JPH09153619A - 薄膜トランジスタ - Google Patents

薄膜トランジスタ

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JPH09153619A
JPH09153619A JP31206895A JP31206895A JPH09153619A JP H09153619 A JPH09153619 A JP H09153619A JP 31206895 A JP31206895 A JP 31206895A JP 31206895 A JP31206895 A JP 31206895A JP H09153619 A JPH09153619 A JP H09153619A
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JP
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region
regions
electrode
thin film
film transistor
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Application number
JP31206895A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Yamada
努 山田
Masashi Jinno
優志 神野
Kyoko Hirai
恭子 平井
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダブルゲート構造のpoly−SiTFTに
おいて、TFTサイズを縮小して開口率を上げる。 【解決手段】 LDD構造のダブルゲートTFTであっ
て、2つのチャンネル領域(11Na,11Nb)の間
を低濃度のLD領域(LDin)としている。これによ
り、リークOFF電流を抑えながら、トランジスタサイ
ズを小型化できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置(L
CD:Liquid Crystal Display)に搭載される薄膜トラ
ンジスタ(TFT:thin film transistor)に関し、特
に、チャンネル層を多結晶シリコン、即ち、poly−
Siにより形成し、これを用いて駆動回路部を基板上に
一体的に形成した駆動回路一体型を実現するpoly−
SiTFTに関する。
【0002】
【従来の技術】LCDは小型、薄型、低消費電力などの
利点があり、OA機器、AV機器などの分野で実用化が
進んでいる。特に、スイッチング素子として、TFTを
用いたアクティブマトリクス型は、原理的にデューティ
比100%のスタティック駆動をマルチプレクス的に行
うことができ、大画面、高精細な動画ディスプレイに使
用されている。
【0003】アクティブマトリクスLCDは、マトリク
ス状に配置された表示電極にTFTを接続形成した基板
(TFF基板)と共通電極を有する基板(対向基板)
が、液晶を挟んで貼り合わされた構成となっている。表
示電極と共通電極の対向部分は液晶を誘電層とした画素
容量となっており、TFTにより線順次に選択され、電
圧が印加される。画素容量に印加された電圧はTFTの
OFF抵抗により1フィールド期間保持させる。液晶は
電気光学的に異方性を有しており、画素容量により形成
された電界の強度に対応して光を変調する。
【0004】特に、TFTのチャンネル層として多結晶
シリコン(poly−Si)を用いることによって、マ
トリクス画素部と周辺駆動回路部を同一基板上に形成し
た駆動回路一体型のLCDが開発されている。一般に、
poly−Siは非晶質シリコン(a−Si)に比べて
移動度が高い。このため、TFTが小型化され、高精細
化が実現される。また、ゲートセルフアライン構造によ
る微細化、寄生容量の縮小による高速化が達成されるた
め、n−chTFTとp−chTFTの相補構造を形成
することにより、高速駆動回路を構成することができ
る。このように、駆動回路部を同一基板上にマトリクス
画素部と一体形成することにより、製造コストの削減、
LCDモジュールの小型化が実現される。
【0005】図6と図7に、このようなpoly−Si
TFTの構造を示す。図6は単位画素部の平面図であ
り、図7はそのB−B線に沿った断面図である。ここに
あげたのは、ゲートを2つ設けて、チャンネル端部にか
かる強電界を緩和して、リーク電流を抑えるとともに、
反転層の形成をセパレートとすることにより、閾値の変
動を防いだダブルゲート(WG)構造である。高耐熱性
の石英ガラスなどの基板(100)上に、島状にパター
ニングされたpoly−Si(101)、及び、これと
一体で電荷保持用の補助容量を形成する第1の補助容量
電極(101C)が形成されている。poly−Si
(101)及び第1の補助容量電極(101C)を覆う
全面には、SiO2などのゲート絶縁膜(102)が被
覆されている。ゲート絶縁膜(102)上には、ドープ
ドpoly−Siとシリサイドのポリサイド層からなる
2つのゲート電極(103Ga,103Gb)と、これ
らに一体のゲートライン(103L)が形成されてい
る。また、poly−Si(101)は、ゲート電極
(103Ga,103Gb)をマスクとしたセルフアラ
イン構造である。即ち、ゲート電極(103Ga,10
3Gb)の直下にp型あるいはn型に低濃度にドーピン
グされたチャンネル領域(101Na,101Nb)
と、これらチャンネル領域(101Na,101Nb)
の両側にチャンネル領域とは逆の導電型でn型あるいは
p型に低濃度にドーピングされたLD領域(101L
c,101Ld,101Le,101Lf)と、LD領
域(101Lc,101Lf)の更に外側にn型あるい
はp型に高濃度にドーピングされたドレイン・ソース領
域(101D,101S)と、2つのゲート電極(10
3Ga,103Gb)の間の領域、即ち、LD領域(1
01Ld,101Le)の間にはソース及びドレインと同
様、高濃度にドーピングされた共通領域(101B)の
各領域からなっている。第1の補助容量電極(101
C)はソース領域(101S)と一体になっている。こ
のように、ソース・ドレイン及び共通領域などの高濃度
領域(101S,101D)とチャンネル領域(101
Na,101Nb)の間に低濃度の領域(101Lc,
101Ld,101Le,101Lf)が介在されたチャ
ンネルの構造はLDD(lightly doped drain)と呼ば
れ、poly−SiTFTLCDにあっては、画素部の
リーク電流抑制、ドライバー部の信頼性の向上が達成さ
れる。一方、前記第1の補助容量電極(101C)に対
応するゲート絶縁膜(102)上にはゲート電極及びラ
イン(103)と同一層からなる第2の補助容量電極
(103C)が形成され、補助容量を形成している。こ
れらゲート電極(103Ga,103Gb)とそのライ
ン(103L)及び第2の補助容量電極(103C)を
覆う全面にはSiO2などの第1の層間絶縁膜(10
4)が被覆され、第1の層間絶縁膜(104)上には、
Alなどからなるドレイン電極(105)及びソース電
極(106)が設けられ、ゲート絶縁膜(102)及び
第1の層間絶縁膜(104)中に開口されたコンタクト
ホール(CT4,CT5)を介して各々ドレイン・ソー
ス領域(101D,101S)に接続されている。これ
ら、ドレイン・ソース電極(105,106)上には、
SiO2などの第2の層間絶縁膜(107)が形成され
る。第2の層間絶縁膜(107)上には液晶駆動用の表
示電極(108)がITOにより形成され、第2の層間
絶縁膜(107)に形成されたコンタクトホール(CT
6)を介してソース電極(106)に接続されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図7と図8に示した従
来例では、ゲート電極配線が増大するとともに、両ゲー
ト電極(103Ga,103Gb)間の領域は表示領域
にならないデッドゾーンであり、TFTの小型化にも関
わらず高開口率化を妨げていた。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を解決
するために成され、基板上に島状に形成された多結晶半
導体層と、ゲート絶縁膜を挟んで前記多結晶半導体層に
対向配置された第1及び第2のゲート電極と、前記多結
晶半導体層の両端に接続されたソース電極及びドレイン
電極と、を有する薄膜トランジスタにおいて、前記多結
晶半導体層は、前記第1及び第2のゲート電極直下領域
に各々ノンドープあるいは第1の導電型不純物を含有し
た第1及び第2のチャンネル領域が存在し、前記第1及
び第2のチャンネル領域のそれぞれの外側には、第2導
電型不純物を比較的低濃度に含有した第1及び第2のL
D領域、これら第1及び第2のLD領域の更に外側には
前記第2導電型不純物を比較的高濃度に含有し各々前記
ソース電極及びドレイン電極に接続するソース領域及び
ドレイン領域、及び、前記第1及び第2のチャンネル領
域の間には前記第2の導電型不純物を比較的低濃度に含
有した第3のLD領域を含んでいる構成である。
【0008】特に、前記第3のLD領域の濃度は、前記
第1及び第2のLD領域の濃度と同じで、かつ、その長
さは、前記第1及び第2のLD領域のいずれの長さより
も大きく、前記第1及び第2のLD領域の長さのいずれ
の2倍よりも小さい構成である。このように、本発明の
構成により、両方のチャンネル領域の間には、LD領域
があるのみであり、従来よりもトランジスタのサイズが
小さくなる。即ち、比較的高抵抗のLD領域を2つのチ
ャンネル間に介在させる構造により、チャンネル間の長
さが小さくても、比較的大きな抵抗が得られる。また、
2つのチャンネル領域の離間距離を小さくすることでO
N抵抗が低減される。従って、OFF中のリーク電流を
十分に小さくするとともに、十分なON電流が得られ、
かつ、有効表示領域の縮小が抑えられて開口率が向上す
る。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施形態に
かかる液晶表示装置の単位画素部の平面図であり、図2
はそのA−A線に沿った断面図である。石英基板(1
0)上に、多結晶シリコン(poly−Si)(11)
がTFT部に島状に形成されるとともに、これと一体で
画素部周縁部にも形成されて、第1の補助容量電極(1
1C)となっている。これらpoly−Si(11)島
層及び第1の補助容量電極(11C)上にはゲート絶縁
膜(12)が被覆されている。ゲート絶縁膜(12)上
にはゲートライン(13L)が形成され、poly−S
i(11)島層に対応する領域には、ゲートライン(1
3L)と一体で2つのゲート電極(13Ga,13G
b)が配され、これらゲート電極(13Ga,13G
b)をマスクとしたセルフアライン関係をもって2つの
チャンネル領域(11Na,11Nb)、2つのチャン
ネル領域(11Na,11Nb)の外側に、n型に低濃
度にドーピングされたLD領域(11Laout,11Lb
out)、更にその外側にはそれぞれ、n型に高濃度にド
ーピングされたソース領域(11S)及びドレイン領域
(11D)が形成されている。2つのチャンネル領域
(11Na,11Nb)の間には、LD領域(11La
out,11Lbout)と同様にn型に低濃度にドーピング
されたLD領域(11Lin)が形成されている。第1の
補助容量電極(11C)もまた、ソース及びドレイン領
域(11S,11D)と同様、n型に高濃度にドーピン
グされ低抵抗化されている。ゲート電極及びライン(1
3)は下層がポリシリコン、上層がタングステンなどの
シリサイドの積層構造からなるポリサイド層により形成
され、ゲート電極(13Ga,13Gb)は、ゲートラ
イン(13L)の延長方向から突出された形状でゲート
ライン(13L)と同一層により形成されている。ゲー
ト絶縁膜(12)を挟んだ第1の補助容量電極(11
C)上には、ゲート電極及びライン(13)と同一層の
ポリサイドからなる第2の補助容量電極(13C)が形
成され、電荷保持用の補助容量が形成されている。これ
らゲート電極(13Ga,13Gb)、ゲートライン
(13L)及び第2の補助容量電極(13C)上には、
SiO2/BPSG/SiO2の平坦化絶縁層からなる第
1の層間絶縁膜(14)が全面に被覆され、ドレイン領
域(11D)及びソース領域(11S)上には第1の層
間絶縁膜(14)とゲート絶縁膜(12)に中にコンタ
クトホール(CT1,CT2)が形成され、各々のコン
タクトホール(CT1,CT2)を介して、それぞれ、
ドレイン電極(15)及びソース電極(16)が接続形
成されている。
【0010】画素部では、これらドレイン及びソース電
極(15,16)を覆う全面は、SiO2/SOG/S
iO2の平坦化絶縁膜からなる第2の層間絶縁膜(1
7)が形成され、ソース電極(16)上にはコンタクト
ホール(CT3)が開口されている。第2の層間絶縁膜
(17)上には、ITOからなる表示電極(18)が形
成され、コンタクトホール(CT3)を介してソース電
極(16)に接続されている。
【0011】次に、図1及び図2に示した液晶表示装置
の製造方法を説明する。まず、耐熱性の石英からなる基
板(10)上に、ジシランSi2H6を材料ガスとしたC
VDによりアモルファスシリコン(a−Si)を積層す
る。このa−Siを600℃の固相成長法、あるいは、
1050℃のO2アニールにより多結晶化し、ポリシリ
コン(poly−Si)(11)とする。これを、反応
性イオンエッチ、即ち、RIE(reactive ion etch)
によりエッチングしてTFT部の島層及び第1の補助容
量電極(11C)を形成する。これらpoly−Si
(11)層をボロンなどのp型不純物をイオン注入によ
り低濃度にドーピングした後、これらの上に、880℃
の減圧CVDにより、SiO2のゲート絶縁膜(12)
を1000Åの厚さに形成し、高温アニールを行う。T
FT部上にレジストを被覆して、燐などのn型不純物の
イオン注入を行い、第1の補助容量電極(11C)を低
抵抗化する。この上に、SiH4を材料ガスとした67
0℃の高温CVDによりpoly−Siを積層して、P
OCl3拡散により燐をドーピングして低抵抗化した
後、タングステンシリサイド(WSi)をスパッタリン
グする。これらpoly−SiとWSiのポリサイド層
をRIEによりエッチングして、ゲートライン(13
L)とこれに一体のゲート電極(13Ga,13G
b)、及び、第2の補助容量電極(13C)を形成す
る。このゲート電極(13Ga,13Gb)をマスクに
燐の第1回のイオン注入を低ドーズ量で行うことによ
り、ソース及びドレイン領域(11S,11D)とLD
領域(11Lin,11Laout,11Lbout)となる領
域を低濃度にドーピングするとともに、ゲート電極(1
3Ga,13Gb)の直下をチャンネル領域(11N)
としてp型に残す。続いて、ゲート電極(13Ga,1
3Gb)及びこれらの間の領域を覆って、チャンネル長
方向の両外側に1〜2μmはみ出すサイズのレジストを
被覆してこれをマスクに燐の第2回のイオン注入を高ド
ーズ量で行う。これにより、チャンネル領域(11N
a,11Nb)の両側に、低濃度のLD領域(11La
out,11Lbout)を挟んで高濃度のソース及びドレイ
ン領域(11S,11D)が形成されるとともに、2つ
のチャンネル領域(11Na,11Nb)の間には、低
濃度のLD領域(11Lin)が残される。次に、平坦化
された第1の層間絶縁膜(14)として、まず、CVD
によりSiO2膜を1000Å、及び、BPSG、即
ち、ボロンと燐を含んだSiO2を5000Åの厚さに
積層し、900℃で加熱することにより、BPSGを平
坦化した後、更に、SiO2を3200Åの厚さに形成
する。そして、RIEにより、ドレイン領域(11D)
及びソース領域(11S)上の第1の層間絶縁膜(1
4)及びゲート絶縁膜(12)を除去して、コンタクト
ホール(CT1,CT2)を形成する。そして、ソース
・ドレイン電極材料としてTi/AlSiの2層メタル
をスパッタリングにより、7000Å程度積層する。こ
れをRIEによりエッチングして、ドレイン領域(11
D)に接続するドレイン電極(15)とソース領域(1
1S)に接続するソース電極(16)とを形成する。こ
れらドレイン電極(15)及びソース電極(16)を覆
う全面には、第2の層間絶縁膜(17)として、CVD
によりSiO2膜を2000Å、平坦化のためのSOG
膜を6000Å、更に、SiO2膜を3000Åの厚さ
に形成している。そして、RIEによりソース電極(1
6)上の第2の層間絶縁膜(17)を除去し、コンタク
トホール(CT3)を形成する。そして、ITOのスパ
ッタリングとRIEにより、表示電極(18)を形成す
るとともに、これをコンタクトホール(CT3)を介し
てソース電極(16)へ接続する。
【0012】図3に、チャンネル領域の外側のLD領域
(11Laout,11Lbout)の長さLDoutとチャン
ネル領域の内側のLD領域(11Lin)の長さとのLD
inの比LDin/LDoutに対するOFF電流値を規格化
単位により示した。図中、◆点は、ゲートへの印加電圧
が−16Vで、ドレインへの印加電圧が−12Vの時、
●点は、ゲートへの印加電圧が−4Vで、ドレインへの
印加電圧が+16Vの時の各測定値である。また、同図
には、比較例として、図6及び図7に示した従来のWG
構造において、チャンネル領域の内側において、高濃度
の共通領域(101B)が5μmの長さで存在する場合
の同様のOFF電流値も、それぞれ◇、○により示し
た。この図より、チャンネル領域間に高濃度の共通領域
(101B)が存在せず、かつ、低濃度領域(11Li
n)と(11Laout,11Lbout)の長さの比LDin
/LDoutが、1.0、1.5、2.0の各場合におい
て、従来と変わらないOFF電流の値が得られているこ
とが分かる。特に、LDin/LDout値が1.0及び
1.5の時は、十分に低い値が得られている。
【0013】また、図4に、LD領域(11Lin,11
Laout,11Lbout)の合計長に対するON電流の測
定値の広がりとその平均を黒点により規格化単位により
示した。また図5には、LD領域(11Lin,11La
out,11Lbout)の合計長に対する相互コンダクタン
スを同様に示した。いずれの図でも、比較例として、図
6及び図7に示した従来構造における共通領域(101
B)、即ち、高濃度の領域を介在させた場合の同様の測
定結果を白点により示した。これらの図を見ると、ON
電流及び相互コンダクタンスのいずれも高い値を示すの
はLD領域(11Lin,11Laout,11Lbout)の
全長が2μm及び4μmの場合である。この時、従来と
変わらない高い値が得られている。
【0014】この時、図3を参照しながら、マスクアラ
インメントの精度、及び、燐の横方向拡散も考慮に入れ
ると、LDin/LDoutの値は、1以上、2以下が望ま
しい。つまり、チャンネル端の強電界を緩和してOFF
電流を抑制するためには、LDout値は1μm以上は必
要であるが、図4及び図5よりLD領域の合計長が大き
くなるほどON電流は低下する。また、LDin値を1μ
m以下とすることは、ON電流の点で好ましくない。即
ち、両チャンネル領域(11Na,11Nb)が近づき
すぎると、両方のチャンネルが1つに合わさって、チャ
ンネル長の大きなシングルゲート(SG)構造のTFT
の特性に近づき、相互コンダクタンスや閾値が変動して
まう。従って、LDout値を1〜1.5μmとし、内側
のLDin値のを1〜2μmの間で設計し、LD領域(1
1Lin,11Laout,11bLout)の全長を4μm以
下とするのが望ましい。即ち、本発明では、OFF電流
を抑えるために、WG構造における2つのチャンネル領
域(11Na,11Nb)間を、ソース、ドレインなど
に対して比較的高抵抗のLD領域(11Lin)としてい
る。そして、このLD領域(11Lin)長を短くするこ
とで、WGTFTのサイズを小さくして開口率を高める
とともに、ON電流の低下を抑えている。
【0015】
【発明の効果】以上の説明から明らかな如く、本発明に
より、OFF電流を抑えたpoly−SiTFTのダブ
ルゲート構造において、2つのチャンネル間を低濃度に
ドーピングされたLD領域とすることで、OFF電流を
抑えながら、2つのチャンネル間の離間距離を小さくす
ることができる。また、チャンネル間の離間距離を小さ
くすることで、ON抵抗が低下する。従って、ON/O
FF比を保ちながらTFTのサイズを縮小することがで
きるため、開口率が上昇する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかる液晶表示装置の単位
画素部の平面図である。
【図2】図1のA−A線に沿った断面図である。
【図3】本発明の作用効果を示す特性図である。
【図4】本発明の作用効果を示す特性図である。
【図5】本発明の作用効果を示す特性図である。
【図6】従来の液晶表示装置の単位画素部の平面図であ
る。
【図7】図6のB−B線に沿った断面図である。
【符号の説明】
10 基板 11 poly−Si 12 ゲート絶縁膜 13 ゲート電極配線 14 第1の層間絶縁膜 15 ドレイン電極配線 16 ソース電極 17 第2の層間絶縁膜 18 表示電極 CT1,CT2,CT3 コンタクトホール

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に島状に形成された多結晶半導体
    層と、ゲート絶縁膜を挟んで前記多結晶半導体層に対向
    配置された第1及び第2のゲート電極と、前記多結晶半
    導体層の両端に接続されたソース電極及びドレイン電極
    と、を有する薄膜トランジスタにおいて、 前記多結晶半導体層は、前記第1及び第2のゲート電極
    直下領域で各々ノンドープあるいは第1の導電型不純物
    を含有した第1及び第2のチャンネル領域、前記第1及
    び第2のチャンネル領域のそれぞれの外側で第2の導電
    型不純物を比較的低濃度に含有した第1及び第2のLD
    領域、これら第1及び第2のLD領域の更に外側に位置
    し前記第2の導電型不純物を比較的高濃度に含有し各々
    前記ソース電極及びドレイン電極に接続するソース領域
    及びドレイン領域、及び、前記第1及び第2のチャンネ
    ル領域の間には前記第2の導電型不純物を比較的低濃度
    に含有した第3のLD領域を含んでいることを特徴とす
    る薄膜トランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記第3のLD領域の濃度は、前記第1
    及び第2のLD領域の濃度と同じであることを特徴とす
    る請求項1記載の薄膜トランジスタ。
  3. 【請求項3】 前記第3のLD領域の長さは、前記第1
    及び第2のLD領域のいずれの長さよりも大きく、か
    つ、前記第1及び第2のLD領域の長さのいずれの2倍
    よりも小さいことを特徴とする請求項2記載の薄膜トラ
    ンジスタ。
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