JP4666710B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は薄膜トランジスタ(以下、TFTという)で構成された回路を有する半導体装置に関する。例えば、液晶表示装置やEL(エレクトロルミネセンス)表示装置に代表される電気光学装置、半導体回路及び本願発明の電気光学装置または半導体回路を用いた電気器具(電子機器)の構成に関する。
【0002】
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電気器具は全て半導体装置である。
【0003】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ(以下、TFTという)は透明基板上に形成することができるので、アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ(以下、AM−LCDという)への応用開発が積極的に進められてきた。結晶質半導体膜(代表的にはポリシリコン膜)を利用したTFTは高移動度が得られるので、同一基板上に機能回路を集積させて高精細な画像表示を実現することが可能とされている。
【0004】
基本的にAM−LCDは画像を表示する画素部(画素マトリクス回路ともいう)と、画素部に配列された各画素のTFTを駆動するゲート駆動回路(ゲートドライバー回路ともいう)、各画素TFTへ画像信号を送るソース駆動回路(ソースドライバー回路ともいう)またはデータ駆動回路(データドライバー回路ともいう)が同一基板上に形成されてなる。なお、ゲート駆動回路及びソース駆動回路が形成される領域を駆動回路部と呼ぶ。
【0005】
近年では、これら画素部と駆動回路部の他に、信号分割回路やγ補正回路などといった信号処理回路をも同一基板上に設けたシステム・オン・パネルが提案されている。
【0006】
しかしながら、画素部と駆動回路部とでは回路が要求する性能が異なるため、同一構造のTFTで全ての回路仕様を満足させることは困難である。即ち、高速動作を重視するシフトレジスタ回路等を含む駆動回路部と、高耐圧特性を重視する画素部を構成するTFT(以下、画素TFTという)とを同時に満足させるTFT構造は確立されていないのが現状である。
【0007】
そこで本出願人は駆動回路部を構成するTFT(以下、駆動TFTという)と画素TFTとでゲート絶縁膜の膜厚を異ならせるという構成を出願済みである(特開平10−056184号公報、対応米国特許番号第08/862,895)。具体的には、駆動TFTのゲート絶縁膜を画素TFTのゲート絶縁膜よりも薄くするというものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明では、上記公報に記載された構成を基本として、さらに画素部に関する改善を行っている。具体的には、小さい面積で大容量を確保しうる保持容量を形成するための構造を提供するものである。
【0009】
そして、AM−LCDに代表される電気光学装置の各回路を機能に応じて適切な構造のTFTでもって形成し、高い信頼性を有する電気光学装置を提供することを課題とする。延いては、そのような電気光学装置を表示部として有する半導体装置(電気器具)の信頼性を高めることを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本明細書で開示する発明の構成は、
各画素に画素TFT及び保持容量を有する画素部を含む半導体装置において、
前記画素TFTの活性層は少なくとも二層以上に積層された絶縁膜を挟んで遮光膜の上方に形成され、
前記保持容量は、前記遮光膜と同一の層に形成された電極、誘電体及び前記画素TFTのドレイン領域と同一の組成の半導体膜で形成されており、
前記誘電体は前記少なくとも二層以上に積層された絶縁膜の一部の層からなることを特徴とする。
【0011】
また、他の発明の構成は、
各画素に画素TFT及び保持容量を有する画素部を含む半導体装置において、
前記画素TFTの活性層は少なくとも二層以上に積層された絶縁膜を挟んで遮光膜の上方に形成され、
前記保持容量は、前記遮光膜と同一の層に形成された電極、誘電体及び前記画素TFTのドレイン領域と同一の組成の半導体膜で形成されており、
前記誘電体は前記少なくとも二層以上に積層された絶縁膜の一部の層を除去した残りの層からなることを特徴とする。
【0012】
また、他の発明の構成は、
各画素に画素TFT及び保持容量を有する画素部を含む半導体装置において、
前記画素TFTの活性層は、前記遮光膜に接する第1絶縁膜及び前記活性層に接する第2絶縁膜を挟んで遮光膜の上方に形成され、
前記保持容量は、前記遮光膜と同一の層に形成された電極、前記第2絶縁膜及び前記画素TFTのドレイン領域と同一の組成の半導体膜で形成されていることを特徴とする。
【0013】
また、他の発明の構成は、
各画素に画素TFT及び保持容量を有する画素部を含む半導体装置において、
前記画素TFTの活性層は、前記遮光膜に接する第1絶縁膜及び前記活性層に接する第2絶縁膜を挟んで遮光膜の上方に形成され、
前記保持容量は、前記遮光膜と同一の層に形成された電極、前記第2絶縁膜及び前記画素TFTのドレイン領域と同一の組成の半導体膜で形成されていることを特徴とする。
【0014】
なお、上記構成において、前記第2絶縁膜の膜厚は前記第1絶縁膜及び第2絶縁膜からなる積層膜の膜厚の1/5倍以下(好ましくは1/100〜1/10倍)とすることが望ましい。
【0015】
また、他の発明の構成は、
各画素に画素TFT及び保持容量を有する画素部を含む半導体装置の作製方法であって、
基板上に遮光膜及び該遮光膜と同一の材料からなる電極を形成する工程と、
前記遮光膜及び前記電極を覆って第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜をエッチングして前記電極の上に開口部を形成する工程と、
前記第1絶縁膜及び前記開口部を覆って第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜の上に半導体膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【0016】
また、他の発明の構成は、
駆動回路部並びに各画素に画素TFT及び保持容量を有する画素部を含む半導体装置の作製方法であって、
基板上に遮光膜及び該遮光膜と同一の材料からなる電極を形成する工程と、
前記遮光膜及び前記電極を覆って第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜をエッチングして前記電極の上に開口部を形成する工程と、
前記第1絶縁膜及び前記開口部を覆って第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜の上に半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜を覆ってゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の一部をエッチングし、前記駆動回路部の半導体膜及び前記画素部の半導体膜の一部を露呈させる工程と、
熱酸化処理により前記ゲート絶縁膜のエッチングにより露呈された半導体膜の表面に熱酸化膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする。
【0017】
また、他の発明の構成は、
駆動回路部並びに各画素に画素TFT及び保持容量を有する画素部を含む半導体装置の作製方法であって、
基板上に遮光膜及び該遮光膜と同一の材料からなる電極を形成する工程と、
前記遮光膜及び前記電極を覆って第1絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜をエッチングして前記電極の上に開口部を形成する工程と、
前記第1絶縁膜及び前記開口部を覆って第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2絶縁膜の上に半導体膜を形成する工程と、
前記半導体膜を覆ってゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の一部をエッチングし、前記駆動回路部の半導体膜及び前記画素部の半導体膜の一部を露呈させる工程と、
熱酸化処理により前記ゲート絶縁膜のエッチングにより露呈された半導体膜の表面に熱酸化膜を形成する工程と、
前記駆動回路部の半導体膜及び前記画素部の半導体膜にLDD領域を形成する工程と、を有し、
前記駆動回路部と前記画素部とでLDD領域の長さを異ならせることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施形態について、図1を用いて説明する。図1は同一基板上に駆動回路部と画素部とを一体形成したAM−LCDの断面図を示している。なお、ここでは駆動回路部を構成する基本回路としてCMOS回路を示し、画素TFTとしてはダブルゲート構造のTFTを示している。勿論、ダブルゲート構造に限らずトリプルゲート構造やシングルゲート構造などのマルチゲート構造としても良い
【0019】
図1において、101は耐熱性を有する基板であり、石英基板、シリコン基板、セラミックス基板、金属基板(代表的にはステンレス基板)を用いれば良い。どの基板を用いる場合においても、必要に応じて下地膜(好ましくは珪素を主成分とする絶縁膜)を設けても構わない。
【0020】
102は遮光膜、103は保持容量の下部電極であり、それぞれ同一の層に同一材料で形成される。遮光膜102、保持容量の下部電極103の形成材料としては、800〜1150℃(好ましくは900〜1100℃)の温度に耐える耐熱性を有する導電膜を用いる。
【0021】
代表的には、導電性を有する珪素膜(例えばリンドープシリコン膜、ボロンドープシリコン膜等)、金属膜(例えばタングステン膜、タンタル膜、モリブデン膜、チタン膜等)または上記金属膜の成分を組み合わせた合金膜でも良い。また、前記金属膜をシリサイド化したシリサイド膜、窒化した窒化膜(窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、窒化チタン膜等)でも良い。また、これらを自由に組み合わせて積層しても良い。
【0022】
また、前記金属膜を用いる場合には、金属膜の酸化を防止するために珪素膜との積層構造とすることが望ましい。また、酸化防止という意味では、金属膜を珪素を主成分とする絶縁膜で覆った構造も有効である。なお、本明細書中において「珪素を主成分とする絶縁膜とは、酸化珪素膜、窒化珪素膜、若しくは珪素、酸素および窒素を所定の成分比で含む絶縁膜を指す。
【0023】
また、104は0.3〜1μm(好ましく0.6〜0.8μm)の膜厚で形成された下地膜(以下、第1絶縁膜という)であり、珪素を主成分とする絶縁膜で形成される。この第1絶縁膜104は保持容量となる部分に開口部が設けられ、その上に再び珪素を主成分とする絶縁膜(以下、第2絶縁膜という)105が設けられている。
【0024】
なお、ここでは遮光膜に接する第1絶縁膜104と画素TFTの活性層に接する第2絶縁膜105との二層構造としているがさらに多層の構造でも良い。従って、最終的に画素TFTの活性層は少なくとも二層以上に積層された絶縁膜を挟んで遮光膜102の上方に形成された構造となる。また、この少なくとも二層以上に積層された絶縁膜の一部の層(一層でも複数層でも良い)が保持容量の誘電体となる。換言すれば、少なくとも二層以上に積層された絶縁膜の一部の層を除去した残りの層が保持容量の誘電体となる。
【0025】
本実施形態では第2絶縁膜105が保持容量の誘電体(106で示される部分を特に指す)として機能する。この第2絶縁膜105(保持容量の誘電体106)の膜厚は5〜75nm(好ましくは20〜50nm)とすれば良い。薄ければ薄いほど保持容量のキャパシティを大きくできるが、耐圧を考慮しないとリーク電流が発生してしまう。成膜を2回にわけて積層するといった工夫は耐圧向上に有効である。
【0026】
第1絶縁膜104は遮光膜102が上のTFTと寄生容量を形成しないように十分に厚い膜厚としておくことが必要であるが、このように保持容量の部分に開口部を設けることで保持容量の誘電体を薄くすることができる。そのため、容量を形成する面積を大きくすることなくキャパシティを稼ぐことができる。この保持容量の構成は前述の特開平10−056184号公報にはない。
【0027】
なお、図1の構造で特徴的なのは、画素TFTの活性層と遮光膜102との間に設けられた絶縁膜(第1絶縁膜104と第2絶縁膜105からなる積層膜)の膜厚と、半導体膜からなる保持容量の上部電極118と保持容量の下部電極103との間に設けられた第2絶縁膜105(保持容量の誘電体106)の膜厚が異なる点である。具体的には、前者に比べて後者の膜厚が1/5倍以下(好ましくは1/100〜1/10倍)となるように設計される。
【0028】
こうすることで、画素TFTと遮光膜102との間に寄生容量を形成することなく、大きなキャパシティをもつ保持容量を形成することができる。
【0029】
なお、画素TFTの下に設けられた遮光膜102はフローティング状態にしておくか、固定電位としておけば良い。固定電位としては、少なくともビデオ信号の最低電位よりも低い電位、好ましくは基板上に形成される回路全体の最低電源電位または最低電源電位よりも低い電位に設定しておくことが望ましい。
【0030】
例えば、AM−LCDの場合、駆動回路部やその他の信号処理回路と画素部とで様々な電源供給線が形成され、それぞれに所定の電位が与えられている。即ち、ある基準となる最低電位があり、それを基準として様々な電圧が形成される。
最低電源電位とは、それら回路の全てにおいて基準となる最低電位を指す。
【0031】
このように遮光膜102をフローティング状態か固定電位とすることで、TFT動作に影響を与えない(寄生容量等を殆ど形成しない)遮光膜を得ることができる。
【0032】
以上のように、画素TFTの下に遮光膜を設けることで基板側からの迷光などによる光リーク電流の発生を防ぐことができる。なお、駆動回路部側はもともと光があたらないので遮光膜を設ける必要はない。その方が僅かでも寄生容量を低減するという意味で好ましい。
【0033】
また、第1絶縁膜104と第2絶縁膜105の上には駆動TFTの活性層、画素TFTの活性層および保持容量の上部電極となる半導体膜が形成される。なお、本明細書中において「電極」とは、「配線」の一部であり、他の配線との電気的接続を行う箇所、または半導体膜と交差する箇所を指す。従って、説明の便宜上、「配線」と「電極」とを使い分けるが、「配線」という文言に「電極」は常に含められているものとする。
【0034】
図1において、駆動TFTの活性層は、Nチャネル型TFT(以下、NTFTという)のソース領域107、ドレイン領域108、LDD(ライトドープトドレイン)領域109およびチャネル形成領域110、並びにPチャネル型TFT(以下、PTFTという)のソース領域111、ドレイン領域112およびチャネル形成領域113で形成される。
【0035】
また、画素TFT(ここではNTFTを用いる)の活性層は、ソース領域114、ドレイン領域115、LDD領域116a、116bおよびチャネル形成領域117a、117bで形成される。さらに、ドレイン領域115から延長された半導体膜を保持容量の上部電極118として用いる。即ち、保持容量の上部電極118はドレイン領域115と同一組成の半導体膜からなる。
【0036】
以上のように、本願発明の保持容量は、遮光膜102と同一の層に形成された電極(ここでは保持容量の下部電極103)、誘電体(ここでは第2絶縁膜105)及び画素TFTのドレイン領域と同一の組成の半導体膜(ここでは画素TFTのドレイン領域115)で形成されている。
【0037】
ただし、必ずしもドレイン領域と保持容量の上部電極が直接つながっていなくても良く、他の配線によって電気的に接続されていても良い。また、必ずしも同一組成である必要はなく、他の導電型を呈する半導体膜または異なる濃度でドレイン領域と同一の不純物を含む半導体膜であっても良い。
【0038】
ここで図1の場合、LDD領域の幅(長さ)を駆動TFTと画素TFTとで異ならせている。駆動TFTは動作速度を重視するのでなるべく抵抗成分を設けないように狭く設け、画素TFTはオフ電流(TFTがオフ状態にある時に流れるドレイン電流)の低減を重視するのである程度長いLDD領域が必要である。そのため、駆動TFTのLDD領域は画素TFTのLDD領域と同等またはそれよりも狭く設けることが好ましい。
【0039】
そして、活性層および保持容量の上部電極を覆ってゲート絶縁膜が形成されるが、本願発明では駆動TFTのゲート絶縁膜119の膜厚が、画素TFTのゲート絶縁膜120の膜厚よりも薄く形成される。代表的には、ゲート絶縁膜120の膜厚は50〜200nm(好ましくは100〜150nm)とし、ゲート絶縁膜119の膜厚は5〜50nm(好ましくは10〜30nm)とすれば良い。
【0040】
なお、駆動TFTのゲート絶縁膜は一種類の膜厚である必要はない。即ち、駆動回路部内に異なる膜厚の絶縁膜を有する駆動TFTが存在していても構わない。その場合、同一基板上に異なる膜厚のゲート絶縁膜を有するTFTが少なくとも三種類以上存在することになる。即ち、駆動回路部に含まれる少なくとも一部の駆動TFTのゲート絶縁膜の膜厚が、画素TFTのゲート絶縁膜の膜厚よりも薄いとも言える。
【0041】
次に、ゲート絶縁膜119、120の上には駆動TFTのゲート配線121、122と、画素TFTのゲート配線123a、123bが形成される。ゲート配線121、122、123a、123bの形成材料としては、800〜1150℃(好ましくは900〜1100℃)の温度に耐える耐熱性を有する導電膜を用いる。具体的には、前述の遮光膜102または保持容量の下部電極103と同様の材料の中から選択すれば良い。
【0042】
即ち、導電性を有する珪素膜(例えばリンドープシリコン膜、ボロンドープシリコン膜等)や金属膜(例えばタングステン膜、タンタル膜、モリブデン膜、チタン膜等)または上記金属膜の成分を組み合わせた合金膜でも良い。または、前記金属膜をシリサイド化したシリサイド膜、窒化した窒化膜(窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、窒化チタン膜等)でも良い。また、これらを自由に組み合わせて積層しても良い。
【0043】
また、前記金属膜を用いる場合には、金属膜の酸化を防止するために珪素膜との積層構造とすることが望ましい。また、酸化防止という意味では、金属膜を珪素を主成分とする絶縁膜で覆った構造が有効である。図1では保護膜124を設けてゲート配線の酸化を防ぐ。
【0044】
次に、125は第1層間絶縁膜であり、珪素を主成分とする絶縁膜(単層または積層)で形成される。珪素を主成分とする絶縁膜としては、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜(酸素よりも窒素の含有量の方が多い)、窒化酸化珪素膜(窒素よりも酸素の含有量の方が多い)を用いることができる。
【0045】
そして、第1層間絶縁膜125にはコンタクトホールが設けられ、駆動TFTのソース配線126、127、ドレイン配線128、および画素TFTのソース配線129、ドレイン配線130が形成される。その上にはパッシベーション膜131、第2層間絶縁膜132が形成され、さらにその上には遮光膜(ブラックマスク)133が形成される。さらに、遮光膜133の上には第3層間絶縁膜134が形成され、コンタクトホールを設けた後、画素電極135が形成される。
【0046】
第2層間絶縁膜132や第3層間絶縁膜134としては、比誘電率の小さい樹脂膜が好ましい。樹脂膜としては、ポリイミド膜、アクリル膜、ポリアミド膜、BCB(ベンゾシクロブテン)膜などを用いることができる。
【0047】
また、画素電極135としては、透過型AM−LCDを作製するのであればITO膜に代表される透明導電膜を、反射型AM−LCDを作製するのであればアルミニウム膜に代表される反射率の高い金属膜を用いれば良い。
【0048】
なお、図1では画素電極135がドレイン電極130を介して画素TFTのドレイン領域115と電気的に接続されているが、画素電極135とドレイン領域115とが直接的に接続するような構造としても良い。
【0049】
以上のような構造でなるAM−LCDは、駆動TFTのゲート絶縁膜が画素TFTのゲート絶縁膜よりも薄く、且つ、保持容量となる部分で第1絶縁膜が選択的に除去されて薄い第2絶縁膜が保持容量の誘電体として機能する。この時、画素TFTの下に設けられた遮光膜102と活性層との間には十分に厚い第1絶縁膜が設けられているので寄生容量の問題はない。
【0050】
こうして回路の性能に応じた最適なTFTを配置することが可能となり、同時に小面積で大きな容量を確保しうる保持容量を実現することができる。
【0051】
以上の構成でなる本願発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。
【0052】
【実施例】
[実施例1]
本実施例では、「発明の実施の形態」で説明した図1の構造を実現するための作製工程について説明する。説明には図2〜5を用いる。
【0053】
まず、基板として石英基板201を用意し、その上に下層から珪素膜/窒化タングステン膜/タングステン膜(または下層から珪素膜/タングステンシリサイド膜/珪素膜)という積層膜を用いた遮光膜202、保持容量の下部電極203を形成する。勿論、「発明の実施の形態」で説明した他の導電膜を用いることも可能である。また、本実施例では膜厚を200nmとする。
【0054】
次に、遮光膜202及び保持容量の下部電極203を覆って0.6μm厚の酸化珪素膜でなる第1絶縁膜204を形成し、保持容量となる部分(保持容量の下部電極203の上)を選択的にエッチングして開口部205を形成する。そして、第1絶縁膜204及び開口部205を覆って、減圧熱CVD法により20nm厚の酸化珪素膜(第2絶縁膜)206と非晶質珪素膜207とを大気解放しないで連続的に成膜する。こうすることで非晶質珪素膜の下表面に大気中に含まれるボロン等の不純物が吸着することを防ぐことができる。
【0055】
なお、本実施例では非晶質珪素(アモルファスシリコン)膜を用いるが、他の半導体膜であっても構わない。微結晶質珪素(マイクロクリスタルシリコン)膜でも良いし、非晶質シリコンゲルマニウム膜でも良い。
【0056】
また、第2絶縁膜206は保持容量の誘電体として機能する絶縁膜である。従って、本実施例では成膜ガスとしてシラン(SiH4)と亜酸化窒素(N2O)を用い、成膜温度を800℃として高品質な酸化珪素膜(誘電体)を形成する。
【0057】
次に、非晶質珪素膜207の結晶化を行う。この結晶化手段としては公知の技術を用いることができる。本実施例では結晶化手段として、特開平9−312260号公報に記載された技術を用いる。同公報に記載された技術は、結晶化を助長する触媒元素としてニッケル、コバルト、パラジウム、ゲルマニウム、白金、鉄、銅から選ばれた元素を用いた固相成長により非晶質珪素膜の結晶化を行う。
【0058】
本実施例では触媒元素としてニッケルを選択し、非晶質珪素膜207上にニッケルを含んだ層(図示せず)を形成する。そして、550℃4時間の熱処理を行って結晶化し、結晶質珪素(ポリシリコン)膜208を形成する。こうして図2(B)の状態を得る。
【0059】
なお、ここで結晶質珪素膜208に対してTFTのしきい値電圧を制御するための不純物元素(リンまたはボロン)を添加しても良い。リンまたはボロンを打ち分けても良いし、どちらか片方のみを添加しても良い。
【0060】
次に、結晶質珪素膜208上に100nm厚の酸化珪素膜でなるマスク膜209を形成し、その上にレジストマスク210を形成する。さらにレジストマスク210をマスクとしてマスク膜209をエッチングし、開口部211a〜211cを形成する。
【0061】
この状態で周期表の15族に属する元素(本実施例ではリン)を添加し、リン添加領域(リンドープ領域)212a〜212cを形成する。なお、添加するリンの濃度は5×1018〜1×1020atoms/cm3(好ましくは1×1019〜5×1019atoms/cm3)が好ましい。但し、添加すべきリンの濃度は、後のゲッタリング工程の温度、時間、さらにはリンドープ領域の面積によって変化するため、この濃度範囲に限定されるものではない。(図2(C))
【0062】
次に、レジストマスク210を除去して450〜650℃(好ましくは500〜600℃)の熱処理を2〜16時間加え、結晶質珪素膜中に残存するニッケルのゲッタリング工程を行う。ゲッタリング作用を奏するためには熱履歴の最高温度から±50℃程度の温度が必要であるが、結晶化のための熱処理が550〜600℃で行われるため、500〜650℃の熱処理で十分にゲッタリング作用を奏することができる。
【0063】
本実施例では600℃、8時間の熱処理を加えることによってニッケルが矢印の方向に移動し、リン添加領域212a〜212cにゲッタリング(捕獲)される。こうして213、214で示される結晶質珪素膜に残存するニッケルの濃度は2×1017atoms/cm3以下(好ましくは1×1016atoms/cm3以下)にまで低減される。但し、この濃度は質量二次イオン分析(SIMS)による測定結果であり、測定限界の関係で現状ではこれ以下の濃度は確認できない。(図3(A))
【0064】
こうしてニッケルのゲッタリング工程が終了したら、結晶質珪素膜213、214をパターニングして、駆動TFTの活性層(半導体膜)215、画素TFTの活性層216を形成する。その際、ニッケルを捕獲したリン添加領域は完全に除去してしまうことが望ましい。
【0065】
そして、プラズマCVD法またはスパッタ法によりゲート絶縁膜217を形成する。このゲート絶縁膜は画素TFTのゲート絶縁膜として機能することになる絶縁膜であり、膜厚は50〜200nmとする。本実施例では100nm厚の酸化珪素膜を用いる。また、酸化珪素膜のみでなく酸化珪素膜の上に窒化珪素膜を設けた積層構造とすることもできるし、酸化珪素膜に窒素を添加した酸化窒化珪素膜を用いても構わない。
【0066】
ゲート絶縁膜217を形成したら、レジストマスク(図示せず)を設けてゲート絶縁膜をエッチングし、駆動回路部の活性層及び画素部の活性層の一部を露呈させる。即ち、画素TFTの上にゲート絶縁膜217を残し、駆動TFTとなる領域の上は除去する。こうして図3(B)の状態が得られる。
【0067】
次に、800〜1150℃(好ましくは900〜1100℃)の温度で15分〜8時間(好ましくは30分〜2時間)の熱処理工程を、酸化性雰囲気下で行う(熱酸化工程)。本実施例では酸素雰囲気中で950℃30分の熱酸化処理を行う。
【0068】
なお、酸化性雰囲気としては、ドライ酸素雰囲気でもウェット酸素雰囲気でも良いが、半導体膜中の結晶欠陥の低減にはドライ酸素雰囲気が適している。また、酸素雰囲気中にハロゲン元素を含ませた雰囲気でも良い。このハロゲン元素を含ませた雰囲気による熱酸化処理では、ニッケルを除去する効果も期待できるので有効である。
【0069】
こうして熱酸化処理を行うことにより前述のゲート絶縁膜のエッチングにより露呈した半導体膜の表面には、5〜50nm(好ましくは10〜30nm)の酸化珪素膜(熱酸化膜)218が形成される。最終的に、酸化珪素膜218は駆動TFTのゲート絶縁膜として機能する。
【0070】
また、画素TFTに残存した酸化珪素膜でなるゲート絶縁膜217と、その下の半導体膜216との界面においても酸化反応が進行する。そのため、最終的に画素TFTのゲート絶縁膜219の膜厚は50〜200nm(好ましくは100〜150nm)となる。
【0071】
こうして熱酸化工程を終了したら、次に駆動TFTのゲート配線220(NTFT側)、221(PTFT側)、画素TFTのゲート配線222a、222bを形成する。なお、ゲート配線222a、222bは画素TFTがダブルゲート構造であるため2本記載しているが、実際には同一配線である。
【0072】
また、本実施例ではゲート配線220〜222a、222bとして、下層から珪素膜/窒化タングステン膜/タングステン膜(または下層から珪素膜/タングステンシリサイド膜)という積層膜を用いる。勿論、「発明の実施の形態」で説明した他の導電膜を用いることも可能であることは言うまでもない。また、本実施例では、各ゲート配線の膜厚は250nmとする。
【0073】
なお、本実施例では最下層の珪素膜を、減圧熱CVD法を用いて形成する。駆動回路のゲート絶縁膜は5〜50nmと薄いため、スパッタ法やプラズマCVD法を用いた場合、条件によっては半導体膜(活性層)へダメージを与える恐れがある。従って、化学的気相反応で成膜できる熱CVD法が好ましい。
【0074】
次に、ゲート配線220〜222a、222bを覆って25〜50nm厚のSiNxOy(但し、代表的にはx=0.5〜2、y=0.1〜0.8)膜223を形成する。このSiNxOy膜223はゲート配線220〜222の酸化を防ぐと同時に、後に珪素膜でなるサイドウォールを除去する際にエッチングストッパーとして機能する。なお、成膜を2回に分けて行うことはピンホールの低減に効果があり有効である。
【0075】
この時、SiNxOy膜213を形成する前処理として水素を含むガス(本実施例ではアンモニアガス)を用いたプラズマ処理を行うことは有効である。この前処理によりプラズマによって活性化した(励起した)水素が活性層(半導体膜)内に閉じこめられるため、効果的に水素終端が行われる。
【0076】
さらに、水素を含むガスに加えて亜酸化窒素ガスを加えると、発生した水分によって被処理体の表面が洗浄され、特に大気中に含まれるボロン等による汚染を効果的に防ぐことができる。
【0077】
こうして図3(C)の状態を得る。次に、非晶質珪素膜(図示せず)を形成し、塩素系ガスによる異方性エッチングを行ってサイドウォール224、225、226a、226bを形成する。サイドウォールを形成したら、レジストマスク227a、227bを形成する。その後、半導体膜215、216に対して周期表の15族に属する元素(本実施例ではリン)の添加工程を行う。
【0078】
この時、ゲート配線220〜222a、222b、サイドウォール224〜226およびレジストマスク227a、227bがマスクとなり、不純物領域228〜232が形成される。不純物領域228〜232に添加されるリンの濃度は5×1019〜1×1021atoms/cm3となるように調節する。本明細書中ではこの時のリン濃度を(n+)で表す。(図4(A))
【0079】
この工程は、ゲート絶縁膜の膜厚が薄い駆動TFTおよび保持容量となる領域と、ゲート絶縁膜の膜厚が厚い画素TFTとなる領域とで分けて行っても良いし、同時に行っても良い。また、リンの添加工程は質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良いし、質量分離を行わないプラズマドーピング法を用いても良い。また、加速電圧やドーズ量の条件等は実施者が最適値を設定すれば良い。
【0080】
こうして図4(A)の状態を得たら、レジストマスク227a、227b、さらにサイドウォール224〜226a、226bを除去し、再びリンの添加工程を行う。この工程は先のリンの添加工程よりも低いドーズ量で添加する。こうして先の工程でリンが添加されなかった領域には低濃度不純物領域が形成される。この低濃度不純物領域に添加されるリンの濃度は5×1017〜5×1018atoms/cm3となるように調節する。本明細書中ではこの時のリン濃度を(n-)で表す。(図4(B))
【0081】
勿論、この工程もゲート絶縁膜の膜厚が薄い駆動TFTおよび保持容量となる領域と、ゲート絶縁膜の膜厚が厚い画素TFTとなる領域とで分けて行っても良いし、同時に行っても良い。また、リンの添加工程は質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良いし、質量分離を行わないプラズマドーピング法を用いても良い。また、加速電圧やドーズ量の条件等は実施者が最適値を設定すれば良い。
【0082】
但し、この低濃度不純物領域はLDD領域として機能することになるため、リンの濃度制御は慎重に行う必要がある。そこで本実施例では、プラズマドーピング法を用い、添加したリンの濃度分布(濃度プロファイル)が図9に示すような設定とした。
【0083】
図9において、駆動回路部側のゲート絶縁膜901と画素部側のゲート絶縁膜902とは膜厚が異なっている。そのため、添加されるリンの深さ方向の濃度分布が異なるものとなる。
【0084】
本実施例では、駆動回路部側で903で示される濃度分布をもち、且つ、画素部側で904で示される濃度分布をもつようにリンの添加条件(加速電圧等)を調節する。この場合、深さ方向の濃度分布は異なるが、結果的に形成される低濃度不純物領域905、906のリン濃度はほぼ等しくなる。
【0085】
なお、この図9に示した工程は、本明細書中に記載される全ての不純物添加工程において用いることができる。
【0086】
この工程によりCMOS回路を形成するNTFTのソース領域233、LDD領域234、チャネル形成領域235が画定する。また、画素TFTのソース領域236、ドレイン領域237、LDD領域238a、238b、チャネル形成領域239a、239bが画定する。
【0087】
さらに、保持容量の下部電極240が画定する。本実施例の場合、保持容量の下部電極240には1回目のリン添加(n+)工程、2回目のリン添加(n-)工程ともにソース領域またはドレイン領域と同濃度でリンが添加される。そのため、NTFTのソース領域またはドレイン領域と同一組成の導電性を有する半導体領域となる。
【0088】
また、この工程ではCMOS回路のPTFTとなる領域にもNTFTと同様に低濃度不純物領域241が形成される。
【0089】
次に、CMOS回路のPTFTとなる領域以外をレジストマスク242a、242bで隠し、周期表の13族に属する元素(本実施例ではボロン)の添加工程を行う。この工程は既に添加されているリンよりも高濃度のボロンを添加する。具体的には、1×1020〜3×1021atoms/cm3の濃度でボロンが添加されるように調節する。本明細書中ではこの時のボロン濃度を(p++)で表す。その結果、PTFTとなる領域に形成されていたN型導電性を呈する不純物領域は、全てボロンによって導電型が反転し、P型導電性を呈する不純物領域となる。(図3(C))
【0090】
勿論、この工程も質量分離を行うイオンインプランテーション法を用いても良いし、質量分離を行わないプラズマドーピング法を用いても良い。また、加速電圧やドーズ量の条件等は実施者が最適値を設定すれば良い。
【0091】
この工程によりCMOS回路を形成するPTFTのソース領域244、ドレイン領域245、チャネル形成領域246が画定する。また、CMOS回路のNTFTのドレイン領域243が画定する。
【0092】
こうして全ての不純物領域を形成し終えたら、レジストマスク242a、242bを除去する。そして、750〜1150℃の温度範囲で20分〜12時間の熱処理工程を行う。本実施例では、950℃で2時間の熱処理を不活性雰囲気中において行う。(図5(A))
【0093】
この工程では、各不純物領域に添加されたリンまたはボロンを活性化すると同時に、LDD領域を内側(チャネル形成領域の方向)へ広げ、LDD領域とゲート配線とがゲート絶縁膜を挟んで重なった構造を実現する。
【0094】
即ち、駆動TFTのLDD領域247ではLDD領域247に含まれるリンがチャネル形成領域248の方へ拡散する。その結果、LDD領域247がゲート配線220とがゲート絶縁膜を挟んで重なった状態となる。このような構造はホットキャリア注入による劣化を防ぐ上で非常に有効である。
【0095】
同様に、駆動TFTのPTFTではソース領域249、ドレイン領域250がチャネル形成領域251の方向へ拡散し、ゲート配線221と重なっている。また、画素TFTではLDD領域252a、252bがそれぞれチャネル形成領域253a、253bの方向へ拡散し、それぞれゲート配線222a、222bと重なっている。
【0096】
この不純物の拡散距離は熱処理の温度や時間によって制御することができる。
そのため、LDD領域(またはPTFTのソース領域およびドレイン領域)がゲート配線と重なる距離(長さ)は自由に制御することが可能である。本実施例では重なりの距離が0.05〜1μm(好ましくは0.1〜0.3μm)となるように調節する。
【0097】
また、この工程により保持容量の上部電極254に添加されていたリンが活性化し、N型導電性を呈する領域となる。即ち、保持容量の下部電極103に電圧を加えてキャリアを誘起させなくても半導体膜を上部電極254として機能させることができる。
【0098】
こうして図5(A)の状態が得られたら、第1層間絶縁膜255を形成する。
本実施例では、プラズマCVD法により形成した1μm厚の酸化珪素膜を用いる。そして、コンタクトホールを形成した後、ソース配線256〜258、ドレイン配線259、260を形成する。これらの配線はアルミニウムを主成分とする導電膜をチタン膜で挟んだ積層膜で形成する。
【0099】
ソース配線およびドレイン配線を形成したら、ここで水素化処理を行う。この工程は基板全体をプラズマまたは熱により励起(活性化)した水素に曝す工程である。水素化処理の温度は、熱により励起する場合は350〜450℃(好ましくは380〜420℃)とすれば良い。
【0100】
その後、パッシベーション膜261を形成する。パッシベーション膜261としては、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、またはこれらの絶縁膜と酸化珪素膜との積層膜を用いることができる。本実施例では300nm厚の窒化珪素膜をパッシベーション膜として用いる。
【0101】
なお、本実施例では窒化珪素膜を形成する前処理として、アンモニアガスを用いたプラズマ処理を行い、そのままパッシベーション膜261を形成する。この前処理によりプラズマで活性化した(励起した)水素がパッシベーション膜261によって閉じこめられる。さらに、水素を含むガスに加えて亜酸化窒素ガスを加えると、発生した水分によって被処理体の表面が洗浄され、特に大気中に含まれるボロン等による汚染を効果的に防ぐことができる。
【0102】
こうしてパッシベーション膜261を形成したら、ここで400〜420℃程度の熱処理工程を行う。処理雰囲気は不活性雰囲気でも良いし、水素を含む雰囲気であっても良い。この工程では、窒化珪素膜261から放出された水素と、その前の水素化工程によって第1層間絶縁膜255に多量に含まれている水素とが下へと拡散(上方向はパッシベーション膜261がブロッキング層となる)して、活性層(半導体膜)が水素終端される。その結果、活性層中の不対結合手を効率良く不活性化することが可能となる。
【0103】
この水素化処理が終了したら、第2層間絶縁膜262として1μm厚のアクリル膜を形成する。そして、その上にチタン膜を200nmの厚さに形成してパターニングを行い、ブラックマスク263を形成する。
【0104】
次に、第3層間絶縁膜264として再び1μm厚のアクリル膜を形成してコンタクトホールを形成し、ITO膜でなる画素電極265を形成する。こうして図5(B)に示すような構造のAM−LCDが完成する。
【0105】
本願発明のAM−LCDは、同一基板上に形成された駆動回路部(または信号処理回路部)と画素部とでゲート絶縁膜の膜厚が異なる。代表的には、駆動回路部に用いられる駆動TFTの方が画素部に用いられる画素TFTよりも薄いゲート絶縁膜を有する。
【0106】
さらに、画素部では画素TFTの下側に遮光膜を設け、厚い下地膜(第1絶縁膜)を間に設けることにより寄生容量の形成を防いでいる。さらに、保持容量となる部分で下地膜を選択的に除去し、改めて薄い誘電体(第2絶縁膜)を設けることにより大きなキャパシティを持つ保持容量を形成している。
【0107】
また、本実施例の作製工程に従うと、最終的なTFTの活性層(半導体膜)は、結晶格子に連続性を持つ特異な結晶構造の結晶質珪素膜で形成される。その特徴について以下に説明する。
【0108】
まず第1の特徴として、本実施例の作製工程に従って形成した結晶質珪素膜は、微視的に見れば複数の針状又は棒状の結晶(以下、棒状結晶と略記する)が集まって並んだ結晶構造を有する。このことはTEM(透過型電子顕微鏡法)による観察で容易に確認できる。
【0109】
また、第2の特徴として、電子線回折を利用すると本実施例の作製工程に従って形成した結晶質珪素膜の表面(チャネルを形成する部分)に、結晶軸に多少のずれが含まれているものの配向面として{110}面を確認することができる。このことはスポット径約1.35μ m の電子線回折写真を観察した際、{110}面に特有の規則性をもった回折斑点が現れていることから確認される。また、各斑点は同心円上に分布を持っていることも確認されている。
【0110】
また、第3の特徴として、X線回折法(厳密にはθ−2θ法を用いたX線回折法)を用いて配向比率を算出してみると{220}面の配向比率が0.7以上(典型的には0.85以上)であることが確認されている。なお、配向比率の算出方法は特開平7−321339号公報に記載された手法を用いる。
【0111】
また、第4の特徴として、本出願人は個々の棒状結晶が接して形成する結晶粒界をHR−TEM(高分解能透過型電子顕微鏡法)により観察し、結晶粒界において結晶格子に連続性があることを確認している。これは観察される格子縞が結晶粒界において連続的に繋がっていることから容易に確認できる。
【0112】
なお、結晶粒界における結晶格子の連続性は、その結晶粒界が「平面状粒界」と呼ばれる粒界であることに起因する。本明細書における平面状粒界の定義は、「Characterization of High-Efficiency Cast-Si Solar Cell Wafers by MBIC Measurement ;Ryuichi Shimokawa and Yutaka Hayashi,Japanese Journal of Applied Physics vol.27,No.5,pp.751-758,1988」に記載された「Planar boundary 」である。
【0113】
上記論文によれば、平面状粒界には双晶粒界、特殊な積層欠陥、特殊なtwist 粒界などが含まれる。この平面状粒界は電気的に不活性であるという特徴を持つ。即ち、結晶粒界でありながらキャリアの移動を阻害するトラップとして機能しないため、実質的に存在しないと見なすことができる。
【0114】
特に結晶軸(結晶面に垂直な軸)が〈110〉軸である場合、{211}双晶粒界はΣ3の対応粒界とも呼ばれる。Σ値は対応粒界の整合性の程度を示す指針となるパラメータであり、Σ値が小さいほど整合性の良い粒界であることが知られている。例えば、二つの結晶粒の間に形成された結晶粒界では、両方の結晶の面方位が{110}である場合、{111}面に対応する格子縞がなす角をθとするとθ= 70.5 °の時にΣ3の対応粒界となることが知られている。
【0115】
本実施例を実施して得た結晶質珪素膜において、結晶軸が〈110〉である二つの結晶粒の間に形成された結晶粒界をHR−TEMで観察すると、隣接する結晶粒の各格子縞が約 70.5 °の角度で連続しているものが多い。従って、その結晶粒界はΣ3の対応粒界、即ち{211}双晶粒界であると推測できる。
【0116】
この様な結晶構造(正確には結晶粒界の構造)は、結晶粒界において異なる二つの結晶粒が極めて整合性よく接合していることを示している。即ち、結晶粒界において結晶格子が連続的に連なり、結晶欠陥等に起因するトラップ準位を非常に作りにくい構成となっている。従って、この様な結晶構造を有する半導体薄膜は実質的に結晶粒界が存在しない見なすことができる。
【0117】
またさらに、700〜1150℃という高い温度での熱処理工程(本実施例における熱酸化工程にあたる)によって結晶粒内に存在する欠陥が殆ど消滅していることがTEM観察によって確認されている。これはこの熱処理工程の前後で欠陥数が大幅に低減されていることからも明らかである。
【0118】
この欠陥数の差は電子スピン共鳴分析(Electron Spin Resonance :ESR)によってスピン密度の差となって現れる。現状では本実施例の作製工程に従って作製された結晶質珪素膜のスピン密度は少なくとも 5×1017spins/cm3以下(好ましくは 3×1017spins/cm3以下)であることが判明している。ただし、この測定値は現存する測定装置の検出限界に近いので、実際のスピン密度はさらに低いと予想される。
【0119】
以上の事から、本実施例を実施することで得られた結晶質珪素膜は結晶粒内及び結晶粒界が実質的に存在しないため、単結晶シリコン膜又は実質的な単結晶シリコン膜と考えて良い。
【0120】
(TFTの電気特性に関する知見)
本実施例を用いて作製したTFTは、MOSFETに匹敵する電気特性を示した。本出願人が試作したTFT(但し、活性層の膜厚は35nm、ゲート絶縁膜の膜厚は80nm)からは次に示す様なデータが得られている。
【0121】
(1)スイッチング性能(オン/オフ動作切り換えの俊敏性)の指標となるサブスレッショルド係数が、Nチャネル型TFTおよびPチャネル型TFTともに80〜150mV/decade(代表的には100〜120mV/decade )と小さい。
(2)TFTの動作速度の指標となる電界効果移動度(μFE)が、Nチャネル型TFTで 150〜650cm2/Vs (代表的には 200〜500cm2/Vs )、Pチャネル型TFTで100〜300cm2/Vs(代表的には 120〜200cm2/Vs)と大きい。
(3)TFTの駆動電圧の指標となるしきい値電圧(Vth)が、Nチャネル型TFTで-0.5〜1.5 V、Pチャネル型TFTで-1.5〜0.5 Vと小さい。
【0122】
以上の様に、極めて優れたスイッチング特性および高速動作特性が実現可能であることが確認されている。
【0123】
〔実施例2〕
本実施例では、具体的にどのような回路にどのような構造のTFTを配置するかを図6を用いて説明する。
【0124】
AM−LCDは、回路によって最低限必要な動作電圧(電源電圧)が異なる。
例えば、画素部では液晶に印加する電圧と画素TFTを駆動するための電圧とを考慮すると、14〜20Vもの動作電圧となる。そのため、そのような高電圧が印加されても耐えうる程度のTFTを用いなければならない。
【0125】
また、ソース駆動回路やゲート駆動回路に用いられるシフトレジスト回路などは、5〜10V程度の動作電圧で十分である。動作電圧が低いほど外部信号との互換性もあり、さらに消費電力を抑えられるという利点がある。ところが、前述の高耐圧型TFTは耐圧特性が良い代わりに動作速度が犠牲なるため、シフトレジスタ回路のように高速動作が求められる回路には不適当である。
【0126】
このように、基板上に形成される回路は、目的に応じて耐圧特性を重視したTFTを求める回路と動作速度を重視したTFTを求める回路とに分かれる。
【0127】
ここで具体的に本実施例の構成を図6に示す。図6(A)に示したのは、AM−LCDのブロック図を上面から見た図である。601は画素部であり、各画素に画素TFTと保持容量とを備え、画像表示部として機能する。また、602aはシフトレジスタ回路、602bはレベルシフタ回路、602cはバッファ回路である。これらでなる回路が全体としてゲート駆動回路を形成している。
【0128】
なお、図6(A)に示したAM−LCDではゲート駆動回路を、画素部を挟んで設け、それぞれで同一ゲート配線を共有している、即ち、どちらか片方のゲート駆動に不良が発生してもゲート配線に電圧を印加することができるという冗長性を持たせている。
【0129】
また、603aはシフトレジスタ回路、603bはレベルシフタ回路、603cはバッファ回路、603dはサンプリング回路であり、これらでなる回路が全体としてソース駆動回路を形成している。画素部を挟んでソース駆動回路と反対側にはプリチャージ回路604が設けられている。
【0130】
このような構成でなるAM−LCDにおいて、シフトレジスタ回路602a、603aは高速動作を求める回路であり、動作電圧が3.3〜10V(代表的には3.3〜5V)と低く、高耐圧特性は特に要求されない。従って、ゲート絶縁膜の膜厚は5〜50nm(好ましくは10〜30nm)と薄くした方が良い。
【0131】
図6(B)に示したのは主としてシフトレジスタ回路やその他の信号処理回路のように高速動作を求められる回路に用いるべきCMOS回路の概略図である。なお、図6(B)において、605aはNTFTのゲート絶縁膜、605bはPTFTのゲート絶縁膜であり、膜厚を5〜50nm(好ましくは10〜30nm)と薄く設計している。
【0132】
また、LDD領域606の長さは0.1〜0.5μm(代表的には0.2〜0.3μm)が好ましい。また、動作電圧が2〜3Vなどのように十分低ければ、LDD領域を設けないことも可能である。
【0133】
次に、図6(C)に示すCMOS回路は、主としてレベルシフタ回路602b、603b、バッファ回路602c、603c、サンプリング回路603d、プリチャージ回路604に適している。これらの回路は大電流を流す必要があるため、動作電圧は14〜16Vと高い。特にゲート駆動側では場合によっては19Vといった動作電圧を必要とする場合もある。従って、非常に良い耐圧特性(高耐圧特性)を有するTFTが必要となる。
【0134】
この時、図6(C)に示したCMOS回路において、NTFTのゲート絶縁膜607a、PTFTのゲート絶縁膜607bの膜厚は、50〜200nm(好ましくは100〜150nm)に設計されている。このように良い耐圧特性を要求する回路は、図4(B)に示したシフトレジスタ回路などのTFTよりもゲート絶縁膜の膜厚を厚くしておくことが好ましい。
【0135】
また、LDD領域608の長さは0.5〜3μm(代表的には2〜2.5μm)が好ましい。図6(C)に示すCMOS回路はバッファ回路などのように画素と同程度の高電圧がかかるため、LDD領域の長さも画素と同程度またはそれに近い長さとしておくことが望ましい。
【0136】
次に、図6(D)は画素部601の概略図を示している。画素TFTは液晶に印加する電圧分も加味されるため、14〜16Vの動作電圧を必要とする。また、液晶及び保持容量に蓄積された電荷を1フレーム期間保持しなければならないため、極力オフ電流は小さくなければならない。
【0137】
そういった理由から、本実施例ではNTFTを用いたダブルゲート構造とし、ゲート絶縁膜609の膜厚を50〜200nm(好ましくは100〜150nm)としている。この膜厚は図6(C)に示したCMOS回路と同じ膜厚であっても良いし、異なる膜厚であっても良い。
【0138】
なお、保持容量の誘電体610の膜厚は5〜75nm(好ましくは20〜50nm)とすれば良い。
【0139】
また、LDD領域611a、611bの長さは1〜4μm(代表的には2〜3μm)が好ましい。図6(D)に示す画素TFTは14〜16Vの高電圧がかかるため、LDD領域の長さを長くしておく必要がある。
【0140】
また、画素TFTはオフ電流(TFTがオフ状態にある時に流れるドレイン電流)を極力低減することが必要であるため、LDD領域611a、611bのうちゲート配線と重ならない領域(通常のLDD領域として機能する領域)を1〜3μmは確保することが望ましい。
【0141】
以上のように、AM−LCDを例にとっても同一基板上には様々な回路が設けられ、回路によって必要とする動作電圧(電源電圧)が異なることがある。この場合には本願発明のように駆動回路部と画素部とでゲート絶縁膜の膜厚またはLDD領域の長さを異ならせたTFTを配置することが有効である。
【0142】
なお、本実施例の構成を実現するために実施例1に示した回路を用いることは有効である。
【0143】
〔実施例3〕
実施例1において、ゲート絶縁膜を選択的に除去する工程に際し、駆動TFTとなる領域での除去は図7に示すように行うことが望ましい。図7において、701は活性層、702はゲート絶縁膜217の端部、703、704はゲート配線である。図7に示すように、ゲート配線が活性層を乗り越える部分705では、活性層701の端部にゲート絶縁膜を残しておくことが望ましい。
【0144】
活性層701の端部は後に熱酸化工程を行った際にエッジシニングと呼ばれる現象が起こる。これは、活性層端部の下に潜り込むように酸化反応が進行し、端部が薄くなると同時に上へ盛り上がる現象である。そのため、エッジシニング現象が起こるとゲート配線が乗り越え時に断線しやすいという問題が生じる。
【0145】
しかしながら、図7に示したような構造となるようにゲート絶縁膜を除去しておけば、ゲート配線が乗り越える部分705においてエッジシニング現象を防ぐことができる。そのため、ゲート配線の断線といった問題を未然に防ぐことが可能である。なお、本実施例の構成を実施例1に用いることは有効である。
【0146】
〔実施例4〕
本実施例では、図1に示した構造のAM−LCDにおいて、ゲート配線と同時に形成した容量配線を保持容量の電極として用いた構造について図8を用いて説明する。
【0147】
図8の構造の場合、第1電極801、第1誘電体802および第2電極803で第1の保持容量を形成し、第2電極803、第2誘電体804および第3電極805で第2の保持容量を形成している。この時、第2誘電体804はゲート絶縁膜の延長であり、第3電極805はゲート配線と同時に形成される。
【0148】
このように二つの保持容量を並列に接続することで、さらに大きなキャパシティをもつ保持容量を実現できる。この場合、第1電極801と第3電極805とを固定電位にしておけば良い。双方の固定電位を同電位としておいても良い。
【0149】
なお、本実施例の構造は実施例1において第3電極を設けるだけで実現可能であり、本実施例の構成と実施例2、3の構成とをどのように組み合わせても構わない。
【0150】
〔実施例5〕
本実施例では、実施例1に示した作製工程で基板上にTFTを形成し、実際にAM−LCDを作製した場合について説明する。
【0151】
図5(B)の状態が得られたら、画素電極265上に配向膜を80nmの厚さに形成する。次に、対向基板としてガラス基板上にカラーフィルタ、透明電極(対向電極)、配向膜を形成したものを準備し、それぞれの配向膜に対してラビング処理を行い、シール材(封止材)を用いてTFTが形成された基板と対向基板とを貼り合わせる。そして、その間に液晶を保持させる。このセル組み工程は公知の手段を用いれば良いので詳細な説明は省略する。
【0152】
なお、セルギャップを維持するためのスペーサは必要に応じて設ければ良い。
従って、対角1インチ以下のAM−LCDのようにスペーサがなくてもセルギャップを維持できる場合は特に設けなくても良い。
【0153】
次に、以上のようにして作製したAM−LCDの外観を図10に示す。アクティブマトリクス基板(TFTが形成された基板を指す)11には画素部12、ソース駆動回路13、ゲート駆動回路14、信号処理回路(信号分割回路、D/Aコンバータ回路、γ補正回路、差動増幅回路等)15が形成され、FPC(フレキシブルプリントサーキット)16が取り付けられている。なお、17は対向基板である。
【0154】
なお、本実施例は実施例1〜4のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0155】
〔実施例6〕
本実施例では、実施例1において結晶質珪素膜の形成に他の手段を用いた場合について説明する。
【0156】
具体的には、非晶質珪素膜の結晶化に特開平7−130652号公報(米国特許番号08/329,644に対応)の実施例2に記載された技術を用いる。同公報に記載された技術は、結晶化を促進する触媒元素(代表的にはニッケル)を非晶質珪素膜の表面に選択的に保持させ、その部分を核成長の種として結晶化を行う技術である。
【0157】
この技術によれば、結晶成長に特定の方向性を持たせることができるので非常に結晶性の高い結晶質珪素膜を形成することが可能である。
【0158】
また、触媒元素を選択的に保持させるために設けるマスク用の絶縁膜を、そのままゲッタリング用に添加するリンのマスクとすることも可能である。こうすることで工程数を削減することができる。この技術に関しては、本出願人による特開平10−247735号公報(米国出願番号09/034,041に対応)に詳しい。
【0159】
なお、本実施例の構成は実施例1〜5のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
【0160】
〔実施例7〕
本実施例では、実施例1とは異なる構造の保持容量を形成した場合の例について図11を用いて説明する。具体的には、保持容量の誘電体として、保持容量の下部電極を酸化して得た酸化膜を用いることを特徴としている。
【0161】
まず、基板上に遮光膜21、保持容量の下部電極22を形成する。材料としては、実施例1に説明したのと同様の材料を用いることができるが、本実施例の場合、少なくとも上面が酸化して良質な絶縁膜を形成しうる材料が好ましい。
【0162】
本実施例では、下層から珪素膜/タングステン膜(またはタングステンシリサイド膜)/珪素膜の三層構造の積層膜を用いる。他にも、下層からタンタル膜/窒化タンタル膜/タンタル膜の三層構造が有効である。
【0163】
こうして遮光膜21、保持容量の下部電極22を形成したら熱処理、プラズマ処理または陽極酸化処理によって、表面に酸化膜23、24を形成する。本実施例の場合、この酸化膜は酸化珪素膜であり、900℃30分の熱処理によって形成する。なお、酸化膜23、24の形成条件は必要とする酸化膜の膜厚や膜質によって適切な条件を選択すれば良い。
【0164】
こうして、本実施例の保持容量は、保持容量の下部電極22、熱酸化膜(酸化珪素膜)24および保持容量の上部電極(半導体膜)25で形成される。
【0165】
なお、保持容量の下部電極22として下層からタンタル膜/窒化タンタル膜/タンタル膜の三層構造を用いた場合、形成される酸化膜24は酸化タンタル膜であり、非常に高い比誘電率を有する誘電体が得られる。そのため、小さい面積でも非常にキャパシティの大きな容量を確保することが可能である。
【0166】
以上の構成でなる本実施例は、実施例1〜実施例6のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0167】
〔実施例8〕
本実施例では、実施例1とは異なる構造の保持容量を形成した場合の例について図12を用いて説明する。具体的には、保持容量の誘電体として酸化タンタル膜を用いることを特徴としている。
【0168】
図12において、26は遮光膜、27は保持容量の下部電極、28は酸化珪素膜でなる下地膜である。これらの材料は実施例1を参考にすれば良い。本実施例では、下地膜28に開口部を設けた後、スパッタ法により酸化タンタル膜29を形成する。膜厚は10〜100nm(好ましくは30〜50nm)とすれば良い。
【0169】
なお、開口部を設けた後、露呈した保持容量の下部電極27を熱処理、プラズマ処理または陽極酸化処理によって酸化して酸化タンタル膜を形成しても良い。
【0170】
こうして酸化タンタル膜29を形成したら、10nm程度の薄い酸化珪素膜30と保持容量の上部電極31を形成する。この時、酸化珪素膜30と非晶質珪素膜(後に保持容量の上部電極となる半導体膜)とを大気解放しないで連続的に形成することが望ましい。これにより保持容量の上部電極につながる活性層の下表面が大気中のボロン等で汚染されるのを防ぐことができる。
【0171】
また、この酸化珪素膜30は酸化タンタル膜29と半導体膜(具体的には珪素膜)でなる保持容量の上部電極31とが相互反応してしまうことを防ぐ、バリア層の役割を果たしている。
【0172】
以上のように、本実施例の構造では、酸化タンタル膜29と酸化珪素膜30との積層膜が保持容量の誘電体として用いられる。また、酸化タンタル膜29は比誘電率が25前後と大きいので、100nm程度の膜厚があっても十分に大きなキャパシティが得られる。但し、絶縁耐圧を考慮してなるべく薄くするとなると、30〜50nmとすることが好ましい。
【0173】
以上の構成でなる本実施例は、実施例1〜実施例7のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0174】
〔実施例9〕
本実施例では、実施例1とは異なる構造の保持容量を形成した場合の例について図13を用いて説明する。具体的には、保持容量の誘電体を形成する前にエッチングストッパーとなる絶縁膜を設けたことを特徴としている。
【0175】
図13において、32は遮光膜、33は保持容量の下部電極であり、それらを覆って20nm厚の酸化タンタル膜34が形成される。遮光膜32、保持容量の下部電極33の材料は実施例1に従えば良い。また、酸化タンタル膜は、保持容量の下部電極33を酸化して得たものでも良いし、スパッタ法により形成されたものでも良い。
【0176】
その上に酸化珪素膜でなる下地膜35が形成され、下地膜35には開口部が形成される。この時、下地膜35のエッチングが酸化タンタル膜34で完全に止まるため、その下の電極33がエッチングされることもないし、酸化タンタル膜34の開口部における膜厚も均一なものとすることができる。
【0177】
こうして開口部を形成したら、その上に保持容量の誘電体(本実施例では酸化珪素膜)36を形成し、その上に保持容量の上部電極(半導体膜)37を形成すれば良い。
【0178】
なお、本実施例ではエッチングストッパーとして酸化タンタル膜、下地膜として酸化珪素膜を用いる例を示したが、エッチングストッパーとなる膜と下地膜とが十分なエッチング選択比(10以上、好ましくは100以上)を持っていれば、他の絶縁膜の組み合わせを用いることも可能である。
【0179】
例えば、下地膜として酸化珪素膜を用いる際にエッチングストッパーとして窒化珪素膜を用いることもできる。
【0180】
また、本実施例では下地膜35に開口部を形成した後、保持容量の誘電体として再び酸化珪素膜を設けているが、エッチングストッパーとして用いた酸化タンタル膜だけで保持容量の誘電体とすることも可能である。但し、この場合、酸化タンタル膜と半導体膜でなる保持容量の上部電極との間にバリア層として薄い酸化珪素膜を設けておくことが望ましい。
【0181】
勿論、エッチングストッパーとして窒化珪素膜を用いた場合も、特に他の誘電体を形成することなく、その窒化珪素膜だけで保持容量の誘電体することは可能である。
【0182】
以上の構成でなる本実施例は、実施例1〜実施例8のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0183】
〔実施例10〕
実施例1で説明したニッケル(珪素膜を結晶化するために用いた触媒元素)をゲッタリングするためにリンを用いたが、本実施例では他の元素を用いてニッケルをゲッタリングする場合について説明する。
【0184】
まず、実施例1の工程に従って、図2(B)の状態を得る。図2(B)において、208は結晶質珪素膜である。但し、本実施例では結晶化に用いるニッケルの濃度を極力低いものとしている。具体的には、非晶質珪素膜上に重量換算で0.5〜3ppmのニッケルを含む層を形成し、結晶化のための熱処理を行う。これにより形成された結晶質珪素膜中に含まれるニッケル濃度は、1×1017〜1×1019atoms/cm3(代表的には5×1017〜1×1018atoms/cm3)となる。
【0185】
そして、結晶質珪素膜を形成したら、ハロゲン元素を含む酸化性雰囲気中で熱処理を行う。温度は800〜1150℃(好ましくは900〜1000℃)とし、処理時間は10分〜4時間(好ましくは30分〜1時間)とする。
【0186】
本実施例では、酸素雰囲気中に対して3〜10体積%の塩化水素を含ませた雰囲気中において、950℃30分の熱処理を行う。
【0187】
この工程により結晶質珪素膜中のニッケルは揮発性の塩化ニッケルとなって処理雰囲気中に離脱する。即ち、ハロゲン元素のゲッタリング作用によってニッケルを除去することが可能となる。但し、結晶質珪素膜中に存在するニッケル濃度が高すぎると、ニッケルの偏析部で酸化が異常に進行するという問題を生じる。
そのため、結晶化の段階で用いるニッケルの濃度を極力低くする必要がある。
【0188】
なお、本実施例の構成は実施例1〜実施例9のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
【0189】
〔実施例11〕
本実施例では、実施例1に示したCMOS回路や画素部の構造を異なるものとした場合について説明する。具体的には、回路の要求する仕様に応じてLDD領域の配置を異ならせる例を示す。
【0190】
なお、CMOS回路および画素部の基本構造は図1に既に示したので本実施例では必要箇所のみに符号を付して説明することとする。
【0191】
まず、図14(A)に示した回路はNTFTがダブルゲート構造、PTFTがシングルゲート構造をとったバッファ回路用のCMOS回路である。本実施例では、ソース側のLDD領域41a、41bはサイドウォールのみをマスクにして自己整合的に形成し、ドレイン側のLDD領域42a、42bはレジストマスクを用いて、ソース側のLDD領域41a、41bよりも幅(長さ)を大きくしている点に特徴がある。
【0192】
駆動回路や信号処理回路に用いられるCMOS回路は高速動作を要求されるため、動作速度を低下させる要因となりうる抵抗成分は極力排除する必要がある。
しかしながら、ホットキャリア耐性を高めるために必要なLDD領域は抵抗成分として働いてしまうため、動作速度を犠牲にしてしまう。
【0193】
しかし、ホットキャリア注入が生じるのはチャネル形成領域のドレイン領域側の端部であり、その部分にゲート絶縁膜を挟んでゲート電極に重なったLDD領域があればホットキャリア対策は十分である。従って、必ずしもチャネル形成領域のソース領域側の端部には必要以上にLDD領域を設けておく必要はない。
【0194】
なお、図14(A)の構造はソース領域とドレイン領域とが入れ替わる画素TFTのような動作をする場合には適用できない。CMOS回路の場合、通常はソース領域およびドレイン領域が固定されるため、図14(A)のような構造を実現することができる。
【0195】
このような構造とすることでソース領域側のLDD領域による抵抗成分をなくし、ダブルゲート構造とすることでソース−ドレイン間にかかる電界を分散させて緩和する効果がある。
【0196】
次に、図14(B)の構造は画素部の一実施形態である。図14(B)の構造の場合、ソース領域またはドレイン領域に近い片側のみにLDD領域43a、43bを設ける。即ち、二つのチャネル形成領域44aと44bの間にはLDD領域を設けない構造とする。
【0197】
画素TFTの場合、充電と放電を繰り返す動作を行うためソース領域とドレイン領域とが頻繁に入れ替わることになる。従って、図14(B)の構造とすることでどちらがドレイン領域となってもチャネル形成領域のドレイン領域側にLDD領域を設けた構造となる。逆に、チャネル形成領域44aと44bの間の領域は電界集中がないので抵抗成分となるLDD領域をなくした方がオン電流(TFTがオン状態にある時に流れる電流)を大きくするには有効である。
【0198】
なお、本実施例の構成は実施例1〜10のいずれの構成とも自由に組み合わせることが可能である。
【0199】
〔実施例12〕
本実施例では、画素部において保持容量を形成する位置に関する実施例を説明する。説明には図15(A)、(B)を用いる。なお、図15(B)は図15(A)をA−A’で切った断面図を示している。また、図15(A)、(B)の同一箇所には同一の符号を用いる。
【0200】
図15(A)において、51は遮光膜と同時に形成された保持容量の下部電極、52は半導体膜、53はゲート配線、54はソース配線、55はドレイン配線(ドレイン電極)である。
【0201】
保持容量の下部電極51はゲート配線53とソース配線54の下方に重なるようにして形成され、網目状(マトリクス状)のパターン形状を有している。即ち、保持容量の下部電極51全体が同電位(好ましくは最低電源電位)となっている。
【0202】
その上に、下地膜56、保持容量の誘電体となる絶縁膜57を介して半導体膜52が形成される。なお、保持容量部では下地膜56が除去され、保持容量の下部電極51、絶縁膜57、および半導体膜52で保持容量が形成されている。
【0203】
本実施例では、この保持容量部がゲート配線53の下方とソース配線54の下方に形成されている点に特徴がある。こうすることで開口率が向上し、明るい画像表示が可能となる。また、保持容量に光が当たるのを防ぐことができるため、保持容量からの電荷の漏れを防ぐことができる。
【0204】
なお、本実施例では画素TFTがトリプルゲート構造となるように半導体膜をパターニングしているが、本実施例はこれに限定されるものではない。
【0205】
また、本実施例の構成は、実施例1〜11の如何なる実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0206】
〔実施例13〕
本実施例では、画素部において保持容量を形成する位置に関する実施例を説明する。説明には図16(A)、(B)を用いる。なお、図16(B)は図16(A)をA−A’で切った断面図を示している。また、図16(A)、(B)の同一箇所には同一の符号を用いる。
【0207】
図16(A)において、61は遮光膜と同時に形成された保持容量の下部電極、62は半導体膜、63はゲート配線、64はソース配線、65はドレイン配線(ドレイン電極)である。
【0208】
保持容量の下部電極61はソース配線64の下方に重なるようにして形成され、網目状(マトリクス状)のパターン形状を有している。即ち、保持容量の下部電極61全体が同電位(好ましくは最低電源電位)となっている。
【0209】
その上に、下地膜66、保持容量の誘電体となる絶縁膜67を介して半導体膜62が形成される。なお、保持容量部では下地膜66が除去され、保持容量の下部電極61、絶縁膜67、および半導体膜62で保持容量が形成されている。
【0210】
本実施例では、この保持容量部がソース配線64の下方に形成されている点に特徴がある。こうすることで開口率が向上し、明るい画像表示が可能となる。また、保持容量に光が当たるのを防ぐことができるため、保持容量からの電荷の漏れを防ぐことができる。
【0211】
なお、本実施例では画素TFTがトリプルゲート構造となるように半導体膜をパターニングしているが、本実施例はこれに限定されるものではない。
【0212】
また、本実施例の構成は、実施例1〜11の如何なる実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0213】
〔実施例14〕
本実施例では、画素部において保持容量を形成する位置に関する実施例を説明する。説明には図17を用いる。
【0214】
図17において、71は保持容量の下部電極、72は半導体膜、73a、73bはゲート配線、74はソース配線、75はドレイン配線である。
【0215】
保持容量の下部電極71はゲート配線73a、73bとソース配線74の下方に重なるようにして形成され、網目状(マトリクス状)のパターン形状を有している。即ち、保持容量の下部電極71全体が同電位(好ましくは最低電源電位)となっている。
【0216】
その上に、下地膜および保持容量用の誘電体を介して半導体膜72が形成される。なお、保持容量部では下地膜が除去され、保持容量の下部電極71、保持容量用の誘電体、および半導体膜72で保持容量が形成されている。
【0217】
本実施例では、この保持容量部が第2配線73bの下方とソース配線74の下方に形成されている点に特徴がある。実施例12、13との違いはゲート配線の下に保持容量を形成するにあたって、選択されていないゲート配線(選択されているゲート配線73aの隣のゲート配線73b)の下方を用いる点である。
【0218】
本実施例の場合、保持容量部に電荷を蓄積する際にその上のゲート配線が選択されていないため、寄生容量によって保持容量に蓄積された電荷が変動するのを防ぐことができる。
【0219】
また、こうような構造とすることで開口率が向上し、明るい画像表示が可能となる。また、保持容量に光が当たるのを防ぐことができるため、保持容量からの電荷の漏れを防ぐことができる。
【0220】
なお、本実施例では画素TFTがトリプルゲート構造となるように半導体膜をパターニングしているが、本実施例はこれに限定されるものではない。
【0221】
また、本実施例の構成は、実施例1〜11の如何なる実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0222】
〔実施例15〕
本実施例では実施例1とは異なる方法で第1層間絶縁膜を形成する例について説明する。説明には図18を用いる。
【0223】
まず、実施例1の作製工程に従って図5(A)に示した活性化工程までを終了させる。次に、50〜100nm(本実施例では70nm)の窒化酸化珪素膜(A)1801を形成し、その上に600nm〜1μ m (本実施例では800nm)の窒化酸化珪素膜(B)1802を形成する。さらに、その上にレジストマスク1803を形成する。(図18(A))
【0224】
なお、窒化酸化珪素膜(A)1801と窒化酸化珪素膜(B)1802とでは含有される窒素、酸素、水素及び珪素の組成比が異なる。窒化酸化珪素膜(A)1801は窒素7%、酸素59%、水素2%、珪素32%となっており、窒化酸化珪素膜(B)1802は窒素33%、酸素15%、水素23%、珪素29%となっている。勿論、この組成比に限定されるものではない。
【0225】
また、レジストマスク1803は膜厚が厚いため、窒化酸化珪素膜(B)1802の表面の起伏を完全に平坦化することができる。
【0226】
次に、四フッ化炭素と酸素との混合ガスを用いたドライエッチング法によりレジストマスク1803及び窒化酸化珪素膜(B)1802のエッチングを行う。本実施例の場合、四フッ化炭素と酸素との混合ガスを用いたドライエッチングにおいて、窒化酸化珪素膜(B)1802とレジストマスク1803のエッチングレートがほぼ等しい。
【0227】
このエッチング工程により図18(B)に示すようにレジストマスク1803は完全に除去され、窒化酸化珪素膜(B)1802の一部(本実施例では表面から深さ300nmまで)がエッチングされる。その結果、レジストマスク1803の表面の平坦度がそのままエッチングされた窒化酸化珪素膜(B)の表面の平坦度に反映される。
【0228】
こうして極めて平坦性の高い第1層間絶縁膜1804を得る。本実施例の場合、第1層間絶縁膜1804の膜厚は500nmとなる。このあとの工程は実施例1の作製工程を参照すれば良い。
【0229】
なお、本実施例の構成は、実施例1〜14のいずれの実施例とも自由に組み合わせることが可能である。
【0230】
〔実施例16〕
本願発明は従来のMOSFET上に層間絶縁膜を形成し、その上にTFTを形成する際に用いることも可能である。即ち、半導体回路上に反射型AM−LCDが形成された三次元構造の半導体装置を実現することも可能である。
【0231】
また、前記半導体回路はSIMOX、Smart−Cut(SOITEC社の登録商標)、ELTRAN(キャノン株式会社の登録商標)などのSOI基板上に形成されたものであっても良い。
【0232】
なお、本実施例を実施するにあたって、実施例1〜14のいずれの構成を組み合わせても構わない。
【0233】
〔実施例17〕
本願発明はアクティブマトリクス型ELディスプレイに適用することも可能である。その例を図19に示す。
【0234】
図19はアクティブマトリクス型ELディスプレイの回路図である。81は表示領域を表しており、その周辺にはX方向(ゲート)駆動回路82、Y方向(ソース)駆動回路83が設けられている。また、表示領域81の各画素は、スイッチング用TFT84、コンデンサ85、電流制御用TFT86、EL素子87を有し、スイッチング用TFT84にX方向(ゲート)信号線88a(または88b)、Y方向(ソース)信号線89a(または89b、89c)が接続される。また、電流制御用TFT86には、電源線90a、90bが接続される。
【0235】
なお、スイッチング用TFT84はnチャネル型TFTを用いてもpチャネル型TFTを用いても良い。また、電流制御用TFT86はnチャネル型TFTまたはpチャネル型TFTを用いれば良く、nチャネル型TFTを用いる場合はEL素子87の陰極に、pチャネル型TFTを用いる場合はEL素子87の陽極に接続させる。なお、EL素子87と電流制御用TFT86の間に抵抗体やTFTを設けることも可能である。
【0236】
本実施例のアクティブマトリクス型ELディスプレイでは、X方向駆動回路82、Y方向駆動回路83に用いられるTFTのゲート絶縁膜が、スイッチ用TFT84や電流制御用TFT86のゲート絶縁膜よりも薄くなっている。また、コンデンサ85が実施例1、4、7〜9に記載された構造の保持容量で形成されている。
【0237】
なお、本実施例のアクティブマトリクス型ELディスプレイに対して、実施例1〜16のいずれの構成を組み合わせても良い。
【0238】
〔実施例18〕
本実施例では、本願発明を用いてEL(エレクトロルミネセンス)表示装置を作製した例について説明する。なお、図20(A)は本願発明のEL表示装置の上面図であり、図20(B)はその断面図である。
【0239】
図20(A)において、4001は基板、4002は画素部、4003はソース側駆動回路、4004はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線4005を経てFPC(フレキシブルプリントサーキット)4006に至り、外部機器へと接続される。
【0240】
このとき、画素部4002、ソース側駆動回路4003及びゲート側駆動回路4004を囲むようにして第1シール材4101、カバー材4102、充填材4103及び第2シール材4104が設けられている。
【0241】
また、図20(B)は図20(A)をA−A’で切断した断面図に相当し、基板4001の上にソース側駆動回路4003に含まれる駆動TFT(但し、ここではnチャネル型TFTとpチャネル型TFTを図示している。)4201及び画素部4002に含まれる画素TFT(但し、ここではEL素子への電流を制御するTFTを図示している。)4202が形成されている。
【0242】
本実施例では、駆動TFT4201には図1の駆動回路と同じ構造のTFTが用いられる。また、画素TFT4202には図1の画素部と同じ構造のTFTが用いられる。
【0243】
駆動TFT4201及び画素TFT4202の上には樹脂材料でなる層間絶縁膜(平坦化膜)4301が形成され、その上に画素TFT4202のドレインと電気的に接続する画素電極(陰極)4302が形成される。画素電極4302としては遮光性を有する導電膜(代表的にはアルミニウム、銅もしくは銀を主成分とする導電膜またはそれらと他の導電膜との積層膜)を用いることができる。本実施例ではアルミニウム合金を画素電極として用いる。
【0244】
そして、画素電極4302の上には絶縁膜4303が形成され、絶縁膜4303は画素電極4302の上に開口部が形成されている。この開口部において、画素電極4302の上にはEL(エレクトロルミネッセンス)層4304が形成される。EL層4304は公知の有機EL材料または無機EL材料を用いることができる。また、有機EL材料には低分子系(モノマー系)材料と高分子系(ポリマー系)材料があるがどちらを用いても良い。
【0245】
EL層4304の形成方法は公知の技術を用いれば良い。また、EL層の構造は正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。
【0246】
EL層4304の上には透明導電膜からなる陽極4305が形成される。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物または酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。また、陽極4305とEL層4304の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空中で両者を連続成膜するか、EL層4304を窒素または希ガス雰囲気で形成し、酸素や水分に触れさせないまま陽極4305を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式(クラスターツール方式)の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【0247】
そして陽極4305は4306で示される領域において配線4005に電気的に接続される。配線4005は陽極4305に所定の電圧を与えるための配線であり、導電性材料4307を介してFPC4006に電気的に接続される。
【0248】
以上のようにして、画素電極(陰極)4302、EL層4304及び陽極4305からなるEL素子が形成される。このEL素子は、第1シール材4101及び第1シール材4101によって基板4001に貼り合わされたカバー材4102で囲まれ、充填材4103により封入されている。
【0249】
カバー材4102としては、ガラス板、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PVF(ポリビニルフルオライド)フィルム、マイラーフィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムを用いることができる。本実施例の場合、EL素子からの光の放射方向がカバー材4102の方へ向かうため透光性材料を用いる。
【0250】
但し、EL素子からの光の放射方向がカバー材とは反対側に向かう場合には透光性材料を用いる必要はなく、金属板(代表的にはステンレス板)、セラミックス板、またはアルミニウムホイルをPVFフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用いることができる。
【0251】
また、充填材4103としては紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。この充填材4103の内部に吸湿性物質(好ましくは酸化バリウム)を設けておくとEL素子の劣化を抑制できる。なお、本実施例ではEL素子からの光が充填材4103を通過できるように、透明な材料を用いる。
【0252】
また、充填材4103の中にスペーサを含有させてもよい。このとき、スペーサを酸化バリウムで形成すればスペーサ自体に吸湿性をもたせることが可能である。また、スペーサを設けた場合、スペーサからの圧力を緩和するバッファ層として陽極4305上に樹脂膜を設けることも有効である。
【0253】
また、配線4005は導電性材料4305を介してFPC4006に電気的に接続される。配線4005は画素部4002、ソース側駆動回路4003及びゲート側駆動回路4004に送られる信号をFPC4006に伝え、FPC4006により外部機器と電気的に接続される。
【0254】
また、本実施例では第1シール材4101の露呈部及びFPC4006の一部を覆うように第2シール材4104を設け、EL素子を徹底的に外気から遮断する構造となっている。こうして図20(B)の断面構造を有するEL表示装置となる。なお、本実施例のEL表示装置は実施例1乃至4または6乃至16のいずれの構成を組み合わせて作製しても構わない。
【0255】
〔実施例19〕
本実施例では、実施例18に示したEL表示装置の画素部に用いることができる画素構造の例を図21(A)〜(C)に示す。なお、本実施例において、4401はスイッチング用TFT4402のソース配線、4403はスイッチング用TFT4402のゲート配線、4404は電流制御用TFT、4405はコンデンサ、4406、4408は電流供給線、4407はEL素子とする。
【0256】
図21(A)は、二つの画素間で電流供給線4406を共通とした場合の例である。即ち、二つの画素が電流供給線4406を中心に線対称となるように形成されている点に特徴がある。この場合、電源供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0257】
また、図21(B)は、電流供給線4408をゲート配線4403と平行に設けた場合の例である。なお、図21(B)では電流供給線4408とゲート配線4403とが重ならないように設けた構造となっているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この場合、電源供給線4408とゲート配線4403とで専有面積を共有させることができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0258】
また、図21(C)は、図21(B)の構造と同様に電流供給線4408をゲート配線4403と平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線4408を中心に線対称となるように形成する点に特徴がある。また、電流供給線4408をゲート配線4403のいずれか一方と重なるように設けることも有効である。この場合、電源供給線の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精細化することができる。
【0259】
〔実施例20〕
本願発明の電気光学装置、具体的には本願発明の液晶表示装置にはネマチック液晶以外にも様々な液晶を用いることが可能である。例えば、 1998, SID, "Characteristics and Driving Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability" by H. Furue et al. や、 1997, SID DIGEST, 841, "A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time" by T. Yoshida et al. や、 1996, J. Mater. Chem. 6(4), 671-673, "Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to displays" by S. Inui et al. や、米国特許第 5594569 号に開示された液晶を用いることが可能である。
【0260】
また、等方相−コレステリック相−カイラルスメクティック相転移系列を示す強誘電性液晶(FLC)を用い、DC電圧を印加しながらコレステリック相−カイラルスメクティック相転移をさせ、かつコーンエッジをほぼラビング方向に一致させた単安定FLCの電気光学特性を図22に示す。
【0261】
図22に示すような強誘電性液晶による表示モードは「Half−V字スイッチングモード」と呼ばれている。図22に示すグラフの縦軸は透過率(任意単位)、横軸は印加電圧である。「Half−V字スイッチングモード」については、寺田らの”Half−V字スイッチングモードFLCD”、第46回応用物理学関係連合講演会講演予稿集、1999年3月、第1316頁、および吉原らの”強誘電性液晶による時分割フルカラーLCD”、液晶第3巻第3号第190頁に詳しい。
【0262】
図22に示されるように、このような強誘電性混合液晶を用いると、低電圧駆動かつ階調表示が可能となることがわかる。本願発明の液晶表示装置には、このような電気光学特性を示す強誘電性液晶も用いることができる。
【0263】
また、ある温度域において反強誘電相を示す液晶を反強誘電性液晶(AFLC)という。反強誘電性液晶を有する混合液晶には、電場に対して透過率が連続的に変化する電気光学応答特性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶と呼ばれるものがある。この無しきい値反強誘電性混合液晶は、いわゆるV字型の電気光学応答特性を示すものがあり、その駆動電圧が約±2.5V程度(セル厚約1μm〜2μm)のものも見出されている。
【0264】
また、一般に、無しきい値反強誘電性混合液晶は自発分極が大きく、液晶自体の誘電率が高い。このため、無しきい値反強誘電性混合液晶を液晶表示装置に用いる場合には、画素に比較的大きな保持容量が必要となってくる。よって、自発分極が小さな無しきい値反強誘電性混合液晶を用いるのが好ましい。
【0265】
なお、このような無しきい値反強誘電性混合液晶を本願発明の液晶表示装置に用いることによって低電圧駆動が実現されるので、低消費電力化が実現される。
【0266】
なお、本実施例に示す液晶は、実施例1〜16のいずれの構成を有する液晶表示装置においても用いることが可能である。
【0267】
〔実施例21〕
本願発明の電気光学装置や半導体回路は電気器具の表示部や信号処理回路として用いることができる。そのような電気器具としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、プロジェクションTV、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置などが挙げられる。それら電気器具の具体例を図23〜25に示す。
【0268】
図23(A)は携帯電話であり、本体2001、音声出力部2002、音声入力部2003、表示部2004、操作スイッチ2005、アンテナ2006で構成される。本願発明の電気光学装置は表示部2004に、本願発明の半導体回路は音声出力部2002、音声入力部2003またはCPUやメモリ等に用いることができる。
【0269】
図23(B)はビデオカメラであり、本体2101、表示部2102、音声入力部2103、操作スイッチ2104、バッテリー2105、受像部2106で構成される。本願発明の電気光学装置は表示部2102に、本願発明の半導体回路は音声入力部2103またはCPUやメモリ等に用いることができる。
【0270】
図23(C)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2201、カメラ部2202、受像部2203、操作スイッチ2204、表示部2205で構成される。本願発明の電気光学装置は表示部2205に、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0271】
図23(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体2301、表示部2302、アーム部2303で構成される。本願発明の電気光学装置は表示部2302に、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0272】
図23(E)はリアプロジェクター(プロジェクションTV)であり、本体2401、光源2402、液晶表示装置2403、偏光ビームスプリッタ2404、リフレクター2405、2406、スクリーン2407で構成される。本発明は液晶表示装置2403に用いることができ、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0273】
図23(F)はフロントプロジェクターであり、本体2501、光源2502、液晶表示装置2503、光学系2504、スクリーン2505で構成される。本発明は液晶表示装置2502に用いることができ、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0274】
図24(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2601、映像入力部2602、表示部2603、キーボード2604等を含む。本願発明の電気光学装置は表示部2603に、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0275】
図24(B)は電子遊戯機器(ゲーム機器)であり、本体2701、記録媒体2702、表示部2703及びコントローラー2704を含む。この電子遊技機器から出力された音声や映像は筐体2705及び表示部2706を含む表示ディスプレイにて再生される。コントローラー2704と本体2701との間の通信手段または電子遊技機器と表示ディスプレイとの間の通信手段は、有線通信、無線通信もしくは光通信が使える。本実施例では赤外線をセンサ部2707、2708で検知する構成となっている。本願発明の電気光学装置は表示部2703、2706に、本願発明の半導体回路はCPUやメモリ等に用いることができる。
【0276】
図24(C)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤー(画像再生装置)であり、本体2801、表示部2802、スピーカ部2803、記録媒体2804及び操作スイッチ2805を含む。なお、この画像再生装置は記録媒体としてDVD(Digital Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本願発明の電気光学装置は表示部2802やCPUやメモリ等に用いることができる。
【0277】
図24(D)はデジタルカメラであり、本体2901、表示部2902、接眼部2903、操作スイッチ2904、受像部(図示せず)を含む。本願発明の電気光学装置は表示部2902やCPUやメモリ等に用いることができる。
【0278】
なお、図23(E)のリアプロジェクターや図23(F)のフロントプロジェクターに用いることのできる光学エンジンについての詳細な説明を図25に示す。なお、図25(A)は光学エンジンであり、図25(B)は光学エンジンに内蔵される光源光学系である。
【0279】
図25(A)に示す光学エンジンは、光源光学系3001、ミラー3002、3005〜3007、ダイクロイックミラー3003、3004、光学レンズ3008 a 〜3008 c 、プリズム3011、液晶表示装置3010、投射光学系3012を含む。投射光学系3012は、投射レンズを備えた光学系である。本実施例は液晶表示装置3010を三つ使用する三板式の例を示したが、単板式であってもよい。また、図25(A)中において矢印で示した光路には、光学レンズ、偏光機能を有するフィルム、位相差を調節するためのフィルムもしくはIRフィルム等を設けてもよい。
【0280】
また、図25(B)に示すように、光源光学系3001は、光源3013、3014、合成プリズム3015、コリメータレンズ3016、3020、レンズアレイ3017、3018、偏光変換素子3019を含む。なお、図25(B)に示した光源光学系は光源を2つ用いたが、一つでも良いし、三つ以上としてもよい。また、光源光学系の光路のどこかに、光学レンズ、偏光機能を有するフィルム、位相差を調節するフィルムもしくはIRフィルム等を設けてもよい。
【0281】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。また、本実施例の電気器具は実施例1〜20のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【0282】
【発明の効果】
本願発明を用いることで同一基板上に、異なる膜厚のゲート絶縁膜を有するTFTを形成することができる。そのため、AM−LCDに代表される電気光学装置や、そのような電気光学装置を表示部として有する電気器具を含む半導体装置において、回路が要求する仕様に応じて適切な性能の回路を配置することが可能となり、半導体装置の性能や信頼性を大幅に向上させることができる。
【0283】
また、電気光学装置の画素部において、保持容量の誘電体を薄くすることができ、小さい面積で大きなキャパシティを有する保持容量を形成することができる。さらに、その保持容量をゲート配線やソース配線の下に隠すことができる。そのため、対角1インチ以下の電気光学装置においても開口率を低下させることなく、十分な保持容量を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 AM−LCDの断面構造を示す図。
【図2】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図3】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図4】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図5】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図6】 AM−LCDのブロック図および回路配置を示す図。
【図7】 駆動TFT(CMOS回路)の構造を示す図。
【図8】 AM−LCDの断面構造を示す図。
【図9】 不純物元素を添加する際の濃度分布の関係を示す図。
【図10】 AM−LCDの外観を示す図。
【図11】 AM−LCDの断面構造を示す図。
【図12】 AM−LCDの断面構造を示す図。
【図13】 AM−LCDの断面構造を示す図。
【図14】 駆動回路および画素部の断面構造を示す図。
【図15】 画素部の上面構造を示す図。
【図16】 画素部の上面構造を示す図。
【図17】 画素部の上面構造を示す図。
【図18】 AM−LCDの作製工程を示す図。
【図19】 EL表示装置の回路構成を示す図。
【図20】 EL表示装置の上面構造及び断面構造を示す図。
【図21】 EL表示装置の画素部の構造を示す図。
【図22】 液晶の光学応答特性を示す図。
【図23】 電気器具の一例を示す図。
【図24】 電気器具の一例を示す図。
【図25】 光学エンジンの構成を示す図。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having a circuit composed of thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs). For example,The present invention relates to a configuration of an electro-optical device typified by a liquid crystal display device or an EL (electroluminescence) display device, a semiconductor circuit, and an electric appliance (electronic device) using the electro-optical device or the semiconductor circuit of the present invention.
[0002]
Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a semiconductor circuit, and an electric appliance are all semiconductor devices.
[0003]
[Prior art]
Since a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) can be formed on a transparent substrate, application development to an active matrix liquid crystal display (hereinafter referred to as AM-LCD) has been actively promoted. Since a TFT using a crystalline semiconductor film (typically a polysilicon film) has high mobility, a high-definition image display can be realized by integrating functional circuits on the same substrate. Yes.
[0004]
The AM-LCD is basically a pixel unit that displays images.(Also called pixel matrix circuit)And driving the TFT of each pixel arranged in the pixel portionGate drive circuit (also called gate driver circuit),eachPixelSend image signal to TFTSource drive circuit (also called source driver circuit) or data drive circuit (also called data driver circuit)It is formed on the same substrate.Note that a region where the gate driver circuit and the source driver circuit are formed is referred to as a driver circuit portion.
[0005]
In recent years, a system on panel has been proposed in which signal processing circuits such as a signal dividing circuit and a γ correction circuit are provided on the same substrate in addition to the pixel portion and the drive circuit portion.
[0006]
However, since the performance required by the circuit differs between the pixel portion and the drive circuit portion, it is difficult to satisfy all circuit specifications with TFTs having the same structure. That is, shift register circuits that emphasize high-speed operationDrive circuit unit includingAt present, no TFT structure has been established that satisfies both the TFTs constituting the pixel portion that places importance on high breakdown voltage characteristics (hereinafter referred to as pixel TFTs).
[0007]
Therefore, the present applicant has applied for a configuration in which the thickness of the gate insulating film is made different between the TFT constituting the drive circuit portion (hereinafter referred to as drive TFT) and the pixel TFT (Japanese Patent Laid-Open No. 10-056184, corresponding). No. 08 / 862,895). Specifically, the gate insulating film of the driving TFT is made thinner than the gate insulating film of the pixel TFT.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the present invention, further improvements relating to the pixel portion are made based on the configuration described in the above publication. Specifically, a structure for forming a storage capacitor capable of securing a large capacity with a small area is provided.
[0009]
It is another object of the present invention to provide an electro-optical device having high reliability by forming each circuit of an electro-optical device typified by an AM-LCD with a TFT having an appropriate structure according to the function. By extension, such an electro-optical deviceDisplay sectionIt is an object of the present invention to improve the reliability of a semiconductor device (electric appliance) that is included.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
In a semiconductor device including a pixel portion having a pixel TFT and a storage capacitor in each pixel,
The active layer of the pixel TFT is formed above the light shielding film with an insulating film laminated in at least two layers interposed therebetween,
The storage capacitor is formed of a semiconductor film having the same composition as the electrode, dielectric, and drain region of the pixel TFT formed in the same layer as the light shielding film,
The dielectric is composed of a part of the insulating film laminated in at least two layers.
[0011]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
In a semiconductor device including a pixel portion having a pixel TFT and a storage capacitor in each pixel,
The active layer of the pixel TFT is formed above the light shielding film with an insulating film laminated in at least two layers interposed therebetween,
The storage capacitor is formed of a semiconductor film having the same composition as the electrode, dielectric, and drain region of the pixel TFT formed in the same layer as the light shielding film,
The dielectric is composed of a remaining layer obtained by removing a part of the insulating film laminated in at least two layers.
[0012]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
In a semiconductor device including a pixel portion having a pixel TFT and a storage capacitor in each pixel,
The active layer of the pixel TFT is formed above the light shielding film with the first insulating film in contact with the light shielding film and the second insulating film in contact with the active layer interposed therebetween,
The storage capacitor is formed of a semiconductor film having the same composition as the electrode formed in the same layer as the light shielding film, the second insulating film, and the drain region of the pixel TFT.
[0013]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
In a semiconductor device including a pixel portion having a pixel TFT and a storage capacitor in each pixel,
The active layer of the pixel TFT is formed above the light shielding film with the first insulating film in contact with the light shielding film and the second insulating film in contact with the active layer interposed therebetween,
The storage capacitor is formed of a semiconductor film having the same composition as the electrode formed in the same layer as the light shielding film, the second insulating film, and the drain region of the pixel TFT.
[0014]
In the above configuration,The film thickness of the second insulating film is not more than 1/5 times (preferably 1/100 to 1/10 times) the film thickness of the laminated film composed of the first insulating film and the second insulating film.It is desirable to do.
[0015]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A method of manufacturing a semiconductor device including a pixel portion having a pixel TFT and a storage capacitor in each pixel,
Forming a light shielding film and an electrode made of the same material as the light shielding film on a substrate;
Forming a first insulating film covering the light shielding film and the electrode;
Etching the first insulating film to form an opening on the electrode;
Forming a second insulating film covering the first insulating film and the opening;
Forming a semiconductor film on the second insulating film;
It is characterized by having.
[0016]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A method for manufacturing a semiconductor device including a driver circuit portion and a pixel portion having a pixel TFT and a storage capacitor in each pixel,
Forming a light shielding film and an electrode made of the same material as the light shielding film on a substrate;
Forming a first insulating film covering the light shielding film and the electrode;
Etching the first insulating film to form an opening on the electrode;
Forming a second insulating film covering the first insulating film and the opening;
Forming a semiconductor film on the second insulating film;
Forming a gate insulating film covering the semiconductor film;
Etching a part of the gate insulating film to expose a part of the semiconductor film of the driving circuit part and the semiconductor film of the pixel part;
Forming a thermal oxide film on the surface of the semiconductor film exposed by etching of the gate insulating film by thermal oxidation;
It is characterized by having.
[0017]
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A method for manufacturing a semiconductor device including a driver circuit portion and a pixel portion having a pixel TFT and a storage capacitor in each pixel,
Forming a light shielding film and an electrode made of the same material as the light shielding film on a substrate;
Forming a first insulating film covering the light shielding film and the electrode;
Etching the first insulating film to form an opening on the electrode;
Forming a second insulating film covering the first insulating film and the opening;
Forming a semiconductor film on the second insulating film;
Forming a gate insulating film covering the semiconductor film;
Etching a part of the gate insulating film to expose a part of the semiconductor film of the driving circuit part and the semiconductor film of the pixel part;
Forming a thermal oxide film on the surface of the semiconductor film exposed by etching of the gate insulating film by thermal oxidation;
Forming an LDD region in the semiconductor film of the drive circuit portion and the semiconductor film of the pixel portion, and
The drive circuit portion and the pixel portion have different LDD region lengths.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of an AM-LCD in which a drive circuit portion and a pixel portion are integrally formed on the same substrate. Here, a CMOS circuit is shown as a basic circuit constituting the drive circuit portion, and a double-gate TFT is shown as a pixel TFT. Of course, not only a double gate structure but also a triple gate structure or a single gate structureMulti-gate structure.
[0019]
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a substrate having heat resistance, and a quartz substrate, a silicon substrate, a ceramic substrate, or a metal substrate (typically a stainless steel substrate) may be used. Regardless of which substrate is used, a base film (preferably an insulating film containing silicon as a main component) may be provided as necessary.
[0020]
Reference numeral 102 denotes a light shielding film, and 103 denotes a lower electrode of a storage capacitor, which are formed of the same material in the same layer. As a material for forming the light shielding film 102 and the lower electrode 103 of the storage capacitor, a heat conductive film that can withstand a temperature of 800 to 1150 ° C. (preferably 900 to 1100 ° C.) is used.
[0021]
Typically, a conductive silicon film (eg, phosphorus-doped silicon film, boron-doped silicon film, etc.), a metal film (eg, tungsten film, tantalum film, molybdenum film, titanium film, etc.) or a combination of the above metal film components An alloy film may be used. Further, a silicide film obtained by siliciding the metal film or a nitrided nitride film (a tantalum nitride film, a tungsten nitride film, a titanium nitride film, or the like) may be used. Moreover, you may laminate | stack combining these freely.
[0022]
When the metal film is used, it is desirable to have a laminated structure with a silicon film in order to prevent oxidation of the metal film. In terms of preventing oxidation, a structure in which a metal film is covered with an insulating film containing silicon as a main component is also effective. Note that in this specification, “an insulating film containing silicon as a main component refers to a silicon oxide film, a silicon nitride film, or an insulating film containing silicon, oxygen, and nitrogen in a predetermined component ratio.
[0023]
104 is a base film formed with a film thickness of 0.3 to 1 μm (preferably 0.6 to 0.8 μm).(Hereinafter referred to as the first insulating film)And formed of an insulating film containing silicon as a main component. The first insulating film 104 is provided with an opening in a portion serving as a storage capacitor, and again an insulating film containing silicon as a main component.(Hereinafter referred to as the second insulating film)105 is provided.
[0024]
Note that although a two-layer structure is formed here, the first insulating film 104 in contact with the light shielding film and the second insulating film 105 in contact with the active layer of the pixel TFT, a multilayer structure may be used. Therefore, finally, the active layer of the pixel TFT has a structure formed above the light shielding film 102 with an insulating film laminated in at least two layers interposed therebetween. In addition, a part of the insulating film stacked in at least two layers (a single layer or a plurality of layers) may be a dielectric of the storage capacitor. In other words, the remaining layer obtained by removing a part of the insulating film laminated in at least two layers becomes the dielectric of the storage capacitor.
[0025]
In the present embodiment, the second insulating film 105 functions as a dielectric of the storage capacitor (particularly indicates a portion indicated by 106). The film thickness of the second insulating film 105 (the storage capacitor dielectric 106) may be 5 to 75 nm (preferably 20 to 50 nm). The thinner the capacitor, the larger the capacity of the storage capacitor. However, if the breakdown voltage is not taken into account, a leakage current is generated. The idea of stacking the film in two steps is effective for improving the breakdown voltage.
[0026]
First insulating film104 needs to have a sufficiently thick film thickness so that the light-shielding film 102 does not form a parasitic capacitance with the upper TFT. In this way, by providing an opening in the storage capacitor portion, the dielectric of the storage capacitor Can be made thinner. Therefore, the capacity can be earned without increasing the area for forming the capacity. The configuration of this storage capacitor is not in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 10-056184.
[0027]
1 is characterized by an insulating film (between the active layer of the pixel TFT and the light shielding film 102).First insulating film104 andSecond insulating film105Consist ofLayered film) and between the upper electrode 118 of the storage capacitor made of a semiconductor film and the lower electrode 103 of the storage capacitor.Second insulating film105 (dielectric 106 of the storage capacitor) has a different film thickness. Specifically, the film thickness of the latter is not more than 1/5 times that of the former (preferably1/100 to 1/10 times).
[0028]
Thus, a storage capacitor having a large capacity can be formed without forming a parasitic capacitance between the pixel TFT and the light shielding film 102.
[0029]
Note that the light-shielding film 102 provided under the pixel TFT may be in a floating state or set at a fixed potential. As the fixed potential, it is desirable to set at least a potential lower than the lowest potential of the video signal, preferably the lowest power supply potential of the entire circuit formed on the substrate or a potential lower than the lowest power supply potential.
[0030]
For example, in the case of an AM-LCD, various power supply lines are formed by a driving circuit portion, other signal processing circuits, and a pixel portion, and a predetermined potential is applied to each of them. That is, there is a certain reference minimum potential, and various voltages are generated based on the reference minimum potential.
The lowest power supply potential refers to the lowest potential that serves as a reference in all the circuits.
[0031]
In this way, the light shielding film 102 is in a floating state or a fixed potential.By doing so, it is possible to obtain a light-shielding film that does not affect the TFT operation (forms almost no parasitic capacitance or the like).
[0032]
As described above, by providing the light shielding film under the pixel TFT, it is possible to prevent the occurrence of light leakage current due to stray light from the substrate side. It is not necessary to provide a light-shielding film because the drive circuit portion side does not originally receive light. This is preferable in the sense that the parasitic capacitance is reduced even a little.
[0033]
Also,First insulating film104 andSecond insulating filmA semiconductor film serving as an active layer of the driving TFT, an active layer of the pixel TFT, and an upper electrode of the storage capacitor is formed on 105. Note that in this specification, an “electrode” is a part of “wiring” and refers to a portion that performs electrical connection with another wiring or a portion that intersects with a semiconductor film. Therefore, for convenience of explanation, “wiring” and “electrode” are properly used, but it is assumed that “electrode” is always included in the term “wiring”.
[0034]
In FIG. 1, the active layer of the driving TFT includes a source region 107, a drain region 108, an LDD (lightly doped drain) region 109, a channel forming region 110, and a P-channel TFT of an N-channel TFT (hereinafter referred to as NTFT). The source region 111 (hereinafter referred to as PTFT), the drain region 112 and the channel formation region 113 are formed.
[0035]
The active layer of the pixel TFT (here, NTFT is used) is formed of a source region 114, a drain region 115, LDD regions 116a and 116b, and channel formation regions 117a and 117b. Further, a semiconductor film extended from the drain region 115 is used as the upper electrode 118 of the storage capacitor. That is, the upper electrode 118 of the storage capacitor is made of a semiconductor film having the same composition as the drain region 115.
[0036]
As described above, the storage capacitor according to the present invention includes the electrode (here, the lower electrode 103 of the storage capacitor), the dielectric (here, the second insulating film 105), and the pixel TFT formed in the same layer as the light shielding film 102. A semiconductor film having the same composition as the drain region (here, the drain region 115 of the pixel TFT) is formed.
[0037]
However, the drain region and the upper electrode of the storage capacitor are not necessarily connected directly, and may be electrically connected by other wiring. In addition, the same composition is not necessarily required, and a semiconductor film having another conductivity type or a semiconductor film containing the same impurity as the drain region at a different concentration may be used.
[0038]
Here, in the case of FIG. 1, the width (length) of the LDD region is different between the drive TFT and the pixel TFT. Since driving TFTs place emphasis on the operating speed, they are provided as narrowly as possible so as not to provide a resistance component, and pixel TFTs place importance on the reduction of off-current (drain current that flows when the TFT is in the off state), so a somewhat long LDD region is required. is there. Therefore, the LDD region of the driving TFT is preferably provided to be equal to or narrower than the LDD region of the pixel TFT.
[0039]
A gate insulating film is formed to cover the active layer and the upper electrode of the storage capacitor. In the present invention, the gate insulating film 119 of the driving TFT is formed.Film thicknessIs the gate insulating film 120 of the pixel TFT.Film thicknessIt is formed thinner. Typically, the thickness of the gate insulating film 120 may be 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm), and the thickness of the gate insulating film 119 may be 5 to 50 nm (preferably 10 to 30 nm).
[0040]
Note that the gate insulating film of the driving TFT does not need to have a single film thickness. That is, different in the drive circuit sectionFilm thicknessThere may be a driving TFT having an insulating film. In that case, different on the same substrateFilm thicknessThere are at least three or more types of TFTs having a gate insulating film. That is, it can be said that the thickness of the gate insulating film of at least some of the driving TFTs included in the driving circuit portion is thinner than the thickness of the gate insulating film of the pixel TFT.
[0041]
Next, on the gate insulating films 119 and 120, gate wirings 121 and 122 of the driving TFT and gate wirings 123a and 123b of the pixel TFT are formed. As a material for forming the gate wirings 121, 122, 123a, and 123b, a conductive film having heat resistance that can withstand a temperature of 800 to 1150 ° C. (preferably 900 to 1100 ° C.) is used. Specifically, a material similar to that of the light shielding film 102 or the lower electrode 103 of the storage capacitor may be selected.
[0042]
That is, a conductive silicon film (for example, a phosphorus-doped silicon film, a boron-doped silicon film, etc.), a metal film (for example, a tungsten film, a tantalum film, a molybdenum film, a titanium film, etc.), or an alloy film in which components of the above metal films are combined. But it ’s okay. Alternatively, a silicide film obtained by siliciding the metal film or a nitrided nitride film (such as a tantalum nitride film, a tungsten nitride film, or a titanium nitride film) may be used. Moreover, you may laminate | stack combining these freely.
[0043]
When the metal film is used, it is desirable to have a laminated structure with a silicon film in order to prevent oxidation of the metal film. In terms of preventing oxidation, a structure in which a metal film is covered with an insulating film containing silicon as a main component is effective. In FIG. 1, a protective film 124 is provided to prevent oxidation of the gate wiring.
[0044]
Next, reference numeral 125 denotes a first interlayer insulating film, which is formed of an insulating film (single layer or stacked layer) containing silicon as a main component. As an insulating film containing silicon as a main component, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film (a nitrogen content is higher than oxygen), a silicon nitride oxide film (an oxygen content is higher than nitrogen) Can be used).
[0045]
Then, contact holes are provided in the first interlayer insulating film 125, and source wirings 126 and 127 for the driving TFT, a drain wiring 128, a source wiring 129 for the pixel TFT, and a drain wiring 130 are formed. A passivation film 131 and a second interlayer insulating film 132 are formed thereon, and a light shielding film (black mask) 133 is further formed thereon. Further, a third interlayer insulating film 134 is formed on the light shielding film 133, and after the contact hole is provided, the pixel electrode 135 is formed.
[0046]
As the second interlayer insulating film 132 and the third interlayer insulating film 134, a resin film having a small relative dielectric constant is preferable. As the resin film, a polyimide film, an acrylic film, a polyamide film, a BCB (benzocyclobutene) film, or the like can be used.
[0047]
Further, as the pixel electrode 135, a transparent conductive film typified by an ITO film is used if a transmissive AM-LCD is manufactured, and a reflectivity typified by an aluminum film is used if a reflective AM-LCD is manufactured. A high metal film may be used.
[0048]
In FIG. 1, the pixel electrode 135 is electrically connected to the drain region 115 of the pixel TFT via the drain electrode 130. However, the pixel electrode 135 and the drain region 115 may be directly connected. good.
[0049]
In the AM-LCD having the above-described structure, the gate insulating film of the driving TFT is thinner than the gate insulating film of the pixel TFT, and the first insulating film is selectively removed at a portion serving as a storage capacitor and the thin TFT The two insulating films function as a dielectric for the storage capacitor. At this time, there is no problem of parasitic capacitance because the sufficiently thick first insulating film is provided between the light shielding film 102 provided under the pixel TFT and the active layer.
[0050]
In this way, it is possible to arrange an optimum TFT according to the performance of the circuit, and at the same time, it is possible to realize a storage capacitor that can secure a large capacitance with a small area.
[0051]
The present invention having the above-described configuration will be described in more detail with the following examples.
[0052]
【Example】
[Example 1]
In this example, a manufacturing process for realizing the structure of FIG. 1 described in the “Embodiment Mode of the Invention” will be described. 2-5 is used for description.
[0053]
First, a quartz substrate 201 is prepared as a substrate, and a light shielding film 202 using a laminated film of silicon film / tungsten nitride film / tungsten film from the lower layer (or silicon film / tungsten silicide film / silicon film from the lower layer) is held thereon. A capacitor lower electrode 203 is formed. Of course, other conductive films described in the “Embodiments of the Invention” can be used. In this embodiment, the film thickness is 200 nm.
[0054]
next,Covering the light shielding film 202 and the lower electrode 203 of the storage capacitorMade of 0.6 μm thick silicon oxide filmFirst insulating film204 forming the storage capacitor(On the lower electrode 203 of the storage capacitor)Is selectively etched to form an opening 205. AndCovering the first insulating film 204 and the opening 205,A silicon oxide film (second insulating film) 206 having a thickness of 20 nm and an amorphous silicon film 207 are continuously formed by a low pressure thermal CVD method without opening to the atmosphere. By doing so, impurities such as boron contained in the atmosphere can be prevented from being adsorbed on the lower surface of the amorphous silicon film.
[0055]
In this embodiment, an amorphous silicon film is used, but another semiconductor film may be used. A microcrystalline silicon (microcrystal silicon) film or an amorphous silicon germanium film may be used.
[0056]
The second insulating film 206 is an insulating film that functions as a dielectric of the storage capacitor. Therefore, in this embodiment, silane (SiH) is used as a film forming gas.Four) And nitrous oxide (N2O) is used to form a high-quality silicon oxide film (dielectric) at a film forming temperature of 800 ° C.
[0057]
Next, the amorphous silicon film 207 is crystallized. A known technique can be used as this crystallization means. In this embodiment, the technique described in JP-A-9-31260 is used as the crystallization means. The technology described in the publication uses an element selected from nickel, cobalt, palladium, germanium, platinum, iron, and copper as a catalyst element to promote crystallization.The amorphous silicon film is crystallized by the solid phase growth used.
[0058]
In this embodiment, nickel is selected as a catalyst element, and a layer (not shown) containing nickel is formed on the amorphous silicon film 207. Then, heat treatment is performed at 550 ° C. for 4 hours to crystallize, and a crystalline silicon (polysilicon) film 208 is formed. In this way, the state of FIG.
[0059]
Here, an impurity element (phosphorus or boron) for controlling the threshold voltage of the TFT may be added to the crystalline silicon film 208. Phosphorus or boron may be divided, or only one of them may be added.
[0060]
Next, a mask film 209 made of a 100 nm thick silicon oxide film is formed on the crystalline silicon film 208, and a resist mask 210 is formed thereon. Further, the mask film 209 is etched using the resist mask 210 as a mask to form openings 211a to 211c.
[0061]
In this state, an element belonging to Group 15 of the periodic table (phosphorus in this embodiment) is added to form phosphorus-added regions (phosphorus-doped regions) 212a to 212c. The concentration of phosphorus to be added is 5 × 1018~ 1x1020atoms / cmThree(Preferably 1 × 1019~ 5x1019atoms / cmThree) Is preferred. However, the concentration of phosphorus to be added is not limited to this concentration range because it varies depending on the temperature and time of the subsequent gettering step and the area of the phosphorus-doped region. (Fig. 2 (C))
[0062]
Next, the resist mask 210 is removed and a heat treatment at 450 to 650 ° C. (preferably 500 to 600 ° C.) is applied for 2 to 16 hours to perform a gettering step of nickel remaining in the crystalline silicon film. In order to achieve the gettering action, a temperature of about ± 50 ° C. from the maximum temperature of the thermal history is necessary, but since the heat treatment for crystallization is performed at 550 to 600 ° C., the heat treatment at 500 to 650 ° C. is sufficient. The gettering action can be achieved.
[0063]
In this embodiment, nickel is moved in the direction of the arrow by applying a heat treatment at 600 ° C. for 8 hours, and gettered (captured) in the phosphorus addition regions 212a to 212c. Thus, the concentration of nickel remaining in the crystalline silicon film indicated by 213 and 214 is 2 × 10.17atoms / cmThreeThe following (preferably 1 × 1016atoms / cmThreeOr less). However, this concentration is a measurement result by mass secondary ion analysis (SIMS), and a concentration below this cannot be confirmed at present due to the measurement limit. (Fig. 3 (A))
[0064]
After the nickel gettering step is completed, the crystalline silicon films 213 and 214 are patterned to obtain an active layer of the driving TFT.(Semiconductor film)215, an active layer 216 of the pixel TFT is formed. At this time, it is desirable to completely remove the phosphorus-added region that has captured nickel.
[0065]
Then, a gate insulating film is formed by plasma CVD or sputtering.217Form. This gate insulating film is an insulating film that functions as a gate insulating film of the pixel TFT, and has a thickness of 50 to 200 nm. In this embodiment, a 100 nm thick silicon oxide film is used. Further, not only the silicon oxide film but also a stacked structure in which a silicon nitride film is provided over the silicon oxide film, or a silicon oxynitride film in which nitrogen is added to the silicon oxide film may be used.
[0066]
Gate insulation film217Then, a resist mask (not shown) is provided to form a gate insulating film.Etching is performed to expose a part of the active layer of the driver circuit portion and the active layer of the pixel portion. That is,The gate insulating film 217 is left on the pixel TFT, and the region above the driving TFT is removed. In this way, the state of FIG.
[0067]
Next, a heat treatment step at a temperature of 800 to 1150 ° C. (preferably 900 to 1100 ° C.) for 15 minutes to 8 hours (preferably 30 minutes to 2 hours) is performed in an oxidizing atmosphere (thermal oxidation step). In this example, 950 ° C. for 30 minutes in an oxygen atmosphere.Thermal oxidation treatmentI do.
[0068]
Note that the oxidizing atmosphere may be either a dry oxygen atmosphere or a wet oxygen atmosphere, but a dry oxygen atmosphere is suitable for reducing crystal defects in the semiconductor film. Alternatively, an atmosphere in which a halogen element is included in an oxygen atmosphere may be used. Thermal oxidation in an atmosphere containing this halogen elementprocessingThen, since the effect of removing nickel can also be expected, it is effective.
[0069]
By performing the thermal oxidation process in this manner, a silicon oxide film (thermal oxide film) 218 having a thickness of 5 to 50 nm (preferably 10 to 30 nm) is formed on the surface of the semiconductor film exposed by the etching of the gate insulating film. Finally, the silicon oxide film 218 functions as a gate insulating film of the driving TFT.
[0070]
The oxidation reaction also proceeds at the interface between the gate insulating film 217 made of a silicon oxide film remaining in the pixel TFT and the semiconductor film 216 therebelow. Therefore, the film thickness of the gate insulating film 219 of the pixel TFT is finally 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm).
[0071]
When the thermal oxidation process is thus completed, the gate wiring 220 (NTFT side) of the driving TFT, 221 (PTFT side), and the gate wirings 222a and 222b of the pixel TFT are formed. Note that although two gate wirings 222a and 222b are shown because the pixel TFT has a double gate structure, they are actually the same wiring.
[0072]
In this embodiment, as the gate wirings 220 to 222a and 222b, a laminated film of silicon film / tungsten nitride film / tungsten film from the lower layer (or silicon film / tungsten silicide film from the lower layer) is used. Of course, it is needless to say that other conductive films described in the “Embodiments of the Invention” can be used. In this embodiment, the thickness of each gate wiring is 250 nm.
[0073]
In this embodiment, the lowermost silicon film is formed by using a low pressure thermal CVD method. Since the gate insulating film of the driver circuit is as thin as 5 to 50 nm, there is a risk of damaging the semiconductor film (active layer) depending on the conditions when sputtering or plasma CVD is used. Therefore, a thermal CVD method capable of forming a film by a chemical vapor reaction is preferable.
[0074]
Next, a SiNxOy (typically x = 0.5 to 2, y = 0.1 to 0.8) film 223 having a thickness of 25 to 50 nm is formed to cover the gate wirings 220 to 222a and 222b. The SiNxOy film 223 prevents the gate wirings 220 to 222 from being oxidized, and also functions as an etching stopper when a side wall made of a silicon film is removed later. Note that performing film formation in two steps is effective and effective in reducing pinholes.
[0075]
At this time, it is effective to perform plasma treatment using a gas containing hydrogen (ammonia gas in this embodiment) as a pretreatment for forming the SiNxOy film 213. Since hydrogen activated (excited) by the plasma by this pretreatment is confined in the active layer (semiconductor film), hydrogen termination is effectively performed.
[0076]
Further, when a nitrous oxide gas is added in addition to a gas containing hydrogen, the surface of the object to be processed is cleaned by the generated moisture, and contamination by boron or the like contained in the atmosphere can be effectively prevented.
[0077]
In this way, the state of FIG. Next, an amorphous silicon film (not shown) is formed, and anisotropic etching using a chlorine-based gas is performed to form sidewalls 224, 225, 226a, and 226b. After the sidewalls are formed, resist masks 227a and 227b are formed. Thereafter, an addition process of an element belonging to Group 15 of the periodic table (phosphorus in this embodiment) is performed on the semiconductor films 215 and 216.
[0078]
At this time, the gate wirings 220 to 222a and 222b, the side walls 224 to 226, and the resist masks 227a and 227b are used as masks, and impurity regions 228 to 232 are formed. The concentration of phosphorus added to the impurity regions 228 to 232 is 5 × 1019~ 1x10twenty oneatoms / cmThreeAdjust so that In this specification, the phosphorus concentration at this time is represented by (n +). (Fig. 4 (A))
[0079]
This process may be performed separately for the region where the driving TFT and the storage capacitor with a thin gate insulating film are formed, and the region where the pixel TFT with a thick gate insulating film is formed, or may be performed simultaneously. . In addition, the phosphorus addition step may use an ion implantation method in which mass separation is performed, or a plasma doping method in which mass separation is not performed. The practitioner may set optimum values for the acceleration voltage, the dose amount, and the like.
[0080]
When the state of FIG. 4A is thus obtained, the resist masks 227a and 227b and the sidewalls 224 to 226a and 226b are removed, and a phosphorus addition step is performed again. This step is performed with a lower dose than the previous phosphorus addition step. Thus, a low concentration impurity region is formed in a region where phosphorus is not added in the previous step. The concentration of phosphorus added to this low concentration impurity region is 5 × 1017~ 5x1018atoms / cmThreeAdjust so that In this specification, the phosphorus concentration at this time is represented by (n−). (Fig. 4 (B))
[0081]
Of course, this step may be performed separately for the region where the driving TFT and the storage capacitor with the thin gate insulating film are formed and the region where the pixel TFT with the thick gate insulating film is formed. good. In addition, the phosphorus addition step may use an ion implantation method in which mass separation is performed, or a plasma doping method in which mass separation is not performed. The practitioner may set optimum values for the acceleration voltage, the dose amount, and the like.
[0082]
However, since this low concentration impurity region functions as an LDD region, it is necessary to carefully control the concentration of phosphorus. Therefore, in this embodiment, the plasma doping method is used, and the concentration distribution (concentration profile) of the added phosphorus is set as shown in FIG.
[0083]
In FIG. 9, the gate insulating film 901 on the driver circuit portion side and the gate insulating film 902 on the pixel portion side have different thicknesses. For this reason, the concentration distribution of the added phosphorus in the depth direction is different.
[0084]
In this embodiment, the phosphorus addition conditions (acceleration voltage and the like) are adjusted so as to have a concentration distribution indicated by 903 on the drive circuit portion side and a concentration distribution indicated by 904 on the pixel portion side. In this case, although the concentration distribution in the depth direction is different, the phosphorus concentrations of the low-concentration impurity regions 905 and 906 formed as a result are substantially equal.
[0085]
The process shown in FIG. 9 can be used in all impurity addition processes described in this specification.
[0086]
This step defines the NTFT source region 233, LDD region 234, and channel formation region 235 that form the CMOS circuit. In addition, a source region 236, a drain region 237, an LDD region 238a and 238b, and channel formation regions 239a and 239b of the pixel TFT are defined.
[0087]
Further, a lower electrode 240 of the storage capacitor is defined. In this embodiment, phosphorus is added to the lower electrode 240 of the storage capacitor at the same concentration as the source region or the drain region in both the first phosphorus addition (n +) step and the second phosphorus addition (n−) step. . Therefore, it becomes a semiconductor region having the same composition as the source region or drain region of the NTFT.
[0088]
In this step, a low-concentration impurity region 241 is also formed in the region that becomes the PTFT of the CMOS circuit, similarly to the NTFT.
[0089]
Next, the region other than the region that becomes the PTFT of the CMOS circuit is hidden by the resist masks 242a and 242b, and an element belonging to group 13 of the periodic table (boron in this embodiment) is added. In this step, boron having a higher concentration than phosphorus already added is added. Specifically, 1 × 1020~ 3x10twenty oneatoms / cmThreeAdjust the concentration so that boron is added. In this specification, the boron concentration at this time is represented by (p ++). As a result, all of the impurity regions exhibiting N-type conductivity formed in the region to be PTFT are inverted in conductivity type by boron, and become impurity regions exhibiting P-type conductivity. (Figure 3 (C))
[0090]
Of course, in this step, an ion implantation method that performs mass separation may be used, or a plasma doping method that does not perform mass separation may be used. The practitioner may set optimum values for the acceleration voltage, the dose amount, and the like.
[0091]
By this step, a source region 244, a drain region 245, and a channel formation region 246 of the PTFT forming the CMOS circuit are defined. In addition, the drain region 243 of the NTFT of the CMOS circuit is defined.
[0092]
When all the impurity regions are thus formed, the resist masks 242a and 242b are removed. And the heat processing process for 20 minutes-12 hours is performed in the temperature range of 750-1150 degreeC. In this embodiment, heat treatment is performed at 950 ° C. for 2 hours in an inert atmosphere. (Fig. 5 (A))
[0093]
In this process, phosphorus or boron added to each impurity region is activated, and at the same time, the LDD region is expanded inward (in the direction of the channel formation region).Sandwiching the gate insulating filmRealize the overlapping structure.
[0094]
That is, phosphorus contained in the LDD region 247 diffuses toward the channel formation region 248 in the LDD region 247 of the driving TFT. As a result, the LDD region 247 is connected to the gate wiring 220.With a gate insulating film in betweenOverlapping state. Such a structure is very effective in preventing deterioration due to hot carrier injection.
[0095]
Similarly, in the PTFT of the driving TFT, the source region 249 and the drain region 250 are diffused in the direction of the channel formation region 251 and overlap the gate wiring 221. In the pixel TFT, the LDD regions 252a and 252b diffuse in the direction of the channel formation regions 253a and 253b, respectively, and overlap the gate wirings 222a and 222b, respectively.
[0096]
The impurity diffusion distance can be controlled by the temperature and time of the heat treatment.
Therefore, the distance (length) at which the LDD region (or the source region and drain region of the PTFT) overlaps with the gate wiring can be freely controlled. In this embodiment, the overlap distance is adjusted to be 0.05 to 1 μm (preferably 0.1 to 0.3 μm).
[0097]
In addition, phosphorus added to the upper electrode 254 of the storage capacitor is activated by this process, and becomes a region exhibiting N-type conductivity. That is, the voltage is applied to the lower electrode 103 of the storage capacitor.In addition, without inducing carriersThe semiconductor film can function as the upper electrode 254.
[0098]
When the state of FIG. 5A is thus obtained, a first interlayer insulating film 255 is formed.
In this embodiment, a 1 μm thick silicon oxide film formed by plasma CVD is used. Then, after forming the contact holes, source wirings 256 to 258 and drain wirings 259 and 260 are formed. These wirings are formed by a laminated film in which a conductive film mainly composed of aluminum is sandwiched between titanium films.
[0099]
When the source wiring and the drain wiring are formed, hydrogenation is performed here. In this step, the entire substrate is exposed to hydrogen excited (activated) by plasma or heat. The temperature of the hydrogenation treatment may be 350 to 450 ° C. (preferably 380 to 420 ° C.) when excited by heat.
[0100]
Thereafter, a passivation film 261 is formed. As the passivation film 261, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride oxide film, or a stacked film of these insulating films and a silicon oxide film can be used. In this embodiment, a silicon nitride film having a thickness of 300 nm is used as a passivation film.
[0101]
In this embodiment, as a pretreatment for forming the silicon nitride film, a plasma treatment using ammonia gas is performed, and the passivation film 261 is formed as it is. Hydrogen activated (excited) by the plasma by this pretreatment is confined by the passivation film 261. Further, when a nitrous oxide gas is added in addition to a gas containing hydrogen, the surface of the object to be processed is cleaned by the generated moisture, and contamination by boron or the like contained in the atmosphere can be effectively prevented.
[0102]
After the passivation film 261 is formed in this way, a heat treatment step of about 400 to 420 ° C. is performed here. The treatment atmosphere may be an inert atmosphere or an atmosphere containing hydrogen. In this step, hydrogen released from the silicon nitride film 261 and hydrogen contained in a large amount in the first interlayer insulating film 255 by the previous hydrogenation step diffuse downward (the passivation film 261 is in the upward direction). It becomes the blocking layer) and the active layer(Semiconductor film)Is hydrogen terminated. As a result, the dangling bonds in the active layer can be inactivated efficiently.
[0103]
When this hydrogenation process is completed, an acrylic film having a thickness of 1 μm is formed as the second interlayer insulating film 262. Then, a titanium film having a thickness of 200 nm is formed thereon and patterned to form a black mask 263.
[0104]
Next, an acrylic film having a thickness of 1 μm is formed again as the third interlayer insulating film 264 to form a contact hole, and a pixel electrode 265 made of an ITO film is formed. Thus, an AM-LCD having a structure as shown in FIG. 5B is completed.
[0105]
In the AM-LCD of the present invention, the thickness of the gate insulating film differs between the drive circuit portion (or signal processing circuit portion) and the pixel portion formed on the same substrate. Typically, the driving TFT used in the driving circuit portion has a thinner gate insulating film than the pixel TFT used in the pixel portion.
[0106]
Furthermore, in the pixel portion, a light shielding film is provided below the pixel TFT, and a thick base film is formed.(First insulation film)The formation of the parasitic capacitance is prevented by providing the gap between them. In addition, the underlying film is selectively removed at the portion that becomes the storage capacitor, and a thin dielectric is again formed.(Second insulating film)A storage capacity having a large capacity is formed.
[0107]
Further, according to the manufacturing process of this embodiment, the final active layer (semiconductor film) of the TFT is formed of a crystalline silicon film having a unique crystal structure having continuity in the crystal lattice. The features will be described below.
[0108]
FirstThe first feature is that of this embodiment.The microcrystalline silicon film formed in accordance with the manufacturing process has a crystal structure in which a plurality of needle-like or rod-like crystals (hereinafter abbreviated as rod-like crystals) are gathered and arranged. This can be easily confirmed by observation with TEM (transmission electron microscopy).
[0109]
Also,The second feature is that the surface of the crystalline silicon film formed according to the manufacturing process of this embodiment (the part where the channel is formed) is slightly misaligned in the crystal axis when electron diffraction is used. {110} plane can be confirmed. This means that the spot diameter is about 1.35μ. m Is observed from the fact that diffraction spots having regularity specific to the {110} plane appear. It has also been confirmed that each spot has a concentric distribution.
[0110]
As a third feature, when the orientation ratio is calculated using an X-ray diffraction method (strictly, an X-ray diffraction method using the θ-2θ method), the orientation ratio of the {220} plane is 0.7. It is confirmed that it is above (typically 0.85 or more). In addition, the method described in Unexamined-Japanese-Patent No. 7-321339 is used for the calculation method of orientation ratio.
[0111]
Also,As the fourth feature,The present applicant observes a crystal grain boundary formed by contact of individual rod-like crystals with HR-TEM (high resolution transmission electron microscopy), and confirms that the crystal lattice has continuity at the crystal grain boundary. . This can be easily confirmed because the observed lattice fringes are continuously connected at the grain boundaries.
[0112]
Note that the continuity of the crystal lattice at the crystal grain boundary results from the fact that the crystal grain boundary is a grain boundary called a “planar grain boundary”. The definition of the planar grain boundary in this specification is “Characterization of High-Efficiency Cast-Si Solar Cell Wafers by MBIC Measurement; Ryuichi Shimokawa and Yutaka Hayashi, Japanese Journal of Applied Physics vol.27, No.5, pp.751”. -758, 1988 ”is the“ Planar boundary ”.
[0113]
According to the above paper, planar grain boundaries include twin grain boundaries, special stacking faults, and special twist grain boundaries. This planar grain boundary is characterized by being electrically inactive. That is, although it is a crystal grain boundary, it does not function as a trap that inhibits the movement of carriers, and thus can be regarded as substantially nonexistent.
[0114]
In particular, when the crystal axis (axis perpendicular to the crystal plane) is the <110> axis, the {211} twin grain boundary is also called a corresponding grain boundary of Σ3. The Σ value is a parameter that serves as a guideline indicating the degree of consistency of the corresponding grain boundary. It is known that the smaller the Σ value, the better the grain boundary.For example, in a crystal grain boundary formed between two crystal grains, if the plane orientation of both crystals is {110}, θ = the angle formed by lattice fringes corresponding to the {111} plane is θ = 70.5 It is known that it becomes a corresponding grain boundary of Σ3 when it is °.
[0115]
In the crystalline silicon film obtained by carrying out this example, when a crystal grain boundary formed between two crystal grains having a crystal axis <110> is observed by HR-TEM, each of adjacent crystal grains is observed. About plaid 70.5 Many are continuous at an angle of °. Therefore, it can be inferred that the grain boundary is the corresponding grain boundary of Σ3, that is, the {211} twin boundary.
[0116]
Such a crystal structure (exactly, the structure of the crystal grain boundary) indicates that two different crystal grains are joined with extremely good consistency at the crystal grain boundary. That is, the crystal lattice is continuously connected at the crystal grain boundary, and the trap level caused by crystal defects or the like is very difficult to create. Therefore, the semiconductor thin film having such a crystal structure can be regarded as having substantially no grain boundary.
[0117]
Furthermore, a heat treatment step at a high temperature of 700 to 1150 ° C. (in this exampleIn the thermal oxidation process), It has been confirmed by TEM observation that almost all defects present in the crystal grains have disappeared. This is also clear from the fact that the number of defects is greatly reduced before and after this heat treatment step.
[0118]
The difference in the number of defects appears as a difference in spin density by electron spin resonance analysis (Electron Spin Resonance: ESR). At present, the spin density of the crystalline silicon film fabricated according to the fabrication process of this example is at least 5 × 1017spins / cmThreeBelow (preferably 3 × 1017spins / cmThreeThe following): However, since this measured value is close to the detection limit of existing measuring devices, the actual spin density is expected to be even lower.
[0119]
From the above, the crystalline silicon film obtained by carrying out this embodiment is considered to be a single crystal silicon film or a substantially single crystal silicon film because there are substantially no crystal grains and no crystal grain boundaries. Good.
[0120]
(Knowledge about electrical characteristics of TFT)
The TFT fabricated using this example showed electrical characteristics comparable to a MOSFET. The following data is obtained from the TFT manufactured by the applicant of the present invention (however, the thickness of the active layer is 35 nm and the thickness of the gate insulating film is 80 nm).
[0121]
(1) Sub-threshold coefficient, which is an index of switching performance (agility of on / off operation switching), is 80 to 150 mV / decade for both N-channel and P-channel TFTs (typically 100 to 120 mV / decade) And small.
(2) Field-effect mobility (μFE) 150-650cm for N-channel TFT2/ Vs (typically 200-500cm2/ Vs), 100-300cm with P-channel TFT2/ Vs (typically 120-200cm2/ Vs).
(3) Threshold voltage (Vth) Is as low as -0.5 to 1.5 V for N-channel TFTs and -1.5 to 0.5 V for P-channel TFTs.
[0122]
As described above, it has been confirmed that extremely excellent switching characteristics and high-speed operation characteristics can be realized.
[0123]
[Example 2]
In this embodiment, a specific structure of TFTs arranged in which circuit will be described with reference to FIG.
[0124]
The minimum required operating voltage (power supply voltage) varies depending on the circuit of the AM-LCD.
For example, when considering the voltage applied to the liquid crystal and the voltage for driving the pixel TFT in the pixel portion, the operating voltage is 14 to 20V. Therefore, a TFT that can withstand such a high voltage must be used.
[0125]
An operation voltage of about 5 to 10 V is sufficient for a shift resist circuit used for a source driving circuit and a gate driving circuit. The lower the operating voltage, the more compatible with external signals, and the further advantage is that power consumption can be reduced. However, the high breakdown voltage TFT described above is not suitable for a circuit that requires high-speed operation, such as a shift register circuit, because the operation speed is sacrificed instead of good breakdown voltage characteristics.
[0126]
As described above, the circuit formed on the substrate is divided into a circuit for obtaining a TFT with an emphasis on breakdown voltage characteristics and a circuit for obtaining a TFT with an emphasis on operation speed according to the purpose.
[0127]
Here, the configuration of this embodiment is specifically shown in FIG. FIG. 6A shows a top view of the block diagram of the AM-LCD. Reference numeral 601 denotes a pixel portion, and each pixel includes a pixel TFT and a storage capacitor,imageFunctions as a display unit. Further, 602a is a shift register circuit, 602b is a level shifter circuit, and 602c is a buffer circuit. These circuits as a whole form a gate drive circuit.
[0128]
Note that in the AM-LCD shown in FIG. 6A, a gate driving circuit is provided with a pixel portion interposed therebetween and shares the same gate wiring, that is, one of the gate drives has a defect. However, redundancy is provided such that a voltage can be applied to the gate wiring.
[0129]
Reference numeral 603a denotes a shift register circuit, reference numeral 603b denotes a level shifter circuit, reference numeral 603c denotes a buffer circuit, and reference numeral 603d denotes a sampling circuit. These circuits form a source drive circuit as a whole. A precharge circuit 604 is provided on the opposite side of the source driver circuit across the pixel portion.
[0130]
In the AM-LCD configured as described above, the shift register circuits 602a and 603a are circuits that require high-speed operation, and the operation voltage is as low as 3.3 to 10 V (typically 3.3 to 5 V), and the high withstand voltage is high. No special properties are required. Therefore, the gate insulating film should be as thin as 5 to 50 nm (preferably 10 to 30 nm).
[0131]
FIG. 6B is a schematic diagram of a CMOS circuit to be used mainly for a circuit that requires high-speed operation, such as a shift register circuit or other signal processing circuits. In FIG. 6B, reference numeral 605a denotes an NTFT gate insulating film, and reference numeral 605b denotes a PTFT gate insulating film, which is designed to be as thin as 5 to 50 nm (preferably 10 to 30 nm).
[0132]
The length of the LDD region 606 is preferably 0.1 to 0.5 μm (typically 0.2 to 0.3 μm). If the operating voltage is sufficiently low, such as 2 to 3 V, the LDD region can be omitted.
[0133]
Next, the CMOS circuit illustrated in FIG. 6C is suitable mainly for the level shifter circuits 602b and 603b, the buffer circuits 602c and 603c, the sampling circuit 603d, and the precharge circuit 604. Since these circuits require a large current to flow, the operating voltage is as high as 14 to 16V. In particular, on the gate driving side, an operating voltage of 19V may be required depending on circumstances. Therefore, a TFT having a very good breakdown voltage characteristic (high breakdown voltage characteristic) is required.
[0134]
At this time, in the CMOS circuit shown in FIG. 6C, the film thicknesses of the NTFT gate insulating film 607a and PTFT gate insulating film 607b are designed to be 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm). In such a circuit that requires good breakdown voltage characteristics, it is preferable that the gate insulating film be thicker than a TFT such as the shift register circuit shown in FIG.
[0135]
The length of the LDD region 608 is preferably 0.5 to 3 μm (typically 2 to 2.5 μm). Since the CMOS circuit shown in FIG. 6C is applied with a high voltage similar to that of a pixel like a buffer circuit or the like, it is desirable that the length of the LDD region be the same as or close to that of the pixel.
[0136]
Next, FIG. 6D is a schematic diagram of the pixel portion 601. Since the pixel TFT takes into account the voltage applied to the liquid crystal, an operating voltage of 14 to 16 V is required. In addition, since the charge accumulated in the liquid crystal and the storage capacitor must be held for one frame period, the off current must be as small as possible.
[0137]
For this reason, in this embodiment, a double gate structure using NTFT is used, and the thickness of the gate insulating film 609 is 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm). This film thickness may be the same film thickness as the CMOS circuit shown in FIG. 6C, or may be a different film thickness.
[0138]
Note that the thickness of the storage capacitor dielectric 610 may be 5 to 75 nm (preferably 20 to 50 nm).
[0139]
The length of the LDD regions 611a and 611b is preferably 1 to 4 μm (typically 2 to 3 μm). Since a high voltage of 14 to 16 V is applied to the pixel TFT shown in FIG. 6D, the length of the LDD region needs to be increased.
[0140]
In addition, since it is necessary for the pixel TFT to reduce off current (drain current that flows when the TFT is in an off state) as much as possible, a region that does not overlap with the gate wiring in the LDD regions 611a and 611b (functions as a normal LDD region). It is desirable to secure 1 to 3 μm.
[0141]
As described above, even with an AM-LCD as an example, various circuits are provided on the same substrate, and the required operating voltage (power supply voltage) may differ depending on the circuit. In this case, as in the present inventionIn the drive circuit section and the pixel sectionGate insulation film thicknessOr the length of the LDD regionIt is effective to arrange TFTs having different values.
[0142]
In order to realize the configuration of this embodiment, it is effective to use the circuit shown in Embodiment 1.
[0143]
Example 3
In the first embodiment, in the step of selectively removing the gate insulating film, the removal in the region to be the driving TFT is desirably performed as shown in FIG. In FIG. 7, reference numeral 701 denotes an active layer, 702 denotes an end portion of a gate insulating film 217, and 703 and 704 denote gate wirings. As shown in FIG. 7, it is desirable to leave a gate insulating film at the end of the active layer 701 in the portion 705 where the gate wiring crosses the active layer.
[0144]
A phenomenon called edge thinning occurs at the end of the active layer 701 when a thermal oxidation process is performed later. This is a phenomenon in which the oxidation reaction proceeds so as to sink under the edge of the active layer, and the edge becomes thinner and rises at the same time. Therefore, when the edge thinning phenomenon occurs, there arises a problem that the gate wiring easily breaks when the gate wiring is overcome.
[0145]
However, if the gate insulating film is removed so that the structure as shown in FIG. 7 is obtained, the edge thinning phenomenon can be prevented in the portion 705 where the gate wiring crosses over. Therefore, problems such as disconnection of the gate wiring can be prevented in advance. Note that it is effective to use the configuration of this embodiment in the first embodiment.
[0146]
Example 4
In this embodiment, a structure in which the capacitor wiring formed simultaneously with the gate wiring is used as the electrode of the storage capacitor in the AM-LCD having the structure shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG.
[0147]
In the case of the structure of FIG. 8, the first storage capacitor is formed by the first electrode 801, the first dielectric 802 and the second electrode 803, and the second is formed by the second electrode 803, the second dielectric 804 and the third electrode 805. Is formed. At this time, the second dielectric 804 is an extension of the gate insulating film, and the third electrode 805 is formed simultaneously with the gate wiring.
[0148]
By connecting the two holding capacitors in parallel in this way, a holding capacitor having a larger capacity can be realized. In this case, the first electrode 801 and the third electrode 805 may be set at a fixed potential. Both fixed potentials may be set to the same potential.
[0149]
The structure of the present embodiment can be realized only by providing the third electrode in the first embodiment, and the configuration of the present embodiment and the configurations of the second and third embodiments may be combined in any way.
[0150]
Example 5
In this embodiment, a case will be described in which a TFT is formed on a substrate in the manufacturing process shown in Embodiment 1 and an AM-LCD is actually manufactured.
[0151]
When the state of FIG. 5B is obtained, an alignment film is formed on the pixel electrode 265 to a thickness of 80 nm. Next, a glass substrate with a color filter, a transparent electrode (counter electrode), and an alignment film formed thereon is prepared as a counter substrate, and each alignment film is rubbed and a sealing material (sealing material) is used. The substrate on which the TFT is formed is bonded to the counter substrate. In the meantime, the liquid crystal is held. Since this cell assembling process may use a known means, a detailed description thereof will be omitted.
[0152]
In addition, what is necessary is just to provide the spacer for maintaining a cell gap as needed.
Therefore, when the cell gap can be maintained without the spacer as in the AM-LCD having a diagonal of 1 inch or less, it is not particularly necessary.
[0153]
Next, the appearance of the AM-LCD manufactured as described above is shown in FIG. An active matrix substrate (referred to as a substrate on which a TFT is formed) 11 includes a pixel portion 12, a source drive circuit 13, a gate drive circuit 14, a signal processing circuit (signal division circuit, D / A converter circuit, γ correction circuit, differential) Amplifying circuit or the like) 15 is formed, and an FPC (flexible printed circuit) 16 is attached. Reference numeral 17 denotes a counter substrate.
[0154]
In addition, a present Example can be freely combined with any Example of Examples 1-4.
[0155]
Example 6
In this embodiment, a case where another means is used for forming the crystalline silicon film in Embodiment 1 will be described.
[0156]
Specifically, the technique described in Example 2 of Japanese Patent Laid-Open No. 7-130652 (corresponding to US Pat. No. 08 / 329,644) is used for crystallization of the amorphous silicon film. In the technique described in the publication, a catalyst element (typically nickel) that promotes crystallization is selectively held on the surface of an amorphous silicon film, and that portion is used as a seed for nucleus growth for crystallization. Technology.
[0157]
According to this technique, since the crystal growth can have a specific direction, it is possible to form a crystalline silicon film having very high crystallinity.
[0158]
It is also possible to use a mask insulating film provided for selectively holding the catalytic element as a phosphorus mask added for gettering. By doing so, the number of steps can be reduced. This technique is detailed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-247735 (corresponding to US Application No. 09 / 034,041) by the present applicant.
[0159]
In addition, the structure of a present Example can be freely combined with any structure of Examples 1-5.
[0160]
Example 7
In this embodiment, an example in which a storage capacitor having a structure different from that in Embodiment 1 is formed will be described with reference to FIG. Specifically, an oxide film obtained by oxidizing the lower electrode of the storage capacitor is used as the dielectric of the storage capacitor.
[0161]
First, the light shielding film 21 and the lower electrode 22 of the storage capacitor are formed on the substrate. As the material, a material similar to that described in Embodiment 1 can be used. However, in this embodiment, a material capable of forming a high-quality insulating film by oxidizing at least the upper surface is preferable.
[0162]
In this embodiment, a laminated film having a three-layer structure of silicon film / tungsten film (or tungsten silicide film) / silicon film is used from the lower layer. In addition, a three-layer structure of tantalum film / tantalum nitride film / tantalum film from the lower layer is effective.
[0163]
When the light shielding film 21 and the lower electrode 22 of the storage capacitor are thus formed, oxide films 23 and 24 are formed on the surface by heat treatment, plasma treatment or anodizing treatment. In this embodiment, this oxide film is a silicon oxide film and is formed by heat treatment at 900 ° C. for 30 minutes. The formation conditions of the oxide films 23 and 24 may be selected appropriately depending on the required film thickness and film quality of the oxide film.
[0164]
Thus, the storage capacitor of this embodiment is formed by the lower electrode 22 of the storage capacitor, the thermal oxide film (silicon oxide film) 24 and the upper electrode (semiconductor film) 25 of the storage capacitor.
[0165]
When a three-layer structure of tantalum film / tantalum nitride film / tantalum film is used as the lower electrode 22 of the storage capacitor from the lower layer, the formed oxide film 24 is a tantalum oxide film and has a very high relative dielectric constant. A dielectric is obtained. Therefore, it is possible to secure a capacity with a very large capacity even in a small area.
[0166]
The present embodiment configured as described above can be freely combined with any of the first to sixth embodiments.
[0167]
Example 8
In this embodiment, an example in which a storage capacitor having a structure different from that in Embodiment 1 is formed will be described with reference to FIG. Specifically, a tantalum oxide film is used as the dielectric of the storage capacitor.
[0168]
In FIG. 12, 26 is a light shielding film, 27 is a lower electrode of a storage capacitor, and 28 is a base film made of a silicon oxide film. These materials may be referred to Example 1. In this embodiment, after providing an opening in the base film 28, a tantalum oxide film 29 is formed by sputtering. The film thickness may be 10 to 100 nm (preferably 30 to 50 nm).
[0169]
Note that after the opening is provided, the exposed lower electrode 27 of the storage capacitor may be oxidized by heat treatment, plasma treatment or anodizing treatment to form a tantalum oxide film.
[0170]
When the tantalum oxide film 29 is thus formed, a thin silicon oxide film 30 having a thickness of about 10 nm and an upper electrode 31 having a storage capacitor are formed. At this time, it is desirable that the silicon oxide film 30 and the amorphous silicon film (semiconductor film to be an upper electrode of the storage capacitor later) be continuously formed without being released to the atmosphere. As a result, it is possible to prevent the lower surface of the active layer connected to the upper electrode of the storage capacitor from being contaminated with boron or the like in the atmosphere.
[0171]
The silicon oxide film 30 also serves as a barrier layer that prevents the tantalum oxide film 29 and the upper electrode 31 of the storage capacitor made of a semiconductor film (specifically, a silicon film) from interacting with each other.
[0172]
As described above, in the structure of this embodiment, the laminated film of the tantalum oxide film 29 and the silicon oxide film 30 is used as the dielectric of the storage capacitor. Moreover, since the relative dielectric constant of the tantalum oxide film 29 is as large as about 25, a sufficiently large capacity can be obtained even when the film thickness is about 100 nm. However, if it is made as thin as possible in consideration of the withstand voltage, it is preferably 30 to 50 nm.
[0173]
The present embodiment having the above configuration can be freely combined with any of the first to seventh embodiments.
[0174]
Example 9
In this embodiment, an example in which a storage capacitor having a structure different from that in Embodiment 1 is formed will be described with reference to FIG. Specifically, an insulating film serving as an etching stopper is provided before forming the dielectric of the storage capacitor.
[0175]
In FIG. 13, 32 is a light shielding film, 33 is a lower electrode of a storage capacitor, and a tantalum oxide film 34 having a thickness of 20 nm is formed so as to cover them. The materials of the light shielding film 32 and the lower electrode 33 of the storage capacitor may be in accordance with the first embodiment. The tantalum oxide film may be obtained by oxidizing the lower electrode 33 of the storage capacitor or may be formed by sputtering.
[0176]
A base film 35 made of a silicon oxide film is formed thereon, and an opening is formed in the base film 35. At this time, since the etching of the base film 35 is completely stopped by the tantalum oxide film 34, the underlying electrode 33 is not etched, and the film thickness at the opening of the tantalum oxide film 34 may be uniform. it can.
[0177]
When the opening is thus formed, a storage capacitor dielectric (silicon oxide film in this embodiment) 36 is formed thereon, and a storage capacitor upper electrode (semiconductor film) 37 is formed thereon.
[0178]
In this embodiment, an example in which a tantalum oxide film is used as an etching stopper and a silicon oxide film is used as a base film is shown. ), Other combinations of insulating films can be used.
[0179]
For example, when a silicon oxide film is used as the base film, a silicon nitride film can be used as an etching stopper.
[0180]
In this embodiment, after an opening is formed in the base film 35, a silicon oxide film is provided again as a dielectric for the storage capacitor. However, only a tantalum oxide film used as an etching stopper serves as a dielectric for the storage capacitor. It is also possible. However, in this case, it is desirable to provide a thin silicon oxide film as a barrier layer between the tantalum oxide film and the upper electrode of the storage capacitor made of the semiconductor film.
[0181]
Of course, even when a silicon nitride film is used as an etching stopper, it is possible to use the silicon nitride film alone as a dielectric for a storage capacitor without forming any other dielectric.
[0182]
The present embodiment configured as described above can be freely combined with any of the first to eighth embodiments.
[0183]
Example 10
Phosphorus was used to getter nickel (catalyst element used to crystallize the silicon film) described in the first embodiment. In this embodiment, nickel is gettered using other elements. explain.
[0184]
First, according to the process of Example 1, the state of FIG. In FIG. 2B, reference numeral 208 denotes a crystalline silicon film. However, in this embodiment, the concentration of nickel used for crystallization is made as low as possible. Specifically, a layer containing nickel of 0.5 to 3 ppm in terms of weight is formed on the amorphous silicon film, and heat treatment for crystallization is performed. The nickel concentration contained in the crystalline silicon film thus formed is 1 × 1017~ 1x1019atoms / cmThree(Typically 5 × 1017~ 1x1018atoms / cmThree)
[0185]
After the crystalline silicon film is formed, heat treatment is performed in an oxidizing atmosphere containing a halogen element. The temperature is 800 to 1150 ° C. (preferably 900 to 1000 ° C.), and the treatment time is 10 minutes to 4 hours (preferably 30 minutes to 1 hour).
[0186]
In this embodiment, heat treatment is performed at 950 ° C. for 30 minutes in an atmosphere containing 3 to 10% by volume of hydrogen chloride with respect to the oxygen atmosphere.
[0187]
By this step, nickel in the crystalline silicon film becomes volatile nickel chloride and is released into the processing atmosphere. That is, nickel can be removed by the gettering action of the halogen element. However, if the concentration of nickel present in the crystalline silicon film is too high, there arises a problem that oxidation proceeds abnormally at the segregated portion of nickel.
Therefore, it is necessary to reduce the concentration of nickel used in the crystallization stage as much as possible.
[0188]
In addition, the structure of a present Example can be freely combined with any structure of Example 1- Example 9. FIG.
[0189]
Example 11
In this embodiment, a case where the CMOS circuit and the pixel portion shown in Embodiment 1 are different in structure will be described. Specifically, an example is shown in which the arrangement of the LDD regions is varied according to the specifications required by the circuit.
[0190]
Since the basic structure of the CMOS circuit and the pixel portion has already been shown in FIG. 1, in the present embodiment, only necessary portions will be described with reference numerals.
[0191]
First, the circuit shown in FIG. 14A is a CMOS circuit for a buffer circuit in which NTFT has a double gate structure and PTFT has a single gate structure. In this embodiment, the source-side LDD regions 41a and 41b are formed in a self-aligned manner using only the sidewalls as a mask, and the drain-side LDD regions 42a and 42b are formed using a resist mask to form the source-side LDD regions 41a and 41b. It is characterized in that the width (length) is larger than 41b.
[0192]
Since a CMOS circuit used for a drive circuit or a signal processing circuit is required to operate at high speed, it is necessary to eliminate as much as possible a resistance component that may cause a decrease in the operation speed.
However, since the LDD region necessary for increasing the hot carrier resistance acts as a resistance component, the operation speed is sacrificed.
[0193]
However, hot carrier injection occurs at the end of the channel formation region on the drain region side, and if there is an LDD region overlapping the gate electrode with the gate insulating film in between, sufficient countermeasures against hot carriers are sufficient. Therefore, it is not always necessary to provide an LDD region more than necessary at the end of the channel formation region on the source region side.
[0194]
Note that the structure of FIG. 14A cannot be applied to the case of operation like a pixel TFT in which a source region and a drain region are interchanged. In the case of a CMOS circuit, since the source region and the drain region are usually fixed, a structure as shown in FIG. 14A can be realized.
[0195]
With such a structure, the resistance component due to the LDD region on the source region side is eliminated, and the double gate structure has an effect of dispersing and relaxing the electric field applied between the source and the drain.
[0196]
Next, the structure of FIG. 14B is an embodiment of a pixel portion. In the case of the structure of FIG. 14B, the LDD regions 43a and 43b are provided only on one side close to the source region or the drain region. That is, the LDD region is not provided between the two channel forming regions 44a and 44b.
[0197]
In the case of the pixel TFT, the source region and the drain region are frequently switched because an operation of repeating charging and discharging is performed. Therefore, the structure shown in FIG. 14B has a structure in which an LDD region is provided on the drain region side of the channel formation region regardless of which is the drain region. Conversely, since there is no electric field concentration in the region between the channel formation regions 44a and 44b, it is effective to increase the on-current (current that flows when the TFT is in the on state) by eliminating the LDD region that is a resistance component. is there.
[0198]
In addition, the structure of a present Example can be freely combined with any structure of Examples 1-10.
[0199]
Example 12
In this embodiment, an embodiment relating to a position where a storage capacitor is formed in the pixel portion will be described. 15A and 15B are used for the description. FIG. 15B is a cross-sectional view taken along A-A ′ of FIG. Further, the same reference numerals are used for the same portions in FIGS.
[0200]
In FIG. 15A, 51 is a lower electrode of a storage capacitor formed simultaneously with the light shielding film, 52 is a semiconductor film, 53 is a gate wiring, 54 is a source wiring, and 55 is a drain wiring (drain electrode).
[0201]
The lower electrode 51 of the storage capacitor is formed so as to overlap below the gate wiring 53 and the source wiring 54, and has a mesh (matrix) pattern shape. That is, the entire lower electrode 51 of the storage capacitor is at the same potential (preferably the lowest power supply potential).
[0202]
A semiconductor film 52 is formed thereon via a base film 56 and an insulating film 57 serving as a dielectric of a storage capacitor. In the storage capacitor portion, the base film 56 is removed, and the storage capacitor is formed by the lower electrode 51 of the storage capacitor, the insulating film 57, and the semiconductor film 52.
[0203]
This embodiment is characterized in that the storage capacitor portion is formed below the gate wiring 53 and below the source wiring 54. By doing so, the aperture ratio is improved and bright image display is possible. In addition, since it is possible to prevent light from being applied to the storage capacitor, leakage of electric charge from the storage capacitor can be prevented.
[0204]
In this embodiment, the semiconductor film is patterned so that the pixel TFT has a triple gate structure, but this embodiment is not limited to this.
[0205]
In addition, the configuration of this embodiment can be freely combined with any embodiment of Embodiments 1-11.
[0206]
Example 13
In this embodiment, an embodiment relating to a position where a storage capacitor is formed in the pixel portion will be described. 16A and 16B are used for the description. Note that FIG. 16B is a cross-sectional view taken along A-A ′ of FIG. Further, the same reference numerals are used for the same portions in FIGS.
[0207]
In FIG. 16A, 61 is a lower electrode of a storage capacitor formed simultaneously with the light shielding film, 62 is a semiconductor film, 63 is a gate wiring, 64 is a source wiring, and 65 is a drain wiring (drain electrode).
[0208]
The lower electrode 61 of the storage capacitor is formed so as to overlap below the source wiring 64 and has a mesh pattern (matrix shape). That is, the entire lower electrode 61 of the storage capacitor is at the same potential (preferably the lowest power supply potential).
[0209]
A semiconductor film 62 is formed thereover via a base film 66 and an insulating film 67 serving as a dielectric of a storage capacitor. In the storage capacitor portion, the base film 66 is removed, and a storage capacitor is formed by the lower electrode 61 of the storage capacitor, the insulating film 67, and the semiconductor film 62.
[0210]
This embodiment is characterized in that this storage capacitor portion is formed below the source wiring 64. By doing so, the aperture ratio is improved and bright image display is possible. In addition, since it is possible to prevent light from being applied to the storage capacitor, leakage of electric charge from the storage capacitor can be prevented.
[0211]
In this embodiment, the semiconductor film is patterned so that the pixel TFT has a triple gate structure, but this embodiment is not limited to this.
[0212]
In addition, the configuration of this embodiment can be freely combined with any embodiment of Embodiments 1-11.
[0213]
Example 14
In this embodiment, an embodiment relating to a position where a storage capacitor is formed in the pixel portion will be described. FIG. 17 is used for the description.
[0214]
In FIG. 17, reference numeral 71 denotes a lower electrode of a storage capacitor, 72 denotes a semiconductor film, 73a and 73b denote gate wirings, 74 denotes a source wiring, and 75 denotes a drain wiring.
[0215]
The lower electrode 71 of the storage capacitor is formed so as to overlap below the gate wirings 73a and 73b and the source wiring 74, and has a mesh pattern (matrix shape). That is, the entire lower electrode 71 of the storage capacitor is at the same potential (preferably the lowest power supply potential).
[0216]
On top of this, a semiconductor film 72 is formed via a base film and a storage capacitor dielectric. In the storage capacitor portion, the base film is removed, and the storage capacitor is formed by the lower electrode 71 of the storage capacitor, the storage capacitor dielectric, and the semiconductor film 72.
[0217]
This embodiment is characterized in that the storage capacitor portion is formed below the second wiring 73 b and below the source wiring 74. The difference from the twelfth and thirteenth embodiments is that, when a storage capacitor is formed under the gate wiring, the lower part of the unselected gate wiring (the gate wiring 73b adjacent to the selected gate wiring 73a) is used.
[0218]
In the case of the present embodiment, when the charge is stored in the storage capacitor portion, the gate wiring thereon is not selected, so that it is possible to prevent the charge stored in the storage capacitor from fluctuating due to the parasitic capacitance.
[0219]
In addition, with such a structure, the aperture ratio is improved and bright image display is possible. In addition, since it is possible to prevent light from being applied to the storage capacitor, leakage of electric charge from the storage capacitor can be prevented.
[0220]
In this embodiment, the semiconductor film is patterned so that the pixel TFT has a triple gate structure, but this embodiment is not limited to this.
[0221]
In addition, the configuration of this embodiment can be freely combined with any embodiment of Embodiments 1-11.
[0222]
Example 15
In this embodiment, an example in which the first interlayer insulating film is formed by a method different from that in Embodiment 1 will be described. FIG. 18 is used for the description.
[0223]
First, the process up to the activation process shown in FIG. Next, a silicon nitride oxide film (A) 1801 having a thickness of 50 to 100 nm (70 nm in this embodiment) is formed, and 600 nm to 1 μm is formed thereon. m A silicon nitride oxide film (B) 1802 is formed (800 nm in this embodiment). Further, a resist mask 1803 is formed thereon. (FIG. 18 (A))
[0224]
Note that the silicon nitride oxide film (A) 1801 and the silicon nitride oxide film (B) 1802 have different composition ratios of nitrogen, oxygen, hydrogen, and silicon. The silicon nitride oxide film (A) 1801 is 7% nitrogen, 59% oxygen, 2% hydrogen, and 32% silicon, and the silicon nitride oxide film (B) 1802 is 33% nitrogen, 15% oxygen, 23% hydrogen, Silicon is 29%. Of course, it is not limited to this composition ratio.
[0225]
Further, since the resist mask 1803 is thick, the surface undulation of the silicon nitride oxide film (B) 1802 can be completely planarized.
[0226]
Next, the resist mask 1803 and the silicon nitride oxide film (B) 1802 are etched by a dry etching method using a mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen. In the case of this embodiment, in dry etching using a mixed gas of carbon tetrafluoride and oxygen, the etching rates of the silicon nitride oxide film (B) 1802 and the resist mask 1803 are substantially equal.
[0227]
By this etching step, the resist mask 1803 is completely removed as shown in FIG. 18B, and a part of the silicon nitride oxide film (B) 1802 (from the surface to a depth of 300 nm in this embodiment) is etched. As a result, the flatness of the surface of the resist mask 1803 is directly reflected in the flatness of the surface of the etched silicon nitride oxide film (B).
[0228]
In this way, the first interlayer insulating film 1804 having extremely high flatness is obtained. In this embodiment, the thickness of the first interlayer insulating film 1804 is 500 nm. For the subsequent steps, the manufacturing steps of Embodiment 1 may be referred to.
[0229]
In addition, the structure of a present Example can be freely combined with any Example of Examples 1-14.
[0230]
Example 16
The present invention can also be used when an interlayer insulating film is formed on a conventional MOSFET and a TFT is formed thereon. That is, it is also possible to realize a three-dimensional semiconductor device in which a reflective AM-LCD is formed on a semiconductor circuit.
[0231]
The semiconductor circuit may be formed on an SOI substrate such as SIMOX, Smart-Cut (registered trademark of SOITEC), ELTRAN (registered trademark of Canon Inc.), or the like.
[0232]
In addition, when implementing a present Example, you may combine any structure of Examples 1-14.
[0233]
Example 17
The present invention can also be applied to an active matrix EL display. An example is shown in FIG.
[0234]
FIG. 19 is a circuit diagram of an active matrix EL display. Reference numeral 81 denotes a display area, and an X direction (gate) drive circuit 82 and a Y direction (source) drive circuit 83 are provided around the display area. Each pixel in the display area 81 includes a switching TFT 84, a capacitor 85, a current control TFT 86, and an EL element 87. The switching TFT 84 has an X direction (gate) signal line 88a (or 88b) and a Y direction (source). ) The signal line 89a (or 89b, 89c) is connected. Further, power supply lines 90 a and 90 b are connected to the current control TFT 86.
[0235]
Note that the switching TFT 84 may be an n-channel TFT or a p-channel TFT. The current control TFT 86 may be an n-channel TFT or a p-channel TFT. When an n-channel TFT is used, the EL element 87 is used as a cathode. When a p-channel TFT is used, an EL element 87 is used as an anode. Connect. Note that a resistor or a TFT may be provided between the EL element 87 and the current control TFT 86.
[0236]
In the active matrix EL display of this embodiment, the gate insulating films of TFTs used in the X direction driving circuit 82 and the Y direction driving circuit 83 are thinner than the gate insulating films of the switching TFT 84 and the current control TFT 86. . Further, the capacitor 85 is formed with a storage capacitor having the structure described in the first, fourth, and seventh to ninth embodiments.
[0237]
In addition, you may combine any structure of Examples 1-16 with respect to the active matrix type EL display of a present Example.
[0238]
Example 18
In this example, an example in which an EL (electroluminescence) display device is manufactured using the present invention will be described. 20A is a top view of the EL display device of the present invention, and FIG. 20B is a cross-sectional view thereof.
[0239]
20A, reference numeral 4001 denotes a substrate, 4002 denotes a pixel portion, 4003 denotes a source side driver circuit, and 4004 denotes a gate side driver circuit. Each driver circuit reaches an FPC (flexible printed circuit) 4006 through a wiring 4005 Connected to an external device.
[0240]
At this time, a first sealant 4101, a cover material 4102, a filler 4103, and a second sealant 4104 are provided so as to surround the pixel portion 4002, the source side driver circuit 4003, and the gate side driver circuit 4004.
[0241]
20B corresponds to a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 20A. A driving TFT included in the source side driver circuit 4003 over the substrate 4001 (here, an n-channel type is used here). TFTs and p-channel TFTs are illustrated) 4201 and pixel TFTs included in the pixel portion 4002 (however, here, TFTs for controlling current to EL elements are illustrated) 4202 are formed. .
[0242]
In this embodiment, a TFT having the same structure as that of the drive circuit in FIG. Further, a TFT having the same structure as that of the pixel portion in FIG.
[0243]
An interlayer insulating film (planarization film) 4301 made of a resin material is formed on the driving TFT 4201 and the pixel TFT 4202, and a pixel electrode (cathode) 4302 electrically connected to the drain of the pixel TFT 4202 is formed thereon. As the pixel electrode 4302, a conductive film having a light-blocking property (typically, a conductive film containing aluminum, copper, or silver as its main component or a stacked film of these and another conductive film) can be used. In this embodiment, an aluminum alloy is used as the pixel electrode.
[0244]
An insulating film 4303 is formed over the pixel electrode 4302, and an opening is formed in the insulating film 4303 over the pixel electrode 4302. In this opening, an EL (electroluminescence) layer 4304 is formed on the pixel electrode 4302. A known organic EL material or inorganic EL material can be used for the EL layer 4304. The organic EL material includes a low molecular (monomer) material and a high molecular (polymer) material, either of which may be used.
[0245]
A known technique may be used for forming the EL layer 4304. The EL layer may have a stacked structure or a single layer structure by freely combining a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, or an electron injection layer.
[0246]
An anode 4305 made of a transparent conductive film is formed on the EL layer 4304. As the transparent conductive film, a compound of indium oxide and tin oxide or a compound of indium oxide and zinc oxide can be used. In addition, it is desirable to remove moisture and oxygen present at the interface between the anode 4305 and the EL layer 4304 as much as possible. Accordingly, it is necessary to devise such that the both are continuously formed in a vacuum, or the EL layer 4304 is formed in a nitrogen or rare gas atmosphere, and the anode 4305 is formed without being exposed to oxygen or moisture. In this embodiment, the above-described film formation is possible by using a multi-chamber type (cluster tool type) film formation apparatus.
[0247]
The anode 4305 is electrically connected to the wiring 4005 in the region indicated by 4306. A wiring 4005 is a wiring for applying a predetermined voltage to the anode 4305 and is electrically connected to the FPC 4006 through a conductive material 4307.
[0248]
As described above, an EL element including the pixel electrode (cathode) 4302, the EL layer 4304, and the anode 4305 is formed. The EL element is surrounded by a first sealing material 4101 and a cover material 4102 bonded to the substrate 4001 by the first sealing material 4101 and enclosed by a filler 4103.
[0249]
As the cover material 4102, a glass plate, an FRP (Fiberglass-Reinforced Plastics) plate, a PVF (polyvinyl fluoride) film, a mylar film, a polyester film, or an acrylic film can be used. In the case of this embodiment, a light-transmitting material is used because the radiation direction of light from the EL element is directed toward the cover material 4102.
[0250]
However, it is not necessary to use a light-transmitting material when the light emission direction from the EL element is opposite to the cover material, and a metal plate (typically a stainless steel plate), a ceramic plate, or an aluminum foil is used. A sheet having a structure sandwiched between PVF films or mylar films can be used.
[0251]
Further, as the filler 4103, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin can be used, and PVC (polyvinyl chloride), acrylic, polyimide, epoxy resin, silicone resin, PVB (polyvinyl butyral), or EVA (ethylene vinyl acetate) is used. Can be used. When a hygroscopic substance (preferably barium oxide) is provided inside the filler 4103, deterioration of the EL element can be suppressed. In this embodiment, a transparent material is used so that light from the EL element can pass through the filler 4103.
[0252]
Further, the filler 4103 may contain a spacer. At this time, if the spacer is formed of barium oxide, the spacer itself can be hygroscopic. In the case where a spacer is provided, it is also effective to provide a resin film on the anode 4305 as a buffer layer that relieves pressure from the spacer.
[0253]
The wiring 4005 is electrically connected to the FPC 4006 through a conductive material 4305. The wiring 4005 transmits a signal sent to the pixel portion 4002, the source side driver circuit 4003, and the gate side driver circuit 4004 to the FPC 4006 and is electrically connected to an external device by the FPC 4006.
[0254]
In this embodiment, the second sealing material 4104 is provided so as to cover the exposed portion of the first sealing material 4101 and a part of the FPC 4006, and the EL element is thoroughly shielded from the outside air. Thus, an EL display device having the cross-sectional structure of FIG. Note that the EL display device of this embodiment may be manufactured by combining any of the configurations of Embodiments 1 to 4 or 6 to 16.
[0255]
Example 19
In this embodiment, examples of a pixel structure that can be used for the pixel portion of the EL display device shown in Embodiment 18 are shown in FIGS. In this embodiment, 4401 is a source wiring of the switching TFT 4402, 4403 is a gate wiring of the switching TFT 4402, 4404 is a current control TFT, 4405 is a capacitor, 4406 and 4408 are current supply lines, and 4407 is an EL element. .
[0256]
FIG. 21A shows an example in which the current supply line 4406 is shared between two pixels. That is, there is a feature in that two pixels are formed so as to be symmetrical with respect to the current supply line 4406. In this case, since the number of power supply lines can be reduced, the pixel portion can be further refined.
[0257]
FIG. 21B illustrates an example in which the current supply line 4408 is provided in parallel with the gate wiring 4403. Note that in FIG. 21B, the current supply line 4408 and the gate wiring 4403 are provided so as not to overlap with each other. However, if the wirings are formed in different layers, they overlap with each other through an insulating film. It can also be provided. In this case, since the exclusive area can be shared by the power supply line 4408 and the gate wiring 4403, the pixel portion can be further refined.
[0258]
In FIG. 21C, a current supply line 4408 is provided in parallel with the gate wiring 4403 as in the structure of FIG. 21B, and two pixels are symmetrical with respect to the current supply line 4408. It is characterized in that it is formed. It is also effective to provide the current supply line 4408 so as to overlap any one of the gate wirings 4403. In this case, since the number of power supply lines can be reduced, the pixel portion can be further refined.
[0259]
Example 20
In addition to the nematic liquid crystal, various liquid crystals can be used for the electro-optical device of the present invention, specifically, the liquid crystal display device of the present invention. For example, 1998, SID, "Characteristics and Driving Scheme of Polymer-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Response Time and High Contrast Ratio with Gray-Scale Capability" by H. Furue et al. Or 1997, SID DIGEST, 841, "A Full-Color Thresholdless Antiferroelectric LCD Exhibiting Wide Viewing Angle with Fast Response Time" by T. Yoshida et al. Or 1996, J. Mater. Chem. 6 (4), 671-673, "Thresholdless antiferroelectricity in liquid crystals and its application to displays" by S. Inui et al. And U.S. Patent No. 5594569 Can be used.
[0260]
In addition, a ferroelectric liquid crystal (FLC) showing an isotropic phase-cholesteric phase-chiral smectic phase transition series is used, and a cholesteric phase-chiral smectic phase transition is applied while applying a DC voltage, and the cone edge is substantially in the rubbing direction. The electro-optical characteristics of the matched monostable FLC are shown in FIG.
[0261]
The display mode using the ferroelectric liquid crystal as shown in FIG. 22 is called “Half-V-shaped switching mode”. The vertical axis of the graph shown in FIG. 22 is the transmittance (arbitrary unit), and the horizontal axis is the applied voltage. Regarding “Half-V-shaped switching mode”, Terada et al., “Half-V-shaped switching mode FLCD”, Proceedings of the 46th Joint Physics Related Conference, March 1999, p. 1316, and Yoshihara et al. "Time-division full-color LCD using ferroelectric liquid crystal", Liquid Crystal, Vol. 3, No. 3, page 190.
[0262]
As shown in FIG. 22, it can be seen that when such a ferroelectric mixed liquid crystal is used, low voltage driving and gradation display are possible. For the liquid crystal display device of the present invention, ferroelectric liquid crystal exhibiting such electro-optical characteristics can also be used.
[0263]
A liquid crystal exhibiting an antiferroelectric phase in a certain temperature range is called an antiferroelectric liquid crystal (AFLC). Among mixed liquid crystals having antiferroelectric liquid crystals, there is a so-called thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal that exhibits electro-optic response characteristics in which transmittance continuously changes with respect to an electric field. This thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal has a so-called V-shaped electro-optic response characteristic, and a drive voltage of about ± 2.5 V (cell thickness of about 1 μm to 2 μm) is also found. Has been.
[0264]
In general, the thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal has a large spontaneous polarization, and the dielectric constant of the liquid crystal itself is high. For this reason, when a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal is used in a liquid crystal display device, a relatively large storage capacitor is required for the pixel. Therefore, it is preferable to use a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal having a small spontaneous polarization.
[0265]
In addition, since such a thresholdless antiferroelectric mixed liquid crystal is used for the liquid crystal display device of the present invention, low voltage driving is realized, so that low power consumption is realized.
[0266]
Note that the liquid crystal shown in this embodiment can be used in a liquid crystal display device having any of the configurations of Embodiments 1 to 16.
[0267]
Example 21
The electro-optical device and the semiconductor circuit of the present invention can be used as a display unit or a signal processing circuit of an electric appliance. Such electric appliances include video cameras, digital cameras, projectors, projection TVs, goggles type displays (head mounted displays), navigation systems, sound reproduction devices, notebook personal computers, game machines, portable information terminals (mobile computers, Mobile phones, portable game machines, electronic books, etc.), image playback devices equipped with recording media, and the like. Specific examples of these electric appliances are shown in FIGS.
[0268]
FIG. 23A illustrates a mobile phone, which includes a main body 2001, an audio output portion 2002, an audio input portion 2003, a display portion 2004, operation switches 2005, and an antenna 2006. The electro-optical device of the present invention can be used for the display portion 2004, and the semiconductor circuit of the present invention can be used for the sound output portion 2002, the sound input portion 2003, or a CPU or memory.
[0269]
FIG. 23B shows a video camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an audio input portion 2103, operation switches 2104, a battery 2105, and an image receiving portion 2106. The electro-optical device of the present invention can be used for the display portion 2102, and the semiconductor circuit of the present invention can be used for the audio input portion 2103, CPU, memory, or the like.
[0270]
FIG. 23C illustrates a mobile computer, which includes a main body 2201, a camera unit 2202, an image receiving unit 2203, operation switches 2204, and a display unit 2205. The electro-optical device of the present invention can be used for the display portion 2205, and the semiconductor circuit of the present invention can be used for a CPU, a memory, or the like.
[0271]
FIG. 23D illustrates a goggle type display which includes a main body 2301, a display portion 2302, and an arm portion 2303. The electro-optical device of the present invention can be used for the display portion 2302, and the semiconductor circuit of the present invention can be used for a CPU, a memory, or the like.
[0272]
FIG. 23E shows a rear projector (projection TV), which includes a main body 2401, a light source 2402, a liquid crystal display device 2403, a polarization beam splitter 2404, reflectors 2405 and 2406, and a screen 2407. The present invention can be used for the liquid crystal display device 2403, and the semiconductor circuit of the present invention can be used for a CPU, a memory, and the like.
[0273]
FIG. 23F illustrates a front projector which includes a main body 2501, a light source 2502, a liquid crystal display device 2503, an optical system 2504, and a screen 2505. The present invention can be used for the liquid crystal display device 2502, and the semiconductor circuit of the present invention can be used for a CPU, a memory, and the like.
[0274]
FIG. 24A illustrates a personal computer, which includes a main body 2601, a video input portion 2602, a display portion 2603, a keyboard 2604, and the like. The electro-optical device of the present invention can be used for the display portion 2603, and the semiconductor circuit of the present invention can be used for a CPU, a memory, or the like.
[0275]
FIG. 24B illustrates an electronic game machine (game machine), which includes a main body 2701, a recording medium 2702, a display portion 2703, and a controller 2704. Audio and video output from the electronic gaming machine are reproduced on a display including a housing 2705 and a display unit 2706. As a communication means between the controller 2704 and the main body 2701 or a communication means between the electronic gaming machine and the display, wired communication, wireless communication or optical communication can be used. In this embodiment, infrared rays are detected by the sensor units 2707 and 2708. The electro-optical device of the present invention can be used for the display portions 2703 and 2706, and the semiconductor circuit of the present invention can be used for a CPU, a memory, and the like.
[0276]
FIG. 24C shows a player (image playback device) that uses a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded. A main body 2801, a display portion 2802, a speaker portion 2803, a recording medium 2804, and an operation switch 2805 are provided. Including. This image reproducing apparatus uses a DVD (Digital Versatile Disc), a CD, or the like as a recording medium, and can perform music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet. The electro-optical device of the present invention can be used for the display portion 2802, a CPU, a memory, and the like.
[0277]
FIG. 24D illustrates a digital camera, which includes a main body 2901, a display portion 2902, an eyepiece portion 2903, operation switches 2904, and an image receiving portion (not shown). The electro-optical device of the present invention can be used for the display portion 2902, a CPU, a memory, and the like.
[0278]
FIG. 25 shows a detailed description of an optical engine that can be used for the rear projector of FIG. 23E and the front projector of FIG. FIG. 25A shows an optical engine, and FIG. 25B shows a light source optical system built in the optical engine.
[0279]
The optical engine shown in FIG. 25A includes a light source optical system 3001, mirrors 3002, 3005 to 3007, dichroic mirrors 3003 and 3004, and an optical lens 3008. a ~ 3008 c , Prism 3011, liquid crystal display device 3010, and projection optical system 3012. The projection optical system 3012 is an optical system that includes a projection lens. In this embodiment, an example of a three-plate type using three liquid crystal display devices 3010 is shown, but a single-plate type may be used. In addition, an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, an IR film, or the like may be provided in the optical path indicated by an arrow in FIG.
[0280]
As shown in FIG. 25B, the light source optical system 3001 includes light sources 3013 and 3014, a combining prism 3015, collimator lenses 3016 and 3020, lens arrays 3017 and 3018, and a polarization conversion element 3019. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 25B uses two light sources, but may be one, or may be three or more. Further, an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, an IR film, or the like may be provided somewhere in the optical path of the light source optical system.
[0281]
As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electric appliances in various fields. Moreover, the electric appliance of a present Example is realizable even if it uses the structure which consists of what combination of Examples 1-20.
[0282]
【The invention's effect】
By using the present invention, TFTs having gate insulating films with different thicknesses can be formed over the same substrate. Therefore, in a semiconductor device including an electro-optical device typified by an AM-LCD or an electric appliance having such an electro-optical device as a display unit, a circuit having an appropriate performance is arranged according to the specifications required by the circuit. Therefore, the performance and reliability of the semiconductor device can be greatly improved.
[0283]
In addition, in the pixel portion of the electro-optical device, the dielectric of the storage capacitor can be thinned, and a storage capacitor having a large capacity with a small area can be formed. Further, the storage capacitor can be hidden under the gate wiring or the source wiring. Therefore, even in an electro-optical device having a diagonal of 1 inch or less, a sufficient storage capacity can be secured without reducing the aperture ratio.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of an AM-LCD.
FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a manufacturing process of an AM-LCD. FIGS.
3A and 3B are diagrams illustrating a manufacturing process of an AM-LCD.
4A and 4B are diagrams illustrating a manufacturing process of an AM-LCD.
FIGS. 5A and 5B are diagrams illustrating a manufacturing process of an AM-LCD. FIGS.
FIG. 6 is a block diagram and a circuit arrangement of an AM-LCD.
FIG. 7 shows a structure of a driving TFT (CMOS circuit).
FIG. 8 shows a cross-sectional structure of an AM-LCD.
FIG. 9 is a graph showing the relationship of concentration distribution when an impurity element is added.
FIG. 10 is a diagram showing an external appearance of an AM-LCD.
FIG. 11 shows a cross-sectional structure of an AM-LCD.
FIG. 12 shows a cross-sectional structure of an AM-LCD.
FIG. 13 shows a cross-sectional structure of an AM-LCD.
FIG 14 illustrates a cross-sectional structure of a driver circuit and a pixel portion.
FIG. 15 is a diagram showing a top structure of a pixel portion.
FIG. 16 is a diagram showing a top structure of a pixel portion.
FIG. 17 illustrates a top structure of a pixel portion.
18A and 18B are diagrams illustrating a manufacturing process of an AM-LCD.
FIG 19 illustrates a circuit configuration of an EL display device.
20A and 20B are a top view and a cross-sectional view of an EL display device.
FIG. 21 illustrates a structure of a pixel portion of an EL display device.
FIG. 22 is a graph showing optical response characteristics of liquid crystal.
FIG. 23 shows an example of an electric appliance.
FIG 24 shows an example of an electric appliance.
FIG. 25 is a diagram showing a configuration of an optical engine.

Claims (8)

同一の石英基板上に画素部と駆動回路部とを有する半導体装置であって、A semiconductor device having a pixel portion and a drive circuit portion on the same quartz substrate,
前記画素部は、The pixel portion is
前記石英基板上の第1の遮光膜及び第1の保持容量の第1の電極と、A first light-shielding film on the quartz substrate and a first electrode of a first storage capacitor;
前記第1の遮光膜上の結晶質珪素膜からなる第1の活性層並びに前記第1の保持容量及び第2の保持容量の第2の電極と、A first active layer made of a crystalline silicon film on the first light shielding film, and a second electrode of the first storage capacitor and the second storage capacitor;
前記第1の活性層上の第1のゲート絶縁膜と、A first gate insulating film on the first active layer;
前記第1のゲート絶縁膜上の第1のゲート電極及び前記第2の保持容量の第3の電極と、を有する第1のTFT、前記第1の保持容量及び前記第2の保持容量を有し、A first TFT having a first gate electrode on the first gate insulating film and a third electrode of the second storage capacitor; and having the first storage capacitor and the second storage capacitor. And
前記駆動回路部は、The drive circuit unit is
前記石英基板上の第2の遮光膜と、A second light-shielding film on the quartz substrate;
前記第2の遮光膜上の結晶質珪素膜からなる第2の活性層と、A second active layer comprising a crystalline silicon film on the second light shielding film;
前記第2の活性層上の第2のゲート絶縁膜と、A second gate insulating film on the second active layer;
前記第2のゲート絶縁膜上の第2のゲート電極と、を有する第2のTFTを有し、A second TFT having a second gate electrode on the second gate insulating film,
前記第1の電極と前記第2の電極との間には、窒化珪素膜を含む20〜50nmの厚さの誘電体が設けられ、A dielectric having a thickness of 20 to 50 nm including a silicon nitride film is provided between the first electrode and the second electrode,
前記第1のTFT、前記第2のTFT、前記第1の保持容量、及び前記第2の保持容量を覆って、平坦な表面を有する第1の層間絶縁膜が設けられ、A first interlayer insulating film having a flat surface is provided to cover the first TFT, the second TFT, the first storage capacitor, and the second storage capacitor,
前記第1の層間絶縁膜上に、前記第1のTFT、前記第1の保持容量及び前記第2の保持容量に重ねて第3の遮光膜が設けられ、A third light shielding film is provided on the first interlayer insulating film so as to overlap the first TFT, the first storage capacitor, and the second storage capacitor,
前記第3の遮光膜を覆って、平坦な表面を有する第2の層間絶縁膜が設けられ、A second interlayer insulating film having a flat surface is provided to cover the third light shielding film;
前記第2の層間絶縁膜上に、前記第1の活性層と電気的に接続する透明導電膜からなる画素電極が設けられていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device, wherein a pixel electrode made of a transparent conductive film electrically connected to the first active layer is provided on the second interlayer insulating film.
同一の石英基板上に画素部と駆動回路部とを有する半導体装置であって、A semiconductor device having a pixel portion and a drive circuit portion on the same quartz substrate,
前記画素部は、The pixel portion is
前記石英基板上の第1の遮光膜及び保持容量の第1の電極と、A first light shielding film on the quartz substrate and a first electrode of a storage capacitor;
前記第1の遮光膜上の結晶質珪素膜からなる第1の活性層及び前記保持容量の第2の電極と、A first active layer made of a crystalline silicon film on the first light shielding film and a second electrode of the storage capacitor;
前記第1の活性層上の第1のゲート絶縁膜と、A first gate insulating film on the first active layer;
前記第1のゲート絶縁膜上の第1のゲート電極と、を有する第1のTFT及び前記保持容量を有し、A first TFT having a first gate electrode on the first gate insulating film, and the storage capacitor,
前記駆動回路部は、The drive circuit unit is
前記石英基板上の第2の遮光膜と、A second light-shielding film on the quartz substrate;
前記第2の遮光膜上の結晶質珪素膜からなる第2の活性層と、A second active layer comprising a crystalline silicon film on the second light shielding film;
前記第2の活性層上の第2のゲート絶縁膜と、A second gate insulating film on the second active layer;
前記第2のゲート絶縁膜上の第2のゲート電極と、を有する第2のTFTを有し、A second TFT having a second gate electrode on the second gate insulating film,
前記第1の電極と前記第2の電極との間には、窒化珪素膜を含む20〜50nmの厚さの誘電体が設けられ、A dielectric having a thickness of 20 to 50 nm including a silicon nitride film is provided between the first electrode and the second electrode,
前記第1のTFT、前記第2のTFT、及び前記保持容量を覆って、平坦な表面を有する第1の層間絶縁膜が設けられ、A first interlayer insulating film having a flat surface is provided to cover the first TFT, the second TFT, and the storage capacitor;
前記第1の層間絶縁膜上に、前記第1のTFT及び前記保持容量に重ねて第3の遮光膜が設けられ、A third light-shielding film is provided on the first interlayer insulating film so as to overlap the first TFT and the storage capacitor,
前記第3の遮光膜を覆って、平坦な表面を有する第2の層間絶縁膜が設けられ、A second interlayer insulating film having a flat surface is provided to cover the third light shielding film;
前記第2の層間絶縁膜上に、前記第1の活性層と電気的に接続する透明導電膜からなる画素電極が設けられていることを特徴とする半導体装置。A semiconductor device, wherein a pixel electrode made of a transparent conductive film electrically connected to the first active layer is provided on the second interlayer insulating film.
請求項1又2において、前記第2のゲート絶縁膜は、前記第1のゲート絶縁膜よりも薄いことを特徴とする半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second gate insulating film is thinner than the first gate insulating film. 請求項1乃至3のいずれか一項において、前記第1の遮光膜、前記第2の遮光膜及び前記第1の電極は、リンドープシリコン膜、ボロンドープシリコン膜、タングステン膜、タンタル膜、モリブデン膜、チタン膜、シリサイド膜、窒化タンタル膜、窒化タングステン膜、又は窒化チタン膜であることを特徴とする半導体装置。4. The first light-shielding film, the second light-shielding film, and the first electrode are formed of a phosphorus-doped silicon film, a boron-doped silicon film, a tungsten film, a tantalum film, and molybdenum, according to claim 1. A semiconductor device comprising a film, a titanium film, a silicide film, a tantalum nitride film, a tungsten nitride film, or a titanium nitride film. 請求項1乃至4のいずれか一項において、前記第1の活性層及び前記第2の活性層はLDD領域を有することを特徴とする半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first active layer and the second active layer have an LDD region. 請求項1乃至5のいずれか一項において、前記第1の層間絶縁膜は、ポリイミド膜、アクリル膜、ポリアミド膜、又はBCB膜を有することを特徴とする半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first interlayer insulating film includes a polyimide film, an acrylic film, a polyamide film, or a BCB film. 請求項1乃至6のいずれか一項において、前記第2の層間絶縁膜は、ポリイミド膜、アクリル膜、ポリアミド膜、又はBCB膜を有することを特徴とする半導体装置。7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second interlayer insulating film includes a polyimide film, an acrylic film, a polyamide film, or a BCB film. 請求項1乃至請求項7のいずれか一に記載された半導体装置を表示部として用いたことを特徴とする電気器具。  An electric appliance using the semiconductor device according to claim 1 as a display portion.
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