JP3943200B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタ(TFT)を複数個有する半導体集積回路に関するものであり、高耐圧TFTと、高速駆動型TFTとを同一基板上に有する半導体集積回路とその作製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
最近、絶縁基板上に、薄膜状の半導体層(活性層ともいう)を有する絶縁ゲイト型の半導体装置の研究がなされている。特に、薄膜状の絶縁ゲイト型トランジスタ、いわゆる薄膜トランジスタ(TFT)が盛んに研究されている。利用する半導体の材料・結晶状態によって、アモルファスシリコン(以下、a-SiTFTと記す)TFTやポリシリコンTFT(以下、p-SiTFTと記す)というように区別されている。
【0003】
一般にアモルファス状態の半導体の電界移動度は小さく、従って、a-SiTFTは高速動作が要求されるTFTには利用できない。他方、ポリシリコン等の結晶性半導体は電界移動度が大きく、高速動作可能なTFTを作製することが可能である。
【0004】
一般に、p-SiTFTはシリコンの結晶化のプロセス温度によって、低温p-SiTFT、高温p-SiTFTのように区別されている。近年、p-SiTFTの性能が改善され、特にしきい値電圧は低温p-SiTFTでは3V以下に、高温p-SiTFTでは1.5V以下である。また電源電圧も低下され、低温p-SiTFTでは10V以下、高温p-SiTFTでは5V以下という比較的低い電源電圧でも、数MHz〜数十MHzのクロック周波数で動作できるようになった。
【0005】
液晶表示装置等のアクティブマトリクス型表示パネルに関しては、p-SiTFTによって、画素回路だけでなく、画素回路を駆動するための周辺回路(ドライバ回路)をも同一基板上に作製した周辺回路一体型のパネルの商品化が進んでいる。
【0006】
電子システムの構成の簡素化と低消費電力化の点から、液晶表示システムの電源電圧のレベルは、このドライバ回路を制御するための外付ICと同じであることが望ましい。通常、ICの動作電圧は5V又は3.3Vである。一般的にアクティブマトリクス型パネルのドライバ回路の電源電圧は5V程度である。しかしながら以下の理由により、画素回路の電源電圧を数Vまで下げることは現状では非常に困難である。
【0007】
近年、階調表示の要求が高まり、フルカラー表示では256階調(8ビット)が必要である。例えば、1階調当たり液晶の電圧レベルを10〜20mVとすると、256階調を実現するためには、液晶の駆動電圧のレベルは2.5〜5V程度必要になる。
【0008】
また、液晶のしきい値電圧は、TNモードでは1.5〜2V程度であり、ECBモードでは2〜5V程度である。
【0009】
従って、画素回路の電源電圧は画素TFTのしきい値電圧、液晶のしきい値電圧、階調表示に要する電圧、および液晶の駆動電圧(交流電圧の振幅)を加算すると、少なくとも14〜25V程度に設定することが適当である。よって画素TFTやゲートドライバTFTには比較的高電圧が印加されるので、劣化し易いという問題が生じている。
【0010】
他方、ドライバ回路等の信号処理回路は3〜5V程度の低電圧で動作される回路であり、ドライバTFTには高速動作特性が要求される。このように周辺一体型のパネルにおいては、高電圧動作−高耐圧型TFTと、低電圧動作−高速動作型TFTというように、相反する特性のTFTが同一基板に作製されている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
上述した周辺一体型のパネルでは、高電圧駆動させる画素TFTが劣化し易い。画素TFTにはnチャネル型TFTが主に用いられている。nチャネル型TFTの劣化の主な原因は、ドレイン接合部においてゲイト絶縁膜へホットキャリヤが注入されるためである。特に、ゲイト絶縁膜をCVD等で作製された絶縁膜で形成した場合には、トラップ準位が熱酸化膜に比較して多いため、劣化の程度がより大きくなる。
【0012】
キャリヤ注入による劣化等を防止するには印加電圧を下げるか、ゲイト絶縁膜を厚くして、ドレイン接合部での電界強度を弱めればよい。しかしながら、従来例で述べたように、画素部の印加電圧は低下させることは困難である。他方、ゲイト絶縁膜を厚くする手法では画素TFTの劣化が低減されるが、ドライバ回路の動作速度が低下してしまう。ドライバ回路の動作速度を維持するためには駆動電圧を上げればよいが、消費電力が増大してしまう。
【0013】
そこで、高耐圧TFTと高速動作TFTのゲイト絶縁膜をつくり分け、その膜厚を異ならせることで、それぞれのTFTの特性を満足させる方法が想起されるが、以下のような問題が生ずる。
【0014】
第1に、高耐圧TFTと高速動作TFTのゲイト絶縁膜の成膜工程を別にすることによって、最適の膜厚にすることができる。しかし、他方のゲイト絶縁膜を覆うレジストマスクの作製が必要になって、汚染の問題が生じ、またプロセスを複雑化してしまう。
【0015】
第2に、エッチングの手法で、高速動作TFTのゲイト絶縁膜だけ膜厚を薄くする方法が考えられる。しかしながら膜厚の制御性や再現性に問題がある。特に、トップゲイト型TFTでは、活性層が存在する状態でゲイト絶縁膜をエッチングするので、新しい欠陥準位を発生してしまい信頼性を損なわせてしまう。さらにトップゲイト型TFTの場合にはゲイト絶縁膜を厚くすると、不純物のドーピングをスルードーピングで行うことが困難になる。
【0016】
高速動作と高耐圧は矛盾する特性である。上述したように同一基板上に高速動作型TFTと高耐圧型TFTを信頼性を損なわずに作製するのは、従来のTFTの作製方法では非常に困難を伴う。本発明はこのような困難な課題に対して解答を与えんとするものである。
【0017】
本発明の目的は、トップゲイト型TFTとボトムゲイト型TFTを同一基板上に形成し、かつ2種類のTFTのゲイト絶縁膜の膜厚を互いに異ならせることにより、同一基板上に高速動作TFTと高耐圧TFTとを有する半導体集積回路を提供することにある。
【0018】
また本発明の目的は、このような高速動作TFTと高耐圧TFTを集積化した半導体集積回路を容易に、かつ信頼性良く作製し得る半導体集積回路の作製方法を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の半導体集積回路の構成は同一の基板上に、トップゲイト型の薄膜トランジスタと、ボトムゲイト型の薄膜トランジスタとを有する半導体集積回路であって、
前記基板を覆う第1の絶縁膜と、
前記基板と前記第1の絶縁膜の間に形成された前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極と、
前記第1の絶縁膜上に形成された前記トップゲイト型薄膜トランジスタの半導体層と、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタの半導体層と、
前記トップゲイト型薄膜トランジスタの前記半導体層の少なくともチャネル形成領域を覆う第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上に形成された前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極と
を有し、
前記第1の絶縁膜を前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜に用い、前記第2の絶縁膜を前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜に用いることを特徴とする。
【0020】
また上述した課題を解決するために、本発明の半導体集積回路の作製方法の構成は同一の基板上に、ボトムゲイト型薄膜トランジスタと、トップゲイト型薄膜トランジスタとを有する半導体集積回路の作製方法であって、
前記基板上に前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極を形成する第1の工程と、
前記基板と前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極とを覆う第1の絶縁膜を形成する第2の工程と、
前記第1の絶縁膜上に、前記トップゲイト型薄膜トランジスタの半導体層と、
ボトムゲイト型薄膜トランジスタの半導体層とを形成する第3の工程と、
前記トップゲイト型薄膜トランジスタの前記半導体層のチャネル形成領域を少なくとも覆う第2の絶縁膜を形成する第4の工程と、
前記第2の絶縁膜上に、前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極を形成する第5の工程と
を有し、
前記第1の絶縁膜を前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜に用い、前記第2の絶縁膜を前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト絶縁膜に用いることを特徴とする。
【0021】
本発明は、ボトムゲイト型TFTのゲイト絶縁膜と、トップゲイト型TFTの基板からの不純物拡散を防止するための下地絶縁膜とを第1の絶縁膜に共通化し、かつボトムゲイト型TFTのゲイト絶縁膜(第1の絶縁膜)と、トップゲイト型TFTのゲイト絶縁膜(第2の絶縁膜)とは異なる層に存在し、異なるプロセスで作製されることに最大の特徴を有する。
【0022】
上記の本発明の構成により、エッチングや成膜等のゲイト絶縁膜の膜厚を変えるためのプロセスを追加・変更せずに、トップゲイト型とボトムゲイト型のゲイト絶縁膜の膜厚を互いに異ならせることが容易にできる。トップゲイト型TFTの作製工程を基準にすると、本発明の集積回路の作製方法は、下地絶縁膜を形成する前にボトムゲイト型TFTのゲイト電極を作製する工程を追加するのみである。従って本発明によって、同一基板上に、高耐圧型TFTと高速動作型TFTという相反する特性のTFTを容易に、かつ信頼性を損なうことなく作製することができる。
【0023】
例えば、ボトムゲイト型TFTはゲイト絶縁膜を厚くして高耐圧型とする。他方、トップゲイト型TFTはゲイト絶縁膜を薄くして高速動作型とする。逆に第1の絶縁膜を第2の絶縁膜よりも薄くして、ボトムゲイト型TFTを高耐圧型とし、トップゲイト型TFTを高速動作型とすることができる。
【0024】
実際には、第1、第2の絶縁膜の膜厚はTFTの駆動電圧によって適宜に設定する。例えば、本発明の半導体集積回路をアクティブマトリクス型液晶表示装置に応用した場合には、ドライバ回路等の信号処理回路のような3〜5V程度の低駆動電圧・高速動作型のTFTであれば、そのゲイト絶縁膜(第1もしくは第2の絶縁膜)の厚さを100nm以下とすればよい。その下限は、ピンホールが開かない膜厚で定義され、CVD膜等の堆積膜であれば10nm程度であり、緻密性の良い熱酸化膜を使用する10nm以下とすることが可能である。
【0025】
また、画素TFTような、14〜25V程度の比較的高い電源電圧で駆動されるTFTであれば、そのゲイト絶縁膜(第1もしくは第2の絶縁膜)の厚さを150nm〜300nm程度に厚くする。駆動電圧がより高ければ、第1もしくは第2の絶縁膜をより厚くする。
【0026】
例えば、トップゲイト型TFTを低駆動電圧・高速動作型とし、ボトムゲイト型薄膜トランジスタを高駆動電圧・高耐圧型とする場合は、第2の絶縁膜は100nm以下まで薄くし、第1の絶縁膜は150〜300nmと厚くする。また、トップゲイト型とボトムゲイト型の特性を逆にする場合には、第1、第2の絶縁膜の厚さの関係を上記の逆にすればよい。
【0027】
なお、従来の半導体集積回路(特にデジタル回路)においては、使用される電圧は回路内で全て同じであった。例えば、DRAMではメモリー領域でも周辺回路でも単一電圧で駆動される。よって、従来の半導体集積回路技術からは、本発明のようにゲイト絶縁膜の厚さを積極的に変更することは必要とされていなかったことに注意すると、本発明の特徴が理解できる。
【0028】
【発明の実施形態】
図1を用いて本発明の実施形態を説明する。図1にはアクティブマトリクス型パネルの断面図を示す。同一基板100上に、ボトムゲイト型TFT200と、
トップゲイト型TFT300、350が設けられている。基板100には表面を覆う第1の絶縁膜110が設けられている。また基板100と第1の絶縁膜110の間には、ボトムゲイト型TFT200のゲイト電極201が形成される。第1の絶縁膜100上には、ボトムゲイト型TFT200の半導体層202と、トップゲイト型TFT300、350の半導体層302、303が形成される。
【0029】
第1の絶縁膜110はボトムゲイト型TFT200のゲイト絶縁膜として機能すると共に、トップゲイト型TFT300、350の半導体層302、303に基板100(特に、ガラス基板)からNaイオン等の不純物が拡散するのを防止するための下地膜としても機能する。
【0030】
第1の絶縁膜110は、CVD法等の堆積法によって形成された酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜でなる単層膜や、これらの多層膜で構成される。多層構造は、単層膜で150〜300nmという厚い膜を構成するよりも冗長性が増すという効果がある。冗長性が増すとは、例えば単一の膜でピンポールが生じても、多層に積層することでピンポールをカバーしあうことができる。
【0031】
また、TFTの移動度特性の観点から、半導体層202、302、303は多結晶シリコンで構成すると良い。多結晶シリコンの形成方法としては、非晶質シリコン薄膜を加熱処理やレーザ照射によって、結晶化すればよい。
【0032】
なお、上記の結晶化プロセスを用いる場合には、プロセス温度によって基板100の材質を選択すれば良く。例えば、600℃程度の低温プロセスを用いる場合はガラス基板を用い、900℃程度の高温プロセスを用いる場合は石英基板を用いる。
【0033】
また、結晶化プロセス前に形成されるボトムゲイト型200のゲイト電極201の材料も、この結晶化プロセス温度に耐え得るものを選択する。ゲイト電極201の材料として例えば、リンが添加された多結晶シリコンあるいは微結晶シリコン等の半導体材料や、タンタル、クロム、タングステン、モリブデン、チタン等の高融点金属や、これら高融点金属の合金やシリサイドが使用できる。
【0034】
次に、半導体層202、302、303上に第2の絶縁膜120を形成する。第2の絶縁膜120はトップゲイト型TFT300、350のゲイト絶縁膜として機能する。第2の絶縁膜は酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜等のCVDによる堆積膜や、半導体層302、303を熱酸化した熱酸化膜でなる単層膜や多層膜を用いる。例えば、熱酸化膜とCVDによる酸化珪素堆積膜との積層膜を用いることができる。
【0035】
一実施形態として、ボトムゲイト型TFT200はゲイト絶縁膜を厚くして高耐圧型とし、トップゲイト型TFT300、350のゲイト絶縁膜を薄くして高速動作型とする場合は、第1の絶縁膜110の膜厚は150〜300nm程度とすれば良く、要求される高耐圧特性によって適宜に設定する。他方第2の絶縁膜120は高速動作特性の観点から薄いほど好ましく100nm以下にする。
【0036】
ボトムゲイト型TFT200のゲイト絶縁膜をより厚くする方法として、ゲイト電極201を陽極酸化可能な高融点金属、例えばタンタル、チタン、モリブデン、クロム等で形成し、ゲイト電極を陽極酸化してその周囲に金属酸化物を作製する方法が挙げられる。
【0037】
次に、第2の絶縁膜120上にトップゲイト型TFT300、350のゲイト電極304、305を形成する。ゲイト電極304、305の材料はリンが添加された多結晶シリコンあるいは微結晶シリコン等の半導体材料や、タンタル、クロム、タングステン、モリブデン、チタン等の高融点金属や、これら高融点金属の合金やシリサイドが使用できる。トップゲイト型TFT300、350をより高速動作させるには、低抵抗のアルミニウムを主成分とする材料で構成する。また、サブミクロン化して高速動作型とすることもでき、この場合には、トップゲイト型TFTの半導体層やゲイト電極をサリサイド化するとよい。
【0038】
次に、第2の絶縁膜120とトップゲイト型TFT300、350のゲイト電極304、305を覆う第3の絶縁膜130を形成する。そして、第2、第3の絶縁膜120、130に、半導体層202、302、303に達するコンタクトホールを開口し、これら活性層202、302、303に接続される配線209、210を形成する。半導体層202、302、303はそれぞれ、同じ第2、第3の絶縁膜120、130に覆われているため、ボトム型TFT200、トップゲイト型TFT300、350のコンタクトホールの開口プロセスを同じにすることができる。
【0039】
ここでは、トップゲイト型を高速動作型とし、ボトムゲイト型を高耐圧型として説明したが、逆にすることが可能であることは明らかである。
【0040】
【実施例】
以下、図1〜11を用いて、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0041】
〔実施例1〕 本実施例は、画素部とドライバ回路が同一基板上に形成されたアクティブマトリクス型表示装置に、本発明を応用した例を説明する。図1は本実施例のマトリクスパネルの概略の断面図であり、図2は本実施例のアクティブマトリクスパネルのブロック図を示す。
【0042】
図2に示すように、基板10には、表示を行う画素部11と、ソースドライバ12、ゲイトドライバ13でなる周辺回路と、外部から信号、電力が入力されるための引出端子部14とが設けられている。画素部11にはマトリクス状に複数の画素電極が配置され、画素電極にはそれぞれTFTが接続されている。ソースドライバ12、ゲイトドライバ13とはTFTで構成されている。ソースドライバ12の出力は画素TFTのソース線に接続され、ビデオ信号を画素TFTに入力する。ゲイトドライバ13の出力は画素TFTのゲイト線に接続され、画素TFTのオン・オフを制御する。
【0043】
本実施例では、図1に示すように、高耐圧が優先される画素TFT200をボトムゲイト型とする。他方、高速動作が優先されるソースドライバ12、ゲイトドライバ13を構成するnチャネル型ドライバTFT300、pチャネル型ドライバTFT350をそれぞれトップゲイト型とする。TFT300、350を相補的に接続することによってインバータ回路が構成できる。
【0044】
TFTの構造を異ならせることで、TFTの信頼性を損なうことなく、画素TFT200(ボトムゲイト型TFT)のゲイト絶縁膜を厚くし、ドライバTFT300、350(トップゲイト型TFT)のゲイト絶縁膜の厚さを薄くすることが可能である。以下図4〜7を用いて、図1に示すアクティブマトリクスパネルの作製工程を説明する。
【0045】
先ず、図4(A)に示すように、ガラス基板100上に画素TFT200のゲイト電極201を形成する。ここでは、スパッタ法にてタンタル膜を200nmの厚さに形成し、パターニングして、ゲイト電極201を形成する。
【0046】
次に、スパッタ法もしくはプラズマCVD法にて、酸化珪素膜でなる厚さ150〜300nmのボトムゲイト用絶縁膜110を基板100全体に成膜する。本実施例ではゲイト絶縁膜110の厚さを200nmとする。ボトムゲイト用絶縁膜110は画素TFT200のゲイト絶縁膜としても機能する共に、基板100からの不純物の拡散を防止する下地膜としても機能する。またゲイト絶縁膜110は単層膜でなく、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜から選ばれた絶縁膜を積層した多層膜で構成することができる。単層膜で150〜300nmという厚い膜を構成するよりも多層と構造とすることで、冗長性がよくなるという効果がある。
【0047】
次に、TFTの半導体層を構成するための多結晶シリコン膜21を形成する。
プラズマCVD法または減圧CVD法によって、厚さ40〜150nm、例えば55nmの真性(I型)のアモルファスシリコン膜を堆積し、公知の結晶化法によってこれを結晶化して、多結晶シリコン膜21を形成する(図4(A))。
【0048】
多結晶シリコン膜21をフォトリソグラフィー法によってパターニングして島状に分離して、画素TFT200の半導体層202、ドライバTFT300、350の半導体層302、303をそれぞれ形成する(図4(B))。
【0049】
次に、半導体層202、302、303を覆うトップゲイト用ゲイト絶縁膜120を厚さ10〜100nmの厚さに形成する。本実施例では、プラズマCVD法にて厚さ100nmの酸化窒化珪素膜を形成した。酸化窒化珪素膜の他に、酸化珪素膜、窒化珪素膜でも形成できる。またこれら絶縁膜の多層膜を形成してもよい。画素TFT200においては、ゲイト絶縁膜120は層間絶縁膜の最下層を構成することになる(図4(C))。
【0050】
次に、ドライバTFT300、350のゲイト電極を構成する導電膜22を形成する。本実施例では、スパッタ法にてScが微量に添加されたアルミニウム膜を300nmの厚さに形成する(図4(D))。
【0051】
次に、導電膜22をパターニングして、ドライバTFT300、350のゲイト電極304、305を形成する。アルミニウムは陽極酸化可能な材料であるので、パターニング後、公知の陽極酸化処理をしてゲイト電極周囲に陽極酸化膜を形成しても良い。陽極酸化膜を形成することによって、ゲイト電極304、305の耐熱性を向上させることができる(図5(A))。
【0052】
次に、公知のドーピング法によって、半導体層202、302にn型の不純物をドープする。先ず、半導体層202、302に開口を有し、かつ画素TFT200の半導体層202でチャネル形成領域と、半導体層303を覆うフォトレジストマスク23を形成する。ドーピングにはイオンドーピング法を用い、ドーピングガスとしてフォスフィンを用いる。
【0053】
このドーピング工程では、画素TFT200ではフォトレジストマスク23によって遮蔽された領域203がチャネル形成領域となる。領域204、205はn型のソース領域、ドレイン領域として機能する。ドライバTFT300においては、ゲイト電極304によって遮蔽された領域306は実質的に真性の導電型が保たれ、チャネル形成領域となる。遮蔽されなかった領域308、309はn型のソース領域、ドレイン領域となる(図5(B))。
【0054】
次にレジストマスク23を剥離し、半導体層303に開口を有するレジストマスク24を新たに形成し、イオンドーピング法によって半導体層303にp型の不純物を、例えばホウ素をドープする。この結果p型の不純物領域312、313が形成される。これら領域312、313はドライバTFT350のソース領域、ドレイン領域となる。ドーピング工程後レジストマスク24を剥離し、レーザーアニールまたは熱アニールによってドーピングした不純物を活性化させる(図5(C))。
【0055】
なお、図5(B)に示すドーピング工程で用いられるマスク23は、主にボトムゲイト型TFT200のチャネル形成領域を遮光するために機能している。このようなマスクを自己整合的に形成するには、図7に示す方法を用いることができる。先ず、図5(A)まで示した工程の後、レジスト30を全面に塗布する。
そして、基板100裏面からレーザ光を照射して、レジスト30を感光させる(図7(A))。
【0056】
するとゲイト電極202、303、304がマスクとして機能するため、現像すると、レーザ光が照射されない部分が残存し、ボトムゲイト型TFT200のチャネル形成領域を覆うマスク31が自己整合的に形成される。このマスク31を用いてリンをドープして、n型の不純物領域204、205、310、311を形成する。この場合、半導体層303にもリンが添加され、n型の不純物領域310、311が形成される(図7(B))。
【0057】
そのため、図5(C)に示すボロンのドーピング工程では、n型の不純物領域310、311の導電型がp型に反転するように、そのドーズ量を設定する必要がある。
【0058】
また図5(B)のドーピング工程ではイオンドーピング法を用いたが、レーザドーピング法を用いることにより、マスク23が不要になる。イオンドーピング法の場合、活性化されたリンを含有する雰囲気中で基板100裏面よりレーザ光を照射する。
【0059】
すると、TFT200の半導体層においては、ゲイト電極201によってレーザ光が遮られた領域には、ドーパントがドーピングされないため、n型の不純物領域204、205が自己整合的に形成され、領域203の導電性は真性が保たれる。
【0060】
他方、TFT300、350の半導体層はゲイト電極304、305によってドーパントが接する領域が制限されるため、図7(B)に示すようにn型の不純物領域308〜311が自己整合的に形成される。このため図5(C)に示すボロンのドーピング工程では、n型の不純物領域310、11の導電型がp型に反転するように、そのドーズ量を設定する必要がある。
【0061】
半導体層にドープした不純物を活性化した後、厚さ600nmの酸化珪素膜を第1の層間絶縁膜130としてプラズマCVD法によって形成する(図6(A))。
【0062】
次に、第1の層間絶縁膜130およびゲイト絶縁膜120をエッチングして、TFT200、300、350それぞれのソース/ドレイン領域204、205、308〜311に達するコンタクトホール206、207、314〜318と、ドライバTFT300、350のゲイト電極304、305に達するコンタクトホール320、321を形成する(図6(B))。
【0063】
次に、スパッタ法にて100nmのチタン膜、300nmのアルミニウム膜、100nmのチタン膜を連続成膜しパターニングして、電極208、209、322〜326を形成する。以上によりTFT200、300、350が完成する(図6(C))。
【0064】
次に画素TFT200に接続される画素電極を作製する。先ず図1に示すように、これら電極208、209、322〜326を覆う、第2の層間絶縁膜140を厚さ1μmのアクリル膜にて形成する。アクリル等の樹脂膜は下地の凹凸を相殺して平坦な表面を得ることができるため、画素電極が形成される下地として好適である。層間絶縁膜140として、ポリイミドの他にアクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド等の有機樹脂材料を用いることができる。有機樹脂材料のうちアクリルは最も安価である。また窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素膜との無機絶縁材料を層間絶縁膜140に用いることができる。あるいは、無機材料と有機樹脂材料の積層物を用いることもできる。
【0065】
次に、第2の層間絶縁膜140上に150〜250nm、例えば200nmのチタン膜をスパッタ法で形成しパターニングして、画素TFT200の半導体層を覆う遮光膜210を形成する。次に遮光膜210を覆って、基板全体に0.5μmの厚さのアクリルでなる第3の層間絶縁膜150を形成する。
【0066】
次に、第2、第3の層間絶縁膜140、150をエッチングして、電極209に達するコンタクトホールを開口し、電極209に接続される画素電極211を形成する。透過型の表示パネルであれば、画素電極211はインジウム錫酸化膜(ITO)や、酸化錫等の透明導電性材料で形成する。反射型であれば、画素電極211はアルミニウム等の金属膜で形成する。また、画素TFT200には、遮光膜210、画素電極211を対向電極とし、第3の層間絶縁膜150を誘電体とする補助容量212が接続される。
【0067】
最後に、1気圧の水素雰囲気で350℃、30分のアニールをおこなった。以上の工程を経て、ボトムゲイト型の画素TFT200と、トップゲイト型のドライバTFT300、350を有するアクティブマトリクス基板が完成する(図1)。
【0068】
本実施例の作製方法を採用することでエッチング工程や、余分な成膜工程を追加せずに、異なる厚さのゲイト絶縁膜を有するTFTを同一基板に作製することができる。本実施例によって、トップゲイト用ゲイト絶縁膜120を100nmと薄くし、ボトムゲイト用ゲイト絶縁膜110を200nmと厚くすることで、高速動作特性を有するトップゲイト型TFT300、350と、高耐圧特性を有するボトムゲイト型TFT200を同一基板上に作製することができる。なお、TFT200、TFT300、350のゲイト絶縁膜の膜厚は駆動電圧等によって実施者が適宜に時設定すればよい。
【0069】
また、本実施例のトップゲイト型TFT300、350はゲイト電極304、305によってチャネル形成領域が自己整合的に形成される。そのため、ゲイト電極304、305の幅を狭くすることで、そのチャネル長を短くすることが自己整合的に行え、トップゲイト型TFT300、350の高速動作特性をより向上させることができる。
【0070】
またトップゲイト型TFTのゲイト電極は、多結晶シリコンの結晶化工程の後に形成される。よってゲイト電極を低融点であるが低抵抗な材料、たとえばアルミニウムで作製することができるので、トップゲイト型TFTはボトムゲイト型よりも高速動作型TFTに好適である。更に、トップゲイト型はゲイト電極をドーピングマスクにするため、チャネル形成領域が自己整合的に形成される。よってゲイト電極の幅を小さくすることで、チャネル長を容易に短くすることができ、より高速動作特性を向上させることができる。
【0071】
逆に、チャネル長を長くすることで、その耐圧特性を向上させることができる。同じ膜厚のゲイト絶縁膜を有するTFTでも、そのゲイト線幅を変えることで、より高速動作を優先するTFTと、高耐圧を優先するTFTをつくり分けることができる。トップゲイト型TFT300、350ではゲイト電極によってチャネル形成領域が自己整合的に形成されるため、例えばシフトレジスタ回路のような高速動作を優先する回路のゲイト電極幅を約1μmとし、バッファ回路のような高耐圧を優先する回路のゲイト電極幅を2μm程度とし、同じトップゲイト型TFT300、350の間でも特性を異ならせることができる。このことはボトムゲイト型TFT200も同様である。
【0072】
[実施例2] 本実施例は実施例1に示したアクティブマトリクスパネルの変形例である。本実施例のアクティブマトリクスパネルの断面図を図8に示す。
【0073】
本実施例では、画素TFT200のゲイト電極201と同じプロセスで、ドライバTFT300、350に対する遮光膜330を形成する。遮光膜330以外の構成、作製工程は実施例1と同じであり、図8では符号を付すのを一部省略した。
【0074】
基板100の材料がガラスや石英のように透光性の場合には、基板100の裏面から光がTFT300、350の半導体層302、303に入射するため、TFT300、350を劣化させる原因となる。本実施例では、遮光膜330を設けることにより、半導体層302、303を基板100裏面から入射する光から遮蔽することを目的とする。
【0075】
遮光膜330を形成するには、先ず、ゲイト電極201、遮光膜330の出発膜を基板100上に形成する。出発膜の材料は導電性を有し、かつ光を反射する金属を用いれば良く、ゲイト電極201の耐熱性の観点から、チタン、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン等の高融点金属材料、もしくはこれらの合金を用いる。
【0076】
基板100上に金属膜を形成したら、パターニングして、ゲイト電極201、遮光膜330を形成する。遮光膜330を形成する場所は、例えば、図1に示すソースドライバ12やゲイトドライバ13が形成される位置全体に形成する。あるいはトップゲイト型TFT300、350の半導体層302、303それぞれが形成される位置のみに形成する。
【0077】
本実施例では、実施例1のゲイト電極201のパターニングのマスクパターンを変更するのみで、遮光膜を形成することができる。よって、プロセスを複雑にすることがなく、トップゲイト型TFT300、350の光劣化を防止することができる。
【0078】
[実施例3] 実施例1では、ソースドライバ12、ゲイトドライバ13を構成するTFTを全て高速動作型のトップゲイト型TFT300、350とした例を示した。しかし、ゲイトドライバ13は、ソースドライバ12よりも比較的動作周波数も高くない。よって、ゲイトドライバ13は、実施例1の高耐圧型のTFT200で作製し、ソースドライバ12は高速動作型のトップゲイトTFT300、350で作製すればよい。
【0079】
また、図3に示すように、ゲイトドライバ13はシフトレジスタ回路16、レベルシフタ回路17、出力バッファ回路18が順次に接続された構成であり、出力バッファ回路18の出力は画素部13に配置された画素TFTのゲイト電極に接続されている。
【0080】
一般的にシフトレジスタ回路16の駆動電圧はは5V程度であり、レベルシフタ回路17は5〜10V程度であり、出力バッファ回路18は14〜25V程度であり、回路毎に駆動電圧が異なる。よって、シフトレジスタ回路16は低電圧で高速動作が要求されるため、高速動作型のトップゲイト型TFT300、350で作製し、レベルシフタ回路17や出力バッファ回路18のように高電圧駆動であるため、高耐圧性が優先される回路はボトムゲイト型TFT200で作製すればよい。
【0081】
なお、実施例1では、ボトムゲイト型TFT200はnチャネル型のみであったが、公知のCMOS工程で、n型、p型の導電型を作り分ければよく、ボトムゲイト型TFT200でもインバータ回路が構成できることは明らかである。
【0082】
また、図2のアクティブマトリクス型パネルおいて、高耐圧性が要求されるTFTは、例えば引出端子部14に接続される保護用のTFTや、図示しないがショートリンクに接続されるTFTが挙げられる。このようなTFTは高耐圧型のボトムゲイト型TFT200で作製すればよい。
【0083】
また、ホールは電子と比較して半導体層の中を動きにくいので、pチャネル型TFTはホットキャリアによるイオン注入現象がなく、劣化しにくい。他方nチャネル型TFTはイオン注入現象により劣化いやすいが、pチャネル型よりも移動度が高い。そのため、ドライバ12、13を構成するTFTでもpチャネル型TFTは高速動作型のトップゲイト型TFTとし、nチャネル型TFTは高耐圧型のボトムゲイト型TFT200で作製するとよい。
【0084】
なお、本実施例では、トップゲイト型TFTを高速動作型とし、ボトムゲイト型を高耐圧型として説明したが、後述する実施例5(図10)に示すように、トップゲイト型TFTを高耐圧型とし、ボトムゲイト型を高速動作型とし、回路を作製することもできる。
【0085】
[実施例4] 図9に本実施例のTFTの作製工程を示す。
【0086】
実施例1では、ゲイト絶縁膜の膜厚の異なる2種類のTFTを作製する例を示した。本実施例では、ボトムゲイトTFT同士でゲイト絶縁膜の膜厚を異ならせて、より高耐圧性を追求したボトムゲイト型TFTを作製する方法を示す。本実施例では、同一基板上に高耐圧型TFT500、中耐圧型TFT550と、低耐圧型(高速動作型)TFT600を形成する方法を説明する。これらのTFTの呼称は説明のための便宜的なものであり、ゲイト絶縁膜の厚さが高〜低耐圧から順次薄くなっていることを表している。本実施例では高耐圧型TFT500、中耐圧型TFT550をボトムゲイト型とし、高速動作型TFT600をトップゲイト型とする。
【0087】
図9(A)に示すように、ガラス基板400上に高耐圧型TFT500、中耐圧型TFT550のゲイト電極501、502を形成する。次にゲイト電極501を覆う第1のボトムゲイト用ゲイト絶縁膜410を10nm〜300nmの厚さに形成する。本実施例では、プラズマCVD法にて厚さ50nmの窒化珪素膜を形成しパターニングして第1のゲイト絶縁膜410を形成する。ゲイト絶縁膜410の材料には酸化珪素膜、酸化窒化珪素膜が用いられる(図9(A))。
【0088】
次に、酸化珪素膜でなる厚さ100〜300nmの第2のボトムゲイト用ゲイト絶縁膜420を基板100全体に成膜する。ゲイト絶縁膜420はTFT500、550のゲイト絶縁膜として機能する共に、TFT600においては基板400からの不純物の拡散を防止する下地膜として機能する。本実施例では、プラズマCVD法にて厚さ200nmの酸化珪素膜を形成する。
【0089】
次に、ゲイト絶縁膜420上に島状の半導体層503、504、601を形成する。半導体層503、504、601は実施例1の図4(A)、図4(B)で示した工程に従って作製する(図9(B))。
【0090】
次に、半導体層503、504、601を覆うトップゲイト用ゲイト絶縁膜430を厚さ10〜150nmの厚さに形成する。本実施例では、CVD法にて厚さ100nmの酸化窒化珪素膜を形成する。次に高速動作型TFT600のゲイト電極602をScが微量に添加されたアルミニウム膜で形成する。そして、公知のドーピング法を用いて、半導体層503、504、601にリン又は/およびボロンをドープして、ソース/ドレイン領域505〜508、603、604、チャネル形成領域509、510、605を形成する(図9(C))。
【0091】
不純物を活性化させた後、厚さ400nmの窒化珪素膜を層間絶縁膜440としてプラズマCVD法によって形成し、これにコンタクトホールを形成する。次に、アルミニウムによって電極509〜513、607〜609を形成し、水素化処理を行い、高耐圧型TFT500、中耐圧型TFT550、低耐圧(高速動作)型TFT600が完成する(図9(D))。
【0092】
本実施例では、高耐圧型TFT500のゲイト絶縁膜は、厚さ50nmのゲイト絶縁膜410と厚さ200nmのゲイト絶縁膜420とでなる。中耐圧型TFT550のゲイト絶縁膜は厚さ200nmのゲイト絶縁膜420でなる。低耐圧型TFT600ゲイト絶縁膜は膜厚100nmのゲイト絶縁膜430でなる。それぞれのゲイト絶縁膜の厚さを異ならせることで、特性の異なる3種類のTFTを同一基板に作製できる。
【0093】
実際の集積回路に本実施例を応用する場合は、高耐圧型TFT500、中耐圧型TFT550、高速動作型TFT600の配置はTFTの駆動電圧や、駆動信号の周波数に従って設計者が適宜に選択できる。
【0094】
例えば、TFT500、550、600をアクティブマトリクス型パネルに応用した場合には、ソースドライバやゲイトドライバ内において、シフトレジスタ回路、論理回路、デコーダ回路、メモリ回路等の高速動作を優先する回路は低耐圧型TFT600で構成する。比較的高い電圧で駆動されるレベルシフタ回路やバッファ回路等の高耐圧を優先する信号処理回路や、画素部に配置される画素TFTは中耐圧型TFT550で構成する。そしてショートリンクや、引出端子等の高電源電圧が印加されるTFTを高耐圧型TFT500で構成する。
【0095】
本実施例では、ゲイト絶縁膜410を形成するのに、エッチング工程を用いたが、エッチングを施す際には、図9(A)に示すように、ボトムゲイト型TFTのゲイト電極501、502のみが存在している。よって、TFTの半導体層には影響がないので、信頼性を損なうことがない。またゲイト絶縁膜410を形成するための成膜・エッチング条件や、使用できる手段の選択幅が広くなるので、形成が容易である。
【0096】
また、図9(A)に示すように、第1のボトムゲイト用ゲイト絶縁膜410はTFT500が形成される領域のみに残存するように形成したが、トップゲイト型TFT600が形成される領域にも残して、TFT600の下地膜として機能するようにもできる。
【0097】
[実施例5] 図10は本実施例のTFTの作製工程の断面図である。
【0098】
実施例1、4ではボトムゲイト型TFTのゲイト絶縁膜を厚くし、トップゲイト型TFTのゲイト絶縁膜を薄くする例を示したが、本実施例ではボトムゲイト型TFTのゲイト絶縁膜を薄くし、トップゲイト型TFTのゲイト絶縁膜を厚くする例を説明する。図10ではボトムゲイト型TFT800を左側に、トップゲイト型TFT900を右側に示す。
【0099】
石英またはガラス基板700上にボトムゲイト型TFT800のゲイト電極801を作製する。次に、ボトムゲイト用ゲイト絶縁膜710を、プラズマCVD法にて厚さ100nmの酸化珪素膜で形成する。ゲイト絶縁膜710はトップゲイト型TFT900の下地絶縁膜としても機能する(図10(A))。
【0100】
ゲイト絶縁膜710上に厚さ80nmの真性(I型)の結晶性シリコン膜を堆積する。ポリシリコン等の結晶性シリコン膜を島状に分離し、ボトムゲイト型TFT800の半導体層802とトップゲイト型TFT900の半導体層901を形成する。プラズマCVD法によって厚さ200nmの酸化珪素膜720を半導体層802、901を覆って基板全面に堆積する。酸化珪素膜720はトップゲイト型TFT900のゲイト絶縁膜を構成するものである(図10(B))。
【0101】
酸化珪素膜720上に、スパッタ法にて厚さ4000〜600nm、例えば500nmのアルミニウム膜を堆積し、その表面に図示しない薄い酸化アルミニウム膜を形成する。そしてレジストマスク42を用いて、アルミニウムパターン41を形成する。アルミニウムパターン41はトップゲイト型TFT900のゲイト電極を構成するものである。また酸化アルミニウム膜は後述する陽極酸化によって、アルミニウムパターン43の表面が過剰に酸化されるのを防止する機能を有する(図10(C))。
【0102】
次に、シュウ酸溶液中でアルミニウムパターン41を陽極にした陽極酸化処理を行い、その側面に多孔質状(ポーラス状)の陽極酸化膜43を形成する。この成長距離によって、後に形成されるオフセット領域の幅が規定される(図10(D))。
【0103】
次にレジストマスク42を剥離した後、酒石酸溶液中でアルミニウムパターン41を陽極にした陽極酸化処理を行い、その周囲に緻密な陽極酸化膜904を形成する。この2回の陽極酸化工程で残存したアルミニウムパターン41が、ゲイト電極902となる。
【0104】
次に多孔質状(ポーラス状)の陽極酸化膜43およびゲイト電極902をマスクにして、酸化珪素膜720をパターニングして、トップゲイト用ゲイト絶縁膜905を形成する。
【0105】
トップゲイト型TFT900を高耐圧型とするために、酸化珪素膜720をゲイト絶縁膜710よりも厚くする。厚くしたために酸化珪素膜720を通過させるスルードーピングが行えない場合には、この酸化珪素膜720のパターニングが必要となるが。スルードーピングが行える場合には、パターニングは必ずしも必要ではない。本実施のパターニング工程は酸化珪素膜720をドーピングマスクにして、オフセット領域を自己整合的に形成する目的がある(図10(E))。
【0106】
次に、TFT800のチャネル形成領域を覆うドーピングマスクを形成した後、公知のドーピング法によって、半導体層802、901に不純物(リンおよび/またはボロン)をドーピングする。この結果、半導体層802にはソース領域803、ドレイン領域804、チャネル形成領域805が形成される。他方半導体層901には、ゲイト絶縁膜が存在しない領域にはソース領域906、ドレイン領域907が形成される。またゲイト絶縁膜905が存在している領域には、チャネル形成領域908、オフセット領域909、910が形成される(図10(F))。
【0107】
なお、ゲイト絶縁膜905が半透過なマスクをして機能するように、ドーピング工程の条件を設定することで、領域909、910にソース/ドレイン領域906、907よりも不純物濃度が低い低濃度不純物領域を形成することができる。オフセット領域、低濃度不純物領域は高抵抗なため、TFT900の耐圧特性を向上させることができる。
【0108】
TFT800上の図示しないドーピングマスクを除去し、ドープした不純物を活性化させた後、厚さ400nmの酸化珪素膜を層間絶縁膜730として形成し、これにコンタクトホールを形成する。次に、チタン/アルミニウム/チタンでなる積層膜を形成し、パターニングして、電極806、807、911、912を形成する。以上の工程によって、低耐圧(高速動作)型のボトムゲイト型TFT800と、高耐圧型のトップゲイト型TFT900を同一基板上に有する半導体集積回路が完成する(図10(G))。
【0109】
[実施例6] 図11に、本実施例のTFTの作製工程を説明する断面図を示す。本実施例は、実施例1、4と同様に、ボトムゲイトTFTを高耐圧型とし、トップゲイト型TFTを高速動作型に作製する例である。
【0110】
本発明のボトムゲイト型TFTのゲイト絶縁膜はトップゲイト型TFTの下地絶縁膜が用いられている。従来この下地膜は数100nm程度の比較的厚い膜を形成する。また、トップゲイト型TFTではゲイト電極によってチャネル形成領域は自己整合的に形成される。従って、これらの事項を考慮すると、高耐圧型TFTと高速動作型TFTを集積化するには、ボトムゲイト型TFTのゲイト絶縁膜を厚くし、トップ型TFTのゲイト絶縁膜を薄くするのが、最も好ましい形態と考えられる。
【0111】
実施例1、4では、トップゲイト型TFTのゲイト絶縁膜はCVD法による堆積膜を用いていたが、本実施例では熱酸化膜とする。またトップゲイト型TFTのゲイト電極の構造をサリサイドとする。本実施例では、この熱酸化膜とサリサイドの組み合わせにより、さらなる高速動作特性の向上をはかることを目的とする。
【0112】
石英基板1000上に、ボトムゲイト型TFT2000の幅のゲイト電極2001を作製する。熱酸化工程に耐えるように、ゲイト電極2001の材料はリンが添加された多結晶シリコンとする。多結晶シリコンの他に、金属とシリコンの化合物であるシリサイドでもよい。またTFT2000を高耐圧型とするため、ゲイト電極2000の幅を2〜4μmとし、ここでは2μmとする。
【0113】
次に、プラズマCVD法にて、ボトムゲイト用ゲイト絶縁膜1010を厚さ200nmの酸化珪素膜で形成する。
【0114】
次にゲイト絶縁膜1010上に、減圧CVD法にて厚さ70nmの真性(I型)の非晶質シリコン膜を堆積し、結晶化し多結晶シリコンを形成する。結晶化には公知の熱結晶化、レーザ結晶化を用いる。この多結晶シリコン膜を島状に分離し、ボトムゲイト型TFT2000の半導体層2002とトップゲイト型TFT3000の半導体層3002を形成する(図11(A))。
【0115】
次に、酸化性雰囲気にて半導体層2002、3002表面を熱酸化して、熱酸化膜51、52を形成する。本実施例では熱酸化膜の膜厚を50nmとする。そのため半導体層の膜厚は約25nm薄くなる。熱酸化膜52はトップゲイト型TFT3000のゲイト絶縁膜を構成するものである。よって、熱酸化膜52を用いることにより、数10nm程度に薄くとも、緻密で膜界面準位が少ないゲイト絶縁膜を形成することができる。
【0116】
熱酸化膜52上に、リンが添加された多結晶シリコンでゲイト電極3003を形成する。ゲイト電極3003の厚さは500〜800nmとする。ここでは600nmとする。またTFT3000を高速動作型とするため、ゲイト電極3003幅を1μmとする(図11(B))。
【0117】
TFT2000のチャネル形成領域を覆うレジストマスク54を形成した後、イオンドーピング法によって、半導体層2002、3002にリンを添加して、n- 領域54、55を形成する。半導体層2002、3002において、レジストマスク54、ゲイト電極3003に覆われていた領域は真性の導電性が保たれる(図11(C))。
【0118】
次に、レジストマスク54を剥離した後、厚さ500nm〜1μmの酸化珪素膜もしくは窒化珪素膜を形成する。本実施例では、厚さ900nmの酸化珪素膜57(点線で図示する)を形成する。そして、酸化珪素膜57上にレジストマスク57を形成する。このマスク57は、ボトムゲイト型TFT2000のチャネルストッパー2003のパターニング用のマスクとして機能する。
【0119】
公知のRIE(反応性イオンエッチング)のよる異方性ドライエッチングによって、酸化珪素膜57をエッチングする。異方性エッチングによって、ゲイト電極3000の側面に酸化珪素の側壁が残され、マスク57下には酸化珪素のパターン60が残される。
【0120】
引き続き熱酸化膜51、52をエッチングする。熱酸化膜52はゲイト電極3003と側壁3004の下に残され、ゲイト絶縁膜3005が形成される。他方、マスク57下には熱酸化膜でなるパターン61が残される。先の酸化珪素のパターン60と熱酸化膜でなるパターン61の積層物がチャネルストッパー2003として機能する。このチャネルストッパー2003は、チャネル形成領域とその両端に形成される低濃度不純物領域を覆うように形成される。即ちチャネルストッパー2003の幅によって低濃度不純物の長さが決定される(図11(D))。
【0121】
次に、イオンドーピング法によってリンを半導体層2002、3002にドーピングし、n+領域を形成する。チャネルストッパー2003、ゲイト電極3003、側壁3004によってマスクされていない領域に、n+領域2004、2005、3006、3007が形成される(図11(E))。
【0122】
半導体層2002では、n+領域2004、2005はそれぞれソース領域、ドレイン領域となる。またチャネルストッパー2003に覆われていたn- 領域54は、高抵抗の低濃度不純物領域2006、2007となる。2回のドーピング工程においてリンがドープされなかった領域2009は、チャネル形成領域となる。
【0123】
他方半導体層3002では、n+領域3006、3007はそれぞれソース領域、ドレイン領域となる。またゲイト電極3003、側壁3004に覆われていたn-領域55は高抵抗の低濃度不純物領域3008、3009となる。2回のドーピング工程においてリンがドープされなかった領域3010はチャネル形成領域となる。
【0124】
なお本実施例ではTFT2000、3000ともnチャネル型としたが、公知のCMOS工程によって、nチャネル型とpチャネル型双方を作製できることができる。
【0125】
ドープしたリンを活性化した後、シリサイドを形成するための金属膜62を形成する。金属膜62にはチタン、タンタル、モリブデン、タングステン等が用いられる。本実施例ではチタン膜62を成膜する。次に550〜600℃の熱アニールにより、チタン膜62とシリコン(半導体層2002、3002、ゲイト電極3003)とを反応させる。
【0126】
この結果、TFT2000のソース/ドレイン領域2004、2005、TFT3000のソース/ドレイン領域3006、3007には、シリサイド層2011、2012、3011、3012が形成され低抵抗され、またゲイト電極3003の上層もシリサイド層3013が形成され低抵抗化される。
【0127】
シリサイド層2011、2012、3011〜3013はシリコン(ソース/ドレイン領域、ゲイト電極)と金属(配線)との合金反応によるコンタクト劣化を防止するためのものである。特にTFT3000は微細化によって、具体的にはチャネル長を短くすることによって高速動作を追求している。シリサイド層3011、3012を形成することによって、微細化に伴う短チャネル効果を抑制できるという効果も得られる。(図11(F))。
【0128】
なお、図11(F)では、TFT2000、3000のソース/ドレイン領域は全てシリサイド化されたように図示したが、シリサイド層が半導体層の底部に達しないで、半導体層の上層の一部がシリサイド化されるようにもできる。
【0129】
次に、チタン膜62を除去した後、層間絶縁膜1020を形成する。ここでは、プラズマCVD法にて、30nmの窒化珪素膜と900nmの酸化窒化珪素膜とを連続成膜する。次に層間絶縁膜1020にコンタクトホールを開口し、アルミニウムでなる配線2013、2014、3014〜3016を形成し、水素化処理を行い、高耐圧特性を有するボトムゲイト型TFT2000と、高速動作特性を有するトップゲイト型TFT3000が同一基板1000上に完成する(図11(F))。
【0130】
【発明の効果】
本発明においては、ボトムゲイト型TFTのゲイト絶縁膜と、トップゲイト型TFTの下地絶縁膜を第1の絶縁膜として共通化し、かつボトムゲイト型TFTのゲイト絶縁膜(第1の絶縁膜)と、トップゲイト型TFTのゲイト絶縁膜(第2の絶縁膜)は異なる層に存在し、異なるプロセスで作製される。このため、エッチングや成膜等のゲイト絶縁膜の膜厚を制御するためのプロセスを追加、変更せずに、トップゲイト型とボトムゲイト型のゲイト絶縁膜の膜厚を互いに異ならせることが容易にできる。
【0131】
従って、同一基板上に、TFTの信頼性を損なうことなく、低電圧で高速動作を優先するTFTと、高耐圧を優先するTFTを形成することができる。これをアクティブマトリクス型パネルに応用した場合には、信頼性および消費電力の改善が図られる。
【0132】
本発明の半導体集積回路の作製方法はトップゲイト型TFTの作製工程を基準にすると、この工程にボトムゲイト型TFTのゲイト電極を作製するための、成膜・パターニング工程を追加するだけである。しかもこの追加される工程は公知の技術である。よって、本発明は容易に実施可能であり、工業上有益である。
【0133】
また上記した実施例では、主に画素部とドライバ回路を一体化したアクティブマトリクス型パネルに本発明を応用する例を示した。更に、本発明を用いることにより、ドライバ回路だけでなく、ドライバ回路を制御するための演算回路や、DRAM等のメモリ回路等の高速動作・低電圧駆動の回路をも、高電圧駆動の画素部と同一基板上に形成することができる。また、数10V程度の駆動電圧のパワーMOS回路と、3〜5V程度で駆動される演算回路を同一基板上に形成することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1のアクティブマトリクスパネルの断面図である。
【図2】 アクティブマトリクスパネルのブロック図である。
【図3】 ゲイトドライバのブロック図である。
【図4】 実施例1のアクティブマトリクスパネルの作製工程を示す断面図である。
【図5】 実施例1のアクティブマトリクスパネルの作製工程を示す断面図である。
【図6】 実施例1のアクティブマトリクスパネルの作製工程を示す断面図である。
【図7】 実施例1のドーピング工程の他の実施方法を示す断面図である。
【図8】 実施例2のアクティブマトリクスパネルの断面図である。
【図9】 実施例4のTFTの作製工程を示す断面図である。
【図10】 実施例5のTFTの作製工程を示す断面図である。
【図11】 実施例6のTFTの作製工程を示す断面図である。
【符号の説明】
100 基板
110 ボトムゲイト用ゲイト絶縁膜(第1の絶縁膜)
120 トップゲイト用ゲイト絶縁膜(第2の絶縁膜)
130 第1の層間絶縁膜(第3の絶縁膜)
140 第2の層間絶縁膜
150 第3の層間絶縁膜
200 画素TFT(ボトムゲイト型TFT)
201 ゲイト電極
202 半導体層
203 チャネル形成領域
204 ソース領域
205 ドレイン領域
210 遮光膜
211 画素電極
212 補助容量
300 nチャネル型ドライバTFT(ボトムゲイト型TFT)
350 pチャネル型ドライバTFT(ボトムゲイト型TFT)
302、303 半導体層
304、305 ゲイト電極
306、307 チャネル形成領域
308、309 ソース領域
310、311 ドレイン領域
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit having a plurality of thin film transistors (TFTs), and relates to a semiconductor integrated circuit having a high breakdown voltage TFT and a high-speed driving TFT on the same substrate and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Recently, research has been conducted on an insulating gate type semiconductor device having a thin film semiconductor layer (also referred to as an active layer) on an insulating substrate. In particular, thin-film insulated gate transistors, so-called thin film transistors (TFTs), have been actively studied. Depending on the material and crystal state of the semiconductor to be used, it is distinguished as amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si TFT) TFT or polysilicon TFT (hereinafter referred to as p-Si TFT).
[0003]
In general, the electric field mobility of an amorphous semiconductor is small, and therefore an a-Si TFT cannot be used for a TFT that requires high-speed operation. On the other hand, a crystalline semiconductor such as polysilicon has a high electric field mobility, and a TFT capable of high speed operation can be manufactured.
[0004]
In general, p-Si TFTs are distinguished by low temperature p-Si TFTs and high temperature p-Si TFTs depending on the process temperature of silicon crystallization. In recent years, the performance of p-Si TFTs has been improved. In particular, the threshold voltage is 3 V or less for low-temperature p-Si TFTs and 1.5 V or less for high-temperature p-Si TFTs. Also, the power supply voltage has been lowered, and it has become possible to operate at a clock frequency of several MHz to several tens of MHz even with a relatively low power supply voltage of 10 V or less for a low temperature p-Si TFT and 5 V or less for a high temperature p-Si TFT.
[0005]
For an active matrix display panel such as a liquid crystal display device, a peripheral circuit integrated type in which not only a pixel circuit but also a peripheral circuit (driver circuit) for driving the pixel circuit is formed on the same substrate by p-Si TFT. Commercialization of panels is progressing.
[0006]
From the viewpoint of simplifying the configuration of the electronic system and reducing power consumption, it is desirable that the power supply voltage level of the liquid crystal display system is the same as that of the external IC for controlling the driver circuit. Usually, the operating voltage of the IC is 5V or 3.3V. In general, the power supply voltage of the driver circuit of the active matrix panel is about 5V. However, for the following reasons, it is very difficult to reduce the power supply voltage of the pixel circuit to several volts at present.
[0007]
In recent years, the demand for gradation display has increased, and 256 gradations (8 bits) are necessary for full-color display. For example, if the voltage level of the liquid crystal per gradation is 10 to 20 mV, the level of the driving voltage of the liquid crystal is about 2.5 to 5 V in order to realize 256 gradations.
[0008]
The threshold voltage of the liquid crystal is about 1.5 to 2V in the TN mode and about 2 to 5V in the ECB mode.
[0009]
Accordingly, the power supply voltage of the pixel circuit is at least about 14 to 25 V when the threshold voltage of the pixel TFT, the threshold voltage of the liquid crystal, the voltage required for gradation display, and the driving voltage of the liquid crystal (amplitude of the alternating voltage) are added. It is appropriate to set to. Therefore, since a relatively high voltage is applied to the pixel TFT and the gate driver TFT, there is a problem that the pixel TFT and the gate driver TFT are easily deteriorated.
[0010]
On the other hand, a signal processing circuit such as a driver circuit is a circuit that is operated at a low voltage of about 3 to 5 V, and high speed operation characteristics are required for the driver TFT. As described above, in the peripheral integrated panel, TFTs having contradictory characteristics such as a high voltage operation-high withstand voltage TFT and a low voltage operation-high speed operation TFT are manufactured on the same substrate.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the peripheral integrated panel described above, the pixel TFT driven at a high voltage is likely to deteriorate. An n-channel TFT is mainly used as the pixel TFT. The main cause of the deterioration of the n-channel TFT is that hot carriers are injected into the gate insulating film at the drain junction. In particular, when the gate insulating film is formed of an insulating film formed by CVD or the like, the degree of deterioration becomes larger because the trap level is larger than that of the thermal oxide film.
[0012]
In order to prevent deterioration due to carrier injection, the applied voltage is lowered or the gate insulating film is thickened to weaken the electric field strength at the drain junction. However, as described in the conventional example, it is difficult to reduce the voltage applied to the pixel portion. On the other hand, the technique of increasing the thickness of the gate insulating film reduces the deterioration of the pixel TFT, but reduces the operation speed of the driver circuit. In order to maintain the operation speed of the driver circuit, the drive voltage may be increased, but the power consumption increases.
[0013]
Thus, a method for satisfying the characteristics of the respective TFTs by recalling the gate insulating films of the high breakdown voltage TFT and the high-speed operation TFT and making the film thicknesses different is conceived. However, the following problems arise.
[0014]
First, an optimum film thickness can be obtained by separately forming the gate insulating film forming process of the high voltage TFT and the high speed TFT. However, it becomes necessary to produce a resist mask that covers the other gate insulating film, which causes a problem of contamination and complicates the process.
[0015]
Second, a method of reducing the thickness of the gate insulating film of the high-speed operation TFT by an etching method is conceivable. However, there is a problem in the controllability and reproducibility of the film thickness. In particular, in the top gate type TFT, the gate insulating film is etched in the presence of the active layer, so that a new defect level is generated and the reliability is impaired. Further, in the case of a top gate type TFT, if the gate insulating film is made thick, it becomes difficult to perform impurity doping by through doping.
[0016]
High speed operation and high breakdown voltage are contradictory characteristics. As described above, it is very difficult to manufacture a high-speed operation type TFT and a high breakdown voltage type TFT on the same substrate without impairing reliability by a conventional TFT manufacturing method. The present invention is intended to provide an answer to such a difficult problem.
[0017]
An object of the present invention is to form a top gate type TFT and a bottom gate type TFT on the same substrate and to make the high-speed operation TFT on the same substrate by making the film thicknesses of the gate insulating films of the two types of TFTs different from each other. An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit having a high voltage TFT.
[0018]
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit capable of easily and reliably manufacturing a semiconductor integrated circuit in which such high-speed operation TFTs and high breakdown voltage TFTs are integrated.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a semiconductor integrated circuit according to the present invention has a top gate type thin film transistor and a bottom gate type thin film transistor on the same substrate.
A first insulating film covering the substrate;
A gate electrode of the bottom gate type thin film transistor formed between the substrate and the first insulating film;
A semiconductor layer of the top gate type thin film transistor formed on the first insulating film; a semiconductor layer of the bottom gate type thin film transistor;
A second insulating film covering at least a channel formation region of the semiconductor layer of the top gate thin film transistor;
A gate electrode of the top gate type thin film transistor formed on the second insulating film;
Have
The first insulating film is used as a gate insulating film of the bottom gate type thin film transistor, and the second insulating film is used as a gate insulating film of the top gate type thin film transistor.
[0020]
In order to solve the above-described problem, the structure of the method for manufacturing a semiconductor integrated circuit according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit having a bottom gate thin film transistor and a top gate thin film transistor on the same substrate. ,
Forming a gate electrode of the bottom gate type thin film transistor on the substrate;
A second step of forming a first insulating film covering the substrate and the gate electrode of the bottom gate type thin film transistor;
A semiconductor layer of the top gate thin film transistor on the first insulating film;
A third step of forming a bottom gate type thin film transistor semiconductor layer;
A fourth step of forming a second insulating film covering at least the channel formation region of the semiconductor layer of the top gate thin film transistor;
A fifth step of forming a gate electrode of the top gate type thin film transistor on the second insulating film;
Have
The first insulating film is used as a gate insulating film of the bottom gate type thin film transistor, and the second insulating film is used as a gate insulating film of the top gate type thin film transistor.
[0021]
In the present invention, the gate insulating film of the bottom gate type TFT and the base insulating film for preventing impurity diffusion from the substrate of the top gate type TFT are made common to the first insulating film, and the gate of the bottom gate type TFT is provided. The insulating film (first insulating film) and the gate insulating film (second insulating film) of the top gate type TFT are present in different layers, and are characterized by being manufactured by different processes.
[0022]
With the configuration of the present invention described above, the thickness of the top gate type gate insulating film and the bottom gate type gate insulating film can be made different without adding or changing a process for changing the thickness of the gate insulating film such as etching or film formation. Can be easily done. Based on the manufacturing process of the top gate type TFT, the integrated circuit manufacturing method of the present invention only adds a process of manufacturing the gate electrode of the bottom gate type TFT before forming the base insulating film. Therefore, according to the present invention, TFTs having contradictory characteristics of a high breakdown voltage type TFT and a high speed operation type TFT can be easily manufactured on the same substrate without impairing reliability.
[0023]
For example, the bottom gate type TFT is a high breakdown voltage type with a thick gate insulating film. On the other hand, the top gate type TFT is made a high speed operation type by thinning the gate insulating film. On the contrary, the first insulating film can be made thinner than the second insulating film so that the bottom gate type TFT can be a high breakdown voltage type and the top gate type TFT can be a high speed operation type.
[0024]
Actually, the thicknesses of the first and second insulating films are appropriately set according to the driving voltage of the TFT. For example, when the semiconductor integrated circuit of the present invention is applied to an active matrix type liquid crystal display device, if it is a low drive voltage and high speed operation type TFT of about 3 to 5 V such as a signal processing circuit such as a driver circuit, The thickness of the gate insulating film (first or second insulating film) may be 100 nm or less. The lower limit is defined by a film thickness that does not open pinholes, and is about 10 nm for a deposited film such as a CVD film, and can be 10 nm or less using a thermally oxidized film with good density.
[0025]
In the case of a TFT driven by a relatively high power supply voltage of about 14 to 25 V, such as a pixel TFT, the thickness of the gate insulating film (first or second insulating film) is increased to about 150 nm to 300 nm. To do. If the driving voltage is higher, the first or second insulating film is made thicker.
[0026]
For example, when the top gate type TFT is a low driving voltage / high speed operation type and the bottom gate type thin film transistor is a high driving voltage / high withstand voltage type, the second insulating film is thinned to 100 nm or less, and the first insulating film Is as thick as 150-300 nm. Further, when the characteristics of the top gate type and the bottom gate type are reversed, the relationship between the thicknesses of the first and second insulating films may be reversed.
[0027]
In conventional semiconductor integrated circuits (particularly digital circuits), the voltages used are all the same in the circuit. For example, in a DRAM, a memory area and a peripheral circuit are driven with a single voltage. Therefore, the features of the present invention can be understood by paying attention to the fact that the conventional semiconductor integrated circuit technology does not require the thickness of the gate insulating film to be positively changed as in the present invention.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a cross-sectional view of an active matrix panel. On the same substrate 100, a bottom gate type TFT 200,
Top gate TFTs 300 and 350 are provided. The substrate 100 is provided with a first insulating film 110 that covers the surface. A gate electrode 201 of the bottom gate type TFT 200 is formed between the substrate 100 and the first insulating film 110. On the first insulating film 100, the semiconductor layer 202 of the bottom gate type TFT 200 and the semiconductor layers 302 and 303 of the top gate type TFTs 300 and 350 are formed.
[0029]
The first insulating film 110 functions as a gate insulating film of the bottom gate type TFT 200, and impurities such as Na ions diffuse from the substrate 100 (particularly, a glass substrate) into the semiconductor layers 302 and 303 of the top gate type TFTs 300 and 350. It also functions as a base film for preventing this.
[0030]
The first insulating film 110 includes a single layer film formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a multilayer film thereof formed by a deposition method such as a CVD method. The multilayer structure has an effect that the redundancy is increased as compared with the case where a thick film of 150 to 300 nm is formed by a single layer film. For example, even if the pin pole is generated by a single film, the pin pole can be covered by being laminated in multiple layers.
[0031]
In addition, from the viewpoint of TFT mobility characteristics, the semiconductor layers 202, 302, and 303 are preferably formed of polycrystalline silicon. As a method for forming polycrystalline silicon, an amorphous silicon thin film may be crystallized by heat treatment or laser irradiation.
[0032]
In the case of using the above crystallization process, the material of the substrate 100 may be selected depending on the process temperature. For example, a glass substrate is used when a low temperature process of about 600 ° C. is used, and a quartz substrate is used when a high temperature process of about 900 ° C. is used.
[0033]
Further, the material of the gate electrode 201 of the bottom gate type 200 formed before the crystallization process is selected so as to withstand the crystallization process temperature. Examples of the material of the gate electrode 201 include semiconductor materials such as polycrystalline silicon or microcrystalline silicon to which phosphorus is added, refractory metals such as tantalum, chromium, tungsten, molybdenum, and titanium, alloys or silicides of these refractory metals. Can be used.
[0034]
Next, the second insulating film 120 is formed over the semiconductor layers 202, 302, and 303. The second insulating film 120 functions as a gate insulating film of the top gate type TFTs 300 and 350. As the second insulating film, a deposited film by CVD such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film, or a single layer film or a multilayer film made of a thermal oxide film obtained by thermally oxidizing the semiconductor layers 302 and 303 is used. For example, a laminated film of a thermal oxide film and a silicon oxide deposited film by CVD can be used.
[0035]
As one embodiment, the bottom gate type TFT 200 is a high breakdown voltage type by thickening the gate insulating film, and the first insulating film 110 is used when the gate gate insulating film of the top gate type TFTs 300 and 350 is thinned to be a high speed operation type. The film thickness may be about 150 to 300 nm, and is set appropriately depending on the required high breakdown voltage characteristics. On the other hand, the second insulating film 120 is preferably as thin as possible from the viewpoint of high-speed operation characteristics.
[0036]
As a method of making the gate insulating film of the bottom gate type TFT 200 thicker, the gate electrode 201 is formed of an anodic refractory metal such as tantalum, titanium, molybdenum, chromium, etc., and the gate electrode is anodized to surround it. The method of producing a metal oxide is mentioned.
[0037]
Next, the gate electrodes 304 and 305 of the top gate type TFTs 300 and 350 are formed on the second insulating film 120. The materials of the gate electrodes 304 and 305 are semiconductor materials such as polycrystalline silicon or microcrystalline silicon to which phosphorus is added, refractory metals such as tantalum, chromium, tungsten, molybdenum, and titanium, alloys or silicides of these refractory metals. Can be used. In order to operate the top gate type TFTs 300 and 350 at higher speed, the top gate type TFTs 300 and 350 are made of a material mainly composed of low resistance aluminum. Further, it can be submicron to be a high-speed operation type. In this case, it is preferable to salicide the semiconductor layer and gate electrode of the top gate type TFT.
[0038]
Next, a third insulating film 130 that covers the second insulating film 120 and the gate electrodes 304 and 305 of the top gate type TFTs 300 and 350 is formed. Then, contact holes reaching the semiconductor layers 202, 302, and 303 are opened in the second and third insulating films 120 and 130, and wirings 209 and 210 connected to the active layers 202, 302, and 303 are formed. Since the semiconductor layers 202, 302, and 303 are respectively covered with the same second and third insulating films 120 and 130, the contact hole opening process of the bottom TFT 200 and the top gate TFTs 300 and 350 is made the same. Can do.
[0039]
Here, the top gate type has been described as a high-speed operation type, and the bottom gate type has been described as a high breakdown voltage type, but it is apparent that the reverse is possible.
[0040]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0041]
Embodiment 1 In this embodiment, an example in which the present invention is applied to an active matrix display device in which a pixel portion and a driver circuit are formed on the same substrate will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the matrix panel of this embodiment, and FIG. 2 is a block diagram of the active matrix panel of this embodiment.
[0042]
As shown in FIG. 2, the substrate 10 includes a pixel unit 11 that performs display, a peripheral circuit including a source driver 12 and a gate driver 13, and an extraction terminal unit 14 for inputting signals and power from the outside. Is provided. A plurality of pixel electrodes are arranged in a matrix in the pixel portion 11, and TFTs are connected to the pixel electrodes, respectively. The source driver 12 and the gate driver 13 are composed of TFTs. The output of the source driver 12 is connected to the source line of the pixel TFT, and a video signal is input to the pixel TFT. The output of the gate driver 13 is connected to the gate line of the pixel TFT and controls on / off of the pixel TFT.
[0043]
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the pixel TFT 200 in which high breakdown voltage is given priority is a bottom gate type. On the other hand, the n-channel driver TFT 300 and the p-channel driver TFT 350 constituting the source driver 12 and the gate driver 13 in which high-speed operation is given priority are set to the top gate type. An inverter circuit can be configured by connecting the TFTs 300 and 350 in a complementary manner.
[0044]
By making the TFT structure different, the gate insulating film of the pixel TFT 200 (bottom gate type TFT) is made thick without impairing the reliability of the TFT, and the thickness of the gate insulating film of the driver TFT 300, 350 (top gate type TFT). It is possible to reduce the thickness. Hereinafter, a manufacturing process of the active matrix panel shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
[0045]
First, as shown in FIG. 4A, the gate electrode 201 of the pixel TFT 200 is formed on the glass substrate 100. Here, a gate electrode 201 is formed by forming a tantalum film with a thickness of 200 nm by sputtering and patterning.
[0046]
Next, a bottom gate insulating film 110 made of a silicon oxide film and having a thickness of 150 to 300 nm is formed on the entire substrate 100 by sputtering or plasma CVD. In this embodiment, the thickness of the gate insulating film 110 is 200 nm. The bottom gate insulating film 110 functions as a gate insulating film of the pixel TFT 200 and also functions as a base film that prevents diffusion of impurities from the substrate 100. Further, the gate insulating film 110 is not a single layer film but can be a multilayer film in which insulating films selected from a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film are stacked. By using a multi-layer structure rather than a single-layer film having a thickness of 150 to 300 nm, there is an effect that redundancy is improved.
[0047]
Next, a polycrystalline silicon film 21 for forming a TFT semiconductor layer is formed.
An intrinsic (I type) amorphous silicon film having a thickness of 40 to 150 nm, for example 55 nm, is deposited by plasma CVD or low pressure CVD, and crystallized by a known crystallization method to form a polycrystalline silicon film 21. (FIG. 4A).
[0048]
The polycrystalline silicon film 21 is patterned by photolithography to be separated into islands, thereby forming the semiconductor layer 202 of the pixel TFT 200 and the semiconductor layers 302 and 303 of the driver TFTs 300 and 350, respectively (FIG. 4B).
[0049]
Next, a gate insulating film 120 for top gate covering the semiconductor layers 202, 302, and 303 is formed to a thickness of 10 to 100 nm. In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 100 nm is formed by plasma CVD. In addition to the silicon oxynitride film, a silicon oxide film or a silicon nitride film can also be formed. Further, a multilayer film of these insulating films may be formed. In the pixel TFT 200, the gate insulating film 120 constitutes the lowermost layer of the interlayer insulating film (FIG. 4C).
[0050]
Next, the conductive film 22 constituting the gate electrodes of the driver TFTs 300 and 350 is formed. In this embodiment, an aluminum film to which a small amount of Sc is added is formed by sputtering to a thickness of 300 nm (FIG. 4D).
[0051]
Next, the conductive film 22 is patterned to form the gate electrodes 304 and 305 of the driver TFTs 300 and 350. Since aluminum is an anodizable material, a known anodizing treatment may be performed after patterning to form an anodized film around the gate electrode. By forming the anodic oxide film, the heat resistance of the gate electrodes 304 and 305 can be improved (FIG. 5A).
[0052]
Next, the semiconductor layers 202 and 302 are doped with n-type impurities by a known doping method. First, a photoresist mask 23 having openings in the semiconductor layers 202 and 302 and covering the channel formation region and the semiconductor layer 303 with the semiconductor layer 202 of the pixel TFT 200 is formed. Ion doping is used for doping, and phosphine is used as a doping gas.
[0053]
In this doping process, in the pixel TFT 200, the region 203 shielded by the photoresist mask 23 becomes a channel formation region. The regions 204 and 205 function as n-type source and drain regions. In the driver TFT 300, the region 306 shielded by the gate electrode 304 substantially maintains the intrinsic conductivity type and becomes a channel formation region. The regions 308 and 309 which are not shielded become n-type source regions and drain regions (FIG. 5B).
[0054]
Next, the resist mask 23 is peeled off, a resist mask 24 having an opening in the semiconductor layer 303 is newly formed, and a p-type impurity, for example, boron is doped into the semiconductor layer 303 by ion doping. As a result, p-type impurity regions 312 and 313 are formed. These regions 312 and 313 become a source region and a drain region of the driver TFT 350. After the doping process, the resist mask 24 is peeled off, and the doped impurities are activated by laser annealing or thermal annealing (FIG. 5C).
[0055]
Note that the mask 23 used in the doping step shown in FIG. 5B mainly functions to shield the channel formation region of the bottom gate type TFT 200. In order to form such a mask in a self-aligning manner, the method shown in FIG. 7 can be used. First, after the process shown in FIG. 5A, a resist 30 is applied to the entire surface.
Then, laser light is irradiated from the back surface of the substrate 100 to expose the resist 30 (FIG. 7A).
[0056]
Then, since the gate electrodes 202, 303, and 304 function as a mask, a portion that is not irradiated with laser light remains after development, and a mask 31 that covers the channel formation region of the bottom gate type TFT 200 is formed in a self-aligned manner. Using this mask 31, phosphorus is doped to form n-type impurity regions 204, 205, 310, and 311. In this case, phosphorus is also added to the semiconductor layer 303, so that n-type impurity regions 310 and 311 are formed (FIG. 7B).
[0057]
Therefore, in the boron doping step shown in FIG. 5C, the dose must be set so that the conductivity type of the n-type impurity regions 310 and 311 is inverted to the p-type.
[0058]
In addition, although the ion doping method is used in the doping step of FIG. 5B, the mask 23 becomes unnecessary by using the laser doping method. In the case of an ion doping method, laser light is irradiated from the back surface of the substrate 100 in an atmosphere containing activated phosphorus.
[0059]
Then, in the semiconductor layer of the TFT 200, the region where the laser beam is blocked by the gate electrode 201 is not doped with dopant, so that n-type impurity regions 204 and 205 are formed in a self-aligned manner, and the conductivity of the region 203 is increased. Is true.
[0060]
On the other hand, in the semiconductor layers of the TFTs 300 and 350, the region where the dopant contacts is limited by the gate electrodes 304 and 305, so that n-type impurity regions 308 to 311 are formed in a self-aligned manner as shown in FIG. . Therefore, in the boron doping step shown in FIG. 5C, the dose must be set so that the conductivity type of the n-type impurity regions 310 and 11 is inverted to the p-type.
[0061]
After activating the impurity doped in the semiconductor layer, a silicon oxide film having a thickness of 600 nm is formed as a first interlayer insulating film 130 by a plasma CVD method (FIG. 6A).
[0062]
Next, the first interlayer insulating film 130 and the gate insulating film 120 are etched, and contact holes 206, 207, 314 to 318 reaching the source / drain regions 204, 205, and 308 to 311 of the TFTs 200, 300, and 350, respectively. Then, contact holes 320 and 321 reaching the gate electrodes 304 and 305 of the driver TFTs 300 and 350 are formed (FIG. 6B).
[0063]
Next, a 100 nm titanium film, a 300 nm aluminum film, and a 100 nm titanium film are continuously formed by sputtering and patterned to form electrodes 208, 209, and 322 to 326. Thus, the TFTs 200, 300, and 350 are completed (FIG. 6C).
[0064]
Next, a pixel electrode connected to the pixel TFT 200 is manufactured. First, as shown in FIG. 1, a second interlayer insulating film 140 covering these electrodes 208, 209, and 322 to 326 is formed of an acrylic film having a thickness of 1 μm. A resin film of acrylic or the like is suitable as a base on which a pixel electrode is formed because a flat surface can be obtained by canceling the unevenness of the base. As the interlayer insulating film 140, an organic resin material such as acrylic, polyamide, or polyimide amide can be used in addition to polyimide. Among organic resin materials, acrylic is the cheapest. In addition, an inorganic insulating material of silicon nitride, silicon oxide, or silicon nitride oxide film can be used for the interlayer insulating film 140. Alternatively, a laminate of an inorganic material and an organic resin material can be used.
[0065]
Next, a titanium film having a thickness of 150 to 250 nm, for example, 200 nm is formed on the second interlayer insulating film 140 by sputtering and patterned to form a light shielding film 210 that covers the semiconductor layer of the pixel TFT 200. Next, a third interlayer insulating film 150 made of acrylic having a thickness of 0.5 μm is formed on the entire substrate so as to cover the light shielding film 210.
[0066]
Next, the second and third interlayer insulating films 140 and 150 are etched, a contact hole reaching the electrode 209 is opened, and a pixel electrode 211 connected to the electrode 209 is formed. In the case of a transmissive display panel, the pixel electrode 211 is formed of an indium tin oxide film (ITO) or a transparent conductive material such as tin oxide. In the case of a reflection type, the pixel electrode 211 is formed of a metal film such as aluminum. The pixel TFT 200 is connected to a storage capacitor 212 having a light shielding film 210, a pixel electrode 211 as a counter electrode, and a third interlayer insulating film 150 as a dielectric.
[0067]
Finally, annealing was performed at 350 ° C. for 30 minutes in a hydrogen atmosphere of 1 atm. Through the above steps, an active matrix substrate having a bottom gate type pixel TFT 200 and top gate type driver TFTs 300 and 350 is completed (FIG. 1).
[0068]
By adopting the manufacturing method of this embodiment, TFTs having gate insulating films with different thicknesses can be manufactured over the same substrate without adding an etching process or an extra film forming process. According to this embodiment, the top gate type gate insulating film 120 is made as thin as 100 nm and the bottom gate gate insulating film 110 is made as thick as 200 nm, so that the top gate type TFTs 300 and 350 having high-speed operation characteristics and the high withstand voltage characteristics can be obtained. The bottom gate type TFT 200 having the same can be manufactured over the same substrate. Note that the thickness of the gate insulating film of the TFT 200, TFT 300, 350 may be appropriately set by the practitioner depending on the driving voltage or the like.
[0069]
Further, in the top gate type TFTs 300 and 350 of this embodiment, the channel forming regions are formed in a self-aligned manner by the gate electrodes 304 and 305. Therefore, by narrowing the width of the gate electrodes 304 and 305, the channel length can be shortened in a self-aligned manner, and the high-speed operation characteristics of the top gate type TFTs 300 and 350 can be further improved.
[0070]
The gate electrode of the top gate type TFT is formed after the crystallization process of polycrystalline silicon. Therefore, since the gate electrode can be made of a low melting point but low resistance material such as aluminum, the top gate type TFT is more suitable for the high speed operation type TFT than the bottom gate type. Further, since the top gate type uses a gate electrode as a doping mask, a channel formation region is formed in a self-aligned manner. Therefore, by reducing the width of the gate electrode, the channel length can be easily shortened, and higher speed operation characteristics can be improved.
[0071]
Conversely, by increasing the channel length, the breakdown voltage characteristics can be improved. Even in a TFT having a gate insulating film with the same film thickness, by changing the gate line width, a TFT giving priority to higher speed operation and a TFT giving priority to a high breakdown voltage can be separately formed. In the top gate type TFTs 300 and 350, the channel formation region is formed by the gate electrode in a self-aligned manner. Therefore, for example, the gate electrode width of a circuit giving priority to high-speed operation such as a shift register circuit is set to about 1 μm, The gate electrode width of a circuit that prioritizes high breakdown voltage is set to about 2 μm, and the characteristics can be made different between the same top gate type TFTs 300 and 350. The same applies to the bottom gate type TFT 200.
[0072]
Example 2 This example is a modification of the active matrix panel shown in Example 1. FIG. A cross-sectional view of the active matrix panel of this example is shown in FIG.
[0073]
In this embodiment, the light shielding film 330 for the driver TFTs 300 and 350 is formed by the same process as the gate electrode 201 of the pixel TFT 200. The configuration other than the light shielding film 330 and the manufacturing process are the same as those in the first embodiment, and in FIG.
[0074]
When the material of the substrate 100 is light-transmitting like glass or quartz, light enters the semiconductor layers 302 and 303 of the TFTs 300 and 350 from the back surface of the substrate 100, which causes the TFTs 300 and 350 to deteriorate. In this embodiment, an object is to shield the semiconductor layers 302 and 303 from light incident from the back surface of the substrate 100 by providing the light shielding film 330.
[0075]
In order to form the light shielding film 330, first, the gate electrode 201 and the starting film of the light shielding film 330 are formed on the substrate 100. The starting film may be made of a metal that has conductivity and reflects light. From the viewpoint of heat resistance of the gate electrode 201, a high melting point metal material such as titanium, molybdenum, chromium, tantalum, or tungsten, or these The alloy is used.
[0076]
After the metal film is formed on the substrate 100, the gate electrode 201 and the light shielding film 330 are formed by patterning. For example, the light shielding film 330 is formed in the entire position where the source driver 12 and the gate driver 13 shown in FIG. 1 are formed. Alternatively, they are formed only at positions where the semiconductor layers 302 and 303 of the top gate TFTs 300 and 350 are formed.
[0077]
In the present embodiment, the light shielding film can be formed only by changing the mask pattern for patterning the gate electrode 201 of the first embodiment. Therefore, the photogate deterioration of the top gate TFTs 300 and 350 can be prevented without complicating the process.
[0078]
[Embodiment 3] In Embodiment 1, an example in which the TFTs constituting the source driver 12 and the gate driver 13 are all high-speed operation type top gate TFTs 300 and 350 is shown. However, the gate driver 13 is not relatively higher in operating frequency than the source driver 12. Therefore, the gate driver 13 may be manufactured using the high breakdown voltage TFT 200 of the first embodiment, and the source driver 12 may be manufactured using the high-speed operation type top gate TFTs 300 and 350.
[0079]
As shown in FIG. 3, the gate driver 13 has a configuration in which a shift register circuit 16, a level shifter circuit 17, and an output buffer circuit 18 are sequentially connected, and the output of the output buffer circuit 18 is arranged in the pixel unit 13. It is connected to the gate electrode of the pixel TFT.
[0080]
Generally, the drive voltage of the shift register circuit 16 is about 5V, the level shifter circuit 17 is about 5-10V, the output buffer circuit 18 is about 14-25V, and the drive voltage differs from circuit to circuit. Therefore, since the shift register circuit 16 is required to operate at a low voltage and at a high speed, the shift register circuit 16 is manufactured using high-speed operation type top gate TFTs 300 and 350 and is driven at a high voltage like the level shifter circuit 17 and the output buffer circuit 18. A circuit in which high withstand voltage is prioritized may be manufactured with the bottom gate type TFT 200.
[0081]
In the first embodiment, the bottom gate type TFT 200 is only an n-channel type, but an n-type and a p-type conductivity type may be separately formed by a known CMOS process, and the bottom gate type TFT 200 also has an inverter circuit. Obviously we can do it.
[0082]
In the active matrix panel shown in FIG. 2, examples of TFTs that require high voltage resistance include a protective TFT connected to the lead terminal 14 and a TFT connected to a short link (not shown). . Such a TFT may be manufactured using a high breakdown voltage bottom gate TFT 200.
[0083]
In addition, since holes are less likely to move in the semiconductor layer than electrons, p-channel TFTs do not suffer from ion implantation due to hot carriers and are unlikely to deteriorate. On the other hand, the n-channel TFT is easily deteriorated due to the ion implantation phenomenon, but has a higher mobility than the p-channel TFT. For this reason, the TFTs constituting the drivers 12 and 13 may be fabricated by using high-speed operation type top gate type TFTs as p-channel TFTs and high breakdown voltage type bottom gate type TFTs 200 as n-channel TFTs.
[0084]
In this embodiment, the top gate type TFT is described as a high-speed operation type, and the bottom gate type is described as a high breakdown voltage type. However, as shown in Example 5 (FIG. 10) described later, the top gate type TFT is set to a high breakdown voltage. It is also possible to make a circuit by making the bottom gate type a high-speed operation type.
[0085]
Example 4 FIG. 9 shows a manufacturing process of a TFT of this example.
[0086]
In Example 1, an example in which two types of TFTs having different gate insulating film thicknesses were produced was shown. In this embodiment, a method of manufacturing a bottom gate type TFT in which higher gate voltage resistance is pursued by changing the thickness of the gate insulating film between the bottom gate TFTs. In this embodiment, a method for forming a high breakdown voltage TFT 500, a medium breakdown voltage TFT 550, and a low breakdown voltage (high-speed operation) TFT 600 on the same substrate will be described. The names of these TFTs are for convenience of explanation, and indicate that the thickness of the gate insulating film is gradually reduced from high to low withstand voltage. In this embodiment, the high breakdown voltage TFT 500 and the medium breakdown voltage TFT 550 are bottom gate types, and the high speed operation TFT 600 is a top gate type.
[0087]
As shown in FIG. 9A, gate electrodes 501 and 502 of a high voltage TFT 500 and a medium voltage TFT 550 are formed on a glass substrate 400. Next, a first bottom gate gate insulating film 410 covering the gate electrode 501 is formed to a thickness of 10 nm to 300 nm. In this embodiment, a silicon nitride film having a thickness of 50 nm is formed by plasma CVD and patterned to form a first gate insulating film 410. As a material of the gate insulating film 410, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is used (FIG. 9A).
[0088]
Next, a second bottom gate insulating film 420 made of a silicon oxide film and having a thickness of 100 to 300 nm is formed on the entire substrate 100. The gate insulating film 420 functions as a gate insulating film for the TFTs 500 and 550, and functions as a base film for preventing diffusion of impurities from the substrate 400 in the TFT 600. In this embodiment, a silicon oxide film having a thickness of 200 nm is formed by plasma CVD.
[0089]
Next, island-shaped semiconductor layers 503, 504, and 601 are formed over the gate insulating film 420. The semiconductor layers 503, 504, and 601 are manufactured according to the steps shown in FIGS. 4A and 4B of Embodiment 1 (FIG. 9B).
[0090]
Next, a top gate gate insulating film 430 covering the semiconductor layers 503, 504, and 601 is formed to a thickness of 10 to 150 nm. In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 100 nm is formed by a CVD method. Next, the gate electrode 602 of the high speed operation type TFT 600 is formed of an aluminum film to which a small amount of Sc is added. Then, using a known doping method, the semiconductor layers 503, 504, and 601 are doped with phosphorus or / and boron to form source / drain regions 505 to 508, 603, and 604, and channel formation regions 509, 510, and 605. (FIG. 9C).
[0091]
After the impurities are activated, a silicon nitride film having a thickness of 400 nm is formed as an interlayer insulating film 440 by a plasma CVD method, and a contact hole is formed in this. Next, electrodes 509 to 513 and 607 to 609 are formed from aluminum and subjected to hydrogenation treatment, whereby a high breakdown voltage TFT 500, a medium breakdown voltage TFT 550, and a low breakdown voltage (high speed operation) TFT 600 are completed (FIG. 9D). ).
[0092]
In this embodiment, the gate insulating film of the high breakdown voltage TFT 500 includes a gate insulating film 410 having a thickness of 50 nm and a gate insulating film 420 having a thickness of 200 nm. The gate insulating film of the medium voltage TFT 550 is formed of a gate insulating film 420 having a thickness of 200 nm. The low breakdown voltage TFT 600 gate insulating film is a gate insulating film 430 having a thickness of 100 nm. By making the thickness of each gate insulating film different, three types of TFTs having different characteristics can be manufactured on the same substrate.
[0093]
When this embodiment is applied to an actual integrated circuit, the layout of the high breakdown voltage TFT 500, the medium breakdown voltage TFT 550, and the high-speed operation TFT 600 can be appropriately selected by the designer according to the driving voltage of the TFT and the frequency of the driving signal.
[0094]
For example, when the TFTs 500, 550, and 600 are applied to an active matrix panel, a circuit that prioritizes high-speed operation such as a shift register circuit, a logic circuit, a decoder circuit, and a memory circuit in a source driver or a gate driver has a low withstand voltage. A type TFT 600 is used. A signal processing circuit that prioritizes high breakdown voltage, such as a level shifter circuit and a buffer circuit driven by a relatively high voltage, and a pixel TFT arranged in the pixel portion are configured by a medium breakdown voltage TFT 550. A TFT to which a high power supply voltage such as a short link or an extraction terminal is applied is constituted by a high breakdown voltage TFT 500.
[0095]
In this embodiment, an etching process is used to form the gate insulating film 410. However, when etching is performed, only the gate electrodes 501 and 502 of the bottom gate type TFT are provided as shown in FIG. 9A. Is present. Therefore, since there is no influence on the semiconductor layer of the TFT, reliability is not impaired. In addition, since the film forming / etching conditions for forming the gate insulating film 410 and the selection range of usable means are widened, the formation is easy.
[0096]
Further, as shown in FIG. 9A, the first bottom gate insulating film 410 is formed so as to remain only in the region where the TFT 500 is formed, but also in the region where the top gate type TFT 600 is formed. It can be left to function as a base film of the TFT 600.
[0097]
Example 5 FIG. 10 is a cross-sectional view of a manufacturing process of a TFT of this example.
[0098]
In the first and fourth embodiments, the gate insulating film of the bottom gate type TFT is thickened and the gate insulating film of the top gate type TFT is thinned. However, in this embodiment, the gate insulating film of the bottom gate type TFT is thinned. An example of increasing the thickness of the gate insulating film of the top gate type TFT will be described. In FIG. 10, the bottom gate type TFT 800 is shown on the left side and the top gate type TFT 900 is shown on the right side.
[0099]
A gate electrode 801 of a bottom gate type TFT 800 is formed on a quartz or glass substrate 700. Next, a bottom gate insulating film 710 is formed of a silicon oxide film having a thickness of 100 nm by plasma CVD. The gate insulating film 710 also functions as a base insulating film of the top gate type TFT 900 (FIG. 10A).
[0100]
An intrinsic (I-type) crystalline silicon film having a thickness of 80 nm is deposited on the gate insulating film 710. A crystalline silicon film such as polysilicon is separated into island shapes, and a semiconductor layer 802 of a bottom gate type TFT 800 and a semiconductor layer 901 of a top gate type TFT 900 are formed. A silicon oxide film 720 having a thickness of 200 nm is deposited on the entire surface of the substrate over the semiconductor layers 802 and 901 by plasma CVD. The silicon oxide film 720 constitutes a gate insulating film of the top gate type TFT 900 (FIG. 10B).
[0101]
An aluminum film having a thickness of 4000 to 600 nm, for example, 500 nm is deposited on the silicon oxide film 720 by sputtering, and a thin aluminum oxide film (not shown) is formed on the surface thereof. Then, an aluminum pattern 41 is formed using the resist mask 42. The aluminum pattern 41 constitutes a gate electrode of the top gate type TFT 900. Further, the aluminum oxide film has a function of preventing the surface of the aluminum pattern 43 from being excessively oxidized by anodic oxidation described later (FIG. 10C).
[0102]
Next, an anodic oxidation treatment using the aluminum pattern 41 as an anode in an oxalic acid solution is performed, and a porous (porous) anodic oxide film 43 is formed on the side surface. This growth distance defines the width of an offset region to be formed later (FIG. 10D).
[0103]
Next, after the resist mask 42 is peeled off, an anodic oxidation process using the aluminum pattern 41 as an anode is performed in a tartaric acid solution to form a dense anodic oxide film 904 therearound. The aluminum pattern 41 remaining in the two anodic oxidation steps becomes the gate electrode 902.
[0104]
Next, using the porous (porous) anodic oxide film 43 and the gate electrode 902 as a mask, the silicon oxide film 720 is patterned to form a top gate insulating film 905.
[0105]
In order to make the top gate type TFT 900 a high breakdown voltage type, the silicon oxide film 720 is made thicker than the gate insulating film 710. In the case where through doping that allows the silicon oxide film 720 to pass through cannot be performed due to the increase in thickness, patterning of the silicon oxide film 720 is necessary. If through doping can be performed, patterning is not always necessary. This patterning step has the purpose of forming the offset region in a self-aligned manner using the silicon oxide film 720 as a doping mask (FIG. 10E).
[0106]
Next, after forming a doping mask that covers the channel formation region of the TFT 800, the semiconductor layers 802 and 901 are doped with impurities (phosphorus and / or boron) by a known doping method. As a result, a source region 803, a drain region 804, and a channel formation region 805 are formed in the semiconductor layer 802. On the other hand, in the semiconductor layer 901, a source region 906 and a drain region 907 are formed in a region where no gate insulating film is present. In a region where the gate insulating film 905 exists, a channel formation region 908 and offset regions 909 and 910 are formed (FIG. 10F).
[0107]
Note that by setting the doping process conditions so that the gate insulating film 905 functions as a semi-transparent mask, the regions 909 and 910 are low-concentration impurities whose impurity concentration is lower than that of the source / drain regions 906 and 907. Regions can be formed. Since the offset region and the low concentration impurity region have high resistance, the breakdown voltage characteristics of the TFT 900 can be improved.
[0108]
After removing a doping mask (not shown) on the TFT 800 and activating the doped impurity, a silicon oxide film having a thickness of 400 nm is formed as an interlayer insulating film 730, and a contact hole is formed in the silicon oxide film. Next, a laminated film of titanium / aluminum / titanium is formed and patterned to form electrodes 806, 807, 911, and 912. Through the above steps, a semiconductor integrated circuit having a low breakdown voltage (high-speed operation) bottom gate TFT 800 and a high breakdown voltage top gate TFT 900 on the same substrate is completed (FIG. 10G).
[0109]
Example 6 FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a TFT of this example. In this embodiment, as in the first and fourth embodiments, the bottom gate TFT is a high breakdown voltage type and the top gate TFT is manufactured in a high speed operation type.
[0110]
As the gate insulating film of the bottom gate type TFT of the present invention, the base insulating film of the top gate type TFT is used. Conventionally, this base film forms a relatively thick film of about several hundred nm. In the top gate type TFT, the channel formation region is formed in a self-aligned manner by the gate electrode. Therefore, in consideration of these matters, in order to integrate the high voltage type TFT and the high speed operation type TFT, it is necessary to increase the gate insulating film of the bottom gate type TFT and thin the gate insulating film of the top type TFT. The most preferred form is considered.
[0111]
In Examples 1 and 4, the gate insulating film of the top gate type TFT uses a deposited film by the CVD method, but in this example, it is a thermal oxide film. The structure of the gate electrode of the top gate type TFT is salicide. The object of the present embodiment is to further improve the high-speed operation characteristics by combining this thermal oxide film and salicide.
[0112]
On the quartz substrate 1000, a gate electrode 2001 having a width of the bottom gate type TFT 2000 is produced. The material of the gate electrode 2001 is polycrystalline silicon to which phosphorus is added so as to withstand the thermal oxidation process. In addition to polycrystalline silicon, silicide which is a compound of metal and silicon may be used. In order to make the TFT 2000 a high breakdown voltage type, the width of the gate electrode 2000 is set to 2 to 4 μm, and here, 2 μm.
[0113]
Next, a bottom gate insulating film 1010 is formed of a 200 nm thick silicon oxide film by plasma CVD.
[0114]
Next, an intrinsic (I-type) amorphous silicon film having a thickness of 70 nm is deposited on the gate insulating film 1010 by low pressure CVD, and crystallized to form polycrystalline silicon. Known thermal crystallization and laser crystallization are used for crystallization. This polycrystalline silicon film is separated into island shapes, and a semiconductor layer 2002 of a bottom gate type TFT 2000 and a semiconductor layer 3002 of a top gate type TFT 3000 are formed (FIG. 11A).
[0115]
Next, the surfaces of the semiconductor layers 2002 and 3002 are thermally oxidized in an oxidizing atmosphere to form thermal oxide films 51 and 52. In this embodiment, the thickness of the thermal oxide film is 50 nm. Therefore, the thickness of the semiconductor layer is reduced by about 25 nm. The thermal oxide film 52 constitutes a gate insulating film of the top gate type TFT 3000. Therefore, by using the thermal oxide film 52, it is possible to form a dense gate insulating film having a small film interface state even if it is as thin as several tens of nm.
[0116]
A gate electrode 3003 is formed on the thermal oxide film 52 using polycrystalline silicon to which phosphorus is added. The thickness of the gate electrode 3003 is 500 to 800 nm. Here, it is 600 nm. In order to make the TFT 3000 a high-speed operation type, the width of the gate electrode 3003 is set to 1 μm (FIG. 11B).
[0117]
After forming the resist mask 54 covering the channel formation region of the TFT 2000, phosphorus is added to the semiconductor layers 2002 and 3002 by ion doping, and n - Regions 54 and 55 are formed. In the semiconductor layers 2002 and 3002, the regions covered with the resist mask 54 and the gate electrode 3003 maintain intrinsic conductivity (FIG. 11C).
[0118]
Next, after removing the resist mask 54, a silicon oxide film or a silicon nitride film having a thickness of 500 nm to 1 μm is formed. In this embodiment, a silicon oxide film 57 (illustrated by a dotted line) having a thickness of 900 nm is formed. Then, a resist mask 57 is formed on the silicon oxide film 57. This mask 57 functions as a mask for patterning the channel stopper 2003 of the bottom gate type TFT 2000.
[0119]
The silicon oxide film 57 is etched by anisotropic dry etching using known RIE (reactive ion etching). By anisotropic etching, the side walls of the silicon oxide are left on the side surfaces of the gate electrode 3000, and the silicon oxide pattern 60 is left under the mask 57.
[0120]
Subsequently, the thermal oxide films 51 and 52 are etched. The thermal oxide film 52 is left under the gate electrode 3003 and the side wall 3004, and a gate insulating film 3005 is formed. On the other hand, a pattern 61 made of a thermal oxide film is left under the mask 57. The laminate of the silicon oxide pattern 60 and the pattern 61 made of the thermal oxide film functions as the channel stopper 2003. The channel stopper 2003 is formed so as to cover the channel formation region and the low concentration impurity regions formed at both ends thereof. That is, the length of the low concentration impurity is determined by the width of the channel stopper 2003 (FIG. 11D).
[0121]
Next, phosphorus is doped into the semiconductor layers 2002 and 3002 by ion doping, and n + Form a region. In a region not masked by the channel stopper 2003, the gate electrode 3003, and the side wall 3004, n + Regions 2004, 2005, 3006, and 3007 are formed (FIG. 11E).
[0122]
In the semiconductor layer 2002, n + Regions 2004 and 2005 become a source region and a drain region, respectively. N covered by the channel stopper 2003 - The region 54 becomes a high-resistance low-concentration impurity region 2006, 2007. A region 2009 in which phosphorus is not doped in the two doping steps becomes a channel formation region.
[0123]
On the other hand, in the semiconductor layer 3002, n + Regions 3006 and 3007 serve as a source region and a drain region, respectively. Also, n covered by the gate electrode 3003 and the side wall 3004 - The region 55 becomes low resistance impurity regions 3008 and 3009 having high resistance. A region 3010 not doped with phosphorus in the two doping steps becomes a channel formation region.
[0124]
In this embodiment, the TFTs 2000 and 3000 are both n-channel type, but both n-channel type and p-channel type can be manufactured by a known CMOS process.
[0125]
After activating the doped phosphorus, a metal film 62 for forming silicide is formed. For the metal film 62, titanium, tantalum, molybdenum, tungsten, or the like is used. In this embodiment, a titanium film 62 is formed. Next, the titanium film 62 and silicon (semiconductor layers 2002 and 3002, gate electrode 3003) are reacted by thermal annealing at 550 to 600 ° C.
[0126]
As a result, silicide layers 2011, 2012, 3011 and 3012 are formed in the source / drain regions 2004 and 2005 of the TFT 2000 and the source / drain regions 3006 and 3007 of the TFT 3000 to reduce the resistance, and the upper layer of the gate electrode 3003 is also a silicide layer. 3013 is formed to reduce resistance.
[0127]
The silicide layers 2011, 2012, 3011 to 3013 are for preventing contact deterioration due to an alloy reaction between silicon (source / drain regions and gate electrodes) and metal (wiring). In particular, the TFT 3000 pursues high-speed operation by miniaturization, specifically by shortening the channel length. By forming the silicide layers 3011 and 3012, an effect that the short channel effect accompanying the miniaturization can be suppressed is also obtained. (FIG. 11 (F)).
[0128]
In FIG. 11F, the source / drain regions of the TFTs 2000 and 3000 are all shown as silicided, but the silicide layer does not reach the bottom of the semiconductor layer, and a part of the upper layer of the semiconductor layer is silicided. It can also be made.
[0129]
Next, after the titanium film 62 is removed, an interlayer insulating film 1020 is formed. Here, a 30 nm silicon nitride film and a 900 nm silicon oxynitride film are continuously formed by a plasma CVD method. Next, contact holes are opened in the interlayer insulating film 1020, wirings 2013, 2014, 3014 to 3016 made of aluminum are formed, hydrogenated, and a bottom gate type TFT 2000 having high breakdown voltage characteristics and high speed operation characteristics. A top gate type TFT 3000 is completed on the same substrate 1000 (FIG. 11F).
[0130]
【The invention's effect】
In the present invention, the gate insulating film of the bottom gate type TFT and the base insulating film of the top gate type TFT are shared as the first insulating film, and the gate insulating film (first insulating film) of the bottom gate type TFT is used. The gate insulating film (second insulating film) of the top gate type TFT exists in different layers and is manufactured by different processes. Therefore, it is easy to make the top gate type and bottom gate type gate insulating film thicknesses different from each other without adding or changing processes for controlling the gate insulating film thickness such as etching and film formation. Can be.
[0131]
Accordingly, a TFT that prioritizes high-speed operation at a low voltage and a TFT that prioritizes high breakdown voltage can be formed on the same substrate without impairing the reliability of the TFT. When this is applied to an active matrix panel, reliability and power consumption can be improved.
[0132]
The manufacturing method of the semiconductor integrated circuit of the present invention is based on the manufacturing process of the top gate type TFT, and only the film forming / patterning process for manufacturing the gate electrode of the bottom gate type TFT is added to this process. Moreover, this added process is a known technique. Therefore, the present invention can be easily implemented and is industrially beneficial.
[0133]
In the above-described embodiments, examples in which the present invention is applied mainly to an active matrix panel in which a pixel portion and a driver circuit are integrated have been shown. Furthermore, by using the present invention, not only a driver circuit but also an arithmetic circuit for controlling the driver circuit and a high-speed / low-voltage driving circuit such as a memory circuit such as a DRAM can be used. Can be formed on the same substrate. It is also possible to form a power MOS circuit having a driving voltage of about several tens of volts and an arithmetic circuit driven at about 3 to 5 volts on the same substrate.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view of an active matrix panel of Example 1. FIG.
FIG. 2 is a block diagram of an active matrix panel.
FIG. 3 is a block diagram of a gate driver.
4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the active matrix panel of Example 1. FIG.
5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the active matrix panel of Example 1. FIG.
6 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the active matrix panel of Example 1. FIG.
7 is a cross-sectional view showing another method for performing the doping process of Example 1. FIG.
8 is a cross-sectional view of an active matrix panel of Example 2. FIG.
9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the TFT of Example 4. FIG.
10 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the TFT of Example 5. FIG.
11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the TFT of Example 6. FIG.
[Explanation of symbols]
100 substrates
110 Gate insulating film for bottom gate (first insulating film)
120 Gate insulating film for second gate (second insulating film)
130 1st interlayer insulation film (3rd insulation film)
140 Second interlayer insulating film
150 Third interlayer insulating film
200 pixel TFT (bottom gate type TFT)
201 Gate electrode
202 Semiconductor layer
203 Channel formation region
204 Source area
205 Drain region
210 Shading film
211 Pixel electrode
212 Auxiliary capacity
300 n-channel driver TFT (bottom gate type TFT)
350 p-channel driver TFT (bottom gate TFT)
302, 303 Semiconductor layer
304, 305 Gate electrode
306, 307 Channel formation region
308, 309 source region
310, 311 Drain region

Claims (9)

同一の基板上にボトムゲイト型薄膜トランジスタ及びトップゲイト型薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法であって、A method for manufacturing a semiconductor device having a bottom gate thin film transistor and a top gate thin film transistor over the same substrate,
前記基板上に前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極を形成し、Forming a gate electrode of the bottom gate type thin film transistor on the substrate;
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極を覆うように第1の絶縁膜を形成し、Forming a first insulating film so as to cover the gate electrode of the bottom gate type thin film transistor;
前記第1の絶縁膜上に、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタの半導体層及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタの半導体層を形成し、Forming a semiconductor layer of the bottom gate thin film transistor and a semiconductor layer of the top gate thin film transistor on the first insulating film;
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタの半導体層及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタの半導体層の上に、前記第1の絶縁膜の膜厚と異なる膜厚を有する第2の絶縁膜を形成し、Forming a second insulating film having a thickness different from the thickness of the first insulating film on the semiconductor layer of the bottom gate type thin film transistor and the semiconductor layer of the top gate type thin film transistor;
前記第2の絶縁膜上に前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極を形成し、Forming a gate electrode of the top gate type thin film transistor on the second insulating film;
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタの半導体層、並びに前記トップゲイト型薄膜トランジスタの半導体層及びゲイト電極を覆うように第3の絶縁膜を形成し、Forming a third insulating film so as to cover the semiconductor layer of the bottom gate type thin film transistor and the semiconductor layer of the top gate type thin film transistor and the gate electrode;
前記第3の絶縁膜をエッチングすることによって、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのチャネルストッパーを形成するとともに、前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極の側面に側壁を形成し、Etching the third insulating film forms a channel stopper for the bottom gate thin film transistor, and forms a side wall on the side surface of the gate electrode of the top gate thin film transistor,
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのチャネルストッパー、及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極と前記側壁をマスクにして、前記第2の絶縁膜をエッチングし、Etching the second insulating film using the channel stopper of the bottom gate thin film transistor and the gate electrode of the top gate thin film transistor and the side wall as a mask,
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのチャネルストッパー、及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極と前記側壁をマスクにして、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタの半導体層及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタの半導体層にそれぞれ不純物を添加して、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域、並びに前記トップゲイト型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域を形成し、Impurities are respectively added to the bottom gate type thin film transistor semiconductor layer and the top gate type thin film transistor semiconductor layer using the bottom gate type thin film transistor channel stopper and the top gate type thin film transistor gate electrode and the side wall as a mask. Forming a source region and a drain region of the bottom gate thin film transistor, and a source region and a drain region of the top gate thin film transistor,
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域、並びに前記トップゲイト型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域上に金属膜を形成し、Forming a metal film on a source region and a drain region of the bottom gate type thin film transistor and a source region and a drain region of the top gate type thin film transistor;
熱アニールにより、前記金属膜と、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域、並びに前記トップゲイト型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域とをそれぞれ反応させ、シリサイド層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。A semiconductor characterized by reacting the metal film, the source region and drain region of the bottom gate type thin film transistor, and the source region and drain region of the top gate type thin film transistor, respectively, by thermal annealing to form a silicide layer Device fabrication method.
請求項1において、前記シリサイド層は、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域、並びに前記トップゲイト型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域それぞれの上層の一部がシリサイド化して形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。2. The silicide layer according to claim 1, wherein the silicide layer is formed by silicidizing a source region and a drain region of the bottom gate thin film transistor and a part of an upper layer of each of the source region and the drain region of the top gate thin film transistor. A method for manufacturing a semiconductor device. 同一の基板上にボトムゲイト型薄膜トランジスタ及びトップゲイト型薄膜トランジスタを有する半導体装置の作製方法であって、
前記基板上に前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極を形成し、
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極を覆うように第1の絶縁膜を形成し、
前記第1の絶縁膜上に、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタの半導体層及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタの半導体層を形成し、
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタの半導体層及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタの半導体層の上に、前記第1の絶縁膜の膜厚と異なる膜厚を有する第2の絶縁膜を形成し、
前記第2の絶縁膜上にリンが添加された多結晶シリコンでなる前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極を形成し、
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのチャネル形成領域を覆うようにレジストマスクを形成し、
前記レジストマスク及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極をマスクにして前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタの半導体層及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタの半導体層にそれぞれ不純物を添加し前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタの不純物領域及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタの不純物領域を形成した後、
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタの半導体層、並びに前記トップゲイト型薄膜トランジスタの半導体層及びゲイト電極を覆うように第3の絶縁膜を形成し、
前記第3の絶縁膜をエッチングすることによって、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのチャネルストッパーを形成するとともに、前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極の側面に側壁を形成し、
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのチャネルストッパー、及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極と前記側壁をマスクにして前記第2の絶縁膜をエッチングし、
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのチャネルストッパー、及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極と前記側壁をマスクにして、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタの不純物領域及び前記トップゲイト型薄膜トランジスタの不純物領域にそれぞれ不純物を添加して、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域、及び低濃度不純物領域、並びに前記トップゲイト型薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域、及び低濃度不純物領域を形成し、
前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域、並びに前記トップゲイト型薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域、及びゲイト電極上に金属膜を形成し、
熱アニールにより、前記金属膜と、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域、並びに前記トップゲイト型薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域、及びゲイト電極とをそれぞれ反応させ、シリサイド層を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
A method for manufacturing a semiconductor device having a bottom gate thin film transistor and a top gate thin film transistor over the same substrate,
A gate electrode of the bottom gate type thin film transistor formed on the substrate,
Forming a first insulating film so as to cover the gate electrode of the bottom gate type thin film transistor ;
Forming a semiconductor layer of the bottom gate thin film transistor and a semiconductor layer of the top gate thin film transistor on the first insulating film;
Forming a second insulating film having a thickness different from the thickness of the first insulating film on the semiconductor layer of the bottom gate type thin film transistor and the semiconductor layer of the top gate type thin film transistor ;
Forming a gate electrode of the top gate type thin film transistor made of polycrystalline silicon doped with phosphorus on the second insulating film;
Forming a resist mask so as to cover the channel formation region of the bottom gate type thin film transistor;
The resist mask and the gate electrode of the top gate type TFT as a mask, the bottom gate type semiconductor layer of the thin film transistor and the addition of each impurity to the semiconductor layer of the top gate type thin film transistor, the impurity region of the bottom gate type thin film transistor And after forming the impurity region of the top gate type thin film transistor ,
Forming a third insulating film so as to cover the semiconductor layer of the bottom gate type thin film transistor and the semiconductor layer of the top gate type thin film transistor and the gate electrode;
Etching the third insulating film forms a channel stopper for the bottom gate thin film transistor, and forms a side wall on the side surface of the gate electrode of the top gate thin film transistor ,
And the channel stopper of the bottom gate type thin film transistor, and the side walls and the gate electrode of the top gate type TFT as a mask, etching the second insulating film,
Impurities are added to the impurity region of the bottom gate type thin film transistor and the impurity region of the top gate type thin film transistor, respectively , using the channel stopper of the bottom gate type thin film transistor and the gate electrode and the side wall of the top gate type thin film transistor as a mask. Forming a source region, a drain region, and a low concentration impurity region of the bottom gate thin film transistor, and a source region, a drain region, and a low concentration impurity region of the top gate thin film transistor ,
Forming a metal film on the source region and drain region of the bottom gate type thin film transistor, and on the source region, drain region, and gate electrode of the top gate type thin film transistor ;
By thermal annealing, and the metal film, a source region and a drain region of the bottom gate type thin film transistor, and the source region of the top gate type TFT, the drain region, and a gate electrode is reacted respectively, to form a sheet Risaido layer A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項において、前記シリサイド層は、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域、並びに前記トップゲイト型薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域、及びゲイト電極それぞれの上層の一部がシリサイド化して形成されることを特徴とする半導体装置の作製方法。4. The silicide layer according to claim 3 , wherein the silicide layer is formed by siliciding a part of an upper layer of each of a source region and a drain region of the bottom gate type thin film transistor and a source region, a drain region, and a gate electrode of the top gate type thin film transistor. A method for manufacturing a semiconductor device. 請求項1乃至4のいずれか一項において、前記第1の絶縁膜の膜厚を150〜300nmとすることを特徴とする半導体装置の作製方法。5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first insulating film has a thickness of 150 to 300 nm. 請求項1乃至5のいずれか一項において、前記第2の絶縁膜の膜厚を100nm以下とすることを特徴とする半導体装置の作製方法。6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the second insulating film is 100 nm or less. 請求項1乃至6のいずれか一項において、前記第1の絶縁膜は酸化珪素膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 , wherein the first insulating film is a silicon oxide film. 請求項1乃至7のいずれか一項において、前記ボトムゲイト型薄膜トランジスタのゲイト電極の幅を2〜4μmとすることを特徴とする半導体装置の作製方法。8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the gate electrode of the bottom gate type thin film transistor is set to 2 to 4 [mu] m. 請求項1乃至のいずれか一項において、前記金属膜は、チタン、タンタル、モリブデン、タングステンのいずれか一であることを特徴とする半導体装置の作製方法。In any one of claims 1 to 8, wherein the metal film, a method for manufacturing a semiconductor device comprising titanium, tantalum, molybdenum, that is one or tungsten.
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