JP4397753B2 - Semiconductor device - Google Patents

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本願発明は結晶構造を有する半導体薄膜を利用した半導体装置およびその作製方法に関する。特に、逆スタガ構造の薄膜トランジスタ(以下、TFTと略記する)を用いた半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device using a semiconductor thin film having a crystal structure and a manufacturing method thereof. In particular, the present invention relates to a semiconductor device using an inverted staggered thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT).

なお、本明細書中において「半導体装置」とは、半導体特性を利用して動作させる装置全てを指す。従って本明細書に記載されたTFT、AMLCD(アクティブマトリクス型液晶表示装置)及び電子機器は全て半導体装置の範疇に含むものとする。   Note that in this specification, “semiconductor device” refers to all devices that operate using semiconductor characteristics. Accordingly, TFTs, AMLCDs (active matrix liquid crystal display devices), and electronic devices described in this specification are all included in the category of semiconductor devices.

従来より、アクティブマトリクス型液晶表示装置(以下、AMLCDと略記する)のスイッチング素子としてTFTが利用されている。現在では非晶質珪素膜(アモルファスシリコン膜)を活性層として利用したTFTで回路構成を行う製品が市場を占めている。特に、TFT構造としては製造工程の簡単な逆スタガ構造が多く採用されている。   Conventionally, a TFT is used as a switching element of an active matrix liquid crystal display device (hereinafter abbreviated as AMLCD). At present, products having a circuit configuration with TFTs using an amorphous silicon film (amorphous silicon film) as an active layer occupy the market. In particular, as the TFT structure, an inverted stagger structure with a simple manufacturing process is often employed.

しかし、年々AMLCDの高性能化が進み、TFTに求められる動作性能(特に動作速度)は厳しくなる傾向にある。そのため、非晶質珪素膜を用いたTFTの動作速度では十分な性能を有する素子を得ることが困難となった。   However, as the performance of AMLCDs increases year by year, the operating performance (especially the operating speed) required for TFTs tends to be severe. Therefore, it has become difficult to obtain an element having sufficient performance at the operating speed of a TFT using an amorphous silicon film.

そこで、非晶質珪素膜に代わって多結晶珪素膜(ポリシリコン膜)を利用したTFTが脚光を浴び、多結晶珪素膜を活性層とするTFTの開発が著しい勢いで進んできている。現在では、その一部で製品化も行われている。   Accordingly, TFTs using a polycrystalline silicon film (polysilicon film) instead of an amorphous silicon film have attracted attention, and development of TFTs using a polycrystalline silicon film as an active layer has been proceeding at a remarkable pace. At present, some of them are commercialized.

活性層として多結晶珪素膜を利用した逆スタガ型TFTの構造については既に多くの発表がなされている。例えば、「Fabrication of Low-Temperature Bottom-Gate Poly-Si TFTs on Large-Area Substrate by Linear-Beam Excimer Laser Crystallization and Ion Doping Method:H.Hayashi et.al.,IEDM95,PP829-832,1995」などの報告がある。   Many presentations have already been made on the structure of an inverted staggered TFT using a polycrystalline silicon film as an active layer. For example, “Fabrication of Low-Temperature Bottom-Gate Poly-Si TFTs on Large-Area Substrate by Linear-Beam Excimer Laser Crystallization and Ion Doping Method: H. Hayashi et.al., IEDM95, PP829-832, 1995” There is a report.

同報告書では多結晶珪素膜を利用した逆スタガ構造の典型的な例(Fig.4 )を説明しているが、この様な構造の逆スタガ構造(いわゆるチャネルストップ型)では様々な問題も抱えている。   This report describes a typical example of an inverted stagger structure using a polycrystalline silicon film (Fig. 4), but there are various problems with such an inverted stagger structure (so-called channel stop type). I have it.

まず、活性層全体が50nm程度と極めて薄いのでチャネル形成領域とドレイン領域との接合部において衝突電離(Impact Ionization )が発生し、ホットキャリア注入などの劣化現象が顕著に現れてしまう。そのため、大きなLDD領域(Light Doped Drain region)を形成する必要性が生じる。   First, since the entire active layer is as thin as about 50 nm, impact ionization occurs at the junction between the channel formation region and the drain region, and a deterioration phenomenon such as hot carrier injection appears remarkably. Therefore, it becomes necessary to form a large LDD region (Light Doped Drain region).

そして、このLDD領域の制御性が最も重大な問題となる。LDD領域は不純物濃度と領域の長さの制御が非常に微妙であり、特に長さ制御が問題となる。現状ではマスクパターンによってLDD領域の長さを規定する方式が採られているが、微細化が進めば僅かなパターニング誤差が大きなTFT特性の差を生む。   The controllability of the LDD region becomes the most serious problem. In the LDD region, the control of the impurity concentration and the length of the region is very delicate, and the length control is particularly problematic. At present, a method of defining the length of the LDD region by a mask pattern is adopted. However, as the miniaturization proceeds, a slight patterning error causes a large difference in TFT characteristics.

活性層の膜厚のバラツキによるLDD領域のシート抵抗のバラツキも深刻な問題となる。さらに、ゲイト電極のテーパー角度等のバラツキもLDD領域の効果のバラツキを招く要因となりうる。   Variation in sheet resistance in the LDD region due to variation in the thickness of the active layer is also a serious problem. Further, variations such as the taper angle of the gate electrode can also cause variations in the effect of the LDD region.

また、LDD領域を形成するためにはパターニング工程が必要であり、それはそのまま製造工程の増加、スループットの低下を招く。上記報告書に記載された逆スタガ構造では、最低でもマスク6枚(ソース/ドレイン電極形成まで)が必要であると予想される。   Further, in order to form the LDD region, a patterning process is necessary, which directly increases the manufacturing process and decreases the throughput. In the inverted stagger structure described in the above report, it is expected that at least six masks (up to source / drain electrode formation) are required.

以上の様に、チャネルストップ型の逆スタガ構造ではチャネル形成領の両側に横方向の平面内でLDD領域を形成しなくてはならず、再現性あるLDD領域を形成することは非常に困難である。   As described above, in the channel stop type inverted stagger structure, the LDD regions must be formed in the lateral plane on both sides of the channel formation region, and it is very difficult to form a reproducible LDD region. is there.

また、従来AMLCDでは液晶層に保持した電荷の漏れを補うため、補助容量を各画素に設ける構造となっている。   Further, the conventional AMLCD has a structure in which an auxiliary capacitor is provided in each pixel in order to compensate for leakage of charges held in the liquid crystal layer.

本願発明では、非常に簡易な製造工程によって、量産性が高く、且つ、信頼性及び再現性の高い半導体装置を作製する技術を提供することを課題とし、画素マトリクス回路に、TFTボトムゲイト型TFTと共に補助容量を作製する際に、工程を複雑化せずに、特にマスク数を増加することのなく作製可能な半導体装置の構成及びその作製方法を提供することにある。   It is an object of the present invention to provide a technique for manufacturing a semiconductor device with high productivity and high reliability and reproducibility by a very simple manufacturing process. A TFT bottom gate type TFT is used as a pixel matrix circuit. At the same time, it is an object of the present invention to provide a configuration of a semiconductor device and a manufacturing method thereof that can be manufactured without complicating the process and particularly without increasing the number of masks when manufacturing an auxiliary capacitor.

本明細書で開示する発明の構成は、複数のゲイト配線と、複数のソース配線と、各画素に配置されたボトムゲイト型薄膜トランジスタ及び画素電極に接続された補助容量とを有する画素マトリクス回路を備えた半導体装置であって、
前記薄膜トランジスタのソース領域と、ドレイン領域と、少なくとも1つのチャネル形成領域とが形成される薄膜半導体層は結晶構造を有し、
前記ソース領域及びドレイン領域は、ゲイト絶縁膜に向かって少なくとも第1の導電層、当該第1の導電層よりも高抵抗な第2の導電層及び前記チャネル形成領域と同一導電型の第1の半導体層からなる積層構造を有し、
前記第1及び第2の導電層に導電性を付与する不純物の濃度プロファイルは、前記第1の導電層から前記第2の導電層にかけて連続的に変化し、
前記補助容量は、ゲイト配線と同一の導電膜でなる第1の電極と、前記第1の電極に接する誘電体と、前記誘電体に接し、前記チャネル形成領域と同一導電型の第2の半導体層でなる第2の電極とを有することを特徴とする。
The configuration of the invention disclosed in this specification includes a pixel matrix circuit having a plurality of gate wirings, a plurality of source wirings, a bottom gate thin film transistor disposed in each pixel, and an auxiliary capacitor connected to the pixel electrode. A semiconductor device,
The thin film semiconductor layer in which the source region, the drain region, and at least one channel formation region of the thin film transistor are formed has a crystal structure,
The source and drain regions are at least a first conductive layer toward the gate insulating film, a second conductive layer having a higher resistance than the first conductive layer, and a first conductive layer having the same conductivity type as the channel forming region. It has a laminated structure consisting of semiconductor layers,
The impurity concentration profile that imparts conductivity to the first and second conductive layers continuously changes from the first conductive layer to the second conductive layer,
The auxiliary capacitor includes a first electrode made of the same conductive film as the gate wiring, a dielectric in contact with the first electrode, and a second semiconductor in contact with the dielectric and having the same conductivity type as the channel formation region And a second electrode formed of a layer.

また、他の発明の構成は、上記の構成を有する画素マトリクス回路において、補助容量の第2の電極に半導体層を用いる代わりに、前記ソース配線と共通の導電膜から形成することを特徴とする。   Another configuration of the invention is characterized in that, in the pixel matrix circuit having the above-described configuration, a semiconductor layer is used for the second electrode of the auxiliary capacitor, instead of a conductive film common to the source wiring. .

また、他の発明の構成は、上記の構成を有する画素マトリクス回路において、画素電極と補助容量の第2の電極は前記ソース配線と共通の導電膜から形成することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, in the pixel matrix circuit having the above structure, the pixel electrode and the second electrode of the auxiliary capacitor are formed of a conductive film common to the source wiring.

また、他の発明の構成は、上記のマトリクス回路において、前記補助容量の一方の電極は前記ゲイト配線と共通の導電膜から形成され、前記画素電極は前記補助容量の誘電体と接する領域を有し、画素電極を補助容量の一方に電極に用いることを特徴とする半導体装置。   According to another aspect of the invention, in the matrix circuit, one electrode of the auxiliary capacitor is formed of a conductive film common to the gate wiring, and the pixel electrode has a region in contact with a dielectric of the auxiliary capacitor. A pixel device is used as an electrode for one of the auxiliary capacitors.

また、作製方法に関する発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に、前記ゲイト配線、前記補助容量の第1の電極を形成する工程と、
前記ゲイト配線、前記第1の電極を覆う絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層上に非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記非晶質半導体膜に対して結晶化を助長する触媒元素を添加し、加熱処理により結晶構造を有する半導体膜を得る工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜に対して15族のみ或いは13族及び15族から選ばれた不純物を添加して、導電層を形成する工程と、
加熱処理により前記導電層に、前記結晶構造を有する半導体膜中の前記触媒元素をゲッタリングさせる工程と、
前記結晶構造を有する半導体膜をパターニングして、前記薄膜トランジスタのチャネル形成領域を構成する第1の薄膜半導体層と、前記絶縁層を介して前記第1の電極と重なる第2の薄膜半導体層とを形成する工程と、
前記ソース配線と、前記第1の薄膜半導体層上に薄膜トランジスタのソース領域、ドレイン領域が形成される領域を少なくとも覆う第1の導電膜と、前記第2の薄膜半導体層の表面を覆う第2の導電膜とを形成する工程と、
前記第1の導電膜をマスクとして、前記第1の薄膜半導体層をエッチングして、前記薄膜トランジスタのチャネル形成領域を形成する工程とを有し、
前記第2の薄膜半導体層には前記補助容量の第2の電極が形成されることを特徴とする。
In addition, the configuration of the invention related to the manufacturing method is as follows:
Forming the gate wiring and the first electrode of the auxiliary capacitance on a substrate having an insulating surface;
Forming an insulating layer covering the gate wiring and the first electrode;
Forming an amorphous semiconductor film on the insulating layer;
Adding a catalyst element for promoting crystallization to the amorphous semiconductor film, and obtaining a semiconductor film having a crystal structure by heat treatment;
Adding an impurity selected from only Group 15 or Group 13 and Group 15 to the semiconductor film having the crystal structure to form a conductive layer;
A step of gettering the catalytic element in the semiconductor film having the crystal structure to the conductive layer by heat treatment;
The semiconductor film having the crystal structure is patterned to form a first thin film semiconductor layer that forms a channel formation region of the thin film transistor, and a second thin film semiconductor layer that overlaps the first electrode with the insulating layer interposed therebetween Forming, and
A first conductive film covering at least a region where a source region and a drain region of a thin film transistor are formed on the first thin film semiconductor layer; and a second cover covering a surface of the second thin film semiconductor layer. Forming a conductive film;
Etching the first thin film semiconductor layer using the first conductive film as a mask to form a channel formation region of the thin film transistor,
The second electrode of the auxiliary capacitor is formed on the second thin film semiconductor layer.

上記の作製方法によって、補助容量の一方の電極は半導体層に形成されるが、本発明の作製方法に関する他の構成は、前記ソース配線と、前記薄膜トランジスタのソース電極及びドレイン電極と共に、前記補助容量の第2の電極を形成して、ソース配線と共通の導電膜を補助容量の電極に用いる。   Although one electrode of the auxiliary capacitor is formed in the semiconductor layer by the above manufacturing method, another structure relating to the manufacturing method of the present invention is the auxiliary capacitor together with the source wiring and the source electrode and the drain electrode of the thin film transistor. The second electrode is formed, and the conductive film common to the source wiring is used as the auxiliary capacitor electrode.

さらに、他の方法では、前記画素電極を画素TFT及び補助容量の誘電体に接するように形成することで、画素電極を補助容量の電極に用いる。   In another method, the pixel electrode is used as an auxiliary capacitor electrode by forming the pixel electrode in contact with the pixel TFT and the dielectric of the auxiliary capacitor.

本願発明を実施することで、非常に少ないマスク数(典型的には4枚)で量産性の高い半導体装置を作製することができる。   By implementing the present invention, a semiconductor device with high productivity can be manufactured with a very small number of masks (typically four).

また、チャネル形成領域とソース/ドレイン電極間に、特性バラツキの小さい電界緩和層(LDD領域、マスクオフセット領域、厚さオフセット領域等)が形成できるので、信頼性が高く且つ再現性の高い半導体装置を実現することが可能である。   In addition, since an electric field relaxation layer (LDD region, mask offset region, thickness offset region, etc.) having small variation in characteristics can be formed between the channel formation region and the source / drain electrodes, the semiconductor device has high reliability and high reproducibility. Can be realized.

以上の構成からなる本願発明の実施の形態について、以下に記載する実施例、特に実施例13以降において詳細な説明を行うこととする。   The embodiment of the present invention having the above-described configuration will be described in detail in the examples described below, particularly in the example 13 and later.

以下、図1〜21を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

〔実施例1〕 本願発明の代表的な実施例について、図1〜3を用いて説明する。まず、図1を用いて本願発明の半導体装置の作製方法を説明する。   [Example 1] A typical example of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS.

ガラス基板(または石英、シリコン基板)101上に珪素を主成分とする絶縁膜でなる下地膜102を形成する。その上に導電性膜でなるゲイト電極(第1配線)103を形成する。   A base film 102 made of an insulating film containing silicon as a main component is formed on a glass substrate (or quartz or silicon substrate) 101. A gate electrode (first wiring) 103 made of a conductive film is formed thereon.

ゲイト電極103の線幅は1〜10μm(代表的には3〜5μm)とする。また、膜厚は 200〜500 nm(代表的には 250〜300 nm)とする。本実施例では 250nm厚のTa/TaN(タンタル/窒化タンタル)積層膜を用いて線幅3μmのゲイト電極を形成する。   The line width of the gate electrode 103 is 1 to 10 μm (typically 3 to 5 μm). The film thickness is 200 to 500 nm (typically 250 to 300 nm). In this embodiment, a gate electrode having a line width of 3 μm is formed using a 250 nm thick Ta / TaN (tantalum / tantalum nitride) laminated film.

また、ゲイト電極103としては、少なくとも 600℃(好ましくは 800℃)の温度に耐えうる耐熱性を有する材料(タンタル、タングステン、チタン、クロム、モリブデン、導電性シリコン等)を用いる。その理由は後述する。ここで1回目のパターニング工程(ゲイト電極形成)が行われる。   As the gate electrode 103, a heat-resistant material (tantalum, tungsten, titanium, chromium, molybdenum, conductive silicon, or the like) that can withstand a temperature of at least 600 ° C. (preferably 800 ° C.) is used. The reason will be described later. Here, the first patterning step (gate electrode formation) is performed.

次に、窒化珪素膜104(膜厚は0〜200 nm、代表的には25〜100 nm、好ましくは50nm)、SiOx Ny で示される酸化窒化珪素膜又は酸化珪素膜(膜厚は 150〜300 nm、代表的には200 nm)105からなるゲイト絶縁層を形成し、その上に珪素を主成分とする非晶質半導体膜106を形成する。本実施例では非晶質珪素膜を例とするが他の化合物半導体膜(ゲルマニウムを含有する非晶質珪素膜等)を用いても良い。   Next, a silicon nitride film 104 (film thickness is 0 to 200 nm, typically 25 to 100 nm, preferably 50 nm), a silicon oxynitride film or a silicon oxide film (film thickness is 150 to 300) indicated by SiOxNy. nm, typically 200 nm) 105 is formed, and an amorphous semiconductor film 106 containing silicon as a main component is formed thereon. In this embodiment, an amorphous silicon film is taken as an example, but other compound semiconductor films (such as an amorphous silicon film containing germanium) may be used.

また、本願発明はチャネルエッチ型のボトムゲイト構造であるので、非晶質珪素膜106の膜厚は厚く形成しておく。膜厚範囲は 100〜600 nm(典型的には 200〜300 nm、好ましくは250 nm)とする。本実施例では200 nmとする。また、後述するが、最適な膜厚は本願発明のTFTにどの様なオフセット領域、LDD領域を設けるかによって適宜決定する必要がある。   Further, since the present invention has a channel etch type bottom gate structure, the amorphous silicon film 106 is formed thick. The film thickness range is 100 to 600 nm (typically 200 to 300 nm, preferably 250 nm). In this embodiment, it is 200 nm. As will be described later, the optimum film thickness needs to be appropriately determined depending on what offset region and LDD region are provided in the TFT of the present invention.

なお、本実施例では減圧熱CVD法により非晶質珪素膜106を成膜するが、成膜の際に炭素、酸素、窒素といった不純物の濃度を徹底的に管理することが望ましい。これらの不純物が多いと後の結晶化を阻害する恐れがある。   In this embodiment, the amorphous silicon film 106 is formed by a low pressure thermal CVD method, but it is desirable to thoroughly control the concentration of impurities such as carbon, oxygen, and nitrogen during the film formation. If these impurities are large, the subsequent crystallization may be hindered.

本実施例では成膜した非晶質珪素膜中における各不純物の濃度が、炭素及び窒素が 5×1018atoms/cm3 未満(代表的には 5×1017atoms/cm3 以下)、酸素が 1.5×1019atoms/cm3 未満(代表的には 1×1018atoms/cm3 以下)となる様に制御する。この様な管理を行っておけば最終的にTFTのチャネル形成領域中に含まれる不純物濃度は上記範囲内に収まる。 In this embodiment, the concentration of each impurity in the formed amorphous silicon film is less than 5 × 10 18 atoms / cm 3 for carbon and nitrogen (typically 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less), oxygen Is controlled to be less than 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 (typically 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less). If such management is performed, the impurity concentration finally contained in the channel formation region of the TFT falls within the above range.

こうして図1(A)の状態が得られる。その次に、珪素の結晶化を助長する触媒元素(代表的にはニッケル)を含んだ溶液をスピンコート法により塗布し、Ni(ニッケル)含有層107を形成する。詳細な条件は本発明者らによる特開平7-130652号公報記載の技術(ここでは同公報の実施例1)を参照すると良い。なお、同公報の実施例2に記載された技術を用いても良い。(図1(B))   In this way, the state of FIG. Next, a solution containing a catalytic element (typically nickel) that promotes crystallization of silicon is applied by a spin coating method to form a Ni (nickel) -containing layer 107. For detailed conditions, it is preferable to refer to the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-306052 by the present inventors (here, Example 1 of the same publication). In addition, you may use the technique described in Example 2 of the gazette. (Fig. 1 (B))

なお、同公報ではNiを含んだ水溶液を塗布する手段を示しているが、以下の添加手段を用いることも可能である。
(1)イオン注入法又はイオンドーピング法による直接的添加。
(2)Ni電極を用いたプラズマ処理による添加。
(3)CVD法、スパッタ法または蒸着法によるNi膜またはNix Siy (ニッケルシリサイド)膜の形成。
In this publication, although means for applying an aqueous solution containing Ni is shown, the following addition means may be used.
(1) Direct addition by ion implantation or ion doping.
(2) Addition by plasma treatment using a Ni electrode.
(3) Formation of Ni film or Nix Siy (nickel silicide) film by CVD, sputtering or vapor deposition.

また、珪素の結晶化を助長する触媒元素としては、Ni以外にもGe(ゲルマニウム)、Co(コバルト)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、鉄(Fe)、銅(Cu)、金(Au)、鉛(Pb)等を用いることができる。   In addition to Ni, catalytic elements that promote crystallization of silicon include Ge (germanium), Co (cobalt), platinum (Pt), palladium (Pd), iron (Fe), copper (Cu), gold ( Au), lead (Pb), or the like can be used.

Ni含有層107を形成したら、 450〜500 ℃2時間程の加熱処理(水素出し工程)の後、 500〜700 ℃(代表的には 550〜600 ℃)の温度で 2〜12時間(代表的には 4〜8 時間)の加熱処理を行い、結晶構造を有する半導体膜(本実施例の場合には結晶性珪素膜(ポリシリコン膜))108を得る。本実施例の場合、結晶化は非晶質珪素膜106の表面近傍から始まり、概略矢印の方向に向かって進行する。(図1(C))   After the Ni-containing layer 107 is formed, after heat treatment (dehydrogenation process) at 450 to 500 ° C. for 2 hours, the temperature is 500 to 700 ° C. (typically 550 to 600 ° C.) for 2 to 12 hours (typically For 4 to 8 hours), a semiconductor film (crystalline silicon film (polysilicon film) in this embodiment) 108 having a crystal structure is obtained. In this embodiment, crystallization starts from the vicinity of the surface of the amorphous silicon film 106 and proceeds in the direction of the arrow. (Figure 1 (C))

次に、レーザー光またはそれと同等の強度を持つ強光を照射することにより結晶性珪素膜108の結晶性の改善工程を行う。ここでは粒内欠陥の低減、不整合粒界の低減及び非晶質成分の結晶化などが行われ、非常に結晶性に優れた結晶性珪素膜109が得られる。(図1(D))   Next, the crystallinity improvement process of the crystalline silicon film 108 is performed by irradiating laser light or strong light having the same intensity. Here, reduction of intragranular defects, reduction of mismatch grain boundaries, crystallization of an amorphous component, and the like are performed, and a crystalline silicon film 109 having extremely excellent crystallinity is obtained. (Figure 1 (D))

次に、15族から選ばれた元素(代表的にはリン、砒素またはアンチモン)をイオン注入法(質量分離あり)またはイオンドーピング法(質量分離なし)により添加する。本実施例では結晶性珪素膜109の表面から深さ30〜100nm (代表的には30〜50nm)の範囲において、リン濃度が 1×1019〜3×1021atoms/cm3 、代表的には 1×10〜1×1021atoms/cm3 となる様に調節する。 Next, an element selected from Group 15 (typically phosphorus, arsenic or antimony) is added by an ion implantation method (with mass separation) or an ion doping method (without mass separation). In this embodiment, the phosphorus concentration is 1 × 10 19 to 3 × 10 21 atoms / cm 3 , typically within a depth range of 30 to 100 nm (typically 30 to 50 nm) from the surface of the crystalline silicon film 109. Is adjusted to 1 × 10 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 .

本実施例ではこの様にして形成された高濃度のリンを含む領域110をn+ 層(または第1の導電層)と呼ぶ。この層の厚さは30〜100nm (代表的には30〜50nm)の範囲で決定する。この場合、n+ 層110は後にソース/ドレイン電極の一部として機能する。本実施例では30nm厚のn+ 層を形成する。 In this embodiment, the region 110 containing high-concentration phosphorus formed in this manner is called an n + layer (or first conductive layer). The thickness of this layer is determined in the range of 30 to 100 nm (typically 30 to 50 nm). In this case, the n + layer 110 functions as a part of the source / drain electrode later. In this embodiment, an n + layer having a thickness of 30 nm is formed.

また、n+ 層110の下に形成される低濃度にリンを含む領域111をn- 層(または第2の導電層)と呼ぶ。この場合、n- 層111はn+ 層110よりも高抵抗となり、後に電界緩和のためのLDD領域として機能する。本実施例では30nm厚のn- 層を形成する。(図1(E)) A region 111 containing phosphorus at a low concentration formed under the n + layer 110 is referred to as an n layer (or a second conductive layer). In this case, the n layer 111 has a higher resistance than the n + layer 110 and functions as an LDD region for electric field relaxation later. In this embodiment, an n layer having a thickness of 30 nm is formed. (Figure 1 (E))

またn- 層404の下には、リン濃度が極端に低下した領域及びそのさらに下層は真性または実質的に真性な領域120が形成される。このような領域をi層120と呼ぶ。 Under the n layer 404, a region in which the phosphorus concentration is extremely lowered and a region 120 that is lower or more intrinsic or substantially intrinsic are formed. Such a region is referred to as i layer 120.

また、この時、リンを添加する際の深さ方向の濃度プロファイルが非常に重要である。この事について図4を用いて説明する。なお、図4に示す濃度プロファイルは加速電圧を80keV 、RF電力を20Wとしてイオンドーピング法によりフォスフィン(PH3 )を添加した場合の例である。 At this time, the concentration profile in the depth direction when phosphorus is added is very important. This will be described with reference to FIG. The concentration profile shown in FIG. 4 is an example when phosphine (PH 3 ) is added by an ion doping method with an acceleration voltage of 80 keV and an RF power of 20 W.

図4において、401は結晶性珪素膜、402は添加されたリンの濃度プロファイルを示している。この濃度プロファイルはRF電力、添加イオン種、加速電圧等の設定条件によって決定される。   In FIG. 4, 401 indicates a crystalline silicon film, and 402 indicates a concentration profile of added phosphorus. This concentration profile is determined by setting conditions such as RF power, added ion species, and acceleration voltage.

この時、濃度プロファイル402のピーク値はn+ 層403内部又は界面近傍にあり、結晶性珪素膜401の深くにいく程(ゲイト絶縁膜に向かうほど)、リン濃度は低下する。この時、リン濃度は膜内部全域に渡って連続的に変化するためn+ 層403の下には必ずn- 層404が形成される。 At this time, the peak value of the concentration profile 402 is in the n + layer 403 or in the vicinity of the interface, and the phosphorus concentration decreases as the depth of the crystalline silicon film 401 increases (towards the gate insulating film). At this time, since the phosphorus concentration continuously changes over the entire area inside the film, the n layer 404 is always formed under the n + layer 403.

そして、このn- 層404の内部においてもリン濃度は連続的に低下していく。本実施例では、リン濃度が 1×1019atoms/cm3 を超える領域をn+ 層403として考え、 5×1017〜 1×1019atoms/cm3 の濃度範囲にある領域をn- 層404として考えている。ただし、明確な境界は存在しないため、目安として考えている程度である。 The phosphorus concentration continuously decreases even inside the n layer 404. In this embodiment, a region where the phosphorus concentration exceeds 1 × 10 19 atoms / cm 3 is considered as the n + layer 403, and a region in the concentration range of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 is an n layer. Considered as 404. However, since there is no clear boundary, it is only considered as a guide.

また、リン濃度が極端に低下した領域及びそのさらに下層は真性または実質的に真性な領域(i層)405となる。なお、真性な領域とは意図的に不純物が添加されない領域を言う。また、実質的に真性な領域とは、不純物濃度(ここではリン濃度)が珪素膜のスピン密度以下である領域又は不純物濃度が 1×1014〜5×1017atoms/cm3 の範囲で一導電性を示す領域を指す。 Further, the region where the phosphorus concentration is extremely lowered and the lower layer thereof become an intrinsic or substantially intrinsic region (i layer) 405. Note that an intrinsic region is a region to which no impurity is intentionally added. The substantially intrinsic region is a region where the impurity concentration (phosphorus concentration in this case) is less than or equal to the spin density of the silicon film or a region where the impurity concentration is 1 × 10 14 to 5 × 10 17 atoms / cm 3. It refers to a region showing conductivity.

この様な真性または実質的に真性な領域はn- 層404の下に形成されるが、、i層405は基本的にチャネル形成領域と同一導電型の半導体層から構成される。即ち、チャネル形成領域が弱いn型又はp型を示す様な場合には、同様の導電型を示す。 Although such an intrinsic or substantially intrinsic region is formed under the n layer 404, the i layer 405 is basically composed of a semiconductor layer having the same conductivity type as the channel formation region. That is, when the channel formation region is weak n-type or p-type, the same conductivity type is exhibited.

この様に、n+ 層110の形成にイオン注入法またはイオンドーピング法を用いることによりn+ 層110の下にn- 層111を形成することができる。従来の様にn+ 層を成膜で設けた場合にはこの様な構成は実現できない。また、イオン添加時の条件を適切に設定することでn+ 層110とn- 層111の厚さ制御を容易に行うことができる。 Thus, n under the n + layer 110 by an ion implantation method or an ion doping method to form the n + layer 110 - it is possible to form the layer 111. Such a configuration cannot be realized when an n + layer is provided by film formation as in the prior art. Further, the thickness of the n + layer 110 and the n layer 111 can be easily controlled by appropriately setting the conditions at the time of ion addition.

特に、n- 層111の厚さは後にLDD領域の厚さとなるため、非常に精密な制御が必要である。イオンドーピング法等では添加条件の設定によって深さ方向の濃度プロファイルが精密に制御できるので、LDD領域の厚さ制御が容易に行える。本願発明ではn- 層111の厚さを30〜200 nm(代表的には50〜150 nm)の範囲で調節すれば良い。 In particular, since the thickness of the n layer 111 becomes the thickness of the LDD region later, very precise control is required. In the ion doping method or the like, since the concentration profile in the depth direction can be precisely controlled by setting the addition conditions, the thickness of the LDD region can be easily controlled. In the present invention, the thickness of the n layer 111 may be adjusted in the range of 30 to 200 nm (typically 50 to 150 nm).

図4では、ドーピング工程が1度の場合の濃度プロファイルを示しているが、ドーピング工程を複数に分けることで、n+ 層403、n- 層402の厚さを制御することもできる。例えば、高ドーズ量で比較的浅い箇所、n+ 層403を形成すべき深さに濃度プロファイルのピークが位置するようなドーピングと、低ドーズ量で比較的深い箇所、n- 層402を形成すべき深さに濃度プロファイルのピークが位置するドーピングを行えばよい。 Although FIG. 4 shows the concentration profile when the doping process is performed once, the thickness of the n + layer 403 and the n layer 402 can be controlled by dividing the doping process into a plurality of processes. For example, the n layer 402 is formed by doping such that a peak of the concentration profile is located at a depth where the n + layer 403 is to be formed, and a relatively deep location at a low dose. Doping in which the peak of the concentration profile is located at an appropriate depth may be performed.

次に、図1(E)の状態が得られたら、 500〜700 ℃(代表的には 600〜650 ℃)の温度で 0.5〜8 時間(代表的には 1〜4 時間)の加熱処理(ファーネスアニール)を行い、結晶性珪素膜のリンが添加されていない領域中のNiを、リンが添加されたn+ 層110及びn- 層111へと移動させる。即ちNiは概略矢印の方向に向かって拡散して、n+ 層110及びn- 層111にゲッタリングされて、チャネル形成領域が形成されるi層120のニッケル濃度が低減される。(図2(A)) Next, when the state shown in FIG. 1E is obtained, heat treatment is performed at a temperature of 500 to 700 ° C. (typically 600 to 650 ° C.) for 0.5 to 8 hours (typically 1 to 4 hours). Furnace annealing) is performed to move Ni in the region of the crystalline silicon film to which phosphorus is not added to the n + layer 110 and n layer 111 to which phosphorus is added. In other words, Ni diffuses in the direction of the arrow and is gettered to the n + layer 110 and the n layer 111 to reduce the nickel concentration of the i layer 120 where the channel formation region is formed. (Fig. 2 (A))

本実施例のゲッタリング工程によって、i層120のニッケル濃度は、SIMSのよる測定では、5×1017atoms/cm3 以下にまで低減されている。更に本実施例のゲッタリクング技術によって、ニッケル濃度はi層120のスピン密度以下まで、1×1014atoms/cm3 以下まで低減することが可能である。 By the gettering step of this embodiment, the nickel concentration of the i layer 120 is reduced to 5 × 10 17 atoms / cm 3 or less as measured by SIMS. Further, by the gettering technique of this embodiment, the nickel concentration can be reduced to 1 × 10 14 atoms / cm 3 or less to the spin density of the i layer 120 or less.

この様に、本実施例はn+ 層110及びn- 層111、に含まれたリンによってNiをゲッタリングさせる点、即ちn+ /n- 層をゲッタリング領域として活用する点に大きな特徴がある。また、Niをゲッタリングしたn+ /n- 層の一部はそのままソース/ドレイン領域を構成する第1及び第2の導電層として残るが、ゲッタリング後は不活性なリン化ニッケルとなるので問題はない。 As described above, the present embodiment is greatly characterized in that Ni is gettered by phosphorus contained in the n + layer 110 and the n layer 111, that is, the n + / n layer is used as a gettering region. is there. Further, a part of the n + / n layer obtained by gettering Ni remains as the first and second conductive layers constituting the source / drain region, but becomes inactive nickel phosphide after gettering. No problem.

また、この場合、Niが移動すべき距離は結晶性珪素膜の膜厚分に相当する距離でしかないので非常に速やか(短時間のうち)にゲッタリングが終了する。そのため、(1)添加するリン濃度の低減、(2)加熱処理温度の低下、(3)加熱処理時間の短縮化を実現しうる。   In this case, since the distance that Ni should move is only a distance corresponding to the thickness of the crystalline silicon film, gettering is completed very quickly (within a short time). Therefore, (1) the concentration of added phosphorus can be reduced, (2) the heat treatment temperature can be lowered, and (3) the heat treatment time can be shortened.

なお、本実施例ではガラス基板上にTFTを作製するのでガラスの耐熱性でプロセス最高温度が決定されてしまう。しかしながら、基板として石英基板など耐熱性の高い基板を用いれば、ゲッタリングのための加熱処理の最高温度を 1000 ℃(好ましくは 800℃)にまで上げることができる。温度が 800℃を超えるとゲッタリング領域から被ゲッタリング領域へのリンの逆拡散が起こり始めるので好ましくない。   In this embodiment, since the TFT is manufactured on the glass substrate, the maximum process temperature is determined by the heat resistance of the glass. However, if a highly heat-resistant substrate such as a quartz substrate is used as the substrate, the maximum temperature for heat treatment for gettering can be increased to 1000 ° C. (preferably 800 ° C.). If the temperature exceeds 800 ° C., the reverse diffusion of phosphorus from the gettering region to the gettering region begins to occur, which is not preferable.

また、ゲイト電極103の耐熱性を少なくとも 600℃(好ましくは 800℃)の温度に耐えうる様にしたのは、このゲッタリング工程を考慮しての事である。勿論、ゲッタリング工程をファーネスアニールによらず、ランプアニール等で行う場合にはゲイト電極の許容範囲も広がる。   The reason why the heat resistance of the gate electrode 103 can withstand a temperature of at least 600 ° C. (preferably 800 ° C.) is that this gettering process is taken into consideration. Of course, when the gettering process is performed by lamp annealing or the like without using furnace annealing, the allowable range of the gate electrode is widened.

こうして、i層120中の触媒元素をn+ /n- 層にゲッタリングさせた後、結晶性珪素膜のパターニングを行い、島状半導体層112を形成する。この時、最終的にTFTが完成した時にキャリアの移動方向に対して垂直な方向の長さ(チャネル幅(W))が1〜30μm(代表的には10〜20μm)となる様に調節する。ここで2回目のパターニング工程が行われる。(図2(B)) Thus, after the catalytic element in the i layer 120 is gettered to the n + / n layer, the crystalline silicon film is patterned to form the island-shaped semiconductor layer 112. At this time, when the TFT is finally completed, the length (channel width (W)) in the direction perpendicular to the carrier moving direction is adjusted to 1 to 30 μm (typically 10 to 20 μm). . Here, the second patterning step is performed. (Fig. 2 (B))

ここで図面上には図示されないが、露出したゲイト絶縁層の一部をエッチングし、ゲイト電極(第1配線)と次に形成する電極(第2配線)との電気的接続をとるためのコンタクトホール(図2(D)の119で示される領域)を開口する。ここで3回目のパターニング工程が行われる。   Here, although not shown in the drawing, a part of the exposed gate insulating layer is etched to make electrical connection between the gate electrode (first wiring) and the electrode (second wiring) to be formed next. A hole (a region indicated by 119 in FIG. 2D) is opened. Here, a third patterning step is performed.

次に、導電性を有する金属膜(図示せず)を成膜し、パターニングによりソース電極113、ドレイン電極114を形成する。本実施例ではTi(50nm)/Al( 200〜300 nm)/Ti(50nm)の3層構造からなる積層膜を用いる。また、上述の様にゲイト電極と電気的に接続するための配線も同時に形成されている。ここで4回目のパターニング工程が行われる。(図2(C))   Next, a conductive metal film (not shown) is formed, and the source electrode 113 and the drain electrode 114 are formed by patterning. In this embodiment, a laminated film having a three-layer structure of Ti (50 nm) / Al (200 to 300 nm) / Ti (50 nm) is used. Further, as described above, wiring for electrically connecting to the gate electrode is also formed at the same time. Here, a fourth patterning step is performed. (Fig. 2 (C))

また、後述するが、ゲイト電極103の真上の領域、即ちソース電極113とドレイン電極114とで挟まれた領域(以下、チャネルエッチ領域と呼ぶ)115の長さ(C1 で示される)が後にチャネル形成領域とオフセット領域の長さを決定する。C1 は2〜20μm(代表的には5〜10μm)の範囲から選べるが、本実施例ではC1 =4μmとする。 Further, as will be described later, the length (indicated by C 1 ) of a region (hereinafter referred to as a channel etch region) 115 immediately above the gate electrode 103, that is, a region sandwiched between the source electrode 113 and the drain electrode 114 (hereinafter referred to as a channel etch region). Later, the lengths of the channel formation region and the offset region are determined. C 1 can be selected from the range of 2 to 20 μm (typically 5 to 10 μm). In this embodiment, C 1 = 4 μm.

次に、ソース電極113及びドレイン電極114をマスクとしてドライエッチングを行い、自己整合的に島状半導体層112をエッチングする。そのため、チャネルエッチ領域115のみでエッチングが進行する。(図2(D))   Next, dry etching is performed using the source electrode 113 and the drain electrode 114 as a mask, and the island-shaped semiconductor layer 112 is etched in a self-aligning manner. Therefore, the etching proceeds only in the channel etch region 115. (Fig. 2 (D))

この時、n+ 層110、n- 層111は完全にエッチングされ、真性または実質的に真性なi層120のみが残された形でエッチングを止める。本願発明では最終的に10〜100 nm(代表的には10〜75nm、好ましくは15〜45nm)の半導体層のみを残す。本実施例では30nm厚の半導体層を残すことにする。 At this time, the n + layer 110 and the n layer 111 are completely etched, and the etching is stopped in such a manner that only the intrinsic or substantially intrinsic i layer 120 is left. In the present invention, finally, only the semiconductor layer of 10 to 100 nm (typically 10 to 75 nm, preferably 15 to 45 nm) is left. In this embodiment, a semiconductor layer having a thickness of 30 nm is left.

こうして島状半導体層112のエッチング(チャネルエッチ工程)が終了したら、保護膜116として酸化珪素膜また窒化珪素膜を形成して、図2(D)に示す様な構造の逆スタガ型TFTを得る。   When the etching of the island-shaped semiconductor layer 112 (channel etch process) is completed in this way, a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed as the protective film 116, and an inverted staggered TFT having a structure as shown in FIG. 2D is obtained. .

この状態において、チャネルエッチされた島状半導体層112のうち、ゲイト電極113の真上に位置する領域はチャネル形成領域117となる。本実施例の構成ではゲイト電極幅がチャネル形成領域の長さに対応し、L1 で示される長さをチャネル長と呼ぶ。また、ゲイト電極113の端部よりも外側に位置する領域118は、ゲイト電極113からの電界が及ばず、オフセット領域となる。この長さはX1 で示される。 In this state, in the channel-etched island-like semiconductor layer 112, a region located immediately above the gate electrode 113 becomes a channel formation region 117. In the configuration of this embodiment, the gate electrode width corresponds to the length of the channel formation region, and the length indicated by L 1 is called the channel length. In addition, the region 118 located outside the end portion of the gate electrode 113 does not receive the electric field from the gate electrode 113 and becomes an offset region. This length is represented by X 1.

本実施例の場合、ゲイト電極113の線幅(L1 に相当する)が3μmであり、チャネルエッチ領域115の長さ(C1 )が4μmであるので、オフセット領域の長さ(X1 )は 0.5μmとなる。 In this embodiment, the line width (corresponding to L 1 ) of the gate electrode 113 is 3 μm, and the length (C 1 ) of the channel etch region 115 is 4 μm. Therefore, the length of the offset region (X 1 ) Is 0.5 μm.

ここで、ドレイン領域(ドレイン電極114と接する半導体層)を拡大したものを図3に示す。図3において、103はゲイト電極、301はチャネル形成領域、302はn+ 層(ソースまたはドレイン電極)、303、304は膜厚の異なるオフセット領域、305はn- 層(LDD領域)である。 Here, an enlarged view of the drain region (semiconductor layer in contact with the drain electrode 114) is shown in FIG. In FIG. 3, 103 is a gate electrode, 301 is a channel formation region, 302 is an n + layer (source or drain electrode), 303 and 304 are offset regions having different film thicknesses, and 305 is an n layer (LDD region).

なお、ここでは説明しないがソース領域(ソース電極113と接する半導体層)も同様の構造を有している。   Note that although not described here, the source region (semiconductor layer in contact with the source electrode 113) also has a similar structure.

また、図3に示す構造は模式的に記されているが、各領域の膜厚関係には注意が必要である。本願発明を構成するにあたって最も好ましい構成は、膜厚の厚さがn+ 層302<n- 層305<オフセット領域(i層)304の関係にある場合である。 Further, although the structure shown in FIG. 3 is schematically shown, attention should be paid to the film thickness relationship in each region. The most preferable configuration in configuring the present invention is a case where the thicknesses are in the relationship of n + layer 302 <n layer 305 <offset region (i layer) 304.

なぜならばn+ 層302は電極として機能するだけなので薄くで十分である。一方、n- 層305及びオフセット領域304は電界緩和を効果的に行うために適切な厚さが必要である。 This is because the n + layer 302 only functions as an electrode and is thin and sufficient. On the other hand, the n layer 305 and the offset region 304 need to have appropriate thicknesses for effective electric field relaxation.

本実施例の構成では、チャネル形成領域301からn+ 領域302に至るまでに膜厚の異なる二つのオフセット領域303、304及びLDD領域305が存在する。なお、303はマスク合わせにより形成される膜面方向のオフセット領域であり、マスクオフセット領域と呼ぶ。 In the configuration of this embodiment, two offset regions 303 and 304 and an LDD region 305 having different film thickness exist from the channel formation region 301 to the n + region 302. Reference numeral 303 denotes an offset region in the film surface direction formed by mask alignment, and is referred to as a mask offset region.

また、304はi層の膜厚分に相当する膜厚方向のオフセット領域であり、厚さオフセット領域と呼ぶ。厚さオフセット領域304の厚さは100 〜300 nm(代表的には 150〜200nm )の範囲で決定すれば良い。ただし、チャネル形成領域の膜厚よりも膜厚をが厚くする必要がある。チャネル形成領域よりも膜厚が薄いと良好なオフセット効果を望めない。   Reference numeral 304 denotes an offset region in the film thickness direction corresponding to the film thickness of the i layer, and is referred to as a thickness offset region. The thickness of the thickness offset region 304 may be determined in the range of 100 to 300 nm (typically 150 to 200 nm). However, it is necessary to make the film thickness larger than the film thickness of the channel formation region. If the film thickness is thinner than the channel formation region, a good offset effect cannot be expected.

この様なオフセット+LDDからなる構造を本発明者らはHRD(High Resistance Drain )構造と呼び、通常のLDD構造とは区別して考えている。本実施例の場合、HRD構造はマスクオフセット+厚さオフセット+LDDの3段構造で構成されることになる。   The present inventors call such a structure composed of offset + LDD as an HRD (High Resistance Drain) structure, and distinguish it from a normal LDD structure. In the case of the present embodiment, the HRD structure is constituted by a three-stage structure of mask offset + thickness offset + LDD.

この時、LDD領域303はLDD領域の膜厚及び不純物濃度によって制御されるため、非常に再現性が高く、特性バラツキが小さいという利点を有する。パターニングによって形成されたLDD領域ではパターニング誤差による特性バラツキが問題となることは従来例で述べた通りである。   At this time, since the LDD region 303 is controlled by the film thickness and impurity concentration of the LDD region, it has the advantages of extremely high reproducibility and small characteristic variation. As described in the conventional example, the LDD region formed by patterning has a problem of variation in characteristics due to patterning errors.

なお、マスクオフセット領域303の長さ(X1 )はパターニングによって制御されるため、パターニングやガラスの縮み等による誤差の影響を受ける。しかしながら、その後に厚さオフセット領域304とLDD領域305とが存在するので誤差による影響は緩和され、特性バラツキを小さくすることができる。 Note that since the length (X 1 ) of the mask offset region 303 is controlled by patterning, it is affected by errors due to patterning, shrinkage of glass, and the like. However, since the thickness offset region 304 and the LDD region 305 exist after that, the influence of the error is alleviated and the characteristic variation can be reduced.

なお、マスクオフセットの長さ(X1 )はチャネル長(L1 )とチャネルエッチ領域の長さ(C1 )を用いて(C1 −L1 )/2で表される。従って、ソース/ドレイン電極形成時のパターニング工程によって所望のオフセット長(X1 )を設定することが可能である。本実施例の構成ではオフセット長(X1 )は 0.3〜3μm(代表的には1〜2μm)とすることができる。 The length (X 1 ) of the mask offset is expressed by (C 1 −L 1 ) / 2 using the channel length (L 1 ) and the length (C 1 ) of the channel etch region. Therefore, a desired offset length (X 1 ) can be set by a patterning process when forming the source / drain electrodes. In the configuration of the present embodiment, the offset length (X 1 ) can be 0.3 to 3 μm (typically 1 to 2 μm).

なお、図2(D)に示す様な構造の逆スタガ型TFTは、従来の非晶質珪素膜を活性層(島状半導体層)として利用したTFTでは実現できない。なぜならば、非晶質珪素膜を用いる場合、ソース/ドレイン電極とゲイト電極とがオーバーラップする様な構造にしないとキャリア(電子または正孔)の移動度が極めて遅くなってしまうからである。   Note that an inverted staggered TFT having a structure as shown in FIG. 2D cannot be realized by a conventional TFT using an amorphous silicon film as an active layer (island semiconductor layer). This is because, when an amorphous silicon film is used, the mobility of carriers (electrons or holes) becomes extremely slow unless the source / drain electrode and the gate electrode overlap each other.

ソース/ドレイン電極とゲイト電極とがオーバーラップする様な構造にしたとしても非晶質珪素膜を用いたTFTのモビリティ(電界効果移動度)はせいぜい1〜10cm2 /Vs程度である。それに対して本実施例の様な構造を採用してしまってはモビリティが低すぎてスイッチング素子として機能しない。 Even if the source / drain electrode and the gate electrode overlap each other, the mobility (field effect mobility) of the TFT using the amorphous silicon film is at most about 1 to 10 cm 2 / Vs. On the other hand, if the structure as in this embodiment is adopted, the mobility is too low to function as a switching element.

ところが、本願発明では活性層として結晶性珪素膜を利用しているのでキャリア移動度が十分に速い。従って、本実施例の様な構造としても十分なモビリティを得ることが可能である。即ち、本実施例の構造は半導体層として結晶構造を有する半導体膜を用いたからこそ実現できるのである。   However, since the crystalline silicon film is used as the active layer in the present invention, the carrier mobility is sufficiently fast. Therefore, sufficient mobility can be obtained even with the structure as in this embodiment. That is, the structure of this embodiment can be realized only by using a semiconductor film having a crystal structure as a semiconductor layer.

また、本実施例の逆スタガ型TFTは、HRD構造を有しているので衝突電離によるホットキャリア注入などの劣化現象に対して非常に強く、高い信頼性を有している。しかも、LDD領域の効果が支配的な上、そのLDD領域が非常に制御性よく形成されているので特性バラツキが非常に小さい。   In addition, since the inverted staggered TFT of this embodiment has an HRD structure, it is very strong against deterioration phenomena such as hot carrier injection due to impact ionization and has high reliability. Moreover, the effect of the LDD region is dominant, and the LDD region is formed with very good controllability, so that the variation in characteristics is very small.

そのため、本実施例の様な構造は高耐圧を必要とし、高い動作速度はそれほど必要としない様な回路を構成するTFTに好適である。   For this reason, the structure as in this embodiment is suitable for a TFT that constitutes a circuit that requires a high breakdown voltage and does not require a high operation speed.

また、本実施例の作製工程に示した様に、図2(D)に示した構造の逆スタガ型TFTを得るのに4枚のマスクしか必要としていない。これは従来のチャネルストップ型TFTが6枚マスクを必要としていた事を考えると、スループット及び歩留りが飛躍的に向上することを意味している。   Further, as shown in the manufacturing process of this embodiment, only four masks are required to obtain an inverted staggered TFT having the structure shown in FIG. This means that the throughput and the yield are dramatically improved considering that the conventional channel stop type TFT requires six masks.

以上の様に、本実施例の構成によれば量産性の高い作製工程によって、高い信頼性と再現性を有するボトムゲイト型TFTを作製することが可能である。   As described above, according to the structure of this embodiment, a bottom gate type TFT having high reliability and reproducibility can be manufactured by a manufacturing process with high mass productivity.

なお、本実施例の作製工程に従って作製したボトムゲイト型TFT(Nチャネル型TFT)のモビリティは30〜250cm2 /Vs (代表的には10〜150cm2 /Vs )
、しきい値電圧は0〜3Vを実現しうる。
Note that the mobility of a bottom gate type TFT (N-channel type TFT) manufactured in accordance with the manufacturing process of this embodiment is 30 to 250 cm 2 / Vs (typically 10 to 150 cm 2 / Vs).
The threshold voltage can be 0-3V.

〔実施例2〕
本実施例では本願発明の構成において、実施例1とは異なる構成例を示す。TFTの作製工程は基本的には実施例1に従えば良いので、本実施例では必要な部分のみを説明することにする。
[Example 2]
In the present embodiment, a configuration example different from the first embodiment in the configuration of the present invention is shown. Since the TFT manufacturing process may basically follow the first embodiment, only necessary portions will be described in this embodiment.

まず、実施例1の作製工程に従って図5(A)の状態を得る。ここで実施例1と異なる点は、ソース電極501、ドレイン電極502を形成する際にチャネルエッチ領域500の長さをC2 とする点にある。この時、C2 はゲイト電極幅よりも狭く、2〜9μm(代表的には2〜4μm)の範囲で選ばれる。即ち、ゲイト電極とソース/ドレイン電極とがオーバーラップする様に設けることが本実施例の特徴となる。 First, the state shown in FIG. 5A is obtained in accordance with the manufacturing process of Example 1. The difference from the first embodiment is that the length of the channel etch region 500 is C 2 when the source electrode 501 and the drain electrode 502 are formed. At this time, C 2 is narrower than the gate electrode width, and is selected in the range of 2 to 9 μm (typically 2 to 4 μm). That is, it is a feature of this embodiment that the gate electrode and the source / drain electrode are provided so as to overlap.

この状態で実施例1に示した様にチャネルエッチ工程を行い、保護膜を設けると図5(B)の状態を得る。この時、503で示される領域がチャネル形成領域となり、そのチャネル長はL2 (=C2 )で表される。また、マスク設計によりオーバーラップさせた領域(マスクオーバーラップ領域と呼ぶ)504の長さ(Y2)はゲイト電極幅をEとすると、(E−L2 )/2で表される。 In this state, when the channel etch process is performed as shown in the first embodiment and a protective film is provided, the state shown in FIG. 5B is obtained. At this time, a region indicated by 503 is a channel formation region, and the channel length is represented by L 2 (= C 2 ). Further, the length (Y2) of the region 504 overlapped by the mask design (referred to as a mask overlap region) 504 is represented by (E−L 2 ) / 2 where E is the gate electrode width.

図5(C)はドレイン領域の拡大図であるが、TFT動作時のキャリアは、チャネル形成領域503(厚さ50nm)、マスクオーバーラップ領域504(厚さ160 nm)、LDD領域505(厚さ50nm)を通ってn+ 層506(厚さ40nm)、ドレイン電極502へと到達する。 FIG. 5C is an enlarged view of the drain region. In the TFT operation, carriers are channel formation region 503 (thickness 50 nm), mask overlap region 504 (thickness 160 nm), and LDD region 505 (thickness). 50 nm) and reaches the n + layer 506 (thickness 40 nm) and the drain electrode 502.

なお、この場合、マスクオーバーラップ領域504にもゲイト電極からの電界が形成されるが、LDD領域505に近づくにつれて電界は弱まるので、その様な領域は実質的にLDD領域と同様の機能を持つ。勿論、さらにLDD領域505に近づけば完全に電界が形成されなくなり、オフセット(厚さオフセット)領域としても機能しうる。   In this case, an electric field from the gate electrode is also formed in the mask overlap region 504. However, since the electric field is weakened as the LDD region 505 is approached, such a region has substantially the same function as the LDD region. . Of course, if it is further closer to the LDD region 505, the electric field is not completely formed, and it can function as an offset (thickness offset) region.

この様に本実施例の構造ではHRD構造が、オーバーラップによる実質的なLDD+厚さオフセット+低濃度不純物によるLDDで構成される。また、オーバーラップ領域504の膜厚が薄い場合には、オーバーラップによる実質的なLDD+低濃度不純物によるLDDのみからなるLDD構造もとりうる。   As described above, in the structure of this embodiment, the HRD structure is constituted by substantial LDD due to overlap + LDD due to thickness offset + low concentration impurities. Further, when the thickness of the overlap region 504 is thin, an LDD structure consisting only of LDD due to overlap + LDD due to low concentration impurities can be taken.

本実施例の構成においても、オーバーラップ領域504、LDD領域505がそれぞれの膜厚で制御されるので非常に特性バラツキが小さい。また、オーバーラップ領域の長さ(Y2 )はパターニング等による誤差を含むが、オーバーラップによるLDD、厚さ方向のオフセット及び低濃度不純物によるLDDはその様な誤差の影響を受けないのでY2 の誤差による特性バラツキは緩和される。 Even in the configuration of the present embodiment, the overlap region 504 and the LDD region 505 are controlled by the respective film thicknesses, so that the characteristic variation is very small. The length of the overlap region (Y 2) but includes an error due to patterning such, LDD by overlap, because LDD is not affected by such errors due to the thickness direction offset and the low concentration impurity Y 2 The characteristic variation due to the error is reduced.

なお、本実施例の様な構造はオフセット成分が少なく、高い動作速度を必要とする様な回路を構成するTFTに好適である。   Note that the structure as in this embodiment is suitable for a TFT constituting a circuit that has a small offset component and requires a high operating speed.

また、本実施例の構造では衝突電離によってチャネル形成領域内に蓄積した少数キャリアが速やかにソース電極へと引き抜かれるので基板浮遊効果を起こしにくいという利点を有する。そのため、動作速度が速い上に非常に耐圧特性の高いTFTを実現することが可能である。   In addition, the structure of this embodiment has an advantage that the substrate floating effect is unlikely to occur because minority carriers accumulated in the channel formation region due to impact ionization are quickly extracted to the source electrode. Therefore, it is possible to realize a TFT having a high operation speed and a very high breakdown voltage characteristic.

〔実施例3〕 本実施例では本願発明の構成において、実施例1、2とは異なる構成例を示す。TFTの作製工程は基本的には実施例1に従えば良いので、本実施例では必要な部分のみを説明することにする。   [Embodiment 3] This embodiment shows a configuration example different from Embodiments 1 and 2 in the configuration of the present invention. Since the TFT manufacturing process may basically follow the first embodiment, only necessary portions will be described in this embodiment.

まず、実施例1の作製工程に従って図6(A)の状態を得る。ここで実施例1と異なる点は、ソース電極601、ドレイン電極602を形成する際にチャネルエッチ領域600の長さをC3 とする点にある。この時、C3 はゲイト電極幅と一致させるため、1〜10μm(代表的には3〜5μm)となる。 First, the state shown in FIG. 6A is obtained in accordance with the manufacturing process of Example 1. The difference from the first embodiment is that the length of the channel etch region 600 is C 3 when the source electrode 601 and the drain electrode 602 are formed. At this time, C 3 is 1 to 10 μm (typically 3 to 5 μm) to match the gate electrode width.

この状態で実施例1に示した様にチャネルエッチ工程を行い、保護膜を設けると図6(B)の状態を得る。この時、603で示される領域がチャネル形成領域となり、そのチャネル長はL3 (=C3 )で表される。 In this state, when the channel etch process is performed as shown in the first embodiment and a protective film is provided, the state shown in FIG. 6B is obtained. At this time, a region indicated by 603 is a channel formation region, and the channel length is represented by L 3 (= C 3 ).

図6(C)はドレイン領域の拡大図であるが、TFT動作時のキャリアは、チャネル形成領域603(厚さ100 nm)、厚さオフセット領域604(厚さ150 nm)、LDD領域605(厚さ100 nm)を通ってn+ 層606(厚さ50nm)、ドレイン電極602へと到達する。即ち、本実施例の構造ではHRD構造が厚さオフセット+LDDの2段構造で構成される。 FIG. 6C is an enlarged view of the drain region. In the TFT operation, carriers are channel formation region 603 (thickness 100 nm), thickness offset region 604 (thickness 150 nm), and LDD region 605 (thickness). 100 nm) to reach the n + layer 606 (thickness 50 nm) and the drain electrode 602. That is, in the structure of the present embodiment, the HRD structure is a two-stage structure of thickness offset + LDD.

本実施例の構成においても、厚さオフセット領域604、LDD領域605がそれぞれの膜厚で制御されるので非常に特性バラツキが小さい。また、十分な耐圧特性を得ることが可能である。   Also in the configuration of the present embodiment, the thickness offset region 604 and the LDD region 605 are controlled by the respective film thicknesses, so that the characteristic variation is very small. In addition, sufficient breakdown voltage characteristics can be obtained.

〔実施例4〕 本実施例では本願発明の構成において、実施例1〜3とは異なる構成例を示す。TFTの作製工程は基本的には実施例1に従えば良いので、本実施例では必要な部分のみを説明することにする。   [Embodiment 4] This embodiment shows a configuration example different from Embodiments 1 to 3 in the configuration of the present invention. Since the TFT manufacturing process may basically follow the first embodiment, only necessary portions will be described in this embodiment.

まず、実施例1の作製工程に従って図7(A)の状態を得る。ここで実施例1と異なる点は、ソース電極701、ドレイン電極702を形成する際にソース電極またはドレイン電極のいずれか一方をゲイト電極にオーバーラップさせ、他方はオーバーラップさせない構成とする点にある。   First, the state of FIG. 7A is obtained in accordance with the manufacturing process of Example 1. Here, the difference from the first embodiment is that when the source electrode 701 and the drain electrode 702 are formed, either the source electrode or the drain electrode is overlapped with the gate electrode, and the other is not overlapped. .

なお、本実施例ではチャネルエッチ領域700の長さをC4 とする。この時、C4 は1〜10μm(代表的には3〜6μm)の範囲で選ばれる。 In this embodiment, the length of the channel etch region 700 is C 4 . At this time, C 4 is selected in the range of 1 to 10 μm (typically 3 to 6 μm).

この状態で実施例1に示した様にチャネルエッチ工程を行い、保護膜を設けると図7(B)の状態を得る。この時、703で示される領域がチャネル形成領域となり、そのチャネル長はL4 (=C4 −X4 )で表される。 In this state, a channel etch process is performed as shown in Embodiment 1 to provide a state shown in FIG. 7B when a protective film is provided. At this time, a region indicated by 703 becomes a channel formation region, and the channel length is represented by L 4 (= C 4 −X 4 ).

ここで、X4はマスクオフセット領域704の長さである。X4 の数値範囲については実施例1を参考にすれば良い。また、マスクオーバーラップ領域705の長さの数値範囲は実施例2を参考にすれば良い。 Here, X4 is the length of the mask offset region 704. It may be the first embodiment with reference the numerical range of X 4. Further, the numerical range of the length of the mask overlap region 705 may be referred to the second embodiment.

本実施例は、実施例1で説明したHRD構造と実施例2で説明したHRD構造(またはLDD構造)とを組み合わせた構成である。構造的な説明は実施例1及び実施例2で既に説明したのでここでの説明は省略する。   In this example, the HRD structure described in Example 1 and the HRD structure (or LDD structure) described in Example 2 are combined. Since the structural description has already been described in the first and second embodiments, the description thereof is omitted here.

本実施例の様な構造を採用する場合、特にソース領域に実施例2に示したHRD構造(またはLDD構造)を用い、ドレイン領域に実施例1で説明したHRD構造を用いることが好ましい。   When the structure as in this embodiment is employed, it is particularly preferable to use the HRD structure (or LDD structure) shown in Embodiment 2 for the source region and the HRD structure described in Embodiment 1 for the drain region.

例えば、ドレイン領域側のチャネル端部(接合部)では特に電界集中が激しく、実施例1に示した様な抵抗成分の多いHRD構造が望ましい。逆に、ソース側ではそこまでの高耐圧対策は必要ないので、実施例2に示した様な抵抗成分の少ないHRD(またはLDD)構造が適している。   For example, an electric field concentration is particularly intense at the channel end (junction) on the drain region side, and an HRD structure having a large resistance component as shown in the first embodiment is desirable. On the other hand, since there is no need for such a high withstand voltage countermeasure on the source side, an HRD (or LDD) structure with a small resistance component as shown in the second embodiment is suitable.

なお、本実施例において、ソース/ドレイン領域側のいずれか一方に実施例2の構成を組み合わせることも可能である。この様に、実施例1〜3に示したHRD構造またはLDD構造を実施者が適宜選択してソース/ドレイン領域に採用し、回路設計を鑑みて最適な構造を設計すれば良い。この場合、32 =9通りの組み合わせパターンが可能である。 In this embodiment, the configuration of Embodiment 2 can be combined with either one of the source / drain regions. As described above, the HRD structure or the LDD structure shown in the first to third embodiments may be appropriately selected by the practitioner and used in the source / drain region, and an optimum structure may be designed in view of circuit design. In this case, 3 2 = 9 combinations are possible.

〔実施例5〕 本実施例では実施例1〜4に示した構成のボトムゲイト型TFTを用いてCMOS回路(インバータ回路)を構成する場合の例について図8を用いて説明する。なお、CMOS回路は同一基板上に形成されたNチャネル型TFTとPチャネル型TFTとを相補的に組み合わせて構成する。   [Embodiment 5] In this embodiment, an example in which a CMOS circuit (inverter circuit) is formed using bottom gate type TFTs having the configurations shown in Embodiments 1 to 4 will be described with reference to FIG. Note that the CMOS circuit is configured by complementarily combining an N-channel TFT and a P-channel TFT formed on the same substrate.

図8は実施例4に示した構成を利用したCMOS回路であり、801はPチャネル型TFTのソース電極、802はNチャネル型TFTのソース電極、803はN/P共通のドレイン電極である。   FIG. 8 shows a CMOS circuit using the configuration shown in the fourth embodiment, in which 801 is a source electrode of a P-channel TFT, 802 is a source electrode of an N-channel TFT, and 803 is a drain electrode common to N / P.

また、Nチャネル型TFTは実施例1で説明した作製工程によってn+ 層804、805、n- 層806、807が形成されている。一方、Pチャネル型TFTの方にはp++層808、809、p- 層810、811が形成されている。 In the N-channel TFT, n + layers 804 and 805 and n layers 806 and 807 are formed by the manufacturing process described in Embodiment 1. On the other hand, p ++ layers 808 and 809 and p layers 810 and 811 are formed on the P-channel TFT.

なお、同一基板上にCMOS回路を作製することは非常に容易である。本願発明の場合、まず、実施例1の工程に従って図2(B)の状態を得る。   Note that it is very easy to manufacture a CMOS circuit on the same substrate. In the case of the present invention, first, the state of FIG.

この状態ではN型/P型関係なく15族から選ばれた元素が全面に添加されているが、Pチャネル型TFTを作製する場合にはNチャネル型TFTとする領域をレジストマスク等で隠して13族から選ばれた元素(代表的にはボロン、インジウムまたはガリウム)を添加すれば良い。   In this state, an element selected from the group 15 is added to the entire surface regardless of the N-type / P-type, but when a P-channel TFT is manufactured, the region to be the N-channel TFT is hidden by a resist mask or the like. An element selected from Group 13 (typically boron, indium, or gallium) may be added.

本実施例ではボロンを例にとるが、この時、ボロンはリンの濃度以上に添加して導電性を反転させなければならない。また、n+ 層及びn- 層全てを完全にp++層及びp- 層に反転させるためには、ボロン添加時の濃度プロファイルを調節してリンの添加深さよりも深く添加することが重要である。 In this embodiment, boron is taken as an example. At this time, boron must be added to a concentration higher than that of phosphorus to reverse the conductivity. Also, in order to completely invert all n + and n layers to p ++ and p layers, it is important to adjust the concentration profile when boron is added and add it deeper than the addition depth of phosphorus. It is.

従って、ボロンの膜中における濃度プロファイルは図9の様になる。図9において、900は半導体層、901はボロン添加前のリンの濃度プロファイル、902はボロン添加後のボロンの濃度プロファイル、903はp++層、904はp- 層、905はi層である。 Therefore, the concentration profile of boron in the film is as shown in FIG. In FIG. 9, 900 is a semiconductor layer, 901 is a phosphorus concentration profile before boron addition, 902 is a boron concentration profile after boron addition, 903 is a p ++ layer, 904 is a p layer, and 905 is an i layer. .

この時、p++層903の厚さは10〜150 nm(代表的には50〜100 nm)とし、p++層のボロンの濃度は、3×1019〜1×1022atoms/cm3 、代表的には3×1019〜3×1021atoms/cm3 となる様に調節する。 At this time, the thickness of the p ++ layer 903 is 10 to 150 nm (typically 50 to 100 nm), and the boron concentration in the p ++ layer is 3 × 10 19 to 1 × 10 22 atoms / cm. 3 , typically adjusted to 3 × 10 19 to 3 × 10 21 atoms / cm 3 .

他方、p- 層904の厚さは30〜300 nm(代表的には 100〜200 nm)とし、そのボロンの濃度は、5×1017〜3×1019atoms/cm3 となる様に調節する。する。ただし、Pチャネル型TFTは元来劣化に強いのでp- 層をLDD領域として利用する必要性は必ずしもない。わざわざp- 層904の膜厚について言及したのは、イオン注入法等の添加手段を用いる限り、連続的に変化する濃度勾配によって必ずp- 層が形成されるからである。 On the other hand, the thickness of the p layer 904 is 30 to 300 nm (typically 100 to 200 nm), and the boron concentration is adjusted to 5 × 10 17 to 3 × 10 19 atoms / cm 3. To do. To do. However, since the P-channel TFT is inherently resistant to deterioration, it is not always necessary to use the p layer as the LDD region. The purpose of referring to the thickness of the p layer 904 is that the p layer is always formed by a concentration gradient that continuously changes as long as an adding means such as an ion implantation method is used.

ところで、本実施例ではNチャネル型TFTとPチャネル型TFTのどちらもソース領域側には実施例2に示した構成のHRD構造(オーバーラップ領域を利用したタイプ)を用い、ドレイン領域側には実施例1に示した構成のHRD構造(マスクオフセットを利用したタイプ)を設けている。   By the way, in this embodiment, both the N-channel TFT and the P-channel TFT use the HRD structure (type using an overlap region) having the structure shown in Embodiment 2 on the source region side, and on the drain region side. The HRD structure (type using mask offset) having the configuration shown in the first embodiment is provided.

そのため、上面図で明らかな様にPチャネル型TFTのソース領域側にはYi の長さを持つオーバーラップ領域を有し、ドレイン領域側にはXi の長さを持つマスクオフセット領域を有している。また、Nチャネル型TFTのソース領域側にはYj の長さを持つオーバーラップ領域を有し、ドレイン領域側にはXj の長さを持つマスクオフセット領域を有している。 Therefore, as apparent from the top view, the source region side of the P-channel TFT has an overlap region having a length of Y i , and the drain region side has a mask offset region having a length of X i. is doing. The N channel TFT has an overlap region having a length of Y j on the source region side and a mask offset region having a length of X j on the drain region side.

この時、Xi とXj 、Yi とYj の長さはそれぞれマスク設計によって自由に調節できる。従って、それぞれの長さは回路構成の必要に応じて適宜決定すれば良く、Nチャネル型とPチャネル型とで揃える必要はない。 At this time, the lengths of X i and X j and Y i and Y j can be freely adjusted by mask design. Therefore, each length may be determined as appropriate according to the circuit configuration, and it is not necessary to arrange the lengths of the N-channel type and the P-channel type.

また、この様な構造ではCMOS回路の共通ドレインとなる領域の耐圧特性を高くすることができるので、動作電圧の高い回路を構成する場合において、非常に有効な構成である。   In addition, with such a structure, the breakdown voltage characteristics of the region serving as the common drain of the CMOS circuit can be increased, which is a very effective configuration when configuring a circuit with a high operating voltage.

なお、実施例1〜4に示した構成のTFTを用いたCMOS回路の構成を図8に示したが、これ以外の全ての組み合わせも可能であることは言うまでもない。可能な構成パターンとしては、一つのTFTについて9通りあるので、CMOS回路では92 =81通りがある。これらの複数の組み合わせの中から、回路が必要する性能に応じて最適な組み合わせを採用していけば良い。 Although the configuration of the CMOS circuit using the TFT having the configuration shown in Examples 1 to 4 is shown in FIG. 8, it goes without saying that all other combinations are possible. Since there are nine possible configuration patterns for one TFT, there are 9 2 = 81 patterns in a CMOS circuit. Among these combinations, an optimal combination may be adopted according to the performance required by the circuit.

また、本実施例に示した様に本願発明はPチャネル型TFTにも容易に適用することができる。その場合、本願発明のボトムゲイト型TFT(Pチャネル型TFT)のモビリティは30〜150cm2/Vs (代表的には10〜100cm cm2/Vs )、しきい値電圧は−1〜−3Vを実現しうる。 Further, as shown in this embodiment, the present invention can be easily applied to a P-channel TFT. In that case, the mobility of the bottom gate type TFT (P channel type TFT) of the present invention is 30 to 150 cm 2 / Vs (typically 10 to 100 cm cm 2 / Vs), and the threshold voltage is −1 to −3 V. It can be realized.

〔実施例6〕 本実施例では、珪素の結晶化を助長する触媒元素としてGe(ゲルマニウム)を利用した場合の例をついて説明する。Geを利用する場合、汎用性の高さからイオン注入法、イオンドーピング法またはプラズマ処理による添加を行うことが好ましい。また、Geを含む雰囲気中で熱処理を行うことで気相から添加することも可能である。   [Example 6] In this example, an example in which Ge (germanium) is used as a catalytic element for promoting crystallization of silicon will be described. In the case of using Ge, addition by ion implantation, ion doping, or plasma treatment is preferably performed because of its high versatility. Moreover, it is also possible to add from the vapor phase by performing a heat treatment in an atmosphere containing Ge.

GeはSi(シリコン)と同じ14族に属する元素であるため、Siとの相性が非常に良い。GeとSiとの化合物(Six Ge1-xで示される。ただし0<X<1)は本願発明の半導体層として活用することもできることは既に述べた。 Since Ge is an element belonging to the same group 14 as Si (silicon), compatibility with Si is very good. As described above, a compound of Ge and Si (indicated by Si x Ge 1-x, where 0 <X <1) can also be used as the semiconductor layer of the present invention.

そのため、本実施例の様にGeを用いた非晶質珪素膜の結晶化を行った場合、結晶化後に触媒元素をゲッタリングする必要性がない。勿論、ゲッタリング工程を行っても構わないが、TFT特性に影響はない。   Therefore, when the amorphous silicon film using Ge is crystallized as in this embodiment, there is no need to getter the catalytic element after crystallization. Of course, a gettering step may be performed, but the TFT characteristics are not affected.

従って、ゲッタリング工程の加熱処理を省略することができるので製造工程のスループットが大幅に向上する。また、Six Ge1-x 膜を用いたTFTは高いモビリティを示すことが知られているので、珪素膜中におけるGeの含有量が適切であれば動作速度の向上も期待しうる。 Accordingly, the heat treatment in the gettering process can be omitted, and the throughput of the manufacturing process is greatly improved. In addition, since TFTs using Si x Ge 1-x films are known to exhibit high mobility, if the Ge content in the silicon film is appropriate, an improvement in operating speed can be expected.

なお、本実施例の構成は実施例1〜5のいずれの構成に対しても適用することが可能である。   Note that the configuration of this embodiment can be applied to any of the configurations of the first to fifth embodiments.

〔実施例7〕 本実施例では、本願発明のTFTに対してしきい値電圧を制御するための工夫を施した場合の例について説明する。   [Embodiment 7] In this embodiment, an example will be described in which a device for controlling the threshold voltage is applied to the TFT of the present invention.

しきい値電圧を制御するために13族(代表的にはボロン、インジウム、ガリウム)または15族(代表的にはリン、砒素、アンチモン)から選ばれた元素をチャネル形成領域に対して添加する技術はチャネルドープと呼ばれている。   In order to control the threshold voltage, an element selected from group 13 (typically boron, indium, gallium) or group 15 (typically phosphorus, arsenic, antimony) is added to the channel formation region. The technique is called channel doping.

本願発明に対してチャネルドープを行うことは有効であり、以下に示す2通りの方法が簡易で良い。   Channel doping is effective for the present invention, and the following two methods may be simple.

まず、非晶質珪素膜を成膜する時点において成膜ガスにしきい値電圧を制御するための不純物を含むガス(例えばジボラン、フォスフィン等)を混在させ、成膜と同時に所定量を含有させる方式がある。この場合、工程数を全く増やす必要がないが、N型及びP型の両TFTに対して同濃度が添加されるため、両者で濃度を異ならせるといった要求には対応できない。   First, at the time of forming an amorphous silicon film, a gas containing impurities for controlling a threshold voltage (for example, diborane, phosphine, etc.) is mixed in a film forming gas, and a predetermined amount is included simultaneously with film formation. There is. In this case, it is not necessary to increase the number of processes at all, but since the same concentration is added to both the N-type and P-type TFTs, it is not possible to meet the demand for different concentrations between the two.

次に、図2(D)で説明した様なチャネルエッチ工程(チャネル形成領域の形成工程)が終了した後で、ソース/ドレイン電極をマスクとしてチャネル形成領域(またはチャネル形成領域とマスクオフセット領域)に対して選択的に不純物添加を行う方式がある。   Next, after the channel etching step (channel forming region forming step) as described in FIG. 2D is completed, the channel forming region (or the channel forming region and the mask offset region) is formed using the source / drain electrodes as a mask. There is a method of selectively adding impurities.

添加方法はイオン注入法、イオンドーピング法、プラズマ処理法、気相法(雰囲気からの拡散)、固相法(膜中からの拡散)など様々な方法を用いることができるが、チャネル形成領域が薄いので、気相法や固相法等の様にダメージをあたえない方法が好ましい。   As an addition method, various methods such as an ion implantation method, an ion doping method, a plasma treatment method, a gas phase method (diffusion from an atmosphere), and a solid phase method (diffusion from the film) can be used. Since it is thin, a method that does not give damage, such as a gas phase method or a solid phase method, is preferable.

なお、イオン注入法等を用いる場合には、TFT全体を覆う保護膜を設けてから行えばチャネル形成領域のダメージを減らすことができる。   Note that when an ion implantation method or the like is used, damage to the channel formation region can be reduced if a protective film that covers the entire TFT is provided.

また、不純物を添加した後はレーザーアニール、ランプアニール、ファーネスアニールまたはそれらを組み合わせて不純物の活性化工程を行う。この時、チャネル形成領域が受けたダメージも殆ど回復する。   Further, after the impurity is added, an impurity activation step is performed by laser annealing, lamp annealing, furnace annealing, or a combination thereof. At this time, the damage received by the channel formation region is almost recovered.

本実施例を実施する場合、チャネル形成領域には1×1015〜 5×1018atoms/cm3 (代表的には 1×1015〜 5×1017atoms/cm3 )の濃度でしきい値電圧を制御するための不純物を添加すれば良い。 When this embodiment is implemented, the channel formation region has a threshold of 1 × 10 15 to 5 × 10 18 atoms / cm 3 (typically 1 × 10 15 to 5 × 10 17 atoms / cm 3 ). An impurity for controlling the value voltage may be added.

そして、本実施例を本願発明のTFTに実施した場合、Nチャネル型TFTのしきい値電圧を 0.5〜2.5 Vの範囲に収めることができる。また、Pチャネル型TFTに適用した場合にはしきい値電圧を-0.1〜-2.0Vの範囲に収めることが可能である。   When this embodiment is applied to the TFT of the present invention, the threshold voltage of the N-channel TFT can be kept in the range of 0.5 to 2.5V. When applied to a P-channel TFT, the threshold voltage can be kept within the range of -0.1 to -2.0V.

なお、本実施例の構成は実施例1〜6のいずれの構成との組み合わせも可能である。また、実施例5のCMOS回路に適用する場合、N型TFTとP型TFTとで添加濃度や添加する不純物の種類を異なるものとすることもできる。   In addition, the structure of a present Example can be combined with any structure of Examples 1-6. Further, when applied to the CMOS circuit of Example 5, the N-type TFT and the P-type TFT can have different addition concentrations and different types of impurities to be added.

〔実施例8〕 図2(D)に示した構造では、島状半導体層を完全に囲む様にしてソース電極113とドレイン電極114とが形成されている。本実施例ではこれとは別の構成について説明する。   Example 8 In the structure shown in FIG. 2D, the source electrode 113 and the drain electrode 114 are formed so as to completely surround the island-like semiconductor layer. In this embodiment, a configuration different from this will be described.

図10(A)に示す構造は、基本的には図2(D)と似ているが、ソース電極11及びドレイン電極12の形状が異なる点に特徴がある。即ち、一部において島状半導体層(厳密にはソース/ドレイン領域)よりもaで示される距離だけ内側にソース電極11及びドレイン電極12が形成されている。   The structure shown in FIG. 10A is basically similar to FIG. 2D, but is characterized in that the shapes of the source electrode 11 and the drain electrode 12 are different. That is, in part, the source electrode 11 and the drain electrode 12 are formed inside the island-shaped semiconductor layer (strictly, the source / drain region) by a distance indicated by a.

また、13で示される領域は、チャネル形成領域14と同じ膜厚を有する領域であり、距離aの幅を持つ。図面上では模式的に表しているが、距離aは1〜300 μm(代表的には10〜200 μm)である。   A region indicated by 13 is a region having the same film thickness as the channel formation region 14 and has a width of a distance a. Although schematically shown in the drawing, the distance a is 1 to 300 μm (typically 10 to 200 μm).

ここで作製工程と照らし合わせて本実施例の特徴を説明する。本実施例では図10(B)に示す様にソース電極11及びドレイン電極12を形成する。ここで15は島状半導体層であり、端部16が露出する。   Here, the characteristics of this embodiment will be described in the light of the manufacturing process. In this embodiment, the source electrode 11 and the drain electrode 12 are formed as shown in FIG. Here, 15 is an island-like semiconductor layer, and the end 16 is exposed.

この状態でチャネルエッチ工程を行うと、ソース電極11及びドレイン電極12がマスクとなって自己整合的に島状半導体層15がエッチングされる。この場合、端部16も同時にエッチングされる。   When the channel etch process is performed in this state, the island-like semiconductor layer 15 is etched in a self-aligning manner using the source electrode 11 and the drain electrode 12 as a mask. In this case, the end portion 16 is also etched at the same time.

この様にして図10(A)の様な構造が得られる。従って、端部16がチャネル形成領域14と同じ膜厚を有することは明らかである。   In this way, a structure as shown in FIG. Therefore, it is clear that the end portion 16 has the same film thickness as the channel formation region 14.

この島状半導体層の突出部13を形成する理由は以下の2つがある。
(1)チャネルエッチ工程におけるエッチングモニタとして利用する。
(2)後工程で保護膜や層間絶縁膜を形成する際に、島状半導体層の段差によるカバレッジ不良を低減する。
There are the following two reasons for forming the protruding portion 13 of the island-like semiconductor layer.
(1) Used as an etching monitor in a channel etch process.
(2) When a protective film or an interlayer insulating film is formed in a later process, coverage defects due to steps in the island-shaped semiconductor layer are reduced.

エッチングモニタとしては、製造過程における抜き取り検査によってチャネル形成領域が適切な膜厚となっているかどうかを検査する場合に用いる。   The etching monitor is used when inspecting whether or not the channel formation region has an appropriate film thickness by sampling inspection in the manufacturing process.

なお、本実施例の構成は実施例1〜7のいずれの構成とも組み合わせることが可能である。   In addition, the structure of a present Example can be combined with any structure of Examples 1-7.

〔実施例9〕 本実施例では実施例5に示したCMOS回路(インバータ回路)の回路構成の例について図11を用いて説明する。   [Embodiment 9] In this embodiment, an example of the circuit configuration of the CMOS circuit (inverter circuit) shown in Embodiment 5 will be described with reference to FIG.

図11(A)に示すのは、図8に示したものと同一構造のCMOS回路である。この場合、回路構成はゲイト電極20、N型TFTの半導体層21、P型TFTの半導体層22、N型TFTのソース電極23、P型TFTのソース電極24、共通ドレイン電極25から構成される。   FIG. 11A shows a CMOS circuit having the same structure as that shown in FIG. In this case, the circuit configuration includes a gate electrode 20, an N-type TFT semiconductor layer 21, a P-type TFT semiconductor layer 22, an N-type TFT source electrode 23, a P-type TFT source electrode 24, and a common drain electrode 25. .

なお、各端子部a、b、c、dはそれぞれ図11(C)に示したインバータ回路の端子部a、b、c、dに対応している。   Note that the terminal portions a, b, c, and d correspond to the terminal portions a, b, c, and d of the inverter circuit shown in FIG.

次に、図11(B)に示すのは、N型TFTとP型TFTとでドレイン領域となる半導体層を共通化した場合の例である。各符号は図11(A)で説明した符号に対応している。   Next, FIG. 11B shows an example in which a semiconductor layer serving as a drain region is shared between an N-type TFT and a P-type TFT. Each code corresponds to the code described in FIG.

図11(B)の構造ではTFT同士を非常に高い密度で形成することができるため、回路を高集積化する場合などに非常に有効である。共通化した半導体層はPN接合を形成するが問題とはならない。   In the structure shown in FIG. 11B, TFTs can be formed at a very high density, which is very effective when a circuit is highly integrated. The common semiconductor layer forms a PN junction, but this is not a problem.

〔実施例10〕 本実施例では、実施例1〜5の構成のTFT及びCMOS回路を作製する過程において、加熱処理の手段としてランプアニールを用いる場合の例を示す。   [Embodiment 10] In this embodiment, an example in which lamp annealing is used as a heat treatment means in the process of manufacturing TFTs and CMOS circuits having the configurations of Embodiments 1 to 5 will be described.

ランプアニールとしてはRTA(Rapid Thermal Anneal)による熱処理が知られている。これは赤外ランプからの強光を照射することにより短時間(数秒から数十秒)で高温の加熱処理を行う技術であり、スループットが非常に良い。また、赤外光以外に補助的に紫外光を用いる場合もある。   As lamp annealing, heat treatment by RTA (Rapid Thermal Anneal) is known. This is a technique for performing high-temperature heat treatment in a short time (several seconds to several tens of seconds) by irradiating strong light from an infrared lamp, and has a very high throughput. In addition to infrared light, ultraviolet light may be supplementarily used.

本願発明においては、非晶質半導体膜の結晶化工程、結晶性半導体膜の結晶性改善工程、触媒元素のゲッタリング工程、しきい値制御のための不純物の活性化工程等に加熱処理を行う。この様な時に本実施例を利用することができる。   In the present invention, heat treatment is performed in the crystallization process of the amorphous semiconductor film, the crystallinity improvement process of the crystalline semiconductor film, the gettering process of the catalytic element, the impurity activation process for threshold control, and the like. . In this case, the present embodiment can be used.

なお、本実施例の構成と他の実施例の構成とは自由に組み合わせることが可能である。   Note that the configuration of this embodiment and the configurations of other embodiments can be freely combined.

〔実施例11〕 本実施例では実施例1とは異なる手段で触媒元素のゲッタリングを行う場合について説明する。   [Embodiment 11] In this embodiment, a case where gettering of a catalytic element is performed by means different from Embodiment 1 will be described.

実施例1では15族から選ばれた元素のみを利用してゲッタリング工程を行っているが、触媒元素のゲッタリング工程は13族及び15族から選ばれた元素が添加された状態でも実施することができる。   In Example 1, the gettering process is performed using only elements selected from Group 15, but the gettering process for the catalytic element is performed even when an element selected from Groups 13 and 15 is added. be able to.

その場合、まず図1(E)に示す状態を得たら、Nチャネル型TFTとなる領域のみをレジストマスクで隠して次にボロンを添加する。即ち、Nチャネル型TFTとなる領域にはリンのみが存在し、Pチャネル型TFTとなる領域にはボロンのみが存在する。   In that case, after obtaining the state shown in FIG. 1E, only the region to be an N-channel TFT is hidden with a resist mask, and then boron is added. That is, only phosphorus exists in a region to be an N-channel TFT, and only boron exists in a region to be a P-channel TFT.

そして、その状態で加熱処理を行い、触媒元素のゲッタリング工程を実施すれば良い。本発明者らの実験ではリンのみによるゲッタリング効果よりもリン+ボロンによるゲッタリング効果の方が効果が高いことが確かめられている。ただし、ボロンのみではゲッタリング効果はなく、リン+リンよりも高濃度のボロンという組み合わせの時に高いゲッタリング効果を示した。   Then, heat treatment may be performed in that state to perform a catalyst element gettering step. In our experiment, it has been confirmed that the gettering effect by phosphorus + boron is higher than the gettering effect by phosphorus alone. However, there was no gettering effect with boron alone, and a high gettering effect was obtained when the combination of boron and phosphorus at a higher concentration than phosphorus was used.

なお、本実施例の構成と他の実施例の構成とは自由に組み合わせることが可能である。   Note that the configuration of this embodiment and the configurations of other embodiments can be freely combined.

〔実施例12〕 基板として耐熱性の高い石英基板やシリコン基板を用いている場合、n+ 導電層及びn- 導電層を形成する前にハロゲン元素を含む酸化性雰囲気中で700 〜1100℃程度の加熱処理を行うことも有効である。これはハロゲン元素による金属元素のゲッタリング効果を利用する技術である。 [Example 12] When a quartz substrate or a silicon substrate having high heat resistance is used as a substrate, before forming the n + conductive layer and the n conductive layer, about 700 to 1100 ° C. in an oxidizing atmosphere containing a halogen element It is also effective to perform the heat treatment. This is a technique that utilizes the gettering effect of metal elements by halogen elements.

また、この技術と実施例11に示した様なゲッタリング工程とを併用することでさらに徹底的に非晶質半導体膜の結晶化に利用した触媒元素を除去することができる。こうして、触媒元素を少なくともチャネル形成領域から徹底的に除去しておけば信頼性の高い半導体装置を得ることができる。   Further, by using this technique in combination with the gettering process as shown in Embodiment 11, the catalytic element used for crystallization of the amorphous semiconductor film can be removed more thoroughly. In this way, a highly reliable semiconductor device can be obtained if the catalytic element is thoroughly removed from at least the channel formation region.

〔実施例13〕 本実施例は、実施例1〜4で説明したTFTを画素マトリクス回路の画素TFTに適用したものであり、ここでは、TFTを実施例4で示したオフセット構造とオーバーラップ構造を複合した構造とする。   [Embodiment 13] In this embodiment, the TFT described in Embodiments 1 to 4 is applied to a pixel TFT of a pixel matrix circuit. Here, the TFT has an offset structure and an overlap structure shown in Embodiment 4. Is a composite structure.

図12は、本実施例の画素マトリクス回路の1画素の模式的な平面図であり、図13は断面図である。画素マトリクス回路の各画素には、画素TFTと補助容量が形成されている。画素マトリクス回路には、画素TFTのオン/オフを制御する信号を入力するための複数のゲイト配線1010がX方向に平行に配列され、画像信号を入力するための複数のソース配線1020がY方向に平行に配列されている。   FIG. 12 is a schematic plan view of one pixel of the pixel matrix circuit of this embodiment, and FIG. 13 is a cross-sectional view. In each pixel of the pixel matrix circuit, a pixel TFT and an auxiliary capacitor are formed. In the pixel matrix circuit, a plurality of gate wirings 1010 for inputting signals for controlling on / off of the pixel TFTs are arranged in parallel in the X direction, and a plurality of source wirings 1020 for inputting image signals are provided in the Y direction. Are arranged in parallel with each other.

画素マトリクス回路の作製工程は実施例1と同様の工程条件にて作製されるため、本実施例の作製工程の説明は簡略化する。ガラス基板1101表面には、酸化珪素膜でなる下地膜1102が形成されている。下地膜1102上には、1層目の配線として、ゲイト配線1010及びゲイト配線1010と平行に容量配線30とが形成されている。1層目の配線を構成する導電膜として、下層にTaN膜、上層にTa膜でなる積層膜を用いる。ゲイト配線1010には、TFTのゲイト電極1011、1012が一体的に形成され、容量配線1030には補助容量の下部電極となる容量電極1031が一体的に形成されている。   Since the manufacturing process of the pixel matrix circuit is manufactured under the same process conditions as in the first embodiment, the description of the manufacturing process in this embodiment is simplified. A base film 1102 made of a silicon oxide film is formed on the surface of the glass substrate 1101. On the base film 1102, the gate wiring 1010 and the capacitor wiring 30 are formed in parallel with the gate wiring 1010 as the first layer wiring. As the conductive film constituting the first wiring layer, a multilayer film composed of a TaN film in the lower layer and a Ta film in the upper layer is used. The gate wiring 1010 is integrally formed with TFT gate electrodes 1011 and 1012, and the capacitor wiring 1030 is integrally formed with a capacitor electrode 1031 which is a lower electrode of the auxiliary capacitor.

第1層目の配線・電極上には、窒化珪素膜1103および窒化酸化珪素膜1104でなるゲイト絶縁層が形成される。絶縁層1103、1104上には、画素TFTの半導体層1041が形成される。本実施例では、画素TFTはゲイト電極1011を有するTFTと、ゲイト電極1012を有するTFTとが直列に接続された構成となる、いわゆるマルチゲイト型とすることによりリーク電流の低減を図る。   A gate insulating layer made of the silicon nitride film 1103 and the silicon nitride oxide film 1104 is formed on the first layer wiring / electrode. On the insulating layers 1103 and 1104, a semiconductor layer 1041 of the pixel TFT is formed. In this embodiment, the pixel TFT is a so-called multigate type in which a TFT having a gate electrode 1011 and a TFT having a gate electrode 1012 are connected in series to reduce leakage current.

2層目の配線として、Ti/Al/Tiの積層膜でなるソース配線1020、ソース電極1021、ドレイン電極1022、マスク電極1023が形成されている。ソース電極1021はデータ配線1020と一体的に形成されている。ソース配線1020は、ゲイト配線1010及び容量配線1030に対して格子を成すように配置され、これら配線1010、1030とはゲイト絶縁層のみによって絶縁されている。   As the second-layer wiring, a source wiring 1020, a source electrode 1021, a drain electrode 1022, and a mask electrode 1023 made of a Ti / Al / Ti laminated film are formed. The source electrode 1021 is formed integrally with the data wiring 1020. The source wiring 1020 is arranged so as to form a lattice with respect to the gate wiring 1010 and the capacitor wiring 1030, and is insulated from these wirings 1010 and 1030 only by the gate insulating layer.

このため、1層目の配線1010、1030と、2層目の配線1020間の寄生容量を小さくするため、ゲイト絶縁層の厚さをトップゲイト型TFTと比較して厚めにする。ここでは厚さを0.3〜0.8μm、代表的には0.4〜0.5μmとする。よって、ゲイト絶縁層と構成する1層目の窒化珪素膜1103の厚さを0〜500nm、代表的には25〜300nmする。2層目の窒化酸化珪素膜(もしくは酸化珪素膜)1104の厚さを0〜800nm、代表的には150〜500nmとする。ここでは、窒化珪素膜1103の厚さを150nmとし、窒化酸化珪素膜1104の厚さを300nmとする。   Therefore, in order to reduce the parasitic capacitance between the first-layer wirings 1010 and 1030 and the second-layer wiring 1020, the thickness of the gate insulating layer is made thicker than that of the top gate type TFT. Here, the thickness is 0.3 to 0.8 μm, typically 0.4 to 0.5 μm. Therefore, the thickness of the first silicon nitride film 1103 constituting the gate insulating layer is set to 0 to 500 nm, typically 25 to 300 nm. The thickness of the second layer silicon nitride oxide film (or silicon oxide film) 1104 is 0 to 800 nm, typically 150 to 500 nm. Here, the thickness of the silicon nitride film 1103 is 150 nm, and the thickness of the silicon nitride oxide film 1104 is 300 nm.

2層目の電極1021、1022、1023をマスクにして、画素TFTの半導体層1041はチャネルエッチングが施されている。マスク電極1023の電位はフローティングとされ、半導体層1041に電圧を印加する機能はなく、チャネルエッチ工程時にマスクとして機能するものである。ここでは、ソース電極1021、ドレイン電極1022をゲイト電極1011、1021に対してオフセットし、他方、マスク電極23はゲイト電極1011、1021に対してオーバーラップするように形成する。   Channel etching is performed on the semiconductor layer 1041 of the pixel TFT using the second-layer electrodes 1021, 1022, and 1023 as a mask. The potential of the mask electrode 1023 is set to a floating state, and does not have a function of applying a voltage to the semiconductor layer 1041, but functions as a mask during a channel etch process. Here, the source electrode 1021 and the drain electrode 1022 are offset with respect to the gate electrodes 1011 and 1021, while the mask electrode 23 is formed so as to overlap the gate electrodes 1011 and 1021.

この構造において、ソース領域、およびドレイン領域には、実施例1で説明したオフセット型のHRDが形成され、高耐圧対策が施されている。他方、マスク電極1023の下層の不純物領域は2つのTFTの連結部に相当し、キャリアの経路としてのみ機能するため、高移動度が最優先される。従って、この不純物領域には実施例2で説明したオーバーラップ型のHRD領域を設け、移動度の向上を図る。   In this structure, the offset type HRD described in the first embodiment is formed in the source region and the drain region, and measures against high breakdown voltage are taken. On the other hand, the impurity region under the mask electrode 1023 corresponds to a connecting portion of two TFTs, and functions only as a carrier path. Therefore, high mobility is given the highest priority. Therefore, the overlap type HRD region described in the second embodiment is provided in the impurity region to improve the mobility.

なお、画素マトリクス回路では画素電極に極性が交互に反転するように電圧を印加するため、正負双方の極性の電圧に対しても画素TFTの特性が等しくなるようにするのが好ましい。本実施例では、ソース領域とドレイン領域に形成されるオフセット領域の長さが等しくなるように、またマスク電極1023の両側に形成されるオーバーラップ領域の長さが等しくなるように設計する。   In the pixel matrix circuit, since the voltage is applied to the pixel electrode so that the polarities are alternately reversed, it is preferable that the characteristics of the pixel TFT be equal to both positive and negative voltages. In this embodiment, the length of the offset region formed in the source region and the drain region is designed to be equal, and the length of the overlap region formed on both sides of the mask electrode 1023 is designed to be equal.

実施例1、2で示したように、オフセット長及びオーバーラップ長は1層目、2層目の配線のパターンによって決定され、それぞれ0.3〜3μmをとることができる。ここではオフセット長、オーバーラップ長をそれぞれ1μmとする。また画素TFTの場合には、チャネル幅及びチャネル長が1〜10μmとなるようにする。ここでは、チャネル幅を5μmとし、チャネル長を3μmとする。チャネル長を3μmとするため、ゲイト電極1011、1012幅は3μmとする。なお、マスク電極1023の両側のオーバーラップ長は実施例3に示すように、ゼロとなるようにしてもよい。   As shown in the first and second embodiments, the offset length and the overlap length are determined by the wiring pattern of the first layer and the second layer, and can be 0.3 to 3 μm, respectively. Here, the offset length and the overlap length are each 1 μm. In the case of the pixel TFT, the channel width and the channel length are set to 1 to 10 μm. Here, the channel width is 5 μm and the channel length is 3 μm. In order to set the channel length to 3 μm, the width of the gate electrodes 1011 and 1012 is set to 3 μm. The overlap length on both sides of the mask electrode 1023 may be zero as shown in the third embodiment.

マスク電極1023はゲイト電極1011、1021に対してオーバーラップされて配置されているので、マスク電極1023とゲイト電極1011、1012間の寄生容量を小さくするため、マスク電極1023は半導体層1041の幅よりも狭くする。   Since the mask electrode 1023 is disposed so as to overlap the gate electrodes 1011 and 1021, the mask electrode 1023 is smaller than the width of the semiconductor layer 1041 in order to reduce the parasitic capacitance between the mask electrode 1023 and the gate electrodes 1011 and 1012. Also narrow.

他方、補助容量において、ドレイン電極1022は容量電極1031と対向するように形成されている。この構造により、ドレイン電極1022と容量電極1031を対向電極とし、ゲイト絶縁層1103、1104を誘電体とする補助容量が形成される。実施例1で示したように、画素TFTは4枚のマスクで形成でき、また、補助容量1030を追加してもマスクパターンの変更のみであり、マスク数は増加しないことは明らかである。これは従来のチャネルストップ型TFTだけを作製するのに、6枚マスクを必要としていた事を考えると、スループット及び歩留りが飛躍的に向上することを意味している。   On the other hand, in the auxiliary capacitor, the drain electrode 1022 is formed to face the capacitor electrode 1031. With this structure, an auxiliary capacitor is formed in which the drain electrode 1022 and the capacitor electrode 1031 are counter electrodes and the gate insulating layers 1103 and 1104 are dielectrics. As shown in Embodiment 1, it is obvious that the pixel TFT can be formed with four masks, and even if the auxiliary capacitor 1030 is added, only the mask pattern is changed, and the number of masks does not increase. This means that the throughput and yield are drastically improved considering that six masks are required to manufacture only the conventional channel stop type TFT.

画素TFT、補助容量を覆って、厚さ100〜250nmの窒化酸化珪素または窒化珪素でなる保護膜1116が形成される。ここでは、厚さ200nmの窒化酸化珪素膜を形成する。   A protective film 1116 made of silicon nitride oxide or silicon nitride having a thickness of 100 to 250 nm is formed to cover the pixel TFT and the auxiliary capacitor. Here, a silicon nitride oxide film having a thickness of 200 nm is formed.

保護膜1116上に、画素電極1050の下地となる厚さ0.8〜1.5μmの層間絶縁膜1130が形成される。層間絶縁膜1130としては、平坦な表面を得られる塗布膜が好ましい。塗布膜の1つとして、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アクリル等の樹脂膜や、PSGや酸化珪素等の酸化珪素系の塗布膜が使用できる。本実施例では、層間絶縁膜1130としてアクリル樹脂膜を1.0μmの厚さに形成する。   An interlayer insulating film 1130 having a thickness of 0.8 to 1.5 μm is formed on the protective film 1116 and serves as a base for the pixel electrode 1050. The interlayer insulating film 1130 is preferably a coating film that can obtain a flat surface. As one of the coating films, a resin film such as polyimide, polyamide, polyimide amide, or acrylic, or a silicon oxide based coating film such as PSG or silicon oxide can be used. In this embodiment, an acrylic resin film having a thickness of 1.0 μm is formed as the interlayer insulating film 1130.

そして、層間絶縁膜1130および保護膜1117にドレイン電極1022に達するコンタクトホールを形成する。ここでマスク数は5となる。次に透明導電膜として厚さ100〜150nmのITO膜を形成する。ここでは、120nmの厚さに成膜し、パターニングして画素電極1050を形成する。これでマスク数が6になる。以上の工程により、画素マトリクス回路が完成する。なお、画素電極1050の材料をAl等の金属膜として、反射電極を作製しても良い。   Then, a contact hole reaching the drain electrode 1022 is formed in the interlayer insulating film 1130 and the protective film 1117. Here, the number of masks is five. Next, an ITO film having a thickness of 100 to 150 nm is formed as a transparent conductive film. Here, the pixel electrode 1050 is formed by patterning with a thickness of 120 nm and patterning. This makes the number of masks six. The pixel matrix circuit is completed through the above steps. Note that the reflective electrode may be manufactured using the pixel electrode 1050 as a metal film such as Al.

補助容量の誘電体を窒化珪素膜1103と窒化酸化珪素膜(酸化珪素膜)1104の2層の絶縁体としたが、下層の窒化珪素膜1103のみを用いることも可能である。この場合には、図2(B)に示す島状半導体層のパターニング後に、半導体層をマスクにして露出されている窒化酸化珪素膜1104をエッチングにより除去し、この後2層目の配線となるソース配線1020、電極1021、1022、1023を形成する。ただし窒化酸化珪素膜1104をエッチングするには、窒化珪素膜1103がエッチングストッパーとして機能するようなエッチングガスもしくはエッチャントを用いる必要がある。また、窒化酸化珪素膜1104がよりエッチングしやすくなるように、その組成を調整したり、窒化酸化珪素膜の代わりに酸化珪素膜を成膜するのも有効である。   The auxiliary capacitor dielectric is a two-layer insulator of the silicon nitride film 1103 and the silicon nitride oxide film (silicon oxide film) 1104. However, it is possible to use only the lower silicon nitride film 1103. In this case, after the patterning of the island-shaped semiconductor layer shown in FIG. 2B, the silicon nitride oxide film 1104 exposed using the semiconductor layer as a mask is removed by etching, and then the second-layer wiring is formed. A source wiring 1020 and electrodes 1021, 1022, and 1023 are formed. However, in order to etch the silicon nitride oxide film 1104, it is necessary to use an etching gas or an etchant in which the silicon nitride film 1103 functions as an etching stopper. It is also effective to adjust the composition so that the silicon nitride oxide film 1104 can be etched more easily or to form a silicon oxide film instead of the silicon nitride oxide film.

実施例5及び9で説明したように、nチャネル型の画素TFTとCMOSTFTでなるインバータ回路を同時に形成することが可能である。この技術を用いて、図示していないが画素マトリクス回路を駆動する周辺駆動回路も同一基板1101上に形成されている。周辺駆動回路に配置されるTFTは高速動作を優先させるため、ソース/ドレイン領域はオーバーラップ構造とするのがよい。   As described in the fifth and ninth embodiments, an inverter circuit composed of an n-channel pixel TFT and a CMOS TFT can be formed at the same time. Using this technique, a peripheral drive circuit for driving the pixel matrix circuit is also formed on the same substrate 1101, although not shown. Since TFTs arranged in the peripheral driver circuit give priority to high-speed operation, the source / drain regions are preferably overlapped.

本実施例の画素TFTは2つのゲイト電極を有するマルチゲイト型としたが、ゲイト電極数は2に限定されるものではなく、1もしくは2以上とすることができる。何れのゲイト電極数でも、ソース配線1020及び画素電極1050によって電圧が印加されるソース及びドレイン領域はオフセット構造とし高耐圧対策を施すと良い。またゲイト数が2以上の場合にはソース及びドレイン領域以外の不純物領域が半導体層に形成されるが、この不純物領域はゲイト電極に対して、オーバーラップさせるか、もしくは実施例3で示したようにオフセット長及びオーバーラップ長がゼロとなるように形成して、高移動度を優先すると良い。   Although the pixel TFT of this embodiment is a multi-gate type having two gate electrodes, the number of gate electrodes is not limited to two but can be one or two or more. Regardless of the number of gate electrodes, the source and drain regions to which a voltage is applied by the source wiring 1020 and the pixel electrode 1050 should have an offset structure to take measures against high breakdown voltage. When the number of gates is 2 or more, impurity regions other than the source and drain regions are formed in the semiconductor layer. These impurity regions overlap the gate electrode or as shown in the third embodiment. Preferably, the offset length and the overlap length are formed to be zero, and high mobility is given priority.

〔実施例14〕 本実施例では実施例13の補助容量の変形例を示す。図14に本実施例の画素マトリクス回路の断面図を示す。なお図14おいて、図12、13と同じ符号は実施例13と同じ構成要素であり、実施例13と異なるのは、画素TFTの半導体層1241及びドレイン電極1222のパターンである。   [Embodiment 14] In this embodiment, a modification of the auxiliary capacitor of Embodiment 13 is shown. FIG. 14 shows a cross-sectional view of the pixel matrix circuit of this embodiment. In FIG. 14, the same reference numerals as those in FIGS. 12 and 13 are the same constituent elements as those in the embodiment 13, and the difference from the embodiment 13 is the pattern of the semiconductor layer 1241 and the drain electrode 1222 of the pixel TFT.

本実施例では、図2(B)に示す島状半導体層をパターニング工程によって、半導体層を容量電極31と対向するように形成する。そして、ドレイン電極1222を容量電極1031に部分的にオーバーラップするように形成する。島状半導体層を電極1021、1023、1222をマスクにしてチャネルエッチングを施す。この結果、半導体層1241はチャネルエッチングにより、容量電極1031上には真性又は実質的に真性なi層でなるi型領域1242が形成される。このi型領域1242は画素TFTのチャネル形成領域とほぼ同じ膜厚であり、同様な機能を有する   In this embodiment, the island-shaped semiconductor layer shown in FIG. 2B is formed by a patterning process so that the semiconductor layer faces the capacitor electrode 31. Then, the drain electrode 1222 is formed so as to partially overlap the capacitor electrode 1031. Channel etching is performed on the island-shaped semiconductor layer using the electrodes 1021, 1023, and 1222 as a mask. As a result, an i-type region 1242 including an intrinsic or substantially intrinsic i layer is formed on the capacitor electrode 1031 by channel etching of the semiconductor layer 1241. This i-type region 1242 has substantially the same thickness as the channel formation region of the pixel TFT and has the same function.

容量電極1031により電圧を印加すると、i型領域1242にはチャネルが形成される。更にドレイン電極1222と容量電極1031がオーバーラップしている半導体層1241のi層、即ち図5のマスクオーバーラップ領域にもチャネルが形成される。これらチャネルが補助容量の上部電極として機能する。補助容量の上部電極と画素電極1050の接続構造は、図5に図示されたチャネル形成領域とドレイン電極との接続構造と同じである。図5を参照すると、i層でなるi型領域1242(503)、マスクオーバーラップ領域(504)、n-層でなるLDD領域(505)、n+層(506)、ドレイン電極1222(502)、画素電極1050の順になる。 When a voltage is applied by the capacitor electrode 1031, a channel is formed in the i-type region 1242. Further, a channel is also formed in the i layer of the semiconductor layer 1241 where the drain electrode 1222 and the capacitor electrode 1031 overlap, that is, the mask overlap region in FIG. These channels function as the upper electrode of the auxiliary capacitor. The connection structure between the upper electrode of the auxiliary capacitor and the pixel electrode 1050 is the same as the connection structure between the channel formation region and the drain electrode shown in FIG. Referring to FIG. 5, an i-type region 1242 (503) composed of an i layer, a mask overlap region (504), an LDD region (505) composed of an n layer, an n + layer (506), and a drain electrode 1222 (502) And the pixel electrode 1050 in this order.

ここでは、補助容量の上部電極の主要な部分がi型領域1242になるように、マスクオーバーラップ領域長を設定するのが好ましく、0.3〜3μm程度とする。またドレイン電極1222と容量電極1031をオーバーラップ構造としたのは、画素電極1050間と上記の補助容量の上部電極間の抵抗が小さくなるようにするためである。なお、i型領域1224により低い電圧でチャネルを形成するには、実施例7で示したしきい値制御対策を施すことが好ましい。   Here, it is preferable to set the mask overlap region length so that the main part of the upper electrode of the auxiliary capacitor becomes the i-type region 1242, which is about 0.3 to 3 μm. The reason why the drain electrode 1222 and the capacitor electrode 1031 are overlapped is to reduce the resistance between the pixel electrodes 1050 and the upper electrode of the auxiliary capacitor. In order to form a channel with a lower voltage by the i-type region 1224, it is preferable to take the threshold control measures shown in the seventh embodiment.

〔実施例15〕 図15に本実施例の画素マトリクス回路の断面図を示す。本実施例では実施例14と同様に画素TFTの半導体層のi層を補助容量の上部電極に用いる例を示す。なお、図15において、図14と同じ符号は実施例14と同じ構成要素である。実施例14と異なるのは、画素TFTの半導体層1341及びドレイン電極1322のパターンである。   Example 15 FIG. 15 is a cross-sectional view of a pixel matrix circuit of this example. In this embodiment, an i layer of the semiconductor layer of the pixel TFT is used as the upper electrode of the auxiliary capacitor as in the case of the embodiment 14. In FIG. 15, the same reference numerals as those in FIG. 14 are the same components as those in the fourteenth embodiment. What is different from the fourteenth embodiment is the pattern of the semiconductor layer 1341 and the drain electrode 1322 of the pixel TFT.

実施例14では容量電極1031と対向する半導体層1241にチャネルエッチングが施されているが、本実施例では容量電極と対向する半導体層1341にチャネルエッチングを施さないようにする。そのためドレイン電極1322は容量電極1031と対向する半導体層1342の表面を覆うように形成される。   In Example 14, channel etching is performed on the semiconductor layer 1241 facing the capacitor electrode 1031, but in this embodiment, channel etching is not performed on the semiconductor layer 1341 facing the capacitor electrode. Therefore, the drain electrode 1322 is formed so as to cover the surface of the semiconductor layer 1342 facing the capacitor electrode 1031.

この構造において、補助容量の上部電極は、容量電極1031の電圧によって半導体層1342のi層に形成されるチャネルとなる。このチャネルが形成される領域は、実施例2で説明したオーバーラップ領域504(図5参照)に対応する。従って、補助容量の上部電極と画素電極1050接続構造は、図5を参照すると、i層でなるマスクオーバーラップ領域(504)、n-層でなるLDD領域(505)、n+層(506)、ドレイン電極1322(502)、画素電極1050の順になる。 In this structure, the upper electrode of the auxiliary capacitor becomes a channel formed in the i layer of the semiconductor layer 1342 by the voltage of the capacitor electrode 1031. The region where the channel is formed corresponds to the overlap region 504 (see FIG. 5) described in the second embodiment. Accordingly, referring to FIG. 5, the connection structure between the upper electrode of the auxiliary capacitor and the pixel electrode 1050 is the mask overlap region (504) made of i layer, the LDD region (505) made of n layer, and the n + layer (506). The drain electrode 1322 (502) and the pixel electrode 1050 are arranged in this order.

補助容量と上部電極となる半導体層1341のi層(マスクオーバーラップ領域)により低い電圧でチャネルを形成するには、実施例7で示したしきい値制御を対策を施すことが好ましい。   In order to form a channel with a low voltage by the i layer (mask overlap region) of the semiconductor layer 1341 serving as the auxiliary capacitor and the upper electrode, it is preferable to take measures against the threshold control described in the seventh embodiment.

〔実施例16〕 図16に本実施例の画素マトリクス回路の断面図を示す。本実施例は実施例15の変形例である。図16おいて、図15と同じ符号は実施例15と同じ構成要素であり、実施例15と異なるのは、画素TFTにおいては、半導体層1441及びドレイン電極1422のパターンと、画素電極1450の接続構造であり、更に補助容量においては、画素TFTと分離して、半導体層1442と第2層目の電極1424が形成されている点である。   Example 16 FIG. 16 is a cross-sectional view of a pixel matrix circuit of this example. This embodiment is a modification of the fifteenth embodiment. In FIG. 16, the same reference numerals as those in FIG. 15 denote the same constituent elements as in the embodiment 15. The difference from the embodiment 15 is that in the pixel TFT, the pattern of the semiconductor layer 1441 and the drain electrode 1422 and the connection of the pixel electrode 1450 In addition, in the auxiliary capacitor, the semiconductor layer 1442 and the second-layer electrode 1424 are formed separately from the pixel TFT.

本実施例では、図2(B)に示す島状半導体層のパターニング工程において、画素TFTの半導体層1441の原型となる島状領域と、補助容量の半導体層1442を形成する。つぎに2層目の配線ソース電極1022、マスク電極1023、ドレイン電極1422及び電極1424を形成する。電極1424は補助容量の半導体層1424がチャネルエッチングされないように、半導体層1424を被覆している。チャネルエッチングを行うことにより、画素TFTの半導体層1441が形成される。   In this embodiment, in the island-shaped semiconductor layer patterning step shown in FIG. 2B, an island-shaped region serving as a prototype of the semiconductor layer 1441 of the pixel TFT and a semiconductor layer 1442 of an auxiliary capacitor are formed. Next, a second-layer wiring source electrode 1022, mask electrode 1023, drain electrode 1422, and electrode 1424 are formed. The electrode 1424 covers the semiconductor layer 1424 so that the auxiliary capacitor semiconductor layer 1424 is not channel-etched. By performing channel etching, a semiconductor layer 1441 of the pixel TFT is formed.

次に保護膜1116、層間絶縁膜1130を形成する。保護膜1116、層間絶縁膜1130にドレイン電極1422、補助容量の電極1424に達するコンタクトホールを形成した後、画素電極1450を形成する。図16(A)に示すように画素電極1450はドレイン電極1422及び電極1422と電気的に接続される。   Next, a protective film 1116 and an interlayer insulating film 1130 are formed. A contact hole reaching the drain electrode 1422 and the auxiliary capacitance electrode 1424 is formed in the protective film 1116 and the interlayer insulating film 1130, and then the pixel electrode 1450 is formed. As shown in FIG. 16A, the pixel electrode 1450 is electrically connected to the drain electrode 1422 and the electrode 1422.

補助容量の構造は実施例15と実質的に同様であり、補助容量の上部電極は、半導体層1442のi層に形成されるチャネルである。このi層は図5のマスクオーバーラップ領域に対応する。補助容量の上部電極と画素電極1450の接続構造は、半導体層1442のi層でなるマスクオーバーラップ領域(504)、n-層でなるLDD領域505)、n+層(506)、電極1424(502)、画素電極1450の順になる。 The structure of the auxiliary capacitor is substantially the same as that of the fifteenth embodiment, and the upper electrode of the auxiliary capacitor is a channel formed in the i layer of the semiconductor layer 1442. This i layer corresponds to the mask overlap region of FIG. The connection structure between the upper electrode of the auxiliary capacitor and the pixel electrode 1450 is that the semiconductor layer 1442 has an i-layer mask overlap region (504), an n layer LDD region 505), an n + layer (506), and an electrode 1424 ( 502) and the pixel electrode 1450 in this order.

なお、本実施例ではn+層が電極として機能できる。よって図16(B)に示すように、画素電極1450用のコンタクトホールを形成する工程において、電極1424にもエッチングして、半導体層1424のn+層を接続する。 In this embodiment, the n + layer can function as an electrode. Therefore, as shown in FIG. 16B, in the step of forming a contact hole for the pixel electrode 1450, the electrode 1424 is also etched to connect the n + layer of the semiconductor layer 1424.

また、図16(A)、(B)において半導体層1442にはチャネルエッチングを施さないようにしたが、画素電極1450との接続部を少なくとも覆うようにして、実施例8に示すように半導体層1442の側面に突出部を形成し、半導体層1442の段差を緩和しても良い。   In FIGS. 16A and 16B, the semiconductor layer 1442 is not subjected to channel etching, but the semiconductor layer is formed so as to cover at least the connection portion with the pixel electrode 1450 as shown in Example 8. A protruding portion may be formed on the side surface of 1442 to alleviate the step of the semiconductor layer 1442.

〔実施例17〕 図17に本実施例の画素マトリクス回路の断面図を示す。本実施例は実施例16の変形例である。図17おいて図16と同じ符号は実施例16と同じ構成要素であり、実施例16と異なるのは、実施例16の補助容量の半導体層1442と電極1424を形成しない点と、画素電極1550の接続構造である。   [Embodiment 17] FIG. 17 shows a sectional view of a pixel matrix circuit of this embodiment. This embodiment is a modification of the sixteenth embodiment. In FIG. 17, the same reference numerals as those in FIG. 16 denote the same constituent elements as those in the sixteenth embodiment. The difference from the sixteenth embodiment is that the auxiliary capacitor semiconductor layer 1442 and the electrode 1424 in the sixteenth embodiment are not formed. This is a connection structure.

本実施例では画素電極1550を補助容量の上部電極とする。画素電極1550用のコンタクトホールを形成する工程において、層間絶縁膜1130、窒化酸化珪素膜でなる保護膜1116及びゲイト絶縁層の第2層1104がエッチングされるため、補助容量の誘電体はゲイト絶縁膜の第1層の窒化珪素膜1103となる。   In this embodiment, the pixel electrode 1550 is an upper electrode of an auxiliary capacitor. In the step of forming a contact hole for the pixel electrode 1550, the interlayer insulating film 1130, the protective film 1116 made of a silicon nitride oxide film, and the second layer 1104 of the gate insulating layer are etched. A silicon nitride film 1103 is formed as the first layer of the film.

なお、本実施例では補助容量の誘電体に、窒化珪素膜1103、窒化酸化珪素膜(酸化珪素膜)1104、保護膜1116が使用できる。   In this embodiment, a silicon nitride film 1103, a silicon nitride oxide film (silicon oxide film) 1104, and a protective film 1116 can be used as a dielectric of an auxiliary capacitor.

例えば、画素電極1550用のコンタクトホールを形成する際に、層間絶縁膜1130と保護膜1116のマスクパターンと変えて、補助容量のコンタクトホールの保護膜1116を除去しないようにすることで、列記した3つの膜を補助容量の誘電体に使用できる。   For example, when the contact hole for the pixel electrode 1550 is formed, the mask pattern of the interlayer insulating film 1130 and the protective film 1116 is changed so that the protective film 1116 of the auxiliary capacitor contact hole is not removed. Three films can be used for the storage capacitor dielectric.

例えば、保護膜1116を窒化珪素膜として、コンタクトホール形成工程では、ゲイト絶縁層の2層目の酸化窒化珪素膜(酸化珪素膜)1104がエッチングストッパーとなるような、エッチングガスもしくはエッチャントを使用すれば、が酸化窒化珪素膜(酸化珪素膜)11140及び窒化珪素膜1103を補助容量の誘電体とすることができる。   For example, in the contact hole forming process using the protective film 1116 as a silicon nitride film, an etching gas or an etchant is used so that the second silicon oxynitride film (silicon oxide film) 1104 of the gate insulating layer serves as an etching stopper. For example, the silicon oxynitride film (silicon oxide film) 11140 and the silicon nitride film 1103 can be used as a storage capacitor dielectric.

〔実施例18〕 本実施例は実施例17の変形例である。実施例17では、補助容量の電極としてゲイト配線1010と別途に容量配線1030が必要であったが、本実施例では容量配線を省略する例を示す。図20に本実施例の画素マトリクス回路の平面図を示し、図18に模式的な断面図を示す。図20、図18において図17と同じ符号は同じ構成要素を示す。   [Embodiment 18] This embodiment is a modification of Embodiment 17. In the seventeenth embodiment, the capacitor wiring 1030 is required separately from the gate wiring 1010 as the auxiliary capacitance electrode, but in this embodiment, an example in which the capacitive wiring is omitted is shown. FIG. 20 is a plan view of the pixel matrix circuit of this embodiment, and FIG. 18 is a schematic cross-sectional view. 20 and 18, the same reference numerals as those in FIG. 17 denote the same components.

図20に示すように、本実施例のゲイト配線1210には画素TFTのゲイト電極1211、1212、及び補助容量の電極1231が一体的に形成されている。補助容量の電極として容量電極1231と画素電極1231を用いる点は実施例17と同様であるが、画素電極1231は次段もしくは前段のゲイト配線1230に形成された容量電極1231と対向している。   As shown in FIG. 20, gate electrodes 1211 and 1212 of the pixel TFT and an electrode 1231 of the auxiliary capacitor are integrally formed on the gate wiring 1210 of this embodiment. The point that the capacitor electrode 1231 and the pixel electrode 1231 are used as the auxiliary capacitor electrode is the same as that of the seventeenth embodiment, but the pixel electrode 1231 is opposed to the capacitor electrode 1231 formed on the gate wiring 1230 at the next stage or the previous stage.

図18は画素電極1650Bを有する画素の断面図に対応する。図20に示すように、画素電極1650Bは前段(次段)のゲイト配線1210Aに形成された容量電極1231Aと対向して、ゲイト絶縁層1103、1104を誘電体とする補助容量が形成される。またゲイト配線1210Bに形成された容量電極1231Bには次段(前段)の画素電極1650と対向している。   FIG. 18 corresponds to a cross-sectional view of a pixel having the pixel electrode 1650B. As shown in FIG. 20, the pixel electrode 1650B is opposed to the capacitor electrode 1231A formed on the gate wiring 1210A at the previous stage (next stage), and an auxiliary capacitor using the gate insulating layers 1103 and 1104 as a dielectric is formed. Further, the capacitor electrode 1231B formed on the gate wiring 1210B faces the pixel electrode 1650 of the next stage (previous stage).

また、本実施例の容量電極1231は、画素電極がドレイン電極と補助容量とでは異なる接続部を有する場合に適用することができ、実施例16にも適用可能である。図19(A)、(B)は、本実施例を実施例16(図16)に適用した場合の、画素マトリクス回路の断面図を示す。なお、図19の符号は図18を準用する。   Further, the capacitor electrode 1231 of this embodiment can be applied when the pixel electrode has different connection portions between the drain electrode and the auxiliary capacitor, and can also be applied to the embodiment 16. FIGS. 19A and 19B are cross-sectional views of a pixel matrix circuit when this embodiment is applied to Embodiment 16 (FIG. 16). Note that FIG. 18 is applied to the reference numerals in FIG.

〔実施例19〕 第1層目の配線である容量配線・電極1030、1031の材料を陽極酸化可能な金属膜で形成することによって、容量電極1031の表面を陽極酸化して、陽極酸化膜を形成できる。この陽極酸化膜を補助容量の誘電体として用いることが可能である。   [Embodiment 19] The material of the capacitor wirings / electrodes 1030 and 1031 which are the first-layer wirings is formed of a metal film that can be anodized, so that the surface of the capacitor electrode 1031 is anodized to form an anodized film. Can be formed. This anodic oxide film can be used as a dielectric for an auxiliary capacitor.

実施例1で述べたリンゲッタリング工程に耐え、陽極酸化可能な金属膜として、Ta膜、MoTa合金膜等を用いることができる。本実施例の1層目の配線に用いたTaN/Taの積層膜も陽極酸化可能である。   A Ta film, a MoTa alloy film, or the like can be used as a metal film that can withstand the ring gettering process described in Embodiment 1 and can be anodized. The TaN / Ta laminated film used for the first wiring layer in this embodiment can also be anodized.

例えば本実施例を図17、18に示す画素マトリクス回路に応用した場合には、画素電極1550、1650用のコンタクトホールを形成する工程において、窒化珪素膜1103まで除去することにより、補助容量の誘電体を陽極酸化膜のみにすることができる。   For example, when this embodiment is applied to the pixel matrix circuit shown in FIGS. 17 and 18, in the step of forming contact holes for the pixel electrodes 1550 and 1650, the silicon nitride film 1103 is removed to remove the dielectric of the auxiliary capacitor. The body can only be an anodized film.

〔実施例20〕 図21を用いて、本実施例の表示装置を備えた電子機器を説明する。本実施例では、本発明による液晶表示装置を適用しうる応用製品(電気光学装置)について、実施例で示したAMLCDは様々な電子機器のディスプレイに利用される。なお、本実施例で挙げる電子機器とは、AMLCDを表示装置として搭載した製品を指す。   [Embodiment 20] An electronic apparatus including the display device of this embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the AMLCD shown in the embodiment of the application product (electro-optical device) to which the liquid crystal display device according to the present invention can be applied is used for displays of various electronic devices. Note that the electronic device described in this embodiment refers to a product in which AMLCD is mounted as a display device.

本発明を応用した電気工学装置としてはビデオカメラ、スチルカメラ、プロジェクタ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲイション、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話)等が挙げられる。 Examples of the electrical engineering apparatus to which the present invention is applied include a video camera, a still camera, a projector, a head mounted display, a car navigation system, a personal computer, and a personal digital assistant (mobile computer, mobile phone).

図21(A)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体001、カメラ部2002、受像部2003、操作スイッチ2004、表示装置2005で構成される。本発明は表示装置2005に適用される。   FIG. 21A illustrates a mobile computer, which includes a main body 001, a camera unit 2002, an image receiving unit 2003, operation switches 2004, and a display device 2005. The present invention is applied to the display device 2005.

図21(B)はヘッドマウントディスプレイであり、本体2201、表示装置102、バンド部2103で構成される。本発明を表示装置2012に適用することができる。   FIG. 21B illustrates a head mounted display which includes a main body 2201, a display device 102, and a band portion 2103. The present invention can be applied to the display device 2012.

図21(C)は携帯電話であり、本体2201、音声出力部2202、音声入力部2203、表示装置2204、操作スイッチ2205、アンテナ2206で構成される。本発明を表示装置2204に適用される。   FIG. 21C illustrates a mobile phone, which includes a main body 2201, an audio output portion 2202, an audio input portion 2203, a display device 2204, operation switches 2205, and an antenna 2206. The present invention is applied to the display device 2204.

図21(D)はビデオカメラであり、本体2301、表示装置2302、音声入力部2303、操作スイッチ2304、バッテリー2305、受像部2306で構成される。本発明を表示装置2302に適用される。   FIG. 21D illustrates a video camera which includes a main body 2301, a display device 2302, an audio input portion 2303, operation switches 2304, a battery 2305, and an image receiving portion 2306. The present invention is applied to the display device 2302.

図21(E)はリア型プロジェクタであり、本体2401、光源2402、表示装置2403、偏光ビームスプリッタ2404、リフレクタ2405、2406、スクリーン2407で構成される。本発明は表示装置2403に適用される。   FIG. 21E shows a rear projector, which includes a main body 2401, a light source 2402, a display device 2403, a polarizing beam splitter 2404, reflectors 2405 and 2406, and a screen 2407. The present invention is applied to the display device 2403.

図21(F)はフロント型プロジェクタであり、本体2501、光源2502、表示装置2503、光学系2504、スクリーン2505で構成される。本発明は表示装置2502に適用される。   FIG. 21F shows a front projector, which includes a main body 2501, a light source 2502, a display device 2503, an optical system 2504, and a screen 2505. The present invention is applied to the display device 2502.

以上のように、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の表示装置を搭載される電子機器に応用可能である。また、電光掲示板、宣伝広告用の表示装置に応用もできる。   As described above, the applicable range of the present invention is extremely wide, and the present invention can be applied to electronic devices equipped with display devices in various fields. It can also be applied to electronic bulletin boards and display devices for advertising.

薄膜トランジスタの作製工程を示す図。10A and 10B illustrate a manufacturing process of a thin film transistor. 薄膜トランジスタの作製工程を示す図。10A and 10B illustrate a manufacturing process of a thin film transistor. 薄膜トランジスタの構成を示す拡大図。FIG. 3 is an enlarged view illustrating a structure of a thin film transistor. 膜中の濃度プロファイルを示す図。The figure which shows the density | concentration profile in a film | membrane. 薄膜トランジスタの構成を示す図。FIG. 9 illustrates a structure of a thin film transistor. 薄膜トランジスタの構成を示す図。FIG. 9 illustrates a structure of a thin film transistor. 薄膜トランジスタの構成を示す図。FIG. 9 illustrates a structure of a thin film transistor. CMOS回路の構成を示す図。The figure which shows the structure of a CMOS circuit. 膜中の濃度プロファイルを示す図。The figure which shows the density | concentration profile in a film | membrane. 薄膜トランジスタの構成を示す図。FIG. 9 illustrates a structure of a thin film transistor. CMOS回路の構成を示す図。The figure which shows the structure of a CMOS circuit. 画素マトリクス回路の1画素の平面図。The top view of 1 pixel of a pixel matrix circuit. 画素マトリクス回路の1画素の断面図。Sectional drawing of 1 pixel of a pixel matrix circuit. 画素マトリクス回路の1画素の断面図。Sectional drawing of 1 pixel of a pixel matrix circuit. 画素マトリクス回路の1画素の断面図。Sectional drawing of 1 pixel of a pixel matrix circuit. 画素マトリクス回路の1画素の断面図。Sectional drawing of 1 pixel of a pixel matrix circuit. 画素マトリクス回路の1画素の断面図。Sectional drawing of 1 pixel of a pixel matrix circuit. 画素マトリクス回路の1画素の断面図。Sectional drawing of 1 pixel of a pixel matrix circuit. 画素マトリクス回路の1画素の断面図。Sectional drawing of 1 pixel of a pixel matrix circuit. 画素マトリクス回路の1画素の平面図。The top view of 1 pixel of a pixel matrix circuit. 表示装置を備えた電子機器の模式図。FIG. 11 is a schematic diagram of an electronic device including a display device.

符号の説明Explanation of symbols

101 基板
102 下地膜
103 ゲイト電極
104 窒化珪素膜
105 酸化窒化珪素膜
106 非晶質半導体膜
107 ニッケル含有層
108 結晶性半導体膜
109 結晶性半導体膜
110 n+ 層(第1導電層)
111 n- 層(第2導電層)
112 島状半導体層
113 ソース電極
114 ドレイン電極
115 チャネルエッチ領域
116 保護膜
117 チャネル形成領域
118 マスクオフセット領域
119 コンタクトホール

101 Substrate 102 Base film 103 Gate electrode 104 Silicon nitride film 105 Silicon oxynitride film 106 Amorphous semiconductor film 107 Nickel-containing layer 108 Crystalline semiconductor film 109 Crystalline semiconductor film 110 n + layer (first conductive layer)
111 n layer (second conductive layer)
112 Island-like semiconductor layer 113 Source electrode 114 Drain electrode 115 Channel etch region 116 Protective film 117 Channel formation region 118 Mask offset region 119 Contact hole

Claims (3)

絶縁表面上に形成されたゲイト電極と、
前記ゲイト電極を覆って形成されたゲイト絶縁膜と、
前記ゲイト絶縁膜上に前記ゲイト電極を覆って形成された結晶性半導体層と、
前記結晶性半導体層上に、第1の導電層、第3の導電層、金属膜からなるソース電極の順に積層された第1の積層構造と、第2の導電層、第4の導電層、金属膜からなるドレイン電極の順に積層された第2の積層構造と、
前記結晶性半導体層上に設けられた保護膜と、を有し、
前記第1の積層構造又は前記第2の積層構造の一方は前記ゲイト電極と重なっており、他方は前記ゲイト電極と重なっておらず、
前記結晶性半導体層は、前記第1の積層構造と重なっている第1の領域と、前記第2の積層構造と重なっている第2の領域と、前記第1の積層構造及び前記第2の積層構造と重なっていない第3の領域と、を有し、
前記第1の領域及び前記第2の領域の膜厚は、前記第3の領域の膜厚より厚く、
前記第1の導電層に含まれる導電性を付与する不純物元素の濃度は、前記第3の導電層に含まれる導電性を付与する不純物元素の濃度より低く、
前記第2の導電層に含まれる導電性を付与する不純物元素の濃度は、前記第4の導電層に含まれる導電性を付与する不純物元素の濃度より低く、
前記第1の導電層及び前記第2の導電層は、触媒元素を含み、
前記結晶性半導体層の端部は、前記保護膜に覆われた突出部を有することを特徴とする半導体装置。
A gate electrode formed on an insulating surface;
A gate insulating film formed to cover the gate electrode;
A crystalline semiconductor layer formed on the gate insulating film so as to cover the gate electrode;
A first stacked structure in which a first conductive layer, a third conductive layer, and a source electrode made of a metal film are stacked in this order on the crystalline semiconductor layer; a second conductive layer; a fourth conductive layer; A second stacked structure in which a drain electrode made of a metal film is stacked in this order;
A protective film provided on the crystalline semiconductor layer ,
One of the first laminated structure or the second laminated structure overlaps the gate electrode, and the other does not overlap the gate electrode,
The crystalline semiconductor layer includes a first region overlapping the first stacked structure, a second region overlapping the second stacked structure, the first stacked structure, and the second stacked structure. A third region that does not overlap the stacked structure;
The film thickness of the first region and the second region is larger than the film thickness of the third region,
The concentration of the impurity element imparting conductivity contained in the first conductive layer is lower than the concentration of the impurity element imparting conductivity contained in the third conductive layer,
The concentration of the impurity element imparting conductivity contained in the second conductive layer is lower than the concentration of the impurity element imparting conductivity contained in the fourth conductive layer,
The first conductive layer and the second conductive layer is seen containing a catalytic element,
An end portion of the crystalline semiconductor layer has a protruding portion covered with the protective film .
請求項1において、
前記結晶性半導体層の前記第3の領域のうち、前記ゲイト電極と重なっていない領域は、オフセット領域として機能することを特徴とする半導体装置。
In claim 1,
Of the third region of the crystalline semiconductor layer, a region not overlapping with the gate electrode functions as an offset region.
請求項2において、
前記触媒元素は、Ni、Ge、Pt、Co、Fe、Au、Pd、Pb、又はCuであることを特徴とする半導体装置。
In claim 2,
The semiconductor device, wherein the catalyst element is Ni, Ge, Pt, Co, Fe, Au, Pd, Pb, or Cu.
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