JP2008021719A - Thin-film transistor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、N型薄膜トランジスタおよびP型薄膜トランジスタを有する薄膜トランジスタ装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film transistor device having an N-type thin film transistor and a P-type thin film transistor and a method for manufacturing the same.
従来、この種の薄膜トランジスタ装置としてのアレイ基板は、対向基板に対向して配置されており、これらアレイ基板と対向基板との間に液晶層が介挿されて液晶表示装置として構成されている。また、このアレイ基板は、ガラス基板上に複数の画素がマトリクス状に設けられており、これら複数の画素のそれぞれには、P型薄膜トランジスタとN型薄膜トランジスタとのそれぞれがスイッチング素子として同一のガラス基板上に積層されて設けられている。 Conventionally, an array substrate as a thin film transistor device of this type is arranged to face a counter substrate, and a liquid crystal layer is interposed between the array substrate and the counter substrate to constitute a liquid crystal display device. The array substrate includes a plurality of pixels provided in a matrix on a glass substrate, and each of the plurality of pixels includes a glass substrate in which a P-type thin film transistor and an N-type thin film transistor are respectively used as switching elements. They are stacked on top of each other.
そして、これらN型薄膜トランジスタおよびP型薄膜トランジスタは、ガラス基板上に積層されポリシリコン(p−Si)にて構成された半導体層をそれぞれ備えており、これら半導体層は、チャネル領域の両側にソース領域とドレイン領域とが設けられて構成されている。 The N-type thin film transistor and the P-type thin film transistor are each provided with a semiconductor layer stacked on a glass substrate and made of polysilicon (p-Si), and these semiconductor layers are provided on both sides of the channel region. And a drain region are provided.
さらに、これらN型薄膜トランジスタおよびP型薄膜トランジスタそれぞれの半導体層のチャネル領域に対向して、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が積層されている。これらゲート電極は、これらゲート電極上に積層されたゲート配線に電気的に接続されている。そして、これらN型薄膜トランジスタおよびP型薄膜トランジスタそれぞれのゲート電極は、モリブデン−タングステン(MoW)などの材料にて形成されている。さらに、これらN型薄膜トランジスタおよびP型薄膜トランジスタそれぞれのゲート配線は、低抵抗性を確保するためにアルミニウム(Al)を用いることが好ましいため、下層からチタン(Ti)/アルミニウム−銅(AlCu)/チタン(Ti)の3層構造に形成された構成が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
上述したように、上記液晶表示装置では、ゲート電極の抵抗値を低くすることを目的として、これらゲート配線を、アルミニウムを含むチタン(Ti)/アルミニウム−銅(AlCu)/チタン(Ti)の3層構造に形成している。 As described above, in the liquid crystal display device, for the purpose of reducing the resistance value of the gate electrode, these gate wirings are made of titanium (Ti) / aluminum-copper (AlCu) / titanium (Ti) 3 containing aluminum. It is formed in a layer structure.
このため、これらゲート配線の抵抗値を下げることができ、これらゲート配線と薄膜トランジスタのゲート電極との間の抵抗値を小さくできるが、P型薄膜トランジスタでは、ゲート配線のアルミニウム層上にチタン層を積層させており、このチタン層中のチタン材料が水素吸蔵合金であることから、このチタン材料にて半導体層中の水素が減少し、この半導体層にダングリングボンドなどの欠陥が発生するなどによって、これらP型薄膜トランジスタの半導体層のチャネル領域とゲート電極との間の抵抗値が低くなり過ぎるおそれがある。 For this reason, the resistance value of these gate wirings can be lowered and the resistance value between these gate wirings and the gate electrode of the thin film transistor can be reduced. In the P-type thin film transistor, a titanium layer is laminated on the aluminum layer of the gate wiring. Since the titanium material in the titanium layer is a hydrogen storage alloy, hydrogen in the semiconductor layer is reduced in the titanium material, and defects such as dangling bonds are generated in the semiconductor layer. The resistance value between the channel region of the semiconductor layer of these P-type thin film transistors and the gate electrode may be too low.
このことから、これらP型薄膜トランジスタの半導体層のチャネル領域とゲート電極との間の閾値電圧が不安定となるおそれがあるので、これらP型薄膜トランジスタの閾値電圧の制御が容易でないという問題を有している。 For this reason, there is a possibility that the threshold voltage between the channel region of the semiconductor layer of these P-type thin film transistors and the gate electrode may become unstable, so that the threshold voltage of these P-type thin film transistors is not easily controlled. ing.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、N型薄膜トランジスタの第1ゲート電極の低抵抗性を維持しつつ、P型薄膜トランジスタの閾値電圧の制御が容易な薄膜トランジスタ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a thin film transistor device and a method of manufacturing the same that can easily control the threshold voltage of a P-type thin film transistor while maintaining the low resistance of the first gate electrode of the N-type thin film transistor. The purpose is to provide.
本発明は、チャネル領域とこのチャネル領域に接続されたソース領域およびドレイン領域とを有し多結晶シリコンにて構成された第1活性部、およびこの第1活性部のチャネル領域に離間対向して位置した第1ゲート電極を備えたN型薄膜トランジスタと、チャネル領域とこのチャネル領域に接続されたソース領域およびドレイン領域とを有し多結晶シリコンにて構成された第2活性部、およびこの第2活性部のチャネル領域に離間対向して位置し前記第1ゲート電極の抵抗値より高い抵抗値を有する第2ゲート電極を備えたP型薄膜トランジスタとを具備したものである。 The present invention relates to a first active portion having a channel region and a source region and a drain region connected to the channel region and made of polycrystalline silicon, and spaced apart from the channel region of the first active portion. An N-type thin film transistor having a first gate electrode positioned; a channel region; a second active portion made of polycrystalline silicon having a source region and a drain region connected to the channel region; and And a P-type thin film transistor provided with a second gate electrode which is positioned opposite to the channel region of the active portion and has a resistance value higher than the resistance value of the first gate electrode.
本発明によれば、P型薄膜トランジスタの第2ゲート電極の抵抗値を、N型薄膜トランジスタの第1ゲート電極の抵抗値より高くしたことにより、この第1ゲート電極の低抵抗性を維持しつつ、このP型薄膜トランジスタの第2活性部のチャネル領域と第2ゲート電極との間の閾値電圧が不安定となることを防止できるから、このP型薄膜トランジスタの閾値電圧の制御を容易にできる。 According to the present invention, the resistance value of the second gate electrode of the P-type thin film transistor is made higher than the resistance value of the first gate electrode of the N-type thin film transistor, so that the low resistance of the first gate electrode is maintained. Since the threshold voltage between the channel region of the second active portion of the P-type thin film transistor and the second gate electrode can be prevented from becoming unstable, the threshold voltage of the P-type thin film transistor can be easily controlled.
以下、本発明の半導体装置の第1の実施の形態の構成を図1および図2を参照して説明する。 The configuration of the first embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1において、1は半導体装置としての液晶表示装置1である。この液晶表示装置1は、薄膜トランジスタ方式の平面表示装置であって、略矩形平板状のアレイ基板2を備えている。このアレイ基板2は、略透明な矩形平板状の絶縁基板としての透光性基板であるガラス基板3を有している。このガラス基板3の一主面である表面上には、窒化シリコン(SiN)や酸化シリコン(SiO)などで構成されたアンダーコート層4が積層されて成膜されている。
In FIG. 1,
そして、このアンダーコート層4上には、液晶表示用のN型のスイッチング素子である複数のNチャネル(N−ch)型のN型薄膜トランジスタ(TFT)5と、液晶表示用のP型のスイッチング素子である複数のPチャネル(P−ch)型のP型薄膜トランジスタ6とのそれぞれがマトリクス状に複数形成されている。
On the
ここで、これらN型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6のそれぞれは、アレイ基板2のガラス基板3上にマトリクス状に設けられた複数の画素8内に1画素構成要素としてそれぞれ設けられている。これら複数の画素8は、アレイ基板2のガラス基板3上に格子状に配線された図示しない走査線および信号線にて仕切られた各領域内に設けられている。
Here, each of the N-type
また、これら各画素8内に設けられているN型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6のそれぞれは、アンダーコート層4上に形成された多結晶半導体層としてのポリシリコン層11,12を備えている。これらポリシリコン層11,12は、図2に示すように、平面視細長略矩形状に形成されており、非晶質半導体としてのアモルファスシリコンのレーザアニールにより形成されたポリシリコン(Poly−Si)にて構成されている。
Each of the N-type
ここで、N型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11は、N型半導体としての第1活性部であって、このポリシリコン層11の中央部には、チャネル領域13が設けられている。そして、このチャネル領域13の両側には、N+領域としてのN+ポリシリコン(N+poly−Si)層であるソース領域14とドレイン領域15とのそれぞれが対向して設けられている。さらに、これらソース領域14およびドレイン領域15とチャネル領域13との間には、低濃度不純物領域としてのN−ポリシリコン(N−poly−Si)層であるLDD(Lightly Doped Drain)領域16,17が設けられている。
Here, the
一方、P型薄膜トランジスタ6のポリシリコン層12は、P型半導体としての第2活性部であって、このポリシリコン層12の中央部には、チャネル領域21が設けられている。そして、このチャネル領域21の両側には、P+領域としてのP+ポリシリコン(P+poly−Si)層であるソース領域22とドレイン領域23とのそれぞれが対向して設けられている。
On the other hand, the
さらに、これらN型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6それぞれのポリシリコン層11,12上には、絶縁性を有する酸化シリコン(SiO)あるいは窒化シリコン(SiN)にて構成されたゲート絶縁膜24が、これらポリシリコン層11,12が設けられているアンダーコート層4を覆って積層されて成膜されている。すなわち、このゲート絶縁膜24は、各画素8内のポリシリコン層11,12間に位置するアンダーコート層4の表面をも覆うように積層されて設けられている。
Further, on the
そして、N型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11のチャネル領域13に対向したゲート絶縁膜24上には、第1ゲート電極としてのN型用ゲート電極25が積層されている。このN型用ゲート電極25は、ポリシリコン層11の長手方向に直交する長手方向を有する平面視細長略帯状に形成されており、このN型用ゲート電極25の長手方向の一端側25aが、ポリシリコン層11のチャネル領域13上に対向して設けられている。すなわち、このN型用ゲート電極25は、このN型用ゲート電極25の一端側25aが、ゲート絶縁膜24を介してN型薄膜トランジスタ5のチャネル領域13に離間対向する位置に設けられており、抵抗値が比較的小さなアルミニウム(Al)系の金属にて構成されている。
An N-
具体的に、このN型用ゲート電極25は、チタン(Ti)層上にアルミニウム(Al)層が積層され、このアルミニウム層上にチタン(Ti)層が積層された、いわゆるTi/Al/Tiの三層構造や、アルミニウム層と窒化チタン(TiN)層との積層構造、アルミニウム層の単層などで構成されている。
Specifically, the N-
さらに、このN型用ゲート電極25の他端側25bは、各N型薄膜トランジスタ5のN型用ゲート電極25を並列に電気的に接続させる配線部としての引き回し配線であるゲート配線26の一端部に一体的に電気的かつ機械的に接続されている。このゲート配線26は、N型用ゲート電極25の他端側25bを一体的に延出させて伸ばして直接電気的かつ機械的に接触させたものであって、N型用ゲート電極25の長手方向に直交する長手方向を有する平面視細長略帯状に形成されている。さらに、このゲート配線26は、N型用ゲート電極25の幅寸法に等しい幅寸法を有するゲート電極間配線であって、このゲート配線26の長手方向の一端側26aが、N型用ゲート電極25の長手方向の他端側25bに一体的に接続されている。
Further, the
また、このゲート配線26は、走査線に電気的に接続されており、各N型薄膜トランジスタ5のN型用ゲート電極25と同一材料にて同一工程で同時に一体的に設けられている。すなわち、このゲート配線26は、N型用ゲート電極25の厚さ寸法に等しい厚さ寸法に形成されており、このN型用ゲート電極25と同一層であるアンダーコート層4上に積層されて設けられている。
Further, the
一方、P型薄膜トランジスタ6のポリシリコン層12のチャネル領域21に対向したゲート絶縁膜24上には、第2ゲート電極としてのP型用ゲート電極27が積層されている。このP型用ゲート電極27は、ポリシリコン層12の長手方向に直交する長手方向を有する平面視細長略帯状に形成されており、このP型用ゲート電極27の長手方向の一端側27aが、ポリシリコン層12のチャネル領域21上に対向して設けられている。
On the other hand, a P-
すなわち、このP型用ゲート電極27は、このP型用ゲート電極27の一端側27aが、ゲート絶縁膜24を介してP型薄膜トランジスタ6のチャネル領域21に離間対向する位置に設けられており、例えばモリブデン−タングステン(MoW)合金などの、抵抗値がアルミニウム系の金属のより比較的大きな抵抗値を有するモリブデン(Mo)あるいはタングステン(W)系の金属にて構成されている。すなわち、このP型用ゲート電極27は、N型用ゲート電極25およびゲート配線26を構成する材料とは異なる材料であって、これらN型用ゲート電極25およびゲート配線26の抵抗値より大きな抵抗値を有している。
That is, the P-
さらに、このP型用ゲート電極27には、図2に示すように、このP型用ゲート電極27の他端側27bが、接続部分としての太い継ぎ部となる平面視正方形状に拡幅されて形成されている。具体的に、このP型用ゲート電極27の他端側27bは、一辺の長さ寸法がP型用ゲート電極27の一端側27aの幅寸法より大きな平面視正方形状に形成されている。
Further, as shown in FIG. 2, the P-
さらに、このP型用ゲート電極27の他端側27b上にゲート配線26が積層されて、このゲート配線26の他端側26bがP型用ゲート電極27の他端側27bに電気的に接続されている。そして、このP型用ゲート電極27は、N型用ゲート電極25およびゲート配線26それぞれの幅寸法に等しい細長帯状にゲート絶縁膜24上に積層されている。
Further, a
そして、N型用ゲート電極25、ゲート配線26およびP型用ゲート電極27上には、これらN型用ゲート電極25、ゲート配線26およびP型用ゲート電極27間のゲート絶縁膜24上を覆うように、例えば酸化シリコン(SiO)あるいは窒化シリコン(SiN)にて構成された絶縁性を有するサイドウォール層としての層間絶縁膜33が積層されて設けられている。そして、これら層間絶縁膜33およびゲート絶縁膜24には、これら層間絶縁膜33およびゲート絶縁膜24のそれぞれを貫通した導通部としてのスルーホールである複数のコンタクトホール34,35,36,37が開口されて設けられている。
On the N-
ここで、コンタクトホール34,35のそれぞれは、N型薄膜トランジスタ5のN型用ゲート電極25の両側に設けられており、このN型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11のソース領域14およびドレイン領域15上に設けられている。そして、コンタクトホール34は、N型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11のソース領域14に連通して開口しており、コンタクトホール35は、N型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11のドレイン領域15に連通して開口している。
Here, each of the contact holes 34 and 35 is provided on both sides of the N-
また、コンタクトホール36,37のそれぞれは、P型薄膜トランジスタ6のP型用ゲート電極27の両側に設けられており、このP型薄膜トランジスタ6のポリシリコン層12のソース領域22およびドレイン領域23上に設けられている。そして、コンタクトホール36は、P型薄膜トランジスタ6のソース領域22に連通して開口しており、コンタクトホール37は、P型薄膜トランジスタ6のドレイン領域23に連通して開口している。
Further, each of the contact holes 36 and 37 is provided on both sides of the P-
そして、N型薄膜トランジスタ5のソース領域14に連通したコンタクトホール34上には、導電層としての信号線であるソース電極41が積層されて設けられている。このソース電極41は、コンタクトホール34を介してN型薄膜トランジス5のソース領域14に電気的に接続されて導通している。また、N型薄膜トランジスタ5のドレイン領域15に連通したコンタクトホール35には、導電層としての信号線であるドレイン電極42が積層されて設けられている。このドレイン電極42は、コンタクトホール35を介してN型薄膜トランジスタ5のドレイン領域15に電気的に接続されて導通している。
On the
さらに、P型薄膜トランジスタ6のソース領域22に連通したコンタクトホール36には、導電層としての信号線であるソース電極43が積層されて設けられている。このソース電極43は、コンタクトホール36を介してP型薄膜トランジスタ6のソース領域22に電気的に接続されて導通している。また、P型薄膜トランジスタ6のドレイン領域23に連通したコンタクトホール37には、導電層としての信号線であるドレイン電極44が積層されて設けられている。このドレイン電極44は、コンタクトホール37を介してP型薄膜トランジスタ6のドレイン領域23に電気的に接続されて導通されている。
Further, in the
一方、これらN型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6それぞれのソース電極41,43およびドレイン電極42,44上には、これらソース電極41,43およびドレイン電極42,44の間に位置する層間絶縁膜33上を覆うように、絶縁性を有する保護膜としてのパッシベーション膜51が積層されて成膜されている。
On the other hand, on the
そして、このパッシベーション膜51上には、例えばITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)にて構成された透明電極としての図示しない画素電極が積層されている。この画素電極は、図示しないコンタクトホールを介してN型薄膜トランジスタ5あるいはP型薄膜トランジスタ6のドレイン電極42,44に電気的に接続されて導通されている。すなわち、この画素電極は、N型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6のいずれかにて制御されている。さらに、この画素電極上には、この画素電極間のパッシベーション膜51上を覆うように配向膜54が積層されて成膜されている。
On the
一方、アレイ基板2に対向して矩形平板状の対向基板61が配設されている。この対向基板61は、略透明な矩形平板状の絶縁基板としての透光性基板であるガラス基板62を備えている。このガラス基板62のアレイ基板2に対向した側の一主面の略全面には、対向電極63が設けられている。さらに、この対向電極63上の略全面には、配向膜64が積層されて成膜されている。
On the other hand, an opposing
そして、これらアレイ基板2と対向基板61とは、これらアレイ基板2の配向膜54と対向基板61の配向膜64とを対向させた状態で、所定の間隔を介して重ね合わされて図示しないシール材を介して貼り合わされている。ここで、これらアレイ基板2の配向膜54と対向基板61の配向膜64との間の間隙が液晶封止領域65となり、この液晶封止領域65には、液晶素子66が注入されて封止されて光変調層としての液晶層67が介挿されて設けられて液晶表示装置1が構成されている。
The
次に、上記第1の実施の形態のアレイ基板の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the array substrate according to the first embodiment will be described.
まず、図3に示すように、ガラス基板3上の全面に、窒化シリコン(SiN)あるいは酸化シリコン(SiO)を積層してアンダーコート層4を形成する。
First, as shown in FIG. 3, an
そして、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相)法などで、非晶質半導体としての非結晶シリコンである図示しないアモルファスシリコン膜をアンダーコート層4上に成膜する。この後、このアモルファスシリコン膜にエキシマレーザビームを照射してレーザアニールして結晶化させて、このアモルファスシリコン膜を多結晶半導体層としてのポリシリコン膜71にする。
Then, an amorphous silicon film (not shown), which is amorphous silicon as an amorphous semiconductor, is formed on the
次いで、このポリシリコン膜71をフォトリソグラフィにて島状にしてN型薄膜トランジスタ5を構成するポリシリコン層11と、P型薄膜トランジスタ6を構成するポリシリコン層12とのそれぞれを形成する。
Next, the
この後、例えばPE(Plasma Enhanced)−CVD法などで、これらポリシリコン層11,12上に、これらポリシリコン層11,12間に位置するアンダーコート層4上を覆うようにゲート絶縁膜24を成膜する。
Thereafter, a
次いで、このゲート絶縁膜24上の全面に、例えばモリブデン(Mo)あるいはタングステン(W)を成膜して高抵抗導電性膜である高抵抗金属層72を形成する。このとき、この高抵抗金属層72は、モリブデン−タングステン(MoW)や、モリブデン−タンタル(MoTa)などとすることもできる。
Next, for example, molybdenum (Mo) or tungsten (W) is formed on the entire surface of the
さらに、この高抵抗金属層72のP型用ゲート電極27となる部分上に第1レジストマスク73を形成してから、この第1レジストマスク73をマスクとして第1フォトリソグラフィ工程して、P型薄膜トランジスタ6となる側をゲート加工してP型用ゲート電極27を形成する。
Further, a first resist
この後、図4に示すように、このP型用ゲート電極27上から第1レジストマスク73を除去した後、図5に示すように、ゲート絶縁膜24上に、N型薄膜トランジスタ5を構成するポリシリコン層11を覆う第2レジストマスク74を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 4, after removing the first resist
この状態で、この第2レジストマスク74およびP型用ゲート電極27のそれぞれをマスクとして、P型薄膜トランジスタ6を構成するポリシリコン層12のソース領域22およびドレイン領域23となる部分に、例えばP型のドーパントであるジボラン(B2H5)を高濃度にイオンドーピングして注入して高ドーズし、これらソース領域22およびドレイン領域23を形成する。
In this state, using the second resist
次いで、ゲート絶縁膜24上から第2レジストマスク74を除去した後、図6に示すように、このゲート絶縁膜24上の全面に、このゲート絶縁膜24上のP型ゲート電極を覆って、例えばTi/Al/Tiの三層構造をアルミニウム系材料として成膜して低抵抗導電性膜である低抵抗金属層75を形成する。このとき、この低抵抗金属層75としては、アルミニウム層と窒化チタン(TiN)層との積層構造、アルミニウム層の単層などすることもできる。
Next, after the second resist
さらに、この低抵抗金属層75上に、N型薄膜トランジスタ5を構成するN型用ゲート電極25となる部分とゲート配線26となる部分とのそれぞれを覆う第3レジストマスク76を形成する。
Further, a third resist
この状態で、この第3レジストマスク76をマスクとして第3のフォトリソグラフィ工程し、図7に示すように、N型薄膜トランジスタ5となる側をゲート加工してN型用ゲート電極25を形成するとともに、配線加工してゲート配線26を形成する。
In this state, a third photolithography process is performed using the third resist
次いで、これらN型用ゲート電極25およびゲート配線26上から第3のレジストマスク76を除去する。
Next, the third resist
この状態で、N型用ゲート電極25をマスクとして、少なくともN型薄膜トランジスタ5を構成するポリシリコン層11のソース領域14、ドレイン領域15およびLDD領域16,17となる部分に、N型のドーパントであるホスフィン(PH3)を低濃度にイオンドーピングして注入して低ドーズする。
In this state, using the N-
次いで、図8に示すように、ゲート絶縁膜24上に、N型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11のチャネル領域13および各LDD領域16,17となる部分上と、P型薄膜トランジスタ6のポリシリコン層12全体上とのそれぞれを覆う第4レジストマスク77を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, on the
この状態で、この第4レジストマスク77をマスクとして第4フォトリソグラフィ工程し、N型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11のソース領域14およびドレイン領域15となる部分のそれぞれに、ホスフィン(PH3)を高濃度にイオンドーピングして注入して高ドーズし、これらソース領域14およびドレイン領域15を形成する。
In this state, a fourth photolithography process is performed using the fourth resist
このとき、N型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11のソース領域14およびドレイン領域15より内側であって、N型のドーパントにて低ドーズされている領域のそれぞれがLDD領域16,17となり、このポリシリコン層11のLDD領域16,17間に位置しドーズされていない部分がチャネル領域13となる。
At this time, regions which are inside the
この後、ゲート絶縁膜24上から第4レジストマスク77を除去した後に、図9に示すように、このゲート絶縁膜24上に、例えばシリコン酸化物を成膜して、このゲート絶縁膜24上のN型用ゲート電極25、ゲート配線26およびP型用ゲート電極27のそれぞれを覆う層間絶縁膜33を形成する。
Thereafter, after removing the fourth resist
次いで、フォトリソグラフィ工程にて、N型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6それぞれのソース領域14およびドレイン領域15とのそれぞれに、層間絶縁膜33およびゲート絶縁膜24を介して連通するコンタクトホール34,35,36,37のそれぞれを形成する。
Next, in a photolithography process, contact holes 34 and 35 communicating with the
この後、この層間絶縁膜33上に、例えばモリブデン(Mo)とアルミニウム(Al)との積層膜を信号線となる導電層を、各コンタクトホール34,35,36,37のそれぞれを覆うようにスパッタ法にて成膜してからフォトリソグラフィ工程にてエッチングして、N型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6それぞれのソース電極41,43およびドレイン電極42,44をそれぞれ形成する。
Thereafter, on this
さらに、図10に示すように、層間絶縁膜33上の全面にPE−CVD法にて、例えばシリコン窒化膜を成膜して、各ソース電極41,43およびドレイン電極42,44のそれぞれを覆うパッシベーション膜51を形成する。
Further, as shown in FIG. 10, for example, a silicon nitride film is formed on the entire surface of the
続いて、フォトリソグラフィ工程にて、このパッシベーション膜51をエッチングしてN型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6のいずれかのドレイン電極42,44に導通する図示しないコンタクトホールを形成する。
Subsequently, in the photolithography process, the
この後、このコンタクトホールに透明導電膜をスパッタにて成膜した後、この透明導電膜をフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程にて画素8の形状にパターニングして画素電極とする。
Thereafter, after forming a transparent conductive film in the contact hole by sputtering, the transparent conductive film is patterned into the shape of the
さらに、これら画素電極が設けられているパッシベーション膜51上の全面に、これら画素電極を覆う配向膜54を積層させてアレイ基板2とする。
Further, an
ここで、ガラス基板3上にN型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6のそれぞれを形成するアレイ基板2などの従来のデバイスにおいては、このアレイ基板2のガラス基板3上に配線されるゲート配線26を、N型用ゲート電極25およびP型用ゲート電極27と同じ層で形成している。
Here, in a conventional device such as the
このため、配線抵抗を下げることを目的として、このゲート配線26に抵抗値が低いアルミニウム系材料を用いることが本来好ましい。そして、このゲート配線26を構成する材料として、例えばTi/Al/Tiの積層構造などのアルミニウム(Al)系材料を用いると、N型用ゲート電極25およびP型用ゲート電極27のそれぞれもまた、ゲート配線26を構成するアルミニウム系材料にて構成される。
Therefore, it is inherently preferable to use an aluminum-based material having a low resistance value for the
このとき、このP型用ゲート電極27をアルミニウム系材料にて構成した場合には、実験的に、P型薄膜トランジスタ6の閾値電圧(Vth)がマイナス(−)側に、例えば−1Vから−2V程度大きくシフトしてしまうおそれがあり、このP型薄膜トランジスタ6のスイッチングのタイミングが遅くなってしまうおそれがある。
At this time, when the P-
すなわち、このP型用ゲート電極27として、例えばTi/Al/Tiの積層構造を用いた場合には、このP型用ゲート電極27のアルミニウム層下に積層されているチタン層中のチタン(Ti)材料が水素(H)吸蔵合金であることから、ポリシリコン層12中の水素を減少させてしまうおそれがあると考えられる。
That is, for example, when a Ti / Al / Ti laminated structure is used as the P-
このことから、このポリシリコン層12中の水素が減少した部分で、この水素の挙動が影響されてしまい、この水素が減少した部分の原子が共有結合の相手を失い、結合に関与しない不対電子で占められた結合手である、いわゆるダングリングボンドなどの欠陥が発生するおそれがある。この結果、P型薄膜トランジスタ6の閾値電圧が不安定となるため、これらP型薄膜トランジスタ6の閾値電圧の制御が容易ではない。
From this, the behavior of the hydrogen is affected at the portion of the
そこで、上記第1の実施の形態のように、N型薄膜トランジスタ5のN型用ゲート電極25と、ゲート配線26と、P型薄膜トランジスタ6のP型用ゲート電極27とを構成する金属材料を異ならせる構成とした。その構成として、P型用ゲート電極27に用いる金属材料の抵抗値より抵抗値が小さな金属材料をN型用ゲート電極25およびゲート配線26に用いた。
Therefore, as in the first embodiment, the metal materials constituting the N-
具体的には、これらN型用ゲート電極25およびゲート配線26に、例えばTi/Ai/Tiの三層構造やAl/TiNの積層構造などの、少なくともアルミニウム系材料を用い、P型用ゲート電極27に、例えばモリブデン(Mo)、タングステン(W)あるいはタンタル(Ta)などのアルミニウム系材料以外の、これらアルミニウム系材料より抵抗値が大きな材料を用いる構成とした。
Specifically, at least an aluminum-based material such as a three-layer structure of Ti / Ai / Ti or a laminated structure of Al / TiN is used for the N-
この結果、ゲート配線26およびN型用ゲート電極25の引き回し抵抗を低くすることを目的として、これらゲート配線26およびN型用ゲート電極25としてアルミニウム系の比較的抵抗値が小さな低抵抗材料を用いることができつつ、P型用ゲート電極27にアルミニウム系の材料を用いなくて済む。
As a result, for the purpose of reducing the routing resistance of the
したがって、N型用ゲート電極25の低抵抗性を維持してN型薄膜トランジスタ5の閾値電圧の安定性を維持しながら、P型薄膜トランジスタ6の閾値電圧が変動しにくくできるので、閾値電圧が安定したP型薄膜トランジスタ6を有するアレイ基板2を製造できる。
Therefore, the threshold voltage of the P-type thin film transistor 6 can be made difficult to vary while maintaining the low resistance of the N-
さらに、実験的にP型薄膜トランジスタ6より閾値電圧が変動しにくいN型薄膜トランジスタ5のN型用ゲート電極25として、ゲート配線26と同じ材料を用いることで、このゲート配線26自体の低抵抗性を維持できるとともに、これらN型用ゲート電極25とゲート配線26とを同一材料で同一工程にて同時に一体的に形成できる。
Further, by using the same material as the
このため、これらN型用ゲート電極25とゲート配線26とを電気的かつ機械的に接触させて接続させる作業および工程が不要となり、これらN型用ゲート電極25とP型用ゲート電極27とを繋ぐゲート配線26の接続点を減少できる。よって、アレイ基板2の製造に必要なフォトリソグラフィ工程を大幅に増加させることなく、閾値電圧が安定したN型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6を有するアレイ基板2を製造できる。
For this reason, the operation and the process of connecting the N-
すなわち、図17に示す比較例のように、N型用ゲート電極25およびP型用ゲート電極27としてモリブデン(Mo)系やタングステン(W)系の材料を用い、ゲート配線26にアルミニウム(Al)材料を用いた場合には、フォトリソグラフィ工程での位置合わせを容易にするために、これらゲート配線26とN型用ゲート電極25およびP型用ゲート電極27との接続部分を太い継ぎ部分にする必要がある。
That is, as in the comparative example shown in FIG. 17, molybdenum (Mo) or tungsten (W) materials are used as the N-
このため、これらゲート配線26、N型用ゲート電極25およびP型用ゲート電極27のそれぞれに太い継ぎ部分を数多く形成する必要があることから、これらゲート配線26、N型用ゲート電極25およびP型用ゲート電極27にて構成された回路をガラス基板3上に詰め込みにくい。
For this reason, since it is necessary to form a large number of thick joints in each of the
さらに、P型用ゲート電極27の他端側27bを、このP型用ゲート電極27の一端側27aの幅寸法より一辺の長さ寸法が大きな平面視正方形状に拡幅させた。この結果、このP型用ゲート電極27の他端側27b上に直接積層されるゲート配線26の他端側26bと、P型用ゲート電極27の他端側27bとの間の電気的および機械的な接触をより確実にできる。したがって、これらP型用ゲート電極27の他端側27bとゲート配線26の他端側26bとの間の電気的かつ機械的な直接接続をより確実にでき、これらP型用ゲート電極27の他端側27bとゲート配線26の他端側26bとの導電性をより確実にできる。
Further, the
次に、本発明の第2の実施の形態のアレイ基板の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the array substrate according to the second embodiment of the present invention will be described.
この第2の実施の形態は、P型薄膜トランジスタ6をN型薄膜トランジスタ5より先に形成する上記第1の実施の形態とは逆に、N型薄膜トランジスタ5をP型薄膜トランジスタ6より先に形成するものである。
In the second embodiment, the N-type
まず、図11に示すように、ガラス基板3上にアンダーコート層4が形成され、このアンダーコート層4上に島状の各ポリシリコン層11,12が形成され、これらポリシリコン層11,12上に積層されたゲート絶縁膜24上のN型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11のチャネル領域13およびLDD領域16,17となる部分上と、P型薄膜トランジスタ6のポリシリコン層12全体上とのそれぞれに第1レジストマスク73を形成する。
First, as shown in FIG. 11, an
この状態で、この第1レジストマスク73をマスクとして第1フォトリソグラフィ工程し、N型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11のソース領域14およびドレイン領域15となる部分のそれぞれにN型のドーパントを高ドーズして、ソース領域14およびドレイン領域15を形成する。
In this state, a first photolithography process is performed using the first resist
このとき、N型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6に隣接して、いわゆるMIM(Metal-Insulator-Metal:金属−絶縁体−金属)構造の図示しない画素容量(Cs)を形成する場合には、この画素容量のポリシリコン層も同時にN型のドーパントを高ドーズする。
At this time, when a pixel capacitor (Cs) (not shown) having a so-called MIM (Metal-Insulator-Metal) structure is formed adjacent to the N-type
次いで、ゲート絶縁膜24上の全面に、アルミニウム系材料として、例えばTi/Al/Tiの三層構造を成膜して第1導電性膜としての低抵抗金属層75を形成する。
Next, a three-layer structure of, for example, Ti / Al / Ti is formed as an aluminum material on the entire surface of the
この後、図12に示すように、この低抵抗金属層75上に、N型用ゲート電極25となる部分とゲート配線26となる部分とのそれぞれを覆う第2レジストマスク74を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 12, a second resist
この状態で、この第2レジストマスク74をマスクとして第2フォトリソグラフィ工程し、図13に示すように、N型薄膜トランジスタ5となる側をゲート加工してN型用ゲート電極25を形成するとともに、配線加工してゲート配線26を形成する。
In this state, a second photolithography process is performed using the second resist
次いで、これらN型用ゲート電極25およびゲート配線26上から第2レジストマスク74を除去する。
Next, the second resist
さらに、図14に示すように、ゲート絶縁膜24上の全面に、例えばモリブデン(Mo)あるいはタングステン(W)を成膜して第2導電性膜としての高抵抗金属層72を形成してから、この高抵抗金属層72のP型用ゲート電極27となる部分上に第3レジストマスク76を形成する。
Further, as shown in FIG. 14, for example, molybdenum (Mo) or tungsten (W) is formed on the entire surface of the
この状態で、この第3レジストマスク76をマスクとして第3フォトリソグラフィ工程し、図15に示すように、P型薄膜トランジスタ6となる側をゲート加工してP型用ゲート電極27を形成する。
In this state, a third photolithography process is performed using the third resist
次いで、N型用ゲート電極25をマスクとして、少なくともN型薄膜トランジスタ5を構成するポリシリコン層11のソース領域14、ドレイン領域15およびLDD領域16,17となる部分にN型のドーパントを低ドーズして、N型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11のLDD領域16,17を形成する。
Next, using the N-
この後、図16に示すように、ゲート絶縁膜24上に、N型薄膜トランジスタ5のポリシリコン層11全体を覆う第4レジストマスク77を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 16, a fourth resist
この状態で、この第4レジストマスク77およびP型用ゲート電極27をマスクとして、P型薄膜トランジスタ6のポリシリコン層12のソース領域22およびドレイン領域23となる部分にP型のドーパントを高ドーズして、ソース領域22およびドレイン領域23をそれぞれ形成する。
In this state, using the fourth resist
さらに、ゲート絶縁膜24上から第4レジストマスク77を除去した後、図1に示すように、このゲート絶縁膜24上に層間絶縁膜33を形成してから、この層間絶縁膜33およびゲート絶縁膜24にコンタクトホール34,35,36,37を形成する。
Further, after removing the fourth resist
そして、これらコンタクトホール34,35,36,37にN型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6のソース電極41,43およびドレイン電極42,44をそれぞれ形成してから、層間絶縁膜33上の全面にパッシベーション膜51を形成する。
Then, the
次いで、このパッシベーション膜51にコンタクトホールを形成してから、このコンタクトホールに画素電極を形成した後に、これら画素電極が設けられているパッシベーション膜51上の全面に配向膜54を積層させてアレイ基板2とする。
Next, after forming a contact hole in the
上述のように、上記第2の実施の形態によれば、N型薄膜トランジスタ5をP型薄膜トランジスタ6より先に形成しても、N型用ゲート電極25およびゲート配線26にアルミニウム系材料を用い、P型用ゲート電極27にアルミニウム系材料より抵抗値が大きな材料を用いることができる。
As described above, according to the second embodiment, even if the N-type
したがって、ゲート配線26にアルミニウム系の比較的抵抗値が小さな低抵抗材料を用いることができ、P型用ゲート電極27にアルミニウム系の材料を用いなくて済むとともに、N型用ゲート電極25としてゲート配線26と同じ材料を用いることができるから、上記第1の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
Therefore, an aluminum-based low-resistance material having a relatively small resistance value can be used for the
なお、上記各実施の形態では、高抵抗金属層72として、モリブデン(Mo)を含んだ合金、すなわち、モリブデン−タングステン(MoW)およびモリブデン−タンタル(MoTa)のいずれかで構成することもできる。また、低抵抗金属層75として、アルミニウム(Al)を含んだ合金、すなわちアルミニウム(Al)およびアルミニウム−銅(AlCu)の少なくともいずれか一方と、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)および窒化チタン(TiN)の少なくともいずれかとの積層膜にて構成することもできる。
In each of the above embodiments, the high-
また、アレイ基板2上のN型用ゲート電極25ではなく、このアレイ基板2上のP型用ゲート電極27の他端側27bを一体的に延出させて伸ばしてゲート配線26とし、このゲート配線26の他端側26bをN型用ゲート電極25の他端側25bに電気的かつ機械的に直線接触させる構成としても、これらゲート配線26とN型用ゲート電極25およびP型用ゲート電極27との接続点を減少できる。
Further, not the N-
さらに、液晶表示装置1のアレイ基板2あるいは対向基板61に、光の三原色に対応したR(Red),G(Green),B(Blue)のカラーフィルタ層をアレイ基板2上の各画素8に対応させて形成して、カラー表示可能な液晶表示装置1にも対応させて用いることができる。
Further, R (Red), G (Green), and B (Blue) color filter layers corresponding to the three primary colors of light are applied to each
また、N型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6をスイッチング素子とした液晶表示装置1について説明したが、これらN型薄膜トランジスタ5およびP型薄膜トランジスタ6を用いた液晶表示装置1以外の、例えばエレクトロルミネッセンス(EL)表示装置などの平面表示装置や、その他の種々の半導体装置であっても対応させて用いることができる。
Further, the liquid
2 薄膜トランジスタ装置としてのアレイ基板
5 N型薄膜トランジスタ
6 P型薄膜トランジスタ
11 第1活性部としてのポリシリコン層
12 第2活性部としてのポリシリコン層
13 チャネル領域
14 ソース領域
15 ドレイン領域
21 第2活性部としてのチャネル領域
22 ソース領域
23 ドレイン領域
25 第1ゲート電極としてのN型用ゲート電極
27 第2ゲート電極としてのP型用ゲート電極
72 導電性膜としての第2導電性膜である高抵抗金属層
75 導電性膜としての第1導電性膜である低抵抗金属層
2 Array substrate as thin film transistor device 5 N type thin film transistor 6 P type thin film transistor
11 Polysilicon layer as the first active part
12 Polysilicon layer as second active part
13 channel region
14 Source area
15 Drain region
21 Channel region as second active part
22 Source area
23 Drain region
25 N-type gate electrode as first gate electrode
27 P-type gate electrode as second gate electrode
72 High resistance metal layer as second conductive film as conductive film
75 Low resistance metal layer as the first conductive film as the conductive film
Claims (6)
チャネル領域とこのチャネル領域に接続されたソース領域およびドレイン領域とを有し多結晶シリコンにて構成された第2活性部、およびこの第2活性部のチャネル領域に離間対向して位置し前記第1ゲート電極の抵抗値より高い抵抗値を有する第2ゲート電極を備えたP型薄膜トランジスタと
を具備したことを特徴とした薄膜トランジスタ装置。 A first active portion having a channel region and a source region and a drain region connected to the channel region and made of polycrystalline silicon, and a first active portion that is positioned facing and spaced apart from the channel region of the first active portion An N-type thin film transistor provided with a gate electrode;
A second active portion having a channel region and a source region and a drain region connected to the channel region, and made of polycrystalline silicon; and the second active portion located opposite to the channel region of the second active portion. A thin film transistor device comprising: a P-type thin film transistor including a second gate electrode having a resistance value higher than a resistance value of one gate electrode.
ことを特徴とした請求項1記載の薄膜トランジスタ装置。 The thin film transistor device according to claim 1, wherein the first gate electrode and the second gate electrode are provided in electrical and physical contact.
ことを特徴とした請求項1または2記載の薄膜トランジスタ装置。 The thin film transistor device according to claim 1, wherein the first gate electrode is made of a material containing aluminum (Al).
ことを特徴とした請求項1ないし3いずれか記載の薄膜トランジスタ装置。 The thin film transistor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the second gate electrode is formed of a material containing at least one of molybdenum (Mo) and tungsten (W).
チャネル領域とこのチャネル領域に接続されたソース領域およびドレイン領域とを有し多結晶シリコンにて構成された第2活性部、およびこの第2活性部のチャネル領域に離間対向して位置し前記第1ゲート電極の抵抗値より高い抵抗値を有する第2ゲート電極を備えたP型薄膜トランジスタとを具備した薄膜トランジスタ装置の製造方法であって、
前記第1活性部および第2活性部を設け、
少なくとも前記第2活性部のチャネル領域上に導電性膜を形成して前記第2ゲート電極を設け、
前記導電性膜より抵抗値が低い第1導電性膜を、少なくとも前記第1活性部のチャネル領域上に、前記第2ゲート電極に電気的かつ物理的に接触させて形成して前記第1ゲート電極を設ける
ことを特徴とする薄膜トランジスタ装置の製造方法。 A first active portion having a channel region and a source region and a drain region connected to the channel region and made of polycrystalline silicon, and a first active portion that is positioned facing and spaced apart from the channel region of the first active portion An N-type thin film transistor provided with a gate electrode;
A second active portion having a channel region and a source region and a drain region connected to the channel region, and made of polycrystalline silicon; and the second active portion located opposite to the channel region of the second active portion. A method of manufacturing a thin film transistor device including a P-type thin film transistor including a second gate electrode having a resistance value higher than the resistance value of one gate electrode,
Providing the first active part and the second active part;
Forming a conductive film on at least the channel region of the second active portion to provide the second gate electrode;
A first conductive film having a resistance value lower than that of the conductive film is formed on at least the channel region of the first active portion by being in electrical and physical contact with the second gate electrode. An electrode is provided. A method of manufacturing a thin film transistor device.
チャネル領域とこのチャネル領域に接続されたソース領域およびドレイン領域とを有し多結晶シリコンにて構成された第2活性部、およびこの第2活性部のチャネル領域に離間対向して位置し前記第1ゲート電極の抵抗値より高い抵抗値を有する第2ゲート電極を備えたP型薄膜トランジスタとを具備した薄膜トランジスタ装置の製造方法であって、
前記第1活性部および第2活性部を設け、
少なくとも前記第1活性部のチャネル領域上に導電性膜を形成して前記第1ゲート電極を設け、
前記導電性膜より抵抗値が高い第2導電性膜を少なくとも前記第2活性部のチャネル領域上に前記第1ゲート電極に電気的かつ物理的に接触させて形成して前記第2ゲート電極を設ける
ことを特徴とする薄膜トランジスタ装置の製造方法。 A first active portion having a channel region and a source region and a drain region connected to the channel region and made of polycrystalline silicon, and a first active portion that is positioned facing and spaced apart from the channel region of the first active portion An N-type thin film transistor provided with a gate electrode;
A second active portion having a channel region and a source region and a drain region connected to the channel region, and made of polycrystalline silicon; and the second active portion located opposite to the channel region of the second active portion. A method of manufacturing a thin film transistor device including a P-type thin film transistor including a second gate electrode having a resistance value higher than the resistance value of one gate electrode,
Providing the first active part and the second active part;
Forming a conductive film on at least the channel region of the first active portion to provide the first gate electrode;
A second conductive film having a higher resistance value than the conductive film is formed on at least the channel region of the second active portion in electrical and physical contact with the first gate electrode to form the second gate electrode. A method of manufacturing a thin film transistor device, comprising: providing a thin film transistor device.
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WO2017020362A1 (en) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | 深圳市华星光电技术有限公司 | Tft substrate and manufacturing method thereof |
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2006
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