JP3607186B2 - Active matrix display device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁表面上に薄膜状の絶縁ゲイト型半導体装置(薄膜トランジスタもしくはTFT)が多数形成された集積回路の信頼性および特性を向上させる方法に関する。本発明による半導体装置は、液晶ディスプレー等のアクティブマトリクスやイメージセンサー等の駆動回路、あるいはSOI集積回路や従来の半導体集積回路(マイクロプロセッサーやマイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、あるいは半導体メモリー等)に使用されるものである。特に、本発明は、電気光学装置を駆動するアクティブマトリクス回路と、その駆動のためのドライバー回路、あるいはメモリー回路と中央演算回路(CPU)とを同一基板上に形成するモノリシック型の薄膜集積回路およびその作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、絶縁基板上、もしくは半導体基板上であっても厚い絶縁膜によって半導体基板と隔てられた表面(絶縁表面)上に絶縁ゲイト型半導体装置(MISFET)を形成する研究が盛んに成されている。特に半導体層(活性層)が薄膜状である半導体装置を薄膜トランジスタ(TFT)という。このような半導体装置においては、単結晶の半導体のような良好な結晶性を有する素子を得ることは困難で、通常は結晶性は有するが単結晶でない、非単結晶の半導体を用いていた。
【0003】
このような非単結晶半導体は、単結晶半導体に比較して特性が悪く、特に、ゲイト電極に逆電圧(すなわち、Nチャネル型TFTの場合には負、Pチャネル型TFTの場合には正の電圧)を印加した場合には、ソース/ドレイン間のリーク電流が増加するという問題があった。また、かかるTFTの移動度が電圧の印加によって低下するという劣化の問題もあった。このような問題を解決するためには、ソース/ドレイン領域とゲイト電極の間に真性もしくは弱いN型やP型の高抵抗領域を設ける必要があることが知られている。
特に、高抵抗領域を作製する際には、ゲイト電極を陽極酸化、その他の方法で少なくともその側面を酸化させ、この酸化物もしくは酸化物の跡を利用して自己整合的にドーピングをおこなうことによって、均一な幅の高抵抗領域を得ることができた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような高抵抗領域はソース/ドレイン間に直列に挿入された抵抗としても機能するので、例えば、高速動作が必要な場合にはかえって不必要なものであった。特に、同一絶縁表面上に異なった特性を要求されるTFTを形成する場合には問題であった。例えば、電気光学素子を駆動するアクティブマトリクス回路と、その回路を駆動するためのドライバー回路とを同一基板上に有するモノリシック回路を考えてみると、アクティブマトリクス回路においては、リーク電流が低い方が望ましいので、高抵抗領域の幅が広いTFTが望まれた。
【0005】
しかしながら、デコーダー回路やドライバー回路、さらには、CPU、メモリー回路等においては、高速動作の必要上、高抵抗領域の幅は小さい方が望まれた。しかしながら、同一基板上に同一プロセスで形成されたTFTでは、高抵抗領域の幅は全て同じであり、上記のような回路、目的に応じて高抵抗領域の幅を変更するということは困難であった。そのため、モノリシック型のアクティブマトリクス回路や、さらにそれを発展させたモノリシック集積回路を作製することは困難であった。本発明は、このような困難を解決し、TFTや回路の必要とする特性、信頼性に応じて高抵抗領域の幅を変更した半導体集積回路およびその作製方法に関する。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1は、ゲイト電極の陽極酸化工程において、TFTに応じて陽極酸化時間を変化させることによって、得られる高抵抗領域の幅を変更するものである。本発明の第2は、モノリシック型アクティブマトリクス回路において、低オフ電流、低周波動作用のアクティブマトリクス回路中のTFTの高抵抗領域の幅を、大電流駆動、高周波動作用のドライバー回路、低消費電力、高周波動作用のデコーダー回路中のTFTのものよりも大きくしたものである。本発明の第3は、Nチャネル型TFTの高抵抗領域の幅をPチャネル型TFTのものよりも大きくするものである。
【0007】
例えば、モノリシック型のアクティブマトリクス回路においては、アクティブマトリクス回路中のTFTの高抵抗領域の幅は0.4〜1μm、ドライバー回路においては、Nチャネル型TFT(以下、NTFTという)で、0.2〜0.3μm、Pチャネル型TFT(以下、PTFTという)においては0〜0.2μmとする。さらに、中央演算回路(CPU)その他の論理演算素子/回路に用いられるデコーダーにおいても、Nチャネル型TFTでは0.3〜0.4μm、Pチャネル型TFTにおいては0〜0.2μmとする。このように、本発明では、アクティブマトリクス回路のTFTの高抵抗領域の幅は、ドライバー、デコーダーのTFTのものよりも大きく、Nチャネル型TFTの高抵抗領域の幅はPチャネル型TFTのものより大きいことを特徴とする。なお本発明では、ドライバー回路のNチャネル型TFTとPチャネル型TFTにおける高抵抗領域のチャネル幅方向の幅は、アクティブマトリクス回路のNチャネル型TFTにおける高抵抗領域のチャネル幅方向の幅よりも大きいものとする。また、ドライバー回路のNチャネル型TFTとPチャネル型TFTにおけるチャネル幅及び高抵抗領域のチャネル幅方向の幅は、互いに等しいものとする。ドライバー回路のPチャネル型TFTには高抵抗領域を設けなくてもよく、このPチャネル型TFTの場合、チャネル形成領域はソース領域及びドレイン領域と接する。
【0008】
前記のようにアクティブマトリクス回路のTFTの高抵抗領域の幅が、ドライバーやデコーダーのTFTの幅よりも大きな理由は要求されるTFTの特性が、前者は低リーク電流、後者は高速動作というように互いに異なるからである。一方、同じドライバーもしくはデコーダーにおいて、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTとで高抵抗領域の幅を変えることは以下の理由による。
【0009】
特にNチャネル型TFTにおいて、弱いN型の高抵抗領域を設けると、ドレイン近傍の電界を緩和させて、ホットキャリヤ効果による劣化を抑制することができる。したがって、この場合のNチャネル型TFTの高抵抗領域は弱いN型であることが望まれる。一方、Pチャネル型TFTにおいては、ホットキャリヤによる劣化は少ないので、特にこのような高抵抗領域を設けなくともよい。逆に、高抵抗領域の存在はTFTの動作速度の低下をもたらす。Pチャネル型TFTの移動度はNチャネル型TFTよりも劣るので可能な限り、高抵抗領域の幅は小さい方が好ましい。その結果、上述のようにNチャネル型TFTの高抵抗領域の幅がPチャネル型TFTのものよりも大きくなるのである。
【0010】
【実施例】
〔実施例1〕 本発明によって、異種のTFTを有する集積回路を作製する例を図1および図2に示す。図2の(A)、(B)、(C)は、図1の(A)、(C)、(E)と、それぞれほぼ対応した、平面図を示す。また、図1は、図2中の一点鎖点線で示された部分の断面である。まず、基板(コーニング7059、300mm×300mmもしくは100mm×100mm)101上に、厚さ1000〜3000Åの酸化珪素膜102をスパッタ法によって堆積した。これは、プラズマCVD法によって形成してもよい。
【0011】
その後、プラズマCVD法やLPCVD法によってアモルファス状のシリコン膜を300〜1500Å、好ましくは500〜1000Å堆積し、これをパターニングして、島状シリコン領域103および104を形成した。そして、厚さ200〜1500Å、好ましくは500〜1000Åの酸化珪素をスパッタ法もしくはプラズマCVD法によって形成した。この酸化珪素膜はゲイト絶縁膜としても機能するので、その作製には十分な注意が必要である。例えば、プラズマCVD法を用いる場合には、TEOSを原料とし、酸素とともに基板温度150〜400℃、好ましくは200〜250℃で、RF放電させて、原料ガスを分解・堆積した。TEOSと酸素の圧力比は1:1〜1:3、また、圧力は0.05〜0.5torr、RFパワーは100〜250Wとした。あるいはTEOSを原料としてオゾンガスとともに減圧CVD法もしくは常圧CVD法によって、基板温度を150〜400℃、好ましくは200〜250℃として形成してもよい。
【0012】
そして、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射して、シリコン領域103のみを結晶化させた。レーザーのエネルギー密度は200〜400mJ/cm 、好ましくは250〜300mJ/cm とし、また、レーザー照射の際には基板を300〜500℃に加熱した。レーザーとしてはXeClエキシマーレーザー(波長308nm)、その他を用いてもよい。シリコン領域104はアモルファスのままであった。
【0013】
その後、厚さ2000Å〜5μm、例えば、6000Åのアルミニウム膜を電子ビーム蒸着法によって形成して、これをパターニングし、ゲイト電極106、107、109および配線108を形成した。アルミニウムにはスカンジウム(Sc)を0.05〜0.3重量%ドーピングしておくと、加熱によるヒロックの発生が抑制された。この状態を図1(A)および図2(A)に示す。図2(A)から明らかなように、ゲイト電極109と配線108は電気的に接続されており、また、ゲイト電極106、107とゲイト電極109、配線108とは、電気的に独立している。以下、前者をA系列、後者をB系列と称する。
次に基板をpH≒7、1〜3%の酒石酸のエチレングリコール溶液に浸し、白金を陰極、このアルミニウムのゲイト電極を陽極として、陽極酸化をおこなった。このような中性の溶液を用いて得られる陽極酸化物はバリヤ型陽極酸化物と呼ばれ、緻密で耐圧も高い。
【0014】
陽極酸化の際には、陽極の電源端子は独立して制御できるものを2種類用意し、A系列とB系列とは異なる端子に接続した。陽極酸化は、最初、A系列およびB系列の両方に、一定電流を印加し続け、第1の電圧、Vまで電圧を上げ、その状態で1時間保持した。その後、A系列は電圧Vを保ったまま、B系列には一定の電流を印加し続け、第2の電圧Vまで電圧を上昇した。このように2段階の陽極酸化をおこなったために、A系列とB系列とではゲイト電極の側面、および上面に形成される陽極酸化物の厚さが異なり、後者の方が厚くなる。Vとしては、50〜150Vが好ましく、ここでは、100Vとした。Vとしては、100〜250Vが好ましく、ここでは、200Vとした。本実施例では定電流状態では、電圧の上昇速度は2〜5V/分が適当であった。当然ではあるが、V<Vである。この結果、A系列であるゲイト電極106、107には厚さ約1200Åの陽極酸化物110、111が、また、ゲイト電極109と配線108には厚さ2400Åの陽極酸化物112、113がそれぞれ形成された。(図1(B))
【0015】
その後、イオンドーピング法(プラズマドーピング法ともいう)によって、各TFTの島状シリコン膜中に、公知のCMOS技術、自己整合不純物注入技術を用いて、不純物イオン(燐、ホウ素)を注入した。ドーピングガスとしてはフォスフィン(PH )およびジボラン(B )を用いた。ドーズ量は、2〜8×1015cm−2とした。この結果、N型不純物(燐)領域114、116およびP型不純物(ホウ素)領域115が形成された。それは、図面でNTFT126、128、PTFT127を形成するためである。
【0016】
さらに、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射して、上記不純物領域の導入によって結晶性の劣化した部分の結晶性を改善させた。レーザーのエネルギー密度は150〜400mJ/cm、好ましくは200〜250mJ/cm であった。こうして、N型不純物領域114、116およびP型の不純物領域115が活性化された。これらの領域のシート抵抗は200〜800Ω/□であった。本工程はRTA(ラピッド・サーマル・アニール)によっておこなってもよい。(図1(C)、図2(B))
【0017】
以上の工程によって、それぞれのTFTのオフセット領域(高抵抗領域)の幅が決定された。すなわち、図1の左側の2つのTFTでは、陽極酸化物110、111の厚さが約1200Åなので、オフセット幅x 、x はイオンドーピングの際の回りこみを考慮して約1000Åであり、右側のTFTでは、陽極酸化物113の厚さが約2400Åなので、オフセット幅x は約2000Åであった。(図1(D)参照)
高周波動作用のTFT126,127のオフセット幅x 、x は、低オフ電流の要求されるNTFT128のオフセット幅x よりも小さいことが必要である。しかし、また、NTFTはドレインの逆バイアスでのホットキャリヤによる劣化が多発しやすいため、PTFTよりもオフセット幅を大とすることが好ましい。すなわち、x >x である。また、オフ電流が少なく、かつ、高いドレイン電流が印加されるNTFT128は大きなオフセット幅を有するためx >x である。
【0018】
その後、ゲイト電極および配線(図2(C)の130)を分断して、回路に必要な長さにした。そして、全面に層間絶縁物117として、TEOSを原料として、これと酸素とのプラズマCVD法、もしくはオゾンとの減圧CVD法あるいは常圧CVD法によって酸化珪素膜を厚さ3000〜10000Å、例えば、6000Å形成した。この際にフッ素を六フッ化二炭素(C )を用いて反応させて酸化珪素中に添加するとステップカバレージが改善できる。基板温度は150〜400℃、好ましくは200℃〜300℃とした。さらに、スパッタ法によってITO被膜を堆積し、これをパターニングして画素電極118とした。そして、前記層間絶縁物117および配線108の陽極酸化物112をエッチングして、コンタクトホール119を形成した。(図1(D))
【0019】
その後、層間絶縁物とゲイト絶縁膜105をエッチングし、TFTのソース/ドレインにコンタクトホールを形成した。図1には示されていないが、このコンタクトホール形成の際に、同時に、陽極酸化物110、111をもエッチングして、ゲイト電極106、107へもコンタクトホールが形成されている。(図2(C)参照)
そして、窒化チタンとアルミニウムの多層膜の配線120〜125を形成した。配線124は画素電極118に接続させた。また、ゲイト電極106、107には先に形成されたコンタクトホールを介して、配線125が接続した。最後に、水素中で200〜300℃で0.1〜2時間アニールして、シリコンの水素化を完了した。このようにして、集積回路が完成した。(図1(E)、図2(C))
【0020】
本実施例では、厚い陽極酸化物113をエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、その他のコンタクトホールを形成する工程を別々におこなった。もちろん、同時におこなってもよいのであるが、本実施例において、量産性を犠牲にして、あえてこのようにしたのは、前者の厚さが、後者よりも陽極酸化物の厚さの差、1200Åだけ厚く、かつ、本実施例で得られたバリヤ型陽極酸化物のエッチングレートが、酸化珪素等に比較して極めて小さいからであり、この両者を同時にエッチングすると、エッチングされやすい酸化珪素膜で覆われたソース、ドレインへのコンタクトホールが大幅にエッチングされ、ソース、ドレインにまで孔があいてしまうからである。
【0021】
このようにして、異種のTFTが同一基板上に形成された。すなわち、図1および図2の左側の2つのTFT126、127は活性層が結晶性シリコンで高抵抗領域(オフセット領域)の幅の小さいTFTで高速動作に適しており、右側のTFT129は活性層がアモルファスシリコンで高抵抗領域(オフセット領域)の幅の大きなTFTで低リーク電流を特徴としている。TFT128の活性層はTFT127、128よりも結晶化の程度の低い結晶生シリコンでも同じ効果が得られる。同じプロセスを用いてモノリシック型アクティブマトリクスを作製する場合には、前者をドライバー回路に、後者をアクティブマトリクス回路に用いればよいことはいうまでもない。
【0022】
ホットキャリヤによる劣化はNTFTによく見られるが、チャネル幅の大きなドライバーTFT(このオフセット幅をx とする)では、あまり観察されない。また、高周波動作を要求されるデコーダー回路、特にシフトレジスタ、CPU、メモリー、その他の補正回路のNTFT(そのオフセット幅をx とする)は、チャネル幅が小さく、かつ、チャネル超も小さくする必要があるため、アクティブマトリクス回路中のTFT128(そのオフセット幅をx とする)よりもドレイン電圧が低いために劣化が少ない。このため、x <x <x であることが求められる。そして、PTFTのオフセット幅x はドライバーTFTでもその外の補助回路でも劣化がほとんどないため、x ≦x であることが許される。
【0023】
〔実施例2〕 図3および図4に本実施例を示す。図3は、図4中の一点鎖点線で示された部分の断面である。まず、基板(コーニング7059、300mm×400mmもしくは100mm×100mm)201上に下地酸化膜202として厚さ1000〜3000Å、例えば、2000Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でのスパッタ法を使用した。しかし、より量産性を高めるには、TEOSをプラズマCVD法で分解・堆積した膜を用いてもよい。
【0024】
その後、プラズマCVD法やLPCVD法によってアモルファスシリコン膜を300〜5000Å、好ましくは500〜1000Å堆積し、これを、550〜600℃の還元雰囲気に24時間放置して、結晶化せしめた。この工程は、レーザー照射によっておこなってもよい。そして、このようにして結晶化させた珪素膜をパターニングして島状の活性層領域203および204を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ700〜1500Åの酸化珪素膜205を形成した。
【0025】
その後、厚さ1000Å〜3μm、例えば、6000Åのアルミニウム膜(1wt%のSi、もしくは0.1〜0.3wt%のScを含む)を電子ビーム蒸着法もしくはスパッタ法によって形成した。そして、フォトレジスト(例えば、東京応化製、OFPR800/30cp)をスピンコート法によって形成した。フォトレジストの形成前に、アルミニウム膜の全表面に陽極酸化法によって厚さ100〜1000Åの酸化アルミニウム膜を表面に形成しておくと、フォトレジストとの密着性が良く、また、フォトレジストからの電流のリークを抑制することにより、後の陽極酸化工程において、多孔質陽極酸化物を側面のみに形成するうえで有効であった。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、アルミニウム膜と一緒にエッチングし、配線部206、209、ゲイト電極部207、208、210を形成した。(図3(A))
【0026】
これらの配線、ゲイト電極の上には前記のフォトレジストが残されており、これは後の陽極酸化工程において陽極酸化防止のマスクとして機能する。この状態を上から見た様子を図4に示す。この場合も、実施例1と同様に、ゲイト電極207、208および配線209と、配線206とゲイト電極210とは電気的に独立しており、前者をA系列、後者をB系列と称する。(図4(A))
【0027】
そして、上記の配線、ゲイト電極のうち、B系列にのみ電解液中で電流を通じて陽極酸化し、厚さ3000Å〜25μm、例えば、厚さ0.5μmの陽極酸化物211、212を配線、ゲイト電極の側面に形成した。陽極酸化は、3〜20%のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、5〜30V、例えば、8Vの一定電流をゲイト電極に印加しておこなった。このようにして形成された陽極酸化物は多孔質なものであった。本実施例では、シュウ酸溶液(30〜80℃)中で電圧を8Vとし、20〜240分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間および温度によって制御した。この際、A系列には電流が流されていないのでゲイト電極207、208、配線209には陽極酸化物は形成されなかった。(図3(B)、図4(B))
【0028】
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極・配線に電流を印加した。今回は、3〜10%の酒石液、硼酸、硝酸が含まれたPH≒7のエチレングルコール溶液を用い、A系列、B系列ともに通電した。溶液の温度は10℃前後の室温より低い方が良好な酸化膜が得られた。このため、ゲイト電極・配線206〜210の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化物213〜217が形成された。陽極酸化物213〜217の厚さは印加電圧に比例し、例えば、印加電圧が100Vで1200Åの陽極酸化物が形成された。本実施例では、電圧は100Vまで上昇させたので、得られた陽極酸化物の厚さが1200Åであった。バリヤ型の陽極酸化物の厚さは任意であるが、あまり薄いと、後で多孔質陽極酸化物をエッチングする際に、アルミニウムを溶出させてしまう危険があるので、500Å以上が好ましかった。
【0029】
注目すべきは、バリヤ型の陽極酸化物は後の工程で得られるにもかかわらず、多孔質の陽極酸化物の外側にバリヤ型の陽極酸化物ができるのではなく、多孔質陽極酸化物とゲイト電極の間にバリヤ型の陽極酸化物が形成されることである。(図3(C))
その後、イオンドーピング法によって、TFTの活性層203、204に、ゲイト電極部(すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜)およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入し、不純物(ソース/ドレイン)領域218、219、220を形成した。ドーピングガスとしてはフォスフィン(PH )およびジボラン(B )を用いた。ドーズ量は5×1014〜5×1015cm−2、加速エネルギーは50〜90keVとした。領域218および220はN型、領域219はP型となるように不純物を導入した。領域218により、NTFT228、領域219によりPTFT229、領域220によりNTFT230が作られる。
【0030】
この結果、図の左側の2つのTFT(これらは相補型TFTである)228、229では、ゲイト電極の側面の陽極酸化物214、215の厚さが約1200Åであるので、ゲイト電極と不純物領域の重ならない領域(オフセット領域)の幅x 、x は、イオンドーピングの際の回りこみを考慮して約1000Åであった。一方、右側のTFT230では、陽極酸化物212および217の厚さが合わせて約6200Åなので、オフセット幅x は約6000Åであった。
【0031】
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽極酸化物211、213をエッチングした。このエッチングでは陽極酸化物211、213のみがエッチングされ、エッチングレートは約600Å/分であった。バリヤ型陽極酸化物213〜217や酸化珪素膜205はそのまま残存した。その後、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。(図3(E))
【0032】
そして、ゲイト電極・配線を分断して、必要とする大きさ、形状とした。(図4(C)。
さらに、全面に層間絶縁物221として、CVD法によって酸化珪素膜を厚さ6000Å形成した。次いで、厚さ800ÅのITO膜をスパッタ法によって形成し、これをパターニングして、画素電極222を形成した。そして、層間絶縁物221およびゲイト絶縁膜205をエッチングして、TFTのソース/ドレインにコンタクトホールを形成し、同時に、層間絶縁物221および陽極酸化物213〜217をエッチングして、ゲイト電極・配線にコンタクトホールを形成した。本実施例では、実施例1とは異なり、陽極酸化物はA系列、B系列のいずれもほぼ同じ厚さであるので、これらを同時にエッチングすることができ、したがって、フォトリソ工程は、実施例1の場合よりも1つ少なくなる。最後に、アルミニウム配線・電極223〜226を形成し、200〜400℃で水素アニールをおこなった。
【0033】
なお、配線223は配線206と相補型TFTのNチャネル型TFTのソースを接続し、配線225は相補型TFTのTFTのPチャネル型TFTのソースと配線209を接続する。また、配線224(すなわち226)は相補型TFTの出力端子(すなわち、Nチャネル型TFTとPチャネル型TFTのドレイン)と右のTFTのドレインとを接続する。さらに、配線227は右のTFTのドレインと画素電極222とを接続する。以上によって、TFTを有する集積回路が完成された。(図3(F))
【0034】
また、特にA系列において、実施例に示したごとく、ドライバーは大電流駆動となるため、PTFT(高抵抗領域幅をx とする )、NTFT(高抵抗領域幅をx とする)とも劣化が少ない。また、デコーダー、CPU、シフトレジスタ、メモリーその他の駆動回路は小消費電力であり、かつ、高周波動作のため、チャネル幅、チャネル長とも小さく、ホットキャリヤによる劣化が発生しやすい。これらの回路に用いられるNTFTの高抵抗領域の幅x は、PTFTの高抵抗領域の幅x よりも大なることが必要である。また、大電圧の印加されるアクティブマトリクス回路中のNTFT(高抵抗領域幅をx とする)は、必要とされる移動度も小さいため、劣化が非常に発生しやすく、結果として、信頼性向上のためには、x >x >x ≧x であることが求められる。例えば、x は0.5〜1μm、x は0.2〜0.3μm、x は0〜0.2μm、x は0〜0.1μmである。かくすると、シフトレジスタは1〜50MHzで動作させることができた。
本実施例では、画素電極の制御をおこなうTFT(右のTFT)のオフセットの幅が実施例1よりも十分に大きいでのリーク電流を抑える効果が大である。
【0035】
参考例〕 図5に本参考例を示す。本参考例は、モノリシック型アクティブマトリクス液晶ディスプレーに関するもので、図の左側はドライバー回路の相補型TFTを、右側はアクティブマトリクス回路の画素制御用TFTを示している。まず、基板(コーニング7059、300mm×400mm)301上に下地酸化膜302として厚さ2000Åの酸化珪素膜を形成した。この酸化膜の形成方法としては、酸素雰囲気中でスパッタ法もしくはプラズマCVD法で分解・堆積した膜を用いるとよい。
【0036】
その後、プラズマCVD法やLPCVD法によってアモリファスシリコン膜を300〜5000Å、好ましくは500〜1000Å堆積し、これを、550〜600℃の還元雰囲気に24時間放置して、結晶化せしめた。そして、このようにして結晶化させたシリコン膜をパターニングして島状活性層領域303、304を形成した。さらに、この上にスパッタ法によって厚さ700〜1500Åの酸化珪素膜205を形成した。
【0037】
その後、厚さ1000Å〜3μm、例えば、6000Åのアルミニウム(0.1〜0.3wt%のScを含む)膜をスパッタ法によって形成した。そして、実施例2(図3(A)〜(C)参照)と同様な方法で、アルミニウム膜上にフォトレジストをスピンコート法によって形成した。フォトレジストの形成前には、陽極酸化法によって厚さ100〜1000Åの酸化アルミニウム膜をアルミニウム表面に形成した。その後、フォトレジストとアルミニウム膜をパターニングして、アルミニウム膜と一緒にエッチングし、ゲイト電極306、307、308および配線309を形成した。ゲイト電極306とゲイト電極307とゲイト電極308は電気的に独立であり、また、ゲイト電極308と配線309は電気的に接続されている。
【0038】
さらにこれに電解液中に電流を通じて陽極酸化し、厚さ3000Å〜25μmの陽極酸化物を形成した。陽極酸化は3〜20%のクエン酸もしくはショウ酸、燐酸、クロム酸、硫酸等の酸性水溶液を用いておこない、5〜30Vの一定電流をゲイト電極に印加した。このようにして得られた陽極酸化物は多孔質である。本参考例ではシュウ酸溶液(30℃)中で電圧を8Vとし、20〜140分、陽極酸化した。陽極酸化物の厚さは陽極酸化時間によって制御し、ゲイト電極306および307には、500〜2000Å、例えば1000Åの薄い陽極酸化物を形成し、ゲイト電極308と配線309には、3000〜9000Å、例えば、5000Åの厚い陽極酸化物を形成した。
【0039】
次に、マスクを除去し、再び電解溶液中において、ゲイト電極に電流を印加した。今回は、3〜10%の酒石酸、硼酸、硝酸が含まれたPH≒7のエチレングルコール溶液を用いた。また、今回はゲイト電極306、308・配線309に同じだけの電圧を印加した。このため、ゲイト電極306、308・配線309の上面および側面にバリヤ型の陽極酸化物が形成された。本参考例では、バリヤ型陽極酸化物の厚さは1000Åとした。(図5(A))
【0040】
その後、ドライエッチング法によって酸化珪素膜305をエッチングした。このエッチングにおいては、等方性エッチングのプラズマモードでも、あるいは異方性エッチングの反応性イオンエッチングモードでもよい。ただし、珪素と酸化珪素の選択比を十分に大きくすることによって、活性層を深くエッチングしないようにすることが重要である。例えば、エッチングガスとしてCF を使用すれば陽極酸化物はエッチングされず、すなわち、ゲイト電極306、307、308、配線313の下部に存在する酸化珪素膜305はエッチングされずに、それぞれ、ゲイト絶縁膜310、311、312、絶縁膜313として残った。(図5(B))
【0041】
その後、燐酸、酢酸、硝酸の混酸を用いて多孔質陽極酸化物をエッチングした。そして、イオンドーピング法によって、TFTの活性層303、304に、ゲイト電極部(すなわちゲイト電極とその周囲の陽極酸化膜)およびゲイト絶縁膜をマスクとして自己整合的に不純物を注入した。この際には、イオンの加速電圧とドーズ量によって、不純物領域にさまざまな組み合わせが考えられる。例えば、加速電圧を50〜90kVと高めに設定し、ドーズ量を1×1013〜5×1014cm−2と低めにすれば、領域314〜316には、ほとんどの不純物イオンは活性層を通過し、下地膜で最大の濃度を示す。このため、領域314〜316は極めて低濃度の不純物領域となる。一方、上にゲイト絶縁膜310〜312の存在する領域317〜319では、ゲイト絶縁膜によって高速のイオンが減速されて、ちょうど、不純物濃度が最大となり、低濃度の不純物領域を形成することができる。
【0042】
逆に、加速電圧を5〜30kVと低めに設定し、ドーズ量を5×1014〜5×1015cm-2と多めにすれば、領域314〜316には、多くの不純物イオンが注入され、高濃度の不純物領域となる。一方、上にゲイト絶縁膜310〜312の存在する領域317〜319では、ゲイト絶縁膜によって低速のイオンが妨げられて、不純物イオンの注入量は低く、低濃度の不純物領域を形成することができる。このように、いずれの方法を用いても、領域317〜319は低濃度の不純物領域となり、本参考例では、いずれの方法を採用してもよい。
このようにして、イオンドーピングをおこない、N型の低濃度不純物領域317、319とP型の低濃度不純物領域318を形成した後、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射して、活性層中に導入された不純物イオンの活性化をおこなった。この工程は、RTP(ラピッド・サーマル・プロセス)を用いてもよい。(図5(C))
【0043】
この結果、各TFTで高抵抗領域(すなわち、低濃度領域とオフセット領域)の幅が異なった。すなわち、ドライバー回路のNチャネル型TFTでは、高抵抗領域の幅x はオフセット幅1000Åに低濃度領域の幅1000Åを加えた2000Åであり、同じくPチャネル型TFTにおいては、x は低濃度領域の幅のみの1000Åであり、画素制御のTFTにおいては、x はオフセット幅1000Åに低濃度領域の幅5000Åを加えた6000Åであった。
【0044】
さらに、全面に適当な金属、例えば、チタン、ニッケル、モリブテン、タングステン、白金、パラジウム等の被膜、例えば、厚さ50〜500Åのチタン膜320をスパッタ法によって全面に形成した。この結果、金属膜(ここではチタン膜)320は高濃度(もしくは極低濃度)不純物領域314〜316に密着して形成された。(図5(D))
【0045】
そして、KrFエキシマーレーザー(波長248nm、パルス幅20nsec)を照射して、金属膜(ここではチタン)と活性層のシリコンを反応させ、金属珪化物(ここでは珪化チタン)の領域330〜332を形成した。レーザーのエネルギー密度は200〜400mJ/cm2、好ましくは250〜300mJ/cm2が適当であった。また、レーザー照射時には基板を200〜500℃に加熱しておくと、チタン膜の剥離を抑制することはできた。
なお、本参考例では上記の如く、エキシマーレーザーを用いたが、他のレーザーを用いてもよいことはいうまでもない。ただし、レーザーを用いるにあたってはパルス状のレーザーが好ましい。連続発振レーザーでは照射時間が長いので、熱によって被照射物が熱によって膨張することによって剥離するような危険がある。
【0046】
パルスレーザーに関しては、Nd:YAGレーザー(Qスイッチパルス発振が望ましい)のごとき赤外光レーザーやその第2高調波のごとき可視光、KrF、XeCl、ArF等のエキシマーを使用する各種紫外光レーザーが使用できるが、金属膜の上面からレーザー照射をおこなう場合には金属膜に反射されないような波長のレーザーを選択する必要がある。もっとも、金属膜が極めて薄い場合にはほとんど問題がない。また、レーザー光は、基板側から照射してもよい。この場合には下に存在するシリコン半導体膜を透過するレーザー光を選択する必要がある。
【0047】
また、アニールは、可視光線もしくは近赤外光の照射によるランプアニールによるものでもよい。ランプアニールを行う場合には、被照射面表面が600〜1000℃程度になるように、600℃の場合は数分間、1000℃の場合は数10秒間のランプ照射を行うようにする。近赤外線(例えば1.2 μmの赤外線)によるアニールは、近赤外線が珪素半導体に選択的に吸収され、ガラス基板をそれ程加熱せず、しかも一回の照射時間を短くすることで、ガラス基板に対する加熱を抑えることができる等、使用上、都合が良い。
【0048】
この後、過酸化水素水とアンモニアと水とを5:2:2で混合したエッチング液で未反応のチタン膜のエッチングした。露出した活性層と接触した部分以外のチタン膜(例えば、ゲイト絶縁膜や陽極酸化膜上に存在したチタン膜)はそのまま金属状態で残っているが、このエッチングで除去できる。一方、金属珪化物である珪化チタン330〜332はエッチングされないので、残存させることができた。本参考例では、珪化物領域330〜332のシート抵抗は10〜50Ω/□となった。一方、低濃度不純物領域317〜319では10〜100kΩ/□であった。
【0049】
そして、アクティブマトリクス回路のNTFT337上に厚さ500〜3000Å、例えば、1000Åの窒化珪素膜332を形成した。一般に窒化珪素膜は、正孔を捕獲する性質がある。したがって、特にホットキャリヤの発生しやすい用途、例えば、アクティブマトリクス回路のTFT等、において、ホットキャリヤ注入によるゲイト絶縁膜のホットエレクトロンによる電子のチャージアップを防止するうえで窒化珪素膜322は有効であった。もっとも、PTFTの場合には、逆効果となるので、相補型回路の存在する部分には窒化珪素膜は形成しない方が好ましい。本参考例で、アクティブマトリクス回路(図の右側)だけに窒化珪素膜を残したのは以上の理由による。
【0050】
さらに、全面に層間絶縁物321として、CVD法によって酸化珪素膜を厚さ2000Å〜1μm、例えば、5000Å形成した。そして、配線309に孔324を形成し、窒化珪素膜322を露出させた。そして、スパッタ法によってITO膜を形成し、これをパターニング・エッチングして、画素電極323を形成した。画素電極323は、孔324において、バリヤ型陽極酸化物(1000Å)と窒化珪素膜(1000Å)をはさんで配線309と静電容量を形成する。この際、陽極酸化物も窒化珪素も誘電率が大きく、薄いので僅かな面積で大きな容量を得ることができた。この容量は、アクティブマトリクスの画素と対向電極とによって形成される容量に並列に挿入される、いわゆる保持容量として用いられる。すなわち、配線309は対向電極と同じ電位に保たれる。
【0051】
その後、層間絶縁膜321をエッチングし、TFTのソース/ドレインおよびゲイト電極等にコンタクトホールを形成し、2000Å〜1μm、例えば5000Åの厚さの窒化チタンとアルミニウムの多層膜による配線・電極325〜329を形成した。(図5(E))
参考例では、アクティブマトリクス回路を構成するNTFT337、デコーダー、CPU、メモリー、その他の高周波低消費電力用のNTFT、大電力駆動のドライバー用NTFT、およびPTFTの高抵抗領域幅の値は実施例2と同じとした。かくして、モノリシック型の電気光学装置を有する薄膜集積回路にて、NチャネルTFTとPチャネルTFTとで、高抵抗領域の幅を最適化することが示された。図6には、1枚のガラス基板上にディスプレーから、CPU、メモリーまで搭載した集積回路を用いた電気光学システムのブロック図を示す。本実施例1及び2並びに参考例では、このうちのアクティブマトリクス回路とXおよびYデコーダー/ドライバーの部分のみを主として示したにすぎないが、本実施例1及び2並びに参考例を発展させれば、より高度な回路、システムを構成することが可能であることは容易に想像のつくことであろう。
【0052】
ここで、入力ポートとは、外部から入力された信号を読み取り、画像用信号に変換し、補正メモリーは、アクティブマトリクスパネルの特性に合わせて入力信号等を補正するためのパネルに固有のメモリーである。特に、この補正メモリーは、各画素固有の情報を不揮発性メモリーとして有し、個別に補正するためのものである。すなわち、電気光学装置の画素に点欠陥のある場合には、その点の周囲の画素にそれに合わせて補正した信号を送り、点欠陥をカバーし、欠陥を目立たなくする。または、画素が周囲の画素に比べて暗い場合には、その画素により大きな信号を送って、周囲の画素同じ明るさとなるようにするものである。
CPUとメモリーは通常のコンピュータのものと同様で、特にメモリーは各画素に対応した画像メモリーをRAMとして持っている。また、画像情報に応じて、基板を裏面から照射するバックライトを変化させることもできる。
【0053】
そして、これらの回路のそれぞれに適した高抵抗領域の幅を得るために、3〜10系統の配線を形成し、個々に陽極酸化条件を変えられるようにすればよい。典型的には、アクティブマトリクス回路においては、チャネル長が10μmで、高抵抗領域の幅は0.4〜1μm、例えば、0.6μm。ドライバーにおいては、Nチャネル型TFTで、チャネル長8μm、チャネル幅200μmとし、高抵抗領域の幅は0.2〜0.3μm、例えば、0.25μm。同じくPチャネル型TFTにおいては、チャネル長5μm、チャネル幅500μmとし、高抵抗領域の幅は0〜0.2μm、例えば、0.1μm。デコーダーにおいては、Nチャネル型TFTで、チャネル長8μm、チャネル幅10μmとし、高抵抗領域の幅は0.3〜0.4μm、例えば、0.35μm。同じくPチャネル型TFTにおいては、チャネル長5μm、チャネル幅10μmとし、高抵抗領域の幅は0〜0.2μm、例えば、0.1μmとすればよい。さらに、図6における、CPU、入力ポート、補正メモリー、メモリーのNTFT、PTFTは高周波動作、低消費電力用のデコーダーと同様に高抵抗領域の幅を最適化すればよい。かくして、電気光学装置64を絶縁表面を有する同一基板上に形成することができた。
【0054】
本発明においては、高抵抗領域の幅を2〜4種類、またはそれ以上に用途によって可変することを特徴としている。また、この領域はチャネル形成領域と全く同じ材料、同じ導電型であるという必要はない。すなわち、NTFTでは、微量にN型不純物を、また、PTFTでは微量にP型不純物を添加し、また、選択的に炭素、酸素、窒素等を添加して高抵抗領域を形成することもホットキャリヤによる劣化と信頼性、周波数特性、オフ電流とのトレードオフを解消する上で有効である。
【0055】
【発明の効果】
本発明によって、各TFTの必要とする特性、信頼性に応じて最適な幅の高抵抗領域を有するTFTを同一基板上に作製することができる。その結果、従来にない自由度を得ることができ、より高度に集積化された回路を構成することができる。このように本発明は工業的価値が大きな発明であるが、特に大面積基板上にTFT群を形成し、これをアクティブマトリクスやドライバー回路,CPU、メモリーに利用して、電気光学システムとし、オンボードの超薄型パソコン、携帯端末とした場合にはその利用分野は限りなく拡大させることができる。さらに、この電気光学システムはインテリジェント化されて、他の単結晶半導体を用いたCPU、コンピュータシステム、画像処理システムと結合することによって、新たな産業を形成するに十分たる資質を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】TFT回路の作製方法を示す。(断面図、実施例1)
【図2】TFT回路の作製方法を示す。(上面図、実施例1)
【図3】TFT回路の作製方法を示す。(断面図、実施例2)
【図4】TFT回路の作製方法を示す。(上面図、実施例2)
【図5】TFT回路の作製方法を示す。(断面図、参考例
【図6】集積回路のブロック図の例を示す。
【符号の説明】
101 基板
102 下地絶縁膜
103、104 島状半導体領域(シリコン)
105 ゲイト絶縁膜(酸化珪素)
106〜109 ゲイト電極・配線(アルミニウム)
110〜113 陽極酸化物(酸化アルミニウム)
114、116 N型不純物領域
115 P型不純物領域
117 層間絶縁物(酸化珪素)
118 画素電極(ITO)
119 コンタクトホール
120〜124 金属配線(窒化チタン/アルミニウム)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for improving the reliability and characteristics of an integrated circuit in which a number of thin-film insulating gate type semiconductor devices (thin film transistors or TFTs) are formed on an insulating surface. The semiconductor device according to the present invention is used for an active matrix such as a liquid crystal display or a drive circuit such as an image sensor, or an SOI integrated circuit or a conventional semiconductor integrated circuit (microprocessor, microcontroller, microcomputer, semiconductor memory, etc.). Is. Particularly, the present invention relates to a monolithic thin film integrated circuit in which an active matrix circuit for driving an electro-optical device and a driver circuit for driving the same, or a memory circuit and a central processing circuit (CPU) are formed on the same substrate, and It relates to a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, research on forming an insulated gate semiconductor device (MISFET) on an insulating substrate or a surface (insulating surface) separated from a semiconductor substrate by a thick insulating film even on a semiconductor substrate has been actively conducted. . In particular, a semiconductor device in which a semiconductor layer (active layer) is a thin film is called a thin film transistor (TFT). In such a semiconductor device, it is difficult to obtain an element having good crystallinity, such as a single crystal semiconductor, and a non-single crystal semiconductor that has crystallinity but is not single crystal is usually used.
[0003]
Such a non-single-crystal semiconductor has poor characteristics as compared with a single-crystal semiconductor, and in particular, a reverse voltage (that is, negative for an N-channel TFT and positive for a P-channel TFT) is applied to the gate electrode. When the voltage is applied, there is a problem that the leakage current between the source and the drain increases. In addition, there has been a problem of deterioration that the mobility of the TFT is lowered by application of a voltage. In order to solve such a problem, it is known that an intrinsic or weak N-type or P-type high resistance region needs to be provided between the source / drain region and the gate electrode.
In particular, when producing a high resistance region, the gate electrode is anodized, and at least the side surface is oxidized by other methods, and this oxide or oxide trace is used to perform doping in a self-aligned manner. A high resistance region having a uniform width was obtained.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since such a high resistance region also functions as a resistor inserted in series between the source / drain, for example, when high speed operation is required, it is unnecessary. This is particularly a problem when TFTs that require different characteristics are formed on the same insulating surface. For example, when considering a monolithic circuit having an active matrix circuit for driving an electro-optic element and a driver circuit for driving the circuit on the same substrate, it is desirable that the leakage current be lower in the active matrix circuit. Therefore, a TFT having a wide high resistance region is desired.
[0005]
However, in a decoder circuit, a driver circuit, a CPU, a memory circuit, and the like, it is desired that the width of the high resistance region is small because of the necessity for high-speed operation. However, in TFTs formed on the same substrate by the same process, the width of the high resistance region is the same, and it is difficult to change the width of the high resistance region according to the circuit and purpose as described above. It was. For this reason, it has been difficult to produce a monolithic active matrix circuit or a monolithic integrated circuit which is a further development. The present invention relates to a semiconductor integrated circuit in which such a difficulty is solved and the width of a high resistance region is changed in accordance with characteristics and reliability required for a TFT and a circuit, and a manufacturing method thereof.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The first aspect of the present invention is to change the width of the obtained high resistance region by changing the anodic oxidation time in accordance with the TFT in the anodic oxidation step of the gate electrode. The second aspect of the present invention is that in the monolithic active matrix circuit, the width of the high resistance region of the TFT in the active matrix circuit for low off-current and low-frequency operation is set to a driver circuit for high-current drive and high-frequency operation, and low power consumption. This is larger than that of the TFT in the decoder circuit for power and high frequency operation. The third aspect of the present invention is to make the width of the high resistance region of the N-channel TFT larger than that of the P-channel TFT.
[0007]
For example, in a monolithic active matrix circuit, the width of the high resistance region of the TFT in the active matrix circuit is 0.4 to 1 μm, and in the driver circuit, an N-channel TFT (hereinafter referred to as NTFT) is 0.2. In a P-channel TFT (hereinafter referred to as PTFT), it is set to 0 to 0.2 μm. Further, in the decoder used for the central processing circuit (CPU) and other logic operation elements / circuits, the thickness is set to 0.3 to 0.4 μm for the N-channel TFT and 0 to 0.2 μm for the P-channel TFT. Thus, in the present invention, the width of the high resistance region of the TFT of the active matrix circuit is larger than that of the TFT of the driver / decoder, and the width of the high resistance region of the N channel type TFT is that of the P channel type TFT. It is large.In the present invention, the width in the channel width direction of the high resistance region in the N channel type TFT and the P channel type TFT of the driver circuit is larger than the width in the channel width direction of the high resistance region in the N channel type TFT of the active matrix circuit. Shall. The channel widths of the N-channel TFT and the P-channel TFT of the driver circuit and the width of the high resistance region in the channel width direction are equal to each other. A high resistance region is not necessarily provided in the P channel type TFT of the driver circuit. In the case of this P channel type TFT, the channel formation region is in contact with the source region and the drain region.
[0008]
As described above, the reason why the width of the high resistance region of the TFT of the active matrix circuit is larger than the width of the TFT of the driver or decoder is that the required TFT characteristics are the low leakage current and the latter high speed operation. This is because they are different from each other. On the other hand, changing the width of the high resistance region between the N-channel TFT and the P-channel TFT in the same driver or decoder is as follows.
[0009]
In particular, in an N-channel TFT, when a weak N-type high resistance region is provided, the electric field in the vicinity of the drain can be relaxed and deterioration due to the hot carrier effect can be suppressed. Therefore, it is desired that the high resistance region of the N-channel TFT in this case is a weak N-type. On the other hand, in a P-channel TFT, since deterioration due to hot carriers is small, it is not particularly necessary to provide such a high resistance region. On the contrary, the presence of the high resistance region causes a reduction in the operation speed of the TFT. Since the mobility of the P-channel TFT is inferior to that of the N-channel TFT, the width of the high resistance region is preferably as small as possible. As a result, as described above, the width of the high resistance region of the N-channel TFT is larger than that of the P-channel TFT.
[0010]
【Example】
Embodiment 1 FIGS. 1 and 2 show an example of manufacturing an integrated circuit having different kinds of TFTs according to the present invention. 2A, 2B, and 2C are plan views substantially corresponding to FIGS. 1A, 1C, and 1E, respectively. Moreover, FIG. 1 is a cross section of the part shown by the dashed-dotted line in FIG. First, a silicon oxide film 102 having a thickness of 1000 to 3000 mm was deposited on a substrate (Corning 7059, 300 mm × 300 mm or 100 mm × 100 mm) 101 by a sputtering method. This may be formed by plasma CVD.
[0011]
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited in an amount of 300 to 1500, preferably 500 to 1000 by plasma CVD or LPCVD, and patterned to form island silicon regions 103 and 104. Then, silicon oxide having a thickness of 200 to 1500 mm, preferably 500 to 1000 mm, was formed by sputtering or plasma CVD. Since this silicon oxide film also functions as a gate insulating film, sufficient care is required for its production. For example, when the plasma CVD method is used, TEOS is used as a raw material, and RF discharge is performed at a substrate temperature of 150 to 400 ° C., preferably 200 to 250 ° C. together with oxygen, to decompose and deposit the raw material gas. The pressure ratio between TEOS and oxygen was 1: 1 to 1: 3, the pressure was 0.05 to 0.5 torr, and the RF power was 100 to 250 W. Alternatively, the substrate temperature may be set to 150 to 400 ° C., preferably 200 to 250 ° C. by TEOS as a raw material together with ozone gas by a low pressure CVD method or an atmospheric pressure CVD method.
[0012]
Then, KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was irradiated to crystallize only the silicon region 103. Laser energy density is 200-400mJ / cm2  , Preferably 250-300 mJ / cm2  In addition, the substrate was heated to 300 to 500 ° C. during the laser irradiation. As the laser, a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm) or other may be used. The silicon region 104 remained amorphous.
[0013]
Thereafter, an aluminum film having a thickness of 2000 to 5 μm, for example, 6000 mm was formed by an electron beam evaporation method, and this was patterned to form gate electrodes 106, 107, 109 and wirings 108. When aluminum was doped with scandium (Sc) in an amount of 0.05 to 0.3% by weight, generation of hillocks due to heating was suppressed. This state is shown in FIGS. 1 (A) and 2 (A). As is apparent from FIG. 2A, the gate electrode 109 and the wiring 108 are electrically connected, and the gate electrodes 106 and 107 and the gate electrode 109 and the wiring 108 are electrically independent. . Hereinafter, the former will be referred to as A series and the latter as B series.
Next, the substrate was immersed in an ethylene glycol solution of tartaric acid having a pH of approximately 7 to 1%, and anodic oxidation was performed using platinum as a cathode and the aluminum gate electrode as an anode. An anodic oxide obtained by using such a neutral solution is called a barrier type anodic oxide and is dense and has a high withstand voltage.
[0014]
At the time of anodizing, two types of anode power supply terminals that can be controlled independently were prepared and connected to terminals different from the A series and B series. In anodization, first, a constant current is continuously applied to both the A series and the B series, and the first voltage, V1The voltage was raised to and maintained in that state for 1 hour. After that, A series voltage V1The constant voltage is continuously applied to the B series while maintaining the second voltage V2Increased the voltage up to. Since the two-step anodic oxidation is performed in this way, the thickness of the anodic oxide formed on the side surface and the upper surface of the gate electrode differs between the A series and the B series, and the latter is thicker. V1Is preferably 50 to 150 V, and is 100 V here. V2Is preferably 100 to 250 V, and is 200 V here. In this example, in the constant current state, the voltage increase rate was suitably 2 to 5 V / min. Naturally, V1<V2It is. As a result, anodic oxides 110 and 111 having a thickness of about 1200 mm are formed on the gate electrodes 106 and 107 of the A series, and anodic oxides 112 and 113 having a thickness of 2400 mm are formed on the gate electrode 109 and the wiring 108, respectively. It was done. (Fig. 1 (B))
[0015]
Thereafter, impurity ions (phosphorus, boron) were implanted into the island-like silicon film of each TFT by ion doping (also referred to as plasma doping) using a known CMOS technique or self-aligned impurity implantation technique. As a doping gas, phosphine (PH3  ) And diborane (B2  H6  ) Was used. Dose amount is 2-8x1015cm-2It was. As a result, N-type impurity (phosphorus) regions 114 and 116 and P-type impurity (boron) region 115 were formed. This is because NTFTs 126 and 128 and PTFT 127 are formed in the drawing.
[0016]
Further, irradiation with a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was performed to improve the crystallinity of the portion where the crystallinity was deteriorated by the introduction of the impurity region. Laser energy density is 150-400mJ / cm2, Preferably 200 to 250 mJ / cm2  Met. Thus, the N-type impurity regions 114 and 116 and the P-type impurity region 115 are activated. The sheet resistance in these regions was 200 to 800 Ω / □. This step may be performed by RTA (rapid thermal annealing). (Fig. 1 (C), Fig. 2 (B))
[0017]
Through the above steps, the width of the offset region (high resistance region) of each TFT was determined. That is, in the two TFTs on the left side of FIG. 1, since the thickness of the anodic oxides 110 and 111 is about 1200 mm, the offset width x1  , X3  Is about 1000 mm in consideration of wraparound during ion doping, and in the right TFT, the thickness of the anodic oxide 113 is about 2400 mm, so the offset width x2  Was about 2000 mm. (See Fig. 1 (D))
Offset width x of TFTs 126 and 127 for high frequency operation1  , X3  Is the offset width x of the NTFT 128 that requires a low off-state current.2  Must be smaller. However, NTFT is more likely to be deteriorated by hot carriers due to reverse bias of the drain. Therefore, it is preferable to make the offset width larger than that of PTFT. That is, x3  > X1  It is. Further, since the NTFT 128 to which an off current is small and a high drain current is applied has a large offset width, x2  > X3  It is.
[0018]
Thereafter, the gate electrode and the wiring (130 in FIG. 2C) were divided to have a length necessary for the circuit. Then, a silicon oxide film having a thickness of 3000 to 10000 mm, for example, 6000 mm is formed as an interlayer insulator 117 on the entire surface by TEOS as a raw material and a plasma CVD method with oxygen, a low pressure CVD method with ozone, or an atmospheric pressure CVD method. Formed. At this time, fluorine is converted to dicarbon hexafluoride (C2  F6  Step coverage can be improved by adding it into silicon oxide. The substrate temperature was 150 to 400 ° C., preferably 200 to 300 ° C. Furthermore, an ITO film was deposited by sputtering, and this was patterned to form a pixel electrode 118. Then, the interlayer insulator 117 and the anodic oxide 112 of the wiring 108 were etched to form a contact hole 119. (Figure 1 (D))
[0019]
Thereafter, the interlayer insulator and the gate insulating film 105 were etched to form contact holes in the source / drain of the TFT. Although not shown in FIG. 1, when the contact holes are formed, the anodic oxides 110 and 111 are simultaneously etched to form contact holes in the gate electrodes 106 and 107. (See Fig. 2 (C))
And the wiring 120-125 of the multilayer film of titanium nitride and aluminum was formed. The wiring 124 was connected to the pixel electrode 118. A wiring 125 is connected to the gate electrodes 106 and 107 through the contact holes formed previously. Finally, silicon was hydrogenated by annealing in hydrogen at 200-300 ° C. for 0.1-2 hours. In this way, an integrated circuit was completed. (Fig. 1 (E), Fig. 2 (C))
[0020]
In this example, the step of forming the contact hole by etching the thick anodic oxide 113 and the step of forming the other contact hole were performed separately. Of course, it may be performed at the same time, but in the present example, at the expense of mass productivity, this was done because the former thickness was different from the latter in the thickness of the anodic oxide, and the thickness of 1200 mm. This is because the etching rate of the barrier type anodic oxide obtained in this example is extremely small compared to silicon oxide or the like. This is because the contact hole to the broken source and drain is significantly etched, and there is a hole in the source and drain.
[0021]
In this way, different kinds of TFTs were formed on the same substrate. That is, the two TFTs 126 and 127 on the left side of FIGS. 1 and 2 are suitable for high-speed operation because the active layer is crystalline silicon and the width of the high resistance region (offset region) is small, and the right TFT 129 has an active layer as the active layer. A TFT with a large width of the high resistance region (offset region) made of amorphous silicon and characterized by low leakage current. The same effect can be obtained even if the active layer of the TFT 128 is crystalline silicon having a lower degree of crystallization than the TFTs 127 and 128. When a monolithic active matrix is manufactured using the same process, it goes without saying that the former may be used for the driver circuit and the latter for the active matrix circuit.
[0022]
Degradation due to hot carriers is often seen in NTFT, but a driver TFT with a large channel width (this offset width is x4  ) Is not observed so much. In addition, NTFTs of decoder circuits that require high-frequency operation, particularly shift registers, CPUs, memories, and other correction circuits (the offset width is x3  Since the channel width must be small and the channel must be too small, the TFT 128 in the active matrix circuit (its offset width is x2  The drain voltage is lower than that of the For this reason, x4  <X3  <X2  It is required to be. PTFT offset width x1  Since there is almost no deterioration in the driver TFT or the auxiliary circuit outside it, x1  ≦ x4  It is allowed to be.
[0023]
[Embodiment 2] FIGS. 3 and 4 show this embodiment. 3 is a cross-sectional view of the portion indicated by the alternate long and short dash line in FIG. First, a silicon oxide film having a thickness of 1000 to 3000 mm, for example, 2000 mm, was formed as a base oxide film 202 on a substrate (Corning 7059, 300 mm × 400 mm or 100 mm × 100 mm) 201. As a method for forming this oxide film, a sputtering method in an oxygen atmosphere was used. However, in order to further increase mass productivity, a film obtained by decomposing and depositing TEOS by plasma CVD may be used.
[0024]
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited in an amount of 300 to 5000, preferably 500 to 1000 by plasma CVD or LPCVD, and allowed to stand in a reducing atmosphere at 550 to 600 ° C. for 24 hours for crystallization. This step may be performed by laser irradiation. Then, the silicon film crystallized in this way was patterned to form island-shaped active layer regions 203 and 204. Further, a silicon oxide film 205 having a thickness of 700 to 1500 mm was formed thereon by sputtering.
[0025]
Thereafter, an aluminum film (containing 1 wt% Si or 0.1 to 0.3 wt% Sc) having a thickness of 1000 to 3 μm, for example, 6000 mm was formed by electron beam evaporation or sputtering. A photoresist (for example, OFPR 800/30 cp, manufactured by Tokyo Ohka) was formed by spin coating. If an aluminum oxide film having a thickness of 100 to 1000 mm is formed on the entire surface of the aluminum film by anodic oxidation before the formation of the photoresist, the adhesion with the photoresist is good, By suppressing the leakage of current, it was effective in forming the porous anodic oxide only on the side surface in the subsequent anodic oxidation step. Thereafter, the photoresist and the aluminum film were patterned and etched together with the aluminum film to form wiring portions 206 and 209 and gate electrode portions 207, 208 and 210. (Fig. 3 (A))
[0026]
The photoresist is left on these wiring and gate electrodes, and this functions as a mask for preventing anodization in the subsequent anodizing step. FIG. 4 shows how this state is viewed from above. Also in this case, as in the first embodiment, the gate electrodes 207 and 208 and the wiring 209, and the wiring 206 and the gate electrode 210 are electrically independent, and the former is referred to as A series and the latter as B series. (Fig. 4 (A))
[0027]
Of the above-described wiring and gate electrodes, only the B series is anodized through current in an electrolytic solution, and anodic oxides 211 and 212 having a thickness of 3000 to 25 μm, for example, 0.5 μm, are connected to the wiring and gate electrodes. Formed on the sides. Anodization was performed using 3 to 20% citric acid or an acidic aqueous solution such as succinic acid, phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid, etc., and a constant current of 5 to 30 V, for example, 8 V was applied to the gate electrode. The anodic oxide thus formed was porous. In this example, the voltage was set to 8 V in an oxalic acid solution (30 to 80 ° C.), and anodization was performed for 20 to 240 minutes. The anodic oxide thickness was controlled by anodic oxidation time and temperature. At this time, since no current was passed through the A series, no anodic oxide was formed on the gate electrodes 207 and 208 and the wiring 209. (Fig. 3 (B), Fig. 4 (B))
[0028]
Next, the mask was removed, and current was again applied to the gate electrode / wiring in the electrolytic solution. This time, an ethylene glycol solution having a pH of about 7 containing 3 to 10% tartaric acid solution, boric acid and nitric acid was used, and both the A series and B series were energized. A better oxide film was obtained when the temperature of the solution was lower than room temperature of around 10 ° C. Therefore, barrier type anodic oxides 213 to 217 were formed on the upper and side surfaces of the gate electrodes / wirings 206 to 210. The thickness of the anodic oxides 213 to 217 was proportional to the applied voltage. For example, an anodic oxide of 1200 で was formed at an applied voltage of 100V. In this example, since the voltage was increased to 100 V, the thickness of the obtained anodic oxide was 1200 mm. The thickness of the barrier type anodic oxide is arbitrary, but if it is too thin, there is a risk that aluminum will be eluted when the porous anodic oxide is etched later. .
[0029]
It should be noted that although the barrier type anodic oxide is obtained in a later step, the barrier type anodic oxide is not formed outside the porous anodic oxide. A barrier type anodic oxide is formed between the gate electrodes. (Figure 3 (C))
Thereafter, by ion doping, impurities are implanted into the TFT active layers 203 and 204 in a self-aligned manner using the gate electrode portion (that is, the gate electrode and its surrounding anodic oxide film) and the gate insulating film as a mask. / Drain) regions 218, 219, and 220 were formed. As a doping gas, phosphine (PH3  ) And diborane (B2  H6  ) Was used. Dose amount is 5 × 1014~ 5x1015cm-2The acceleration energy was 50 to 90 keV. Impurities were introduced so that the regions 218 and 220 were N-type and the region 219 was P-type. NTFT 228 is formed by region 218, PTFT 229 is formed by region 219, and NTFT 230 is formed by region 220.
[0030]
As a result, in the two TFTs 228 and 229 on the left side of the figure (these are complementary TFTs) 228 and 229, the thickness of the anodic oxides 214 and 215 on the side surfaces of the gate electrode is about 1200 mm. Width x of non-overlapping area (offset area)1  , X3  Was about 1000 mm in consideration of wraparound during ion doping. On the other hand, in the TFT 230 on the right side, the total thickness of the anodic oxides 212 and 217 is about 6200 mm, so the offset width x2  Was about 6000 kg.
[0031]
Thereafter, the porous anodic oxides 211 and 213 were etched using a mixed acid of phosphoric acid, acetic acid and nitric acid. In this etching, only the anodic oxides 211 and 213 were etched, and the etching rate was about 600 cm / min. The barrier type anodic oxides 213 to 217 and the silicon oxide film 205 remained as they were. Thereafter, irradiation with KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) was performed to activate the impurity ions introduced into the active layer. (Figure 3 (E))
[0032]
Then, the gate electrode / wiring was divided into the required size and shape. (FIG. 4C).
Further, a silicon oxide film having a thickness of 6000 mm was formed as an interlayer insulator 221 over the entire surface by a CVD method. Next, an ITO film having a thickness of 800 mm was formed by sputtering, and this was patterned to form a pixel electrode 222. Then, the interlayer insulator 221 and the gate insulating film 205 are etched to form contact holes in the source / drain of the TFT, and at the same time, the interlayer insulator 221 and the anodic oxides 213 to 217 are etched to form gate electrodes / wirings. A contact hole was formed. In this embodiment, unlike the first embodiment, since the anodic oxide has almost the same thickness in both the A series and the B series, they can be etched at the same time. Therefore, the photolithography process is performed in the first embodiment. One less than the case of. Finally, aluminum wiring / electrodes 223 to 226 were formed, and hydrogen annealing was performed at 200 to 400 ° C.
[0033]
Note that the wiring 223 connects the wiring 206 and the source of the N-channel TFT of the complementary TFT, and the wiring 225 connects the source of the P-channel TFT of the complementary TFT and the wiring 209. The wiring 224 (that is, 226) connects the output terminal of the complementary TFT (that is, the drain of the N-channel TFT and the P-channel TFT) and the drain of the right TFT. Further, the wiring 227 connects the drain of the right TFT and the pixel electrode 222. Thus, an integrated circuit having TFTs was completed. (Fig. 3 (F))
[0034]
In particular, in the A series, as shown in the embodiment, the driver is driven with a large current, so that PTFT (high resistance region width x1  ), NTFT (high resistance region width x4  )) With little deterioration. In addition, the decoder, CPU, shift register, memory and other driving circuits have low power consumption and high frequency operation, so that the channel width and channel length are both small, and deterioration due to hot carriers is likely to occur. The width x of the high resistance region of the NTFT used in these circuits3  Is the width x of the high resistance region of the PTFT1  Needs to be greater than. Also, NTFT (high resistance region width x2  )), Since the required mobility is small, deterioration is very likely to occur. As a result, in order to improve reliability, x2  > X3  > X4  ≧ x1  It is required to be. For example, x2  Is 0.5-1 μm, x3  Is 0.2 to 0.3 μm, x4  0 to 0.2 μm, x1  Is 0 to 0.1 μm. In this way, the shift register could be operated at 1 to 50 MHz.
In the present embodiment, the effect of suppressing the leakage current when the offset width of the TFT for controlling the pixel electrode (right TFT) is sufficiently larger than that of the first embodiment is great.
[0035]
[Reference exampleFigure 5 shows the bookreferenceAn example is shown. BookreferenceThe example relates to a monolithic active matrix liquid crystal display. The left side of the figure shows the complementary TFT of the driver circuit, and the right side shows the pixel control TFT of the active matrix circuit. First, a silicon oxide film having a thickness of 2000 mm was formed as a base oxide film 302 on a substrate (Corning 7059, 300 mm × 400 mm) 301. As a method for forming this oxide film, a film decomposed and deposited by sputtering or plasma CVD in an oxygen atmosphere may be used.
[0036]
Thereafter, an amorphous silicon film was deposited by plasma CVD or LPCVD to a thickness of 300 to 5000, preferably 500 to 1000, and left in a reducing atmosphere at 550 to 600 ° C. for 24 hours for crystallization. Then, the silicon film crystallized in this way was patterned to form island-like active layer regions 303 and 304. Further, a silicon oxide film 205 having a thickness of 700 to 1500 mm was formed thereon by sputtering.
[0037]
Thereafter, an aluminum (containing 0.1 to 0.3 wt% Sc) film having a thickness of 1000 to 3 μm, for example, 6000 mm was formed by a sputtering method. Then, a photoresist was formed on the aluminum film by a spin coating method in the same manner as in Example 2 (see FIGS. 3A to 3C). Before the formation of the photoresist, an aluminum oxide film having a thickness of 100 to 1000 mm was formed on the aluminum surface by an anodic oxidation method. Thereafter, the photoresist and the aluminum film were patterned and etched together with the aluminum film to form gate electrodes 306, 307, 308 and wirings 309. The gate electrode 306, the gate electrode 307, and the gate electrode 308 are electrically independent, and the gate electrode 308 and the wiring 309 are electrically connected.
[0038]
Further, this was anodized through an electric current in the electrolytic solution to form an anodic oxide having a thickness of 3000 to 25 μm. Anodization was performed using an acidic aqueous solution of 3 to 20% citric acid or succinic acid, phosphoric acid, chromic acid, sulfuric acid or the like, and a constant current of 5 to 30 V was applied to the gate electrode. The anodic oxide thus obtained is porous. BookreferenceIn the example, the voltage was set to 8 V in an oxalic acid solution (30 ° C.) and anodization was performed for 20 to 140 minutes. The thickness of the anodic oxide is controlled by the anodic oxidation time. The gate electrodes 306 and 307 are formed with a thin anodic oxide of 500 to 2000 mm, for example 1000 mm, and the gate electrode 308 and the wiring 309 are formed with 3000 to 9000 mm, For example, a thick anodic oxide of 5000 mm was formed.
[0039]
Next, the mask was removed, and a current was applied to the gate electrode again in the electrolytic solution. This time, an ethylene glycol solution having a pH of about 7 containing 3 to 10% tartaric acid, boric acid and nitric acid was used. Also this timeIsElectrode306, 308·wiring309The same voltage was applied to. For this reason,Electrode306, 308·wiring309A barrier type anodic oxide was formed on the top and side surfaces of the film. BookreferenceIn the example, the thickness of the barrier type anodic oxide was 1000 mm. (Fig. 5 (A))
[0040]
Thereafter, the silicon oxide film 305 was etched by a dry etching method. In this etching, a plasma mode of isotropic etching or a reactive ion etching mode of anisotropic etching may be used. However, it is important to prevent the active layer from being etched deeply by sufficiently increasing the selection ratio between silicon and silicon oxide. For example, CF as an etching gas4  , The anodic oxide is not etched, that is, the gate electrodes 306, 307, 308 and the silicon oxide film 305 existing below the wiring 313 are not etched, and the gate insulating films 310, 311, 312, The insulating film 313 remained. (Fig. 5 (B))
[0041]
Thereafter, the porous anodic oxide was etched using a mixed acid of phosphoric acid, acetic acid and nitric acid. Then, by ion doping, impurities were implanted into the TFT active layers 303 and 304 in a self-aligned manner using the gate electrode portion (that is, the gate electrode and the surrounding anodic oxide film) and the gate insulating film as a mask. At this time, various combinations of impurity regions are conceivable depending on the acceleration voltage and dose of ions. For example, the acceleration voltage is set as high as 50 to 90 kV, and the dose amount is set to 1 × 1013~ 5x1014cm-2In the regions 314 to 316, most impurity ions pass through the active layer and show the maximum concentration in the base film. Therefore, the regions 314 to 316 are extremely low concentration impurity regions. On the other hand, in the regions 317 to 319 where the gate insulating films 310 to 312 are present, high-speed ions are decelerated by the gate insulating film, so that the impurity concentration is maximized and a low-concentration impurity region can be formed. .
[0042]
Conversely, the acceleration voltage is set to a low value of 5 to 30 kV, and the dose amount is set to 5 × 10.14~ 5x1015cm-2If so, a large amount of impurity ions are implanted into the regions 314 to 316 to become high-concentration impurity regions. On the other hand, in the regions 317 to 319 where the gate insulating films 310 to 312 are present, low-speed ions are prevented by the gate insulating film, and the amount of impurity ions implanted is low, so that a low concentration impurity region can be formed. . Thus, regardless of which method is used, the regions 317 to 319 become low-concentration impurity regions.referenceIn the example, any method may be adopted.
In this way, ion doping is performed to form N-type low-concentration impurity regions 317 and 319 and a P-type low-concentration impurity region 318, and then irradiation with a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) is performed. The impurity ions introduced into the active layer were activated. For this step, RTP (rapid thermal process) may be used. (Fig. 5 (C))
[0043]
As a result, the width of the high resistance region (that is, the low concentration region and the offset region) was different in each TFT. That is, in the N-channel TFT of the driver circuit, the width x of the high resistance region1  Is 2000 mm obtained by adding the offset width of 1000 mm to the width of the low-concentration region of 1000 mm.2  Is 1000 mm, which is only the width of the low-concentration region. In a pixel-controlled TFT, x3  Was 6000 mm obtained by adding the width of 5000 mm in the low concentration region to the offset width of 1000 mm.
[0044]
Further, an appropriate metal such as titanium, nickel, molybdenum, tungsten, platinum, palladium, or the like, for example, a titanium film 320 having a thickness of 50 to 500 mm was formed on the entire surface by sputtering. As a result, the metal film (here, titanium film) 320 was formed in close contact with the high concentration (or extremely low concentration) impurity regions 314 to 316. (Fig. 5 (D))
[0045]
Then, irradiation with KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 20 nsec) causes the metal film (here, titanium) and the active layer silicon to react to form regions 330 to 332 of metal silicide (here, titanium silicide). did. Laser energy density is 200-400mJ / cm2, Preferably 250-300 mJ / cm2Was appropriate. Further, when the substrate was heated to 200 to 500 ° C. during laser irradiation, it was possible to suppress the peeling of the titanium film.
BookreferenceIn the example, an excimer laser is used as described above, but it goes without saying that other lasers may be used. However, when using a laser, a pulsed laser is preferable. Since the continuous wave laser has a long irradiation time, there is a danger that the irradiated object is peeled off due to the expansion of the irradiated object due to the heat.
[0046]
As for the pulse laser, various ultraviolet light lasers using infrared light such as Nd: YAG laser (preferably Q switch pulse oscillation) and excimers such as visible light such as KrF, XeCl and ArF are used. Although it can be used, when laser irradiation is performed from the upper surface of the metal film, it is necessary to select a laser having a wavelength that is not reflected by the metal film. However, there is almost no problem when the metal film is extremely thin. Moreover, you may irradiate a laser beam from the board | substrate side. In this case, it is necessary to select a laser beam that passes through the underlying silicon semiconductor film.
[0047]
The annealing may be performed by lamp annealing by irradiation with visible light or near infrared light. When lamp annealing is performed, lamp irradiation is performed for several minutes at 600 ° C. and for several tens of seconds at 1000 ° C. so that the surface to be irradiated has a temperature of about 600 to 1000 ° C. Annealing with near-infrared (for example, 1.2 μm infrared) selectively absorbs near-infrared light into the silicon semiconductor, does not heat the glass substrate so much, and shortens the irradiation time for one time. It is convenient in use because it can suppress heating.
[0048]
Thereafter, the unreacted titanium film was etched with an etching solution in which hydrogen peroxide solution, ammonia and water were mixed at a ratio of 5: 2: 2. The titanium film other than the part in contact with the exposed active layer (for example, the titanium film existing on the gate insulating film or the anodic oxide film) remains in the metal state as it is, but can be removed by this etching. On the other hand, titanium silicides 330 to 332, which are metal silicides, were not etched and could remain. BookreferenceIn the example, the sheet resistance of the silicide regions 330 to 332 was 10 to 50Ω / □. On the other hand, in the low concentration impurity regions 317 to 319, it was 10 to 100 kΩ / □.
[0049]
Then, a silicon nitride film 332 having a thickness of 500 to 3000 mm, for example, 1000 mm, was formed on the NTFT 337 of the active matrix circuit. In general, a silicon nitride film has a property of capturing holes. Therefore, the silicon nitride film 322 is effective in preventing electrons from being charged up by hot electrons in the gate insulating film due to hot carrier injection, particularly in applications where hot carriers are likely to be generated, such as TFTs in active matrix circuits. It was. However, in the case of PTFT, the reverse effect is obtained, so it is preferable not to form a silicon nitride film in the portion where the complementary circuit exists. BookreferenceIn the example, the silicon nitride film is left only in the active matrix circuit (on the right side of the figure) for the above reason.
[0050]
Further, a silicon oxide film having a thickness of 2000 to 1 μm, for example, 5000 μm, was formed as an interlayer insulator 321 on the entire surface by a CVD method. Then, a hole 324 was formed in the wiring 309 and the silicon nitride film 322 was exposed. Then, an ITO film was formed by sputtering, and this was patterned and etched to form a pixel electrode 323. The pixel electrode 323 forms a capacitance with the wiring 309 in the hole 324 with the barrier type anodic oxide (1000 Å) and the silicon nitride film (1000 Å) interposed therebetween. At this time, both the anodic oxide and silicon nitride have a large dielectric constant and are thin, so that a large capacity can be obtained with a small area. This capacitor is used as a so-called holding capacitor inserted in parallel with a capacitor formed by the pixels of the active matrix and the counter electrode. That is, the wiring 309 is kept at the same potential as the counter electrode.
[0051]
Thereafter, the interlayer insulating film 321 is etched to form contact holes in the source / drain and gate electrodes of the TFT. Formed. (Fig. 5 (E))
BookreferenceIn the example, the NTFT 337 constituting the active matrix circuit, the decoder, the CPU, the memory, the other high frequency, low power consumption NTFT, the high power driver NTFT, and the PTFT high resistance region width values are the same as in the second embodiment. It was. Thus, it has been shown that in a thin film integrated circuit having a monolithic type electro-optical device, the width of the high resistance region is optimized by the N-channel TFT and the P-channel TFT. FIG. 6 shows a block diagram of an electro-optical system using an integrated circuit in which a display, a CPU, and a memory are mounted on a single glass substrate. Example 1And 2 and reference examplesOnly the active matrix circuit and the X and Y decoder / driver portions are mainly shown.And 2 and reference examplesIt can be easily imagined that it is possible to construct more advanced circuits and systems by developing the above.
[0052]
Here, the input port reads an externally input signal and converts it into an image signal, and the correction memory is a memory specific to the panel for correcting the input signal etc. in accordance with the characteristics of the active matrix panel. is there. In particular, this correction memory has information specific to each pixel as a non-volatile memory, and is used for individual correction. That is, if a pixel of the electro-optical device has a point defect, a signal corrected accordingly is sent to the pixels around the point to cover the point defect and make the defect inconspicuous. Alternatively, when a pixel is darker than surrounding pixels, a larger signal is sent to the pixel so that the surrounding pixels have the same brightness.
The CPU and the memory are the same as those of an ordinary computer. In particular, the memory has an image memory corresponding to each pixel as a RAM. Moreover, the backlight which irradiates a board | substrate from a back surface can also be changed according to image information.
[0053]
Then, in order to obtain the width of the high resistance region suitable for each of these circuits, it is only necessary to form 3 to 10 lines of wiring and individually change the anodizing conditions. Typically, in an active matrix circuit, the channel length is 10 μm, and the width of the high resistance region is 0.4 to 1 μm, for example, 0.6 μm. In the driver, the channel length is 8 μm, the channel width is 200 μm, and the high resistance region has a width of 0.2 to 0.3 μm, for example, 0.25 μm. Similarly, in the P-channel TFT, the channel length is 5 μm, the channel width is 500 μm, and the width of the high resistance region is 0 to 0.2 μm, for example, 0.1 μm. In the decoder, the channel length is 8 μm, the channel width is 10 μm, and the width of the high resistance region is 0.3 to 0.4 μm, for example, 0.35 μm. Similarly, in the P-channel TFT, the channel length is 5 μm, the channel width is 10 μm, and the width of the high resistance region is 0 to 0.2 μm, for example, 0.1 μm. Further, the width of the high resistance region may be optimized for the CPU, input port, correction memory, NTFT and PTFT of the memory in FIG. 6 in the same manner as the decoder for high frequency operation and low power consumption. Thus, the electro-optical device 64 can be formed on the same substrate having an insulating surface.
[0054]
The present invention is characterized in that the width of the high resistance region can be varied to 2 to 4 types or more depending on the application. Further, this region does not have to be the same material and the same conductivity type as the channel formation region. That is, it is also possible to form a high resistance region by adding a small amount of N-type impurity in NTFT, a small amount of P-type impurity in PTFT, and selectively adding carbon, oxygen, nitrogen, or the like. This is effective in eliminating the trade-off between deterioration and reliability, frequency characteristics, and off current.
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, a TFT having a high resistance region having an optimum width according to characteristics and reliability required for each TFT can be manufactured on the same substrate. As a result, an unprecedented degree of freedom can be obtained, and a more highly integrated circuit can be configured. As described above, the present invention has a great industrial value. Particularly, a TFT group is formed on a large-area substrate, and this is used as an active matrix, a driver circuit, a CPU, and a memory to form an electro-optical system. In the case of a board ultra-thin personal computer or portable terminal, the field of use can be expanded without limit. In addition, the electro-optic system is intelligent and has enough qualities to form a new industry by combining with other single crystal semiconductor CPUs, computer systems, and image processing systems.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a method for manufacturing a TFT circuit. (Cross section, Example 1)
FIG. 2 illustrates a method for manufacturing a TFT circuit. (Top view, Example 1)
FIG. 3 illustrates a method for manufacturing a TFT circuit. (Cross section, Example 2)
FIG. 4 illustrates a method for manufacturing a TFT circuit. (Top view, Example 2)
FIG. 5 illustrates a method for manufacturing a TFT circuit. (Cross section,Reference example)
FIG. 6 shows an example of a block diagram of an integrated circuit.
[Explanation of symbols]
101 substrate
102 Underlying insulating film
103, 104 Island-like semiconductor region (silicon)
105 Gate insulating film (silicon oxide)
106-109 Gate electrode / wiring (aluminum)
110-113 Anodic oxide (aluminum oxide)
114, 116 N-type impurity region
115 P-type impurity region
117 Interlayer insulator (silicon oxide)
118 Pixel electrode (ITO)
119 Contact hole
120-124 Metal wiring (titanium nitride / aluminum)

Claims (5)

画素電極に接続されたN型の第1の薄膜トランジスタを有するアクティブマトリクス回路と、
前記第1の薄膜トランジスタを駆動するための回路であって、相補型薄膜トランジスタを構成するN型の第2の薄膜トランジスタとP型の第3の薄膜トランジスタを有するドライバ回路が同一基板上に設けられたアクティブマトリクス型表示装置であり、
前記第1乃至第3の薄膜トランジスタはそれぞれ、
半導体膜と、前記半導体膜に接するゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜に接するゲイト電極を有し、
前記半導体膜には、ソース領域、ドレイン領域、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間にチャネル形成領域、前記ソース領域と前記チャネル形成領域との間及び前記ドレイン領域と前記チャネル形成領域の間にオフセット領域でなる高抵抗領域が設けられ、
前記第2及び第3の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル幅方向の幅は互いに等しく、かつ前記第1の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル幅方向の幅よりも大きく、
前記第1及び第2の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル長方向の幅は、前記第3の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル長方向の幅よりも大きく、かつ前記第1の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル長方向の幅は、前記第2の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル長方向の幅よりも大きいことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
An active matrix circuit having an N-type first thin film transistor connected to the pixel electrode;
An active matrix for driving the first thin film transistor, wherein a driver circuit having an N-type second thin film transistor and a P-type third thin film transistor constituting a complementary thin film transistor is provided on the same substrate. Type display device,
The first to third thin film transistors are respectively
Includes a semiconductor film, and the semiconductor film gate insulating contact with the film, a gate electrode in contact on the gate insulating film,
Wherein the semiconductor film, a source region, a drain region, a channel forming region between the source region and the drain region, the offset between between and the drain region and the channel forming region between the source region and the channel forming region A high resistance region is provided,
The widths of the high resistance regions of the second and third thin film transistors in the channel width direction are equal to each other and larger than the width of the high resistance regions of the first thin film transistors in the channel width direction,
The width of the high resistance region of the first and second thin film transistors in the channel length direction is larger than the width of the high resistance region of the third thin film transistor in the channel length direction, and the height of the first thin film transistor is high. An active matrix display device, wherein the width of the resistance region in the channel length direction is larger than the width of the high resistance region of the second thin film transistor in the channel length direction.
画素電極に接続されたN型の第1の薄膜トランジスタを有するアクティブマトリクス回路と、
前記第1の薄膜トランジスタを駆動するための回路であって、相補型薄膜トランジスタを構成するN型の第2の薄膜トランジスタとP型の第3の薄膜トランジスタを有するドライバ回路が同一基板上に設けられたアクティブマトリクス型表示装置であり、
前記第1乃至第3の薄膜トランジスタはそれぞれ、
半導体膜と、前記半導体膜に接するゲイト絶縁膜と、前記ゲイト絶縁膜に接するゲイト電極を有し、
前記半導体膜には、ソース領域、ドレイン領域、前記ソース領域と前記ドレイン領域の間にチャネル形成領域が設けられ、
前記第1及び第2の薄膜トランジスタの半導体膜には、前記ソース領域と前記チャネル形成領域との間及び前記ドレイン領域と前記チャネル形成領域の間にオフセット領域でなる高抵抗領域が設けられ、かつ前記第1の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル長方向の幅は、前記第2の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル長方向の幅よりも大きく、
前記第2及び第3の薄膜トランジスタのチャネル幅は互いに等しく、
前記第2の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル幅方向の幅は、前記第1の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル幅方向の幅よりも大きく、
前記第3の薄膜トランジスタには高抵抗領域が設けられていないことにより、前記第3の薄膜トランジスタにおいて前記チャネル形成領域は前記ソース領域及び前記ドレイン領域と接していることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
An active matrix circuit having an N-type first thin film transistor connected to the pixel electrode;
An active matrix for driving the first thin film transistor, wherein a driver circuit having an N-type second thin film transistor and a P-type third thin film transistor constituting a complementary thin film transistor is provided on the same substrate. Type display device,
The first to third thin film transistors are respectively
Includes a semiconductor film, and the semiconductor film gate insulating contact with the film, a gate electrode in contact on the gate insulating film,
Wherein the semiconductor film, a source region, a drain region, a channel forming region between the source region and the drain region are provided,
Wherein the first and the semiconductor film of the second thin film transistor, the high resistance region consisting of an offset region between and between the drain region and the channel forming region between the source region and the channel forming region is provided, and wherein The width in the channel length direction of the high resistance region of the first thin film transistor is larger than the width in the channel length direction of the high resistance region of the second thin film transistor,
The channel widths of the second and third thin film transistors are equal to each other,
The width in the channel width direction of the high resistance region of the second thin film transistor is larger than the width in the channel width direction of the high resistance region of the first thin film transistor,
An active matrix display device , wherein the third thin film transistor is not provided with a high-resistance region, so that the channel formation region is in contact with the source region and the drain region in the third thin film transistor. .
請求項1又は2において、前記第1の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル長方向の幅は0.4〜1μmであることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。3. The active matrix display device according to claim 1, wherein a width in a channel length direction of the high resistance region of the first thin film transistor is 0.4 to 1 μm. 請求項1乃至3のいずれか一において、前記第2の薄膜トランジスタの前記高抵抗領域のチャネル長方向の幅は0.2〜0.3μmであることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。4. The active matrix display device according to claim 1, wherein a width of the high resistance region of the second thin film transistor in a channel length direction is 0.2 to 0.3 μm. 5. 請求項1乃至4のいずれか一において、
前記第1乃至第3の薄膜トランジスタの半導体膜は、結晶性珪素膜であることを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
An active matrix display device, wherein the semiconductor film of the first to third thin film transistors is a crystalline silicon film.
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