン薄膜の他、Te等の半導体薄膜、あるいはCdSe等の化合物半導体薄膜を用いることができる。   Next, when these TFTs are covered with an interlayer insulating film 7 and wiring is patterned with a metal thin film 8, a CMOS TFT circuit is completed. As a material of the semiconductor thin film 2, a polysilicon or amorphous silicon thin film, a semiconductor thin film such as Te, or a compound semiconductor thin film such as CdSe can be used.

次に、この図26に示すLDD型CMOSTFT回路が、図27に示す通常構造のCMOSTFT回路の比べ、高速動作に適している理由を説明する。図26においてnチャネルTFTの重なり部YjnとpチャネルTFTの重なり部Yjpの長さは図27のような通常構造のTFTに比べて小さくなる。これはn半導体薄膜9やp半導体薄膜10に注入されている不純物の濃度が、非常に小さくなっており、従って、チャネル方向への拡散長が短くなるからである。重なり部の容量は常に寄生容量としてCMOS回路の負荷となる。従って、重なり容量の小さなLDD型CMOSTFT回路は、オン電流が減らなければ通常構造のTFTよりも高速動作に多少有利となる。一方、nチャネル実効チャネル長Leffnおよびpチャネル実効チャネル長Leffpは、nチャネルゲート電極長(図26を参照。場合によってはゲート電極幅と呼ぶ場合もあり)Lgatenおよびpチャネルゲート電極長Lgatepからそれぞれ重なり部Yjnの2倍とYjpの2倍を引いた長さとなる。従って、重なり部が小さければ実効チャネル長が長くなりオン電流が減ることになる。そして、LDD型CMOSTFTでは上記のように重なり部が小さいから、実効チャネル長は同じゲート電極長の通常構造のTFTより多少長くなりオン電流が低下する。ところが、実際には、LDD構造とすることでソース・ドレイン間耐圧が格段に向上するため、極めて小さなゲート電極長で回路を構成することが可能となる。この結果、LDD構造とすることにより実効チャネル長が短くなりこのため減少したオン電流の減少分を、ゲート電極長を小さくすることで補うことが可能となる。 Next, the reason why the LDD type CMOS TFT circuit shown in FIG. 26 is more suitable for high speed operation than the normal structure CMOS TFT circuit shown in FIG. In FIG. 26, the length of the overlapping portion Yjn of the n-channel TFT and the overlapping portion Yjp of the p-channel TFT is smaller than that of the normal structure TFT as shown in FIG. This is because the concentration of impurities implanted into the n semiconductor thin film 9 and the p semiconductor thin film 10 is very small, and therefore the diffusion length in the channel direction is shortened. The capacitance of the overlapping portion is always a parasitic capacitance and a load on the CMOS circuit. Therefore, an LDD type CMOS TFT circuit having a small overlap capacitance is somewhat advantageous for high-speed operation as compared with a TFT having a normal structure unless the on-current is reduced. On the other hand, the n-channel effective channel length Leffn and the p-channel effective channel length Leffp are derived from the n-channel gate electrode length (see FIG. 26, sometimes referred to as the gate electrode width) Lgaten and p-channel gate electrode length Lgatep, respectively. The length is obtained by subtracting twice the overlapping portion Yjn and twice Yjp. Therefore, if the overlapping portion is small, the effective channel length becomes long and the on-current decreases. Since the LDD type CMOS TFT has a small overlapping portion as described above, the effective channel length is slightly longer than that of the normal structure TFT having the same gate electrode length, and the on-current is reduced. However, in practice, the LDD structure significantly improves the breakdown voltage between the source and the drain, so that a circuit can be configured with an extremely small gate electrode length. As a result, the effective channel length is shortened by adopting the LDD structure, and therefore, the decreased amount of reduced on-current can be compensated for by reducing the gate electrode length.

一般に、TFTのオン状態でのチャネル抵抗Rch(on)は、実効チャネル長Leffの一次よりも速く変化する。即ち、Rch(on)は、
Rch(on)=k×Leff
k:比例定数、n>1
と表現され、Leffのべき乗nは通常1よりも大きい。この結果、TFTのオン電流は、実効チャネル長が短くなるにしたがって急増する。これは、TFTの場合、チャネル部が多結晶状態であるため、チャネルが短くなればなるほどチャネル内に含まれる結晶粒界(グレイン・バウンダリー)の数が減り、電気伝導性に対するその悪影響が減少するからと考えられている。こうしたことから、LDD部の寄生抵抗で多少電流が制限されても、素子に流れる電流はむしろLDD型で短チャネル化したTFTの方が通常構造のTFTより大きくとることができる。例えば、図28には、本実施例のLDD型TFT及び通常構造のTFTの各々について、ゲート電極長とソース・ドレイン耐圧の関係を表す特性図が示される。図28に示すように、通常構造のTFTでは、ゲート電極長が5μm以下で、ソース・ドレイン間耐圧が劣化する。即ち、通常構造のTFTでは、十分なソース・ドレイン間耐圧を得るためには、pチャネルTFTとnチャネルTFTのゲート電極長はともに5μm以上が必要であった。これに対して、本実施例のLDD型TFTでは、図28から明らかなように、ゲート電極長が5μm以下でも十分なソース・ドレイン間耐圧(20V以上)を得ることができる。そして、ゲート電極長が3μmであっても、20V以上のソース・ドレイン間耐圧を得ることができる。そして、更に、ゲート電極長が2μmであっても、通常構造のTFTよりも高い15V以上のソース・ドレイン間耐圧を得ることができる。しかも、オフ電流は一桁以上少ない。
In general, the channel resistance Rch (on) in the on state of the TFT changes faster than the first order of the effective channel length Leff. That is, Rch (on) is
Rch (on) = k × Leff n
k: proportionality constant, n> 1
The power n of Leff is usually larger than 1. As a result, the on-current of the TFT increases rapidly as the effective channel length becomes shorter. This is because, in the case of TFT, the channel portion is in a polycrystalline state, so that the shorter the channel, the smaller the number of crystal grain boundaries (grain boundaries) contained in the channel, and the adverse effect on electrical conductivity decreases. It is thought to be from. For this reason, even if the current is somewhat limited by the parasitic resistance of the LDD portion, the current flowing through the element can rather be larger in the TFT of the LDD type having a shorter channel than the TFT having the normal structure. For example, FIG. 28 is a characteristic diagram showing the relationship between the gate electrode length and the source / drain breakdown voltage for each of the LDD type TFT of this embodiment and the TFT having the normal structure. As shown in FIG. 28, in the normal structure TFT, the gate electrode length is 5 μm or less, and the breakdown voltage between the source and the drain is deteriorated. That is, in the normal structure TFT, in order to obtain a sufficient source-drain breakdown voltage, the gate electrode lengths of both the p-channel TFT and the n-channel TFT must be 5 μm or more. On the other hand, in the LDD type TFT of this example, as is clear from FIG. 28, a sufficient source-drain breakdown voltage (20 V or more) can be obtained even when the gate electrode length is 5 μm or less. Even when the gate electrode length is 3 μm, a source-drain breakdown voltage of 20 V or more can be obtained. Furthermore, even when the gate electrode length is 2 μm, a source-drain breakdown voltage of 15 V or higher, which is higher than that of a normal structure TFT, can be obtained. Moreover, the off-state current is one digit or less.

また、図29には、本実施例のLDD型TFT及び通常構造のTFTの各々について、ゲート電極長とオン電流の関係を表す特性図が示される。図29から明らかなように、ゲート電極長が5μmの場合の通常構造のTFTのオン電流は、ゲート電極長が4μmの場合のLDD型TFTのオン電流と同程度となる。即ち、LDD構造とすることでオン電流が減少しても、ゲート電極長を小さくすれば通常構造と同程度あるいはそれ以上のオン電流を得ることができることが理解される。LDD型TFTでは、ゲート電極長が4μmであっても、図28に示すように十分耐圧がとれるので問題は生じない。また、ゲート電極長が4μmの場合の通常構造のTFTのオン電流は、ゲート電極長が3μmの場合のLDD型TFTのオン電流と同程度となる。そして、このように、ゲート電極長が3μmであっても、図28から明らかなように、十分耐圧がとれるのでこの場合も問題は生じない。通常構造のTFTでは、ゲート電極長が4μm未満では、ソース・ドレイン耐圧が不足するため、オン電流の測定が不可能となる。これに対して、本実施例のLDD型TFTでは2μmであっても、十分なソース・ドレイン耐圧を得ることができ、この場合のオン電流は図29に示すように非常に高くなる。即ち、通常構造のTFTでは、得ることができなかった大きさのオン電流を、本実施例のLDD型TFTでは、例えばゲート電極長を3μm未満にすることで得ることが可能となる。このように本実施例によれば、pチャネルもnチャネルもLDD型にすることで、ゲート電極長はともに5μm以下、望ましくは4μm以下、さらに望ましくは3μm以下にすることができ、大幅な高速化が可能となる。   FIG. 29 is a characteristic diagram showing the relationship between the gate electrode length and the on-state current for each of the LDD type TFT of this embodiment and the TFT having the normal structure. As is clear from FIG. 29, the on-state current of the TFT having the normal structure when the gate electrode length is 5 μm is approximately the same as the on-state current of the LDD type TFT when the gate electrode length is 4 μm. That is, even if the on-current is reduced by using the LDD structure, it can be understood that if the gate electrode length is reduced, an on-current comparable to or higher than that of the normal structure can be obtained. In the LDD type TFT, even if the gate electrode length is 4 μm, there is no problem because a sufficient breakdown voltage can be obtained as shown in FIG. Further, the on-state current of the TFT having the normal structure when the gate electrode length is 4 μm is approximately the same as the on-current of the LDD TFT when the gate electrode length is 3 μm. Thus, even when the gate electrode length is 3 μm, as is clear from FIG. 28, a sufficient breakdown voltage can be obtained, so that there is no problem in this case. In the case of a TFT having a normal structure, if the gate electrode length is less than 4 μm, the source / drain breakdown voltage is insufficient, so that the on-current cannot be measured. On the other hand, with the LDD type TFT of this embodiment, sufficient source / drain breakdown voltage can be obtained even when the thickness is 2 μm, and the on-current in this case becomes very high as shown in FIG. That is, an on-current having a magnitude that cannot be obtained with a TFT having a normal structure can be obtained by, for example, setting the gate electrode length to less than 3 μm in the LDD TFT of this embodiment. As described above, according to this embodiment, both the p-channel and the n-channel are made LDD type, so that the gate electrode length can be both 5 μm or less, desirably 4 μm or less, and more desirably 3 μm or less. Can be realized.

また、LDD型TFTはゲート・ソース間耐圧も向上するため、ゲート絶縁膜の膜厚を薄くすることができ、例えば1000Å以下とすることができる。ゲート絶縁膜を薄くするとチャネル容量が増加するが、スレッショルド電圧が低下しオン電流が増加するため、むしろTFT回路の動作速度を向上させることができる。   In addition, since the LDD type TFT also improves the gate-source breakdown voltage, the thickness of the gate insulating film can be reduced, for example, 1000 mm or less. When the gate insulating film is thinned, the channel capacity increases, but the threshold voltage decreases and the on-current increases, so that the operation speed of the TFT circuit can be improved.

図30(A)はCMOSインバータ回路の回路記号、図30(B)はその回路図、図30(C)はそれを等価回路で表わした図である。これらを用いてLDD型CMOSTFT回路の動作速度について説明する。一般に、CMOSデジタル回路は図30(A)のようにゲートの出力に次段のゲートの入力が接続されている。ここでは単純にインバータ2段の場合を考えると、図30(B)の1段目のTFTp1またはTFTn1で次段のTFTp2とTFTn2の2つのチャネル容量に充放電させることになり、この充放電の時定数がスイッチング速度を決めることになる。図30(C)においてLDD型CMOSTFTではチャネル長を短くすることができるから、pチャネルTFTのオン抵抗Rp1およびnチャネルTFTのオン抵抗Rn1が減少し充電電流ip1と放電電流in1の大きさも大きくなる。さらに次段のpチャネルTFTの重なり容量Cp02とnチャネルTFTの重なり容量Cn02も前述の理由で小さくなっており、しかもチャネル部の容量C2もチャネル長を短くしたことで減っているからすべてのバイアス条件(オン状態、オフ状態及びその中間におけるバイアス)で負荷の容量値が減っていることになる。つまり、短チャネルのLDD型CMOSTFT回路は通常構造のTFT回路より充放電の時定数が短く、動作速度が向上することがわかる。もし、LDD部の抵抗が高くpチャネルTFTのオン抵抗Rp1およびnチャネルTFTのオン抵抗Rn1が通常構造のTFTより多少高くなったとしても、時定数Rp1×(Cp02+Cn02+C2)の値及びRn1×(Cp02+Cn02+C2)の値が通常構造のTFTより小さければ動作速度が向上する。   FIG. 30A is a circuit symbol of a CMOS inverter circuit, FIG. 30B is a circuit diagram thereof, and FIG. 30C is a diagram showing it as an equivalent circuit. The operation speed of the LDD type CMOS TFT circuit will be described using these. In general, in the CMOS digital circuit, the input of the next-stage gate is connected to the output of the gate as shown in FIG. Here, simply considering the case of two stages of inverters, the first stage TFTp1 or TFTn1 in FIG. 30B charges and discharges the two channel capacitances of the next stage TFTp2 and TFTn2. The time constant determines the switching speed. In FIG. 30C, the channel length of the LDD type CMOS TFT can be shortened, so that the on-resistance Rp1 of the p-channel TFT and the on-resistance Rn1 of the n-channel TFT are reduced, and the magnitudes of the charging current ip1 and the discharging current in1 are also increased. . Further, the overlap capacitance Cp02 of the p-channel TFT of the next stage and the overlap capacitance Cn02 of the n-channel TFT are also reduced for the above-mentioned reason, and the capacitance C2 of the channel portion is also reduced by shortening the channel length. The capacity value of the load is reduced under the conditions (on state, off state, and bias in the middle). That is, it can be seen that the short channel LDD type CMOS TFT circuit has a shorter charge / discharge time constant than the TFT circuit having the normal structure, and the operation speed is improved. Even if the resistance of the LDD portion is high and the on-resistance Rp1 of the p-channel TFT and the on-resistance Rn1 of the n-channel TFT are slightly higher than those of the normal structure TFT, the value of the time constant Rp1 × (Cp02 + Cn02 + C2) and Rn1 × (Cp02 + Cn02 + C2) ) Is smaller than that of a TFT having a normal structure, the operation speed is improved.

図31(A)、(B)は実際に図26の構造で作製したTFTの伝達特性の例である。通常TFTの伝達特性41、43に比べてLDD型TFTの伝達特性42、44ではオン電流は約50%〜60%程度になっている。これは同じゲート電極長のTFTで比較したためLDD型TFTの方が実効チャネル長が長いことに起因する。一方、オフ電流は飛躍的に減少しているためオン・オフ比は1桁以上向上している。さらにソース・ドレイン間耐圧およびソース・ゲート間耐圧が大幅に向上している。従って、LDD型でゲート電極長を半分にすれば、オン電流は同等以上となり、更にオフ電流を1桁以上低下させ耐圧を向上させることができる。   FIGS. 31A and 31B show examples of transfer characteristics of TFTs actually manufactured with the structure of FIG. Compared with the transfer characteristics 41 and 43 of the normal TFT, the on-current is about 50% to 60% in the transfer characteristics 42 and 44 of the LDD type TFT. This is because the effective channel length of the LDD type TFT is longer than that of the TFT having the same gate electrode length. On the other hand, since the off-current has decreased dramatically, the on / off ratio has improved by an order of magnitude or more. Furthermore, the source-drain breakdown voltage and the source-gate breakdown voltage are greatly improved. Therefore, if the gate electrode length is halved in the LDD type, the on-current becomes equal to or higher, and the off-current can be reduced by one digit or more to improve the breakdown voltage.

図32は試作したLDD型TFTの特性に基づいてシフトレジスタ回路の最高動作周波数をシミュレートした結果である。この図からわかるように、短チャネルLDD型TFT回路は通常構造のTFT回路より高速動作が可能である。しかも、たとえゲート電極長を半分程度にしてもLDD型TFTの方がはるかにオフ電流が小さいから、同じ電圧で駆動すれば回路の消費電力を減少させることができる。また、LDD型TFTの方がはるかにソース・ドレイン間耐圧およびソース・ゲート間耐圧が大きいから、必要に応じて高電圧の回路も構成できる。たとえば、高い駆動電圧を要するため従来はTFT回路で駆動できなかったような電気光学材料なども本回路では容易に駆動できる。このような電気光学材料としては、例えば高分子分散型液晶あるいはゲストホスト型液晶が考えられる。これらの液晶は、しきい値電圧が高く、これらの液晶を液晶表示装置の表示素子に使用すれば、視野角を大幅に向上することができる。   FIG. 32 shows the result of simulating the maximum operating frequency of the shift register circuit based on the characteristics of the prototype LDD TFT. As can be seen from this figure, the short channel LDD type TFT circuit can operate at a higher speed than the TFT circuit having the normal structure. In addition, even if the gate electrode length is about half, the LDD TFT has a much smaller off-current, so that the power consumption of the circuit can be reduced by driving with the same voltage. Further, since the LDD type TFT has much higher source-drain breakdown voltage and source-gate breakdown voltage, a high-voltage circuit can be configured as required. For example, this circuit can easily drive an electro-optical material that cannot be conventionally driven by a TFT circuit because a high drive voltage is required. As such an electro-optic material, for example, polymer dispersed liquid crystal or guest-host liquid crystal can be considered. These liquid crystals have a high threshold voltage, and if these liquid crystals are used for display elements of a liquid crystal display device, the viewing angle can be greatly improved.

また、ここではnチャネルTFTとpチャネルTFTの移動度の違いによるオン電流のバランスをとるために、nチャネルTFTのゲート電極長をpチャネルTFTのそれよりも長くしている。これはCMOS回路を最も高速に動作させるためには対になった2つのTFTのオン電流を同程度にするのが望ましいからである。特に、CMOSアナログスイッチでは動作点における2つのTFTの並列抵抗値を一定以下にする必要があるから、pチャネルTFTの抵抗を十分小さくしておかなければならない。レイアウト上のスペース効率の点ではチャネル長一定でチャネル幅の比を変えるよりも、チャネル幅一定でチャネル長を変化させる方が有利である。但し、デザインルールの制約で短チャネル化ができない場合等にはゲート電極長を最小寸法としてチャネル長を固定し、nチャネル幅をpチャネル幅より小さくすればよい。なお、インバータのみの回路やアナログスイッチの場合にはこのように比較的簡単にpチャネルTFTとnチャネルのTFTのチャネル長やチャネル幅を決定することができる。しかし、NANDゲートやNORゲートのように同じ極性のTFTが並列に並んだ場合と直列に並んだ場合とが混在するような回路では、その回路の動作の目的に応じてそれぞれのTFTサイズを最適化する必要がある。   Here, in order to balance the on-current due to the difference in mobility between the n-channel TFT and the p-channel TFT, the gate electrode length of the n-channel TFT is made longer than that of the p-channel TFT. This is because it is desirable to make the on-currents of the two TFTs that are paired at the same level in order to operate the CMOS circuit at the highest speed. In particular, in a CMOS analog switch, since the parallel resistance value of two TFTs at an operating point needs to be a certain value or less, the resistance of a p-channel TFT must be made sufficiently small. From the viewpoint of space efficiency in layout, it is more advantageous to change the channel length at a constant channel width than to change the ratio of the channel width at a constant channel length. However, if the channel length cannot be shortened due to design rule restrictions, the channel length may be fixed with the gate electrode length as the minimum dimension, and the n channel width may be made smaller than the p channel width. In the case of an inverter-only circuit or an analog switch, the channel length and channel width of the p-channel TFT and the n-channel TFT can be determined relatively easily as described above. However, in a circuit where TFTs with the same polarity are arranged in parallel, such as NAND gates and NOR gates, the size of each TFT is optimized according to the purpose of the circuit operation. It is necessary to make it.

なお、図33(A)、(B)、(C)には、単結晶MOSFETでCMOSインバータ回路を構成した場合の、回路図、パターン図、ウァハ断面図が示される。また、図34には、TFTによりCMOSインバータを構成した場合のパターン図が示される。単結晶MOSFETでは、nチャネルトランジスタを形成するためにP−Wellが必要となり、このためpチャネルトランジスタとnチャネルトランジスタをあまり近づけることができない。更に、単結晶MOSFETでは、WellあるいはN−Bulkの電位を安定させラッチアップ等が起こるのを防止するために、P−WellにはPの、N−BulkにはNのストッパー(ガードバー)を設ける必要がある。そして、このストッパーは、pチャネルトランジスタとnチャネルトランジスタとの境界に設ける必要があり、このためpチャネルトランジスタとnチャネルトランジスタを更に離して配置しなければならない。このため、図33における横方向の長さが大きくなり、回路の専有面積が大きくなる。これに対して、TFTでは、島状に分離された半導体薄膜どうしは完全に絶縁されている。このため、TFTでは、図34(図27の断面図に対応している)に示すように、ストッパーを設ける必要がなくなり、図34における横方向の長さを小さくすることができる。また、単結晶MOSFETに比べ、構造も単純となり、pチャネルトランジスタとnチャネルトランジスタを自由にレイアウトできるという利点がある。従って、第1〜第5の実施例の製造方法により、そして更にLDD型にすることにより、TFTの高速化を図り、動作速度を単結晶MOSFETに近づけることができれば、上記レイアウト上の優位点を利用して、これまで単結晶MOSFETが用いられていた回路をTFT構成に置き換えることが可能となる。また、TFTでは、図34に示すようなパターン配置がなされる場合が多く、この場合には、チャネル幅を一定にしてチャネル長を変化させる方が、レイアウト効率上、有利となる。 33A, 33B, and 33C are a circuit diagram, a pattern diagram, and a wafer cross-sectional view in the case where a CMOS inverter circuit is configured by a single crystal MOSFET. FIG. 34 shows a pattern diagram in the case where a CMOS inverter is constituted by TFTs. In a single crystal MOSFET, a P-Well is required to form an n-channel transistor, and therefore, the p-channel transistor and the n-channel transistor cannot be brought close to each other. Further, the single crystal MOSFET, in order to prevent latch-up or the like to stabilize the potential of the Well or N-Bulk occurs, the P-Well of P +, the N-Bulk of N + stopper (guard bar) It is necessary to provide. This stopper needs to be provided at the boundary between the p-channel transistor and the n-channel transistor. For this reason, the p-channel transistor and the n-channel transistor must be further separated. For this reason, the horizontal length in FIG. 33 is increased, and the area occupied by the circuit is increased. On the other hand, in the TFT, the semiconductor thin films separated into island shapes are completely insulated. Therefore, in the TFT, as shown in FIG. 34 (corresponding to the cross-sectional view of FIG. 27), it is not necessary to provide a stopper, and the lateral length in FIG. 34 can be reduced. Further, the structure is simpler than that of a single crystal MOSFET, and there is an advantage that p-channel transistors and n-channel transistors can be laid out freely. Therefore, if the manufacturing method of the first to fifth embodiments and the LDD type can be used to increase the TFT speed and bring the operation speed closer to that of the single crystal MOSFET, the advantages in the layout can be obtained. By utilizing this, it is possible to replace a circuit in which a single crystal MOSFET has been used so far with a TFT configuration. In many cases, TFTs are arranged in a pattern as shown in FIG. 34. In this case, it is advantageous in terms of layout efficiency to change the channel length while keeping the channel width constant.

7.第7の実施例
本実施例ではLDD型TFTの製造プロセス条件の最適化について説明する。
7). Seventh Example In this example, optimization of manufacturing process conditions for an LDD type TFT will be described.

本実施例では、第1にLDD部の最大不純物濃度(ドーズ量)の最適化を行い、第2にソース・ドレイン部の最大不純物濃度(ドーズ量)の最適化を行い、第3にLDD長の最適化を行っている。これにより、本実施例では、LDD型TFTの高速化、高耐圧化を図っている。   In this embodiment, first, the maximum impurity concentration (dose amount) of the LDD portion is optimized, secondly, the maximum impurity concentration (dose amount) of the source / drain portion is optimized, and third, the LDD length. Has been optimized. Thus, in this embodiment, the high speed and high breakdown voltage of the LDD type TFT are achieved.

まず、LDD部の最大不純物濃度の最適化について説明する。図35、図36には、LDD部のドーズ量と、オン電流及びオフ電流及びオン・オフ比(オン電流/オフ電流)との関係が表す特性図が示される。また、図37には、LDD部のドーズ量とLDD部のシート抵抗の関係を表す特性図が示される。ここでは、多結晶半導体膜は背景技術の第1の製造方法にしたがって準備されており、その膜厚は500Å程度である。さて、図35から明らかなように、LDD部へ打ち込まれる不純物のドーズ量が高すぎるとオフ電流を低くすることができない。例えば、図35では、1×1014cm−2以下で、オフ電流が急激に減少している。LDD部のドーズ量が高いと、ドレイン端の電界集中を抑えることができず、このためオフ電流が増大し、更には、ソース・ドレイン間耐圧およびソース・ゲート間耐圧の低下を招くわけである。従って、LDD部のドーズ量は1×1014cm−2以下であることが望ましく、従って、LDD部の最大不純物濃度は、これに10を乗算して1×1019cm−3以下であることが望ましい。 First, optimization of the maximum impurity concentration of the LDD part will be described. FIGS. 35 and 36 are characteristic diagrams showing the relationship between the dose amount of the LDD portion, the on-current, the off-current, and the on-off ratio (on-current / off-current). FIG. 37 is a characteristic diagram showing the relationship between the dose amount of the LDD portion and the sheet resistance of the LDD portion. Here, the polycrystalline semiconductor film is prepared according to the first manufacturing method of the background art, and the film thickness is about 500 mm. As is apparent from FIG. 35, if the dose of impurities implanted into the LDD portion is too high, the off current cannot be reduced. For example, in FIG. 35, the off-state current rapidly decreases at 1 × 10 14 cm −2 or less. If the dose amount of the LDD portion is high, the electric field concentration at the drain end cannot be suppressed, which increases the off-current, and further causes a decrease in the source-drain breakdown voltage and the source-gate breakdown voltage. . Therefore, it is desirable that the dose amount of the LDD portion is 1 × 10 14 cm −2 or less, and therefore the maximum impurity concentration of the LDD portion is 1 × 10 19 cm −3 or less by multiplying this by 10 5. It is desirable.

一方、LDD部のドーズ量が低すぎると、今度は、図36に示すようにオン電流が大幅に減少する。これは、図37から明らかなように、LDD部のドーズ量が減少するとLDD部のシート抵抗が増加するからである。例えば、LDD部のドーズ量が1×1013cm−2未満となると、シート抵抗は250KΩ/□よりも大きくなってしまう。このようにシート抵抗が高くなると、例えばトランジスタのオン抵抗が低く10KΩ〜20KΩ程度の場合には非常に影響を受けてしまう。従って、LDD部のドーズ量は少なくとも1×1013cm−2以上であることが望ましい。 On the other hand, if the dose amount of the LDD portion is too low, the on-current is greatly reduced, as shown in FIG. This is because, as is clear from FIG. 37, when the dose amount of the LDD portion decreases, the sheet resistance of the LDD portion increases. For example, when the dose amount of the LDD portion is less than 1 × 10 13 cm −2 , the sheet resistance becomes larger than 250 KΩ / □. When the sheet resistance is increased in this way, for example, when the on-resistance of the transistor is low and is about 10 KΩ to 20 KΩ, the sheet resistance is greatly affected. Therefore, it is desirable that the dose amount of the LDD portion is at least 1 × 10 13 cm −2 or more.

更に、図36に示すようにオン・オフ比は、1×1013cm−2〜1×1014cm−2の間で極大値を持ち、例えばオン・オフ比は2×1013cm−2〜5×1013cm−2程度で極大となる。 Furthermore, as shown in FIG. 36, the on / off ratio has a maximum value between 1 × 10 13 cm −2 and 1 × 10 14 cm −2 , for example, the on / off ratio is 2 × 10 13 cm −2. It becomes maximum at about 5 × 10 13 cm −2 .

以上より、LDD部では、ドーズ量は1×1013cm−2〜1×1014cm−2程度、最大不純物濃度は1×1018cm−3〜1×1019cm−3程度の範囲であることが望ましい。そして、更に好ましくは、LDD部では、ドーズ量は2×1013cm−2〜5×1013cm−2程度、最大不純物濃度は2×1018cm−3〜5×1018cm−3程度の範囲であることが望ましい。このようにすることで、LDD部の最大不純物濃度が最適化される。 As described above, in the LDD portion, the dose amount is about 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 and the maximum impurity concentration is in the range of about 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3. It is desirable to be. More preferably, in the LDD portion, the dose amount is about 2 × 10 13 cm −2 to 5 × 10 13 cm −2 and the maximum impurity concentration is about 2 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 18 cm −3. It is desirable that the range be By doing so, the maximum impurity concentration of the LDD portion is optimized.

なお、特開平6−102531には、前述のようにLDD部のドーズ量を1×1014cm−2以下とすることが開示されている。しかし、この従来技術では下限値については開示されておらず、ドーズ量が1×1014cm−2〜1×1013cm−2である範囲にオン・オフ比の極大値があることについての示唆は全くない。更に、このLDD部の最大不純物濃度の最適化の思想は、単結晶のLDD型MOSFETの技術には存在し得ない思想である。なぜならば、単結晶のLDD型MOSFETでは、LDD長が例えば0.1μm程度と短く、従って、このLDD部分の抵抗値は動作スピードにあまり影響を与えない。このため、LDD型MOSFETでは、LDD部の最大不純物濃度について考慮する必要がない。一方、非単結晶のLDD型TFTでは、前述のように結晶粒界に沿った増速拡散が生じるため、LDD長を単結晶MOSFETに比べ長くしなければならない。このため、LDD部のシート抵抗が問題となり、高速化を図るためにはLDD部の最大不純物濃度の最適化の思想が必要となるわけである。 JP-A-6-102531 discloses that the dose amount of the LDD portion is 1 × 10 14 cm −2 or less as described above. However, the lower limit value is not disclosed in this prior art, and there is a maximum value of the on / off ratio in the range where the dose amount is 1 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 13 cm −2 . There is no suggestion. Further, the idea of optimizing the maximum impurity concentration of the LDD portion is an idea that cannot exist in the technology of the single crystal LDD type MOSFET. This is because, in a single crystal LDD type MOSFET, the LDD length is as short as about 0.1 μm, for example, and therefore the resistance value of this LDD portion does not significantly affect the operation speed. For this reason, in the LDD type MOSFET, it is not necessary to consider the maximum impurity concentration of the LDD portion. On the other hand, in the non-single crystal LDD type TFT, the accelerated diffusion along the crystal grain boundary occurs as described above. Therefore, the LDD length must be longer than that of the single crystal MOSFET. For this reason, the sheet resistance of the LDD part becomes a problem, and the idea of optimizing the maximum impurity concentration of the LDD part is necessary to increase the speed.

次に、ソース・ドレイン部の最大不純物濃度の最適化について説明する。図38には、ソース・ドレイン部のドーズ量と、拡散長との関係が表す特性図が、図39には、ソース・ドレイン部のドーズ量と、ソース・ドレイン部におけるコンタクト抵抗との関係を表す特性図が示される。図38に示すように、ソース・ドレイン部に打ち込まれる不純物のドーズ量が高くなると拡散長が大きくなる。そして、拡散長が大きくなると、例えばドレイン部あるいはソース部の不純物がLDD部へと拡散し、LDD部の実効LDD長が零になってしまうという事態が生じる。LDD部をフォトレジストを用いてノンセルフアラインで作る場合には、LDD長はフォトレジストのマスク寸法により決定される。そして、例えば、このマスクによって決まるLDD長の寸法を4μmとした場合を考える。本実施例では、ゲート電極長を5μm以下として、短チャネル化を図っているため、素子の微細化のためにもLDD長はあまり長くすることができず、LDD長は例えば4μm以下であることが望ましい。ところがこの場合に、ソース・ドレイン部のドーズ量が1×1016cm−2よりも大きくなってしまうと、図38から明らかなように、拡散長も4μmより大きくなってしまう。すると、LDD部に4μmだけソース・ドレイン部の不純物が拡散し、これにより実効LDD長が零になってしまう。そして、実効LDD長が零になってしまうと、LDD部が機能しなくなり、これにより例えばソース・ドレイン間耐圧等が大幅に低下してしまう。従って、ソース・ドレイン部のドーズ量は1×1016cm−2以下であることが望ましい。 Next, optimization of the maximum impurity concentration in the source / drain portion will be described. FIG. 38 is a characteristic diagram showing the relationship between the dose amount of the source / drain portion and the diffusion length, and FIG. 39 shows the relationship between the dose amount of the source / drain portion and the contact resistance in the source / drain portion. A characteristic diagram is shown. As shown in FIG. 38, the diffusion length increases as the dose of impurities implanted into the source / drain portions increases. When the diffusion length increases, for example, impurities in the drain portion or the source portion diffuse into the LDD portion, and the effective LDD length of the LDD portion becomes zero. In the case where the LDD portion is made non-self-aligning using a photoresist, the LDD length is determined by the mask size of the photoresist. For example, consider a case where the dimension of the LDD length determined by this mask is 4 μm. In this embodiment, since the gate electrode length is set to 5 μm or less to shorten the channel, the LDD length cannot be increased so much for miniaturization of the element, and the LDD length is, for example, 4 μm or less. Is desirable. However, in this case, if the dose amount of the source / drain portion becomes larger than 1 × 10 16 cm −2 , the diffusion length becomes larger than 4 μm as apparent from FIG. Then, impurities in the source / drain portion are diffused by 4 μm in the LDD portion, and the effective LDD length becomes zero. When the effective LDD length becomes zero, the LDD portion does not function, and for example, the source-drain breakdown voltage is significantly reduced. Therefore, the dose of the source / drain part is desirably 1 × 10 16 cm −2 or less.

一方、ソース・ドレイン部のドーズ量が低くなると、今度は、ソース・ドレイン部におけるコンタクト抵抗(図56(B)のRc1、Rc2)が高くなってしまう。本実施例でLDD型TFTを採用した1つの大きな理由は、このコンタクト抵抗を低減することにある。従って、このコンタクト抵抗はなるべく低くなることが望ましく、例えば3KΩ/10μm□以下であることが望ましい。そしてこの場合には、図39に示すように、ソース・ドレイン部のドーズ量は5×1014cm−2以上であることが望ましいことになる。これにより、コンタクト抵抗を低減し、LDD型TFTの高速化を図れる。 On the other hand, when the dose amount of the source / drain portion is lowered, the contact resistance (Rc1, Rc2 in FIG. 56B) in the source / drain portion is increased. One major reason for adopting the LDD type TFT in this embodiment is to reduce the contact resistance. Therefore, the contact resistance is desirably as low as possible, for example, 3 KΩ / 10 μm □ or less. In this case, as shown in FIG. 39, it is desirable that the dose amount of the source / drain portion is 5 × 10 14 cm −2 or more. Thereby, the contact resistance can be reduced and the speed of the LDD type TFT can be increased.

更に、5μm以下となるゲート電極長を考え、素子の微細化を考慮すると、LDD長は、1μm〜2μm程度の範囲であることがより望ましい。従って、この場合には、図38から明らかなように、ソース・ドレイン部のドーズ量は1×1015cm−2〜3×1015cm−2程度の範囲となる。 Further, considering the gate electrode length of 5 μm or less and considering the miniaturization of the element, the LDD length is more preferably in the range of about 1 μm to 2 μm. Accordingly, in this case, as is apparent from FIG. 38, the dose amount of the source / drain region is in the range of about 1 × 10 15 cm −2 to 3 × 10 15 cm −2 .

以上より、ソース・ドレイン部では、ドーズ量は5×1014cm−2〜1×1016cm−2程度、最大不純物濃度は5×1019cm−3〜1×10211cm−3程度の範囲であることが望ましい。そして、更に好ましくは、ソース・ドレイン部では、ドーズ量は1×1015cm−2〜3×1015cm−2程度、最大不純物濃度は1×1020cm−3〜3×1020cm−3程度の範囲であることが望ましい。このようにすることで、ソース・ドレイン部の最大不純物濃度が最適化される。 As described above, in the source / drain region, the dose amount is about 5 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 and the maximum impurity concentration is about 5 × 10 19 cm −3 to 1 × 10 21 1 cm −3 . A range is desirable. More preferably, in the source / drain region, the dose amount is about 1 × 10 15 cm −2 to 3 × 10 15 cm −2 and the maximum impurity concentration is 1 × 10 20 cm −3 to 3 × 10 20 cm −. A range of about 3 is desirable. By doing so, the maximum impurity concentration of the source / drain portion is optimized.

なお、特開平6−102531には、前述のようにソース・ドレイン部のドーズ量を1×1014cm−2〜1×1017cm−2とすることが開示されている。しかし、この数値限定の下限値である1×1014cm−2は、単にLDD部よりもドーズ量を高くしなければならないという限定にすぎない。実際問題として、ドーズ量が1×1014cm−2であると、図39に示すようにコンタクト抵抗が50KΩ/10μm□程度となってしまい、短チャネル化を施した本実施例のLDD型TFTでは使用に耐え得ない。即ち、この従来技術では、ゲートチャネル長が6μmであり、オン抵抗が本実施例に比べて非常に高いため、このようなコンタクト抵抗の低減化に関心がないのである。更に、この従来技術では、ドーズ量の上限値が1×1017cm−2となっているが、ドーズ量がこの値であると、図38に示すように拡散長が非常に大きくなってしまう。短チャネル化、素子の微細化に関心のない、この従来技術では、ゲートチャネル長が6μmとなるため、LDD長をそれほど小さくしなくてもよく、そのため上限値はこのように大きなものとなっている。このように、この従来技術には、LDD型TFTを高速に、高耐圧で動作させるためのソース・ドレイン部の最大不純物濃度の最適化の思想については全く開示されておらず、その示唆もない。更に、このソース・ドレイン部の最大不純物濃度の最適化の思想は、単結晶のLDD型MOSFETの技術には存在し得ない思想である。なぜならば、単結晶のLDD型MOSFETでは、結晶粒界に沿った増速拡散の現象が生じず、従って、ソース・ドレイン部の不純物の拡散についてはあまり考慮に入れる必要がないからである。その証拠に、単結晶のLDD型MOSFETでは、LDD長が例えば0.1μm程度と非常に短くなっている。 JP-A-6-102531 discloses that the dose amount of the source / drain portion is 1 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 17 cm −2 as described above. However, the lower limit value of 1 × 10 14 cm −2 , which is the numerical limit, is merely a limitation that the dose must be higher than that of the LDD portion. As a practical matter, when the dose is 1 × 10 14 cm −2 , the contact resistance is about 50 KΩ / 10 μm □ as shown in FIG. Then I can't stand it. That is, in this prior art, the gate channel length is 6 μm and the on-resistance is much higher than that of the present embodiment, so there is no interest in reducing such contact resistance. Furthermore, in this prior art, the upper limit value of the dose amount is 1 × 10 17 cm −2 , but when the dose amount is this value, the diffusion length becomes very large as shown in FIG. . In this conventional technique, which has no interest in shortening the channel and miniaturizing the element, the gate channel length is 6 μm, so the LDD length does not have to be so small, so the upper limit value is thus large. Yes. As described above, this prior art does not disclose or suggest the idea of optimizing the maximum impurity concentration of the source / drain portion in order to operate the LDD type TFT at a high speed and with a high breakdown voltage. . Further, the idea of optimizing the maximum impurity concentration of the source / drain portion is an idea that cannot exist in the technique of the single crystal LDD type MOSFET. This is because, in a single crystal LDD type MOSFET, the phenomenon of accelerated diffusion along the crystal grain boundary does not occur, and therefore, it is not necessary to take much consideration into the impurity diffusion in the source / drain region. As evidence, the LDD length of a single crystal LDD type MOSFET is very short, for example, about 0.1 μm.

次に、LDD部のLDD長の最適化について説明する。図40、図41には、LDD長とオン電流及びオフ電流及びソース・ドレイン耐圧の関係を表す特性図が示される。この場合の、チャネル部およびLDD部のポリシリコン薄膜の膜厚は450Åである。また、LDD部のドーズ量は3×1013cm−2である。図40に示すように、オフ電流はあるLDD長以上で急激に減少し、それ以上LDD長が長くなっても少しずつしか減少しない。一方、オン電流も同様にあるLDD長以上で一旦減少しそれ以上のLDD長では徐々に減少するが、オフ電流が2桁以上減少するのに対し、オン電流は半分程度にしかならない。また、図41に示すように、ソース・ドレイン間耐圧(ソース・ゲート間耐圧も同様)についてもオフ電流が急激に減少するところで大幅な向上が見られる。これらの現象から、回路中のすべてのTFTのLDD長を常にオフ電流が急激に下がる長さより大きくすればよいことがわかる。もし、LDD長が絶縁膜のサイドウォール等によってセルフアライン的に決まる場合にはその絶縁膜の膜厚を必要なLDD長より厚くしておけばよい。LDD長がマスクアライメントによって変動するような製造方法を用いる場合でも、LDD長のばらつきの最小値が1μm以上であればよい。かりに、多少LDD長が大きなTFTがあったとしてもオン電流の違いは図40からわかるように比較的小さいので、デジタル回路ではほとんど問題にならない。アナログ回路の場合には、あらかじめ予想される最大のLDD長においても回路に要求される抵抗値を満たすように設計しておく必要がある。 Next, optimization of the LDD length of the LDD part will be described. 40 and 41 are characteristic diagrams showing the relationship between the LDD length, the on-current, the off-current, and the source / drain breakdown voltage. In this case, the thickness of the polysilicon thin film in the channel portion and the LDD portion is 450 mm. The dose of the LDD part is 3 × 10 13 cm −2 . As shown in FIG. 40, the off-state current rapidly decreases when the LDD length is longer than a certain LDD length, and only gradually decreases even when the LDD length is further increased. On the other hand, the on-current also decreases once at a certain LDD length or more and gradually decreases at a longer LDD length, but the off-current decreases by two digits or more, whereas the on-current is only about half. As shown in FIG. 41, the source-drain breakdown voltage (same as the source-gate breakdown voltage) is also greatly improved when the off-state current rapidly decreases. From these phenomena, it can be seen that the LDD length of all TFTs in the circuit should always be made longer than the length at which the off-state current rapidly decreases. If the LDD length is determined in a self-aligned manner by the sidewalls of the insulating film, the insulating film may be made thicker than the required LDD length. Even in the case of using a manufacturing method in which the LDD length varies depending on the mask alignment, the minimum value of the LDD length variation may be 1 μm or more. However, even if there is a TFT having a slightly large LDD length, the difference in on-current is relatively small as can be seen from FIG. In the case of an analog circuit, it is necessary to design the circuit so as to satisfy the resistance value required for the circuit even in the maximum LDD length expected in advance.

なお、LDD長の最適値については、以下のように考えることができる。即ち、上述のソース・ドレイン部の最適化のところで説明したように、LDD長は、ソース・ドレイン部からの拡散により実効LDD長が零とならない範囲で、そして、素子の微細化を考慮してなるべく短い方がよい。従って、ソース・ドレイン部のドーズ量の最適値である5×1014cm−2〜1×1016cm−2及び1×1015cm−2〜3×1015cm−2に対応して、LDD長は、0.6μm〜4μm程度の範囲が望ましく、更に望ましくは1μm〜2μm程度の範囲となる。 Note that the optimum value of the LDD length can be considered as follows. That is, as described above in the optimization of the source / drain portion, the LDD length is within a range where the effective LDD length does not become zero due to diffusion from the source / drain portion, and in consideration of miniaturization of elements. The shorter it is, the better. Therefore, corresponding to 5 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 and 1 × 10 15 cm −2 to 3 × 10 15 cm −2 which are optimum values of the dose amount of the source / drain portion, The LDD length is preferably in the range of about 0.6 μm to 4 μm, and more preferably in the range of about 1 μm to 2 μm.

以上のように、非単結晶半導体薄膜を用いたTFTにおいては、結晶粒界にそった増速拡散が起るため拡散係数が単結晶半導体のそれに対して1桁以上も大きい。このため、単結晶半導体を用いたMOSFETで用いられている設計手法は、非単結晶半導体薄膜を用いたLDD型CMOSTFT回路には適用できない。たとえば、ポリシリコンCMOSTFTの場合には、p,nチャネルともに1μm以上のLDD長をとるのが望ましい。しかし、1μm以上のLDD長をもつTFTではチャネル部のオン抵抗に対して30〜100%程度の抵抗がチャネルの両端に直列に接続されることになるから、従来のMOSFETのモデルではTFTの電流を正確に見積るのは困難である。特に、LDD長がノンセルフアラインで決定されるような製造方法を用いる場合には、LDD長が1〜4μm程度と大きくばらつくことになる。また、TFTの特性を向上させるためにはチャネル部とLDD部の膜厚は1000Å以下、望ましくは500Å以下と薄膜化する必要があるため、LDD部のシート抵抗もばらつきやすい。しかし、LDD部のシート抵抗が最大となりかつLDD長が最大となる場合にも、TFTは必要なオン電流を確保するあるいはそのTFT回路は必要な速度で動作しなければならないから、このような場合を想定した特別な設計手法が必要である。そこで、LDD部の抵抗を予想される範囲で大きく変化させ、その結果チャネル部に印加される実効電圧を算出しオン電流を見積るLDD型CMOSTFT回路専用のモデルを開発し、シミュレーションを行った。   As described above, in a TFT using a non-single-crystal semiconductor thin film, accelerated diffusion occurs along the crystal grain boundary, so that the diffusion coefficient is larger by one digit or more than that of the single-crystal semiconductor. For this reason, the design method used in MOSFETs using single crystal semiconductors cannot be applied to LDD type CMOS TFT circuits using non-single crystal semiconductor thin films. For example, in the case of a polysilicon CMOS TFT, it is desirable to take an LDD length of 1 μm or more for both the p and n channels. However, in a TFT having an LDD length of 1 μm or more, a resistance of about 30 to 100% with respect to the on-resistance of the channel portion is connected in series at both ends of the channel. It is difficult to estimate accurately. In particular, when using a manufacturing method in which the LDD length is determined by non-self-alignment, the LDD length varies greatly from about 1 to 4 μm. Further, in order to improve the TFT characteristics, the film thickness of the channel portion and the LDD portion needs to be reduced to 1000 mm or less, preferably 500 mm or less, so that the sheet resistance of the LDD portion is likely to vary. However, even when the sheet resistance of the LDD portion is maximized and the LDD length is maximized, the TFT must ensure the necessary on-current or the TFT circuit must operate at the necessary speed. A special design method is required. Therefore, a model dedicated to the LDD-type CMOS TFT circuit was developed and simulated, in which the resistance of the LDD portion was greatly changed within the expected range, and as a result, the effective voltage applied to the channel portion was calculated and the on-current was estimated.

一方、製造方法においても、単結晶半導体を用いたMOSFETで用いられている技術は使えない。たとえば、単結晶半導体の場合では1000Å前後の薄い熱酸化膜のサイドウォールを利用して簡単にLDD構造とすることができるが、1μm前後の厚い絶縁膜で欠陥のないサイドウォールを形成するのは非常に困難である。しかも、そのような厚い絶縁膜の上から1000Å以下の薄い半導体薄膜に不純物を注入するのはスループットやばらつきの点から実用的ではない。そこで、ゲート電極の端面を1μm以上オーバーエッチしたりフォトレジストを用いてLDD部とソース・ドレイン部の境界をノンセルフアラインで作る方法などが考えられる。これらの方法はすでに一部のアクティブマトリクス基板の画素TFTでは用いられてきた。しかし、これらはあくまでもオフ電流の低減を主たる目的として開発されたもので、オン電流が不十分で高速動作を目的とするCMOSTFT回路にはそのままでは使えない。そこで、本実施例においてはp、n両チャネルTFTのチャネル長を従来より大幅に短チャネル化しながら、オン電流を重視してLDD長やLDD部の不純物注入量を最適化している。更に、本実施例では、薄いゲート絶縁膜の上から不純物を注入するため低エネルギーで高スループットでの不純物注入が可能である。以上のように製造プロセスの最適化によりはじめて高速動作に適したLDD型CMOSTFTが実現できる。   On the other hand, in the manufacturing method, the technique used in MOSFETs using a single crystal semiconductor cannot be used. For example, in the case of a single crystal semiconductor, an LDD structure can be easily formed by using a side wall of a thin thermal oxide film of about 1000 mm, but a side wall having no defect is formed by a thick insulating film of about 1 μm. It is very difficult. Moreover, it is impractical to inject impurities into a thin semiconductor thin film having a thickness of 1000 mm or less from above such a thick insulating film from the viewpoint of throughput and variation. Therefore, a method of overetching the end face of the gate electrode by 1 μm or more or using a photoresist to make the boundary between the LDD part and the source / drain part by non-self-alignment can be considered. These methods have already been used for pixel TFTs on some active matrix substrates. However, these were developed mainly for the purpose of reducing the off-current, and cannot be used as they are for a CMOS TFT circuit intended for high-speed operation due to insufficient on-current. Therefore, in this embodiment, the channel length of both the p-channel TFT and the n-channel TFT is made shorter than before, and the LDD length and the impurity implantation amount of the LDD portion are optimized by focusing on the on-current. Furthermore, in this embodiment, since impurities are implanted from above the thin gate insulating film, it is possible to implant impurities with low energy and high throughput. As described above, an LDD type CMOS TFT suitable for high-speed operation can be realized only by optimizing the manufacturing process.

8.第8の実施例
本実施例ではLDD型TFTを用いたCMOS回路の製造方法について説明する。図42(A)〜(D)は、代表的なポリシリコンTFTの製造方法を示す工程図である。まず、図42(A)に示すように島上にパターニングされたポリシリコン薄膜72を熱酸化して熱酸化SiO膜73を形成し、その上にゲート電極74を形成する。次に、図42(B)に示すようにpチャネルTFTをフォトレジスト75で覆い、ドナーとなる不純物を低濃度で注入する。ここではリンイオンを用いる。さらに、図42(C)に示すようにpチャネルTFT全面とnチャネルTFTのゲート電極よりやや大きめの部分を再びフォトレジストで覆い、ドナーとなる不純物を高濃度で注入する。これによってnチャネルのLDD型TFTのソース・ドレインおよびチャネル部が完成する。同様にしてpチャネルTFTにボロンイオン等のアクセプターとなる不純物を低濃度と高濃度で領域を分けて注入する。最後に図42(D)に示すように層間絶縁膜76を堆積し、金属配線77をパターニングする。
8). Eighth Embodiment In this embodiment, a method for manufacturing a CMOS circuit using LDD type TFTs will be described. 42A to 42D are process diagrams showing a typical method for manufacturing a polysilicon TFT. First, as shown in FIG. 42A, a polysilicon thin film 72 patterned on an island is thermally oxidized to form a thermally oxidized SiO 2 film 73, and a gate electrode 74 is formed thereon. Next, as shown in FIG. 42B, the p-channel TFT is covered with a photoresist 75, and an impurity serving as a donor is implanted at a low concentration. Here, phosphorus ions are used. Further, as shown in FIG. 42C, the entire surface of the p-channel TFT and a portion slightly larger than the gate electrode of the n-channel TFT are covered again with photoresist, and an impurity serving as a donor is implanted at a high concentration. This completes the source / drain and channel portion of the n-channel LDD TFT. Similarly, an impurity serving as an acceptor such as boron ion is implanted into the p-channel TFT separately at low and high concentrations. Finally, as shown in FIG. 42D, an interlayer insulating film 76 is deposited, and the metal wiring 77 is patterned.

この方法ではマスクパターンによってLDD長を自由に設定できるので、回路によって異なるLDD長を用いることもできる。また、常に一定のバイアスしかかからない様な素子の場合には片方の電極だけLDD構造とすることも可能である。例えば、ドレイン部のみLDD構造とすることも可能である。   In this method, the LDD length can be freely set according to the mask pattern, so that different LDD lengths can be used depending on the circuit. Further, in the case of an element that always has a constant bias, only one of the electrodes can have an LDD structure. For example, only the drain portion can have an LDD structure.

この方法以外にLDD型TFTを形成する方法としては絶縁膜のサイドウォールをマスクとして使う方法がある。たとえば図42(C)の高濃度イオン注入の前にゲート電極を熱酸化や陽極酸化によって絶縁膜で覆ったり、化学気相成長法等の堆積法により新たな絶縁膜を形成したりして必要なLDD長以上の膜厚の絶縁膜でゲート電極の表層部を覆えばよい。ただし、堆積法を用いる場合にはソース・ドレイン部上にも絶縁膜が堆積するため、絶縁膜が厚くなるとかなりの高エネルギーでイオン注入しなければならなくなる。なお、ここでは同一の半導体薄膜にイオン注入によって抵抗の異なる部分を形成したが、あらかじめ抵抗の異なる半導体薄膜をパターニングして重ねることも可能である。また、同じ結晶性の半導体膜であればチャネル部は薄い方が特性が良くなるが、ソース・ドレイン部のコンタクト抵抗を下げるためには膜厚は厚い方が良いので、ソース・ドレイン部のみに厚い不純物半導体薄膜を形成しておくという方法もある。   In addition to this method, there is a method using an insulating film sidewall as a mask as a method of forming an LDD type TFT. For example, before the high concentration ion implantation in FIG. 42C, the gate electrode is covered with an insulating film by thermal oxidation or anodic oxidation, or a new insulating film is formed by a deposition method such as chemical vapor deposition. The surface layer portion of the gate electrode may be covered with an insulating film having a thickness greater than or equal to the LDD length. However, when the deposition method is used, an insulating film is also deposited on the source / drain portions. Therefore, if the insulating film becomes thick, ions must be implanted with a considerably high energy. Here, portions having different resistances are formed in the same semiconductor thin film by ion implantation, but it is also possible to pattern and overlap semiconductor thin films having different resistances in advance. In addition, if the same crystalline semiconductor film is used, the thinner the channel, the better the characteristics.However, in order to reduce the contact resistance of the source / drain, the thicker the film, the better. There is also a method of forming a thick impurity semiconductor thin film.

本実施例のTFTの製造方法は、非単結晶半導体薄膜を用いた全てのLDD型CMOSTFTに適用できる。   The TFT manufacturing method of this embodiment can be applied to all LDD type CMOS TFTs using a non-single crystal semiconductor thin film.

9.第9の実施例
第9の実施例は、核の発生速度を遅くし、島の成長速度を速くするという原理に基づく製造方法に、LDD型TFTの製造方法を組み合わせた実施例である。更に、本第9の実施例では、堆積膜を非晶質状態から多結晶状態に改変するために固相成長法を用いている。以下、図1(A)、(B)及び図42(A)〜(D)を用いて第9の実施例の製造方法を説明する。
9. Ninth Example The ninth example is an example in which an LDD type TFT manufacturing method is combined with a manufacturing method based on the principle of slowing the generation rate of nuclei and increasing the growth rate of islands. Furthermore, in the ninth embodiment, a solid phase growth method is used to change the deposited film from an amorphous state to a polycrystalline state. Hereinafter, the manufacturing method of the ninth embodiment will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B) and FIGS. 42 (A) to (D).

第9の実施例では、基板201上に真性シリコン膜をLPCVD法により堆積する。ここでは、基板として石英ガラスを使用し、下地保護膜は工程を簡略にするために堆積しなかった。しかしながら、図25(A)に示すように半導体膜形成前に下地保護膜としての二酸化珪素(SiO)膜をCVD法等で堆積してもよい。これにより以下の効果が得られる。イ)半導体膜の密着性が改善される。ロ)低品質の安価なガラスを基板として用いた時に、不純物イオン(Na、K、Mg等)の半導体膜中への拡散を防止し得る。ハ)核発生を安定化し、基板間での核発生速度のバラツキを小さくできる。即ち、熱酸化後の多結晶シリコン等の半導体膜を構成するグレイン・サイズを基板間で一定にできる。 In the ninth embodiment, an intrinsic silicon film is deposited on the substrate 201 by the LPCVD method. Here, quartz glass was used as the substrate, and the base protective film was not deposited in order to simplify the process. However, as shown in FIG. 25A, a silicon dioxide (SiO 2 ) film as a base protective film may be deposited by a CVD method or the like before the semiconductor film is formed. As a result, the following effects can be obtained. B) The adhesion of the semiconductor film is improved. B) When low-quality and inexpensive glass is used as a substrate, diffusion of impurity ions (Na, K, Mg, etc.) into the semiconductor film can be prevented. C) Stabilization of nucleation and variation in nucleation speed between substrates can be reduced. That is, the grain size constituting the semiconductor film such as polycrystalline silicon after thermal oxidation can be made constant between the substrates.

LPCVD装置は第1の実施例と同じ装置を用い、まず、非晶質シリコン膜を堆積した。堆積後の膜厚は950Åとなる。堆積温度は495℃であり、原料ガスとして純度99.99%以上のモノシラン(SiH)を用い、200SCCMの流量でガスを反応炉に供給した。この場合の堆積圧力は1.3torrであり、この条件下でシリコン膜の堆積速度は16Å/minであった。そして、このようにして堆積されたシリコン膜をパターニング加工して、シリコン膜202を得る(図1(A))。 As the LPCVD apparatus, the same apparatus as in the first embodiment was used, and an amorphous silicon film was first deposited. The film thickness after deposition is 950 mm. The deposition temperature was 495 ° C., monosilane (SiH 4 ) having a purity of 99.99% or more was used as the source gas, and the gas was supplied to the reactor at a flow rate of 200 SCCM. The deposition pressure in this case was 1.3 torr, and the deposition rate of the silicon film was 16 Å / min under these conditions. Then, the silicon film thus deposited is patterned to obtain a silicon film 202 (FIG. 1A).

次に、600℃窒素雰囲気下で24時間程度熱処理を施し、非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜へと改変する(固相成長法)。但し、この場合の熱処理温度は600℃に限られるものではなく、好ましくは500℃〜700℃の範囲、更に好ましくは550℃〜650℃の範囲となる。   Next, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. for about 24 hours to change the amorphous silicon film into a polycrystalline silicon film (solid phase growth method). However, the heat treatment temperature in this case is not limited to 600 ° C., and is preferably in the range of 500 ° C. to 700 ° C., more preferably in the range of 550 ° C. to 650 ° C.

次に熱酸化法にてパターニング加工されたシリコン膜202の表面に酸化珪素膜203を形成した。熱酸化は1000℃の100%酸素雰囲気化にて1気圧で行った。これによりシリコン膜は薄くなり600Åとなり、700Åの膜厚を有する酸化珪素膜が得られた(図1(B))。   Next, a silicon oxide film 203 was formed on the surface of the silicon film 202 patterned by a thermal oxidation method. Thermal oxidation was performed at 1 atm in a 100% oxygen atmosphere at 1000 ° C. As a result, the silicon film was thinned to 600 mm, and a silicon oxide film having a thickness of 700 mm was obtained (FIG. 1B).

その後、熱酸化珪素膜上にゲート電極74を形成する(図42(A))。次に、pチャネルTFTをフォトレジスト75で覆い、ドナーとなる不純物を低濃度で注入する(図42(B))。更に、pチャネルTFT全面とnチャネルTFTのゲート電極よりやや大きめの部分を再びフォトレジストで覆い、ドナーとなる不純物を高濃度で注入する(図42(C))。これによってnチャネルのLDD型TFTのソース・ドレインおよびチャネル部が完成する。同様にしてpチャネルTFTにボロンイオン等のアクセプターとなる不純物を低濃度と高濃度で領域を分けて注入する。最後に図42(D)に示すように層間絶縁膜76を堆積し、金属配線77をパターニングする。以上のようにして作成したLDD型TFTのLDD長は、pチャネル側もnチャネル側も共に2.0μmであった。また、LDD領域のドーズ量は2×1013cm−2で、低抵抗ソースドレイン部(高濃度領域)のドーズ量は1×1015cmー2であった。 Thereafter, a gate electrode 74 is formed on the thermal silicon oxide film (FIG. 42A). Next, the p-channel TFT is covered with a photoresist 75, and an impurity serving as a donor is implanted at a low concentration (FIG. 42B). Further, the entire surface of the p-channel TFT and a portion slightly larger than the gate electrode of the n-channel TFT are covered again with a photoresist, and an impurity serving as a donor is implanted at a high concentration (FIG. 42C). This completes the source / drain and channel portion of the n-channel LDD TFT. Similarly, an impurity serving as an acceptor such as boron ion is implanted into the p-channel TFT separately at low and high concentrations. Finally, as shown in FIG. 42D, an interlayer insulating film 76 is deposited, and the metal wiring 77 is patterned. The LDD length of the LDD TFT produced as described above was 2.0 μm on both the p-channel side and the n-channel side. Further, the dose of the LDD region is 2 × 10 13 cm -2, the dose of the low-resistance source and drain portions (high density area) was 1 × 10 15 cm -2.

図43には、このようにして作成したLDD型TFTのトランジスタ特性が示される。トランジスタ・サイズは、nチャネルのLDD型TFT(以下、NMOSLDDと略す)がL/W=2.5μm/10μmであり、pチャネルのLDD型TFT(以下、PMOSLDDと略す)がL/W=1.5μm/10μmであり、NMOSLDDとPMOSLDDの電流供給能力のバランスを最適にしている。図2と図43を比較すれば明らかなように、本第9の実施例では、オフ電流が非常に低く抑えられている。また、Vgsが5Vあるいは−5Vでも十分なオン電流が得られ、これにより、電源電圧の低電圧化が可能となる。また、この場合のNMOSLDDのオン電流Ion=152μA(Vds=Vgs=5V)であった。また、PMOSLDDのオン電流Ion=30μA(Vds=Vgs=−5V)であった。   FIG. 43 shows the transistor characteristics of the LDD TFT produced in this way. The transistor size is L / W = 2.5 μm / 10 μm for an n-channel LDD TFT (hereinafter abbreviated as NMOS LDD), and L / W = 1 for a p-channel LDD TFT (hereinafter abbreviated as PMOS LDD). .5 μm / 10 μm, which optimizes the balance of the current supply capabilities of NMOS LDD and PMOS LDD. As is clear from a comparison between FIG. 2 and FIG. 43, in the ninth embodiment, the off-current is kept very low. In addition, a sufficient on-current can be obtained even when Vgs is 5 V or -5 V, and thus the power supply voltage can be lowered. In this case, the on-current Ion of the NMOS LDD was 152 μA (Vds = Vgs = 5 V). The on-current Ion of the PMOS LDD was 30 μA (Vds = Vgs = −5V).

本実施例によれば、NMOSLDD、PMOSLDDともに、しきい値電圧のVds依存性が小さくなり、短チャネル化が可能となった。即ち、従来ではチャネル長が4μm以下であった場合には、しきい値電圧のVds依存性が非常に大きくなり実用に適さなかったが、本実施例ではこれに比べ良好な特性となった。実際、PMOSLDDにおいて、Vds=−5VとVds=−12Vとでは、しきい値電圧のずれはわずかに1V程度であるし、NMOSLDDにいたってはそのずれは0.3V程度でしかない。従来は、チャネル長を5μm以下にすると、これらのしきい値電圧のVdsの相違によるずれは、数V以上(L=4μmで5V以上)もあった。また、コンタクト抵抗も十分小さくすることができた。更に、本実施例によれば、ポリシリコン膜の膜質が良質となるため、ドーズ量が低くてもシート抵抗を低減することができる。即ち、ソース・ドレイン部の寄生抵抗を低減でき、オン電流を増加させることが可能となった。   According to the present embodiment, both the NMOS LDD and the PMOS LDD have a smaller threshold voltage dependency on Vds, and a short channel can be realized. That is, conventionally, when the channel length is 4 μm or less, the Vds dependence of the threshold voltage is very large and is not suitable for practical use. However, in this embodiment, the characteristics are better than this. In fact, in PMOS LDD, the threshold voltage shift is only about 1 V when Vds = −5 V and Vds = −12 V, and the shift is only about 0.3 V for NMOS LDD. Conventionally, when the channel length is 5 μm or less, the deviation of these threshold voltages due to the difference in Vds was several V or more (L = 4 μm and 5 V or more). Also, the contact resistance could be made sufficiently small. Furthermore, according to the present embodiment, since the film quality of the polysilicon film becomes high, the sheet resistance can be reduced even if the dose is low. That is, the parasitic resistance of the source / drain portion can be reduced, and the on-current can be increased.

図44には、本実施例のLDD型TFTを用いたシフトレジスタ回路の最高動作周波数と電源電圧との関係を表した特性図が示される。図44に示すように、本実施例(Lgaten=2.5μm、Lgatep=1.5μm)では、電源電圧が3Vでも10MHzで動作し、また、電源電圧が2V以下でもシフトレジスタ回路が十分なスピードで動作することが確認された。これに対して、比較例(通常構造のもの)では、電源電圧が3Vでは、非常に動作速度が遅くなり、1.5V未満では、ほとんど動作しなかった。   FIG. 44 shows a characteristic diagram showing the relationship between the maximum operating frequency of the shift register circuit using the LDD type TFT of this embodiment and the power supply voltage. As shown in FIG. 44, in this embodiment (Lgaten = 2.5 μm, Lgatep = 1.5 μm), the shift register circuit operates at 10 MHz even when the power supply voltage is 3 V, and the shift register circuit has a sufficient speed even when the power supply voltage is 2 V or less. It was confirmed to work with. On the other hand, in the comparative example (those having a normal structure), the operation speed was very slow when the power supply voltage was 3V, and hardly operated when the power supply voltage was less than 1.5V.

図45には、本実施例及び比較例で測定された、コンタクト抵抗、ソース・ドレイン抵抗、LDD抵抗が示される。比較例は、従来技術の第1の製造方法にて準備されたものである。図45に示すように、本実施例では、コンタクト抵抗、ソース・ドレイン抵抗、LDD抵抗の全てが比較例に比べて低くなっている。特に、ソース・ドレイン抵抗は比較例に比べて非常に低くなっていることが理解される(1/5倍〜1/50倍)。特に、本実施例ではポリシリコン膜の結晶性が高いため、LDD部のドーズ量が低くても、LDD部のシート抵抗は低い。従来では、LDD構造すると、LDD部のシート抵抗が高いため、オン電流の大幅な低下を避けられなかったが、本実施例ではLDD部のシート抵抗が低いため、LDD部に起因する寄生抵抗を最小にとどめることが可能となる。   FIG. 45 shows the contact resistance, source / drain resistance, and LDD resistance measured in this example and the comparative example. The comparative example is prepared by the first manufacturing method of the prior art. As shown in FIG. 45, in this embodiment, the contact resistance, source / drain resistance, and LDD resistance are all lower than in the comparative example. In particular, it is understood that the source / drain resistance is much lower than that of the comparative example (1/5 times to 1/50 times). In particular, in this embodiment, since the polysilicon film has high crystallinity, the sheet resistance of the LDD portion is low even if the dose amount of the LDD portion is low. Conventionally, in the case of the LDD structure, since the sheet resistance of the LDD portion is high, a significant decrease in on-current cannot be avoided. However, in this embodiment, the sheet resistance of the LDD portion is low, so that the parasitic resistance due to the LDD portion is reduced. It is possible to keep it to a minimum.

なお、ここで、打ち込みドーズ量と半導体膜中の最大不純物濃度の関係について説明する。例えば、ドーズ量をN0(cm−2)、不純物濃度N(x)(cm−3)とすると、
N(x)=N0/(2π)1/2(ΔRp)×exp{−(X−Rp)/2(ΔRp)
X :表面からの距離
N(x) :xにおける濃度
Rp :飛程
ΔRp :飛程偏差
となる。従って、最大不純物濃度Nmaxは、
Nmax=N(X=Rp)=N0/(2π)1/2(ΔRp)
となる。TFTのG−SiOの膜厚を1000Å〜1500Åとすると、G−SiOを通して半導体膜にイオン打ち込みする時の飛程偏差は、ΔRp〜400Åとなる。したがって、Nmaxは、
Nmax =N0/(2π)1/2(ΔRp)
=N0×10
となる。従って、図45において、ドーズ量N0が1×1013cm−2の時の半導体膜中の最大不純物濃度Nmaxは1×1018cm−3となる。
Here, the relationship between the implantation dose amount and the maximum impurity concentration in the semiconductor film will be described. For example, when the dose amount is N0 (cm −2 ) and the impurity concentration N (x) (cm −3 )
N (x) = N0 / ( 2π) 1/2 (ΔRp) × exp {- (X-Rp) 2/2 (ΔRp) 2}
X: Distance from the surface N (x): Concentration at x Rp: Range ΔRp: Range deviation. Therefore, the maximum impurity concentration Nmax is
Nmax = N (X = Rp) = N0 / (2π) 1/2 (ΔRp)
It becomes. When the thickness of the G-SiO 2 film of the TFT is 1000 to 1500 mm, the range deviation when ions are implanted into the semiconductor film through the G-SiO 2 is ΔRp to 400 mm. Therefore, Nmax is
Nmax = N0 / (2π) 1/2 (ΔRp)
= N0 × 10 5
It becomes. Therefore, in FIG. 45, when the dose amount N0 is 1 × 10 13 cm −2 , the maximum impurity concentration Nmax in the semiconductor film is 1 × 10 18 cm −3 .

以下、図45のデータをもとに、比較例と本実施例を比較するための種々の計算を行う。なお、コンタクト抵抗は、コンタクト・ホールの面積に反比例するため、以下のようになる。
コンタクト・ホール・サイズ 比較例 本実施例
10μm×10μm 1.4kΩ 1.2kΩ
6μm× 6μm 3.9kΩ 3.3kΩ
4μm× 4μm 8.8kΩ 7.5kΩ
2μm× 2μm 35kΩ 30kΩ
1μm× 1μm 140kΩ 120kΩ
まず、図44に示すシフトレジスタに使用されるNMOSTFT、PMOSTFTの寄生抵抗について、比較例と本実施例を比較する。
Hereinafter, based on the data of FIG. 45, various calculations for comparing the comparative example and the present example are performed. Since the contact resistance is inversely proportional to the contact hole area, the contact resistance is as follows.
Contact hole size Comparative Example 10 μm × 10 μm 1.4 kΩ 1.2 kΩ
6μm × 6μm 3.9kΩ 3.3kΩ
4μm × 4μm 8.8kΩ 7.5kΩ
2μm × 2μm 35kΩ 30kΩ
1μm × 1μm 140kΩ 120kΩ
First, the parasitic resistance of the NMOS TFT and PMOS TFT used in the shift register shown in FIG.

(1)本実施例(NMOS)
図44に示すシフトレジスタでは、NMOSTFTのLDD部のドーズ量は、2×1013cm−2であった。従って、図45より、LDD部のシート抵抗は36kΩ/□となる。従って、この場合の寄生抵抗は以下のように計算される。
コンタクト・ホール・サイズ 100μm2
コンタクト抵抗 1.2kΩ
S/D部の抵抗 (S/D部の長さ÷S/D部の幅)×S/D部のシート抵抗
=(7μm/14μm)×530Ω/□=0.265kΩ
LDD部の抵抗 (LDD部の長さ÷LDD部の幅)×LDD部のシート抵抗
=(2μm/10μm)×36kΩ/□=7.2kΩ
全寄生抵抗=(コンタクト抵抗+S/D部抵抗+LDD部抵抗)×2
(1.2kΩ+0.265kΩ+7.2kΩ)×2
=17.33kΩ
なお、オン状態のチャンネル抵抗=15.56kΩとなるため、オン状態の総抵抗Ronは、
Ron=17.33kΩ+15.56kΩ=32.89kΩ
となる。従って、オン電流Ionは、
Ion=Vds/Ron=5V/32.89kΩ=152μA
となる。
(1) This embodiment (NMOS)
In the shift register shown in FIG. 44, the dose amount of the LDD portion of the NMOS TFT is 2 × 10 13 cm −2 . Therefore, from FIG. 45, the sheet resistance of the LDD portion is 36 kΩ / □. Therefore, the parasitic resistance in this case is calculated as follows.
Contact hole size 100μm2
Contact resistance 1.2kΩ
S / D section resistance (S / D section length ÷ S / D section width) × S / D section sheet resistance
= (7μm / 14μm) × 530Ω / □ = 0.265kΩ
Resistance of LDD part (length of LDD part ÷ width of LDD part) x sheet resistance of LDD part
= (2 μm / 10 μm) × 36 kΩ / □ = 7.2 kΩ
Total parasitic resistance = (Contact resistance + S / D part resistance + LDD part resistance) x 2
(1.2 kΩ + 0.265 kΩ + 7.2 kΩ) × 2
= 17.33 kΩ
Since the on-state channel resistance is 15.56 kΩ, the on-state total resistance Ron is
Ron = 17.33 kΩ + 15.56 kΩ = 32.89 kΩ
It becomes. Therefore, the on-current Ion is
Ion = Vds / Ron = 5 V / 32.89 kΩ = 152 μA
It becomes.

(2)NMOS(比較例)
コンタクト抵抗 1.4kΩ
S/D部の抵抗 (7μm/14μm)×2.6kΩ/□=1.3kΩ
LDD部の抵抗 (2μm/10μm)×180kΩ/□=36kΩ
全寄生抵抗=(1.4kΩ+1.3kΩ+36kΩ)×2
=77.4kΩ
このように、比較例では、チャネル長を小さくしてオン状態のチャンネル抵抗を下げても、全寄生抵抗が大きいので、オン状態の総抵抗Ronを下げることはできない。これに対して本実施例ではLDD化しても寄生抵抗は大きくならない。この傾向は、特に、PMOSLDDで顕著となる。
(2) NMOS (comparative example)
Contact resistance 1.4kΩ
Resistance of S / D part (7μm / 14μm) × 2.6kΩ / □ = 1.3kΩ
Resistance of LDD part (2μm / 10μm) × 180kΩ / □ = 36kΩ
Total parasitic resistance = (1.4kΩ + 1.3kΩ + 36kΩ) x 2
= 77.4kΩ
Thus, in the comparative example, even if the channel length is reduced and the channel resistance in the on state is lowered, the total parasitic resistance is large, and therefore the total resistance Ron in the on state cannot be lowered. In contrast, in this embodiment, the parasitic resistance does not increase even if LDD is used. This tendency is particularly noticeable with PMOS LDD.

(3)PMOS(本実施例)
コンタクト抵抗 1.18kΩ
S/D部の抵抗 (7μm/14μm)×50kΩ=0.025kΩ
LDD部の抵抗 (2μm/10μm)×13kΩ=2.6kΩ
全寄生抵抗=(1.18kΩ+0.025kΩ+2.6kΩ)×2
=7.61kΩ
(4)PMOS(比較例)
コンタクト抵抗 1.4kΩ
p+S/D抵抗 (7μm/14μm)×2.6kΩ=1.3kΩ
p−S/D抵抗 (2μm/10μm)×375kΩ=75kΩ
全寄生抵抗=(1.4kΩ+1.3kΩ+75kΩ)×2
=155.4kΩ
このようにPMOSの場合、本実施例の全寄生抵抗と比較例の全寄生抵抗との差は特に顕著となる。
(3) PMOS (this embodiment)
Contact resistance 1.18kΩ
Resistance of S / D part (7μm / 14μm) × 50kΩ = 0.025kΩ
Resistance of LDD part (2μm / 10μm) × 13kΩ = 2.6kΩ
Total parasitic resistance = (1.18 kΩ + 0.025 kΩ + 2.6 kΩ) × 2
= 7.61kΩ
(4) PMOS (comparative example)
Contact resistance 1.4kΩ
p + S / D resistance (7 μm / 14 μm) × 2.6 kΩ = 1.3 kΩ
p-S / D resistance (2 μm / 10 μm) × 375 kΩ = 75 kΩ
Total parasitic resistance = (1.4kΩ + 1.3kΩ + 75kΩ) x 2
= 155.4kΩ
Thus, in the case of PMOS, the difference between the total parasitic resistance of the present embodiment and the total parasitic resistance of the comparative example is particularly significant.

次に、微細化が進んでコンタクト・ホールが小さくなった場合の寄生抵抗について計算する。例として、コンタクト・サイズが2μm×2μm=4μmの場合を考える。 Next, the parasitic resistance when the contact hole becomes smaller due to miniaturization is calculated. As an example, consider the case where the contact size is 2 μm × 2 μm = 4 μm 2 .

(5)本実施例(LDD構造)
前述のように、微細化が進んだときにはコンタクト抵抗の低減化が重要な課題となる。そこで、ここではコンタクト部は高濃度ソース・ドレイン部に設けられ、高濃度部のドーズ量を3×1015cm−2とし、LDD部(低濃度部)のドーズ量を2×1013cm−2とする。また、LDD長は1μmを想定する。まず、図39からわかるように、ソースドレイン部のドーズ量を3×1015cm−2とすると、10μm×10μmのコンタクトのコンタクト抵抗は0.1KΩ程度へと低減する。そのため、2μm×2μmのコンタクト抵抗は、2.5KΩとなる。
(5) Example (LDD structure)
As described above, reduction of contact resistance becomes an important issue when miniaturization progresses. Therefore, here, the contact portion is provided in the high concentration source / drain portion, the dose amount of the high concentration portion is 3 × 10 15 cm −2, and the dose amount of the LDD portion (low concentration portion) is 2 × 10 13 cm −. 2 . The LDD length is assumed to be 1 μm. First, as can be seen from FIG. 39, when the dose amount of the source / drain portion is 3 × 10 15 cm −2 , the contact resistance of the contact of 10 μm × 10 μm is reduced to about 0.1 KΩ. Therefore, the contact resistance of 2 μm × 2 μm is 2.5 KΩ.

コンタクト抵抗(100μm/4μm)×0.1kΩ=2.5kΩ
次に、高度濃度ソース・ドレイン部とLDD部の抵抗値を求める。図46のモデルを参考にしてこれを説明する。チャネル幅は10μmで、チャネル長(ゲート長)は2.5μmである。ゲート電極の端部からコンタクトホールの中心までの距離は4.5μmで、この内の1.0μmがLDD長となる。LDD部は、2×1013cm−2のドーズ量を有するので、図45よりそのシート抵抗は36KΩ/□となる。また、LDD長が1.0μmで、LDD部の幅が10μmであるから、LDD部の抵抗は、
1μm/10μm×36KΩ=3.6KΩ
となる。一方、高濃度ソース・ドレイン部はドーズ量が3×1015cm−2であり、図45に示す例の3倍であるので、そのシート抵抗は30オーム/□の1/3以下となる。また、高濃度ソース・ドレイン部の長さは、コンタクト・ホールの中心までの距離(4.5μm)からLDD長(1μm)を引いたものである。そのため、ソース・ドレイン部の抵抗は、
(4.5μm−1.0μm)/10μm×530Ω/3=0.062kΩ
となる。従って、
全寄生抵抗=(2.5kΩ+0.062kΩ+3.6kΩ)×2
=12.32kΩ
オン状態のチャネル抵抗=15.56kΩ
Ron=12.32kΩ+15.56kΩ=27.88kΩ
(6)比較例(通常のセルフアライン構造)
一方、通常のセルフアライン構造では、以下のような結果となる。前述のように通常構造では、パンチスルー等の問題を避けるために最小チャネル長は5μmで、ソースドレイン部の打ち込みドーズ量は1×1015cm−2以下とすることはできない。この時、コンタクト抵抗は図45により、
コンタクト抵抗(100μm/4μm)×1.2kΩ=30kΩ
となる。高濃度ソース・ドレイン部の長さは上記(5)と同じ状況を想定すると、コンタクトホール中心までの長さは4.5μmであるから、
S/D部の抵抗=4.5μm/10μm×530Ω=0.24kΩ
である。従って、
全寄生抵抗=(30kΩ+0.24kΩ)×2=60.48kΩ
である。一方、チャネル長は5μmと長いからオン状態でのチャネル抵抗は、チャネル長が2.5μmの時の15.56kΩに比べて倍増し、およそ33kΩ程度となる。
Contact resistance (100μm 2 / 4μm 2) × 0.1kΩ = 2.5kΩ
Next, the resistance values of the high concentration source / drain portion and the LDD portion are obtained. This will be described with reference to the model of FIG. The channel width is 10 μm and the channel length (gate length) is 2.5 μm. The distance from the end of the gate electrode to the center of the contact hole is 4.5 μm, and 1.0 μm of this is the LDD length. Since the LDD portion has a dose of 2 × 10 13 cm −2 , the sheet resistance is 36 KΩ / □ from FIG. Since the LDD length is 1.0 μm and the width of the LDD part is 10 μm, the resistance of the LDD part is
1μm / 10μm × 36KΩ = 3.6KΩ
It becomes. On the other hand, since the dose amount of the high concentration source / drain portion is 3 × 10 15 cm −2, which is three times as large as the example shown in FIG. 45, the sheet resistance is 1/3 or less of 30 ohm / □. The length of the high concentration source / drain portion is obtained by subtracting the LDD length (1 μm) from the distance (4.5 μm) to the center of the contact hole. Therefore, the source / drain resistance is
(4.5 μm-1.0 μm) / 10 μm × 530Ω / 3 = 0.062 kΩ
It becomes. Therefore,
Total parasitic resistance = (2.5 kΩ + 0.062 kΩ + 3.6 kΩ) × 2
= 12.32 kΩ
On-state channel resistance = 15.56 kΩ
Ron = 12.32 kΩ + 15.56 kΩ = 27.88 kΩ
(6) Comparative example (normal self-aligned structure)
On the other hand, in the normal self-aligned structure, the following results are obtained. As described above, in the normal structure, in order to avoid problems such as punch-through, the minimum channel length is 5 μm, and the implantation dose amount of the source / drain portion cannot be 1 × 10 15 cm −2 or less. At this time, the contact resistance is as shown in FIG.
Contact resistance (100μm 2 / 4μm 2) × 1.2kΩ = 30kΩ
It becomes. Assuming the same situation as the above (5), the length of the high concentration source / drain portion is 4.5 μm, so the length to the center of the contact hole is 4.5 μm.
Resistance of S / D section = 4.5 μm / 10 μm × 530Ω = 0.24 kΩ
It is. Therefore,
Total parasitic resistance = (30 kΩ + 0.24 kΩ) × 2 = 60.48 kΩ
It is. On the other hand, since the channel length is as long as 5 μm, the channel resistance in the on state doubles from 15.56 kΩ when the channel length is 2.5 μm, and is about 33 kΩ.

オン状態のチャネル抵抗=33kΩ
その結果、
Ron=60.48kΩ+33kΩ=93.48kΩ
となる。
On-state channel resistance = 33 kΩ
as a result,
Ron = 60.48 kΩ + 33 kΩ = 93.48 kΩ
It becomes.

以上のように、微細化が進みコンタクトが小さくなるとLDD構造の方が全寄生抵抗は通常構造の場合よりも大幅に低減される。しかもチャネル長が短くチャネル抵抗も低いからチャネル抵抗も低下し、Ronはさらに効果的に低減されることになる。   As described above, when the miniaturization progresses and the contact becomes smaller, the total parasitic resistance in the LDD structure is significantly reduced as compared with the case of the normal structure. In addition, since the channel length is short and the channel resistance is low, the channel resistance also decreases, and Ron is further effectively reduced.

次に、前述の図29に示すように、なぜ、LDD構造の方が、通常構造よりもオン電流が多くなるのかを検証するための計算を行う。なお、以下の計算は、図46に示すモデルにより行った。   Next, as shown in FIG. 29 described above, a calculation is performed to verify why the LDD structure has more on-current than the normal structure. The following calculation was performed using the model shown in FIG.

(7)本実施例(LDD構造でL=2.5μmの場合)
コンタクト・ホール・サイズが6μm×8μm=48μm2であり、S/D部のドーズ量が3×1015cm−2であり、LDD部のドーズ量が2×1013cm−2であり、LDD長が1.0μmである場合を考える。
コンタクト抵抗 (100μm/48μm)×0.1kΩ
=0.208kΩ
S/D部の抵抗 (4.5μm−1.0μm)/10μm×(530Ω/3)
=0.062kΩ
LDD部の抵抗 (1μm/10μm)×36kΩ=3.6kΩ
全寄生抵抗=(0.208kΩ+0.062kΩ+3.6kΩ)×2
=7.74kΩ
オン状態のチャネル抵抗(L/W=2.5μm/10μm)=15.56kΩ
従って、オン状態の総抵抗は、
Ron=7.74kΩ+15.56kΩ=23.3kΩ
となる。
(7) This example (when L = 2.5 μm with LDD structure)
The contact hole size is 6 μm × 8 μm = 48 μm 2, the S / D part dose is 3 × 10 15 cm −2 , the LDD part dose is 2 × 10 13 cm −2 , and the LDD length Is assumed to be 1.0 μm.
Contact resistance (100μm 2 / 48μm 2) × 0.1kΩ
= 0.208kΩ
Resistance of S / D part (4.5μm-1.0μm) / 10μm × (530Ω / 3)
= 0.062kΩ
Resistance of LDD part (1μm / 10μm) × 36kΩ = 3.6kΩ
Total parasitic resistance = (0.208 kΩ + 0.062 kΩ + 3.6 kΩ) × 2
= 7.74kΩ
On-state channel resistance (L / W = 2.5 μm / 10 μm) = 15.56 kΩ
Therefore, the total resistance in the on state is
Ron = 7.74 kΩ + 15.56 kΩ = 23.3 kΩ
It becomes.

(8)比較例(通常構造)
最小チャンネル長が5μmであり、S/D部のドーズ量はパンチスルーをさけるために1×1015cm−2である場合を考える
コンタクト抵抗 (100μm/48μm)×1.2kΩ=2.5kΩ
S/D部の長さ =コンタクト・ホール中心迄の長さ=4.5μm
S/D部の抵抗 (4.5μm−1.0μm)/10μm×530Ω
=0.24kΩ
全寄生抵抗=(2.5kΩ+0.24kΩ)×2
=5.48kΩ
オン状態のチャネル抵抗(L/W=5μm/10μm)=33kΩ
従って、オン状態の総抵抗は、
Ron=5.48kΩ+33kΩ=38.48kΩ
となる。
(8) Comparative example (normal structure)
Minimum channel length is 5 [mu] m, the contact resistance (100μm 2 / 48μm 2) to consider the case dose of S / D portion is 1 × 10 15 cm -2 in order to avoid punch-through × 1.2k = 2. 5kΩ
Length of S / D part = Length to contact hole center = 4.5μm
Resistance of S / D part (4.5μm-1.0μm) / 10μm × 530Ω
= 0.24 kΩ
Total parasitic resistance = (2.5 kΩ + 0.24 kΩ) x 2
= 5.48kΩ
On-state channel resistance (L / W = 5 μm / 10 μm) = 33 kΩ
Therefore, the total resistance in the on state is
Ron = 5.48kΩ + 33kΩ = 38.48kΩ
It becomes.

以上のように、LDD構造の方が全寄生抵抗は7.74kΩと多少大きいが、オン状態の総抵抗は40%も小さくすることができる。   As described above, the total parasitic resistance of the LDD structure is somewhat larger as 7.74 kΩ, but the total ON-state resistance can be reduced by 40%.

なお、本第9の実施例では、工程最高温度を1000℃とするために、堆積温度495℃、堆積速度16Å/minで非晶質半導体膜(a−Si)を堆積した後、固相成長を施し、結晶化を進めてから熱酸化を行った。しかしながら、固相成長法はスループットが悪く製造の観点からすると非実用的である。こした理由から、固相成長を行わない場合には、熱酸化温度を100℃程度高くすると固相成長で得られたTFTと全く同一の結果が得られる。即ち、本実施例において固相成長を行わない場合には、熱酸化温度を1100℃とすればよいわけである。プロセス温度を下げ、かつ、高速動作するCMOS回路をTFTで作る場合、非晶質膜の堆積は図16に示すように530℃以下が理想的である。一般に、固相成長により得られた膜では結晶内に欠陥が多く存在するが、530℃以下の温度で堆積した膜を結晶化した場合、結晶化膜中の欠陥は減るからである。このことは、図16のみならず、図45においても、本実施例で得られた半導体膜(多結晶シリコン膜)にB(ボロン)等の不純物原子を注入した場合、ソース・ドレイン部のシート抵抗が比較例の2.6kΩ/□から50オーム/□へと著しく低減されていることからも実証されている。B(ボロン)原子注入後、通常800℃〜1000℃(本実施例は1000℃窒素雰囲気下で20分間)の熱処理で、注入不純物原子を活性化させる(B等をSiの格子点に正しく配置する)。1000℃で20分間活性化を行うと、注入不純物原子はほぼ100%完全に活性化される。このように比較例と本実施例とでは、不純物のドーズ量が同じで(図45参照)、活性化率も共にほぼ100%であるのに、図45に示すようにソース・ドレイン抵抗の値に差が生じている。その理由は、本実施例は比較例に比べて結晶欠陥が少ないことに起因する。即ち、本実施例による半導体膜は比較例よりも結晶欠陥が少なくなる。これにより、オフ状態のリーク電流が減少したり(図16参照)、電気伝導体(PMOSではホール、NMOSでは電子)の衝突時間が長くなり、結晶欠陥等により散乱される確率が小さくなり、ソース・ドレイン抵抗が小さくなるのである。このように固相成長を熱酸化前に行うか否かにかかわりなく、非晶質膜は、530℃以下の時に結晶欠陥が大きく低減されるのである。言うまでもなく、多結晶膜のグレインを大きくするには、堆積速度は6Å/min以上が好ましく、量産性やトランジスタ特性を考慮すると、理想的には12Å/min以上であることが更に望ましい。これにより、グレインが大きくなって、移動度が上がるわけである。   In the ninth embodiment, in order to set the maximum process temperature to 1000 ° C., an amorphous semiconductor film (a-Si) is deposited at a deposition temperature of 495 ° C. and a deposition rate of 16 Å / min, and then solid phase growth is performed. After performing crystallization, thermal oxidation was performed. However, the solid phase growth method has poor throughput and is impractical from the viewpoint of manufacturing. For this reason, when solid phase growth is not performed, the same result as that obtained by solid phase growth can be obtained by increasing the thermal oxidation temperature by about 100 ° C. That is, when solid phase growth is not performed in this embodiment, the thermal oxidation temperature may be set to 1100 ° C. When a CMOS circuit that operates at a high speed and lowers the process temperature is made of TFT, the deposition of the amorphous film is ideally 530 ° C. or lower as shown in FIG. In general, a film obtained by solid phase growth has many defects in the crystal. However, when a film deposited at a temperature of 530 ° C. or lower is crystallized, defects in the crystallized film are reduced. This is not only in FIG. 16 but also in FIG. 45, when impurity atoms such as B (boron) are implanted into the semiconductor film (polycrystalline silicon film) obtained in this embodiment, the sheet of the source / drain portion This is also demonstrated by the fact that the resistance is significantly reduced from 2.6 kΩ / □ in the comparative example to 50 ohm / □. After the implantation of B (boron) atoms, the implanted impurity atoms are activated by heat treatment at 800 ° C. to 1000 ° C. (in this example, 20 minutes in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. in this example) To do). When activation is performed at 1000 ° C. for 20 minutes, almost 100% of the implanted impurity atoms are activated. Thus, although the comparative example and the present example have the same impurity dose (see FIG. 45) and the activation rate is almost 100%, the value of the source / drain resistance as shown in FIG. There is a difference. The reason is that this example has fewer crystal defects than the comparative example. That is, the semiconductor film according to this example has fewer crystal defects than the comparative example. This reduces the off-state leakage current (see FIG. 16), increases the collision time of the electrical conductor (holes in PMOS, electrons in NMOS), and reduces the probability of scattering due to crystal defects, etc. -The drain resistance is reduced. In this way, regardless of whether solid phase growth is performed before thermal oxidation, crystal defects are greatly reduced when the amorphous film is at 530 ° C. or lower. Needless to say, in order to increase the grain of the polycrystalline film, the deposition rate is preferably 6 Å / min or more, and ideally more preferably 12 Å / min or more in consideration of mass productivity and transistor characteristics. This increases the grain and increases the mobility.

結局、核発生速度を遅くし、島成長を速くするとの原理を用いた製造方法のLDD型TFTによるCMOS回路は、以下のような理由により高速動作が実現されるのである。
(A)半導体膜は大面積グレインから成り(移動度が大きく)、結晶内欠陥が少ない(オフ状態のリーク電流が少なく、オフ状態からオン状態へ変わる際の急峻性に優れる)ため、オン状態でのチャネル抵抗Rch(on)が減少する。
(B)上記と同じ理由で、LDD部やソース・ドレイン部のシート抵抗が下がる。即ち、LDD化しても寄生抵抗の増加を最小に抑えることができる。
(C)微細化してもコンタクト抵抗を低く保てる。
(D)短チャネル化が可能となる。
(E)ゲート絶縁膜を薄くできる。
(F)Yj(ソース・ドレインとゲート電極との重なり部)を小さくできる。
After all, the CMOS circuit using the LDD type TFT of the manufacturing method using the principle of slowing the nucleus generation speed and fast island growth realizes high-speed operation for the following reason.
(A) The semiconductor film is composed of large-area grains (high mobility), and there are few defects in the crystal (the leakage current in the off state is small and the steepness when changing from the off state to the on state is excellent). The channel resistance Rch (on) at the time decreases.
(B) For the same reason as described above, the sheet resistance of the LDD part and the source / drain part decreases. That is, increase in parasitic resistance can be suppressed to a minimum even if LDD is used.
(C) The contact resistance can be kept low even when miniaturized.
(D) It is possible to shorten the channel.
(E) The gate insulating film can be thinned.
(F) Yj (overlapping portion between source / drain and gate electrode) can be reduced.

上記(A)〜(E)によりオン電流は増加し、上記(D)と(F)によりトランジスタ容量が低減されるのである。   The on-current increases due to the above (A) to (E), and the transistor capacitance is reduced due to (D) and (F).

更に、核発生速度を遅くし、島成長を速くする原理を用いたLDD型TFTの製造方法では、製造上の各種パラメータの設定範囲を広くすることができる。第7の実施例で説明したように、LDD部のドーズ量の範囲(特に下限値)は、トランジスタのオン・オフ比を最適化するという条件により求まる。これに対して、本第9の実施例では、図45に示したようにシート抵抗は従来の1/5以下となるから、同じシート抵抗を得ようとした場合には、ドーズ量の下限値も1/5以下とすることができる。即ち、本第9の実施例では、LDD部のドーズ量を2×1012cm−2程度まで下げられることになる。これにより、核発生速度を遅くし、島成長を速くするという原理を用いたLDD型TFTでは、LDD部の不純物ドーズ量の好ましい範囲は2×1012cmー2〜1×1014cmー2となる。また、最大不純物濃度の好ましい範囲は2×1017cm−3〜1×1019cm−3となる。 Furthermore, in the LDD TFT manufacturing method using the principle of slowing the nucleus generation rate and increasing island growth, the setting range of various parameters in manufacturing can be widened. As described in the seventh embodiment, the range (especially the lower limit value) of the dose amount of the LDD portion is determined by the condition that the on / off ratio of the transistor is optimized. On the other hand, in the ninth embodiment, as shown in FIG. 45, the sheet resistance is 1/5 or less of the conventional value, so when trying to obtain the same sheet resistance, the lower limit value of the dose amount Can also be 1/5 or less. That is, in the ninth embodiment, the dose amount of the LDD portion can be lowered to about 2 × 10 12 cm −2 . Thereby, in the LDD type TFT using the principle of slowing the nucleus generation rate and fast island growth, the preferable range of the impurity dose of the LDD part is 2 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2. It becomes. A preferable range of the maximum impurity concentration is 2 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 .

また、前述の第7の実施例(核発生速度を遅くし、島成長を速くするという原理を用いないLDD型TFT)では、LDD長の範囲は、高濃度領域からの結晶粒界に沿った増速拡散の制限により0.6μm〜4μmの範囲となった。一方、核発生速度を遅くし、島成長を速くするという原理を用いた場合には、粒界が著しく少なくなるため(図4及び図5を比較参照)、増速拡散も小さくなる。従って、核発生速度を遅くし、島成長を速くするという原理を用いた場合には、結局、最小のLDD長も0.3μm程度まで短縮できることになる。即ち、核発生速度を遅くし、島成長を速くするという原理を用いたLDD型TFTでは、LDD長の望ましい範囲は0.3μm〜4μmとなるわけである。なお、言うまでもなく、LDD長を短くできるということは、LDD部に基づく寄生抵抗の値が下がることも意味する。   In the seventh embodiment described above (LDD type TFT that does not use the principle of slowing the nucleus generation rate and fast island growth), the LDD length range is along the grain boundary from the high concentration region. Due to the limitation of accelerated diffusion, the range was 0.6 μm to 4 μm. On the other hand, when the principle of slowing the nucleus generation rate and fast island growth is used, the grain boundary is remarkably reduced (see FIG. 4 and FIG. 5 for comparison), so that the accelerated diffusion is also reduced. Therefore, if the principle of slowing the nucleus generation rate and fast island growth is used, the minimum LDD length can be reduced to about 0.3 μm. That is, in the LDD type TFT using the principle of slowing the nucleus generation rate and fast island growth, the desirable range of the LDD length is 0.3 μm to 4 μm. Needless to say, the fact that the LDD length can be shortened also means that the value of the parasitic resistance based on the LDD portion is lowered.

次に、図46のモデルを用いて、LDD部216、218とコンタクトホール232、234との位置関係について説明する。LDD長は前述のように、高濃度のソース・ドレイン部からの増速拡散によりLDD長が零とならない限度内で短い方が好ましい。一方、コンタクトホール232、234の位置も、ソース部212、ドレイン部214のシート抵抗を低減するため、あるいは、回路の集積度を上げるために、ゲート電極210に近い方が好ましい。その一方で、コンタクト抵抗を低減するために、コンタクトホール232、234は高濃度のソース・ドレイン部212、214に開穴されていることが望ましい。これらの事より、コンタクトホール232、234のゲート電極210に最も近い端辺224、226は、LDD部216、218とソース・ドレイン部212、214の境界(図46の点線で示す境界220、222)に一致しているのが理想的である。これにより、コンタクト抵抗を低減し、かつ、ソース・ドレイン部の抵抗を軽減し、素子の微細化も可能となるからである。しかしながら、現実には、マスクずれ等が生じるため、コンタクトホールの端辺224、226を境界220、222に一致させるのは非常に難しい。この場合、図46に示すようにコンタクトホール232、234がわずかにLDD部216、218の内側に入っていてもかまわない。また、あるいは反対に、わずかにLDD部216、218の外側に位置してもかまわない。本発明者の実験によると、端辺224、226と境界220、222とがずれて、コンタクトホールの面積の20%程度がLDD部に入っても問題が無いことが判明した。図46の例であると、コンタクトホールの長さは6.0μmであるので、コンタクトホールが1.2μmだけLDD部の内部に入っても、コンタクト抵抗は大きく増加しないのである。例えば、いま、端辺224、226と境界220、222がマスクにおいて一致している場合を考える。この場合に、マスクずれ等によりソース部側においてコンタクトホール232がLDD部216の内側に1.2μmだけ入った場合には、ドレイン部側においては、コンタクトホール234がLDD部218の外側に1.2μmだけ出ることになる。これにより、端辺224からゲート電極210までの距離は0.8μmとなり、端辺226からゲート電極210までの距離は3.2μmとなる。   Next, the positional relationship between the LDD portions 216 and 218 and the contact holes 232 and 234 will be described using the model of FIG. As described above, the LDD length is preferably shorter as long as the LDD length does not become zero due to enhanced diffusion from the high concentration source / drain portion. On the other hand, the positions of the contact holes 232 and 234 are preferably closer to the gate electrode 210 in order to reduce the sheet resistance of the source part 212 and the drain part 214 or to increase the degree of circuit integration. On the other hand, in order to reduce the contact resistance, it is desirable that the contact holes 232 and 234 are opened in the high concentration source / drain portions 212 and 214. Therefore, the edges 224 and 226 closest to the gate electrode 210 of the contact holes 232 and 234 are boundaries between the LDD portions 216 and 218 and the source / drain portions 212 and 214 (boundaries 220 and 222 indicated by dotted lines in FIG. 46). Ideally). This is because the contact resistance is reduced, the resistance of the source / drain portion is reduced, and the element can be miniaturized. However, in reality, since mask displacement or the like occurs, it is very difficult to match the end sides 224 and 226 of the contact hole with the boundaries 220 and 222. In this case, the contact holes 232 and 234 may be slightly inside the LDD portions 216 and 218 as shown in FIG. Alternatively, or conversely, it may be positioned slightly outside the LDD portions 216, 218. According to an experiment by the present inventor, it has been found that there is no problem even if the edges 224 and 226 and the boundaries 220 and 222 are shifted and about 20% of the contact hole area enters the LDD portion. In the example of FIG. 46, since the length of the contact hole is 6.0 μm, even if the contact hole enters the inside of the LDD portion by 1.2 μm, the contact resistance does not increase greatly. For example, consider a case where the end sides 224, 226 and the boundaries 220, 222 match in the mask. In this case, when the contact hole 232 enters the inside of the LDD portion 216 by 1.2 μm on the source portion side due to mask displacement or the like, the contact hole 234 is formed on the outside of the LDD portion 218. Only 2 μm will come out. Thus, the distance from the end side 224 to the gate electrode 210 is 0.8 μm, and the distance from the end side 226 to the gate electrode 210 is 3.2 μm.

さて、ソース側のLDD長Llddsとドレイン側のLDD長Lldddとの和(Lldds+Llddd)は、ソース側のコンタクトホール端辺224からゲート電極210までの距離Lcontsとドレイン側のコンタクトホール端辺226からゲート電極210までの距離Lcontdとの和(Lconts+Lcontd)に等しいことが理想的である。また、寄生抵抗を低減するためには、
0.8×Lldds≦Lconts≦1.2×Lldds
0.8×Llddd≦Lcontd≦1.2×Llddd
を満たしていることが望まれる。
The sum of the LDD length Lldds on the source side and the LDD length Llddd on the drain side (Lldds + Llddd) is the distance Lconts from the contact hole edge 224 on the source side to the gate electrode 210 and the gate hole 210 from the contact hole edge 226 on the drain side. Ideally, it is equal to the sum (Lconts + Lcontd) with the distance Lcontd to the electrode 210. In order to reduce parasitic resistance,
0.8 × Lldds ≦ Lconts ≦ 1.2 × Lldds
0.8 × Llddd ≦ Lcontd ≦ 1.2 × Llddd
It is desirable that

なお、本実施例ではCOMS型TFTを構成するNMOSとPMOSの両者をLDD型構造で構成した。しかしながら、図45に示すように、核発生を遅くし、島成長を速くする堆積方法で半導体膜を準備した場合、PMOSのソース・ドレイン抵抗は、ドーズ量が1×1015cm−2でも50Ω/□と比較例の2.6kΩ/□に対して50分の1以下となっている。またPMOSのLDD部の抵抗も、比較例の375kΩ/□に対して13kΩ/□と30分の1程度になっている。これは前述した通り、本実施例で得られる半導体膜が大きな結晶粒から構成され、かつ結晶内欠陥が少ないからである。このように良質な半導体膜を利用する場合、少なくともPMOS側については高濃度にアクセプターが注入されたソース・ドレイン部を省略し、ソース・ドレイン部の全領域を低濃度領域とすることができる。すなわち、CMOSを構成するNMOS側は図26のNMOSと同じくLDD構造とし、PMOS側は図27のPMOSのように通常のセルフ・アライン構造とし、単にソース・ドレイン領域に注入されるアクセプターのドーズ量を低濃度にするのである。トランジスタの寄生抵抗はソース・ドレイン部の抵抗とコンタクト抵抗であるが、本実施例では低濃度不純物注入でもシート抵抗は十分に低い。また、コンタクト抵抗は配線材料にアルミニウム(Al)、インジウム(In)、インジウム・錫酸化物(ITO)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)などの、半導体膜と接して接合面にP型薄膜半導体層を形成する導電材料を用いると、コンタクト抵抗を低く保つことが可能である。これは、かような金属粒がシリコンと共にP型半導体層を形成するため、ボロン(B)などが注入されているP型半導体のソース・ドレインと同質の電気特性を有し、良好なコンタクト特性を示すためである。結局、PMOSのソース・ドレイン部を通常のセルフ・アライン構造で作り、その濃度を5×1017cm−3(ドーズ量で5×1012cm−2)から5×1019cm−3(ドーズ量で5×1014cm−2)とすれば、LDD型としなくても高速動作が可能なCMOS回路が得られるのである。PMOSのソース・ドレイン部の最大不純物濃度はゲート長Lgatepによってその値を変えることが望ましい。ゲート長が4μm以上あればPMOSのソース・ドレイン部の最大不純物濃度は5×1018cm−3(ドーズ量5×1013cm−2)から5×1019cm−3(ドーズ量5×1014cm−2)が好ましい。ゲート長が4μm以下では、5×1017cm−3(ドーズ量5×1012cm−2)から5×1018cm−3(ドーズ量5×1013cm−2)が好ましい。このようにPMOSだけでもソース・ドレイン部を全域にわたり低濃度にすることは、PMOSのLDD型TFTの作成に比べてフォト工程が一つ減り、工程が簡略化するのみならず、回路の集積化も著しく容易となるわけである。 In this embodiment, both the NMOS and PMOS constituting the COMS TFT are configured with an LDD type structure. However, as shown in FIG. 45, when a semiconductor film is prepared by a deposition method that slows nucleation and accelerates island growth, the source / drain resistance of the PMOS is 50Ω even at a dose of 1 × 10 15 cm −2. / □ and 2.6 kΩ / □ of the comparative example are 1/50 or less. The resistance of the LDD portion of the PMOS is 13 kΩ / □, which is about 1/30 of the 375 kΩ / □ of the comparative example. As described above, this is because the semiconductor film obtained in this embodiment is composed of large crystal grains and has few intra-crystal defects. In the case of using such a high-quality semiconductor film, at least the PMOS side, the source / drain portion into which the acceptor is implanted at a high concentration can be omitted, and the entire region of the source / drain portion can be made a low concentration region. That is, the NMOS side constituting the CMOS has an LDD structure like the NMOS of FIG. 26, and the PMOS side has a normal self-aligned structure like the PMOS of FIG. 27, and the dose amount of the acceptor simply injected into the source / drain regions. Is reduced to a low concentration. The parasitic resistance of the transistor is the resistance of the source / drain and the contact resistance, but in this embodiment, the sheet resistance is sufficiently low even with low concentration impurity implantation. In addition, the contact resistance is a P-type thin film on the bonding surface in contact with the semiconductor film such as aluminum (Al), indium (In), indium tin oxide (ITO), palladium (Pd), platinum (Pt), etc. as the wiring material. When a conductive material for forming a semiconductor layer is used, contact resistance can be kept low. This is because such metal particles form a P-type semiconductor layer together with silicon, and therefore have the same electrical characteristics as the source / drain of a P-type semiconductor into which boron (B) or the like is implanted, and good contact characteristics. It is for showing. Eventually, the source / drain portion of the PMOS is formed with a normal self-aligned structure, and its concentration is changed from 5 × 10 17 cm −3 (dose amount 5 × 10 12 cm −2 ) to 5 × 10 19 cm −3 (dose). If the amount is 5 × 10 14 cm −2 ), a CMOS circuit capable of high-speed operation can be obtained without using the LDD type. The maximum impurity concentration of the source / drain portion of the PMOS is preferably changed depending on the gate length Lgatep. If the gate length is 4 μm or more, the maximum impurity concentration of the source / drain portion of the PMOS is 5 × 10 18 cm −3 (dose amount 5 × 10 13 cm −2 ) to 5 × 10 19 cm −3 (dose amount 5 × 10). 14 cm −2 ) is preferable. When the gate length is 4 μm or less, 5 × 10 17 cm −3 (dose amount 5 × 10 12 cm −2 ) to 5 × 10 18 cm −3 (dose amount 5 × 10 13 cm −2 ) is preferable. In this way, reducing the concentration of the source / drain region over the entire area using only PMOS reduces the number of photo processes by one compared to the production of PMOS LDD type TFTs, which not only simplifies the process but also integrates the circuit. However, it becomes much easier.

10.第10の実施例
本実施例ではアクティブマトリクス型液晶表示装置に本発明を適用した場合について説明する。アクティブマトリクス型液晶表示装置は図47に示すように、アクティブマトリクス部81、データドライバ部82、走査ドライバ部83の3つの部分からなる。このうちアクティブマトリクス部は信号線90と走査線91およびその交点に設けられた画素TFT92、画素TFTのドレイン端に接続された液晶容量94と保持容量93とからなる。この画素TFTは周辺駆動回路と同様LDD型であるから、液晶に比べて十分高いオフ抵抗を実現できクロストークの発生を防止できる。アクティブマトリクス部の液晶材料としては電界効果型の液晶であればTN型に限らず様々な材料を用いることができる。たとえば比較的駆動電圧の高い高分子分散型の液晶やゲスト・ホスト型の液晶等も高耐圧のLDD型CMOSTFT回路でなら簡単に駆動できる。
10. Tenth Embodiment In this embodiment, a case where the present invention is applied to an active matrix liquid crystal display device will be described. As shown in FIG. 47, the active matrix liquid crystal display device includes three parts, an active matrix part 81, a data driver part 82, and a scan driver part 83. Of these, the active matrix portion includes a signal line 90, a scanning line 91, a pixel TFT 92 provided at the intersection thereof, a liquid crystal capacitor 94 connected to the drain end of the pixel TFT, and a holding capacitor 93. Since this pixel TFT is of the LDD type like the peripheral drive circuit, it can realize a sufficiently high off-resistance compared to the liquid crystal and can prevent the occurrence of crosstalk. The liquid crystal material of the active matrix portion is not limited to the TN type as long as it is a field effect liquid crystal, and various materials can be used. For example, a polymer dispersion type liquid crystal or a guest / host type liquid crystal having a relatively high driving voltage can be easily driven by a high withstand voltage LDD type CMOS TFT circuit.

データドライバ部は、シフトレジスタ84、レベルシフタ85、ビデオライン87、アナログスイッチ86とからなる。映像信号をシリアルに信号線1本ずつに書き込む場合にはシフトレジスタの段数は信号線の本数に等しくなるが、同時にn本の信号線に書き込む場合には信号線の本数のn分の1でよい。カラーフィルタを用いた液晶表示装置では、ビデオラインに印加する映像信号のカラーローテーションを無くすためにカラーフィルタの色の数の整数倍の本数のビデオラインを有することが多い。アナログスイッチ86は非常に高速で映像信号を信号線に書き込む必要があるため、高いゲート電圧を要する。そこでレベルシフタ85でサンプリングパルスを十分高い電圧に変換している。走査ドライバ部83はシフトレジスタ88とレベルシフタ89とからなり、映像信号に同期してアクティブマトリクス部の走査線を選択する。これらの周辺駆動回路はLDD型のCMOSTFT回路で構成することで高速化できるから、駆動電圧を下げても十分な動作速度が得られる。たとえば、従来のTFTを用いたシフトレジスタ回路は10V前後の高い駆動電圧が必要であったが、本発明のLDD型CMOSTFTを用いたシフトレジスタ回路はTTLレベルすなわち5Vの電圧でも十分な動作速度が得られる。そうすれば外部のタイミングコントローラの出力もすべてTTLレベルでよくなり、回路の小型化と低消費電力化が可能となる。さらにTFTを用いてコントローラまで一体形成すれば一層の小型化が可能となる。   The data driver unit includes a shift register 84, a level shifter 85, a video line 87, and an analog switch 86. When writing video signals serially for each signal line, the number of stages of the shift register is equal to the number of signal lines. However, when simultaneously writing to n signal lines, it is 1 / n of the number of signal lines. Good. In many cases, a liquid crystal display device using a color filter has a number of video lines that are an integral multiple of the number of colors of the color filter in order to eliminate color rotation of a video signal applied to the video line. The analog switch 86 needs a high gate voltage because it needs to write a video signal to the signal line at a very high speed. Therefore, the level shifter 85 converts the sampling pulse into a sufficiently high voltage. The scan driver unit 83 includes a shift register 88 and a level shifter 89, and selects a scan line of the active matrix unit in synchronization with the video signal. Since these peripheral drive circuits can be increased in speed by being composed of LDD type CMOS TFT circuits, a sufficient operation speed can be obtained even if the drive voltage is lowered. For example, a conventional shift register circuit using a TFT requires a high drive voltage of about 10 V, but a shift register circuit using an LDD type CMOS TFT of the present invention has a sufficient operating speed even at a voltage of TTL level, that is, 5 V. can get. Then, all the outputs of the external timing controller can be at the TTL level, and the circuit can be downsized and the power consumption can be reduced. Furthermore, if the controller is integrally formed using TFTs, the size can be further reduced.

ここでは点順次アナログ方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置の回路図を用いたが、線順次アナログ方式やデジタル方式においてもLDD型CMOSTFT回路を適用して高速化を図ることができる。   Here, the circuit diagram of the dot-sequential analog type active matrix liquid crystal display device is used. However, the LDD type CMOS TFT circuit can be applied to the line-sequential analog type and digital type to increase the speed.

次に、具体的な画素パターンについて説明する。図48(A)、(B)はLDD型TFTを画素に用いた液晶表示装置の画素部の平面図と断面図である。一般に、液晶表示装置は明るい画面を得るためには画素の開口部を大きくとる必要があるが、解像度を上げると画素ピッチが小さくなってしまうので、いかに小さな画素パターンで大きな開口部をとるかが重要である。この例ではゲート配線102をそのままゲート電極として用い、しかも画素TFTは金属配線103の下に配置することによって画素TFTが開口面積を減少させないよう工夫してある。また、保持容量も前段のゲート配線の下に半導体薄膜104を延長して形成してあり、開口面積を減少させないようにしてある。さらに、金属配線103を第1層間絶縁膜105と第2層間絶縁膜106とでサンドイッチしてあるため、液晶を直接駆動する透明導電膜101がゲート配線と金属配線の双方に重なっていてもショートしない。ゲート配線102に高融点金属等の不透明膜を用いると、金属配線とともに遮光層の働きをするため、通常は対向基板上に形成されるブラックマトリクスが不要となり一層の高開口率化が可能となる。   Next, a specific pixel pattern will be described. 48A and 48B are a plan view and a cross-sectional view of a pixel portion of a liquid crystal display device using LDD TFTs as pixels. In general, a liquid crystal display device needs to have a large pixel aperture to obtain a bright screen. However, if the resolution is increased, the pixel pitch becomes smaller. is important. In this example, the gate wiring 102 is used as it is as a gate electrode, and the pixel TFT is arranged under the metal wiring 103 so that the pixel TFT does not reduce the opening area. Also, the storage capacitor is formed by extending the semiconductor thin film 104 under the previous gate wiring so as not to reduce the opening area. Further, since the metal wiring 103 is sandwiched between the first interlayer insulating film 105 and the second interlayer insulating film 106, even if the transparent conductive film 101 that directly drives the liquid crystal overlaps both the gate wiring and the metal wiring, a short circuit is caused. do not do. When an opaque film such as a refractory metal is used for the gate wiring 102, it functions as a light-shielding layer together with the metal wiring, so that a black matrix usually formed on the counter substrate is not required, and a higher aperture ratio can be achieved. .

以上本実施例では液晶表示装置を用いて説明を行ったが、その他のフラットパネルディスプレイに本LDD型CMOSTFTを用いることも可能である。例えば液晶以外の電気光学材料を用いてアクティブマトリクス型の表示装置を実現することができる。特にLDD型TFT回路は高耐圧であるため駆動電圧の高い材料を駆動するのにも適している。また、アクティブマトリクス部のスイッチング回路を電気光学変換回路にすればELディスプレイやプラズマディスプレイ等も実現できる。   Although the present embodiment has been described using the liquid crystal display device, the present LDD type CMOS TFT can also be used for other flat panel displays. For example, an active matrix display device can be realized using an electro-optic material other than liquid crystal. In particular, since the LDD type TFT circuit has a high breakdown voltage, it is suitable for driving a material having a high driving voltage. Further, if an active matrix switching circuit is an electro-optic conversion circuit, an EL display, a plasma display, or the like can be realized.

11.第11の実施例
本実施例ではLDD型TFTを用いたCMOS回路の具体例について説明する。図49(A)、(B)は双方向のシフトレジスタの回路図とタイミングチャートの例である。図49(A)に示すように、このシフトレジスタは4つのクロックドゲートを組み合わせたものである。各ゲートについている矢印と記号はその記号の信号がハイレベルの時にインバータとして動作し、ローレベルの時にはハイインピーダンス状態になることを示す。このうちRをハイレベル、Lをローレベルにすれば右シフトとなり、Rをローレベル、Lをハイレベルにすれば左シフトとなる。CLはデータをシフトさせるタイミングを決めるクロック信号で、CLの上についているバーは位相が180度ずれたクロック信号であることを示す。次に、図49(B)を用いてこの回路の動作を説明する。まず、右シフトの場合には4つのゲートのうち、Lの記号のついたゲートは常にハイイピーダンス状態であるから、残りの3つのゲートでデータが送られる。左端のDRの部分に図のような波形が印加されると、同じ波形がクロックの半周期ごとに右へ送られる。この結果、PとQには図のようなクロックの半周期分のパルスが出力されることになる。同様に、左シフトの場合には4つのゲートのうち、Rの記号のついたゲートは常にハイイピーダンス状態であるから、残りの3つのゲートでデータが送られる。右端のDLの部分に図のような波形が印加されると、同じ波形がクロックの半周期ごとに左へ送られる。この結果、PとQには図のようなクロックの半周期分のパルスが出力されることになる。
11. Eleventh Embodiment In this embodiment, a specific example of a CMOS circuit using an LDD type TFT will be described. 49A and 49B are circuit diagrams and timing charts of a bidirectional shift register. As shown in FIG. 49A, this shift register is a combination of four clocked gates. The arrows and symbols attached to each gate indicate that the signal operates as an inverter when the signal of the symbol is at a high level, and enters a high impedance state when the signal at the low level. If R is at a high level and L is at a low level, a right shift is performed, and if R is at a low level and L is at a high level, a left shift is performed. CL is a clock signal that determines the timing to shift data, and the bar on CL indicates that the phase is 180 degrees out of phase. Next, the operation of this circuit will be described with reference to FIG. First, in the case of a right shift, among the four gates, the gates with the symbol L are always in a high impedance state, so that data is sent through the remaining three gates. When a waveform as shown in the figure is applied to the leftmost DR portion, the same waveform is sent to the right every half cycle of the clock. As a result, a pulse corresponding to a half cycle of the clock as shown in the figure is output to P and Q. Similarly, in the case of the left shift, of the four gates, the gates with the symbol R are always in a high impedance state, so that data is sent through the remaining three gates. When a waveform as shown in the figure is applied to the rightmost DL portion, the same waveform is sent to the left every half cycle of the clock. As a result, a pulse corresponding to a half cycle of the clock as shown in the figure is output to P and Q.

一般に、双方向シフトレジスタは単方向のシフトレジスタに対して動作速度が遅いという欠点があるが、本発明のLDD型CMOSTFT回路を用いると双方向のシフトレジスタでも単方向並かそれ以上の動作速度が得られる。双方向のシフトレジスタを液晶表示装置に用いると、簡単に画面を左右反転させることができ、たとえばフロントプロジェクターとリアプロジェクターを同じ装置で使い分けることもできる。また、3枚の液晶表示装置にR,G,Bの光を透過させ、その光を合成して投射する液晶プロジェクターの場合には、光学系の制約から3枚の液晶表示装置のうち少なくとも1枚は反転画像を表示させる必要があるが、この双方向シフトレジスタを用いれば同一の液晶表示装置を3枚用いてシステムを構成できる。   In general, the bidirectional shift register has a drawback that the operation speed is slower than that of the unidirectional shift register. However, when the LDD type CMOS TFT circuit of the present invention is used, the bidirectional shift register operates at an operation speed equivalent to or higher than the unidirectional. Is obtained. When a bidirectional shift register is used in a liquid crystal display device, the screen can be easily reversed left and right. For example, a front projector and a rear projector can be used separately in the same device. In the case of a liquid crystal projector that transmits R, G, and B light through three liquid crystal display devices and synthesizes and projects the light, at least one of the three liquid crystal display devices is required due to optical system limitations. Although it is necessary to display a reverse image, the system can be configured using three identical liquid crystal display devices by using this bidirectional shift register.

図50(A)、(B)は単方向のシフトレジスタの回路図とタイミングチャートの例である。図50(A)に示すようにこの例では、2系列のシフトレジスタを用いている。これら2つのシフトレジスタの出力をNORゲートを介してパルス幅を狭くして取り出している。図50(B)において2つのクロック信号CL2はCL1に対して90度位相が遅れている。この回路の左端にD1、D2に示すような波形が印加されると、2系列のシフトレジスタはそれぞれのクロック信号の半周期ごとにその波形を右側にシフトしていく。この結果NORゲートの出力にはP,Qに示すような波形が出力される。この回路では出力パルスの周波数をクロック周波数の4倍にすることができ非常に高速の回路となる。本発明のLDD型CMOSTFTでこの回路を構成するとHDTV対応等の高速データドライバも実現できる。   50A and 50B are a circuit diagram and a timing chart of a unidirectional shift register. As shown in FIG. 50A, in this example, two series of shift registers are used. The outputs of these two shift registers are taken out through a NOR gate with a narrow pulse width. In FIG. 50B, the two clock signals CL2 are delayed in phase by 90 degrees with respect to CL1. When waveforms such as D1 and D2 are applied to the left end of this circuit, the two series of shift registers shift the waveform to the right every half cycle of each clock signal. As a result, waveforms as indicated by P and Q are output to the output of the NOR gate. In this circuit, the frequency of the output pulse can be made four times the clock frequency, resulting in a very high speed circuit. When this circuit is constituted by the LDD type CMOS TFT of the present invention, a high-speed data driver compatible with HDTV can be realized.

図51(A)、(B)はレベルシフタの回路図とタイミングチャートの例である。液晶表示装置ではロジック部とアクティブマトリクスを駆動する部分の電圧を変換するのに用いられる。図51(A)に示すように入力信号と入力信号の反転信号がそれぞれnチャネルとpチャネルの2つのTFTに入力される。一方、出力部OUT1およびOUT2はカスケード接続された2つのpチャネルTFTと、入力部のTFTとの接続部から取り出される。カスケード接続された2つのpチャネルTFTは入力信号レベルより高い電源電圧VDDに接続されている。図51(B)に示すように、VCCレベルの入力信号INが印加されると2つの出力OUT1、OUT2にはVDDレベルの信号が出力される。この回路ではpチャネルTFTが入力側にも接続されており、VDD側のpチャネルTFTに流れる電流を制限して誤動作を防止する。一般に、レベルシフタは低い入力電圧でも十分高速動作する必要があり、出力電圧を上げた場合のソース・ドレイン間耐圧も十分なければならないが、本発明のLDD型TFTはp、n両チャネルともに十分な動作速度と耐圧を実現できるので、レベルシフタTFT回路の性能も大幅に向上する。   51A and 51B are an example of a circuit diagram and timing chart of a level shifter. In the liquid crystal display device, it is used to convert the voltages of the logic portion and the portion that drives the active matrix. As shown in FIG. 51A, an input signal and an inverted signal of the input signal are input to two TFTs of n-channel and p-channel, respectively. On the other hand, the output portions OUT1 and OUT2 are taken out from the connection portion between the two p-channel TFTs connected in cascade and the TFT of the input portion. The two p-channel TFTs connected in cascade are connected to a power supply voltage VDD higher than the input signal level. As shown in FIG. 51B, when a VCC level input signal IN is applied, a VDD level signal is output to the two outputs OUT1 and OUT2. In this circuit, the p-channel TFT is also connected to the input side, and the current flowing through the p-channel TFT on the VDD side is limited to prevent malfunction. In general, the level shifter must operate at a sufficiently high speed even with a low input voltage, and the withstand voltage between the source and the drain when the output voltage is increased must be sufficient. However, the LDD type TFT of the present invention is sufficient for both the p and n channels. Since the operation speed and breakdown voltage can be realized, the performance of the level shifter TFT circuit is also greatly improved.

図52は線順次のアナログデータドライバの回路図の例である。アナログバッファ回路はDCバイアスで長期間電流を流すため、これまでTFT回路では信頼性の点から実現困難であった。しかし、LDD型CMOSTFTは信頼性が良く、長期間電流を流し続けても特性が変化しにくいから、アナログバッファ回路を用いたドライバの実現も可能である。ビデオラインVidの映像信号はアナログラッチAに一旦保持され、あるタイミングでラッチパルスLPによってアナログラッチBへ送られる。アナログラッチBは常にアナログバッファを駆動しているから、かなり大型の液晶表示装置の信号線にも十分な書き込みを行うことができる。   FIG. 52 is an example of a circuit diagram of a line sequential analog data driver. The analog buffer circuit allows a current to flow for a long time with a DC bias, so far it has been difficult to realize the TFT circuit from the viewpoint of reliability. However, since the LDD type CMOS TFT has good reliability and its characteristics hardly change even when a current is continuously applied for a long period of time, a driver using an analog buffer circuit can be realized. The video signal on the video line Vid is temporarily held in the analog latch A, and is sent to the analog latch B by a latch pulse LP at a certain timing. Since the analog latch B always drives the analog buffer, sufficient writing can be performed on a signal line of a considerably large liquid crystal display device.

図53は2ビットのデジタルデータドライバの回路図の例である。一般にnビットのデジタルドライバはn本のデジタル入力信号D1,D2...Dnの信号をn組のラッチAに書き込み、あるタイミングでn組のラッチBに書き込む。ラッチBのデータはデコーダによって2個のアナログスイッチのうちから一つを選択し、2個の駆動用電圧V1,V2...Vnの一つの電圧を信号線に書き込む。多ビットの場合には駆動用電圧の一部は内部で補完して発生することもある。また、ドライバ回路を単純化するために、複数のフレームを用いて階調を補完するフレーム・レート・コントロール法や複数の画素で階調を補完する面積階調法などと組み合わせたり、パルス幅変調を用いてD/A変換する場合もある。本発明のLDD型CMOSTFT回路はこのようなデジタル回路を高速で動作させることができるため、容易に高精細のデータディスプレイ等を実現できる。 FIG. 53 is an example of a circuit diagram of a 2-bit digital data driver. In general, an n-bit digital driver has n digital input signals D1, D2,. . . The signal of Dn is written to n sets of latches A, and written to n sets of latches B at a certain timing. The data of the latch B is selected by the decoder from one of 2 n analog switches, and 2 n driving voltages V1, V2,. . . One voltage of Vn is written to the signal line. In the case of multiple bits, a part of the driving voltage may be complemented and generated internally. To simplify the driver circuit, frame rate control method that complements gradation using multiple frames, area gradation method that complements gradation with multiple pixels, etc., or pulse width modulation May be used for D / A conversion. Since the LDD type CMOS TFT circuit of the present invention can operate such a digital circuit at a high speed, a high-definition data display can be easily realized.

これらの回路を組合せるとより複雑な回路も構成できる。たとえば表示装置の周辺駆動回路にタイミング信号を供給するタイミングコントローラ等も本発明の高速CMOSTFT回路で構成することが可能である。また、LDD型CMOSTFTはブレークダウンを起こす心配が無く信頼性が高いから、OPアンプやデジタル・アナログ変換回路、アナログ・デジタル変換回路、メモリー回路等も構成しやすい。これによって従来周辺駆動回路のみしか内蔵できなかった表示装置に、映像信号増幅装置や信号周波数変換装置等の複雑なシステムをTFTで一体形成できるようになる。   By combining these circuits, a more complicated circuit can be configured. For example, a timing controller that supplies a timing signal to the peripheral drive circuit of the display device can also be constituted by the high-speed CMOS TFT circuit of the present invention. Further, since the LDD type CMOS TFT has high reliability without fear of causing breakdown, it is easy to configure an OP amplifier, a digital / analog conversion circuit, an analog / digital conversion circuit, a memory circuit, and the like. As a result, a complicated system such as a video signal amplifying device and a signal frequency converting device can be integrally formed with a TFT in a display device that can only include a peripheral driving circuit.

12.第12の実施例
本実施例ではLDD型CMOSTFTを用いた表示システムについて説明する。図54はアクティブマトリクス型液晶表示装置を用いた表示システムを示すブロック図である。コンピュータやビデオソースなどの映像信号発生回路からは映像信号とタイミング信号が同時に出力される。このうち映像信号は液晶駆動用に増幅する必要があるため専用の映像信号増幅回路が必要である。この増幅回路では必要に応じて映像信号の周波数変換やγ補正も行う。アナログ映像信号の周波数変換を行う場合にはA/D変換回路、メモリ回路、D/A変換回路等も必要になる。一方、タイミングコントローラではデータドライバと走査ドライバを駆動するタイミング信号が作られる。このように液晶表示装置に最適な信号を与えてやることで液晶表示装置の本来の性能を発揮できる。本発明のLDD型CMOSTFT回路を用いた液晶表示装置は高速で動作するから映像信号増幅回路で周波数をあまり低下さなくてもよい。またロジック部は低電圧駆動が可能だから、たとえばタイミングコントローラの出力レベルをすべてTTLレベルにすることも可能である。さらに、映像信号増幅回路やタイミングコントローラの一部あるいは全部をTFTで一体形成することも可能であるし、映像信号発生装置そのものもTFTで一体形成することが可能である。このようにより複雑なシステムを高速のTFT回路で一体形成することによって従来不可能であった超小型の携帯用情報機器なども実現できるようになるし、表示システム以外へのTFT回路の応用の可能性も広がることになる。
12 Twelfth Embodiment In this embodiment, a display system using an LDD type CMOS TFT will be described. FIG. 54 is a block diagram showing a display system using an active matrix liquid crystal display device. A video signal and a timing signal are simultaneously output from a video signal generation circuit such as a computer or a video source. Of these, the video signal needs to be amplified for driving the liquid crystal, so a dedicated video signal amplifier circuit is required. This amplifier circuit also performs frequency conversion and γ correction of the video signal as necessary. When performing frequency conversion of an analog video signal, an A / D conversion circuit, a memory circuit, a D / A conversion circuit, and the like are also required. On the other hand, the timing controller generates timing signals for driving the data driver and the scanning driver. Thus, the original performance of the liquid crystal display device can be exhibited by giving an optimum signal to the liquid crystal display device. Since the liquid crystal display device using the LDD type CMOS TFT circuit of the present invention operates at high speed, the video signal amplifier circuit does not need to reduce the frequency so much. In addition, since the logic unit can be driven at a low voltage, for example, all the output levels of the timing controller can be set to the TTL level. Further, part or all of the video signal amplifier circuit and the timing controller can be integrally formed with TFTs, and the video signal generator itself can be integrally formed with TFTs. In this way, by forming a complicated system with a high-speed TFT circuit, it becomes possible to realize ultra-compact portable information devices that were impossible in the past, and it is possible to apply TFT circuits to other than display systems. Sex will also spread.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。   In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention.

例えば、本発明の薄膜半導体装置は、液晶表示装置のみならず、従来単結晶MOSFETが用いられてきたようなデジタル回路、アナログ回路等に広く用いることができる。例えば、図55には、非晶質TFT、従来の多結晶TFT(LDD及び通常構造)、本実施例(LDD及び通常構造)、単結晶MOSFETの各々について移動度と、オン電流の一例が示される。図55から明らかなように、本実施例によれば、オン電流に関しては単結晶MOSFETとそれほど遜色のない値となっている。薄膜半導体装置は絶縁物質上に形成されるため、基板からの雑音もほとんど伝わらない。従って、単結晶MOSFETが用いられていたような高性能アナログ回路に本発明の薄膜半導体装置を使用すれば、性能を格段に高めることができる。また、集積度の点においても、短チャネル化を進めれば、図33(B)と図34を比較すればわかるように、本発明の薄膜半導体装置は単結晶MOSFETに劣らない。このように、本発明の薄膜半導体装置は、非常に広範囲の分野の回路に使用できるものである。   For example, the thin film semiconductor device of the present invention can be widely used not only in a liquid crystal display device but also in a digital circuit, an analog circuit, or the like in which a conventional single crystal MOSFET has been used. For example, FIG. 55 shows an example of mobility and on-current for each of an amorphous TFT, a conventional polycrystalline TFT (LDD and normal structure), this embodiment (LDD and normal structure), and a single crystal MOSFET. It is. As is clear from FIG. 55, according to this example, the on-current is a value not inferior to that of the single crystal MOSFET. Since the thin film semiconductor device is formed on an insulating material, noise from the substrate is hardly transmitted. Therefore, if the thin film semiconductor device of the present invention is used in a high performance analog circuit in which a single crystal MOSFET has been used, the performance can be remarkably improved. In terms of the degree of integration, the thin film semiconductor device of the present invention is not inferior to a single crystal MOSFET as can be understood by comparing FIG. 33B and FIG. As described above, the thin film semiconductor device of the present invention can be used for circuits in a very wide range of fields.

図1(A)〜(D)は、第1の実施例に係る薄膜半導体装置の製造工程図である。1A to 1D are manufacturing process diagrams of a thin film semiconductor device according to the first embodiment. 第1の実施例によるnチャネルTFTとpチャネルTFTのトランジスタ特性を示す図である。It is a figure which shows the transistor characteristic of the n channel TFT and p channel TFT by a 1st Example. 堆積温度と堆積速度と移動度との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between deposition temperature, deposition speed, and mobility. 薄膜半導体装置のシリコン膜(熱酸化後、堆積温度=510℃)の結晶構造を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。3 is an electron microscope (SEM) photograph showing a crystal structure of a silicon film (deposition temperature = 510 ° C. after thermal oxidation) of a thin film semiconductor device. 薄膜半導体装置のシリコン膜(熱酸化後、堆積温度=600℃)の結晶構造を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。3 is an electron microscope (SEM) photograph showing a crystal structure of a silicon film (deposition temperature = 600 ° C. after thermal oxidation) of a thin film semiconductor device. 図6(A)、(B)は、グレイン面積の分布を示す図である。6A and 6B are diagrams showing the distribution of grain areas. 図7(A)〜(E)は、本発明の原理を説明するための図である。7A to 7E are diagrams for explaining the principle of the present invention. 図8(A)〜(H)も、本発明の原理を説明するための図である。8A to 8H are also diagrams for explaining the principle of the present invention. 薄膜半導体装置のシリコン膜(熱酸化前、堆積温度=510℃)の非晶質状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。It is an electron microscope (SEM) photograph which shows the amorphous state of the silicon film (Before thermal oxidation, deposition temperature = 510 degreeC) of a thin film semiconductor device. 薄膜半導体装置のシリコン膜(熱酸化前、堆積温度=510℃)の非晶質状態を示す電子顕微鏡(AFM)写真である。2 is an electron microscope (AFM) photograph showing an amorphous state of a silicon film (before thermal oxidation, deposition temperature = 510 ° C.) of a thin film semiconductor device. 薄膜半導体装置のシリコン膜(熱酸化前、堆積温度=570℃)の非晶質状態を示す電子顕微鏡(AFM)写真である。4 is an electron microscope (AFM) photograph showing an amorphous state of a silicon film (before thermal oxidation, deposition temperature = 570 ° C.) of a thin film semiconductor device. 薄膜半導体装置のシリコン膜(熱酸化後、堆積温度=570℃)の結晶構造を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。4 is an electron microscope (SEM) photograph showing a crystal structure of a silicon film (deposition temperature = 570 ° C. after thermal oxidation) of a thin film semiconductor device. 薄膜半導体装置のシリコン膜(熱酸化前、堆積温度=600℃)の結晶構造を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。It is an electron microscope (SEM) photograph which shows the crystal structure of the silicon film (Before thermal oxidation, deposition temperature = 600 degreeC) of a thin film semiconductor device. 堆積温度と平均グレイン面積との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between deposition temperature and an average grain area. 図14の特性図を決定するデータを示す図である。It is a figure which shows the data which determines the characteristic view of FIG. 堆積温度とオフ時のリーク電流との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between deposition temperature and the leakage current at the time of OFF. 比較例のソース・ゲート間耐圧を示す図である。It is a figure which shows the source-gate breakdown voltage of the comparative example. 熱酸化温度とオン電流の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between thermal oxidation temperature and on-current. 熱酸化温度が1160℃の場合の本実施例の薄膜半導体装置のMOS界面の状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。It is an electron microscope (SEM) photograph which shows the state of the MOS interface of the thin film semiconductor device of a present Example in case a thermal oxidation temperature is 1160 degreeC. 熱酸化温度が1050℃の場合の本実施例の薄膜半導体装置のMOS界面の状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。It is an electron microscope (SEM) photograph which shows the state of the MOS interface of the thin film semiconductor device of a present Example in case a thermal oxidation temperature is 1050 degreeC. 熱酸化温度が900℃の場合の本実施例の薄膜半導体装置のMOS界面の状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。It is an electron microscope (SEM) photograph which shows the state of the MOS interface of the thin film semiconductor device of a present Example in case a thermal oxidation temperature is 900 degreeC. 熱酸化温度が1160℃の場合の比較例の薄膜半導体装置のMOS界面の状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。It is an electron microscope (SEM) photograph which shows the state of the MOS interface of the thin film semiconductor device of the comparative example in case a thermal oxidation temperature is 1160 degreeC. 熱酸化温度が1050℃の場合の比較例の薄膜半導体装置のMOS界面の状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。It is an electron microscope (SEM) photograph which shows the state of the MOS interface of the thin film semiconductor device of the comparative example in case a thermal oxidation temperature is 1050 degreeC. 熱酸化温度が900℃の場合の比較例の薄膜半導体装置のMOS界面の状態を示す電子顕微鏡(SEM)写真である。It is an electron microscope (SEM) photograph which shows the state of the MOS interface of the thin film semiconductor device of the comparative example in case a thermal oxidation temperature is 900 degreeC. 図25(A)〜(D)は、本第5の実施例に係る薄膜半導体装置の製造工程図である。25A to 25D are manufacturing process diagrams of the thin film semiconductor device according to the fifth embodiment. LDD型TFTの断面図である。It is sectional drawing of a LDD type TFT. 通常構造のTFTの断面図である。It is sectional drawing of TFT of a normal structure. LDD型TFT及び通常構造のTFTのゲート電極長とソース・ドレイン耐圧の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the gate electrode length and the source / drain breakdown voltage of the LDD type TFT and the TFT having a normal structure. LDD型TFT及び通常構造のTFTのゲート電極長とオン電流の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the gate electrode length and the on-current of the LDD type TFT and the TFT having a normal structure. 図30(A)〜(C)は、CMOSインバータ回路の動作を説明するための図である。30A to 30C are diagrams for explaining the operation of the CMOS inverter circuit. 図31(A)、(B)は、薄膜トランジスタの伝達特性を示す図である。31A and 31B are diagrams illustrating transfer characteristics of a thin film transistor. シフトレジスタ回路の最高動作周波数を示す図である。It is a figure which shows the highest operating frequency of a shift register circuit. 図33(A)〜(C)は、単結晶MOSFETによりCMOSインバータ回路を構成した場合の回路図、パターン図、ウァハ断面図である。33A to 33C are a circuit diagram, a pattern diagram, and a wafer sectional view in the case where a CMOS inverter circuit is constituted by a single crystal MOSFET. TFTによりCMOSインバータを構成した場合のパターン図である。It is a pattern figure at the time of comprising a CMOS inverter by TFT. LDD部のドーズ量とオン電流及びオフ電流の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the dose amount of the LDD portion and the on-current and off-current. LDD部のドーズ量とオン・オフ比の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the dose amount of the LDD portion and the on / off ratio. LDD部のドーズ量とシート抵抗の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the dose amount of the LDD portion and the sheet resistance. ソース・ドレイン部のドーズ量と拡散長の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the dose amount of the source / drain portion and the diffusion length. ソース・ドレイン部のドーズ量とコンタクト抵抗の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the dose amount of the source / drain portion and the contact resistance. LDD長とオン電流及びオフ電流の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the LDD length and the on-current and off-current. LDD長とソース・ドレイン耐圧の関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between LDD length and a source-drain breakdown voltage. 図42(A)〜(D)は、第8の実施例の製造方法を示す工程図である。42A to 42D are process diagrams showing the manufacturing method of the eighth embodiment. 第9の実施例のLDD型TFTのトランジスタ特性を示す図である。It is a figure which shows the transistor characteristic of the LDD type TFT of a 9th Example. 第9の実施例のLDD型TFTを用いたシフトレジスタ回路の最高動作周波数を示す図である。It is a figure which shows the highest operating frequency of the shift register circuit using the LDD type TFT of the 9th Example. 第9の実施例と比較例のコンタクト抵抗、ソース・ドレイン抵抗、LDD抵抗を示す図である。It is a figure which shows the contact resistance of the 9th Example and a comparative example, source-drain resistance, and LDD resistance. 寄生抵抗等を計算するために用いたモデルを表す図である。It is a figure showing the model used in order to calculate parasitic resistance etc. 周辺駆動回路内蔵型アクティブマトリクスLCDの回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an active matrix LCD with a built-in peripheral drive circuit. 図48(A)、(B)は、アクティブマトリクスLCDの画素パターン図と断面図である。48A and 48B are a pixel pattern diagram and a cross-sectional view of an active matrix LCD. 図49(A)、(B)は、双方向シフトレジスタ回路の回路図とタイミングチャート図である。49A and 49B are a circuit diagram and a timing chart of a bidirectional shift register circuit. 図50(A)、(B)は、単方向シフトレジスタ回路の回路図とタイミングチャート図である。50A and 50B are a circuit diagram and a timing chart of a unidirectional shift register circuit. 図51(A)、(B)は、レベルシフタ回路の回路図とタイミングチャート図である。51A and 51B are a circuit diagram and a timing chart of the level shifter circuit. アナログ線順次データドライバの回路図である。It is a circuit diagram of an analog line sequential data driver. デジタルデータドライバの回路図である。It is a circuit diagram of a digital data driver. アクティブマトリクスLCDを用いた表示システムのブロック図である。It is a block diagram of a display system using an active matrix LCD. 非晶質TFT、従来の多結晶TFT、本実施例、単結晶MOSFETの移動度とオン電流の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the mobility and ON current of an amorphous TFT, the conventional polycrystalline TFT, a present Example, and single crystal MOSFET. 図56(A)は、薄膜半導体装置の構造の一例であり、図56(B)は、この薄膜半導体装置の等価回路図である。FIG. 56A illustrates an example of a structure of a thin film semiconductor device, and FIG. 56B is an equivalent circuit diagram of the thin film semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

1 絶縁基板、2 半導体薄膜、3 n半導体薄膜、4 p半導体薄膜、
5 ゲート絶縁膜、6 ゲート電極、7 層間絶縁膜、8 金属薄膜、
9 n半導体薄膜、10 p半導体薄膜
1 insulating substrate, 2 a semiconductor thin film, 3 n - semiconductor thin film, 4 p - the semiconductor thin film,
5 Gate insulating film, 6 Gate electrode, 7 Interlayer insulating film, 8 Metal thin film,
9 n - semiconductor thin film, 10 p - semiconductor thin

Claims (43)

少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、
前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、
ドレイン部におけるLDD長をLldddとし、ドレイン部におけるコンタクトホールのチャネル部側の端辺からゲート電極までの距離をLcontdとした場合に、
0.8×Llddd≦Lcontd≦1.2×Llddd
の関係にあることを特徴とする薄膜半導体装置。
In a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
The semiconductor film is disposed in at least one of a first impurity semiconductor film disposed in a source portion and a drain portion of the thin film transistor, between the drain portion and the channel portion of the thin film transistor, and between the source portion and the channel portion. A high-resistance second impurity semiconductor film,
When the LDD length in the drain part is Llddd, and the distance from the end of the contact hole on the channel part side of the drain part to the gate electrode is Lcontd,
0.8 × Llddd ≦ Lcontd ≦ 1.2 × Llddd
A thin film semiconductor device characterized in that:
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、
前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、
ソース部におけるLDD長をLlddsとし、ソース部におけるコンタクトホールのチャネル部側の端辺からゲート電極までの距離をLcontsとした場合に、
0.8×Lldds≦Lconts≦1.2×Lldds
の関係にあることを特徴とする薄膜半導体装置。
In a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
The semiconductor film is disposed in at least one of a first impurity semiconductor film disposed in a source portion and a drain portion of the thin film transistor, between the drain portion and the channel portion of the thin film transistor, and between the source portion and the channel portion. A high-resistance second impurity semiconductor film,
When the LDD length in the source part is Lldds, and the distance from the end of the contact hole in the source part on the channel part side to the gate electrode is Lconts,
0.8 × Lldds ≦ Lconts ≦ 1.2 × Lldds
A thin film semiconductor device characterized in that:
請求項1乃至3のいずれかにおいて、
注入される不純物がp型である前記第1、第2の不純物半導体膜を有するp型薄膜トランジスタと、注入される不純物がn型である前記第1、第2の不純物半導体膜を有するn型薄膜トランジスタとを含むことを特徴とする薄膜半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
A p-type thin film transistor having the first and second impurity semiconductor films in which the implanted impurity is p-type, and an n-type thin film transistor having the first and second impurity semiconductor films in which the implanted impurity is n-type. A thin film semiconductor device comprising:
請求項3において、
前記p型薄膜トランジスタのゲート電極長が前記n型薄膜トランジスタのゲート電極長よりも小さいことを特徴とする薄膜半導体装置。
In claim 3,
A thin film semiconductor device, wherein a gate electrode length of the p-type thin film transistor is smaller than a gate electrode length of the n-type thin film transistor.
請求項4において、
前記p型薄膜トランジスタのゲート電極長及びn型薄膜トランジスタのゲート電極長がともに5μm以下であることを特徴とする薄膜半導体装置。
In claim 4,
The gate electrode length of the p-type thin film transistor and the gate electrode length of the n-type thin film transistor are both 5 μm or less.
請求項3乃至5のいずれかにおいて、
前記n型薄膜トランジスタのチャネル幅が前記p型薄膜トランジスタのチャネル幅よりも小さいことを特徴とする薄膜半導体装置。
In any of claims 3 to 5,
A thin film semiconductor device, wherein a channel width of the n-type thin film transistor is smaller than a channel width of the p-type thin film transistor.
請求項6において、
前記p型薄膜トランジスタのゲート電極長及びn型薄膜トランジスタのゲート電極長がともに5μm以下であることを特徴とする薄膜半導体装置。
In claim 6,
The gate electrode length of the p-type thin film transistor and the gate electrode length of the n-type thin film transistor are both 5 μm or less.
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置の製造方法において、
ゲート電極をマスクとして不純物を注入する工程と、フォトレジストをマスクとして不純物を注入する工程とを含み、
前記ゲート電極をマスクとして注入される不純物のドーズ量が1×1013cm−2〜1×1014cmー2の範囲であり、前記フォトレジストをマスクとして注入される不純物のドーズ量が5×1014cmー2〜1×1016cmー2の範囲であることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
In a method of manufacturing a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
A step of implanting impurities using the gate electrode as a mask, and a step of implanting impurities using the photoresist as a mask,
Ranges dose of 1 × 10 13 cm -2 ~1 × 10 14 cm -2 of impurities to be implanted using the gate electrode as a mask, a dose of impurity implanted using the photoresist as a mask of 5 × A method for producing a thin film semiconductor device, wherein the range is from 10 14 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 .
請求項8において、
薄膜トランジスタのソース部とドレイン部に島状に不純物半導体膜を形成し、該島状に形成された不純物半導体膜上に真性半導体膜を形成する工程を含むことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
In claim 8,
A method of manufacturing a thin film semiconductor device, comprising: forming an impurity semiconductor film in an island shape on a source portion and a drain portion of a thin film transistor; and forming an intrinsic semiconductor film on the impurity semiconductor film formed in the island shape .
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置の製造方法において、
ゲート電極をマスクとして不純物を注入する工程と、ゲート電極表層部に絶縁膜を形成した後に不純物を注入する工程とを含み、
前記ゲート電極をマスクとして注入される不純物のドーズ量が1×1013cm−2〜1×1014cm−2の範囲であり、前記ゲート電極表層部に絶縁膜を形成した後に注入される不純物のドーズ量が5×1014cm−2〜1×1016cm−2の範囲であることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
In a method of manufacturing a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
A step of implanting impurities using the gate electrode as a mask, and a step of implanting impurities after forming an insulating film on the surface layer of the gate electrode,
Impurities implanted using the gate electrode as a mask have an impurity dose in the range of 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 and an insulating film is formed on the surface layer of the gate electrode. A method for manufacturing a thin film semiconductor device, wherein the dose amount of the thin film semiconductor is in the range of 5 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 .
請求項10において、
薄膜トランジスタのソース部とドレイン部に島状に不純物半導体膜を形成し、該島状に形成された不純物半導体膜上に真性半導体膜を形成する工程を含むことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
In claim 10,
A method of manufacturing a thin film semiconductor device, comprising: forming an impurity semiconductor film in an island shape on a source portion and a drain portion of a thin film transistor; and forming an intrinsic semiconductor film on the impurity semiconductor film formed in the island shape .
請求項10又は11のいずれかにおいて、
前記ゲート電極表層部に形成される絶縁膜を、前記ゲート電極の材料を熱酸化または陽極酸化することによって形成する、あるいは所定の堆積法によって形成することを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
In either of claims 10 or 11,
A method of manufacturing a thin film semiconductor device, wherein the insulating film formed on the surface layer of the gate electrode is formed by thermally oxidizing or anodizing the material of the gate electrode, or by a predetermined deposition method.
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置を用いた表示システムにおいて、
前記絶縁性物質上に形成されたアクティブマトリクス部と、前記絶縁性物質上に形成されるとともに前記薄膜半導体装置により構成されたデータドライバ部及び走査ドライバ部とを含み、
前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、
前記第2の不純物半導体膜の最大不純物濃度が1×1018cm−3〜1×1019cm−3の範囲となることを特徴とする表示システム。
In a display system using a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
An active matrix portion formed on the insulating material, and a data driver portion and a scan driver portion formed on the insulating material and configured by the thin film semiconductor device,
The semiconductor film is disposed in at least one of a first impurity semiconductor film disposed in a source portion and a drain portion of the thin film transistor, between the drain portion and the channel portion of the thin film transistor, and between the source portion and the channel portion. A high-resistance second impurity semiconductor film,
The maximum impurity concentration of the second impurity semiconductor film is in the range of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 .
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置を用いた表示システムにおいて、
前記絶縁性物質上に形成されたアクティブマトリクス部と、前記絶縁性物質上に形成されるとともに前記薄膜半導体装置により構成されたデータドライバ部及び走査ドライバ部とを含み、
前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、
前記第1の不純物半導体膜の最大不純物濃度が5×1019cm−3〜1×1021cm−3の範囲となることを特徴とする表示システム。
In a display system using a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
An active matrix portion formed on the insulating material, and a data driver portion and a scan driver portion formed on the insulating material and configured by the thin film semiconductor device,
The semiconductor film is disposed in at least one of a first impurity semiconductor film disposed in a source portion and a drain portion of the thin film transistor, between the drain portion and the channel portion of the thin film transistor, and between the source portion and the channel portion. A high-resistance second impurity semiconductor film,
Display system, characterized in that the maximum impurity concentration of the first impurity semiconductor film is in the range of 5 × 10 19 cm -3 ~1 × 10 21 cm -3.
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置を用いた表示システムにおいて、
前記絶縁性物質上に形成されたアクティブマトリクス部と、前記絶縁性物質上に形成されるとともに前記薄膜半導体装置により構成されたデータドライバ部及び走査ドライバ部とを含み、
前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、
前記データドライバ部及び前記走査ドライバ部がLDD構造のn型薄膜トランジスタ及びLDD構造のp型薄膜トランジスタから構成されてなり、前記LDD構造のn型薄膜トランジスタ及び前記LDD構造のp型薄膜トランジスタのLDD長が0.6μm〜4μmの範囲となることを特徴とする表示システム。
In a display system using a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
An active matrix portion formed on the insulating material, and a data driver portion and a scan driver portion formed on the insulating material and configured by the thin film semiconductor device,
The semiconductor film is disposed in at least one of a first impurity semiconductor film disposed in a source portion and a drain portion of the thin film transistor, between the drain portion and the channel portion of the thin film transistor, and between the source portion and the channel portion. A high-resistance second impurity semiconductor film,
The data driver unit and the scan driver unit are composed of an n-type thin film transistor having an LDD structure and a p-type thin film transistor having an LDD structure. A display system having a range of 6 μm to 4 μm.
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置を用いた表示システムにおいて、
前記絶縁性物質上に形成されたアクティブマトリクス部と、前記絶縁性物質上に形成されるとともに前記薄膜半導体装置により構成されたデータドライバ部及び走査ドライバ部とを含み、
前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含み、
前記半導体膜上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極の長さが5μm以下であることを特徴とする表示システム。
In a display system using a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
An active matrix portion formed on the insulating material, and a data driver portion and a scan driver portion formed on the insulating material and configured by the thin film semiconductor device,
The semiconductor film is disposed in at least one of a first impurity semiconductor film disposed in a source portion and a drain portion of the thin film transistor, between the drain portion and the channel portion of the thin film transistor, and between the source portion and the channel portion. A high-resistance second impurity semiconductor film,
A display system, wherein a length of a gate electrode formed on the semiconductor film via a gate insulating film is 5 μm or less.
請求項13乃至16のいずれかにおいて、
前記データドライバ部または前記走査ドライバ部が、クロックドゲートを用いた双方向シフトレジスタ回路を含むことを特徴とする表示システム。
In any of claims 13 to 16,
The display system, wherein the data driver unit or the scan driver unit includes a bidirectional shift register circuit using a clocked gate.
請求項13乃至16のいずれかにおいて、
前記データドライバ部または前記走査ドライバ部が、クロック信号の位相の異なる複数のシフトレジスタ回路を含み、前記複数のシフトレジスタの出力を入力するゲートを含むことを特徴とする表示システム。
In any of claims 13 to 16,
The display system, wherein the data driver unit or the scan driver unit includes a plurality of shift register circuits having different phases of clock signals, and includes a gate for inputting outputs of the plurality of shift registers.
請求項13乃至16のいずれかにおいて、
前記データドライバ部または前記走査ドライバ部が、レベルシフタ回路とシフトレジスタ回路を含み、前記シフトレジスタ回路がTTLレベル以下で駆動されることを特徴とする表示システム。
In any of claims 13 to 16,
The display system, wherein the data driver unit or the scan driver unit includes a level shifter circuit and a shift register circuit, and the shift register circuit is driven at a TTL level or less.
請求項19において、
前記レベルシフタ回路の入力部が、直列接続されたp型の薄膜トランジスタとn型の薄膜トランジスタとを含むことを特徴とする表示システム。
In claim 19,
The display system, wherein the input portion of the level shifter circuit includes a p-type thin film transistor and an n-type thin film transistor connected in series.
請求項13乃至16のいずれかにおいて、
前記データドライバ部が、シフトレジスタ回路と、ビデオラインと、アナログスイッチとを含み、前記シフトレジスタ回路の出力がレベルシフタ回路を介してあるいは直接に前記アナログスイッチのゲート端子に入力され、これにより点順次アナログ方式で素子駆動が行われることを特徴とする表示システム。
In any of claims 13 to 16,
The data driver unit includes a shift register circuit, a video line, and an analog switch, and the output of the shift register circuit is input to the gate terminal of the analog switch via a level shifter circuit or directly, thereby dot-sequentially A display system characterized in that element driving is performed in an analog manner.
請求項13乃至16のいずれかにおいて、
前記データドライバ部が、ビデオラインに接続される1段目のアナログラッチと、該1段目のアナログラッチの出力が入力される2段目のアナログラッチと、該2段目のアナログラッチの出力が入力され信号線に接続されるアナログバッファとを含み、これにより線順次アナログ方式で素子駆動が行われることを特徴とする表示システム。
In any of claims 13 to 16,
The data driver unit includes a first-stage analog latch connected to a video line, a second-stage analog latch to which an output of the first-stage analog latch is input, and an output of the second-stage analog latch And an analog buffer connected to the signal line, thereby driving the elements in a line-sequential analog manner.
請求項13乃至16のいずれかにおいて、
前記データドライバ部が、n本のデジタル信号入力線に接続されるn組の1段目のラッチと、該1段目のラッチの出力が入力されるn組の2段目のラッチと、該2段目のラッチの出力が入力され2のアナログスイッチのゲートに接続されるデコーダとを含み、これによりデジタル方式で素子駆動が行われることを特徴とする表示システム。
In any of claims 13 to 16,
The data driver unit includes n sets of first-stage latches connected to n digital signal input lines, n sets of second-stage latches to which outputs of the first-stage latches are input, And a decoder connected to the gate of a 2n analog switch, to which element driving is performed in a digital manner.
請求項13乃至16のいずれかにおいて、
映像信号発生装置から出力される映像信号を増幅する映像信号増幅回路と、映像信号発生装置から出力される映像信号に同期したタイミング信号を発生するタイミングコントローラとを含み、前記データドライバ部及び前記走査ドライバ部が該タイミング信号によって駆動されることを特徴とする表示システム。
In any of claims 13 to 16,
A video signal amplifying circuit for amplifying a video signal output from the video signal generator; and a timing controller for generating a timing signal synchronized with the video signal output from the video signal generator; A display system, wherein a driver unit is driven by the timing signal.
請求項24において、
前記タイミングコントローラ及び前記データドライバ部及び前記走査ドライバ部がTTLレベル以下で駆動されることを特徴とする表示システム。
In claim 24,
The display system, wherein the timing controller, the data driver unit, and the scan driver unit are driven below a TTL level.
請求項24又は25において、
前記タイミングコントローラが、前記薄膜半導体装置により構成されていることを特徴とする表示システム。
In claim 24 or 25,
The display system, wherein the timing controller is constituted by the thin film semiconductor device.
請求項24乃至26のいずれかにおいて、
前記映像信号増幅回路には映像信号を複数の低周波数の信号に変換する信号周波数変換回路またはγ補正回路が含まれていることを特徴とする表示システム。
27.
The display system, wherein the video signal amplification circuit includes a signal frequency conversion circuit or a γ correction circuit for converting the video signal into a plurality of low frequency signals.
請求項24乃至27のいずれかにおいて、
前記映像信号増幅回路が、前記薄膜半導体装置により構成されていることを特徴とする表示システム。
Any of claims 24 to 27
The display system, wherein the video signal amplifier circuit is constituted by the thin film semiconductor device.
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、
前記半導体膜が、膜生成の種となる核の発生速度を遅くし、かつ、前記核から生成される島の成長速度を速くする条件にて化学気相堆積法により堆積されるとともに、前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含むことを特徴とする薄膜半導体装置。
In a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
The semiconductor film is deposited by a chemical vapor deposition method under a condition that slows the generation rate of nuclei as seeds for film formation and increases the growth rate of islands generated from the nuclei. A high resistance film is disposed in at least one of the first impurity semiconductor film disposed in the source portion and the drain portion of the thin film transistor, and between the drain portion and the channel portion of the thin film transistor and between the source portion and the channel portion. A thin film semiconductor device comprising: a second impurity semiconductor film.
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、
前記半導体膜を多結晶状態とした場合のグレインの平均面積が10000nm以上となるとともに、前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含むことを特徴とする薄膜半導体装置。
In a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
When the semiconductor film is in a polycrystalline state, the average grain area is 10000 nm 2 or more, and the semiconductor film includes a first impurity semiconductor film disposed in a source portion and a drain portion of the thin film transistor, and a drain of the thin film transistor A thin film semiconductor device comprising: a high-resistance second impurity semiconductor film disposed between at least one of the first portion and the channel portion and between the source portion and the channel portion.
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置において、
前記半導体膜生成の種となる核より生成される島の平均面積が10000nm以上となるとともに、前記半導体膜が、薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部に配置される第1の不純物半導体膜と、薄膜トランジスタのドレイン部とチャネル部との間及びソース部とチャネル部との間の少なくとも一方に配置される高抵抗の第2の不純物半導体膜とを含むことを特徴とする薄膜半導体装置。
In a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
A first impurity semiconductor film in which an average area of islands generated from nuclei as seeds of the semiconductor film generation is 10000 nm 2 or more, and the semiconductor film is disposed in a source part and a drain part of the thin film transistor, and a thin film transistor A high-resistance second impurity semiconductor film disposed between at least one of the drain portion and the channel portion and between the source portion and the channel portion.
請求項29乃至31のいずれかにおいて、
前記第2の不純物半導体膜の最大不純物濃度が2×1017cm−3〜1×1019cm−3の範囲となることを特徴とする薄膜半導体装置。
Any one of claims 29 to 31
Thin film semiconductor device characterized by maximum impurity concentration of the second impurity semiconductor film is in the range of 2 × 10 17 cm -3 ~1 × 10 19 cm -3.
請求項29乃至32のいずれかにおいて、
前記第1の不純物半導体膜の最大不純物濃度が5×1019cm−3〜1×1021cm−3の範囲となることを特徴とする薄膜半導体装置。
A device according to any of claims 29 to 32.
The thin film semiconductor device, wherein the first impurity semiconductor film has a maximum impurity concentration in a range of 5 × 10 19 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 .
請求項29乃至33のいずれかにおいて、
ドレイン部あるいはソース部におけるLDD長が0.3μm〜4μmの範囲となることを特徴とする薄膜半導体装置。
34. Any one of claims 29 to 33.
A thin film semiconductor device, wherein an LDD length in a drain portion or a source portion is in a range of 0.3 μm to 4 μm.
請求項29乃至34のいずれかにおいて、
前記半導体膜上にゲート絶縁膜を介して形成されるゲート電極の長さが5μm以下であることを特徴とする薄膜半導体装置。
Any one of claims 29 to 34
A thin film semiconductor device, wherein a length of a gate electrode formed on the semiconductor film through a gate insulating film is 5 μm or less.
請求項29乃至35のいずれかにおいて、
ドレイン部におけるLDD長をLldddとし、ドレイン部におけるコンタクトホールのチャネル部側の端辺からゲート電極までの距離をLcontdとした場合に、
0.8×Llddd≦Lcontd≦1.2×Llddd
の関係にあることを特徴とする薄膜半導体装置。
In any of claims 29 to 35
When the LDD length in the drain part is Llddd, and the distance from the end of the contact hole on the channel part side of the drain part to the gate electrode is Lcontd,
0.8 × Llddd ≦ Lcontd ≦ 1.2 × Llddd
A thin film semiconductor device characterized in that:
請求項29乃至36のいずれかにおいて、
ソース部におけるLDD長をLlddsとし、ソース部におけるコンタクトホールのチャネル部側の端辺からゲート電極までの距離をLcontsとした場合に、
0.8×Lldds≦Lconts≦1.2×Lldds
の関係にあることを特徴とする薄膜半導体装置。
A device according to any of claims 29 to 36.
When the LDD length in the source part is Lldds, and the distance from the end of the contact hole in the source part on the channel part side to the gate electrode is Lconts,
0.8 × Lldds ≦ Lconts ≦ 1.2 × Lldds
A thin film semiconductor device characterized in that:
請求項29乃至37のいずれかにおいて、
不純物半導体膜に注入される不純物がp型であるp型薄膜トランジスタのソース部及びドレイン部の全領域に、前記第2の不純物半導体膜が配置されていることを特徴とする薄膜半導体装置。
A device according to any of claims 29 to 37.
A thin film semiconductor device, wherein the second impurity semiconductor film is arranged in the entire region of the source portion and drain portion of a p-type thin film transistor in which an impurity injected into the impurity semiconductor film is p-type.
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置の製造方法において、
膜生成の種となる核の発生速度を遅くし、かつ、前記核から生成される島の成長速度を速くする条件にて化学気相堆積法により半導体膜を堆積する工程と、
ゲート電極をマスクとして不純物を注入する工程と、フォトレジストをマスクとして不純物を注入する工程とを含み、
前記ゲート電極をマスクとして注入される不純物のドーズ量が前記フォトレジストをマスクとして注入される不純物のドーズ量よりも低いことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
In a method of manufacturing a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
Depositing a semiconductor film by a chemical vapor deposition method under the condition of slowing the generation rate of nuclei as seeds for film formation and increasing the growth rate of islands generated from the nuclei;
A step of implanting impurities using the gate electrode as a mask, and a step of implanting impurities using the photoresist as a mask,
A method of manufacturing a thin film semiconductor device, wherein a dose amount of an impurity implanted using the gate electrode as a mask is lower than a dose amount of an impurity implanted using the photoresist as a mask.
少なくとも表面の一部が絶縁性物質となる基板の該絶縁性物質上に形成された非単結晶の半導体膜を含む薄膜半導体装置の製造方法において、
膜生成の種となる核の発生速度を遅くし、かつ、前記核から生成される島の成長速度を速くする条件にて化学気相堆積法により半導体膜を堆積する工程と、
ゲート電極をマスクとして不純物を注入する工程と、ゲート電極表層部に絶縁膜を形成した後に不純物を注入する工程とを含み、
前記ゲート電極をマスクとして注入される不純物のドーズ量が前記ゲート電極表層部に絶縁膜を形成した後に注入される不純物のドーズ量よりも低いことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
In a method of manufacturing a thin film semiconductor device including a non-single-crystal semiconductor film formed on the insulating material of the substrate, at least a part of the surface of which is an insulating material,
Depositing a semiconductor film by a chemical vapor deposition method under the condition of slowing the generation rate of nuclei as seeds for film formation and increasing the growth rate of islands generated from the nuclei;
A step of implanting impurities using the gate electrode as a mask, and a step of implanting impurities after forming an insulating film on the surface layer of the gate electrode,
A method of manufacturing a thin film semiconductor device, wherein a dose amount of an impurity implanted using the gate electrode as a mask is lower than a dose amount of an impurity implanted after forming an insulating film in the gate electrode surface layer portion.
請求項39又は40のいずれかにおいて、
前記核の発生速度を堆積温度により制御し、前記島の成長速度を堆積速度により制御し、前記堆積温度が580℃以下となり、前記堆積速度が6Å/min以上となることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
In any of claims 39 or 40,
A thin film semiconductor characterized in that a generation rate of the nuclei is controlled by a deposition temperature, a growth rate of the island is controlled by a deposition rate, the deposition temperature is 580 ° C. or less, and the deposition rate is 6 Å / min or more. Device manufacturing method.
請求項39乃至41のいずれかにおいて、
前記半導体膜を堆積する工程の後に該半導体膜に対して500℃〜700℃の範囲の温度にて熱処理を施す工程を含むことを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
In any of claims 39 to 41,
A method of manufacturing a thin film semiconductor device, comprising a step of performing a heat treatment on the semiconductor film at a temperature in a range of 500 ° C. to 700 ° C. after the step of depositing the semiconductor film.
請求項39乃至42のいずれかにおいて、
前記ゲート電極をマスクとして注入される不純物のドーズ量が2×1012cm−2〜1×1014cm−2の範囲であり、前記フォトレジストをマスクとして注入される不純物のドーズ量あるいは前記ゲート電極表層部に絶縁膜を形成した後に注入される不純物のドーズ量が5×1014cm−2〜1×1016cm−2の範囲であることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。
In any of claims 39 to 42,
The dose of impurities implanted using the gate electrode as a mask is in the range of 2 × 10 12 cm −2 to 1 × 10 14 cm −2 , and the dose of impurities implanted using the photoresist as a mask or the gate A method of manufacturing a thin film semiconductor device, wherein a dose amount of impurities implanted after forming an insulating film in an electrode surface layer portion is in a range of 5 × 10 14 cm −2 to 1 × 10 16 cm −2 .
JP2007006140A 1993-07-26 2007-01-15 Thin film semiconductor device and display system Withdrawn JP2007189235A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007006140A JP2007189235A (en) 1993-07-26 2007-01-15 Thin film semiconductor device and display system

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18413493 1993-07-26
JP12283894 1994-06-03
JP2007006140A JP2007189235A (en) 1993-07-26 2007-01-15 Thin film semiconductor device and display system

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1995505064 Division 1994-07-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007189235A true JP2007189235A (en) 2007-07-26

Family

ID=38344136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007006140A Withdrawn JP2007189235A (en) 1993-07-26 2007-01-15 Thin film semiconductor device and display system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007189235A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120093988A (en) * 2009-10-29 2012-08-23 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device
JP2015502029A (en) * 2011-11-11 2015-01-19 京東方科技集團股▲ふん▼有限公司 THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND DISPLAY DEVICE
US9705005B2 (en) 2009-11-20 2017-07-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
KR101821112B1 (en) * 2010-05-14 2018-01-23 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device
CN111159964A (en) * 2019-12-18 2020-05-15 上海集成电路研发中心有限公司 Method for establishing scalable resistance model in MOSFET
US11308910B2 (en) 2013-07-10 2022-04-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device comprising a transistor with LDD regions

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120093988A (en) * 2009-10-29 2012-08-23 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device
KR101939712B1 (en) * 2009-10-29 2019-01-17 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device
US10490553B2 (en) 2009-10-29 2019-11-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
US9705005B2 (en) 2009-11-20 2017-07-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
KR101811999B1 (en) * 2009-11-20 2017-12-26 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device
KR101821112B1 (en) * 2010-05-14 2018-01-23 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device
JP2015502029A (en) * 2011-11-11 2015-01-19 京東方科技集團股▲ふん▼有限公司 THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND DISPLAY DEVICE
US11308910B2 (en) 2013-07-10 2022-04-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device comprising a transistor with LDD regions
US11869453B2 (en) 2013-07-10 2024-01-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device comprising semiconductor layer having LDD regions
CN111159964A (en) * 2019-12-18 2020-05-15 上海集成电路研发中心有限公司 Method for establishing scalable resistance model in MOSFET
CN111159964B (en) * 2019-12-18 2023-09-05 上海集成电路研发中心有限公司 Method for establishing scalable resistance model in MOSFET

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100202122B1 (en) Thin film semiconductor device and manufacturing method thereof and display system
US7782315B2 (en) Display device and method of driving the same
US7916232B2 (en) Electro-optical device and method for driving the same
US7746311B2 (en) Thin-film transistor circuit and a semiconductor display using the same
US20100090994A1 (en) Image Display Device and Driving Method Thereof
US8872750B2 (en) Shift register circuit, driving circuit of display device, and display device using the driving circuit
US7375668B2 (en) Digital driver and display device
JPH06337435A (en) Display device
US6777273B1 (en) Semiconductor display device
JP2001051292A (en) Semiconductor device and semiconductor display device
US6876339B2 (en) Semiconductor device and driving method thereof
JP2007189235A (en) Thin film semiconductor device and display system
JP4476391B2 (en) Driving method of semiconductor display device
JP2001028338A (en) Semiconductor device
JP5291851B2 (en) Display device and electronic device
JPH0888174A (en) Semiconductor device, manufacture of semiconductor device, thin film transistor, manufacture of thin film transistor, and display device
JP2754290B2 (en) Electro-optical device and driving method thereof
JP2000323662A (en) Capacitor and semiconductor device as well as their manufacture
JP2003309456A (en) Thin-film transistor circuit and semiconductor display apparatus using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080930

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20081128