JP4176164B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、薄膜トランジスタの構成に関する。特に、極性の反転した信号に対する動作の対称性に優れた薄膜トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりガラス基板や石英基板上に形成される薄膜トランジスタが知られている。薄膜トランジスタは液晶表示装置や各種集積回路に利用することができる。
【０００３】
図４に示すのは、一般的な構成を有する薄膜トランンジスタを上方から見たものである。
【０００４】
図４において、１１がソースコンタクトであり、１２がソース領域である。また、１５がドレインコンタクトであり、１４がドレイン領域である。また１３がチャネル形成領域である。１８はチャネル形成領域に図示しないゲイト絶縁膜を介して配置されたゲイト電極である。
【０００５】
１６と１７はチャネル形成領域１３に隣接して配置された低濃度不純物領域である。この低濃度不純物領域は、ソース及びドレイン領域よりも導電型を付与する不純物を低濃度に含んでいる。
【０００６】
一般にドレイン領域側の低濃度不純物領域１７がＬＤＤ（ライトドープドレイン）領域と称されている。
【０００７】
低濃度不純物領域を設けるのは、チャネル領域とドレイン領域との間に形成される高電界を緩和させることにより、ＯＦＦ電流の低減と劣化の抑制を得るためである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
一般に薄膜トランジスタは高周波（ＭＨｚ帯以上の周波数）の信号を扱う。そして動作形態によっては、ソース／ドレイン間に加わる電圧の極性が所定の周期で反転したものとなるような動作が要求される場合がある。
【０００９】
このような極性を反転させる動作を行わす場合（反転動作という）、図４に示すような構成におけるソース領域１２とドレイン領域１４の役割は、機能的な観点からは反転するものとなる。以下においては、便宜上１２をソース領域、１４をドレイン領域と定義する。
【００１０】
低濃度不純物領域１５及び１６を形成するには、レジストマスクを利用して活性層に対する不純物イオンの注入量を選択的に異ならせる方法が利用される。
【００１１】
この場合、フォトリソグラフィー工程におけるマスク合わせ精度のズレに起因して、低濃度不純物領域１５と１６の寸法が僅かに異なってしまう。基板面積が小さければ、このズレは無視できるレベルのものであるが、大面積を有するアクティブマトリクス型の液晶表示装置等においては、上記寸法のズレは、μｍオーダーとなってしまう。
【００１２】
一般に図４の低濃度不純物領域の寸法は、１〜２μｍ程度である。従って、低濃度不純物領域１６と１７の設定寸法は、マスク合わせ精度の影響を大きく受けることになる。
【００１３】
このような場合、低濃度不純物領域１５と１６の寸法が互いに大きく異なるものとなる。
【００１４】
その結果、それぞれの低濃度不純物領域が示す抵抗が異なることになり、ソース領域１２に加わる信号電圧が反転した場合における動作の対称性が崩れることになる。
【００１５】
例えば、図４に示す薄膜トランジスタをＮチャネル型とする。また、低濃度不純物領域は１６だけが存在しているとする。（１５の低濃度不純物領域が存在しないものとする）
【００１６】
即ち、ソース／チャネル間とドレイン／チャネル間の抵抗が大きく異なる状態を想定する。
【００１７】
この状況において、ソース領域１２の電位がグランドレベル（または所定の定電位）に比較して低い状態を考える。この場合、ＯＮ動作によってソース領域１２からドレイン領域１４にキャリアである電子が移動する。（動作状態Ａ）
【００１８】
他方、上記動作状態Ａに対してソース領域１２に供給される信号電圧の極性が反転した場合を考える。この状態においては、ＯＮ動作によってドレイン領域１４からソース領域１２にキャリアである電子が移動する。（動作状態Ｂ）
【００１９】
この反転した動作状態Ｂにおいては、ソース領域１２とドレイン領域１４の役割は、動作状態Ａに対して逆転したものとなる。
【００２０】
この場合は、ドレイン領域側だけに低濃度不純物領域１６が配置された状況を考えている。従って、上記動作状態Ａと動作状態Ｂとでは、薄膜トランジスタの動作インピーダンスは異なるものとなる。
【００２１】
このことは、２つの動作状態において、移動するキャリアの経路が異なることに起因する。即ち、動作状態Ａにおいては、キャリア（電子）は、ソース領域１２からチャネル領域１３に入り（この場合、１６の領域は存在しないものと設定してある）、さらに低濃度不純物領域１７を通過して、ドレイン領域１４に至る経路を移動する。
【００２２】
他方、動作状態Ｂにおいては、キャリア（電子）は、ドレイン領域１４から低濃度不純物領域１７を通過してチャネル領域１３に入り、ドレイン領域１２に至る経路を移動する。
【００２３】
絶縁ゲイト型の電界効果トランジスタにおいては、低濃度不純物領域のような高抵抗領域がチャネルに対してキャリアの流入側にあるのか、あるいは流出側にあるのか、ということは、動作状態に大きな違いを与える。
【００２４】
従ってこのような場合、ソース領域１２に供給される信号電圧の極性が反転することで、薄膜トランジスタの動作状態は異なるものとなる。これは、ドレイン領域１４側だけに低濃度不純物領域が配置されていることに起因する。（ここではそのような設定としている）
【００２５】
この現象は、低濃度不純物領域１６と１７の寸法が異なる場合にも同様に発生する。
【００２６】
このような状況は、同じ情報を取り扱う場合において、信号の極性を反転して動作させる場合に問題となる。
【００２７】
上記の問題は、前述した不可避に発生してしまうマスク合わせのズレに起因しても生じる。
【００２８】
本明細書で開示する発明は、上記マスク合わせのズレに起因して生じる薄膜トランジスタの動作の対称性の崩れを抑制する技術を提供することを課題とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の一つは、図１に上面からみた概要を示すように、
２つのソース領域１０５及び１０８と、
２つのチャネル領域１１５及び１１６と、
１つのドレイン領域１０７と、
前記チャネル領域とそれぞれのドレイン領域との間に配置された２つの高抵抗領域１１３及び１１４と、
が形成された活性層を有し、
前記２つのソース領域は配線１１２により接続されており、
前記２つのチャネル領域にはゲイト電極１０３及び１０４より共通の駆動信号が供給されることを特徴とする。
【００３０】
上記構成において、高抵抗領域は、ソース及びドレイン領域よりも低濃度に導電型を付与する不純物がドーピングされた低濃度不純物領域、またはドーピングを行わない真性または実質的に真性な領域でもって構成される。即ち、高抵抗領域は、ソース及びドレイン領域よりも高いシート抵抗（低い導電率）を有した領域として定義される。
【００３１】
また高抵抗領域は、２つに限定されるものでなく、さらにソース領域側に配置する構成としてもよい。即ち、チャネル領域１１５とソース領域１０５との間、及びチャネル領域１１６とソース領域１０８との間に高抵抗領域を配置する構造としてもよい。
【００３２】
本明細書で開示する発明は、高抵抗領域１１３と１１４とをマスクを用いた被自己製造プロセスにより形成することを前提としている。従って、個々の製品（本明細書で開示する発明を利用した個々の製品）は、それぞれマスク合わせ時のズレに起因して、１１３と１１４とで示される２つの高抵抗領域の寸法が互いに異なるものとなる。特に基板面積を大きくなった場合、そのことが顕在化する。
【００３３】
なお、上記の工程領域の寸法というのは、ソース領域とドレイン領域を結ぶ線上におけるものとして定義される。
【００３４】
他の発明の構成は、図１にその具体的な構成例を示すように、
２つのソース領域１１５及び１１６と、
１つのドレイン領域１０７と、
前記ソース領域１０５及び１０８からドレイン領域１０７へ至る２つの経路と、
前記経路のそれぞれに形成された複数の高抵抗領域１１３及び１１４と、
を有していることを特徴とする。
【００３５】
上記構成においては、高抵抗領域の形成時におけるマスク合わせのズレが生じ、その寸法がズレてしまっても、個々の高抵抗領域の寸法の和は一定または概略一定なものとなる。
【００３６】
例えば、マスク合わせ時のズレにより、高抵抗領域１１３の寸法が大きくなれば、高抵抗領域１１４の寸法は小さくなる。またマスク合わせ時のズレが逆の方向となれば、寸法の大小関係もまた逆になる。そして、マスク合わせのズレに係わらず（当然ズレの限界はあるが）高抵抗領域１１３と１１４の和は一定なものとなる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、２つのソース領域１０５と１０８とを共通化し、それぞれのソース領域からドレイン領域１０７への経路を２つ設けることで、高抵抗領域１１３と１１４の寸法の違いが生じても、ソース領域への信号電圧の極性の反転による動作の対称性を保持することができる。
【００３８】
即ち、高抵抗領域１１３と１１４の寸法が、マスク合わせ時のズレにより、一方が大きく、かつ他方が小さく、また逆に一方が小さく、かつ他方が大きく、なった場合であっても、ソース領域とドレイン領域を結ぶ経路の対称性を保持することができる。換言すれば、高抵抗領域の形成時におけるマスク合わせのズレによらずソース領域からドレイン領域への経路とドレイン領域からソース領域への経路とを同じものとすることができる。
【００３９】
そしてこのことにより、ソース領域に加わる信号電圧の極性が反転した場合であってもその動作の対称性を保持することができる。
【００４０】
【実施例】
〔実施例１〕
図１に本実施例の概略の構成の上面図を示す。
【００４１】
図１に示す構成は、２つのソース領域１０５及び１０８を備えている。２つのソース領域１０５と１０８は、コンタクト１０６及び１０９を介して、配線１１２によって共通に接続されている。
【００４２】
１０３と１０４がゲイト電極であり、これらは延在した１０１の部分で共通化されている。１０２は共通化されたゲイト電極１０１へのコンタクト部である。
【００４３】
また、ゲイト電極１０３の下部にはチャネル領域１１５が、ゲイト電極１０４の下部にはチャネル領域１１６が形成されている。
【００４４】
１０７で示されるのがドレイン領域である。ドレイン領域１０７からは１１０で示されるパターンが延在し、１１１で示されるコンタクト部分にドレイン電極が形成される。
【００４５】
１１３と１１４で示されるのが、ソース／ドレイン領域に比較してより低濃度に導電型を付与する不純物がドーピングされた高抵抗領域（低濃度不純物領域）である。
【００４６】
図１に示す構造を有する薄膜トランジスタは、高抵抗領域（ここでは低濃度不純物領域）の形成位置がずれても、その影響により反転動作時における薄膜トランジスタの動作に非対称性が現れないものとなる。
【００４７】
高抵抗領域１１３ち１１４の形成位置がズレてしまう場合には以下の２つの状態が考えられる。
【００４８】
（状態Ａ）
１１３の領域が所定の寸法より大きくなり、１１４の領域の寸法が所定の寸法より小さくなる。
【００４９】
（状態Ｂ）
１１３の領域が所定の寸法より小さくなり、１１４の領域の寸法が所定の寸法より大きくなる。
【００５０】
図１に示す薄膜トランジスタにおいては、ソース配線１１２に供給される信号電圧の極性が反転しても上記状態（Ａ）及び状態（Ｂ）との場合において、動作の対称性は保持される。
【００５１】
これは、ソース線１１２からドレイン領域１１０への経路と、ドレイン領域１１０からソース線１１２への経路とが、上記状態（Ａ）及び状態（Ｂ）とにおいて、同じものとなるからである。
【００５２】
このように本実施例に示す構成を採用することにより、高抵抗領域１１３と１１４の寸法の対称性がズレてしまった場合であってもその動作の対称性を保持することができる。
【００５３】
以下に図１に示す薄膜トランジスタの作製工程を説明する。図２以下に図１のＡ−Ａ’で切った断面の作製工程を示す。まずガラス基板（または石英基板）２０１上に図示しない下地膜として酸化珪素膜を３０００Åの厚さにスパッタ法で成膜する。
【００５４】
次に図示しない非晶質珪素膜を５００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法で成膜し、さらにレーザー光の照射を行うことにより、この非晶質珪素膜を結晶化させ、結晶性珪素膜を得る。
【００５５】
結晶性珪素膜を得たら、パターニングを施すことにより、２０２で示される活性層を形成する。この活性層には、後にソース／ドレイン領域、さらにチャネル形成領域、さらに高抵抗領域が形成される。
【００５６】
活性層２０２を形成したら、ゲイト絶縁膜２０３として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で成膜する。
【００５７】
さらにゲイト電極を構成するための図示しない金属膜をスパッタ法で成膜する。ここでは、この金属膜として、４０００Å厚のモリブデンシリサイド膜を用いる。この金属膜としては、アルミニウム膜やタンタル膜、さらに各種シリサイド材料を利用することができる。また、金属膜の代わりに一導電型を有するシリコン膜を利用することもできる。
【００５８】
図示しない金属膜を成膜したら、パターニングを施すことにより、１０３と１０４で示されるパターンを形成する。このパターンを上方から見た状態は図１に示されている。こうして図２（Ａ）に示す状態を得る。
【００５９】
次にレジストマスク２０４と２０５を配置する。このレジストマスクは、高抵抗領域として機能する低濃度不純物領域を形成するために利用される。
【００６０】
レジストマスク２０４と２０５を配置したら、Ｐ（リン）のドーピングをプラズマドーピング法でもって行う。この工程において、２０６と２０８と２１０の領域にライトドーピングが行われる。また、２０７と２０９の領域にはドーピングが行われない。こうして図２（Ｂ）に示す状態を得る。
【００６１】
なお、本実施例においては、Ｎチャネル型の薄膜トランジスタを得るためにＰのドーピングを行う例を示すが、Ｐチャネル型の薄膜トランジスタを得るのであれば、Ｂ（ボロン）のドーピングを行う。
【００６２】
次にレジストマスク２０４と２０５を除去し、再度のＰのドーピングを行う。この工程では、図２（Ｂ）に示す工程における場合より、低ドーズ量でもってＰのドーピング（ライトドーピング）を行う。この結果、ソース領域１０５及び１０８が形成される。また、ドレイン領域１０７が形成される。
【００６３】
また、低濃度不純物領域１１３と１１４が形成される。また、チャネル領域１１５と１１６が画定する。
【００６４】
ここで、低濃度不純物領域１１３と１１４は、１０５と１０８で示されるソース領域より、低濃度にＰがドーピングされている。これら低濃度不純物領域は、高抵抗領域として機能する。
【００６５】
なお、このライトドーピングを行わないと、１１３と１１４の領域をオフセットゲイト領域とすることができる。
【００６６】
また、本実施例においては、高抵抗領域をチャネル領域とドレイン領域との間に形成する構造となっているが、（Ｂ）の工程で配置されるマスクの形状を変更すれば、高抵抗領域をソース領域とチャネル領域との間にも高抵抗領域を配置することができる。
【００６７】
こうして図２（Ｃ）に示す状態を得る。次に層間絶縁膜として、窒化珪素膜２１３と樹脂膜２１４を積層する。こうして図２（Ｄ）に示す状態を得る。
【００６８】
次に図３（Ａ）に示すようにコンタクトホール１０６と１０９を形成する。そして、チタン膜とアルミニウム膜とチタン膜との積層膜でなるソース電極（延在してソース配線となる）２１５及び２１６を形成する。
【００６９】
ソース電極２１５及び２１６は、図１に示すソース配線１１２に延在する。即ち、ソース電極２１５と２１６は共通に接続されている。
【００７０】
図２（Ｄ）に示す状態を得たら、３５０℃の水素雰囲気中において１時間の水素化処理を行う。こうして薄膜トランシスタを完成させる。
【００７１】
〔実施例２〕
本明細書に開示する発明は、アクティブマトリクス型の液晶表示パネルに利用することができる。以下において、アクティブマトリクス型の液晶パネルを利用した各種装置の例を示す。
【００７２】
図５（Ａ）に示すのは、デジタルスチールカメラや電子カメラ、または動画を扱うことができるビデオムービーと称される撮影装置である。
【００７３】
この装置は、カメラ部２００２に配置されたＣＣＤカメラ（または適当な撮影手段）で撮影した画像を電子的に保存する機能を有している。そして撮影した画像を本体２００１に配置された液晶表示パネル２００３に表示する機能を有している。装置の操作は、操作ボタン２００４によって行われる。なお、液晶パネルには、バックライトからの光照射によって表示を行うものと、外部からの光を反射して表示を行う反射型と呼ばれる形式とがある。
【００７４】
図５（Ｂ）に示すのは、携帯型のパーソナルコンピュータ（情報処理装置）である。この装置は、本体２１０１に装着された開閉可能なカバー（蓋）２１０２に液晶表示パネル２１０４が備えられ、キーボード２１０３から各種情報を入力したり、各種演算操作を行うことができる。
【００７５】
図５（Ｃ）に示すのは、カーナビゲーションシステム（情報処理装置）にフラットパネルディスプレイを利用した場合の例である。カーナビゲーションシステムは、アンテナ部２３０４と液晶表示パネル２３０２を備えた本体から構成されている。
【００７６】
ナビゲーションに必要とされる各種情報の切り換えは、操作ボタン２３０３によって行われる。一般には図示しないリモートコントロール装置によって操作が行われる。
【００７７】
図５（Ｄ）に示すのは、投射型の画像表示装置の例である。図において、光源２４０２から発せられた光は、液晶表示パネル２４０３によって光学変調され、画像となる。画像は、ミラー２４０４、２４０５で反射されてスクリーン２４０６に映し出される。
【００７８】
図５（Ｅ）に示すのは、ビデオカメラ（撮影装置）の本体２５０１にビューファインダーと呼ばれる表示装置が備えられた例である。
【００７９】
ビューファインダーは、大別して液晶表示パネル２５０２と画像が映し出される接眼部２５０３とから構成されている。
【００８０】
図５（Ｅ）に示すビデオカメラは、操作ボタン２５０４によって操作され、テープホルダー２５０５に収納された磁気テープに画像が記録される。また図示しないカメラによって撮影された画像は液晶表示パネル２５０２に表示される。また表示装置２５０２には、磁気テープに記録された画像が映し出される。
【００８１】
【発明の効果】
本明細書で開示する発明を利用することで、高抵抗領域を備えた薄膜トランジスタの作製工程において、不可避に発生してしまうマスク合わせのズレに起因して生じる、極性反転動作時における薄膜トランジスタのアンバンラス動作の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例の薄膜トランジスタを上面から見た状態を示す図。
【図２】 図１のＡ−Ａ’で切った断面作製工程を示す図。
【図３】 図１のＡ−Ａ’で切った断面作製工程を示す図。
【図４】 従来薄膜トランジスタを上面から見た状態を示す図。
【図５】 発明を利用した装置の概要を示す図。
【符号の説明】
１０１ 共通化されたゲイト電極
１０２ ゲイト電極へのコンタクト
１０３ ゲイト電極
１０４ ゲイト電極
１０５ ソース領域
１０６ ソース領域のコンタクト（コンタクト開口位置）
１０７ ドレイン領域
１０８ ソース領域
１０９ ソース領域のコンタクト（コンタクト開口位置）
１１０ ドレイン領域から延在したパターン
１１１ ドレイン領域へのコンタクト（コンタクト開口位置）
１１２ ソース配線
１１３ 高抵抗領域（低濃度不純物領域）
１１４ 高抵抗領域（低濃度不純物領域）
１１５ チャネル領域
１１６ チャネル領域

Claims (10)

1. 第１のソース領域と、
   第２のソース領域と、
   第１のチャネル領域と、
   第２のチャネル領域と、
   マスクを用いて形成された第１乃至第４の高抵抗領域と、
   ドレイン領域と、
   を有する結晶性珪素膜と、
   前記第１のチャネル領域上に第１のゲイト絶縁膜を介して設けられた第１のゲイト電極と、
   前記第２のチャネル領域上に第２のゲイト絶縁膜を介して設けられた第２のゲイト電極と、
   前記第１のソース領域に接続された第１のソース電極と、
   前記第２のソース領域に接続された第２のソース電極と、
   を有し、
   前記第１のゲイト電極と前記第２のゲイト電極は、電気的に接続されており、
   前記第１のソース電極と前記第２のソース電極は、電気的に接続されており、
   前記第１の高抵抗領域は、前記第１のソース領域と前記第１のチャネル領域の間に配置されており、
   前記第２の高抵抗領域は、前記第１のチャネル領域と前記ドレイン領域の間に配置されており、
   前記第３の高抵抗領域は、前記ドレイン領域と前記第２のチャネル領域の間に配置されており、
   前記第４の高抵抗領域は、前記第２のチャネル領域と前記第２のソース領域の間に配置されており、
   前記第１のソース領域と前記第２のソース領域を結ぶ線上において、前記第１の高抵抗領域の長さと前記第４の高抵抗領域の長さの和と、前記第２の高抵抗領域の長さと前記第３の高抵抗領域の長さの和と、がマスク合わせのズレに係わらず一定または概略一定であることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１において、前記第１の高抵抗領域乃至前記第４の高抵抗領域は、前記第１のソース領域及び前記第２のソース領域及び前記ドレイン領域よりも低濃度に導電型を付与する不純物がドーピングされた低濃度不純物領域であることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１において、前記第１の高抵抗領域乃至前記第４の高抵抗領域は、ドーピングを行わない真性半導体領域または実質的に真性な半導体領域であることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、前記第１のゲイト電極及び前記第２のゲイト電極は、モリブデンシリサイド、アルミニウム、タンタルまたは一導電型を有するシリコンから構成されることを特徴とする半導体装置。
5. アクティブマトリクス型の液晶表示パネルに用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 撮影装置に具備されたアクティブマトリクス型の液晶表示パネルに用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
7. パーソナルコンピュータに具備されたアクティブマトリクス型の液晶表示パネルに用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. カーナビゲーションシステムに具備されたアクティブマトリクス型の液晶表示パネルに用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. 投射型画像表示装置に具備されたアクティブマトリクス型の液晶表示パネルに用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
10. ビデオカメラのビューファインダーに具備されたアクティブマトリクス型の液晶表示パネルに用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。

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