JP2008027981A - Thin film transistor, its manufacturing method, semiconductor device and display unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタ、その製造方法、半導体装置及び表示装置に関する。より詳しくは、画素のスイッチング素子等として好適に用いられる薄膜トランジスタ、その製造方法、半導体装置及び表示装置に関するものである。 The present invention relates to a thin film transistor, a method for manufacturing the same, a semiconductor device, and a display device. More specifically, the present invention relates to a thin film transistor suitably used as a switching element of a pixel, a manufacturing method thereof, a semiconductor device, and a display device.
液晶表示装置は、薄型・軽量・低消費電力といった特長を活かし、幅広い分野で利用されている。例えば、アクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置は、薄膜トランジスタ(以下、「TFT」ともいう。)等のスイッチング素子が画素毎に設けられており、スイッチング素子がオンになると駆動電圧が画素に書き込まれ、スイッチング素子がオフになった後も保持容量素子によって駆動電圧は保持されるものであり、クロストークが少ない鮮明な画像を提供することができる。したがって、パーソナルコンピュータ(PC)、携帯電話、携帯情報端末(PDA)等のモバイル情報機器及びカーナビゲーション等のディスプレイ装置として多用されている。 Liquid crystal display devices are used in a wide range of fields, taking advantage of their thinness, light weight, and low power consumption. For example, in an active matrix liquid crystal display device, a switching element such as a thin film transistor (hereinafter also referred to as “TFT”) is provided for each pixel, and when the switching element is turned on, a driving voltage is written to the pixel. Even after the switching element is turned off, the driving voltage is held by the holding capacitor element, and a clear image with little crosstalk can be provided. Therefore, it is widely used as a mobile information device such as a personal computer (PC), a mobile phone, and a personal digital assistant (PDA), and a display device such as a car navigation.
ところで、画素のスイッチング素子等としてトップゲート構造を有するTFTを形成する場合、ゲート絶縁膜の段差被覆性(ステップカバレージ)を確保し、高い絶縁耐圧を得るために、ゲート絶縁膜の下に設けられる半導体層の端部にテーパ(傾斜)が付けられることがある。例えば、端部のテーパ角(断面形状における側面の傾斜角度)が10〜45°であるチャネル層(半導体層)と、チャネル層上に形成され、チャネル層と交差するゲート電極と、ゲート電極の両側のチャネル層に形成されたソース/ドレイン領域とを有するTFTの構成が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 By the way, when a TFT having a top gate structure is formed as a pixel switching element or the like, it is provided under the gate insulating film in order to ensure the step coverage of the gate insulating film and to obtain a high withstand voltage. The end of the semiconductor layer may be tapered (inclined). For example, a channel layer (semiconductor layer) having a taper angle (side surface inclination angle in a cross-sectional shape) of 10 to 45 °, a gate electrode formed on the channel layer and intersecting the channel layer, A structure of a TFT having source / drain regions formed in channel layers on both sides is disclosed (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、このようなTFTによれば、チャネル層にホウ素やリン等の不純物イオンをドープしたときに、チャネル層の端部における単位面積当たりのドーピング量がチャネル層の中央部における単位面積当たりのドーピング量よりも小さくなるため、チャネル層の端部には、チャネル層の中央部よりも小さい閾値でオンになる寄生トランジスタが発生し、その結果、オフ電流が大きくなってしまうという点で改善の余地があった。 However, according to such a TFT, when the channel layer is doped with impurity ions such as boron and phosphorus, the doping amount per unit area at the end of the channel layer is equal to the doping per unit area at the center of the channel layer. Therefore, there is room for improvement in that a parasitic transistor that is turned on at a threshold value smaller than that of the central portion of the channel layer is generated at the end portion of the channel layer, and as a result, the off-current is increased. was there.
このように半導体層の端部に形成したテーパ(傾斜)により、寄生トランジスタが発生することは、例えば特許文献2の中でも説明されている。したがって、寄生トランジスタの発生を抑制するとともに、高い絶縁耐圧を有するTFTが求められていた。
The generation of a parasitic transistor due to the taper (inclination) formed at the end of the semiconductor layer is described in
これに対し、オフ電流の低減、及び、絶縁耐圧の高耐圧化を図るための半導体装置として、半導体島とゲート電極との間の距離が半導体島の中央部より半導体島の周辺部で長い薄膜トランジスタが設けられた半導体装置が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。しかしながら、特許文献3の半導体装置によれば、薄膜トランジスタの高性能化を図ろうとした場合に、ゲート絶縁耐圧劣化が起こりやすくなり、信頼性の面で充分でないという点で改善の余地があった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、寄生トランジスタの発生を抑制することができ、高性能化を図ることができ、かつゲート絶縁耐圧劣化を抑制することで高信頼性を得ることができる薄膜トランジスタ、その製造方法、半導体装置及び表示装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above situation, and can suppress the generation of parasitic transistors, improve performance, and obtain high reliability by suppressing deterioration of gate dielectric breakdown voltage. It is an object of the present invention to provide a thin film transistor, a manufacturing method thereof, a semiconductor device, and a display device.
本発明者は、寄生トランジスタの発生を抑制することができ、高性能化を図ることができ、かつゲート絶縁耐圧劣化を抑制することで高信頼性を得ることができる薄膜トランジスタについて種々検討したところ、まず、ゲート絶縁膜のうち、チャネル部の端部と重なる部分の膜厚がチャネル部の中央部と重なる部分の膜厚よりも大きい構成によれば、チャネル部の端部と重なる部分の膜厚が薄くなることによる寄生トランジスタの発生を抑制し、オフ電流を低減することができることに着目した。なお、ゲート絶縁膜が2以上の絶縁膜を積層した構造を有する場合には、ゲート絶縁膜を構成する絶縁材料として酸化シリコン以外の絶縁材料が用いられることが多く、このような場合には、ゲート絶縁膜のうち、チャネル部の端部と重なる部分の物理的な膜厚ではなく、該部分の酸化シリコン換算膜厚が寄生トランジスタの発生に関係する。したがって、寄生トランジスタの発生を抑制するためには、ゲート絶縁膜のうち、チャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚を、チャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きくすることが重要であることを見いだした。 The present inventor has conducted various studies on thin film transistors that can suppress the generation of parasitic transistors, achieve high performance, and can obtain high reliability by suppressing deterioration of gate dielectric breakdown voltage. First, in the gate insulating film, according to the configuration in which the film thickness of the part overlapping the end part of the channel part is larger than the film thickness of the part overlapping the central part of the channel part, the film thickness of the part overlapping the end part of the channel part Focusing on the fact that the generation of parasitic transistors due to the decrease in thickness can be suppressed and the off-current can be reduced. Note that in the case where the gate insulating film has a structure in which two or more insulating films are stacked, an insulating material other than silicon oxide is often used as an insulating material constituting the gate insulating film. Of the gate insulating film, not the physical thickness of the portion overlapping the end of the channel portion, but the equivalent silicon oxide thickness of the portion is related to the generation of the parasitic transistor. Therefore, in order to suppress the occurrence of the parasitic transistor, the equivalent silicon oxide thickness of the portion of the gate insulating film that overlaps the end of the channel portion is more than the equivalent oxide thickness of the portion that overlaps the central portion of the channel portion. I found that it is important to make it bigger.
また、薄膜トランジスタを高性能化するためには、ゲート絶縁膜のうち、チャネル部と重なる部分の膜厚を小さくする必要があり、更に検討したところ、ゲート絶縁膜が2以上の絶縁膜を積層した構造を有する場合には、ゲート絶縁膜のうち、半導体層側に配置され、チャネル部と界面を形成する絶縁膜(以下「下側ゲート絶縁膜」ともいう。)の膜厚及び膜質が重要であることを見いだした。したがって、ゲート絶縁膜のうち、チャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚を、チャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きくしても、特許文献3の半導体装置のように、チャネル部の端部が垂直に形成されていると、薄膜トランジスタの高性能化を図るべく下側ゲート絶縁膜の膜厚を小さくしたときに、チャネル部の端部と重なる領域で、下側ゲート絶縁膜の段切れが起こりやすくなり、その結果、ゲート絶縁耐圧劣化が起こりやすくなり、信頼性の面で充分でないことを本発明者は見いだした。
In addition, in order to improve the performance of a thin film transistor, it is necessary to reduce the film thickness of a portion of the gate insulating film that overlaps with the channel portion. Further examination has revealed that the gate insulating film is formed by stacking two or more insulating films. In the case of having a structure, the film thickness and film quality of an insulating film (hereinafter also referred to as a “lower gate insulating film”) that is disposed on the semiconductor layer side and forms an interface with the channel portion are important. I found something. Therefore, even if the silicon oxide equivalent film thickness of the portion overlapping the end portion of the channel portion in the gate insulating film is larger than the silicon oxide equivalent film thickness of the portion overlapping the central portion of the channel portion, the semiconductor of
他方、半導体層のうち、チャネル部の端部が傾斜している場合には、チャネル部にホウ素やリン等の不純物イオンをドープしたときに、不純物イオンの単位面積当たりのドーピング量がチャネル部の中央部よりも端部で小さくなるため、チャネル部の端部には、チャネル部の中央部よりも小さい閾値でオンになる寄生トランジスタが発生するおそれがあることが知られている。 On the other hand, when the end of the channel portion of the semiconductor layer is inclined, when the channel portion is doped with impurity ions such as boron and phosphorus, the doping amount of impurity ions per unit area is It is known that a parasitic transistor that is turned on at a threshold value smaller than that of the central portion of the channel portion may be generated at the end portion of the channel portion because it becomes smaller at the end portion than the central portion.
しかしながら、本発明者は、半導体層のうち、チャネル部の端部を傾斜させることにより、ゲート絶縁膜が2以上の絶縁膜を積層した構造を有する場合でも、下側ゲート絶縁膜の段差被覆性(ステップカバレージ)を向上させることができるため、下側ゲート絶縁膜の膜厚を小さくすることで薄膜トランジスタの高性能化を図ることができることを見いだした。また、これによれば、特許文献3の半導体装置のようにチャネル部の端部が垂直に形成されている場合と比べて、ゲート絶縁膜全体の段差被覆性も向上させることができるため、ゲート絶縁耐圧劣化を抑制することができる結果、高信頼性を得ることができることを見いだした。更に、ゲート絶縁膜のうち、チャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚を、チャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きくしているため、不純物イオンの単位面積当たりのドーピング量がチャネル部の中央部よりもチャネル部の端部で小さくなることによる寄生トランジスタの発生も抑制することができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
However, the present inventor has disclosed that the step coverage of the lower gate insulating film is improved even when the gate insulating film has a structure in which two or more insulating films are stacked by inclining the end of the channel portion of the semiconductor layer. (Step coverage) can be improved, and it has been found that the performance of the thin film transistor can be improved by reducing the thickness of the lower gate insulating film. Further, according to this, since the step coverage of the entire gate insulating film can be improved as compared with the case where the end of the channel portion is formed vertically as in the semiconductor device of
すなわち、本発明は、ゲート絶縁膜を挟んで半導体層とゲート電極とが交差配置された構造を有する薄膜トランジスタであって、上記半導体層は、チャネル部の端部が傾斜しており、上記ゲート絶縁膜は、チャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚が、チャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きい薄膜トランジスタである。
以下、本発明を詳述する。
That is, the present invention is a thin film transistor having a structure in which a semiconductor layer and a gate electrode are arranged to cross each other with a gate insulating film interposed therebetween, and the semiconductor layer has an inclined end portion of a channel portion, and the gate insulating film The film is a thin film transistor in which a silicon oxide equivalent film thickness in a portion overlapping with the end portion of the channel portion is larger than a silicon oxide equivalent film thickness in a portion overlapping with the central portion of the channel portion.
The present invention is described in detail below.
本発明の薄膜トランジスタは、ゲート絶縁膜を挟んで半導体層とゲート電極とが交差配置された構造を有するものである。ゲート絶縁膜の材質としては、特に限定されず、例えば、酸化シリコン(SiO2)、SiO2よりも誘電率が低い材料として、SiOF、SiOC等、SiO2よりも誘電率が高い材料として、四窒化三ケイ素(Si3N4)等の窒化シリコン(SiNx(xは正数))、シリコンオキシナイトライド(SiNO)、二酸化チタン(TiO2)、三酸化二アルミニウム(Al2O3)、五酸化二タンタル(Ta2O5)等の酸化タンタル、二酸化ハフニウム(HfO2)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)等が挙げられる。ゲート電極の材質としては、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)等の高融点金属、高融点金属の窒化物等を含んだ化合物等が用いられる。半導体層の材質としては、廉価性及び量産性の観点から、シリコンが好ましく、高移動度を実現する観点から、ポリシリコン、連続粒界結晶(CG)シリコン等がより好ましい。 The thin film transistor of the present invention has a structure in which a semiconductor layer and a gate electrode are arranged to cross each other with a gate insulating film interposed therebetween. The material of the gate insulating film is not particularly limited. For example, as a material having a dielectric constant lower than that of silicon oxide (SiO 2 ) or SiO 2 , a material having a dielectric constant higher than that of SiO 2 such as SiOF or SiOC can be used. Silicon nitride such as trisilicon nitride (Si 3 N 4 ) (SiN x (x is a positive number)), silicon oxynitride (SiNO), titanium dioxide (TiO 2 ), dialuminum trioxide (Al 2 O 3 ), Examples thereof include tantalum oxide such as tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), hafnium dioxide (HfO 2 ), and zirconium dioxide (ZrO 2 ). As the material of the gate electrode, a refractory metal such as tantalum (Ta), tungsten (W), molybdenum (Mo), or a compound containing a refractory metal nitride or the like is used. As a material for the semiconductor layer, silicon is preferable from the viewpoint of low cost and mass productivity, and polysilicon, continuous grain boundary crystal (CG) silicon, and the like are more preferable from the viewpoint of realizing high mobility.
本明細書で「交差配置」とは、一方が他方を横切るように配置された状態をいう。本発明の薄膜トランジスタにおいて、半導体層の端部は、1つ以上存在し、例えば平面視したときの半導体層の形状が四角形である場合には4つ存在するが、ゲート電極は、半導体層の端部の少なくとも一つを横切るように配置されていればよく、好ましくは、半導体層の対向する2つの端部を横切り、平面視したときにゲート電極と半導体層とが十字を描いている形態である。本発明の薄膜トランジスタは、上記半導体層、ゲート絶縁膜及びゲート電極を構成要素として有するものである限り、その他の構成要素を有していても有さなくてもよく、特に限定されない。上記薄膜トランジスタは、例えば、絶縁基板上や基板上に設けられた絶縁膜上に上述の積層構造を有していてもよい。また、本発明の薄膜トランジスタは、トップゲート構造を有していてもよく、デュアルゲート構造を有していてもよく、ボトムゲート構造を有していてもよい。 In this specification, “intersection arrangement” means a state in which one is arranged to cross the other. In the thin film transistor of the present invention, there are one or more end portions of the semiconductor layer. For example, when the shape of the semiconductor layer when viewed in plan is a quadrangle, there are four end portions. The gate electrode and the semiconductor layer may be arranged so as to cross at least one of the portions, and preferably in a form in which the gate electrode and the semiconductor layer draw a cross when viewed from above across two opposite ends of the semiconductor layer. is there. The thin film transistor of the present invention is not particularly limited as long as it has the semiconductor layer, the gate insulating film, and the gate electrode as constituent elements, and may or may not have other constituent elements. The thin film transistor may have, for example, the above laminated structure on an insulating substrate or an insulating film provided on the substrate. The thin film transistor of the present invention may have a top gate structure, may have a dual gate structure, or may have a bottom gate structure.
上記半導体層は、チャネル部の端部が傾斜している。本明細書で「チャネル部」とは、半導体層のうち、ゲート電極と重なる部分をいう。これによれば、ゲート絶縁膜全体の段差被覆性を向上させることができる。その結果、ゲート絶縁耐圧劣化を抑制することができ、信頼性を向上させることができる。また、ゲート絶縁膜が2以上の絶縁膜を積層した構造を有する場合であっても、下側ゲート絶縁膜の段差被覆性を向上させることができるため、薄膜トランジスタの高性能化を図ることができる。 In the semiconductor layer, the end of the channel portion is inclined. In this specification, the “channel portion” refers to a portion of the semiconductor layer that overlaps with the gate electrode. According to this, the step coverage of the entire gate insulating film can be improved. As a result, gate dielectric breakdown voltage deterioration can be suppressed and reliability can be improved. In addition, even when the gate insulating film has a structure in which two or more insulating films are stacked, the step coverage of the lower gate insulating film can be improved, so that high performance of the thin film transistor can be achieved. .
上記半導体層は、通常は、チャネル部の中央部を構成する上面の断面形状が略水平であり、チャネル部の端部を構成する側面の断面形状が順テーパ状である。本明細書で「上面の断面形状が略水平」とは、上面が、チャネル部を構成する下面や絶縁基板を構成する上面と略平行な状態をいう。「略平行な状態」とは、完全に平行な状態のみならず、完全に平行な状態と同視できる範囲で平行でない状態も含むものである。「傾斜」及び「順テーパ状」とはそれぞれ、テーパ角(断面形状の基板面に対する傾斜角度)が「略水平」な状態よりも大きく、90°未満である状態及び形状をいう。本発明において、チャネル部の端部のテーパ角は、30〜70°であることが好ましい。30°未満であると、薄膜トランジスタのサイズが大きくなりすぎるおそれがあり、70°を超えると、ゲート絶縁耐圧劣化が起こり、充分な信頼性が得られなくなるおそれがある。 In the semiconductor layer, generally, the cross-sectional shape of the upper surface constituting the central portion of the channel portion is substantially horizontal, and the cross-sectional shape of the side surface constituting the end portion of the channel portion is a forward tapered shape. In this specification, “the cross-sectional shape of the upper surface is substantially horizontal” refers to a state in which the upper surface is substantially parallel to the lower surface constituting the channel portion and the upper surface constituting the insulating substrate. The “substantially parallel state” includes not only a completely parallel state but also a state that is not parallel within a range that can be equated with a completely parallel state. “Inclined” and “forward tapered shape” refer to a state and shape in which the taper angle (inclination angle with respect to the substrate surface of the cross-sectional shape) is larger than the “substantially horizontal” state and less than 90 °, respectively. In the present invention, the taper angle of the end portion of the channel portion is preferably 30 to 70 °. If it is less than 30 °, the size of the thin film transistor may be too large, and if it exceeds 70 °, the gate dielectric breakdown voltage may be deteriorated, and sufficient reliability may not be obtained.
上記ゲート絶縁膜は、チャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚が、チャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きい。これによれば、酸化シリコン換算膜厚がチャネル部の中央部よりもチャネル部の端部で小さくなることや、チャネル部にホウ素やリン等の不純物イオンをドープしたときに不純物イオンの単位面積当たりのドーピング量がチャネル部の中央部よりもチャネル部の端部で小さくなることにより、チャネル部の中央部よりも小さい閾値でオンになるトランジスタ(寄生トランジスタ)がチャネル部の端部に発生するのを抑制することができるため、オフ電流を低減することができる。一般的には、寄生トランジスタの発生を抑制する効果を得ようとすると、ゲート絶縁耐圧劣化を抑制する効果が得られなくなることが多く、ゲート絶縁耐圧劣化を抑制する効果を得ようとすると、寄生トランジスタの発生を抑制する効果が得られなくなることが多い。これらに対し、本発明の薄膜トランジスタは、両方の効果を奏することができるという点で好適である。 The gate insulating film has a silicon oxide equivalent film thickness in a portion overlapping with the end portion of the channel portion, and a silicon oxide equivalent film thickness in a portion overlapping with the central portion of the channel portion. According to this, the equivalent silicon oxide film thickness is smaller at the end of the channel part than at the center part of the channel part, or per unit area of impurity ions when the channel part is doped with impurity ions such as boron and phosphorus. As the doping amount of the transistor becomes smaller at the end portion of the channel portion than at the center portion of the channel portion, a transistor (parasitic transistor) that is turned on with a threshold smaller than that at the central portion of the channel portion is generated at the end portion of the channel portion. Therefore, off-state current can be reduced. In general, attempts to obtain the effect of suppressing the occurrence of parasitic transistors often fail to obtain the effect of suppressing the gate dielectric breakdown voltage degradation. In many cases, the effect of suppressing the generation of a transistor cannot be obtained. On the other hand, the thin film transistor of the present invention is suitable in that both effects can be achieved.
本明細書で「チャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚」とは、チャネル部の端部と重なる部分全域における酸化シリコン換算膜厚の平均値をいう。「チャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚」とは、チャネル部の中央部と重なる部分全域における酸化シリコン換算膜厚の平均値をいう。チャネル部の端部は、通常2つあるが、本発明では、少なくとも1つの端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚が、チャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きければよく、両方の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚が、チャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きいことが好ましい。なお、チャネル部の2つの端部と重なる部分における酸化シリコン換算膜厚の平均値は、同一であってもよく、互いに異なってもよい。 In this specification, the “equivalent silicon oxide film thickness of the part overlapping the end part of the channel part” refers to an average value of the equivalent silicon oxide film thickness in the entire part overlapping the end part of the channel part. “Silicon oxide equivalent film thickness of the part overlapping the central part of the channel part” means an average value of equivalent silicon oxide film thickness in the entire part overlapping the central part of the channel part. Although there are usually two end portions of the channel portion, in the present invention, the equivalent silicon oxide thickness of the portion that overlaps at least one end portion is larger than the equivalent oxide thickness of the portion that overlaps the central portion of the channel portion. What is necessary is just to have a silicon oxide conversion film thickness of the part which overlaps with both edge parts larger than the silicon oxide conversion film thickness of the part which overlaps with the center part of a channel part. In addition, the average value of the silicon oxide equivalent film thickness in the part which overlaps with two edge parts of a channel part may be the same, and may mutually differ.
上記チャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚は、チャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも10nm以上大きいことが好ましい。10nm未満であると、寄生トランジスタの発生を抑制する効果を充分に得ることができなくなるおそれがある。 It is preferable that the silicon oxide equivalent film thickness of the portion overlapping the end portion of the channel portion is 10 nm or more larger than the silicon oxide equivalent film thickness of the portion overlapping the central portion of the channel portion. If it is less than 10 nm, the effect of suppressing the generation of parasitic transistors may not be sufficiently obtained.
本発明の薄膜トランジスタにおける好ましい形態としては、(1)上記ゲート絶縁膜は、チャネル部の端部と重なる部分が、チャネル部の中央部と重なる部分を構成する材料から構成され、上記チャネル部の端部と重なる部分の膜厚が、チャネル部の中央部と重なる部分の膜厚よりも大きい形態、(2)上記ゲート絶縁膜は、下側ゲート絶縁膜及び上側ゲート絶縁膜からなり、上記チャネル部の中央部は、上側ゲート絶縁膜が積層され、上記チャネル部の端部は、下側ゲート絶縁膜及び上側ゲート絶縁膜が積層された形態、(3)上記ゲート絶縁膜は、下側ゲート絶縁膜及び上側ゲート絶縁膜からなり、上記チャネル部の中央部は、下側ゲート絶縁膜が積層され、上記チャネル部の端部は、下側ゲート絶縁膜及び上側ゲート絶縁膜が積層された形態が挙げられる。これらの形態によれば、ゲート絶縁膜のうち、チャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚が、チャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きくなることから、寄生トランジスタが発生するのを抑制することができる。 As a preferred mode of the thin film transistor of the present invention, (1) the gate insulating film is made of a material in which a portion overlapping the end portion of the channel portion forms a portion overlapping the central portion of the channel portion; (2) The gate insulating film is composed of a lower gate insulating film and an upper gate insulating film, and the channel portion overlaps the thickness of the portion overlapping the central portion of the channel portion. An upper gate insulating film is stacked at the center of the gate, and an end of the channel section is formed by stacking a lower gate insulating film and an upper gate insulating film. (3) The gate insulating film is formed by lower gate insulating. The lower gate insulating film is laminated at the center of the channel portion, and the lower gate insulating film and the upper gate insulating film are laminated at the end of the channel portion. Form, and the like. According to these embodiments, the silicon oxide equivalent film thickness of the portion of the gate insulating film that overlaps the end portion of the channel portion is larger than the silicon oxide equivalent film thickness of the portion that overlaps the central portion of the channel portion. Generation of parasitic transistors can be suppressed.
上記(1)の形態について、「チャネル部の端部と重なる部分の膜厚」とは、チャネル部の端部と重なる部分全域における物理的な膜厚の平均値をいう。「チャネル部の中央部と重なる部分の膜厚」とは、チャネル部の中央部と重なる部分全域における物理的な膜厚の平均値をいう。(1)の形態では、チャネル部の端部と重なる部分、及び、チャネル部の中央部と重なる部分は、単層構造を有していてもよく、積層構造を有していてもよいが、薄膜トランジスタの高性能化を図る観点から、積層構造を有することが好ましい。なお、積層構造を有する場合には、チャネル部の端部と重なる部分とチャネル部の中央部と重なる部分とで、ゲート絶縁膜の積層数及び積層順序が同一であるが、それらを構成する少なくとも1層の膜厚が互いに異なっていればよい。また、チャネル部の端部と重なる部分の膜厚は、チャネル部の中央部と重なる部分の膜厚よりも10nm以上大きいことが好ましい。10nm未満であると、寄生トランジスタの抑制効果を充分に得ることができなくなるおそれがある。 With respect to the form of (1), “the film thickness of the portion overlapping the end of the channel portion” refers to the average value of the physical film thickness over the entire portion overlapping the end of the channel portion. “The film thickness of the portion overlapping the central portion of the channel portion” refers to the average value of the physical film thickness over the entire portion overlapping the central portion of the channel portion. In the form of (1), the portion that overlaps the end portion of the channel portion and the portion that overlaps the central portion of the channel portion may have a single-layer structure or a laminated structure. From the viewpoint of improving the performance of the thin film transistor, it is preferable to have a stacked structure. Note that in the case of having a stacked structure, the number of stacked gate insulating films and the stacking order are the same in the portion overlapping the end portion of the channel portion and the portion overlapping the center portion of the channel portion. The film thickness of one layer should just differ from each other. Moreover, it is preferable that the film thickness of the part which overlaps with the edge part of a channel part is 10 nm or more larger than the film thickness of the part which overlaps with the center part of a channel part. If it is less than 10 nm, the effect of suppressing the parasitic transistor may not be sufficiently obtained.
上記(2)及び(3)の形態では、(1)の形態と異なり、チャネル部の端部と重なる部分とチャネル部の中央部と重なる部分とで、ゲート絶縁膜の積層数が異なっている。上記下側ゲート絶縁膜は、上側ゲート絶縁膜と同一の材料からなってもよく、異なる材料からなってもよい。また、下側ゲート絶縁膜及び上側ゲート絶縁膜はそれぞれ、単層構造を有していてもよく、積層構造を有していてもよい。 In the forms (2) and (3), the number of stacked gate insulating films differs between the part overlapping the end of the channel part and the part overlapping the center part of the channel part, unlike the form (1). . The lower gate insulating film may be made of the same material as the upper gate insulating film, or may be made of a different material. In addition, each of the lower gate insulating film and the upper gate insulating film may have a single layer structure or a stacked structure.
本発明はまた、上記(1)の形態を有する薄膜トランジスタを製造する方法であって、上記製造方法は、半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、チャネル部の中央部に積層されたゲート絶縁膜の上部を除去する工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法でもある。これによれば、半導体層と下側ゲート絶縁膜との界面がエッチング等によって剥き出しにされないため、薄膜トランジスタの特性異常を低減することができる。 The present invention is also a method of manufacturing the thin film transistor having the form of (1), wherein the manufacturing method includes a step of forming a gate insulating film on a semiconductor layer, and a gate stacked in a central portion of the channel portion. A method of manufacturing a thin film transistor including a step of removing an upper portion of the insulating film. According to this, since the interface between the semiconductor layer and the lower gate insulating film is not exposed by etching or the like, abnormal characteristics of the thin film transistor can be reduced.
本発明は更に、上記(3)の形態を有する薄膜トランジスタを製造する方法であって、上記製造方法は、半導体層上に下側ゲート絶縁膜及び上側ゲート絶縁膜を形成する工程と、チャネル部の中央部に積層された上側ゲート絶縁膜を除去する工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法でもある。これによっても、半導体層と下側ゲート絶縁膜との界面がエッチング等によって剥き出しにされないため、薄膜トランジスタの特性異常を低減することができる。この製造方法を用いる場合、上記下側ゲート絶縁膜は、上側ゲート絶縁膜と異なる材料からなることが好ましい。これによれば、上側ゲート絶縁膜を除去する工程をエッチングによって行う場合、異なるゲート絶縁膜でエッチングを終了させることができることから、ゲート絶縁膜の膜厚制御を容易に行うことができる。なお、上側ゲート絶縁膜を除去する工程をエッチングによって行う場合、エッチャントとしては、下側ゲート絶縁膜と上側ゲート絶縁膜とのエッチング選択比が、(下側ゲート絶縁膜のエッチングレート)/(上側ゲート絶縁膜のエッチングレート)=1/4以上であるものが好ましい。 The present invention further relates to a method of manufacturing the thin film transistor having the form of (3), wherein the manufacturing method includes a step of forming a lower gate insulating film and an upper gate insulating film on a semiconductor layer, and a channel portion. And a step of removing the upper gate insulating film stacked in the central portion. Also by this, since the interface between the semiconductor layer and the lower gate insulating film is not exposed by etching or the like, the characteristic abnormality of the thin film transistor can be reduced. When this manufacturing method is used, it is preferable that the lower gate insulating film is made of a material different from that of the upper gate insulating film. According to this, in the case where the step of removing the upper gate insulating film is performed by etching, the etching can be completed with a different gate insulating film, so that the film thickness of the gate insulating film can be easily controlled. When the step of removing the upper gate insulating film is performed by etching, the etch selectivity between the lower gate insulating film and the upper gate insulating film is (etching rate of the lower gate insulating film) / (upper side). It is preferable that the etching rate of the gate insulating film is equal to or higher than ¼.
本発明はそして、上記薄膜トランジスタを含んで構成された半導体装置又は表示装置でもある。本発明の薄膜トランジスタによれば、オフ電流を低減することができることから、高品質な半導体装置及び表示装置を提供することができる。なお、半導体装置としては、例えば、MOSトランジスタ等が挙げられる。また、表示装置としては、例えば、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス表示装置等が挙げられる。 The present invention is also a semiconductor device or a display device including the thin film transistor. According to the thin film transistor of the present invention, off-state current can be reduced, so that a high-quality semiconductor device and display device can be provided. An example of the semiconductor device is a MOS transistor. Examples of the display device include a liquid crystal display device and an organic electroluminescence display device.
本発明の薄膜トランジスタによれば、半導体層のうち、チャネル部の端部が傾斜していることから、ゲート絶縁膜全体の段差被覆性も向上させることができるため、ゲート絶縁耐圧劣化を抑制し、信頼性を向上させることができる。また、ゲート絶縁膜が2以上の絶縁膜を積層した構造を有する場合でも、下側ゲート絶縁膜の段差被覆性を向上させることができるため、薄膜トランジスタの高性能化を図ることができる。更に、ゲート絶縁膜のうち、チャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚がチャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きいことから、チャネルの端部にチャネル部の中央部よりも小さい閾値でオンになるトランジスタが発生するのを抑制することができる。 According to the thin film transistor of the present invention, since the end portion of the channel portion in the semiconductor layer is inclined, the step coverage of the entire gate insulating film can be improved. Reliability can be improved. Further, even when the gate insulating film has a structure in which two or more insulating films are stacked, the step coverage of the lower gate insulating film can be improved, so that high performance of the thin film transistor can be achieved. In addition, since the equivalent silicon oxide thickness of the portion of the gate insulating film that overlaps the end of the channel portion is larger than the equivalent oxide thickness of the portion that overlaps the central portion of the channel portion, the channel portion is formed at the end of the channel. It is possible to suppress the occurrence of a transistor that is turned on with a threshold value smaller than that of the central portion.
以下に実施形態を掲げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to embodiments, but the present invention is not limited to these examples.
本発明は、シリコン層(半導体層)の平坦部(中央部)と端部とで、ゲート絶縁膜の膜厚を変化させることで、薄膜トランジスタ(TFT)の閾値を制御し、シリコン層の端部領域に発生する寄生トランジスタの閾値を高い側へシフトさせることで、寄生トランジスタの発生を抑制するものである。 The present invention controls the threshold value of the thin film transistor (TFT) by changing the thickness of the gate insulating film between the flat portion (center portion) and the end portion of the silicon layer (semiconductor layer), and thereby the end portion of the silicon layer. By shifting the threshold value of the parasitic transistor generated in the region to the higher side, the generation of the parasitic transistor is suppressed.
図1は、TFTのドレイン電流(Id)対ゲート電圧(Vg)特性を示す図である。なお、二本の実線はそれぞれ、正常なNチャネル(Nch)TFT及びPチャネル(Pch)TFTを表す。二本の点線はそれぞれ、寄生トランジスタの発生が見られるTFTを表す。本発明によれば、Nch及びPchTFTの寄生トランジスタの閾値をそれぞれ高閾値側にシフトさせることができるため、寄生トランジスタの発生を抑制することができる。なお、図1に示すように、寄生トランジスタの発生が見られるPchTFTのId−Vg特性は、正常なPchTFTとほぼ同一である。 FIG. 1 is a graph showing the drain current (Id) versus gate voltage (Vg) characteristics of a TFT. Note that the two solid lines represent a normal N-channel (Nch) TFT and a P-channel (Pch) TFT, respectively. Each of the two dotted lines represents a TFT in which a parasitic transistor is observed. According to the present invention, the threshold values of the parasitic transistors of the Nch and Pch TFTs can be shifted to the high threshold value side, so that the generation of parasitic transistors can be suppressed. As shown in FIG. 1, the Id-Vg characteristic of a Pch TFT in which a parasitic transistor is observed is almost the same as that of a normal Pch TFT.
<実施形態1>
図2−1〜2−9は、本発明の実施形態1に係るTFTの製造工程を示す断面模式図である。なお、図の左側は、PchTFTの形成を表し、右側は、NchTFTの形成を表す。
<
FIGS. 2-1 to 2-9 are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the TFT according to the first embodiment of the present invention. The left side of the figure represents the formation of the Pch TFT, and the right side represents the formation of the Nch TFT.
(1)アンダーコート層及び半導体層の形成工程
図2−1に示すように、プラズマ化学気相成長(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition;PECVD)法等により、基板10上に、アンダーコート層11(下層:シリコン酸窒化膜(SiNO)膜11a、上層:酸化シリコン(SiO2)膜11b)とアモルファスシリコン(a−Si)層12とをこの順に形成する。アンダーコート層11の膜厚は、特に限定されないが、例えばSiNO膜11aの膜厚を30〜70nmとし、SiO2膜11bの膜厚を50〜150nmとすればよい。また、a−Si層12の膜厚も特に限定されないが、例えば30〜70nmとすればよい。
(1) Formation process of undercoat layer and semiconductor layer As shown in FIG. 2-1, an undercoat layer 11 (lower layer) is formed on a
SiNO膜11aを形成するための原料ガスとしては、モノシラン(SiH4)、亜酸化窒素ガス(N2O)及びアンモニア(NH3)の混合ガス等が挙げられる。また、SiO2膜11bの原料ガスとしては、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)ガス等が挙げられる。更に、a−Si層12を形成するための原料ガスとしては、例えば、モノシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)等が挙げられる。なお、アンダーコート層11としては、原料ガスとしてモノシラン(SiH4)及びアンモニア(NH3)の混合ガス等を用いて形成された窒化シリコン(SiNx(xは正数))膜等を用いてもよい。
Examples of the source gas for forming the
次に、a−Si層12を多結晶化するため、略600℃の熱処理により、固相結晶成長(Solid Phase Crystallization;SPC)を行う。このとき、SPCの前に、ニッケル(Ni)等の金属触媒を塗布して、連続粒界結晶シリコン(CGシリコン)化するための前処理を行ってもよい。ところで、SPCを行っただけでは、結晶粒径が小さくなり、結晶粒径は大きくとも粒内に結晶欠陥が多数含まれる等の理由により、ポリシリコン(p−Si)の電界効果移動度が低くなる等の好ましくない特性が生じることがある。そこで、SPCの後に、レーザ光としてエキシマレーザ光を用いたレーザアニール法により、ポリシリコン(p−Si)の結晶粒の品質を向上させることが好ましい。レーザ光としては、固体レーザ光等を用いてもよい。最後に、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜をパターニングし、更にエッチングすることによって、p−Si層を所望の形状に成形し、図2−2に示すように、テーパ角が45°の島状のp−Si層(半導体層)13a及び13bを形成する。
Next, in order to polycrystallize the
(2)ゲート絶縁膜の形成工程
次に、図2−3に示すように、ゲート絶縁膜14(SiO2膜(下側ゲート絶縁膜)14a、SiNx膜(上側ゲート絶縁膜)14b)を連続形成する。SiO2膜14a及びSiNx膜14bの膜厚は特に限定されないが、例えば、それぞれ30〜150nmとすればよい。下側ゲート絶縁膜14aの材質は特に限定されず、SiNx膜、SiON膜等を用いてもよい。
(2) Step of Forming Gate Insulating Film Next, as shown in FIG. 2-3, the gate insulating film 14 (SiO 2 film (lower gate insulating film) 14a, SiN x film (upper gate insulating film) 14b) is formed. Form continuously. The thicknesses of the SiO 2 film 14a and the SiN x film 14b are not particularly limited, but may be 30 to 150 nm, for example. The material of the lower
(3)チャネルドーピング工程
次に、図2−4に示すように、NchTFT及びPchTFTの閾値を制御するため、イオンドーピング法等により、基板全面に不純物としてボロンをドーピングすることによって、ドープ層を形成する。ドーピングされるボロンの濃度は、特に限定されないが、例えば、1012〜1014ion/cm2とすればよい。なお、PchTFTの閾値制御が必要でない場合、このドーピングは、行わなくともよい。次に、NchTFTの閾値を制御するため、フォトリソグラフィ法により、PchTFTの形成領域をレジスト膜で被覆した後、NchTFTの形成領域にのみイオンドーピング法等により、ボロンを所定量チャネルドーピングすることによって、Nchドープ層を形成する。Nchドープ層にドーピングされるボロンの濃度は、特に限定されないが、例えば、1012〜1014ion/cm2とすればよい。このとき、ホットキャリア劣化対策のため、ゲートオーバーラップ(Gate Overlap of Drain;GOLD)構造が必要な場合には、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜を所望の形状にパターン形成し、リンを所定量ドーピングしてもよい。なお、チャネルドーピングは、ゲート絶縁膜14のエッチング前に行うことも可能である。
(3) Channel doping step Next, as shown in FIG. 2-4, in order to control the threshold values of the Nch TFT and the Pch TFT, a doped layer is formed by doping boron as an impurity on the entire surface of the substrate by an ion doping method or the like. To do. The concentration of boron to be doped is not particularly limited, but may be, for example, 10 12 to 10 14 ion / cm 2 . If the threshold control of the Pch TFT is not necessary, this doping need not be performed. Next, in order to control the threshold value of the Nch TFT, a region where the Pch TFT is formed is covered with a resist film by photolithography, and then a predetermined amount of boron is channel-doped by an ion doping method or the like only in the region where the Nch TFT is formed. An Nch doped layer is formed. The concentration of boron doped in the Nch-doped layer is not particularly limited, but may be, for example, 10 12 to 10 14 ion / cm 2 . At this time, if a gate overlap (GOLD) structure is required as a countermeasure against hot carrier deterioration, a resist film is patterned into a desired shape by photolithography and a predetermined amount of phosphorus is doped. May be. Note that channel doping can also be performed before the
(4)上側ゲート絶縁膜のエッチング工程
次に、図2−5に示すように、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜をパターン形成し、このレジスト膜を用いて、上側ゲート絶縁膜14bをエッチングする。これにより、チャネル部に積層された上側ゲート絶縁膜14bを下側ゲート絶縁膜14aまでエッチングした構造を得る。これによれば、TFTで重要なp−Si層13a及び13bとゲート絶縁膜14との界面がエッチングによって、剥き出しにならないため、TFTの特性異常を生じにくい。また、下側ゲート絶縁膜14aと上側ゲート絶縁膜14bとが異なる材料で形成されることから、ゲート絶縁膜14の膜厚制御が容易である。
(4) Upper Gate Insulating Film Etching Step Next, as shown in FIG. 2-5, a resist film is patterned by photolithography, and the upper
以上により、p−Si層13a及び13bのチャネル部の中央部と重なる部分における酸化シリコン(SiO2)換算膜厚を例えば50nmにした場合、表1に示すように、チャネル部の端部と重なる部分におけるSiO2換算膜厚をチャネル部の中央部と重なる部分におけるSiO2換算膜厚よりも大きくすることによって、チャネル部のNch及びPchの閾値に対し、チャネル部の端部に発生する寄生トランジスタの閾値を高い側にシフトすることができるので、寄生トランジスタの発生を抑制することができる。なお、表1中の閾値の変化量は、チャネル部の中央部と重なる部分、及び、チャネル部の端部と重なる部分におけるSiO2換算膜厚がともに50nmであるときの閾値からの変化量を示している。
As described above, when the silicon oxide (SiO 2 ) equivalent film thickness in the portion overlapping the central portion of the channel portion of the p-
(5)ゲート電極の形成工程
次に、図2−6に示すように、スパッタ等を用いて、窒化タンタル(TaN)膜15a、タングステン(W)膜15bを形成する。TaN膜15a及びW膜15bの膜厚は特に限定されず、例えば、TaN膜15aの膜厚は40〜60nmとすればよく、W膜15bの膜厚は300〜400nmとすればよい。次に、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜を所望の形状にパターン形成した後、アルゴン(Ar)、六フッ化硫黄(SF6)、四フッ化炭素(CF4)、酸素(O2)、塩素(Cl2)等の混合ガス分量を調整したエッチングガスを用いてドライエッチングを行い、2層構造のゲート電極15を形成する。ゲート電極15に用いられる金属としては、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、モリブデンタングステン(MoW)、アルミニウム(Al)等の低抵抗金属、表面が平坦で特性の安定した高融点金属等が挙げられる。また、ゲート電極15は、上記複数の材料からなる積層体としてもよい。
(5) Step of Forming Gate Electrode Next, as shown in FIGS. 2-6, a tantalum nitride (TaN)
(6)ソース・ドレイン電極の形成工程
次に、図示しないが、Nch及びPchTFTの拡散領域を形成するため、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜を所望の形状にパターン形成した後、NchTFTではリンを、PchTFTではボロンをイオンドーピング法等により高濃度にイオンドーピングする。ドーピングされるリン及びボロンの濃度は、特に限定されないが、例えば、1015〜1017ion/cm2とすればよい。このとき、必要に応じて、更にフォトリソグラフィ法によりレジスト膜を所望の形状にパターン形成し、LDD(Lightly Doped Drain)構造にしてもよい。また、半導体層13a及び13bにCGシリコンを用いる場合には、残留金属触媒の好ましくない影響を排除するために、リン等のゲッタリング材料のドーピングも同時に行ってもよい。次に、p−Si層13a及び13b中に存在している不純物イオンを活性化させるために、略600℃、4時間の熱活性化処理を行う。これにより、拡散領域の電気伝導性を向上させることができる。なお、拡散領域の電気伝導性は特に限定されないが、抵抗率の値で、25℃において1kΩ/□以下であることが好ましい。活性化の方法としては、その他、エキシマレーザ光を照射する方法等が挙げられる。この結果として、NchTFTは、チャネル部と、n+領域からなる外側拡散部とを有することとなる。一方、PchTFTは、チャネル部と、p+外側拡散部とを有することとなる。
(6) Source / Drain Electrode Formation Process Next, although not shown, after forming a resist film in a desired shape by photolithography to form a diffusion region of Nch and PchTFT, NchTFT uses phosphorus, PchTFT Then, boron is ion-doped at a high concentration by an ion doping method or the like. The concentrations of phosphorus and boron to be doped are not particularly limited, but may be, for example, 10 15 to 10 17 ions / cm 2 . At this time, if necessary, a resist film may be patterned into a desired shape by a photolithography method to form an LDD (Lightly Doped Drain) structure. In addition, when CG silicon is used for the semiconductor layers 13a and 13b, doping of a gettering material such as phosphorus may be performed at the same time in order to eliminate an undesirable effect of the residual metal catalyst. Next, in order to activate the impurity ions existing in the p-
(7)層間絶縁膜の形成工程
次に、図2−7に示すように、PECVD法により膜厚800〜1200nmの層間絶縁膜16を形成する。層間絶縁膜16の材質としては、SiNx膜、SiON膜、SiO2膜等が挙げられる。層間絶縁膜16は、上記材料の積層膜であってもよい。
(7) Formation Process of Interlayer Insulating Film Next, as shown in FIG. 2-7, an
(8)コンタクト部の形成工程
次に、図2−8に示すように、フォトリソグラフィ法により、レジスト膜を所望の形状にパターン形成した後、フッ酸系のエッチング溶液を用いて層間絶縁膜16及びゲート絶縁膜14のウェットエッチングを行い、コンタクトホールを形成する。また、微細加工時には、ドライエッチングや、ドライエッチングとウェットエッチングとを組み合わせて形成するとよい。
(9)アニーリング処理工程
次に、半導体層13a及び13bの品質を更に改善するため、略400℃で水素化アニーリング処理を行う。
(8) Contact Part Formation Step Next, as shown in FIG. 2-8, after a resist film is patterned into a desired shape by photolithography, the
(9) Annealing treatment step Next, in order to further improve the quality of the semiconductor layers 13a and 13b, a hydrogenation annealing treatment is performed at about 400 ° C.
(10)ソースメタルの形成工程
次に、図2−9に示すように、スパッタ法等で膜厚100〜200nmのチタン(Ti)膜、膜厚500〜1000nmのアルミニウム−ケイ素(Al−Si)系合金膜、膜厚100〜200nmのTi膜の順で、金属薄膜を形成する。次に、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜を所望の形状にパターン形成した後、ドライエッチングにより金属薄膜のパターニングを行い、ソース配線18を形成する。
(10) Source Metal Formation Step Next, as shown in FIG. 2-9, a titanium (Ti) film having a thickness of 100 to 200 nm and an aluminum-silicon (Al—Si) film having a thickness of 500 to 1000 nm by sputtering or the like. A metal thin film is formed in the order of a system alloy film and a Ti film having a thickness of 100 to 200 nm. Next, after forming a resist film into a desired shape by photolithography, the metal thin film is patterned by dry etching to form the source wiring 18.
実施形態1で作製されたTFTによれば、p−Si層13a及び13bのチャネル部の端部がテーパ角45°で傾斜していることから、ゲート絶縁膜14の段差被覆性を充分に得ることができる結果、ゲート絶縁耐圧劣化を抑制することができる。また、ゲート絶縁膜14は、p−Si層13a及び13bのチャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚がチャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きいことから、チャネル部の端部に発生する寄生トランジスタの閾値を高い側にシフトすることができるので、寄生トランジスタの発生を抑制することができる。
According to the TFT fabricated in the first embodiment, the end portions of the channel portions of the p-
<実施形態2>
図3−1〜3−3は、本発明の実施形態2に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す断面模式図である。なお、図の左側は、PchTFTの形成領域を表し、右側は、NchTFTの形成領域を表す。
(1)アンダーコート層及び半導体層の形成工程
図2−1及び2−2に示すように、実施形態1と同様に行う。
<
FIGS. 3-1 to 3-3 are schematic cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention. Note that the left side of the figure represents the formation region of the Pch TFT, and the right side represents the formation region of the Nch TFT.
(1) Process of forming undercoat layer and semiconductor layer As shown in FIGS. 2-1 and 2-2, the same process as in the first embodiment is performed.
(2)ゲート絶縁膜の形成工程
次に、図3−1に示すように、TEOSガスを用いて、半導体層13a及び13b上にSiO2膜(ゲート絶縁膜)14を形成する。SiO2膜14の膜厚は特に限定されないが、例えば、膜厚30〜150nmとすればよい。ゲート絶縁膜14の材質は特に限定されず、その他、SiNx膜、SiON膜等を用いてもよい。SiNx膜及びSiON膜を形成するための原料ガスとしては、アンダーコート層11の形成で述べたものと同様のものが挙げられる。
(2) Step of Forming Gate Insulating Film Next, as shown in FIG. 3A, an SiO 2 film (gate insulating film) 14 is formed on the semiconductor layers 13a and 13b using TEOS gas. The thickness of the SiO 2 film 14 is not particularly limited, but may be, for example, 30 to 150 nm. The material of the
(3)チャネルドーピング工程
図3−2に示すように、実施形態1と同様に行う。
(4)ゲート絶縁膜のエッチング工程
図3−3に示すように、チャネル部の中央部にあるゲート絶縁膜14を途中までエッチングして薄膜化する。この構造によれば、TFTで重要なp−Si層13a及び13bとゲート絶縁膜14との界面がエッチングによって、剥き出しにならないため、TFTの特性異常を生じにくい。
(5)ゲート電極形成工程〜ソースメタルの形成工程
実施形態1と同様に行う。
(3) Channel doping process As shown in FIG.
(4) Etching Process of Gate Insulating Film As shown in FIG. 3-3, the
(5) Gate electrode formation step to source metal formation step The same steps as in the first embodiment are performed.
実施形態2で作製されたTFTによっても、p−Si層13a及び13bのチャネル部の端部がテーパ角45°で傾斜しており、ゲート絶縁膜14は、p−Si層13a及び13bのチャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚がチャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きいことから、実施形態1と同様の作用効果を得ることができる。
Also in the TFT manufactured in the second embodiment, the end portions of the channel portions of the p-
<実施形態3>
図4−1〜4−4、及び、5−1〜5−4は、本発明の実施形態3に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す断面模式図である。なお、図の左側は、PchTFTの形成を表し、右側は、NchTFTの形成を表す。
(1)アンダーコート層及び半導体層の形成工程
図2−1及び2−2に示すように、実施形態1と同様に行う。
<
FIGS. 4-1 to 4-4 and FIGS. 5-1 to 5-4 are cross-sectional schematic diagrams illustrating manufacturing steps of the thin film transistor according to the third embodiment of the present invention. The left side of the figure represents the formation of the Pch TFT, and the right side represents the formation of the Nch TFT.
(1) Process of forming undercoat layer and semiconductor layer As shown in FIGS. 2-1 and 2-2, the same process as in the first embodiment is performed.
(2)下側ゲート絶縁膜の形成工程
図4−1に示すように、TEOSガスを用いて、半導体層13a及び13b上にSiO2膜(下側ゲート絶縁膜)14aを形成する。SiO2膜14aの膜厚は特に限定されないが、例えば、膜厚30〜150nmとすればよい。下側ゲート絶縁膜14aの材質は特に限定されず、その他、SiNx膜、SiON膜等を用いてもよい。また、下側ゲート絶縁膜14aは、図5−1に示すように、複数の材料からなる積層体としてもよい。SiNx膜及びSiON膜を形成するための原料ガスとしては、アンダーコート層11の形成で述べたものと同様のものが挙げられる。
(2) Lower Gate Insulating Film Formation Step As shown in FIG. 4A, a SiO 2 film (lower gate insulating film) 14a is formed on the semiconductor layers 13a and 13b using TEOS gas. The thickness of the SiO 2 film 14a is not particularly limited, but may be, for example, a thickness of 30 to 150 nm. The material of the lower
(3)チャネルドーピング工程
図4−2及び5−2に示すように、実施形態1と同様に行う。
(4)下側ゲート絶縁膜のエッチング工程
図4−3及び5−3に示すように、チャネル部の中央部に積層された下側ゲート絶縁膜14aを半導体層13a及び13bの表面までエッチングする。
(3) Channel doping step As shown in FIGS. 4-2 and 5-2, the channel doping step is performed in the same manner as in the first embodiment.
(4) Etching process of lower gate insulating film As shown in FIGS. 4-3 and 5-3, the lower
(5)上側ゲート絶縁膜の形成工程
次に、図4−4及び5−4に示すように、原料ガスとしてTEOSガスを用いて、上側ゲート絶縁膜14bを形成する。上側ゲート絶縁膜14bの膜厚は特に限定されないが、例えば、30〜100nmとすればよい。上側ゲート絶縁膜14bの材質は特に限定されず、その他、SiNx膜、SiON膜等を用いてもよい。また、上側ゲート絶縁膜14bは、複数の材料からなる積層体としてもよい。SiNx膜及びSiON膜を形成するための原料ガスとしては、アンダーコート層11の形成で述べたものと同様のものが挙げられる。
(5) Step of Forming Upper Gate Insulating Film Next, as shown in FIGS. 4-4 and 5-4, the upper
(6)ゲート電極形成工程〜ソースメタルの形成工程
実施形態1と同様に行う。
(6) Gate electrode formation step to source metal formation step The same as in the first embodiment.
実施形態3で作製されたTFTによっても、p−Si層13a及び13bのチャネル部の端部がテーパ角45°で傾斜しており、ゲート絶縁膜14は、p−Si層13a及び13bのチャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚がチャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きいことから、実施形態1と同様の作用効果を得ることができる。
Also in the TFT manufactured in the third embodiment, the end portions of the channel portions of the p-
10:基板
11:アンダーコート層
11a:アンダーコート層の下層部
11b:アンダーコート層の上層部
12:アモルファスシリコン(a−Si)層
13a、13b:ポリシリコン(p−Si)層
14:ゲート絶縁膜
14a:下側ゲート絶縁膜
14b:上側ゲート絶縁膜
15:ゲート電極
15a:ゲート電極の下層部
15b:ゲート電極の上層部
16:層間絶縁膜
17a〜17e:コンタクトホール
18a〜18e:ソース配線
10: Substrate 11:
Claims (9)
該半導体層は、チャネル部の端部が傾斜しており、
該ゲート絶縁膜は、チャネル部の端部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚が、チャネル部の中央部と重なる部分の酸化シリコン換算膜厚よりも大きい
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。 A thin film transistor having a structure in which a semiconductor layer and a gate electrode are arranged to cross each other with a gate insulating film interposed therebetween,
The semiconductor layer has an inclined end portion of the channel portion,
The thin film transistor characterized in that the gate insulating film has a silicon oxide equivalent film thickness in a portion overlapping with an end portion of a channel portion larger than a silicon oxide equivalent film thickness in a portion overlapping with a central portion of the channel portion.
前記チャネル部の中央部は、上側ゲート絶縁膜が積層され、
前記チャネル部の端部は、下側ゲート絶縁膜及び上側ゲート絶縁膜が積層されたことを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタ。 The gate insulating film is composed of a lower gate insulating film and an upper gate insulating film,
In the central part of the channel part, an upper gate insulating film is laminated,
2. The thin film transistor according to claim 1, wherein a lower gate insulating film and an upper gate insulating film are stacked at an end of the channel portion.
前記チャネル部の中央部は、下側ゲート絶縁膜が積層され、
前記チャネル部の端部は、下側ゲート絶縁膜及び上側ゲート絶縁膜が積層されたことを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタ。 The gate insulating film is composed of a lower gate insulating film and an upper gate insulating film,
In the central part of the channel part, a lower gate insulating film is laminated,
2. The thin film transistor according to claim 1, wherein a lower gate insulating film and an upper gate insulating film are stacked at an end of the channel portion.
該製造方法は、半導体層上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
チャネル部の中央部に積層されたゲート絶縁膜の上部を除去する工程とを含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 A method for producing the thin film transistor according to claim 2, comprising:
The manufacturing method includes forming a gate insulating film on the semiconductor layer;
And a step of removing an upper portion of the gate insulating film stacked in the central portion of the channel portion.
該製造方法は、半導体層上に下側ゲート絶縁膜及び上側ゲート絶縁膜を形成する工程と、
チャネル部の中央部に積層された上側ゲート絶縁膜を除去する工程とを含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 A method of manufacturing the thin film transistor according to claim 4, comprising:
The manufacturing method includes forming a lower gate insulating film and an upper gate insulating film on a semiconductor layer;
And a step of removing the upper gate insulating film stacked in the center portion of the channel portion.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006195823A JP2008027981A (en) | 2006-07-18 | 2006-07-18 | Thin film transistor, its manufacturing method, semiconductor device and display unit |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011082386A (en) * | 2009-10-08 | 2011-04-21 | Fujifilm Corp | Solid-state imaging element, method for manufacturing the element, and imaging device using the element |
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2006
- 2006-07-18 JP JP2006195823A patent/JP2008027981A/en active Pending
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