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JP3287038B2 - Liquid crystal display - Google Patents

Liquid crystal display

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Publication number
JP3287038B2
JP3287038B2 JP35164892A JP35164892A JP3287038B2 JP 3287038 B2 JP3287038 B2 JP 3287038B2 JP 35164892 A JP35164892 A JP 35164892A JP 35164892 A JP35164892 A JP 35164892A JP 3287038 B2 JP3287038 B2 JP 3287038B2
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JP
Japan
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electrode
liquid crystal
thin film
film transistor
layer
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JP35164892A
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Japanese (ja)
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Inventor
益充 猪野
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Thin Film Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はアクティブマトリクスタ
イプの液晶表示装置に関し、より詳しくは画素電極、薄
膜トランジスタ、補助容量等が形成された駆動基板の構
造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active matrix type liquid crystal display device, and more particularly to the structure of a driving substrate on which pixel electrodes, thin film transistors, auxiliary capacitors, etc. are formed.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10に一般的なアクティブマトリクス
タイプ液晶表示装置の等価回路を示す。互いに直交配列
されたm本のゲート線(G1,G2,…Gm)とn本の
ソース線(S1,S2…Sn)の交点にMOS−FET
型の薄膜トランジスタ101、補助容量としての電荷蓄
積用コンデンサ102、及び画素を構成する液晶セル1
03が形成されている。かかる構造を有するアクティブ
マトリクスタイプ液晶表示装置は以下の様に駆動する。
即ち、ゲート線G1,G2,…Gmには、パルス幅が一
水平走査期間に設定されている走査信号が順次印加され
る。1本のゲート線が選択されている期間内に、サンプ
リングされた表示信号がソース線S1,S2,…Snに
順次ホールドされ、その直後夫々の画素に表示信号が書
き込まれる。画素に書き込まれた表示信号は液晶セル1
03及びコンデンサ102によって1フィールド期間保
持され、次のフィールドで反対極性の信号に書き換えら
れる。これにより液晶が交流駆動される。
2. Description of the Related Art FIG. 10 shows an equivalent circuit of a general active matrix type liquid crystal display device. MOS-FETs are provided at the intersections of m gate lines (G1, G2,... Gm) and n source lines (S1, S2.
Type thin film transistor 101, charge storage capacitor 102 as an auxiliary capacitor, and liquid crystal cell 1 forming a pixel
03 is formed. The active matrix type liquid crystal display having such a structure is driven as follows.
That is, scanning signals whose pulse width is set to one horizontal scanning period are sequentially applied to the gate lines G1, G2,... Gm. During the period in which one gate line is selected, the sampled display signals are sequentially held on the source lines S1, S2,... Sn, and immediately thereafter, the display signals are written to the respective pixels. The display signal written to the pixel is the liquid crystal cell 1
03 and the capacitor 102 hold for one field period, and are rewritten to a signal of the opposite polarity in the next field. Thus, the liquid crystal is AC driven.

【0003】個々の液晶セル103が有する画素容量は
大きい程、画素電位の保持を確実に行なう事ができるの
でコントラストむらが生ぜず一定の表示品質を確保でき
る。従って、画素電極面積が大きい場合(例えば200
μm角以上)には特に補助容量を設ける必要はない。し
かしながら、小型の表示装置において画素を高精細化あ
るいは微細化した場合には、画素電極面積が顕著に小さ
くなるので(例えば100μm角以下)画素容量を補う
為の補助容量が必要不可欠となる。
The larger the pixel capacitance of each liquid crystal cell 103, the more reliably the pixel potential can be maintained, so that a uniform display quality can be ensured without causing contrast unevenness. Therefore, when the pixel electrode area is large (for example, 200
It is not necessary to provide an auxiliary capacitor in the case of (μm square or more). However, when a pixel is made finer or finer in a small display device, the pixel electrode area is significantly reduced (for example, 100 μm square or less), and an auxiliary capacitance for complementing the pixel capacitance is indispensable.

【0004】一般に、表示信号の安定したサンプリング
ホールドを行なう為には、補助容量は画素容量の5倍程
度の大きさである事が要求される。この補助容量は一般
にMOS構造を有し基板平面上に形成される。必要な容
量を確保する為には電極面積を大きくする必要があり、
画素を微細化した場合容量電極の占める割合が高くなる
為、開口率(表示面に占める画素面積の割合)が低下す
る。特に、画素面積が50μm角以下の場合には、補助
容量の為に開口率が極端に悪くなるという欠点がある。
In general, in order to perform stable sampling and holding of a display signal, the auxiliary capacitance is required to be about five times as large as the pixel capacitance. This auxiliary capacitance generally has a MOS structure and is formed on a substrate plane. In order to secure the required capacity, it is necessary to increase the electrode area,
When the pixel is miniaturized, the ratio of the capacitance electrode increases, and the aperture ratio (the ratio of the pixel area to the display surface) decreases. In particular, when the pixel area is 50 μm square or less, there is a disadvantage that the aperture ratio becomes extremely poor due to the auxiliary capacitance.

【0005】この対応策として、例えば特開昭64−8
1262号公報には所謂トレンチ型の補助容量を用いた
改良例が示されている。図11を参照してこの例を先ず
簡潔に説明する。石英基板104の表面には溝あるいは
トレンチ105が形成されている。トレンチ105の内
壁には順に一方の電極膜106、誘電体膜107、他方
の電極膜108が積層されており所謂トレンチ容量素子
109を構成する。図から明らかな様に、トレンチ10
5の平面的な開口面積に比べて、一対の電極膜106,
108の有効面積が大きくなっており、素子寸法を大き
くする事なく容量値のみを増加できる。従って、かかる
トレンチ型容量素子109を用いた場合には、表示面に
占める割合を小さく抑える事ができるので、画素を微細
化した場合にも所定の開口率を達成できる。一方、薄膜
トランジスタ110はプレーナ型であり、半導体領域を
構成するシリコン多結晶薄膜111の上に形成されてい
る。半導体領域の上には二層のゲート絶縁膜112,1
13を介してゲート電極114が形成されているととも
に、層間絶縁膜115を介して画素電極116が薄膜ト
ランジスタ110のドレイン領域に電気接続している。
又、薄膜トランジスタ110のソース領域には個々のソ
ースラインに接続する電極117が設けられている。こ
れらの積層構造の最上部にはパッシベーション膜118
が被覆されている。
As a countermeasure against this, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
No. 1262 discloses an improved example using a so-called trench type storage capacitor. This example is first briefly described with reference to FIG. Grooves or trenches 105 are formed on the surface of the quartz substrate 104. On the inner wall of the trench 105, one electrode film 106, a dielectric film 107, and the other electrode film 108 are sequentially laminated to form a so-called trench capacitance element 109. As is clear from the figure, the trench 10
5, a pair of electrode films 106,
The effective area of 108 is increased, and only the capacitance value can be increased without increasing the element size. Therefore, when such a trench-type capacitance element 109 is used, the ratio occupied on the display surface can be reduced, so that a predetermined aperture ratio can be achieved even when the pixel is miniaturized. On the other hand, the thin film transistor 110 is of a planar type and is formed on a silicon polycrystalline thin film 111 constituting a semiconductor region. Two layers of gate insulating films 112 and 1 are formed on the semiconductor region.
13, a gate electrode 114 is formed, and a pixel electrode 116 is electrically connected to a drain region of the thin film transistor 110 via an interlayer insulating film 115.
In the source region of the thin film transistor 110, an electrode 117 connected to each source line is provided. A passivation film 118 is formed on the top of these stacked structures.
Is coated.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図11に示す従来例に
おいては、補助容量をトレンチ型とする事により平面寸
法の縮小化を図っているが、薄膜トランジスタの方はプ
レーナ型である。このトランジスタの素子平面積を縮小
化できれば、さらに画素の開口率が向上できる。この点
に鑑み、出願人は先に補助容量に加えて薄膜トランジス
タをトレンチ型にする構造を提案しており、図12にそ
の模式的な断面形状を示す。なお、図12の構造は従来
技術に属するものではなく、本発明の理解に供する為参
考に示したものである。図示する様に、薄膜トランジス
タ120はトレンチ121を利用して形成されている。
トレンチ121の内壁面には順に半導体領域を構成する
第1ポリシリコン層122、ゲート絶縁膜123、ゲー
ト電極を構成する第2ポリシリコン層124が重ねられ
ており、丁度トレンチ121を充填した形になってい
る。薄膜トランジスタ120のソース領域には第1層間
絶縁膜125を介して引き出し電極126が接続されて
いる。この引き出し電極126はソースラインに接続さ
れている。一方、トランジスタ120のドレイン領域に
は第1層間絶縁膜125を介して画素電極127が電気
接続している。トランジスタ120の表面には第2層間
絶縁膜128が被覆されている。
In the conventional example shown in FIG. 11, the planar size is reduced by making the storage capacitor a trench type, but the thin film transistor is a planar type. If the element area of the transistor can be reduced, the aperture ratio of the pixel can be further improved. In view of this point, the applicant has previously proposed a structure in which a thin film transistor is formed in a trench type in addition to an auxiliary capacitor, and FIG. 12 shows a schematic cross-sectional shape thereof. The structure shown in FIG. 12 does not belong to the prior art, and is shown for reference for understanding the present invention. As illustrated, the thin film transistor 120 is formed using a trench 121.
On the inner wall surface of the trench 121, a first polysilicon layer 122 constituting a semiconductor region, a gate insulating film 123, and a second polysilicon layer 124 constituting a gate electrode are sequentially stacked, and the trench 121 is filled exactly. Has become. A lead electrode 126 is connected to a source region of the thin film transistor 120 via a first interlayer insulating film 125. The extraction electrode 126 is connected to a source line. On the other hand, the pixel electrode 127 is electrically connected to the drain region of the transistor 120 via the first interlayer insulating film 125. The surface of the transistor 120 is covered with a second interlayer insulating film 128.

【0007】補助容量130も同様にトレンチ構造を有
しており、トレンチ131の内側面には順に第1ポリシ
リコン層122、誘電体膜あるいは絶縁体膜123、第
2ポリシリコン層124が堆積している。その上には、
さらに第1層間絶縁膜125及び第2層間絶縁膜128
が重ねられている。
The storage capacitor 130 also has a trench structure, and a first polysilicon layer 122, a dielectric film or an insulator film 123, and a second polysilicon layer 124 are sequentially deposited on the inner surface of the trench 131. ing. On top of that,
Further, a first interlayer insulating film 125 and a second interlayer insulating film 128
Are superimposed.

【0008】この様に、薄膜トランジスタ120をトレ
ンチ構造にする事によって、平面的に見たトランジスタ
の寸法、特にゲート長を小さくする事ができる。これに
より、薄膜トランジスタの微細化が促進できるので、画
素スイッチング用のトランジスタに限らず周辺回路に用
いられるトランジスタも小型化できシフトレジスタ部等
の高集積化が可能になる。一方、トレンチの内壁に沿っ
た有効三次元ゲート長は通常の寸法に設定できる為通常
の電源電圧レベルを使用できる。又、見掛上の二次元ゲ
ート長が縮小されても実際の三次元ゲート長を通常の寸
法に設定できるので所謂ショートチャネル効果等に関す
る対策を講じなくても良い。加えて、トレンチ型素子の
表面は平坦性に優れているので、液晶分子配向制御の為
のラビング処理も均一に行なう事ができる。この為、ト
レンチ素子の形成された領域を特にブラックマスク等で
遮蔽する必要がないのでそのまま開口部として利用でき
る。
As described above, by forming the thin film transistor 120 into a trench structure, the dimensions of the transistor as viewed in plan, particularly the gate length can be reduced. Accordingly, miniaturization of a thin film transistor can be promoted, so that not only a transistor for pixel switching but also a transistor used for a peripheral circuit can be reduced in size, and high integration of a shift register portion and the like can be realized. On the other hand, the effective three-dimensional gate length along the inner wall of the trench can be set to a normal size, so that a normal power supply voltage level can be used. Further, even if the apparent two-dimensional gate length is reduced, the actual three-dimensional gate length can be set to a normal size, so that it is not necessary to take measures for the so-called short channel effect or the like. In addition, since the surface of the trench element is excellent in flatness, a rubbing process for controlling the alignment of liquid crystal molecules can be performed uniformly. Therefore, it is not necessary to particularly shield the region where the trench element is formed with a black mask or the like, and the region can be used as an opening as it is.

【0009】図13に薄膜トランジスタが形成されるト
レンチ121の形状を拡大して示す。一般に、トレンチ
121は垂直な側壁部を要する。表面部、側壁部及び底
面部を連続して被覆する様に第1ポリシリコン層122
が堆積されている。この第1ポリシリコン層122はト
ランジスタの半導体領域として用いる為、ポリシリコン
結晶粒径の増大の為の固相成長処理が必要となる。この
固相成長処理を行なわないとトランジスタに要求される
所望の電流駆動特性が得られず、例えばIon/Iof
f特性やVth特性にばらつきが生じる。固相成長を行
なう為には、加熱処理に先立って第1ポリシリコン層1
22の表面にSiイオンを注入する必要がある。しか
しながら、この注入は異方性を有するイオンインプラン
テーションで行なわれるので、垂直な側壁部に付着した
ポリシリコン膜は影の部分141となり均一な固相成長
を行なう事ができないという問題点がある。加えて、垂
直な段差部142では所謂ステップカバレッジが悪くな
るので、第1ポリシリコン層の段切れが多発するという
問題点がある。
FIG. 13 shows an enlarged shape of a trench 121 in which a thin film transistor is formed. Generally, the trench 121 requires a vertical sidewall. The first polysilicon layer 122 is formed so as to continuously cover the surface portion, the side wall portion, and the bottom portion.
Has been deposited. Since the first polysilicon layer 122 is used as a semiconductor region of a transistor, a solid phase growth process for increasing the polysilicon crystal grain size is required. If this solid phase growth process is not performed, the desired current driving characteristics required for the transistor cannot be obtained. For example, Ion / Iof
Variations occur in f characteristics and Vth characteristics. In order to perform solid phase growth, the first polysilicon layer 1 must be
It is necessary to implant Si + ions into the surface of the substrate 22. However, since this implantation is performed by ion implantation having anisotropy, there is a problem that the polysilicon film adhered to the vertical side wall becomes a shadow portion 141 and uniform solid phase growth cannot be performed. In addition, since the vertical step portion 142 has poor step coverage, there is a problem that the first polysilicon layer is frequently disconnected.

【0010】以上、トレンチ構造を有する薄膜トランジ
スタに関し解決すべき課題を説明したが、トレンチ構造
を有する補助容量についても解決すべき課題が残されて
いる。絶縁基板上に形成された画素スイッチング用薄膜
トランジスタの動作特性は、これに対応する画素容量及
び補助容量と密接な関係にある。特に、補助容量の周波
数依存性は画素に対する表示信号の書き込み特性とその
後の信号電位保持能力に対して大きな影響を与える。こ
の点につき図14を参照して簡潔に説明する。図14の
グラフは画素電位波形を示しており、縦軸は画素電位V
を表わし横軸は時間を表わしている。正常な画素電位波
形では、表示信号の書き込みとともに電位が直ちに上昇
し、その後次の選択時間まで保持される。一方、従来の
トレンチ容量を用いた場合の画素電位波形は書き込み不
足が生じており、所望の画素電位に到達できない。この
原因は主としてトレンチ容量の周波数追従性低下によ
る。補助容量を絶縁基板の平面上に形成する場合には、
下部電極を構成する多結晶シリコンは容易に再結晶化で
き、且つその結晶粒径サイズも大きくする事が容易であ
る。又、多結晶シリコンの膜厚もステップカバーを考慮
する事なく薄層化する事が可能である。しかしながら、
トレンチ構造とした場合、トレンチ壁面での結晶状態や
ステップカバーの影響を受けて、当該部分のキャリア移
動度が低下し抵抗値が上昇する。その為、従来のトレン
チ容量では、周波数に対する容量の追従性が悪化する。
従って、図14に示す様に高速で画素書き込みを行なっ
た場合等画素電位の書き込み不足が生じるという課題が
ある。
Although the problems to be solved for the thin film transistor having the trench structure have been described above, the problems to be solved for the auxiliary capacitance having the trench structure still remain. The operating characteristics of the pixel switching thin film transistor formed on the insulating substrate are closely related to the corresponding pixel capacitance and auxiliary capacitance. In particular, the frequency dependence of the auxiliary capacitance has a great effect on the writing characteristics of the display signal to the pixel and the signal potential holding ability thereafter. This will be briefly described with reference to FIG. The graph of FIG. 14 shows the pixel potential waveform, and the vertical axis represents the pixel potential V.
And the horizontal axis represents time. In a normal pixel potential waveform, the potential immediately rises with the writing of the display signal, and is held until the next selection time. On the other hand, the pixel potential waveform in the case of using the conventional trench capacitor has insufficient writing, and cannot reach a desired pixel potential. This is mainly due to a decrease in the frequency followability of the trench capacitance. When forming the auxiliary capacitance on the plane of the insulating substrate,
The polycrystalline silicon constituting the lower electrode can be easily recrystallized, and its crystal grain size can be easily increased. Also, the thickness of the polycrystalline silicon can be reduced without considering the step cover. However,
In the case of the trench structure, under the influence of the crystal state and the step cover on the trench wall surface, the carrier mobility of the relevant portion decreases and the resistance value increases. Therefore, in the conventional trench capacitance, the ability of the capacitance to follow the frequency is deteriorated.
Therefore, there is a problem that insufficient writing of the pixel potential occurs, for example, when pixel writing is performed at high speed as shown in FIG.

【0011】図15はトレンチ容量値と下部電極を構成
する多結晶シリコンのキャリア移動度との関係を示すグ
ラフである。なおトレンチ容量値の測定は周波数10kH
z で行ない、キャリア移動度は電子の電界効果移動度で
あり対応するトランジスタ特性から見積った値である。
このグラフから明らかな様に、多結晶シリコンの電子移
動度が20cm2 /V・sec 以下に低下すると膜抵抗値が
増大し周波数追従性が悪化する為、目標容量値に対して
十分なトレンチ容量値を確保する事ができない。
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the trench capacitance value and the carrier mobility of the polycrystalline silicon constituting the lower electrode. The trench capacitance value was measured at a frequency of 10 kHz.
The carrier mobility is the field-effect mobility of electrons and is a value estimated from the corresponding transistor characteristics.
As is clear from this graph, when the electron mobility of polycrystalline silicon is reduced to 20 cm 2 / V · sec or less, the film resistance increases and the frequency tracking performance deteriorates. Value cannot be secured.

【0012】キャリア移動度を高める為には、シリコン
のイオン注入によりトレンチ内の多結晶シリコンを一旦
非晶質化させた後固相成長で大粒径化を図る事も考えら
れる。結晶粒径サイズが大きくなるとその分キャリア移
動度が改善できる。しかしながら、トレンチ側壁部に堆
積した多結晶シリコン膜に対してイオン注入を行なう事
は斜め入射となる為困難且つ煩雑である。非晶質化を十
分に行なう為にはシリコンイオン注入のエネルギーを複
数回変えて注入を実施しなくてはならない。この為、イ
オン注入工程に長時間を要する。又、結晶化、特に粒径
サイズの再現性にもばらつきが発生しやすい。
In order to increase the carrier mobility, it is conceivable that the polycrystalline silicon in the trench is once made amorphous by ion implantation of silicon, and then the grain size is increased by solid phase growth. As the crystal grain size increases, the carrier mobility can be improved accordingly. However, it is difficult and complicated to perform ion implantation on the polycrystalline silicon film deposited on the trench side wall because of oblique incidence. In order to sufficiently perform amorphization, the implantation must be performed while changing the energy of silicon ion implantation a plurality of times. Therefore, a long time is required for the ion implantation process. In addition, crystallization, particularly the reproducibility of the particle size, tends to vary.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上述した問題点に鑑み、
本発明は多結晶シリコン薄膜の均一な固相成長処理を可
能とし電気的に好ましい特性を有するトレンチ構造の薄
膜トランジスタ及び補助容量を提供する事を目的とす
る。かかる目的を達成する為に講じられた手段のうち主
として薄膜トランジスタに関係する部分を図1に基いて
説明する。本発明にかかる液晶表示装置は一対の絶縁基
板とこれら絶縁基板間に挟持された液晶層とから構成さ
れている。一方の絶縁基板1の上にはマトリクス状に配
列された画素電極2と、この画素電極2に接続された薄
膜トランジスタ3と前記画素電極2の電荷を保持する為
の補助容量4とが形成されている。薄膜トランジスタ3
は、絶縁基板1に形成された側面がテーパを有する溝部
5の内壁及び絶縁基板1の表面に接して形成された半導
体層6と、この半導体層上に形成されたゲート絶縁膜7
と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極8とか
ら構成されている。図から明らかな様に、半導体層6、
ゲート絶縁膜7及びゲート電極8を溝部5に対して略平
坦になるまで埋め込んだ形状を有している。なお、この
様にして形成された薄膜トランジスタ3のソース領域に
はソースラインもしくは信号ラインに連続している引き
出し電極9が第1層間絶縁膜10を介して接続されてい
る。又、画素電極2はITO等の透明導電薄膜をパタニ
ングして得られ、薄膜トランジスタ3のドレイン領域に
電気接続されている。引き出し電極9の上には更に第2
層間絶縁膜11が被覆されている。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems,
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a trench-structured thin film transistor and an auxiliary capacitor which enable uniform solid phase growth of a polycrystalline silicon thin film and have electrically favorable characteristics. The part mainly related to the thin film transistor among the means taken to achieve the object will be described with reference to FIG. The liquid crystal display device according to the present invention includes a pair of insulating substrates and a liquid crystal layer sandwiched between the insulating substrates. On one insulating substrate 1, pixel electrodes 2 arranged in a matrix, a thin film transistor 3 connected to the pixel electrodes 2, and an auxiliary capacitor 4 for holding charges of the pixel electrodes 2 are formed. I have. Thin film transistor 3
A semiconductor layer 6 formed in contact with the inner wall of the groove 5 having a tapered side surface formed in the insulating substrate 1 and the surface of the insulating substrate 1 ; and a gate insulating film 7 formed on the semiconductor layer.
And a gate electrode 8 formed on the gate insulating film. As is clear from the figure, the semiconductor layer 6,
It has a shape in which the gate insulating film 7 and the gate electrode 8 are buried in the trench 5 until it is substantially flat. The source electrode of the thin film transistor 3 thus formed is connected to a lead electrode 9 connected to a source line or a signal line via a first interlayer insulating film 10. The pixel electrode 2 is obtained by patterning a transparent conductive thin film such as ITO, and is electrically connected to a drain region of the thin film transistor 3. On the extraction electrode 9, a second
The interlayer insulating film 11 is covered.

【0014】溝部5あるいはトレンチ部の形状は、0<
tanθ≦a/2bを満たす様に設定されている。ここ
で、aは溝部5の溝幅を示しており、bは溝部5の深さ
を示しており、θはテーパ角を表わしている。素子設計
上、トレンチの溝幅a及び溝深さbは予め所望の値に設
計されている。そして、上述の関係式を満たす様にトレ
ンチ側壁のテーパ角θを形成すると、傾斜面は溝部5の
底部まで到達できるとともに、垂直壁とはならない。仮
に、上述した関係式を満たさない場合には、傾斜側壁は
底部まで到達できず設計値よりも浅い溝部が形成される
為、所望のゲート長が得られず期待されるトランジスタ
の電気特性が得られない。
The shape of the groove 5 or the trench is 0 <
It is set so as to satisfy tan θ ≦ a / 2b. Here, a indicates the groove width of the groove 5, b indicates the depth of the groove 5, and θ indicates the taper angle. In device design, the trench width a and the trench depth b of the trench are designed to desired values in advance. When the taper angle θ of the trench side wall is formed so as to satisfy the above relational expression, the inclined surface can reach the bottom of the groove 5 and does not become a vertical wall. If the above relational expression is not satisfied, the inclined side wall cannot reach the bottom and a groove portion shallower than the designed value is formed, so that the desired gate length cannot be obtained and the expected electrical characteristics of the transistor can be obtained. I can't.

【0015】一方、補助容量4は前記溝部5と同時に絶
縁基板1に形成された別の溝部12の内壁に沿って形成
された第1電極13と、前記薄膜トランジスタのゲート
絶縁膜7と同一材料で形成された誘電膜14を介して設
けられた第2電極15とで形成されている。好ましく
は、第1電極13は薄膜トランジスタ3の半導体層6と
同一材料の第1ポリシリコン16で形成されているとと
もに、第2電極15は薄膜トランジスタ3のゲート電極
8と同一材料の第2ポリシリコン17で形成されてい
る。図1に示す例においては薄膜トランジスタ3及び補
助容量4の両者がトレンチ構造を有している。しかしな
がら、本発明はこれに限られるものではなく、補助容量
4のみをテーパ形状を有するトレンチに形成しても良
い。逆に、薄膜トランジスタ3の方をテーパ形状を有す
る溝部5に形成しても良い。
On the other hand, the auxiliary capacitor 4 is made of the same material as the first electrode 13 formed along the inner wall of another groove 12 formed on the insulating substrate 1 at the same time as the groove 5 and the gate insulating film 7 of the thin film transistor. It is formed by the second electrode 15 provided via the formed dielectric film 14. Preferably, the first electrode 13 is formed of a first polysilicon 16 of the same material as the semiconductor layer 6 of the thin film transistor 3, and the second electrode 15 is formed of a second polysilicon 17 of the same material as the gate electrode 8 of the thin film transistor 3. It is formed with. In the example shown in FIG. 1, both the thin film transistor 3 and the auxiliary capacitance 4 have a trench structure. However, the present invention is not limited to this, and only the storage capacitor 4 may be formed in a trench having a tapered shape. Conversely, the thin film transistor 3 may be formed in the groove 5 having a tapered shape.

【0016】次に、前述した本発明の目的を達成する為
に講じられた手段のうち主として補助容量に関する部分
を図16に基いて説明する。石英等からなる絶縁基板6
1の表面内にはトレンチ又は溝部62が形成されてい
る。補助容量63はこの溝部62内に設けられトレンチ
構造を有している。補助容量63は第1の電極層64と
誘電膜65と第2の電極層66とから構成されている。
第1の電極層64は溝部62の内壁及び絶縁基板61の
表面に接して形成されたポリシリコン等の多結晶半導体
からなる。又、誘電膜65は同一基板上に形成される薄
膜トランジスタ(図示せず)に用いられるゲート絶縁膜
と同一構造を有しており、SiO2 /Si3 N4 /Si
O2 の三層構造を有する。第2の電極層66もポリシリ
コン等からなり溝部62内に埋め込まれている。なお、
第2の電極層66の上には第1層間絶縁膜67及び第2
層間絶縁膜68が重ねて形成されている。本発明の特徴
事項として第1の電極層を構成する多結晶半導体の最小
粒径サイズが、その膜厚よりも大きく設定されている。
好ましくは、前記多結晶半導体は化学気相成長により成
膜された非晶質半導体を固相成長で大粒径化したもので
ある。
Next, a part mainly related to the auxiliary capacity of the means taken to achieve the object of the present invention will be described with reference to FIG. Insulating substrate 6 made of quartz or the like
A trench or groove 62 is formed in the surface of the substrate 1. The storage capacitor 63 is provided in the groove 62 and has a trench structure. The storage capacitor 63 includes a first electrode layer 64, a dielectric film 65, and a second electrode layer 66.
The first electrode layer 64 is formed between the inner wall of the groove 62 and the insulating substrate 61.
It is made of a polycrystalline semiconductor such as polysilicon formed in contact with the surface . The dielectric film 65 has the same structure as a gate insulating film used for a thin film transistor (not shown) formed on the same substrate, and is made of SiO2 / Si3N4 / Si.
It has a three-layer structure of O2. The second electrode layer 66 is also made of polysilicon or the like and is buried in the groove 62. In addition,
On the second electrode layer 66, a first interlayer insulating film 67 and a second
An interlayer insulating film 68 is formed to overlap. As a feature of the present invention, the minimum grain size of the polycrystalline semiconductor constituting the first electrode layer is set to be larger than its film thickness.
Preferably, the polycrystalline semiconductor is obtained by increasing the diameter of an amorphous semiconductor formed by chemical vapor deposition by solid phase growth.

【0017】図17は、図16に示したトレンチ型の補
助容量63に加えて同一基板上に平面型の画素スイッチ
ング用薄膜トランジスタ71を形成した状態を示す模式
的な断面図である。薄膜トランジスタ71は絶縁基板6
1の平面上に形成された活性領域となる多結晶半導体層
72と、この多結晶半導体層72上に形成されたゲート
絶縁膜73と、このゲート絶縁膜73上に形成されたゲ
ート電極74とから構成されている。活性領域となる多
結晶半導体層72は、前述した補助容量を構成する第1
の電極層64と同一材料同一層厚で形成されている。又
ゲート絶縁膜73は前述した誘電膜65と同一材料で形
成されており三層構造を有する。さらにゲート電極74
は補助容量を構成する第2の電極層66と同一材料で形
成されている。好ましくは、薄膜トランジスタ71の活
性領域となる多結晶半導体層72は、イオン注入により
一旦非晶質化し、それを固相成長させたものである。な
お薄膜トランジスタ71のドレイン領域には第1層間絶
縁膜67、第2層間絶縁膜68を介して開口されたコン
タクトホールを通じITO等の透明導電膜からなる画素
電極75が電気接続されている。薄膜トランジスタ71
のソース領域には第1層間絶縁膜67を介して開口した
コンタクトホールを通じて金属アルミニウム等からなる
配線パタン76が電気接続している。さらに、第2層間
絶縁膜68の上部にはP−SiNからなるパッシベーシ
ョン膜77がパタニング形成されている。
FIG. 17 is a schematic sectional view showing a state in which a planar type pixel switching thin film transistor 71 is formed on the same substrate in addition to the trench type auxiliary capacitance 63 shown in FIG. The thin film transistor 71 is an insulating substrate 6
1, a polycrystalline semiconductor layer 72 to be an active region, a gate insulating film 73 formed on the polycrystalline semiconductor layer 72, and a gate electrode 74 formed on the gate insulating film 73. It is composed of The polycrystalline semiconductor layer 72 serving as an active region is the first region forming the storage capacitor described above.
Of the same material and thickness as the electrode layer 64 of FIG. The gate insulating film 73 is formed of the same material as the above-described dielectric film 65 and has a three-layer structure. Further, the gate electrode 74
Are formed of the same material as the second electrode layer 66 constituting the storage capacitor. Preferably, the polycrystalline semiconductor layer 72 serving as an active region of the thin film transistor 71 is once made amorphous by ion implantation, and is grown by solid phase. A pixel electrode 75 made of a transparent conductive film such as ITO is electrically connected to a drain region of the thin film transistor 71 through a contact hole opened through the first interlayer insulating film 67 and the second interlayer insulating film 68. Thin film transistor 71
A wiring pattern 76 made of metal aluminum or the like is electrically connected to the source region through a contact hole opened through the first interlayer insulating film 67. Further, a passivation film 77 made of P-SiN is formed on the second interlayer insulating film 68 by patterning.

【0018】[0018]

【作用】次に、図2を参照して本発明の作用のうち主と
して図1に示したトレンチ型薄膜トランジスタに関係す
る部分を詳細に説明する。前述した様に、絶縁基板1の
表面にはテーパ形状あるいは略V字形状を有する溝部5
が形成されておりその表面には第1ポリシリコン16が
堆積されている。この第1ポリシリコン16は薄膜トラ
ンジスタの半導体層となる為、固相成長処理が必要であ
る。固相成長処理は先ずSiイオン粒子をイオン注入
し第1ポリシリコン16の結晶粒径を1度微細化した
後、加熱処理あるいはアニールを行なって再結晶化させ
結晶粒径の増大を図るものである。結晶粒径が増大する
に従って、半導体層の電荷移動度等が改善され、より単
結晶薄膜に近い特性を得る事ができる。イオン注入の入
射角度は基板表面に対して垂直である為、影の部分が生
じると均一な注入ができない。特に、薄膜トランジスタ
の製造工程に用いるイオン注入は注入射程が短かい。そ
の為、Siイオン注入を行なう場合には、第1ポリシ
リコン16が全面に露出している必要がある。即ち、基
板上面から観察した時、第1ポリシリコン16の影が生
じない様にトレンチ形状を設定する必要がある。この
為、本発明においては、溝部5にテーパを設けている。
このテーパはゲート配線の長手方向に沿って形成され
る。又、補助容量の場合には、これに接続される配線の
長手方向に沿って形成する。かかるテーパ構造を採用す
る事により、Siイオン注入時におけるトレンチ部の
影を軽減でき、溝部内壁に沿って均一な結晶構造を有す
る第1ポリシリコンからなる半導体層6あるいは第1電
極13(図1参照)を形成する事ができる。
Next, with reference to FIG. 2, a part of the operation of the present invention mainly relating to the trench type thin film transistor shown in FIG. 1 will be described in detail. As described above, the groove 5 having a tapered shape or a substantially V shape is formed on the surface of the insulating substrate 1.
Is formed, and a first polysilicon 16 is deposited on the surface thereof. Since the first polysilicon 16 becomes a semiconductor layer of the thin film transistor, a solid phase growth process is required. In the solid phase growth process, first, Si + ion particles are ion-implanted to reduce the crystal grain size of the first polysilicon 16 once, and then heat treatment or annealing is performed to recrystallize the crystal to increase the crystal grain size. It is. As the crystal grain size increases, the charge mobility and the like of the semiconductor layer are improved, and characteristics closer to a single crystal thin film can be obtained. Since the angle of incidence of the ion implantation is perpendicular to the substrate surface, uniform implantation cannot be achieved if a shadow is formed. In particular, ion implantation used in the manufacturing process of a thin film transistor has a short injection distance. Therefore, when performing Si + ion implantation, the first polysilicon 16 needs to be exposed on the entire surface. That is, it is necessary to set the trench shape so that the shadow of the first polysilicon 16 does not occur when observed from the upper surface of the substrate. For this reason, in the present invention, the groove 5 is tapered.
This taper is formed along the longitudinal direction of the gate wiring. In the case of an auxiliary capacitor, it is formed along the longitudinal direction of the wiring connected to the auxiliary capacitor. By adopting such a tapered structure, the shadow of the trench portion at the time of Si + ion implantation can be reduced, and the semiconductor layer 6 or the first electrode 13 made of the first polysilicon having a uniform crystal structure along the inner wall of the trench (FIG. 1) can be formed.

【0019】続いて本発明の作用のうち主として図16
及び図17に示したトレンチ型補助容量に関する部分を
詳細に説明する。前述した様に、本発明においては、ト
レンチ容量の下部に使用するポリシリコンを再結晶化し
て、ポリシリコン自体の膜厚よりポリシリコン中の結晶
粒径サイズが大きくなる様に成膜する。再結晶化により
キャリア移動度が増加しトレンチ側壁部における抵抗の
増大を防ぎ、周波数追従性を改善している。かかる構造
により、トレンチ型補助容量は、画素スイッチング用薄
膜トランジスタの選択動作速度に十分追従でき従来の様
な書き込み不足を防ぐ事ができる。
Next, the operation of the present invention will be described mainly with reference to FIG.
The portion related to the trench type auxiliary capacitance shown in FIG. 17 will be described in detail. As described above, in the present invention, the polysilicon used below the trench capacitance is recrystallized to form a film such that the crystal grain size in the polysilicon becomes larger than the thickness of the polysilicon itself. The carrier mobility is increased by the recrystallization, so that the resistance at the side wall of the trench is prevented from increasing, and the frequency tracking property is improved. With such a structure, the trench-type storage capacitor can sufficiently follow the selection operation speed of the pixel switching thin film transistor, and can prevent insufficient writing unlike the conventional case.

【0020】本発明によれば、ポリシリコンの結晶粒径
サイズをその膜厚より大きくする事により低抵抗化を図
りトレンチ型補助容量の周波数追従性を改善している。
従って、低抵抗化の為にポリシリコンの膜厚を大きくす
る必要がなく、図17に示した様にトレンチ型補助容量
の下部電極64として用いられるポリシリコンは、同時
に平面型薄膜トランジスタ71の活性領域となる多結晶
半導体層72にも利用できる。従って、アクティブマト
リクス型液晶表示装置用駆動基板の製造工程が簡略化で
きる。仮に、ポリシリコン膜を厚くすれば移動するキャ
リアの個数が増加して抵抗を減少させる事が可能となる
が、これではトレンチ型補助容量の下部電極64と、画
素スイッチング用平面型薄膜トランジスタ71の活性領
域を構成する多結晶半導体層72とが兼用できなくな
る。これでは駆動基板作成の為の工程数が増加してしま
う。又、トレンチ型補助容量と薄膜トランジスタの活性
領域を分離する構造も考えられるが、補助容量部とトラ
ンジスタ部を接続する為のコンタクトホールが必要とな
り、この為画素内に追加コンタクトホール分のレイアウ
トが必要となる。この構造では最終的にアクティブマト
リクス型液晶表示装置の開口率が犠牲になってしまう。
According to the present invention, by making the crystal grain size of polysilicon larger than its thickness, the resistance is reduced and the frequency followability of the trench type auxiliary capacitance is improved.
Therefore, it is not necessary to increase the film thickness of the polysilicon in order to reduce the resistance. As shown in FIG. 17, the polysilicon used as the lower electrode 64 of the trench-type auxiliary capacitance is formed at the same time as the active region of the planar thin-film transistor 71. It can also be used for the polycrystalline semiconductor layer 72 to be formed. Therefore, the manufacturing process of the driving substrate for the active matrix type liquid crystal display device can be simplified. If the thickness of the polysilicon film is increased, the number of moving carriers increases and the resistance can be reduced. In this case, however, the lower electrode 64 of the trench type auxiliary capacitor and the activation of the pixel switching planar thin film transistor 71 are activated. The polycrystalline semiconductor layer 72 constituting the region cannot be shared. In this case, the number of steps for forming the driving substrate increases. A structure that separates the active region of the thin film transistor from the trench-type auxiliary capacitor is also conceivable. However, a contact hole for connecting the auxiliary capacitor portion and the transistor portion is required. Therefore, a layout for an additional contact hole is required in the pixel. Becomes In this structure, the aperture ratio of the active matrix type liquid crystal display device is ultimately sacrificed.

【0021】上述した本発明の作用を、以下具体的なデ
ータを挙げてさらに説明を加える。図18は補助容量値
と周波数との関係を示すグラフであって、本発明による
特性カーブと従来法による特性カーブとを対比して示し
ている。この特性カーブはバイアス電圧を10Vに設定
した時の測定値である。本発明に従って作成されたトレ
ンチ構造の補助容量については、下部電極を構成するポ
リシリコンの膜厚は95nmに設定されており、粒径サイ
ズは500nm程度である。一方、従来法に従って形成さ
れたトレンチ型補助容量の下部電極膜厚は同じく95nm
でありポリシリコン粒径サイズは50nmである。粒径サ
イズが50nm程度のポリシリコンは略成膜されたままの
状態であり、トレンチ側壁部のポリシリコンの移動度は
1cm2 /V・sec 以下である。この為、10kHz 以上の
範囲では、抵抗成分の増加により周波数追従性が極端に
悪くなっている。これに対して、本発明に従って下部電
極を構成するポリシリコンに対して固相成長を行ない5
00nm程度の結晶粒径サイズに成長させた場合、100
cm2 /V・sec 程度の電子移動度が得られる。実際の電
荷移動は略電子移動度に比例する為、従来に比し100
倍以上の高周波に応答する事が可能である。
The operation of the present invention described above will be further described below with specific data. FIG. 18 is a graph showing the relationship between the auxiliary capacitance value and the frequency, in which the characteristic curve according to the present invention is compared with the characteristic curve according to the conventional method. This characteristic curve is a measured value when the bias voltage is set to 10V. Regarding the auxiliary capacitance of the trench structure formed according to the present invention, the thickness of the polysilicon forming the lower electrode is set to 95 nm, and the grain size is about 500 nm. On the other hand, the lower electrode film thickness of the trench type auxiliary capacitor formed according to the conventional method is also 95 nm.
And the polysilicon particle size is 50 nm. Polysilicon having a particle size of about 50 nm is in a substantially as-deposited state, and the mobility of the polysilicon on the side wall of the trench is 1 cm 2 / V · sec or less. For this reason, in the range of 10 kHz or more, the frequency tracking ability is extremely deteriorated due to the increase in the resistance component. On the other hand, according to the present invention, solid-phase growth is performed on the polysilicon constituting the lower electrode.
When grown to a crystal grain size of about 00 nm, 100
Electron mobility of about cm 2 / V · sec is obtained. The actual charge transfer is approximately proportional to the electron mobility.
It is possible to respond to high frequency twice or more.

【0022】図19は補助容量値とトレンチ型補助容量
の下部電極を構成するポリシリコンの膜厚との関係を示
すグラフである。ポリシリコンの粒径サイズを500nm
にした場合と40nmにした場合を示している。粒径サイ
ズが500nmの場合にはポリシリコンの膜厚を100nm
以下にしても抵抗値は減少せず周波数追従性が悪化しな
いので、所望の補助容量値を維持できる。従って、図1
7に示した様に、トレンチ型補助容量の下部電極と平面
型薄膜トランジスタの活性領域とで、ポリシリコン膜を
兼用できる。一方、粒径サイズが40nmの場合にはポリ
シリコンの膜厚を100nm以下にした場合抵抗値の増大
に伴ない周波数追従性が悪化し補助容量値が極端に減少
する。
FIG. 19 is a graph showing the relationship between the storage capacitance value and the thickness of the polysilicon forming the lower electrode of the trench storage capacitor. 500nm grain size of polysilicon
And the case of 40 nm. When the particle size is 500 nm, the thickness of the polysilicon film is 100 nm.
Even below, the resistance value does not decrease and the frequency tracking performance does not deteriorate, so that the desired auxiliary capacitance value can be maintained. Therefore, FIG.
As shown in FIG. 7, the polysilicon film can be used for both the lower electrode of the trench type auxiliary capacitance and the active region of the planar type thin film transistor. On the other hand, when the grain size is 40 nm, when the thickness of the polysilicon film is set to 100 nm or less, the frequency followability is deteriorated with the increase in the resistance value, and the auxiliary capacitance value is extremely reduced.

【0023】図20は、ポリシリコン内における結晶粒
径サイズによる電子移動度の差異を模式的に表わしたも
のである。(A)は結晶粒径サイズがポリシリコン膜厚
より小さい場合を示しており、(B)は結晶粒径サイズ
がポリシリコン膜厚より大きい場合を表わしている。何
れも、補助容量が形成されるトレンチ側壁部における結
晶状態を示すものである。なお理解を容易にする為、図
16に示したトレンチ型補助容量と対応する部分には対
応する参照番号を付してある。(A)に示す様に、下部
電極64を構成するポリシリコンの結晶粒径サイズが膜
厚より小さいと結晶粒界78のランダム配列により、ポ
リシリコン膜中を走行する電子の移動方向が散乱を受け
る。半導体における伝導状態は、主に伝導帯、価電子帯
に存在するキャリアの個数とその移動度で決定される。
従って、これを妨げる様な結晶粒界78に代表される電
子散乱要因は伝導率を低下させる。一方、(B)に示す
様に、本発明においてはポリシリコン内に存在する結晶
粒界無秩序性を低減し電子散乱を極力抑える為、結晶粒
界78の方向を絶縁基板61に対して垂直に形成する事
により、結晶粒界78の散乱方向を均一化させる事がで
きる。これを達成する為、下部電極64となるポリシリ
コンの膜厚に対し、結晶粒径サイズを大きくする必要が
ある。
FIG. 20 schematically shows a difference in electron mobility depending on a crystal grain size in polysilicon. (A) shows the case where the crystal grain size is smaller than the polysilicon film thickness, and (B) shows the case where the crystal grain size is larger than the polysilicon film thickness. Each of them shows a crystal state in a trench sidewall portion where an auxiliary capacitance is formed. For easy understanding, the portions corresponding to the trench-type auxiliary capacitors shown in FIG. 16 are denoted by the corresponding reference numerals. As shown in (A), when the crystal grain size of the polysilicon forming the lower electrode 64 is smaller than the film thickness, the moving direction of the electrons traveling through the polysilicon film is scattered due to the random arrangement of the crystal grain boundaries 78. receive. The conduction state of a semiconductor is determined mainly by the number of carriers present in the conduction band and the valence band and their mobilities.
Therefore, an electron scattering factor typified by the crystal grain boundary 78 that hinders this lowers the conductivity. On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the present invention, the direction of the crystal grain boundary 78 is perpendicular to the insulating substrate 61 in order to reduce the crystal grain boundary disorder existing in the polysilicon and to suppress electron scattering as much as possible. By forming, the scattering direction of the crystal grain boundary 78 can be made uniform. In order to achieve this, it is necessary to increase the crystal grain size with respect to the thickness of the polysilicon to be the lower electrode 64.

【0024】[0024]

【実施例】以下本発明にかかる液晶表示装置駆動用基板
の第1実施例を、図3ないし図9の工程図に従って詳細
に説明する。先ず、図3は溝部の形成及び第1ポリシリ
コンの形成を示す工程図である。この例では、絶縁基板
として石英基板31を用意する。この石英基板31の表
面にフォトレジスト膜を塗布して露光現像処理を行ない
パタニングした後、HFとNH4 Fの1対6溶液を用い
てウエットエッチングを行ない浅いが略垂直壁を有する
溝32を形成する。次に、CF4 とO2 の95対5混合
気体を反応ガスとしてプラズマドライエッチングを行な
い略テーパ形状を有する溝33を形成する。等方的なウ
エットエッチングと異なり、プラズマドライエッチング
は異方性を有するので、プラズマ粒子の加速エネルギー
や反応ガスの蒸気圧等の諸パラメータを適当に設定する
事により、所望のテーパ形状を有する溝部33が得られ
る。本例においては、ウエットエッチングとドライエッ
チングを組み合わせてトレンチを形成しているが、場合
によっては石英基板の場合ドライエッチングのみによっ
てテーパ形状を作る事もできる。次に、石英基板31の
全面に第1ポリシリコン層34を堆積する。低圧化学気
相成長法(LPCVD法)を用い膜厚80nmで堆積す
る。この処理により、基板表面のみならず溝部33の内
壁部も略均一の膜厚で第1ポリシリコン層34が形成で
きる。続いて、第1ポリシリコン層34の固相成長処理
を行なう為イオン注入によりSiイオンを注入する。
例えば、30keV の加速エネルギーで、ドーズを1×1
15個/cm2 に設定する。あるいは、Siイオンの加
速エネルギーを50keV に設定しても良い。この注入処
理により、10nm〜50nmの平均結晶粒径を有していた
第1ポリシリコンは微細化され一旦アモルファスな状態
に近くなる。次に、620℃程度で一定時間加熱処理あ
るいはアニールを行なう事により再結晶化が起こり50
0nm程度の平均結晶粒径を有する膜が得られる。この膜
は、その結晶構造が単結晶に近いので優れた電気特性を
有する薄膜トランジスタを作り込む事ができる。仮に、
固相成長処理を行なわないとトランジスタ周波数特性の
悪化は避けられない。最後に、第1ポリシリコン層34
を所定の形状にパタニングし、薄膜トランジスタの半導
体層35と補助容量の第1電極36とを同時に対応する
溝部33に形成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the substrate for driving a liquid crystal display device according to the present invention will be described below in detail with reference to the process charts of FIGS. First, FIG. 3 is a process chart showing the formation of the groove and the formation of the first polysilicon. In this example, a quartz substrate 31 is prepared as an insulating substrate. After applying a photoresist film on the surface of the quartz substrate 31 and performing exposure and development processing and patterning, wet etching is performed using a 1: 6 solution of HF and NH 4 F to form a groove 32 having shallow but substantially vertical walls. Form. Next, plasma dry etching is performed using a 95: 5 mixed gas of CF 4 and O 2 as a reaction gas to form a groove 33 having a substantially tapered shape. Unlike isotropic wet etching, plasma dry etching has anisotropy. Therefore, by appropriately setting various parameters such as acceleration energy of plasma particles and vapor pressure of a reaction gas, a groove having a desired tapered shape is obtained. 33 are obtained. In this example, the trench is formed by combining wet etching and dry etching. However, in some cases, in the case of a quartz substrate, a tapered shape can be formed only by dry etching. Next, a first polysilicon layer 34 is deposited on the entire surface of the quartz substrate 31. Deposition is performed to a film thickness of 80 nm using low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD). By this processing, the first polysilicon layer 34 can be formed with a substantially uniform film thickness not only on the substrate surface but also on the inner wall of the groove 33. Subsequently, Si + ions are implanted by ion implantation to perform a solid phase growth process of the first polysilicon layer 34.
For example, at an acceleration energy of 30 keV, the dose is 1 × 1
Set to 0 15 pieces / cm 2 . Alternatively, the acceleration energy of Si + ions may be set to 50 keV. By this implantation process, the first polysilicon having an average crystal grain size of 10 nm to 50 nm is miniaturized and once approaches an amorphous state. Next, recrystallization is caused by performing heat treatment or annealing at about 620 ° C. for a certain period of time.
A film having an average crystal grain size of about 0 nm is obtained. Since this film has a crystal structure close to that of a single crystal, a thin film transistor having excellent electric characteristics can be manufactured. what if,
Unless the solid phase growth process is performed, the deterioration of the transistor frequency characteristics cannot be avoided. Finally, the first polysilicon layer 34
Is patterned into a predetermined shape, and the semiconductor layer 35 of the thin film transistor and the first electrode 36 of the storage capacitor are simultaneously formed in the corresponding groove 33.

【0025】続いて、図4を参照してゲート絶縁膜の形
成工程を説明する。先ず、第1ポリシリコン層34の表
面を熱酸化処理して、50nm程度の膜厚を有するSiO
2 熱酸化膜37を形成する。次に、トランジスタの形成
されるべき領域をフォトレジスト38で部分的に被覆し
た後、露出した領域に対して砒素陽イオン粒子をイオン
注入する。この時の条件は例えば加速エネルギー30ke
V でドーズが5×1014/cm2 である。このイオン注入
により補助容量を構成すべき第1電極36の低抵抗化を
行なう。このイオン注入は熱酸化膜37を介して行なわ
れる。次に、レジスト38を除去した後、熱酸化膜37
の表面にLPCVD法を用いて約30nmの膜厚の窒化シ
リコン膜を堆積する。この窒化シリコン膜をさらに熱酸
化してその表面に約2nmの熱酸化膜を形成する。この様
にして、三層構造を有するゲート絶縁膜39が形成され
る。三層構造を有する為耐圧性が向上する。
Next, a step of forming a gate insulating film will be described with reference to FIG. First, the surface of the first polysilicon layer 34 is thermally oxidized to form a SiO 2 film having a thickness of about 50 nm.
2 A thermal oxide film 37 is formed. Next, after a region where a transistor is to be formed is partially covered with a photoresist 38, arsenic cation particles are ion-implanted into the exposed region. The condition at this time is, for example, acceleration energy 30 ke
In V, the dose is 5 × 10 14 / cm 2 . This ion implantation lowers the resistance of the first electrode 36 that forms the auxiliary capacitance. This ion implantation is performed via the thermal oxide film 37. Next, after removing the resist 38, the thermal oxide film 37 is removed.
A silicon nitride film having a thickness of about 30 nm is deposited on the surface of the substrate by LPCVD. This silicon nitride film is further thermally oxidized to form a thermal oxide film of about 2 nm on its surface. Thus, a gate insulating film 39 having a three-layer structure is formed. With a three-layer structure, pressure resistance is improved.

【0026】次に、図5を参照してトランジスタのゲー
ト電極並びに補助容量の第2電極の形成を説明する。L
PCVD法を用いておよそ350nmの膜厚で第2ポリシ
リコン層をゲート絶縁膜39の上に堆積する。この上
に、図示しないが燐のドーピングされたガラス(PS
G)の膜を堆積する。続いて、加熱処理を施しPSG中
の燐を第2ポリシリコン層40に拡散し低抵抗化を行な
う。PSGを除去した後、フォトレジスト膜を用いて第
2ポリシリコン層40のパタニングを行ない、所定の形
状を有するゲート電極41と第2電極42を形成する。
これらの電極は溝部33に各々埋め込まれた形となって
いる。従って、溝部の表面は略平坦に加工する事ができ
る。このパタニングはCF4 とO2 の95対5混合気体
を反応ガスとしてプラズマエッチングにより行なう。な
お、ゲート電極41は溝部33を通ってゲートラインあ
るいは走査線に接続されている。一方、第2電極42も
溝部33を通って所定の共通ラインに接続されている。
以上の加工により、右側の溝部33には第1電極36、
誘電体膜あるいは絶縁膜34、第2電極42とからなる
トレンチ型の補助容量56が形成できる。トレンチ型で
あるので、見掛上の平面積よりも大きな電極面積を有し
容量が増加している。又、トレンチはテーパ形状を有す
るので段差部における断線故障等が生じにくい構造とな
っている。一方、左側の溝部33には、半導体層35、
ゲート絶縁膜34、ゲート電極41とからなるトランジ
スタの基本構造が形成される。同じく、トレンチ構造で
あるので実際の三次元チャネル長に比べて見掛上の二次
元チャネル長を短かくでき、トランジスタの微細化が達
成できるとともに、半導体層35はテーパ面に沿って形
成されているので段切れ故障等の惧れが少ない。加え
て、平面的に見て半導体層35は当初略完全に露出して
いたので、前述した様に固相成長処理におけるSi
オンの注入を略均一に行なう事ができた。
Next, the formation of the gate electrode of the transistor and the second electrode of the auxiliary capacitor will be described with reference to FIG. L
A second polysilicon layer having a thickness of about 350 nm is deposited on the gate insulating film 39 by using the PCVD method. On this, phosphorus-doped glass (not shown) (PS
Deposit the film of G). Subsequently, heat treatment is performed to diffuse phosphorus in the PSG into the second polysilicon layer 40 to reduce the resistance. After the PSG is removed, the second polysilicon layer 40 is patterned using a photoresist film to form a gate electrode 41 and a second electrode 42 having a predetermined shape.
These electrodes are embedded in the grooves 33, respectively. Therefore, the surface of the groove can be processed substantially flat. This patterning is performed by plasma etching using a 95: 5 mixed gas of CF 4 and O 2 as a reaction gas. The gate electrode 41 is connected to a gate line or a scanning line through the groove 33. On the other hand, the second electrode 42 is also connected to a predetermined common line through the groove 33.
By the above processing, the first electrode 36 is provided in the groove 33 on the right side.
A trench type auxiliary capacitor 56 including the dielectric film or the insulating film 34 and the second electrode 42 can be formed. Since it is a trench type, it has an electrode area larger than an apparent plane area and has an increased capacitance. Further, since the trench has a tapered shape, it has a structure in which a disconnection failure or the like at a stepped portion is unlikely to occur. On the other hand, the semiconductor layer 35,
A basic structure of a transistor including the gate insulating film 34 and the gate electrode 41 is formed. Similarly, because of the trench structure, the apparent two-dimensional channel length can be made shorter than the actual three-dimensional channel length, miniaturization of the transistor can be achieved, and the semiconductor layer 35 is formed along the tapered surface. There is little fear of step breakage. In addition, since the semiconductor layer 35 was almost completely exposed at first in plan view, the implantation of Si + ions in the solid phase growth process could be performed substantially uniformly as described above.

【0027】次に図6を参照して薄膜トランジスタのソ
ース及びドレイン領域形成工程を説明する。先ず、左側
の溝部33の上部をレジスト43で被覆した後砒素陽イ
オン粒子をイオン注入し、低濃度にドーピングされたド
レイン領域(LDD)を形成する。この時の注入条件は
加速エネルギーを160keV に設定し、ドーズを1×1
13/cm2 に設定する。所謂LDD構造は短チャネル効
果を防止する事を目的とする。本例においては、トラン
ジスタはトレンチ構造を有するので十分なチャネル長を
確保でき、必ずしもLDD構造を採用する必要はない。
続いて、前述したレジスト膜43よりも大きな寸法を有
するレジスト膜44を用いて溝部33をマスクした後、
砒素陽イオンを注入しNチャネル型のソース領域及びド
レイン領域を形成する。この時のイオン注入条件は加速
エネルギーを140keV に設定し、ドーズを2×1015
/cm2 に設定する。この様にして作成されたNチャネル
型MOS−FETトランジスタは画素駆動用として用い
られる。一方、走査回路や駆動回路等の周辺回路におい
てはCMOS構造が多く採用されているので、Pチャネ
ル型MOS−FETを作成する必要もある。この場合に
は、レジスト45を介してボロン陽イオン粒子を半導体
層34の平坦部にイオン注入し、P型の不純物が高濃度
にドーピングされたソース領域S及びドレイン領域Dを
形成する。この時のイオン注入条件は、加速エネルギー
を30keV に設定しドーズを2×1015/cm2 に設定し
た。
Next, a process for forming a source and a drain region of a thin film transistor will be described with reference to FIG. First, after covering the upper portion of the left groove 33 with a resist 43, arsenic cation particles are ion-implanted to form a lightly doped drain region (LDD). The implantation conditions at this time were set to an acceleration energy of 160 keV and a dose of 1 × 1.
Set to 0 13 / cm 2 . The so-called LDD structure aims at preventing the short channel effect. In this example, since the transistor has a trench structure, a sufficient channel length can be secured, and it is not always necessary to adopt the LDD structure.
Subsequently, after masking the groove 33 with a resist film 44 having a larger dimension than the above-described resist film 43,
Arsenic cations are implanted to form N-channel source and drain regions. The ion implantation conditions at this time are set to an acceleration energy of 140 keV and a dose of 2 × 10 15
Set to / cm 2. The N-channel type MOS-FET transistor thus created is used for driving a pixel. On the other hand, since a CMOS structure is often used in peripheral circuits such as a scanning circuit and a driving circuit, it is necessary to create a P-channel MOS-FET. In this case, boron cation particles are ion-implanted into the flat portion of the semiconductor layer 34 through the resist 45 to form a source region S and a drain region D doped with a P-type impurity at a high concentration. The ion implantation conditions at this time were such that the acceleration energy was set to 30 keV and the dose was set to 2 × 10 15 / cm 2 .

【0028】次に図7を参照して配線工程を説明する。
先ず、平坦化された絶縁膜39の上にLPCVD法を用
いてPSGからなる第1層間絶縁膜46を堆積する。こ
の第1層間絶縁膜46を選択的にエッチングして第1コ
ンタクトホール47を形成する。この処理はHFとNH
4 Fの混合溶液を用いたウエットエッチングにより行な
う。次に、配線となるアルミニウム薄膜あるいはアモル
ファスシリコン薄膜48をスパッタリングにより膜厚約
600nmで堆積する。この時、堆積された膜はコンタク
トホール47を埋め、薄膜トランジスタ49のソース領
域Sに導通する。最後に、H3 PO4 とH2 Oの2対1
0混合溶液を用いてアルミニウム薄膜あるいはアモルフ
ァスシリコン薄膜48の選択的エッチングを行ない電極
パタニングをして配線50を形成する。この配線50は
ソースラインあるいは信号線に接続している。
Next, the wiring process will be described with reference to FIG.
First, a first interlayer insulating film 46 made of PSG is deposited on the flattened insulating film 39 by using the LPCVD method. The first interlayer insulating film 46 is selectively etched to form a first contact hole 47. This process is based on HF and NH
This is performed by wet etching using a mixed solution of 4F. Next, an aluminum thin film or an amorphous silicon thin film 48 serving as a wiring is deposited to a thickness of about 600 nm by sputtering. At this time, the deposited film fills the contact hole 47 and conducts to the source region S of the thin film transistor 49. Finally, a two-to-one ratio of H 3 PO 4 and H 2 O
The wiring 50 is formed by selectively etching the aluminum thin film or the amorphous silicon thin film 48 by using the mixed solution 0 and performing electrode patterning. The wiring 50 is connected to a source line or a signal line.

【0029】続いて、図8を参照して第1ポリシリコン
層34に対する水素拡散処理を説明する。先ず、第1層
間絶縁膜46の上に第2層間絶縁膜51を形成する。こ
の膜はPSGをLPCVD法により堆積して形成する。
続いて、第2層間絶縁膜51の上に水素拡散源となるシ
リコン窒化膜52を形成する。この窒化膜52は物理気
相成長法(PCVD)により400nmの膜厚で成膜さ
れ、約20%の水素原子を含有している。この状態で4
00℃のアニールあるいは加熱処理を行なうと、水素原
子は第2層間絶縁膜51、第1層間絶縁膜46、ゲート
絶縁膜39を通過して第1ポリシリコン膜34に含まれ
るトラップに結合する。この結果、第1ポリシリコン膜
34の電荷移動度がさらに改善される。なお、水素拡散
処理が終った段階で、拡散源となったシリコン窒化膜5
2は全面的に除去される。
Next, the hydrogen diffusion process for the first polysilicon layer 34 will be described with reference to FIG. First, a second interlayer insulating film 51 is formed on the first interlayer insulating film 46. This film is formed by depositing PSG by an LPCVD method.
Subsequently, a silicon nitride film 52 serving as a hydrogen diffusion source is formed on the second interlayer insulating film 51. This nitride film 52 is formed to a thickness of 400 nm by physical vapor deposition (PCVD) and contains about 20% of hydrogen atoms. 4 in this state
When annealing or heat treatment at 00 ° C. is performed, hydrogen atoms pass through the second interlayer insulating film 51, the first interlayer insulating film 46, and the gate insulating film 39 and are combined with traps included in the first polysilicon film 34. As a result, the charge mobility of the first polysilicon film 34 is further improved. At the stage when the hydrogen diffusion process is completed, the silicon nitride film
2 is completely removed.

【0030】最後に図9を参照して画素電極の形成工程
を説明する。ドライエッチング及び/又はウエットエッ
チングを用いて第2層間絶縁膜51、第1層間絶縁膜4
6及びゲート絶縁膜39の積層構造を部分的に除去し第
2コンタクトホール53を形成する。このホール53は
薄膜トランジスタ49のドレイン領域Dに連通してい
る。ドライエッチングは例えばCF4 /O2 の95対5
混合気体を用いたプラズマエッチングで行なう事ができ
る。又、ウエットエッチングの場合にはHFとNH4
の混合溶液を用いる。第2層間絶縁膜51の上に、IT
O膜54を成膜する。例えば400℃の成膜温度で14
0nm程度の膜厚とする。この時、第2コンタクトホール
53はITO膜54によって埋められ電気的な導通がと
られる。最後に、ITO膜54をパタニングし薄膜トラ
ンジスタ49のドレイン領域Dに導通する画素電極55
が形成される。このパタニングは例えば、HCl/H2
O/NO3 の300対300対50混合溶液を用いたウ
エットエッチングにより行なわれる。
Finally, a process for forming a pixel electrode will be described with reference to FIG. The second interlayer insulating film 51 and the first interlayer insulating film 4 using dry etching and / or wet etching.
6 and the gate insulating film 39 are partially removed to form a second contact hole 53. The hole 53 communicates with the drain region D of the thin film transistor 49. Dry etching is, for example, 95: 5 of CF 4 / O 2
It can be performed by plasma etching using a mixed gas. In the case of wet etching, HF and NH 4 F
Is used. On the second interlayer insulating film 51, the IT
An O film 54 is formed. For example, at a film forming temperature of 400 ° C., 14
The thickness is about 0 nm. At this time, the second contact hole 53 is filled with the ITO film 54 to establish electrical conduction. Finally, the pixel electrode 55 which is patterned on the ITO film 54 and is electrically connected to the drain region D of the thin film transistor 49
Is formed. This patterning is performed, for example, with HCl / H 2
This is performed by wet etching using a 300: 300: 50 mixed solution of O / NO 3 .

【0031】次に図21ないし図25の工程図を参照し
て、本発明にかかる液晶表示装置駆動用基板の第2実施
例を詳細に説明する。先ず図21の工程Aにおいて石英
基板201を用意する。工程Bにおいて石英基板201
の表面にトレンチ202を形成する。このトレンチ20
2は所定のテーパが付されており、先に説明した第1実
施例と同様に加工できる。工程Cにおいて石英基板20
1の表面全体に第1ポリシリコン203を成膜する。L
PCVD法を用い200nm程度の膜厚とする。但し、本
実施例では600℃以下の温度で成膜し、実質的には非
晶質シリコンとする。工程Dにおいて所定のアニール処
理により固相成長を行ない非晶質シリコンを多結晶シリ
コンに転換する。この結果、トレンチ202内において
も、ポリシリコン203の結晶は大粒径化され、そのサ
イズは膜厚よりも十分大きくなる。又、ポリシリコン2
03の平面部に対してはSiイオンの注入により非晶
質化し、これを固相成長させる事により極めて特性の優
れたポリシリコン203を得る事ができる。工程Eにお
いて第1ポリシリコン203を所定の形状にパタニング
する。この結果、トレンチ202には補助容量の第1電
極204が形成され、平坦部には薄膜トランジスタの多
結晶半導体層又は活性領域205が形成される。
Next, a second embodiment of the substrate for driving a liquid crystal display device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. First, in step A of FIG. 21, a quartz substrate 201 is prepared. In step B, the quartz substrate 201
A trench 202 is formed on the surface of the substrate. This trench 20
2 has a predetermined taper and can be processed in the same manner as in the first embodiment described above. In step C, the quartz substrate 20
The first polysilicon 203 is formed on the entire surface of the first polysilicon layer 203. L
The thickness is about 200 nm using the PCVD method. However, in this embodiment, the film is formed at a temperature of 600 ° C. or less, and is substantially amorphous silicon. In step D, solid phase growth is performed by a predetermined annealing process to convert amorphous silicon to polycrystalline silicon. As a result, even within trench 202, the crystal of polysilicon 203 has a large grain size, and its size is sufficiently larger than the film thickness. Also, polysilicon 2
The plane portion 03 is made amorphous by implantation of Si + ions, and the polysilicon 203 having extremely excellent characteristics can be obtained by solid-phase growth of the amorphous portion. In step E, the first polysilicon 203 is patterned into a predetermined shape. As a result, the first electrode 204 of the storage capacitor is formed in the trench 202, and the polycrystalline semiconductor layer or the active region 205 of the thin film transistor is formed in the flat portion.

【0032】図22の工程Fにおいてポリシリコンの表
面を酸化しSiO2 からなるゲート絶縁膜206を形成
する。工程GにおいてAsイオンを注入し第1電極2
04の低抵抗化を図る。工程HにおいてCVDによりS
3 4 からなるゲート絶縁膜207を堆積する。さら
に熱酸化法によりこのゲート絶縁膜207を酸化してそ
の表面の薄いSiO2 からなるゲート絶縁膜208を形
成する。この様にしてゲート絶縁膜206,207,2
08からなる三層構造209が得られる。工程Iにおい
てLPCVD法により第2ポリシリコン210を全面的
に堆積する。さらに、燐拡散により低抵抗化を図る。工
程Jにおいてドライエッチングにより第2ポリシリコン
をパタニングし、トレンチ202の上部に第2電極21
1を形成するとともに、活性領域205の上にゲート電
極212を形成する。この工程により、トレンチ202
内に、第1電極204、三層構造209からなる誘電
膜、第2電極211で構成される補助容量213が得ら
れる。
In step F of FIG. 22, the surface of the polysilicon is oxidized to form a gate insulating film 206 made of SiO 2 . In step G, As + ions are implanted to form the first electrode 2
04 low resistance. S by CVD in step H
A gate insulating film 207 made of i 3 N 4 is deposited. Further, the gate insulating film 207 is oxidized by a thermal oxidation method to form a gate insulating film 208 made of SiO 2 having a thin surface. Thus, the gate insulating films 206, 207, 2
08 resulting in a three-layer structure 209. In step I, a second polysilicon 210 is entirely deposited by LPCVD. Further, the resistance is reduced by phosphorus diffusion. In step J, the second polysilicon is patterned by dry etching, and the second electrode 21 is
1 and a gate electrode 212 is formed on the active region 205. By this step, the trench 202
Inside, an auxiliary capacitance 213 composed of a first electrode 204, a dielectric film having a three-layer structure 209, and a second electrode 211 is obtained.

【0033】図23の工程Kにおいてゲート絶縁膜の三
層構造209をドライエッチングにより部分的に除去す
る。工程LにおいてN型不純物の選択的なイオン注入を
行ない活性領域205中にLDD領域とN領域を形成
し、薄膜トランジスタ214を得る。この不純物イオン
注入工程は前述した第1実施例と同様である。工程Mに
おいてPSGからなる第1層間絶縁膜215を堆積す
る。工程Nにおいてウエットエッチングにより第1層間
絶縁膜215にコンタクトホール216を開口し薄膜ト
ランジスタ214のソース領域Sを露出させる。工程O
において金属アルミニウム217を全面的に堆積しコン
タクトホール216を埋める。
In step K of FIG. 23, the three-layer structure 209 of the gate insulating film is partially removed by dry etching. In step L, an N-type impurity is selectively ion-implanted to form an LDD region and an N + region in the active region 205, so that a thin film transistor 214 is obtained. This impurity ion implantation step is the same as in the first embodiment. In step M, a first interlayer insulating film 215 made of PSG is deposited. In step N, a contact hole 216 is opened in the first interlayer insulating film 215 by wet etching to expose the source region S of the thin film transistor 214. Process O
, Metal aluminum 217 is entirely deposited to fill contact holes 216.

【0034】図24の工程Pにおいて金属アルミニウム
217を所定の形状にパタニングし配線218を得る。
工程QにおいてPSGからなる第2層間絶縁膜219を
LPCVD法により堆積する。工程Rにおいて第2層間
絶縁膜219及び第1層間絶縁膜215をエッチングし
コンタトホール220を形成して、薄膜トランジスタ2
14のドレイン領域Dを露出する。工程SにおいてIT
Oからなる透明導電膜をスパッタにより成膜した後、ウ
エットエッチングでパタニングし所定の形状の画素電極
221を得る。この画素電極221は上述したコンタク
トホールを介して薄膜トランジスタ214のドレイン領
域Dに電気接続している。
In step P of FIG. 24, metal aluminum 217 is patterned into a predetermined shape to obtain wiring 218.
In step Q, a second interlayer insulating film 219 made of PSG is deposited by LPCVD. In step R, the second interlayer insulating film 219 and the first interlayer insulating film 215 are etched to form a contact hole 220,
The fourteen drain regions D are exposed. IT in process S
After a transparent conductive film made of O is formed by sputtering, patterning is performed by wet etching to obtain a pixel electrode 221 having a predetermined shape. The pixel electrode 221 is electrically connected to the drain region D of the thin film transistor 214 via the above-described contact hole.

【0035】図25の工程TにおいてプラズマCVD法
によりP−SiN膜222を堆積する。工程Uにおいて
このP−SiN膜222を所定の形状にパタニングす
る。パタニングされたP−SiN膜222を用いて水素
化処理を施す。最後に工程Vにおいて石英基板201と
対面する様に対向基板224を貼り合わせる。対向基板
224の内面側には予め共通電極225が形成されてい
る。貼り合わされた両基板201,224の間に液晶2
26を封入充填してアクティブマトリクス型液晶表示装
置が完成する。
In step T of FIG. 25, a P-SiN film 222 is deposited by a plasma CVD method. In step U, the P-SiN film 222 is patterned into a predetermined shape. A hydrogenation process is performed using the patterned P-SiN film 222. Finally, in step V, the opposing substrate 224 is attached so as to face the quartz substrate 201. A common electrode 225 is previously formed on the inner surface side of the counter substrate 224. The liquid crystal 2 is placed between the substrates 201 and 224
26 are filled and filled to complete an active matrix type liquid crystal display device.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の第1面によ
れば、薄膜トランジスタ及び/又は補助容量はテーパ形
状を有するトレンチ内に形成される。第1段階として、
トランジスタの半導体層及び補助容量の電極膜を構成す
る第1ポリシリコン膜がテーパ面に沿って堆積される。
この膜の固相拡散処理を行なう際第1ポリシリコン膜が
テーパ面に沿って略完全に露出されているので、Si
イオンを均一に注入できる。この為、固相拡散処理が一
様に行なえトレンチの側壁部においてもシリコン単結晶
の組成に近い半導体層が得られトランジスタ及び/又は
補助容量の電気的特性を向上できるという効果がある。
加えて、第1ポリシリコン膜はテーパ面に沿って形成さ
れるのでステップカバレッジが良くなり段切れ等の故障
を有効に防止できるという効果がある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, a thin film transistor and / or an auxiliary capacitor are formed in a trench having a tapered shape. As the first step,
A first polysilicon film forming a semiconductor layer of the transistor and an electrode film of the storage capacitor is deposited along the tapered surface.
Since the first polysilicon film is almost completely exposed along the tapered surface when performing the solid phase diffusion processing of this film, Si +
Ions can be implanted uniformly. Therefore, the solid-phase diffusion process can be performed uniformly, and a semiconductor layer having a composition similar to that of the silicon single crystal can be obtained even at the side wall of the trench, so that the electrical characteristics of the transistor and / or the auxiliary capacitor can be improved.
In addition, since the first polysilicon film is formed along the tapered surface, there is an effect that the step coverage is improved and a failure such as a step break can be effectively prevented.

【0037】本発明の第2面によれば、トレンチ型補助
容量の第1電極を構成する多結晶半導体が、その膜厚よ
りも大きなサイズを有する結晶粒を含んでいる。この
為、該多結晶半導体のキャリア移動度が増加しトレンチ
型補助容量は高周波帯まで追従する事が可能となり、ア
クティブマトリクス型液晶表示装置の高精細化に伴なう
高周波駆動に対して十分機能を発揮する事ができるとい
う効果がある。又、キャリア移動度が改善された分多結
晶半導体の膜厚を薄くでき、同一基板上に作成する薄膜
トランジスタの活性領域と共用できる為、工程数の低減
につながるという効果がある。さらに、多結晶半導体の
薄膜化によりトレンチにおける段差が軽減できるという
効果がある。加えて、非晶質半導体の固相成長により多
結晶半導体の結晶粒径を増大させる事により特にSi
イオンの注入に依存する必要がなくなる為、注入回数を
軽減でき工程短縮が可能になるという効果がある。
According to the second aspect of the present invention, the polycrystalline semiconductor forming the first electrode of the trench-type storage capacitor includes a crystal grain having a size larger than its thickness. For this reason, the carrier mobility of the polycrystalline semiconductor increases, and the trench-type auxiliary capacitance can follow up to a high-frequency band, and sufficiently functions for high-frequency driving accompanying the high definition of the active matrix liquid crystal display device. There is an effect that can be exhibited. In addition, the thickness of the polycrystalline semiconductor can be reduced by an amount corresponding to the improved carrier mobility and can be shared with an active region of a thin film transistor formed on the same substrate, which leads to an effect of reducing the number of steps. Further, there is an effect that the step in the trench can be reduced by reducing the thickness of the polycrystalline semiconductor. In addition, particularly by increasing the crystal grain size of the polycrystalline semiconductor by solid phase growth of the amorphous semiconductor Si +
Since there is no need to rely on ion implantation, the number of implantations can be reduced and the process can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる液晶表示装置に用いられる駆動
用基板の基本的な構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a basic configuration of a driving substrate used in a liquid crystal display device according to the present invention.

【図2】本発明の作用を説明する為の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the operation of the present invention.

【図3】駆動用基板のテーパ型トレンチ溝及び第1ポリ
シリコン膜の形成工程を示す工程図である。
FIG. 3 is a process diagram showing a process of forming a tapered trench and a first polysilicon film of a driving substrate.

【図4】同じく、ゲート絶縁膜の形成工程を示す工程図
である。
FIG. 4 is also a process view showing a step of forming a gate insulating film.

【図5】同じく、第2ポリシリコン膜の成膜及びパタニ
ング工程を示す工程図である。
FIG. 5 is a process chart showing a film formation and patterning step of a second polysilicon film.

【図6】同じく、薄膜トランジスタのソース領域及びド
レイン領域形成工程を示す工程図である。
FIG. 6 is a process chart showing a step of forming a source region and a drain region of the thin film transistor.

【図7】同じく、配線電極の形成工程を示す工程図であ
る。
FIG. 7 is also a process view showing a step of forming wiring electrodes.

【図8】同じく、第1ポリシリコン膜に対する水素拡散
処理を示す工程図である。
FIG. 8 is a process chart showing a hydrogen diffusion process for the first polysilicon film.

【図9】同じく、画素電極の形成工程を示す工程図であ
る。
FIG. 9 is a process view showing a step of forming a pixel electrode.

【図10】アクティブマトリクスタイプの液晶表示装置
の一般的な等価回路を示す回路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a general equivalent circuit of an active matrix type liquid crystal display device.

【図11】従来の駆動用基板の断面構造を示す模式図で
ある。
FIG. 11 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a conventional driving substrate.

【図12】トレンチ型の薄膜トランジスタ及びトレンチ
型の補助容量を有する駆動用基板の断面形状を示す参考
図である。
FIG. 12 is a reference diagram illustrating a cross-sectional shape of a driving substrate having a trench thin film transistor and a trench storage capacitor.

【図13】図12に示す参考例の問題点を説明する為の
模式図である。
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a problem of the reference example shown in FIG. 12;

【図14】アクティブマトリクス型液晶表示装置の画素
電位波形を示すグラフである。
FIG. 14 is a graph showing a pixel potential waveform of an active matrix liquid crystal display device.

【図15】トレンチ容量値と補助容量の下部電極を構成
するポリシリコンのキャリア移動度との関係を示すグラ
フである。
FIG. 15 is a graph showing a relationship between a trench capacitance value and a carrier mobility of polysilicon forming a lower electrode of an auxiliary capacitance.

【図16】本発明にかかるトレンチ型補助容量の基本的
な構成を示す部分拡大断面図である。
FIG. 16 is a partially enlarged cross-sectional view showing a basic configuration of a trench storage capacitor according to the present invention.

【図17】本発明にかかる液晶表示装置に用いられる駆
動用基板の他の基本的な構成を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing another basic configuration of a driving substrate used in the liquid crystal display device according to the present invention.

【図18】トレンチ型補助容量の容量値と周波数との関
係を示すグラフである。
FIG. 18 is a graph showing a relationship between a capacitance value of a trench-type auxiliary capacitance and a frequency.

【図19】トレンチ型補助容量の容量値とトレンチ型補
助容量の下部電極を構成するポリシリコンの膜厚との関
係を示すグラフである。
FIG. 19 is a graph showing a relationship between a capacitance value of a trench type auxiliary capacitance and a film thickness of polysilicon forming a lower electrode of the trench type auxiliary capacitance.

【図20】トレンチ側壁における下部電極の結晶状態を
示す模式図である。
FIG. 20 is a schematic diagram showing a crystal state of a lower electrode on a trench side wall.

【図21】図17に示したアクティブマトリクス型液晶
表示装置用駆動基板の製造工程を示す工程図である。
21 is a process chart showing a manufacturing process of the drive substrate for the active matrix liquid crystal display device shown in FIG.

【図22】同じく製造工程図である。FIG. 22 is a manufacturing process drawing.

【図23】同じく製造工程図である。FIG. 23 is a manufacturing process drawing.

【図24】同じく製造工程図である。FIG. 24 is a manufacturing process drawing.

【図25】同じく製造工程図である。FIG. 25 is a manufacturing process view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁基板 2 画素電極 3 薄膜トランジスタ 4 補助容量 5 溝部 6 半導体層 7 ゲート絶縁膜 8 ゲート電極 12 溝部 13 第1電極 14 誘電膜 15 第2電極 16 第1ポリシリコン 17 第2ポリシリコン 61 絶縁基板 62 トレンチ 63 補助容量 64 第1電極 65 誘電膜 66 第2電極 71 薄膜トランジスタ 72 活性領域 73 ゲート絶縁膜 74 ゲート電極 75 画素電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Insulating substrate 2 Pixel electrode 3 Thin film transistor 4 Auxiliary capacitance 5 Groove 6 Semiconductor layer 7 Gate insulating film 8 Gate electrode 12 Groove 13 First electrode 14 Dielectric film 15 Second electrode 16 First polysilicon 17 Second polysilicon 61 Insulating substrate 62 Trench 63 Auxiliary capacitance 64 First electrode 65 Dielectric film 66 Second electrode 71 Thin film transistor 72 Active region 73 Gate insulating film 74 Gate electrode 75 Pixel electrode

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 一対の絶縁基板と、これら絶縁基板間に
挟持された液晶層と、前記絶縁基板の一方の基板上にマ
トリクス状に配列された画素電極と、この画素電極に接
続された薄膜トランジスタと、前記画素電極の電荷を保
持する為の補助容量とを備えた液晶表示装置において、
前記薄膜トランジスタは、絶縁基板に形成された側面が
テーパを有する溝部の内壁及び該絶縁基板の表面に接し
形成された半導体層と、この半導体層上に形成された
ゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上に形成されたゲー
ト電極とからなる事を特徴とする液晶表示装置。
1. A pair of insulating substrates, a liquid crystal layer sandwiched between the insulating substrates, a pixel electrode arranged in a matrix on one of the insulating substrates, and a thin film transistor connected to the pixel electrode And a storage capacitor for holding an electric charge of the pixel electrode,
The thin film transistor is in contact with the inner wall of the groove having a tapered side surface formed on the insulating substrate and the surface of the insulating substrate.
A semiconductor layer formed Te, a liquid crystal display device comprising a gate insulating film formed on the semiconductor layer, that consists of a gate electrode formed on the gate insulating film.
【請求項2】 前記補助容量は、前記溝部と同時に絶縁
基板に形成された別の溝部の内壁に沿って形成された第
1電極と、前記薄膜トランジスタのゲート絶縁膜と同一
材料で形成された誘電膜を介して設けられた第2電極と
で形成されている事を特徴とする請求項1記載の液晶表
示装置。
2. A storage device comprising: a first electrode formed along an inner wall of another groove formed on an insulating substrate simultaneously with the groove; and a dielectric formed of the same material as a gate insulating film of the thin film transistor. 2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is formed by a second electrode provided via a film.
【請求項3】 前記第1電極が前記薄膜トランジスタの
半導体層と同一材料で形成され、前記第2電極が前記薄
膜トランジスタのゲート電極と同一材料で形成される事
を特徴とする請求項記載の液晶表示装置。
Wherein the first electrode is formed in the semiconductor layer of the same material of the thin film transistor, according to claim 2, wherein the liquid crystal of said second electrode, characterized in that it is formed of the same material as the gate electrode of the thin film transistor Display device.
【請求項4】 一対の絶縁基板と、これら絶縁基板間に
挟持された液晶層と、前記絶縁基板の一方の基板上にマ
トリクス状に配列された画素電極と、この画素電極に接
続された薄膜トランジスタと、前記画素電極の電荷を保
持する為の補助容量とを備えた液晶表示装置において、
前記薄膜トランジスタは、絶縁基板に形成された側面が
テーパを有する溝部の内壁に沿って形成された半導体層
と、この半導体層上に形成されたゲート絶縁膜と、この
ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とからなり、 前記溝部の形状が、以下の式を満たす事を特徴とする液
晶表示装置。0<tanθ≦a/2b(ただし、溝部の
溝幅をa、深さをb、テーパ角をθとする。)
4. A pair of insulating substrates and a space between these insulating substrates.
The sandwiched liquid crystal layer and a mask are formed on one of the insulating substrates.
The pixel electrodes arranged in a trix shape and the
Connected to the thin film transistor and the charge of the pixel electrode.
In a liquid crystal display device having an auxiliary capacitor for holding
The thin film transistor has a side surface formed on an insulating substrate.
Semiconductor layer formed along inner wall of tapered groove
And a gate insulating film formed on the semiconductor layer,
A liquid comprising a gate electrode formed on a gate insulating film, wherein the shape of the groove satisfies the following equation:
Crystal display device. 0 <tan θ ≦ a / 2b (however,
The groove width is a, the depth is b, and the taper angle is θ. )
【請求項5】 一対の絶縁基板と、これら絶縁基板間に
挟持された液晶層と、前記絶縁基板の一方の基板上にマ
トリクス状に配列された画素電極と、この画素電極に接
続された薄膜トランジスタと、前記画素電極の電荷を保
持する為の補助容量とを備えた液晶表示装置において、
前記補助容量は、絶縁基板に形成された側面がテーパを
有する溝部の内壁及び該絶縁基板の表面に接して形成さ
れた第1の電極層と、この第1の電極層上に形成された
誘電膜と、この誘電膜上に形成された第2の電極層とか
らなり、前記第1の電極層は多結晶半導体からなる事を
特徴とする液晶表示装置。
5. A pair of insulating substrates, a liquid crystal layer sandwiched between the insulating substrates, a pixel electrode arranged in a matrix on one of the insulating substrates, and a thin film transistor connected to the pixel electrode And a storage capacitor for holding an electric charge of the pixel electrode,
The auxiliary capacitance includes an inner wall of a groove having a tapered side surface formed on the insulating substrate, a first electrode layer formed in contact with a surface of the insulating substrate, and a dielectric layer formed on the first electrode layer. film and, the dielectric Ri Do and a second electrode layer formed on the film, the liquid crystal display device wherein the first electrode layer, characterized in that ing polycrystalline semiconductor.
【請求項6】 一対の絶縁基板と、これら絶縁基板間に
挟持された液晶層と、前記絶縁基板の一方の基板上にマ
トリクス状に配列された画素電極と、この画素電極に接
続された薄膜トランジスタと、前記画素電極の電荷を保
持する為の補助容量とを備えた液晶表示装置において、
前記補助容量は、絶縁基板に設けられた溝部の内壁に沿
って形成された多結晶半導体からなる第1の電極層と、
この第1の電極層上に形成された誘電膜と、この誘電膜
上に形成された第2の電極層とにより構成されており、
該多結晶半導体の最小粒径サイズがその膜厚よりも大き
い事を特徴とする液晶表示装置。
6. A pair of insulating substrates, a liquid crystal layer sandwiched between the insulating substrates, pixel electrodes arranged in a matrix on one of the insulating substrates, and a thin film transistor connected to the pixel electrodes And a storage capacitor for holding an electric charge of the pixel electrode,
A first electrode layer made of a polycrystalline semiconductor formed along an inner wall of a groove provided in the insulating substrate;
A dielectric film formed on the first electrode layer, and a second electrode layer formed on the dielectric film;
A liquid crystal display device characterized in that the minimum grain size of the polycrystalline semiconductor is larger than its film thickness.
【請求項7】 前記多結晶半導体は、化学気相成長によ
り成膜された非晶質半導体を固相成長で大粒径化したも
のである事を特徴とする請求項6記載の液晶表示装置。
7. The liquid crystal display device according to claim 6, wherein the polycrystalline semiconductor is obtained by increasing the grain size of an amorphous semiconductor formed by chemical vapor deposition by solid phase growth. .
【請求項8】 前記薄膜トランジスタは、絶縁基板の平
面上に形成された多結晶半導体層と、この多結晶半導体
層上に形成されたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜上
に形成されたゲート電極とから構成されており、該多結
晶半導体層は第1の電極層と同一材料同一層厚で形成さ
れ、該ゲート絶縁膜は誘電膜と同一材料で形成され、該
ゲート電極は第2の電極層と同一材料で形成される事を
特徴とする請求項6記載の液晶表示装置。
8. The thin film transistor includes a polycrystalline semiconductor layer formed on a plane of an insulating substrate, a gate insulating film formed on the polycrystalline semiconductor layer, and a gate electrode formed on the gate insulating film. Wherein the polycrystalline semiconductor layer is formed of the same material and thickness as the first electrode layer, the gate insulating film is formed of the same material as the dielectric film, and the gate electrode is formed of the second electrode. 7. The liquid crystal display device according to claim 6, wherein the liquid crystal display device is formed of the same material as the layer.
【請求項9】 前記薄膜トランジスタの多結晶半導体層
は、イオン注入により一旦非晶質化し、それを固相成長
させたものである事を特徴とする請求項8記載の液晶表
示装置。
9. The liquid crystal display device according to claim 8, wherein the polycrystalline semiconductor layer of the thin film transistor is made amorphous once by ion implantation, and is grown in a solid phase.
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