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JP2004247536A - Device provided with thin film transistor and its manufacturing method - Google Patents

Device provided with thin film transistor and its manufacturing method Download PDF

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JP2004247536A
JP2004247536A JP2003036236A JP2003036236A JP2004247536A JP 2004247536 A JP2004247536 A JP 2004247536A JP 2003036236 A JP2003036236 A JP 2003036236A JP 2003036236 A JP2003036236 A JP 2003036236A JP 2004247536 A JP2004247536 A JP 2004247536A
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thin film
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  • Thin Film Transistor (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve current driving force and long-term reliability while reducing an off-leak current in a device provided with a thin film transistor. <P>SOLUTION: At least one thin film transistor comprises a semiconductor layer having a low concentration impurity area 16 held between a channel area 12 and at least one of a source/drain area 15, and comprises also a 1st gate electrode 14a formed on a 1st insulating layer 13 on the semiconductor layer, a 2nd insulating layer 17 formed on the 1st gate electrode 14a, a source/drain electrode 19 respectively electrically connected to both of the source/drain area 15 on the 2nd insulating layer 17, and a 2nd gate electrode 14b electrically connected to the 1st gate electrode 14a on the 2nd insulating layer 17. At least a part of an area which is not superposed to the 1st gate electrode 14a out of the 2nd gate electrode 14b is superposed at least to a part of the low concentration impurity area 16. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタを備えた装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置は、軽量、薄型及び低消費電力などの利点から広く利用されている。特に、アクティブマトリクス型液晶表示装置を用いると、パッシブマトリクス型液晶表示装置と比べて、画素数を増大させることができ、またコントラストも改善されるので、高品位な表示が可能になる。
【0003】
アクティブマトリクス型液晶表示装置では、各画素毎に薄膜トランジスタ(以下、「TFT」と称することがある)などのスイッチング素子を備えている。本明細書において、スイッチング素子が形成されている基板を「アクティブマトリクス基板」ということにする。典型的なアクティブマトリクス液晶表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板とこれらの間に設けられた液晶層とを備える。アクティブマトリクス基板には、画像表示の一単位となる画素毎に画素電極が設けられ、各画素電極は、それぞれの画素電極に対応して配置されたスイッチング素子に接続されている。各画素電極に接続されたスイッチング素子のオン・オフを制御することによって、画素電極と、対向基板に形成された対向電極とによって液晶層に電圧を印加し、液晶層の配向状態を変化させることによって表示を行う。
【0004】
アクティブマトリクス型液晶表示装置のスイッチング素子として、従来から、アモルファスシリコン薄膜を用いたTFTが広く用いられているが、最近では結晶質シリコン薄膜(ポリシリコン薄膜)を用いたTFTも注目されている。結晶質シリコン膜の電界効果移動度は、アモルファスシリコン薄膜の電界効果移動度よりも高いので、ポリシリコン薄膜を用いて種々の機能回路を形成することが可能である。例えば、ポリシリコン薄膜を用いると、画素用TFTのみでなく、高速動作が要求される駆動回路用TFTも形成できる。
【0005】
TFTを用いて種々の機能回路を形成するために、TFTに要求される主な特性は、電流駆動力が大きいこと、オフリーク電流が小さいこと、かつ長期信性が高いことである。ここで、TFTの長期信頼性を阻害する要因の一つに、ホットキャリアによる劣化があげられる。「ホットキャリアによる劣化」とは、ドレイン近傍の電界集中によって生じたホットキャリアの一部がゲート絶縁膜の中に注入されたり、シリコン膜中に欠陥準位が形成されることによって、トランジスタの特性が変動することをいう。
【0006】
従来のシングルドレイン構造を有するNチャンネルTFTは、電流駆動力が比較的大きい。また、単純な構造であるため製造工程数が少ないので、低コストで製造できるといった利点もある。一方、ホットキャリアによる劣化が生じやすいので、長期信頼性を確保するためには、駆動電圧を数ボルトの低電圧に制限しなければならない。その上、オフリーク電流が大きいといった問題もある。
【0007】
これらの問題を解決するTFTの構造として、TFTのチャネル領域とソース領域・ドレイン領域との間の少なくとも一方に低濃度不純物領域(Lightly Doped Drain、以下「LDD領域」と略すことがある)を形成した構造が知られている。このような構造は、「LDD構造」と称されている。LDD領域によって、ドレイン近傍の電界集中を緩和することができるので、上記シングルドレイン構造のTFTと比べて、ホットキャリア劣化耐性(すなわち長期信頼性)及びオフリーク電流を改善できる。一方、LDD領域が抵抗となるので、上記シングルドレイン構造のTFTと比べて、電流駆動力は低下する。
【0008】
ホットキャリア劣化耐性をより高めるためにLDD領域の不純物濃度を低くすると、LDD領域の抵抗が高くなるのでTFTの電流駆動力はさらに低下する。逆に、電流駆動力を増大させるためにLDD領域の不純物濃度を高くすると、電界集中が充分に緩和されず、ホットキャリア劣化耐性が小さくなる。従って、LDD構造のTFTでは、ホットキャリア劣化耐性を高めることによって長期信頼性を向上させつつ、電流駆動力を増大させることは困難である。
【0009】
この問題を解決するためのTFT構造として、ゲート電極がLDD領域をオーバーラップする構造が知られている。このような構造は、「GOLD(Gate−drain Overlapped LDD)構造」と称されている。GOLD構造を有するTFTでは、ゲート電極に電圧を印加すると、ゲート電極とオーバーラップしたLDD領域でキャリアとなる電子が蓄積する。よって、LDD領域の不純物濃度を高めることなく、LDD領域の抵抗を小さくすることができるので、TFTの電流駆動力の低下を抑えると同時に、ホットキャリア劣化耐性、すなわち長期信頼性を高めることができる。
【0010】
しかしながら、GOLD構造のTFTは、前述したLDD構造(ゲート電極とLDD領域とはオーバーラップしていない構造)のTFTと比べると、オフリーク電流が大きくなるという欠点がある。これは、TFTのオフの時においても、ゲート電極とオーバーラップしたLDD領域に反転層が形成されるためであると考えられている。また、GOLD構造では、ゲート電極とLDD領域とをオーバーラップさせるため、いわゆるゲート/ドレイン重なり容量が生じる。その結果、ゲート容量を大きくすることが必要となる。ゲート容量が大きくなると、このTFTを含む回路における動作時の負荷容量が増大することから、回路動作に悪影響を及ぼす可能性もある。この悪影響は、特にTFTのチャネル長が短い場合に顕著である。
【0011】
以上のように従来の各TFT構造はそれぞれ長所及び短所を有しており、いずれの構造を有するTFTでも、高電流駆動力、低オフリーク電流特性及び長期信頼性の確保の全ての要求を満足することは難しい。そこで、異なる構造を有するTFTを組み合せることによって、所望の回路特性を得るといった試みも行われている。しかし、同一基板の上に異なる構造を有するTFTを形成するため、製造プロセスは複雑になる。
【0012】
これに対し、TFT特性の改善を目的として、特許文献1〜3には、ゲート電極を主ゲート電極とサブゲート電極との二層構造とするTFT構造が提案されている。
【0013】
特許文献1には、ゲート電極の上方またはチャネル領域の下方の少なくとも一方に、絶縁膜を隔ててサブゲート電極が形成されたトップゲート型のTFT構造が記載されている。この構造では、ドレインとチャネル領域との間にオフセット領域が設けられており、このオフセット領域はサブゲート電極とオーバーラップしている。サブゲート電極にドレイン電圧と同程度の負の電圧を印加することによって、オフリーク電流の抑制を達成している。
【0014】
特許文献2及び特許文献3は、主ゲート電極上に、絶縁膜を介して、主ゲート電極と同電位のサブゲート電極が設けられた構造を開示している。サブゲート電極は、主ゲート電極端に位置するオフセット領域あるいはLDD領域をオーバーラップしているので、GOLD構造と類似の効果、すなわち高い電流駆動力が得られる。また、サブゲート電極は、主ゲート電極上に絶縁膜を介して設けられているので、LDD領域上の絶縁膜の厚さはチャネル部上のゲート絶縁膜の厚さに比べて大きい。そのため、オフリーク電流を抑制できるというLDD構造と類似の効果が得られる。
【0015】
【特許文献1】
特開平5−90586号公報
【特許文献2】
特開平6−13407号公報
【特許文献3】
特開平6−310724号公報
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような構造を有するTFTにおいても以下のような種々の問題がある。
【0017】
特許文献1のTFT構造は、サブゲート電極をドレイン電圧と同電位にしない場合には4端子構造となるので、回路における配線の引き回しが複雑になる。また、サブゲート電極をドレインと同電位にすると、トランジスタの静特性としての電流駆動力は増大するが、回路動作時にはドレイン電圧が変動するため、ドレイン電圧が低下した線形領域においては、電流駆動力が大きく低下する。
特許文献2及び特許文献3に開示されたTFT構造では、サブゲート電極は、主ゲート電極ともソース/ドレイン電極とも異なる第3の電極層で形成される。そのため、これらの特許文献に開示された構造を有するTFTの製造工程は、サブゲート電極を有さない構造のTFTの製造工程よりも複雑になる。また、特許文献2のTFT構造では、LDD領域をセルフアラインで形成できない。そのため、最低限のLDD長(LDD領域のチャネル方向の長さ)を確保するために、フォトリソグラフィ工程のマスクアライメント精度を考慮して、必要最低限のLDD長よりも長いLDD長を有するLDD領域を形成する必要がある。その結果、ゲート/ドレイン重なり容量が増大するので、回路動作に悪影響を及ぼす可能性がある。
【0018】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、薄膜トランジスタを備えた装置において、薄膜トランジスタの電流駆動力、低オフリーク電流特性及び長期信頼性を向上させることである。また、そのような装置を、製造プロセスを複雑化させることなく、簡便に製造できる方法を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明による装置は、複数の薄膜トランジスタを備えた装置であって、前記複数の薄膜トランジスタの少なくとも一つは、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する半導体層であって、前記チャネル領域と前記ソース領域または前記ドレイン領域の少なくとも一方とに挟まれ、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度不純物領域を有する半導体層と、前記半導体層の上に形成された第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層の上に設けられた第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極の上に形成された第2の絶縁層と、前記第2の絶縁層上に設けられた導電層から形成され、前記ソース領域及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、前記第2の絶縁層上に設けられた導電層から形成され、前記第1のゲート電極と電気的に接続された第2のゲート電極とを有し、前記第2のゲート電極のうち前記第1のゲート電極と重なっていない領域の少なくとも一部と前記低濃度不純物領域の少なくとも一部とが重なっていることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【0020】
ある好ましい実施形態において、前記低濃度不純物領域は前記第1のゲート電極に対して自己整合的に形成されている。
【0021】
ある好ましい実施形態において、前記第2のゲート電極のうち前記第1のゲート電極と重なっていない領域と、前記低濃度不純物領域とが重なっている部分の面積が、前記低濃度不純物領域の面積の1/4以上4/5以下である。
【0022】
ある好ましい実施形態において、前記第2の絶縁層のうち前記第2のゲート電極が設けられている部分の厚さは、前記第2の絶縁層のうち前記ソース電極または前記ドレイン電極が設けられている部分の厚さよりも小さい。
【0023】
前記複数の薄膜トランジスタは前記少なくとも一つの薄膜トランジスタと異なる他の薄膜トランジスタを含んでおり、前記少なくとも一つの薄膜トランジスタと前記他の薄膜トランジスタとは同一の支持体の上に形成されており、前記他の薄膜トランジスタのゲート電極は、前記少なくとも一つの薄膜トランジスタの前記第2の絶縁層の下に設けられていてもよい。
【0024】
本発明の製造方法は、薄膜トランジスタを備えた装置の製造方法であって、(a)半導体層の上に第1の絶縁層を形成する工程と、(b)前記第1の絶縁層の上に第1のゲート電極を設ける工程と、(c)前記半導体層にソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度不純物領域とをそれぞれ形成する工程と、(d)前記第1のゲート電極の上に第2の絶縁層を形成する工程と、(e)前記第2の絶縁層に、前記第1のゲート電極、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のそれぞれの表面に達する第1、第2及び第3コンタクトホールをそれぞれ形成する工程と、(f)前記第1、第2及び第3コンタクトホールの内部と前記第2の絶縁層の上とに導電層を設ける工程と、(g)前記導電層から、前記ソース領域及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、前記第1のゲート電極と電気的に接続された第2のゲート電極とをそれぞれ形成する工程であって、前記第2のゲート電極のうち前記第1のゲート電極と重なっていない領域の少なくとも一部を、前記低濃度不純物領域の少なくとも一部と重なるようにする工程とを包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【0025】
ある好ましい実施形態において、前記工程(c)は、前記第1のゲート電極をマスクとして、前記半導体層に不純物をドープすることにより、前記低濃度不純物領域を形成する工程を含む。
【0026】
前記工程(c)は、(c−1)前記第1のゲート電極をマスクとして、前記半導体層に第1のドーズ量で不純物をドープする工程と、(c−2)前記第1の絶縁層の一部をフォトレジストで覆い、前記第1のゲート電極及び前記フォトレジストをマスクとして、前記半導体層に第2のドーズ量で不純物をドープする工程であって、前記第2のドーズ量は前記第1のドーズ量より高い工程とを包含してもよい。
【0027】
前記工程(b)は、前記第1のゲート電極の一部を構成する第1電極層を形成する工程と、前記第1電極層の上に、前記第1のゲート電極の他の一部を構成する第2電極層を形成する工程であって、前記第2電極層は前記第1電極層のチャネル方向の幅よりも小さいチャネル方向の幅を有する工程とを含んでおり、前記工程(c−1)は、前記半導体層の前記第1電極層に覆われた領域のうち前記第2電極層に覆われていない領域に不純物をドープすることを含んでもよい。
【0028】
前記工程(b)は、前記半導体層の上に第1形状を有する第1のゲート電極を設ける工程であり、前記工程(c)は、(c1)前記第1形状を有する第1のゲート電極をマスクとして、前記半導体層に第3のドーズ量で不純物をドープする工程と、(c2)前記第1形状を有する第1のゲート電極をエッチングすることにより、第2形状を有する第1のゲート電極を形成する工程であって、前記第2形状を有する第1のゲート電極のチャネル方向の幅は前記第1形状を有する第1のゲート電極のチャネル方向の幅よりも小さい工程と、(c3)前記第2形状を有する第1のゲート電極をマスクとして、前記半導体層に第4のドーズ量で不純物をドープする工程であって、前記第4のドーズ量は前記第3のドーズ量よりも低い工程とを包含してもよい。
【0029】
前記工程(d)は、(d−1)前記第1のゲート電極の上に、前記第2の絶縁層の一部を構成する第1層を形成する工程と、(d−2)前記第1層の上に前記第2の絶縁層の他の一部を構成する前記第2層を形成する工程とを包含することが好ましい。
【0030】
前記工程(d−2)において、前記第2層は前記第1層の一部の領域を覆って形成され、前記工程(g)において、前記ソース電極及びドレイン電極は、第2及び第3のコンタクトホールの内部と前記第2層の上に形成された導電層から形成され、前記ゲート電極は、第1のコンタクトホールの内部と前記第1層の上に形成された導電層から形成されてもよい。
【0031】
本発明の製造方法は、第1の薄膜トランジスタと第2の薄膜トランジスタとを備えた装置の製造方法であって、(a)前記第1の薄膜トランジスタが形成される第1トランジスタ形成領域及び前記第2の薄膜トランジスタが形成される第2トランジスタ形成領域のそれぞれに、半導体層の上に第1の絶縁層を形成する工程と、(b)前記第1の絶縁層の上に第1のゲート電極を設ける工程と、(c)前記半導体層にソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度不純物領域とをそれぞれ形成する工程と、(d)前記第1のゲート電極の上に第2の絶縁層を形成する工程と、(e)前記第1トランジスタ形成領域では、前記第2の絶縁層に、前記第1のゲート電極、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のそれぞれの表面に達する第1、第2及び第3コンタクトホールをそれぞれ形成し、前記第2トランジスタ形成領域では、前記第2の絶縁層に、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のそれぞれの表面に達する第2及び第3コンタクトホールをそれぞれ形成する工程と、(f)前記第1、第2及び第3コンタクトホールの内部と前記第2の絶縁層の上とに導電層を設ける工程と、(g1)前記第1トランジスタ形成領域では、前記導電層から、前記ソース領域及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、前記第1のゲート電極と電気的に接続された第2のゲート電極とをそれぞれ形成する工程であって、前記第2のゲート電極のうち前記第1のゲート電極と重なっていない領域の少なくとも一部を、前記低濃度不純物領域の少なくとも一部と重なるようにする工程と(g2)前記第2トランジスタ形成領域では、前記導電層から、前記ソース領域及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極をそれぞれ形成する工程とを包含することを特徴とし、そのことによって上記目的が達成される。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明による薄膜トランジスタを備えた装置の実施形態を説明する。本明細書では、「薄膜トランジスタを備えた装置」は、アクティブマトリクス基板等の半導体装置や、液晶表示装置、有機EL表示装置等を広く含むものとする。
【0033】
本発明のそれぞれの実施形態の装置は、複数の薄膜トランジスタを備えている。図1〜4は、各実施形態の装置における薄膜トランジスタの製造工程及び構造を説明する模式的な断面図である。なお、各実施形態の装置は、図1〜4に示す薄膜トランジスタを少なくとも一つ備えていれば良い。図1〜4に示されている薄膜トランジスタは1個ずつであるが、図示した方法により、同一支持体上に複数個の薄膜トランジスタを同時に形成することができる。
【0034】
(第1の実施形態)
本実施形態の装置は、図1(d)に示すNチャネル型薄膜トランジスタ1を備えている。この薄膜トランジスタ1は、絶縁性の表面を有する基板11に支持された半導体層を有している。半導体層には、チャネル領域12と、ソース領域及びドレイン領域15と、ソース領域及びドレイン領域15の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有するLDD領域(低濃度不純物領域)16とが形成されている。本実施形態では、LDD領域16はチャネル領域12とドレイン領域15との間に形成されている。なお、薄膜トランジスタ1のソース側とドレイン側とを入れ替えて用いることがある場合には、チャネル領域12と、ソース領域及びドレイン領域15との間にそれぞれLDD領域16を設けることが好ましい。薄膜トランジスタ1のソース側とドレイン側とを入れ替えない場合は、チャネル領域12とドレイン領域15との間にのみLDD領域16を形成すると、電流駆動力の低下を抑える上で好ましい。
【0035】
半導体層の上には、ゲート絶縁膜13を介して主ゲート電極14aが設けられている。主ゲート電極14aは絶縁層で覆われている。絶縁層は、例えば二層構造を有する層間絶縁膜17(第1及び第2層間絶縁膜17a及び17b)である。この層間絶縁膜17は単層構造を有していても良いし、二層以上の多層構造を有していても良い。第1及び第2層間絶縁膜17a及び17bには、半導体層のソース領域及びドレイン領域15並びに主ゲート電極14aにそれぞれ達するコンタクトホール18s、18d、18gが形成されている。なお、第1及び第2層間絶縁膜17a及び17bの厚さを調整したり、部分的に積層することによって、サブゲート電極14bが設けられる部分の厚さを、ソース電極またはドレイン電極19が設けられる部分の厚さよりも小さくすることもできる。
【0036】
第2層間絶縁膜17bの上(コンタクトホール18s、18d、18gの内部も含む)に形成された導電層から、ソース電極及びドレイン電極19と、サブゲート電極14bとがそれぞれ形成されている。従って、ソース電極及びドレイン電極19は、半導体層のソース領域及びドレイン領域15とそれぞれ電気的に接続されており、サブゲート電極14bは主ゲート電極14aと電気的に接続されている。また、サブゲート電極14bのうち主ゲート電極14aと重なっていない領域の少なくとも一部と、LDD領域16の少なくとも一部とが重なっている。
【0037】
次に、図1(a)〜図1(d)を参照しながら、薄膜トランジスタ1の製造方法を説明する。
【0038】
まず、基板11を用意する。基板11は、薄膜トランジスタ1が形成される表面が絶縁性表面であればよく、石英基板、ガラス基板以外に表面が絶縁層で覆われたSi基板や金属基板でもよい。本実施形態では、基板11として、ガラス基板上に可動イオン防止膜としてのSiN膜、そしてSiN膜上に応力緩和層としてのSiO膜をCVD法またはスパッタ法で形成したものを用いる。SiN膜及びSiO膜のそれぞれの膜厚は、例えば50nm以上100nm以下である。
【0039】
次に、基板11の上に半導体層を形成する。半導体層は、例えば40nm以上100nm以下の結晶質シリコン膜である。結晶質シリコン膜は、以下の方法によって作製することができる。まず、CVD法で基板11上に非晶質シリコン膜を堆積させる。この後、レーザー光を照射することにより非晶質シリコン膜を結晶化させる。レーザー光としては、パルス発振型または連続発振型のエキシマレーザー光が望ましいが、連続発振型のアルゴンレーザー光でも良い。また、結晶化を助長するための触媒元素、たとえばNi等を非晶質シリコン膜表面に付着させた後、熱処理(例えばレーザー照射)により非晶質シリコン膜を結晶化させておいてもよい。
【0040】
結晶質シリコン膜の上に、例えば100nmのSiO膜からなるゲート絶縁膜13を化学気相成長法(CVD法)等によって形成する。この後、ゲート絶縁膜13の上に、主ゲート電極14aを形成する。主ゲート電極14aの形成は、例えば、スパッタ法によりタングステン(W)膜を形成した後、W膜上にフォトレジストを形成し、フォトレジストをマスクとしてW膜をエッチングすることによって行うことができる。なお、主ゲート電極14aを形成する前に、トランジスタのしきい値電圧を調整するためのチャネルドープを行ってもよい。また、主ゲート電極は、W膜等を用いて形成された一層からなっていてもよいし、例えばTaN膜、W膜を積層することによって形成された二層以上の積層構造を有していてもよい。
【0041】
次に、図1(a)に示すように、主ゲート電極14aをマスクとして、半導体層に不純物(例えばリン)をドーピングする。これによって、半導体層のうち主ゲート電極14aと重ならない領域に、LDD領域16が形成される。リンイオンを注入するときの加速電圧が50kVの場合、リンのドーズ量は1×1013atoms/cm以上8×1013atoms/cm以下であることが好ましい。半導体層のうち主ゲート電極14aと重なる領域はチャネル領域12となる。従って、チャネル領域12のチャネル方向の長さ(チャネル長)は、主ゲート電極14aのチャネル方向の長さとほぼ等しくなる。主ゲート電極14aのチャネル方向の長さ及びチャネル領域のチャネル長は、例えば4μmである。
【0042】
この後、図1(b)に示すように、例えばフォトリソグラフィ法によりフォトレジスト10を形成する。このフォトレジスト10をマスクとして、リン等の不純物をドーピングすることにより、半導体層のうちフォトレジスト10と重ならない領域にソース領域及びドレイン領域15を形成する。リンイオンを注入するときの加速電圧を50kVとする場合、リンのドーズ量は1×1015atoms/cm以上8×1015atoms/cm以下であることが好ましい。一方、半導体層のうちフォトレジスト10と重なる領域は、LDD領域16のまま残る。従って、LDD領域16のチャネル方向の長さは、フォトレジスト10のチャネル方向の長さによって決まる。LDD領域16の最適なチャネル方向の長さは、使用する電源電圧及び写真製版時の位置合せ精度により異なる。本実施形態では、チャネル領域とドレイン領域との間に、チャネル方向の長さが2μmのLDD領域16を形成する。なお、前述したように、LDD領域16は、チャネル領域の両側(ソース側とドレイン側)に形成してもよいし、本実施形態のようにドレイン側にのみ形成してもよい。
【0043】
次に、図1(c)に示すように、主ゲート電極14aを覆うように層間絶縁膜17を形成した後、層間絶縁膜17にコンタクトホール18s、18d、18gを形成する。層間絶縁膜17は、SiN膜からなる第1層間絶縁膜17aと、第1層間絶縁膜17a上に形成されたSiO膜からなる第2層間絶縁膜17bとを有することが好ましい。このような層間絶縁膜が好ましい理由は以下のとおりである。第1層間絶縁膜17aのSiN膜は、成膜時に水素含有量を多くすることにより、その後の熱処理で結晶質Si膜の結晶欠陥部を水素終端することが可能となるので有利である。しかしながら、SiN膜のみで層間絶縁膜17を構成すると、SiN膜の比誘電率はSiOの約2倍と大きいので、層間絶縁膜を挟んだ電極間の容量が大きくなり、その結果TFTを含む回路動作の負荷が大きくなる。また、SiN膜のみからなる層間絶縁膜17では、主ゲート電極14aの段差を平坦化することにより、その上に形成される電極の断線等を防ぐことが困難となる。従って、図示するように、SiN膜の第1層間絶縁膜17aの上に、SiO膜の第2層間絶縁膜17bを形成することによって、電極間の容量を低減するとともに、層間絶縁膜17上面を平坦にすることができる。第1層間絶縁膜17a及び第2層間絶縁膜の膜厚は、例えばそれぞれ300nm、700nmである。なお、層間絶縁膜17の構造はこれに限定されず、例えばSiO膜の単層構造としてもよい。この場合は、SiO膜を形成した後、3〜100%の水素雰囲気中で熱処理を行うことによって、結晶質Si膜の結晶欠陥部を水素終端することができる。層間絶縁膜17を形成した後、例えばフォトリソグラフィ法及びエッチング法により、主ゲート電極14a、ソース領域及びドレイン領域15にそれぞれ達するコンタクトホール18g、18s、18dを形成する。
【0044】
続いて、層間絶縁膜17の上(コンタクトホール18s、18d、18gの内部を含む)に、例えばスパッタ法で導電膜を形成する。この導電膜から、フォトリソグラフィ法及びエッチング法等により、所望の形状のソース電極及びドレイン電極19を形成すると同時にサブゲート電極14bを形成する(図1(d))。本実施形態では、導電膜として、上層からTiN/Al/TiN/Tiの積層膜を形成した。このような積層膜を用いてソース電極またはドレイン電極19を形成すると、電極材料のSi膜への拡散及びストレスマイグレーション等によるヒロックの発生を防止することができる。なお、導電膜はAl、Cu等の単層膜であってもよい。サブゲート電極14bは、LDD領域16を完全にオーバーラップしてもよいし、部分的にオーバーラップするだけでもよい。サブゲート電極14bとLDD領域16とがオーバーラップしている部分の面積は、好ましくはLDD領域16全体の面積の1/4以上であり、より好ましくは3/4以上である。1/4以上であれば、TFTの電流駆動力及びホットキャリア劣化耐性を改善できるからであり、3/4以上であれば、LDD領域16を完全にオーバーラップする場合とほぼ同様の高い特性(電流駆動力及びホットキャリア劣化耐性)が得られるからである。一方、オーバーラップしている部分の面積は、好ましくはLDD領域16全体の面積の4/5以下である。4/5以下であれば、GOLD構造と同一の特性が得られ、オーバーラップ容量を低減できるからである。本実施形態では、LDD領域16の長さ2μmに対して、LDD領域16とサブゲート電極14bとの重なりを約1.5μmとしているので、サブゲート電極14bは、LDD領域16の面積の3/4の面積をオーバーラップしている。これによって、本実施形態のTFTは、サブゲート電極14bがLDD領域16を完全に覆っている(重なり2μm)構成のTFTとほぼ同様の高いトランジスタ特性が得られる。また、LDD領域16とサブゲート電極14bとの重なりが0.5μm(LDD領域の面積の1/4)であっても、サブゲート電極がLDD領域16と重ならない構造(従来のLDD構造)のTFTと比べて、電流機動力及びホットキャリア劣化耐性を改善することができる。
【0045】
図1はNチャネル型薄膜トランジスタの例を示しているが、Pチャネル型薄膜トランジスタも同様な方法で形成できる。Pチャネル型薄膜トランジスタの場合には、不純物としてリンの代わりにホウ素等を半導体層にドーピングすることによって、LDD領域16、ソース領域及びドレイン領域15を形成できる。ドーピングした後、ソース領域及びドレイン領域15の抵抗を小さくするために、熱処理を行うことが好ましい。熱処理として、炉アニール、レーザーアニール、ランプアニールを行うことができる。
【0046】
本実施形態の装置は、上述の薄膜トランジスタ1と、薄膜トランジスタ1と異なる他の薄膜トランジスタとを同一の支持体の上に形成したものであってもよい。他の薄膜トランジスタは、例えば、サブゲート電極を設けないこと以外は薄膜トランジスタ1と同様の構成にすることができる。このような装置は、薄膜トランジスタ1の製造プロセスと同様のプロセスで製造することができる。例えば、図1(d)において複数の主ゲート電極14aのうち、薄膜トランジスタ1を構成する主ゲート電極14aの上にのみサブゲート電極を設け、他の薄膜トランジスタを構成する主ゲート電極14aの上にはサブゲート電極を設けないことによって、薄膜トランジスタ1と他の薄膜トランジスタとを同一基板11上に形成できる。この場合、他の薄膜トランジスタのゲート電極は、薄膜トランジスタ1の層間絶縁膜17a及び17bの下に設けられた主ゲート電極のみから構成される。
【0047】
本実施形態の薄膜トランジスタを備えた装置は、上述したような構成を有しているので、オフリーク電流を抑えつつ、電流駆動力及びホットキャリア劣化耐性を改善することができる。
【0048】
本実施形態の薄膜トランジスタを備えた装置を上述したプロセスによって製造すると、同一の導電膜からサブゲート電極とドレイン電極及びソース電極とが形成されるので、製造工程数を抑えることができる。また、異なる構造を有するTFTを同一基板上に形成する場合でも、工程数を増やすことなく、基板上の所望の領域に所望の構造を有するTFTを簡便に形成することができる。
【0049】
(第2の実施形態)
次に、本発明による装置の第2の実施形態を説明する。
【0050】
まず、第1の実施形態と同様の工程によって、基板21上に半導体層及びゲート絶縁膜23を形成する。この後、ゲート絶縁膜23上にW膜等の電極膜をスパッタ法で形成する。次に、フォトリソグラフィ法等により、電極膜の上にフォトレジスト20を形成する。このフォトレジスト20をエッチングマスクとして、第1の主ゲート電極エッチングを行い、主ゲート電極24a’を得る。第1の主ゲート電極エッチングでは、例えばフォトレジストを後退させながらドライエッチングを行うことによって、図2(a)に示すように、テーパー部分を有する主ゲート電極24a’を得る。第1の主ゲート電極エッチングの後に、主ゲート電極24a’をマスクとして、半導体層に高ドーズ(例えば50kVの場合、1×1015atoms/cm以上8×1015atoms/cm以下)でリン等の不純物をドーピングすることによって、半導体層にソース領域及びドレイン領域25を形成する(図2(a))。
【0051】
次に、図2(b)に示すように、第2の主ゲート電極エッチングを行うことによって、所望の形状を有する主ゲート電極24aを形成する。例えば、主ゲート電極24a’のうちのテーパー部分の一部を除去することによって、主ゲート電極24a’のチャネル方向の長さよりも短いチャネル方向の長さを有する主ゲート電極24aを形成する。この後、LDD領域26を形成するために、主ゲート電極24aをマスクとして低ドーズ(例えば50kVの場合、1×1013atoms/cm以上8×1013atoms/cm以下)でリン等の不純物を半導体層にドーピングする。これによって、半導体層のうち、主ゲート電極24a’と重なっていたが主ゲート電極24aと重なっていない領域にLDD領域26が形成される。LDD領域26の好適なチャネル方向の長さは、装置の電源電圧等によって異なる。例えば電源電圧5V以下の場合には、LDD領域16のチャネル方向の長さが0.3μm以上0.5μm以下であれば、電流駆動力の低下を抑えつつ、ホットキャリアによる劣化を効果的に防止することができる。同様の理由から、電源電圧が5Vより大きく10V未満の場合は、LDD領域のチャネル方向の長さを0.5μm以上1μm以下とすることが好ましく、電源電圧が10V以上の場合には、LDD領域26のチャネル方向の長さを1μm以上2μm以下とすることが好ましい。半導体層のうち主ゲート電極24aと重なっている部分は、チャネル領域となる。チャネル領域のチャネル方向の長さ(チャネル長)は、電源電圧および回路構成等によって適宜選択する。例えば、電源電圧8Vの場合には、LDD領域26のチャネル方向の長さを0.5μm以上1μm以下とし、チャネル長は2μm以上であることが好ましい。一方、短チャネル化に対応するために、チャネル長は4μm以下とすることが好ましい。主ゲート電極24aは、本実施形態ではW膜からなる単層構造を有しているが、複数層構造を有していてもよい。主ゲート電極24aのエッチングは、自己整合的にLDD領域26を形成できるように複数回行えばよいので、本実施形態では2回行っているが、3回以上行っても勿論よい。また、第1の主ゲート電極エッチングによって、ほぼ長方形の断面を有する主ゲート電極24a’を形成することもできる。この場合、第2の主ゲート電極エッチングとして、ウエットエッチングなどの等方性エッチングを行うことによって、主ゲート電極24a’よりもチャネル方向の長さが短い主ゲート電極24aを形成するとよい。
【0052】
次いで、図2(c)及び図2(d)に示すように、第1の実施形態と同様の方法で、第1及び第2層間絶縁膜27a及び27bを形成し、第2層間絶縁膜27b上に設けた導電膜から、ソース及びドレイン電極29とサブゲート電極24bとを形成する。サブゲート電極24bは、LDD領域26のうち主ゲート電極24aと重なっていない領域の少なくとも一部をオーバーラップするように形成する。また、LDD領域のチャネル方向の長さが0.5μm以上1μm以下の場合、サブゲート電極24bとLDD領域26との重なっている部分のチャネル方向の長さ(重なり寸法)は0.5μm以上1μm以下とすることが好ましい。
【0053】
なお、LDD領域26をチャネル領域の両側(ソース側とドレイン側)に形成した後に、写真製版工程及び高ドーズのリンドーピング工程を行うことによって、ソース側のLDD領域26のリン濃度を高めてソース領域25に変えることもできる。これによって、LDD領域26がドレイン側にのみ形成されたTFTを作製できる。
【0054】
本実施形態では、薄膜トランジスタ2のLDD領域26を自己整合法で作製するので、フォトリソグラフィ工程のマスクアライメント精度を考慮する必要がない。そのため、LDD領域26のチャネル方向の長さを、第1の実施形態のLDD領域16のチャネル方向の長さ(例えば2μm)よりも短くすることができる。その結果、LDD領域16の負荷抵抗の割合を低減することができ、電流駆動力の増大につながる。また、LDD領域の26のチャネル方向の長さを短くすることによって、チャネル領域の長さ(チャネル長)を短くすることが可能になる。チャネル長を短くすると、TFTの動作速度を向上させることができるので有利である。
【0055】
(第3の実施形態)
次に、本発明による装置の第3の実施形態について説明する。本実施形態では、主ゲート電極34aが、主ゲート電極下層34cと主ゲート電極上層34dとから構成される二層構造を有している。
【0056】
まず、第1の実施形態と同様の工程によって、基板31上に半導体層及びゲート絶縁膜33を形成する。ゲート絶縁膜33を形成した後、例えばTaN膜を用いて電極膜下層34c’を形成する。電極膜下層34c’の上に、例えばW膜を用いて電極膜上層を形成する。次いで、フォトレジストを形成した後、電極膜下層をエッチングすることによって、半導体層のチャネル領域となる部分を覆う主ゲート電極膜上層34dを形成する。この電極膜上層34dをマスクとして、半導体層にLDD領域36を形成するために、低ドーズで不純物(例えばリン)ドーピングを行う(図3(a))。リンドーピングは、例えばゲート絶縁膜33の膜厚が100nm、電極膜下層34c’の膜厚が20nm以上40nm以下である場合には、90kVで5×1013atoms/cm以上5×1014atoms/cm以下のドーズ量で行うことができる。上記条件でリンドーピングを行うと、ホットキャリア劣化耐性に優れたLDD領域36を形成することができる。
【0057】
次に、図3(b)に示すように、主ゲート電極上層34dの側壁にサイドウォール50を形成する。サイドウォール50は絶縁膜でも導電性膜でも構わない。サイドウォール50は、例えばSiO膜をCVD法により成膜した後、SiO膜をエッチバックすることにより形成できる。この後、主ゲート電極上層34dとサイドウォール50とをマスクとして、電極膜下層34c’をエッチングすることにより、主ゲート電極下層34cを形成する。得られた主ゲート電極下層34cのチャネル方向の長さは、主ゲート電極上層34dのチャネル方向の長さよりも大きくなる。これらの長さの差は、サイドウォール50の幅によって決まる。例えば、W膜からなる主ゲート電極上層34dの厚さが300nmである場合、厚さ300nmのSiO膜を形成すると、約0.25μm幅のサイドウォール50が形成される。従って、主ゲート電極下層34cは、主ゲート電極上層34dよりも、両端でそれぞれ0.25μmずつ長くなる。この長さが、主ゲート電極34a(主ゲート電極下層34c)とLDD領域36との重なり寸法となる。
【0058】
この後、図3(c)に示すように、フォトレジスト30を形成し、フォトレジスト30をマスクとして高ドーズ(例えば50kVの場合、1×1015atoms/cm以上1×1015atoms/cm以下)で不純物(例えばリン)のドーピングを行う。これによって、半導体層のうちフォトレジスト30と重なる領域は、LDD領域36またはチャネル領域として残り、フォトレジスト30と重ならない領域にはソース領域及びドレイン領域35が形成される。本実施形態では、主ゲート電極下層34cと重ならないLDD領域36をソース側とドレイン側の両方に形成しているが、片側のみに形成してもよい。
【0059】
次いで、図3(d)及び図3(e)に示すように、第1の実施形態と同様に、第1及び第2層間絶縁膜37a及び37bを形成した後、第2層間絶縁膜37b上に形成された導電膜から、ソース電極及びドレイン電極39とサブゲート電極34bとを形成する。サブゲート電極34bは、LDD領域36のうち主ゲート電極34aと重なっていない領域の少なくとも一部をオーバーラップするように形成する。
【0060】
本実施形態では、主ゲート電極34aは、LDD領域36のチャネル端からチャネル方向に、0.2μm以上0.5μm以下をオーバーラップすることが好ましい。0.2μm以上であれば、より優れたホットキャリア劣化耐性が得られるからであり、0.5μm以下であれば、ゲート/ドレイン重なり容量及びオフリーク電流をより低減できるからである。例えば、LDD領域36のチャネル方向の長さが0.5μm以上2μm以下の場合、主ゲート電極34aとLDD領域36との重なり寸法は、好ましくは0.1μm以上0.5μm以下であり、より好ましくは0.2μm以上0.3μm以下である。なお、主ゲート電極34aとLDD領域36との重なっている部分の面積または重なり寸法は、前述したように、サイドウォールの幅30によって調整することができる。一方、サブゲート電極34dは、他の実施形態と同様に、LDD領域36の面積の1/4以上4/5以下の面積と重なっていることが望ましい。言い換えれば、LDD領域36の面積の1/4以上4/5以下の面積が、主ゲート電極34aまたはサブゲート電極34bによってオーバーラップされることが望ましい。
【0061】
なお、本実施形態の装置は、薄膜トランジスタ3と、薄膜トランジスタ3と異なる他の薄膜トランジスタとを同一支持体(基板31)上にさらに有していてもよい。例えば、他の薄膜トランジスタは、主ゲート電極下層34cがLDD領域36の略全体をオーバーラップしている以外は、薄膜トランジスタ3と同様の構造を有していてもよい。この場合、図3(c)において、同一基板上に設けられた複数の主ゲート電極34aのうち、薄膜トランジスタ3を構成する主ゲート電極34aを選択的にフォトレジスト30で覆うことによって、上記と同様のプロセスで、薄膜トランジスタ2及び他の薄膜トランジスタを同一基板上に形成できる。
【0062】
上述したように、本実施形態の薄膜トランジスタを備えた装置では、主ゲート電極34a(主ゲート電極下層34c)がLDD領域36の一部をオーバーラップしているので、ホットキャリア劣化耐性に優れたTFTを作製できる。また、サブゲート電極34bがLDD領域36のうち主ゲート電極34aと重なっていない領域の少なくとも一部をオーバーラップしているので、主ゲート電極のみがLDD領域をオーバーラップしている構造のTFT(従来のGOLD構造のTFT)で問題となっていたオフリーク電流やゲート/ドレイン重なり容量を低減することができる。
【0063】
また、本実施形態の薄膜トランジスタを備えた装置の製造方法によれば、種類の異なる薄膜トランジスタを、使用する電源電圧及び使用する回路に応じて所望の位置に形成することが簡便にできる。
【0064】
(第4の実施形態)
次に、本発明による装置の第4の実施形態を説明する。
【0065】
図4(a)及び図4(b)に示さすように、第1の実施形態と同様の方法で、半導体層上に設けられたゲート絶縁膜43上に主ゲート電極44aを形成した後、半導体層にLDD領域46とソース領域及びドレイン領域45とを形成する。次いで、図4(c)に示すように、主ゲート電極44a上に第1層間絶縁膜47aを形成し、その上に第2層間絶縁膜47bを形成する。この後、例えばフォトリソグラフィ法及びエッチング法により、第2層間絶縁膜47bのうちサブゲート電極44bが形成される領域を含む部分を選択的に除去する。例えば、SiN膜を用いて第1層間絶縁膜47aを形成し、SiO膜を用いて第2層間絶縁膜47bを形成すれば、第2層間絶縁膜47bのみを比較的簡単に除去できる。層間絶縁膜47は、層間絶縁膜47のうちサブゲート電極44bが形成される領域の厚さが、他の領域の厚さよりも小さくなるように形成されていればよく、単層または3層以上の複数層であってもよい。
【0066】
次に、図4(d)及び図4(e)に示すように、第1層間絶縁膜47a及び第2層間絶縁膜47bに、ソース領域及びドレイン領域45と主ゲート電極44aとにそれぞれ達するコンタクトホール48s、48d、48gを形成する。続いて、他の実施形態と同様に、層間絶縁膜47上(コンタクトホール48の内部を含む)に導電膜を形成し、この導電膜から、ソース電極及びドレイン電極49とサブゲート電極44bとを形成する。サブゲート電極44bは、LDD領域46の少なくとも一部をオーバーラップするように形成する。
【0067】
本実施形態では、サブゲート電極44bとLDD領域46とに挟まれた層間絶縁膜47の厚さd1は、ソース電極またはドレイン電極49と半導体層とに挟まれた層間絶縁膜47の厚さd2よりも小さい。本実施形態では、第1層間絶縁膜47aとして比誘電率がSiO膜の約2倍であるSiN膜を使用しているので、サブゲート電極44bによるLDD領域46へのキャリア誘起効果は特に大きくなる。その結果、GOLD構造のTFTと同程度の高い電流駆動力を得ることが可能になる。一方、ゲート絶縁膜43のみでなく、絶縁膜44aを介して、サブゲート電極44bとLDD領域46とが重なっているため、ゲート−ドレイン間の距離が大きい。よって、GOLD構造のTFTで問題となっていたゲート/ドレインとの重なり容量を低減でき、またオフリーク電流も小さくできる。例えば、薄膜トランジスタ4のサブゲート電極44bとLDD領域46との重なり寸法と、従来のGOLD構造を有するTFTのゲート電極とLDD領域との重なり寸法とが同じ場合、ゲート絶縁膜43を100nm、第1層間絶縁膜47aを300nmとすると、薄膜トランジスタ4の重なり容量は、従来のGOLD構造を有するTFTの重なり容量の40%程度となる。層間絶縁膜47の厚さd1は、好ましくは200nm以上500nm以下である。厚さd1がこの範囲内であれば、ゲート/ドレイン重なり容量を抑えながら、電流駆動力を高めることができる。
【0068】
上述したように、本実施形態の装置における薄膜トランジスタ4では、LDD領域46とサブゲート電極44bとに挟まれた層間絶縁膜47の厚さd1を、ソース電極またはドレイン電極49と半導体層とに挟まれた層間絶縁膜47の厚さd2よりも小さくしている。そのため、層間絶縁膜47の厚さd1と厚さd2とが等しい構造の薄膜トランジスタよりも、電流駆動力を向上させることができる。なお、本実施形態では、第1の実施形態の薄膜トランジスタ1の層間絶縁膜の厚さd1を小さくすることによって薄膜トランジスタ4を作製しているが、第2及び第3の実施形態2の薄膜トランジスタ2及び3に層間絶縁膜の厚さd1を小さくする構造を適用することも可能である。
【0069】
【発明の効果】
上述したように、本発明の装置におけるTFTは、従来のLDD構造を有するTFTよりも優れたホットキャリア劣化耐性及び電流駆動力を有する。また、従来のGOLD構造を有するTFTよりも、オフリーク電流を抑制することができ、かつゲート/ドレイン重なり容量を低減することができる。さらに、装置の電源電圧及び回路構成によって、異なる構造を有する複数の薄膜トランジスタを同一基板上に形成できるため、回路特性を向上できる。従って、本発明によると、従来よりも高性能で長期信頼性の高い液晶表示装置、有機EL表示装置等の薄膜トランジスタを備えた装置を提供できる。
【0070】
また、本発明によると、工程数を増加させることなく、上記の薄膜トランジスタを備えた装置を製造する簡便な方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)から(d)は、本発明の第1の実施形態における薄膜トランジスタの構造及び製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図2】(a)から(d)は、本発明の第2の実施形態における薄膜トランジスタの構造及び製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図3】(a)から(e)は、本発明の第3の実施形態における薄膜トランジスタの構造及び製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【図4】(a)から(e)は、本発明の第4の実施形態における薄膜トランジスタの構造及び製造方法を説明するための模式的な断面図である。
【符号の説明】
1、2、3、4 薄膜トランジスタ
10、20、30、40 フォトレジスト
11、21、31、41 基板
12、22、32、42 チャネル領域
13、23、33、43 ゲート絶縁膜
14a、24a、34a、44a 主ゲート電極
14b、24b、34b、44b サブゲート電極
34c 主ゲート電極下層
34d 主ゲート電極上層
15、25、35、45 ソース領域またはドレイン領域
16、26、36、46 LDD領域
17a、27a、37a、47a 第一層間絶縁膜
17b、27b、37b、47b 第二層間絶縁膜
18、28、38、48 コンタクトホール
19、29、39、49 ソース電極またはドレイン電極
50 サイドウォール
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a device including a thin film transistor and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, liquid crystal display devices have been widely used because of their advantages such as light weight, thinness, and low power consumption. In particular, when an active matrix liquid crystal display device is used, the number of pixels can be increased and the contrast is improved as compared with a passive matrix liquid crystal display device, so that high-quality display can be performed.
[0003]
In an active matrix type liquid crystal display device, each pixel is provided with a switching element such as a thin film transistor (hereinafter sometimes referred to as “TFT”). In this specification, a substrate on which a switching element is formed is referred to as an “active matrix substrate”. A typical active matrix liquid crystal display device includes an active matrix substrate, a counter substrate, and a liquid crystal layer provided therebetween. The active matrix substrate is provided with a pixel electrode for each pixel which is one unit of image display, and each pixel electrode is connected to a switching element arranged corresponding to each pixel electrode. By controlling the on / off of the switching element connected to each pixel electrode, a voltage is applied to the liquid crystal layer by the pixel electrode and the counter electrode formed on the counter substrate to change the alignment state of the liquid crystal layer. Display is performed by
[0004]
Conventionally, a TFT using an amorphous silicon thin film has been widely used as a switching element of an active matrix type liquid crystal display device. Recently, a TFT using a crystalline silicon thin film (polysilicon thin film) has also attracted attention. Since the field effect mobility of the crystalline silicon film is higher than the field effect mobility of the amorphous silicon thin film, various functional circuits can be formed using the polysilicon thin film. For example, when a polysilicon thin film is used, not only a TFT for a pixel but also a TFT for a driving circuit which requires high-speed operation can be formed.
[0005]
The main characteristics required for forming various functional circuits using TFTs are that the TFTs have a large current driving force, a small off-leak current, and a high long-term reliability. Here, one of the factors that hinder long-term reliability of a TFT is deterioration due to hot carriers. “Degradation due to hot carriers” means that some of the hot carriers generated by the electric field concentration near the drain are injected into the gate insulating film or defect levels are formed in the silicon film. Fluctuates.
[0006]
A conventional N-channel TFT having a single drain structure has a relatively large current driving force. In addition, since the number of manufacturing steps is small due to the simple structure, there is an advantage that manufacturing can be performed at low cost. On the other hand, since deterioration due to hot carriers is likely to occur, the driving voltage must be limited to a low voltage of several volts in order to ensure long-term reliability. In addition, there is a problem that the off-leak current is large.
[0007]
As a structure of a TFT that solves these problems, a lightly doped drain region (hereinafter sometimes abbreviated as “LDD region”) is formed in at least one of a channel region and a source region / drain region of the TFT. Known structures are known. Such a structure is called “LDD structure”. The LDD region can reduce the electric field concentration near the drain, so that the hot carrier deterioration resistance (that is, long-term reliability) and the off-leak current can be improved as compared with the single drain structure TFT. On the other hand, since the LDD region serves as a resistor, the current driving force is lower than that of the TFT having the single drain structure.
[0008]
If the impurity concentration in the LDD region is reduced in order to further enhance the resistance to hot carrier deterioration, the resistance of the LDD region increases, so that the current driving force of the TFT further decreases. Conversely, when the impurity concentration in the LDD region is increased to increase the current driving force, the electric field concentration is not sufficiently relaxed, and the resistance to hot carrier deterioration is reduced. Therefore, it is difficult for the TFT having the LDD structure to increase the current driving force while improving the long-term reliability by increasing the hot carrier deterioration resistance.
[0009]
As a TFT structure for solving this problem, a structure in which a gate electrode overlaps an LDD region is known. Such a structure is called “GOLD (Gate-drain Overlapped LDD) structure”. In a TFT having a GOLD structure, when a voltage is applied to a gate electrode, electrons serving as carriers are accumulated in an LDD region overlapping the gate electrode. Therefore, the resistance of the LDD region can be reduced without increasing the impurity concentration of the LDD region, so that a decrease in the current driving force of the TFT can be suppressed and the hot carrier deterioration resistance, that is, long-term reliability can be improved. .
[0010]
However, a TFT having a GOLD structure has a disadvantage that an off-leak current is larger than a TFT having an LDD structure (a structure in which a gate electrode and an LDD region do not overlap) as described above. It is considered that this is because the inversion layer is formed in the LDD region overlapping the gate electrode even when the TFT is off. In the GOLD structure, a gate / drain overlap capacitance occurs because the gate electrode and the LDD region overlap. As a result, it is necessary to increase the gate capacitance. If the gate capacitance increases, the load capacitance during operation of the circuit including the TFT increases, which may adversely affect the circuit operation. This adverse effect is particularly remarkable when the channel length of the TFT is short.
[0011]
As described above, each of the conventional TFT structures has advantages and disadvantages, and any TFT having any structure satisfies all the requirements for high current driving force, low off-leak current characteristics, and long-term reliability. It is difficult. Therefore, attempts have been made to obtain desired circuit characteristics by combining TFTs having different structures. However, since TFTs having different structures are formed on the same substrate, the manufacturing process becomes complicated.
[0012]
On the other hand, for the purpose of improving TFT characteristics, Patent Documents 1 to 3 propose a TFT structure in which a gate electrode has a two-layer structure of a main gate electrode and a sub-gate electrode.
[0013]
Patent Literature 1 describes a top-gate TFT structure in which a sub-gate electrode is formed at least above a gate electrode or below a channel region with an insulating film interposed therebetween. In this structure, an offset region is provided between the drain and the channel region, and the offset region overlaps with the sub-gate electrode. By applying a negative voltage approximately equal to the drain voltage to the sub-gate electrode, the off-leak current is suppressed.
[0014]
Patent Documents 2 and 3 disclose a structure in which a sub-gate electrode having the same potential as the main gate electrode is provided over the main gate electrode via an insulating film. Since the sub-gate electrode overlaps the offset region or LDD region located at the end of the main gate electrode, an effect similar to that of the GOLD structure, that is, a high current driving force can be obtained. Further, since the sub-gate electrode is provided on the main gate electrode with an insulating film interposed therebetween, the thickness of the insulating film on the LDD region is larger than the thickness of the gate insulating film on the channel portion. Therefore, an effect similar to that of the LDD structure in which the off-leak current can be suppressed can be obtained.
[0015]
[Patent Document 1]
JP-A-5-90586
[Patent Document 2]
JP-A-6-13407
[Patent Document 3]
JP-A-6-310724
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
Even the TFT having the above-described structure has various problems as follows.
[0017]
The TFT structure of Patent Document 1 has a four-terminal structure when the sub-gate electrode is not set to the same potential as the drain voltage, so that wiring in a circuit is complicated. When the sub-gate electrode is set to the same potential as the drain, the current drivability as a static characteristic of the transistor increases, but the drain voltage fluctuates during circuit operation. It greatly decreases.
In the TFT structures disclosed in Patent Documents 2 and 3, the sub-gate electrode is formed of a third electrode layer different from the main gate electrode and the source / drain electrodes. Therefore, the manufacturing process of the TFT having the structure disclosed in these patent documents is more complicated than the manufacturing process of the TFT having no sub-gate electrode. Further, in the TFT structure of Patent Document 2, the LDD region cannot be formed in a self-aligned manner. Therefore, in order to secure the minimum LDD length (length of the LDD region in the channel direction), an LDD region having an LDD length longer than the necessary minimum LDD length in consideration of mask alignment accuracy in a photolithography process. Need to be formed. As a result, the gate / drain overlap capacitance increases, which may adversely affect circuit operation.
[0018]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present invention is to improve current driving capability, low off-leak current characteristics, and long-term reliability of a thin film transistor in a device including the thin film transistor. Another object of the present invention is to provide a method for easily manufacturing such an apparatus without complicating the manufacturing process.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
An apparatus according to the present invention is an apparatus including a plurality of thin film transistors, wherein at least one of the plurality of thin film transistors is a semiconductor layer having a channel region, a source region, and a drain region, and the channel region and the source region. Alternatively, a semiconductor layer having a low-concentration impurity region sandwiched between at least one of the drain region and having an impurity concentration lower than that of the source region and the drain region; and a first layer formed on the semiconductor layer. An insulating layer, a first gate electrode provided on the first insulating layer, a second insulating layer formed on the first gate electrode, and a second insulating layer on the second insulating layer. A source electrode and a drain electrode formed of a conductive layer provided on the second substrate and electrically connected to the source region and the drain region, respectively; A second gate electrode formed from a conductive layer provided on the first layer and electrically connected to the first gate electrode, wherein the first gate electrode and the second gate electrode At least a portion of the non-overlapping region and at least a portion of the low-concentration impurity region overlap, thereby achieving the above object.
[0020]
In a preferred embodiment, the low-concentration impurity region is formed in a self-aligned manner with respect to the first gate electrode.
[0021]
In a preferred embodiment, an area of a portion of the second gate electrode that does not overlap with the first gate electrode and an area of the low-concentration impurity region overlap with each other has an area smaller than an area of the low-concentration impurity region. It is 1/4 or more and 4/5 or less.
[0022]
In a preferred embodiment, the thickness of the portion of the second insulating layer where the second gate electrode is provided is the same as the thickness of the portion of the second insulating layer where the source electrode or the drain electrode is provided. It is smaller than the thickness of the part where it is.
[0023]
The plurality of thin film transistors include another thin film transistor different from the at least one thin film transistor, wherein the at least one thin film transistor and the other thin film transistor are formed on the same support, and a gate of the other thin film transistor is formed. The electrode may be provided under the second insulating layer of the at least one thin film transistor.
[0024]
The manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing a device including a thin film transistor, comprising: (a) forming a first insulating layer on a semiconductor layer; and (b) forming a first insulating layer on the first insulating layer. Providing a first gate electrode; and (c) forming a source region, a drain region, and a low-concentration impurity region having an impurity concentration lower than those of the source region and the drain region in the semiconductor layer, respectively. (D) forming a second insulating layer on the first gate electrode; and (e) forming the first gate electrode, the source region, and the second insulating layer on the second insulating layer. Forming first, second, and third contact holes respectively reaching the respective surfaces of the drain region; and (f) inside the first, second, and third contact holes and on the second insulating layer. To provide a conductive layer (G) a source electrode and a drain electrode electrically connected to the source region and the drain region, respectively; and a second gate electrode electrically connected to the first gate electrode, from the conductive layer. Forming at least a part of a region of the second gate electrode that does not overlap with the first gate electrode, at least partially with the low concentration impurity region. Which achieves the above object.
[0025]
In a preferred embodiment, the step (c) includes a step of forming the low-concentration impurity region by doping the semiconductor layer with an impurity using the first gate electrode as a mask.
[0026]
The step (c) includes: (c-1) doping the semiconductor layer with an impurity at a first dose using the first gate electrode as a mask; and (c-2) the first insulating layer. Is covered with a photoresist, and the semiconductor layer is doped with an impurity at a second dose using the first gate electrode and the photoresist as a mask, wherein the second dose is And a step higher than the first dose.
[0027]
The step (b) includes a step of forming a first electrode layer constituting a part of the first gate electrode, and a step of forming another part of the first gate electrode on the first electrode layer. Forming a second electrode layer to be formed, wherein the second electrode layer has a width in a channel direction smaller than a width of the first electrode layer in a channel direction. -1) may include doping an impurity in a region of the semiconductor layer covered by the first electrode layer, which is not covered by the second electrode layer.
[0028]
The step (b) is a step of providing a first gate electrode having a first shape on the semiconductor layer, and the step (c) is (c1) a first gate electrode having the first shape. (C2) etching the first gate electrode having the first shape with the first gate electrode having the second shape by etching the first gate electrode having the first shape. (C3) forming an electrode, wherein the width of the first gate electrode having the second shape in the channel direction is smaller than the width of the first gate electrode having the first shape in the channel direction; A) doping the semiconductor layer with an impurity at a fourth dose using the first gate electrode having the second shape as a mask, wherein the fourth dose is greater than the third dose; Including low process Good.
[0029]
The step (d) includes: (d-1) forming a first layer constituting a part of the second insulating layer on the first gate electrode; and (d-2) forming the first layer. Forming the second layer constituting another part of the second insulating layer on one layer.
[0030]
In the step (d-2), the second layer is formed so as to cover a part of the first layer, and in the step (g), the source electrode and the drain electrode are formed of the second and third electrodes. The gate electrode is formed from the inside of the contact hole and the conductive layer formed on the second layer, and the gate electrode is formed from the inside of the first contact hole and the conductive layer formed on the first layer. Is also good.
[0031]
The manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a device including a first thin film transistor and a second thin film transistor, comprising: (a) a first transistor forming region where the first thin film transistor is formed; Forming a first insulating layer on the semiconductor layer in each of the second transistor forming regions where the thin film transistors are formed; and (b) providing a first gate electrode on the first insulating layer (C) forming a source region, a drain region, and a low-concentration impurity region having an impurity concentration lower than those of the source region and the drain region in the semiconductor layer; Forming a second insulating layer on the first gate electrode; and (e) forming the first gate electrode on the second insulating layer in the first transistor formation region. First, second, and third contact holes reaching respective surfaces of the source region and the drain region are respectively formed. In the second transistor formation region, the source region and the drain region are formed in the second insulating layer. And (f) forming a conductive layer inside the first, second, and third contact holes and on the second insulating layer, respectively. And (g1) in the first transistor formation region, a source electrode and a drain electrode electrically connected to the source region and the drain region, respectively, and an electrical connection with the first gate electrode from the conductive layer. Forming a second gate electrode connected to the first gate electrode, wherein the second gate electrode overlaps with the first gate electrode of the second gate electrode. (G2) electrically connecting the source region and the drain region to the source region and the drain region, respectively, from the conductive layer in the second transistor formation region. Forming a source electrode and a drain electrode respectively connected to the semiconductor device, thereby achieving the object described above.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a device including a thin film transistor according to the present invention will be described with reference to the drawings. In this specification, the “device including a thin film transistor” widely includes a semiconductor device such as an active matrix substrate, a liquid crystal display device, an organic EL display device, and the like.
[0033]
The device of each embodiment of the present invention includes a plurality of thin film transistors. 1 to 4 are schematic cross-sectional views illustrating a manufacturing process and a structure of a thin film transistor in the device of each embodiment. Note that the device of each embodiment may include at least one thin film transistor shown in FIGS. Although one thin film transistor is shown in each of FIGS. 1 to 4, a plurality of thin film transistors can be formed simultaneously on the same support by the illustrated method.
[0034]
(1st Embodiment)
The device of the present embodiment includes an N-channel thin film transistor 1 shown in FIG. The thin film transistor 1 has a semiconductor layer supported on a substrate 11 having an insulating surface. In the semiconductor layer, a channel region 12, a source region and a drain region 15, and an LDD region (low-concentration impurity region) 16 having an impurity concentration lower than that of the source region and the drain region 15 are formed. In the present embodiment, the LDD region 16 is formed between the channel region 12 and the drain region 15. Note that when the source side and the drain side of the thin film transistor 1 are sometimes used interchangeably, it is preferable to provide the LDD regions 16 between the channel region 12 and the source and drain regions 15, respectively. When the source side and the drain side of the thin film transistor 1 are not interchanged, it is preferable to form the LDD region 16 only between the channel region 12 and the drain region 15 in order to suppress a reduction in current driving force.
[0035]
On the semiconductor layer, a main gate electrode 14a is provided via a gate insulating film 13. The main gate electrode 14a is covered with an insulating layer. The insulating layer is, for example, an interlayer insulating film 17 (first and second interlayer insulating films 17a and 17b) having a two-layer structure. This interlayer insulating film 17 may have a single-layer structure or a multilayer structure of two or more layers. In the first and second interlayer insulating films 17a and 17b, contact holes 18s, 18d and 18g reaching the source and drain regions 15 of the semiconductor layer and the main gate electrode 14a, respectively, are formed. By adjusting the thickness of the first and second interlayer insulating films 17a and 17b or by partially laminating the first and second interlayer insulating films 17a and 17b, the thickness of the portion where the sub-gate electrode 14b is provided can be reduced to provide the source electrode or the drain electrode 19. It can be smaller than the thickness of the part.
[0036]
From the conductive layer formed on the second interlayer insulating film 17b (including the inside of the contact holes 18s, 18d, and 18g), the source and drain electrodes 19 and the sub-gate electrode 14b are respectively formed. Therefore, the source and drain electrodes 19 are electrically connected to the source and drain regions 15 of the semiconductor layer, respectively, and the sub-gate electrode 14b is electrically connected to the main gate electrode 14a. At least a part of the sub-gate electrode 14b that does not overlap with the main gate electrode 14a and at least a part of the LDD region 16 overlap.
[0037]
Next, a method for manufacturing the thin film transistor 1 will be described with reference to FIGS.
[0038]
First, the substrate 11 is prepared. The substrate 11 only needs to have an insulating surface on which the thin film transistor 1 is formed, and may be a Si substrate or a metal substrate whose surface is covered with an insulating layer other than a quartz substrate or a glass substrate. In the present embodiment, as the substrate 11, a SiN film as a movable ion prevention film on a glass substrate, and SiO 2 as a stress relaxation layer on the SiN film. 2 A film formed by a CVD method or a sputtering method is used. SiN film and SiO 2 The thickness of each of the films is, for example, 50 nm or more and 100 nm or less.
[0039]
Next, a semiconductor layer is formed on the substrate 11. The semiconductor layer is, for example, a crystalline silicon film having a thickness of 40 nm or more and 100 nm or less. The crystalline silicon film can be manufactured by the following method. First, an amorphous silicon film is deposited on the substrate 11 by the CVD method. Thereafter, the amorphous silicon film is crystallized by irradiating a laser beam. As the laser beam, a pulse oscillation type or continuous oscillation type excimer laser beam is desirable, but a continuous oscillation type argon laser beam may be used. Alternatively, after a catalytic element for promoting crystallization, such as Ni, is attached to the surface of the amorphous silicon film, the amorphous silicon film may be crystallized by heat treatment (eg, laser irradiation).
[0040]
On the crystalline silicon film, for example, 100 nm of SiO 2 A gate insulating film 13 made of a film is formed by a chemical vapor deposition method (CVD method) or the like. Thereafter, a main gate electrode 14a is formed on the gate insulating film 13. The main gate electrode 14a can be formed by, for example, forming a tungsten (W) film by a sputtering method, forming a photoresist on the W film, and etching the W film using the photoresist as a mask. Note that, before forming the main gate electrode 14a, channel doping for adjusting the threshold voltage of the transistor may be performed. Further, the main gate electrode may be composed of a single layer formed using a W film or the like, or may have a laminated structure of two or more layers formed by laminating a TaN film and a W film, for example. Is also good.
[0041]
Next, as shown in FIG. 1A, the semiconductor layer is doped with an impurity (for example, phosphorus) using the main gate electrode 14a as a mask. Thus, an LDD region 16 is formed in a region of the semiconductor layer that does not overlap with the main gate electrode 14a. When the acceleration voltage for implanting phosphorus ions is 50 kV, the dose of phosphorus is 1 × 10 Thirteen atoms / cm 2 8 × 10 or more Thirteen atoms / cm 2 The following is preferred. A region of the semiconductor layer overlapping the main gate electrode 14a becomes the channel region 12. Accordingly, the length of the channel region 12 in the channel direction (channel length) is substantially equal to the length of the main gate electrode 14a in the channel direction. The length of the main gate electrode 14a in the channel direction and the channel length of the channel region are, for example, 4 μm.
[0042]
Thereafter, as shown in FIG. 1B, a photoresist 10 is formed by, for example, a photolithography method. Using the photoresist 10 as a mask, a source region and a drain region 15 are formed in a region of the semiconductor layer which does not overlap with the photoresist 10 by doping impurities such as phosphorus. When the acceleration voltage for implanting phosphorus ions is 50 kV, the dose of phosphorus is 1 × 10 Fifteen atoms / cm 2 8 × 10 or more Fifteen atoms / cm 2 The following is preferred. On the other hand, the region of the semiconductor layer overlapping with the photoresist 10 remains as the LDD region 16. Therefore, the length of the LDD region 16 in the channel direction is determined by the length of the photoresist 10 in the channel direction. The optimal length of the LDD region 16 in the channel direction depends on the power supply voltage used and the alignment accuracy during photolithography. In this embodiment, an LDD region 16 having a length in the channel direction of 2 μm is formed between the channel region and the drain region. Note that, as described above, the LDD regions 16 may be formed on both sides (the source side and the drain side) of the channel region, or may be formed only on the drain side as in the present embodiment.
[0043]
Next, as shown in FIG. 1C, after an interlayer insulating film 17 is formed so as to cover the main gate electrode 14a, contact holes 18s, 18d, and 18g are formed in the interlayer insulating film 17. The interlayer insulating film 17 includes a first interlayer insulating film 17a made of a SiN film and a SiO 2 film formed on the first interlayer insulating film 17a. 2 It is preferable to have a second interlayer insulating film 17b made of a film. The reason why such an interlayer insulating film is preferable is as follows. The SiN film of the first interlayer insulating film 17a is advantageously increased in hydrogen content at the time of film formation, so that a crystal defect portion of the crystalline Si film can be terminated with hydrogen by a subsequent heat treatment. However, when the interlayer insulating film 17 is composed of only the SiN film, the relative dielectric constant of the SiN film is SiO 2 2 Is approximately twice as large as the above, the capacitance between the electrodes sandwiching the interlayer insulating film is increased, and as a result, the load of the circuit operation including the TFT is increased. In the case of the interlayer insulating film 17 composed of only the SiN film, it is difficult to prevent disconnection of the electrode formed thereon by flattening the step of the main gate electrode 14a. Therefore, as shown in the figure, a SiON film is formed on the first interlayer insulating film 17a of the SiN film. 2 By forming the second interlayer insulating film 17b, the capacitance between the electrodes can be reduced and the upper surface of the interlayer insulating film 17 can be flattened. The thicknesses of the first interlayer insulating film 17a and the second interlayer insulating film are, for example, 300 nm and 700 nm, respectively. The structure of the interlayer insulating film 17 is not limited to this, and may be, for example, SiO 2 2 The film may have a single-layer structure. In this case, SiO 2 After the film is formed, by performing a heat treatment in a hydrogen atmosphere of 3 to 100%, the crystal defect portion of the crystalline Si film can be terminated with hydrogen. After the formation of the interlayer insulating film 17, contact holes 18g, 18s, and 18d reaching the main gate electrode 14a, the source region, and the drain region 15, respectively, are formed by, for example, photolithography and etching.
[0044]
Subsequently, a conductive film is formed on the interlayer insulating film 17 (including the inside of the contact holes 18s, 18d, and 18g) by, for example, a sputtering method. From this conductive film, a source electrode and a drain electrode 19 having a desired shape are formed by photolithography and etching, and at the same time, a sub-gate electrode 14b is formed (FIG. 1D). In this embodiment, a stacked film of TiN / Al / TiN / Ti is formed from the upper layer as the conductive film. When the source electrode or the drain electrode 19 is formed using such a laminated film, it is possible to prevent hillocks due to diffusion of the electrode material into the Si film and stress migration. Note that the conductive film may be a single-layer film of Al, Cu, or the like. The sub-gate electrode 14b may completely overlap the LDD region 16 or only partially overlap it. The area of the portion where the sub-gate electrode 14b overlaps the LDD region 16 is preferably at least 1/4 of the area of the entire LDD region 16, and more preferably at least 3/4. If it is 1/4 or more, the current driving force and hot carrier deterioration resistance of the TFT can be improved. If it is 3/4 or more, the same high characteristics as those in the case where the LDD region 16 completely overlaps ( This is because current driving force and hot carrier deterioration resistance can be obtained. On the other hand, the area of the overlapping portion is preferably not more than / of the area of the entire LDD region 16. This is because if it is 4/5 or less, the same characteristics as the GOLD structure can be obtained, and the overlap capacity can be reduced. In the present embodiment, the overlap between the LDD region 16 and the sub-gate electrode 14b is about 1.5 μm with respect to the length of the LDD region 16 of 2 μm, so that the sub-gate electrode 14b is の of the area of the LDD region 16. The areas overlap. As a result, the TFT of the present embodiment can obtain almost the same high transistor characteristics as the TFT having the configuration in which the sub-gate electrode 14b completely covers the LDD region 16 (overlapping 2 μm). Further, even if the overlap between the LDD region 16 and the sub-gate electrode 14b is 0.5 μm (1 / of the area of the LDD region), a TFT having a structure in which the sub-gate electrode does not overlap with the LDD region 16 (conventional LDD structure) is used. In comparison, the current mobility and the resistance to hot carrier deterioration can be improved.
[0045]
Although FIG. 1 illustrates an example of an N-channel thin film transistor, a P-channel thin film transistor can be formed in a similar manner. In the case of a P-channel thin film transistor, the LDD region 16, the source region, and the drain region 15 can be formed by doping the semiconductor layer with boron or the like instead of phosphorus as an impurity. After the doping, heat treatment is preferably performed to reduce the resistance of the source region and the drain region 15. Furnace annealing, laser annealing, and lamp annealing can be performed as the heat treatment.
[0046]
The device of the present embodiment may be one in which the above-mentioned thin film transistor 1 and another thin film transistor different from the thin film transistor 1 are formed on the same support. Other thin film transistors can have the same configuration as the thin film transistor 1 except that, for example, no sub-gate electrode is provided. Such a device can be manufactured by a process similar to the manufacturing process of the thin film transistor 1. For example, in FIG. 1D, of the plurality of main gate electrodes 14a, a sub-gate electrode is provided only on the main gate electrode 14a forming the thin film transistor 1, and a sub-gate electrode is formed on the main gate electrode 14a forming another thin film transistor. By omitting the electrodes, the thin film transistor 1 and another thin film transistor can be formed on the same substrate 11. In this case, the gate electrode of the other thin film transistor is constituted only by the main gate electrode provided under the interlayer insulating films 17a and 17b of the thin film transistor 1.
[0047]
Since the device including the thin film transistor of the present embodiment has the above-described configuration, it is possible to improve the current driving force and the hot carrier deterioration resistance while suppressing the off-leak current.
[0048]
When a device including the thin film transistor of this embodiment is manufactured by the above-described process, a sub-gate electrode, a drain electrode, and a source electrode are formed from the same conductive film, so that the number of manufacturing steps can be reduced. Further, even when TFTs having different structures are formed over the same substrate, a TFT having a desired structure can be easily formed in a desired region on the substrate without increasing the number of steps.
[0049]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the device according to the present invention will be described.
[0050]
First, a semiconductor layer and a gate insulating film 23 are formed on a substrate 21 by the same steps as in the first embodiment. Thereafter, an electrode film such as a W film is formed on the gate insulating film 23 by a sputtering method. Next, a photoresist 20 is formed on the electrode film by a photolithography method or the like. Using this photoresist 20 as an etching mask, a first main gate electrode etching is performed to obtain a main gate electrode 24a '. In the first main gate electrode etching, the main gate electrode 24a 'having a tapered portion is obtained as shown in FIG. After the first main gate electrode etching, using the main gate electrode 24a 'as a mask, a high dose (for example, 1 × 10 Fifteen atoms / cm 2 8 × 10 or more Fifteen atoms / cm 2 The source region and the drain region 25 are formed in the semiconductor layer by doping impurities such as phosphorus in the following (FIG. 2A).
[0051]
Next, as shown in FIG. 2B, a second main gate electrode is etched to form a main gate electrode 24a having a desired shape. For example, by removing a part of the tapered portion of the main gate electrode 24a ', a main gate electrode 24a having a length in the channel direction shorter than the length of the main gate electrode 24a' in the channel direction is formed. Thereafter, in order to form the LDD region 26, a low dose (for example, 1 × 10 Thirteen atoms / cm 2 8 × 10 or more Thirteen atoms / cm 2 In the following, the semiconductor layer is doped with an impurity such as phosphorus. Thus, the LDD region 26 is formed in a region of the semiconductor layer that overlaps with the main gate electrode 24a 'but does not overlap with the main gate electrode 24a. The preferable length of the LDD region 26 in the channel direction differs depending on the power supply voltage of the device. For example, when the power supply voltage is 5 V or less, if the length of the LDD region 16 in the channel direction is 0.3 μm or more and 0.5 μm or less, deterioration due to hot carriers is effectively prevented while suppressing a decrease in current driving force. can do. For the same reason, when the power supply voltage is more than 5 V and less than 10 V, the length of the LDD region in the channel direction is preferably 0.5 μm or more and 1 μm or less. It is preferable that the length in the channel direction of 26 be 1 μm or more and 2 μm or less. A portion of the semiconductor layer overlapping with the main gate electrode 24a becomes a channel region. The length of the channel region in the channel direction (channel length) is appropriately selected depending on the power supply voltage, the circuit configuration, and the like. For example, when the power supply voltage is 8 V, the length of the LDD region 26 in the channel direction is preferably 0.5 μm or more and 1 μm or less, and the channel length is preferably 2 μm or more. On the other hand, in order to cope with the shortening of the channel, the channel length is preferably set to 4 μm or less. The main gate electrode 24a has a single-layer structure made of a W film in the present embodiment, but may have a multi-layer structure. Since the etching of the main gate electrode 24a may be performed a plurality of times so that the LDD region 26 can be formed in a self-aligned manner, the etching is performed twice in the present embodiment, but may be performed three or more times. Further, the main gate electrode 24a 'having a substantially rectangular cross section can be formed by the first main gate electrode etching. In this case, isotropic etching such as wet etching may be performed as the second main gate electrode etching to form the main gate electrode 24a having a shorter length in the channel direction than the main gate electrode 24a '.
[0052]
Next, as shown in FIGS. 2C and 2D, the first and second interlayer insulating films 27a and 27b are formed by the same method as in the first embodiment, and the second interlayer insulating film 27b is formed. A source / drain electrode 29 and a sub-gate electrode 24b are formed from the conductive film provided above. The sub-gate electrode 24b is formed so as to overlap at least a part of the LDD region 26 that does not overlap with the main gate electrode 24a. When the length of the LDD region in the channel direction is 0.5 μm or more and 1 μm or less, the length in the channel direction (overlap dimension) of the portion where the sub-gate electrode 24 b and the LDD region 26 overlap is 0.5 μm or more and 1 μm or less. It is preferable that
[0053]
After the LDD region 26 is formed on both sides (source side and drain side) of the channel region, a photolithography process and a high dose phosphorus doping process are performed to increase the phosphorus concentration of the LDD region 26 on the source side to increase the source concentration. It can also be changed to the area 25. Thus, a TFT in which the LDD region 26 is formed only on the drain side can be manufactured.
[0054]
In this embodiment, since the LDD region 26 of the thin film transistor 2 is manufactured by a self-alignment method, it is not necessary to consider the mask alignment accuracy in the photolithography process. Therefore, the length of the LDD region 26 in the channel direction can be shorter than the length of the LDD region 16 in the channel direction (for example, 2 μm) in the first embodiment. As a result, the ratio of the load resistance of the LDD region 16 can be reduced, leading to an increase in current driving force. Also, by reducing the length of the LDD region 26 in the channel direction, the length of the channel region (channel length) can be reduced. It is advantageous to shorten the channel length because the operation speed of the TFT can be improved.
[0055]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the device according to the present invention will be described. In the present embodiment, the main gate electrode 34a has a two-layer structure including a main gate electrode lower layer 34c and a main gate electrode upper layer 34d.
[0056]
First, a semiconductor layer and a gate insulating film 33 are formed on a substrate 31 by a process similar to that of the first embodiment. After forming the gate insulating film 33, an electrode film lower layer 34c 'is formed using, for example, a TaN film. An upper electrode film layer is formed on the lower electrode film layer 34c 'using, for example, a W film. Next, after forming a photoresist, the lower layer of the electrode film is etched to form an upper layer 34d of the main gate electrode film which covers a portion to be a channel region of the semiconductor layer. Using the upper electrode film layer 34d as a mask, impurity (for example, phosphorus) doping is performed at a low dose to form the LDD region 36 in the semiconductor layer (FIG. 3A). For example, when the thickness of the gate insulating film 33 is 100 nm and the thickness of the electrode film lower layer 34 c ′ is 20 nm or more and 40 nm or less, the phosphorous doping is performed at 90 kV and 5 × 10 5 Thirteen atoms / cm 2 5 × 10 or more 14 atoms / cm 2 The following dose can be used. When phosphorus doping is performed under the above conditions, an LDD region 36 having excellent hot carrier deterioration resistance can be formed.
[0057]
Next, as shown in FIG. 3B, a side wall 50 is formed on the side wall of the main gate electrode upper layer 34d. The sidewall 50 may be an insulating film or a conductive film. The sidewall 50 is made of, for example, SiO 2 After the film is formed by the CVD method, 2 It can be formed by etching back the film. Thereafter, using the upper layer 34d of the main gate electrode and the sidewalls 50 as a mask, the lower layer 34c 'of the electrode film is etched to form the lower layer 34c of the main gate electrode. The length of the obtained main gate electrode lower layer 34c in the channel direction becomes larger than the length of the main gate electrode upper layer 34d in the channel direction. The difference between these lengths is determined by the width of the sidewall 50. For example, when the thickness of the main gate electrode upper layer 34d made of a W film is 300 nm, a 300 nm thick SiO 2 When the film is formed, a sidewall 50 having a width of about 0.25 μm is formed. Therefore, the main gate electrode lower layer 34c is longer by 0.25 μm at both ends than the main gate electrode upper layer 34d. This length is the overlapping dimension of the main gate electrode 34a (main gate electrode lower layer 34c) and the LDD region 36.
[0058]
Thereafter, as shown in FIG. 3C, a photoresist 30 is formed, and a high dose (for example, 1 × 10 Fifteen atoms / cm 2 More than 1 × 10 Fifteen atoms / cm 2 In the following, doping of impurities (for example, phosphorus) is performed. As a result, the region of the semiconductor layer overlapping the photoresist 30 remains as the LDD region 36 or the channel region, and the source region and the drain region 35 are formed in the region not overlapping the photoresist 30. In the present embodiment, the LDD regions 36 that do not overlap the main gate electrode lower layer 34c are formed on both the source side and the drain side, but may be formed only on one side.
[0059]
Next, as shown in FIG. 3D and FIG. 3E, similarly to the first embodiment, after forming the first and second interlayer insulating films 37a and 37b, on the second interlayer insulating film 37b. The source and drain electrodes 39 and the sub-gate electrode 34b are formed from the conductive film formed as described above. The sub-gate electrode 34b is formed so as to overlap at least a part of the LDD region 36 which does not overlap with the main gate electrode 34a.
[0060]
In the present embodiment, it is preferable that the main gate electrode 34a overlaps from 0.2 μm to 0.5 μm from the channel end of the LDD region 36 in the channel direction. If it is 0.2 μm or more, more excellent hot carrier deterioration resistance can be obtained, and if it is 0.5 μm or less, the gate / drain overlap capacitance and off-leak current can be further reduced. For example, when the length of the LDD region 36 in the channel direction is 0.5 μm or more and 2 μm or less, the overlap dimension between the main gate electrode 34 a and the LDD region 36 is preferably 0.1 μm or more and 0.5 μm or less, more preferably. Is 0.2 μm or more and 0.3 μm or less. Note that the area or the size of the overlapping portion of the main gate electrode 34a and the LDD region 36 can be adjusted by the width 30 of the sidewall as described above. On the other hand, it is desirable that the sub-gate electrode 34d overlaps with an area of not less than 4 and not more than / of the area of the LDD region 36 as in the other embodiments. In other words, it is desirable that the area of not less than 1/4 and not more than 4/5 of the area of the LDD region 36 is overlapped by the main gate electrode 34a or the sub-gate electrode 34b.
[0061]
Note that the device of the present embodiment may further include the thin film transistor 3 and another thin film transistor different from the thin film transistor 3 on the same support (substrate 31). For example, another thin film transistor may have the same structure as the thin film transistor 3, except that the main gate electrode lower layer 34c substantially overlaps the entire LDD region 36. In this case, as shown in FIG. 3C, of the plurality of main gate electrodes 34a provided on the same substrate, the main gate electrode 34a constituting the thin film transistor 3 is selectively covered with the photoresist 30, thereby achieving the same as the above. In this process, the thin film transistor 2 and another thin film transistor can be formed on the same substrate.
[0062]
As described above, in the device including the thin film transistor of the present embodiment, the main gate electrode 34a (the main gate electrode lower layer 34c) partially overlaps the LDD region 36. Can be produced. In addition, since the sub-gate electrode 34b overlaps at least a part of the LDD region 36 which does not overlap with the main gate electrode 34a, a TFT having a structure in which only the main gate electrode overlaps the LDD region (conventional TFT). In this case, the off-leak current and the gate / drain overlap capacitance, which are problems in the GOLD structure TFT, can be reduced.
[0063]
Further, according to the method for manufacturing a device including the thin film transistor of the present embodiment, it is possible to easily form different types of thin film transistors at desired positions according to a power supply voltage to be used and a circuit to be used.
[0064]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the device according to the present invention will be described.
[0065]
As shown in FIGS. 4A and 4B, after the main gate electrode 44a is formed on the gate insulating film 43 provided on the semiconductor layer by the same method as in the first embodiment, The LDD region 46 and the source and drain regions 45 are formed in the semiconductor layer. Next, as shown in FIG. 4C, a first interlayer insulating film 47a is formed on the main gate electrode 44a, and a second interlayer insulating film 47b is formed thereon. Thereafter, a portion including a region where the sub-gate electrode 44b is formed in the second interlayer insulating film 47b is selectively removed by, for example, a photolithography method and an etching method. For example, a first interlayer insulating film 47a is formed using a SiN film, 2 If the second interlayer insulating film 47b is formed using a film, only the second interlayer insulating film 47b can be relatively easily removed. The interlayer insulating film 47 may be formed so that the thickness of the region where the sub-gate electrode 44b is formed in the interlayer insulating film 47 is smaller than the thickness of the other regions. Multiple layers may be used.
[0066]
Next, as shown in FIGS. 4D and 4E, the first interlayer insulating film 47a and the second interlayer insulating film 47b are contacted to reach the source and drain regions 45 and the main gate electrode 44a, respectively. Holes 48s, 48d and 48g are formed. Subsequently, as in the other embodiments, a conductive film is formed on the interlayer insulating film 47 (including the inside of the contact hole 48), and the source and drain electrodes 49 and the sub-gate electrode 44b are formed from the conductive film. I do. The sub-gate electrode 44b is formed so as to overlap at least a part of the LDD region 46.
[0067]
In the present embodiment, the thickness d1 of the interlayer insulating film 47 sandwiched between the sub-gate electrode 44b and the LDD region 46 is larger than the thickness d2 of the interlayer insulating film 47 sandwiched between the source or drain electrode 49 and the semiconductor layer. Is also small. In the present embodiment, the relative dielectric constant of the first interlayer insulating film 47a is SiO. 2 Since the SiN film, which is about twice as large as the film, is used, the effect of inducing carriers in the LDD region 46 by the sub-gate electrode 44b is particularly large. As a result, it is possible to obtain a current driving force as high as that of a TFT having a GOLD structure. On the other hand, since the sub-gate electrode 44b and the LDD region 46 overlap with each other not only through the gate insulating film 43 but also through the insulating film 44a, the distance between the gate and the drain is large. Therefore, the overlap capacitance with the gate / drain, which has been a problem in the GOLD structure TFT, can be reduced, and the off leak current can be reduced. For example, if the overlapping dimension between the sub-gate electrode 44b of the thin film transistor 4 and the LDD region 46 is the same as the overlapping dimension between the gate electrode of the TFT having the conventional GOLD structure and the LDD region, the gate insulating film 43 is set to 100 nm and the first interlayer is formed. When the thickness of the insulating film 47a is 300 nm, the overlapping capacity of the thin film transistor 4 is about 40% of the overlapping capacity of the TFT having the conventional GOLD structure. The thickness d1 of the interlayer insulating film 47 is preferably 200 nm or more and 500 nm or less. When the thickness d1 is within this range, the current driving force can be increased while suppressing the gate / drain overlap capacitance.
[0068]
As described above, in the thin film transistor 4 in the device of the present embodiment, the thickness d1 of the interlayer insulating film 47 sandwiched between the LDD region 46 and the sub-gate electrode 44b is sandwiched between the source or drain electrode 49 and the semiconductor layer. The thickness d2 of the interlayer insulating film 47 is smaller than the thickness d2. Therefore, the current driving force can be improved as compared with a thin film transistor having a structure in which the thickness d1 and the thickness d2 of the interlayer insulating film 47 are equal. In the present embodiment, the thin film transistor 4 is manufactured by reducing the thickness d1 of the interlayer insulating film of the thin film transistor 1 of the first embodiment. However, the thin film transistor 2 of the second and third embodiments and 3, it is also possible to apply a structure in which the thickness d1 of the interlayer insulating film is reduced.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, the TFT in the device of the present invention has better hot carrier deterioration resistance and current driving power than the TFT having the conventional LDD structure. Further, as compared with a TFT having a conventional GOLD structure, an off-leak current can be suppressed and a gate / drain overlap capacitance can be reduced. Further, a plurality of thin film transistors having different structures can be formed over the same substrate depending on a power supply voltage and a circuit configuration of the device, so that circuit characteristics can be improved. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a device including a thin film transistor, such as a liquid crystal display device and an organic EL display device, which have higher performance and higher long-term reliability than conventional devices.
[0070]
Further, according to the present invention, it is possible to provide a simple method for manufacturing a device including the above-described thin film transistor without increasing the number of steps.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1D are schematic cross-sectional views illustrating a structure and a manufacturing method of a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention.
FIGS. 2A to 2D are schematic cross-sectional views illustrating a structure and a manufacturing method of a thin film transistor according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 3A to 3E are schematic cross-sectional views illustrating a structure and a manufacturing method of a thin film transistor according to a third embodiment of the present invention.
FIGS. 4A to 4E are schematic cross-sectional views illustrating a structure and a manufacturing method of a thin film transistor according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,2,3,4 thin film transistor
10, 20, 30, 40 photoresist
11, 21, 31, 41 substrate
12, 22, 32, 42 channel area
13, 23, 33, 43 Gate insulating film
14a, 24a, 34a, 44a Main gate electrode
14b, 24b, 34b, 44b Sub-gate electrode
34c Lower layer of main gate electrode
34d Main gate electrode upper layer
15, 25, 35, 45 source region or drain region
16, 26, 36, 46 LDD region
17a, 27a, 37a, 47a First interlayer insulating film
17b, 27b, 37b, 47b Second interlayer insulating film
18, 28, 38, 48 Contact hole
19, 29, 39, 49 Source electrode or drain electrode
50 Sidewall

Claims (13)

複数の薄膜トランジスタを備えた装置であって、前記複数の薄膜トランジスタの少なくとも一つは、
チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域を有する半導体層であって、前記チャネル領域と前記ソース領域または前記ドレイン領域の少なくとも一方とに挟まれ、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度不純物領域を有する半導体層と、
前記半導体層の上に形成された第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層の上に設けられた第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極の上に形成された第2の絶縁層と、
前記第2の絶縁層上に設けられた導電層から形成され、前記ソース領域及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、
前記第2の絶縁層上に設けられた導電層から形成され、前記第1のゲート電極と電気的に接続された第2のゲート電極と
を有し、
前記第2のゲート電極のうち前記第1のゲート電極と重なっていない領域の少なくとも一部と前記低濃度不純物領域の少なくとも一部とが重なっている、装置。
An apparatus including a plurality of thin film transistors, at least one of the plurality of thin film transistors,
A semiconductor layer having a channel region, a source region, and a drain region, the semiconductor layer being sandwiched between the channel region and at least one of the source region and the drain region, and having an impurity concentration lower than an impurity concentration of the source region and the drain region. A semiconductor layer having a low concentration impurity region having
A first insulating layer formed on the semiconductor layer;
A first gate electrode provided on the first insulating layer;
A second insulating layer formed on the first gate electrode;
A source electrode and a drain electrode formed of a conductive layer provided over the second insulating layer and electrically connected to the source region and the drain region, respectively;
A second gate electrode formed from a conductive layer provided over the second insulating layer and electrically connected to the first gate electrode;
The device, wherein at least a part of a region of the second gate electrode that does not overlap with the first gate electrode overlaps at least a part of the low-concentration impurity region.
前記低濃度不純物領域は前記第1のゲート電極に対して自己整合的に形成されている、請求項1に記載の装置。The device according to claim 1, wherein the low-concentration impurity region is formed in a self-aligned manner with respect to the first gate electrode. 前記第2のゲート電極のうち前記第1のゲート電極と重なっていない領域と、前記低濃度不純物領域とが重なっている部分の面積が、前記低濃度不純物領域の面積の1/4以上4/5以下である、請求項1または2に記載の装置。The area of a portion of the second gate electrode that does not overlap with the first gate electrode and the low-concentration impurity region overlaps with each other, and is equal to or more than 4 of the area of the low-concentration impurity region. Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the number is 5 or less. 前記第2の絶縁層のうち前記第2のゲート電極が設けられている部分の厚さは、前記第2の絶縁層のうち前記ソース電極または前記ドレイン電極が設けられている部分の厚さよりも小さい、請求項1から3のいずれかに記載の装置。The thickness of the portion of the second insulating layer where the second gate electrode is provided is larger than the thickness of the portion of the second insulating layer where the source electrode or the drain electrode is provided. Apparatus according to any of claims 1 to 3, which is small. 前記複数の薄膜トランジスタは前記少なくとも一つの薄膜トランジスタと異なる他の薄膜トランジスタを含んでおり、前記少なくとも一つの薄膜トランジスタと前記他の薄膜トランジスタとは同一の支持体の上に形成されており、前記他の薄膜トランジスタのゲート電極は、前記少なくとも一つの薄膜トランジスタの前記第2の絶縁層の下に設けられている、請求項1から4のいずれかに記載の装置。The plurality of thin film transistors include another thin film transistor different from the at least one thin film transistor, wherein the at least one thin film transistor and the other thin film transistor are formed on the same support, and a gate of the other thin film transistor is formed. The device according to claim 1, wherein an electrode is provided below the second insulating layer of the at least one thin film transistor. 薄膜トランジスタを備えた装置の製造方法であって、
(a)半導体層の上に第1の絶縁層を形成する工程と、
(b)前記第1の絶縁層の上に第1のゲート電極を設ける工程と、
(c)前記半導体層にソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度不純物領域とをそれぞれ形成する工程と、
(d)前記第1のゲート電極の上に第2の絶縁層を形成する工程と、
(e)前記第2の絶縁層に、前記第1のゲート電極、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のそれぞれの表面に達する第1、第2及び第3コンタクトホールをそれぞれ形成する工程と、
(f)前記第1、第2及び第3コンタクトホールの内部と前記第2の絶縁層の上とに導電層を設ける工程と、
(g)前記導電層から、前記ソース領域及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、前記第1のゲート電極と電気的に接続された第2のゲート電極とをそれぞれ形成する工程であって、前記第2のゲート電極のうち前記第1のゲート電極と重なっていない領域の少なくとも一部を、前記低濃度不純物領域の少なくとも一部と重なるようにする工程と
を包含する、製造方法。
A method for manufacturing a device including a thin film transistor,
(A) forming a first insulating layer on the semiconductor layer;
(B) providing a first gate electrode on the first insulating layer;
(C) forming a source region, a drain region, and a low-concentration impurity region having an impurity concentration lower than those of the source region and the drain region in the semiconductor layer;
(D) forming a second insulating layer on the first gate electrode;
(E) forming, in the second insulating layer, first, second, and third contact holes reaching respective surfaces of the first gate electrode, the source region, and the drain region;
(F) providing a conductive layer inside the first, second, and third contact holes and on the second insulating layer;
(G) forming, from the conductive layer, a source electrode and a drain electrode electrically connected to the source region and the drain region, respectively, and a second gate electrode electrically connected to the first gate electrode. Forming at least a part of the second gate electrode that does not overlap with the first gate electrode so as to overlap at least part of the low-concentration impurity region. Production method.
前記工程(c)は、前記第1のゲート電極をマスクとして、前記半導体層に不純物をドープすることにより、前記低濃度不純物領域を形成する工程を含む、請求項6に記載の製造方法。7. The method according to claim 6, wherein the step (c) includes a step of forming the low-concentration impurity region by doping the semiconductor layer with an impurity using the first gate electrode as a mask. 前記工程(c)は、
(c−1)前記第1のゲート電極をマスクとして、前記半導体層に第1のドーズ量で不純物をドープする工程と、
(c−2)前記第1の絶縁層の一部をフォトレジストで覆い、前記第1のゲート電極及び前記フォトレジストをマスクとして、前記半導体層に第2のドーズ量で不純物をドープする工程であって、前記第2のドーズ量は前記第1のドーズ量より高い工程と
を包含する、請求項7に記載の製造方法。
The step (c) comprises:
(C-1) doping the semiconductor layer with an impurity at a first dose using the first gate electrode as a mask;
(C-2) a step of covering a part of the first insulating layer with a photoresist and doping the semiconductor layer with an impurity at a second dose using the first gate electrode and the photoresist as a mask; The method according to claim 7, wherein the second dose is higher than the first dose.
前記工程(b)は、前記第1のゲート電極の一部を構成する第1電極層を形成する工程と、前記第1電極層の上に、前記第1のゲート電極の他の一部を構成する第2電極層を形成する工程であって、前記第2電極層は前記第1電極層のチャネル方向の幅よりも小さいチャネル方向の幅を有する工程とを含んでおり、前記工程(c−1)は、前記半導体層の前記第1電極層に覆われた領域のうち前記第2電極層に覆われていない領域に不純物をドープすることを含む、請求項8に記載の製造方法。The step (b) includes a step of forming a first electrode layer constituting a part of the first gate electrode, and a step of forming another part of the first gate electrode on the first electrode layer. Forming a second electrode layer to be formed, wherein the second electrode layer has a width in a channel direction smaller than a width of the first electrode layer in a channel direction. The manufacturing method according to claim 8, wherein -1) includes doping an impurity in a region of the semiconductor layer covered by the first electrode layer, the region not covered by the second electrode layer. 前記工程(b)は、前記半導体層の上に第1形状を有する第1のゲート電極を設ける工程であり、
前記工程(c)は、
(c1)前記第1形状を有する第1のゲート電極をマスクとして、前記半導体層に第3のドーズ量で不純物をドープする工程と、
(c2)前記第1形状を有する第1のゲート電極をエッチングすることにより、第2形状を有する第1のゲート電極を形成する工程であって、前記第2形状を有する第1のゲート電極のチャネル方向の幅は前記第1形状を有する第1のゲート電極のチャネル方向の幅よりも小さい工程と、
(c3)前記第2形状を有する第1のゲート電極をマスクとして、前記半導体層に第4のドーズ量で不純物をドープする工程であって、前記第4のドーズ量は前記第3のドーズ量よりも低い工程と
を包含する、請求項6に記載の製造方法。
The step (b) is a step of providing a first gate electrode having a first shape on the semiconductor layer,
The step (c) comprises:
(C1) doping the semiconductor layer with an impurity at a third dose using the first gate electrode having the first shape as a mask;
(C2) forming a first gate electrode having a second shape by etching the first gate electrode having the first shape, wherein the first gate electrode having the second shape is formed by etching the first gate electrode having the second shape; A step in which the width in the channel direction is smaller than the width in the channel direction of the first gate electrode having the first shape;
(C3) doping the semiconductor layer with an impurity at a fourth dose using the first gate electrode having the second shape as a mask, wherein the fourth dose is the third dose; The method according to claim 6, comprising lower steps.
前記工程(d)は、
(d−1)前記第1のゲート電極の上に、前記第2の絶縁層の一部を構成する第1層を形成する工程と、
(d−2)前記第1層の上に前記第2の絶縁層の他の一部を構成する前記第2層を形成する工程と
を包含する、請求項6から10のいずれかに記載の製造方法。
The step (d) includes:
(D-1) forming a first layer constituting a part of the second insulating layer on the first gate electrode;
(D-2) forming the second layer constituting another part of the second insulating layer on the first layer. Production method.
前記工程(d−2)において、前記第2層は前記第1層の一部の領域を覆って形成され、前記工程(g)において、前記ソース電極及びドレイン電極は、第2及び第3のコンタクトホールの内部と前記第2層の上に形成された導電層から形成され、前記ゲート電極は、第1のコンタクトホールの内部と前記第1層の上に形成された導電層から形成される、請求項11に記載の製造方法。In the step (d-2), the second layer is formed so as to cover a part of the first layer, and in the step (g), the source electrode and the drain electrode are formed of the second and third electrodes. The gate electrode is formed from the inside of the contact hole and the conductive layer formed on the second layer, and the gate electrode is formed from the inside of the first contact hole and the conductive layer formed on the first layer. The production method according to claim 11. 第1の薄膜トランジスタと第2の薄膜トランジスタとを備えた装置の製造方法であって、
(a)前記第1の薄膜トランジスタが形成される第1トランジスタ形成領域及び前記第2の薄膜トランジスタが形成される第2トランジスタ形成領域のそれぞれに、半導体層の上に第1の絶縁層を形成する工程と、
(b)前記第1の絶縁層の上に第1のゲート電極を設ける工程と、
(c)前記半導体層にソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する低濃度不純物領域とをそれぞれ形成する工程と、
(d)前記第1のゲート電極の上に第2の絶縁層を形成する工程と、
(e)前記第1トランジスタ形成領域では、前記第2の絶縁層に、前記第1のゲート電極、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のそれぞれの表面に達する第1、第2及び第3コンタクトホールをそれぞれ形成し、前記第2トランジスタ形成領域では、前記第2の絶縁層に、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のそれぞれの表面に達する第2及び第3コンタクトホールをそれぞれ形成する工程と、
(f)前記第1、第2及び第3コンタクトホールの内部と前記第2の絶縁層の上とに導電層を設ける工程と、
(g1)前記第1トランジスタ形成領域では、前記導電層から、前記ソース領域及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、前記第1のゲート電極と電気的に接続された第2のゲート電極とをそれぞれ形成する工程であって、前記第2のゲート電極のうち前記第1のゲート電極と重なっていない領域の少なくとも一部を、前記低濃度不純物領域の少なくとも一部と重なるようにする工程と
(g2)前記第2トランジスタ形成領域では、前記導電層から、前記ソース領域及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極をそれぞれ形成する工程と
を包含する、製造方法。
A method for manufacturing a device including a first thin film transistor and a second thin film transistor,
(A) forming a first insulating layer on a semiconductor layer in each of a first transistor forming region in which the first thin film transistor is formed and a second transistor forming region in which the second thin film transistor is formed; When,
(B) providing a first gate electrode on the first insulating layer;
(C) forming a source region, a drain region, and a low-concentration impurity region having an impurity concentration lower than those of the source region and the drain region in the semiconductor layer;
(D) forming a second insulating layer on the first gate electrode;
(E) In the first transistor formation region, first, second, and third contact holes reaching respective surfaces of the first gate electrode, the source region, and the drain region are formed in the second insulating layer. Forming second and third contact holes respectively reaching the respective surfaces of the source region and the drain region in the second insulating layer in the second transistor formation region,
(F) providing a conductive layer inside the first, second, and third contact holes and on the second insulating layer;
(G1) in the first transistor formation region, from the conductive layer, a source electrode and a drain electrode electrically connected to the source region and the drain region, respectively, and an electrical connection to the first gate electrode. Forming a second gate electrode, wherein at least part of a region of the second gate electrode that does not overlap with the first gate electrode is at least part of the low-concentration impurity region. (G2) forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to the source region and the drain region, respectively, from the conductive layer in the second transistor formation region. ,Production method.
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