JP3788022B2 - Thin film transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

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    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶駆動用、EL素子駆動用、センサ駆動用などに用いられる薄膜トランジスタ(以下、TFTという。)およびその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、縦型TFTに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置のアクティブマトリクス基板では、図4(A)に示すように、透明基板上に、アルミニウムやタンタルなどの導電膜からなるデータ線90および走査線91で区画形成された画素領域が構成され、そこには、画素スイッチング用のTFT30を介して画像信号が入力される液晶容量94(液晶セル)が存在する。データ線90に対しては、シフトレジスタ84、レベルシフタ85、ビデオライン87、アナログスイッチ86を備えるデータ側駆動回路82が構成されている。走査線91に対しては、シフトレジスタ88およびレベルシフタ89を備える走査側駆動回路83が構成されている。なお、画素領域には、前段の走査線91との間に保持容量93が形成され、この保持容量93は、液晶容量94での電荷の保持特性を高める機能を有している。
【0003】
データ側および走査側の駆動回路では、図4(B)に示すように、N型のTFT10とP型のTFT20とによって相補型TFT回路が構成されている。このような相補型TFT回路は、1段あるいは2段以上でシフトレジスタなどを構成する。
【0004】
このような駆動回路用のTFT10、20は、画素スイッチング用のTFT30と同様、図5(A)、(B)に示すように、第1のソース・ドレイン領域2A、チャネル形成領域3A、および第2のソース・ドレイン領域4Aを構成する島状のシリコン膜5Aなどの表面にゲート絶縁膜6Aが形成され、このゲート絶縁膜6Aの表面に形成されたゲート電極7Aがゲート絶縁膜6Aを介してチャネル形成領域3Aに対峙している。
【0005】
このような構造を有するTFT1Aを製造する際には、基板8A上に形成した多結晶のシリコン膜5A(半導体膜)を用いる。すなわち、駆動回路の動作速度を高めるには、TFTの動作速度が高いことが必要であることから、高温プロセスを用いて移動度が高い多結晶シリコン膜を形成し、この多結晶シリコン膜からTFTを形成する。従って、従来は、基板8Aとして、高温プロセスに耐えうる高価な石英ガラスを用いる必要があり、歪点が低い安価なガラス基板を用いることができないという問題点がある。
【0006】
そこで、歪点が低い安価なガラス基板上にも移動度が高い多結晶シリコン膜を形成できるように、基板上にアモルファスシリコン膜を形成した後、このアモルファスシリコン膜にレーザアニール法あるいは固相成長法などの結晶化処理を施して、アモルファスシリコン膜を溶融固化あるいは固相のままで結晶成長させ、結晶粒を成長させる低温プロセスが検討されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、“Jpn.J.Appl.Phys.,vol.27,no.10(1988)L1809”に記載されているように、このような結晶化処理でシリコン膜の結晶粒を成長させると、シリコン膜は、成膜時の膜堆積方向、すなわち、基板8Aに対して垂直な方向に柱軸が向く柱状構造の多結晶半導体膜となる。一方、前述したようなアモルファスシリコン膜の結晶化ではなく、初めから多結晶シリコン膜として堆積させた場合にも、例えば、“J.Appl.Phys.vol.61,no.11,1 June (1987) pp5031-5037”に記載されているように、シリコン膜は、成膜時の膜堆積方向、すなわち、基板8Aに対して垂直な方向に柱軸が向く柱状構造の多結晶半導体膜となる。従って、図7(A)に示すような従来構造のTFTでは、チャネル長の方向(矢印CHで示す方向)において、チャネルがグレインバンダリー(チャネル形成領域3Aに縦線Bで示す。)を横切ることになる。その結果、シリコン膜の結晶化度を高めても、TFT1Aのオン電流が十分に向上しないという問題点がある。
従来例としては、例えば特開平07−297406号公報に記載された技術が挙げられる。
【0008】
そこで、チャネル長を短くして、オン電流の増大を図ることが考えられるが、チャネル長を短くすると、その分、ソース・ドレイン間耐圧が低下するという問題点がある。
【0009】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、多結晶半導体膜の結晶構造を考慮してチャネルを形成することによりオン電流を向上するとともに、ソース・ドレイン間耐圧も向上することのできるTFT、およびその製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の薄膜トランジスタは、ソース・ドレイン領域の一方となる第1領域を備える下層側半導体膜、チャネル形成領域を備える多結晶半導体膜、およびソース・ドレイン領域の他方となる第2領域を備える上層側半導体膜が、基板上にこの順に形成され、前記下層側半導体膜と前記多結晶半導体膜と前記上層側半導体膜とを覆うように形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備えた薄膜トランジスタであって、前記多結晶半導体膜と前記上層側半導体膜とは、ソース・ドレイン方向に、それぞれ側端面を有し、前記多結晶半導体膜の一方の側端面と前記上層側半導体膜の一方の側端面とが前記下層側半導体膜の上に配置され、前記下層側半導体膜の、前記第1領域と前記多結晶半導体膜の前記一方の側端面との間の第3の領域には、低濃度の不純物が導入されたLDD領域または不純物を含有しないオフセット領域が形成され、前記第1領域を構成する下層側半導体膜の側端部と、前記上層側半導体膜の、前記第2領域と前記上層側半導体膜の前記一方の側端面との間の第4の領域には、低濃度の不純物が導入されたLDD領域または不純物を含有しないオフセット領域が形成され、前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜を介して、前記多結晶半導体膜の前記側端面及び前記上層側半導体膜の前記側端面と対向し、前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜を介して、前記第3の領域及び第4の領域と対向していることを特徴とする。
【0011】
本発明において、前記多結晶半導体膜は、前記基板表面の上方向に柱軸を向ける柱状構造を備えていることを特徴とする。すなわち、レーザアニール、電子ビームアニール、ランプアニール、固相成長法などの結晶化処理によって、アモルファス半導体膜を溶融固化して結晶粒を成長させた多結晶半導体膜によってチャネル形成領域を形成すると、チャネル形成領域では、半導体膜の成膜時の膜堆積方向、すなわち、基板の面外方向に柱軸が向く柱状構造の多結晶半導体膜となる。このような結晶構造に対応させて、本発明では、多結晶半導体膜の柱軸に平行な側端面に対してゲート電極を対峙させ、縦型のTFTを構成している。従って、柱軸に平行な方向がチャネル長の方向となる。それ故、チャネル長の方向において、チャネルがグレインバンダリーを横切ることがないので、キャリヤの移動度が高い。よって、低温プロセスで製造したTFTにおいて、オン電流の向上を図ることができる。但し、このように構成した縦型のTFTでは、チャネル形成領域を構成する多結晶半導体膜の膜厚がチャネル長となる。従って、縦型のTFTにおいてソース・ドレイン間耐圧を確保するには、このチャネル形成領域を構成する多結晶半導体膜の膜厚を厚くする必要があるので、成膜工程に長時間を要する。しかるに、本発明では、縦型のTFTにおいて、前記第1領域の前記多結晶半導体膜の側端面に近い側端部と前記多結晶半導体膜の前記側端面との間において前記ゲート電極の側端部に対峙する部分、および前記第2領域の前記多結晶半導体膜の側端面に近い側端部と前記多結晶半導体膜の前記側端面との間において前記ゲート電極の側端部に対峙する部分のうちの少なくとも一方に、低濃度の不純物が導入されたLDD領域、あるいは不純物の導入されていない半導体領域を形成して、縦型TFTをLDD構造あるいはオフセットゲート構造にしている。それ故、縦型TFTにおいてチャネル長が短くても、すなわちチャネル形成領域を構成する多結晶半導体膜の膜厚が薄くても、十分なソース・ドイレン耐圧を確保することができるので、チャネル形成領域を成膜するときの時間が短くて済む。
また、本発明の薄膜トランジスタは、前記多結晶半導体膜の一方の側端面の形成位置と、前記上層側半導体膜の一方の側端面の形成位置とが一致していることを特徴とする。また、前記多結晶半導体膜と前記上層側半導体膜とは、同一のパターニング形状を有していることを特徴とする。
【0012】
このような構成の縦型薄膜トランジスタを製造するにあたっては、前記チャネル形成領域を形成するためのアモルファス半導体膜に結晶化処理を行って前記基板表面の上方向に柱軸を向ける柱状構造を有する多結晶半導体膜を形成した後、該多結晶半導体膜をパターニングして柱軸に略平行な側端面を露出させ、しかる後に、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極を順次形成すればよい。
【0013】
本発明において、前記第1領域および前記第2領域が、前記多結晶半導体膜の下層側および上層側にそれぞれ形成された下層側半導体膜および上層側半導体膜から構成されている場合には、該上層側半導体膜および当該下層側半導体膜のうちの少なくとも一方において、前記ゲート電極の側端部に対峙する部分に、前記の低濃度の不純物が導入されたLDD領域または不純物の導入されていない半導体領域を形成すればよい。
【0014】
このような構成の縦型薄膜トランジスタを製造するにあたっては、前記多結晶半導体膜および前記上層側半導体膜を、この順に形成した後、前記多結晶半導体膜および前記上層側半導体膜とを一括してパターニングすることにより、パターニング工程数を減らすことが好ましい。
【0015】
本発明において、前記多結晶半導体膜の前記側端面が、前記第1領域が形成された下層側半導体膜の形成領域上に位置してい場合には、当該多結晶半導体膜の側端面と前記下層側半導体膜との間には、これらの膜間にわずかに割り込む絶縁膜を有していることが好ましい。このように構成すると、前記下層側半導体膜および前記絶縁膜をこの順に形成した後、前記基板の全面に、前記チャネル形成領域を形成する前記多結晶半導体膜を形成し、しかる後に、この多結晶半導体膜をパターニングするときに、前記絶縁膜がエッチングストッパとなる。従って、下層側半導体膜がオーバーエッチングされてしまうことを防止できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、各実施の形態として、図4(B)を参照して説明した液晶表示装置の駆動用TFTを例に説明するが、本発明に係るTFTは、液晶表示装置の画素スイッチング用のTFT、さらにはEL素子駆動用やセンサ駆動用などといった各種分野に用いることができるものである。
【0017】
[実施形態1]
図1(A)、(B)はそれぞれ、本発明を適用したTFTの断面図、および平面図である。
【0018】
図1(A)、(B)において、本形態に係るTFT1は、液晶パネルの基体としてのガラス板からなる基板8上に低温プロセスにより形成された駆動回路用のTFTである。このTFT1は、高濃度の第1のソース・ドレイン領域2、高濃度の第2のソース・ドレイン領域4、チャネルを形成するチャネル形成領域3、および該チャネル形成領域3に対してゲート絶縁膜6を介して対峙するゲート電極7を有する点では、従来からあるTFT1と同様である。
【0019】
但し、本形態では、第1のソース・ドレイン領域2、チャネル形成領域3、および第2のソース・ドレイン領域4はそれぞれ、基板8の表面に形成されたドープトシリコン膜などの下層側半導体膜201、この下層側半導体膜201の表面に積層された多結晶シリコン膜などの多結晶半導体膜301、およびこの多結晶半導体膜301の表面に積層されたドープトシリコン膜などの上層側半導体膜401に形成されている。
【0020】
チャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301は、上層側半導体膜401と同様、下層側半導体膜201の上にそれぞれの側端面302、402が位置している。ここで、チャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301の側端面302と下層側半導体膜201との間には、これらの膜間にわずかに割り込むエッチングストッパ用の絶縁膜9が形成されている。
【0021】
本形態において、チャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301と、第2のソース・ドレイン領域4を備える上層側半導体膜401とは、後述するように一括してパターニングされたものであるため、同一のパターニング形状を有している。
【0022】
第2のソース・ドレイン領域4を構成する上層側半導体401の表面にはシリコン酸化膜などからなるゲート絶縁膜6が形成され、このゲート絶縁膜6は、チャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301の側端面302を覆っている。本形態では、ゲート絶縁膜6の表面に形成されたゲート電極7は、このゲート絶縁膜6を介してチャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301の側端面302に対峙している。
【0023】
ゲート電極7の表面側にはシリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜11が形成され、この層間絶縁膜11のコンタクトホール111、112を介して第1のソース・ドレイン領域2および第2のソース・ドレイン領域4に対して、第1のソース・ドレイン電極12および第2のソース・ドレイン電極13がそれぞれ電気的に接続している。
【0024】
このように構成したTFT1において、本形態では、まず、第1のソース・ドレイン領域2が形成された下層側半導体膜201には、ゲート電極7の側端部に対峙する部分に低濃度の不純物が導入されたLDD領域203が形成されている。また、第2のソース・ドレイン領域4が形成された上層側半導体膜401にも、ゲート電極7の側端部に対峙する部分に低濃度の不純物が導入されたLDD領域403が形成されている。従って、TFT1は縦型でありながら、LDD構造を有する。
【0025】
このように構成した縦型のTFT1を製造するにあたって、高温プロセスを用いると、基板8として、高温プロセスに耐えうる高価な石英ガラスを用いる必要があることから、本形態では、安価なガラス基板を用いることができるように低温プロセスが採用されている。従って、本形態のTFT1において、チャネル形成領域3は、後述するように、基板8上にアモルファス半導体膜を形成した後、このアモルファス半導体膜にレーザアニール、電子ビームアニール、ランプアニール、固相成長法などの結晶化処理を施して得た多結晶半導体膜301で形成されている。この多結晶半導体膜301は、アモルファス半導体膜が溶融固化して結晶粒が成長する過程で、成膜時の膜堆積方向、すなわち、基板8の面外方向に柱軸(矢印Aで示す。)が向く柱状構造を有することになる。この柱状構造において、柱軸Aが基板8に対して垂直であることを表すために、図1(A)には、チャネル形成領域3(多結晶半導体膜301)にグレインバンダリーを縦線Bで表してある。
【0026】
このような結晶構造に合わせて、本形態では、チャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301の側端面302は基板8に垂直であり、この側端面302に対してゲート電極7がゲート絶縁膜6を介して対峙している。従って、ゲート電極7にゲート電位を印加すると、チャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301の側端面302にチャネルが形成されることになり、このときのチャネル長の方向(矢印CHで示す方向)は、多結晶半導体膜301の柱軸Aに平行である。それ故、チャネル長CHの方向において、チャネルがグレインバンダリーBを横切ることがないので、キャリアの移動度が高い。よって、低温プロセスで製造したTFT1において、オン電流の向上を図ることができる。
【0027】
また、本形態では、TFT1を縦型でありながらLDD構造とすることによって、オン電流の確保とソース・ドレイン間耐圧を高いものにしてある。すなわち、縦型のTFT1では、チャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301の膜厚がそのままチャネル長となるため、このままの構造でソース・ドレイン間耐圧を確保するには、このチャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301の膜厚を厚くする必要があるので、成膜工程に長時間を要するが、本形態では、第1のソース・ドレイン領域2が形成された下側半導体膜201においてゲート電極7の側端部に対峙する部分、および第2のソース・ドレイン領域4が形成された上側半導体膜401においてゲート電極7の側端部に対峙する部分に、低濃度のLDD領域203、403を構成し、高いソース・ドレイン間耐圧を確保している。それ故、本形態によれば、縦型TFT1においてチャネル長が短くても、すなわちチャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301の膜厚が薄くても、十分なソース・ドイレン耐圧を確保することができるので、チャネル形成領域4を成膜するときの時間が短くて済む。
【0028】
また、LDD構造のTFT1であれば、オフリーク電流も小さいので、画素スイッチング用としても適している。それ故、本形態の縦型のTFT1は、駆動回路用および画素スイッチング用のいずれにも適している。
【0029】
このような構成のTFT1の製造方法の一例を、図2および図3を参照して説明する。図2および図3は、本形態のTFT1の製造方法を示す工程断面図である。
【0030】
まず、図2(A)に示すように、基板8の全面に、リンあるいはボロンなどの不純物を約1015cm-3〜約1018cm-3程度含有する低濃度のドープトシリコン膜などの半導体膜を形成した後、それを島状にパターニングして島状の下層側半導体膜201を形成する。このドープト半導体膜は、多結晶半導体膜として形成される場合の他、アモルファス半導体膜を結晶化したものを用いる場合もある。
【0031】
次に、下層側半導体膜201のうち、少なくとも前記のLDD領域203とする領域を覆うレジストマスクRM1を形成し、この状態で、下層側半導体膜201に対して不純物を導入して、不純物を約1018cm-3〜約1020cm-3程度含有する高濃度の第1のソース・ドレイン領域2を形成する。なお、下層側半導体膜201のうち、不純物が導入されなかった部分から前記のLDD領域203が形成される。
【0032】
次に、図2(B)に示すように、基板8の全面にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜をスパッタ法、CVD法、蒸着法などにより形成した後、絶縁膜をパターニングして、第1のソース・ドレイン領域2(下側半導体膜201)に部分的に重なるエッチングストッパ用の絶縁膜9を残す。
【0033】
次に、図2(C)に示すように、厚さが約100オングストローム〜数μmのアモルファス半導体膜300を形成する。アモルファス半導体膜300としてアモルファスシリコン膜を用いるならば、プラズマCVD法、LPCVD法、蒸着法、スパッタ法などの方法がある。プラズマCVD法であれば、350℃以下の温度で成膜できる。LPCVD法ならば、原料ガスにより堆積温度が異なり、ジシラン(Si2 6 )ガスを用いれば約450℃以下の温度、シラン(SiH4 )ガスを用いれば約560℃以下の温度で成膜可能である。また、蒸着法、スパッタ法であれば約200℃以下の温度で成膜可能である。ここで、アモルファス半導体膜300としてリンやボロンを低濃度で添加しておくことにより、チャネルドープを行い、TFT1のしきい値電圧を調整することもある。
【0034】
次に、アモルファス半導体膜300に対して、レーザアニール、電子ビームアニール、ランプアニール、または固相成長法などの結晶化処理を行い、アモルファス半導体膜300を多結晶半導体膜300Bとする。レーザアニール法では、たとえば、エキシマレーザのビーム長が400mmのラインビームを用い、その出力強度はたとえば200mJ/cm2 である。ラインビームについてはその幅方向におけるレーザ強度のピーク値の90%に相当する部分が各領域毎に重なるようにラインビームを走査していく。この結晶化処理では、アモルファス半導体膜300が溶融固化して結晶粒が成長し、多結晶半導体膜300Bとなる。この多結晶半導体膜300Bは、基板8に対して垂直な方向に柱軸Aを向ける柱状の結晶構造(柱状構造)を有する。
【0035】
次に、図2(D)に示すように、基板8の全面に、リンあるいはボロンなどの不純物を約1015cm-3〜約1018cm-3程度含有する低濃度のドープトシリコン膜などの半導体膜400を形成する。その結果、半導体膜400は、アモルファス半導体膜300を結晶化した後の多結晶半導体膜300Bに積層された状態になる。
【0036】
次に、半導体膜400のうち、前記のLDD領域403とする領域を覆う領域を覆うレジストマスクRM2を形成し、この状態で、半導体膜400に対して不純物を導入して、不純物を約1018cm-3〜約1020cm-3程度含有する高濃度の第2のソース・ドレイン領域4を形成する。なお、上層側半導体膜401のうち不純物が導入されなかった部分から前記のLDD領域403が形成される。
【0037】
次に、レジストマスクRM2を除去した後、図2(E)に示すように、新たなレジストマスクRM3を形成する。
【0038】
そして、レジストマスクRM3を用いて、半導体膜400および多結晶半導体膜300Bを一括してパターニングし、図2(F)に示すように、チャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301と、第2のソース・ドレイン領域4およびLDD領域403を備える上層側半導体膜401とを残す。このとき、多結晶半導体膜301の側端面302および上層側半導体膜401の側端面402が下層側半導体膜201の表面に形成されているエッチングストッパ用の絶縁膜9の上に位置するようにパターニングする。このエッチングストッパ用の絶縁膜9は、上層側半導体膜401および多結晶半導体膜301をパターニング形成するときに下層側半導体膜201がオーバーエッチングされることを防止する。このようにして多結晶半導体膜301および多結晶半導体膜301をパターニング形成すると、エッチングストッパ用の絶縁膜9の端部は、多結晶半導体膜301の側端面302と下層側半導体膜201との間にわずかに割り込んだ状態となる。
【0039】
次に、図3(A)に示すように、基板8の全面に、TEOS(テトラエトキシシラン)や酸素ガスなどを原料ガスとしてプラズマCVD法やCVD法、あるいはスパッタ法などにより厚さが約600〜1500オングストロームのシリコン酸化膜などからなるゲート絶縁膜6を形成する。
【0040】
次に、基板8の全面に、ドープト半導体膜、金属膜(タンタル、クロム、アルミニウムなど)、シリサイド膜(タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドなど)などの導電膜を形成した後、図3(B)に示すようにパターニングして、多結晶半導体膜301の側端面302にゲート絶縁膜6を介して対峙するゲート電極7を形成する。
【0041】
次に、基板8の全面に層間絶縁膜11を形成した後、図1(A)に示すように、第1のソース・ドレイン領域2および第2のソース・ドレイン領域3に対応する位置にコンタクトホール111、112を形成する。
【0042】
そして、基板8の全面にドープト半導体膜、金属膜(タンタル、クロム、アルミニウムなど)、シリサイド膜(タングステンシリサイド、モリブデンシリサイドなど)などの導電膜を形成した後、パターニングして、第1のソース・ドレイン電極12および第2のソース・ドレイン電極13を形成する。
【0043】
このようなTFT1の製造方法によれば、あくまで低温プロセスでTFT1を製造できるので、基板8としては安価なガラス基板を用いることができる。また、チャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301を島状にパターニングするときには、側端面302に相当する位置の下層にエッチングストッパ用の絶縁膜9が予め形成されているので、第1のソース・ドレイン領域2を構成する下層側半導体膜201がオーバーエッチングされることがない。さらに、チャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301と、第2のソース・ドレイン領域4を構成する上層側半導体膜401とを一括してパターニング形成するので、それらを別々の工程でパターニングする方法よりも、パターニング工程が1工程分少なくて済むという利点がある。
【0044】
[その他の実施形態]
上記の形態では、図2(A)および図2(D)を参照して説明した工程でドープト半導体膜を形成したので、LDD構造のTFT1を製造したが、図2(A)および図2(D)を参照して説明した工程で、不純物を含有しない半導体膜を形成すると、上層側半導体膜201および下層側半導体膜401のうち、ゲート電極7の側端部に対峙する部分がLDD領域ではなく、不純物を含有しない半導体領域となる。従って、オフセットゲート構造のTFTを製造できる。このオフセットゲート構造のTFTであれば、LDD構造のTFTと同様、チャネル長が短くても、すなわちチャネル形成領域3を構成する多結晶半導体膜301の膜厚が薄くても、十分なソース・ドイレン耐圧を確保することができるので、チャネル形成領域3を成膜するときの時間が短くて済む。また、オフセットゲート構造のTFTであれば、オフリーク電流も小さいので、画素スイッチング用としても適している。
【0045】
なお、TFTに形成するLDD領域(あるいはオフセットゲート構造を構成する不純物が導入されていない半導体領域)は、第1および第2のソース・ドレイン領域2、4の双方に形成してもよいが、いずれか一方、たとえばドレイン領域となる側のみに形成してもよい。
【0046】
また、上記形態では、LDD領域(あるいはオフセットゲート構造を構成する不純物が導入されていない半導体領域)を、第1および第2のソース・ドレイン領域2、4を備える下層側半導体膜201および上層側半導体膜401に形成したが、これらの半導体膜とは別個に形成した低濃度あるいは不純物の導入されていない半導体膜によって、LDD領域(あるいはオフセットゲート構造を構成する不純物の導入されていない半導体領域)を形成してもよい。
【0047】
さらに、上記の形態では半導体膜として、シリコン膜を用いた例であったが、ゲルマニウム、シリコン−ゲルマニウムなどの半導体膜を用いたTFTに本発明を適用してもよい。
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る縦型のTFTでは、結晶化処理によってアモルファス半導体膜から得た多結晶半導体膜の柱軸に平行な側端面に対してゲート電極が対峙しているので、柱軸に平行な方向がチャネル長の方向となる。それ故、チャネル長の方向において、チャネルがグレインバンダリーを横切ることがないので、キャリヤの移動度が高い。よって、低温プロセスで製造したTFTにおいて、オン電流の向上を図ることができる。また、本発明では、縦型のTFTでありながら、LDD構造あるいはオフセットゲート構造を有するので、チャネル長が短くても、ソース・ドレイン間耐圧が高い。それ故、チャネル形成領域を構成する多結晶半導体膜が薄くて済むので、成膜に要する時間を短縮できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)はそれぞれ、本発明を適用したTFTの断面図および平面図である。
【図2】図1に示すTFTの製造方法を示す工程断面図である。
【図3】図1に示すTFTの製造方法において、図2に示す工程に続いて行う各工程を示す工程断面図である。
【図4】(A)、(B)はそれぞれ、液晶表示装置のアクティブマトリクス基板のブロック図、およびそれに構成した駆動回路の一部を示す回路図である。
【図5】(A)、(B)はそれぞれ、従来のTFTの断面図および平面図である。
【符号の説明】
1 TFT
2 第1のソース・ドレイン領域
3 チャネル形成領域
4 第2のソース・ドレイン領域
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
8 基板
9 エッチングストッパ用の絶縁膜
11 層間絶縁膜
12 第1のソース・ドレイン電極
13 第2のソース・ドレイン電極
201 下層側半導体膜
203、403 LDD領域
301 多結晶半導体膜
302 多結晶半導体膜の側端面
401 上層側半導体膜
A 多結晶半導体膜の柱軸
B グレインバンダリー
CH チャネル長の方向
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) used for liquid crystal driving, EL element driving, sensor driving, and the like, and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a vertical TFT.
[0002]
[Prior art]
In the active matrix substrate of the liquid crystal display device, as shown in FIG. 4A, a pixel region defined by data lines 90 and scanning lines 91 made of a conductive film such as aluminum or tantalum is formed on a transparent substrate. There is a liquid crystal capacitor 94 (liquid crystal cell) to which an image signal is input via the pixel switching TFT 30. For the data line 90, a data side drive circuit 82 including a shift register 84, a level shifter 85, a video line 87, and an analog switch 86 is configured. A scanning side drive circuit 83 including a shift register 88 and a level shifter 89 is configured for the scanning line 91. Note that a storage capacitor 93 is formed in the pixel region between the scanning line 91 in the previous stage, and the storage capacitor 93 has a function of improving the charge storage characteristics of the liquid crystal capacitor 94.
[0003]
In the data side and scanning side drive circuits, as shown in FIG. 4B, an N-type TFT 10 and a P-type TFT 20 constitute a complementary TFT circuit. Such a complementary TFT circuit constitutes a shift register or the like in one or more stages.
[0004]
As shown in FIGS. 5A and 5B, the driving circuit TFTs 10 and 20 are similar to the pixel switching TFT 30 as shown in FIGS. 5A and 5B, and the first source / drain region 2A, the channel formation region 3A, and the first The gate insulating film 6A is formed on the surface of the island-like silicon film 5A constituting the source / drain region 4A, and the gate electrode 7A formed on the surface of the gate insulating film 6A passes through the gate insulating film 6A. It faces the channel forming region 3A.
[0005]
In manufacturing the TFT 1A having such a structure, a polycrystalline silicon film 5A (semiconductor film) formed on the substrate 8A is used. That is, in order to increase the operating speed of the driving circuit, it is necessary that the operating speed of the TFT is high. Therefore, a polycrystalline silicon film having high mobility is formed using a high temperature process, and the TFT is formed from this polycrystalline silicon film. Form. Therefore, conventionally, it is necessary to use an expensive quartz glass that can withstand a high temperature process as the substrate 8A, and there is a problem that an inexpensive glass substrate having a low strain point cannot be used.
[0006]
Therefore, after forming an amorphous silicon film on the substrate so that a polycrystalline silicon film with high mobility can be formed on an inexpensive glass substrate with a low strain point, laser annealing or solid phase growth is applied to this amorphous silicon film. A low temperature process in which a crystal grain is grown by crystallizing an amorphous silicon film by melting or solidifying the amorphous silicon film by a crystallization treatment such as a method has been studied.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described in, for example, “Jpn.J.Appl.Phys., Vol.27, no.10 (1988) L1809”, when crystal grains of a silicon film are grown by such crystallization treatment, The silicon film becomes a polycrystalline semiconductor film having a columnar structure in which the column axis is oriented in the film deposition direction at the time of film formation, that is, in the direction perpendicular to the substrate 8A. On the other hand, when the amorphous silicon film is not crystallized as described above but deposited as a polycrystalline silicon film from the beginning, for example, “J. Appl. Phys. Vol. 61, no. 11, 1 June (1987 As described in pp 5031-5037 ", the silicon film becomes a polycrystalline semiconductor film having a columnar structure in which the column axis is oriented in the film deposition direction during film formation, that is, in the direction perpendicular to the substrate 8A. Therefore, in the TFT having the conventional structure as shown in FIG. 7A, the channel crosses the grain boundary (indicated by the vertical line B in the channel formation region 3A) in the channel length direction (direction indicated by the arrow CH). It will be. As a result, there is a problem that even if the crystallinity of the silicon film is increased, the on-current of the TFT 1A is not sufficiently improved.
As a conventional example, for example, a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-297406 can be cited.
[0008]
Therefore, it is conceivable to shorten the channel length to increase the on-current. However, if the channel length is shortened, there is a problem that the withstand voltage between the source and the drain is lowered accordingly.
[0009]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a TFT capable of improving the on-current and improving the source-drain breakdown voltage by forming a channel in consideration of the crystal structure of the polycrystalline semiconductor film. And a method of manufacturing the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a thin film transistor of the present invention includes a lower-layer side semiconductor film including a first region serving as one of source / drain regions, a polycrystalline semiconductor film including a channel formation region, and the other of the source / drain regions. A gate insulating film formed to cover the lower layer side semiconductor film, the polycrystalline semiconductor film, and the upper layer side semiconductor film, an upper layer side semiconductor film including the second region is formed in this order on the substrate; A thin film transistor including a gate electrode formed on the gate insulating film, wherein the polycrystalline semiconductor film and the upper semiconductor film have side end surfaces in a source / drain direction, respectively, One side end face of the semiconductor film and one side end face of the upper layer side semiconductor film are disposed on the lower layer side semiconductor film, and the first region and the multiple connection of the lower layer side semiconductor film are arranged. An LDD region into which a low-concentration impurity is introduced or an offset region that does not contain an impurity is formed in a third region between the one side end surface of the semiconductor film, and a lower-layer side semiconductor that constitutes the first region LDD into which low-concentration impurities are introduced into a side end portion of the film and a fourth region between the second region of the upper semiconductor film and the one side end surface of the upper semiconductor film An offset region that does not contain a region or an impurity is formed, and the gate electrode faces the side end surface of the polycrystalline semiconductor film and the side end surface of the upper semiconductor film through the gate insulating film, and the gate electrode The electrode is opposite to the third region and the fourth region with the gate insulating film interposed therebetween.
[0011]
In the present invention, the polycrystalline semiconductor film has a columnar structure in which a column axis is directed upward in the substrate surface. That is, when a channel formation region is formed by a polycrystalline semiconductor film obtained by melting and solidifying an amorphous semiconductor film by crystallizing treatment such as laser annealing, electron beam annealing, lamp annealing, or solid phase growth method, a channel is formed. In the formation region, a polycrystalline semiconductor film having a columnar structure in which the column axis is oriented in the film deposition direction when the semiconductor film is formed, that is, the out-of-plane direction of the substrate. Corresponding to such a crystal structure, in the present invention, a vertical TFT is configured by making the gate electrode face the side end face parallel to the column axis of the polycrystalline semiconductor film. Therefore, the direction parallel to the column axis is the channel length direction. Therefore, in the channel length direction, the channel does not cross the grain boundary, so the carrier mobility is high. Therefore, an on-current can be improved in a TFT manufactured by a low temperature process. However, in the vertical TFT configured as described above, the thickness of the polycrystalline semiconductor film constituting the channel formation region becomes the channel length. Therefore, in order to secure the source-drain breakdown voltage in the vertical TFT, it is necessary to increase the film thickness of the polycrystalline semiconductor film constituting this channel formation region, and therefore a long time is required for the film forming process. However, according to the present invention, in the vertical TFT, the side edge of the gate electrode between the side edge near the side edge of the polycrystalline semiconductor film in the first region and the side edge of the polycrystalline semiconductor film. A portion facing the portion, and a portion facing the side end portion of the gate electrode between the side end portion of the second region near the side end surface of the polycrystalline semiconductor film and the side end surface of the polycrystalline semiconductor film At least one of them, an LDD region into which a low concentration impurity is introduced or a semiconductor region into which no impurity is introduced is formed, and the vertical TFT has an LDD structure or an offset gate structure. Therefore, even if the channel length in the vertical TFT is short, that is, even if the thickness of the polycrystalline semiconductor film constituting the channel formation region is thin, a sufficient source / drain voltage can be ensured. The time required for film formation can be shortened.
The thin film transistor of the present invention is characterized in that the formation position of one side end face of the polycrystalline semiconductor film coincides with the formation position of one side end face of the upper semiconductor film. The polycrystalline semiconductor film and the upper semiconductor film have the same patterning shape.
[0012]
In manufacturing the vertical thin film transistor having such a structure, a polycrystalline structure having a columnar structure in which the amorphous semiconductor film for forming the channel formation region is subjected to crystallization treatment and the column axis is directed upward in the substrate surface. After forming the semiconductor film, the polycrystalline semiconductor film is patterned to expose the side end faces substantially parallel to the column axis, and then the gate insulating film and the gate electrode may be formed sequentially.
[0013]
In the present invention, when the first region and the second region are composed of a lower layer side semiconductor film and an upper layer side semiconductor film respectively formed on the lower layer side and the upper layer side of the polycrystalline semiconductor film, In at least one of the upper-layer side semiconductor film and the lower-layer-side semiconductor film, the LDD region in which the low-concentration impurity is introduced or the semiconductor in which no impurity is introduced in a portion facing the side end portion of the gate electrode A region may be formed.
[0014]
In manufacturing the vertical thin film transistor having such a configuration, after forming the polycrystalline semiconductor film and the upper semiconductor film in this order, the polycrystalline semiconductor film and the upper semiconductor film are patterned together. By doing so, it is preferable to reduce the number of patterning steps.
[0015]
In the present invention, when the side end surface of the polycrystalline semiconductor film is located on a formation region of the lower-layer semiconductor film in which the first region is formed, the side end surface of the polycrystalline semiconductor film and the lower layer It is preferable that an insulating film that slightly cuts between these films is provided between the side semiconductor films. With this configuration, after forming the lower-layer side semiconductor film and the insulating film in this order, the polycrystalline semiconductor film for forming the channel formation region is formed on the entire surface of the substrate, and then the polycrystalline semiconductor film is formed. When patterning the semiconductor film, the insulating film serves as an etching stopper. Therefore, it is possible to prevent the lower semiconductor film from being over-etched.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that each embodiment will be described using the driving TFT of the liquid crystal display device described with reference to FIG. 4B as an example. The TFT according to the present invention includes a pixel switching TFT of the liquid crystal display device, Furthermore, it can be used in various fields such as EL element driving and sensor driving.
[0017]
[Embodiment 1]
1A and 1B are a cross-sectional view and a plan view of a TFT to which the present invention is applied, respectively.
[0018]
1A and 1B, a TFT 1 according to this embodiment is a TFT for a drive circuit formed by a low-temperature process on a substrate 8 made of a glass plate as a substrate of a liquid crystal panel. The TFT 1 includes a high concentration first source / drain region 2, a high concentration second source / drain region 4, a channel formation region 3 for forming a channel, and a gate insulating film 6 for the channel formation region 3. It is the same as the conventional TFT 1 in that it has the gate electrode 7 facing through the electrode.
[0019]
However, in this embodiment, the first source / drain region 2, the channel formation region 3, and the second source / drain region 4 are respectively lower semiconductor films such as doped silicon films formed on the surface of the substrate 8. 201, a polycrystalline semiconductor film 301 such as a polycrystalline silicon film laminated on the surface of the lower semiconductor film 201, and an upper semiconductor film 401 such as a doped silicon film laminated on the surface of the polycrystalline semiconductor film 301. Is formed.
[0020]
In the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel formation region 3, the side end faces 302 and 402 are positioned on the lower-layer side semiconductor film 201, similarly to the upper-layer side semiconductor film 401. Here, an insulating film 9 for an etching stopper that slightly cuts between these films is formed between the side end face 302 of the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel formation region 3 and the lower semiconductor film 201. Yes.
[0021]
In this embodiment, the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel formation region 3 and the upper semiconductor film 401 including the second source / drain region 4 are collectively patterned as will be described later. Have the same patterning shape.
[0022]
A gate insulating film 6 made of a silicon oxide film or the like is formed on the surface of the upper layer side semiconductor 401 constituting the second source / drain region 4, and this gate insulating film 6 is a polycrystalline semiconductor constituting the channel forming region 3. The side end surface 302 of the film 301 is covered. In this embodiment, the gate electrode 7 formed on the surface of the gate insulating film 6 faces the side end face 302 of the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel forming region 3 with the gate insulating film 6 interposed therebetween.
[0023]
An interlayer insulating film 11 made of a silicon oxide film or the like is formed on the surface side of the gate electrode 7, and the first source / drain region 2 and the second source / drain region 2 are formed through contact holes 111, 112 of the interlayer insulating film 11. The first source / drain electrode 12 and the second source / drain electrode 13 are electrically connected to the drain region 4.
[0024]
In the TFT 1 configured as described above, in this embodiment, first, in the lower-layer side semiconductor film 201 in which the first source / drain region 2 is formed, a low-concentration impurity is present in a portion facing the side end portion of the gate electrode 7. An LDD region 203 into which is introduced is formed. Further, the LDD region 403 into which the low concentration impurity is introduced is formed in the upper semiconductor film 401 in which the second source / drain region 4 is formed, in a portion facing the side end portion of the gate electrode 7. . Therefore, the TFT 1 has an LDD structure while being a vertical type.
[0025]
In manufacturing the vertical TFT 1 configured as described above, if a high temperature process is used, it is necessary to use an expensive quartz glass that can withstand the high temperature process as the substrate 8. In this embodiment, an inexpensive glass substrate is used. A low temperature process is employed so that it can be used. Accordingly, in the TFT 1 of the present embodiment, the channel forming region 3 is formed in the channel forming region 3 after forming an amorphous semiconductor film on the substrate 8 and then laser annealing, electron beam annealing, lamp annealing, solid phase growth method on the amorphous semiconductor film. The polycrystalline semiconductor film 301 is obtained by performing a crystallization treatment such as the above. This polycrystalline semiconductor film 301 is a column axis (indicated by an arrow A) in the film deposition direction at the time of film formation, that is, the out-of-plane direction of the substrate 8 in the process where the amorphous semiconductor film is melted and solidified to grow crystal grains. It has a columnar structure that faces. In this columnar structure, in order to show that the column axis A is perpendicular to the substrate 8, in FIG. 1A, a grain boundary is provided in the channel formation region 3 (polycrystalline semiconductor film 301) as a vertical line B. It is represented by
[0026]
In accordance with such a crystal structure, in this embodiment, the side end face 302 of the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel formation region 3 is perpendicular to the substrate 8, and the gate electrode 7 is gate-insulated with respect to the side end face 302. It faces through the membrane 6. Therefore, when a gate potential is applied to the gate electrode 7, a channel is formed on the side end face 302 of the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel formation region 3, and the channel length direction (indicated by an arrow CH) at this time Direction) is parallel to the column axis A of the polycrystalline semiconductor film 301. Therefore, since the channel does not cross the grain boundary B in the direction of the channel length CH, the carrier mobility is high. Therefore, the on-current can be improved in the TFT 1 manufactured by the low temperature process.
[0027]
Further, in this embodiment, the TFT 1 is of a vertical type and has an LDD structure, so that the ON current is ensured and the source-drain breakdown voltage is increased. That is, in the vertical TFT 1, since the film thickness of the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel forming region 3 becomes the channel length as it is, in order to secure the source-drain breakdown voltage with this structure, this channel forming region is used. 3, it is necessary to increase the film thickness of the polycrystalline semiconductor film 301, so that a long time is required for the film forming process. In this embodiment, the lower semiconductor film in which the first source / drain region 2 is formed In the portion facing the side end portion of the gate electrode 7 in 201 and the portion facing the side end portion of the gate electrode 7 in the upper semiconductor film 401 in which the second source / drain region 4 is formed, a low concentration LDD region 203 and 403, and a high source-drain breakdown voltage is secured. Therefore, according to this embodiment, even if the channel length of the vertical TFT 1 is short, that is, even when the thickness of the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel formation region 3 is thin, a sufficient source / drain voltage is ensured. Therefore, the time for forming the channel formation region 4 can be shortened.
[0028]
In addition, since the TFT 1 having an LDD structure has a small off-leakage current, it is suitable for pixel switching. Therefore, the vertical TFT 1 of this embodiment is suitable for both driving circuit and pixel switching.
[0029]
An example of a manufacturing method of the TFT 1 having such a configuration will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are process cross-sectional views illustrating a manufacturing method of the TFT 1 of this embodiment.
[0030]
First, as shown in FIG. 2A, an impurity such as phosphorus or boron is added to the entire surface of the substrate 8 by about 10%. 15 cm -3 ~ About 10 18 cm -3 After forming a semiconductor film such as a low-concentration doped silicon film containing a certain amount, it is patterned into an island shape to form an island-shaped lower semiconductor film 201. In addition to the case where the doped semiconductor film is formed as a polycrystalline semiconductor film, a crystallized amorphous semiconductor film may be used.
[0031]
Next, a resist mask RM1 that covers at least the region to be the LDD region 203 in the lower layer side semiconductor film 201 is formed. In this state, impurities are introduced into the lower layer side semiconductor film 201 to reduce the impurities to about 10 18 cm -3 ~ About 10 20 cm -3 A high-concentration first source / drain region 2 containing a certain amount is formed. Note that the LDD region 203 is formed from a portion of the lower semiconductor film 201 where no impurity is introduced.
[0032]
Next, as shown in FIG. 2B, an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on the entire surface of the substrate 8 by sputtering, CVD, vapor deposition, or the like, and then the insulating film is patterned. Then, the etching stopper insulating film 9 partially overlapping the first source / drain region 2 (lower semiconductor film 201) is left.
[0033]
Next, as shown in FIG. 2C, an amorphous semiconductor film 300 having a thickness of about 100 Å to several μm is formed. If an amorphous silicon film is used as the amorphous semiconductor film 300, there are methods such as a plasma CVD method, an LPCVD method, a vapor deposition method, and a sputtering method. If it is a plasma CVD method, it can form into a film at the temperature of 350 degrees C or less. In the case of the LPCVD method, the deposition temperature differs depending on the source gas, and disilane (Si 2 H 6 ) Gas, a temperature of about 450 ° C. or less, silane (SiH Four ) If a gas is used, the film can be formed at a temperature of about 560 ° C. or less. Further, in the case of a vapor deposition method or a sputtering method, a film can be formed at a temperature of about 200 ° C. or less. Here, by adding phosphorus or boron at a low concentration as the amorphous semiconductor film 300, channel doping may be performed to adjust the threshold voltage of the TFT1.
[0034]
Next, the amorphous semiconductor film 300 is subjected to crystallization treatment such as laser annealing, electron beam annealing, lamp annealing, or solid phase growth method, so that the amorphous semiconductor film 300 is changed to a polycrystalline semiconductor film 300B. In the laser annealing method, for example, a line beam having an excimer laser beam length of 400 mm is used, and its output intensity is, for example, 200 mJ / cm. 2 It is. The line beam is scanned so that a portion corresponding to 90% of the peak value of the laser intensity in the width direction overlaps each region. In this crystallization treatment, the amorphous semiconductor film 300 is melted and solidified to grow crystal grains, thereby forming a polycrystalline semiconductor film 300B. The polycrystalline semiconductor film 300 </ b> B has a columnar crystal structure (columnar structure) in which the column axis A is directed in a direction perpendicular to the substrate 8.
[0035]
Next, as shown in FIG. 2D, impurities such as phosphorus or boron are added to the entire surface of the substrate 8 by about 10%. 15 cm -3 ~ About 10 18 cm -3 A low concentration semiconductor film 400 such as a doped silicon film is formed. As a result, the semiconductor film 400 is stacked on the polycrystalline semiconductor film 300B after the amorphous semiconductor film 300 is crystallized.
[0036]
Next, a resist mask RM2 is formed to cover a region of the semiconductor film 400 that covers the region to be the LDD region 403. In this state, an impurity is introduced into the semiconductor film 400 to remove the impurity by about 10%. 18 cm -3 ~ About 10 20 cm -3 A high concentration second source / drain region 4 is formed to a certain extent. The LDD region 403 is formed from a portion of the upper semiconductor film 401 where no impurity is introduced.
[0037]
Next, after removing the resist mask RM2, a new resist mask RM3 is formed as shown in FIG.
[0038]
Then, using the resist mask RM3, the semiconductor film 400 and the polycrystalline semiconductor film 300B are patterned at once, as shown in FIG. 2F, the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel formation region 3, The upper-side semiconductor film 401 including the two source / drain regions 4 and the LDD region 403 is left. At this time, patterning is performed so that the side end face 302 of the polycrystalline semiconductor film 301 and the side end face 402 of the upper layer side semiconductor film 401 are positioned on the insulating film 9 for the etching stopper formed on the surface of the lower layer side semiconductor film 201. To do. The insulating film 9 for the etching stopper prevents the lower semiconductor film 201 from being over-etched when the upper semiconductor film 401 and the polycrystalline semiconductor film 301 are formed by patterning. When the polycrystalline semiconductor film 301 and the polycrystalline semiconductor film 301 are formed by patterning in this way, the end portion of the insulating film 9 for the etching stopper is between the side end face 302 of the polycrystalline semiconductor film 301 and the lower semiconductor film 201. Will be slightly interrupted.
[0039]
Next, as shown in FIG. 3A, a thickness of about 600 is formed on the entire surface of the substrate 8 by a plasma CVD method, a CVD method, a sputtering method or the like using TEOS (tetraethoxysilane) or oxygen gas as a source gas. A gate insulating film 6 made of a silicon oxide film of ˜1500 Å is formed.
[0040]
Next, a conductive film such as a doped semiconductor film, a metal film (tantalum, chromium, aluminum, or the like), a silicide film (tungsten silicide, molybdenum silicide, or the like) is formed over the entire surface of the substrate 8, and then illustrated in FIG. By patterning in this manner, a gate electrode 7 is formed on the side end face 302 of the polycrystalline semiconductor film 301 so as to face the gate insulating film 6.
[0041]
Next, after an interlayer insulating film 11 is formed on the entire surface of the substrate 8, contacts are made at positions corresponding to the first source / drain region 2 and the second source / drain region 3 as shown in FIG. Holes 111 and 112 are formed.
[0042]
A conductive film such as a doped semiconductor film, a metal film (tantalum, chromium, aluminum, etc.), a silicide film (tungsten silicide, molybdenum silicide, etc.) is formed on the entire surface of the substrate 8, and then patterned to form a first source / A drain electrode 12 and a second source / drain electrode 13 are formed.
[0043]
According to such a manufacturing method of the TFT 1, since the TFT 1 can be manufactured by a low temperature process, an inexpensive glass substrate can be used as the substrate 8. Further, when the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel formation region 3 is patterned into an island shape, since the insulating film 9 for an etching stopper is formed in advance under the position corresponding to the side end face 302, the first The lower semiconductor film 201 constituting the source / drain region 2 is not over-etched. Further, since the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel forming region 3 and the upper layer side semiconductor film 401 constituting the second source / drain region 4 are collectively formed by patterning, they are patterned in separate steps. There is an advantage that the patterning process can be reduced by one process compared to the method.
[0044]
[Other Embodiments]
In the above embodiment, since the doped semiconductor film is formed in the process described with reference to FIGS. 2A and 2D, the TFT 1 having the LDD structure is manufactured. However, FIGS. In the process described with reference to (D), when a semiconductor film containing no impurities is formed, a portion of the upper layer side semiconductor film 201 and the lower layer side semiconductor film 401 that faces the side end of the gate electrode 7 is not in the LDD region. Thus, the semiconductor region does not contain impurities. Therefore, an offset gate TFT can be manufactured. With this offset gate structure TFT, as with the LDD structure TFT, even if the channel length is short, that is, the polycrystalline semiconductor film 301 constituting the channel formation region 3 is thin, sufficient source / drain Since the breakdown voltage can be ensured, the time required for forming the channel formation region 3 can be shortened. An offset gate TFT is also suitable for pixel switching because it has a small off-leakage current.
[0045]
The LDD region (or the semiconductor region into which the impurity constituting the offset gate structure is not introduced) formed in the TFT may be formed in both the first and second source / drain regions 2 and 4. Either one may be formed only on the side that becomes the drain region, for example.
[0046]
Further, in the above embodiment, the LDD region (or the semiconductor region into which the impurity constituting the offset gate structure is not introduced) is used as the lower side semiconductor film 201 and the upper layer side including the first and second source / drain regions 2 and 4. An LDD region (or a semiconductor region into which an offset gate structure is not introduced) is formed by a semiconductor film formed in the semiconductor film 401 but formed separately from these semiconductor films and without introduction of impurities. May be formed.
[0047]
Furthermore, in the above embodiment, the silicon film is used as the semiconductor film. However, the present invention may be applied to a TFT using a semiconductor film such as germanium or silicon-germanium.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, in the vertical TFT according to the present invention, the gate electrode is opposed to the side end face parallel to the column axis of the polycrystalline semiconductor film obtained from the amorphous semiconductor film by the crystallization process. The direction parallel to the column axis is the channel length direction. Therefore, in the channel length direction, the channel does not cross the grain boundary, so the carrier mobility is high. Therefore, an on-current can be improved in a TFT manufactured by a low temperature process. Further, in the present invention, although it is a vertical TFT, it has an LDD structure or an offset gate structure, so that the source-drain breakdown voltage is high even if the channel length is short. Therefore, since the polycrystalline semiconductor film constituting the channel formation region can be thin, there is an advantage that the time required for film formation can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a cross-sectional view and a plan view of a TFT to which the present invention is applied, respectively.
FIG. 2 is a process cross-sectional view illustrating a manufacturing method of the TFT shown in FIG.
3 is a process cross-sectional view illustrating each process performed subsequent to the process illustrated in FIG. 2 in the TFT manufacturing method illustrated in FIG. 1;
FIGS. 4A and 4B are a block diagram of an active matrix substrate of a liquid crystal display device and a circuit diagram showing a part of a drive circuit configured therefor, respectively.
FIGS. 5A and 5B are a cross-sectional view and a plan view, respectively, of a conventional TFT.
[Explanation of symbols]
1 TFT
2 First source / drain region
3 channel formation region
4 Second source / drain region
6 Gate insulation film
7 Gate electrode
8 Board
9 Insulating film for etching stopper
11 Interlayer insulation film
12 First source / drain electrode
13 Second source / drain electrode
201 Lower side semiconductor film
203, 403 LDD region
301 Polycrystalline semiconductor film
302 Side end surface of polycrystalline semiconductor film
401 Upper layer side semiconductor film
A Column axis of polycrystalline semiconductor film
B Grain Boundary
CH channel length direction

Claims (8)

ソース・ドレイン領域の一方となる第1領域を備える下層側半導体膜、チャネル形成領域を備える多結晶半導体膜、およびソース・ドレイン領域の他方となる第2領域を備える上層側半導体膜が、基板上にこの順に形成され、前記下層側半導体膜と前記多結晶半導体膜と前記上層側半導体膜とを覆うように形成されたゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備えた薄膜トランジスタであって、
前記多結晶半導体膜と前記上層側半導体膜とは、ソース・ドレイン方向に、それぞれ側端面を有し、
前記多結晶半導体膜の一方の側端面と前記上層側半導体膜の一方の側端面とが前記下層側半導体膜の上に配置され、
前記下層側半導体膜の、前記第1領域と前記多結晶半導体膜の前記一方の側端面との間の第3の領域には、低濃度の不純物が導入されたLDD領域または不純物を含有しないオフセット領域が形成され、
前記第1領域を構成する下層側半導体膜の側端部と、
前記上層側半導体膜の、前記第2領域と前記上層側半導体膜の前記一方の側端面との間の第4の領域には、低濃度の不純物が導入されたLDD領域または不純物を含有しないオフセット領域が形成され、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜を介して、前記多結晶半導体膜の前記側端面及び前記上層側半導体膜の前記側端面と対向し、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜を介して、前記第3の領域及び第4の領域と対向していることを特徴とする薄膜トランジスタ。
A lower semiconductor film having a first region serving as one of source / drain regions, a polycrystalline semiconductor film including a channel forming region, and an upper semiconductor film including a second region serving as the other of the source / drain regions are formed on a substrate. And a gate insulating film formed to cover the lower semiconductor film, the polycrystalline semiconductor film, and the upper semiconductor film, and a gate electrode formed on the gate insulating film. Thin film transistor,
The polycrystalline semiconductor film and the upper semiconductor film have side end surfaces in the source / drain directions,
One side end face of the polycrystalline semiconductor film and one side end face of the upper layer side semiconductor film are disposed on the lower layer side semiconductor film,
The third region between the first region and the one side end surface of the polycrystalline semiconductor film of the lower-layer side semiconductor film is an LDD region into which a low-concentration impurity is introduced or an offset that does not contain an impurity. A region is formed,
A side end portion of a lower-layer side semiconductor film constituting the first region;
The fourth region between the second region and the one side end surface of the upper layer side semiconductor film of the upper layer side semiconductor film is an LDD region into which a low concentration impurity is introduced or an offset not containing an impurity. A region is formed,
The gate electrode is opposed to the side end face of the polycrystalline semiconductor film and the side end face of the upper semiconductor film through the gate insulating film,
The thin film transistor, wherein the gate electrode is opposed to the third region and the fourth region with the gate insulating film interposed therebetween.
前記多結晶半導体膜は、前記基板表面の上方向に柱軸を向ける柱状構造を備えていることを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。  2. The thin film transistor according to claim 1, wherein the polycrystalline semiconductor film has a columnar structure in which a column axis is directed upward in the substrate surface. 前記多結晶半導体膜の一方の側端面の形成位置と、前記上層側半導体膜の一方の側端面の形成位置とが一致していることを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜トランジスタ。  3. The thin film transistor according to claim 1, wherein a formation position of one side end face of the polycrystalline semiconductor film coincides with a formation position of one side end face of the upper semiconductor film. 前記多結晶半導体膜と前記上層側半導体膜とは、同一のパターニング形状を有していることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。  4. The thin film transistor according to claim 1, wherein the polycrystalline semiconductor film and the upper semiconductor film have the same patterning shape. 5. 前記多結晶半導体膜の側端面と前記下層側半導体膜との間には、これらの膜間にわずかに割り込む絶縁膜を有していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタ。  5. The insulating film is provided between the side end face of the polycrystalline semiconductor film and the lower semiconductor film so as to slightly cut between these films. A thin film transistor according to 1. 請求項3に規定する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記チャネル形成領域を形成するためのアモルファス半導体膜に結晶化処理を行って前記基板表面の上方向に前記柱軸を向ける柱状構造の多結晶半導体膜を形成した後、該多結晶半導体膜をパターニングして前記柱軸に略平行な側端面を露出させ、しかる後に、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極を順次形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a thin film transistor as defined in claim 3,
Crystallizing the amorphous semiconductor film for forming the channel formation region to form a polycrystalline semiconductor film having a columnar structure in which the column axis is directed upward on the substrate surface, and then patterning the polycrystalline semiconductor film Then, a side end face substantially parallel to the column axis is exposed, and then the gate insulating film and the gate electrode are sequentially formed.
請求項4に規定する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記多結晶半導体膜および前記上層側半導体膜を、この順に形成した後、
前記多結晶半導体膜および前記上層側半導体膜とを一括してパターニングし、しかる後に、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極を順次形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a thin film transistor as defined in claim 4,
After forming the polycrystalline semiconductor film and the upper layer side semiconductor film in this order,
A method of manufacturing a thin film transistor, wherein the polycrystalline semiconductor film and the upper semiconductor film are patterned in a lump, and then the gate insulating film and the gate electrode are sequentially formed.
請求項5に規定する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記下層側半導体膜および前記絶縁膜をこの順に形成した後、該絶縁膜を所定の形状にパターニングした後に、前記基板の全面に前記チャネル形成領域を構成する前記多結晶半導体膜を形成し、しかる後に、当該多結晶半導体膜をパターニングすることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a thin film transistor as defined in claim 5,
After forming the lower-layer side semiconductor film and the insulating film in this order, the insulating film is patterned into a predetermined shape, and then the polycrystalline semiconductor film constituting the channel formation region is formed on the entire surface of the substrate. A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the polycrystalline semiconductor film is patterned later.
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