JP2011228736A - Semiconductor device and electronic equipment - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control a threshold voltage using the stress of a thin film in an inverted staggered type TFT.SOLUTION: The threshold voltage is controlled by configuring a product of a stress of a first insulator layer provided on an electrode formed on a substrate and a layer thickness; a product of a stress of an active layer, which is constituted of a crystalline semiconductor film having a tensile stress, provided on the first insulator layer, and a layer thickness; and a product of a stress of a second insulator layer provided on the active layer and a layer thickness as appropriate magnitudes.

Description

本発明は、基板上に薄膜トランジスタを用いた集積回路を有する半導体装置に関する。例えば、液晶表示装置に代表される電気光学装置及びその電気光学装置を搭載した電子機器の構成に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having an integrated circuit using a thin film transistor over a substrate. For example, the present invention relates to an electro-optical device typified by a liquid crystal display device and a configuration of an electronic apparatus equipped with the electro-optical device.

基板上TFT(薄膜トランジスタ)を多数個配列させて、アクティブマトリクス型液晶表示装置に代表される半導体装置が開発されている。TFTは少なくとも島状半導体膜から成る活性層と、該活性層の基板側に設けられた第1の絶縁層と、該活性層とは反対側に設けられた第2の絶縁層とが積層された構造を有している。   A semiconductor device typified by an active matrix liquid crystal display device has been developed by arranging a large number of TFTs (thin film transistors) on a substrate. The TFT is formed by laminating at least an active layer made of an island-shaped semiconductor film, a first insulating layer provided on the substrate side of the active layer, and a second insulating layer provided on the opposite side of the active layer. Have a structure.

前記第1の絶縁層を介して、前記活性層に所定の電圧を印加するようにゲート電極を設けた構造は、逆スタガもしくはボトムゲート型と呼ばれている。本明細書はすべてこの逆スタガ型構造に関する。   A structure in which a gate electrode is provided so as to apply a predetermined voltage to the active layer through the first insulating layer is called an inverted stagger or bottom gate type. The present specification all relates to this inverted staggered structure.

ところで、TFT特性を表す特性パラメータはいくつかあるなかで、電界効果移動度としきい値電圧が特性の良さの目安とされている。   By the way, among several characteristic parameters representing TFT characteristics, field-effect mobility and threshold voltage are used as a standard for good characteristics.

高い電界効果移動度の実現を目標として、TFT構造やその製造工程は理論的解析と経験的側面から注意深く検討されてきた。特に重要な要因は半導体層中のバルク欠陥密度や、半導体層と絶縁層との界面における界面凖位密度を可能な限り低減させることが必要であると考えられていた。   With the goal of realizing high field effect mobility, TFT structures and their manufacturing processes have been carefully studied from theoretical analysis and empirical aspects. Particularly important factors have been thought to be necessary to reduce the bulk defect density in the semiconductor layer and the interface potential density at the interface between the semiconductor layer and the insulating layer as much as possible.

デバイス設計を行う際の最も重要なパラメータである、しきい値電圧の設定によりデバイスの種類が区別されている。導通させるためにゲート電圧を印加させる必要のあるTFTはエンハンスメント型(Enhancement)またはノーマリーオフ型(Normally-Off)TFT、導通させないためにゲート電圧を印加させる必要のあるTFTはディプレッション型(Depletion)またはノーマリーオン型(Normally-On)TFTとよばれる。   The type of device is distinguished by setting the threshold voltage, which is the most important parameter in device design. A TFT that needs to be applied with a gate voltage to be conductive is an enhancement type or a normally-off type TFT, and a TFT that needs to be applied with a gate voltage to be non-conductive is a depletion type. Alternatively, it is called a normally-on TFT.

一般に、しきい値電圧、エンハンスメント型TFT、ディプレッション型TFTは次のように定義されている。図1aにあるようにゲート電圧―ドレイン電流特性曲線において特性曲線の二乗特性領域の接線aと横軸(ゲート電圧軸)との交点をしきい値電圧と定義する。また、エンハンスメント型TFTを、nチャネル型TFTであり前記しきい値電圧が零または正電圧であるTFT、またはpチャネル型TFTであり前記しきい値電圧が負電圧であるTFTと定義する。同様に、ディプレッション型TFTを、nチャネル型TFTでありしきい値電圧が負電圧であるTFT、またはpチャネル型TFTでありしきい値電圧が零または正電圧であるTFTと定義する。   In general, threshold voltage, enhancement type TFT, and depletion type TFT are defined as follows. As shown in FIG. 1a, in the gate voltage-drain current characteristic curve, the intersection of the tangent line a in the square characteristic region of the characteristic curve and the horizontal axis (gate voltage axis) is defined as the threshold voltage. An enhancement type TFT is defined as an n-channel type TFT with a threshold voltage of zero or positive voltage, or a p-channel type TFT with a negative threshold voltage. Similarly, a depletion type TFT is defined as an n-channel TFT with a negative threshold voltage, or a p-channel TFT with a threshold voltage of zero or positive.

しきい値電圧の制御方法としてはイオン打ちこみ法や半導体膜成膜時に不純物ガスを流すなどの方法で、ゲート絶縁層上の半導体膜に不純物を導入するというチャネルドープ法が一般に用いられている。   As a method for controlling the threshold voltage, a channel doping method in which impurities are introduced into the semiconductor film on the gate insulating layer is generally used, such as an ion implantation method or a method of flowing an impurity gas when forming the semiconductor film.

チャネルドープをする不純物の種類は、エンハンスメント型TFTではチャネル部にチャネル形成時の導電型と異なる導電型の不純物を添加し、ディプレッション型TFTでは同じ導電型の不純物を導入する。例えば、nチャネルTFTをエンハンスメント型TFTにするにはホウ素などのp型不純物を、ディプレッション型にするにはリンやヒ素などのn型不純物を導入すれば良い。
また、チャネル形成領域での前記不純物の濃度は、SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)分析における検出限界値1×1015atoms/cm3を越える濃度になり、5×1017atoms/cm3で2V程度のしきい値のシフトがおこるが、5×1017atoms/cm3を越える濃度では結晶性悪化により移動度の低化が顕著になるためこれを越えない濃度が好ましい。
In the enhancement type TFT, an impurity having a conductivity type different from that at the time of channel formation is added to the channel portion, and an impurity having the same conductivity type is introduced into the depletion type TFT. For example, a p-type impurity such as boron may be introduced to make an n-channel TFT an enhancement type TFT, and an n-type impurity such as phosphorus or arsenic may be introduced to make a depletion type.
The impurity concentration in the channel formation region exceeds the detection limit value of 1 × 10 15 atoms / cm 3 in SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) analysis, and is about 2 V at 5 × 10 17 atoms / cm 3. However, if the concentration exceeds 5 × 10 17 atoms / cm 3 , the mobility is significantly lowered due to the deterioration of crystallinity, so that the concentration does not exceed this is preferable.

ところで、しきい値電圧が0VのTFTでも現実にはゲート電圧が0Vのときドレイン電流は0ではない。ゲート電圧が0Vのときにドレイン電流が小さくなるようにするにはしきい値電圧より、むしろドレイン電流の値が基準値以下になるときのゲート電圧を指標として、この値を充分0Vに近くする方がよい。本明細書ではドレイン電圧の絶対値1Vの条件(詳しくはpチャネル型TFTではドレイン電圧−1V、nチャネル型TFTではドレイン電圧+1V)でチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流1pA流れる時のゲート電圧を基準値とし、この値を制御することを考える。(図1b)   By the way, even in a TFT having a threshold voltage of 0V, the drain current is actually not 0 when the gate voltage is 0V. In order to reduce the drain current when the gate voltage is 0 V, this value is sufficiently close to 0 V using the gate voltage when the drain current value is lower than the reference value as an index rather than the threshold voltage. Better. In this specification, the gate when the drain current of 1 pA flows per 1 μm width of the channel formation region under the condition of the absolute value of the drain voltage of 1 V (specifically, the drain voltage is −1 V for the p-channel TFT and the drain voltage +1 V for the n-channel TFT) Consider that the voltage is a reference value and this value is controlled. (Figure 1b)

また本明細書では、前記ドレイン電圧の絶対値1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧値によってエンハンスメント型TFTとディプレッション型TFTを定義する。つまり、エンハンスメント型TFTを、nチャネル型TFTでありドレイン電圧+1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流1pAのときのゲート電圧が零または正電圧であるTFT、またはpチャネル型TFTでありドレイン電圧−1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流1pAのときのゲート電圧が負電圧であるTFTと定義する。同様に、ディプレッション型TFTを、nチャネル型TFTでありドレイン電圧+1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流1pAのときのゲート電圧が負電圧であるTFT、またはpチャネル型TFTでありドレイン電圧+1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流1pAのときのゲート電圧が零または正電圧であるTFTと定義する。   Further, in this specification, the enhancement type TFT and the depletion type TFT are defined by the gate voltage value when the absolute value of the drain voltage is 1 V and the absolute value of the drain current per 1 μm width of the channel formation region is 1 pA. In other words, the enhancement type TFT is an n-channel type TFT with a drain voltage of +1 V and a drain current of 1 pA per 1 μm width of the channel formation region, or a p-channel type TFT with a drain voltage of zero or positive. It is defined as a TFT whose gate voltage is negative when the voltage is −1 V and the drain current is 1 pA per 1 μm width of the channel formation region. Similarly, the depletion type TFT is an n channel type TFT having a drain voltage of +1 V and a drain current of 1 pA per 1 μm width of the channel formation region, or a p channel type TFT having a drain voltage. It is defined as a TFT whose gate voltage is zero or positive when +1 V and a drain current of 1 pA per 1 μm width of the channel formation region.

さらに、ドレイン電圧の絶対値1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流1pAのときのゲート電圧を0Vに十分近くにすると、しきい値電圧もある電圧値に制御される。したがって、本明細書においてドレイン電圧の絶対値1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流1pAのときのゲート電圧を0Vに十分近くすることと、しきい値電圧の制御とは同じ意味であるとする。   Further, when the gate voltage is sufficiently close to 0 V when the drain voltage is 1 V and the drain current is 1 pA per 1 μm width of the channel formation region with the absolute value of the drain voltage, the threshold voltage is also controlled to a certain voltage value. Therefore, in this specification, the gate voltage is sufficiently close to 0 V when the absolute value of the drain voltage is 1 V and the drain current is 1 pA per 1 μm width of the channel formation region, and the threshold voltage control has the same meaning. And

しきい値電圧の制御にチャネルドープ法を用いて行う場合、活性層に不純物を導入するため、必然的にこの不純物起因のバルク結晶欠陥や、半導体層と絶縁層の界面凖位を生じさせてしまう。この結果、TFT特性、特に電界効果型移動度を悪化させる原因となる。   When the channel doping method is used to control the threshold voltage, impurities are introduced into the active layer, which inevitably causes bulk crystal defects due to the impurities, or interface defects between the semiconductor layer and the insulating layer. End up. As a result, TFT characteristics, particularly field effect mobility, are deteriorated.

本発明者は、TFT特性を悪化させることなくしきい値電圧の制御をおこなうことが、デバイス作成上重要であり、したがってチャネルドープ法を用いないでしきい値電圧の制御をする方法を確立することが重要であると考えた。また、そのためには薄膜の応力を制御することが有効であると考えた。   It is important for the present inventor to control the threshold voltage without deteriorating the TFT characteristics. Therefore, the present inventor establishes a method for controlling the threshold voltage without using the channel doping method. Thought it was important. For this purpose, it was considered effective to control the stress of the thin film.

チャネルドープを行っていない場合について考える。この場合、チャネル形成領域でのp型またはn型不純物濃度は、SIMS分析における検出限界値1×1015atoms/cm3未満になる。 Consider the case where channel doping is not performed. In this case, the p-type or n-type impurity concentration in the channel formation region is less than the detection limit value of 1 × 10 15 atoms / cm 3 in SIMS analysis.

TFTに用いられる半導体膜は、非晶質半導体をはじめ、高い電界効果移動度が得られる結晶質半導体が適していると考えられている。ここで、結晶質半導体とは、単結晶半導体、多結晶半導体、または微結晶半導体を含むものである。また、絶縁層は、代表的には酸化シリコン、窒化シリコン、または窒酸化シリコンなどの材料で形成されている。   As a semiconductor film used for the TFT, it is considered that a crystalline semiconductor capable of obtaining a high field effect mobility, such as an amorphous semiconductor, is suitable. Here, the crystalline semiconductor includes a single crystal semiconductor, a polycrystalline semiconductor, or a microcrystalline semiconductor. The insulating layer is typically formed of a material such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon nitride oxide.

CVD法(化学的気相成長法)、スパッタ法、または真空蒸着法などの公知の技術で製作される前記材料の薄膜には内部応力があることが知られている。内部応力はさらにその薄膜が本来持つ真性応力と、薄膜と基板との熱膨張係数の差に起因する熱応力とに分離して考えられていた。熱応力はTFT作製工程の加熱工程で発生するもので、プロセス温度の設定によりその影響を無視できる。一方、真性応力の発生のメカニズムは必ずしも明確にはされておらず、薄膜の成長過程やその後の熱処理などによる相変化や組成変化が複雑に絡み合って発生しているものと考えられていた。   It is known that a thin film of the material manufactured by a known technique such as a CVD method (chemical vapor deposition method), a sputtering method, or a vacuum deposition method has an internal stress. Internal stress was further considered to be separated into intrinsic stress inherent to the thin film and thermal stress caused by the difference in thermal expansion coefficient between the thin film and the substrate. Thermal stress is generated in the heating process of the TFT fabrication process, and its influence can be ignored by setting the process temperature. On the other hand, the mechanism of the generation of intrinsic stress is not necessarily clarified, and it was considered that the phase change and composition change due to the growth process of the thin film and the subsequent heat treatment were complicatedly intertwined.

一般に、内部応力は図2に示すように、基板に対して薄膜が収縮しようとする時には、基板はその影響を受けて、薄膜を内側にして変形するのでこれを引っ張り応力と呼んでいる。一方、薄膜が伸張する時には、基板は押し縮められて薄膜を外側にして変形するのでこれを圧縮応力と呼んでいる。このように、便宜上内部応力の定義は基板を中心として考えられていた。本明細書でも内部応力はこの定義に従って記述する。また、本明細書では、引っ張り応力は正、圧縮応力は負の符号をもつとして定義する。   In general, as shown in FIG. 2, when the thin film is contracted with respect to the substrate, the internal stress is influenced by the internal stress and is deformed with the thin film inside, and this is called tensile stress. On the other hand, when the thin film is stretched, the substrate is compressed and deformed with the thin film facing outward, and this is called compressive stress. Thus, for the sake of convenience, the definition of internal stress has been considered centering on the substrate. In this specification, the internal stress is described according to this definition. In this specification, the tensile stress is defined as having a positive sign, and the compressive stress is defined as having a negative sign.

非晶質半導体膜から熱結晶化やレーザー結晶化などの方法で作製される結晶質半導体膜は、結晶化の過程で体積収縮が起こることが知られていた。その割合は非晶質半導体膜の状態にもよるが、0.1〜1%程度であるとされていた。その結果、結晶質半導体膜には引っ張り応力が発生し、その大きさは約1×109Paに及ぶこともあった。また酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、および窒酸化シリコン膜などの絶縁膜の内部応力は、膜作製条件やその後の熱処理条件によって圧縮応力から引っ張り応力まで様々に変化することが知られていた。 It has been known that a crystalline semiconductor film produced from an amorphous semiconductor film by a method such as thermal crystallization or laser crystallization undergoes volume shrinkage during the crystallization process. Although the ratio depends on the state of the amorphous semiconductor film, it was supposed to be about 0.1 to 1%. As a result, tensile stress was generated in the crystalline semiconductor film, and the magnitude of the crystalline semiconductor film sometimes reached about 1 × 10 9 Pa. In addition, it has been known that the internal stress of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon nitride oxide film varies in various ways from a compressive stress to a tensile stress depending on film forming conditions and subsequent heat treatment conditions.

ところで、活性層半導体膜とそれに接している基板側または基板と反対側の絶縁膜の応力を変化させると、しきい値電圧が変化する。これについて詳細な理由は現在までのところ明らかではないが、例えば活性層半導体膜が収縮しようとするとき、これを引き伸ばす方向に応力が作用すれば結晶粒界に歪が生じ、この領域に転位や結晶欠陥の生成および不対結合手の生成に伴う界面凖位の発生がおこると考えられる。また結晶欠陥や界面凖位はしきい値電圧に影響を及ぼすことはよく知られたことであった。したがって応力の変化によりしきい値電圧を変化させることができる。あるいは、応力が活性層半導体膜に加わると、格子定数、すなわち半導体膜を構成している半導体原子の隣接間距離が変化し、これに伴って半導体膜のエネルギーバンド構造が変化するためにしきい値電圧も変化すると考えられる。   By the way, when the stress of the active layer semiconductor film and the insulating film on the substrate side in contact with the active layer semiconductor or on the opposite side of the substrate is changed, the threshold voltage changes. Although the detailed reason for this is not clear so far, for example, when the active layer semiconductor film tries to contract, if a stress acts in the direction of stretching the active layer semiconductor film, the crystal grain boundary is distorted. It is thought that the generation of interface defects accompanying the generation of crystal defects and unpaired bonds. It was well known that crystal defects and interface potentials affect the threshold voltage. Therefore, the threshold voltage can be changed by changing the stress. Alternatively, when stress is applied to the active layer semiconductor film, the lattice constant, that is, the distance between adjacent semiconductor atoms constituting the semiconductor film changes, and the energy band structure of the semiconductor film changes accordingly. The voltage is also expected to change.

したがって、活性層に加わる応力を適当に変えることで、しきい値電圧を制御できる。ところでしきい値電圧と直接的な相関を持つのは第2の絶縁膜の応力と膜厚の積と活性層の応力と膜厚の積の和であり、同じ膜質であっても、活性層と第2の絶縁層の両方、またはどちらか一方の膜厚を変えることによっても、しきい値電圧を制御することができる。   Therefore, the threshold voltage can be controlled by appropriately changing the stress applied to the active layer. By the way, it is the sum of the product of the stress and film thickness of the second insulating film and the product of the stress and film thickness of the active layer that has a direct correlation with the threshold voltage. The threshold voltage can also be controlled by changing the film thickness of either or both of the first and second insulating layers.

図11は第2の絶縁層の応力と膜厚の積および活性層の応力と膜厚の積との和、とTFTのドレイン電圧の絶対値1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧の相関曲線である。ただし、図の特性曲線はpチャネル型TFTとnチャネル型TFTが活性層の不純物濃度を除いて、同じ構造を持っていると仮定している。この仮定のもとで、ドレイン電圧の絶対値1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧が0VになるX座標X0の大きさは同じになるが、これはX0が第2の絶縁膜の応力と膜厚の積と活性層の応力と膜厚の積の和という量のみで決まっていることを表している。また、前記相関曲線は直線になり、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTでは、傾きの符号が等しくなっており、したがってエンハンスメント型かディプレッション型かの区別は同じX座標では逆になっている。前記相関曲線でX0の絶対値と、前記相関曲線の傾きは、第1の絶縁層の応力と膜厚の積または活性層の応力と膜厚の積により任意の値をとるが、その場合でも第2の絶縁層の応力と膜厚を適当なものにすることで、ドレイン電圧の絶対値1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧を0Vに近い値、好ましくは絶対値が2V以下にすることが可能である。   FIG. 11 shows the sum of the product of the stress and film thickness of the second insulating layer and the product of the stress and film thickness of the active layer, and the drain current per 1 μm width of the channel formation region with the absolute value of 1V of the drain voltage of the TFT. It is a correlation curve of the gate voltage when the absolute value is 1 pA. However, the characteristic curve in the figure assumes that the p-channel TFT and the n-channel TFT have the same structure except for the impurity concentration of the active layer. Under this assumption, the X coordinate X0 at which the gate voltage becomes 0 V when the absolute value of the drain voltage is 1 V and the absolute value of the drain current per 1 μm width of the channel formation region is 1 pA is the same. Indicates that X0 is determined only by the amount of the sum of the product of the stress and film thickness of the second insulating film and the product of the stress and film thickness of the active layer. Further, the correlation curve is a straight line, and the sign of the inclination is the same between the n-channel TFT and the p-channel TFT, and therefore the distinction between the enhancement type and the depletion type is reversed for the same X coordinate. In the correlation curve, the absolute value of X0 and the slope of the correlation curve take arbitrary values depending on the product of the stress and the film thickness of the first insulating layer or the product of the stress and the film thickness of the active layer. By making the stress and film thickness of the second insulating layer appropriate, the gate voltage when the absolute value of the drain voltage is 1V and the absolute value of the drain current per 1 μm width of the channel forming region is 1 pA is close to 0V. Preferably, the absolute value can be 2 V or less.

ところで、しきい値電圧の制御にチャネルドープ法を用いる場合でも、チャネルドープなしでドレイン電圧の絶対値1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧が0V近く好ましくは2V以下になるように第2の絶縁層と活性層の応力と膜厚の積を適当な値に設定しておけば、チャネル領域にチャネルドープする不純物の濃度を小さくでき、したがってチャネルドープ起因のTFT特性悪化が抑制できるため有効である。   By the way, even when the channel doping method is used for controlling the threshold voltage, the gate voltage is close to 0 V when the drain voltage has an absolute value of 1 V and the drain current has an absolute value of 1 pA per 1 μm width of the channel formation region without channel doping. If the product of the stress and film thickness of the second insulating layer and the active layer is set to an appropriate value so that the voltage is preferably 2 V or less, the concentration of the impurity doped into the channel region can be reduced. This is effective because it can suppress the deterioration of the TFT characteristics.

以上説明したように、活性層の応力と膜厚の積または第2の絶縁膜の応力と膜厚の積を適当な値にすることでチャネルドープを行わずに、TFTのしきい値電圧を制御することが可能である。これによりチャネルドープ起因の結晶欠陥のないよりよい電気的特性を持つTFTの作製が可能となる。   As described above, the threshold voltage of the TFT can be set without channel doping by setting the product of the stress and film thickness of the active layer or the product of the stress and film thickness of the second insulating film to an appropriate value. It is possible to control. As a result, a TFT having better electrical characteristics free from crystal defects caused by channel doping can be produced.

エンハンスメント型TFTとディプレッション型TFTの定義図。Definition diagram of enhancement type TFT and depletion type TFT. 薄膜の内部応力の定義を説明する図。The figure explaining the definition of the internal stress of a thin film. 実施の形態1を説明するTFTの断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view of a TFT illustrating Embodiment 1; 実施の形態2を説明するTFTの断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of a TFT illustrating Embodiment 2; TFTの作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of TFT. TFTの作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of TFT. TFTの作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of TFT. TFTの作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of TFT. CMOS回路の上面図、断面図、回路図。The top view, sectional drawing, and circuit diagram of a CMOS circuit. E/DMOS回路の上面図、断面図、回路図。The top view, sectional drawing, and circuit diagram of an E / DMOS circuit. 第2の絶縁層の応力と膜厚の積と本明細書での基準となるゲート電圧との相関図。The correlation figure of the gate voltage used as the reference | standard in this specification with the product of the stress of a 2nd insulating layer, and a film thickness. 実施例1のTFT作製実験結果。The TFT production experiment result of Example 1. 実施例6を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating Example 6; 実施例6を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating Example 6; 実施例6を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating Example 6; チャネルドープを行う場合の実施の形態を説明する図The figure explaining embodiment in the case of performing channel dope チャネルドープを行って作製するCMOS回路の上面図、断面図、回路図。The top view, sectional drawing, and circuit diagram of a CMOS circuit manufactured by performing channel doping. チャネルドープを行って作製するE/DMOS回路の上面図、断面図、回路図。The top view, sectional drawing, and circuit diagram of an E / DMOS circuit manufactured by channel doping.

[実施の形態1] チャネルドープ法を用いない場合についての実施形態を図3で説明する。図3の(A)および(B)において絶縁表面を有する基板301上にゲート電極302が形成され、その上に第1の絶縁層である、引っ張り応力を持つ窒化シリコン膜303aと圧縮応力を持つ窒酸化シリコン膜303bが積層されている。 [Embodiment Mode 1] An embodiment mode in which a channel doping method is not used will be described with reference to FIG. 3A and 3B, a gate electrode 302 is formed on a substrate 301 having an insulating surface, and a first insulating layer, which is a silicon nitride film 303a having tensile stress and compressive stress, is formed thereon. A silicon nitride oxide film 303b is stacked.

活性層304は非晶質半導体膜をレーザー結晶化や熱結晶化などの方法で作製された結晶質半導体膜であり、詳細な作製方法に限定されるものではないが必然的に引張り応力を有している。そして、必要に応じてチャネル形成領域304c、LDD領域304b、ソース領域304a、ドレイン領域304dが設けられている。ソース電極306とドレイン電極307は、第2の絶縁層305の一部にコンタクトホールを形成して設けられている。   The active layer 304 is a crystalline semiconductor film produced by a method such as laser crystallization or thermal crystallization of an amorphous semiconductor film, and is not limited to a detailed production method but necessarily has a tensile stress. is doing. A channel formation region 304c, an LDD region 304b, a source region 304a, and a drain region 304d are provided as necessary. The source electrode 306 and the drain electrode 307 are provided by forming contact holes in part of the second insulating layer 305.

チャネル形成領域ではn型不純物であるリンや砒素、またはp型不純物であるホウ素の濃度がSIMS分析による検出限界以下であり、ソース領域およびドレイン領域ではn型不純物であるリンや砒素、またはp型不純物であるホウ素が1×1019atoms/cm3以上の高濃度で注入されている。 In the channel formation region, the concentration of phosphorus or arsenic as n-type impurities or boron as p-type impurities is below the detection limit by SIMS analysis, and phosphorus or arsenic as n-type impurities or p-type in the source and drain regions. Boron as an impurity is implanted at a high concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more.

図3(A)において、第2の絶縁層は圧縮応力を持つ窒酸化シリコン膜である。その応力と膜厚によりしきい値電圧を制御している。   In FIG. 3A, the second insulating layer is a silicon oxynitride film having a compressive stress. The threshold voltage is controlled by the stress and the film thickness.

また、図3(B)にあるように、第2の絶縁層は複数の絶縁膜を積層して形成してもよい。図3(B)では、第2の絶縁層305aは圧縮応力を持つ窒酸化シリコン膜で、その上に圧縮応力を持つ第2の絶縁層305bである酸化シリコン膜が積層されており、より効果的に応力の制御ができた。   As shown in FIG. 3B, the second insulating layer may be formed by stacking a plurality of insulating films. In FIG. 3B, the second insulating layer 305a is a silicon oxynitride film having a compressive stress, and a silicon oxide film, which is the second insulating layer 305b having a compressive stress, is stacked thereon. Stress was controlled.

第1の絶縁層における応力の絶対値と膜厚の積は、第2の絶縁層における応力の絶対値と膜厚の積と比べ十分小さいため、しきい値電圧への第2の絶縁層からの応力と膜厚の積が支配的であった。第2の絶縁層における応力[Pa]と膜厚[m]の積と、活性層における応力[Pa]と膜厚[m]の積、の和が-8.0×101〜-1.2×102であり、ドレイン電圧の絶対値1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧の絶対値は2V以下に制御された。 Since the product of the absolute value of the stress and the film thickness in the first insulating layer is sufficiently smaller than the product of the absolute value of the stress and the film thickness in the second insulating layer, the second insulating layer to the threshold voltage The product of stress and film thickness was dominant. The sum of the product of the stress [Pa] and the film thickness [m] in the second insulating layer and the product of the stress [Pa] and the film thickness [m] in the active layer is −8.0 × 10 1 to −1. a 2 × 10 2, the absolute value of the gate voltage when the absolute value 1pA the drain current per width 1μm of the channel formation region in absolute value 1V of the drain voltage was controlled below 2V.

以上の工程により作製されたnチャネル型TFTはディプレッション型TFTとなり、pチャネル型TFTはエンハンスメント型TFTとなった。 The n-channel TFT manufactured through the above steps is a depletion type TFT, and the p-channel TFT is an enhancement type TFT.

[実施の形態2] CMOS回路においては、同一基板上にnチャネル型TFTおよびpチャネル型TFTの両方が作製される。そして、前記nチャネル型TFTおよびpチャネル型TFTについては両方ともエンハンスメント型である回路構成がよく用いられる。そこで、本実施の形態では、チャネルドープ法を用いず、第2の絶縁層における応力と膜厚の積を適当に設定することで、しきい値電圧を制御し所望のTFTを得る方法を図4で説明する。 [Embodiment 2] In a CMOS circuit, both an n-channel TFT and a p-channel TFT are manufactured on the same substrate. For the n-channel TFT and the p-channel TFT, an enhancement type circuit configuration is often used. Therefore, in this embodiment, a method of obtaining a desired TFT by controlling the threshold voltage by appropriately setting the product of the stress and the film thickness in the second insulating layer without using the channel doping method is shown. 4 will be described.

ところで,発明の詳細な説明で記述したように、チャネルドープを行っていないnチャネル型TFTおよびpチャネル型TFTにおいては、エンハンスメント型かディプレッション型かの区別は、第2の絶縁膜と活性層の応力と膜厚の積が同じなら、互いに反対の種類になる。そこで、同一基板内でエンハンスメント型かディプレッション型かどちらか一方のみのTFTを作製するには第2の絶縁層の構造をかえて応力と膜厚の積に差違をつけることが必要となる。   By the way, as described in the detailed description of the invention, in the n-channel TFT and the p-channel TFT which are not channel doped, the distinction between the enhancement type and the depletion type is made between the second insulating film and the active layer. If the product of stress and film thickness is the same, they are of the opposite type. Therefore, in order to fabricate only one of the enhancement type and the depletion type TFTs in the same substrate, it is necessary to change the structure of the second insulating layer to make a difference in the product of stress and film thickness.

図4において絶縁表面を有する基板401上にゲート電極402が形成され、その上に第1の絶縁層である、引っ張り応力を持つ窒化シリコン膜403aと圧縮応力を持つ窒酸化シリコン膜403bが積層されている。   In FIG. 4, a gate electrode 402 is formed on a substrate 401 having an insulating surface, and a silicon nitride film 403a having tensile stress and a silicon nitride oxide film 403b having compressive stress, which are first insulating layers, are stacked thereon. ing.

nチャネル型TFT側において、活性層404は、引張り応力を有した半導体層であり、必要に応じてチャネル形成領域404c、LDD領域404b、ソース領域404a、ドレイン領域404dが設けられている。また、pチャネル型TFT側において活性層405は、引張り応力を有した半導体層であり、チャネル形成領域405c、ソース領域405a、ドレイン領域405dが設けられている。ソース電極406、408とドレイン電極407、409は、第2の絶縁層410の一部にコンタクトホールを形成して設けられている.   On the n-channel TFT side, the active layer 404 is a semiconductor layer having a tensile stress, and a channel formation region 404c, an LDD region 404b, a source region 404a, and a drain region 404d are provided as necessary. The active layer 405 on the p-channel TFT side is a semiconductor layer having tensile stress, and is provided with a channel formation region 405c, a source region 405a, and a drain region 405d. The source electrodes 406 and 408 and the drain electrodes 407 and 409 are provided by forming contact holes in part of the second insulating layer 410.

活性層チャネル形成領域ではn型不純物であるリンや砒素、またはp型不純物であるホウ素の濃度が1×1015atoms/cm3以下であり、活性層ソースおよびドレイン領域ではn型不純物であるリンや砒素、またはp型不純物であるホウ素が1×1019atoms/cm3以上の高濃度で注入されている。 The concentration of phosphorus or arsenic as n-type impurities or boron as p-type impurities is 1 × 10 15 atoms / cm 3 or less in the active layer channel formation region, and phosphorus as n-type impurities in the active layer source and drain regions. , Arsenic, or boron, which is a p-type impurity, is implanted at a high concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more.

ところで、図4においてnチャネル型TFTの第2の絶縁層410と活性層404の間に積層されているのは、前記nチャネル型TFTの不純物ドーピング時に使用される、活性層保護膜、およびマスク絶縁膜であり、不純物ドーピング後もエッチングせずに残しておくことで、pチャネル型TFTに対して、第2の絶縁層の膜厚と応力の積に差異が付けられる。   By the way, in FIG. 4, what is stacked between the second insulating layer 410 and the active layer 404 of the n-channel TFT is an active layer protective film and a mask used at the time of impurity doping of the n-channel TFT. The insulating film is left without being etched after the impurity doping, so that the product of the film thickness and stress of the second insulating layer is different from that of the p-channel TFT.

nチャネル型TFTに加わる応力として、第2の絶縁層とマスク絶縁膜とドーピング#時に使用した活性層の保護膜の応力[Pa]と膜厚[m]の積、および活性層の応力[Pa]と膜厚[m]の積の和が、nチャネル型TFTでは-1.2×102〜-1.4×102とし、一方pチャネル型TFTでは-8.0×101〜1,2×102とすると、nチャネル型TFTとpチャネル型TFTのどちらもエンハンスメント型であるTFTができる。また、ドレイン電圧の絶対値1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧の絶対値は2V以下に制御される。 As the stress applied to the n-channel TFT, the product of the stress [Pa] and the film thickness [m] of the protective film of the active layer used at the time of doping #, the second insulating layer, the mask insulating film, and the stress [Pa] of the active layer ] the sum of the product of the film thickness [m] is set to n in channel TFT -1.2 × 10 2 ~-1.4 × 10 2, whereas the p-channel type TFT in the -8.0 × 10 1 to 1 , 2 × 10 2 , both n-channel TFTs and p-channel TFTs can be enhanced TFTs. The absolute value of the gate voltage is controlled to 2 V or less when the absolute value of the drain voltage is 1 V and the drain current has an absolute value of 1 pA per 1 μm width of the channel formation region.

[実施の形態3]本発明のチャネルト゛ーフ゜法を用いる場合についての実施の形態を図16で説明する。CMOS回路では、同一基板内でnチャネル型TFTとpチャネル型TFTの両方が作られ、どちらもエンハンスメント型TFTとなるようにしきい値電圧が制御される。ところが、チャネルドープをしない場合に、第2の絶縁層と活性層の応力と膜厚が前記nチャネル型TFTと前記pチャネル型TFTで同一になるようにした場合には、発明の詳細な説明で述べたように、ドレイン電圧の絶対値1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧の絶対値は0V近くになるように制御できるが、エンハンスメント型TFTだけでなく、ディプレッション型TFTも作られてしまう。この場合には前記nチャネル型TFTか前記pチャネル型TFTのうちディプレッション型になっているTFTの活性層にチャネルドープを行い、エンハンスメント型TFTになるようにしきい値電圧を制御するのが有効である。 [Embodiment 3] An embodiment in which the channel top method of the present invention is used will be described with reference to FIG. In a CMOS circuit, both an n-channel TFT and a p-channel TFT are formed in the same substrate, and the threshold voltage is controlled so that both become enhancement-type TFTs. However, when the channel doping is not performed, the stress and the film thickness of the second insulating layer and the active layer are made the same in the n-channel TFT and the p-channel TFT. As described above, when the absolute value of the drain voltage is 1 V and the absolute value of the drain current per 1 μm width of the channel formation region is 1 pA, the absolute value of the gate voltage can be controlled to be close to 0 V, but only the enhancement type TFT In addition, a depletion type TFT is also produced. In this case, it is effective to perform channel doping on the active layer of the depletion type TFT among the n-channel type TFT or the p-channel type TFT and control the threshold voltage so as to become an enhancement type TFT. is there.

図16において絶縁表面を有する基板401上にゲート電極402が形成され、その上に第1の絶縁層である、引っ張り応力を持つ窒化シリコン膜403aと圧縮応力を持つ窒酸化シリコン膜403bが積層されている。   In FIG. 16, a gate electrode 402 is formed on a substrate 401 having an insulating surface, and a silicon nitride film 403a having tensile stress and a silicon nitride oxide film 403b having compressive stress, which are first insulating layers, are stacked thereon. ing.

nチャネル型TFT側において、活性層404は、引張り応力を有した半導体層であり、必要に応じてチャネル形成領域404c、LDD領域404b、ソース領域404a、ドレイン領域404dが設けられている。また、pチャネル型TFT側において活性層405は、引張り応力を有した半導体層であり、チャネル形成領域405c、ソース領域405a、ドレイン領域405dが設けられている。ソース電極406、408とドレイン電極407、409は、第2の絶縁層410の一部にコンタクトホールを形成して設けられている。   On the n-channel TFT side, the active layer 404 is a semiconductor layer having a tensile stress, and a channel formation region 404c, an LDD region 404b, a source region 404a, and a drain region 404d are provided as necessary. The active layer 405 on the p-channel TFT side is a semiconductor layer having tensile stress, and is provided with a channel formation region 405c, a source region 405a, and a drain region 405d. The source electrodes 406 and 408 and the drain electrodes 407 and 409 are provided by forming contact holes in part of the second insulating layer 410.

ここで、活性層404と405は同時に成膜された同一の膜厚および応力をもつ半導体膜であり、第2の絶縁層410と411は同時に成膜された、同一の膜厚及び膜質を持つ絶縁膜である。例えば図16のpチャネル型TFTがエンハンスメント型になるように第2の絶縁層と活性層の膜厚と応力を設定した場合には、nチャネル型TFTの活性層チャネル形成領域404にボロンなどのp型不純物でチャネルドープを行いエンハンスメント型にしきい値を制御する。これにより同一基板内にエンハンスメント型のnチャネル型TFTとpチャネル型TFTを作ることができる。 Here, the active layers 404 and 405 are semiconductor films having the same film thickness and stress formed simultaneously, and the second insulating layers 410 and 411 are formed simultaneously and have the same film thickness and film quality. It is an insulating film. For example, when the thickness and stress of the second insulating layer and the active layer are set so that the p-channel TFT in FIG. 16 is an enhancement type, boron or the like is formed in the active layer channel formation region 404 of the n-channel TFT. The channel is doped with p-type impurities to control the threshold value to the enhancement type. Thereby, an enhancement type n-channel TFT and a p-channel TFT can be formed in the same substrate.

以上の方法ではnチャネル型TFTにはチャネルドープを行わないため、その活性層はチャネルドープ起因の結晶欠陥や界面凖位がない良好な結晶性を持つ。また、pチャネル型TFTにはチャネルドープを行っているが、第2の絶縁層と活性層の応力を考慮して作られているため、チャネルドープにおける不純物濃度は5×1017atoms/cm3以下の十分少ない量でしきい値電圧が制御できるため、やはり良好な結晶性を持つ活性層をもつTFTとなる。 In the above method, since the n-channel TFT is not channel-doped, the active layer has good crystallinity free from crystal defects and interface defects caused by channel doping. Further, although channel doping is performed on the p-channel TFT, the impurity concentration in the channel doping is 5 × 10 17 atoms / cm 3 because it is formed in consideration of the stress of the second insulating layer and the active layer. Since the threshold voltage can be controlled by a sufficiently small amount as described below, a TFT having an active layer with good crystallinity is obtained.

図5〜図7を用いて本実施例を説明する。まず、基板601としてガラス基板、例えばコーニング社の#1737基板を用意した。そして、基板601上にゲート電極602を形成した。ここでは、スパッタ法を用いて、タンタル(Ta)
膜を200nmの厚さにスパッタ法により形成した。また、ゲート電極602を、窒化タンタル膜(膜厚50nm)とタンタル膜(膜厚250nm)の2層構造としても良い。
The present embodiment will be described with reference to FIGS. First, a glass substrate such as a # 1737 substrate manufactured by Corning was prepared as the substrate 601. A gate electrode 602 was formed over the substrate 601. Here, tantalum (Ta) is used by sputtering.
A film was formed by sputtering to a thickness of 200 nm. The gate electrode 602 may have a two-layer structure of a tantalum nitride film (film thickness 50 nm) and a tantalum film (film thickness 250 nm).

そして、第1の絶縁層603、非晶質半導体層604を順次大気開放しないで連続形成した。第1の絶縁層は窒素リッチな窒酸化シリコン膜603a(膜厚50nm)と窒酸化シリコン膜(膜厚125nm)で形成した。窒素リッチな窒酸化シリコン膜603aはSiH4、N2O、NH3の混合ガスよりプラズマCVD法で作製された。また、非晶質半導体層604もプラズマCVD法を用い、20〜100nm、好ましくは30〜75nmの厚さに形成した。(図5(B)) Then, the first insulating layer 603 and the amorphous semiconductor layer 604 were successively formed without being sequentially opened to the atmosphere. The first insulating layer was formed of a nitrogen-rich silicon nitride oxide film 603a (film thickness 50 nm) and a silicon nitride oxide film (film thickness 125 nm). The nitrogen-rich silicon oxynitride film 603a was formed by a plasma CVD method using a mixed gas of SiH 4 , N 2 O, and NH 3 . The amorphous semiconductor layer 604 was also formed to a thickness of 20 to 100 nm, preferably 30 to 75 nm, using a plasma CVD method. (Fig. 5 (B))

そして、450〜550℃で1時間の加熱処理を行った。この加熱処理により第1の絶縁層603と非晶質半導体層604とから水素が放出され、引張り応力を付与することができた。その後、非晶質半導体層604に対して、結晶化の工程を行い、結晶質半導体層605を形成した。ここでの結晶化の工程は、レーザー結晶化法や熱結晶化法を用いれば良い。レーザー結晶化法では、例えばXeClエキシマレーザー光(波長308nm)を用い、線状ビームを形成して、発振パルス周波数30Hz、レーザーエネルギー密度100〜500mJ/cm2、線状ビームのオーバーラップ率を96%として非晶質半導体層の結晶化を行った。ここで、非晶質半導体層が結晶化するに伴って、体積収縮が起こり、形成された結晶性半導体層605の引張り応力は増大した。(図5(C)) And the heat processing for 1 hour were performed at 450-550 degreeC. By this heat treatment, hydrogen was released from the first insulating layer 603 and the amorphous semiconductor layer 604, and tensile stress could be applied. Thereafter, a crystallization process was performed on the amorphous semiconductor layer 604 to form a crystalline semiconductor layer 605. For the crystallization step here, a laser crystallization method or a thermal crystallization method may be used. In the laser crystallization method, for example, XeCl excimer laser light (wavelength 308 nm) is used to form a linear beam, the oscillation pulse frequency is 30 Hz, the laser energy density is 100 to 500 mJ / cm 2 , and the linear beam overlap rate is 96. The amorphous semiconductor layer was crystallized as%. Here, as the amorphous semiconductor layer crystallized, volume shrinkage occurred, and the tensile stress of the formed crystalline semiconductor layer 605 increased. (Fig. 5 (C))

ここで、チャネルドープを行う場合には結晶性半導体層605に接して絶縁層を形成後、レジストマスクを使用してチャネルドープを行うTFTのみ選択的にチャネルドープを行う。チャネルドープを行った後でレジストマスクを剥離しさらに活性層を覆っていた絶縁層にはチャネルドープ時に不純物が注入されており、後の工程で活性層にこの絶縁層中の不純物が拡散する可能性があるためフッ酸系エッチャントをもちいて選択的に除去する。 Here, in the case of performing channel doping, after forming an insulating layer in contact with the crystalline semiconductor layer 605, channel doping is selectively performed only on the TFT that performs channel doping using a resist mask. After the channel doping, the resist mask is peeled off and the insulating layer covering the active layer is implanted with impurities at the time of channel doping, and the impurities in this insulating layer can diffuse into the active layer in a later step. Therefore, it is selectively removed using a hydrofluoric acid-based etchant.

次に、こうして形成された結晶質半導体層605に接して絶縁膜606を形成した。ここでは、窒酸化シリコン膜を200nmの厚さに形成した。その後、裏面からの露光を用いたパターニング法により、絶縁膜606に接したレジストマスク607を形成した。ここでは、ゲート電極602がマスクとなり、自己整合的にレジストマスク607を形成することができた。そして、図示したようにレジストマスクの大きさは、光の回り込みによって、わずかにゲート電極の幅より小さくなった。(図5(D))そして、レジストマスク607を用いて絶縁膜606をエッチングして、チャネル保護膜608を形成した後、レジストマスク607は除去した。この工程により、チャネル保護膜608と接する領域以外の結晶性半導体層605の表面を露呈させた。このチャネル保護膜608は、後の不純物添加の工程でチャネル領域に不純物が添加されることを防ぐ役目を果たした。
(図5(E))
Next, an insulating film 606 was formed in contact with the crystalline semiconductor layer 605 thus formed. Here, a silicon oxynitride film was formed to a thickness of 200 nm. Thereafter, a resist mask 607 in contact with the insulating film 606 was formed by a patterning method using exposure from the back surface. Here, the resist mask 607 can be formed in a self-aligning manner using the gate electrode 602 as a mask. As shown in the figure, the size of the resist mask was slightly smaller than the width of the gate electrode due to the wraparound of light. (FIG. 5D) Then, the insulating film 606 was etched using the resist mask 607 to form the channel protective film 608, and then the resist mask 607 was removed. Through this step, the surface of the crystalline semiconductor layer 605 other than the region in contact with the channel protective film 608 was exposed. This channel protective film 608 served to prevent impurities from being added to the channel region in the subsequent impurity addition step.
(Fig. 5 (E))

次いで、フォトマスクを用いたパターニングによって、nチャネル型TFTの一部とpチャネル型TFTの領域を覆うレジストマスク609を形成し、結晶質半導体層605の表面が露呈している領域にn型を付与する不純物元素を添加する工程を行った。そして、第1の不純物領域(n+型領域)610aが形成された。本実施例では、n型を付与する不純物元素としてリンを用いたので、イオンドープ法においてフォスフィン(PH3)を用い、ドーズ量5×1014atoms/cm2、加速電圧10kVとした。また、上記レジストマスク609のパターンは実施者が適宣設定することによりn+型領域の幅が決定され、所望の幅を有するn-型領域、およびチャネル形成領域を容易に得ることができた。(図6(A)) Next, a resist mask 609 that covers a part of the n-channel TFT and the p-channel TFT region is formed by patterning using a photomask, and the n-type region is exposed in the region where the surface of the crystalline semiconductor layer 605 is exposed. A step of adding an impurity element to be imparted was performed. A first impurity region (n + type region) 610a was formed. In this embodiment, since phosphorus is used as an impurity element imparting n-type, phosphine (PH 3 ) is used in the ion doping method, the dose is 5 × 10 14 atoms / cm 2 , and the acceleration voltage is 10 kV. The pattern of the resist mask 609 was determined by the practitioner to determine the width of the n + -type region, and an n -type region having a desired width and a channel formation region could be easily obtained. . (Fig. 6 (A))

レジストマスク609を除去した後、マスク用絶縁膜611を形成した。ここでは、窒酸化シリコン膜(膜厚50nm)をプラズマCVD法で作製した。窒酸化シリコン膜は圧縮応力を有していた。(図6(B))   After removing the resist mask 609, a mask insulating film 611 was formed. Here, a silicon oxynitride film (film thickness: 50 nm) was formed by a plasma CVD method. The silicon nitride oxide film had compressive stress. (Fig. 6 (B))

次いで、マスク用絶縁膜611が表面に設けられた結晶質半導体層にn型を付与する不純物元素を添加する工程を行い、第2の不純物領域(n-型領域)612を形成した。但し、マスク用絶縁膜611を介してその下の結晶質半導体層に不純物を添加するために、マスク用絶縁膜611の厚さを考慮にいれ、適宣条件を設定する必要があった。ここでは、ドーズ量3×1013atoms/cm2、加速電圧60kVとした。こうして形成される第2の不純物領域612はLDD領域として機能した。(図6(C)) Next, a step of adding an impurity element imparting n-type conductivity to the crystalline semiconductor layer provided with the mask insulating film 611 on the surface was performed, so that a second impurity region (n -type region) 612 was formed. However, in order to add impurities to the underlying crystalline semiconductor layer through the mask insulating film 611, it is necessary to set appropriate conditions in consideration of the thickness of the mask insulating film 611. Here, the dose is 3 × 10 13 atoms / cm 2 and the acceleration voltage is 60 kV. The second impurity region 612 thus formed functions as an LDD region. (Fig. 6 (C))

次いで、nチャネル型TFTを覆うレジストマスク614を形成し、pチャネル型TFTが形成される領域にP型を付与する不純物元素を添加する工程を行った。ここでは、イオンドープ法でジボラン(B26)を用い、ボロン(B)を添加した。ドーズ量は4×1015atoms/cm2、加速電圧30kVとした。(図6(D)) Next, a resist mask 614 covering the n-channel TFT was formed, and a step of adding an impurity element imparting P-type to a region where the p-channel TFT was formed was performed. Here, diborane (B 2 H 6 ) was used by ion doping, and boron (B) was added. The dose was 4 × 10 15 atoms / cm 2 and the acceleration voltage was 30 kV. (Fig. 6 (D))

ところで、p型不純物添加後に、nチャネル型TFTを覆っていたレジストマスクを剥離せず、pチャネル型TFTの活性層を覆っているマスク用絶縁膜611およびチャネル保護膜608をフッ素系エッチング液で選択除去し、nチャネル型TFTとp型TFTにおける第2の絶縁層の構造を変えることで活性層に加わる応力に差違をつけ、しきい値電圧を制御してもよい。(図8(A))   By the way, after the addition of the p-type impurity, the resist mask covering the n-channel TFT is not peeled off, and the mask insulating film 611 and the channel protective film 608 covering the active layer of the p-channel TFT are formed with a fluorine-based etching solution. The threshold voltage may be controlled by selectively removing the difference in the stress applied to the active layer by changing the structure of the second insulating layer in the n-channel TFT and the p-type TFT. (Fig. 8 (A))

また、たとえば、同一基板上にあるnチャネル型TFTのなかで、エンハンスメント型およびディプレッション型TFTの両方を作り込む場合には、不純物添加行程終了後、ディプレッション型にしたいTFT以外をレジストマスクで覆い、フッ素系エッチャント液でマスク用絶縁膜とチャネル保護膜を選択除去すればよい。   Also, for example, in the case where both enhancement type and depletion type TFTs are formed among n-channel type TFTs on the same substrate, after the impurity addition process, the TFT other than the depletion type is covered with a resist mask, The mask insulating film and the channel protective film may be selectively removed with a fluorine-based etchant solution.

その後、レーザーアニールまたは熱アニールによる不純物元素の活性化の工程を行った後、水素雰囲気中で熱処理(300〜450℃、1時間)を行い全体を水素化した(図7、8(A))。また、プラズマ化された水素により水素化しても良い。その後、チャネル保護膜608とマスク用絶縁膜611をフッ酸系エッチング液で選択除去し、公知のパターニング技術により結晶性半導体層を所望の形状にエッチングした。(図7、8(B))   Then, after performing an impurity element activation process by laser annealing or thermal annealing, heat treatment (300 to 450 ° C., 1 hour) was performed in a hydrogen atmosphere to hydrogenate the whole (FIGS. 7 and 8A). . Alternatively, hydrogenation may be performed with plasma hydrogen. Thereafter, the channel protective film 608 and the mask insulating film 611 were selectively removed with a hydrofluoric acid-based etchant, and the crystalline semiconductor layer was etched into a desired shape by a known patterning technique. (Figs. 7 and 8 (B))

以上の工程を経て、nチャネル型TFTのソース領域615、ドレイン領域616、LDD領域617、618、チャネル形成領域619が形成され、pチャネル型TFTのソース領域621、ドレイン領域622、チャネル形成領域620が形成された。次いで、nチャネル型TFTおよびpチャネル型TFTを覆って第2の絶縁層を形成した。第2の絶縁層は圧縮応力―8.1×108Paを持つ酸化シリコン膜を1000nmの厚さに形成した。(図7、8(C)) Through the above steps, the source region 615, the drain region 616, the LDD regions 617 and 618, and the channel formation region 619 of the n-channel TFT are formed, and the source region 621, the drain region 622, and the channel formation region 620 of the p-channel TFT. Formed. Next, a second insulating layer was formed to cover the n-channel TFT and the p-channel TFT. As the second insulating layer, a silicon oxide film having a compressive stress of −8.1 × 10 8 Pa was formed to a thickness of 1000 nm. (Fig. 7, 8 (C))

そして、コンタクトホールを形成して、ソース電極624、627、ドレイン電極625、627を形成した。さらに第2の絶縁層として、酸化シリコン膜から成る絶縁膜623上に、ソース電極624、627、ドレイン電極625、627を覆って、窒酸化シリコン膜623を形成した。図7、8(D)に示す状態を得た後、最後に水素雰囲気中で熱処理を行い、全体を水素化してnチャネル型TFTとpチャネル型TFTが完成した。水素化の工程はプラズマ化した水素雰囲気にさらすことによっても実現できた。   Then, contact holes were formed, and source electrodes 624 and 627 and drain electrodes 625 and 627 were formed. Further, as a second insulating layer, a silicon nitride oxide film 623 was formed over the insulating film 623 made of a silicon oxide film so as to cover the source electrodes 624 and 627 and the drain electrodes 625 and 627. After obtaining the states shown in FIGS. 7 and 8D, heat treatment was finally performed in a hydrogen atmosphere, and the whole was hydrogenated to complete an n-channel TFT and a p-channel TFT. The hydrogenation process could also be realized by exposure to a plasma hydrogen atmosphere.

以上の工程により作製したTFTによる、ドレイン電圧の絶対値1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧の絶対値、の応力依存性(該ゲート電圧に対する、第2の絶縁層の応力と膜厚の積および活性層の応力と膜厚の積の和の依存性)は図12(A)および(B)のようになった。ここで、図12にある3種類の応力と膜厚の積の値は、表1で表される第2の絶縁層構造によって得られた。   Stress dependence of the absolute value of the gate voltage when the absolute value of the drain voltage is 1 V and the absolute value of the drain current per 1 μm of the width of the channel formation region by the TFT manufactured by the above-described process is The product of the stress and film thickness of the insulating layer 2 and the sum of the product of the stress and film thickness of the active layer) are as shown in FIGS. 12 (A) and 12 (B). Here, the value of the product of the three types of stress and film thickness shown in FIG. 12 was obtained by the second insulating layer structure shown in Table 1.

Figure 2011228736
Figure 2011228736

図12(A)は前記TFT作製方法により作製した、nチャネルTFTのしきい値と第2の絶縁層応力×膜厚の依存性をあらわす。実測データがある直線上にのると仮定し、この直線を最小二乗法を用いて最も実測テ゛ータと誤差の少ない直線(線分)として求めたのが、図12のFitting-Curveであり、そのFitting-Curveを外挿したのが予想曲線である。Fitting-Curveと予想曲線より、第2の絶縁層の応力[Pa]と膜厚[m]の積と活性層の応力[Pa]と膜厚[m]の積の和がおよそ-7.5×101〜―1.1×101の間にある時は、ドレイン電圧+1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧の絶対値が2V以下になっていることが分かった。またエンハンスメント型TFTとディプレッション型TFTの両方を、第2の絶縁層の応力と膜厚の積と活性層の応力と膜厚の積の和を適当な値にすることで、作製できることが分かった。
同様に図12(B)はpチャネルTFTの作製実験結果であるが、やはり2の絶縁層応力[Pa]と膜厚[m]の積と活性層の応力[Pa]と膜厚[m]の積の和がおよそ-8.5×101〜-1.1×101の間にある時は、ドレイン電圧の−1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧の絶対値が2V以下になっていること、エンハンスメント型TFTとディプレッション型TFTの両方を作製できること、が分かった。
FIG. 12A shows the dependency of the threshold value of the n-channel TFT manufactured by the TFT manufacturing method and the second insulating layer stress × film thickness. Assuming that the actual measurement data is on a straight line, the straight-line (line segment) with the least error from the actual measurement data was obtained using the least square method, and the Fitting-Curve in FIG. The predicted curve is an extrapolation of Fitting-Curve. From the fitting curve and the expected curve, the sum of the product of the stress [Pa] and the film thickness [m] of the second insulating layer and the product of the stress [Pa] and the film thickness [m] of the active layer is about -7.5. × when in between 10 1 ~-1.1 × 10 1, the absolute value of the gate voltage when the absolute value 1pA the drain current per width 1μm of the channel formation region in the drain voltage + 1V becomes less than 2V I found out. It was also found that both enhancement type TFTs and depletion type TFTs can be manufactured by setting the sum of the product of the stress and film thickness of the second insulating layer and the product of the stress and film thickness of the active layer to appropriate values. .
Similarly, FIG. 12B shows the result of an experiment for fabricating a p-channel TFT. Again, the product of the insulating layer stress [Pa] and the film thickness [m] of 2 and the stress [Pa] and the film thickness [m] of the active layer. when the sum of the product of is between approximately -8.5 × 10 1 ~-1.1 × 10 1 , when the absolute value 1pA the drain current per width 1μm of the channel forming region is -1V drain voltage It was found that the absolute value of the gate voltage was 2 V or less, and that both enhancement type TFTs and depletion type TFTs could be produced.

チャネルドープを行わず実施例1の作製工程を用いたnチャネル型TFTとpチャネル型TFTを備えた半導体装置について図9を用いてその一例を説明する。
図9はCMOS回路の基本構成であるインバータ回路を示す。このようなインバータ回路を組み合わせることで、NAND回路、NOR回路のような基本回路を構成したり、さらに複雑なシフトレジスタ回路やバッファ回路などを構成することができる。図9(A)はCMOS回路の上面図に相当する図であり、図9(A)において点線A-A'の断面構造図を図9(B)に示す。
An example of a semiconductor device including an n-channel TFT and a p-channel TFT using the manufacturing process of Embodiment 1 without channel doping will be described with reference to FIG.
FIG. 9 shows an inverter circuit which is a basic configuration of a CMOS circuit. By combining such inverter circuits, a basic circuit such as a NAND circuit or a NOR circuit can be formed, or a more complicated shift register circuit or buffer circuit can be formed. FIG. 9A is a view corresponding to a top view of the CMOS circuit, and FIG. 9B shows a cross-sectional structure view taken along a dotted line AA ′ in FIG. 9A.

図9(B)において、nチャネル型TFTおよびpチャネル型TFTの両方は同一基板上に形成されている。pチャネル型TFTは、ゲート電極902が形成され、その上に第1の絶縁層として、引張り応力を有する窒素リッチな窒酸化シリコン膜903と、窒酸化シリコン膜904とが設けられている。そして、第1の絶縁層に接して結晶性半導体膜から成る活性層が形成され、p+領域912(ドレイン領域)、915(ソース領域)とチャネル形成領域914とが設けられている。この半導体層に接して第2の絶縁層917が設けられ、ここでは酸化シリコン膜919が形成されている。そして酸化シリコン膜に設けられたコンタクトホールを通してソース電極920、ドレイン電極918が形成されている。一方、nチャネル型TFTの活性層には、n+型領域905(ソース領域)、911(ドレイン領域)とチャネル形成領域909と、前記n+型領域とチャネル形成領域との間にn-型領域が設けられている。そして活性層の上に、ドープ行程で用いたマスク用絶縁膜921および活性層保護膜922が除去されず残されており、これにより前記pチャネル型TFTに比べより大きな応力を受け、しきい値電圧を制御させている。さらにpチャネル型TFTと同様に、第2の絶縁層917にはコンタクトホールが形成され、ソース電極916、ドレイン電極918が設けられている。 In FIG. 9B, both the n-channel TFT and the p-channel TFT are formed over the same substrate. In the p-channel TFT, a gate electrode 902 is formed, and a nitrogen-rich silicon nitride oxide film 903 having a tensile stress and a silicon nitride oxide film 904 are provided thereon as a first insulating layer. An active layer made of a crystalline semiconductor film is formed in contact with the first insulating layer, and p + regions 912 (drain regions) and 915 (source regions) and a channel formation region 914 are provided. A second insulating layer 917 is provided in contact with the semiconductor layer, and a silicon oxide film 919 is formed here. A source electrode 920 and a drain electrode 918 are formed through contact holes provided in the silicon oxide film. On the other hand, in the active layer of the n-channel type TFT, the n + -type region 905 (source region), 911 (the drain region) and the channel forming region 909, between the n + -type region and the channel forming region n - type An area is provided. Then, the mask insulating film 921 and the active layer protective film 922 used in the dope process are left on the active layer without being removed, thereby receiving a larger stress than the p-channel TFT, and a threshold value. The voltage is controlled. Further, like the p-channel TFT, a contact hole is formed in the second insulating layer 917, and a source electrode 916 and a drain electrode 918 are provided.

このようなCMOS回路は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の周辺駆動回路や、EL(ElectroLuminescence)表示装置の駆動回路や、密着型イメージセンサの読み取り回路などに応用することができる。   Such a CMOS circuit can be applied to a peripheral drive circuit of an active matrix liquid crystal display device, a drive circuit of an EL (ElectroLuminescence) display device, a reading circuit of a contact image sensor, or the like.

チャネルドープを行わず、実施例1の作製工程を用いたnチャネル型TFTを備えた半導体装置について図10を用いてその一例を説明する。図10はNMOS回路の基本構成であるE/D MOS(エンハンスメント/ディプレッション)インバータ回路を示す。E/D MOSインバータの特徴は、一つの回路内にエンハンスメント型とディプレッション型の両方のTFTが含まれることであり、このようなインバータ回路を組み合わせることで、NAND回路、NOR回路のような基本回路を構成したり、さらに複雑なシフトレジスタ回路やバッファ回路などを構成することができる点は実施例2のCMOSインバータ回路と同様である。図10(A)はE/D MOSインバータ回路の上面図に相当する図であり、図10(A)において点線A-A'の断面構造図を図10(B)に示し、また図10(C)に回路図を表す。   An example of a semiconductor device provided with an n-channel TFT using the manufacturing process of Embodiment 1 without channel doping will be described with reference to FIGS. FIG. 10 shows an E / D MOS (enhancement / depletion) inverter circuit which is a basic configuration of an NMOS circuit. A feature of the E / D MOS inverter is that both enhancement type and depletion type TFTs are included in one circuit. By combining such inverter circuits, basic circuits such as NAND circuits and NOR circuits It is the same as that of the CMOS inverter circuit of the second embodiment in that it is possible to construct a more complicated shift register circuit or buffer circuit. FIG. 10A is a view corresponding to a top view of the E / D MOS inverter circuit. FIG. 10B shows a cross-sectional structural view taken along the dotted line AA ′ in FIG. C) shows a circuit diagram.

図10(B)において、エンハンスメント型とディプレッション型TFTが同一基板上に形成されている。ディプレッション型TFTは、ゲート電極902が形成され、その上に第1の絶縁層として、引張り応力を有する窒素リッチな窒酸化シリコン膜903と、窒酸化シリコン膜904とが設けられている。そして、第1の絶縁層に接して結晶性半導体膜から成る活性層が形成され、n+領域911(ドレイン領域)、915(ソース領域)とチャネル形成領域914とが設けられ、またソース領域およびドレイン領域とチャネル形成領域の間には必要に応じてn-型領域が設けられている。この半導体層に接して第2の絶縁層917が設けられ、ここでは酸化シリコン膜919が形成されている。そして酸化シリコン膜に設けられたコンタクトホールを通して、ドレイン電極920が形成されている。一方、エンハンスメント型TFTの活性層には、n+型領域905(ソース領域)、911(ドレイン領域)とチャネル形成領域909と、前記n+型領域とチャネル形成領域との間にn-型領域が設けられている。そして活性層の上に、ドープ工程で用いたマスク用絶縁膜921および活性層の保護膜922が除去されず残されており、これにより前記ディプレッション型TFTに比べより大きな応力を受け、しきい値電圧を制御させている。さらにディプレッション型TFTと同様に、第2の絶縁層917にはコンタクトホールが形成され、ソース電極916、が設けられている。 In FIG. 10B, enhancement type and depletion type TFTs are formed on the same substrate. In the depletion type TFT, a gate electrode 902 is formed, and a nitrogen-rich silicon nitride oxide film 903 having tensile stress and a silicon nitride oxide film 904 are provided thereon as a first insulating layer. Then, an active layer made of a crystalline semiconductor film is formed in contact with the first insulating layer, and n + regions 911 (drain regions) and 915 (source regions) and a channel formation region 914 are provided. An n − -type region is provided between the drain region and the channel formation region as necessary. A second insulating layer 917 is provided in contact with the semiconductor layer, and a silicon oxide film 919 is formed here. A drain electrode 920 is formed through a contact hole provided in the silicon oxide film. On the other hand, the active layer of the enhancement type TFT includes n + type regions 905 (source region) and 911 (drain region), a channel formation region 909, and an n type region between the n + type region and the channel formation region. Is provided. Then, on the active layer, the mask insulating film 921 and the protective film 922 for the active layer used in the doping process are left without being removed, thereby receiving a larger stress than the depletion type TFT, and a threshold value. The voltage is controlled. Further, like the depletion type TFT, a contact hole is formed in the second insulating layer 917, and a source electrode 916 is provided.

このようなE/D MOS回路は、実施例2のCMOS回路同様アクティブマトリクス型液晶表示装置の周辺駆動回路や、EL(Electro luminescence)型表示装置の駆動回路や、密着型イメージセンサの読み取り回路などに応用することができる。   Such an E / D MOS circuit, like the CMOS circuit of the second embodiment, is a peripheral drive circuit for an active matrix liquid crystal display device, a drive circuit for an EL (Electroluminescence) display device, a reading circuit for a contact image sensor, etc. It can be applied to.

同一基板上にエンハンスメント型TFTであるnチャネル型TFTとpチャネル型TFTを備え、そのどちらか一方のTFTのチャネル形成領域にチャネルドープが行われている半導体装置について図17を用いてその一例を説明する。図17はCMOS回路の基本構成であるインバータ回路を示す。このようなインバータ回路を組み合わせることで、NAND回路、NOR回路のような基本回路を構成したり、さらに複雑なシフトレジスタ回路やバッファ回路などを構成することができる。図17(A)はCMOS回路の上面図に相当する図であり、図17(A)において点線A-A'の断面構造図を図17(B)に示す。   An example of a semiconductor device having an n-channel TFT and a p-channel TFT, which are enhancement-type TFTs, on the same substrate, in which channel doping is performed in the channel formation region of either TFT, with reference to FIG. explain. FIG. 17 shows an inverter circuit which is a basic configuration of a CMOS circuit. By combining such inverter circuits, a basic circuit such as a NAND circuit or a NOR circuit can be formed, or a more complicated shift register circuit or buffer circuit can be formed. FIG. 17A is a diagram corresponding to a top view of the CMOS circuit, and FIG. 17B shows a cross-sectional structure view taken along a dotted line AA ′ in FIG.

図17(B)において、nチャネル型TFTおよびpチャネル型TFTの両方は同一基板上に形成されている。pチャネル型TFTは、ゲート電極902が形成され、その上に第1の絶縁層として、引張り応力を有する窒素リッチな窒酸化シリコン膜903と、窒酸化シリコン膜904とが設けられている。そして、第1の絶縁層に接して結晶性半導体膜から成る活性層が形成され、p+領域912(ドレイン領域)、915(ソース領域)とp型またはn型不純物濃度が1×1015atoms/cm3未満であるチャネル形成領域914とが設けられている。この半導体層に接して第2の絶縁層917が設けられ、ここでは酸化シリコン膜919が形成されている。そして酸化シリコン膜に設けられたコンタクトホールを通してソース電極920、ドレイン電極918が形成されている。一方、nチャネル型TFTの活性層には、n+型領域905(ソース領域)、911(ドレイン領域)とチャネル形成領域909と、前記n+型領域とチャネル形成領域との間にn-型領域が設けられている。そして活性層チャネル形成領域の909にBなどのp型不純物が1×1015atoms/cm3以上5×1017atoms/cm3以下の低濃度でチャネルドープされており、これによりドレイン電圧+1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧をプラス側に制御させている。さらにpチャネル型TFTと同様に、第2の絶縁層917にはコンタクトホールが形成され、ソース電極916、ドレイン電極918が設けられている。以上はnチャネル型TFTにチャネルドープを行う例だが、第2の絶縁層と活性層の膜厚と応力の設定によってはpチャネル型TFTにチャネルドープを行っても良い。 In FIG. 17B, both the n-channel TFT and the p-channel TFT are formed over the same substrate. In the p-channel TFT, a gate electrode 902 is formed, and a nitrogen-rich silicon nitride oxide film 903 having a tensile stress and a silicon nitride oxide film 904 are provided thereon as a first insulating layer. Then, an active layer made of a crystalline semiconductor film is formed in contact with the first insulating layer, and the p + region 912 (drain region) and 915 (source region) and the p-type or n-type impurity concentration is 1 × 10 15 atoms. A channel formation region 914 that is less than / cm 3 is provided. A second insulating layer 917 is provided in contact with the semiconductor layer, and a silicon oxide film 919 is formed here. A source electrode 920 and a drain electrode 918 are formed through contact holes provided in the silicon oxide film. On the other hand, in the active layer of the n-channel type TFT, the n + -type region 905 (source region), 911 (the drain region) and the channel forming region 909, between the n + -type region and the channel forming region n - type An area is provided. Then, p-type impurities such as B are channel-doped at a low concentration of 1 × 10 15 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less in the active layer channel formation region 909, so that the drain voltage is + 1V. The gate voltage when the absolute value of the drain current per 1 μm width of the channel formation region is 1 pA is controlled to the plus side. Further, like the p-channel TFT, a contact hole is formed in the second insulating layer 917, and a source electrode 916 and a drain electrode 918 are provided. The above is an example in which channel doping is performed on an n-channel TFT. However, channel doping may be performed on a p-channel TFT depending on the thickness and stress settings of the second insulating layer and the active layer.

このようなCMOS回路は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の周辺駆動回路や、EL(ElectroLuminescence)表示装置の駆動回路や、密着型イメージセンサの読み取り回路などに応用することができる。   Such a CMOS circuit can be applied to a peripheral drive circuit of an active matrix liquid crystal display device, a drive circuit of an EL (ElectroLuminescence) display device, a reading circuit of a contact image sensor, or the like.

同一基板上にエンハンスメント型TFTである第1のnチャネル型TFTとディプレッション型TFTである第2のnチャネル型TFTの両方を備え、その何れか一方にチャネルドープを行った半導体装置について図18を用いて説明する。
図18はNMOS回路の基本構成であるE/D MOS(エンハンスメント/ディプレッション)インバータ回路を示す。E/D MOSインバータの特徴は、一つの回路内にエンハンスメント型とディプレッション型の両方のTFTが含まれることであり、このようなインバータ回路を組み合わせることで、NAND回路、NOR回路のような基本回路を構成したり、さらに複雑なシフトレジスタ回路やバッファ回路などを構成することができる点は実施例2のCMOSインバータ回路と同様である。図18(A)はE/D MOSインバータ回路の上面図に相当する図であり、図18(A)において点線A-A'の断面構造図を図18(B)に示し、また図18(C)に回路図を表す。
FIG. 18 shows a semiconductor device that includes both a first n-channel TFT that is an enhancement-type TFT and a second n-channel TFT that is a depletion-type TFT on the same substrate, and channel doping is performed on one of them. It explains using.
FIG. 18 shows an E / D MOS (enhancement / depletion) inverter circuit which is a basic configuration of an NMOS circuit. A feature of the E / D MOS inverter is that both enhancement type and depletion type TFTs are included in one circuit. By combining such inverter circuits, basic circuits such as NAND circuits and NOR circuits It is the same as that of the CMOS inverter circuit of the second embodiment in that it is possible to construct a more complicated shift register circuit or buffer circuit. FIG. 18A is a view corresponding to a top view of the E / D MOS inverter circuit. FIG. 18B shows a cross-sectional structure diagram along a dotted line AA ′ in FIG. C) shows a circuit diagram.

図18(B)において、エンハンスメント型とディプレッション型TFTが同一基板上に形成されている。ディプレッション型TFTは、ゲート電極902が形成され、その上に第1の絶縁層として、引張り応力を有する窒素リッチな窒酸化シリコン膜903と、窒酸化シリコン膜904とが設けられている。そして、第1の絶縁層に接して結晶性半導体膜から成る活性層が形成され、n+領域911(ドレイン領域)、915(ソース領域)とp型またはn型不純物濃度が1×1015atoms/cm3未満であるチャネル形成領域914とが設けられ、またソース領域およびドレイン領域とチャネル形成領域の間には必要に応じてn-型領域が設けられている。この半導体層に接して第2の絶縁層917が設けられ、ここでは酸化シリコン膜919が形成されている。そして酸化シリコン膜に設けられたコンタクトホールを通して、ドレイン電極920が形成されている。一方、エンハンスメント型TFTの活性層には、n+型領域905(ソース領域)、911(ドレイン領域)とチャネル形成領域909と、前記n+型領域とチャネル形成領域との間にn-型領域が設けられている。そして活性層チャネル形成領域の909にBなどのp型不純物が1×1015atoms/cm3以上5×1017atoms/cm3以下の低濃度でチャネルドープされており、これによりドレイン電圧+1Vでチャネル形成領域の幅1μm当たりのドレイン電流の絶対値1pAのときのゲート電圧をプラス側に制御させている。さらにディプレッション型TFTと同様に、第2の絶縁層917にはコンタクトホールが形成され、ソース電極916、が設けられている。以上はエンハンスメント型TFTにチャネルドープを行う例だが、第2の絶縁層と活性層の膜厚と応力の設定によってはディプレッション型TFTにチャネルドープを行っても良い。 In FIG. 18B, enhancement type and depletion type TFTs are formed on the same substrate. In the depletion type TFT, a gate electrode 902 is formed, and a nitrogen-rich silicon nitride oxide film 903 having tensile stress and a silicon nitride oxide film 904 are provided thereon as a first insulating layer. Then, an active layer made of a crystalline semiconductor film is formed in contact with the first insulating layer, and the n + regions 911 (drain regions) and 915 (source regions) and the p-type or n-type impurity concentration is 1 × 10 15 atoms. A channel formation region 914 that is less than / cm 3 is provided, and an n − -type region is provided between the source and drain regions and the channel formation region as necessary. A second insulating layer 917 is provided in contact with the semiconductor layer, and a silicon oxide film 919 is formed here. A drain electrode 920 is formed through a contact hole provided in the silicon oxide film. On the other hand, the active layer of the enhancement type TFT includes n + type regions 905 (source region) and 911 (drain region), a channel formation region 909, and an n type region between the n + type region and the channel formation region. Is provided. Then, p-type impurities such as B are channel-doped at a low concentration of 1 × 10 15 atoms / cm 3 or more and 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less in the active layer channel formation region 909, so that the drain voltage is + 1V. The gate voltage when the absolute value of the drain current per 1 μm width of the channel formation region is 1 pA is controlled to the plus side. Further, like the depletion type TFT, a contact hole is formed in the second insulating layer 917, and a source electrode 916 is provided. The above is an example in which the enhancement type TFT is channel-doped, but the depletion type TFT may be channel-doped depending on the settings of the film thickness and stress of the second insulating layer and the active layer.

このようなE/D MOS回路は、実施例2のCMOS回路同様アクティブマトリクス型液晶表示装置の周辺駆動回路や、EL(Electro luminescence)型表示装置の駆動回路や、密着型イメージセンサの読み取り回路などに応用することができる。   Such an E / D MOS circuit, like the CMOS circuit of the second embodiment, is a peripheral drive circuit for an active matrix liquid crystal display device, a drive circuit for an EL (Electroluminescence) display device, a reading circuit for a contact image sensor, etc. It can be applied to.

本実施例では、本発明のTFT回路によるアクティブマトリクス型液晶表示装置を組み込んだ半導体装置について図13、図14、図15で説明する。   In this embodiment, a semiconductor device incorporating an active matrix liquid crystal display device using a TFT circuit of the present invention will be described with reference to FIGS.

このような半導体装置には、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例を図13と図14に示す。   Examples of such a semiconductor device include a portable information terminal (electronic notebook, mobile computer, mobile phone, etc.), a video camera, a still camera, a personal computer, a television, and the like. Examples of these are shown in FIGS.

図13(A)は携帯電話であり、本体9001、音声出力部9002、音声入力部9003、表示装置9004、操作スイッチ9005、アンテナ9006から構成されている。本願発明は音声出力部9002、音声入力部9003、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示部9004に適用することができる。   FIG. 13A illustrates a mobile phone, which includes a main body 9001, an audio output portion 9002, an audio input portion 9003, a display device 9004, operation switches 9005, and an antenna 9006. The present invention can be applied to an audio output unit 9002, an audio input unit 9003, and a display unit 9004 including an active matrix substrate.

図13(B)はビデオカメラであり、本体9101、表示部9102、音声入力部9103、操作スイッチ9104、バッテリー9105、受像部9106から成っている。本願発明は音声入力部9103、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9102、受像部9106に適用することができる。   FIG. 13B illustrates a video camera which includes a main body 9101, a display portion 9102, an audio input portion 9103, operation switches 9104, a battery 9105, and an image receiving portion 9106. The present invention can be applied to the audio input portion 9103, the display device 9102 including the active matrix substrate, and the image receiving portion 9106.

図13(C)はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体9201、カメラ部9202、受像部9203、操作スイッチ9204、表示装置9205で構成されている。本願発明は受像部9203、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9205に適用することができる。   FIG. 13C illustrates a mobile computer or a portable information terminal, which includes a main body 9201, a camera portion 9202, an image receiving portion 9203, operation switches 9204, and a display device 9205. The present invention can be applied to an image receiving portion 9203 and a display device 9205 including an active matrix substrate.

図13(D)はヘッドマウントディスプレイであり、本体9301、表示部9302、アーム部9303で構成される。本願発明は表示装置9302に適用することができる。また、表示されていないが、その他の信号制御用回路に使用することもできる。   FIG. 13D illustrates a head mounted display which includes a main body 9301, a display portion 9302, and an arm portion 9303. The present invention can be applied to the display device 9302. Although not shown, it can also be used for other signal control circuits.

図13(E)はテレビであり、本体9401、スピーカー9402、表示部9403、受信装置9404、増幅装置9405等で構成される。液晶表示装置や、EL表示装置は表示部9403に適用することができる。   FIG. 13E illustrates a television set including a main body 9401, speakers 9402, a display portion 9403, a receiving device 9404, an amplifying device 9405, and the like. A liquid crystal display device or an EL display device can be applied to the display portion 9403.

図13(F)は携帯書籍であり、本体9501、表示部9502、9503、記憶媒体9504、操作スイッチ9505、アンテナ9506から構成されており、ミニディスク(MD)やDVDに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。表示部9502、9503は直視型の表示装置であり、本発明はこの表示部に適用することができる。   FIG. 13F illustrates a portable book, which includes a main body 9501, display portions 9502 and 9503, a storage medium 9504, an operation switch 9505, and an antenna 9506, and data stored in a minidisc (MD) or DVD, The data received by the antenna is displayed. The display portions 9502 and 9503 are direct-view display devices, and the present invention can be applied to this display portion.

図14(A)はパーソナルコンピュータであり、本体9601、画像入力部9602、表示部9603、キーボード9604で構成される。   FIG. 14A illustrates a personal computer, which includes a main body 9601, an image input portion 9602, a display portion 9603, and a keyboard 9604.

図14(B)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体9701、表示装置9702、スピーカ部9703、記録媒体9704、操作スイッチ9705で構成される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。   FIG. 14B shows a player that uses a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) in which a program is recorded, and includes a main body 9701, a display device 9702, a speaker unit 9703, a recording medium 9704, and operation switches 9705. This apparatus uses a DVD (Digital Versatile Disc), CD, or the like as a recording medium, and can perform music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet.

図14(C)はデジタルカメラであり、本体9801、表示部9802、接眼部9803、操作スイッチ9804、受像部(図示しない)で構成される。   FIG. 14C illustrates a digital camera, which includes a main body 9801, a display portion 9802, an eyepiece portion 9803, operation switches 9804, and an image receiving portion (not shown).

図15(A)はフロント型プロジェクターであり、表示装置3601、スクリーン3602で構成される。本発明は表示装置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 front type projector which includes a display device 3601 and a screen 3602. The present invention can be applied to display devices and other signal control circuits.

図15(B)はリア型プロジェクターであり、本体3701、投射装置3702、ミラー3703、スクリーン3704で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。   FIG. 15B shows a rear projector, which includes a main body 3701, a projection device 3702, a mirror 3703, and a screen 3704. The present invention can be applied to display devices and other signal control circuits.

なお、図15(C)は、図15(A)及び図15(B)中における投射装置3601、3702の構造の一例を示した図である。投射装置3601、3702は、光源光学系3801、ミラー3802、3804〜3806、ダイクロイックミラー3803、プリズム3807、液晶表示装置3808、位相差板3809、投射光学系3810で構成される。投射光学系3810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図15(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。   FIG. 15C is a diagram showing an example of the structure of the projection devices 3601 and 3702 in FIGS. 15A and 15B. The projection devices 3601 and 3702 include a light source optical system 3801, mirrors 3802 and 3804 to 3806, a dichroic mirror 3803, a prism 3807, a liquid crystal display device 3808, a phase difference plate 3809, and a projection optical system 3810. The projection optical system 3810 is composed of an optical system including a projection lens. Although the present embodiment shows a three-plate type example, it is not particularly limited, and for example, a single-plate type may be used. Further, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the optical path indicated by an arrow in FIG. Good.

また、図15(D)は、図15(C)中における光源光学系3801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系3801は、リフレクター3811、光源3812、レンズアレイ3813、3814、偏光変換素子3815、集光レンズ3816で構成される。なお、図15(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。   FIG. 15D illustrates an example of the structure of the light source optical system 3801 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 3801 includes a reflector 3811, a light source 3812, lens arrays 3813 and 3814, a polarization conversion element 3815, and a condenser lens 3816. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 15D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the light source optical system.

また、本発明はその他にも、イメージセンサやEL型表示素子に適用することも可能である。このように、本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。   In addition, the present invention can also be applied to image sensors and EL display elements. Thus, the applicable range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in all fields.

Claims (14)

チャネルドープを行っていない第1の半導体層とチャネルドープを行っていない第2の半導体層を有する半導体装置であって、
前記第1の半導体層に設けられた第1のゲート電極と、
前記第2の半導体層に設けられた第2のゲート電極と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層に接して設けられた第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層が設けられた前記第1の半導体層の一方の面の反対側に設けられた第2の絶縁層と、
前記第1の絶縁層が設けられた前記第2の半導体層の一方の面の反対側に設けられた前記第2の絶縁層及び第3の絶縁層と、を有し、
前記第1の半導体層には前記第2の絶縁層により応力が加わり、前記第2の半導体層には前記第2の絶縁層と前記第3の絶縁層により応力が加わることで、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に加わる応力が異なることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a first semiconductor layer that is not channel doped and a second semiconductor layer that is not channel doped,
A first gate electrode provided in the first semiconductor layer;
A second gate electrode provided in the second semiconductor layer;
A first insulating layer provided in contact with the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
A second insulating layer provided on the opposite side of the one surface of the first semiconductor layer provided with the first insulating layer;
The second insulating layer and the third insulating layer provided on the opposite side of the one surface of the second semiconductor layer provided with the first insulating layer,
Stress is applied to the first semiconductor layer by the second insulating layer, and stress is applied to the second semiconductor layer by the second insulating layer and the third insulating layer. The semiconductor device is characterized in that stress applied to the semiconductor layer and the second semiconductor layer are different.
チャネルドープを行っていない第1の半導体層とチャネルドープを行っていない第2の半導体層を有する半導体装置であって、
前記第1の半導体層に設けられた第1のゲート電極と、
前記第2の半導体層に設けられた第2のゲート電極と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層に接して設けられた第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層が設けられた前記第1の半導体層の一方の面の反対側に設けられた第2の絶縁層と、
前記第1の絶縁層が設けられた前記第2の半導体層の一方の面の反対側に設けられた前記第2の絶縁層及び第3の絶縁層と、を有し、
前記第3の絶縁層は前記第1の半導体層と重ならず、
前記第1の半導体層には前記第2の絶縁層により応力が加わり、前記第2の半導体層には前記第2の絶縁層と前記第3の絶縁層により応力が加わることで、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に加わる応力が異なることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a first semiconductor layer that is not channel doped and a second semiconductor layer that is not channel doped,
A first gate electrode provided in the first semiconductor layer;
A second gate electrode provided in the second semiconductor layer;
A first insulating layer provided in contact with the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
A second insulating layer provided on the opposite side of the one surface of the first semiconductor layer provided with the first insulating layer;
The second insulating layer and the third insulating layer provided on the opposite side of the one surface of the second semiconductor layer provided with the first insulating layer,
The third insulating layer does not overlap the first semiconductor layer;
Stress is applied to the first semiconductor layer by the second insulating layer, and stress is applied to the second semiconductor layer by the second insulating layer and the third insulating layer. The semiconductor device is characterized in that stress applied to the semiconductor layer and the second semiconductor layer are different.
チャネルドープを行っていない第1の半導体層とチャネルドープを行っていない第2の半導体層を有する半導体装置であって、
前記第1の半導体層に設けられた第1のゲート電極と、
前記第2の半導体層に設けられた第2のゲート電極と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層に接して設けられた第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層が設けられた前記第1の半導体層の一方の面の反対側に設けられた第2の絶縁層と、
前記第1の絶縁層が設けられた前記第2の半導体層の一方の面の反対側に設けられた前記第2の絶縁層及び第3の絶縁層と、を有し、
前記第3の絶縁層は前記第1の半導体層と重ならず、
前記第1の半導体層には前記第2の絶縁層により応力が加わり、前記第2の半導体層には前記第2の絶縁層と前記第3の絶縁層により応力が加わることで、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に加わる応力が異なり、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層は単結晶半導体であることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a first semiconductor layer that is not channel doped and a second semiconductor layer that is not channel doped,
A first gate electrode provided in the first semiconductor layer;
A second gate electrode provided in the second semiconductor layer;
A first insulating layer provided in contact with the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
A second insulating layer provided on the opposite side of the one surface of the first semiconductor layer provided with the first insulating layer;
The second insulating layer and the third insulating layer provided on the opposite side of the one surface of the second semiconductor layer provided with the first insulating layer,
The third insulating layer does not overlap the first semiconductor layer;
Stress is applied to the first semiconductor layer by the second insulating layer, and stress is applied to the second semiconductor layer by the second insulating layer and the third insulating layer. The stress applied to the semiconductor layer and the second semiconductor layer is different,
The semiconductor device, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are single crystal semiconductors.
前記第1の半導体層に設けられた第1のゲート電極と、
前記第2の半導体層に設けられた第2のゲート電極と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層に接して設けられた第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層が設けられた前記第1の半導体層の一方の面の反対側に設けられた第2の絶縁層と、
前記第1の絶縁層が設けられた前記第2の半導体層の一方の面の反対側に設けられた前記第2の絶縁層及び第3の絶縁層と、を有し、
前記第1の半導体層には前記第2の絶縁層により応力が加わり、前記第2の半導体層には前記第2の絶縁層と前記第3の絶縁層により応力が加わることで、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に加わる応力が異なることを特徴とする半導体装置。
A first gate electrode provided in the first semiconductor layer;
A second gate electrode provided in the second semiconductor layer;
A first insulating layer provided in contact with the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
A second insulating layer provided on the opposite side of the one surface of the first semiconductor layer provided with the first insulating layer;
The second insulating layer and the third insulating layer provided on the opposite side of the one surface of the second semiconductor layer provided with the first insulating layer,
Stress is applied to the first semiconductor layer by the second insulating layer, and stress is applied to the second semiconductor layer by the second insulating layer and the third insulating layer. The semiconductor device is characterized in that stress applied to the semiconductor layer and the second semiconductor layer are different.
請求項1乃至4のいずれか一において、
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に応力が加えられることにより前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に歪が生じていることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
A semiconductor device, wherein stress is applied to the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and strain is generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
請求項1乃至5のいずれか一において、
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に前記第2の絶縁層が接し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 semiconductor device, wherein the second insulating layer is in contact with the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
請求項1乃至6のいずれか一において、
前記第3の絶縁層は、前記第2の絶縁層上に設けられることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The semiconductor device, wherein the third insulating layer is provided on the second insulating layer.
請求項1乃至7のいずれか一において、
前記第1の半導体層に接した前記第2の絶縁層の応力と膜厚の積は、前記第2の半導体層に接した前記第2の絶縁層の応力と膜厚の積とは異なることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
The product of stress and film thickness of the second insulating layer in contact with the first semiconductor layer is different from the product of stress and film thickness of the second insulating layer in contact with the second semiconductor layer. A semiconductor device characterized by the above.
請求項1乃至5のいずれか一において、
前記第2の絶縁層上に、コンタクトホールを介して前記第1の半導体層に電気的に接続するソース電極及びドレイン電極が設けられ、
前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜上に、コンタクトホールを介して前記第2の半導体層に電気的に接続するソース電極及びドレイン電極が設けら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,
On the second insulating layer, a source electrode and a drain electrode that are electrically connected to the first semiconductor layer through a contact hole are provided.
A source device and a drain electrode that are electrically connected to the second semiconductor layer through contact holes are provided on the second insulating film and the third insulating film. .
請求項9において、
前記第3の絶縁層は、前記第2の絶縁層と前記第2の半導体層の間に設けられることを特徴とする半導体装置。
In claim 9,
The semiconductor device, wherein the third insulating layer is provided between the second insulating layer and the second semiconductor layer.
請求項9または10において、
前記第1の半導体層に電気的に接続する前記ソース電極及びドレイン電極と、前記第2の半導体層に電気的に接続する前記ソース電極及びドレイン電極上に酸化シリコン膜を有することを特徴とする半導体装置。
In claim 9 or 10,
A silicon oxide film is provided on the source electrode and the drain electrode electrically connected to the first semiconductor layer, and on the source electrode and the drain electrode electrically connected to the second semiconductor layer. Semiconductor device.
請求項1乃至11のいずれか一において、
前記第1の半導体層のチャネル形成領域におけるn型またはp型不純物の濃度はSIMS分析における検出限界値未満であり、前記第2の半導体層のチャネル形成領域におけるn型またはp型不純物の濃度はSIMS分析における検出限界値未満であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 11,
The n-type or p-type impurity concentration in the channel formation region of the first semiconductor layer is less than a detection limit value in SIMS analysis, and the n-type or p-type impurity concentration in the channel formation region of the second semiconductor layer is A semiconductor device characterized by being less than a detection limit value in SIMS analysis.
請求項1乃至12のいずれか一において、
前記第1の半導体層を有する第1のTFTと前記第2の半導体層を有する第2のTFTは、エンハンスメント型TFTであることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 12,
The first TFT having the first semiconductor layer and the second TFT having the second semiconductor layer are enhancement type TFTs.
請求項1乃至13のいずれか一に記載の半導体装置と、操作スイッチとを有する電子機器。   An electronic apparatus comprising the semiconductor device according to claim 1 and an operation switch.
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