JP2020202223A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸化物半導体TFT及びポリシリコンTFTを用いた表示装置や光センサ装置を含む半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device including a display device and an optical sensor device using an oxide semiconductor TFT and a polysilicon TFT.
酸化物半導体(Oxide Semiconducotor、以後OSと呼ぶこともある)を用いたTFT(Thin Film Transistor)は、ポリシリコン(Poly−Silicon)を用いたTFTに比べてOFF抵抗を大きくでき、a−Si(アモルファスシリコン amorphous Silicon)を用いたTFTに比べて移動度を大きくできるので、液晶表示装置や有機EL表示装置等の表示装置、あるいは、センサ等の半導体装置に用いることが出来る。一方、ポリシリコンTFTはキャリアの移動度が大きいので、動作速度を上げることが出来る。 A TFT (Thin Film Transistor) using an oxide semiconductor (Oxide Semiconductor, hereafter referred to as an OS) can have a larger OFF resistance than a TFT using polysilicon (Poly-Silicon), and a-Si ( Since the mobility can be increased as compared with a TFT using amorphous silicon (amorphous silicon), it can be used for a display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device, or a semiconductor device such as a sensor. On the other hand, since the polysilicon TFT has a large carrier mobility, the operating speed can be increased.
そこで、酸化物半導体TFTを画素におけるスイッチングTFTに、ポリシリコンTFTを、走査線や信号線の駆動回路に用いることが提案されている。一つの基板に酸化物半導体TFTとポリシリコンTFTを形成する方式はハイブリッド方式とも呼ばれる。 Therefore, it has been proposed to use an oxide semiconductor TFT as a switching TFT in a pixel and a polysilicon TFT as a driving circuit for scanning lines and signal lines. The method of forming an oxide semiconductor TFT and a polysilicon TFT on one substrate is also called a hybrid method.
特許文献1には、ハイブリッド方式の半導体回路基板において、ポリシリコンTFTを酸化物半導体の遮光膜として使用する構成が記載されている。
酸化物半導体TFTにおける酸化物半導体とポリシリコンTFTにおけるポリシリコンは同じ層に形成することが出来ない。したがって、酸化物半導体TFTとポリシリコンTFTを形成した半導体回路基板では層数が多くなる。層数が多くなるということは、製造コストが増大し、また、製造歩留りも低下する。 The oxide semiconductor in the oxide semiconductor TFT and the polysilicon in the polysilicon TFT cannot be formed in the same layer. Therefore, the number of layers is large in the semiconductor circuit board on which the oxide semiconductor TFT and the polysilicon TFT are formed. As the number of layers increases, the manufacturing cost increases and the manufacturing yield also decreases.
本発明の課題は、このようなハイブリッド型半導体回路基板において、層数を減らし、半導体回路基板の製造コストを低減することである。また、このようなハイブリッド半導体回路基板を有する液晶表示装置や有機EL表示装置などの表示装置、あるいは、センサ等の半導体装置における製造コストを低下することである。 An object of the present invention is to reduce the number of layers in such a hybrid type semiconductor circuit board and reduce the manufacturing cost of the semiconductor circuit board. Further, it is possible to reduce the manufacturing cost of a display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device having such a hybrid semiconductor circuit board, or a semiconductor device such as a sensor.
本発明は上記問題を克服するものであり、具体的な手段は次のとおりである。 The present invention overcomes the above problems, and specific means are as follows.
(1)第1のポリシリコンによるチャネルと前記第1のポリシリコンに導電性を付与した第2のポリシリコンをソース及びドレインに有する第1のTFTと、酸化物半導体によるチャネルと前記酸化物半導体に導電性を付与したソース及びドレインを有する第2のTFTを有する半導体装置であって、前記第1のTFTを構成する第1のゲート電極は、前記酸化物半導体のソース及びドレインと同じ材料によって形成されていることを特徴とする半導体装置。 (1) A first TFT having a channel made of a first polysilicon and a second polyvinyl obtained by imparting conductivity to the first polysilicon at a source and a drain, a channel made of an oxide semiconductor, and the oxide semiconductor. A semiconductor device having a second TFT having a source and a drain imparted with conductivity to the semiconductor device, wherein the first gate electrode constituting the first TFT is made of the same material as the source and drain of the oxide semiconductor. A semiconductor device characterized by being formed.
(2)第1のポリシリコンによるチャネルと前記第1のポリシリコンに導電性を付与した第2のポリシリコンをソース及びドレインに有する第1のTFTと、酸化物半導体によるチャネルと前記酸化物半導体に導電性を付与したソース及びドレインを有する第2のTFTを有する半導体装置であって、前記第2のTFTを構成する第2のゲート電極は、前記第2のポリシリコンと同じ材料で形成された第3のポリシリコンで形成されていることを特徴とする半導体装置。 (2) A first TFT having a channel made of first polysilicon and a second polysilicon imparting conductivity to the first polysilicon as a source and a drain, a channel made of an oxide semiconductor, and the oxide semiconductor. A semiconductor device having a second TFT having a source and a drain imparted with conductivity to the second TFT, the second gate electrode constituting the second TFT is formed of the same material as the second polysilicon. A semiconductor device characterized by being formed of a third polysilicon.
以下、実施例によって本発明の内容を詳細に説明する。以下の実施例では、主として、液晶表示装置を例にとって本発明を説明するが、本発明は、液晶表示装置のみでなく、有機EL表示装置等の他の表示装置、あるいは、ハイブリッド半導体回路基板を用いたセンサ、あるいは、他の半導体装置にも適用することが出来る。 Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail with reference to Examples. In the following examples, the present invention will be described mainly by taking a liquid crystal display device as an example, but the present invention uses not only a liquid crystal display device but also another display device such as an organic EL display device or a hybrid semiconductor circuit board. It can also be applied to the sensor used or other semiconductor devices.
図1は、本発明が適用される液晶表示装置の平面図である。図1において、TFT基板100と対向基板200がシール材16によって接着し、TFT基板100と対向基板200の間に液晶層が挟持されている。TFT基板100と対向基板200が重なっている部分に表示領域14が形成されている。
FIG. 1 is a plan view of a liquid crystal display device to which the present invention is applied. In FIG. 1, the
TFT基板100の表示領域14には、走査線11が横方向(x方向)に延在し、縦方向(y方向)に配列している。また、映像信号線12が縦方向に延在して横方向に配列している。走査線11と映像信号線12に囲まれた領域が画素13になっている。
TFT基板100は対向基板200よりも大きく形成され、TFT基板100が対向基板200と重なっていない部分は端子領域15となっている。端子領域15にはフレキシブル配線基板17が接続している。液晶表示装置を駆動するドライバICはフレキシブル配線基板17に搭載されている。
The
液晶は、自らは発光しないので、TFT基板100の背面にバックライトを配置している。液晶表示パネルはバックライトからの光を画素毎に制御することによって画像を形成する。フレキシブル配線基板17は、バックライトの背面に折り曲げられることによって、液晶表示装置全体としての外形を小さくする。
Since the liquid crystal does not emit light by itself, a backlight is arranged on the back surface of the
本発明の液晶表示装置では、表示領域14に用いるTFTには、リーク電流の少ない酸化物半導体を用いたTFTが使用されている。また、シール材16付近の額縁部分には、例えば、走査線駆動回路が形成されており、走査線駆動回路には、移動度の大きい、ポリシリコン半導体を用いたTFTが使用される。
In the liquid crystal display device of the present invention, the TFT used for the
図2は、液晶表示装置における画素の平面図である。図2は、IPS(In Plane Switching)方式における、FFS(Fringe Field Swtiching)と呼ばれる方式の液晶表示装置である。図2では、酸化物半導体108を用いたTFTが使用されている。酸化物半導体TFTはリーク電流が小さいので、スイッチングTFTとして好適である。表示領域の周辺に形成された走査線駆動回路等にはポリシリコンTFTが用いられる。
FIG. 2 is a plan view of pixels in a liquid crystal display device. FIG. 2 is a liquid crystal display device of a system called FFS (Fringe Field Switching) in an IPS (In Plane Switching) system. In FIG. 2, a TFT using an
図2において、走査線11が横方向(x方向)に延在し、縦方向(y方向)に配列している。また、映像信号線12が縦方向に延在し、横方向に配列している。走査線11と映像信号線12に囲まれた領域に画素電極121が形成されている。図2において、映像信号線12と画素電極121との間に酸化物半導体108を有する酸化物半導体TFTが形成されている。酸化物半導体TFTにおいて、映像信号線12がドレイン電極を構成し、走査線11が分岐して酸化物半導体TFTのゲート電極111を構成している。酸化物半導体TFTのソース電極117は画素電極121側に延在し、スルーホール130を介して画素電極121と接続している。
In FIG. 2, the
画素電極121は櫛歯状に形成されている。画素電極121の下側には、容量絶縁膜を介してコモン電極119が平面状に形成されている。コモン電極119は各画素に連続して共通に形成されている。画素電極121に映像信号が供給されると、画素電極121とコモン電極119との間に液晶層を通過する電気力線が形成され、液晶分子301を回転させることによって画像を形成する。なお、図2では、TFTと基板100の間に形成される遮光膜(シールド電極)は省略されている。
The
図3は、液晶表示装置の表示領域と周辺回路領域の断面図である。図3の右側が表示領域の断面図であり、左側が周辺回路領域において、駆動回路を構成するポリシリコンTFTの断面図である。表示領域においては、TFT基板100と対向基板200の間には液晶層300が存在しているが、周辺回路はシール材16と平面的にはオーバーラップして形成されることが多いので、図3の左側においては、TFT基板100と対向基板200の間にはシール材16が存在している。周辺回路も表示領域も同じ基板100に同時に形成される。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a display area and a peripheral circuit area of the liquid crystal display device. The right side of FIG. 3 is a cross-sectional view of the display area, and the left side is a cross-sectional view of the polysilicon TFT constituting the drive circuit in the peripheral circuit area. In the display region, the
図3において、ガラスやポリイミド等の樹脂で形成されたTFT基板100の上に下地膜101が形成されている。下地膜101は、酸化シリコン(以後SiO)膜や窒化シリコン(以後SiN)膜等の積層膜で形成されている。基板100からの不純物が半導体層102等を汚染することを防止するためである。
In FIG. 3, the
下地膜101の上にポリシリコン層102が形成されている。ポリシリコン層102は、最初はCVDによってa−Siを形成し、このa−Siにエキシマレーザを照射することによって、ポリシリコンに変換したものである。このようなポリシリコンは低温で形成することが出来るので、LTPS(Low Temperature Poly Silicon)とも呼ばれる。ポリシリコン層の厚さは例えば50nmである。
The
ポリシリコン層102をパターニング後、CVDによって第1ゲート絶縁膜103が形成されている。ゲート絶縁膜103の上にポリシリコンTFT用の第1ゲート電極104が金属あるいは合金によって形成される(以後合金も含めて単に金属という)。第1ゲート電極104を構成する金属は例えばMoW、Ti等である。第1ゲート電極104をパターニングする過程において、ポリシリコン層にn−領域1021、n+領域1022がイオンインプランテーションによって形成される。n−領域はLDD(Light Doped Drain)領域1021、n+領域は導電領域1022とも呼ばれる。n+領域1022はソースあるいはドレインを形成し、n−領域で構成されるLDD領域1021はチャネル102とドレイン1022間の絶縁破壊を防止する。第1ゲート電極104と同時に、表示領域において、酸化物半導体TFTのための遮光膜105が形成される。
After patterning the
第1ゲート電極104、遮光膜105を覆って、第1層間絶縁膜106がSiN膜で形成されその上に第2層間絶縁膜107がSiO膜によって形成される。表示領域においてSiO膜107の上に酸化物半導体層108が形成さる。酸化物半導体108には、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)、ITZO(Indium Tin Zinc Oxide)、ZnON(Zinc Oxide Nitride)、IGO(Indium Gallium Oxide)等がある。本実施例では、酸化物半導体108としてIGZOを使用している。
The first
酸化物半導体層108において、ドレイン電極116及びソース電極117が接触する部分には金属による保護膜109が形成されている。ドレイン電極116及びソース電極117のためのスルーホール114、115はポリシリコン半導体1021、1022のドレイン電極125及びソース電極126のためのスルーホール123、124と同時に形成される。ポリシリコン側においては、スルーホール内の表面に酸化膜が形成されるので、これを佛酸(HF)で洗浄して除去する必要がある。しかし、この佛酸(HF)が酸化物半導体108側のスルーホール114、115に侵入すると、酸化物半導体108を溶解してしまう。酸化物半導体層108を佛酸(HF)から保護するために、金属で形成された保護膜109が形成されている。
In the
酸化物半導体層108及び保護膜109を覆って第2ゲート絶縁膜110が例えばSiO膜によって形成される。このSiO膜から酸素が酸化物半導体108に供給され、酸化物半導体108の特性を維持する。第2ゲート絶縁膜110を覆って第2ゲート電極111が形成される。第2ゲート電極111は第1ゲート電極104と同様な材料で形成することが出来る。第2ゲート電極111を覆って第3層間絶縁膜112が例えばSiOによって形成され、第3層間絶縁膜112を覆って第4層間絶縁膜113が例えばSiNによって形成される。
The second
酸化物半導体TFT側にスルーホール114、115を形成してドレイン電極116、ソース電極117を形成すると同時に、ポリシリコンTFT側にスルーホール123、124を形成してドレイン電極125、ソース電極126を形成する。酸化物半導体TFT側のドレイン電極116は映像信号線と接続し、ソース電極117はスルーホール130、131を介して画素電極121と接続する。一方、ポリシリコンTFT側のドレイン電極125、ソース電極126は駆動回路の配線を構成する。
Through
ドレイン電極116、ソース電極117を覆って有機パッシベーション膜118が形成される。有機パッシベーション膜118は平坦化膜の役割も兼ねているので、2乃至4μm程度と厚く形成される。表示領域において、有機パッシベーション膜118には、画素電極121とソース電極117を接続するために、スルーホール130が形成される。また、表示領域においては、有機パッシベーション膜118の上にコモン電極119が平面状に形成されている。
An
コモン電極119を覆って容量絶縁膜120がSiNによって形成されている。容量絶縁膜120は、コモン電極119と画素電極121の間に画素容量を形成するのでこのように呼ばれる。容量絶縁膜120の上に櫛歯状に画素電極121が形成されている。画素電極121の平面形状は、例えば、図2に示すようなものである。画素電極121を覆って液晶分子301を初期配向させるための配向膜122が形成されている。IPSは液晶分子301のプレティルト角が不要なので、配向膜122の配向処理には偏光紫外線を用いた光配向が有利である。コモン電極119と画素電極121との間に電圧が印加されると、液晶層300中に電気力線が発生し、これによって液晶分子301が回転して、液晶層300の透過率が画素毎に制御され、画像が形成される。
A capacitive insulating
図3において、液晶層300を挟んで、対向基板200が配置している。対向基板200にはカラーフィルタ201とブラックマトリクス202が形成され、その上にオーバーコート膜203が形成されている。オーバーコート膜203の上に配向膜204が形成されている。配向膜204の作用および配向処理は、TFT基板100側の配向膜116と同じである。
In FIG. 3, the opposing
図3において、左側の周辺回路部分の断面構成も、酸化物半導体TFTの代わりにポリシリコンTFTが形成されている他は、表示領域と同様である。ただし、図3の周辺回路部分には、液晶層300の代わりに、TFT基板100と対向基板200を接着するためのシール材16が形成されている。また、この部分には画素電極121は存在しない。
In FIG. 3, the cross-sectional structure of the peripheral circuit portion on the left side is the same as that of the display region except that the polysilicon TFT is formed instead of the oxide semiconductor TFT. However, in the peripheral circuit portion of FIG. 3, a sealing
図4は、図3のポリシリコンTFT及び酸化物半導体TFT部分の拡大断面図である。図4の構成は、図3で説明したのと同様であるが、図4では第4パッシベーション膜113は省略されている。また、図4では、ポリシリコンTFTと酸化物半導体TFTが対比のために、並んで配置されている。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the polysilicon TFT and the oxide semiconductor TFT portion of FIG. The configuration of FIG. 4 is the same as that described with reference to FIG. 3, but the
また、図4では、酸化物半導体108の構造がより詳細に記載されている。酸化物半導体108において、第2ゲート電極111の下がチャネルとなっている。酸化物半導体108の厚さは、例えば、10nm乃至100nmである。図4において、第2ゲート電極111を形成後、第2ゲート電極111をマスクとして酸化物半導体108にイオンインプランテーション(I/I)によって不純物がドーピングされるので、第2ゲート電極111の下以外の酸化物半導体は導電領域1081となっている。イオンインプランテーションによって打ち込まれるイオンは、例えば、リン(P)、ボロン(B)の他アルゴン(Ar)等でもよい。イオンインプランテーションによって酸化物半導体108の格子構造を破壊して導電性を生じさせている。
Further, in FIG. 4, the structure of the
導電領域1081の一方は、金属で形成された保護電極109で覆われて、ドレイン電極116と接続し、他方は、金属で形成された保護電極109で覆われて、ソース電極117と接続している。保護電極109は例えば、第1ゲート電極104あるいは第2ゲート電極111と同じ金属で形成することが出来る。
One of the
図5は、実施例1によるポリシリコンTFTと酸化物半導体TFTの部分の断面図である。図5の特徴は、ポリシリコンTFTのゲート電極104として、導電性を付与された酸化物半導体1081が使用されていることである。したがって、図5においては、図4における第1層間絶縁膜106及び第2層間絶縁膜107を形成する必要が無い。したがって、層数が減った分、スループットを向上させることが出来る。なお、第1ゲート電極104を構成する導電性の酸化物半導体1081は、酸化物半導体TFTにおけるドレイン領域1081、およびソース領域1081と同時に形成され、パターニングされる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion of the polysilicon TFT and the oxide semiconductor TFT according to the first embodiment. The feature of FIG. 5 is that an
図5において、TFT基板100の上に、酸化物半導体TFTに対応する部分に遮光膜105が形成されている。酸化物半導体TFTは、表示領域に形成され、バックライトが照射されることを前提としているので、遮光膜105を形成しているが、ポリシリコンTFTは周辺駆動回路に形成され、この部分は、他の遮光手段によって、バックライトが遮光されていることを前提としているので、遮光膜105は形成されていないが、ポリシリコンTFTを表示領域に形成するような場合は、遮光膜を105をポリシリコンTFTに対応する部分にも同時に形成する。
In FIG. 5, a light-shielding
図5において、遮光膜105を覆って下地膜101が形成されている。下地膜101の上には、ポリシリコン102を形成するが、これは図3で説明したLTPSである。ポリシリコン102には、チャネル領域102の他、LDD領域1021、導電領域1022が形成されるが、この形成方法は図6乃至図8で説明する
ポリシリコン102を覆ってSiОによる第1ゲート絶縁膜103が形成される。第1ゲート絶縁膜103を覆って、酸化物半導体108が基板全面にスパッタリングによって形成され、パターニングされる。酸化物半導体108は、周辺回路領域では、導電性を付与されて第1ゲート電極104を構成し、表示領域では、酸化物半導体TFTのアクティブ領域を構成する。すなわち、酸化物半導体108は、パターニングまでは、ポリシリコンTFT部分と酸化物半導体TFT部分において同時に形成されるが、導電性付与等の処理は、ポリシリコンTFT部分と酸化物半導体TFT部分とでは別個に行われる。その後、酸化物半導体TFTにおいて、保護電極109を形成し、第2ゲート絶縁膜110、第2ゲート電極111を形成し、これらを覆って第3層間絶縁膜112が形成されることは図4と同じである。
In FIG. 5, the
ところで、図5の構成は、ポリシリコンTFTを構成する導電性を付与された酸化物半導体1081の上にSiO膜が形成されている。通常は、SiO膜に酸素が供給されると、酸化物半導体の1081の抵抗が上昇する。しかし、酸化物半導体108に対する導電性の付与をリン(P)、ボロン(B)あるいはアルゴン(Ar)等のイオンインプランテーションによって行う場合、酸化物半導体108の格子構造を破壊することによって導電性を付与しているので、仮に酸素がSiO膜から注入されても大幅な抵抗率の増加にはならない。
By the way, in the configuration of FIG. 5, a SiO film is formed on the
図6乃至図8は、酸化物半導体1081によってゲート電極104で構成したポリシリコンTFTを形成するプロセスを示す断面図である。図6乃至図8では、ポリシリコンTFTとしては、NチャネルTFTとPチャネルTFTを形成する場合を示している。左側のポリシリコンTFTにはN型ポリシリコンが使用されてNチャネルTFTを構成し、右側のポリシリコンTFTにはP型ポリシリコンが使用されてPチャネルTFTを構成する。
6 to 8 are cross-sectional views showing a process of forming a polysilicon TFT composed of a
図6において、下地膜101の上にポリシリコン102、1025が形成され、パターニングされている。パターニングされたポリシリコン102、1025を覆ってSiОによる第1ゲート絶縁膜103が形成されている。第1ゲート絶縁膜103の上には、導電性が付与された酸化物半導体1081が形成されている。図6において、酸化物半導体108、1081はパターニングのためのレジスト250によって覆われている状態で記載されている。
In FIG. 6,
図6において、ポリシリコンTFT領域における酸化物半導体は、イオンインプランテーション等によって導電性が付与された状態の導電性酸化物半導体1081となっているが、酸化物半導体TFT側の酸化物半導体108は、まだ、導電性が付与されていない状態である。酸化物半導体TFT側における、酸化物半導体108への導電性付与はポリシリコンTFT側において、酸化物半導体1081による第1ゲート電極104が形成された後、行われる。
In FIG. 6, the oxide semiconductor in the polysilicon TFT region is a
図6において、左側のポリシリコンTFTがNチャネルTFTであり、右側のポリシリコンTFTがPチャネルTFTである。図6の状態において、例えば、リン(P)をイオンインプランテーション(I/I)によってドーピングし、n+領域を形成する。これによって、NチャネルTFTにドレイン領域1022及びソース領域1022を形成する。この時、レジスト250でカバーされている酸化物半導体108、導電性が付与された酸化物半導体1081、N型ポリシリコン102、P型ポリシリコン1025等はイオンインプランテーションの影響を受けない。
In FIG. 6, the polysilicon TFT on the left side is an N-channel TFT, and the polysilicon TFT on the right side is a P-channel TFT. In the state of FIG. 6, for example, phosphorus (P) is doped by ion implantation (I / I) to form an n + region. As a result, the
図7は、図6の状態から、例えば、プラズマアッシャーをかけ、レジスト250を後退させるとともに、レジストから露出した部分の酸化物半導体1081をエッチングする。その後、リン(P)等をイオンインプランテーションし、n−領域、すなわち、LDD領域を形成する。このプロセスにおいては、PチャネルTFTのP型ポリシリコン1025、及び酸化物半導体側の酸化物半導体108等はレジストでおおわれており、n−のイオンインプランテーションの影響は受けない。
In FIG. 7, for example, a plasma asher is applied to retract the resist 250 from the state of FIG. 6, and the
図8はPチャネル型TFTを形成するプロセスである。図8では、図7で使用したレジスト250は除去し、PチャネルTFT形成のために、新たにレジスト250をパターニングした状態である。この状態においては、NチャネルTFT全体、及び、酸化物半導体TFTを構成することになる酸化物半導体108はレジスト250で覆われている。
FIG. 8 shows a process of forming a P-channel type TFT. In FIG. 8, the resist 250 used in FIG. 7 is removed, and the resist 250 is newly patterned for forming the P-channel TFT. In this state, the entire N-channel TFT and the
図8の状態において、ボロン(B)等の不純物を、レジスト250をマスクにしてP型ポリシリコン1025にドープし、P型ポリシリコン1025にドレイン領域1026及びソース領域1026を形成する。この時、Nチャネル型TFT、及び、酸化物半導体TFTを構成することになる酸化物半導体108はレジスト250で覆われているので、ボロン(B)のイオンインプランテーションの影響は受けない。
In the state of FIG. 8, impurities such as boron (B) are doped into the P-
図6乃至図8のプロセスによって、導電性の酸化物半導体1081をゲート電極104としたNチャネルTFT及びPチャネルTFTを形成することが出来る。その後、酸化物半導体TFTを形成するが、この形成方法は図4で説明したとおりである。
By the process of FIGS. 6 to 8, N-channel TFTs and P-channel TFTs using the
図9は、例えば、周辺駆動回路にNチャネルTFTとPチャネルTFTによってインバータ回路を形成した場合の等価回路である。図9において、P型TFTのドレインは電源電圧Vddと接続し、N型TFTのソースは基準電圧Vssに接続する。N型TFTとP型TFTのゲートに共通に入力Inが印加される。そして、P型TFTのソースとN型TFTのドレインから共通に出力Outが出力される。 FIG. 9 shows, for example, an equivalent circuit when an inverter circuit is formed by an N-channel TFT and a P-channel TFT in a peripheral drive circuit. In FIG. 9, the drain of the P-type TFT is connected to the power supply voltage Vdd, and the source of the N-type TFT is connected to the reference voltage Vss. An input In is commonly applied to the gates of the N-type TFT and the P-type TFT. Then, the output Out is output in common from the source of the P-type TFT and the drain of the N-type TFT.
図10は、図9のインバータを、導電性を付与した酸化物半導体1081でゲート電極104を形成したTFTで構成する場合のレイアウトを示す平面図である。図10の上下関係は図9に合わせている。図10において、枠で囲ったPch−LTPSはPチャネル LTPS TFTの意味であり、枠で囲ったNch−LTPSはNチャネル LTPS TFTの意味である。図10において、配線921は、映像信号線12と同じ層を使用している。図10において、Vddが横方向(x方向)に延在し、Vssが横方向に延在している。VssとVddをつなぐように、ポリシリコンが縦方向(y方向)に延在している。ポリシリコン1022はコンタクトホールCH1によってVssと接続し、ポリシリコン1026は、コンタクトホールCH2によってVddと接続している。
FIG. 10 is a plan view showing a layout in which the inverter of FIG. 9 is composed of a TFT in which a
ポリシリコン1026、1022はコンタクトホールCH4によって出力線Outと接続している。Vssに近い方がN型ポリシリコンであり、Vddに近い方がP型ポリシリコンとなっている。一方、VddとVssの間において、横方向に延在する入力線(In)はスルーホールCH3を介して保護電極109と接続している。導電性を付与された酸化物半導体1081の一方は屈曲してN型TFTのゲート電極となり、他方は屈曲してP型TFTのゲートとなる。
The
導電性を付与された酸化物半導体1081は金属に比べて抵抗率は大きいが、ゲート電極のための引き回し配線は映像信号線と同じ材料の金属を使用しているので、酸化物半導体1081の抵抗率は大きな問題にはならない。また、図10では、保護電極109は、コンタクトホールCH3の部分にのみ使用されているが、保護電極109を延在させて、TFTのチャネル付近まで形成すれば、酸化物半導体1081をゲート電極として使用した場合の抵抗率の問題はさらに軽減される。
The resistivity of the
図11は実施例2の構成を示す断面図である。図11の特徴は、酸化物半導体TFTをボトムゲートにして、トップゲートを構成する第2ゲート電極111を省略していることである。そしてボトムゲート電極1111には、導電性を付与したポリシリコン1022が使用されている。したがって、金属で形成された第2ゲート電極111を省略できるので、実施例1の場合よりもさらに層数を減らすことが出来る。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the second embodiment. The feature of FIG. 11 is that the oxide semiconductor TFT is used as the bottom gate, and the
図11において、左側がポリシリコンTFTであり、図5で説明したようにゲート電極104が導電性を付与された酸化物半導体1081によって形成されている。図11における右側が酸化物半導体TFTであり、実施例1の図5と異なる点は、トップゲート111が存在せず、代わりに導電性を付与されたポリシリコン1022によってボトムゲート電極1111が構成されていることである。なお、このボトムゲート電極1111は、ポリシリコンTFTにおいて、ドレイン領域1022あるいはソース領域1022を形成する時に同時形成することが出来る。したがって、図5の場合に比べて、さらにプロセス負荷を軽減することが出来る。
In FIG. 11, the left side is a polysilicon TFT, and as described with reference to FIG. 5, the
図11において、トップゲート電極111は省略されても、SiOで形成された第2ゲート絶縁膜110は残されている。すなわち、第2ゲート絶縁膜110を構成するSiO膜から酸化物半導体108に酸素を供給するためである。しかしながら、第3層間絶縁膜112をSiOによって形成し、このSiO膜から酸化物半導体108に酸素を供給することが出来れば、第2ゲート絶縁膜を省略することが出来る。
In FIG. 11, even if the
また、酸化物半導体108とボトムゲート1111である導電性を付与されたポリシリコン1022の間にはSiОによるゲート絶縁膜103が形成されているが、SiОによるゲート絶縁膜103からの酸化物半導体108への酸素の供給が十分でない場合は、スパッタリング等の他の方法でSiO膜を形成し、ゲート絶縁膜103からの酸化物半導体108への必要な酸素の供給を確保できるようにする必要がある。
Further, the
図12は、酸化物半導体TFTのボトムゲート1111を導電性が付与されたポリシリコン1022で形成した場合のレイアウトを示す平面図である。図12において、枠で囲ったBottom Gate OS−TFTは、Bottom Gate 酸化物半導体TFTの意味である。図12において、映像信号線12が縦後方(y方向)に延在し、2本の映像信号線12の間に酸化物半導体TFTが形成されている。映像信号線12の下側を遮光膜105としての役割を有するシールド線105が横方向(x方向)に延在している。図12におけるシールド線105はゲート配線11とすることも出来る。
FIG. 12 is a plan view showing a layout when the
図12において、スルーホールCH6を介してシールド電極105と導電性を付与されたポリシリコン1022によって形成されるボトムゲート電極1111が接続する。接続は、通常2個のスルーホールによって行われるが、図12ではコンタクトホールCH6で代表させている。この接続は映像信号線12と同層で形成された電極922を経由して行われる。なお、図12におけるシールド電極105は走査線91で兼用させることも可能である。
In FIG. 12, a
図12において、コンタクトホールCH5によって、保護電極109が映像信号線92と接続する。すなわち、図12では、保護電極109がドレイン電極を構成している。図12において、平面で視て、酸化物半導体108で形成されるチャネルを挟んで、保護電極109で構成されるソース電極が配置している、そして、コンタクトホールCH7によって、映像信号線12と同層の電極923と接続する。そして、電極923は画素電極と接続する。
In FIG. 12, the
図13は実施例3を示す断面図である。図13が実施例2である図11と異なる点は、ポリシリコンTFTをトップゲートではなくボトムゲートにしている点である。そして、ポリシリコンTFTのゲートには、遮光層105と同じ層に同じ材料で同時に形成されたボトムゲート電極1041が形成されている。図13では、下地膜101がポリシリコンTFTのゲート絶縁膜を構成している。しがって、図13の下地膜101は厚い膜ではないことが望ましい。図13では、例えば、SiN膜、あるいは、SiN膜とSiO膜の積層膜が下地膜101として使用される。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the third embodiment. The difference from FIG. 11 in FIG. 13 is that the polysilicon TFT is not a top gate but a bottom gate. Then, at the gate of the polysilicon TFT, a
図13における酸化物半導体TFTの構成は図11と同じである。したがって、図13では、ポリシリコンTFTも酸化物半導体TFTもボトムゲートとなっている。図13におけるポリシリコンTFTにおけるポリシリコンのLDD領域1021、導電領域1022は図6乃至図8で説明したプロセスで形成することが出来る。
The structure of the oxide semiconductor TFT in FIG. 13 is the same as that in FIG. Therefore, in FIG. 13, both the polysilicon TFT and the oxide semiconductor TFT are bottom gates. The
図13のその他の構成は、図11で説明したのと同様である。図13は、ポリシリコンをボトムゲートにすると同時に、酸化物半導体TFTのゲート電極1111を、導電性を与えたポリシリコン1022で構成することによって、層数を減少させることが出来、製造歩留りを向上させ、製造コストを低減することが出来る。
Other configurations of FIG. 13 are the same as those described with reference to FIG. In FIG. 13, the number of layers can be reduced and the manufacturing yield is improved by using polysilicon as the bottom gate and at the same time configuring the
以上、実施例1乃至3ではポリシリコンTFTが酸化物半導体TFTよりも基板に近く配置されている構成で説明したが、酸化物半導体TFTがポリシリコンTFTよりも基板に近く配置される構成であってもよい。 As described above, in the first to third embodiments, the polysilicon TFT is arranged closer to the substrate than the oxide semiconductor TFT, but the oxide semiconductor TFT is arranged closer to the substrate than the polysilicon TFT. You may.
実施例1乃至3では、本発明を液晶表示装置に対して適用した場合を説明した。本発明は有機EL表示装置に対しても適用することが出来る。図14は有機EL表示装置の表示領域の画素部の等価回路である。図14において、映像信号線12と電源線93が縦方向に延在して横方向に配列している。また、走査線11が横方向に延在して縦方向に配列している。映像信号線12または電源線93と走査線11で囲まれた領域が画素になっている。
In Examples 1 to 3, the case where the present invention is applied to a liquid crystal display device has been described. The present invention can also be applied to an organic EL display device. FIG. 14 is an equivalent circuit of the pixel portion of the display area of the organic EL display device. In FIG. 14, the
図14において、発光層としての有機EL層(EL)に流れる電流は制御TFT(T2)によって制御される、制御TFT(T2)のドレインは電源線93と接続し、電源線93と制御TFT(T2)のドレインの間には保持容量(Ch)が接続している。また、制御TFT(T2)のゲートはスイッチングTFT(T1)のソースと接続している。スイッチングTFT(T1)のゲートは走査線11と接続し、ドレインは映像信号線12と接続している。
In FIG. 14, the current flowing through the organic EL layer (EL) as the light emitting layer is controlled by the control TFT (T2), the drain of the control TFT (T2) is connected to the
図14において、スイッチングTFT(T1)のゲートがONになると、映像信号線12から映像信号が保持容量Chの一方の電極に供給され、保持容量Chには、これに応じた電荷が電源線93から供給される。その結果、駆動TFT(T2)のゲートは所定の電位に保持され、これに応じた電流が制御TFT(T2)を介して有機EL層(EL)に流れることになる。
In FIG. 14, when the gate of the switching TFT (T1) is turned on, a video signal is supplied from the
図14に示すように、有機EL表示装置の画素には2個のTFT(T1、T2)が存在する。いずれのTFTも酸化物半導体で形成することができる。本実施例においても、周辺駆動回路をポリシリコンTFTで形成することは同じである。つまり、半導体回路基板はハイブリッド構成になっている。 As shown in FIG. 14, there are two TFTs (T1, T2) in the pixels of the organic EL display device. Both TFTs can be formed of oxide semiconductors. In this embodiment as well, the peripheral drive circuit is formed of the polysilicon TFT in the same manner. That is, the semiconductor circuit board has a hybrid configuration.
図15は、画素における制御TFTを酸化物半導体で構成した場合の画素部における断面図の例である。図15と図3を比較するとわかるように、液晶表示装置の場合も、有機EL表示装置の場合も、TFTのドレイン電極116、ソース電極117を覆って有機パッシベーション膜118を形成し、有機パッシベーション膜にスルーホール130を形成するまでは、液晶表示装置である図3と同じである。したがって、実施例1乃至3で説明した本発明の構成は、有機EL表示装置にもそのまま適用することが出来る。
FIG. 15 is an example of a cross-sectional view of the pixel portion when the control TFT in the pixel is composed of an oxide semiconductor. As can be seen by comparing FIGS. 15 and 3, in both the liquid crystal display device and the organic EL display device, the
以下は有機EL表示装置を示す図15が液晶表示装置を示す図3と異なる部分である。図15において、有機パッシベーション膜118の上にアノードとしての下部電極150が形成されている。下部電極150の上に、ホールを有するバンク160が形成されている。バンク160のホール内に発光層としての有機EL層151が形成されている。有機EL層151の上にカソードとしての上部電極152が形成されている。上部電極152は各画素共通に形成されている。上部電極152を覆ってSiN膜等を有する保護膜153が形成されている。保護膜153の上に外光の反射を防止するための、円偏光板155が粘着剤154を介して貼り付けられている。
The following is a part where FIG. 15 showing an organic EL display device is different from FIG. 3 showing a liquid crystal display device. In FIG. 15, a
ところで、有機EL表示装置は、バックライトは不要なので、光に対する遮光膜105は必ずしも必要ないが、基板100をポリイミド等の樹脂で構成する場合、樹脂は帯電しやすいため、基板100の帯電の影響を除去する必要があるので、遮光膜105はシールド電極として維持する必要がある場合もある。
By the way, since the organic EL display device does not require a backlight, a light-shielding
なお、画素における制御TFTをポリシリTFTで形成する場合、TFTを図15の構成に変えて、例えば、図5に示すようなポリシリコンTFTの構成とすることが出来る。この場合、必要に応じてポリシリコンの下方に、酸化物半導体の下方に形成される遮光膜105と同様なシールド電極あるいは遮光膜を形成することが出来る。
When the control TFT in the pixel is formed of a polysilicon TFT, the TFT can be changed to the configuration of FIG. 15 to have a polysilicon TFT configuration as shown in FIG. 5, for example. In this case, if necessary, a shield electrode or a light-shielding film similar to the light-shielding
本発明は、表示装置のみでなく、センサ装置等、種々の半導体装置に適用することが出来る。センサ装置には多くの種類が存在する。図16は、図15の有機EL表示装置と同様な構成を光センサとして使用した場合の例である。すなわち、有機EL表示装置を発光素子として使用している。図16おいては、図15で説明した有機EL表示装置の表示領域(発光素子)において、TFT基板100の下面に受光素子500を配置している。発光素子の上面においては、粘着材601を介して、透明なガラス基板または透明な樹脂基板で形成されたフェースプレート600が配置している。被測定物700は、フェースプレート600の上に載置する。
The present invention can be applied not only to display devices but also to various semiconductor devices such as sensor devices. There are many types of sensor devices. FIG. 16 shows an example in which a configuration similar to that of the organic EL display device of FIG. 15 is used as an optical sensor. That is, the organic EL display device is used as a light emitting element. In FIG. 16, in the display region (light emitting element) of the organic EL display device described with reference to FIG. 15, the
発光素子において、発光領域は、有機EL層151、下部電極150、上部電極152で構成される。発光領域の中央部分には、有機EL層、下部電極、上部電極が存在しないウィンドウ400が形成されており、この部分は光が通過することが出来る。なお、下部電極150の下層には反射電極が形成され、有機EL層151で発光した光Lは上方に向かう。
In the light emitting element, the light emitting region is composed of an
図16において、有機EL層151から出射した光Lは被測定物700で反射して、ウィンドウ400を通して、TFT基板100の下部に配置した受光素子500によって受光され、被測定物700が存在していることを検出する。被測定物700が存在しない場合は反射光が存在しないので、受光素子500には電流が流れない。したがって、被測定物700の存在の有無を測定することが出来る。
In FIG. 16, the light L emitted from the
図17は、図16に示すセンサ素子をマトリクス状に配置した光センサの平面図である。図17において、x方向において両側に配置した走査回路95から走査線91が横方向(x方向)に延在している。y方向における下側に配置した信号回路96から信号線92が縦方向(y方向)に延在し、上側に配置した電源回路97から電源線93が下方向(−y方向)に延在している。走査線91と信号線92、あるいは、走査線91と電源線93で囲まれた領域がセンサ素子94である。
FIG. 17 is a plan view of an optical sensor in which the sensor elements shown in FIG. 16 are arranged in a matrix. In FIG. 17, scanning
なお、本実施例における光センサにおいては、単に、被測定物700の有無のみでなく、被測定物700からの反射の強度を測定することによって、2次元画像を読み取ることが出来る。また、色毎にセンシングすることによって、カラー画像、あるいは、分光画像を検出することも出来る。センサの分解能は、図17におけるセンサ素子94の大きさによって決まるが、必要に応じて複数のセンサ素子94を纏めて駆動することによって実効的なセンサ素子の大きさを調整することが出来る。
In the optical sensor of this embodiment, the two-dimensional image can be read not only by measuring the presence or absence of the object to be measured 700 but also by measuring the intensity of reflection from the object to be measured 700. It is also possible to detect a color image or a spectroscopic image by sensing for each color. The resolution of the sensor is determined by the size of the
図16及び図17の例では、有機EL表示装置と同様な構成を光センサに応用した例であるが、本発明は、このような構成のみでなく、他の検出方法を用いた光センサにも適用することができる。さらに本発明は、光センサのみでなく、例えば容量センサ等、半導体装置基板を用いた他のセンサにも適用することができる。 In the examples of FIGS. 16 and 17, the same configuration as that of the organic EL display device is applied to the optical sensor, but the present invention applies not only to such a configuration but also to an optical sensor using another detection method. Can also be applied. Furthermore, the present invention can be applied not only to optical sensors but also to other sensors using a semiconductor device substrate, such as a capacitance sensor.
11…走査線、 12…映像信号線、 13…画素、 14…表示領域、 15…端子領域、 16…シール材、 17…フレキシブル配線基板、 20…異物、 30…接続配線、 51…遮光膜、 52…下地膜、 53…ポリシリコン、 54…ゲート絶縁膜、 55…ゲート電極、 56…ゲート絶縁膜、 90…検出領域、 91…走査線、 92…信号線、 93…電源線、 94…センサ素子、 95…走査回路、 96…信号回路、 97…電源回路、 100…TFT基板、 101…下地膜、 102…ポリシリコン半導体、 103…第1ゲート絶縁膜、 104…第1ゲート電極、 105…遮光膜、 106…第1層間絶縁膜、 107…第2層間絶縁膜、 108…酸化物半導体、 109…保護電極、 110…第2ゲート絶縁膜、 111…第2ゲート電極、 112…第3層間絶縁膜、 113…第4層間絶縁膜、 114…スルーホール、 115…スルーホール、 116…ドレイン電極、 117…ソース電極、 118…有機パッシベーション膜、 119…コモン電極、 120…容量絶縁膜、 121…画素電極、 122…配向膜、 123…スルーホール、 124…スルーホール、 125…ドレイン電極、 126…ソース電極、 130…スルーホール、 131…スルーホール、 135…スルーホール、 136…スルーホール、 150…下部電極、 151…有機EL層、 152…カソード、 153…保護層、 154…粘着材、 155…偏光板、 160…バンク、 200…対向基板、 201…カラーフィルタ、 202…ブラックマトリクス、 203…オーバーコート膜、 204…配向膜、 250…レジスト、 300…液晶層、 301…液晶分子、 400…ウィンドウ、 500…受光素子、 600…フェースプレート、 601…粘着材、 700…被測定物、 800…レジスト、 921…配線層、 922…電極、 923…電極、 1021…LDD領域(n−領域)、1022…ポリシリコン導電領域、 1025…Pチャネルポリシリコン、 1026…ポリシリコン導電領域、 1041…ボトムゲート電極、 1081…導電性を付与された酸化物半導体、 1111…ボトムゲート電極、 EL…有機EL層、 CH…コンタクトホール、 Ch…保持容量、 L…光、 Va…アノード電圧、 Vcc…基準電圧、 Vdd…電源電圧、 Vk…カソード電圧、 Vp…画素電圧、 Vsig…信号電圧 11 ... scanning line, 12 ... video signal line, 13 ... pixel, 14 ... display area, 15 ... terminal area, 16 ... sealing material, 17 ... flexible wiring board, 20 ... foreign matter, 30 ... connection wiring, 51 ... light-shielding film, 52 ... Undercoat, 53 ... Polysilicon, 54 ... Gate insulating film, 55 ... Gate electrode, 56 ... Gate insulating film, 90 ... Detection area, 91 ... Scan line, 92 ... Signal line, 93 ... Power line, 94 ... Sensor Element, 95 ... Scanning circuit, 96 ... Signal circuit, 97 ... Power supply circuit, 100 ... TFT substrate, 101 ... Base film, 102 ... Polysilicon semiconductor, 103 ... First gate insulating film, 104 ... First gate electrode, 105 ... Light-shielding film, 106 ... 1st interlayer insulating film, 107 ... 2nd interlayer insulating film, 108 ... Oxide semiconductor, 109 ... Protective electrode, 110 ... 2nd gate insulating film, 111 ... 2nd gate electrode, 112 ... 3rd interlayer Insulating film, 113 ... 4th interlayer insulating film, 114 ... Through hole, 115 ... Through hole, 116 ... Drain electrode, 117 ... Source electrode, 118 ... Organic passivation film, 119 ... Common electrode, 120 ... Capacitive insulating film, 121 ... Pixel electrode, 122 ... Alignment film, 123 ... Through hole, 124 ... Through hole, 125 ... Drain electrode, 126 ... Source electrode, 130 ... Through hole, 131 ... Through hole, 135 ... Through hole, 136 ... Through hole, 150 ... Lower electrode, 151 ... Organic EL layer, 152 ... Cathode, 153 ... Protective layer, 154 ... Adhesive material, 155 ... Plate plate, 160 ... Bank, 200 ... Opposite substrate, 201 ... Color filter, 202 ... Black matrix, 203 ... Over Coated film, 204 ... alignment film, 250 ... resist, 300 ... liquid crystal layer, 301 ... liquid crystal molecule, 400 ... window, 500 ... light receiving element, 600 ... face plate, 601 ... adhesive material, 700 ... object to be measured, 800 ... resist , 921 ... Wiring layer, 922 ... Electrode, 923 ... Electrode, 1021 ... LDD region (n-region), 1022 ... Polysilicon conductive region, 1025 ... P-channel polysilicon, 1026 ... Polysilicon conductive region, 1041 ... Bottom gate electrode , 1081 ... Conductive oxide semiconductor, 1111 ... Bottom gate electrode, EL ... Organic EL layer, CH ... Contact hole, Ch ... Holding capacity, L ... Light, Va ... Anode voltage, Vcc ... Reference voltage, Vdd ... Power supply Voltage, Vk ... Cathode voltage, Vp ... Pixel voltage, Vsig ... Signal voltage
Claims (16)
前記第1のTFTを構成する第1のゲート電極は、前記酸化物半導体のソースまたはドレインと同じ材料によって形成されていることを特徴とする半導体装置。 A first TFT having a channel made of first polysilicon and a second polysilicon imparting conductivity to the first polysilicon in a source and a drain, a channel made of an oxide semiconductor, and conductivity to the oxide semiconductor. A semiconductor device having a second TFT having a source and a drain.
A semiconductor device characterized in that the first gate electrode constituting the first TFT is made of the same material as the source or drain of the oxide semiconductor.
前記第2のTFTを構成する第2のゲート電極は、前記第2のポリシリコンと同じ材料で形成された第3のポリシリコンで形成されていることを特徴とする半導体装置。 A first TFT having a channel made of first polysilicon and a second polysilicon imparting conductivity to the first polysilicon in a source and a drain, a channel made of an oxide semiconductor, and conductivity to the oxide semiconductor. A semiconductor device having a second TFT having a source and a drain.
A semiconductor device characterized in that the second gate electrode constituting the second TFT is formed of a third polysilicon formed of the same material as the second polysilicon.
前記第1のTFTの第1のゲート電極は、前記遮光膜と同じ材料で、同じ層の上に形成されていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。 The second TFT has a light-shielding film on the back surface of the second gate electrode.
The semiconductor device according to claim 10, wherein the first gate electrode of the first TFT is made of the same material as the light-shielding film and is formed on the same layer.
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