JP2008010882A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は薄膜トランジスタ(以下、TFTという)で構成された回路を有する半導体装置に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置およびその様な電気光学装置を部品として搭載した電子機器の構成に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a circuit composed of thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs). For example, the present invention relates to an electro-optical device typified by a liquid crystal display panel and a configuration of an electronic apparatus in which such an electro-optical device is mounted as a component.
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器も半導体装置である。 Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electronic device are also semiconductor devices.
薄膜トランジスタ(以下、TFTという)は透明なガラス基板に形成することができるので、アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ(以下、AM−LCDという)への応用開発が積極的に進められてきた。結晶質半導体膜(代表的にはポリシリコン膜)を利用したTFTは高移動度が得られるので、同一基板上に機能回路を集積させて高精細な画像表示を実現することが可能とされている。 Since a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) can be formed on a transparent glass substrate, application development to an active matrix liquid crystal display (hereinafter referred to as AM-LCD) has been actively promoted. Since a TFT using a crystalline semiconductor film (typically a polysilicon film) has high mobility, a high-definition image display can be realized by integrating functional circuits on the same substrate. Yes.
アクティブマトリクス型液晶表示装置は、画面の解像度が高精細になるに従い、画素だけでも100万個のTFTが必要になってくる。さらに機能回路を付加すると、それ以上の数のTFTが必要になり、液晶表示装置を安定に動作させるためには、個々のTFTの信頼性を確保して安定に動作させる必要があった。 An active matrix type liquid crystal display device requires 1 million TFTs with only pixels as the screen resolution becomes higher. If a functional circuit is further added, a larger number of TFTs are required, and in order to stably operate the liquid crystal display device, it is necessary to ensure the reliability of individual TFTs and to operate them stably.
ところが、TFTは必ずしも信頼性の面で単結晶半導体基板に作製されるMOSFETと同等ではないとされている。MOSFETでも問題となっていたように、TFTにおいても長期にわたって動作させると移動度やオン電流が低下するといった現象が起こる。このような現象がおこる原因の一つは、チャネル電界の増大に伴って発生するホットキャリアによる特性の劣化である。 However, TFTs are not necessarily equivalent to MOSFETs manufactured on a single crystal semiconductor substrate in terms of reliability. As in the case of MOSFETs, when TFTs are operated for a long period of time, a phenomenon such as a decrease in mobility and on-current occurs. One of the causes of such a phenomenon is deterioration of characteristics due to hot carriers generated with an increase in channel electric field.
一方、MOSFETでは、信頼性を向上させる技術として、LDD(Lightly Doped Drain)構造が良く知られている。この構造は、ソース・ドレイン領域の内側に、さらに低濃度の不純物領域を設けたものであり、この低濃度不純物領域をLDD領域と呼んでいる。この構造はTFTでも採用されている。 On the other hand, in a MOSFET, an LDD (Lightly Doped Drain) structure is well known as a technique for improving reliability. In this structure, a low concentration impurity region is provided inside the source / drain region, and this low concentration impurity region is called an LDD region. This structure is also adopted in the TFT.
さらにMOSFETでは、ゲート絶縁膜を介して、LDD領域をゲート電極とある程度オーバーラップさせる(重ならせる)構造が知られている。この構造を形成する方法は幾つかあるが、例えば、GOLD(Gate-drain Overlapped LDD)や、LATID(Large-tilt-angle implanted drain)と呼ばれる構造が知られている。このような構造とすることで、ホットキャリア耐性を高めることができた。 Further, in MOSFETs, a structure is known in which an LDD region overlaps (overlaps) with a gate electrode to some extent via a gate insulating film. There are several methods for forming this structure. For example, structures called GOLD (Gate-drain Overlapped LDD) and LATID (Large-tilt-angle implanted drain) are known. With such a structure, hot carrier resistance could be increased.
また、こういったMOSFETの構造をTFTに応用しようという試みもなされている。しかしながら、GOLD構造(本明細書中ではゲート電圧が印加されるLDD領域を有する構造をGOLD構造と呼ぶ。逆にゲート電圧が印加されないLDD領域のみを有する構造をLDD構造と呼ぶ。)の場合、LDD構造に比べてオフ電流(TFTがオフ状態にある時に流れる電流)が大きくなってしまうという問題がある。そのため、AM−LCDの画素マトリクス回路のように、オフ電流を極力抑えたい回路に使うには不適切であった。 Attempts have also been made to apply such MOSFET structures to TFTs. However, in the case of a GOLD structure (in this specification, a structure having an LDD region to which a gate voltage is applied is referred to as a GOLD structure. Conversely, a structure having only an LDD region to which a gate voltage is not applied is referred to as an LDD structure). There is a problem that off current (current that flows when the TFT is in an off state) becomes large as compared with the LDD structure. Therefore, it is not suitable for use in a circuit that wants to suppress the off current as much as possible, such as a pixel matrix circuit of an AM-LCD.
本願発明では、AM−LCDの各回路を機能に応じて適切な構造のTFTでもって形成し、高い信頼性を有するAM−LCDを提供することを目的とする。延いては、そのようなAM−LCDを有する半導体装置(電子機器)の信頼性を高めることを目的とする。 An object of the present invention is to provide an AM-LCD having high reliability by forming each circuit of the AM-LCD with a TFT having an appropriate structure according to the function. Accordingly, it is an object to improve the reliability of a semiconductor device (electronic device) having such an AM-LCD.
本明細書で開示する発明の構成は、 Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとで形成されたCMOS回路を含む半導体装置において、 前記CMOS回路は前記Nチャネル型TFTのみ、絶縁層を介して第1配線および第2配線によって活性層が挟まれた構造を有し、 前記活性層はチャネル形成領域に接して低濃度不純物領域を含んでおり、 前記低濃度不純物領域は前記第1配線に重なり、且つ、前記第2配線に重ならないように形成されていることを特徴とする。 The structure of the invention disclosed in this specification is a semiconductor device including a CMOS circuit formed of an N-channel TFT and a P-channel TFT, and the CMOS circuit includes only the N-channel TFT through an insulating layer. The active layer is sandwiched between one wiring and a second wiring, the active layer includes a low concentration impurity region in contact with a channel formation region, and the low concentration impurity region overlaps the first wiring, And it is formed so that it may not overlap with said 2nd wiring.
上記構成において、前記第1配線と前記第2配線とは電気的に接続されていても良い。即ち、第1配線と第2配線とが同電位となり、活性層に対して同じ電圧を印加する(加える)ことが可能となる。 In the above configuration, the first wiring and the second wiring may be electrically connected. That is, the first wiring and the second wiring have the same potential, and the same voltage can be applied (applied) to the active layer.
また、他の発明の構成は、 Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとで形成されたCMOS回路を含む半導体装置において、 前記CMOS回路は前記Nチャネル型TFTのみ、絶縁層を介して第1配線および第2配線によって活性層が挟まれた構造を有し、 前記第2配線は、第1導電層と第2導電層との積層構造からなる部分と、前記第1導電層と前記第2導電層とで第3導電層を包み込んだ構造からなる部分とを有することを特徴とする。 According to another aspect of the invention, there is provided a semiconductor device including a CMOS circuit formed of an N-channel TFT and a P-channel TFT, wherein the CMOS circuit includes only the N-channel TFT and a first wiring through an insulating layer. And an active layer sandwiched between the second wirings, the second wiring including a portion having a laminated structure of a first conductive layer and a second conductive layer, the first conductive layer, and the second conductive layer. And a portion having a structure in which the third conductive layer is wrapped with the layer.
上記構成において、前記第3導電層は、第1導電層または前記第2導電層よりも抵抗値が低い材料を用いる。具体的には、前記第1導電層または前記第2導電層は、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、またはシリコン(Si)から選ばれた元素を主成分とする導電膜、或いは前記元素を組み合わせた合金膜やシリサイド膜を用いることが好ましい。また、前記第3導電層は、アルミニウムまたは銅を主成分とする膜を用いることが好ましい。 In the above configuration, the third conductive layer uses a material having a lower resistance value than the first conductive layer or the second conductive layer. Specifically, the first conductive layer or the second conductive layer mainly contains an element selected from tantalum (Ta), titanium (Ti), tungsten (W), molybdenum (Mo), or silicon (Si). It is preferable to use a conductive film as a component, or an alloy film or a silicide film in which the above elements are combined. The third conductive layer is preferably a film containing aluminum or copper as a main component.
また、他の発明の構成は、 Nチャネル型TFTで形成された画素TFTと保持容量とを有する画素マトリクス回路を含む半導体装置において、 前記画素TFTは絶縁層を介して第1配線および第2配線によって活性層が挟まれた構造を有し、 前記活性層はチャネル形成領域に接して低濃度不純物領域を含んでおり、 前記低濃度不純物領域は前記第1配線に重なり、且つ、前記第2配線に重ならないように形成されていることを特徴とする。 According to another aspect of the invention, there is provided a semiconductor device including a pixel matrix circuit having a pixel TFT formed of an N-channel TFT and a storage capacitor. The pixel TFT includes a first wiring and a second wiring through an insulating layer. The active layer includes a low-concentration impurity region in contact with a channel formation region, the low-concentration impurity region overlaps the first wiring, and the second wiring It is formed so that it may not overlap.
なお、上記構成において、前記第1配線は接地電位またはソース電源電位に保持されていても良いし、フローティング電位に保持されていても良い。 Note that in the above structure, the first wiring may be held at a ground potential or a source power supply potential, or may be held at a floating potential.
また、他の発明の構成は、 Nチャネル型TFTで形成された画素TFTを有する画素マトリクス回路を含む半導体装置において、 前記画素TFTは絶縁層を介して第1配線および第2配線によって活性層が挟まれた構造を有し、 前記第2配線は、第1導電層と第2導電層との積層構造からなる部分と、前記第1導電層と前記第2導電層とで第3導電層を包み込んだ構造からなる部分とを有することを特徴とする。 According to another aspect of the invention, there is provided a semiconductor device including a pixel matrix circuit having a pixel TFT formed of an N-channel TFT, wherein the pixel TFT has an active layer formed by a first wiring and a second wiring through an insulating layer. The second wiring has a third conductive layer formed of a layered structure of a first conductive layer and a second conductive layer, and the first conductive layer and the second conductive layer. And a portion made of a wrapped structure.
また、他の発明の構成は、 同一基板上に形成された画素マトリクス回路とドライバー回路とを有する半導体装置において、 前記画素マトリクス回路に含まれる画素TFTと前記ドライバー回路に含まれるNチャネル型TFTとは、絶縁層を介して第1配線および第2配線によって活性層が挟まれた構造を有し、 前記画素TFTに接続された第1配線は固定電位またはフローティング電位に保持され、前記ドライバー回路に含まれるNチャネル型TFTに接続された第1配線は、該ドライバー回路に含まれるNチャネル型TFTに接続された第2配線と同電位に保持されることを特徴とする。 According to another aspect of the invention, in a semiconductor device having a pixel matrix circuit and a driver circuit formed on the same substrate, a pixel TFT included in the pixel matrix circuit, an N-channel TFT included in the driver circuit, and Has a structure in which an active layer is sandwiched between a first wiring and a second wiring through an insulating layer, and the first wiring connected to the pixel TFT is held at a fixed potential or a floating potential, and is connected to the driver circuit. The first wiring connected to the included N-channel TFT is held at the same potential as the second wiring connected to the N-channel TFT included in the driver circuit.
なお、上記構成において、前記活性層はチャネル形成領域に接して低濃度不純物領域を含んでおり、 前記低濃度不純物領域は前記第1配線に重なり、且つ、前記第2配線に重ならないように形成されている。 In the above structure, the active layer includes a low-concentration impurity region in contact with a channel formation region, and the low-concentration impurity region is formed so as to overlap the first wiring and not the second wiring. Has been.
さらに、前記第2配線は、第1導電層と第2導電層との積層構造からなる部分と、前記第1導電層と前記第2導電層とで第3導電層を包み込んだ構造からなる部分とを有する。 In addition, the second wiring includes a portion having a laminated structure of a first conductive layer and a second conductive layer, and a portion having a structure in which the third conductive layer is enclosed by the first conductive layer and the second conductive layer. And have.
また、他の発明の構成は、 Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとで形成されたCMOS回路を含む半導体装置の作製方法において、 基板上に第1配線を形成する工程と、 前記第1配線の上に第1絶縁層を形成する工程と、 前記第1絶縁層の上に活性層を前記Nチャネル型TFTの活性層および前記Pチャネル型TFTの活性層を形成する工程と、 前記Nチャネル型TFTの活性層および前記Pチャネル型TFTの活性層を覆って第2絶縁層を形成する工程と、 前記第2絶縁層の上に第2配線を形成する工程と、を有し、 前記第1配線は前記Nチャネル型TFTの活性層のみと交差するように形成されることを特徴とする。 According to another aspect of the invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device including a CMOS circuit formed of an N-channel TFT and a P-channel TFT, the step of forming a first wiring on a substrate, and the first wiring Forming a first insulating layer on the first insulating layer; forming an active layer on the first insulating layer as an active layer of the N-channel TFT and an active layer of the P-channel TFT; Forming a second insulating layer so as to cover an active layer of the TFT and the active layer of the P-channel TFT, and forming a second wiring on the second insulating layer, One wiring is formed so as to cross only the active layer of the N-channel TFT.
上記構成において、前記第2配線は、第1導電層と第2導電層との積層構造からなる部分と、前記第1導電層と前記第2導電層とで第3導電層を包み込んだ構造からなる部分とが形成される。 In the above configuration, the second wiring has a structure in which a third conductive layer is enclosed by a portion having a laminated structure of a first conductive layer and a second conductive layer, and the first conductive layer and the second conductive layer. The part which becomes is formed.
また、他の発明の構成は、 Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとで形成されたCMOS回路を含む半導体装置の作製方法において、 基板上に第1配線を形成する工程と、 前記第1配線の上に第1絶縁層を形成する工程と、 前記第1絶縁層の上に活性層を前記Nチャネル型TFTの活性層および前記Pチャネル型TFTの活性層を形成する工程と、 前記Nチャネル型TFTの活性層および前記Pチャネル型TFTの活性層を覆って第2絶縁層を形成する工程と、 前記第2絶縁層の上に第1導電層を形成する工程と、 前記第1導電層の上にパターン加工された第3導電層を形成する工程と、 前記第3導電層を覆って第2導電層を形成する工程と、を有し、 前記第1配線は前記Nチャネル型TFTの活性層のみと交差するように形成されることを特徴とする。 According to another aspect of the invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device including a CMOS circuit formed of an N-channel TFT and a P-channel TFT, the step of forming a first wiring on a substrate, and the first wiring Forming a first insulating layer on the first insulating layer; forming an active layer on the first insulating layer as an active layer of the N-channel TFT and an active layer of the P-channel TFT; Forming a second insulating layer over the active layer of the TFT and the active layer of the P-channel TFT, forming a first conductive layer on the second insulating layer, and the first conductive layer Forming a third conductive layer patterned on the first conductive layer; and forming a second conductive layer covering the third conductive layer, wherein the first wiring is formed of the N-channel TFT. Cross only the active layer Characterized in that it is made.
本願発明は同一構造のNTFTを、活性層の下側に設けた第1配線の電圧を制御することでGOLD構造として用いたり、LDD構造として用いたりする点に特徴がある。即ち、工程数を増やしたり煩雑にすることなく、同一基板上にGOLD構造とLDD構造とを実現することができる。 The present invention is characterized in that an NTFT having the same structure is used as a GOLD structure or an LDD structure by controlling the voltage of the first wiring provided below the active layer. That is, the GOLD structure and the LDD structure can be realized on the same substrate without increasing the number of steps or making it complicated.
そのため、AM−LCDやAM−LCDを表示ディスプレイとして有する電子機器等の半導体装置において、回路が要求する仕様に応じて適切な性能の回路を配置することが可能となり、半導体装置の性能や信頼性を大幅に向上させることができた。 Therefore, in a semiconductor device such as an electronic device having an AM-LCD or an AM-LCD as a display display, it is possible to arrange a circuit having an appropriate performance according to the specifications required by the circuit, and the performance and reliability of the semiconductor device. Was able to greatly improve.
[実施形態1]
本願発明の実施の形態について、Nチャネル型TFT(以下、NTFTという)とPチャネル型TFT(以下、PTFTという)を組み合わせたCMOS回路(インバータ回路)を例にとって説明する。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described by taking as an example a CMOS circuit (inverter circuit) in which an N-channel TFT (hereinafter referred to as NTFT) and a P-channel TFT (hereinafter referred to as PTFT) are combined.
なお、断面構造は図1(A)に示し、上面図は図1(B)に示す。また、図1(A)、(B)は同一の符号を用いて説明する。また、図1(B)のA−A’、B−B’、C−C’で切った時の断面図は図1(A)においてA−A’、B−B’、C−C’で示した各断面図に対応する。 The cross-sectional structure is shown in FIG. 1A, and the top view is shown in FIG. 1A and 1B will be described using the same reference numerals. 1B is a cross-sectional view taken along the lines AA ′, BB ′, and CC ′ in FIG. 1B. The cross-sectional views taken along the lines AA ′, BB ′, and CC ′ in FIG. Corresponds to each of the cross-sectional views shown in FIG.
まず、図1(A)において、101は基板、102a、102b、102cは第1配線、103は第1絶縁層、104はNTFTの活性層、105はPTFTの活性層、106は第2絶縁層である。 First, in FIG. 1A, 101 is a substrate, 102a, 102b and 102c are first wirings, 103 is a first insulating layer, 104 is an NTFT active layer, 105 is a PTFT active layer, and 106 is a second insulating layer. It is.
その上には第1導電層107a1、第2導電層107a2を積層してなる第2配線107a、同様に第1導電層107b1、第2導電層107b2を積層してなる第2配線107b、第1導電層107c1、第2導電層107c2を積層してなる第2配線107c、第1導電層107d1、第2導電層107d2で第3導電層d3を挟んだ構造からなる第2配線107dを有する。
On top of this, the
また、108は第1層間絶縁層、109〜111は第3配線であり、109、110がソース配線(ソース電極を含む)、111がドレイン配線(ドレイン電極を含む)である。
以上のような構造でなるCMOS回路において、基板101としてはガラス基板、石英基板、金属基板、ステンレス基板、プラスチック基板、セラミックス基板またはシリコン基板を用いることができる。シリコン基板を用いる場合は予めに表面を酸化して酸化珪素膜を設けておくと良い。
In the CMOS circuit having the above structure, the
また、第1配線は図1(B)に示すように同一パターンからなる配線であるが、説明の便宜上、部分ごとに102a、102b、102cに区別した。ここでは第1配線102aは活性層103との交差部、第1配線102bはTFT間の接続部、第1配線102cは各回路に共通の電源供給部を指し示している。
Further, the first wiring is a wiring having the same pattern as shown in FIG. 1B, but for convenience of description, the first wiring is divided into 102a, 102b, and 102c. Here, the
この時、第1配線102aはNTFTのサブゲート電極として機能する。即ち、チャネル形成領域112の電荷制御は第1配線102aと、第1配線102aと同電位である第2配線(メインゲート電極)107aとで行われ、第1配線102aのみがLDD領域113にゲート電圧(または所定の電圧)を印加することができるような構造となっている。
At this time, the
従って、第2配線107aのみをゲート電極として機能させた場合はGOLD構造にならない(LDD構造となる)が、第1配線102aと組み合わせることで初めてGOLD構造を実現することができる。この構造の利点は後述するとして、さらに、この第1配線102aは遮光層としての機能をも兼ねている。
Therefore, when only the
なお、第1配線の材料としては導電性を有していればどのような材料を用いても構わない。ただし、後のプロセス温度に耐えうる耐熱性を有する材料であることが望ましい。例えばタンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)
、モリブデン(Mo)、またはシリコン(Si)から選ばれた元素を主成分(成分比が50%以上)とする導電膜、或いは前記元素を組み合わせた合金膜やシリサイド膜を用いても構わない。
In addition, as long as it has electroconductivity as a material of 1st wiring, you may use what kind of material. However, it is desirable that the material has heat resistance that can withstand the subsequent process temperature. For example, tantalum (Ta), titanium (Ti), tungsten (W)
Alternatively, a conductive film containing an element selected from molybdenum (Mo) or silicon (Si) as a main component (component ratio is 50% or more), or an alloy film or a silicide film in which the elements are combined may be used.
また、本実施形態の特徴としては、第1配線102aがNTFTのみに設けられ、PTFTには設けられない点が挙げられる。図1(A)の場合、PTFTはオフセット領域もLDD領域も形成されていないが、どちらか一方または両方を備えていても構わない。
As a feature of the present embodiment, the
このような構造であるため、図1(B)に示すように第1配線は電源供給部から接続部を経由してNTFTに至り、NTFTのサブゲート電極として機能することになる。 Due to such a structure, as shown in FIG. 1B, the first wiring reaches the NTFT from the power supply portion through the connection portion, and functions as a sub-gate electrode of the NTFT.
また、第2配線も全て同一パターンからなる配線であるが、説明の便宜上、部分ごとに区別した。区別の仕方は第1配線とほぼ同様であり、図1(A)において、107aがNTFTの活性層104との交差部、107bがPTFTの活性層105との交差部、107cがTFT間の接続部、107dが電源供給部である。
The second wirings are all wirings having the same pattern, but are distinguished for each part for convenience of explanation. The method of distinction is almost the same as that of the first wiring. In FIG. 1A, 107a is an intersection with the NTFT
第2配線は基本的に二種類の導電層を積層して形成する。上層及び下層のどちらの導電層も導電性を有していればよく、タンタル(Ta)膜、チタン(Ti)
膜、タングステン(W)膜、モリブデン(Mo)膜、シリコン(Si)膜を自由に組み合わせて形成することができる。また、これらの合金膜やシリサイド膜を用いても構わない。
The second wiring is basically formed by laminating two kinds of conductive layers. It is sufficient that both the upper and lower conductive layers have conductivity, such as a tantalum (Ta) film and titanium (Ti).
A film, a tungsten (W) film, a molybdenum (Mo) film, and a silicon (Si) film can be formed in any combination. Further, these alloy films and silicide films may be used.
但し、積層した後で同一形状にパターニングが可能な材料を選択する必要がある。即ち、積層した後で一括にエッチングできるか、上層側をマスクにして下層側がエッチングできるような組み合わせが望ましい。また、下層に設ける導電層は第3導電層107d3とのエッチング選択比が確保されなければならない。 However, it is necessary to select a material that can be patterned into the same shape after lamination. That is, it is desirable to be able to etch in a lump after stacking or a combination in which the lower layer side can be etched using the upper layer side as a mask. In addition, the conductive layer provided in the lower layer must have an etching selectivity with respect to the third conductive layer 107d3.
第3導電層107d3はアルミニウム(Al)または銅(Cu)を主成分(成分比が50%以上をいう)とする導電層であり、第1導電層107d1、第2導電層107d2で包み込んだ構造(以下、クラッド構造という)とすることで第2配線107dを形成している。この第2配線107dは電源供給部に相当する配線を形成する。
The third conductive layer 107d3 is a conductive layer containing aluminum (Al) or copper (Cu) as a main component (having a component ratio of 50% or more), and has a structure in which the first conductive layer 107d1 and the second conductive layer 107d2 are enclosed. The
CMOS回路はAM−LCDのドライバー回路やその他の信号処理回路として多用されるインバータ回路である。これらのドライバー回路や信号処理回路は高密度に集積化されているため、配線幅を極力細くすることが望まれる。従って、活性層との交差部(ゲート電極部)や接続部(配線の引き回し部)はなるべく細くするように設計する。また、これらの部分は配線自体の長さもさほど長くないので、配線抵抗の影響を受けにくい。 The CMOS circuit is an inverter circuit frequently used as a driver circuit for AM-LCD and other signal processing circuits. Since these driver circuits and signal processing circuits are integrated with high density, it is desired to make the wiring width as thin as possible. Therefore, the crossing portion (gate electrode portion) and connection portion (wiring routing portion) with the active layer are designed to be as thin as possible. In addition, since the length of the wiring itself is not so long, these portions are not easily affected by the wiring resistance.
しかしながら、電源供給部は配線自体の長さが長いため、配線抵抗の影響を大きく受けてしまう。そのため、本実施形態では抵抗の低いアルミニウムや銅を主成分とする材料を用い、配線抵抗を軽減している。また、第2配線107dのような構造とすると多少配線幅が太くなってしまうが、電源供給部は複雑に集積化された回路の外に形成されるため問題とはならない。
However, the power supply unit is greatly affected by the wiring resistance because the length of the wiring itself is long. Therefore, in this embodiment, a material mainly composed of aluminum or copper having a low resistance is used to reduce the wiring resistance. Further, if the structure is the
なお、対角4インチ以下のAM−LCDのように、全体的に回路が小さく極端に長い配線がないような半導体装置に本願発明を用いる場合、電源供給部となる配線も短いため、必ずしも上述のクラッド構造を用いなくても良い。換言すれば、図1に示した構造は対角4インチ以上のAM−LCDに対して有効であるとも言える。 Note that when the present invention is used for a semiconductor device in which the circuit is small and there is no extremely long wiring, such as an AM-LCD having a diagonal size of 4 inches or less, the wiring serving as a power supply unit is also short, so that it is not always necessary. The clad structure may not be used. In other words, it can be said that the structure shown in FIG. 1 is effective for an AM-LCD having a diagonal of 4 inches or more.
以上のように、本実施形態のCMOS回路の特徴としては以下の二つが上げられる。
1.NTFTのみに第1配線(サブゲート配線)が設けられ、第1配線に第2配線(メインゲート配線)と同じ電圧を印加するか、所定の電圧を印加することでNTFTをGOLD構造とすることができる。
2.第2配線のゲート電極部や接続部は配線幅を細くして高集積化し、電源供給部は第1及び第2導電層で低抵抗な第3導電層を挟み込む構造(クラッド構造)とすることで低抵抗化することができる。
As described above, there are the following two features of the CMOS circuit of this embodiment.
1. Only the NTFT is provided with a first wiring (sub-gate wiring), and the same voltage as that of the second wiring (main gate wiring) is applied to the first wiring, or the NTFT has a GOLD structure by applying a predetermined voltage. it can.
2. The gate electrode part and the connection part of the second wiring are made highly integrated by narrowing the wiring width, and the power supply part has a structure (cladding structure) in which the low-resistance third conductive layer is sandwiched between the first and second conductive layers. The resistance can be lowered.
[実施形態2]
本願発明の実施の形態について、NTFTを画素TFTとして用いた画素マトリクス回路を例にとって説明する。なお、この画素マトリクス回路は「実施形態1」で説明したCMOS回路と同一の基板上に同時に形成されるため、同一名称の配線に関する詳細は「実施形態1」の記載を参考にすれば良い。
[Embodiment 2]
An embodiment of the present invention will be described by taking a pixel matrix circuit using NTFTs as pixel TFTs as an example. Since the pixel matrix circuit is formed on the same substrate as the CMOS circuit described in the “Embodiment 1” at the same time, the description of “Embodiment 1” may be referred to for details regarding the wiring having the same name.
なお、断面構造は図2(A)に示し、上面図は図2(B)に示す。また、図2(A)、(B)は同一の符号を用いて説明する。また、図2(B)のA−A’、B−B’で切った時の断面図は図2(A)においてA−A’、B−B’で示した各断面図に対応する。 The cross-sectional structure is shown in FIG. 2A, and the top view is shown in FIG. 2A and 2B will be described using the same reference numerals. A cross-sectional view taken along A-A ′ and B-B ′ in FIG. 2B corresponds to each cross-sectional view indicated by A-A ′ and B-B ′ in FIG.
まず、図2(A)において、201は基板、202a、202b、202cは第1配線、203は第1絶縁層、204は画素TFT(NTFT)の活性層、205は第2絶縁層である。なお、画素TFTはダブルゲート構造を例示しているが、シングルゲート構造でも良いし、三つ以上のTFTを直列に接続したマルチゲート構造としても構わない。 2A, 201 is a substrate, 202a, 202b, and 202c are first wirings, 203 is a first insulating layer, 204 is an active layer of a pixel TFT (NTFT), and 205 is a second insulating layer. In addition, although the pixel TFT has illustrated the double gate structure, it may be a single gate structure or a multi-gate structure in which three or more TFTs are connected in series.
第2絶縁層203の上には第1導電層206a1、第2導電層206a2で第3導電層206a3を挟んだ構造からなる第2配線206a、第1導電層206b1、第2導電層206b2を積層してなる第2配線206b、第1導電層206c1、第2導電層206c2を積層してなる第2配線206c、第1導電層207a、第2導電層207bを積層してなる容量配線207を有する。
On the second insulating
この時、容量配線207は第1絶縁層205を誘電体として、活性層204(具体的にはドレイン領域から延在する領域)との間に保持容量を形成する。この際、第1絶縁層205を窒化珪素膜の上に酸化珪素膜を設けた積層構造としておき、保持容量となる部分の酸化珪素膜を選択的に除去した後で第2配線を形成すれば比誘電率の高い窒化珪素膜のみを誘電体とする保持容量を実現できる。
At this time, the
また、208は第1層間絶縁層、209、210は第3配線であり、209がソース配線(ソース電極を含む)、210がドレイン配線(ドレイン電極を含む)である。さらに、その上には第2層間絶縁層211、ブラックマスク212、第3層間絶縁層213、画素電極214が設けられる。
また、第1配線は図2(B)に示すように同一パターンからなる配線であるが、説明の便宜上、部分ごとに202a、202b、202cに区別した。ここでは第1配線202aはゲート電極として機能しない配線部、202b、202cは活性層204との交差部であり、ゲート電極部として機能する部分である。
Further, the first wiring is a wiring having the same pattern as shown in FIG. 2B, but for the sake of convenience of explanation, the first wiring is divided into 202a, 202b, and 202c. Here, the
なお、ここに示した第1配線は「実施形態1」で説明した第1配線と同時に形成される。従って、材料等の説明は省略する。 The first wiring shown here is formed at the same time as the first wiring described in the first embodiment. Therefore, description of materials etc. is omitted.
この時、第1配線202b、202cは画素TFTの遮光膜として機能する。即ち、「実施形態1」で説明したようなサブゲート配線としての機能はなく、固定電位にしておくか、フローティング状態(電気的に孤立した状態)にしておく。
固定電位としては、接地電位かソース電源電位(ソース配線と同電位)にしておけば良い。そうすることでホットキャリア注入によって発生したホールをチャネル形成領域から引き抜くことが可能となり、その結果、電荷の中和がなされてホットキャリアが消滅する。
At this time, the
The fixed potential may be a ground potential or a source power supply potential (the same potential as the source wiring). By doing so, holes generated by hot carrier injection can be extracted from the channel formation region. As a result, charge neutralization is performed and hot carriers disappear.
このようにチャネル形成領域215、216の電荷制御は第1配線206bと第1配線206cとで行われ、LDD構造として動作する。これによりオフ電流の増加を効果的に抑制することができる。
As described above, charge control of the
このように本実施形態に示した画素マトリクス回路では画素TFTとしてNTFTが用いられ、その構造は「実施形態1」で説明したCMOS回路のNTFTと同一構造である。しかしながら、CMOS回路では第1配線に所定電圧を印加してサブゲート配線として用いることでGOLD構造を実現したのに対し、画素マトリクス回路では第1配線を固定電位またはフローティング電位にしてLDD構造として用いる点に違いがある。 As described above, in the pixel matrix circuit shown in this embodiment, NTFT is used as the pixel TFT, and its structure is the same as that of the TFT of the CMOS circuit described in “Embodiment 1.” However, in the CMOS circuit, a GOLD structure is realized by applying a predetermined voltage to the first wiring and using it as a sub-gate wiring, whereas in the pixel matrix circuit, the first wiring is used as an LDD structure with a fixed potential or a floating potential. There is a difference.
即ち、本願発明の最大の特徴は、同一基板上に同一構造のNTFTを形成しておき、第1配線(サブゲート配線)に印加する電圧の有無によってGOLD構造とLDD構造とを使い分ける点にある。これにより工程数を増やすことなく、最適な回路設計が可能となるのである。 That is, the greatest feature of the present invention is that NTFTs having the same structure are formed on the same substrate, and the GOLD structure and the LDD structure are selectively used depending on the presence / absence of a voltage applied to the first wiring (sub-gate wiring). This makes it possible to design an optimum circuit without increasing the number of processes.
また、第2配線206a、206b、206cは、206b、206cがゲート電極部であり、206aが配線部である。配線部はできるだけ配線抵抗を低くすることが望ましいのでクラッド構造を採用している。しかし、ゲート電極部の方は配線幅がチャネル長を決定するため、第1導電層と第2導電層との積層として線幅を細くするような設計としている。
In the
なお、クラッド構造の内容や効果については「実施形態1」で既に説明したのでここでの説明は省略する。また、「実施形態1」でも説明したように、対角4インチ以下のAM−LCDには必ずしもクラッド構造とする必要がないことは言うまでもない。 The contents and effects of the clad structure have already been described in “Embodiment 1”, and a description thereof will be omitted here. Further, as described in “Embodiment 1,” it goes without saying that an AM-LCD having a diagonal of 4 inches or less does not necessarily have a clad structure.
以上に示した本願発明の構成について、以下に示す実施例でさらに詳細に説明する。 The configuration of the present invention described above will be described in more detail in the following examples.
本実施例では、「実施形態1」で説明したCMOS回路の作製方法について説明する。説明には図3を用いる。 In this example, a method for manufacturing the CMOS circuit described in Embodiment Mode 1 will be described. FIG. 3 is used for the description.
まず、基板301としてガラス基板を用意し、その上に第1配線302a、302b、302cを形成した。第1配線の材料としては、スパッタ法によりタングステンシリサイド(WSix)膜、シリコン膜を順次積層した積層膜を用いた。
勿論、積層順序が逆であっても良いし、成膜手段としてCVD法を用いることも可能である。また、上記積層膜を形成した後、表面に酸化膜が形成されていると表面保護という意味で有効であった。
First, a glass substrate was prepared as the
Needless to say, the stacking order may be reversed, and the CVD method may be used as the film forming means. Further, if an oxide film is formed on the surface after forming the laminated film, it is effective in terms of surface protection.
勿論、第1配線302a、302b、302cは導電性を有する膜であれば良いので、他の金属膜や合金膜等を用いても構わない。なお、テーパー角の小さいパターン形成が可能なクロム膜やタンタル膜を用いると平坦性を向上させることができるため有効である。
Of course, the
次に、珪素(シリコン)を含む絶縁膜でなる第1絶縁層303を形成した。第1絶縁層303は活性層を保護する下地膜としての役割を果たすと同時に、第1配線302aをサブゲート配線として用いる際のゲート絶縁膜として機能する。
Next, a first insulating
本実施例ではまず50nmの窒化珪素膜を成膜し、その上に80nmの酸化珪素膜を積層した構造を採用した。他にもSiOxNy(x/y=0.01〜100)
で示される酸化窒化珪素膜(窒化酸化珪素膜ともいう)を用いても良い。その際、窒素の含有量を酸素の含有量よりも多くすることで耐圧を向上させることが可能である。
In this embodiment, a structure in which a 50 nm silicon nitride film is first formed and an 80 nm silicon oxide film is laminated thereon is employed. Besides, SiOxNy (x / y = 0.01-100)
Alternatively, a silicon oxynitride film (also referred to as a silicon nitride oxide film) may be used. At that time, the breakdown voltage can be improved by making the nitrogen content higher than the oxygen content.
次に、50nm厚の非晶質珪素膜(図示せず)を形成し、公知のレーザー結晶化技術により結晶化して結晶質珪素膜を形成した。そして結晶質珪素膜をパターニングして活性層304、305を形成した。本実施例では、結晶化工程を、パルス発振型のKrFエキシマレーザー光を線状に集光して非晶質珪素膜に照射することによって行った。
Next, an amorphous silicon film (not shown) having a thickness of 50 nm was formed and crystallized by a known laser crystallization technique to form a crystalline silicon film. Then, the crystalline silicon film was patterned to form
尚、本実施例では活性層に用いる半導体膜として非晶質珪素膜を結晶化した結晶質珪素膜を用いたが、他の半導体膜として微結晶珪素膜を用いても構わないし、直接結晶質珪素膜を成膜しても良い。また、珪素膜以外に、シリコンゲルマニウム膜等の化合物半導体膜を用いることも可能である。 In this embodiment, a crystalline silicon film obtained by crystallizing an amorphous silicon film is used as the semiconductor film used for the active layer. However, a microcrystalline silicon film may be used as another semiconductor film, and the crystalline film is directly crystalline. A silicon film may be formed. In addition to the silicon film, a compound semiconductor film such as a silicon germanium film can be used.
次に、活性層304、305を覆って、酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜またはそれらの積層膜でなる第2絶縁層306を形成した。ここではプラズマCVD法で酸化窒化珪素膜を100nmの厚さに形成した。この第2絶縁層は第2配線をメインゲート配線として用いる際のゲート絶縁膜として機能する。
Next, a second insulating
次に、第1導電層として20nm厚のタンタル膜307を形成し、その上にスカンジウムを添加したアルミニウム膜でなる第3導電層308を形成した。さらに、200nm厚のタンタル膜でなる第2導電層309を形成した。これらの成膜方法はスパッタ法でもCVD法でも良い。
Next, a
こうして図3(A)の状態が得られたら、レジストマスク310、311を形成し、第1導電層307と第2導電層309とをエッチングした。こうしてタンタル膜の積層構造でなる第2配線312が形成された。この第2配線312は図1(A)の第2配線(メインゲート配線)107aに相当する。
When the state of FIG. 3A is thus obtained, resist
次に、15族に属する元素(代表的にはリンまたは砒素)を添加し、低濃度不純物領域313を形成した。また、このとき同時にNTFTのチャネル形成領域314が画定した。本実施例では15族に属する元素としてリンを用い、質量分離を行わないイオンドーピング法を用いて添加した。(図3(B))
Next, an element belonging to Group 15 (typically phosphorus or arsenic) was added to form a low
添加条件としては、加速電圧を90keVとし、1×1016〜1×1019atoms/cm3(好ましくは5×1017〜5×1018atoms/cm3)の濃度でリンが添加されるようにドーズ量を調節した。この濃度が後にLDD領域の不純物濃度になるので精密に制御する必要がある。 As an addition condition, the acceleration voltage is set to 90 keV, and phosphorus is added at a concentration of 1 × 10 16 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 (preferably 5 × 10 17 to 5 × 10 18 atoms / cm 3 ). The dose was adjusted. Since this concentration later becomes the impurity concentration of the LDD region, it needs to be precisely controlled.
次に、レジストマスク310、311を除去し、新たにレジストマスク315〜318を形成した。そして第1導電層307と第2導電層309をエッチングして第2配線319〜321を形成した。この第2配線319、320、321はそれぞれ順に図1(A)の第2配線107b、107c、107dに相当する。
Next, the resist
次に、13族に属する元素(代表的にはボロンまたはガリウム)を添加し、不純物領域322を形成した。また、このとき同時にPTFTのチャネル形成領域323が画定した。本実施例では13族に属する元素としてボロンを用い、質量分離を行わないイオンドーピング法を用いて添加した。(図3(C))
Next, an element belonging to group 13 (typically boron or gallium) was added to form an
添加条件としては、加速電圧を75keVとし、1×1019〜5×1021atoms/cm3(好ましくは1×1020〜1×1021atoms/cm3)の濃度でボロンが添加されるようにドーズ量を調節した。 As an addition condition, the acceleration voltage is set to 75 keV, and boron is added at a concentration of 1 × 10 19 to 5 × 10 21 atoms / cm 3 (preferably 1 × 10 20 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 ). The dose was adjusted.
次に、レジストマスク315〜318を除去した後、再びレジストマスク324〜327を形成した。本実施例では、これらのレジストマスクは裏面露光法を用いて形成した。即ち、レジストマスク324、326、327は第1配線がマスクとなり、レジストマスク325は第2配線がマスクとなっている。第1配線をマスクとなる場合は少し光の回り込みがあるので、第1配線よりも線幅が細くなる。この線幅は露光条件によって制御することが可能である。
Next, after removing the resist
勿論、これらのレジストマスクを、マスクを用いて形成することもできる。その場合、パターン設計の自由度は高くなるがマスク枚数が増えてしまう。 Of course, these resist masks can also be formed using a mask. In this case, the degree of freedom in pattern design increases, but the number of masks increases.
こうしてレジストマスク324〜327が形成されたら、15族に属する元素(本実施例ではリン)の添加工程を行った。ここでは加速電圧を90keVとし、1×1019〜5×1021atoms/cm3(好ましくは1×1020〜1×1021atoms/cm3)の濃度でリンが添加されるようにドーズ量を調節した。
When the resist
この工程によりNTFTのソース領域328、ドレイン領域329およびLDD領域330が画定した。また、PTFTのソース領域331、ドレイン領域332が画定した。この工程ではPTFTのソース領域とドレイン領域にもリンが添加されるが、前工程でさらに高い濃度のボロンが添加されていれば、N型に反転しないためP型を維持したままとなる。
This step defined the
こうしてNTFTおよびPTFTに一導電性を付与する不純物元素を添加したら、ファーネスアニール法、レーザーアニール法、ランプアニール法またはそれらの手法を併用して不純物元素の活性化を行った。 After adding the impurity element imparting one conductivity to the NTFT and PTFT in this way, the impurity element was activated using the furnace annealing method, the laser annealing method, the lamp annealing method, or a combination thereof.
こうして図3(D)の状態が得られたら、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、樹脂膜またはそれらの積層膜でなる第1層間絶縁層333を形成した。
そしてコンタクトホールを開けてソース配線334、335、ドレイン配線336を形成した。(図3(E))
When the state of FIG. 3D is obtained in this way, a first
Then, contact holes were opened to form source wirings 334 and 335 and a
本実施例では第1層間絶縁層333として、最初に窒化珪素膜を50nm形成し、さらに酸化珪素膜を950nm形成した2層構造とした。また、本実施例ではソース配線およびドレイン配線を、チタン膜100nm、チタンを含むアルミニウム膜300nm、チタン膜150nmをスパッタ法で連続して形成した3層構造の積層膜をパターニングして形成した。
In this embodiment, the first
こうして図3(E)に示すような構造のCMOS回路が完成した。本実施例のCMOS回路は図1(A)に示した構造であり、それについての説明は「実施形態1」で詳細に説明したのでここでの説明は省略する。また、図1(A)の構造を得るにあたって、本実施例の作製工程に限定される必要はない。例えば、NTFTをダブルゲート構造とし、PTFTをシングルゲート構造とするようなことも可能である。 Thus, a CMOS circuit having a structure as shown in FIG. The CMOS circuit of this example has the structure shown in FIG. 1A, and the description thereof has been described in detail in “Embodiment 1”, and thus description thereof is omitted here. Further, in obtaining the structure of FIG. 1A, it is not necessary to be limited to the manufacturing process of this embodiment. For example, the NTFT may have a double gate structure and the PTFT may have a single gate structure.
なお、本実施例で説明したCMOS回路はAM−LCDにおいてはドライバー(駆動)回路(シフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、サンプリング回路など)やその他の信号処理回路(分割回路、D/Aコンバータ回路、γ補正回路、オペアンプ回路など)を構成する基本単位回路である。 Note that the CMOS circuit described in this embodiment is a driver circuit (shift register circuit, buffer circuit, level shifter circuit, sampling circuit, etc.) and other signal processing circuits (dividing circuit, D / A converter) in the AM-LCD. Circuit, γ correction circuit, operational amplifier circuit, etc.).
本実施例ではNTFTの第1配線をサブゲート配線として用いることで実質的なGOLD構造を実現することができ、ホットキャリア注入による劣化を防ぐことができる。従って、非常に信頼性の高い回路を形成することができる。 In this embodiment, a substantial GOLD structure can be realized by using the first wiring of the NTFT as the sub-gate wiring, and deterioration due to hot carrier injection can be prevented. Therefore, a highly reliable circuit can be formed.
また、集積度の高い場所では配線の線幅を細くし、集積度のあまり高くない場所(電源供給部)ではクラッド構造とすることで配線抵抗を減らし、配線抵抗による遅延時間を低減する構造となっている。 In addition, the wiring line width is narrowed in places with high integration, and the cladding structure is used in places where the degree of integration is not very high (power supply section) to reduce wiring resistance and reduce delay time due to wiring resistance. It has become.
本実施例では「実施形態2」で説明した画素マトリクス回路の作製方法について説明する。説明には図4、図5を用いる。なお、画素マトリクス回路は同一基板上において、実施例1に示したCMOS回路と同時に形成されるため、実施例1の作製工程に対応させて説明する。従って、必要に応じて図3と同じ符号を使って説明することとする。 In this example, a method for manufacturing the pixel matrix circuit described in “Embodiment 2” will be described. 4 and 5 are used for the description. Since the pixel matrix circuit is formed on the same substrate at the same time as the CMOS circuit shown in the first embodiment, the description will be made in accordance with the manufacturing process of the first embodiment. Therefore, description will be made using the same reference numerals as in FIG. 3 as necessary.
まず、ガラス基板301上に第2配線401a、401b、401cを形成した。これら第2配線の材料は実施例1で説明した通りである。次に、実施例1を参考にして第1絶縁層303、画素TFTの活性層402、第2絶縁層306、第1導電層307、第3導電層403、第2導電層309を形成した。こうして図4(A)の状態が得られた、この時、同時形成されているCMOS回路は図3(A)の状態にある。
First,
次に、レジストマスク404〜407を形成し、第1導電層307と第2導電層309のエッチングを行った。こうして第2配線408、409および容量配線410が形成された。なお、第2配線408は図2(A)の第2配線206bに、第2配線409は図2(A)の第2配線206cに相当する。また、容量配線410は図2(A)の容量配線207に相当する。
Next, resist
次に、後にLDD領域を形成するためのリンの添加工程を行い、低濃度不純物領域411〜413を形成した。また、この時、チャネル形成領域414、415が画定した。この工程は図3(B)の工程に対応する。従って、図4(B)の工程において、第2配線の材料や膜厚、およびリンの添加条件は実施例1と同様である。
Next, a phosphorus addition step for forming an LDD region later was performed to form low
次に、図3(C)に相当する工程を行った。まず、レジストマスク416、417を形成し、第1導電層307と第2導電層309のエッチングを行うことにより第2配線418を形成した。この第2配線418は図2(A)の第2配線206aに相当する。
Next, a step corresponding to FIG. First, resist
次に、CMOS回路のPTFTを作製するためにボロンの添加工程を行った。
本実施例の場合、画素TFTはNTFTで形成されるため、画素マトリクス回路はレジストマスク417で全面的に覆った状態とした。(図4(C))
Next, a boron addition process was performed in order to produce a PTFT of a CMOS circuit.
In this embodiment, since the pixel TFT is formed of NTFT, the pixel matrix circuit is entirely covered with the resist
次に、レジストマスク416、417を除去した後、裏面露光法によりレジストマスク419〜422を形成した。そして、リンの添加工程を行い、ソース領域423、ドレイン領域424、LDD領域425を形成した。この時、裏面露光条件やリンの添加条件等は実施例1の図3(D)の工程に従えば良い。
Next, after removing the resist
なお、図4(D)では説明の便宜上、ソース領域やドレイン領域と記載したが、画素TFTの場合は画素への充電時と放電時とでソース領域とドレイン領域が逆転するので明確な区別はない。 Note that in FIG. 4D, for convenience of description, the source region and the drain region are described. However, in the case of a pixel TFT, the source region and the drain region are reversed between when the pixel is charged and when the pixel is discharged. Absent.
こうしてリンおよびボロンの添加工程が終了したら、実施例1と同様に不純物元素の活性化工程を行った。そして、第1層間絶縁層333を形成し、コンタクトホールを形成してソース配線426、ドレイン配線427を形成した。こうして図4(E)の状態を得た。この時、CMOS回路は図3(E)の状態となっている。
When the phosphorus and boron addition steps were completed in this way, the impurity element activation step was performed in the same manner as in Example 1. Then, a first
次に、ソース配線426およびドレイン配線427を覆って第2層間絶縁層428を形成した。本実施例ではパッシベーション膜として30nm厚の窒化珪素膜を形成し、その上に700nm厚のアクリル膜を形成した。勿論、酸化珪素膜など珪素を主成分とする絶縁膜を用いても良いし、他の樹脂膜を用いても良い。他の樹脂膜としては、ポリイミド膜、ポリアミド膜、BCB(ベンゾシクロブテン)
膜などを使用することができる。
Next, a second
A membrane or the like can be used.
次に、100nm厚のチタン膜でなるブラックマスク429を形成した。ブラックマスク427は遮光性を有する膜であれば他の膜を用いても良い。代表的にはクロム膜、アルミニウム膜、タンタル膜、タングステン膜、モリブデン膜、チタン膜またはそれらの積層膜を用いれば良い。
Next, a
次に第3層間絶縁層430を形成した。本実施例では1μm厚のアクリル膜としたが、第2層間絶縁層と同様の材料を用いることができる。
Next, a third
次に、第3層間絶縁層430にコンタクトホールを形成し、透明導電膜(代表的にはITO膜)でなる画素電極431を形成した。この時、画素電極431はドレイン配線427と電気的に接続される。従って、コンタクトホールは非常に深いものとなるので、内側の側壁がテーパー形状または曲面を有するように形成すると画素電極が断線するなどの不良を防ぐのに有効であった。
Next, a contact hole was formed in the third
こうして図5(A)に示すような構造の画素マトリクス回路が完成した。なお、本実施例では画素電極として透明導電膜を用いて透過型AM−LCDを作製する例を示したが、画素電極として反射率の高い金属膜(アルミニウムを主成分とする金属膜など)を用いることで容易に反射型AM−LCDを作製することが可能である。 Thus, a pixel matrix circuit having a structure as shown in FIG. 5A was completed. Note that although an example in which a transmissive AM-LCD is manufactured using a transparent conductive film as a pixel electrode is shown in this embodiment, a highly reflective metal film (such as a metal film containing aluminum as a main component) is used as a pixel electrode. By using it, it is possible to easily produce a reflective AM-LCD.
また、図5(A)の状態となった基板をアクティブマトリクス基板という。本実施例では、実際にAM−LCDを作製した場合の構造も併せて説明する。 The substrate in the state of FIG. 5A is referred to as an active matrix substrate. In this embodiment, a structure when an AM-LCD is actually manufactured is also described.
図5(A)の状態が得られたら、配向膜432を80nmの厚さに形成した。次に、対向基板を作製した。対向基板はガラス基板433上にカラーフィルタ434、透明電極(対向電極)435、配向膜436を形成したものを準備した。そして、それぞれの配向膜432、435に対してラビング処理を行い、シール材(封止材)を用いてアクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせた。そして、その間に液晶436を保持させた。なお、セルギャップを維持するためのスペーサは必要に応じて設ければ良い。
When the state of FIG. 5A was obtained, the
こうして図5(B)に示す構造のAM−LCD(画素マトリクス回路の部分)
が完成した。本実施例に示した第2層間絶縁層428と第3層間絶縁層430は実際には実施例1に示したCMOS回路上にも形成されることになる。また、ブラックマスク429や画素電極431を形成すると同時に、それらを構成する材料で配線を形成し、その配線をAM−LCDのドライバー回路や信号処理回路の引き回し配線(第4配線または第5配線)として用いることも可能である。
Thus, the AM-LCD (pixel matrix circuit portion) having the structure shown in FIG.
Was completed. The second
本実施例の場合、画素TFTに設けられた第1配線401b、401cは固定電位(接地電位またはソース電位)に設定した。こうしておくことで、ホットキャリア注入によってドレイン端部に生じたホール(正孔)を第1配線に引き抜くことができるため、信頼性の向上に適した構造となる。勿論、第1配線401b、401cをフローティング状態にしておくこともできるが、その場合にはホールの引き抜き効果を期待できない。
In this embodiment, the
また、図2(B)の上面図にも示したように、配線部に位置する第2配線418はクラッド構造を採用し、配線抵抗を極力減らすような構造とした。
Further, as shown in the top view of FIG. 2B, the
本実施例では本願発明の画素マトリクス回路やCMOS回路(具体的にはCMOS回路で形成されたドライバー回路や信号処理回路)を具備したAM−LCDの外観を図6に示す。 In this embodiment, the appearance of an AM-LCD including a pixel matrix circuit and a CMOS circuit (specifically, a driver circuit and a signal processing circuit formed of a CMOS circuit) of the present invention is shown in FIG.
アクティブマトリクス基板601には画素マトリクス回路602、信号線駆動回路(ソースドライバー回路)603、走査線駆動回路(ゲートドライバー回路)604、信号処理回路(信号分割回路、D/Aコンバータ回路、γ補正回路等)605が形成され、FPC(フレキシブルプリントサーキット)606が取り付けられている。なお、607は対向基板である。
The
ここでアクティブマトリクス基板601上に形成された各種回路をさらに詳しく図示したブロック図を図7に示す。
FIG. 7 is a block diagram showing in more detail various circuits formed on the
図7において、701は画素マトリクス回路であり、画像表示部として機能する。また、702aはシフトレジスタ回路、702bはレベルシフタ回路、702cはバッファ回路である。これらでなる回路が全体としてゲートドライバー回路を形成している。
In FIG. 7,
なお、図7に示したAM−LCDのブロック図ではゲートドライバー回路を、画素マトリクス回路を挟んで設け、それぞれで同一ゲート配線を共有している、即ち、どちらか片方のゲートドライバーに不良が発生してもゲート配線に電圧を印加することができるという冗長性を持たせている。 In the block diagram of the AM-LCD shown in FIG. 7, the gate driver circuit is provided across the pixel matrix circuit, and each of them shares the same gate wiring, that is, one of the gate drivers is defective. Even so, redundancy is provided such that a voltage can be applied to the gate wiring.
また、703aはシフトレジスタ回路、703bはレベルシフタ回路、703cはバッファ回路、703dはサンプリング回路であり、これらでなる回路が全体としてソースドライバー回路を形成している。画素マトリクス回路を挟んでソースドライバー回路と反対側にはプリチャージ回路14が設けられている。
本願発明を用いることで図6に示したような回路を有するAM−LCDの信頼性を大幅に向上させることができる。その際、ドライバー回路や信号処理回路を形成するCMOS回路は実施例1に従えばよく、画素マトリクス回路は実施例2に従えば良い。 By using the present invention, the reliability of an AM-LCD having a circuit as shown in FIG. 6 can be greatly improved. At that time, the CMOS circuit for forming the driver circuit and the signal processing circuit may be according to the first embodiment, and the pixel matrix circuit may be according to the second embodiment.
本実施例では、「実施形態1」に示したCMOS回路や「実施形態2」に示した画素マトリクス回路の構造を異なるものとした場合について説明する。具体的には、回路の要求する仕様に応じて構造を異ならせる例を示す。 In this example, a case where the CMOS circuit shown in “Embodiment 1” and the pixel matrix circuit shown in “Embodiment 2” are different in structure will be described. Specifically, an example is shown in which the structure is varied according to the specifications required by the circuit.
なお、CMOS回路の基本構造は図1(A)に示した構造、画素マトリクス回路の基本構造は図2(A)に示した構造であるため、本実施例では必要箇所のみに符号を付して説明することとする。 Since the basic structure of the CMOS circuit is the structure shown in FIG. 1A and the basic structure of the pixel matrix circuit is the structure shown in FIG. 2A, only necessary portions are denoted by reference numerals in this embodiment. Will be explained.
まず、図8(A)に示した構造はNTFTのソース側のLDD領域をなくし、ドレイン側のみにLDD領域801を設けた構造である。ドライバー回路や信号処理回路に用いられるCMOS回路は高速動作を要求されるため、動作速度を低下させる要因となりうる抵抗成分は極力排除する必要がある。
First, the structure shown in FIG. 8A is a structure in which the
本願発明のCMOS回路の場合、サブゲート配線として機能する第1配線にゲート電圧を印加することによってGOLD構造を実現し、ホットキャリア注入による劣化を防いでいる。しかしながら、ホットキャリア注入が生じるのはチャネル形成領域のドレイン領域側の端部であり、その部分にゲート電極とオーバーラップした(重なった)LDD領域が存在すれば良い。 In the case of the CMOS circuit of the present invention, a GOLD structure is realized by applying a gate voltage to the first wiring functioning as a sub-gate wiring, thereby preventing deterioration due to hot carrier injection. However, hot carrier injection occurs at the end of the channel formation region on the drain region side, and an LDD region that overlaps (overlaps with) the gate electrode only has to exist there.
従って、必ずしもチャネル形成領域のソース領域側の端部にはLDD領域を設けておく必要はなく、却ってソース領域側に設けられたLDD領域が抵抗成分として働いてしまう恐れがある。そのため、図8(A)のような構造とすることは動作速度を改善する上で有効である。 Therefore, it is not always necessary to provide an LDD region at the end of the channel formation region on the source region side, and the LDD region provided on the source region side may work as a resistance component. Therefore, the structure as shown in FIG. 8A is effective in improving the operation speed.
なお、図8(A)の構造はソース領域とドレイン領域とが入れ替わる画素TFTのような動作をする場合には適用できない。CMOS回路の場合、通常はソース領域およびドレイン領域が固定されるため、図8(A)のような構造を実現することができる。 Note that the structure of FIG. 8A cannot be applied to the case of operation like a pixel TFT in which a source region and a drain region are interchanged. In the case of a CMOS circuit, since the source region and the drain region are usually fixed, a structure as shown in FIG. 8A can be realized.
次に、図8(B)は基本的には図8(A)と同様であるが、LDD領域802の幅が図8(A)よりも狭く形成されている。具体的には0.05〜0.5μm(好ましくは0.1〜0.3μm)とする。図8(B)の構造はソース領域側の抵抗成分をなくすだけでなく、ドレイン領域側の抵抗成分を極力減らすような構造となっている。
Next, FIG. 8B is basically the same as FIG. 8A, but the width of the
このような構造は実際にはシフトレジスタ回路のように3〜5Vといった低電圧で駆動し、高速動作を要求するような回路に適している。動作電圧が低いのでLDD領域(厳密にはゲート電極にオーバーラップしたLDD領域)が狭くなってもホットキャリア注入の問題は顕在化しない。 Such a structure is actually suitable for a circuit that is driven at a low voltage of 3 to 5 V and requires high-speed operation, such as a shift register circuit. Since the operating voltage is low, the problem of hot carrier injection does not become apparent even if the LDD region (strictly, the LDD region overlapping with the gate electrode) becomes narrow.
勿論、場合によってはシフトレジスタ回路のみNTFTのLDD領域を完全になくすようなこともできる。その場合、同じドライバー回路内でも、シフトレジスタ回路のNTFTにはLDD領域がなく、他の回路には図1(A)や図8(B)に示した構造を採用するようなこともできる。 Of course, in some cases, only the shift register circuit can completely eliminate the LDD region of the NTFT. In that case, even in the same driver circuit, the NTFT of the shift register circuit does not have an LDD region, and the structure shown in FIGS. 1A and 8B can be adopted for other circuits.
次に、図8(C)はNTFTをダブルゲート構造、PTFTをシングルゲート構造としたCMOS回路の例である。この場合、チャネル形成領域803、804のドレイン領域に近い側のみの端部にLDD領域805、806を設ける。
Next, FIG. 8C shows an example of a CMOS circuit in which the NTFT has a double gate structure and the PTFT has a single gate structure. In this case,
図3(D)に示したようにLDD領域の幅は裏面露光工程における光の回り込み量で決定するが、マスク合わせによってレジストマスクを形成すれば自由にマスク設計を行うことができる。図8(C)に示した構造においてもマスクを用いれば片側のみにLDD領域を設けることは容易である。 As shown in FIG. 3D, the width of the LDD region is determined by the amount of light sneaking in the back surface exposure process. However, if a resist mask is formed by mask alignment, the mask design can be freely performed. Even in the structure shown in FIG. 8C, it is easy to provide an LDD region only on one side if a mask is used.
しかし、本実施例のようにゲート配線(第2配線)807a、807bと第1配線808、809とをずらして形成することで、裏面露光法を用いても片側のみにLDD領域を形成することが可能となる。
However, by forming the gate wirings (second wirings) 807a and 807b and the
このような構造とすることでソース領域側のLDD領域による抵抗成分をなくし、ダブルゲート構造とすることでソース−ドレイン間にかかる電界を分散させて緩和する効果がある。 With such a structure, the resistance component due to the LDD region on the source region side is eliminated, and the double gate structure has an effect of dispersing and relaxing the electric field applied between the source and the drain.
次に、図8(D)の構造は画素マトリクス回路の一実施形態である。図8(D)の構造の場合、ソース領域またはドレイン領域に近い片側のみにLDD領域809、810を設ける。即ち、二つのチャネル形成領域811と812の間にはLDD領域を設けない構造とする。
Next, the structure of FIG. 8D is an embodiment of a pixel matrix circuit. In the case of the structure in FIG. 8D,
画素TFTの場合、充電と放電を繰り返す動作を行うためソース領域とドレイン領域とが頻繁に入れ替わることになる。従って、図8(D)の構造とすることでどちらがドレイン領域となってもチャネル形成領域のドレイン領域側にLDD領域を設けた構造となる。逆に、チャネル形成領域811と812の間の領域は電界集中がないので抵抗成分となるLDD領域をなくした方がオン電流(TFTがオン状態にある時に流れる電流)を大きくするには有効である。
In the case of the pixel TFT, the source region and the drain region are frequently switched because an operation of repeating charging and discharging is performed. Therefore, the structure shown in FIG. 8D has a structure in which an LDD region is provided on the drain region side of the channel formation region, regardless of which is the drain region. Conversely, since the region between the
なお、図8(A)〜(D)の構造において、ソース領域側のチャネル形成領域の端部にはLDD領域を設けない構造としているが、幅の狭いものであれば設けられていても構わない。そのような構造はマスク合わせによってレジストマスクを形成しても良いし、第1配線と第2配線の位置を調節した上で裏面露光法を用いて形成しても良い。 8A to 8D, the LDD region is not provided at the end of the channel formation region on the source region side, but may be provided as long as the width is narrow. Absent. In such a structure, a resist mask may be formed by mask alignment, or the back surface exposure method may be used after adjusting the positions of the first wiring and the second wiring.
なお、本実施例の構成は実施例1、2と組み合わせられることは言うまでもなく、実施例3に示したAM−LCDに用いても良い。 Needless to say, the configuration of this embodiment can be combined with the first and second embodiments, and may be used for the AM-LCD shown in the third embodiment.
本実施例では実施例2に示した画素マトリクス回路とは異なる構造の保持容量を形成した場合について説明する。説明には図9を用いる。なお、基本的な構造は図2(A)に示したものと同じであるので、本実施例では必要箇所のみに符号を付して説明することとする。 In this embodiment, a case where a storage capacitor having a structure different from that of the pixel matrix circuit shown in Embodiment 2 is formed will be described. FIG. 9 is used for the description. Since the basic structure is the same as that shown in FIG. 2A, in this embodiment, only necessary portions will be described with reference numerals.
まず、図9(A)に示した構造は保持容量を第1配線と同一層に形成された容量配線901、第1絶縁層902および活性層(厳密にはドレイン領域から延在する部分)903とで形成する。
First, the structure shown in FIG. 9A has a
この構造の利点は、活性層のうち保持容量の電極として機能する部分にも高濃度に13族または15族に属する元素が添加され、導電型を有している点である。勿論、13族または15族に属する元素はソース領域またはドレイン領域の形成工程と同時に形成すれば良い。
The advantage of this structure is that an element belonging to Group 13 or 15 is added at a high concentration to the portion of the active layer that functions as the electrode of the storage capacitor, and has a conductivity type. Of course, the elements belonging to
「実施形態2」で説明した構造の場合、保持容量の電極として機能する活性層は第2配線がマスクとなるため導電型を付与する不純物元素が添加されず、容量配線に常に電圧を印加して活性層に反転層が形成された状態を維持しなければらない。しかしながら、図9(A)の構造では、保持容量の電極として機能する活性層自身が導電性を有しているため、電圧を印加する必要がなく、接地電位などに固定しておけば良いだけである。 In the case of the structure described in “Embodiment 2,” the active layer functioning as an electrode of the storage capacitor serves as a mask for the second wiring, so that no impurity element imparting conductivity is added, and a voltage is always applied to the capacitor wiring. Thus, the state where the inversion layer is formed in the active layer must be maintained. However, in the structure of FIG. 9A, since the active layer itself that functions as an electrode of the storage capacitor has conductivity, it is not necessary to apply a voltage, and it is only necessary to fix it to a ground potential or the like. It is.
このように余分な電圧を印加する必要がない分、消費電力を抑えるのに有効な構造であると言える。 Thus, it can be said that the structure is effective in suppressing power consumption because it is not necessary to apply an extra voltage.
また、図9(B)の構造は、図2(A)に示した保持容量の構造と図9(A)
に示した保持容量の構造とを組み合わせた例である。具体的には、第1配線と同一層の第1容量配線904、第1絶縁層905および活性層906で第1保持容量を形成し、活性層906、第2絶縁層907および第2配線と同一層の第2容量配線908で第2保持容量を形成する。
Further, the structure of FIG. 9B is the same as the structure of the storage capacitor shown in FIG.
This is an example in combination with the storage capacitor structure shown in FIG. Specifically, a first storage capacitor is formed by the
この構造では工程数をなんら増やすことなく、図2(A)や図9(A)に示した保持容量の構造の2倍近い容量を確保することが可能である。特に、AM−LCDが高精細になれば開口率を稼ぐために、保持容量の面積を小さくすることが必要となる。そのような場合に図9(B)の構造は有効である。 With this structure, it is possible to secure a capacity nearly twice that of the structure of the storage capacity shown in FIGS. 2A and 9A without increasing the number of steps. In particular, if the AM-LCD has a high definition, it is necessary to reduce the area of the storage capacitor in order to increase the aperture ratio. In such a case, the structure of FIG. 9B is effective.
なお、本実施例の構造を実施例3に示したAM−LCDに対して用いることは有効である。 Note that it is effective to use the structure of this embodiment for the AM-LCD shown in Embodiment 3.
本実施例では図1(A)に示したCMOS回路や図2(A)に示した画素マトリクス回路において、第2配線を構成する第1導電層を省略した場合の例を図10に示す。なお、図10(A)において図1(A)または図2(A)と同じ構成の部分には同一の符号を付している。 In this embodiment, an example in which the first conductive layer constituting the second wiring is omitted in the CMOS circuit shown in FIG. 1A and the pixel matrix circuit shown in FIG. 2A is shown in FIG. Note that in FIG. 10A, parts having the same configuration as in FIG. 1A or 2A are denoted with the same reference numerals.
図10(A)のCMOS回路は、第2配線11〜13が全て単層のタンタル膜で形成されている。即ち、図1(A)の構造と比較すると第1導電層を省略し、第2導電層のみで第2配線を形成した構成となる。なお、膜厚は200〜400nmとすれば良い。勿論、タンタル以外に、チタン、タングステン、モリブデン、またはシリコンから選ばれた元素を主成分とする導電膜、或いは前記元素を組み合わせた合金膜やシリサイド膜を用いても良い。
In the CMOS circuit of FIG. 10A, the
このような構造とした場合、第2配線の電源供給部(図1(A)でクラッド構造となっていた部分)は第3導電層14aを第2導電層14bで覆った構造となる。ただし、この構造では第3導電層14aの構成元素であるアルミニウムや銅が第2絶縁層106中に拡散する恐れがある。そのため、第2絶縁層106の表面に窒化珪素膜を設けておくと、アルミニウムや銅の拡散を効果的に防止することが可能である。
In such a structure, the power supply portion of the second wiring (the portion having the cladding structure in FIG. 1A) has a structure in which the third
また、本実施例の構造は画素マトリクス回路に対しても適用できる。図10(B)の画素マトリクス回路は、第2配線(ゲート配線)16、17および容量配線が第2導電層(本実施例ではタンタル膜)のみでなり、ゲート配線の中でも配線抵抗を抑えたい部分には、第3導電層15aを第2導電層15bで覆った構造を採用している。
The structure of this embodiment can also be applied to a pixel matrix circuit. In the pixel matrix circuit of FIG. 10B, the second wiring (gate wiring) 16 and 17 and the capacitor wiring are only the second conductive layer (in this embodiment, a tantalum film), and it is desired to suppress wiring resistance among the gate wiring. The part employs a structure in which the third
勿論、図10(A)、図10(B)に示した回路はどちらも同一基板上に同時形成されることは言うまでもない。 Of course, it goes without saying that the circuits shown in FIGS. 10A and 10B are simultaneously formed on the same substrate.
また、本実施例の構造は実施例1および実施例2に示した作製工程において、第1導電層の形成工程を省略するのみで実現できる。また、実施例3のAM−LCDに適用することもできるし、実施例4、5に示した構成と組み合わせることも可能である。 Further, the structure of this embodiment can be realized by simply omitting the step of forming the first conductive layer in the manufacturing steps shown in Embodiments 1 and 2. Further, the present invention can be applied to the AM-LCD of the third embodiment, and can be combined with the configurations shown in the fourth and fifth embodiments.
本実施例では図1(A)に示したCMOS回路や図2(A)に示した画素マトリクス回路において、NTFTのゲート電極部をクラッド構造とする場合の例を図11に示す。なお、図11(A)において図1(A)または図2(A)と同じ構成の部分には同一の符号を付している。 In this embodiment, FIG. 11 shows an example in which the gate electrode portion of the NTFT has a clad structure in the CMOS circuit shown in FIG. 1A and the pixel matrix circuit shown in FIG. Note that in FIG. 11A, the same components as those in FIG. 1A or FIG.
図11(A)に示したCMOS回路では、NTFTのゲート電極21が第1導電層21aと第2導電層21bとで第3導電層21cを包み込んだクラッド構造となっている。この時、チャネル形成領域22の長さは第3導電層21cの線幅に一致する。
In the CMOS circuit shown in FIG. 11A, the gate electrode 21 of the NTFT has a clad structure in which the third
また、LDD領域23は実質的に二つの領域に区別することができる。一方は第2配線の一部であるゲート電極21と重なっており、他方はゲート電極21と重なっていない。即ち、本実施例の構造では、第2配線の一部であるゲート電極のみでGOLD構造を実現することができる。、さらにゲート電極にオーバーラップしたLDD領域の外側に、ゲート電極にオーバーラップしないLDD領域が設けられるため、非常にオフ電流を小さくすることができる。
The
図11(B)に示した画素マトリクス回路の場合も同様であり、画素TFTのゲート電極24、25はどちらも第1導電層24a、25aと第2導電層24b、25bとで第3導電層24c、25cを包み込んだクラッド構造となっている。この時、チャネル形成領域26、27の長さは第3導電層24c、25cの線幅に一致する。また、LDD領域28、29はどちらもLDD領域23と同様に実質的に二つの領域に区別できる。
The same applies to the pixel matrix circuit shown in FIG. 11B, and the
「実施形態1」や「実施形態2」に示した構造の場合、CMOS回路では第1配線(サブゲート配線)にゲート電圧を印加することでGOLD構造が実現されるが、画素マトリクス回路ではオフ電流を下げるためにLDD構造となるようにしている。これはGOLD構造の欠点であるオフ電流の増加を避けるためであり、そのためオン電流の劣化を抑制するというGOLD構造そのものの利点は得られない。 In the case of the structures shown in “Embodiment 1” and “Embodiment 2”, the GOLD structure is realized by applying a gate voltage to the first wiring (sub-gate wiring) in the CMOS circuit, but in the pixel matrix circuit, the off current In order to lower the value, an LDD structure is employed. This is to avoid an increase in off-current, which is a disadvantage of the GOLD structure. Therefore, the advantage of the GOLD structure itself that suppresses deterioration of the on-current cannot be obtained.
しかしながら、本実施例の構造では画素マトリクス回路であってもGOLD構造のNTFTが実現されるため、さらに信頼性を高めることができる。勿論、画素TFTをGOLD構造にできる理由は、ゲート電極にオーバーラップするLDD領域の外側に、ゲート電極にオーバーラップしないLDD領域を設けたからに他ならない。 However, in the structure of this embodiment, since the NTFT having the GOLD structure is realized even in the pixel matrix circuit, the reliability can be further improved. Of course, the reason why the pixel TFT can have the GOLD structure is that an LDD region that does not overlap the gate electrode is provided outside the LDD region that overlaps the gate electrode.
ここで、本実施例の構造を実現するための作製工程について図12を用いて説明する。ただし、基本的には実施例1で説明した工程と同一であるので、必要箇所のみに新たに符号を付して説明する。 Here, a manufacturing process for realizing the structure of this embodiment will be described with reference to FIGS. However, since it is basically the same as the process described in the first embodiment, only the necessary portions will be described with new reference numerals.
まず、実施例1の工程に従って第3導電層308を形成した。本実施例の場合、第3導電層308の形成と同時にNTFTの上にも第3導電層31を形成した。そして、レジストマスク32を形成し、リンの添加工程を行った。この添加条件は実施例1の図3(B)の工程を参考にすれば良い。この工程により低濃度不純物領域33、34が形成され、チャネル形成領域35が画定した。(図12(A))
First, the third
次に、レジストマスク32を除去した後、第2導電層36、37を形成した。
この工程のよりNTFTのメインゲート配線38が形成された。(図12(B)
)
Next, after removing the resist
By this process, the NTFT
)
次に、レジストマスク315〜318を形成し、ボロンの添加工程を行った。
添加条件は実施例1の図3(C)の工程を参考にすれば良い。こうしてリンおよびボロンの添加工程が終了したら、実施例1と同様の手段で添加した不純物元素の活性化を行い、図12(C)の状態が得られた。
Next, resist
The addition conditions may be determined with reference to the step of FIG. When the phosphorus and boron addition steps were completed in this way, the impurity element added was activated by the same means as in Example 1, and the state shown in FIG. 12C was obtained.
次に、レジストマスク315〜318を除去した後、裏面露光法により再びレジストマスク324〜327を形成し、リンの添加工程を行った。添加条件は実施例1の図3(D)の工程を参考にすれば良い。
Next, after removing the resist
この工程によりNTFTのソース領域39、ドレイン領域40および低濃度不純物領域(LDD領域)41が形成された。(図12(D))
Through this process, the
この時、LDD領域41は、ゲート電極38とオーバーラップしている部分の長さが0.1〜3.5μm(代表的には0.1〜0.5μm、好ましくは0.1〜0.3μm)となるようにし、ゲート電極38とオーバーラップしていない部分の長さが0.5〜3.5μm(代表的には1.5〜2.5μm)となるようにすれば良い。
At this time, the LDD region 41 has a length of a portion overlapping with the
この後は実施例1と同様の工程を経て、第1層間絶縁膜108、ソース配線109、110、ドレイン配線111を形成することで図11(A)に示すような構造のCMOS回路が完成した。
Thereafter, through the same steps as in the first embodiment, the first
なお、本実施例ではCMOS回路の作製工程を例にとって説明したが、画素マトリクス回路においてもほぼ同様の作製工程で図11(B)の構造が得られる。
従って、ここでの説明は省略する。
Note that although a manufacturing process of a CMOS circuit has been described as an example in this embodiment, the structure of FIG. 11B can be obtained in a substantially similar manufacturing process in a pixel matrix circuit.
Therefore, the description here is omitted.
また、本実施例の構造は実施例3のAM−LCDに適用することもできるし、実施例4〜6に示した構成とも自由に組み合わせることが可能である。 Further, the structure of this embodiment can be applied to the AM-LCD of Embodiment 3, and can be freely combined with the configurations shown in Embodiments 4 to 6.
実施例1の図3(D)の工程において、裏面露光法でレジストマスク324〜327を形成した後、第2絶縁層306をエッチングして除去し、露呈した活性層にリンを添加することは有効である。
In the step of FIG. 3D in Example 1, after forming the resist
こうすることによりリンを添加する際の加速電圧を10keV程度にまで下げることができ、ドーピング装置の負担を減らすことができる。また、スループットを大幅に向上させることができる。この事は実施例2の図4(D)に示した工程においても同様である。 By doing so, the acceleration voltage at the time of adding phosphorus can be reduced to about 10 keV, and the burden on the doping apparatus can be reduced. Further, the throughput can be greatly improved. This also applies to the process shown in FIG.
なお、本実施例の構成は実施例3のAM−LCDに適用することもできるし、実施例4〜7に示した構成とも自由に組み合わせることが可能である。 The configuration of the present embodiment can be applied to the AM-LCD of the third embodiment, and can be freely combined with the configurations shown in the fourth to seventh embodiments.
本実施例ではドライバー回路に用いるCMOS回路において、NTFTのオフ電流を低減するための構造について図13を用いて説明する。 In this embodiment, a structure for reducing the off-current of NTFT in a CMOS circuit used for a driver circuit will be described with reference to FIG.
図13において、NTFTのLDD領域51は、実質的に第1配線102aにオーバーラップしている部分としていない部分とに区別できる。従って、第1配線102aにゲート電圧が印加された際、図13のNTFTはゲート電極にオーバーラップしたLDD領域の外側に、ゲート電極にオーバーラップしていないLDD領域を有する構造となる。
In FIG. 13, the
このような構造は実施例8でも説明したように、GOLD構造の利点であるオン電流の劣化を防ぐ効果を有し、且つ、GOLD構造の欠点であるオフ電流の増加を抑制した電気特性を得ることができる。従って、非常に優れた信頼性を有するCMOS回路を実現することが可能である。 As described in the eighth embodiment, such a structure has an effect of preventing deterioration of on-current, which is an advantage of the GOLD structure, and obtains electrical characteristics that suppress an increase in off-current, which is a disadvantage of the GOLD structure. be able to. Therefore, it is possible to realize a CMOS circuit having very excellent reliability.
また、ここではCMOS回路の場合を例にとって説明したが、本実施例の構造を画素マトリクス回路に適用しても構わない。 Although the case of a CMOS circuit has been described here as an example, the structure of this embodiment may be applied to a pixel matrix circuit.
また、本実施例の構造を実現するためには、実施例1の図3(D)に示した工程において裏面露光法を用いなければ良い。即ち、通常のマスク合わせにより第1配線よりも幅の広いレジストマスクを設け、その後、リンの添加工程を行えば本実施例の構造を容易に得ることができる。 Further, in order to realize the structure of this embodiment, the back exposure method may not be used in the process shown in FIG. That is, the structure of this embodiment can be easily obtained by providing a resist mask having a width wider than that of the first wiring by normal mask alignment and then performing a step of adding phosphorus.
なお、LDD領域の長さ(ゲート電極にオーバーラップしている部分としていない部分の長さ)は実施例8に示した範囲を参考にすれば良い。 The length of the LDD region (the length of the portion not overlapping with the gate electrode) may be referred to the range shown in the eighth embodiment.
なお、本実施例の構成は実施例3のAM−LCDに適用することもできるし、実施例4〜7に示した構成とも自由に組み合わせることが可能である。 The configuration of the present embodiment can be applied to the AM-LCD of the third embodiment, and can be freely combined with the configurations shown in the fourth to seventh embodiments.
本実施例では、実施例1または実施例2に示した活性層を形成するにあたってレーザー結晶化以外の手段を用いた場合について説明する。 In this embodiment, a case where means other than laser crystallization is used to form the active layer shown in Embodiment 1 or Embodiment 2 will be described.
具体的には、活性層として用いる結晶質半導体膜を、触媒元素を用いた熱結晶化法により形成する例を示す。触媒元素を用いる場合、特開平7−130652号公報(米国出願番号08/329,644または米国出願番号08/430,623に対応)、特開平8−78329号公報で開示された技術を用いることが望ましい。特に触媒元素としてはニッケルが好適である。 Specifically, an example in which a crystalline semiconductor film used as an active layer is formed by a thermal crystallization method using a catalytic element is shown. When using a catalytic element, use the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-130652 (corresponding to US Application No. 08 / 329,644 or US Application No. 08 / 430,623) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-78329. Is desirable. In particular, nickel is suitable as the catalyst element.
なお、本実施例の構成は実施例1乃至実施例9の全ての構成と自由に組み合わせることが可能である。 Note that the configuration of this embodiment can be freely combined with all the configurations of Embodiments 1 to 9.
本実施例は活性層を形成する方法として、実施例10に示した熱結晶化法を用い、そこで用いた触媒元素を結晶質半導体膜から除去する工程を行った例を示す。本実施例ではその方法として、特開平10−135468号公報(米国出願番号08/951,193に対応)または特開平10−135469号公報(米国出願番号08/951,819に対応)に記載された技術を用いる。 This example shows an example in which the thermal crystallization method shown in Example 10 is used as a method for forming the active layer, and the step of removing the catalyst element used therein from the crystalline semiconductor film is performed. In this embodiment, the method is described in JP-A-10-135468 (corresponding to US application No. 08 / 951,193) or JP-A-10-135469 (corresponding to US application No. 08 / 951,819). Technology is used.
同公報に記載された技術は、非晶質半導体膜の結晶化に用いた触媒元素を結晶化後にハロゲンのゲッタリング作用を用いて除去する技術である。同技術を用いることで、結晶質半導体膜中の触媒元素の濃度を1×1017atoms/cm3以下、好ましくは1×1016atoms/cm3にまで低減することができる。 The technique described in this publication is a technique for removing a catalytic element used for crystallization of an amorphous semiconductor film using a halogen gettering action after crystallization. By using this technique, the concentration of the catalytic element in the crystalline semiconductor film can be reduced to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less, preferably 1 × 10 16 atoms / cm 3 .
なお、本実施例の構成は実施例1乃至実施例10の全ての構成と自由に組み合わせることが可能である。 The configuration of this embodiment can be freely combined with all the configurations of Embodiments 1 to 10.
本実施例は活性層を形成する方法として、実施例10に示した熱結晶化法を用い、そこで用いた触媒元素を結晶質半導体膜から除去する工程を行った例を示す。本実施例ではその方法として、特開平10−270363号公報(米国出願番号09/050,182に対応)に記載された技術を用いる。 This example shows an example in which the thermal crystallization method shown in Example 10 is used as a method for forming the active layer, and the step of removing the catalyst element used therein from the crystalline semiconductor film is performed. In this embodiment, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-270363 (corresponding to US Application No. 09 / 050,182) is used as the method.
同公報に記載された技術は、非晶質半導体膜の結晶化に用いた触媒元素を結晶化後にリンのゲッタリング作用を用いて除去する技術である。同技術を用いることで、結晶質半導体膜中の触媒元素の濃度を1×1017atoms/cm3以下、好ましくは1×1016atoms/cm3にまで低減することができる。 The technique described in the publication is a technique for removing a catalytic element used for crystallization of an amorphous semiconductor film by using a gettering action of phosphorus after crystallization. By using this technique, the concentration of the catalytic element in the crystalline semiconductor film can be reduced to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less, preferably 1 × 10 16 atoms / cm 3 .
なお、本実施例の構成は実施例1乃至実施例10の全ての構成と自由に組み合わせることが可能である。 The configuration of this embodiment can be freely combined with all the configurations of Embodiments 1 to 10.
本実施例では、実施例12で示したリンによるゲッタリング工程の別形態について説明する。なお、基本的な工程は図1に従うものであるので、相違点のみに着目して説明する。 In this example, another embodiment of the gettering process using phosphorus shown in Example 12 will be described. Since the basic steps are the same as those shown in FIG. 1, only the differences will be described.
まず、実施例1の工程に従って図3(D)の状態を得た。図14(A)は図3(D)の状態からレジストマスク324〜327を除去した状態を表している。
ただし、TFTの活性層となる半導体層の形成には実施例10に示した熱結晶化技術を用いている。
First, the state of FIG. 3D was obtained according to the steps of Example 1. FIG. 14A shows a state in which the resist
However, the thermal crystallization technique shown in Example 10 is used to form the semiconductor layer that becomes the active layer of the TFT.
この時、NTFTのソース領域328及びドレイン領域329、並びにPTFTのソース領域331及びドレイン領域332には1×1019〜1×1021atoms/cm3(好ましくは5×1020atoms/cm3)の濃度でリンが含まれている。
At this time, the
本実施例ではこの状態で、窒素雰囲気中で500〜800℃、1〜24時間、例えば600℃、12時間の加熱処理の工程を行う。この工程により、添加されたn型及びp型を付与する不純物元素を活性化することができた。さらに、結晶化工程の後残存していた触媒元素(本実施例ではニッケル)が矢印の方向に移動し、前述のソース領域及びドレイン領域に含まれたリンの作用によって同領域にゲッタリング(捕獲)することができた。その結果、チャネル形成領域からニッケルを1×1017atoms/cm3以下にまで低減することができた。 In this embodiment, in this state, a heat treatment process is performed in a nitrogen atmosphere at 500 to 800 ° C. for 1 to 24 hours, for example, 600 ° C. for 12 hours. By this step, the added impurity element imparting n-type and p-type could be activated. Further, the catalyst element (nickel in this embodiment) remaining after the crystallization process moves in the direction of the arrow, and gettering (capturing) is performed in the region by the action of phosphorus contained in the source region and the drain region. )We were able to. As a result, nickel could be reduced to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less from the channel formation region.
図14(B)の工程が終了したら、以降の工程は実施例1の工程に従えば、図3(E)に示すようなCMOS回路を作製することができる。勿論、同様のことが画素マトリクス回路でも行われることは言うまでもない。 When the process of FIG. 14B is completed, a CMOS circuit as shown in FIG. 3E can be manufactured if the subsequent processes follow the process of Embodiment 1. Of course, it goes without saying that the same applies to the pixel matrix circuit.
なお、本実施例の構成は実施例1乃至実施例10の全ての構成と自由に組み合わせることが可能である。 The configuration of this embodiment can be freely combined with all the configurations of Embodiments 1 to 10.
本願発明のTFT構造はAM−LCDのような電気光学装置だけでなく、あらゆる半導体回路に適用することが可能である。即ち、RISCプロセッサ、ASICプロセッサ等のマイクロプロセッサに適用しても良いし、D/Aコンバータ等の信号処理回路から携帯機器(携帯電話、PHS、モバイルコンピュータ)用の高周波回路に適用しても良い。 The TFT structure of the present invention can be applied not only to an electro-optical device such as an AM-LCD but also to any semiconductor circuit. That is, the present invention may be applied to a microprocessor such as a RISC processor or an ASIC processor, or may be applied from a signal processing circuit such as a D / A converter to a high-frequency circuit for a portable device (mobile phone, PHS, mobile computer). .
さらに、従来のMOSFET上に層間絶縁膜を形成し、その上に本願発明を用いて半導体回路を作製したような三次元構造の半導体装置を実現することも可能である。このように本願発明は現在LSIが用いられている全ての半導体装置に適用することが可能である。即ち、SIMOX、Smart−Cut(SOITEC社の登録商標)、ELTRAN(キャノン株式会社の登録商標)などのSOI構造(単結晶半導体薄膜を用いたTFT構造)に本願発明を適用しても良い。 Furthermore, it is possible to realize a semiconductor device having a three-dimensional structure in which an interlayer insulating film is formed on a conventional MOSFET and a semiconductor circuit is fabricated thereon using the present invention. Thus, the present invention can be applied to all semiconductor devices in which LSI is currently used. That is, the present invention may be applied to SOI structures (TFT structures using a single crystal semiconductor thin film) such as SIMOX, Smart-Cut (registered trademark of SOITEC) and ELTRAN (registered trademark of Canon Inc.).
また、本実施例の半導体回路は実施例1、2、4〜13のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。 Further, the semiconductor circuit of the present embodiment can be realized by using any combination of the first, second, and fourth to thirteenth embodiments.
本願発明を実施して形成されたCMOS回路や画素マトリクス回路は様々な電気光学装置や半導体回路に適用することができる。即ち、それら電気光学装置や半導体回路を部品として組み込んだ電子機器全てに本願発明を実施できる。 The CMOS circuit and the pixel matrix circuit formed by implementing the present invention can be applied to various electro-optical devices and semiconductor circuits. That is, the present invention can be implemented in all electronic devices in which these electro-optical devices and semiconductor circuits are incorporated as parts.
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、プロジェクションTV、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図15に示す。 Such electronic devices include video cameras, digital cameras, projectors, projection TVs, head mounted displays (goggles type displays), car navigation systems, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.) and the like. Can be mentioned. An example of these is shown in FIG.
図15(A)は携帯電話であり、本体2001、音声出力部2002、音声入力部2003、表示装置2004、操作スイッチ2005、アンテナ2006で構成される。本願発明を音声出力部2002、音声入力部2003、表示装置2004やその他の信号制御回路に適用することができる。 FIG. 15A illustrates a mobile phone, which includes a main body 2001, an audio output unit 2002, an audio input unit 2003, a display device 2004, operation switches 2005, and an antenna 2006. The present invention can be applied to the audio output unit 2002, the audio input unit 2003, the display device 2004, and other signal control circuits.
図15(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示装置2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106で構成される。本願発明を表示装置2102、音声入力部2103やその他の信号制御回路に適用することができる。
FIG. 15B illustrates a video camera, which includes a main body 2101, a display device 2102, an
図15(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示装置2205で構成される。本願発明は表示装置2205やその他の信号制御回路に適用できる。
FIG. 15C illustrates a mobile computer, which includes a main body 2201, a camera unit 2202, an
図15(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示装置2302、アーム部2303で構成される。本発明は表示装置2302やその他の信号制御回路に適用することができる。
FIG. 15D illustrates a goggle type display which includes a
図15(E)はリア型プロジェクターであり、本体2401、光源2402、表示装置2403、偏光ビームスプリッタ2404、リフレクター2405、2406、スクリーン2407で構成される。本発明は表示装置2403やその他の信号制御回路に適用することができる。
FIG. 15E illustrates a rear projector, which includes a main body 2401, a light source 2402, a display device 2403, a
図15(F)はフロント型プロジェクターであり、本体2501、光源2502、表示装置2503、光学系2504、スクリーン2505で構成される。本発明は表示装置2502やその他の信号制御回路に適用することができる。
FIG. 15F illustrates a front type projector which includes a
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例1〜14のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。 As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields. Moreover, the electronic device of a present Example is realizable even if it uses the structure which consists of what combination of Examples 1-14.
Claims (11)
前記活性層はチャネル形成領域に接して低濃度不純物領域を含んでおり、
前記チャネル形成領域は前記第1配線および前記第2配線に重なり、
前記低濃度不純物領域は前記第1配線に重なり、且つ、前記第2配線に重ならない部分を有することを特徴とする半導体装置。 A TFT structure in which an active layer is sandwiched between a first wiring and a second wiring via an insulating layer,
The active layer includes a low concentration impurity region in contact with the channel formation region,
The channel formation region overlaps the first wiring and the second wiring;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the low concentration impurity region has a portion that overlaps with the first wiring and does not overlap with the second wiring.
前記低濃度不純物領域は、前記第1配線及び前記第2配線のいずれとも重ならない部分を有することを特徴とする半導体装置。 In claim 1,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the low-concentration impurity region has a portion that does not overlap with either the first wiring or the second wiring.
前記低濃度不純物領域は、前記第1配線及び前記第2配線と重なる部分を有することを特徴とする半導体装置。 In claim 1 or claim 2,
The low-concentration impurity region has a portion overlapping with the first wiring and the second wiring.
前記第1のNチャネル型TFTと前記第2のNチャネル型TFTは、絶縁層を介して第1配線および第2配線によって活性層が挟まれた構造を有し、
前記活性層はチャネル形成領域に接して低濃度不純物領域を含んでおり、
前記チャネル形成領域は前記第1配線および前記第2配線に重なり、
前記低濃度不純物領域は前記第1配線に重なり、且つ、前記第2配線に重ならない部分を有し、
前記第1のNチャネル型TFTが有する第1配線は、固定電位またはフローティング電位に保持され、
前記第2のNチャネル型TFTが有する第1配線は、当該第2のNチャネル型TFTが有する第2配線と同電位に保持されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a first N-channel TFT and a second N-channel TFT on the same substrate,
The first N-channel TFT and the second N-channel TFT have a structure in which an active layer is sandwiched between a first wiring and a second wiring through an insulating layer,
The active layer includes a low concentration impurity region in contact with the channel formation region,
The channel formation region overlaps the first wiring and the second wiring;
The low-concentration impurity region has a portion that overlaps the first wiring and does not overlap the second wiring;
The first wiring of the first N-channel TFT is held at a fixed potential or a floating potential,
The semiconductor device, wherein the first wiring of the second N-channel TFT is held at the same potential as the second wiring of the second N-channel TFT.
前記固定電位は、接地電位またはソース電源電位であることを特徴とする半導体装置。 In claim 4,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the fixed potential is a ground potential or a source power supply potential.
前記第2配線は、電源供給部まで引き回され、
当該電源供給部以外の第2配線は、第1導電層と、第2導電層との積層構造から構成されており、
当該電源供給部の第2配線は、前記第1導電層と、前記第1導電層上に形成された第3導電層と、前記第3導電層を覆って前記第1導電層上に形成された前記第2導電層とから構成されていることを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
The second wiring is routed to the power supply unit,
The second wiring other than the power supply unit is composed of a laminated structure of a first conductive layer and a second conductive layer,
The second wiring of the power supply unit is formed on the first conductive layer, the third conductive layer formed on the first conductive layer, and the third conductive layer so as to cover the third conductive layer. A semiconductor device comprising: the second conductive layer.
前記第3導電層は、前記第1導電層または前記第2導電層よりも抵抗値が低いことを特徴とする半導体装置。 In claim 6,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the third conductive layer has a lower resistance value than the first conductive layer or the second conductive layer.
前記第1導電層または前記第2導電層は、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、もしくはシリコン(Si)から選ばれた元素を主成分とする導電膜、前記元素を組み合わせた合金膜、またはシリサイド膜であることを特徴とする半導体装置。 In claim 6 or claim 7,
The first conductive layer or the second conductive layer is a conductive film whose main component is an element selected from tantalum (Ta), titanium (Ti), tungsten (W), molybdenum (Mo), or silicon (Si). A semiconductor device comprising an alloy film or a silicide film in which the above elements are combined.
前記第3導電層は、アルミニウムまたは銅を主成分とする導電膜であることを特徴とする半導体装置。 In any one of Claims 6 to 8,
The semiconductor device, wherein the third conductive layer is a conductive film containing aluminum or copper as a main component.
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