JP4727647B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本願発明は薄膜半導体を用いた薄膜素子、特に薄膜トランジスタ(以下、TFTと略す)の構成に関する。また、その薄膜トランジスタで構成した電気光学装置や半導体回路等の半導体装置の構成に関する。 The present invention relates to a structure of a thin film element using a thin film semiconductor, particularly a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT). The present invention also relates to a configuration of a semiconductor device such as an electro-optical device or a semiconductor circuit including the thin film transistor.
近年、液晶ディスプレイ(LCD)の普及に伴ってアクティブマトリクス型液晶表示装置(以下、AMLCDと略す)の高性能化が求められている。しかしながら、高性能化を求める上で様々な問題点が挙げられている。 In recent years, with the spread of liquid crystal displays (LCDs), there has been a demand for higher performance of active matrix liquid crystal display devices (hereinafter abbreviated as AMLCDs). However, various problems have been raised in demanding higher performance.
高性能化の一つとして動作速度の向上が挙げられるが、動作速度が向上するとそれに追随してTFTの自己発熱(セルフヒーティング)が大きくなることが知られている。この事はICでも同様に問題となっている。 One improvement in performance is an increase in operating speed. It is known that as the operating speed increases, the self-heating (self-heating) of the TFT increases accordingly. This is also a problem with ICs.
特に、大電流を流す必要のあるドライバー回路(バッファ、アナログスイッチ等)の様に非常にチャネル幅(W)の大きいTFTで構成される回路では個々のTFTの自己発熱が大きく、回路全体の温度が異常に高くなってしまう。場合によっては数百℃まで上がってしまうという報告もある。 In particular, in a circuit composed of TFTs having a very large channel width (W), such as driver circuits (buffers, analog switches, etc.) that require a large current to flow, the self-heating of each TFT is large, and the temperature of the entire circuit Becomes abnormally high. There is also a report that the temperature rises to several hundred degrees Celsius in some cases.
この様な自己発熱はTFTの特性変化や劣化を招き、信頼性の高い製品の実現が困難なものとなる。そこで、従来はチャネル幅の大きいTFTの自己発熱を抑制するために次の様な技術が開示されている。 Such self-heating causes changes in characteristics and deterioration of the TFT, making it difficult to realize a highly reliable product. Therefore, conventionally, the following technique has been disclosed in order to suppress self-heating of a TFT having a large channel width.
ここで図2(A)はTFTの活性層(薄膜半導体層)を拡大した模式図であり、図2(A)は上面図、図2(B)、(C)、(D)はそれぞれ図2(A)をA−A’、B−B’、C−C’で切った断面図である。 2A is an enlarged schematic view of the TFT active layer (thin film semiconductor layer), FIG. 2A is a top view, and FIGS. 2B, 2C, and 2D are diagrams. It is sectional drawing which cut | disconnected 2 (A) by AA ', BB', and CC '.
図2(A)において、201は絶縁表面を有する基板、202、203はそれぞれ半導体薄膜でなる活性層に対してN型またはP型の不純物を添加して形成された一対の不純物領域である。なお、一対の不純物領域202、203はソース領域またはドレイン領域として機能する。
In FIG. 2A, 201 is a substrate having an insulating surface, and 202 and 203 are a pair of impurity regions formed by adding N-type or P-type impurities to an active layer made of a semiconductor thin film. Note that the pair of
また、一対の不純物領域202、203はゲイト電極204をマスクとして自己整合的に形成される。その時、ゲイト電極204の下には不純物が添加されず、チャネル形成領域205が形成される(図2(B)、(D))。
The pair of
この時、図2に示す従来例の特徴は、活性層をパターン形成する際に活性層内部に開口部206が設けられ、チャネル形成領域が複数に分割されている点にある。即ち、チャネル形成領域が複数に分割され、実質的に複数のTFTが並列に配置された構成となる。
At this time, the conventional example shown in FIG. 2 is characterized in that an
そして、この開口部206がチャネル形成領域205で発生したジュール熱を逃がすためのヒートシンクとして機能する。即ち、チャネル形成領域の自己発熱によって発生するジュール熱を効率良く逃がすことで、TFTの発熱量を抑制し、信頼性を確保するという技術が提案されている。
The opening 206 functions as a heat sink for releasing Joule heat generated in the
図2に示した様な構成の従来の技術では、ヒートシンクとして用いる領域がゲイト絶縁膜207で構成されている。つまり開口部206はゲイト絶縁膜207が覆われているため複数のチャネル形成領域205はゲイト絶縁膜207によって絶縁分離される。
In the conventional technique having the configuration as shown in FIG. 2, the region used as the heat sink is configured by the
従って、チャネル形成領域205で発生したジュール熱はゲイト絶縁膜(代表的には酸化珪素膜)207に逃がされることになる。しかしながら、珪素(シリコン)の熱伝導率(約 150W/mK)に対して酸化珪素の熱伝導率(約 1.4W/mK)は二桁程度も小さいため、熱放出の効率はあまり高いものではない。そのため、高い放熱効果を得ることができないという問題がある。
Therefore, the Joule heat generated in the
そこで本願発明では、上記従来技術よりもさらに高い熱放出効果を有するヒートシンクを設けたTFTを作製し、信頼性の高い半導体装置を実現することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to manufacture a TFT provided with a heat sink having a higher heat release effect than the above prior art, and to realize a highly reliable semiconductor device.
本明細書で開示する発明の構成は、
薄膜半導体を活性層とする複数の薄膜トランジスタで形成された半導体回路を構成に含む半導体装置であって、
前記活性層はN型またはP型を呈する一対の不純物領域と当該一対の不純物領域に挟まれた真性または実質的に真性な領域とを含み、
前記真性または実質的に真性な領域は第1の領域と当該第1の領域から突出して設けられた第2の領域とで構成され、前記第1の領域のみゲイト電極と重なっていることを特徴とする。
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
A semiconductor device comprising a semiconductor circuit formed of a plurality of thin film transistors having a thin film semiconductor as an active layer,
The active layer includes a pair of impurity regions exhibiting N-type or P-type and an intrinsic or substantially intrinsic region sandwiched between the pair of impurity regions,
The intrinsic or substantially intrinsic region includes a first region and a second region provided so as to protrude from the first region, and only the first region overlaps the gate electrode. And
本願発明の特徴は上記構成において、前記第1の領域はゲイト電極をマスクとして自己整合的に形成され、前記第2の領域はフォトリソグラフィにより意図的に形成されている点にある。 The present invention is characterized in that, in the above-described configuration, the first region is formed in a self-aligned manner using a gate electrode as a mask, and the second region is intentionally formed by photolithography.
また、他の発明の構成は、
薄膜半導体を活性層とする複数の薄膜トランジスタで形成された半導体回路を構成に含む半導体装置であって、
前記活性層はN型またはP型を呈する一対の不純物領域と当該一対の不純物領域に挟まれた真性または実質的に真性な領域とを含み、
前記真性または実質的に真性な領域はチャネル方向とほぼ垂直な幹部とチャネル方向とほぼ平行な枝部を有する串型形状に形成され、当該幹部のみゲイト電極と重なっていることを特徴とする。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
A semiconductor device comprising a semiconductor circuit formed of a plurality of thin film transistors having a thin film semiconductor as an active layer,
The active layer includes a pair of impurity regions exhibiting N-type or P-type and an intrinsic or substantially intrinsic region sandwiched between the pair of impurity regions,
The intrinsic or substantially intrinsic region is formed in a skewer shape having a trunk part substantially perpendicular to the channel direction and a branch part substantially parallel to the channel direction, and only the trunk part overlaps the gate electrode.
なお、上記二つの構成において、前記薄膜半導体としては珪素(シリコン)または珪素を含む化合物半導体を用いることができる。 Note that in the above two structures, silicon (silicon) or a compound semiconductor containing silicon can be used as the thin film semiconductor.
また、他の発明の構成は、
薄膜半導体をパターン形成して活性層を形成する工程と、
前記活性層の上方に絶縁膜を介してゲイト電極を形成する工程と、
前記ゲイト電極と交差して当該ゲイト電極の長手方向と直角に1本乃至複数本の島状マスクパターンを形成する工程と、
前記ゲイト電極及びマスクパターンをマスクとして前記活性層中にN型またはP型を呈する不純物を添加する工程と、
を含むことを特徴とする。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
Forming an active layer by patterning a thin film semiconductor; and
Forming a gate electrode above the active layer via an insulating film;
Forming one or more island mask patterns intersecting the gate electrode and perpendicular to the longitudinal direction of the gate electrode;
Adding an N-type or P-type impurity in the active layer using the gate electrode and mask pattern as a mask;
It is characterized by including.
また、他の発明の構成は、
ゲイト電極を形成する工程と、
前記ゲイト電極の上方に絶縁膜を介して薄膜半導体でなる活性層を形成する工程と、
前記活性層の上方に串型形状の絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記絶縁膜パターンをマスクとして前記活性層中にN型またはP型を呈する不純物を添加する工程と、
を含むことを特徴とする。
In addition, the configuration of other inventions is as follows:
Forming a gate electrode;
Forming an active layer made of a thin film semiconductor over an insulating film above the gate electrode;
Forming a skewer-shaped insulating film pattern above the active layer;
Adding an N-type or P-type impurity in the active layer using the insulating film pattern as a mask;
It is characterized by including.
なお、上記構成では前記N型またはP型を呈する不純物の添加工程により形成される一対の不純物領域は櫛歯形状を示し、歯に相当する部分が向かい合った状態で配置される。即ち、前記N型またはP型を呈する不純物の添加工程でマスクが設けられた領域の下には串型形状の真性または実質的に真性な領域が形成されることになる。 Note that, in the above structure, the pair of impurity regions formed by the N-type or P-type impurity addition step has a comb-tooth shape, and the portions corresponding to the teeth are arranged facing each other. In other words, a skewer-shaped intrinsic or substantially intrinsic region is formed under the region where the mask is provided in the N-type or P-type impurity addition step.
以上の様な構成でなる本願発明の構成について、以下に記載する実施例でもって詳細な説明を行うこととする。 The configuration of the present invention having the above-described configuration will be described in detail in the embodiments described below.
本願発明を利用することで、TFT動作に伴うジュール熱の発生に対して効果的な放熱対策が施され、熱の蓄積によって生じるTFTの熱劣化を防ぐことができる。その結果、自己発熱に強い信頼性の高い回路及びその様な回路を構成として含む信頼性の高い電子機器を実現できる。 By utilizing the present invention, an effective heat dissipation measure is taken against the generation of Joule heat accompanying the TFT operation, and thermal deterioration of the TFT caused by heat accumulation can be prevented. As a result, a highly reliable circuit resistant to self-heating and a highly reliable electronic device including such a circuit can be realized.
本願発明の実施の形態について図1を用いて説明する。図1(A)に示すのは本願発明を利用した活性層の上面図、図1(B)、(C)、(D)はそれぞれ図1(A)をA−A’、B−B’、C−C’で切った断面図である。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows a top view of an active layer using the present invention, and FIGS. 1B, 1C, and 1D respectively show FIG. 1A as AA ′ and BB ′. FIG.
図1(A)において、101は絶縁表面を有する基板、102、103はそれぞれ半導体薄膜でなる活性層に対してN型またはP型の不純物を添加して形成された一対の不純物領域(ソースまたはドレイン領域)である。
In FIG. 1A,
そして、一対の不純物領域102、103で挟まれて真性または実質的に真性な半導体領域104が形成されている。なお、真性な半導体領域とは、一導電性を呈する不純物が全く添加されていない完全に中性な半導体領域を意味する。
An intrinsic or substantially
また、実質的に真性な半導体領域とは、しきい値電圧の制御が可能な範囲(N型またはP型を呈する不純物濃度が 1×1017atoms/cm3 以下、好ましくは 1×1016atoms/cm3 以下)でN型またはP型を呈する領域または導電型を意図的に相殺した領域を意味する。 In addition, a substantially intrinsic semiconductor region means a range in which threshold voltage can be controlled (impurity concentration of N-type or P-type is 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less, preferably 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less) means a region exhibiting N-type or P-type or a region intentionally canceling the conductivity type.
この真性または実質的に真性な領域104のみに注目して図3に示す。図3に示す様に、領域104はチャネル方向とほぼ垂直な幹部(以下、第1の領域と呼ぶ)104aとチャネル方向とほぼ平行な枝部(以下、第2の領域と呼ぶ)104bとを有する串型形状に形成される(そのため一対の不純物領域102、103は櫛歯形状となる)。
Only this intrinsic or substantially
また、第1の領域104aは図1(A)においてゲイト電極105の真下にゲイト絶縁膜106を介して存在する領域で、ソース/ドレイン領域を形成する際にゲイト電極をマスクとすることで自己整合的に形成される。
In addition, the
一方、第2の領域104bは第1の領域104aから突出して(好ましくはほぼ垂直に)設けられ、フォトリソグラフィにより意図的に形成される。
On the other hand, the
また、図1(A)からも明らかな様に、第1の領域104aのみがゲイト電極105と重なる様な配置となるため、TFT動作時に形成されるチャネル領域は第1の領域104aのみに形成される。そういった意味で第1の領域104aはチャネル形成領域と呼ぶこともできる。
Further, as apparent from FIG. 1A, since the arrangement is such that only the
一方で第2の領域104bはゲイト電極105と重ならないため常に真性または実質的に真性な半導体領域となる。即ち、この部分だけは高抵抗であるためソース/ドレインとしても機能せず、チャネルも形成されない。
On the other hand, since the
その代わり本願発明において第2の領域104bは、チャネル形成領域で発生するジュール熱を逃がすヒートシンクとしての役割と、チャネル形成領域を実質的に複数に分割する役割とを持っている。
Instead, in the present invention, the
即ち、第2の領域104bを設けることでチャネル形成領域が複数に分割され、それぞれのチャネル形成領域で発生したジュール熱を第2の領域へと逃がす(結果的にはゲイト電極またはソース/ドレイン電極へと逃がす)ことが可能となる。その結果、活性層へのジュール熱の蓄積(特に中央付近に蓄積しやすい)を効果的に防ぐことが可能である。
That is, by providing the
従来例では活性層に開口部を設けて放熱を行う場合を例に挙げたが、それでは熱伝導率の差が大きすぎて効率の良い放熱効果が得られない。その点、本願発明の構成ではヒートシンクはチャネル形成領域と同じ半導体層で形成されるので、熱伝導率の差は無視でき、非常に効率良く放熱が行われる。 In the conventional example, a case where an opening is provided in the active layer to radiate heat is taken as an example. However, in that case, the difference in thermal conductivity is too large to obtain an efficient heat radiating effect. In that respect, in the configuration of the present invention, since the heat sink is formed of the same semiconductor layer as the channel formation region, the difference in thermal conductivity is negligible, and heat dissipation is performed very efficiently.
ここで図4を参照してチャネル長とチャネル幅を定義する。図4は図1(A)に示した活性層に注目した図である。 Here, the channel length and the channel width are defined with reference to FIG. FIG. 4 is a view focusing on the active layer shown in FIG.
本明細書中では、図4において一対の不純物領域102と103とを結ぶ最短距離(ゲイト電極幅に相当する)をチャネル長(L)と定義する(このチャネル長に沿った方向をチャネル方向と呼ぶ)。また、それと直角な方向のチャネル形成領域の幅をチャネル幅(W)と定義する。
In this specification, the shortest distance (corresponding to the gate electrode width) connecting the pair of
ところでゲイト電極の直下は全体的にチャネルが形成されるためチャネル形成領域は第1の領域(幹部)104aとなる。従って、上述の定義を踏まえるとチャネル領域(キャリアの移動経路と考える)はチャネル長がL、チャネル幅がWとなる。 By the way, since a channel is formed directly below the gate electrode, the channel formation region becomes the first region (trunk) 104a. Therefore, based on the above definition, the channel length (considered as a carrier movement path) has a channel length of L and a channel width of W.
しかし実際にはキャリアは一対の不純物領域102、103が最も近接した領域を優先的に移動すると考えられるので、有効に働く実効チャネル領域は点線で囲まれた領域401となる。即ち、ヒートシンクとして機能する枝部104bに挟まれたチャネル形成領域は、殆どキャリアの移動には寄与せず、ヒートシンクの一部としての機能が主であると言える。
However, in practice, carriers are preferentially moved in a region where the pair of
従って、チャネル形成領域として考えればチャネル幅はWであるが、実効チャネル幅(実際にキャリアの移動に寄与するチャネル幅)は実効チャネル領域401のチャネル幅の和として表される。
Therefore, although the channel width is W when considered as a channel formation region, the effective channel width (the channel width that actually contributes to carrier movement) is expressed as the sum of the channel widths of the
以上の様に、本願発明を利用したTFTは活性層に串型形状の真性または実質的に真性な領域を有し、且つ、その一部はキャリアの移動に寄与するチャネル形成領域として利用され、他の部分が発生したジュール熱を放出するヒートシンクとして利用される点に特徴がある。 As described above, the TFT using the present invention has a skew-shaped intrinsic or substantially intrinsic region in the active layer, and a part of the TFT is used as a channel formation region contributing to carrier movement. It is characterized in that it is used as a heat sink that releases Joule heat generated by other parts.
最も重要なことは、ヒートシンクとして利用する領域がチャネル形成領域と同じ半導体層で形成されている点であり、熱伝導率の差をなくして放熱効果を向上させた点にある。 The most important point is that the region used as the heat sink is formed of the same semiconductor layer as the channel formation region, and the heat dissipation effect is improved by eliminating the difference in thermal conductivity.
次に、本願発明を実施するための具体的な実施例について、以下に記載する。 Next, specific examples for carrying out the present invention will be described below.
本願発明を利用したTFTの作製工程について図5を用いて説明する。なお、図5では二つの切り口から見た断面について説明する。即ち、図5(A)〜(E)は図1(A)をB−B’で切った切り口であり、図5(A’)〜(E’)は図1(A)をC−C’で切った切り口である。 A manufacturing process of a TFT using the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, in FIG. 5, the cross section seen from two cut ends is demonstrated. That is, FIGS. 5 (A) to 5 (E) are cut lines obtained by cutting FIG. 1 (A) along BB ′, and FIGS. 5 (A ′) to 5 (E ′) are FIGS. It is a cut with '.
図5(A)、(A’)において、501は絶縁表面を有する基板であり、下地膜を設けたガラス基板、シリコン基板、ガラスセラミクス基板等を用いることができる。また、石英基板ならば下地膜を特に設けなくても構わない。
5A and 5A,
次に、基板501の上に結晶性珪素膜でなる活性層502を形成する。結晶性珪素膜としては、単結晶薄膜、多結晶薄膜のどちらでも用いることができる。単結晶薄膜を用いるならば公知のSIMOXやUNIBOND等のSOI基板を用いれば良い。
Next, an
また、多結晶薄膜を用いるならば公知の手段で得られる多結晶薄膜であればどの様なプロセスで作製された膜であっても良い。通常は非晶質珪素膜をレーザー処理またはファーネスアニール処理によって結晶化する。また、珪素膜以外にもSix Ge1-x (0<X<1) で示される様な珪素を含む化合物半導体を用いても良い。 If a polycrystalline thin film is used, it may be a film produced by any process as long as it is a polycrystalline thin film obtained by a known means. Usually, the amorphous silicon film is crystallized by laser processing or furnace annealing. In addition to the silicon film, a compound semiconductor containing silicon as represented by Si x Ge 1-x (0 <X <1) may be used.
次に、活性層502を覆って 120nm厚のゲイト絶縁膜503を形成し、その上に金属膜または導電性を有する珪素膜でゲイト電極504を形成する。(図5(B)、(B’))
Next, a
ゲイト電極504を形成したら、次にゲイト電極504と交差してゲイト電極504の長手方向と直角に(チャネル方向とほぼ平行に)1本乃至複数本のレジストマスク505を形成する。このレジストマスク505は島状にパターン形成されて配置される。
After the
そして、その状態でゲイト電極504及びレジストマスク505をマスクとして活性層502中にN型またはP型を呈する不純物を添加し、一対の不純物領域506、507を形成する。なお、N型にするならリンまたは砒素を添加し、P型にするならボロンを添加すれば良い。
Then, in this state, an impurity exhibiting N-type or P-type is added into the
この時、図5(C)に示す様に意図的にレジストマスク505が設けられた部分はゲイト電極の幅よりも広い幅で真性または実質的に真性な領域508が形成される。一方、図5(C’)に示す様にレジストマスク505が配置されない部分では、ゲイト電極504のみをマスクとして自己整合的に真性または実質的に真性な領域508が形成されることになる。
At this time, as shown in FIG. 5C, an intrinsic or substantially
なお、図5(C)に示す真性または実質的に真性な領域508のうち、ゲイト電極の直下は第1の領域(幹部)であり、それ以外の領域は第2の領域(枝部)となる。そして、この切り口で見える領域508は実質的に全てがヒートシンクとして機能する。
Note that in the intrinsic or substantially
また、図5(C’)に示す真性または実質的に真性な領域508は第1の領域であり、全て実効チャネル領域として機能する。
In addition, an intrinsic or substantially
こうして一対の不純物領域(ソース/ドレイン領域)と串型形状の真性または実質的に真性な半導体領域を形成したら、不純物の活性化を行い、層間絶縁膜509を形成する。(図5(D)、(D’))
After the pair of impurity regions (source / drain regions) and the skew-shaped intrinsic or substantially intrinsic semiconductor region are thus formed, the impurity is activated and the
次に、コンタクトホールを開けてソースまたはドレイン電極510、511電極を形成し、最後に水素化を行って図5(E)、(E’)に示す様な構造のTFTが完成する。
Next, contact holes are opened to form source or drain
なお、本実施例で最も重要なことは図1を用いて説明した様な構成の活性層を用いることであって、それ以外の構造や構成に関しては本実施例に何ら限定されるものではない。 It is to be noted that the most important thing in this embodiment is to use an active layer having the structure as described with reference to FIG. 1, and the other structures and structures are not limited to this embodiment. .
従って、本願発明で示す活性層の構成が実施されるのであれば、他の構造のTFTや他の作製方法で作製されるTFTにおいても本願発明を利用することは十分に可能である。 Therefore, if the structure of the active layer shown in the present invention is implemented, the present invention can be sufficiently applied to TFTs having other structures and TFTs manufactured by other manufacturing methods.
例えば、ソース/ドレイン領域とチャネル形成領域との間に低濃度不純物領域(LDD領域)やオフセット領域を設ける様な構造であっても、基本的な構成は変わらないので本願発明を実施する妨げにはならない。 For example, even if the structure is such that a low-concentration impurity region (LDD region) or an offset region is provided between the source / drain region and the channel formation region, the basic configuration does not change, which hinders the implementation of the present invention. Must not.
実施例1ではN型のTFT(NTFT)またはP型のTFT(PTFT)について説明したが、両者を相補的に組み合わせてCMOS回路を構成することは有効である。特に、アクティブマトリクス型LCDにおいてドライバー回路やその他の信号処理回路はCMOS回路で構成することが望ましい。 In the first embodiment, an N-type TFT (NTFT) or a P-type TFT (PTFT) has been described. However, it is effective to form a CMOS circuit by combining them in a complementary manner. In particular, in an active matrix LCD, it is desirable that the driver circuit and other signal processing circuits are composed of CMOS circuits.
本願発明の効果はNTFTにもPTFTでも同様に得られるのでCMOS回路で構成された半導体回路に適用することで、信頼性の高い半導体回路を実現することが可能である。 Since the effect of the present invention can be obtained in the same way for both NTFT and PTFT, it is possible to realize a highly reliable semiconductor circuit by applying it to a semiconductor circuit composed of a CMOS circuit.
また、NTFTのみに適用したり、PTFTのみに適用するといった使い分けも可能であり、回路としての用途に応じて自由に組み合わせることができる。 In addition, it is possible to use only NTFT or only PTFT, and they can be combined freely according to the use as a circuit.
さらに、アクティブマトリクス型LCDでは同一基板上に複数の回路が形成されるが、全てがジュール熱を問題としているわけでない。実際には大電流を流す必要のある回路(バッファ回路、アナログスイッチ回路、レベルシフタ回路等)がジュール熱に大きく影響される。 Furthermore, in an active matrix LCD, a plurality of circuits are formed on the same substrate, but not all have Joule heat as a problem. Actually, circuits (buffer circuit, analog switch circuit, level shifter circuit, etc.) that need to pass a large current are greatly affected by Joule heat.
従って、本願発明をその様な深刻な大電流を流す必要のある(ジュール熱を発生しやすい)回路にのみ適用するといった構成でも良い。 Therefore, a configuration in which the present invention is applied only to a circuit that needs to pass such a serious large current (is likely to generate Joule heat) may be adopted.
実施例1、2では本願発明をトップゲイト型TFT(代表的にはプレーナ型TFT)に適用する例を示したが、本願発明はボトムゲイト型TFT(代表的には逆スタガ型TFTに適用することも可能である。 In the first and second embodiments, an example in which the present invention is applied to a top gate type TFT (typically a planar type TFT) is shown. However, the present invention is applied to a bottom gate type TFT (typically an inverted stagger type TFT). It is also possible.
本願発明を逆スタガ型TFTに適用した場合の例について図6を用いて説明する。図6(A)に示すのは本願発明を利用した活性層の上面図、図6(B)、(C)、(D)はそれぞれ図6(A)をA−A’、B−B’、C−C’で切った断面図である。 An example in which the present invention is applied to an inverted stagger type TFT will be described with reference to FIG. 6A shows a top view of an active layer using the present invention, and FIGS. 6B, 6C, and 6D show FIGS. 6A, 6A, 6A, and 6B, respectively. FIG.
図6(A)において、601は絶縁表面を有する基板、602、603はそれぞれ半導体薄膜でなる活性層に対してN型またはP型の不純物を添加して形成された一対の不純物領域(ソースまたはドレイン領域)である。また、604は一対の不純物領域を形成する際にマスクとした絶縁膜パターンである。
6A,
逆スタガ型TFTの場合、基板601上にゲイト電極605、ゲイト絶縁膜606と積層され、その上に薄膜半導体でなる活性層が形成される。そのため、本願発明を実施するためには絶縁膜(酸化珪素膜または窒化珪素膜)を串型形状にパターン形成して、それをマスクとしてN型またはP型を呈する不純物を添加することになる。
In the case of an inverted staggered TFT, a
串型形状の絶縁膜パターン604をマスクとして不純物添加を行った結果、その下には串型形状の真性または実質的に真性な領域607が形成される。この領域607もゲイト電極605と重なる幹部にチャネルが形成され、その他の部分(枝部)はヒートシンクとして機能する。その他の詳細な説明は実施例1で説明したのでここでは省略する。
As a result of adding impurities using the skewer-shaped insulating
本実施例で説明する様に、串型形状の絶縁膜パターンを用いれば逆スタガ型TFTに本願発明を適用することは容易である。なお、本実施例の場合には実効チャネル領域を自己整合的に形成できないが、裏面露光技術と組み合わせれば実効チャネル領域を自己整合的に形成することも可能である。 As will be described in this embodiment, it is easy to apply the present invention to an inverted staggered TFT if a skewer-shaped insulating film pattern is used. In the case of this embodiment, the effective channel region cannot be formed in a self-aligned manner, but the effective channel region can be formed in a self-aligned manner in combination with the backside exposure technique.
次に、本願発明を利用した逆スタガ型TFTの作製工程を図7を用いて説明する。なお、図7でも二つの切り口から見た断面について説明する。即ち、図7(A)〜(E)は図6(A)をB−B’で切った切り口であり、図7(A’)〜(E’)は図6(A)をC−C’で切った切り口である。 Next, a manufacturing process of an inverted staggered TFT using the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 7, a cross section viewed from two cut ends will be described. That is, FIGS. 7A to 7E are cut ends of FIG. 6A cut along BB ′, and FIGS. 7A to 7E are FIGS. It is a cut with '.
まず、絶縁表面を有する基板として酸化珪素膜でなる下地膜を設けたガラス基板701を用意し、その上にタンタル膜でなるゲイト電極702を形成する。そしてその上に窒化珪素膜と酸化珪素膜と積層膜でなるゲイト絶縁膜703を形成する。(図7(A)、(A’))
First, a
次に、非晶質珪素膜(Six Ge1-x 膜でも良い)をレーザー結晶化させて多結晶珪素膜を形成し、活性層704を形成する。(図7(B)、(B’))
Next, an amorphous silicon film (which may be a Si x Ge 1-x film) is laser crystallized to form a polycrystalline silicon film, and an
次に、串型形状(図6(A)に示すような形状)の絶縁膜パターン705を酸化珪素膜で形成する。この膜厚は不純物添加の際に十分マスクとして機能しうる程度が必要であり、好ましくは 100〜200 nmとすれば良い。
Next, an insulating
こうして絶縁膜パターン705を形成したら、N型またはP型を呈する不純物を添加して一対の不純物領域706、707を形成する。また同時に真性または実質的に真性な半導体領域708が串型形状に形成される。(図7(C)、(C’))
When the insulating
こうして一対の不純物領域(ソース/ドレイン領域)706、707と串型形状の真性または実質的に真性な半導体領域708を形成したら、不純物の活性化を行い、層間絶縁膜709を形成する。(図7(D)、(D’))
After the pair of impurity regions (source / drain regions) 706 and 707 and the skew-shaped intrinsic or substantially
なお、不純物の添加工程で用いた絶縁膜パターンは真性または実質的に真性な領域708を保護する役目を果たす。特に層間絶縁膜として有機性樹脂膜を用いる場合には有機物汚染を防ぐ上で有効である。
Note that the insulating film pattern used in the impurity addition step serves to protect the intrinsic or substantially
次に、コンタクトホールを開けてソースまたはドレイン電極710、711電極を形成し、最後に水素化を行って図7(E)、(E’)に示す様な構造のTFTが完成する。
Next, contact holes are opened to form source or drain
なお、本実施例も実施例1と同様に、TFT構造や構成に関しては本実施例に何ら限定されるものではない。従って、他の構造のボトムゲイト型TFTや他の作製方法で作製される買うボトムゲイト型TFTにおいても本願発明を利用することは十分に可能である。勿論、LDD領域やオフセット領域を設ける様な構造であっても本願発明を実施する妨げにはならない。 As in the first embodiment, this embodiment is not limited to the present embodiment with respect to the TFT structure and configuration. Therefore, it is possible to use the present invention in a bottom gate type TFT having another structure or a purchased bottom gate type TFT manufactured by another manufacturing method. Of course, even a structure in which an LDD region or an offset region is provided does not hinder the implementation of the present invention.
なお、本願発明の逆スタガ型TFTも、実施例2に示した様にCMOS回路を構成したり、部分的に使い分けたりといった構成をとっても良いことは言うまでもない。 Needless to say, the inversely staggered TFT of the present invention may be configured as a CMOS circuit or partially used as shown in the second embodiment.
実施例1または実施例3では真性または実質的に真性な半導体領域の枝部(第2の領域)を形成するにあたって意図的にレジストマスク等のマスクパターンを設ける必要があるが、ゲイト電極自体を串型形状にして自己整合的に串型形状の真性または実質的に真性な領域を形成することもできる。 In Example 1 or Example 3, it is necessary to intentionally provide a mask pattern such as a resist mask in order to form a branch (second region) of an intrinsic or substantially intrinsic semiconductor region. It is also possible to form a skewer-shaped intrinsic or substantially intrinsic region in a self-aligned manner by using a skewered shape.
即ち、ゲイト電極を串型形状にパターン形成しておくことでソース/ドレイン領域の形成と真性または実質的に真性な領域の形成とが完全に自己整合的に行われる。 That is, the gate electrode is patterned in a skewer shape so that the source / drain region and the intrinsic or substantially intrinsic region are completely self-aligned.
なお、実施例3のボトムゲイト型TFTの場合、裏面露光を用いることでゲイト電極と同形状のレジストパターンを形成することができるので、それをマスクとすることで自己整合的に不純物添加を行うことができる。 In the case of the bottom gate type TFT of Example 3, a resist pattern having the same shape as that of the gate electrode can be formed by using the back surface exposure. Therefore, by using the resist pattern as a mask, impurities are added in a self-aligning manner. be able to.
本実施例の場合、TFT動作時(オン状態にある時)には真性または実質的に真性な半導体領域の全ての領域においてチャネルが形成される。しかしながら、ソース/ドレイン領域の抵抗に対してチャネル領域の抵抗は1桁以上高いため、キャリアはソース/ドレイン領域が最も近接した部分を優先的に移動する。 In this embodiment, a channel is formed in all regions of the intrinsic or substantially intrinsic semiconductor region during TFT operation (when in the on state). However, since the resistance of the channel region is one digit or more higher than the resistance of the source / drain region, carriers move preferentially in the portion where the source / drain region is closest.
そのため、結果的には実施例1で説明した様な本願発明の効果を得ることが可能となる。勿論、実施例1に示した構成の様に、第2の領域には全くゲイト電圧が印加しないで完全な抵抗体として機能させた方が発熱量を抑えるという意味で好ましい。 As a result, the effects of the present invention as described in the first embodiment can be obtained. Of course, as in the configuration shown in the first embodiment, it is preferable that the second region function as a complete resistor without applying a gate voltage at all in terms of suppressing heat generation.
ただじ、本実施例の構成を実施すればゲイト電極のみをマスクとした完全な自己整合プロセスで不純物添加工程を行うことができるので、実施例1よりもパターニング回数を減らすことができるというメリットが得られる。 However, if the configuration of the present embodiment is implemented, the impurity addition step can be performed by a complete self-alignment process using only the gate electrode as a mask. can get.
実施例1〜4では一対の不純物領域の両方(ソース/ドレイン領域の両方)に対して枝部(第2の領域)を設ける構成としているが、どちらか片方のみに枝部が存在する様な形状としても良い。 In the first to fourth embodiments, the branch portion (second region) is provided for both of the pair of impurity regions (both the source / drain regions). However, the branch portion is present only on one of them. It is good also as a shape.
特に、ドレイン接合部(チャネル領域とドレイン領域との接合部)が最も発熱しやすい部分であるので、ドレイン領域側のみに第2の領域を設け、ソース領域側には第2の領域を設けない構成とすることも可能である。 In particular, since the drain junction (the junction between the channel region and the drain region) is the portion that generates heat most easily, the second region is provided only on the drain region side, and the second region is not provided on the source region side. A configuration is also possible.
また、第2の領域の幅や長さは全て同一である必要はなく、必要に応じて異なるものとすることも可能である。例えば、ジュール熱の蓄積しやすい活性層の中央付近は第2の領域を太くし、活性層の端部に設ける第2の領域は中央付近のものよりも細くするなどとしても良い。 Further, the width and length of the second region need not all be the same, and may be different as necessary. For example, the second region may be thicker near the center of the active layer where Joule heat is likely to accumulate, and the second region provided at the end of the active layer may be thinner than that near the center.
本実施例ではソース/ドレイン電極を形成するためのコンタクトホールの配置に関して図8を用いて説明する。 In this embodiment, the arrangement of contact holes for forming source / drain electrodes will be described with reference to FIG.
まず、図8(A)は図1に示した構造のTFTにおけるコンタクトホールの配置例を示している(図1(A)と同じ部分は同一符号で示す)。この場合、不純物領域102は活性層の側端部において全て繋がっており、その部分にコンタクトホール801が形成される。
First, FIG. 8A shows an example of arrangement of contact holes in the TFT having the structure shown in FIG. 1 (the same parts as those in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals). In this case, the
また、同様に不純物領域103の方でも側端部側で全て活性層が繋がっており、その部分にコンタクトホール802が形成される。
Similarly, the
この様な構成は、第2の領域803同士の間隔が狭い場合に有効である。この間隔が3μm以下といった様に狭い場合、その間にはコンタクトホールを設けるだけのマージンがないのでコンタクトホールを形成するためのスペースを確保しなければならない。
Such a configuration is effective when the interval between the
また、第2の領域同士の間隔が3μm以上(好ましくは5μm以上)といった様に広い場合、その間にコンタクトホールを設けることが可能となるので図8(B)に示す様な構造が可能となる。 In addition, when the distance between the second regions is as wide as 3 μm or more (preferably 5 μm or more), a contact hole can be provided between them, so that a structure as shown in FIG. 8B is possible. .
図8(B)に示す構造の場合、不純物領域804、805は複数本の第2の領域806によって完全に分割され、それぞれ複数のソース領域(またはドレイン領域)として機能する。
In the case of the structure shown in FIG. 8B, the
そして、コンタクトホール807、808は複数に分割された不純物領域804、805の個々の領域内に配置され、実質的に複数のTFTが直列に接続された構成を実現する。
The contact holes 807 and 808 are disposed in individual regions of the
この様な構成では第2の領域806のヒートシンクとしての機能が有効に利用できるため、放熱効果が高いという利点が得られる。
In such a configuration, since the function as the heat sink of the
実施例1〜6に示した本願発明の構成を有するTFTを利用して回路を構成することで様々な半導体回路を構成することができる。そして、その様な回路を同一基板上に一体形成することでアクティブマトリクス型LCDに代表される電気光学装置を作製することが可能である。
Various semiconductor circuits can be configured by configuring a circuit using the TFT having the configuration of the present invention shown in
また、他の電気光学装置としてはEL表示装置やイメージセンサといったスイッチング素子としてTFTを用いる様な電気光学装置に対して本願発明を利用することは有効である。 Further, as another electro-optical device, it is effective to use the present invention for an electro-optical device in which a TFT is used as a switching element such as an EL display device or an image sensor.
また、動作速度の速いTFTで高周波回路やプロセッサー回路などの半導体回路を作製する場合においても、本願発明の構成を有するTFTを利用することは有効である。 Even when a semiconductor circuit such as a high-frequency circuit or a processor circuit is manufactured using a TFT having a high operating speed, it is effective to use the TFT having the configuration of the present invention.
これらの電気光学装置や半導体回路(これらはまとめて半導体装置に含まれる)を作製する際に本願発明の構成を有するTFTを用いることで回路全体の熱劣化が小さくなり、信頼性(耐久性)の高い半導体装置を実現できる。 When these electro-optical devices and semiconductor circuits (these are collectively included in the semiconductor device) are used, TFTs having the configuration of the present invention are used to reduce thermal degradation of the entire circuit, and reliability (durability). A high semiconductor device can be realized.
実施例7に示した様な電気光学装置及び半導体回路は様々な電子機器に組み込むことが可能である。 The electro-optical device and the semiconductor circuit as shown in Embodiment 7 can be incorporated into various electronic devices.
液晶表示装置やEL表示装置はパーソナルコンピュータ、携帯端末機器(モバイルコンピュータ、携帯電話等)、プロジェクター表示装置、デジタル(ビデオ)カメラなどの表示ディスプレイとして利用することができる。 Liquid crystal display devices and EL display devices can be used as display displays for personal computers, mobile terminal devices (mobile computers, mobile phones, etc.), projector display devices, and digital (video) cameras.
また、イメージセンサはスキャナ、デジタル(ビデオ)カメラ等の撮像部品として利用することができる。 The image sensor can be used as an imaging component such as a scanner or a digital (video) camera.
また、高周波回路やプロセッサー回路などの半導体回路はパーソナルコンピュータや日常家電製品等のコンピュータ制御機能を有する電子機器に利用することができる。 Further, a semiconductor circuit such as a high-frequency circuit or a processor circuit can be used for an electronic device having a computer control function such as a personal computer or a daily household appliance.
この様に、薄膜半導体を利用して形成されたTFTでもって構成される半導体装置を内部に組み込んで動作する電子機器ならば、あらゆる電子機器に対して本願発明を利用することが可能である。 As described above, the present invention can be applied to any electronic device as long as the electronic device operates by incorporating therein a semiconductor device including a TFT formed using a thin film semiconductor.
Claims (8)
前記結晶性珪素膜は、一導電性の不純物領域と、真性または実質的に真性な領域とを有し、
前記真性または実質的に真性な領域は、チャネル長方向と略垂直な方向に延在して設けられた、前記ゲイト電極と重なる第1の領域と、前記チャネル長方向と略平行な方向に前記第1の領域から突出して設けられた、複数の第2の領域とを有し、
前記不純物領域は、前記第1の領域及び複数の第2の領域により、前記チャネル長方向と垂直な方向に複数に分割され、
前記複数の不純物領域の各々にコンタクトホールが配置されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a crystalline silicon film, a gate insulating film, and a gate electrode overlapping with the crystalline silicon film via the gate insulating film,
The crystalline silicon film has one conductive impurity region and an intrinsic or substantially intrinsic region,
The intrinsic or substantially intrinsic region is provided so as to extend in a direction substantially perpendicular to the channel length direction, the first region overlapping the gate electrode, and the direction substantially parallel to the channel length direction. A plurality of second regions provided protruding from the first region,
The impurity region is divided into a plurality in a direction perpendicular to the channel length direction by the first region and the plurality of second regions,
A semiconductor device, wherein a contact hole is disposed in each of the plurality of impurity regions.
前記ゲイト電極と交差して当該ゲイト電極の長手方向と略直角に1つ又は複数の島状パターンを形成し、
前記ゲイト電極及び前記島状パターンをマスクとして前記結晶性珪素膜に一導電性の不純物を添加することにより、チャネル長方向と略垂直な方向に延在して設けられた、前記ゲイト電極と重なる第1の領域と、前記チャネル長方向と略平行な方向に前記第1の領域から突出して設けられた、複数の第2の領域と、前記第1の領域及び複数の第2の領域により、前記チャネル長方向と垂直な方向に複数に分割された不純物領域を形成し、
前記複数に分割された不純物領域の各々にコンタクトホールを配置することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming a gate electrode over the crystalline silicon film via an insulating film;
Crossing the gate electrode to form one or more island patterns substantially perpendicular to the longitudinal direction of the gate electrode;
By adding one conductive impurity to the crystalline silicon film using the gate electrode and the island pattern as a mask, the gate electrode overlaps with the gate electrode provided extending in a direction substantially perpendicular to the channel length direction. The first region, the plurality of second regions provided to protrude from the first region in a direction substantially parallel to the channel length direction, the first region and the plurality of second regions, Forming an impurity region divided into a plurality in a direction perpendicular to the channel length direction;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a contact hole is disposed in each of the plurality of impurity regions.
前記ゲイト電極の上方に絶縁膜を介して結晶性珪素膜を形成し、
前記結晶性珪素膜の上方に前記ゲイト電極と重なる第1の領域及び当該ゲイト電極の長手方向と略直角に前記第1の領域から突出して設けられた第2の領域でなる絶縁膜パターンを形成し、
前記絶縁膜パターンをマスクとして前記結晶性珪素膜に一導電性の不純物を添加することにより、前記ゲイト電極の長手方向に複数に分割された不純物領域を形成し、
前記複数に分割された不純物領域及び前記絶縁膜パターン上に層間絶縁膜を形成し、
前記層間絶縁膜に前記複数に分割された不純物領域の各領域内に達するコンタクトホールを形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Forming a gate electrode,
Forming a crystalline silicon film over the gate electrode through an insulating film;
An insulating film pattern comprising a first region overlapping the gate electrode and a second region protruding from the first region substantially perpendicular to the longitudinal direction of the gate electrode is formed above the crystalline silicon film. And
By adding one conductive impurity to the crystalline silicon film using the insulating film pattern as a mask, an impurity region divided into a plurality in the longitudinal direction of the gate electrode is formed,
Forming an interlayer insulating film on the plurality of divided impurity regions and the insulating film pattern;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a contact hole reaching each of the plurality of impurity regions divided in the interlayer insulating film.
8. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 4, wherein the crystalline silicon film is a single crystal thin film or a polycrystalline thin film.
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