JP2009260069A - 半導体装置、tft基板、表示装置、携帯機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】同一絶縁基板上に第1及び第2のトランジスタが形成された半導体装置において、第1のトランジスタ(図中左側のトランジスタ)は、第1のゲート電極104a下部に形成された第1の絶縁膜103aと、拡散層102a2,102a3領域上に形成された第2の絶縁膜103bとを備え、第2のトランジスタ(図中右側のトランジスタ)は、第2のゲート電極104b下部及び拡散層102b2,102b3領域上に形成された膜厚の厚い第2の絶縁膜103bを備え、これら第1の絶縁膜103b及び第2の絶縁膜103aより上層に第1及び第2のゲート電極104a,104bがそれぞれ配置されており、かつ、第1の絶縁膜103aが第2の絶縁膜103bよりも薄く形成された構造となっている。
【選択図】図1
Description
図1及び図17を用いて本実施形態1の半導体装置について説明する。ただし、図17は、本実施形態1の半導体装置と対比するための基本構造を有する半導体装置の断面図であり、拡散層の抵抗値が変化する構造を例示している。また、図1は、図17に示す基本構造の抵抗値の変化を改善させるべく設計した実施形態1に係わる半導体装置の断面図である。図1及び図17ともに、図面左側のトランジスタ(以下、第1のトランジスタという。)は、低電圧で駆動させるトランジスタであるため電圧に対応させてゲート電極下の絶縁膜の厚さを薄く設計し、図面右側のトランジスタ(以下、第2のトランジスタという。)は、高電圧で駆動させるトランジスタであるためゲート電極下の絶縁膜(ゲート絶縁膜)を厚く設計している。
次に、上記構成の(図17に示す)半導体装置の測定評価について説明する。
拡散層1702a2,1702a3 : 2250Ω/□
拡散層1702b2,1702b3 : 610Ω/□
この結果より、拡散層の抵抗値は、3.5〜4倍異なっている。
拡散層102a2,102a3 : 610Ω/□
拡散層102b2,102b3 : 620Ω/□
とほぼ同じ抵抗値になった。
上記実施形態1では、図1に示すように、注入を行う部分の絶縁膜の厚さを、ゲート絶縁膜の厚い側の第2のトランジスタ(図1右側のトランジスタ)の絶縁膜厚さに合わせた構造とした。これに対し、本実施形態2では、図2に示すように、注入を行う部分の絶縁膜の厚さを、ゲート絶縁膜の薄い側の第1のトランジスタ(図2左側のトランジスタ)の絶縁膜厚さに合わせる絶縁膜構造とすることで、同様に抵抗値の変化を防止する構造となっている。
拡散層202a2,202a3 : 600Ω/□
拡散層202b2,202b3 : 590Ω/□
とほぼ同じ抵抗値になった。
本実施形態3は上記実施形態1において生産性を高めるために改良を加えたものである。以下、本実施形態3について、図3(a),(b)を参照して説明する。
本実施形態4は上記実施形態2において生産性を高めるために改良を加えたものである。以下、本実施形態4について、図4(a),(b)を参照して説明する。
本実施形態5は、上記各実施形態で作成される膜厚の厚い第2の絶縁膜と膜厚の薄い第1の絶縁膜との接続部の下面の段差を無くし平坦に接続した構造としたものである。以下、この接続部下面の段差構造とその製造方法について説明する。ここで、絶縁膜接続部下面とは絶縁膜と半導体層(拡散層)との界面のことである。
本実施形態6は、上記実施形態5の絶縁膜の接続部の下面と異なり、絶縁膜の上面に関する実施形態である。ここで、絶縁膜上面とは、絶縁膜とゲート電極との界面のことである。以下、図6を参照して本実施形態6について説明する。なお、図6は、図3(b)の○で示した部分307および、図4(b)に○を付して示す部分407の拡大図である。図4(b)に○を付して示す部分407では、上部にゲート電極が存在しないが、上部にゲート電極を配置させることも出来る。本実施例では、この○部分407にゲート電極が配置されている場合においての説明である。この場合に、絶縁膜破壊の危険性があるのでそれを考慮して半導体層とゲート電極を設計する必要がある。
本実施形態7は、上記手法で実施可能となった厚い絶縁膜と薄い絶縁膜と拡散層とを用いてボディーコンタクト領域を有するP型トランジスタとN型トランジスタを形成する実施例である。以下、図7及び図8を参照して本実施形態7を説明する。ただし、図7はP型トランジスタの上面図、図8(a)は図7のA−A線に沿う断面図、図8(b)は図7のB−B線に沿う断面図である。
ソース領域702a2及びドレイン領域702a3を形成する領域は、絶縁膜厚さが薄いため、もう一方(図8(a)に示す右側)のN型トランジスタと同じ構造の第三のトランジスタ(P型トランジスタ)にソース・ドレイン領域となるP型拡散層を形成する場合に、同時にイオン注入すると拡散層の抵抗値に変化が出る。すなわち、絶縁膜の厚さによって抵抗値が変化する。
厚い膜厚の半導体層 : 1.8KΩ/□
薄い膜厚の半導体層 : 0.7KΩ/□
この測定結果では、抵抗値の差が2.5倍ほどであったが、この程度の差は致命的な抵抗値の変化をもたらすものではなかった。因みに、図17の「測定評価」のところでは、2250Ω/□と610Ω/□となっており、約3.5倍の差となっている。
厚い膜厚の半導体層 : 10.KΩ/□
薄い膜厚の半導体層 : 0.9KΩ/□
以上の結果から、P型拡散層を形成する場合には、活性化不良により大幅に抵抗値が変化することもなく、さらにイオン注入を2回に分けて注入することが可能であり、それによって抵抗値を厚い膜厚の半導体層と薄い膜厚の半導体層とである程度同じ値にすることができる。
また、N型拡散層の形成には、リン、砒素、アンチモンといった原子量が30以上の大きな元素を用いて形成されている。N型拡散層を形成する大きな元素は、イオン注入を行った場合に半導体層の結晶を破壊する確立が非常に高く、活性化不良を起こす可能性が高いため、抵抗値の制御が難しい。
本実施形態8は、上記実施形態7のボディーコンタクト領域がなく、かつ、トランジスタをN型トランジスタとした実施例である。すなわち、左側のトランジスタも右側のトランジスタも共にN型トランジスタとなっている。以下、図9(a),(b)を参照して説明する。ただし、図9(a)は左側のトランジスタの上面図、図9(b)は断面図である。
本実施形態9は、上記各実施形態で説明している薄い絶縁膜と厚い絶縁膜の膜構造について説明する。以下、図10に示す断面図を用いて説明する。ただし、図10では、絶縁膜のみを表し、ゲート電極やソース電極、ドレイン領域といった部分は図示を省略している。この図10では、左側を薄い絶縁膜とし右側を厚い絶縁膜として説明する。
近年、TFTデバイスにおいても微細化や低電圧化が進められている。このため、ゲート絶縁膜の薄膜化は必須である。しかし、ゲート絶縁膜を薄膜化すると、ばらつきの要因となり安定した生産が行えない。そこで、絶縁膜の物理厚さを変えないで電気的な厚さを変える方法がある。それは、現状のシリコン酸化膜より誘電率の高い膜を使うことで、同じ膜厚であっても効果的にチャネル領域に電圧を与えることができる方法である。その身近な材料としてシリコン窒化膜があり、シリコン酸化膜より誘電率が約2倍高い。このため、ゲート絶縁膜を全てシリコン窒化膜に換えた場合には、同じ膜厚と同じゲート電圧である場合に、電圧をチャネル領域に与える効率が約2倍となり、EOT(等価酸化膜厚)を約1/2にできる。すなわち、ゲート絶縁膜を約1/2に薄膜化したことと同じ効果を得ることができる。従って、本実施例では、厚い絶縁膜と薄い絶縁膜のうち、少なくとも薄い絶縁膜にシリコン窒化膜を用いることとする。
上述したように、シリコン窒化膜は多くの準位を持っているため、その部分に電荷がトラップされる可能性が高い。このため、下層にシリコン酸化膜を形成するだけでなく、上層にもシリコン酸化膜を形成すると良い。図10(c)はこの状態を示している。図10(a)との違いは、シリコン窒化膜9033の上にさらにシリコン酸化膜9034を全面に10nmの厚さに形成している点である。このような構造にすることで、ゲート電極側からの電荷の注入を防止できる。
TFTトランジスタを用いて回路を構成し動作させる場合には、低電圧で駆動させる方が消費電力は少なくなる。このため、全てのTFTを低消費電力化できれば良いが、入出力部などでは、低電圧化できない場合が多い。
ここで言うメモリとは不揮発性メモリである。メモリを形成するためには、電荷保持膜とその膜に書き込み・消去ができる高い電圧を印加できるトランジスタが必要である。これらの材料は、すでに上述した内容に全て含まれている。
本実施形態10は、上記実施例で実現可能となったEOTが異なるTFTを用いて製造されたTFT基板に関する実施形態である。以下、図11を参照して本実施形態10のTFT基板について説明する。ただし、図11はTFT基板の上面図である。
本実施形態11は、上記実施例で実現可能となったEOTが異なるTFTを用いて製造されたTFT基板を搭載した液晶パネルに関する実施形態である。図12ないし図14を参照して本実施形態の液晶パネルについて説明する。ただし、図12は液晶パネルの断面図である。
本実施形態12は、上記実施形態11の液晶パネルを搭載した携帯機器に関する実施形態である。図15を参照して本実施形態12の携帯機器について説明する。
102a,202a,302a,402a 半導体層
102b,202b,302b,402b 半導体層
102a2,202a2,302a2,402a2 拡散層
102a3,202a3,302a3,402a3 拡散層
102b2,202b2,302b2,402b2 拡散層
102b3,202b3,302b3,402b3 拡散層
103a,203a,303a,403a 第1の絶縁膜
103b,203b,303b,403b 第2の絶縁膜
104a,204a,304a,404a 第1のゲート電極
104b,204b,304b,404b 第2のゲート電極
502a1 半導体層
503ab,603ab 絶縁膜
503au,603au 絶縁膜
603ab1 エッジ部
604aゲート電極
604ab 突起
702a 半導体層
703b1絶縁膜
702a1 チャネル領域
702a2,702b2 ソース領域
702a3,702b3 ドレイン領域
702b2,702b3 拡散層
703b,705a 絶縁膜
703a1,703b1 ゲート絶縁膜
704a,704b ゲート電極
706a ボディーコンタクト領域
802a半導体層
802a2 ソース領域
802a3 ドレイン領域
802a1 チャネル領域
803a2 絶縁膜
804a ゲート電極
902 半導体層
9031,9032 シリコン酸化膜
9033 シリコン窒化膜
100 ガラス基板
1002 画素領域
1003 ゲートドライバー領域
1004 ソースドライバー領域
1006 不揮発性メモリ部(貼り付け部品)
1007 不揮発性メモリ
1101 TFT基板
1102 カラーフィルタ基板
1103 液晶
1104 シール材
1203 液晶
1204 メモリ部
1205 電圧発生回路
1301 表示データ発生回路
1302 DAコンバータ
1303 出力回路
1304 表示部
1305 メモリ部
Claims (18)
- 同一絶縁基板上に第1及び第2のトランジスタが形成された半導体装置において、
前記第1のトランジスタは、第1のゲート電極下部に形成された第1の絶縁膜と、拡散層領域上に形成された第2の絶縁膜とを備え、
前記第2のトランジスタは、第2のゲート電極下部及び拡散層領域上に形成された前記第2の絶縁膜を備え、
これら第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜より上層に前記第1及び第2のゲート電極がそれぞれ配置されており、かつ、前記第1の絶縁膜が前記第2の絶縁膜よりも薄く形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 同一絶縁基板上に第1及び第2のトランジスタが形成された半導体装置において、
前記第1のトランジスタは、第1のゲート電極下部及び拡散層領域上に形成された第1の絶縁膜を備え、
前記第2のトランジスタは、第2のゲート電極下部に形成された第2の絶縁膜と、拡散層領域上に形成された前記第1の絶縁膜とを備え、
これら第1の絶縁膜及び第2の絶縁膜より上層に前記第1及び第2のゲート電極がそれぞれ配置されており、かつ、前記第1の絶縁膜が前記第2の絶縁膜よりも薄く形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置において、
前記第1のトランジスタの前記第2の絶縁膜は、前記第1のゲート電極の下面縁部から内側まで入り込んで形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項2記載の半導体装置において、
前記第2のトランジスタの前記第2の絶縁膜は、前記第2のゲート電極の下面縁部から拡散層領域上まで拡大して形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜との接続部の下面が平坦に接続されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜との接続部の基板表面に対する傾斜角度が5度〜50度の範囲内のいずれかの角度であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記トランジスタに形成された1つの拡散層領域は、当該トランジスタのチャネル領域の電位を固定するための配線または当該トランジスタのチャネル領域の電位を固定するための配線からコンタクトを取るボディーコンタクト領域であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項7記載の半導体装置において、
前記ボディーコンタクト領域がN型拡散層であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記トランジスタの拡散層領域がソース領域及びドレイン領域であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項9記載の半導体装置において、
前記トランジスタがN型トランジスタであることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記第1及び第2の絶縁膜がシリコン酸化膜を含み、かつ、どちらか一方または両方の絶縁膜がさらにシリコン窒化膜層を含むことを特徴とする半導体装置。 - 請求項11記載の半導体装置において、
前記シリコン酸化膜が前記シリコン窒化膜の上下に形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項11または請求項12に記載の半導体装置において、
前記第1または第2の絶縁膜のうちどちらか一方のEOT(等価酸化膜厚)が薄く形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 請求項11から請求項13のいずれか1項に記載の半導体装置において、
前記トランジスタをメモリとして用いることを特徴とする半導体装置。 - 請求項11から請求項14のいずれか1項に記載の半導体装置のトランジスタをアレイ状に配置したことを特徴とするTFT(Thin-Film Transistor)基板。
- 請求項15記載のTFT基板を備えたことを特徴とする表示装置。
- 請求項16記載の表示装置において、
前記メモリには、TFT対向基板の電圧補正値や表示用ガンマ補正値が記憶されていることを特徴とする表示装置。 - 請求項17記載の表示装置を備えたことを特徴とする携帯機器。
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