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JP4338937B2 - Semiconductor device - Google Patents

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JP4338937B2
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舜平 山崎
潤 小山
麻衣 秋葉
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成された結晶構造を有する半導体膜を用いた薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下TFTと記す)を用いた半導体装置及びその作製方法に関する。尚、本明細書において半導体装置とは、半導体特性を利用して機能する装置全般を指し、本発明により作製される半導体装置はTFTを内蔵した液晶表示装置に代表される表示装置、半導体集積回路(マイクロプロセッサ、信号処理回路または高周波回路等)を範疇に含んでいる。
【0002】
【従来の技術】
テレビ受像器、パーソナルコンピュータ、携帯電話など半導体素子を内蔵した様々な半導体装置において、文字や画像を表示するためのディスプレイは情報を人間が認識する手段として必要不可欠なものとなっている。特に最近では、液晶の電気光学特性を利用した液晶表示装置に代表される平板型のディスプレイ(フラットパネルディスプレイ)が積極的に用いられている。
【0003】
フラットパネルディスプレイの一つの形態として、画素毎にTFTを設け、データ信号を順次書き込むことにより映像表示を行うアクティブマトリクス駆動方式が知られている。TFTはアクティブマトリクス駆動方式を実現する上で必須の素子となっている。
【0004】
TFTは非晶質シリコンを用いて作製されるものがほとんどであったが、電界効果移動度が低く、映像信号を処理するために必要な周波数で動作させることが不可能であったので、もっぱら画素毎に設けるスイッチング素子としてのみ使用されていた。データ線に映像信号を出力するデータ線側駆動回路や、走査線に走査信号を出力する走査線側駆動回路はTAB(Tape Automated Bonding)やCOG(Chip on Glass)により実装する外付けのIC(ドライバIC)で賄っていた。
【0005】
しかしながら、画素密度が増加すると画素ピッチが狭くなるので、ドライバICを実装する方式には限界があると考えられている。例えば、UXGA(画素数1200×1600個)を想定した場合、RGBカラー方式では単純に見積もっても6000個の接続端子が必要になる。接続端子数の増加は接点不良の発生確率を増加させる原因となる。また、画素部の周辺部分の領域(額縁領域)が増大し、これをディスプレイとする半導体装置の小型化や外観のデザインを損なう要因となる。このような背景から、駆動回路一体型の表示装置の必要性が明瞭になっている。画素部と走査線側及びデータ線側駆動回路を同一の基板に一体形成することで接続端子の数は激減し、また額縁領域の面積も縮小させることができる。
【0006】
それを実現する手段として、多結晶シリコン膜でTFTを形成する方法が提案されている。しかし、多結晶シリコンを用いてTFTを形成しても、その電気的特性は所詮単結晶シリコン基板に形成されるMOSトランジスタの特性に匹敵するものではなかった。例えば、電界効果移動度は単結晶シリコンの1/10以下である。また、結晶粒界に形成される欠陥に起因してオフ電流が高くなってしまうといった問題点を有している。
【0007】
それにもかかわらず、データ線側駆動回路は高い駆動能力(オン電流、Ion)及びホットキャリア効果による劣化を防ぎ信頼性を向上させることが求められる一方、画素部は低いオフ電流(Ioff)が求められている。
【0008】
オフ電流値を低減するためのTFT構造として、低濃度ドレイン(LDD:Lightly Doped drain)構造が知られている。この構造は、チャネル形成領域と、高濃度に不純物元素を添加して形成するソース領域或いはドレイン領域との間に、低濃度に不純物元素を添加したLDD領域を設けたものである。また、ホットキャリアによるオン電流値の劣化を防ぐのに有効な構造として、LDD領域の一部分がゲート電極と重なるLDD構造(以下、Gate-drain Overlapped LDDを省略してGOLDと呼ぶ)が知られている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
TFTは半導体膜や絶縁膜、或いは導電膜を、フォトマスクを用いて所定の形状にエッチング加工しながら積層することにより作製する。しかし、画素部や各駆動回路に求められる特性を得るためにTFTの構造を最適化すると、フォトマスクの数が増加してしまい、製造工程が複雑となり工程数が必然的に増加してしまう。
【0010】
さらに、TFTの特性を向上させ、画素部や駆動回路の駆動条件に最適な構造のTFTを、少ないフォトマスクの数で実現する技術を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明の半導体装置が有する薄膜トランジスタは、半導体膜と、第1の電極と、半導体膜と第1の電極の間に挟まれた第1の絶縁膜とを有しており、さらに、第2の電極と、半導体膜と第2の電極の間に挟まれた第2の絶縁膜とを有している。そして、第1の電極と第2の電極は、半導体膜が有するチャネル形成領域を間に挟んで重なっている。
【0012】
そして、本発明では、オン電流の増加よりもオフ電流の低減が重要視される、例えば半導体装置の画素部にスイッチング素子として形成されたTFTの場合、第1の電極に常に一定の電圧(コモン電圧)を印加する。なお、この一定の電圧は、nチャネル型TFTの場合は閾値よりも小さく、pチャネル型TFTの場合は閾値よりも大きくする。
【0013】
第1の電極にコモン電圧を印加することで、電極が1つの場合に比べて閾値のばらつきを抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。
【0014】
また、本発明では、オフ電流の低減よりもオン電流の増加が重要視される、例えば半導体装置の駆動回路のバッファ等が有するTFTの場合、第1の電極と第2の電極に同じ電圧を印加する。
【0015】
なお本明細書において駆動回路とは、画素部に画像を表示させるための信号を生成するための回路であり、データ線駆動回路や、走査線駆動回路がこれに含まれる。
【0016】
第1の電極と第2の電極に同じ電圧を印加することで、実質的に半導体膜の膜厚を薄くしたのと同じように空乏層が早く広がるので、サブスレッショルド係数(S値)を小さくすることができ、さらに電界効果移動度を向上させることができる。したがって、電極が1つの場合に比べてオン電流を大きくすることができる。よって、この構造のTFTを駆動回路に使用することにより、駆動電圧を低下させることができる。また、オン電流を大きくすることができるので、TFTのサイズ(特にチャネル幅)を小さくすることができる。そのため集積密度を向上させることができる。また、界面散乱を抑え、トランスコンダクタンス(gm)を増加させることができる。
【0017】
図31を用いて、本発明の薄膜トランジスタの回路図について説明する。ここでは代表的に、pチャネル型TFTのみ示す。nチャネル型TFTの場合は、矢印の方向が、pチャネル型TFTの場合と逆になる。図31(A)は、電極が1つのみの一般的な薄膜トランジスタの回路図である。図31(B)は、半導体膜を間に挟んだ2つの電極を有し、なおかつ一方の電極に一定の電圧(ここではグラウンドの電圧)が印加されている、本発明の薄膜トランジスタの回路図である。図31(C)は、半導体膜を間に挟んだ2つの電極を有し、なおかつ2つの電極が互いに電気的に接続されている、本発明の薄膜トランジスタの回路図である。以下、本発明の説明において、図31に示した回路図を用いる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図1を参照して説明する。図1(A)において絶縁表面を有する基板10上に第1の電極11が形成されている。第1の電極11は導電性を有する物質で形成されていれば良い。代表的には、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)から選ばれた一種または複数種からなる合金又は化合物で形成することができる。また何層かの導電性の膜を積層したものを、第1の電極として用いても良い。第1の電極11は、150〜400nmの厚さを有している。
【0019】
この第1の電極11を覆って、第1の絶縁膜12を形成する。なお本実施の形態では、2層の絶縁膜(第1の絶縁膜A 12a、第1の絶縁膜B 12b)を積層したものを、第1の絶縁膜12として用いている。図1では、第1の絶縁膜A 12aとして、酸化窒化シリコン膜又は窒化シリコン膜で10〜50nmの厚さで形成する。第1の絶縁膜B 12bは酸化窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜を用い、0.5〜1μmの厚さで形成する。酸化窒化シリコン膜を用いる場合にはプラズマCVD法でSiH4、NH3、N2Oの混合ガスから作製され、膜中に窒素が20〜40原子%含まれる膜を適用する。この酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜等の窒素含有の絶縁膜を用いることにより、基板10側からアルカリ金属などの不純物の拡散を防止することが出来る。
【0020】
第1の絶縁膜12の表面は、先に形成した第1の電極11に起因する凹凸を有していることがある。この凹凸は表面を研磨することにより平坦化する。平坦化の手法としては化学的機械研磨(Chemical-Mechanical Polishing:以下、CMPと記す)が挙げられる。第1の絶縁膜12に対するCMPの研磨剤(スラリー)には、例えば、塩化シリコンガスを熱分解して得られるフュームドシリカ粒子をKOH添加水溶液に分散したものを用いると良い。CMPにより第1の絶縁膜を0.1〜0.5μm程度除去して、表面を平坦化する。なお、第1の絶縁膜の表面は必ずしも研磨する必要はない。前記平坦化された第1の絶縁膜は、表面における凹凸の高低差が5nm以下であることが好ましく、より望ましくは、1nm以下であるのが良い。平坦性が向上したことによって、後に形成されるゲート絶縁膜として用いる第1の絶縁膜を薄くすることが可能となり、TFTの移動度を向上させることができる。また、平坦性が向上したことによって、TFTを作製した場合、オフ電流を低減することができる。
【0021】
表面が平坦化された第1の絶縁膜12上に半導体膜13が形成されている。半導体膜13は、チャネル形成領域18と、チャネル形成領域18を挟んでいる不純物領域19とを有している。そして、半導体膜13上には第2の絶縁膜14が形成され、さらに第2の絶縁膜14を間に挟んで、半導体膜13上に第2の電極15が形成されている。
【0022】
第1の電極11と第2の電極15とは、チャネル形成領域18を間に挟んで、互いに重なり合っている。
【0023】
その他、第3の絶縁膜16、配線17は必要に応じて設ける。
【0024】
第1の電極11と第2の電極15とは、電気的に接続されていても良いし、どちらか一方の電極にコモン電圧を印加していても良い。
【0025】
図1(A)において、第1の電極11と第2の電極15とが直接接続されている場合の、A−A’の断面図を図1(B)に示す。
【0026】
図1(B)に示すように、第1の電極11と第2の電極15は半導体膜13の外側で、第1の絶縁膜12b及び第2の絶縁膜14に形成されたコンタクトホール21を介して接続されている。
【0027】
図1(A)において第1の電極11と第2の電極15とが、配線17と同じ導電膜から形成された配線24によって接続されている場合の、A−A’の断面図を図1(C)に示す。
【0028】
図1(C)に示すように、第1の電極11と配線24とが、第1の絶縁膜12b、第2の絶縁膜14及び第3の絶縁膜16に形成されたコンタクトホール23を介して接続されている。また、第2の電極15と配線24とが、第3の絶縁膜16に形成されたコンタクトホール22を介して接続されている。
【0029】
なお、第1の電極11と第2の電極15の電気的な接続の仕方は、図1(B)、図1(C)に示した構成に限定されない。
【0030】
CMPにより除去する膜厚は、第1の絶縁膜12の厚さやその誘電率及び第2の絶縁膜14の厚さを考慮して決める。ここに残存する膜は、実質的にゲート絶縁膜として機能する。従って、第1の絶縁膜を複数の絶縁膜を積層して形成している場合、第1の電極11上において最上層の絶縁膜のみ研磨するようにしても良いし、下層の絶縁膜が露出するように研磨しても良い。
【0031】
例えば、第1の絶縁膜A 12a及び第1の絶縁膜B 12bが酸化窒化シリコン膜で形成され誘電率が7.5であり、第2の絶縁膜14が酸化シリコン膜で形成する場合は誘電率が3.9となり両者に差異が生じる。その場合、CMP後の仕上がり寸法は、第1の絶縁膜12の膜厚を150nmとし、第2の絶縁膜14の膜厚を110nmとすると良い。
【0032】
第1の電極にコモン電圧を印加することで、電極が1つの場合に比べて閾値のばらつきを抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。
【0033】
TFTは半導体膜とゲート絶縁膜とゲート電極との配置により、トップゲート型(プレーナー型)とボトムゲート型(逆スタガ型)などが知られている。いずれにしても、サブスレッショルド係数を小さくするには半導体膜の膜厚を薄くする必要がある。TFTで用いられるように非晶質半導体膜を結晶化した半導体膜を適用する場合には、その非晶質半導体膜が薄くなると共に結晶性が悪くなり、純粋に膜厚を薄くした効果を得ることができない。しかし、第1の電極と第2の電極を電気的に接続し、図1において示すように半導体膜の上下に該2つの電極を重ねることにより、実質的に半導体膜の厚さを薄くしたのと同様、電圧の印加と共に早く空乏化し、電界効果移動度やサブスレッショルド係数を小さくし、オン電流を大きくすることができる。
【0034】
なお、第1の電極11と第2の電極15とが電気的に接続されている場合、第1の絶縁膜12と第2の絶縁膜14の誘電率が近ければ近いほど、電界効果移動度やサブスレッショルド係数を小さくし、オン電流を大きくすることができる。
【0035】
また、第1の電極11とチャネル形成領域とが重なっている部分において、第1の絶縁膜12膜の厚さが均一であるときのその膜厚と、第2の電極15とチャネル形成領域とが重なっている部分において、第2の絶縁膜14の厚さが均一であるときのその膜厚は、近ければ近いほど、電界効果移動度やサブスレッショルド係数を小さくし、オン電流を大きくすることができる。第1の電極11と重なる部分における第1の絶縁膜の膜厚をd1、第2の電極15と重なる部分における第2の絶縁膜の膜厚をd2とすると、|d1−d2|/d1≦0.1であり、なおかつ、|d1−d2|/d2≦0.1を満たすのが望ましい。より好ましくは、|d1−d2|/d1≦0.05であり、なおかつ、|d1−d2|/d2≦0.05を満たすのが良い。
【0036】
最も好ましいのは、第1の電極11と第2の電極15とが電気的に接続されていない状態において、第1の電極11にグラウンドの電圧を印加したときの薄膜トランジスタの閾値と、第2の電極15にグラウンドの電圧を印加したときの薄膜トランジスタの閾値がほぼ同じになるようにしたうえで、第1の電極11と第2の電極15とを電気的に接続することである。そうすることで、電界効果移動度やサブスレッショルド係数をより小さくし、オン電流をより大きくすることができる。
【0037】
この様な構成を取ることによって、半導体膜の上下にチャネル(デュアルチャネル)を形成でき、TFTの特性を向上させることができる。
【0038】
また、第1の電極11と同時に各種信号又は電力を伝達する配線を形成することができる。また、CMPによる平坦化処理と組み合わせると、その上層に形成する半導体膜などに何ら影響を与えることはない。また、多層配線により配線の高密度化を実現できる。以下、実施例により、アクティブマトリクス駆動の表示装置に適用する具体例を示す。
【0039】
【実施例】
(実施例1)
本発明の半導体装置の作製工程について説明する。ここでは、同一基板上に画素部と、画素部の近くに設ける駆動回路のTFT(nチャネル型TFT及びpチャネル型TFT)を同時に作製する方法について詳細に説明する。なお、本実施例では、画素部に形成されたTFTは、全て第1電極にコモン電圧が印加されており、駆動回路に形成されたTFTは第1電極と第2電極とが接続されている例を示している。本実施例において用いる図2乃至図6は、その作製工程を説明する断面図であり、図7乃至図9はそれに対応する上面図を示し、説明の便宜上共通する符号を用いて説明する。
【0040】
図2(A)において、基板101は絶縁表面を有し、後の工程の処理温度に耐えうるものであれば、どのような材料の基板でも用いることが可能である。代表的には、ガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0041】
この基板101の絶縁表面上に第1の配線102と第1の電極103〜107を形成する。第1の配線及び第1の電極はAl、W、Mo、Ti、Taから選ばれた一種又は複数種からなる導電性の材料で形成する。本実施例ではWを用いたが、TaNの上にWを積層したものを第1の配線及び第1の電極として用いても良い。
【0042】
図7(A)は、図2(A)における画素部の上面図を示している。第1の電極105、106、107は、コモン配線180の一部である。
【0043】
第1の配線102と第1の電極103〜107を形成した後、第1の絶縁膜110を形成する。本実施例では、第1の絶縁膜110は、2つの絶縁膜(第1の絶縁膜A 110a、第1の絶縁膜B 110b)を積層することで形成されている。第1の絶縁膜A 110aは酸窒化シリコン膜を用い、10〜50nmの厚さで形成する。第1の絶縁膜B 110bは酸化シリコン膜又は酸窒化シリコン膜を用い、0.5〜1μmの厚さで形成する。
【0044】
第1の絶縁膜110の表面は、先に形成した第1の配線及び第1の電極に起因する凹凸を有している場合がある。好ましくは、この凹凸を平坦化することが望ましい。平坦化の手法としてはCMPを用いる。第1の絶縁膜110に対するCMPの研磨剤(スラリー)には、例えば、塩化シリコンガスを熱分解して得られるフュームドシリカ粒子をKOH添加水溶液に分散したものを用いると良い。CMPにより第1の絶縁膜を0.1〜0.5μm程度除去して、表面を平坦化する。
【0045】
こうして、図2(B)に示すように平坦化された第1の絶縁膜112が形成され、その上に半導体層を形成する。半導体層113は結晶構造を有する半導体で形成する。これは、第1の絶縁膜112上に形成した非晶質半導体層を結晶化して得る。非晶質半導体層は堆積した後、加熱処理やレーザー光の照射により結晶化させる。非晶質半導体層の材料に限定はないが、好ましくはシリコン又はシリコンゲルマニウム(SixGe1-x;0<x<1、代表的には、x=0.001〜0.05)合金などで形成する。
【0046】
その後、半導体層113をエッチングにより島状に分割し、図2(C)に示すように半導体膜114〜117を形成する。
【0047】
図7(B)は図2(C)における上面図を示している。第1の電極105、106は半導体膜116と第1の絶縁膜112を間に介して重なっている。また、第1の電極107は半導体膜116と第1の絶縁膜112を間に介して重なっている。なお、半導体膜181は容量を形成するための半導体膜であり、第1の電極107と第1の絶縁膜112を間に挟んで重なっている。
【0048】
次いで、図3(A)に示すように、半導体膜114〜117、181を覆う第2の絶縁膜118を形成する。第2の絶縁膜118は、プラズマCVD法やスパッタ法でシリコンを含む絶縁物で形成する。その厚さは40〜150nmとする。
【0049】
第2の絶縁膜118上には第2のゲート電極や第2の配線を形成するために導電膜を形成する。本発明において第2のゲート電極は2層又はそれ以上の導電膜を積層して形成する。第2の絶縁膜118上に形成する第1の導電膜119はモリブデン、タングステンなどの高融点金属の窒化物で形成し、その上に形成する第2の導電膜120は高融点金属又はアルミニウムや銅などの低抵抗金属、或いはポリシリコンなどで形成する。具体的には、第1の導電膜としてW、Mo、Ta、Tiから選ばれ一種又は複数種の窒化物を選択し、第2の導電膜としてW、Mo、Ta、Ti、Al、Cuから選ばれ一種又は複数種の合金、或いはn型多結晶シリコンを用いる。例えば、第1の導電膜119をTaNで形成し、第2の導電膜120をWで形成しても良い。また第2のゲート電極や第2の配線を3層の導電膜で形成する場合、1層目をMo、2層目をAl、3層目をTiNとしても良い。また1層目をW、2層目をAl、3層目をTiNとしても良い。配線を多層にすることで、配線自体の厚さが増すので配線抵抗を抑えることができる。
【0050】
次に、この第1の導電膜119及び第2の導電膜120を、マスク190を用いてエッチングし、第2の配線及び第2の電極を形成する。
【0051】
図3(B)に示すように、第1のエッチング処理により、端部にテーパーを有する第1形状の電極121〜125を形成する(第1の導電膜121a〜125aと第2の導電膜121b〜125bで成る)。第2の絶縁膜118は、第1の形状の電極121〜125で覆われない部分において、表面が20〜50nm程度エッチングされ薄くなった状態になっている。ここではエッチング前とエッチング後で区別するために、エッチング後は第2の絶縁膜130として示す。
【0052】
第1のドーピング処理は、イオン注入法または質量分離をしないでイオンを注入するイオンドープ法により行う。ドーピングは第1形状の電極121〜125をマスクとして用い、半導体膜114〜117に第1濃度の一導電型不純物領域126〜129を形成する。第1濃度は1×1020〜1.5×1021/cm3とする。
【0053】
次に、レジストからなるマスクを除去せずに図4(A)に示すように第2のエッチング処理を行う。このエッチング処理では、第2の導電膜を異方性エッチングして第2の形状の電極131〜135を形成する(第1の導電膜131a〜135aと第2の導電膜131b〜135bで成る)。第2の形状の電極131〜135はこのエッチング処理により幅を縮小させ、その端部が第1濃度の一導電型不純物領域126〜129(第2の不純物領域)の内側に位置するように形成する。次の工程で示すように、この後退幅によりLDDの長さを決める。第2の形状の電極131〜135は第2の電極として機能する。
【0054】
図8(A)に図4(A)の上面図を示す。第2形状の電極133、134は、ゲート配線182の一部である。第2形状の電極133、134が半導体膜116と、第2形状の電極135が半導体膜117とそれぞれ間に第2の絶縁膜130を挟んで重なっている。さらに、第2形状の電極133、134と、第1の電極105、106は半導体膜116、第2の絶縁膜を間に挟んでそれぞれ重なっている。なお、第2形状の電極135の一部は、第2の絶縁膜130を間に挟んで、半導体膜181と重なっている。
【0055】
また、第2形状の電極131、132と、第1の電極103、104は、半導体膜114、115、第2の絶縁膜130を間に挟んでそれぞれ重なっている。
【0056】
そして、この状態で一導電型の不純物を第2のドーピング処理を行い一導電型の不純物を半導体膜114〜117に添加する。このドーピング処理で形成される第2濃度の一導電型不純物領域(第1の不純物領域)195〜198は、第2形状の電極131〜135を構成する第1の導電膜131a〜135aと一部が重なるように自己整合的に形成される。イオンドープ法で添加される不純物は、第1の導電膜131a〜135aを通過させて添加するため、半導体膜に達するイオンの数は減少し、必然的に低濃度となる。その濃度は1×1017〜1×1019/cm3となる。
【0057】
次いで、図4(B)で示すように、レジストからなるマスク139、140を形成し第3のドーピング処理を行う。この第3のドーピング処理により、半導体膜115、117に第3濃度の一導電型とは反対の導電型の不純物領域141、142を形成する。第3濃度の一導電型とは反対の導電型の不純物領域は第2形状の電極132、134と重なる領域に形成されるものであり、1.5×1020〜5×1021/cm3の濃度範囲で当該不純物元素が添加される。
【0058】
以上までの工程でそれぞれの半導体膜に価電子制御を目的とした不純物を添加した領域が形成される。第1の電極103〜107と、第2の形状の電極131〜135は半導体膜と交差する位置においてゲート電極として機能する。
【0059】
その後、それぞれの半導体膜に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。この活性化はガス加熱型の瞬間熱アニール法を用いて行う。加熱処理の温度は窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には450〜500℃で行う。この他に、YAGレーザーの第2高調波(532nm)を用いたレーザーアニール法を適用することもできる。レーザー光の照射により活性化を行うには、YAGレーザーの第2高調波(532nm)を用いこの光を半導体膜に照射する。勿論、レーザー光に限らずランプ光源を用いるRTA法でも同様であり、基板の両面又は片面からランプ光源の輻射により半導体膜を加熱する。
【0060】
その後、図5(A)に示すように、プラズマCVD法で窒化シリコンから成るパッシベーション膜143を50〜100nmの厚さに形成し、クリーンオーブンを用いて410℃の熱処理を行い、窒化シリコン膜から放出される水素で半導体膜の水素化を行う。
【0061】
次いで、パッシベーション膜143上に有機絶縁物材料から成る第3の絶縁膜144を形成する。有機絶縁物材料を用いる理由は第3の絶縁膜144の表面を平坦化するためのものである。より完全な平坦面を得るためには、この表面をCMP法により平坦化処理することが望ましい。CMP法を併用する場合には、第3の絶縁膜をプラズマCVD法で形成される酸化シリコン膜、塗布法で形成されるSOG(Spin on Glass)やPSGなどを用いることもできる。なお、パッシベーション膜143は第3の絶縁膜144の一部とみなしても良い。
【0062】
こうして平坦化された第3の絶縁膜144の表面に酸化インジウム・スズを主成分とする透明導電膜145を60〜120nmの厚さで形成する。この表面にも微細な凹凸が形成されるため、酸化アルミニウムを研磨剤として用いたCMP法により研磨して平坦化しておくことが望ましい。
【0063】
図8(B)は、図5(A)における上面図を示している。
【0064】
その後、透明導電膜145をエッチング処理して画素電極(第3の電極)146を形成する。そして、第2の絶縁膜130、パッシベーション膜143、第3の絶縁膜144にコンタクトホールを形成し、配線147〜153を形成する。この配線はチタン膜とアルミニウム膜を積層して形成する。
【0065】
配線147は、第1の配線102と、第2の形状の電極131とに接続されている。また、第1の配線102と第1の電極103は電気的に接続されている。
【0066】
配線148は、不純物領域126と、不純物領域141とに接続されている。配線149は、不純物領域141に接続されている。配線150は、不純物領域128に接続されており、ソース配線として機能する。配線151は、不純物領域128と、第2の形状の電極135に接続されている。配線152は、不純物領域142に接続されている。配線153は、不純物領域142と、画素電極146に接続されており、電源線として機能する。
【0067】
以上までの工程において、一導電型不純物領域をn型、一導電型とは反対の不純物領域をp型とすると、同一基板上にnチャネル型TFT202、pチャネル型TFT203を有する駆動回路200と、nチャネル型TFT204とpチャネル型TFT205を有する画素部201が形成される。
【0068】
駆動回路200において、nチャネル型TFT202において一対のゲート電極131、103はチャネル形成領域160を間に挟んで重なっている。第2濃度の一導電型の不純物領域195はLDDとして、第1濃度の一導電型の不純物領域126はソース又はドレイン領域として機能する。駆動回路200では、pチャネル型TFT203において一対のゲート電極132、104はチャネル形成領域161を間に挟んで重なっている。第3濃度の一導電型とは反対の不純物領域141はソース又はドレイン領域として機能する。LDDのチャネル長方向の長さは0.5〜2.5μm、好ましくは1.5μmで形成する。このようなLDDの構成は、主にホットキャリア効果によるTFTの劣化を防ぐことを目的としている。これらnチャネル型TFT及びpチャネル型TFTによりシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成することができる。特に、駆動電圧が高いバッファ回路には、ホットキャリア効果による劣化を防ぐ目的から、第1のnチャネル型TFT201の構造が適している。
【0069】
画素部201において、nチャネル型TFT204において一対のゲート電極133、105は、チャネル形成領域162を間に挟んで重なっている。また、nチャネル型TFT204において一対のゲート電極134、106は、チャネル形成領域163を間に挟んで重なっている。第2濃度の一導電型の不純物領域196はLDDとして、第1濃度の一導電型の不純物領域128はソース又はドレイン領域として機能する。このnチャネル型TFT204は第1濃度の一導電型の不純物領域を挿んで2つのTFTが直列接続した形となっている。pチャネル型TFT205において一対のゲート電極135、107は、チャネル形成領域164を間に挟んで重なっている。第3濃度の一導電型とは反対の不純物領域142はソース又はドレイン領域として機能する。
【0070】
本実施例では、コモン配線に常に一定の電圧(コモン電圧)を印加することで、第1の電極にコモン電圧を印加する。なお、この一定の電圧は、nチャネル型TFTの場合は閾値よりも小さく、pチャネル型TFTの場合は閾値よりも大きくする。第1の電極にコモン電圧を印加することで、電極が1つの場合に比べて閾値のばらつきを抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。半導体装置の画素部にスイッチング素子として形成されたTFTは、オン電流の増加よりもオフ電流の低減が重要視されるので、上記構成は有用である
【0071】
また、本実施例では、半導体装置の駆動回路が有するTFTにおいて、半導体膜を挿んで電気的に接続された一対のゲート電極を形成することにより、実質的に半導体膜の厚さが半分となり、ゲート電圧の印加に伴って空乏化が早く進んで電界効果移動度を増加させ、サブスレッショルド係数を低下させることが可能となる。その結果、この構造のTFTを駆動回路に使用することにより、駆動電圧を低下させることができる。また、電流駆動能力が向上し、TFTのサイズ(特にチャネル幅)を小さくすることができる。そのため集積密度を向上させることができる。
【0072】
画素部201はアクティブマトリクス駆動方式の発光装置に適用できる構造を示すものであり、図6(A)には第3の絶縁膜144上に発光素子を形成した状態を示している。第3の絶縁膜144上には、nチャネル型TFT204、pチャネル型TFT205を覆う隔壁層170が形成される。有機化合物層や陰極はウエット処理(薬液によるエッチングや水洗などの処理)を行うことができないので、画素電極146に合わせて、第4の絶縁膜上に感光性樹脂材料で形成される隔壁層170を設ける。隔壁層170はポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アクリルなど有機樹脂材料を用いて形成する。この隔壁層170は画素電極の端部を覆うように形成する。また、隔壁層170の端部は45〜60度のテーパー角が付くように形成する。
【0073】
図9はこの状態の画素部の上面図を示している。隔壁層170は同図において点線で囲う領域に形成される。
【0074】
ここで示す、アクティブマトリクス駆動方式の発光装置は有機発光素子をマトリクス状に配列させて構成するものである。有機発光素子174は陽極と陰極とその間に形成された有機化合物層とから成る。画素電極146は透明導電膜で形成した場合陽極となる。有機化合物層は、正孔移動度が相対的に高い正孔輸送性材料、その逆の電子輸送性材料、発光性材料などを組み合わせて形成する。それらは層状に形成しても良いし、混合して形成しても良い。
【0075】
有機化合物材料は合計しても100nm程度の薄膜層として形成する。そのため、陽極として形成するITOの表面は平坦性を高めておく必要がある。平坦性が悪い場合は、最悪有機化合物層の上に形成する陰極とショートしてしまう。それを防ぐための他の手段として、1〜5nmの絶縁膜を形成する方法を採用することもできる。絶縁膜としては、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド、アクリルなどを用いることができる。対向電極(第4の電極)172はMgAgやLiFなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属などの材料を用いて形成することにより陰極とすることができる。
【0076】
対向電極172は、仕事関数の小さいマグネシウム(Mg)、リチウム(Li)若しくはカルシウム(Ca)を含む材料を用いる。好ましくはMgAg(MgとAgをMg:Ag=10:1で混合した材料)でなる電極を用いれば良い。他にもMgAgAl電極、LiAl電極、また、LiFAl電極が挙げられる。さらにその上層には、窒化シリコンまたは、DLC膜で成る絶縁膜173を2〜30nm、好ましくは5〜10nmの厚さで形成する。DLC膜はプラズマCVD法で形成可能であり、100℃以下の温度で形成しても、被覆性良く隔壁層622の端部を覆って形成することができる。DLC膜の内部応力は、アルゴンを微量に混入させることで緩和することが可能であり、保護膜として用いることが可能である。そして、DLC膜は酸素をはじめCO、CO2、H2Oなどのガスバリア性が高いので、バリア膜として用いる絶縁膜173として適している。
【0077】
図9のB−B’における断面図を、図6(B)に示す。第1の電極と第1の絶縁膜112と、半導体膜181とが重なり合っている部分において容量が形成されている。また、第2の形状の電極135と、第2の絶縁膜130と、半導体膜181とが重なり合っている部分において容量が形成されている。
【0078】
なお本実施例では、第1の電極と第2の電極とを、ソース配線と同時に形成された配線で接続しているが、第1の電極と第2の電極とを直接接続しても良い。ただし、本実施例のように、第1の電極と第2の電極とを、ソース配線と同時に形成された配線で接続する場合、工程数を増やす必要がなく、マスク数を抑えることができる。
【0079】
パッケージング等の処理により気密性を高めたら、基板上に形成された素子又は回路から引き回された端子と外部信号端子とを接続するためのコネクター(フレキシブルプリントサーキット:FPC)を取り付けて製品として完成する。
【0080】
(実施例2)
本実施例では、本発明の半導体装置の1つである発光装置の画素の、実施例1とは異なる構成について説明する。
【0081】
図10に本実施例の発光装置の画素の上面図を示す。図10のA−A’における断面図を図11に示す。
【0082】
501はnチャネル型TFTであり、502はpチャネル型TFTである。nチャネル型TFT501は、半導体膜503と、第1の絶縁膜520と、第1の電極504、505と、第2の絶縁膜521と、第2の電極506、507とを有している。そして、半導体膜503は、第1濃度の一導電型不純物領域508と、第2濃度の一導電型不純物領域509と、チャネル形成領域510、511を有している。
【0083】
第1の電極504、505とチャネル形成領域510、511とは、それぞれ第1の絶縁膜520を間に挟んで重なっている。また、第2の電極506、507と、チャネル形成領域510、511とは、それぞれ第2の絶縁膜521を間に挟んで重なっている。
【0084】
pチャネル型TFT502は、半導体膜530と、第1の絶縁膜520と、第1の電極532と、第2の絶縁膜521と、第2の電極531とを有している。そして、半導体膜530は、第3濃度の一導電型不純物領域533と、チャネル形成領域534を有している。
【0085】
第1の電極532とチャネル形成領域534とは、それぞれ第1の絶縁膜520を間に挟んで重なっている。第2の電極531とチャネル形成領域534とは、それぞれ第2の絶縁膜521を間に挟んで重なっている。
【0086】
そして、第1の電極532と第2の電極531とは、配線540を介して電気的に接続されている。
【0087】
本実施例では、同じ画素内のTFTでも、スイッチング素子として用いるTFT(本実施例の場合nチャネル型TFT501)は、第1の電極にコモン電圧を印加している。第1の電極にコモン電圧を印加することで、電極が1つの場合に比べて閾値のばらつきを抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。
【0088】
また、スイッチング素子として用いるTFTよりも大きな電流を流すTFT(本実施例の場合pチャネル型TFT502)は、第1の電極と第2の電極とを電気的に接続している。第1の電極と第2の電極に同じ電圧を印加することで、実質的に半導体膜の膜厚を薄くしたのと同じように空乏層が早く広がるので、サブスレッショルド係数を小さくすることができ、さらに電界効果移動度を向上させることができる。したがって、電極が1つの場合に比べてオン電流を大きくすることができる。よって、この構造のTFTを駆動回路に使用することにより、駆動電圧を低下させることができる。また、オン電流を大きくすることができるので、TFTのサイズ(特にチャネル幅)を小さくすることができる。そのため集積密度を向上させることができる。
【0089】
(実施例3)
本実施例では、駆動回路のシフトレジスタに用いられるフリップフロップ回路を、第1の電極と第2の電極を電気的に接続したTFTを用いて形成する例について説明する。
【0090】
図12に本実施例のフリップフロップ回路の回路図を示す。なお本発明の半導体装置が有するフリップフロップ回路は図12に示した構成に限定されない。また、フリップフロップ回路は、駆動回路が有する回路のほんの一例として挙げたまでであり、本発明の半導体装置が必ずしもフリップフロップ回路を有している必要はない。そして本発明のTFTはフリップフロップ以外の回路にも用いることができる。
【0091】
図12(A)に示したフリップフロップ回路は、クロックドインバーター1201、1202と、インバーター1203を有している。図12(A)に示したフリップフロップ回路の、各回路素子をより具体的に示した回路図を、図12(B)に示す。
【0092】
本実施例のクロックドインバーターは、pチャネル型TFTとnチャネル型TFTを2つづつ有している。そして、第1のpチャネル型TFTのソースは第1の電圧(VDD)が印加されており、ドレインは第2のpチャネル型TFTのソースに接続されている。第2のpチャネル型TFTのドレインは、第2のnチャネル型TFTのドレインに接続されている。第2のnチャネル型TFTのソースは第1のnチャネル型TFTのドレインに接続されており、第1のnチャネル型TFTのソースは第2の電圧(GND)が印加されている。なお第1の電圧は第2の電圧よりも高い。
【0093】
第1のnチャネル型TFTのゲート電極にはクロック信号(CK)が入力されており、第1のpチャネル型TFTのゲート電極にはクロック信号(CK)の極性が反転した信号である反転クロック信号(CKb)が入力されている。
【0094】
クロックドインバータは、クロック信号(CK)及び反転クロック信号(CKb)に同期して、第2のpチャネル型TFTと第2のnチャネル型TFTのゲート電極に入力される信号(IN)の極性を反転させた出力信号(OUT)を出力する。
【0095】
本実施例では、図12(B)に示したクロックドインバータが有する全てのTFTは、電気的に接続された第1の電極と第2の電極を有している。
【0096】
図13に、図12(B)に示したクロックドインバータの上面図を示す。1201、1202はクロックドインバーター、1203はインバーターである。クロック信号(CK)、反転クロック信号(CKb)、入力信号(IN)は、それぞれ配線1210、1211、1212に入力されている。出力信号(OUT)は配線1213から出力されている。また第1の電圧(VDD)と第2の電圧(GND)は、それぞれ配線1214、1215に印加されている。
【0097】
図13のA−A’における断面図を図14(A)に、B−B’における断面図を図14(B)に示す。
【0098】
1220は、クロックドインバーター1202が有する第1のpチャネル型TFTであり、1221はクロックドインバーター1202が有する第2のpチャネル型TFTである。
【0099】
第1のpチャネル型TFT1220は、第1の電極1230と第2の電極1231を有している。第1の電極1230と第2の電極1231は、半導体膜1232が有するチャネル形成領域1233を間に挟んで重なっている。
【0100】
第2のpチャネル型TFT1221は、第1の電極1234と第2の電極1235を有している。第1の電極1234と第2の電極1235は、半導体膜1232が有するチャネル形成領域1236を間に挟んで重なっている。
【0101】
そして、第1のpチャネル型TFT1220の半導体膜1232が有するソース領域1240は配線1214に接続されている。また、第2のpチャネル型TFT1221の半導体膜1232が有するドレイン領域1241は、配線1215に接続されている。
【0102】
第1の電極1230と第2の電極1231は、反転クロック信号(CKb)が入力されている配線1211に接続されている。よって、第1の電極1230と第2の電極1231は電気的に接続されている。また図示しないが、第1の電極1234と第2の電極1235も電気的に接続されている。
【0103】
なお本実施例では、第1の電極と第2の電極とを、他の配線によって電気的に接続しているが、第1の電極と第2の電極とを直接接続しても良い。ただし、第1の電極と第2の電極とを、配線によって電気的に接続する場合、該配線を他の配線と同時に形成することが可能であるので、マスク数を抑えることができる。
【0104】
なお、配線1210、1211、1214及び1215を、複数の導電膜を積層して形成することができる。多層配線にして配線の長さを短くすることで配線抵抗を下げることができ、また駆動回路をより高集積化することができる。
【0105】
また、本実施例で示したように、各TFTの第1の電極と第2の電極の接続は、各TFTごとに行なう必要はなく、回路が有する複数のTFTにおいて、その第1の電極と第2の電極のいずれか一方が互いに接続されている場合、いずれか1つのTFTにおいて第1の電極と第2の電極が接続されていれば良い。
【0106】
本実施例は、実施例1または実施例2と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0107】
(実施例4)
本発明の他の実施例を図面を用いて説明する。ここでは、液晶表示装置に適した画素構造及び駆動回路の構成の一例を説明する。本実施例において用いる図15、図16及び図17は、その作製工程を説明する断面図であり、図18及び図19はそれに対応する上面図を示し、説明の便宜上共通する符号を用いて説明する。
【0108】
図15(A)において、基板301上に第1の配線302、第1の電極303〜306を実施例1と同様に形成する。そして、第1の絶縁膜307を形成する。本実施例では、3層の絶縁膜(第1の絶縁膜A 307a、第1の絶縁膜B 307b、第1の絶縁膜C 307c)を積層して、第1の絶縁膜307として用いる。酸化窒化シリコン膜から形成される第1の絶縁膜A 307aを50nm形成し、第1の絶縁膜B 307bをTEOSで形成される酸化シリコン膜を用いて1μmの厚さに形成し、表面をCMPで平坦化した後、第1の絶縁膜C 307cとして酸化窒化シリコン膜を形成した3層構造としている。勿論、図15の絶縁膜はこの構成に限定されず、実施例1と同様の構成としても構わない。島状に分割された半導体膜310〜312は実施例1と同様に形成される。
【0109】
図15(A)における上面図を図18(A)に示す。図18(A)のA−A’における断面図が、図15(A)に相当する。第1の電極305と第1電極306は、コモン配線380の一部に含まれる。
【0110】
次いで、図15(B)に示すように、半導体膜310〜312を覆う第2の絶縁膜350を形成する。第2の絶縁膜350は、プラズマCVD法やスパッタ法でシリコンを含む絶縁物で形成する。その厚さは40〜150nmとする。
【0111】
その上には第2の電極313〜317を形成する。第2の配線を形成する材料に限定はないが、モリブデン、タングステンなどの高融点金属の窒化物で形成する第1層と、その上に形成する高融点金属又はアルミニウムや銅などの低抵抗金属、或いはポリシリコンなどで形成する。具体的には、第1層目をW、Mo、Ta、Tiから選ばれ一種又は複数種の窒化物を選択し、第2層目をW、Mo、Ta、Ti、Al、Cuから選ばれ一種又は複数種の合金、或いはn型多結晶シリコンを用いる。
【0112】
図15(B)における上面図を、図18(B)に示す。第2の電極315と第2電極316は、ゲート配線381の一部に含まれる。そして、第2の電極315と第2電極316は、それぞれ第1の絶縁膜307、半導体膜312、第2の絶縁膜350を間に挟んで、第1の電極305、306と重なっている。
【0113】
その後、実施例1と同様にイオンドーピング法により各半導体膜に不純物領域を形成する。さらに活性化や水素化の熱処理を行う。この熱処理において、ガス加熱型のRTA法を用いると良い。
【0114】
窒化シリコン膜から成るパッシベーション膜318と、アクリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミドから選ばれる有機樹脂材料から成る第3の絶縁膜319を形成する。パッシベーション膜318は第3の絶縁膜319の一部とみなしても良い。第3の絶縁膜の表面はCMPにより平坦化処理することが望ましい。その後、開孔を形成して配線320〜323、画素電極324を形成する。
【0115】
こうして、同一基板上にnチャネル型TFT402、pチャネル型TFT403を有する駆動回路400と、nチャネル型TFT404と容量部405を有する画素部401が形成される。
【0116】
駆動回路400では、nチャネル型TFT402において半導体膜310はチャネル形成領域330を有している。そして、チャネル形成領域330と第1の電極303とが、間に第1の絶縁膜307を挟んで重なっている。また、チャネル形成領域330と第2の電極313とが、間に第2の絶縁膜350を挟んで重なっている。さらに、図示してはいないが、第1の配線302と第1の電極303は接続されており、配線320は第1の配線302及び第2の電極313と接続している。また、第2濃度の一導電型の不純物領域334はLDDとして、第1濃度の一導電型の不純物領域335はソース又はドレイン領域として機能する。LDDのチャネル長方向の長さは0.5〜2.5μm、好ましくは1.5μmで形成する。このようなLDDの構成は、主にホットキャリア効果によるTFTの劣化を防ぐことを目的としている。
【0117】
pチャネル型TFT403において半導体膜311はチャネル形成領域331を有している。そして、チャネル形成領域331と第1の電極304とが、間に第1の絶縁膜307を挟んで重なっている。また、チャネル形成領域331と第2の電極314とが、間に第2の絶縁膜350を挟んで重なっている。第3濃度の一導電型とは反対の不純物領域336はソース又はドレイン領域として機能する。
【0118】
これらnチャネル型TFT402及びpチャネル型TFT403によりシフトレジスタ回路、バッファ回路、レベルシフタ回路、ラッチ回路などを形成することができる。特に、駆動電圧が高いバッファ回路には、ホットキャリア効果による劣化を防ぐ目的から、第1のnチャネル型TFT402の構造が適している。
【0119】
また、CMOS構造としなくても、NMOS又はPMOSを基本とした回路にも本発明は同様に適用することができる。
【0120】
画素部401では、nチャネル型TFT404において、半導体膜312はチャネル形成領域332、340を有している。第1の電極305と第2の電極315は、チャネル形成領域332を間に挟んで重なっている。また、第1の電極306と第2の電極316は、チャネル形成領域340を間に挟んで重なっている。第2濃度の一導電型の不純物領域337はLDDとして、第1濃度の一導電型の不純物領域338はソース又はドレイン領域として機能する。このnチャネル型TFT404は第1濃度の一導電型の不純物領域を挿んで2つのTFTが直列接続した形となっている。
【0121】
また、画素部401においてnチャネル型TFT404に接続する容量部は、半導体膜312と第2の絶縁膜350と第2の電極317によって形成されている。
【0122】
図19は、図16(A)における画素部の上面図を示し、A−A'線が図16(A)に対応している。また、B−B'線は図16(B)に対応している。
【0123】
以上のように、本発明は半導体膜を挿んで一対のゲート電極を形成することにより、実質的に半導体膜の厚さが半分となり、ゲート電圧の印加に伴って空乏化が早く進んで電界効果移動度を増加させ、サブスレッショルド係数を低下させることが可能となる。
【0124】
図16(A)まで形成した後、図17に示すように配向膜453を形成し、ラビング処理を行う。なお、図示しないが、配向膜453を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサを所望の位置に形成しておいても良い。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【0125】
次いで、対向基板450上に対向電極451を形成し、その上に配向膜452を形成しラビング処理を施す。対向電極451はITOで形成する。そして、シールパターン454が形成された対向基板450を貼り合わせる。その後、両基板の間に液晶材料455を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。液晶材料には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図17に示すアクティブマトリクス駆動の液晶表示装置が完成する。
【0126】
本実施例は、実施例3と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0127】
(実施例5)
本実施例では、実施例1とは異なる方法で半導体膜を作製する例について説明する。
【0128】
図20(A)において、100は絶縁表面を有する基板である。図20(A)において、基板100はガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0129】
まず、図20(A)に示すように、基板100上に、第1の電極102a、102bが形成されている。第1の電極102a、102bは導電性を有する物質で形成されていれば良い。代表的には、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)から選ばれた一種または複数種からなる合金又は化合物で形成することができる。また何層かの導電性の膜を積層したものを、第1の電極として用いても良い。
【0130】
そして、第1の電極102a、102bを覆って、絶縁表面上に第1の絶縁膜101が形成されている。第1の絶縁膜101は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜(SiOxy)等で形成する。代表的な一例は第1の絶縁膜101として2層構造から成り、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第1酸化窒化シリコン膜を50〜100nm、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第2酸化窒化シリコン膜を100〜150nmの厚さに積層形成する構造が採用される。また、第1の絶縁膜101の一層として膜厚10nm以下の窒化シリコン膜(SiN膜)、或いは第2酸化窒化シリコン膜(SiNxy膜(X≫Y))を用いることが好ましい。ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、半導体膜と接する第1の絶縁膜を窒化シリコン膜とすることは極めて有効である。また、第1酸化窒化シリコン膜、第2酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した3層構造を用いてもよい。
【0131】
次いで、第1の絶縁膜上に非晶質構造を有する第1の半導体層103を形成する。第1の半導体層103は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマCVD法や減圧CVD法、或いはスパッタ法で10〜100nmの厚さに形成する。後の結晶化で良質な結晶構造を有する半導体層を得るためには、非晶質構造を有する第1の半導体層103の膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を5×1018/cm3(二次イオン質量分析法(SIMS)にて測定した原子濃度)以下に低減させておくと良い。これらの不純物は後の結晶化を妨害する要因となり、また、結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理(電界研磨処理)やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のCVD装置を用いることが望ましい。
【0132】
次いで、非晶質構造を有する第1の半導体層103を結晶化させる技術としてここでは特開平8-78329号公報記載の技術を用いて結晶化させる。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜(アモルファスシリコン膜とも呼ばれる)に対して結晶化を助長する金属元素を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がる結晶構造を有する半導体層を形成するものである。まず、非晶質構造を有する第1の半導体層103の表面に、結晶化を促進する触媒作用のある金属元素(ここでは、ニッケル)を重量換算で1〜100ppm含む酢酸ニッケル塩溶液をスピナーで塗布してニッケル含有層104を形成する。(図20(B))塗布によるニッケル含有層104の形成方法以外の他の手段として、スパッタ法、蒸着法、またはプラズマ処理により極薄い膜を形成する手段を用いてもよい。また、ここでは、全面に塗布する例を示したが、マスクを形成して選択的にニッケル含有層を形成してもよい。
【0133】
次いで、加熱処理を行い、結晶化を行う。この場合、結晶化は半導体の結晶化を助長する金属元素が接した半導体層の部分でシリサイドが形成され、それを核として結晶化が進行する。こうして、図20(C)に示す結晶構造を有する第1の半導体層105が形成される。なお、結晶化後での第1の半導体層105に含まれる酸素濃度は、5×1018/cm3以下とすることが望ましい。ここでは、脱水素化のための熱処理(450℃、1時間)の後、結晶化のための熱処理(550℃〜650℃で4〜24時間)を行う。また、強光の照射により結晶化を行う場合は、赤外光、可視光、または紫外光のいずれか一またはそれらの組み合わせを用いることが可能であるが、代表的には、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、または高圧水銀ランプから射出された光を用いる。ランプ光源は、1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1回〜10回繰り返し、半導体層が瞬間的に600〜1000℃程度にまで加熱すればよい。なお、必要であれば、強光を照射する前に非晶質構造を有する第1の半導体層105に含有する水素を放出させる熱処理を行ってもよい。また、熱処理と強光の照射とを同時に行って結晶化を行ってもよい。生産性を考慮すると、結晶化は強光の照射により結晶化を行うことが望ましい。
【0134】
このようにして得られる第1の半導体層105には、金属元素(ここではニッケル)が残存している。それは膜中において一様に分布していないにしろ、平均的な濃度とすれば、1×1019/cm3を越える濃度で残存している。勿論、このような状態でもTFTをはじめ各種半導体素子を形成することが可能であるが、以降に示す方法で当該元素を除去する。
【0135】
次いで、結晶化率(膜の全体積における結晶成分の割合)を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、結晶構造を有する第1の半導体層105に対してレーザー光(第1のレーザー光)を大気または酸素雰囲気で照射する。レーザー光(第1のレーザー光)を照射した場合、表面に凹凸が形成されるとともに薄い酸化膜106が形成される。(図20(D))このレーザー光(第1のレーザー光)には波長400nm以下のエキシマレーザー光や、YAGレーザーの第2高調波、第3高調波を用いる。また、エキシマレーザー光に代えて紫外光ランプから発する光を用いてもよい。
【0136】
さらに、オゾン含有水溶液(代表的にはオゾン水)で酸化膜(ケミカルオキサイドと呼ばれる)を形成して合計1〜10nmの酸化膜からなるバリア層107を形成し、このバリア層107上に希ガス元素を含む第2の半導体層108を形成する(図20(E))。なお、ここでは、結晶構造を有する第1の半導体層105に対してレーザー光を照射した場合に形成される酸化膜106もバリア層の一部と見なしている。このバリア層107は、後の工程で第2の半導体層108のみを選択的に除去する際にエッチングストッパーとして機能する。また、オゾン含有水溶液に代えて、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理しても同様にケミカルオキサイドを形成することができる。また、他のバリア層107の形成方法としては、酸素雰囲気下の紫外線の照射でオゾンを発生させて前記結晶構造を有する半導体層の表面を酸化して形成してもよい。また、他のバリア層107の形成方法としては、プラズマCVD法やスパッタ法や蒸着法などで1〜10nm程度の酸化膜を堆積してバリア層としても良い。また、他のバリア層107の形成方法としては、クリーンオーブンを用い、200〜350℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成しても良い。なお、バリア層107は、上記方法のいずれか一の方法、またはそれらの方法を組み合わせて形成されたものであれば特に限定されないが、後のゲッタリングで第1の半導体層中のニッケルが第2の半導体層に移動可能な膜質または膜厚とすることが必要である。
【0137】
ここでは、希ガス元素を含む第2の半導体層108をスパッタ法にて形成し、ゲッタリングサイトを形成する。(図20(E))なお、第1の半導体層には希ガス元素が添加されないようにスパッタ条件を適宜調節することが望ましい。希ガス元素としてはヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用いる。中でも安価なガスであるアルゴン(Ar)が好ましい。ここでは希ガス元素を含む雰囲気でシリコンからなるターゲットを用い、第2の半導体層を形成する。膜中に不活性気体である希ガス元素イオンを含有させる意味は二つある。一つはダングリングボンドを形成し半導体層に歪みを与えることであり、他の一つは半導体層の格子間に歪みを与えることである。半導体層の格子間に歪みを与えるにはアルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)などシリコンより原子半径の大きな元素を用いた時に顕著に得られる。また、膜中に希ガス元素を含有させることにより、格子歪だけでなく、不対結合手も形成させてゲッタリング作用に寄与する。
【0138】
また、一導電型の不純物元素であるリンを含むターゲットを用いて第2の半導体層を形成した場合、希ガス元素によるゲッタリングに加え、リンのクーロン力を利用してゲッタリングを行うことができる。
【0139】
また、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、第2の半導体層108に含まれる酸素濃度は、第1の半導体層に含まれる酸素濃度より高い濃度、例えば5×1018/cm3以上とすることが望ましい。
【0140】
次いで、加熱処理を行い、第1の半導体層中における金属元素(ニッケル)の濃度を低減、あるいは除去するゲッタリングを行う。(図20(F))ゲッタリングを行う加熱処理としては、強光を照射する処理または熱処理を行えばよい。このゲッタリングにより、図20(F)中の矢印の方向(即ち、基板側から第2の半導体層表面に向かう方向)に金属元素が移動し、バリア層107で覆われた第1の半導体層105に含まれる金属元素の除去、または金属元素の濃度の低減が行われる。金属元素がゲッタリングの際に移動する距離は、少なくとも第1の半導体層の厚さ程度の距離であればよく、比較的短時間でゲッタリングを完遂することができる。ここでは、ニッケルが第1の半導体層105に偏析しないよう全て第2の半導体層108に移動させ、第1の半導体層105に含まれるニッケルがほとんど存在しない、即ち膜中のニッケル濃度が1×1018/cm3以下、望ましくは1×1017/cm3以下になるように十分ゲッタリングする。
【0141】
また、このゲッタリングの加熱処理の条件によっては、ゲッタリングと同時に第1の半導体層の結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修する、即ち結晶性の改善を行うことができる。
【0142】
本明細書において、ゲッタリングとは、被ゲッタリング領域(ここでは第1の半導体層)にある金属元素が熱エネルギーにより放出され、拡散によりゲッタリングサイトに移動することを指している。従って、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温であるほど短時間でゲッタリングが進むことになる。
【0143】
また、このゲッタリングの加熱処理として強光を照射する処理を用いる場合は、加熱用のランプ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、瞬間的には600〜1000℃、好ましくは700〜750℃程度に半導体層が加熱されるようにする。
【0144】
また、熱処理で行う場合は、窒素雰囲気中で450〜800℃、1〜24時間、例えば550℃にて14時間の熱処理を行えばよい。また、熱処理に加えて強光を照射してもよい。
【0145】
次いで、バリア層107をエッチングストッパーとして、106で示した第2の半導体層のみを選択的に除去した後、酸化膜からなるバリア層107を除去する。第2の半導体層のみを選択的にエッチングする方法としては、ClF3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド(化学式 (CH34NOH)を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことができる。また、第2の半導体層を除去した後、バリア層の表面をTXRFでニッケル濃度を測定したところ、ニッケルが高濃度で検出されるため、バリア層は除去することが望ましく、フッ酸を含むエッチャントにより除去すれば良い。
【0146】
次いで、結晶構造を有する第1の半導体層に対してレーザー光(第2のレーザー光)を窒素雰囲気または真空で照射する。レーザー光(第2のレーザー光)を照射した場合、第1のレーザー光の照射により形成された凹凸の高低差(P―V値:Peak to Valley、高さの最大値と最小値の差分)が低減、即ち、平坦化される。(図20(G))ここで、凹凸のP―V値は、AFM(原子間力顕微鏡)により観察すればよい。具体的には、第1のレーザー光の照射により形成された凹凸のP―V値が10nm〜30nm程度であった表面は、第2のレーザー光の照射により表面における凹凸のP―V値を5nm以下とすることができ、条件によっては1.5nm以下にすることができる。このレーザー光(第2のレーザー光)には波長400nm以下のエキシマレーザー光や、YAGレーザーの第2高調波、第3高調波を用いる。また、エキシマレーザー光に代えて紫外光ランプから発する光を用いてもよい。
【0147】
第2のレーザー光のエネルギー密度は、第1のレーザー光のエネルギー密度より大きくし、好ましくは30〜60mJ/cm2大きくする。ただし、第2のレーザー光のエネルギー密度が第1のレーザー光のエネルギー密度よりも90mJ/cm2以上大きいエネルギー密度だと、表面の粗さが増大し、さらに結晶性の低下、或いは微結晶化してしまい、特性が悪化する傾向が見られる。
【0148】
なお、第2のレーザー光の照射は、第1のレーザー光のエネルギー密度よりも高いが、照射前後で結晶性はほとんど変化しない。また、粒径などの結晶状態もほとんど変化しない。即ち、この第2のレーザー光の照射では平坦化のみが行われていると思われる。
【0149】
結晶構造を有する半導体層が第2のレーザー光の照射により平坦化されたメリットは非常に大きい。例えば、平坦性が向上したことによって、後に形成されるゲート絶縁膜として用いる第2の絶縁膜を薄くすることが可能となり、TFTの移動度を向上させることができる。また、平坦性が向上したことによって、TFTを作製した場合、オフ電流を低減することができる。
【0150】
また、第2のレーザー光を照射することによって、ゲッタリングサイトを形成する際に第1の半導体層にも添加されてしまった場合、結晶構造を有する半導体層中の希ガス元素を除去または低減する効果も得られる。
【0151】
次いで、平坦化された第1の半導体層109を公知のパターニング技術を用いて所望の形状の半導体膜を形成する。
【0152】
本実施例は、実施例1〜実施例4と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0153】
(実施例6)
本実施例では、触媒元素を用いた熱結晶化法により半導体膜を形成する例を示す。
【0154】
触媒元素を用いる場合、特開平7−130652号公報、特開平8−78329号公報で開示された技術を用いることが望ましい。
【0155】
ここで、特開平7−130652号公報に開示されている技術を本発明に適用する場合の例を図21に示す。まず基板1251上に第1の電極1252を形成する。そして、第1の電極1252を覆うように、基板1251上に第1の絶縁膜1253を形成し、その上に非晶質シリコン膜1254を形成した。さらに、重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布してニッケル含有層1255を形成した。(図21(A))
【0156】
次に、500℃、1時間の脱水素工程の後、500〜650℃で4〜12時間、例えば550℃、8時間の熱処理を行い、結晶質シリコン膜1256を形成した。こうして得られた結晶質シリコン膜1256は非常に優れた結晶質を有した。(図21(B))
【0157】
また、特開平8−78329号公報で開示された技術は、触媒元素を選択的に添加することによって、非晶質半導体膜の選択的な結晶化を可能としたものである。同技術を本発明に適用した場合について、図22で説明する。
【0158】
まず、ガラス基板1301上に第1の電極1302を形成する。そして第1の電極1302を覆うように、基板1301上に第1の絶縁膜1303を設け、その上に非晶質シリコン膜1304を形成した。そして、非晶質シリコン膜1304の上に酸化シリコン膜1305を連続的に形成した。この時、酸化シリコン膜1305の厚さは150nmとした。
【0159】
次に酸化シリコン膜1305をパターニングして、選択的にコンタクトホール1306を形成し、その後、重量換算で10ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を塗布した。これにより、ニッケル含有層1307が形成され、ニッケル含有層1307はコンタクトホール1306の底部のみで非晶質シリコン膜1304と接触した。(図22(A))
【0160】
次に、500〜650℃で4〜24時間、例えば570℃、14時間の熱処理を行い、結晶質シリコン膜1308を形成した。この結晶化の過程では、ニッケルが接した非晶質シリコン膜の部分が最初に結晶化し、そこから横方向へと結晶化が進行する。こうして形成された結晶質シリコン膜1308は棒状または針状の結晶が集合して成り、その各々の結晶は巨視的に見ればある特定の方向性をもって成長しているため、結晶性が揃っているという利点がある。(図22(B))
【0161】
尚、上記2つの技術において使用可能な触媒元素は、ニッケル(Ni)の以外にも、ゲルマニウム(Ge)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)、といった元素を用いても良い。
【0162】
以上のような技術を用いて結晶質半導体膜(結晶質シリコン膜や結晶質シリコンゲルマニウム膜などを含む)を形成し、パターニングを行えば、結晶質TFTの半導体層を形成することができる。本実施例の技術を用いて、結晶質半導体膜から作製されたTFTは、優れた特性が得られるが、そのため高い信頼性を要求されてあいた。しかしながら、本発明のTFT構造を採用することで、本実施例の技術を最大限に生かしたTFTを作製することが可能となった。
【0163】
次に、非晶質半導体膜を初期膜として前記触媒元素を用いて結晶質半導体膜を形成した後で、その触媒元素を結晶質半導体膜から除去する工程を行った例について、図23を用いて説明する。本実施例ではその方法として、特開平10−135468号公報または特開平10−135469号公報に記載された技術を用いた。
【0164】
同公報に記載された技術は、非晶質半導体膜の結晶化に用いた触媒元素を結晶化後にリンのゲッタリング作用を用いて除去する技術である。同技術を用いることで、結晶質半導体膜中の触媒元素の濃度を1×1017atms/cm3以下、好ましくは1×1016atms/cm3にまで低減することができる。
【0165】
ここではコーニング社の1737基板に代表される無アルカリガラス基板を用いた。図23(A)では、基板1401上に第1の電極1402を形成する。そして第1の電極1402を覆うように、基板1401上に第1の絶縁膜1403を設け、その上に結晶質シリコン膜1404を形成した。
【0166】
そして、結晶質シリコン膜1404の表面にマスク用の酸化シリコン膜1405が150nmの厚さに形成され、パターニングによりコンタクトホールが設けられ、結晶質シリコン膜を一部露出させた領域を設けてある。そして、リンを添加する工程を実施して、結晶質シリコン膜にリンが添加された領域(ゲッタリング領域)1406が設けられた。
【0167】
この状態で、窒素雰囲気中で550〜800℃、5〜24時間、例えば600℃、12時間の熱処理を行うと、結晶質シリコン膜にリンが添加された領域1406がゲッタリングサイトとして働き、結晶質シリコン膜1404に残存していた触媒元素はリンが添加されたゲッタリング領域1406に偏析させることができた。
【0168】
そして、マスク用の酸化シリコン膜1405と、リンが添加された領域1406とをエッチングして除去することにより、結晶化の工程で使用した触媒元素の濃度を1×1017atms/cm3以下にまで低減された結晶質シリコン膜を得ることができた。この結晶質シリコン膜はそのまま本発明のTFTの半導体層として使用することができた。
【0169】
本実施例は、実施例1〜4と組み合わせて実施することが可能である。
【0170】
(実施例7)
本実施例では、本発明の半導体装置の構成について説明する。
【0171】
図24に本発明の半導体装置の1つである、発光装置のブロック図を示す。発光装置は、基板上に形成されたOLED(Organic Light Emitting Device)を、該基板とカバー材の間に封入したOLEDパネルに相当する。なお、該OLEDパネルにコントローラを含むIC等を実装した、OLEDモジュールを発光装置呼ぶ場合もある。
【0172】
OLEDは、電場を加えることで発生するルミネッセンス(Electroluminescence)が得られる有機化合物(有機発光材料)を含む層(以下、有機発光層と記す)と、陽極層と、陰極層とを有している。有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)とがあるが、本発明の発光装置は、上述した発光のうちの、いずれか一方の発光を用いていても良いし、または両方の発光を用いていても良い。
【0173】
なお、本明細書では、OLEDの陽極と陰極の間に設けられた全ての層を有機発光層と定義する。有機発光層には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。基本的にOLEDは、陽極/発光層/陰極が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極/正孔注入層/発光層/陰極や、陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/陰極等の順に積層した構造を有していることもある。
【0174】
なお、図24ではデジタルのビデオ信号を用いて画像を表示する発光装置の駆動回路を例に説明する。図24に示した発光装置は、データ線駆動回路800、走査線駆動回路801、画素部802を有している。
【0175】
画素部802には、複数のソース配線と、複数のゲート配線と、複数の電源線が形成されており、ソース配線とゲート配線と電源線とで囲まれた領域が画素に相当する。なお、図24では複数の画素のうち、1つのソース配線807と、1つのゲート配線809と、1つの電源線808を有する画素のみを代表的に示した。各画素はスイッチング素子となるスイッチング用TFT803と、駆動用TFT804と、保持容量805と、OLED806を有している。
【0176】
スイッチング用TFT803のゲート電極はゲート配線809に接続されている。そしてスイッチング用TFT803のソース領域とドレイン領域は、一方はソース配線807に、もう一方は駆動用TFT804のゲート電極に接続されている。
【0177】
駆動用TFT804のソース領域とドレイン領域は、一方は電源線808に、もう一方はOLED806に接続されている。そして、駆動用TFT804のゲート電極と電源線808とで保持容量805が形成されている。なお保持容量805は必ずしも形成する必要はない。
【0178】
データ線駆動回路800は、シフトレジスタ810、第1ラッチ811、第2ラッチ812を有している。シフトレジスタ810にはデータ線駆動回路用のクロック信号(S−CLK)とスタートパルス信号(S−SP)が与えられている。第1ラッチ811にはラッチのタイミングを決定するラッチ信号(Latchsignals)とビデオ信号(Video signals)が与えられている。
【0179】
シフトレジスタ810にクロック信号(S−CLK)とスタートパルス信号(S−SP)が入力されると、ビデオ信号のサンプリングのタイミングを決定するサンプリング信号が生成され、第1ラッチ811に入力される。
【0180】
なお、シフトレジスタ810からのサンプリング信号を、バッファ等によって緩衝増幅してから、第1ラッチ811に入力するようにしても良い。サンプリング信号が入力される配線には、多くの回路あるいは回路素子が接続されているために負荷容量(寄生容量)が大きい。この負荷容量が大きいために生ずるタイミング信号の立ち上がりまたは立ち下がりの”鈍り”を防ぐために、このバッファは有効である。
【0181】
第1ラッチ811は複数のステージのラッチを有している。第1ラッチ811では、入力されたサンプリング信号に同期して、入力されたビデオ信号をサンプリングし、各ステージのラッチに順に記憶していく。
【0182】
第1ラッチ811の全てのステージのラッチにビデオ信号の書き込みが一通り終了するまでの時間を、ライン期間と呼ぶ。実際には、上記ライン期間に水平帰線期間が加えられた期間をライン期間に含むことがある。
【0183】
1ライン期間が終了すると、第2ラッチ812にラッチ信号が入力される。この瞬間、第1ラッチ811に書き込まれ保持されているビデオ信号は、第2ラッチ812に一斉に送出され、第2ラッチ812の全ステージのラッチに書き込まれ、保持される。
【0184】
ビデオ信号を第2ラッチ812に送出し終えた第1ラッチ811には、シフトレジスタ810からのサンプリング信号に基づき、ビデオ信号の書き込みが順次行われる。
【0185】
この2順目の1ライン期間中には、第2ラッチ812に書き込まれ、保持されているビデオ信号がソース配線に入力される。
【0186】
一方、走査線駆動回路は、シフトレジスタ821と、バッファ822を有している。シフトレジスタ821には走査線駆動回路用のクロック信号(G−CLK)とスタートパルス信号(G−SP)が与えられている。
【0187】
シフトレジスタ821にクロック信号(G−CLK)とスタートパルス信号(G−SP)が入力されると、ゲート配線の選択のタイミングを決定する選択信号が生成され、バッファ822に入力される。バッファ822に入力された選択信号は、緩衝増幅されてゲート配線809に入力される。
【0188】
ゲート配線809が選択されると、選択されたゲート配線809にゲート電極が接続されたスイッチング用TFT803がオンになる。そして、ソース配線に入力されたビデオ信号が、オンになっているスイッチング用TFT803を介して、駆動用TFT804のゲート電極に入力される。
【0189】
駆動用TFT804は、ゲート電極に入力されたビデオ信号の有する1または0の情報に基づいて、そのスイッチングが制御される。駆動用TFT804がオンのときに、電源線の電位がOLED806の画素電極に与えられ、OLED806が発光する。駆動用TFT804がオフのとき、電源線の電位がOLED806の画素電極に与えらず、OLED806は発光しない。
【0190】
図24に示した発光装置の、データ線駆動回路800と、走査線駆動回路801が有する回路において、TFTの第1の電極と第2の電極とを電気的に接続する。第1の電極と第2の電極に同じ電圧を印加することで、実質的に半導体膜の膜厚を薄くしたのと同じように空乏層が早く広がるので、サブスレッショルド係数を小さくすることができ、さらに電界効果移動度を向上させることができる。したがって、電極が1つの場合に比べてオン電流を大きくすることができる。よって、駆動電圧を低下させることができる。また、オン電流を大きくすることができるので、TFTのサイズ(特にチャネル幅)を小さくすることができる。そのため集積密度を向上させることができる。
【0191】
また、画素部802において、スイッチング素子として用いられているスイッチング用TFT803の、第1の電極と第2の電極のいずれか一方にコモン電圧を印加する。これにより、電極が1つの場合に比べて閾値のばらつきを抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。
【0192】
そして、OLED806に電流を供給するための駆動用TFT804は、第1の電極と第2の電極を電気的に接続している。これにより、電極が1つの場合に比べてオン電流を大きくすることができる。なお、駆動用TFTはこの構成に限定されず、第1の電極と第2の電極を電気的に接続せずに、第1の電極と第2の電極のいずれか一方にコモン電圧を印加するようにしても良い。また電極を1つしか有さない、一般的な構成の薄膜トランジスタを有していても良い。
【0193】
次に、図25に、一般的な液晶表示装置の構成を示す。図25に示した素子基板は、データ線駆動回路700、走査線駆動回路701、画素部702を有している。
【0194】
画素部702には、複数のソース配線と複数のゲート配線が形成されており、ソース配線とゲート配線で囲まれた領域が画素に相当する。なお、図25では複数の画素のうち、1つのソース配線703と、1つのゲート配線704とを有する画素のみを代表的に示した。各画素はスイッチング素子となる画素TFTと、液晶セル706を有している。
【0195】
液晶セル706は画素電極と、対向電極と、画素電極と対向電極の間に設けられた液晶とを有している。
【0196】
画素TFT705のゲート電極はゲート配線704に接続されている。そして画素TFT705のソース領域とドレイン領域は、一方はソース配線703に、もう一方は液晶セル706が有する画素電極に接続されている。
【0197】
データ線駆動回路700は、シフトレジスタ710、レベルシフタ711、アナログスイッチ712を有している。シフトレジスタ710にはデータ線駆動回路用のクロック信号(S−CLK)とスタートパルス信号(S−SP)が与えられている。アナログスイッチ712にはビデオ信号(Video signals)が与えられている。
【0198】
シフトレジスタ710にクロック信号(S−CLK)とスタートパルス信号(S−SP)が入力されると、ビデオ信号のサンプリングのタイミングを決定するサンプリング信号が生成され、レベルシフタ711に入力される。サンプリング信号は、レベルシフタ711においてその電圧の振幅を大きくされ、アナログスイッチ712に入力される。アナログスイッチ712では、入力されたサンプリング信号に同期して、入力されたビデオ信号をサンプリングし、ソース配線703に入力する。
【0199】
一方、走査線駆動回路は、シフトレジスタ721と、バッファ722を有している。シフトレジスタ721には走査線駆動回路用のクロック信号(G−CLK)とスタートパルス信号(G−SP)が与えられている。
【0200】
シフトレジスタ721にクロック信号(G−CLK)とスタートパルス信号(G−SP)が入力されると、ゲート配線の選択のタイミングを決定する選択信号が生成され、バッファ722に入力される。バッファ722に入力された選択信号は、緩衝増幅されてゲート配線704に入力される。
【0201】
ゲート配線704が選択されると、選択されたゲート配線704にゲート電極が接続された画素TFT705がオンになる。そして、ソース配線に入力されたサンプリングされたビデオ信号が、オンになっている画素TFT705を介して、液晶セル706の画素電極に入力される。そして、ビデオ信号の電位に従って液晶が駆動し、画像が表示される。
【0202】
図25に示した液晶表示装置の、データ線駆動回路700と、走査線駆動回路701が有する回路において、TFTの第1の電極と第2の電極とを電気的に接続する。第1の電極と第2の電極に同じ電圧を印加することで、実質的に半導体膜の膜厚を薄くしたのと同じように空乏層が早く広がるので、サブスレッショルド係数を小さくすることができ、さらに電界効果移動度を向上させることができる。したがって、電極が1つの場合に比べてオン電流を大きくすることができる。よって、駆動電圧を低下させることができる。また、オン電流を大きくすることができるので、TFTのサイズ(特にチャネル幅)を小さくすることができる。そのため集積密度を向上させることができる。
【0203】
また、画素部702において、スイッチング素子として用いられている画素TFT705の、第1の電極と第2の電極のいずれか一方にコモン電圧を印加する。これにより、電極が1つの場合に比べて閾値のばらつきを抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。
【0204】
本実施例は、実施例1〜実施例6と組み合わせて実施することが可能である。
【0205】
(実施例8)
本実施例では、本発明を用いて発光装置の外観図について説明する。
【0206】
図26(A)は発光装置の上面図であり、図26(B)は、図26(A)のA−A’における断面図、図26(C)は図26(A)のB−B’における断面図である。
【0207】
基板4001上に設けられた画素部4002と、データ線駆動回路4003と、第1及び第2の走査線駆動回路4004a、bとを囲むようにして、シール材4009が設けられている。また画素部4002と、データ線駆動回路4003と、第1及び第2の走査線駆動回路4004a、bとの上にシーリング材4008が設けられている。よって画素部4002と、データ線駆動回路4003と、第1及び第2の走査線駆動回路4004a、bとは、基板4001とシール材4009とシーリング材4008とによって、充填材4210で密封されている。
【0208】
また基板4001上に設けられた画素部4002と、データ線駆動回路4003と、第1及び第2の走査線駆動回路4004a、bとは、複数のTFTを有している。図26(B)では代表的に、下地膜4010上に形成された、データ線駆動回路4003に含まれるCMOS4201及び画素部4002に含まれる駆動用TFT(OLEDへの電流を制御するTFT)4202を図示した。
【0209】
本実施例では、CMOS4201には、本発明の、電気的に接続された第1の電極と第2の電極を有するpチャネル型TFTまたはnチャネル型TFTが用いられ、駆動用TFT4202には、本発明の、電気的に接続された第1の電極と第2の電極を有するpチャネル型TFTが用いられる。また、画素部4002には駆動用TFT4202のゲートに接続された保持容量(図示せず)が設けられる。
【0210】
CMOS4201及び駆動用TFT4202上には第3の絶縁膜4301が形成され、その上に駆動用TFT4202のドレインと電気的に接続する画素電極(陽極)4203が形成される。画素電極4203としては仕事関数の大きい透明導電膜が用いられる。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。
【0211】
そして、画素電極4203の上には第4の絶縁膜4302が形成され、第4の絶縁膜4302は画素電極4203の上に開口部が形成されている。この開口部において、画素電極4203の上には有機発光層4204が形成される。有機発光層4204は公知の有機発光材料または無機有機発光材料を用いることができる。また、有機発光材料には低分子系(モノマー系)材料と高分子系(ポリマー系)材料があるがどちらを用いても良い。
【0212】
有機発光層4204の形成方法は公知の蒸着技術もしくは塗布法技術を用いれば良い。また、有機発光層の構造は正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。
【0213】
有機発光層4204の上には遮光性を有する導電膜(代表的にはアルミニウム、銅もしくは銀を主成分とする導電膜またはそれらと他の導電膜との積層膜)からなる陰極4205が形成される。また、陰極4205と有機発光層4204の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、有機発光層4204を窒素または希ガス雰囲気で形成し、酸素や水分に触れさせないまま陰極4205を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式(クラスターツール方式)の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。そして陰極4205は所定の電圧が与えられている。
【0214】
以上のようにして、画素電極(陽極)4203、有機発光層4204及び陰極4205からなるOLED4303が形成される。そしてOLED4303を覆うように、絶縁膜4302上に保護膜4209が形成されている。保護膜4209は、OLED4303に酸素や水分等が入り込むのを防ぐのに効果的である。
【0215】
4005aは電源線に接続された引き回し配線であり、駆動用TFT4202のソース領域に電気的に接続されている。引き回し配線4005aはシール材4009と基板4001との間を通り、異方導電性フィルム4300を介してFPC4006が有するFPC用配線4301に電気的に接続される。
【0216】
シーリング材4008としては、ガラス材、金属材(代表的にはステンレス材)、セラミックス材、プラスチック材(プラスチックフィルムも含む)を用いることができる。プラスチック材としては、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)板、PVF(ポリビニルフルオライド)フィルム、マイラーフィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをPVFフィルムやマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
【0217】
但し、OLEDからの光の放射方向がカバー材側に向かう場合にはカバー材は透明でなければならない。その場合には、ガラス板、プラスチック板、ポリエステルフィルムまたはアクリルフィルムのような透明物質を用いる。
【0218】
また、充填材4210としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEVA(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。本実施例では充填材として窒素を用いた。
【0219】
また充填材4210を吸湿性物質(好ましくは酸化バリウム)もしくは酸素を吸着しうる物質にさらしておくために、シーリング材4008の基板4001側の面に凹部4007を設けて吸湿性物質または酸素を吸着しうる物質4207を配置する。そして、吸湿性物質または酸素を吸着しうる物質4207が飛び散らないように、凹部カバー材4208によって吸湿性物質または酸素を吸着しうる物質4207は凹部4007に保持されている。なお凹部カバー材4208は目の細かいメッシュ状になっており、空気や水分は通し、吸湿性物質または酸素を吸着しうる物質4207は通さない構成になっている。吸湿性物質または酸素を吸着しうる物質4207を設けることで、OLED4303の劣化を抑制できる。
【0220】
図26(C)に示すように、画素電極4203が形成されると同時に、引き回し配線4005a上に接するように導電性膜4203aが形成される。
【0221】
また、異方導電性フィルム4300は導電性フィラー4300aを有している。基板4001とFPC4006とを熱圧着することで、基板4001上の導電性膜4203aとFPC4006上のFPC用配線4301とが、導電性フィラー4300aによって電気的に接続される。
【0222】
本実施例は、実施例1、2、3、6または7と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0223】
(実施例9)
本発明の半導体装置は、様々な電子機器に用いることができる。
【0224】
本発明を用いた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはデジタルビデオディスク(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図27に示す。
【0225】
図27(A)は表示装置であり、筐体2001、支持台2002、表示部2003、スピーカー部2004、ビデオ入力端子2005等を含む。本発明を表示部2003及びその他回路に用いることで、本発明の表示装置が完成する。表示装置は、パソコン用、TV放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【0226】
図27(B)はデジタルスチルカメラであり、本体2101、表示部2102、受像部2103、操作キー2104、外部接続ポート2105、シャッター2106等を含む。本発明を表示部2102及びその他回路に用いることで、本発明のデジタルスチルカメラが完成する。
【0227】
図27(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体2201、筐体2202、表示部2203、キーボード2204、外部接続ポート2205、ポインティングマウス2206等を含む。本発明を表示部2203及びその他回路に用いることで、本発明のノート型パーソナルコンピュータが完成する。
【0228】
図27(D)はモバイルコンピュータであり、本体2301、表示部2302、スイッチ2303、操作キー2304、赤外線ポート2305等を含む。本発明を表示部2302及びその他回路に用いることで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【0229】
図27(E)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体2401、筐体2402、表示部A2403、表示部B2404、記録媒体(DVD等)読み込み部2405、操作キー2406、スピーカー部2407等を含む。表示部A2403は主として画像情報を表示し、表示部B2404は主として文字情報を表示する。本発明を表示部A、B2403、2404及びその他回路に用いることで、本発明の画像再生装置が完成する。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【0230】
図27(F)はゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)であり、本体2501、表示部2502、アーム部2503を含む。本発明を表示部2502及びその他回路に用いることで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【0231】
図27(G)はビデオカメラであり、本体2601、表示部2602、筐体2603、外部接続ポート2604、リモコン受信部2605、受像部2606、バッテリー2607、音声入力部2608、操作キー2609等を含む。本発明を表示部2602及びその他回路に用いることで、本発明のビデオカメラが完成する。
【0232】
ここで図27(H)は携帯電話であり、本体2701、筐体2702、表示部2703、音声入力部2704、音声出力部2705、操作キー2706、外部接続ポート2707、アンテナ2708等を含む。本発明を表示部2703及びその他回路に用いることで、本発明の携帯電話が完成する。
【0233】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また、本実施例は、実施例1〜8と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0234】
(実施例10)
本実施例では、本発明のTFTにおいて、第1の電極と第2の電極とを電気的に接続した場合の、TFTの特性について説明する。
【0235】
図28(A)に、本発明の第1の電極と第2の電極とを電気的に接続したTFTの断面図を示す。また比較のため、電極を1つだけ有するTFTの断面図を図28(B)に示す。また、図28(A)、図28(B)に示したTFTにおける、シミュレーションによって求めたゲート電圧とドレイン電流の関係を図29に示す。
【0236】
図28(A)に示したTFTは、第1の電極2801と、第1の電極2801に接する第1の絶縁膜2802と、第1の絶縁膜2802に接する半導体膜2808と、半導体膜2808に接する第2の絶縁膜2806と、第2の絶縁膜に接する第2の電極2807を有している。半導体膜2808は、チャネル形成領域2803と、チャネル形成領域2803に接する第1の不純物領域2804と、第1の不純物領域2804に接する第2の不純物領域2805を有している。
【0237】
第1の電極2801と第2の電極2807は、チャネル形成領域2803を間に挟んで重なり合っている。そして、第1の電極2801と第2の電極2807には同じ電圧が印加されている。
【0238】
第1の絶縁膜2802及び第2の絶縁膜2806は酸化珪素で形成されている。また第1の電極、第2の電極2807はAlで形成されている。チャネル長は7μm、チャネル幅は4μm、第1のゲート電極とチャネル形成領域が重なっている部分における第1の絶縁膜の厚さは110μm、第2のゲート電極とチャネル形成領域が重なっている部分における第2の絶縁膜の厚さは110μmである。またチャネル形成領域の厚さは50nmであり、チャネル長方向における第1の不純物領域の長さは1.5μmである。
【0239】
そして、チャネル形成領域2803には1×1017/cm3のp型を付与する不純物がドープされており、第1の不純物領域には3×1017/cm3のn型を付与する不純物がドープされており、第2の不純物領域には5×1019/cm3のn型を付与する不純物がドープされている。
【0240】
図28(B)に示したTFTは、第1の絶縁膜2902と、第1の絶縁膜2902に接する第2の絶縁膜2906と、第2の絶縁膜に接する第2の電極2907を有している。半導体膜2908は、チャネル形成領域2903と、チャネル形成領域2903に接する第1の不純物領域2904と、第1の不純物領域2904に接する第2の不純物領域2905を有している。
【0241】
第2の電極2907は、チャネル形成領域2903と重なっている。
【0242】
第1の絶縁膜2902及び第2の絶縁膜2906は酸化珪素で形成されている。また第2の電極2907はAlで形成されている。チャネル長は7μm、チャネル幅は4μm、第2のゲート電極とチャネル形成領域が重なっている部分における第2の絶縁膜の厚さは110μmである。またチャネル形成領域の厚さは50nmであり、チャネル長方向における第1の不純物領域の長さは1.5μmである。
【0243】
そして、チャネル形成領域2903には1×1017/cm3のp型を付与する不純物がドープされており、第1の不純物領域には3×1017/cm3のn型を付与する不純物がドープされており、第2の不純物領域には5×1019/cm3のn型を付与する不純物がドープされている。
【0244】
図29は、横軸がゲート電圧を意味しており、縦軸がドレイン電流を意味している。図28(A)のTFTのゲート電圧に対するドレイン電流の値を実線で示し、図28(B)のTFTのゲート電圧に対するドレイン電流の値を破線で示した。
【0245】
図29から、図28(A)においてTFTの移動度139cm2/V・s、S値0.118V/decが得られた。また、図28(B)においてTFTの移動度86.3cm2/V・s、S値0.160V/decが得られた。このことから、第1の電極と第2の電極を設け、第2つの電極を電気的に接続した場合、電極を1つしか設けない場合に比べて移動度が高くなり、S値が小さくなる。
【0246】
(実施例11)
本実施例では、実施例1とは異なる方法で半導体膜を作製する例について説明する。
【0247】
図30(A)において、600は絶縁表面を有する基板である。図30(A)において、基板600はガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、シリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。
【0248】
まず、図30(A)に示すように、基板600上に、第1の電極602a、602bが形成されている。第1の電極602a、602bは導電性を有する物質で形成されていれば良い。代表的には、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)から選ばれた一種または複数種からなる合金又は化合物で形成することができる。また何層かの導電性の膜を積層したものを、第1の電極として用いても良い。
【0249】
そして、第1の電極602a、602bを覆って、絶縁表面上に第1の絶縁膜601が形成されている。第1の絶縁膜601は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜(SiOxy)等で形成する。代表的な一例は第1の絶縁膜601として2層構造から成り、SiH4、NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第1酸化窒化シリコン膜を50〜100nm、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される第2酸化窒化シリコン膜を100〜150nmの厚さに積層形成する構造が採用される。また、第1の絶縁膜601の一層として膜厚10nm以下の窒化シリコン膜(SiN膜)、或いは第2酸化窒化シリコン膜(SiNxy膜(X≫Y))を用いることが好ましい。ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、半導体膜と接する第1の絶縁膜を窒化シリコン膜とすることは極めて有効である。また、第1酸化窒化シリコン膜、第2酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜とを順次積層した3層構造を用いてもよい。
【0250】
次いで、第1の絶縁膜上に非晶質構造を有する第1の半導体層603を形成する。第1の半導体層603は、シリコンを主成分とする半導体材料を用いる。代表的には、非晶質シリコン膜又は非晶質シリコンゲルマニウム膜などが適用され、プラズマCVD法や減圧CVD法、或いはスパッタ法で10〜100nmの厚さに形成する。後の結晶化で良質な結晶構造を有する半導体層を得るためには、非晶質構造を有する第1の半導体層603の膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物濃度を5×1018/cm3(二次イオン質量分析法(SIMS)にて測定した原子濃度)以下に低減させておくと良い。これらの不純物は後の結晶化を妨害する要因となり、また、結晶化後においても捕獲中心や再結合中心の密度を増加させる要因となる。そのために、高純度の材料ガスを用いることはもとより、反応室内の鏡面処理(電界研磨処理)やオイルフリーの真空排気系を備えた超高真空対応のCVD装置を用いることが望ましい。
【0251】
次いで、図30(B)に示すように、レーザー結晶化法で半導体層603を結晶化し、結晶性を有する第2の半導体層605を生成する。ここでは、脱水素化のための熱処理(450℃、1時間)の後、レーザー結晶化法で半導体層603を結晶化した。なお、レーザーの照射は、大気または酸素雰囲気で行なった。パルス発振型または連続発光型の波長400nm以下のエキシマレーザーや、YAGレーザーを用いることができる。また、エキシマレーザー光に代えて紫外光ランプから発する光を用いてもよい。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し半導体層に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数300Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜400mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とする。また、YAGレーザーを用いる場合にはその第2高調波、第3高調波を用い、パルス発振周波数30〜300kHzとし、レーザーエネルギー密度を300〜600mJ/cm2(代表的には350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm、例えば400μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ率)を50〜90%として行えばよい。
【0252】
レーザー光(第1のレーザー光)を照射した場合、第2の半導体層の表面に凹凸が形成されるとともに薄い酸化膜606が形成される。(図30(B))
【0253】
次いで、酸化膜606を、フッ酸を含むエッチャントにより除去する。
【0254】
次いで、結晶構造を有する第2の半導体層に対してレーザー光(第2のレーザー光)を窒素雰囲気または真空で照射する。レーザー光(第2のレーザー光)を照射した場合、第1のレーザー光の照射により形成された凹凸の高低差(P―V値:Peak to Valley、高さの最大値と最小値の差分)が低減、即ち、平坦化され、第3の半導体層607が形成される。(図30(C))ここで、凹凸のP―V値は、AFM(原子間力顕微鏡)により観察すればよい。具体的には、第1のレーザー光の照射により形成された凹凸のP―V値が10nm〜30nm程度であった表面は、第2のレーザー光の照射により表面における凹凸のP―V値を5nm以下とすることができる。このレーザー光(第2のレーザー光)には波長400nm以下のエキシマレーザー光や、YAGレーザーの第2高調波、第3高調波を用いる。また、エキシマレーザー光に代えて紫外光ランプから発する光を用いてもよい。
【0255】
第2のレーザー光のエネルギー密度は、第1のレーザー光のエネルギー密度より大きくし、好ましくは30〜60mJ/cm2大きくする。ただし、第2のレーザー光のエネルギー密度が第1のレーザー光のエネルギー密度よりも90mJ/cm2以上大きいエネルギー密度だと、表面の粗さが増大し、さらに結晶性の低下、或いは微結晶化してしまい、特性が悪化する傾向が見られる。
【0256】
なお、第2のレーザー光の照射は、第1のレーザー光のエネルギー密度よりも高いが、照射前後で結晶性はほとんど変化しない。また、粒径などの結晶状態もほとんど変化しない。即ち、この第2のレーザー光の照射では平坦化のみが行われていると思われる。
【0257】
結晶構造を有する半導体層が第2のレーザー光の照射により平坦化されたメリットは非常に大きい。例えば、平坦性が向上したことによって、後に形成されるゲート絶縁膜として用いる第2の絶縁膜を薄くすることが可能となり、TFTの移動度を向上させることができる。また、平坦性が向上したことによって、TFTを作製した場合、オフ電流を低減することができる。
【0258】
次いで、第3の半導体層607を公知のパターニング技術を用いて所望の形状の半導体膜を形成する。
【0259】
本実施例は、実施例1〜実施例10と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【0260】
(実施例12)
本実施例では、本発明の半導体装置の1つである発光装置の画素の、実施例1とは異なる構成について説明する。
【0261】
図32に本実施例の発光装置の画素の上面図を示す。
【0262】
901はnチャネル型TFTであり、902はpチャネル型TFTである。また、903はソース配線、904は電源線、905はゲート配線、906はコモン配線、911は容量用の半導体膜である。
【0263】
本実施例では電源線904と、ゲート配線905とが、同じ導電膜から同時に形成されている。言いかえると、電源線904と、ゲート配線905とが同じ層に形成されている。そして隣り合う画素が有するゲート配線905どうしは、コモン配線906と同じ層に形成された接続配線907を介して接続されている。
【0264】
ゲート配線905の一部は、nチャネル型TFT901の第2の電極として機能している。また、コモン配線906の一部は、nチャネル型TFT901の第1の電極として機能している。またnチャネル型TFT901のソース領域とドレイン領域は、一方はソース配線903に、もう一方はソース配線903と同じ層に形成された接続配線908を介してpチャネル型TFT902の第1の電極909及び第2の電極910に接続されている。
【0265】
pチャネル型TFT902のソース領域とドレイン領域は、一方はソース配線903と同じ層に形成された接続配線912を介して電源線904に、もう一方は、ソース配線903と同じ層に形成された接続配線913を間に介して、画素電極914に接続されている。
【0266】
第1の電極909は、第1の絶縁膜(図示せず)を間に挟んで、容量用の配線911と重なっている。また容量用の配線911は、電源線904と接続されている。
【0267】
本実施例では、ソース配線と電源線を異なる層に形成したことで、重ね合わせることができ、その結果開口率を上げることができる。なお、本発明はこの構成に限定されず、電源線をソース配線よりも上の層で形成しても良い。また、ソース配線または電源線のいずれか一方を、コモン配線と同じ層に形成しても良い。
【0268】
本実施例では、同じ画素内のTFTでも、スイッチング素子として用いるTFT(本実施例の場合nチャネル型TFT901)は、第1の電極にコモン電圧を印加している。第1の電極にコモン電圧を印加することで、電極が1つの場合に比べて閾値のばらつきを抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。
【0269】
また、スイッチング素子として用いるTFTよりも大きな電流を流すTFT(本実施例の場合pチャネル型TFT902)は、第1の電極と第2の電極とを電気的に接続している。第1の電極と第2の電極に同じ電圧を印加することで、実質的に半導体膜の膜厚を薄くしたのと同じように空乏層が早く広がるので、サブスレッショルド係数を小さくすることができ、さらに電界効果移動度を向上させることができる。したがって、電極が1つの場合に比べてオン電流を大きくすることができる。よって、この構造のTFTを駆動回路に使用することにより、駆動電圧を低下させることができる。また、オン電流を大きくすることができるので、TFTのサイズ(特にチャネル幅)を小さくすることができる。そのため集積密度を向上させることができる。
【0270】
(実施例13)
本実施例では、本発明の半導体装置が有する薄膜トランジスタの一実施例について、図33を用いて説明する。
【0271】
図33に本実施例の薄膜トランジスタの断面図を示す。図33に示した薄膜トランジスタは、第1の電極3001と、第1の電極3001に接する第1の絶縁膜3002と、第1の絶縁膜3002に接する半導体膜3008と、半導体膜3008に接する第2の絶縁膜3006と、第2の絶縁膜に接する第2の電極3007を有している。半導体膜3008は、チャネル形成領域3003と、チャネル形成領域3003に接する第1の不純物領域3004と、第1の不純物領域3004に接する第2の不純物領域3005を有している。
【0272】
第1の不純物領域3004に添加されている一導電型の不純物の濃度は、第2の不純物領域3005に添加されている一導電型の不純物の濃度よりも低い。
【0273】
第1の電極3001と第2の電極3007は、チャネル形成領域3003を間に挟んで重なり合っている。そして、第1の電極3001と第2の電極3007には同じ電圧が印加されている。
【0274】
本実施例の薄膜トランジスタは、第1の電極3001のテーパーになっている部分が、第1の不純物領域3004と重なっている。そして第1の電極3001は、チャネル形成領域3003と重なっている部分においてほぼ平坦になっている。上記構成により、第1の電極とチャネル形成領域とが、ほぼ一定の間隔をもって重なり合うことになる。この状態において、第1の電極とチャネル形成領域とが重なっている部分における第1の絶縁膜の膜厚と、第2の電極とチャネル形成領域とが重なっている部分における第2の絶縁膜の膜厚とをほぼ同じにすると、S値をより小さくすることができる。
【0275】
本実施例は、実施例1〜12と組み合わせて実施することが可能である。
【0276】
(実施例14)
本実施例では、本発明の2つ電極を有するTFTにおいて、第2の電極とソース領域との電圧差(ゲート電圧Vgs)に対するドレイン電流Idの実測値について説明する。なお、第1の電極をGNDにおとしたときと、第1の電極と第2の電極を電気的に接続したときの、それぞれの場合について実測値を求めた。また、比較のために、第1の電極を設けないTFTの、ゲート電圧に対するドレイン電流Idの実測値も求めた。
【0277】
本実施例で用いたTFTの具体的な構成を図37に示す。図37(A)に、本発明の2つ電極を有するTFTの上面図を示し、図37(A)のA−A’における断面図を図37(B)に示す。また図37(C)に、比較のための第2の電極のみ有するTFTの上面図を示し、図37(C)のB−B’における断面図を図37(D)に示す。
【0278】
図37(A)、(B)に示すTFTは、ガラス基板900上にSiNO膜を用いた下地膜901が50nmの厚さで成膜されており、下地膜901上に100nmのWが第1の電極902として形成されている。そして第1の電極902を覆うように、下地膜901上にゲート絶縁膜として機能する第1の絶縁膜903が成膜されている。なお第1の絶縁膜903は、110nmのSiNO膜で形成した。
【0279】
そして第1の絶縁膜903上に54nmの膜厚の半導体膜904が成膜されている。次に、SiNO膜を用いた厚さ115nmの第2の絶縁膜905を成膜した。そして第2の絶縁膜905上に、2層の導電膜906a、906bからなる第2の電極906が形成されている。本実施例では50nmのTaNと370nmWとを積層して第2の電極906を形成した。また、半導体膜904に不純物が添加されており、半導体膜904はチャネル形成領域907と、該チャネル形成領域を挟んでいる不純物領域908とを有している。
【0280】
図37(C)、(D)に示すTFTは、第1の電極902を有していない点においてのみ、図37(A)、(B)に示すTFTと異なっている。
【0281】
図37(C)、(D)に示すTFTの、第2の電極とソース領域との電圧差(ゲート電圧Vgs)に対するドレイン電流Idの実測値を図34に示す。また、図37(A)、(B)に示すTFTにおいて、第1の電極902をGNDにおとしたときの、第2の電極とソース領域との電圧差(ゲート電圧Vgs)に対するドレイン電流Idの実測値を図35に示す。また、図37(A)、(B)に示すTFTにおいて、第1の電極902と第2の電極906を電気的に接続したときの、第2の電極とソース領域との電圧差(ゲート電圧Vgs)に対するドレイン電流Idの実測値を図35に示す。なお、各グラフにおいて、実線はドレイン電流Idを示しており、破線は移動度を示す。
【0282】
図34と図35及び図36との比較から、第1の電極を設けない場合に比べて、第1の電極を設けた場合の方が、閾値が0に近くなり、S値が向上するのがわかる。また、図35と図36の比較から、第1の電極をグラウンドにおとした場合に比べて、第1の電極と第2の電極とを電気的に接続した場合の方が、オン電流が高くなるのがわかる。
【0283】
【発明の効果】
本発明では、第1の電極にコモン電圧を印加することで、電極が1つの場合に比べて閾値のばらつきを抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。
【0284】
また、第1の電極と第2の電極に同じ電圧を印加することで、実質的に半導体膜の膜厚を薄くしたのと同じように空乏層が早く広がるので、サブスレッショルド係数を小さくすることができ、さらに電界効果移動度を向上させることができる。したがって、電極が1つの場合に比べてオン電流を大きくすることができる。よって、この構造のTFTを駆動回路に使用することにより、駆動電圧を低下させることができる。また、オン電流を大きくすることができるので、TFTのサイズ(特にチャネル幅)を小さくすることができる。そのため集積密度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のTFTの構造を説明する断面図。
【図2】 発光装置における駆動回路と画素部の作製工程を説明する断面図。
【図3】 発光装置における駆動回路と画素部の作製工程を説明する断面図。
【図4】 発光装置における駆動回路と画素部の作製工程を説明する断面図。
【図5】 発光装置における駆動回路と画素部の作製工程を説明する断面図。
【図6】 発光装置における駆動回路と画素部の作製工程を説明する断面図。
【図7】 発光装置の画素部の作製工程を説明する上面図。
【図8】 発光装置の画素部の作製工程を説明する上面図。
【図9】 発光装置の画素部の構成を説明する上面図。
【図10】 発光装置の画素部の構成を説明する上面図。
【図11】 発光装置の画素部の構成を説明する断面図。
【図12】 フリップフロップ回路の回路図。
【図13】 フリップフロップ回路の上面図。
【図14】 フリップフロップ回路の断面図。
【図15】 液晶表示装置における駆動回路と画素部の作製工程を説明する断面図。
【図16】 液晶表示装置における駆動回路と画素部の作製工程を説明する断面図。
【図17】 液晶表示装置の構成を説明する断面図。
【図18】 液晶表示装置における画素部の作製工程を説明する上面図。
【図19】 液晶表示装置の画素部の構成を説明する上面図。
【図20】 半導体層の結晶化の工程を示す図。
【図21】 半導体層の結晶化の工程を示す図。
【図22】 半導体層の結晶化の工程を示す図。
【図23】 半導体層の結晶化の工程を示す図。
【図24】 発光装置の構成を示すブロック図。
【図25】 液晶表示装置の構成を示すブロック図。
【図26】 発光装置の外観図及び断面図を示す図。
【図27】 本発明の半導体装置を用いた電子機器の図。
【図28】 シミュレーションに用いたTFTの構造を示す図。
【図29】 シミュレーションにより得られたTFTの特性を示す図。
【図30】 半導体層の結晶化の工程を示す図。
【図31】 一般的な薄膜トランジスタの回路図と、本発明の薄膜トランジスタの回路図を示す図。
【図32】 発光装置の画素部の構成を説明する上面図。
【図33】 本発明の薄膜トランジスタの断面図。
【図34】 一般的なTFTのId−Vgs特性の実測値。
【図35】 本発明のTFTのId−Vgs特性の実測値。
【図36】 本発明のTFTのId−Vgs特性の実測値。
【図37】 実測値を求めたTFTの上面図及び断面図。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device using a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) using a semiconductor film having a crystal structure formed over a substrate, and a method for manufacturing the semiconductor device. Note that a semiconductor device in this specification refers to all devices that function by utilizing semiconductor characteristics, and a semiconductor device manufactured according to the present invention is a display device represented by a liquid crystal display device incorporating a TFT, a semiconductor integrated circuit, or the like. (Microprocessor, signal processing circuit, high frequency circuit, etc.) are included in the category.
[0002]
[Prior art]
In various semiconductor devices including a semiconductor element such as a television receiver, a personal computer, and a mobile phone, a display for displaying characters and images is indispensable as a means for recognizing information by humans. In particular, a flat panel display (flat panel display) typified by a liquid crystal display device using the electro-optical characteristics of liquid crystal has been actively used recently.
[0003]
As one form of a flat panel display, an active matrix driving method is known in which a TFT is provided for each pixel and a video signal is displayed by sequentially writing data signals. The TFT is an essential element for realizing the active matrix driving method.
[0004]
Most TFTs are made using amorphous silicon, but the field effect mobility is low, and it was impossible to operate at the frequency required to process video signals. It was used only as a switching element provided for each pixel. The data line side drive circuit that outputs video signals to the data lines and the scan line side drive circuit that outputs scanning signals to the scanning lines are external ICs mounted by TAB (Tape Automated Bonding) or COG (Chip on Glass) ( Driver IC).
[0005]
However, since the pixel pitch decreases as the pixel density increases, it is considered that the method for mounting the driver IC has a limit. For example, assuming UXGA (the number of pixels is 1200 × 1600), the RGB color method requires 6000 connection terminals even if simply estimated. An increase in the number of connection terminals causes an increase in the probability of contact failure. In addition, the area (frame area) in the peripheral portion of the pixel portion increases, which becomes a factor that impairs the miniaturization and appearance design of a semiconductor device that uses the area. From such a background, the necessity of a display device integrated with a drive circuit has become clear. By integrally forming the pixel portion and the scanning line side and data line side driving circuits on the same substrate, the number of connection terminals can be drastically reduced and the area of the frame region can also be reduced.
[0006]
As means for realizing this, a method of forming a TFT with a polycrystalline silicon film has been proposed. However, even if a TFT is formed using polycrystalline silicon, its electrical characteristics are not comparable to those of a MOS transistor formed on a single crystal silicon substrate. For example, the field effect mobility is 1/10 or less of single crystal silicon. In addition, there is a problem that off-current increases due to defects formed at the grain boundaries.
[0007]
Nevertheless, the data line side driving circuit has a high driving capability (ON current, I on ) And the hot carrier effect to prevent deterioration and improve reliability, while the pixel portion has a low off-current (I off ) Is required.
[0008]
A lightly doped drain (LDD) structure is known as a TFT structure for reducing the off-current value. In this structure, an LDD region to which an impurity element is added at a low concentration is provided between a channel formation region and a source region or a drain region formed by adding an impurity element at a high concentration. Further, as an effective structure for preventing deterioration of the on-current value due to hot carriers, an LDD structure in which a part of the LDD region overlaps the gate electrode (hereinafter referred to as GOLD by omitting Gate-drain Overlapped LDD) is known. Yes.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
A TFT is manufactured by stacking a semiconductor film, an insulating film, or a conductive film while etching them into a predetermined shape using a photomask. However, if the structure of the TFT is optimized in order to obtain the characteristics required for the pixel portion and each drive circuit, the number of photomasks increases, the manufacturing process becomes complicated, and the number of processes inevitably increases.
[0010]
It is another object of the present invention to provide a technique for improving TFT characteristics and realizing a TFT having a structure optimal for driving conditions of a pixel portion and a driving circuit with a small number of photomasks.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a thin film transistor included in a semiconductor device of the present invention includes a semiconductor film, a first electrode, and a first insulating film sandwiched between the semiconductor film and the first electrode. And a second electrode and a second insulating film sandwiched between the semiconductor film and the second electrode. The first electrode and the second electrode overlap with each other with a channel formation region included in the semiconductor film interposed therebetween.
[0012]
In the present invention, reduction of off current is more important than increase of on current. For example, in the case of a TFT formed as a switching element in a pixel portion of a semiconductor device, a constant voltage (common common) is applied to the first electrode. Voltage). Note that this constant voltage is smaller than the threshold value in the case of an n-channel TFT and larger than the threshold value in the case of a p-channel TFT.
[0013]
By applying a common voltage to the first electrode, variation in threshold value can be suppressed as compared with a case where there is one electrode, and off-state current can be suppressed.
[0014]
In the present invention, an increase in on-current is more important than reduction in off-current. For example, in the case of a TFT included in a buffer of a driving circuit of a semiconductor device, the same voltage is applied to the first electrode and the second electrode. Apply.
[0015]
Note that in this specification, a driver circuit is a circuit for generating a signal for displaying an image on a pixel portion, and includes a data line driver circuit and a scan line driver circuit.
[0016]
By applying the same voltage to the first electrode and the second electrode, the depletion layer spreads quickly as if the film thickness of the semiconductor film was substantially reduced, so the subthreshold coefficient (S value) was reduced. In addition, field effect mobility can be improved. Therefore, the on-current can be increased as compared with the case of one electrode. Therefore, the driving voltage can be lowered by using the TFT having this structure in the driving circuit. In addition, since the on-current can be increased, the TFT size (especially the channel width) can be reduced. Therefore, the integration density can be improved. Further, interfacial scattering can be suppressed and the transconductance (gm) can be increased.
[0017]
A circuit diagram of the thin film transistor of the present invention will be described with reference to FIG. Here, only a p-channel TFT is typically shown. In the case of an n-channel TFT, the direction of the arrow is opposite to that of a p-channel TFT. FIG. 31A is a circuit diagram of a general thin film transistor having only one electrode. FIG. 31B is a circuit diagram of a thin film transistor of the present invention, which includes two electrodes with a semiconductor film interposed between them and a constant voltage (here, ground voltage) is applied to one of the electrodes. is there. FIG. 31C is a circuit diagram of a thin film transistor of the present invention which includes two electrodes with a semiconductor film interposed therebetween and in which the two electrodes are electrically connected to each other. In the following description of the present invention, the circuit diagram shown in FIG. 31 is used.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1A, a first electrode 11 is formed over a substrate 10 having an insulating surface. The 1st electrode 11 should just be formed with the substance which has electroconductivity. Typically, it can be formed of one or more alloys or compounds selected from aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), and titanium (Ti). Alternatively, a stack of several conductive films may be used as the first electrode. The first electrode 11 has a thickness of 150 to 400 nm.
[0019]
A first insulating film 12 is formed so as to cover the first electrode 11. Note that in this embodiment mode, a stack of two insulating films (first insulating film A 12 a and first insulating film B 12 b) is used as the first insulating film 12. In FIG. 1, the first insulating film A 12a is formed of a silicon oxynitride film or a silicon nitride film with a thickness of 10 to 50 nm. The first insulating film B 12b is formed using a silicon oxynitride film or a silicon oxide film with a thickness of 0.5 to 1 μm. When a silicon oxynitride film is used, SiH is formed by plasma CVD. Four , NH Three , N 2 A film made of a mixed gas of O and containing 20 to 40 atomic% nitrogen in the film is applied. By using a nitrogen-containing insulating film such as a silicon oxynitride film or a silicon nitride film, diffusion of impurities such as alkali metal from the substrate 10 side can be prevented.
[0020]
The surface of the first insulating film 12 may have unevenness caused by the first electrode 11 formed in advance. The unevenness is flattened by polishing the surface. As a planarization method, chemical-mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) can be given. As the CMP polishing slurry (slurry) for the first insulating film 12, for example, fumed silica particles obtained by thermally decomposing silicon chloride gas in a KOH-added aqueous solution may be used. The first insulating film is removed by about 0.1 to 0.5 μm by CMP to flatten the surface. Note that the surface of the first insulating film is not necessarily polished. The planarized first insulating film preferably has a height difference of unevenness of 5 nm or less on the surface, and more preferably 1 nm or less. By improving the flatness, the first insulating film used as a gate insulating film to be formed later can be thinned, and the mobility of the TFT can be improved. In addition, when flatness is improved, off current can be reduced when a TFT is manufactured.
[0021]
A semiconductor film 13 is formed on the first insulating film 12 whose surface is planarized. The semiconductor film 13 includes a channel formation region 18 and an impurity region 19 that sandwiches the channel formation region 18. A second insulating film 14 is formed on the semiconductor film 13, and a second electrode 15 is formed on the semiconductor film 13 with the second insulating film 14 interposed therebetween.
[0022]
The first electrode 11 and the second electrode 15 overlap each other with the channel formation region 18 interposed therebetween.
[0023]
In addition, the third insulating film 16 and the wiring 17 are provided as necessary.
[0024]
The first electrode 11 and the second electrode 15 may be electrically connected, or a common voltage may be applied to either one of the electrodes.
[0025]
In FIG. 1A, a cross-sectional view taken along line AA ′ in the case where the first electrode 11 and the second electrode 15 are directly connected is shown in FIG.
[0026]
As shown in FIG. 1B, the first electrode 11 and the second electrode 15 are outside the semiconductor film 13, and contact holes 21 formed in the first insulating film 12 b and the second insulating film 14 are formed. Connected through.
[0027]
1A is a cross-sectional view taken along line AA ′ in the case where the first electrode 11 and the second electrode 15 are connected by a wiring 24 formed of the same conductive film as the wiring 17 in FIG. Shown in (C).
[0028]
As shown in FIG. 1C, the first electrode 11 and the wiring 24 are connected to each other through a contact hole 23 formed in the first insulating film 12b, the second insulating film 14, and the third insulating film 16. Connected. Further, the second electrode 15 and the wiring 24 are connected through a contact hole 22 formed in the third insulating film 16.
[0029]
Note that the manner of electrical connection between the first electrode 11 and the second electrode 15 is not limited to the structure illustrated in FIGS. 1B and 1C.
[0030]
The film thickness to be removed by CMP is determined in consideration of the thickness of the first insulating film 12 and its dielectric constant and the thickness of the second insulating film 14. The film remaining here substantially functions as a gate insulating film. Accordingly, when the first insulating film is formed by stacking a plurality of insulating films, only the uppermost insulating film may be polished on the first electrode 11 or the lower insulating film may be exposed. You may grind so that it may.
[0031]
For example, when the first insulating film A 12a and the first insulating film B 12b are formed of a silicon oxynitride film and have a dielectric constant of 7.5, and the second insulating film 14 is formed of a silicon oxide film, the dielectric is used. The rate is 3.9, and there is a difference between the two. In that case, the finished dimensions after CMP may be set such that the thickness of the first insulating film 12 is 150 nm and the thickness of the second insulating film 14 is 110 nm.
[0032]
By applying a common voltage to the first electrode, variation in threshold value can be suppressed as compared with a case where there is one electrode, and off-state current can be suppressed.
[0033]
As the TFT, a top gate type (planar type) and a bottom gate type (reverse stagger type) are known depending on the arrangement of a semiconductor film, a gate insulating film, and a gate electrode. In any case, in order to reduce the subthreshold coefficient, it is necessary to reduce the thickness of the semiconductor film. When a semiconductor film obtained by crystallizing an amorphous semiconductor film to be used in a TFT is applied, the amorphous semiconductor film becomes thin and the crystallinity deteriorates, and the effect of purely reducing the film thickness is obtained. I can't. However, the thickness of the semiconductor film was substantially reduced by electrically connecting the first electrode and the second electrode and overlapping the two electrodes above and below the semiconductor film as shown in FIG. In the same manner as described above, depletion occurs quickly with application of voltage, field effect mobility and subthreshold coefficient can be reduced, and on-current can be increased.
[0034]
Note that when the first electrode 11 and the second electrode 15 are electrically connected, the closer the dielectric constants of the first insulating film 12 and the second insulating film 14 are, the closer the field effect mobility is. In addition, the subthreshold coefficient can be reduced and the on-current can be increased.
[0035]
Further, in the portion where the first electrode 11 and the channel formation region overlap, the thickness when the thickness of the first insulating film 12 film is uniform, the second electrode 15 and the channel formation region, When the thickness of the second insulating film 14 is uniform in the overlapping portion, the closer the film thickness is, the smaller the field effect mobility and the subthreshold coefficient, and the larger the on-current. Can do. If the thickness of the first insulating film in the portion overlapping the first electrode 11 is d1, and the thickness of the second insulating film in the portion overlapping the second electrode 15 is d2, | d1-d2 | / d1 ≦ It is 0.1 and it is desirable to satisfy | d1-d2 | /d2≦0.1. More preferably, | d1-d2 | /d1≦0.05, and it is preferable that | d1-d2 | /d2≦0.05 is satisfied.
[0036]
Most preferably, in the state where the first electrode 11 and the second electrode 15 are not electrically connected, the threshold value of the thin film transistor when a ground voltage is applied to the first electrode 11, The threshold value of the thin film transistor when the ground voltage is applied to the electrode 15 is made substantially the same, and then the first electrode 11 and the second electrode 15 are electrically connected. By doing so, the field-effect mobility and the subthreshold coefficient can be further reduced, and the on-current can be further increased.
[0037]
By adopting such a structure, channels (dual channels) can be formed above and below the semiconductor film, and the characteristics of the TFT can be improved.
[0038]
In addition, a wiring for transmitting various signals or power simultaneously with the first electrode 11 can be formed. Further, when combined with the planarization treatment by CMP, there is no influence on the semiconductor film formed on the upper layer. Further, high density wiring can be realized by multilayer wiring. Hereinafter, a specific example applied to an active matrix driving display device will be described according to an embodiment.
[0039]
【Example】
(Example 1)
A manufacturing process of the semiconductor device of the present invention will be described. Here, a method for simultaneously manufacturing a pixel portion and TFTs (n-channel TFT and p-channel TFT) of a driver circuit provided near the pixel portion over the same substrate will be described in detail. In this embodiment, a common voltage is applied to the first electrode of all TFTs formed in the pixel portion, and the first electrode and the second electrode are connected to the TFT formed in the drive circuit. An example is shown. 2 to 6 used in this embodiment are cross-sectional views illustrating the manufacturing process, and FIGS. 7 to 9 are top views corresponding to the manufacturing steps, and are described using common reference numerals for convenience of description.
[0040]
In FIG. 2A, the substrate 101 can be formed using any material as long as it has an insulating surface and can withstand a processing temperature in a later step. Typically, a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like can be used. Alternatively, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless steel substrate with an insulating film formed thereon may be used. Further, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of this embodiment may be used.
[0041]
A first wiring 102 and first electrodes 103 to 107 are formed on the insulating surface of the substrate 101. The first wiring and the first electrode are formed of one or a plurality of conductive materials selected from Al, W, Mo, Ti, and Ta. Although W is used in this embodiment, a laminate of W on TaN may be used as the first wiring and the first electrode.
[0042]
FIG. 7A illustrates a top view of the pixel portion in FIG. The first electrodes 105, 106, and 107 are part of the common wiring 180.
[0043]
After the first wiring 102 and the first electrodes 103 to 107 are formed, the first insulating film 110 is formed. In this embodiment, the first insulating film 110 is formed by stacking two insulating films (a first insulating film A 110a and a first insulating film B 110b). The first insulating film A 110a is formed using a silicon oxynitride film with a thickness of 10 to 50 nm. The first insulating film B 110b is formed using a silicon oxide film or a silicon oxynitride film with a thickness of 0.5 to 1 μm.
[0044]
The surface of the first insulating film 110 may have unevenness caused by the first wiring and the first electrode formed in advance. Preferably, it is desirable to flatten the unevenness. CMP is used as a planarization method. As the CMP polishing slurry (slurry) for the first insulating film 110, for example, fumed silica particles obtained by thermally decomposing silicon chloride gas in a KOH-added aqueous solution may be used. The first insulating film is removed by about 0.1 to 0.5 μm by CMP to flatten the surface.
[0045]
Thus, a planarized first insulating film 112 is formed as shown in FIG. 2B, and a semiconductor layer is formed thereover. The semiconductor layer 113 is formed using a semiconductor having a crystal structure. This is obtained by crystallizing an amorphous semiconductor layer formed over the first insulating film 112. After the amorphous semiconductor layer is deposited, it is crystallized by heat treatment or laser light irradiation. The material of the amorphous semiconductor layer is not limited, but is preferably silicon or silicon germanium (Si x Ge 1-x ; 0 <x <1, typically x = 0.001 to 0.05).
[0046]
After that, the semiconductor layer 113 is divided into island shapes by etching, and semiconductor films 114 to 117 are formed as shown in FIG.
[0047]
FIG. 7B shows a top view of FIG. The first electrodes 105 and 106 overlap with each other with the semiconductor film 116 and the first insulating film 112 interposed therebetween. The first electrode 107 overlaps with the semiconductor film 116 and the first insulating film 112 interposed therebetween. Note that the semiconductor film 181 is a semiconductor film for forming a capacitor, and overlaps with the first electrode 107 and the first insulating film 112 interposed therebetween.
[0048]
Next, as illustrated in FIG. 3A, a second insulating film 118 is formed to cover the semiconductor films 114 to 117 and 181. The second insulating film 118 is formed of an insulator containing silicon by a plasma CVD method or a sputtering method. The thickness is 40 to 150 nm.
[0049]
A conductive film is formed over the second insulating film 118 in order to form a second gate electrode and a second wiring. In the present invention, the second gate electrode is formed by stacking two or more conductive films. The first conductive film 119 formed over the second insulating film 118 is formed using a nitride of a refractory metal such as molybdenum or tungsten, and the second conductive film 120 formed thereon is formed using a refractory metal or aluminum, It is formed of a low resistance metal such as copper or polysilicon. Specifically, one or a plurality of nitrides selected from W, Mo, Ta, and Ti are selected as the first conductive film, and W, Mo, Ta, Ti, Al, and Cu are selected as the second conductive film. One or more kinds of alloys selected, or n-type polycrystalline silicon is used. For example, the first conductive film 119 may be formed of TaN, and the second conductive film 120 may be formed of W. In the case where the second gate electrode and the second wiring are formed using a three-layer conductive film, the first layer may be Mo, the second layer may be Al, and the third layer may be TiN. The first layer may be W, the second layer may be Al, and the third layer may be TiN. By making the wiring multi-layered, the thickness of the wiring itself increases, so that the wiring resistance can be suppressed.
[0050]
Next, the first conductive film 119 and the second conductive film 120 are etched using the mask 190 to form a second wiring and a second electrode.
[0051]
As shown in FIG. 3B, first-shaped electrodes 121 to 125 having tapered ends are formed by first etching treatment (first conductive films 121a to 125a and second conductive film 121b. ~ 125b). The portion of the second insulating film 118 that is not covered with the first shape electrodes 121 to 125 is thinned by etching about 20 to 50 nm on the surface. Here, in order to distinguish between before etching and after etching, the second insulating film 130 is shown after etching.
[0052]
The first doping treatment is performed by an ion implantation method or an ion doping method in which ions are implanted without mass separation. Doping uses the first-shaped electrodes 121 to 125 as a mask, and forms one-conductivity type impurity regions 126 to 129 having a first concentration in the semiconductor films 114 to 117. The first concentration is 1 × 10 20 ~ 1.5 × 10 twenty one /cm Three And
[0053]
Next, a second etching process is performed as shown in FIG. 4A without removing the resist mask. In this etching process, the second conductive film is anisotropically etched to form second-shaped electrodes 131 to 135 (consisting of first conductive films 131a to 135a and second conductive films 131b to 135b). . The second shape electrodes 131 to 135 are formed so that the width thereof is reduced by this etching process and the end portions thereof are located inside the one-concentration type impurity regions 126 to 129 (second impurity regions) of the first concentration. To do. As shown in the next step, the length of the LDD is determined by the receding width. The second shape electrodes 131 to 135 function as second electrodes.
[0054]
FIG. 8A shows a top view of FIG. The second shape electrodes 133 and 134 are part of the gate wiring 182. The second shape electrodes 133 and 134 overlap the semiconductor film 116, and the second shape electrode 135 overlaps the semiconductor film 117 with the second insulating film 130 interposed therebetween. Further, the second shape electrodes 133 and 134 and the first electrodes 105 and 106 overlap with each other with the semiconductor film 116 and the second insulating film interposed therebetween. Note that part of the second shape electrode 135 overlaps the semiconductor film 181 with the second insulating film 130 interposed therebetween.
[0055]
Further, the second shape electrodes 131 and 132 and the first electrodes 103 and 104 overlap with each other with the semiconductor films 114 and 115 and the second insulating film 130 interposed therebetween.
[0056]
Then, in this state, the second conductivity treatment is performed on the one conductivity type impurity to add the one conductivity type impurity to the semiconductor films 114 to 117. The one-conductivity type impurity regions (first impurity regions) 195 to 198 of the second concentration formed by this doping treatment are part of the first conductive films 131a to 135a constituting the second shape electrodes 131 to 135. Are formed in a self-aligning manner so as to overlap. Since the impurity added by the ion doping method is added through the first conductive films 131a to 135a, the number of ions reaching the semiconductor film is reduced and inevitably has a low concentration. Its concentration is 1 × 10 17 ~ 1x10 19 /cm Three It becomes.
[0057]
Next, as shown in FIG. 4B, resist masks 139 and 140 are formed, and a third doping process is performed. By this third doping treatment, impurity regions 141 and 142 having a conductivity type opposite to the one conductivity type of the third concentration are formed in the semiconductor films 115 and 117. The impurity region of the conductivity type opposite to the one conductivity type of the third concentration is formed in a region overlapping with the second shape electrodes 132 and 134, and is 1.5 × 10 6. 20 ~ 5x10 twenty one /cm Three The impurity element is added in a concentration range of.
[0058]
Through the steps described above, regions where impurities for the purpose of valence electron control are added to each semiconductor film. The first electrodes 103 to 107 and the second shape electrodes 131 to 135 function as gate electrodes at positions intersecting the semiconductor film.
[0059]
Thereafter, a step of activating the impurity element added to each semiconductor film is performed. This activation is performed using a gas heating type instantaneous thermal annealing method. The temperature of the heat treatment is 400 to 700 ° C. in a nitrogen atmosphere, typically 450 to 500 ° C. In addition, a laser annealing method using the second harmonic (532 nm) of a YAG laser can be applied. In order to perform activation by irradiation with laser light, the semiconductor film is irradiated with the second harmonic (532 nm) of a YAG laser. Of course, the RTA method using a lamp light source is not limited to the laser light, and the semiconductor film is heated by radiation of the lamp light source from both sides or one side of the substrate.
[0060]
Thereafter, as shown in FIG. 5A, a passivation film 143 made of silicon nitride is formed to a thickness of 50 to 100 nm by a plasma CVD method, and heat treatment is performed at 410 ° C. using a clean oven. The semiconductor film is hydrogenated with the released hydrogen.
[0061]
Next, a third insulating film 144 made of an organic insulating material is formed over the passivation film 143. The reason for using the organic insulating material is to planarize the surface of the third insulating film 144. In order to obtain a more complete flat surface, it is desirable to flatten this surface by CMP. When the CMP method is used in combination, a silicon oxide film formed by a plasma CVD method, a SOG (Spin on Glass) formed by a coating method, PSG, or the like can be used as the third insulating film. Note that the passivation film 143 may be regarded as part of the third insulating film 144.
[0062]
A transparent conductive film 145 mainly composed of indium tin oxide is formed to a thickness of 60 to 120 nm on the surface of the third insulating film 144 thus planarized. Since fine irregularities are also formed on this surface, it is desirable to polish and planarize by a CMP method using aluminum oxide as an abrasive.
[0063]
FIG. 8B shows a top view of FIG.
[0064]
Thereafter, the transparent conductive film 145 is etched to form a pixel electrode (third electrode) 146. Then, contact holes are formed in the second insulating film 130, the passivation film 143, and the third insulating film 144, and wirings 147 to 153 are formed. This wiring is formed by laminating a titanium film and an aluminum film.
[0065]
The wiring 147 is connected to the first wiring 102 and the second shape electrode 131. Further, the first wiring 102 and the first electrode 103 are electrically connected.
[0066]
The wiring 148 is connected to the impurity region 126 and the impurity region 141. The wiring 149 is connected to the impurity region 141. The wiring 150 is connected to the impurity region 128 and functions as a source wiring. The wiring 151 is connected to the impurity region 128 and the second shape electrode 135. The wiring 152 is connected to the impurity region 142. The wiring 153 is connected to the impurity region 142 and the pixel electrode 146 and functions as a power supply line.
[0067]
In the above steps, when one conductivity type impurity region is n-type and one impurity type opposite to the one conductivity type is p-type, a driving circuit 200 having an n-channel TFT 202 and a p-channel TFT 203 on the same substrate; A pixel portion 201 having an n-channel TFT 204 and a p-channel TFT 205 is formed.
[0068]
In the driver circuit 200, the pair of gate electrodes 131 and 103 in the n-channel TFT 202 overlap with each other with the channel formation region 160 interposed therebetween. The one-concentration impurity region 195 having the second concentration functions as an LDD, and the one-concentration impurity region 126 having the first concentration functions as a source or drain region. In the driving circuit 200, in the p-channel TFT 203, the pair of gate electrodes 132 and 104 overlap with each other with the channel formation region 161 interposed therebetween. The impurity region 141 opposite to the first conductivity type of the third concentration functions as a source or drain region. The length of the LDD in the channel length direction is 0.5 to 2.5 μm, preferably 1.5 μm. Such an LDD configuration is mainly intended to prevent TFT deterioration due to the hot carrier effect. A shift register circuit, a buffer circuit, a level shifter circuit, a latch circuit, or the like can be formed using the n-channel TFT and the p-channel TFT. In particular, the structure of the first n-channel TFT 201 is suitable for a buffer circuit having a high driving voltage in order to prevent deterioration due to the hot carrier effect.
[0069]
In the pixel portion 201, the pair of gate electrodes 133 and 105 in the n-channel TFT 204 overlap with each other with the channel formation region 162 interposed therebetween. In the n-channel TFT 204, the pair of gate electrodes 134 and 106 overlap with each other with the channel formation region 163 interposed therebetween. The second concentration of one conductivity type impurity region 196 functions as an LDD, and the first concentration of one conductivity type impurity region 128 functions as a source or drain region. The n-channel TFT 204 has a shape in which two TFTs are connected in series with an impurity region of one conductivity type having a first concentration inserted. In the p-channel TFT 205, the pair of gate electrodes 135 and 107 overlap with each other with the channel formation region 164 interposed therebetween. The impurity region 142 opposite to the one conductivity type of the third concentration functions as a source or drain region.
[0070]
In this embodiment, the common voltage is applied to the first electrode by always applying a constant voltage (common voltage) to the common wiring. Note that this constant voltage is smaller than the threshold value in the case of an n-channel TFT and larger than the threshold value in the case of a p-channel TFT. By applying a common voltage to the first electrode, variation in threshold value can be suppressed as compared with a case where there is one electrode, and off-state current can be suppressed. Since the TFT formed as a switching element in the pixel portion of the semiconductor device is more important to reduce the off current than to increase the on current, the above configuration is useful.
[0071]
Further, in this embodiment, in the TFT included in the driving circuit of the semiconductor device, by forming a pair of gate electrodes electrically connected by inserting the semiconductor film, the thickness of the semiconductor film is substantially halved, As the gate voltage is applied, depletion progresses rapidly, increasing the field-effect mobility and lowering the subthreshold coefficient. As a result, the driving voltage can be lowered by using the TFT having this structure in the driving circuit. In addition, the current driving capability is improved, and the TFT size (especially the channel width) can be reduced. Therefore, the integration density can be improved.
[0072]
The pixel portion 201 has a structure applicable to an active matrix light-emitting device, and FIG. 6A shows a state where a light-emitting element is formed over the third insulating film 144. On the third insulating film 144, a partition layer 170 that covers the n-channel TFT 204 and the p-channel TFT 205 is formed. Since the organic compound layer and the cathode cannot be wet-processed (such as chemical etching or water washing), the partition layer 170 formed of a photosensitive resin material on the fourth insulating film in accordance with the pixel electrode 146. Is provided. The partition layer 170 is formed using an organic resin material such as polyimide, polyamide, polyimide amide, or acrylic. The partition layer 170 is formed so as to cover the end portion of the pixel electrode. The end portion of the partition wall layer 170 is formed to have a taper angle of 45 to 60 degrees.
[0073]
FIG. 9 is a top view of the pixel portion in this state. The partition layer 170 is formed in a region surrounded by a dotted line in FIG.
[0074]
The light emitting device of the active matrix driving system shown here is configured by arranging organic light emitting elements in a matrix. The organic light emitting device 174 includes an anode, a cathode, and an organic compound layer formed therebetween. The pixel electrode 146 becomes an anode when formed of a transparent conductive film. The organic compound layer is formed by combining a hole transporting material having a relatively high hole mobility, a reverse electron transporting material, a light emitting material, and the like. They may be formed in layers or mixed.
[0075]
The organic compound material is formed as a thin film layer of about 100 nm in total. Therefore, it is necessary to improve the flatness of the surface of ITO formed as the anode. When the flatness is poor, a short circuit with the cathode formed on the worst organic compound layer occurs. As another means for preventing this, a method of forming an insulating film having a thickness of 1 to 5 nm can be employed. As the insulating film, polyimide, polyimide amide, polyamide, acrylic, or the like can be used. The counter electrode (fourth electrode) 172 can be a cathode by being formed using a material such as alkali metal or alkaline earth metal such as MgAg or LiF.
[0076]
The counter electrode 172 is formed using a material containing magnesium (Mg), lithium (Li), or calcium (Ca) having a low work function. An electrode made of MgAg (a material in which Mg and Ag are mixed at Mg: Ag = 10: 1) is preferably used. Other examples include MgAgAl electrodes, LiAl electrodes, and LiFAl electrodes. Further, an insulating film 173 made of silicon nitride or a DLC film is formed as an upper layer with a thickness of 2 to 30 nm, preferably 5 to 10 nm. The DLC film can be formed by a plasma CVD method, and even when formed at a temperature of 100 ° C. or lower, the DLC film can be formed to cover the end portion of the partition wall layer 622 with good coverage. The internal stress of the DLC film can be reduced by mixing a small amount of argon, and can be used as a protective film. The DLC film is oxygen, CO, CO 2 , H 2 Since it has a high gas barrier property such as O, it is suitable as the insulating film 173 used as a barrier film.
[0077]
A cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 9 is shown in FIG. A capacitor is formed in a portion where the first electrode, the first insulating film 112, and the semiconductor film 181 overlap. Further, a capacitor is formed in a portion where the second shape electrode 135, the second insulating film 130, and the semiconductor film 181 are overlapped.
[0078]
In this embodiment, the first electrode and the second electrode are connected by the wiring formed simultaneously with the source wiring. However, the first electrode and the second electrode may be directly connected. . However, as in this embodiment, when the first electrode and the second electrode are connected by the wiring formed simultaneously with the source wiring, it is not necessary to increase the number of processes and the number of masks can be suppressed.
[0079]
After improving airtightness by processing such as packaging, a connector (flexible printed circuit: FPC) for connecting the terminal routed from the element or circuit formed on the substrate and the external signal terminal is attached as a product Complete.
[0080]
(Example 2)
In this embodiment, a structure different from that of Embodiment 1 of a pixel of a light-emitting device which is one of semiconductor devices of the present invention will be described.
[0081]
FIG. 10 shows a top view of a pixel of the light emitting device of this embodiment. A cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 10 is shown in FIG.
[0082]
Reference numeral 501 denotes an n-channel TFT, and 502 denotes a p-channel TFT. The n-channel TFT 501 includes a semiconductor film 503, a first insulating film 520, first electrodes 504 and 505, a second insulating film 521, and second electrodes 506 and 507. The semiconductor film 503 has a first concentration one-conductivity type impurity region 508, a second concentration one-conductivity type impurity region 509, and channel formation regions 510 and 511.
[0083]
The first electrodes 504 and 505 and the channel formation regions 510 and 511 overlap each other with the first insulating film 520 interposed therebetween. The second electrodes 506 and 507 and the channel formation regions 510 and 511 overlap each other with the second insulating film 521 interposed therebetween.
[0084]
The p-channel TFT 502 includes a semiconductor film 530, a first insulating film 520, a first electrode 532, a second insulating film 521, and a second electrode 531. The semiconductor film 530 includes a first conductivity type impurity region 533 having a third concentration and a channel formation region 534.
[0085]
The first electrode 532 and the channel formation region 534 overlap with each other with the first insulating film 520 interposed therebetween. The second electrode 531 and the channel formation region 534 overlap with each other with the second insulating film 521 interposed therebetween.
[0086]
The first electrode 532 and the second electrode 531 are electrically connected through the wiring 540.
[0087]
In this embodiment, even in a TFT in the same pixel, a common voltage is applied to the first electrode of a TFT used as a switching element (in this embodiment, an n-channel TFT 501). By applying a common voltage to the first electrode, variation in threshold value can be suppressed as compared with a case where there is one electrode, and off-state current can be suppressed.
[0088]
In addition, a TFT (p-channel TFT 502 in this embodiment) that flows a larger current than a TFT used as a switching element electrically connects the first electrode and the second electrode. By applying the same voltage to the first electrode and the second electrode, the depletion layer spreads as fast as when the film thickness of the semiconductor film is substantially reduced, so that the subthreshold coefficient can be reduced. Further, the field effect mobility can be improved. Therefore, the on-current can be increased as compared with the case of one electrode. Therefore, the driving voltage can be lowered by using the TFT having this structure in the driving circuit. In addition, since the on-current can be increased, the TFT size (especially the channel width) can be reduced. Therefore, the integration density can be improved.
[0089]
(Example 3)
In this embodiment, an example in which a flip-flop circuit used for a shift register of a driver circuit is formed using a TFT in which a first electrode and a second electrode are electrically connected is described.
[0090]
FIG. 12 shows a circuit diagram of the flip-flop circuit of this embodiment. Note that the flip-flop circuit included in the semiconductor device of the present invention is not limited to the structure shown in FIG. The flip-flop circuit is only an example of the circuit included in the driver circuit, and the semiconductor device of the present invention does not necessarily have the flip-flop circuit. The TFT of the present invention can be used for circuits other than flip-flops.
[0091]
The flip-flop circuit illustrated in FIG. 12A includes clocked inverters 1201 and 1202 and an inverter 1203. A circuit diagram more specifically showing each circuit element of the flip-flop circuit shown in FIG. 12A is shown in FIG.
[0092]
The clocked inverter of this embodiment has two p-channel TFTs and two n-channel TFTs. The first voltage (VDD) is applied to the source of the first p-channel TFT, and the drain is connected to the source of the second p-channel TFT. The drain of the second p-channel TFT is connected to the drain of the second n-channel TFT. The source of the second n-channel TFT is connected to the drain of the first n-channel TFT, and the second voltage (GND) is applied to the source of the first n-channel TFT. The first voltage is higher than the second voltage.
[0093]
A clock signal (CK) is input to the gate electrode of the first n-channel TFT, and an inverted clock that is a signal in which the polarity of the clock signal (CK) is inverted is input to the gate electrode of the first p-channel TFT. A signal (CKb) is input.
[0094]
In the clocked inverter, the polarity of the signal (IN) input to the gate electrodes of the second p-channel TFT and the second n-channel TFT in synchronization with the clock signal (CK) and the inverted clock signal (CKb). An output signal (OUT) in which is inverted is output.
[0095]
In this embodiment, all TFTs included in the clocked inverter illustrated in FIG. 12B include a first electrode and a second electrode which are electrically connected.
[0096]
FIG. 13 shows a top view of the clocked inverter shown in FIG. 1201 and 1202 are clocked inverters, and 1203 is an inverter. The clock signal (CK), the inverted clock signal (CKb), and the input signal (IN) are input to the wirings 1210, 1211, and 1212, respectively. An output signal (OUT) is output from the wiring 1213. The first voltage (VDD) and the second voltage (GND) are applied to the wirings 1214 and 1215, respectively.
[0097]
FIG. 14A shows a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 13, and FIG. 14B shows a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
[0098]
Reference numeral 1220 denotes a first p-channel TFT included in the clocked inverter 1202, and reference numeral 1221 denotes a second p-channel TFT included in the clocked inverter 1202.
[0099]
The first p-channel TFT 1220 includes a first electrode 1230 and a second electrode 1231. The first electrode 1230 and the second electrode 1231 overlap with each other with a channel formation region 1233 included in the semiconductor film 1232 interposed therebetween.
[0100]
The second p-channel TFT 1221 has a first electrode 1234 and a second electrode 1235. The first electrode 1234 and the second electrode 1235 overlap with each other with a channel formation region 1236 included in the semiconductor film 1232 interposed therebetween.
[0101]
The source region 1240 included in the semiconductor film 1232 of the first p-channel TFT 1220 is connected to the wiring 1214. In addition, the drain region 1241 included in the semiconductor film 1232 of the second p-channel TFT 1221 is connected to the wiring 1215.
[0102]
The first electrode 1230 and the second electrode 1231 are connected to a wiring 1211 to which an inverted clock signal (CKb) is input. Therefore, the first electrode 1230 and the second electrode 1231 are electrically connected. Although not illustrated, the first electrode 1234 and the second electrode 1235 are also electrically connected.
[0103]
In the present embodiment, the first electrode and the second electrode are electrically connected by another wiring, but the first electrode and the second electrode may be directly connected. However, in the case where the first electrode and the second electrode are electrically connected by a wiring, the wiring can be formed at the same time as another wiring, so that the number of masks can be reduced.
[0104]
Note that the wirings 1210, 1211, 1214, and 1215 can be formed by stacking a plurality of conductive films. By reducing the length of the wiring by using a multilayer wiring, the wiring resistance can be lowered, and the drive circuit can be more highly integrated.
[0105]
In addition, as shown in this embodiment, the connection between the first electrode and the second electrode of each TFT does not have to be performed for each TFT. In the plurality of TFTs included in the circuit, When either one of the second electrodes is connected to each other, it is only necessary that the first electrode and the second electrode are connected in any one TFT.
[0106]
This embodiment can be implemented by being freely combined with Embodiment 1 or Embodiment 2.
[0107]
(Example 4)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, an example of a pixel structure and a driving circuit suitable for a liquid crystal display device will be described. FIGS. 15, 16 and 17 used in this embodiment are cross-sectional views for explaining the manufacturing process, and FIGS. 18 and 19 are top views corresponding to the manufacturing steps. To do.
[0108]
In FIG. 15A, a first wiring 302 and first electrodes 303 to 306 are formed over a substrate 301 in the same manner as in the first embodiment. Then, a first insulating film 307 is formed. In this embodiment, three insulating films (a first insulating film A 307a, a first insulating film B 307b, and a first insulating film C 307c) are stacked and used as the first insulating film 307. A first insulating film A 307a formed of a silicon oxynitride film is formed to a thickness of 50 nm, a first insulating film B 307b is formed to a thickness of 1 μm using a silicon oxide film formed of TEOS, and the surface is subjected to CMP. After the planarization, a three-layer structure in which a silicon oxynitride film is formed as the first insulating film C 307c is formed. Of course, the insulating film in FIG. 15 is not limited to this configuration, and may have the same configuration as that of the first embodiment. The semiconductor films 310 to 312 divided into island shapes are formed in the same manner as in the first embodiment.
[0109]
A top view of FIG. 15A is shown in FIG. A cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 18A corresponds to FIG. The first electrode 305 and the first electrode 306 are included in part of the common wiring 380.
[0110]
Next, as illustrated in FIG. 15B, a second insulating film 350 that covers the semiconductor films 310 to 312 is formed. The second insulating film 350 is formed using an insulator containing silicon by a plasma CVD method or a sputtering method. The thickness is 40 to 150 nm.
[0111]
Second electrodes 313 to 317 are formed thereon. The material for forming the second wiring is not limited, but a first layer formed of a refractory metal nitride such as molybdenum or tungsten, and a refractory metal formed thereon or a low resistance metal such as aluminum or copper Alternatively, it is formed of polysilicon or the like. Specifically, the first layer is selected from W, Mo, Ta, and Ti, and one or more nitrides are selected, and the second layer is selected from W, Mo, Ta, Ti, Al, and Cu. One or more kinds of alloys or n-type polycrystalline silicon is used.
[0112]
A top view of FIG. 15B is shown in FIG. The second electrode 315 and the second electrode 316 are included in part of the gate wiring 381. The second electrode 315 and the second electrode 316 overlap with the first electrodes 305 and 306 with the first insulating film 307, the semiconductor film 312 and the second insulating film 350 interposed therebetween, respectively.
[0113]
Thereafter, impurity regions are formed in each semiconductor film by ion doping as in the first embodiment. Further, heat treatment for activation and hydrogenation is performed. In this heat treatment, a gas heating type RTA method may be used.
[0114]
A passivation film 318 made of a silicon nitride film and a third insulating film 319 made of an organic resin material selected from acrylic, polyimide, polyamide, and polyimide amide are formed. The passivation film 318 may be regarded as part of the third insulating film 319. The surface of the third insulating film is desirably planarized by CMP. Thereafter, openings are formed, and wirings 320 to 323 and a pixel electrode 324 are formed.
[0115]
Thus, the driver circuit 400 including the n-channel TFT 402 and the p-channel TFT 403 and the pixel portion 401 including the n-channel TFT 404 and the capacitor portion 405 are formed over the same substrate.
[0116]
In the driver circuit 400, the semiconductor film 310 has a channel formation region 330 in the n-channel TFT 402. The channel formation region 330 and the first electrode 303 overlap with each other with the first insulating film 307 interposed therebetween. Further, the channel formation region 330 and the second electrode 313 overlap with the second insulating film 350 interposed therebetween. Further, although not illustrated, the first wiring 302 and the first electrode 303 are connected, and the wiring 320 is connected to the first wiring 302 and the second electrode 313. Further, the one-concentration impurity region 334 having the second concentration functions as an LDD, and the one-conductivity type impurity region 335 having the first concentration functions as a source or drain region. The length of the LDD in the channel length direction is 0.5 to 2.5 μm, preferably 1.5 μm. Such an LDD configuration is mainly intended to prevent TFT deterioration due to the hot carrier effect.
[0117]
In the p-channel TFT 403, the semiconductor film 311 has a channel formation region 331. The channel formation region 331 and the first electrode 304 overlap with each other with the first insulating film 307 interposed therebetween. In addition, the channel formation region 331 and the second electrode 314 overlap with the second insulating film 350 interposed therebetween. The impurity region 336 opposite to the one conductivity type of the third concentration functions as a source or drain region.
[0118]
These n-channel TFT 402 and p-channel TFT 403 can form a shift register circuit, a buffer circuit, a level shifter circuit, a latch circuit, or the like. In particular, the structure of the first n-channel TFT 402 is suitable for a buffer circuit having a high driving voltage in order to prevent deterioration due to the hot carrier effect.
[0119]
Further, the present invention can be similarly applied to a circuit based on NMOS or PMOS without using a CMOS structure.
[0120]
In the pixel portion 401, in the n-channel TFT 404, the semiconductor film 312 includes channel formation regions 332 and 340. The first electrode 305 and the second electrode 315 overlap with each other with the channel formation region 332 interposed therebetween. In addition, the first electrode 306 and the second electrode 316 overlap with each other with the channel formation region 340 interposed therebetween. The impurity region 337 having one conductivity type with the second concentration functions as an LDD, and the impurity region 338 having one conductivity type with the first concentration functions as a source or drain region. The n-channel TFT 404 has a shape in which two TFTs are connected in series with an impurity region of one conductivity type having a first concentration inserted.
[0121]
In addition, a capacitor portion connected to the n-channel TFT 404 in the pixel portion 401 is formed by the semiconductor film 312, the second insulating film 350, and the second electrode 317.
[0122]
FIG. 19 is a top view of the pixel portion in FIG. 16A, and the line AA ′ corresponds to FIG. Further, the line BB ′ corresponds to FIG.
[0123]
As described above, according to the present invention, by forming a pair of gate electrodes by inserting a semiconductor film, the thickness of the semiconductor film is substantially halved, and depletion progresses rapidly with the application of the gate voltage. It is possible to increase the mobility and decrease the subthreshold coefficient.
[0124]
After the formation up to FIG. 16A, an alignment film 453 is formed as shown in FIG. 17, and a rubbing process is performed. Although not shown, before the alignment film 453 is formed, columnar spacers for maintaining the substrate interval may be formed at desired positions by patterning an organic resin film such as an acrylic resin film. . Further, instead of the columnar spacers, spherical spacers may be scattered over the entire surface of the substrate.
[0125]
Next, a counter electrode 451 is formed over the counter substrate 450, an alignment film 452 is formed thereon, and a rubbing process is performed. The counter electrode 451 is made of ITO. Then, the counter substrate 450 on which the seal pattern 454 is formed is bonded. Thereafter, a liquid crystal material 455 is injected between both substrates and completely sealed with a sealant (not shown). A known liquid crystal material may be used as the liquid crystal material. Thus, the active matrix driving liquid crystal display device shown in FIG. 17 is completed.
[0126]
This embodiment can be implemented by freely combining with the third embodiment.
[0127]
(Example 5)
In this embodiment, an example of manufacturing a semiconductor film by a method different from that in Embodiment 1 will be described.
[0128]
In FIG. 20A, reference numeral 100 denotes a substrate having an insulating surface. 20A, the substrate 100 can be a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like. Alternatively, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless steel substrate with an insulating film formed thereon may be used. Alternatively, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature in this step may be used.
[0129]
First, as illustrated in FIG. 20A, first electrodes 102 a and 102 b are formed over a substrate 100. The first electrodes 102a and 102b may be formed of a conductive material. Typically, it can be formed of one or more alloys or compounds selected from aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), and titanium (Ti). Alternatively, a stack of several conductive films may be used as the first electrode.
[0130]
A first insulating film 101 is formed on the insulating surface so as to cover the first electrodes 102a and 102b. The first insulating film 101 is formed of a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film (SiO x N y ) Etc. A typical example has a two-layer structure as the first insulating film 101, and SiH Four , NH Three And N 2 A first silicon oxynitride film formed using O as a reaction gas is formed in a thickness of 50 to 100 nm, SiH. Four And N 2 A structure in which a second silicon oxynitride film formed using O as a reaction gas is formed to a thickness of 100 to 150 nm is employed. Further, as one layer of the first insulating film 101, a silicon nitride film (SiN film) having a thickness of 10 nm or less, or a second silicon oxynitride film (SiN) x O y It is preferable to use a film (X >> Y). Since nickel tends to move to a region having a high oxygen concentration during gettering, it is extremely effective to use a silicon nitride film as the first insulating film in contact with the semiconductor film. Alternatively, a three-layer structure in which a first silicon oxynitride film, a second silicon oxynitride film, and a silicon nitride film are sequentially stacked may be used.
[0131]
Next, a first semiconductor layer 103 having an amorphous structure is formed over the first insulating film. For the first semiconductor layer 103, a semiconductor material containing silicon as its main component is used. Typically, an amorphous silicon film, an amorphous silicon germanium film, or the like is applied, and the film is formed to a thickness of 10 to 100 nm by a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a sputtering method. In order to obtain a semiconductor layer having a good crystal structure by subsequent crystallization, the concentration of impurities such as oxygen and nitrogen contained in the film of the first semiconductor layer 103 having an amorphous structure is set to 5 × 10. 18 /cm Three It may be reduced to (atomic concentration measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS)) or less. These impurities interfere with subsequent crystallization, and also increase the density of capture centers and recombination centers even after crystallization. Therefore, it is desirable not only to use a high-purity material gas but also to use an ultrahigh vacuum-compatible CVD apparatus equipped with a mirror surface treatment (electropolishing treatment) in the reaction chamber and an oil-free vacuum exhaust system.
[0132]
Next, as a technique for crystallizing the first semiconductor layer 103 having an amorphous structure, here, the technique described in JP-A-8-78329 is used for crystallization. The technology described in this publication is based on a crystal structure in which an amorphous silicon film (also referred to as an amorphous silicon film) is selectively added with a metal element that promotes crystallization, and heat treatment is performed to expand the added region as a starting point. The semiconductor layer which has this is formed. First, on the surface of the first semiconductor layer 103 having an amorphous structure, a nickel acetate salt solution containing 1 to 100 ppm in terms of weight of a metal element (in this case, nickel) having a catalytic action for promoting crystallization is used with a spinner. The nickel-containing layer 104 is formed by coating. (FIG. 20B) As a means other than the method for forming the nickel-containing layer 104 by coating, a means for forming an extremely thin film by sputtering, vapor deposition, or plasma treatment may be used. Although an example in which the coating is performed on the entire surface is shown here, a nickel-containing layer may be selectively formed by forming a mask.
[0133]
Next, heat treatment is performed to perform crystallization. In this case, in crystallization, silicide is formed in the portion of the semiconductor layer in contact with the metal element that promotes crystallization of the semiconductor, and crystallization proceeds using the silicide as a nucleus. Thus, the first semiconductor layer 105 having the crystal structure illustrated in FIG. 20C is formed. Note that the concentration of oxygen contained in the first semiconductor layer 105 after crystallization is 5 × 10 5. 18 / Cm Three The following is desirable. Here, after heat treatment for dehydrogenation (450 ° C., 1 hour), heat treatment for crystallization (550 to 650 ° C. for 4 to 24 hours) is performed. When crystallization is performed by irradiation with strong light, any one of infrared light, visible light, ultraviolet light, or a combination thereof can be used. Typically, a halogen lamp, a metal halide, or the like is used. Light emitted from a lamp, xenon arc lamp, carbon arc lamp, high pressure sodium lamp, or high pressure mercury lamp is used. The lamp light source is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated once to 10 times, and the semiconductor layer is instantaneously heated to about 600 to 1000 ° C. Note that if necessary, heat treatment for releasing hydrogen contained in the first semiconductor layer 105 having an amorphous structure may be performed before irradiation with strong light. In addition, crystallization may be performed by simultaneously performing heat treatment and irradiation with strong light. In consideration of productivity, it is desirable to perform crystallization by irradiation with strong light.
[0134]
In the first semiconductor layer 105 obtained in this manner, a metal element (here, nickel) remains. Although it is not uniformly distributed in the film, if it is an average concentration, it is 1 × 10 19 /cm Three Remaining at a concentration exceeding Of course, various semiconductor elements including TFT can be formed even in such a state, but the element is removed by the method described below.
[0135]
Next, in order to increase the crystallization rate (the ratio of the crystal component in the total volume of the film) and repair defects remaining in the crystal grains, the first semiconductor layer 105 having a crystal structure is irradiated with laser light (first Laser beam) in the air or oxygen atmosphere. When laser light (first laser light) is irradiated, irregularities are formed on the surface and a thin oxide film 106 is formed. (FIG. 20D) Excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, and second and third harmonics of a YAG laser are used as this laser light (first laser light). Further, instead of excimer laser light, light emitted from an ultraviolet lamp may be used.
[0136]
Further, an oxide film (referred to as chemical oxide) is formed with an ozone-containing aqueous solution (typically ozone water) to form a barrier layer 107 made of an oxide film having a total thickness of 1 to 10 nm, and a rare gas is formed on the barrier layer 107. A second semiconductor layer 108 containing an element is formed (FIG. 20E). Note that here, the oxide film 106 formed when the first semiconductor layer 105 having a crystal structure is irradiated with laser light is also regarded as part of the barrier layer. The barrier layer 107 functions as an etching stopper when only the second semiconductor layer 108 is selectively removed in a later step. Also, chemical oxide can be formed in the same manner by treating with an aqueous solution in which sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or the like and hydrogen peroxide are mixed instead of the ozone-containing aqueous solution. As another method for forming the barrier layer 107, ozone may be generated by ultraviolet irradiation in an oxygen atmosphere to oxidize the surface of the semiconductor layer having the crystal structure. As another method for forming the barrier layer 107, an oxide film of about 1 to 10 nm may be deposited by a plasma CVD method, a sputtering method, an evaporation method, or the like to form a barrier layer. As another method of forming the barrier layer 107, a thin oxide film may be formed by heating to about 200 to 350 ° C. using a clean oven. Note that there is no particular limitation on the barrier layer 107 as long as it is formed by any one of the above methods or a combination of these methods, but the nickel in the first semiconductor layer is not formed in the first gettering. It is necessary to make the film quality or film thickness movable to the second semiconductor layer.
[0137]
Here, the second semiconductor layer 108 containing a rare gas element is formed by a sputtering method, and a gettering site is formed. Note that it is desirable to appropriately adjust the sputtering conditions so that a rare gas element is not added to the first semiconductor layer. As the rare gas element, one or more selected from helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) are used. Among them, argon (Ar) which is an inexpensive gas is preferable. Here, a second semiconductor layer is formed using a target made of silicon in an atmosphere containing a rare gas element. There are two meanings of including a rare gas element ion which is an inert gas in the film. One is to form a dangling bond to give strain to the semiconductor layer, and the other is to give strain to the lattice of the semiconductor layer. Distortion between the lattices of the semiconductor layer is remarkably obtained when an element having an atomic radius larger than that of silicon such as argon (Ar), krypton (Kr), or xenon (Xe) is used. In addition, by including a rare gas element in the film, not only lattice distortion but also dangling bonds are formed, contributing to the gettering action.
[0138]
In addition, in the case where the second semiconductor layer is formed using a target containing phosphorus which is an impurity element of one conductivity type, gettering may be performed using the Coulomb force of phosphorus in addition to gettering using a rare gas element. it can.
[0139]
In addition, since nickel tends to move to a region having a high oxygen concentration during gettering, the oxygen concentration contained in the second semiconductor layer 108 is higher than the oxygen concentration contained in the first semiconductor layer. For example 5 × 10 18 / Cm Three It is desirable to set it above.
[0140]
Next, heat treatment is performed, and gettering for reducing or removing the concentration of the metal element (nickel) in the first semiconductor layer is performed. (FIG. 20F) As the heat treatment for performing gettering, a treatment for applying strong light or a heat treatment may be performed. By this gettering, the metal element moves in the direction of the arrow in FIG. 20F (that is, the direction from the substrate side to the surface of the second semiconductor layer), and the first semiconductor layer covered with the barrier layer 107 is formed. The metal element contained in 105 is removed or the concentration of the metal element is reduced. The distance that the metal element travels during gettering may be at least as long as the thickness of the first semiconductor layer, and gettering can be completed in a relatively short time. Here, all the nickel is moved to the second semiconductor layer 108 so that the nickel does not segregate in the first semiconductor layer 105, and the nickel contained in the first semiconductor layer 105 is hardly present, that is, the nickel concentration in the film is 1 ×. 10 18 / Cm Three Below, desirably 1 × 10 17 / Cm Three Getter enough to get:
[0141]
Further, depending on the conditions of the heat treatment for the gettering, the crystallization rate of the first semiconductor layer can be increased simultaneously with the gettering, and defects remaining in the crystal grains can be repaired, that is, the crystallinity can be improved. .
[0142]
In this specification, gettering means that a metal element in a gettering region (here, the first semiconductor layer) is released by thermal energy and moves to a gettering site by diffusion. Accordingly, the gettering depends on the processing temperature, and the gettering proceeds in a shorter time as the temperature is higher.
[0143]
Further, in the case of using a process of irradiating intense light as the heat treatment for gettering, the lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and it is turned 1 to 10 times, preferably 2 Repeat ~ 6 times. The emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the semiconductor layer is instantaneously heated to 600 to 1000 ° C., preferably about 700 to 750 ° C.
[0144]
In the case of performing heat treatment, heat treatment may be performed in a nitrogen atmosphere at 450 to 800 ° C. for 1 to 24 hours, for example, at 550 ° C. for 14 hours. Moreover, you may irradiate strong light in addition to heat processing.
[0145]
Next, using the barrier layer 107 as an etching stopper, only the second semiconductor layer indicated by 106 is selectively removed, and then the barrier layer 107 made of an oxide film is removed. As a method of selectively etching only the second semiconductor layer, ClF Three Dry etching without plasma by hydrazine, tetraethylammonium hydroxide (chemical formula (CH Three ) Four NOH) can be performed by wet etching with an alkaline solution such as an aqueous solution. Further, after removing the second semiconductor layer, the nickel concentration was measured on the surface of the barrier layer by TXRF. Since nickel was detected at a high concentration, it is desirable to remove the barrier layer, and an etchant containing hydrofluoric acid. It may be removed by
[0146]
Next, the first semiconductor layer having a crystal structure is irradiated with laser light (second laser light) in a nitrogen atmosphere or in a vacuum. When laser light (second laser light) is irradiated, the height difference of the irregularities formed by the irradiation of the first laser light (PV value: Peak to Valley, the difference between the maximum value and the minimum value) Is reduced, that is, flattened. Here, the PV value of the unevenness may be observed with an AFM (atomic force microscope). Specifically, the surface where the PV value of the unevenness formed by the irradiation of the first laser beam was about 10 nm to 30 nm is changed to the PV value of the unevenness on the surface by the irradiation of the second laser beam. It can be 5 nm or less, and can be 1.5 nm or less depending on conditions. As this laser light (second laser light), excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, and second and third harmonics of a YAG laser are used. Further, instead of excimer laser light, light emitted from an ultraviolet lamp may be used.
[0147]
The energy density of the second laser beam is larger than the energy density of the first laser beam, preferably 30 to 60 mJ / cm. 2 Enlarge. However, the energy density of the second laser beam is 90 mJ / cm higher than the energy density of the first laser beam. 2 When the energy density is larger than the above, the surface roughness increases, and further, the crystallinity is lowered or microcrystallized, and the characteristics tend to deteriorate.
[0148]
Note that the irradiation with the second laser light is higher than the energy density of the first laser light, but the crystallinity hardly changes before and after the irradiation. Also, the crystal state such as the grain size hardly changes. That is, it seems that only the flattening is performed by the irradiation of the second laser beam.
[0149]
The merit that the semiconductor layer having a crystal structure is planarized by irradiation with the second laser light is very large. For example, since the planarity is improved, a second insulating film used as a gate insulating film to be formed later can be thinned, and the mobility of the TFT can be improved. In addition, when flatness is improved, off current can be reduced when a TFT is manufactured.
[0150]
In addition, when the gettering site is formed by irradiation with the second laser light, the rare gas element in the semiconductor layer having a crystal structure is removed or reduced when it is also added to the first semiconductor layer. Effect is also obtained.
[0151]
Next, a semiconductor film having a desired shape is formed on the planarized first semiconductor layer 109 using a known patterning technique.
[0152]
This embodiment can be implemented by freely combining with Embodiments 1 to 4.
[0153]
(Example 6)
In this embodiment, an example in which a semiconductor film is formed by a thermal crystallization method using a catalytic element is shown.
[0154]
In the case of using a catalyst element, it is desirable to use the techniques disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-130652 and 8-78329.
[0155]
Here, FIG. 21 shows an example in which the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-130652 is applied to the present invention. First, the first electrode 1252 is formed over the substrate 1251. Then, a first insulating film 1253 was formed over the substrate 1251 so as to cover the first electrode 1252, and an amorphous silicon film 1254 was formed thereover. Furthermore, a nickel-containing layer 1255 was formed by applying a nickel acetate salt solution containing 10 ppm of nickel in terms of weight. (FIG. 21 (A))
[0156]
Next, after a dehydrogenation step at 500 ° C. for 1 hour, a heat treatment was performed at 500 to 650 ° C. for 4 to 12 hours, for example, 550 ° C. for 8 hours to form a crystalline silicon film 1256. The crystalline silicon film 1256 obtained in this way had a very good crystal quality. (Fig. 21 (B))
[0157]
Further, the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-78329 enables selective crystallization of an amorphous semiconductor film by selectively adding a catalytic element. The case where this technique is applied to the present invention will be described with reference to FIG.
[0158]
First, the first electrode 1302 is formed over the glass substrate 1301. Then, a first insulating film 1303 is provided over the substrate 1301 so as to cover the first electrode 1302, and an amorphous silicon film 1304 is formed thereover. Then, a silicon oxide film 1305 was continuously formed on the amorphous silicon film 1304. At this time, the thickness of the silicon oxide film 1305 was set to 150 nm.
[0159]
Next, the silicon oxide film 1305 was patterned to selectively form contact holes 1306, and then a nickel acetate salt solution containing 10 ppm of nickel in terms of weight was applied. As a result, a nickel-containing layer 1307 was formed, and the nickel-containing layer 1307 was in contact with the amorphous silicon film 1304 only at the bottom of the contact hole 1306. (Fig. 22 (A))
[0160]
Next, a heat treatment was performed at 500 to 650 ° C. for 4 to 24 hours, for example, 570 ° C. for 14 hours to form a crystalline silicon film 1308. In this crystallization process, the portion of the amorphous silicon film in contact with nickel is first crystallized, and the crystallization proceeds laterally therefrom. The crystalline silicon film 1308 thus formed is formed by a collection of rod-like or needle-like crystals, and each crystal grows in a specific direction as viewed macroscopically, so that the crystallinity is uniform. There is an advantage. (Fig. 22 (B))
[0161]
The catalyst elements that can be used in the above two techniques are not only nickel (Ni) but also germanium (Ge), iron (Fe), palladium (Pd), tin (Sn), lead (Pb), cobalt ( Elements such as Co), platinum (Pt), copper (Cu), and gold (Au) may be used.
[0162]
A crystalline TFT semiconductor layer can be formed by forming a crystalline semiconductor film (including a crystalline silicon film and a crystalline silicon germanium film) using the above-described technique and performing patterning. A TFT manufactured from a crystalline semiconductor film by using the technique of this embodiment can obtain excellent characteristics, and therefore high reliability is required. However, by adopting the TFT structure of the present invention, it has become possible to produce a TFT that makes the most of the technique of this embodiment.
[0163]
Next, an example in which a step of removing the catalytic element from the crystalline semiconductor film after forming the crystalline semiconductor film using the catalytic element using the amorphous semiconductor film as an initial film will be described with reference to FIG. I will explain. In the present embodiment, the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-135468 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-135469 is used as the method.
[0164]
The technique described in the publication is a technique for removing a catalytic element used for crystallization of an amorphous semiconductor film by using a gettering action of phosphorus after crystallization. By using this technique, the concentration of the catalytic element in the crystalline semiconductor film can be reduced to 1 × 10. 17 atms / cm Three Or less, preferably 1 × 10 16 atms / cm Three It can be reduced to.
[0165]
Here, an alkali-free glass substrate typified by Corning's 1737 substrate was used. In FIG. 23A, the first electrode 1402 is formed over the substrate 1401. Then, a first insulating film 1403 is provided over the substrate 1401 so as to cover the first electrode 1402, and a crystalline silicon film 1404 is formed thereover.
[0166]
A silicon oxide film 1405 for a mask is formed to a thickness of 150 nm on the surface of the crystalline silicon film 1404, a contact hole is provided by patterning, and a region where the crystalline silicon film is partially exposed is provided. Then, a step of adding phosphorus was performed to provide a region (gettering region) 1406 in which phosphorus was added to the crystalline silicon film.
[0167]
In this state, when heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 550 to 800 ° C. for 5 to 24 hours, for example, 600 ° C. for 12 hours, a region 1406 in which phosphorus is added to the crystalline silicon film serves as a gettering site, The catalytic element remaining in the porous silicon film 1404 could be segregated in the gettering region 1406 to which phosphorus was added.
[0168]
Then, the silicon oxide film 1405 for the mask and the region 1406 to which phosphorus is added are removed by etching, so that the concentration of the catalytic element used in the crystallization step is 1 × 10. 17 atms / cm Three A crystalline silicon film reduced to the following could be obtained. This crystalline silicon film can be used as it is as a semiconductor layer of the TFT of the present invention.
[0169]
This embodiment can be implemented in combination with the first to fourth embodiments.
[0170]
(Example 7)
In this embodiment, a structure of a semiconductor device of the present invention will be described.
[0171]
FIG. 24 shows a block diagram of a light emitting device which is one of the semiconductor devices of the present invention. The light emitting device corresponds to an OLED panel in which an OLED (Organic Light Emitting Device) formed on a substrate is sealed between the substrate and a cover material. An OLED module in which an IC or the like including a controller is mounted on the OLED panel may be referred to as a light emitting device.
[0172]
The OLED has a layer (hereinafter, referred to as an organic light emitting layer) containing an organic compound (organic light emitting material) capable of obtaining luminescence generated by applying an electric field, an anode layer, and a cathode layer. . Luminescence in organic compounds includes light emission (fluorescence) when returning from the singlet excited state to the ground state and light emission (phosphorescence) when returning from the triplet excited state to the ground state. Any one of the above-described light emission may be used, or both light emission may be used.
[0173]
In this specification, all layers provided between the anode and the cathode of the OLED are defined as organic light emitting layers. Specifically, the organic light emitting layer includes a light emitting layer, a hole injection layer, an electron injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and the like. Basically, the OLED has a structure in which an anode / light emitting layer / cathode is laminated in this order. In addition to this structure, the anode / hole injection layer / light emitting layer / cathode and the anode / hole injection layer / The light emitting layer / electron transport layer / cathode may be stacked in this order.
[0174]
Note that FIG. 24 illustrates an example of a driving circuit of a light-emitting device that displays an image using a digital video signal. The light-emitting device illustrated in FIG. 24 includes a data line driver circuit 800, a scanning line driver circuit 801, and a pixel portion 802.
[0175]
In the pixel portion 802, a plurality of source wirings, a plurality of gate wirings, and a plurality of power supply lines are formed, and a region surrounded by the source wirings, the gate wirings, and the power supply lines corresponds to a pixel. Note that FIG. 24 representatively illustrates only a pixel including one source wiring 807, one gate wiring 809, and one power supply line 808 among a plurality of pixels. Each pixel includes a switching TFT 803 serving as a switching element, a driving TFT 804, a storage capacitor 805, and an OLED 806.
[0176]
A gate electrode of the switching TFT 803 is connected to the gate wiring 809. One of the source region and the drain region of the switching TFT 803 is connected to the source wiring 807, and the other is connected to the gate electrode of the driving TFT 804.
[0177]
One of the source region and the drain region of the driving TFT 804 is connected to the power supply line 808 and the other is connected to the OLED 806. A storage capacitor 805 is formed by the gate electrode of the driving TFT 804 and the power supply line 808. Note that the storage capacitor 805 is not necessarily formed.
[0178]
The data line driver circuit 800 includes a shift register 810, a first latch 811, and a second latch 812. The shift register 810 is supplied with a clock signal (S-CLK) and a start pulse signal (S-SP) for the data line driver circuit. The first latch 811 is supplied with a latch signal (Latchsignals) and a video signal (Video signals) for determining the latch timing.
[0179]
When a clock signal (S-CLK) and a start pulse signal (S-SP) are input to the shift register 810, a sampling signal that determines the sampling timing of the video signal is generated and input to the first latch 811.
[0180]
Note that the sampling signal from the shift register 810 may be buffered and amplified by a buffer or the like and then input to the first latch 811. Since many circuits or circuit elements are connected to the wiring to which the sampling signal is input, the load capacitance (parasitic capacitance) is large. This buffer is effective in preventing “dullness” of the rise or fall of the timing signal caused by the large load capacity.
[0181]
The first latch 811 has a plurality of stages of latches. In the first latch 811, the input video signal is sampled in synchronization with the input sampling signal, and is sequentially stored in the latch of each stage.
[0182]
The time until video signal writing is completed in all the latches of the first latch 811 is called a line period. Actually, the line period may include a period in which a horizontal blanking period is added to the line period.
[0183]
When one line period ends, a latch signal is input to the second latch 812. At this moment, video signals written and held in the first latch 811 are sent all at once to the second latch 812, and are written and held in the latches of all stages of the second latch 812.
[0184]
In the first latch 811 which has finished sending the video signal to the second latch 812, the video signal is sequentially written based on the sampling signal from the shift register 810.
[0185]
During the second line 1-line period, the video signal written and held in the second latch 812 is input to the source wiring.
[0186]
On the other hand, the scan line driver circuit includes a shift register 821 and a buffer 822. The shift register 821 is supplied with a clock signal (G-CLK) and a start pulse signal (G-SP) for the scanning line driver circuit.
[0187]
When a clock signal (G-CLK) and a start pulse signal (G-SP) are input to the shift register 821, a selection signal for determining the timing for selecting a gate wiring is generated and input to the buffer 822. The selection signal input to the buffer 822 is buffer-amplified and input to the gate wiring 809.
[0188]
When the gate wiring 809 is selected, the switching TFT 803 in which the gate electrode is connected to the selected gate wiring 809 is turned on. Then, the video signal input to the source wiring is input to the gate electrode of the driving TFT 804 via the switching TFT 803 that is turned on.
[0189]
Switching of the driving TFT 804 is controlled based on 1 or 0 information included in the video signal input to the gate electrode. When the driving TFT 804 is on, the potential of the power supply line is applied to the pixel electrode of the OLED 806, and the OLED 806 emits light. When the driving TFT 804 is off, the potential of the power supply line is not applied to the pixel electrode of the OLED 806 and the OLED 806 does not emit light.
[0190]
In the circuit included in the data line driver circuit 800 and the scan line driver circuit 801 in the light-emitting device illustrated in FIG. 24, the first electrode and the second electrode of the TFT are electrically connected. By applying the same voltage to the first electrode and the second electrode, the depletion layer spreads as fast as when the film thickness of the semiconductor film is substantially reduced, so that the subthreshold coefficient can be reduced. Further, the field effect mobility can be improved. Therefore, the on-current can be increased as compared with the case of one electrode. Therefore, the drive voltage can be reduced. In addition, since the on-current can be increased, the TFT size (especially the channel width) can be reduced. Therefore, the integration density can be improved.
[0191]
In the pixel portion 802, a common voltage is applied to one of the first electrode and the second electrode of the switching TFT 803 used as a switching element. As a result, the variation in threshold value can be suppressed as compared with the case of one electrode, and the off-current can be suppressed.
[0192]
A driving TFT 804 for supplying a current to the OLED 806 electrically connects the first electrode and the second electrode. As a result, the on-current can be increased as compared with the case of one electrode. Note that the driving TFT is not limited to this structure, and a common voltage is applied to one of the first electrode and the second electrode without electrically connecting the first electrode and the second electrode. You may do it. Further, a thin film transistor having a general structure and having only one electrode may be provided.
[0193]
Next, FIG. 25 shows a configuration of a general liquid crystal display device. The element substrate illustrated in FIG. 25 includes a data line driver circuit 700, a scanning line driver circuit 701, and a pixel portion 702.
[0194]
In the pixel portion 702, a plurality of source wirings and a plurality of gate wirings are formed, and a region surrounded by the source wirings and the gate wirings corresponds to a pixel. Note that FIG. 25 representatively shows only a pixel including one source wiring 703 and one gate wiring 704 among a plurality of pixels. Each pixel has a pixel TFT serving as a switching element and a liquid crystal cell 706.
[0195]
The liquid crystal cell 706 includes a pixel electrode, a counter electrode, and a liquid crystal provided between the pixel electrode and the counter electrode.
[0196]
A gate electrode of the pixel TFT 705 is connected to the gate wiring 704. One of a source region and a drain region of the pixel TFT 705 is connected to the source wiring 703, and the other is connected to a pixel electrode included in the liquid crystal cell 706.
[0197]
The data line driver circuit 700 includes a shift register 710, a level shifter 711, and an analog switch 712. The shift register 710 is supplied with a clock signal (S-CLK) and a start pulse signal (S-SP) for the data line driver circuit. Video signals (Video signals) are supplied to the analog switch 712.
[0198]
When the clock signal (S-CLK) and the start pulse signal (S-SP) are input to the shift register 710, a sampling signal that determines the sampling timing of the video signal is generated and input to the level shifter 711. The amplitude of the voltage of the sampling signal is increased in the level shifter 711 and input to the analog switch 712. The analog switch 712 samples the input video signal in synchronization with the input sampling signal and inputs it to the source wiring 703.
[0199]
On the other hand, the scan line driver circuit includes a shift register 721 and a buffer 722. The shift register 721 is supplied with a clock signal (G-CLK) and a start pulse signal (G-SP) for the scanning line driver circuit.
[0200]
When a clock signal (G-CLK) and a start pulse signal (G-SP) are input to the shift register 721, a selection signal that determines the timing for selecting a gate wiring is generated and input to the buffer 722. The selection signal input to the buffer 722 is buffered and amplified and input to the gate wiring 704.
[0201]
When the gate wiring 704 is selected, the pixel TFT 705 having the gate electrode connected to the selected gate wiring 704 is turned on. Then, the sampled video signal input to the source wiring is input to the pixel electrode of the liquid crystal cell 706 via the pixel TFT 705 that is turned on. Then, the liquid crystal is driven according to the potential of the video signal, and an image is displayed.
[0202]
In the circuit included in the data line driver circuit 700 and the scan line driver circuit 701 in the liquid crystal display device illustrated in FIG. 25, the first electrode and the second electrode of the TFT are electrically connected. By applying the same voltage to the first electrode and the second electrode, the depletion layer spreads as fast as when the film thickness of the semiconductor film is substantially reduced, so that the subthreshold coefficient can be reduced. Further, the field effect mobility can be improved. Therefore, the on-current can be increased as compared with the case of one electrode. Therefore, the drive voltage can be reduced. In addition, since the on-current can be increased, the TFT size (especially the channel width) can be reduced. Therefore, the integration density can be improved.
[0203]
In the pixel portion 702, a common voltage is applied to one of the first electrode and the second electrode of the pixel TFT 705 used as a switching element. As a result, the variation in threshold value can be suppressed as compared with the case of one electrode, and the off-current can be suppressed.
[0204]
This embodiment can be implemented in combination with the first to sixth embodiments.
[0205]
(Example 8)
In this embodiment, an external view of a light-emitting device will be described using the present invention.
[0206]
26A is a top view of the light-emitting device, FIG. 26B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 26A, and FIG. 26C is BB of FIG. FIG.
[0207]
A sealant 4009 is provided so as to surround the pixel portion 4002, the data line driver circuit 4003, and the first and second scan line driver circuits 4004 a and 400 b provided over the substrate 4001. A sealing material 4008 is provided over the pixel portion 4002, the data line driver circuit 4003, and the first and second scan line driver circuits 4004a and 4004b. Therefore, the pixel portion 4002, the data line driver circuit 4003, and the first and second scan line driver circuits 4004 a and 400 b are sealed with a filler 4210 by the substrate 4001, the sealant 4009, and the sealant 4008. .
[0208]
The pixel portion 4002, the data line driver circuit 4003, and the first and second scan line driver circuits 4004a and 4004b provided over the substrate 4001 include a plurality of TFTs. In FIG. 26B, a CMOS 4201 included in the data line driver circuit 4003 and a driving TFT (TFT for controlling current to the OLED) 4202 included in the data line driver circuit 4003 and the pixel portion 4002 are typically formed over the base film 4010. Illustrated.
[0209]
In this embodiment, the CMOS 4201 uses a p-channel TFT or an n-channel TFT having the first electrode and the second electrode which are electrically connected according to the present invention, and the driving TFT 4202 includes the present TFT. The p-channel TFT having the first electrode and the second electrode which are electrically connected is used. Further, the pixel portion 4002 is provided with a storage capacitor (not shown) connected to the gate of the driving TFT 4202.
[0210]
A third insulating film 4301 is formed over the CMOS 4201 and the driving TFT 4202, and a pixel electrode (anode) 4203 electrically connected to the drain of the driving TFT 4202 is formed thereon. As the pixel electrode 4203, a transparent conductive film having a large work function is used. As the transparent conductive film, a compound of indium oxide and tin oxide, a compound of indium oxide and zinc oxide, zinc oxide, tin oxide, or indium oxide can be used. Moreover, you may use what added the gallium to the said transparent conductive film.
[0211]
A fourth insulating film 4302 is formed over the pixel electrode 4203, and an opening is formed over the pixel electrode 4203 in the fourth insulating film 4302. In this opening, an organic light emitting layer 4204 is formed on the pixel electrode 4203. A known organic light emitting material or inorganic organic light emitting material can be used for the organic light emitting layer 4204. The organic light emitting material includes a low molecular (monomer) material and a high molecular (polymer) material, either of which may be used.
[0212]
As a method for forming the organic light emitting layer 4204, a known vapor deposition technique or coating technique may be used. The structure of the organic light emitting layer may be a laminated structure or a single layer structure by freely combining a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, or an electron injection layer.
[0213]
On the organic light emitting layer 4204, a cathode 4205 made of a light-shielding conductive film (typically a conductive film containing aluminum, copper or silver as a main component or a laminated film of these with another conductive film) is formed. The In addition, it is desirable to remove moisture and oxygen present at the interface between the cathode 4205 and the organic light emitting layer 4204 as much as possible. Therefore, it is necessary to devise a method in which the organic light emitting layer 4204 is formed in a nitrogen or rare gas atmosphere and the cathode 4205 is formed without being exposed to oxygen or moisture. In this embodiment, the above-described film formation is possible by using a multi-chamber type (cluster tool type) film formation apparatus. The cathode 4205 is given a predetermined voltage.
[0214]
As described above, the OLED 4303 including the pixel electrode (anode) 4203, the organic light emitting layer 4204, and the cathode 4205 is formed. A protective film 4209 is formed on the insulating film 4302 so as to cover the OLED 4303. The protective film 4209 is effective in preventing oxygen, moisture, and the like from entering the OLED 4303.
[0215]
Reference numeral 4005 a denotes a lead wiring connected to the power supply line, and is electrically connected to the source region of the driving TFT 4202. The lead wiring 4005 a passes between the sealant 4009 and the substrate 4001 and is electrically connected to the FPC wiring 4301 included in the FPC 4006 through the anisotropic conductive film 4300.
[0216]
As the sealing material 4008, a glass material, a metal material (typically a stainless steel material), a ceramic material, or a plastic material (including a plastic film) can be used. As the plastic material, an FRP (Fiberglass-Reinforced Plastics) plate, a PVF (polyvinyl fluoride) film, a mylar film, a polyester film, or an acrylic resin film can be used. A sheet having a structure in which an aluminum foil is sandwiched between PVF films or mylar films can also be used.
[0217]
However, when the emission direction of light from the OLED is directed toward the cover material, the cover material must be transparent. In that case, a transparent material such as a glass plate, a plastic plate, a polyester film or an acrylic film is used.
[0218]
As the filler 4210, in addition to an inert gas such as nitrogen or argon, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin can be used. PVC (polyvinyl chloride), acrylic, polyimide, epoxy resin, silicone resin, PVB (Polyvinyl butyral) or EVA (ethylene vinyl acetate) can be used. In this example, nitrogen was used as the filler.
[0219]
In order to expose the filler 4210 to a hygroscopic substance (preferably barium oxide) or a substance capable of adsorbing oxygen, a recess 4007 is provided on the surface of the sealing material 4008 on the substrate 4001 side to adsorb the hygroscopic substance or oxygen. A possible substance 4207 is placed. In order to prevent the hygroscopic substance or the substance 4207 capable of adsorbing oxygen from scattering, the concave part cover material 4208 holds the hygroscopic substance or the substance 4207 capable of adsorbing oxygen in the concave part 4007. Note that the concave cover material 4208 has a fine mesh shape, and is configured to allow air and moisture to pass therethrough but not a hygroscopic substance or a substance 4207 capable of adsorbing oxygen. By providing the hygroscopic substance or the substance 4207 capable of adsorbing oxygen, deterioration of the OLED 4303 can be suppressed.
[0220]
As shown in FIG. 26C, the conductive film 4203a is formed so as to be in contact with the lead wiring 4005a at the same time as the pixel electrode 4203 is formed.
[0221]
The anisotropic conductive film 4300 has a conductive filler 4300a. By thermally pressing the substrate 4001 and the FPC 4006, the conductive film 4203a on the substrate 4001 and the FPC wiring 4301 on the FPC 4006 are electrically connected by the conductive filler 4300a.
[0222]
This embodiment can be implemented by being freely combined with Embodiments 1, 2, 3, 6 or 7.
[0223]
Example 9
The semiconductor device of the present invention can be used for various electronic devices.
[0224]
As an electronic device using the present invention, a video camera, a digital camera, a goggle type display (head mounted display), a navigation system, a sound reproduction device (car audio, audio component, etc.), a notebook type personal computer, a game device, a portable information terminal (Mobile computer, mobile phone, portable game machine, electronic book, or the like), an image playback device equipped with a recording medium (specifically, a recording medium such as a digital video disc (DVD) can be played back and the image can be displayed. And a device equipped with a display). Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.
[0225]
FIG. 27A illustrates a display device, which includes a housing 2001, a support base 2002, a display portion 2003, a speaker portion 2004, a video input terminal 2005, and the like. By using the present invention for the display portion 2003 and other circuits, the display device of the present invention is completed. The display device includes all display devices for displaying information such as a personal computer, a TV broadcast reception, and an advertisement display.
[0226]
FIG. 27B illustrates a digital still camera, which includes a main body 2101, a display portion 2102, an image receiving portion 2103, operation keys 2104, an external connection port 2105, a shutter 2106, and the like. By using the present invention for the display portion 2102 and other circuits, the digital still camera of the present invention is completed.
[0227]
FIG. 27C illustrates a laptop personal computer, which includes a main body 2201, a housing 2202, a display portion 2203, a keyboard 2204, an external connection port 2205, a pointing mouse 2206, and the like. By using the present invention for the display portion 2203 and other circuits, the notebook personal computer of the present invention is completed.
[0228]
FIG. 27D illustrates a mobile computer, which includes a main body 2301, a display portion 2302, a switch 2303, operation keys 2304, an infrared port 2305, and the like. By using the present invention for the display portion 2302 and other circuits, the mobile computer of the present invention is completed.
[0229]
FIG. 27E illustrates a portable image reproducing device (specifically, a DVD reproducing device) provided with a recording medium, which includes a main body 2401, a housing 2402, a display portion A2403, a display portion B2404, and a recording medium (DVD or the like). A reading unit 2405, operation keys 2406, a speaker unit 2407, and the like are included. A display portion A2403 mainly displays image information, and a display portion B2404 mainly displays character information. By using the present invention for the display portions A, B 2403, 2404 and other circuits, the image reproducing apparatus of the present invention is completed. Note that an image reproducing device provided with a recording medium includes a home game machine and the like.
[0230]
FIG. 27F illustrates a goggle type display (head mounted display), which includes a main body 2501, a display portion 2502, and an arm portion 2503. By using the present invention for the display portion 2502 and other circuits, the goggle type display of the present invention is completed.
[0231]
FIG. 27G shows a video camera, which includes a main body 2601, a display portion 2602, a housing 2603, an external connection port 2604, a remote control receiving portion 2605, an image receiving portion 2606, a battery 2607, an audio input portion 2608, operation keys 2609, and the like. . By using the present invention for the display portion 2602 and other circuits, the video camera of the present invention is completed.
[0232]
Here, FIG. 27H shows a mobile phone, which includes a main body 2701, a housing 2702, a display portion 2703, an audio input portion 2704, an audio output portion 2705, operation keys 2706, an external connection port 2707, an antenna 2708, and the like. By using the present invention for the display portion 2703 and other circuits, the cellular phone of the present invention is completed.
[0233]
As described above, the applicable range of the present invention is so wide that it can be used for electronic devices in various fields. In addition, this embodiment can be implemented in combination with Embodiments 1 to 8.
[0234]
(Example 10)
In this example, characteristics of a TFT in the case where the first electrode and the second electrode are electrically connected in the TFT of the present invention will be described.
[0235]
FIG. 28A is a cross-sectional view of a TFT in which the first electrode and the second electrode of the present invention are electrically connected. For comparison, a cross-sectional view of a TFT having only one electrode is shown in FIG. FIG. 29 shows the relationship between the gate voltage and the drain current obtained by simulation in the TFT shown in FIGS. 28A and 28B.
[0236]
The TFT illustrated in FIG. 28A includes a first electrode 2801, a first insulating film 2802 in contact with the first electrode 2801, a semiconductor film 2808 in contact with the first insulating film 2802, and a semiconductor film 2808. A second insulating film 2806 in contact with the second insulating film 2806 and a second electrode 2807 in contact with the second insulating film are provided. The semiconductor film 2808 includes a channel formation region 2803, a first impurity region 2804 in contact with the channel formation region 2803, and a second impurity region 2805 in contact with the first impurity region 2804.
[0237]
The first electrode 2801 and the second electrode 2807 overlap with each other with the channel formation region 2803 interposed therebetween. The same voltage is applied to the first electrode 2801 and the second electrode 2807.
[0238]
The first insulating film 2802 and the second insulating film 2806 are formed of silicon oxide. The first electrode and the second electrode 2807 are made of Al. The channel length is 7 μm, the channel width is 4 μm, the thickness of the first insulating film in the portion where the first gate electrode and the channel formation region overlap is 110 μm, the portion where the second gate electrode and the channel formation region overlap The thickness of the second insulating film is 110 μm. The thickness of the channel formation region is 50 nm, and the length of the first impurity region in the channel length direction is 1.5 μm.
[0239]
In the channel formation region 2803, 1 × 10 17 / Cm Three The p-type impurity is doped, and the first impurity region is 3 × 10 17 / Cm Three An impurity imparting n-type is doped, and the second impurity region has a concentration of 5 × 10 5. 19 / Cm Three An impurity imparting n-type is doped.
[0240]
The TFT illustrated in FIG. 28B includes a first insulating film 2902, a second insulating film 2906 in contact with the first insulating film 2902, and a second electrode 2907 in contact with the second insulating film. ing. The semiconductor film 2908 includes a channel formation region 2903, a first impurity region 2904 in contact with the channel formation region 2903, and a second impurity region 2905 in contact with the first impurity region 2904.
[0241]
The second electrode 2907 overlaps with the channel formation region 2903.
[0242]
The first insulating film 2902 and the second insulating film 2906 are formed of silicon oxide. The second electrode 2907 is made of Al. The channel length is 7 μm, the channel width is 4 μm, and the thickness of the second insulating film in the portion where the second gate electrode and the channel formation region overlap is 110 μm. The thickness of the channel formation region is 50 nm, and the length of the first impurity region in the channel length direction is 1.5 μm.
[0243]
In the channel formation region 2903, 1 × 10 17 / Cm Three The p-type impurity is doped, and the first impurity region is 3 × 10 17 / Cm Three An impurity imparting n-type is doped, and the second impurity region has a concentration of 5 × 10 5. 19 / Cm Three An impurity imparting n-type is doped.
[0244]
In FIG. 29, the horizontal axis represents the gate voltage, and the vertical axis represents the drain current. The value of the drain current with respect to the gate voltage of the TFT in FIG. 28A is indicated by a solid line, and the value of the drain current with respect to the gate voltage of the TFT in FIG.
[0245]
From FIG. 29, the mobility of the TFT in FIG. 2 / V · s and an S value of 0.118 V / dec were obtained. In FIG. 28B, the TFT mobility is 86.3 cm. 2 / V · s and an S value of 0.160 V / dec were obtained. Therefore, when the first electrode and the second electrode are provided and the second electrode is electrically connected, the mobility is higher and the S value is smaller than when only one electrode is provided. .
[0246]
Example 11
In this embodiment, an example of manufacturing a semiconductor film by a method different from that in Embodiment 1 will be described.
[0247]
In FIG. 30A, reference numeral 600 denotes a substrate having an insulating surface. In FIG. 30A, a substrate 600 can be a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like. Alternatively, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless steel substrate with an insulating film formed thereon may be used. Alternatively, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature in this step may be used.
[0248]
First, as illustrated in FIG. 30A, first electrodes 602 a and 602 b are formed over a substrate 600. The first electrodes 602a and 602b only need to be formed of a conductive material. Typically, it can be formed of one or more alloys or compounds selected from aluminum (Al), tungsten (W), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), and titanium (Ti). Alternatively, a stack of several conductive films may be used as the first electrode.
[0249]
A first insulating film 601 is formed on the insulating surface so as to cover the first electrodes 602a and 602b. The first insulating film 601 is formed using a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film (SiO x N y ) Etc. A typical example has a two-layer structure as the first insulating film 601, and SiH Four , NH Three And N 2 A first silicon oxynitride film formed using O as a reaction gas is formed in a thickness of 50 to 100 nm, SiH. Four And N 2 A structure in which a second silicon oxynitride film formed using O as a reaction gas is formed to a thickness of 100 to 150 nm is employed. Further, as one layer of the first insulating film 601, a silicon nitride film (SiN film) having a thickness of 10 nm or less, or a second silicon oxynitride film (SiN) x O y It is preferable to use a film (X >> Y). Since nickel tends to move to a region having a high oxygen concentration during gettering, it is extremely effective to use a silicon nitride film as the first insulating film in contact with the semiconductor film. Alternatively, a three-layer structure in which a first silicon oxynitride film, a second silicon oxynitride film, and a silicon nitride film are sequentially stacked may be used.
[0250]
Next, a first semiconductor layer 603 having an amorphous structure is formed over the first insulating film. For the first semiconductor layer 603, a semiconductor material containing silicon as its main component is used. Typically, an amorphous silicon film, an amorphous silicon germanium film, or the like is applied, and the film is formed to a thickness of 10 to 100 nm by a plasma CVD method, a low pressure CVD method, or a sputtering method. In order to obtain a semiconductor layer having a good crystal structure by subsequent crystallization, the concentration of impurities such as oxygen and nitrogen contained in the film of the first semiconductor layer 603 having an amorphous structure is set to 5 × 10. 18 /cm Three It may be reduced to (atomic concentration measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS)) or less. These impurities interfere with subsequent crystallization, and also increase the density of capture centers and recombination centers even after crystallization. Therefore, it is desirable not only to use a high-purity material gas but also to use an ultrahigh vacuum-compatible CVD apparatus equipped with a mirror surface treatment (electropolishing treatment) in the reaction chamber and an oil-free vacuum exhaust system.
[0251]
Next, as illustrated in FIG. 30B, the semiconductor layer 603 is crystallized by a laser crystallization method, so that a second semiconductor layer 605 having crystallinity is generated. Here, after the heat treatment for dehydrogenation (450 ° C., 1 hour), the semiconductor layer 603 was crystallized by a laser crystallization method. Note that laser irradiation was performed in air or an oxygen atmosphere. A pulse oscillation type or continuous emission type excimer laser having a wavelength of 400 nm or less, or a YAG laser can be used. Further, instead of excimer laser light, light emitted from an ultraviolet lamp may be used. In the case of using these lasers, it is preferable to use a method in which laser light emitted from a laser oscillator is linearly collected by an optical system and irradiated onto a semiconductor layer. Crystallization conditions are appropriately selected by the practitioner, but when an excimer laser is used, the pulse oscillation frequency is 300 Hz and the laser energy density is 100 to 400 mJ / cm. 2 (Typically 200-300mJ / cm 2 ). When using a YAG laser, the second harmonic and the third harmonic are used, the pulse oscillation frequency is 30 to 300 kHz, and the laser energy density is 300 to 600 mJ / cm. 2 (Typically 350-500mJ / cm 2 ) Then, when the laser beam condensed linearly with a width of 100 to 1000 μm, for example 400 μm, is irradiated over the entire surface of the substrate, the superposition ratio (overlap ratio) of the linear laser light at this time is 50 to 90%. Good.
[0252]
When laser light (first laser light) is irradiated, unevenness is formed on the surface of the second semiconductor layer and a thin oxide film 606 is formed. (Fig. 30 (B))
[0253]
Next, the oxide film 606 is removed with an etchant containing hydrofluoric acid.
[0254]
Next, the second semiconductor layer having a crystal structure is irradiated with laser light (second laser light) in a nitrogen atmosphere or in a vacuum. When laser light (second laser light) is irradiated, the difference in height of the irregularities formed by the irradiation of the first laser light (PV value: Peak to Valley, difference between the maximum and minimum heights) Is reduced, that is, planarized, and the third semiconductor layer 607 is formed. Here, the PV value of the unevenness may be observed with an AFM (atomic force microscope). Specifically, the surface where the PV value of the unevenness formed by the irradiation of the first laser beam was about 10 nm to 30 nm is changed to the PV value of the unevenness on the surface by the irradiation of the second laser beam. It can be 5 nm or less. As this laser light (second laser light), excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less, and second and third harmonics of a YAG laser are used. Further, instead of excimer laser light, light emitted from an ultraviolet lamp may be used.
[0255]
The energy density of the second laser beam is larger than the energy density of the first laser beam, preferably 30 to 60 mJ / cm. 2 Enlarge. However, the energy density of the second laser beam is 90 mJ / cm higher than the energy density of the first laser beam. 2 When the energy density is larger than the above, the surface roughness increases, and further, the crystallinity is lowered or microcrystallized, and the characteristics tend to deteriorate.
[0256]
Note that the irradiation with the second laser light is higher than the energy density of the first laser light, but the crystallinity hardly changes before and after the irradiation. Also, the crystal state such as the grain size hardly changes. That is, it seems that only the flattening is performed by the irradiation of the second laser beam.
[0257]
The merit that the semiconductor layer having a crystal structure is planarized by irradiation with the second laser light is very large. For example, since the planarity is improved, a second insulating film used as a gate insulating film to be formed later can be thinned, and the mobility of the TFT can be improved. In addition, when flatness is improved, off current can be reduced when a TFT is manufactured.
[0258]
Next, a semiconductor film having a desired shape is formed on the third semiconductor layer 607 by using a known patterning technique.
[0259]
This embodiment can be implemented in combination with any of Embodiments 1 to 10.
[0260]
Example 12
In this embodiment, a structure different from that of Embodiment 1 of a pixel of a light-emitting device which is one of semiconductor devices of the present invention will be described.
[0261]
FIG. 32 shows a top view of a pixel of the light emitting device of this embodiment.
[0262]
Reference numeral 901 denotes an n-channel TFT, and reference numeral 902 denotes a p-channel TFT. Reference numeral 903 denotes a source wiring, 904 denotes a power supply line, 905 denotes a gate wiring, 906 denotes a common wiring, and 911 denotes a capacitor semiconductor film.
[0263]
In this embodiment, the power supply line 904 and the gate wiring 905 are formed simultaneously from the same conductive film. In other words, the power supply line 904 and the gate wiring 905 are formed in the same layer. The gate wirings 905 included in adjacent pixels are connected to each other through a connection wiring 907 formed in the same layer as the common wiring 906.
[0264]
A part of the gate wiring 905 functions as a second electrode of the n-channel TFT 901. A part of the common wiring 906 functions as a first electrode of the n-channel TFT 901. In addition, one of the source region and the drain region of the n-channel TFT 901 is connected to the source wiring 903, and the other is connected to the first electrode 909 of the p-channel TFT 902 through a connection wiring 908 formed in the same layer as the source wiring 903. Connected to the second electrode 910.
[0265]
One of the source region and the drain region of the p-channel TFT 902 is connected to the power supply line 904 through a connection wiring 912 formed in the same layer as the source wiring 903, and the other is connected in the same layer as the source wiring 903. The pixel electrode 914 is connected to the pixel electrode 914 with the wiring 913 interposed therebetween.
[0266]
The first electrode 909 overlaps with the capacitor wiring 911 with a first insulating film (not shown) interposed therebetween. The capacitor wiring 911 is connected to the power supply line 904.
[0267]
In this embodiment, since the source wiring and the power supply line are formed in different layers, they can be overlapped with each other, and as a result, the aperture ratio can be increased. Note that the present invention is not limited to this structure, and the power supply line may be formed in a layer above the source wiring. Further, either the source wiring or the power supply line may be formed in the same layer as the common wiring.
[0268]
In this embodiment, even in a TFT in the same pixel, a TFT used as a switching element (in this embodiment, an n-channel TFT 901) applies a common voltage to the first electrode. By applying a common voltage to the first electrode, variation in threshold value can be suppressed as compared with a case where there is one electrode, and off-state current can be suppressed.
[0269]
In addition, a TFT (p-channel TFT 902 in this embodiment) that flows a larger current than a TFT used as a switching element electrically connects the first electrode and the second electrode. By applying the same voltage to the first electrode and the second electrode, the depletion layer spreads as fast as when the film thickness of the semiconductor film is substantially reduced, so that the subthreshold coefficient can be reduced. Further, the field effect mobility can be improved. Therefore, the on-current can be increased as compared with the case of one electrode. Therefore, the driving voltage can be lowered by using the TFT having this structure in the driving circuit. In addition, since the on-current can be increased, the TFT size (especially the channel width) can be reduced. Therefore, the integration density can be improved.
[0270]
(Example 13)
In this embodiment, an example of a thin film transistor included in a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0271]
FIG. 33 shows a cross-sectional view of the thin film transistor of this example. The thin film transistor illustrated in FIG. 33 includes a first electrode 3001, a first insulating film 3002 in contact with the first electrode 3001, a semiconductor film 3008 in contact with the first insulating film 3002, and a second film in contact with the semiconductor film 3008. Insulating film 3006 and second electrode 3007 in contact with the second insulating film. The semiconductor film 3008 includes a channel formation region 3003, a first impurity region 3004 in contact with the channel formation region 3003, and a second impurity region 3005 in contact with the first impurity region 3004.
[0272]
The concentration of one conductivity type impurity added to the first impurity region 3004 is lower than the concentration of one conductivity type impurity added to the second impurity region 3005.
[0273]
The first electrode 3001 and the second electrode 3007 overlap with each other with the channel formation region 3003 interposed therebetween. The same voltage is applied to the first electrode 3001 and the second electrode 3007.
[0274]
In the thin film transistor of this embodiment, the tapered portion of the first electrode 3001 overlaps with the first impurity region 3004. The first electrode 3001 is almost flat in a portion overlapping with the channel formation region 3003. With the above structure, the first electrode and the channel formation region overlap with each other with a substantially constant interval. In this state, the thickness of the first insulating film in the portion where the first electrode and the channel formation region overlap with each other and the thickness of the second insulating film in the portion where the second electrode and the channel formation region overlap with each other. If the film thickness is made substantially the same, the S value can be made smaller.
[0275]
This example can be implemented in combination with Examples 1-12.
[0276]
(Example 14)
In this embodiment, an actual measurement value of a drain current Id with respect to a voltage difference (gate voltage Vgs) between a second electrode and a source region in a TFT having two electrodes of the present invention will be described. Note that actual measurement values were obtained in each case when the first electrode was set to GND and when the first electrode and the second electrode were electrically connected. For comparison, the measured value of the drain current Id with respect to the gate voltage of the TFT without the first electrode was also obtained.
[0277]
A specific structure of the TFT used in this embodiment is shown in FIG. FIG. 37A shows a top view of a TFT having two electrodes of the present invention, and FIG. 37B shows a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. FIG. 37C shows a top view of a TFT having only a second electrode for comparison, and FIG. 37D shows a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.
[0278]
37A and 37B, a base film 901 using a SiNO film is formed with a thickness of 50 nm on a glass substrate 900, and W of 100 nm is first formed on the base film 901. The electrode 902 is formed. A first insulating film 903 that functions as a gate insulating film is formed over the base film 901 so as to cover the first electrode 902. Note that the first insulating film 903 was formed of a 110 nm SiNO film.
[0279]
A semiconductor film 904 having a thickness of 54 nm is formed over the first insulating film 903. Next, a second insulating film 905 having a thickness of 115 nm using a SiNO film was formed. A second electrode 906 including two conductive films 906a and 906b is formed over the second insulating film 905. In this embodiment, the second electrode 906 is formed by stacking 50 nm of TaN and 370 nmW. Further, an impurity is added to the semiconductor film 904, and the semiconductor film 904 includes a channel formation region 907 and an impurity region 908 sandwiching the channel formation region.
[0280]
The TFTs shown in FIGS. 37C and 37D are different from the TFTs shown in FIGS. 37A and 37B only in that the first electrode 902 is not provided.
[0281]
FIG. 34 shows measured values of the drain current Id with respect to the voltage difference (gate voltage Vgs) between the second electrode and the source region of the TFT shown in FIGS. 37C and 37D. In the TFTs shown in FIGS. 37A and 37B, when the first electrode 902 is set to GND, the drain current Id with respect to the voltage difference (gate voltage Vgs) between the second electrode and the source region. The measured value of is shown in FIG. In the TFT shown in FIGS. 37A and 37B, a voltage difference (gate voltage) between the second electrode and the source region when the first electrode 902 and the second electrode 906 are electrically connected to each other. The measured value of the drain current Id with respect to (Vgs) is shown in FIG. In each graph, the solid line indicates the drain current Id, and the broken line indicates the mobility.
[0282]
From the comparison between FIG. 34 and FIG. 35 and FIG. 36, the threshold value is closer to 0 and the S value is improved when the first electrode is provided, compared with the case where the first electrode is not provided. I understand. Further, from the comparison between FIG. 35 and FIG. 36, the on-current is higher when the first electrode and the second electrode are electrically connected than when the first electrode is grounded. You can see it gets higher.
[0283]
【The invention's effect】
In the present invention, by applying a common voltage to the first electrode, variation in threshold value can be suppressed as compared with the case where there is one electrode, and off current can be suppressed.
[0284]
In addition, by applying the same voltage to the first electrode and the second electrode, the depletion layer spreads quickly in the same way as the thickness of the semiconductor film is substantially reduced, so the subthreshold coefficient is reduced. And field effect mobility can be further improved. Therefore, the on-current can be increased as compared with the case of one electrode. Therefore, the driving voltage can be lowered by using the TFT having this structure in the driving circuit. In addition, since the on-current can be increased, the TFT size (especially the channel width) can be reduced. Therefore, the integration density can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a TFT of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a driver circuit and a pixel portion in a light-emitting device.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a driver circuit and a pixel portion in a light-emitting device.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a driver circuit and a pixel portion in a light-emitting device.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a driver circuit and a pixel portion in a light-emitting device.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a driver circuit and a pixel portion in a light-emitting device.
FIG. 7 is a top view illustrating a manufacturing process of a pixel portion of a light-emitting device.
FIG. 8 is a top view illustrating a manufacturing process of a pixel portion of a light-emitting device.
FIG 9 is a top view illustrating a structure of a pixel portion of a light-emitting device.
FIG 10 is a top view illustrating a structure of a pixel portion of a light-emitting device.
11 is a cross-sectional view illustrating a structure of a pixel portion of a light-emitting device.
FIG. 12 is a circuit diagram of a flip-flop circuit.
FIG. 13 is a top view of a flip-flop circuit.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a flip-flop circuit.
FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a driver circuit and a pixel portion in a liquid crystal display device.
FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a driver circuit and a pixel portion in a liquid crystal display device.
FIG 17 is a cross-sectional view illustrating a structure of a liquid crystal display device.
FIG. 18 is a top view illustrating a manufacturing process of a pixel portion in a liquid crystal display device.
FIG 19 is a top view illustrating a structure of a pixel portion of a liquid crystal display device.
FIG. 20 is a diagram showing a step of crystallizing a semiconductor layer.
FIG. 21 is a diagram showing a step of crystallizing a semiconductor layer.
FIG. 22 shows a step of crystallizing a semiconductor layer.
FIG. 23 is a diagram showing a step of crystallizing a semiconductor layer.
FIG 24 is a block diagram illustrating a structure of a light-emitting device.
FIG 25 is a block diagram illustrating a structure of a liquid crystal display device.
FIG 26 illustrates an external view and a cross-sectional view of a light-emitting device.
27 is a diagram of an electronic device using a semiconductor device of the invention. FIG.
FIG. 28 is a diagram showing a structure of a TFT used for simulation.
FIG. 29 is a graph showing characteristics of TFTs obtained by simulation.
FIG. 30 is a diagram showing a step of crystallizing a semiconductor layer.
FIG. 31 shows a circuit diagram of a general thin film transistor and a circuit diagram of a thin film transistor of the present invention.
FIG. 32 is a top view illustrating a structure of a pixel portion of a light emitting device.
FIG. 33 is a cross-sectional view of a thin film transistor of the present invention.
FIG. 34 shows measured values of Id-Vgs characteristics of a general TFT.
FIG. 35 shows measured values of Id-Vgs characteristics of the TFT of the present invention.
FIG. 36 shows measured values of Id-Vgs characteristics of the TFT of the present invention.
FIG. 37 is a top view and a cross-sectional view of a TFT for which an actual measurement value is obtained.

Claims (7)

第1の薄膜トランジスタと、第2の薄膜トランジスタと、発光素子とを有する半導体装置であって、
前記第1及び第2の薄膜トランジスタは、第1の電極と、前記第1の電極に接して形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜に接して形成された半導体膜と、前記半導体膜に接して形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜に接して形成された第2の電極とを有し、
前記第1の電極と前記第2の電極は、前記半導体膜が有するチャネル形成領域を間に挟んで重なり合っており、
前記発光素子は、第3の電極と、第4の電極と、前記第3の電極と前記第4の電極の間に設けられた発光層とを有し、
前記第1の薄膜トランジスタによって、前記第2の薄膜トランジスタが有する前記第2の電極へのビデオ信号の入力が制御されており、
前記第2の電極に入力されたビデオ信号によって前記第2の薄膜トランジスタのドレイン電流が制御されており、
前記ドレイン電流は前記第3の電極に入力されており、
前記第1の薄膜トランジスタはnチャネル型の薄膜トランジスタであり、
前記第2の薄膜トランジスタはpチャネル型の薄膜トランジスタであり、
前記第1の薄膜トランジスタの前記第1の電極に、一定の電圧が印加され、
前記第2の薄膜トランジスタが有する前記第1の電極と前記第2の電極は、互いに電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a first thin film transistor, a second thin film transistor, and a light emitting element,
The first and second thin film transistors include a first electrode, a first insulating film formed in contact with the first electrode, a semiconductor film formed in contact with the first insulating film, A second insulating film formed in contact with the semiconductor film; and a second electrode formed in contact with the second insulating film;
The first electrode and the second electrode overlap with each other with a channel formation region of the semiconductor film interposed therebetween,
The light emitting element includes a third electrode, a fourth electrode, and a light emitting layer provided between the third electrode and the fourth electrode,
The video signal input to the second electrode of the second thin film transistor is controlled by the first thin film transistor,
A drain current of the second thin film transistor is controlled by a video signal input to the second electrode;
The drain current is input to the third electrode;
The first thin film transistor is an n-channel thin film transistor;
The second thin film transistor is a p-channel thin film transistor,
A constant voltage is applied to the first electrode of the first thin film transistor;
The semiconductor device, wherein the first electrode and the second electrode of the second thin film transistor are electrically connected to each other.
第1の薄膜トランジスタと、第2の薄膜トランジスタと、発光素子とを有する半導体装置であって、
前記第1及び第2の薄膜トランジスタは、第1の電極と、前記第1の電極に接して形成された第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜に接して形成された半導体膜と、前記半導体膜に接して形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜に接して形成された第2の電極とを有し、
前記第1の電極と前記第2の電極は、前記半導体膜が有するチャネル形成領域を間に挟んで重なり合っており、
前記発光素子は、第3の電極と、第4の電極と、前記第3の電極と前記第4の電極の間に設けられた発光層とを有し、
前記第1の薄膜トランジスタによって、前記第2の薄膜トランジスタが有する前記第2の電極へのビデオ信号の入力が制御されており、
前記第2の電極に入力されたビデオ信号によって前記第2の薄膜トランジスタのドレイン電流が制御されており、
前記ドレイン電流は前記第3の電極に入力されており、
前記第1の薄膜トランジスタはnチャネル型の薄膜トランジスタであり、
前記第2の薄膜トランジスタはpチャネル型の薄膜トランジスタであり、
前記第1の薄膜トランジスタの前記第1の電極に、一定の電圧が印加され、
前記第2の薄膜トランジスタが有する前記第1の電極と前記第2の電極は、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a first thin film transistor, a second thin film transistor, and a light emitting element,
The first and second thin film transistors include a first electrode, a first insulating film formed in contact with the first electrode, a semiconductor film formed in contact with the first insulating film, A second insulating film formed in contact with the semiconductor film; and a second electrode formed in contact with the second insulating film;
The first electrode and the second electrode overlap with each other with a channel formation region of the semiconductor film interposed therebetween,
The light emitting element includes a third electrode, a fourth electrode, and a light emitting layer provided between the third electrode and the fourth electrode,
The video signal input to the second electrode of the second thin film transistor is controlled by the first thin film transistor,
A drain current of the second thin film transistor is controlled by a video signal input to the second electrode;
The drain current is input to the third electrode;
The first thin film transistor is an n-channel thin film transistor;
The second thin film transistor is a p-channel thin film transistor,
A constant voltage is applied to the first electrode of the first thin film transistor;
The first electrode and the second electrode of the second thin film transistor are electrically connected through a contact hole formed in the first insulating film and the second insulating film. A semiconductor device characterized by the above.
請求項1または請求項2において、
前記第1の薄膜トランジスタの第1の電極に、前記第1の薄膜トランジスタの閾値の電圧よりも低い一定の電圧が印加されていることを特徴とする半導体装置。
In claim 1 or claim 2 ,
A semiconductor device, wherein a constant voltage lower than a threshold voltage of the first thin film transistor is applied to the first electrode of the first thin film transistor.
請求項1乃至請求項のいずれか1項において、
前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜の誘電率が同じであり、
前記第1の絶縁膜の前記第1の電極と重なっている部分における膜厚と、前記第2の絶縁膜の前記第2の電極と重なっている部分における膜厚が同じであることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
The first insulating film and the second insulating film have the same dielectric constant,
The film thickness of the portion of the first insulating film overlapping the first electrode is the same as the film thickness of the second insulating film overlapping the second electrode. Semiconductor device.
請求項1乃至請求項のいずれか1項において、
前記チャネル形成領域と前記第1の電極とが重なっている部分における前記第1の絶縁膜の膜厚をd1とし、前記チャネル形成領域と前記第2の電極とが重なっている部分における前記第2の絶縁膜の膜厚をd2とすると、|d1−d2|/d1≦0.1、かつ|d1−d2|/d2≦0.1を満たしていることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
The film thickness of the first insulating film in the portion where the channel formation region and the first electrode overlap is defined as d1, and the second portion in the portion where the channel formation region and the second electrode overlap. A semiconductor device characterized by satisfying | d1-d2 | /d1≦0.1 and | d1-d2 | /d2≦0.1, where d2 is the thickness of the insulating film.
請求項1乃至請求項のいずれか1項において、
前記チャネル形成領域と前記第1の電極とが重なっている部分における前記第1の絶縁膜の膜厚をd1とし、前記チャネル形成領域と前記第2の電極とが重なっている部分における前記第2の絶縁膜の膜厚をd2とすると、|d1−d2|/d1≦0.05、かつ|d1−d2|/d2≦0.05を満たしていることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3 ,
The film thickness of the first insulating film in the portion where the channel formation region and the first electrode overlap is defined as d1, and the second portion in the portion where the channel formation region and the second electrode overlap. A semiconductor device characterized in that | d1-d2 | /d1≦0.05 and | d1-d2 | /d2≦0.05 are satisfied, where d2 is the thickness of the insulating film.
請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の半導体装置を用いることを特徴とする表示装置、デジタルスチルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、モバイルコンピュータ、画像再生装置、ゴーグル型ディスプレイ、ビデオカメラまたは携帯電話。A display device, a digital still camera, a notebook personal computer, a mobile computer, an image reproducing device, a goggle type display, a video camera, or the like characterized by using the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6. mobile phone.
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