JP2008112909A - Thin film semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な電気的特性を備える薄膜半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】薄膜半導体装置10は、半導体膜13、ゲート絶縁膜18、ゲート電極21まではパターンなどを設けないで平坦なまま形成され、さらに半導体層13、ゲート絶縁膜18の下層には段差を生じさせる層が形成されていない。従って、ゲート絶縁膜18に、亀裂等が生じず、ゲートリーク電流を抑制させることができ、良好な電気的特性を備える薄膜半導体装置10を提供することができる。
【選択図】図3A thin film semiconductor device having good electrical characteristics and a method for manufacturing the same are provided.
A thin film semiconductor device is formed flat without providing a pattern or the like up to a semiconductor film, a gate insulating film, and a gate electrode, and further, a step is formed under the semiconductor layer and the gate insulating film. The layer which produces is not formed. Therefore, the gate insulating film 18 can be provided with the thin film semiconductor device 10 that is free from cracks and the like, can suppress gate leakage current, and has good electrical characteristics.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、薄膜半導体装置及びその製造方法に関し、特にガラス又は樹脂からなる基板もしくはフイルム上に形成された薄膜半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a thin film semiconductor device formed on a substrate or film made of glass or resin and a manufacturing method thereof.
例えばパーソナルコンピュータ、テレビ等の電気機器において、液晶表示装置が用いられている。液晶表示装置では、高精細化、信号処理の高速化、大画面化が技術開発の重要な課題とされている。これらの課題を解決するため、液晶表示装置を構成する画素を駆動するために用いられている薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;以下、TFT)の性能向上が進められている。TFTの解決すべき主要な課題としては、キャリアの移動度の向上、トランジスタ非駆動時の電流(オフ電流あるいはサブスレショルド電流と呼ばれる:Ioff)の低減が挙げられる。 For example, liquid crystal display devices are used in electrical devices such as personal computers and televisions. In the liquid crystal display device, high definition, high speed signal processing, and large screen are regarded as important issues for technological development. In order to solve these problems, the performance of thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) used to drive pixels constituting a liquid crystal display device has been improved. Major problems to be solved by TFT include improvement of carrier mobility and reduction of current when the transistor is not driven (referred to as off current or subthreshold current: Ioff).
また、薄膜トランジスタとして種々の構造が提案されており、具体的にはトップゲート型とボトムゲート型が採用されている。前者はゲート電極を半導体薄膜層の下に形成しており、後者は半導体層より上にゲート電極を形成した構造を特徴とする。トップゲート型のTFTは例えば特許文献1に開示されている。
Various structures have been proposed as thin film transistors. Specifically, a top gate type and a bottom gate type are employed. The former is characterized in that the gate electrode is formed under the semiconductor thin film layer, and the latter is characterized in that the gate electrode is formed above the semiconductor layer. A top gate type TFT is disclosed in, for example,
一般に非晶質シリコン半導体薄膜を用いたTFTではボトムゲート型が採用されており、レーザアニール技術を用いた多結晶シリコン(ポリシリコンあるいはpoly Siと呼ばれることもある)、いわゆる低温多結晶シリコンからなるTFTではトップゲート型が多く採用されている。 In general, a TFT using an amorphous silicon semiconductor thin film adopts a bottom gate type, and is made of polycrystalline silicon using a laser annealing technique (sometimes called polysilicon or poly Si), so-called low-temperature polycrystalline silicon. Many TFTs are of the top gate type.
そして、最近の高性能液晶表示装置では低温多結晶シリコンを用いたトップゲート型TFTの採用が以下の理由から増えつつある。第一の要因は、ボトムゲート型を適用するとシリコンを溶融する際に、その下層にゲート絶縁膜や金属などのゲート電極が加熱され、これらが反応する可能性があること、また下地段差上のシリコン膜を溶融して再結晶化する際に、段差上で結晶粒成長が阻害されるなどの欠点があるためである。 In recent high-performance liquid crystal display devices, the use of top gate type TFTs using low-temperature polycrystalline silicon is increasing for the following reasons. The first factor is that when the bottom gate type is applied, when silicon is melted, the gate electrode such as a gate insulating film or metal is heated in the lower layer, and there is a possibility that these will react, and on the base step This is because, when the silicon film is melted and recrystallized, there is a drawback that crystal grain growth is inhibited on the step.
多結晶シリコン膜を構成する結晶粒の粒径は下地界面近傍で小さく、膜の表面側で大きくなることが多い。これは膜形成初期に下地上に形成された初期結晶核およびその後のレーザ照射により溶融・再結晶化する際に下地材の元素との結合、密着力、凝集力などの下地層に起因した因子により結晶粒の成長が抑制されるためである。そして界面から離れるにしたがってこれらの要因の結晶粒成長への影響が小さくなるために粒が大きくなる。 The grain size of the crystal grains constituting the polycrystalline silicon film is often small near the base interface and large on the surface side of the film. This is because of the initial crystal nuclei formed on the substrate at the initial stage of film formation and the factors resulting from the underlying layer, such as bonding to the base material elements, adhesion, and cohesive strength when melted and recrystallized by laser irradiation. This is because the growth of crystal grains is suppressed. As the distance from the interface increases, the influence of these factors on crystal grain growth becomes smaller, and the grains become larger.
多結晶半導体膜内でのキャリアは主に結晶粒界で散乱され、その移動度が低下する。したがって高移動度の高性能TFTを実現するには結晶粒が大きいことが望まれる。つまり、移動度の面からも同じ膜内でも比較的大きな結晶粒の表面近傍をチャンネル領域とするトップゲート型TFT構造が採用される。
ところで、特許文献1に開示されたトップゲート型の薄膜半導体装置では、多結晶シリコン層を形成し半導体層として機能する領域を形成した上で、半導体層上にゲート絶縁膜が形成される。更に、このゲート絶縁膜上にゲート電極が形成される。従って、半導体層周辺領域に形成されたゲート絶縁膜、ゲート電極に段差が生じこの段差に起因して、ゲート絶縁膜、ゲート電極に亀裂等が発生する問題がある。このような亀裂が生ずると、リーク電流の発生、絶縁破壊電圧の低下等が生じ、薄膜半導体装置の電気的特性が低下する。
By the way, in the top gate type thin film semiconductor device disclosed in
本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、良好な電気的特性を備える薄膜半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a thin film semiconductor device having good electrical characteristics and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る薄膜半導体装置は、
基板と、
前記基板上に形成された半導体層と、
前記半導体層上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極を備え、
前記ゲート絶縁膜及び前記半導体層は、段差が生じないよう平坦に形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a thin film semiconductor device according to the first aspect of the present invention provides:
A substrate,
A semiconductor layer formed on the substrate;
A gate insulating film provided on the semiconductor layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
The gate insulating film and the semiconductor layer are formed flat so as not to cause a step.
前記基板と前記半導体層との間には絶縁膜が形成されてもよい。 An insulating film may be formed between the substrate and the semiconductor layer.
前記ゲート電極と前記ゲート絶縁膜の側面とを覆うように、前記半導体層上に形成された側壁絶縁膜を更に備えてもよい。 A sidewall insulating film formed on the semiconductor layer may be further provided so as to cover the gate electrode and the side surface of the gate insulating film.
前記半導体層の表面領域には、不純物が拡散された第1の不純物拡散領域が形成され、
更に前記側壁絶縁膜下には不純物が拡散された第2の不純物拡散領域が形成され、
前記第2の不純物拡散領域の不純物濃度は、前記第1の不純物拡散領域の不純物濃度より低くてもよい。
A first impurity diffusion region in which impurities are diffused is formed in the surface region of the semiconductor layer,
Further, a second impurity diffusion region in which impurities are diffused is formed under the sidewall insulating film,
The impurity concentration of the second impurity diffusion region may be lower than the impurity concentration of the first impurity diffusion region.
前記基板は、ガラス基板、樹脂フィルムから構成されてもよい。 The said board | substrate may be comprised from a glass substrate and a resin film.
前記半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、これらの混合物、これらの材料の炭化物のうちの一種類からなる単層もしくはこれらの材料の重ね構造からなってもよい。 The semiconductor layer may be composed of a single layer made of silicon, germanium, a mixture thereof, or a carbide of these materials, or a stacked structure of these materials.
前記半導体層は、半導体特性を有する酸化物、炭化物そして硫化物、セレン化合物、テルル化合物などのカルコゲナイド膜の単層もしくはこれらの材料薄膜の重ね構造からなってもよい。 The semiconductor layer may be composed of a single layer of a chalcogenide film such as an oxide, carbide, sulfide, selenium compound or tellurium compound having semiconductor characteristics, or a stacked structure of these material thin films.
前記半導体層には、りん、砒素、アンチモン、ボロン、アルミニウムあるいはインジウムなどを拡散させてもよい。 In the semiconductor layer, phosphorus, arsenic, antimony, boron, aluminum, indium, or the like may be diffused.
前記半導体層は、複数元素から構成されており、かつ前記構成元素が薄膜の膜厚方向でその組成に分布が存在してもよい。 The semiconductor layer may be composed of a plurality of elements, and the constituent elements may have a distribution in the composition in the film thickness direction of the thin film.
上記目的を達成するため、本発明の第2の観点に係る薄膜半導体装置の製造方法は、
基板上に半導体膜を形成し、前記半導体膜上に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に導電膜を形成し、前記半導体膜と前記絶縁膜と前記導電膜とからなる積層膜を形成する積層膜形成工程と、
前記導電膜を所定パターンに形成し、ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記絶縁膜を所定パターンに形成し、ゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記半導体膜を所定のパターンに形成し、半導体層を形成する半導体層形成工程を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a thin film semiconductor device according to the second aspect of the present invention includes:
A semiconductor film is formed over the substrate, an insulating film is formed over the semiconductor film, a conductive film is formed over the insulating film, and a stacked film including the semiconductor film, the insulating film, and the conductive film is formed. A laminated film forming step;
Forming a conductive film in a predetermined pattern and forming a gate electrode;
Forming a gate insulating film by forming the insulating film in a predetermined pattern; and
A semiconductor layer forming step of forming the semiconductor film in a predetermined pattern and forming a semiconductor layer is provided.
前記絶縁膜を動作領域に対応するパターンに形成する絶縁膜加工工程を更に備え、
前記半導体層形成工程では、動作領域に対応するパターンに形成された前記絶縁膜をマスクとして前記半導体層を形成してもよい。
Further comprising an insulating film processing step of forming the insulating film in a pattern corresponding to an operation region;
In the semiconductor layer forming step, the semiconductor layer may be formed using the insulating film formed in a pattern corresponding to an operation region as a mask.
前記ゲート絶縁膜形成工程では、前記ゲート電極をマスクとして前記半導体層上に形成された前記絶縁膜を除去することによってゲート絶縁膜を形成してもよい。 In the gate insulating film forming step, the gate insulating film may be formed by removing the insulating film formed on the semiconductor layer using the gate electrode as a mask.
前記半導体層上に前記絶縁膜が形成された状態で、前記絶縁膜を介して不純物を前記半導体層に導入する不純物導入工程を更に備えてもよい。 An impurity introducing step of introducing impurities into the semiconductor layer through the insulating film in a state where the insulating film is formed on the semiconductor layer may be further provided.
前記半導体層上の前記絶縁膜が除去された状態で、前記絶縁膜を介して不純物を前記半導体層に導入する不純物導入工程を更に備えてもよい。 An impurity introducing step of introducing impurities into the semiconductor layer through the insulating film in a state where the insulating film on the semiconductor layer is removed may be further provided.
前記基板は、ガラス基板、樹脂フィルムから構成されてもよい。 The said board | substrate may be comprised from a glass substrate and a resin film.
前記半導体層は、シリコン、ゲルマニウム、これらの混合物、これらの材料の炭化物のうちの一種類からなる単層もしくはこれらの材料の重ね構造からなってもよい。 The semiconductor layer may be composed of a single layer made of silicon, germanium, a mixture thereof, or a carbide of these materials, or a stacked structure of these materials.
前記半導体層は、半導体特性を有する酸化物、炭化物そして硫化物、セレン化合物、テルル化合物などのカルコゲナイド膜の単層もしくはこれらの材料薄膜の重ね構造からなってもよい。 The semiconductor layer may be composed of a single layer of a chalcogenide film such as an oxide, carbide, sulfide, selenium compound or tellurium compound having semiconductor characteristics, or a stacked structure of these material thin films.
前記半導体層には、りん、砒素、アンチモン、ボロン、アルミニウム、インジウムあるいはガリウムなどを含有させてもよい。 The semiconductor layer may contain phosphorus, arsenic, antimony, boron, aluminum, indium, gallium, or the like.
前記半導体層は、複数元素から構成されており、かつ前記構成元素が薄膜の膜厚方向でその組成に分布が存在してもよい。 The semiconductor layer may be composed of a plurality of elements, and the constituent elements may have a distribution in the composition in the film thickness direction of the thin film.
本発明によれば、ゲート絶縁膜の下地を平坦に形成することにより、良好な電気的特性を備える薄膜半導体装置及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a thin film semiconductor device having good electrical characteristics and a method for manufacturing the same by forming the base of the gate insulating film flat.
以下、本発明の実施形態に係る薄膜半導体装置及びその製造方法について図面を参照して説明する。 Hereinafter, a thin film semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の実施形態に係る薄膜半導体装置10を図1乃至3に示す。図1は、薄膜半導体装置10を示す平面図である。図2は、図1に示すII−II線断面図であり、図3は図1に示すIII−III線断面図である。薄膜半導体装置10は、例えば液晶表示装置の画素電極に信号を供給するために用いられる。
A thin
本実施形態に係る薄膜半導体装置10は、基板11と、第1絶縁層(アンダーコート層)12と、半導体層13と、チャネル領域14と、ソース領域15、ドレイン領域16と、層間絶縁膜17と、ゲート絶縁膜18と、ゲート電極21と、ソース電極22と、ドレイン電極23と、ゲート引出電極24を備える。また、薄膜半導体装置10には、薄膜半導体装置10が設置される液晶表示装置(図示せず)に所定信号を供給するための透明電極31が形成される。
The thin
基板11は、例えばガラス基板、樹脂基板等から構成される。基板11上には第1絶縁層(アンダーコート層)12が形成される。なお、基板11としては、サファイア基板、シリコン単結晶基板、その他の絶縁、半絶縁または半導体基板、プラスティックなどの樹脂フィルムならびにそれらの複合体を用いることも可能である。
The
第1絶縁層(アンダーコート層)12は、基板11の主面上に形成される。第1絶縁層12は、例えば100nmの厚みに形成されたシリコン窒化膜12aと、例えば100nmの厚みでシリコン窒化膜12a上に形成されたシリコン酸化膜12bと、から構成される。レーザ熱処理のような高温熱処理が加えられる場合等のプロセスにおいて基板に含有している不純物が半導体層13あるいはゲート絶縁膜18に拡散すると、閾値電圧等のMOSトランジスタ特性の安定性、TFTの信頼性を損なうおそれがあるが、本実施形態では第1絶縁層12を形成することによって、不純物が半導体層等に拡散することを抑止することができるため、特性の安定性、良好な信頼性を得ることができる。
The first insulating layer (undercoat layer) 12 is formed on the main surface of the
半導体層13は、例えばSiGeから構成される。半導体層13は、第1絶縁層12上に形成され、例えば100nmの厚みを備える。また、半導体層13の表面領域には、チャネル領域14とソース領域15とドレイン領域16とが形成される。また、本実施形態では、詳細に後述するように半導体層13の上面は平坦に形成される。このように半導体層13の上面が平坦に形成されることによって、ゲート絶縁膜18、ゲート電極21を平坦に形成することができる。また、半導体層13の表面領域は、詳細に後述するようにランプアニールによって処理が施されることにより、アニールを施さない場合と比較して結晶粒径が大きく形成される。これにより、半導体層13内の電子/正孔の移動度を向上させることができる。
The
なお、半導体層13は、Si・Ge系以外にも半導体特性を有するZnOなどの酸化物、SiCなどの炭化物、ZnSなどの硫化物、ZnSeなどのセレン化合物、ZnTeなどのテルル化合物などのいわゆるカルコゲナイド膜の単層膜もしくはこれらの材料の薄膜が積層された積層膜から形成されても良い。
The
ソース領域15は、半導体層13の表面領域に形成される。ソース領域15には、リン、ボロン等のn型又はp型の不純物が拡散されている。また、ソース領域15の上面にはソース電極22が形成される。
The
ドレイン領域16は、半導体層13の表面領域に形成される。ドレイン領域16には、リン、ボロン等のn型又はp型の不純物が拡散されている。また、ドレイン領域16の上面にはドレイン電極23が形成される。なお、該ソースおよびドレインを形成する半導体層がZnOなどSiやSiGeなどのSi系材料でない場合は、該半導体材料においてn型又はp型の不純物を形成することができる不純物を導入される。例えば半導体層がZnOの場合は、代表的な不純物としてはn型領域にはガリウムやアルミニウムを含有させ、p型域には窒素やリチウムなどが導入される。
The
チャネル領域14は、半導体層13の上面に形成される。チャネル領域14は、ゲート電極21に所定の電圧が印加された際、導電型が反転し、チャネルが形成される領域であり、半導体層がSi系の場合はリンやボロン等の不純物が拡散されることがある。なお、所定の閾値電圧を実現するため、イオン注入法等によって、1013atoms/cm2〜1014atoms/cm2のオーダーのドーピングが施されている。
The
層間絶縁膜17は、絶縁材料、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等から構成され、第1絶縁層12と、半導体層13と、の上面を覆うように形成される。層間絶縁膜17には、ソース電極22を形成するためのコンタクト孔17sと、ドレイン電極23を形成するためのコンタクト孔17dと、ゲート引出電極24を形成するためのコンタクト孔17gと、が形成される。層間絶縁膜17は、例えば500nmの厚みに形成される。
The
ゲート絶縁膜18は、絶縁材料、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等から構成され、半導体層13上に形成される。ゲート絶縁膜18上にはゲート電極21(ゲート電極配線)が形成される。詳細に後述するように、ゲート絶縁膜18は、アンダーコート層12上にSiGe膜を形成し、更にSiGe膜上にシリコン酸化膜を形成し、パターニングによってゲート絶縁膜18を形成する。これにより、ゲート絶縁膜18は平坦に形成され、特に図2及び図3に示すように、半導体層13の周縁部において、段差を生じさせずに形成される。これにより、段差に起因する亀裂の発生を抑制させることができ、リーク電流の発生を抑制することができ、薄膜半導体装置10は、良好な電気的特性を備える。また、ゲート絶縁膜18は、例えば100nmの厚みに形成される。
The
ゲート電極21は、導電材料、例えばクロム、タングステン等から形成され、ゲート絶縁膜18上に形成される。ゲート電極21は例えば150nmの厚みに形成される。また、本実施形態では、詳細に後述するように平坦に形成された半導体層13上にゲート絶縁膜18を形成した上で、ゲート電極21を形成するため、ゲート電極21はゲート絶縁膜18上に平坦に形成される。このゲート電極21へ層間絶縁膜17に設けたコンタクト孔17gから、電圧を印加する。従って、例えば所定パターンに形成され段差が形成された半導体層を覆うようにゲート絶縁膜を形成し、その上にゲート電極を形成する場合と異なり、図2に示すようにゲート電極21に段差を生じさせることなく、平坦に形成することができる。従って、ゲート電極21の動作の安定性、信頼性を確保することができる。
The
ソース電極22は、導電材料、例えばアルミニウム等から形成され、層間絶縁膜17に設けられたコンタクト孔17sを充填するように形成される。なお、コンタクト孔17sの側壁にはバリア層として、窒化チタン膜が形成されている。
The
ドレイン電極23は、導電材料、例えばアルミニウム等から形成され、層間絶縁膜17に設けられたコンタクト孔17dを充填するように形成される。なお、コンタクト孔17dの側壁にはバリア層として、窒化チタン膜が形成されている。
The
透明電極31は、例えば透光性を備える材料、インジウムスズ酸化膜(ITO:Indium Tin Oxide)から構成され、薄膜半導体装置10が設置された液晶表示部(図示せず)へ電圧を印加する。透明電極31は例えば100nmの厚みに形成される。
The
本実施形態の薄膜半導体装置10は、ゲート絶縁膜18が形成される領域下が平坦に形成されるため、ゲート絶縁膜18に段差が生じず、段差に起因する亀裂等が抑制されたゲート絶縁膜18を備える。従って、亀裂の発生等によって電気的特性が低下することを良好に抑制され、良好な電気的特性を有する薄膜半導体装置10を提供することができる。
In the thin
特に、本発明は実用TFTで用いられている融点の低いガラス基板や樹脂基板を備える薄膜半導体装置に有用である。なぜなら、例えば1400℃程度の比較的高い融点を持つシリコン基板上に形成されるLSI(Large Scale Integration)では、膜形成時及び/又は形成後に800℃ないし1050℃の高温熱プロセスを経るため、この高温熱プロセス過程で膜内に生じた欠陥を減少させることも可能である。しかし、TFTでは一般に用いられる価格の安い低融点ガラス基板あるいはプラスチックフイルムでは、半導体膜やゲート絶縁膜を形成するプロセスは500℃程度以下の低温で行うことが求められ、かつ膜形成後の熱処理も同様の温度に制限される。従って、膜内に生じた欠陥を減少させることが難しい。なお、膜内に生じる欠陥を減少させる方法としては、500℃程度の低温熱処理でも流動性がある低融点の材料を用いることも考えられる。しかし、この場合、膜形成後のプロセス温度が100℃ないし200℃程度の低温でも原子の移動が生じやすく、また熱を加えて行う長期信頼度テストにおいてもトランジスタの閾値電圧などの電気特性の変動が生じやすくなるため、実用TFTに適用するのは困難であるためである。 In particular, the present invention is useful for a thin film semiconductor device including a glass substrate or a resin substrate having a low melting point used in a practical TFT. This is because an LSI (Large Scale Integration) formed on a silicon substrate having a relatively high melting point of about 1400 ° C., for example, undergoes a high-temperature thermal process of 800 ° C. to 1050 ° C. during and / or after film formation. It is also possible to reduce defects generated in the film during the high temperature thermal process. However, in a low-melting glass substrate or plastic film, which is generally used for TFT, the process for forming a semiconductor film or a gate insulating film is required to be performed at a low temperature of about 500 ° C. or less, and heat treatment after film formation is also performed. Limited to similar temperatures. Therefore, it is difficult to reduce defects generated in the film. As a method for reducing defects generated in the film, it is conceivable to use a material having a low melting point that has fluidity even at a low temperature heat treatment of about 500 ° C. However, in this case, atom migration is likely to occur even when the process temperature after film formation is as low as about 100 ° C. to 200 ° C., and in the long-term reliability test performed by applying heat, the electrical characteristics such as the threshold voltage of the transistor fluctuate. This is because it is difficult to apply to a practical TFT.
次に、本発明の実施形態1に係る薄膜半導体装置の製造方法について、図4乃至図6を用いて説明する。 Next, a method for manufacturing the thin film semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、例えばガラス基板からなる基板11を用意する。この基板11の一主面上に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法等によってシリコン窒化膜12aを、例えば100nmの厚みで形成する。さらにシリコン窒化膜12a上に、例えばCVD法等によってシリコン酸化膜12bを、例えば100nmの厚みで形成する。これにより図4(a)に示すように、第1絶縁層(アンダーコート層)12が形成される。
First, for example, a
次に、第1絶縁層12の上面に、例えばSiGeから構成されるSiGe層81を、例えば100nmの厚みに形成する。SiGe膜形成温度を400℃以上、例えば450℃と比較的高温で行うと良い。これにより膜形成過程で粗大結晶粒を有する膜を得ることができ、半導体層内の電子/正孔の移動度を高めることができる。
Next, a
続いて、CVD等によって、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなる第2の絶縁層82を、図4(b)に示すように例えば100nmの厚みでSiGe層81の上面全体に形成する。
Subsequently, a second insulating
次に、第2の絶縁層82を介してSiGe層81に対して、YAGレーザ(試料によってはエキシマレーザ使用)で数ナノ秒の光パルスを照射し、膜全体を再結晶化させる。なお、このように該半導体層形成後に熱処理を加えて粗大結晶粒の膜を得る場合は、成膜時はできるだけ非晶質に近い微結晶状態の膜を準備したほうが熱処理後に粗大な粒径を有する多結晶膜を得やすい場合がある。
Next, the
次に、第2絶縁層82上に、図4(c)に示すように例えばレジスト等を用いて、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域に対応する開口83aが形成されたマスク83を形成する。マスク83に形成された開口83aを介して、りんやボロンなどの不純物を、所定の値の閾値電圧を有する薄膜トランジスタを実現するため1013atoms/cm2〜1014atoms/cm2程度の不純物濃度でSiGe層82に導入する。これにより、図4(c)に示すように不純物層85を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, a
第2絶縁層82上に、PVD(Physical Vapor Deposition)法等によって、例えばクロムやタングステンからなる金属膜86を、図5(d)に示すように例えば150nmの厚みで形成する。
A
続いて、金属膜86上に、ゲート電極のパターンに加工する為のマスクとしてシリコン窒化膜を形成する(図示せず)。次に、フォトリソグラフィ技術と、ドライエッチング技術を用いて、シリコン窒化膜をゲート電極に対応するパターンに形成する。このシリコン窒化膜をマスクとして、ドライエッチングによって金属膜86をパターニングする。これにより、図5(e)に示すようにゲート電極21を形成する。
Subsequently, a silicon nitride film is formed on the
次に、ゲート電極21周辺に形成された第2絶縁膜82を、図5(f)に示すように半導体層13に対応する領域が残るようエッチング等によって除去し、ゲート絶縁膜18を形成する。
Next, the second insulating
次に、図6(g)に図示される如く、デバイス領域以外のゲート絶縁膜18および半導体層13を除去する。基板11上には複数の半導体装置が形成されており、それぞれの半導体装置間の分離は、半導体層を薄膜半導体装置として活用する部分のみを残して除去することによって行う。この素子間分離のための半導体層除去工程は上記の半導体薄膜形成後、あるいはゲート絶縁膜形成後、さらにはゲート電極やソース・ドレイン領域形成後のいずれかの段階で行われる。
Next, as shown in FIG. 6G, the
続いて、ゲート電極21をマスクとして、更に絶縁膜18を介してリンやボロンなどの不純物を導入し、図6(h)に示すようにソース領域15、ドレイン領域16を形成する。このようにゲート電極21をマスクとして用いることにより、ソース領域・ドレイン領域形成のためのフォトレジストマスクを用いることなくゲート電極21に対して自己整合的にソース領域15及びドレイン領域16を形成することができる。
Subsequently, impurities such as phosphorus and boron are further introduced through the insulating
次に、CVD法等により、オーバーコート層12、半導体層13、ゲート電極21を覆うように、例えばシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜17を、例えば500nmの厚みに形成する。
Next, an
そしてソース領域15、ドレイン領域16及びゲート電極上の層間絶縁膜17とゲート絶縁膜18との所定箇所にコンタクト孔17s,17d,17g(開口部)を設け、コンタクト孔にバリア層としての10nm厚の窒化チタン膜を形成後に0.9μm厚のアルミニウム膜を形成し、通常のリソグラフィ技術とドライエッチングを用いてこれらの金属膜の重ね層はソース電極22、ドレイン電極23に加工される。
Contact
続いて、スパッタリング法や真空蒸着法等によって、例えば100nmの厚みを備えるITO膜を形成する。
以上の工程から、図6(i)に示すように薄膜半導体装置10が製造される。
Subsequently, an ITO film having a thickness of, for example, 100 nm is formed by a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like.
From the above steps, the thin
本実施形態の薄膜半導体装置の製造方法では、平坦に形成された第1絶縁層12上に半導体層13、絶縁層(ゲート絶縁膜)、そして導電膜(ゲート電極)を積層して形成した上で 導電膜を所望のゲート電極パターンに加工し、ゲート絶縁膜18、半導体層13を形成する。これにより、ゲート絶縁膜18を平坦に形成することができるため、ゲート絶縁膜に段差が生じることがない。従って、従来のような段差に起因した膜内欠陥の発生を防止できる。また、本実施の形態ではゲート電極21も平坦に形成できるため、ゲート電極21の動作の安定性、信頼性を確保することができる。
In the method of manufacturing the thin film semiconductor device of this embodiment, the
また、本発明は、段差に起因する膜内欠陥の発生を防止できるため、欠陥を補修するための熱処理等が不要であり、特に融点の低いガラス基板やプラスチックフルム上に薄膜半導体装置を形成する場合に有用である。 In addition, since the present invention can prevent the occurrence of defects in the film due to a step, a heat treatment or the like for repairing the defects is unnecessary, and a thin film semiconductor device is formed on a glass substrate or plastic film having a particularly low melting point. Useful in cases.
また、本実施の形態では半導体層13にレーザを照射し再結晶化を促すことによって半導体層13の表面領域の結晶粒径を大きくすることが出来る。これにより、半導体層13内の電子/正孔の移動度を高めることが可能である。
In the present embodiment, the crystal grain size of the surface region of the
また、本実施の形態の薄膜半導体装置10では、アンダーコート層12を形成することによって、半導体層13への基板11からの不純物の拡散を防ぐことができる。これにより薄膜半導体装置10の信頼性、安定性を確保することができる。
Further, in the thin
また、ゲート電極21をマスクとしてイオン打ち込みによりリンやボロンなどの不純物をドーピングすることにより、ゲート電極21に対して自己整合的にソース領域15及びドレイン領域16を形成することができる。これにより、従来の薄膜半導体装置にあったゲート電極とソース・ドレイン間のオーバラップ容量を少なくすることができ、素子の高速化などの性能向上を図ることができる。
Further, the
(実施形態2)
本発明の実施形態2に係る薄膜半導体装置50を図を用いて説明する。本実施形態の薄膜半導体装置50が、実施形態1の薄膜半導体装置10と異なるのは、ゲート絶縁膜及びゲート電極の周縁部に絶縁層が形成され、更にソース領域及びドレイン領域に不純物濃度勾配が設けられる点にある。実施形態1と共通する構成に関しては同一の引用番号を付し、詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
A thin
薄膜半導体装置50を図7に示す。図7は薄膜半導体装置50の断面図である。
A thin
本実施形態に係る薄膜半導体装置50は、図示するように、基板11と、第1絶縁層(アンダーコート層)12と、半導体層13と、チャネル領域14と、第1ソース領域15と、第2ソース領域55と、第1ドレイン領域16と、第2ドレイン領域56と、層間絶縁膜17と、ゲート絶縁膜18と、第1側壁絶縁膜52と、第2側壁絶縁膜53と、ゲート電極21と、ソース電極22と、ドレイン電極23と、ゲート引出電極24と、を備える。また、薄膜半導体装置50には、薄膜半導体装置50が設置される液晶表示装置(図示せず)に所定信号を供給するための透明電極31が形成される。
As illustrated, the thin
第1側壁絶縁膜52は、絶縁材料、例えばシリコン窒化膜から構成され、ゲート絶縁膜18及びゲート電極21の側面を覆うように形成され、更に第2ソース領域55及び第2ドレイン領域56の上面に形成される。
The first
第2側壁絶縁膜53は、絶縁材料、例えばシリコン窒化膜から構成され、半導体層13の側面を覆うように、オーバーコート膜12上に形成される。
The second
第2ソース領域55は、第1側壁絶縁膜52の下に形成される。詳細に後述するように、半導体層13の表面領域に不純物を導入した上で、第1側壁絶縁膜52をマスクとして不純物が導入することによって第1ソース領域15及び第2ソース領域55が形成される。これにより、第2ソース領域55は第1側壁絶縁膜52に対して自己整合的に形成され、第2ソース領域55の不純物濃度は第1ソース領域15の不純物濃度と比較して低く形成される。
The
第2ドレイン領域56は、第1側壁絶縁膜52の下に形成される。詳細に後述するように、半導体層13の表面領域に不純物を導入した上で、第1側壁絶縁膜52をマスクとして不純物が導入することによって第1ドレイン領域16及び第2ドレイン領域56が形成される。これにより、第2ドレイン領域56は第1側壁絶縁膜52に対して自己整合的に形成され、第2ドレイン領域56の不純物濃度は第1ドレイン領域16の不純物濃度と比較して低く形成される。
The
本実施形態の薄膜半導体装置50は、第1側壁絶縁膜52を備え、更に濃度勾配が設けられた第1ソース領域15と第2ソース領域55と第1ドレイン領域16と第2ドレイン領域56とを備えることにより、ゲートリーク電流の抑制、絶縁破壊電圧を保つだけでなく、ゲート電極端における半導体層内のドレイン端電界強度を弱めることができる。
The thin
すなわち、液晶の高精細化や薄膜半導体装置の動作速度の高速化のために薄膜半導体装置も微細化される。この微細化とともに薄膜半導体装置に印加される電源も低電圧化されると特性劣化は改善されるが、薄膜半導体装置が用いられる装置等との外的な要因のため微細化に比例して電源電圧も低減されることは少ない。結果として、微細化に伴うドレイン端電界強度の増大は、より顕著になり、薄膜半導体装置を長期間使用しているとトランジスタ特性の劣化、例えば閾値電圧の変動や相互コンダクタンスの減少などの問題が生じる。本実施形態では、これらの距離が側壁に設けた側壁絶縁膜の膜厚分だけ離れることにより、実施形態1の薄膜半導体装置10と比較しゲート絶縁膜の耐圧特性を改善することができる。
That is, the thin film semiconductor device is also miniaturized in order to increase the definition of the liquid crystal and increase the operation speed of the thin film semiconductor device. When the power supply applied to the thin film semiconductor device is lowered with the miniaturization, the characteristic deterioration is improved. However, the power source is proportional to the miniaturization due to an external factor with the device in which the thin film semiconductor device is used. The voltage is rarely reduced. As a result, the increase in the electric field strength at the drain end due to miniaturization becomes more prominent. When a thin film semiconductor device is used for a long period of time, there are problems such as deterioration of transistor characteristics, such as threshold voltage fluctuation and reduction of mutual conductance. Arise. In the present embodiment, these distances are separated by the film thickness of the side wall insulating film provided on the side wall, whereby the breakdown voltage characteristics of the gate insulating film can be improved as compared with the thin
次に、本実施形態に係る薄膜半導体装置50の製造方法を図を用いて説明する。本実施形態の製造方法が、実施形態1の薄膜半導体装置10の製造方法と異なるのは、第2絶縁層を形成する点及び、ソース領域及びドレイン領域に濃度勾配を設ける点にある。実施形態1と共通する構成に関しては、詳細な説明は省略する。
Next, a method for manufacturing the thin
実施形態1と同様に、ガラス基板等の基板11上に第1絶縁層(アンダーコート層)12を形成し、SiGe層、第2の絶縁層を形成する。続いて、チャネル領域、ソース領域及びドレイン領域に対応する開口が形成されたマスクを形成し、不純物層85を形成する。次に、第2絶縁層上に金属膜を形成する。この金属膜をエッチングによって所定パターンに形成し、図8(a)に示すようにゲート電極21を形成する。更に、エッチング等によってゲート絶縁膜18及び半導体層13を形成する。
As in the first embodiment, a first insulating layer (undercoat layer) 12 is formed on a
続いて、ゲート電極21をマスクとして、イオン注入法等により、不純物を不純物層85に導入する。これにより、半導体層13の表面領域に、ゲート電極21のパターンに対して自己整合的に不純物が導入された領域65,66が形成される。
Subsequently, impurities are introduced into the
次に、図8(c)に示すようにゲート電極21をマスクとしてゲート絶縁膜18にエッチングを施し、半導体層13を露出させる。
Next, as shown in FIG. 8C, the
続いて、アンダーコート層12、半導体層13、ゲート電極21をそれぞれ覆うようにシリコン窒化膜(図示せず)を形成する。次に、プラズマエッチング等によって、アンダーコート層12と半導体層13とゲート電極21との平坦面上に形成されたシリコン窒化膜を除去し、図9(d)に示すようにゲート電極21及びゲート絶縁膜18の側面を覆うように第1側壁絶縁膜52を形成し、半導体層13の側面を覆うように第2側壁絶縁膜53を形成する。
Subsequently, a silicon nitride film (not shown) is formed so as to cover the
次に、第1側壁絶縁膜52をマスクとして、イオン注入法等により、不純物を半導体層13の表面領域に導入する。これにより、図9(e)に示すように半導体層13の表面領域に、第1ソース領域15と、第1ソース領域15と比較して不純物濃度の低い第2ソース領域55と、第1ドレイン領域16と、第1ドレイン領域16と比較して不純物濃度の低い第2ドレイン領域56と、を形成する。第2ソース領域55と第2ドレイン領域56とは、ゲート電極21及び第1側壁絶縁膜52のパターンに対して自己整合的に形成される。
Next, impurities are introduced into the surface region of the
次に、実施形態1と同様に、オーバーコート層12、半導体層13、ゲート電極21を覆うように、例えばシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜17を形成する。そして層間絶縁膜17の所定箇所にコンタクト孔17s,17d,17g(開口部)を設け、該コンタクト孔にバリア層としての、例えば10nm厚の窒化チタン膜を形成後に、例えば0.9μm厚のアルミニウム膜を形成する。続いてリソグラフィ技術とドライエッチングを用いてこれらの金属膜の重ね層を所定パターンに形成し、ソース電極22とドレイン電極23とを形成する。次に、スパッタリング法や真空蒸着法等によって、例えば100nmの厚みを備えるITO膜を形成する。
以上の工程から、図9(f)に示すように薄膜半導体装置50が製造される。
Next, as in the first embodiment, an
From the above steps, the thin
本実施形態の薄膜半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極をマスクとして不純物を導入し、更に側壁絶縁膜を形成した上でゲート電極と側壁絶縁膜とをマスクとして不純物を導入することにより、ゲート電極及び側壁絶縁膜に対して自己整合的に濃度勾配を備えるソース領域及びドレイン領域を形成することができる。このように、ソース電極及びドレイン電極に濃度勾配を持たせることによって、実施形態1と同様にゲート絶縁膜を平坦に形成し、リーク電流を抑制することができることに加え、ゲート電極端における半導体層内のドレイン端電界強度を弱める効果を得ることができる。 According to the method of manufacturing the thin film semiconductor device of this embodiment, impurities are introduced using the gate electrode as a mask, and further, after the sidewall insulating film is formed, the impurity is introduced using the gate electrode and the sidewall insulating film as a mask, A source region and a drain region having a concentration gradient in a self-aligned manner with respect to the gate electrode and the sidewall insulating film can be formed. As described above, by providing the source electrode and the drain electrode with a concentration gradient, the gate insulating film can be formed flat as in the first embodiment, and the leakage current can be suppressed. In addition, the semiconductor layer at the gate electrode end can be suppressed. An effect of weakening the electric field strength at the drain end can be obtained.
(実施例1)
まず、基板11として無アルカリガラスを用意して、前述のようにアンダーコート層12を400℃の基板温度でプラズマCVD法を用いて形成する。
(Example 1)
First, non-alkali glass is prepared as the
次に、ECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタ装置を用いて、SiGe膜を100nmの厚さに形成した。なお、成膜時の基板温度は400℃以上、例えば450℃で形成し、これ以外に比較のため400℃以下で成膜した試料も用意した。この成膜時は、Si板とGe板とをモザイク状に貼り合わせたスパッタターゲットを用いた。Si板とGe板を配置させる面積の割合は、形成させるSiGe膜のSi/Geの比と同じとなるように設定する。例えば、SiとGeとを50%ずつ含有するSiGe膜を形成する場合、Si板とGe板を同じ面積比で配置させる。なお、このような成膜方法によって得られた100nm厚のSiGe膜の元素組成を通常の質量分析装置を用いて求めた結果、SiとGeの原子組成がほぼ等しいことがわかった。 Next, a SiGe film having a thickness of 100 nm was formed using an ECR (Electron Cyclotron Resonance) sputtering apparatus. In addition, the substrate temperature at the time of film formation was 400 ° C. or higher, for example, 450 ° C., and a sample formed at 400 ° C. or lower was also prepared for comparison. At the time of this film formation, a sputtering target in which a Si plate and a Ge plate were bonded together in a mosaic shape was used. The ratio of the area where the Si plate and Ge plate are arranged is set to be the same as the Si / Ge ratio of the SiGe film to be formed. For example, when forming a SiGe film containing 50% each of Si and Ge, the Si plate and the Ge plate are arranged with the same area ratio. In addition, as a result of obtaining the elemental composition of the 100 nm-thick SiGe film obtained by such a film forming method using a normal mass spectrometer, it was found that the atomic composition of Si and Ge was almost equal.
また、ECRスパッタ装置はスパッタ室を複数有しており、試料を大気にさらすこと無く各室間を真空中で移動して連続して異なる種類の膜を形成することができる。本実施例ではこの機能を利用して、SiGe膜を形成した後に真空中で他のスパッタ室に試料を移動させ、ECRスパッタ法で100nm厚のSiO2膜(ゲート絶縁膜)を形成した。 Further, the ECR sputtering apparatus has a plurality of sputtering chambers, and different types of films can be continuously formed by moving between the chambers in a vacuum without exposing the sample to the atmosphere. In this example, using this function, after forming the SiGe film, the sample was moved to another sputtering chamber in a vacuum, and an SiO 2 film (gate insulating film) having a thickness of 100 nm was formed by ECR sputtering.
次にリソグラフィ技術を用いてnチャンネルトランジスタとして機能する領域以外を高耐熱レジストで覆う。続いて、イオン打ち込み装置を用いて、基板温度400℃の状態でシリコン酸化膜を通して、SiGe膜の高耐熱レジストによって被覆されていない領域に、ボロンイオンを50keVで打ち込む。例えばボロンイオンは、5×1013atoms/cm2のドーズ量で打ち込む。ボロンイオンが打ち込まれた領域はチャネル領域として機能する。 Next, a region other than the region functioning as an n-channel transistor is covered with a high heat resist using a lithography technique. Subsequently, using an ion implantation apparatus, boron ions are implanted at 50 keV through the silicon oxide film at a substrate temperature of 400 ° C. into a region of the SiGe film not covered with the high heat resistance resist. For example, boron ions are implanted at a dose of 5 × 10 13 atoms / cm 2 . A region where boron ions are implanted functions as a channel region.
次に、レジストを除去した後、同様にpチャンネルトランジスタとして機能する領域以外をレジストで覆う。続いて、このレジストをマスクとしてリンイオンを110keVで2×1013atoms/cm2で打ち込んだ。このレジストを酸素プラズマを用いたいわゆるアッシャ装置で除去し、湿式洗浄を行った後、シリコン酸化膜の表面に、紫外線照射やオゾン+硫酸による清浄化を行った。 Next, after removing the resist, the region other than the region functioning similarly as a p-channel transistor is covered with the resist. Subsequently, phosphorus ions were implanted at 2 × 10 13 atoms / cm 2 at 110 keV using this resist as a mask. This resist was removed by a so-called asher device using oxygen plasma, wet-cleaned, and then the surface of the silicon oxide film was cleaned with ultraviolet rays or ozone + sulfuric acid.
続いて、200nm厚のタングステン(W)膜を通常のマグネトロンスパッタ装置を用いて形成した。その後にプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いて150nm厚のシリコン窒化膜を形成した。 Subsequently, a tungsten (W) film having a thickness of 200 nm was formed using a normal magnetron sputtering apparatus. Thereafter, a silicon nitride film having a thickness of 150 nm was formed using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus.
このシリコン窒化膜をリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いてゲート電極・配線パターンに加工した。続いてこのシリコン窒化膜からなるパターンをマスクにしてタングステン膜を加工してゲート電極・配線を形成した。 This silicon nitride film was processed into a gate electrode / wiring pattern using a lithography technique and a dry etching technique. Subsequently, the tungsten film was processed using the pattern made of the silicon nitride film as a mask to form gate electrodes / wirings.
次に先のイオン打ち込みと同様な手順でゲート電極をマスクとしてnチャンネルトランジスタを形成する領域には基板温度450℃でりんイオンを125keVで5×1015atoms/cm2のドーズ量打ち込み、pチャンネルトランジスタ領域には同様に基板温度450℃でボロンを50keVで5×1015atoms/cm2の打ち込む。なおこれらのイオン打ち込みにあたっては、先に示した閾値電圧制御のためにイオン打ち込み工程において、nチャンネル領域とpチャンネル領域への注入イオンを選別するために高耐熱レジストをマスク材として用いた。本イオン打ち込み工程においても同様の手法を採用した。 Next, in the same procedure as in the previous ion implantation, phosphorus ions are implanted at 125 keV at a dose of 5 × 10 15 atoms / cm 2 at a substrate temperature of 450 ° C. using the gate electrode as a mask, and a p-channel is formed. Similarly, boron is implanted at 5 × 10 15 atoms / cm 2 at a substrate temperature of 450 ° C. and 50 keV in the transistor region. In these ion implantations, a high heat resist is used as a mask material in order to select ions implanted into the n-channel region and the p-channel region in the ion implantation step for the threshold voltage control described above. The same technique was adopted in this ion implantation process.
次にゲート電極をマスクとして周辺のシリコン酸化膜をドライエッチング技術で除去してSiGe膜を露出させた。 Next, using the gate electrode as a mask, the peripheral silicon oxide film was removed by a dry etching technique to expose the SiGe film.
次にプラズマCVD装置を用いて400℃で500nm厚のシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜17を形成した。この絶縁膜の所定箇所にリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いてコンタクト孔17a,17bを形成し、スパッタ装置を用いてチタン窒化物を10nm堆積した後、同じスパッタ装置で連続して500nm厚さのアルミニウム膜を形成した。そしてチタン窒化膜とアルミニウム膜の重ね構造をフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて加工することによりソース電極と、ドレイン電極と、を形成した。
Next, an
このようにして形成した薄膜半導体装置をアクティブマトリックス液晶のスイッチング素子として用いる場合は、この後に透明導電膜であるITO膜や酸化亜鉛膜を形成して液晶駆動用電極とする。本実施例ではこの工程以後は省略する。 When the thin film semiconductor device thus formed is used as a switching element of an active matrix liquid crystal, an ITO film or a zinc oxide film, which is a transparent conductive film, is formed thereafter to form a liquid crystal driving electrode. In this embodiment, this step and subsequent steps are omitted.
このようにして得られた薄膜半導体装置の特性を評価した。本実施例ではSiGe膜形成温度を450℃と比較的高温で行った。これは膜形成過程で既に粗大結晶粒を有する膜を得ることを目的としたためである。 The characteristics of the thin film semiconductor device thus obtained were evaluated. In this example, the SiGe film formation temperature was 450 ° C. and a relatively high temperature. This is for the purpose of obtaining a film having coarse crystal grains in the film forming process.
透過電子顕微鏡(TEM: Transmission Electron Microscope) で素子の断面を観察した結果、該膜は50nm〜200nmの粗大な結晶粒径からなることがわかった。また同時に素子断面をエネルギー分散型X線分析装置で分析し、膜内の元素組成を評価した。そしてSiGe膜はスパッタターゲットから予想される元素組成に近い、55%のSiと45%のGeからなることがわかった。 As a result of observing the cross section of the element with a transmission electron microscope (TEM), it was found that the film had a coarse crystal grain size of 50 nm to 200 nm. At the same time, the element cross section was analyzed with an energy dispersive X-ray analyzer, and the elemental composition in the film was evaluated. The SiGe film was found to be composed of 55% Si and 45% Ge, which are close to the elemental composition expected from the sputter target.
これらの結果を裏付けるように薄膜半導体装置のソース・ドレイン間電流とソース・ゲート電極間印加電圧の関係から求めたnチャンネルMOSトランジスタから求めた電子移動度は100 cm2/V・s〜150 cm2/V・sであり、またpチャンネルMOSトランジスタから求めたホール移動度は50cm2/V・s〜80cm2/V・sであった。 In support of these results, the electron mobility obtained from the n-channel MOS transistor obtained from the relationship between the source-drain current of the thin film semiconductor device and the applied voltage between the source and gate electrodes is 100 cm 2 / V · s to 150 cm. The hole mobility obtained from the p-channel MOS transistor was 50 cm 2 / V · s to 80 cm 2 / V · s.
これらの値はエキシマレーザーを用いたアニールにより結晶の粗大化を図った多結晶シリコン膜(一般的に低温ポリシリコンと呼ばれている)とほぼ同等の高移動度を示した。またトランジスタを駆動していないときのソース・ドレイン間電流(オフ電流とも呼ばれる)はチャンネル長が10ミクロンメータでチャンネル幅が10ミクロンメータのMOSトランジスタにおいて、nチャンネルトランジスタでは0.5pA/mm〜1.3pA/mmであり、pチャンネルトランジスタでは0.1pA/mm〜0.8pA/mmといずれのトランジスタにおいても単結晶基板に形成したトランジスタと遜色の無い特性を示した。 These values showed high mobility almost equal to that of a polycrystalline silicon film (generally called low-temperature polysilicon) whose crystal was coarsened by annealing using an excimer laser. The source-drain current (also referred to as off-state current) when the transistor is not driven is a MOS transistor having a channel length of 10 μm and a channel width of 10 μm, and 0.5 pA / mm to 1 for an n-channel transistor. .3 pA / mm, and the p-channel transistor showed the same characteristics as the transistor formed on the single crystal substrate, which was 0.1 pA / mm to 0.8 pA / mm.
本実施例において、低温ポリシリコンのように半導体膜形成後に結晶粒粗大化のための熱処理を施さなくても高移動度を有する薄膜半導体装置が得られたのは膜形成時に基板を450℃と一般的に用いられる基板温度より高くしたこと、そしてECRスパッタでは飛翔粒子のエネルギーが高いため被着時に比較的容易に基板面を移動できたことなどの効果により粗大結晶粒が得られたことによる。 In this example, a thin film semiconductor device having high mobility was obtained without forming a heat treatment for crystal grain coarsening after the formation of the semiconductor film as in the case of low-temperature polysilicon. This is due to the fact that the temperature of the substrate is higher than the commonly used substrate temperature, and because the energy of flying particles is high in ECR sputtering, the coarse crystal grains are obtained due to the effect that the substrate surface can be moved relatively easily during deposition. .
なお本実施例の効果を確認するために図10に示す従来のTFTに用いられていたソース・ドレイン電極層を設け、その上に半導体層およびゲート絶縁層を設けたTFTを作製した。従来の薄膜半導体装置90は、例えば図10に示すように基板91と、シリコン窒化膜92aとシリコン酸化膜92bとからなる第1絶縁層92と、半導体層93と、ソース領域94と、ドレイン領域95と、ソース電極96と、ドレイン電極97と、ゲート絶縁膜98と、ゲート電極99と、を備える。
In order to confirm the effect of this example, a TFT having a source / drain electrode layer used in the conventional TFT shown in FIG. 10 and a semiconductor layer and a gate insulating layer formed thereon was fabricated. For example, as shown in FIG. 10, a conventional thin
この素子構造ではソース電極96とドレイン電極97との端部上の半導体層93において結晶粒の成長方向が不均一になる。従って、電極の端部近傍の半導体層は結晶粒が不均一、配向性が悪く、粗大な結晶粒が成長できない。これにより、nチャンネルTFTにおける電子移動度は30 cm2/V・s〜60cm2/V・sであり、pチャンネルTFTのホール移動度は10cm2/V・s〜30 cm2/V・sと低い値を示した。
In this element structure, the growth direction of crystal grains is nonuniform in the
またオフ電流は100pA/mm程度と本実施例より桁のオーダーで高い値を示した。これは該段差上でゲート絶縁膜に不均一箇所、極端な場合は段差端上で不連続になるなどの膜の材料的・構造的欠陥が生じるためゲート絶縁膜のリーク電流が過大になったためと考えられる。 The off-state current was about 100 pA / mm, which was higher in the order of digits than in this example. This is because the gate insulating film leak current becomes excessive because of the material and structural defects of the film, such as non-uniform location in the gate insulating film on the step and, in extreme cases, discontinuity on the edge of the step. it is conceivable that.
このように低いオフ電流を示す薄膜半導体装置が得られたのは、本発明の実施形態であるゲート電極下の領域における半導体層とゲート絶縁層の下に段差が生じない素子構造としたことによる。 The reason why the thin film semiconductor device exhibiting such a low off-state current is obtained is that the element structure in which no step is generated between the semiconductor layer and the gate insulating layer in the region under the gate electrode according to the embodiment of the present invention. .
(実施例2)
実施例2では、実施形態2と同様に形成した薄膜半導体装置において性能を検証する。
(Example 2)
In Example 2, the performance of a thin film semiconductor device formed in the same manner as in
まず、実施例1と同様に、200nm厚のタングステン(W)膜を通常のマグネトロンスパッタ装置を用いて形成した。その後にプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いて150nm厚のシリコン窒化膜を形成した。このシリコン窒化膜をリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いてゲート電極、ゲート配線パターンに加工した。続いてこのシリコン窒化膜からなるパターンをマスクにしてタングステン膜を加工してゲート電極・ゲート配線とした。 First, similarly to Example 1, a tungsten (W) film having a thickness of 200 nm was formed using a normal magnetron sputtering apparatus. Thereafter, a silicon nitride film having a thickness of 150 nm was formed using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus. This silicon nitride film was processed into a gate electrode and a gate wiring pattern using a lithography technique and a dry etching technique. Subsequently, the tungsten film was processed using the pattern made of the silicon nitride film as a mask to form gate electrodes and gate wirings.
次にゲート電極をマスクとしてnチャンネルトランジスタを形成する領域には基板温度450℃でリンイオンを115keVで5×1014atoms/cm2のドーズ量打ち込み、pチャンネルトランジスタ領域にはボロンを40keVで5×1014atoms/cm2打ち込むことにより、それぞれのTFTにおいて実施例1より低濃度の不純物を含有したソース領域及びドレイン領域をゲート電極に対して自己整合的に形成した。 Next, in the region where the n-channel transistor is to be formed using the gate electrode as a mask, phosphorus ions are implanted at a substrate temperature of 450 ° C. at 115 keV and a dose of 5 × 10 14 atoms / cm 2 , and boron is implanted into the p-channel transistor region at 5 × By implanting 10 14 atoms / cm 2, a source region and a drain region containing impurities at a lower concentration than in Example 1 were formed in each TFT in a self-aligned manner with respect to the gate electrode.
続いて、第1絶縁層、半導体層、ゲート電極を覆うようにシリコン窒化膜を形成した。続いて加工の異方性が強いプラズマエッチング装置を用いて窒化膜をエッチングした。このエッチング工程により、平坦域のシリコン窒化膜を除去し、ゲート電極の側壁部にのみシリコン窒化膜を残存せしめた。次にゲート電極と側壁絶縁膜をマスクとして実施例1と同様にnチャンネルトランジスタを形成する領域には基板温度450℃でりんイオンを125keVで5×1015atoms/cm2のドーズ量を打ち込み、pチャンネルトランジスタを形成する領域にはボロンを50keVで5×1015atoms/cm2のドーズ量を打ち込む。これによりソース領域及びドレイン領域をゲート電極のパターンに対して自己整合的に形成した。本プロセス以後の製造工程は実施例1と同様に行った。 Subsequently, a silicon nitride film was formed so as to cover the first insulating layer, the semiconductor layer, and the gate electrode. Subsequently, the nitride film was etched using a plasma etching apparatus having strong processing anisotropy. By this etching process, the silicon nitride film in the flat region was removed, and the silicon nitride film was left only on the side wall portion of the gate electrode. Next, using the gate electrode and the side wall insulating film as a mask, the region for forming the n-channel transistor is implanted at a substrate temperature of 450 ° C. and a dose of 5 × 10 15 atoms / cm 2 at 125 keV, as in Example 1. Boron is implanted at a dose of 5 × 10 15 atoms / cm 2 at 50 keV into the region for forming the p-channel transistor. Thus, the source region and the drain region were formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode pattern. The manufacturing process after this process was performed in the same manner as in Example 1.
上記の製造方法で薄膜半導体装置を作成した場合、図8及び図9に示すようにゲート電極端部下のソース・ドレイン領域の不純物分布に濃度勾配が自己整合的に形成される。この濃度勾配はゲート電極端における半導体層内のドレイン端電界強度を弱める効果がある。この効果は実施例1のようにゲート長が10ミクロンメータと長チャンネルの薄膜半導体装置では顕著でないが、1ないし2ミクロンメータ以下のように短チャンネル薄膜半導体装置の場合、ドレイン端電界強度による特性劣化が顕在化してくる。 When a thin film semiconductor device is manufactured by the above manufacturing method, as shown in FIGS. 8 and 9, a concentration gradient is formed in a self-aligned manner in the impurity distribution in the source / drain region below the end of the gate electrode. This concentration gradient has an effect of weakening the electric field strength at the drain end in the semiconductor layer at the gate electrode end. This effect is not significant in the thin film semiconductor device having a gate length of 10 μm and a long channel as in the first embodiment, but in the case of a short channel thin film semiconductor device having a gate length of 1 to 2 μm or less, the characteristics due to the electric field strength at the drain end. Deterioration becomes obvious.
すなわち液晶の高精細化や薄膜半導体装置の動作速度の高速化のために薄膜半導体装置も微細化される。この微細化とともに薄膜半導体装置に印加される電源も低電圧化されると特性劣化は改善されるが、薄膜半導体装置が用いられる装置等との外的な要因のため微細化に比例して電源電圧も低減されることは少ない。結果として、微細化に伴うドレイン端電界強度の増大は、より顕著になり、薄膜半導体装置を長期間使用しているとトランジスタ特性の劣化、例えば閾値電圧の変動や相互コンダクタンスの減少などの問題が生じる。実施例1のソース・ドレイン端濃度勾配を設けない場合と、本実施例の勾配を設けた場合についてゲート長が1μmで電源電圧5Vの長期駆動にともなう相互コンダクタンスの変動率を比較した。そして相互コンダクタンス率が10%に達した駆動時間を素子の寿命と定義した。そして本実施例で作成したTFTの寿命は実施例1のTFTより約桁長くなることを確認した。また電界緩和の効果によりオフ電流を実施例より半桁程度低減できた。またゲート絶縁膜のリーク電流は同じ電源電圧とゲート電圧条件で実施例1より半桁から1桁低減できた。またゲート酸化膜の絶縁耐圧も10%ないし15%向上した。 That is, the thin film semiconductor device is also miniaturized in order to increase the definition of the liquid crystal and increase the operation speed of the thin film semiconductor device. When the power supply applied to the thin film semiconductor device is lowered with the miniaturization, the characteristic deterioration is improved. However, the power source is proportional to the miniaturization due to an external factor with the device in which the thin film semiconductor device is used. The voltage is rarely reduced. As a result, the increase in the electric field strength at the drain end due to miniaturization becomes more prominent. When a thin film semiconductor device is used for a long period of time, there are problems such as deterioration of transistor characteristics, such as threshold voltage fluctuation and reduction of mutual conductance. Arise. When the source / drain end concentration gradient of Example 1 was not provided and when the gradient of this example was provided, the variation rate of the mutual conductance due to long-term driving with a gate length of 1 μm and a power supply voltage of 5 V was compared. The drive time when the mutual conductance ratio reached 10% was defined as the lifetime of the device. It was confirmed that the lifetime of the TFT produced in this example was about orders of magnitude longer than that of the TFT of Example 1. In addition, the off-state current can be reduced by about a half order of magnitude due to the effect of electric field relaxation. Further, the leakage current of the gate insulating film can be reduced by one to one digit from the first embodiment under the same power supply voltage and gate voltage conditions. In addition, the breakdown voltage of the gate oxide film is improved by 10% to 15%.
(実施例3)
次に、上記各実施例では、SiGe膜およびシリコン酸化膜を形成した状態でゲート電極用の金属膜を形成しており、SiGe膜に特別な熱処理を加えなかった。本実施例ではシリコン酸化膜を形成後、YAGレーザ(試料によってはエキシマレーザ使用)で数ナノ秒の光パルスを照射した。このパルス光を1箇所当たり10〜300回(試料条件により回数は異なる)繰り返しながら照射位置を移動させて膜全体を再結晶化させた。
(Example 3)
Next, in each of the above examples, the metal film for the gate electrode was formed with the SiGe film and the silicon oxide film formed, and no special heat treatment was applied to the SiGe film. In this example, after forming a silicon oxide film, a light pulse of several nanoseconds was irradiated with a YAG laser (excimer laser was used depending on the sample). The irradiation position was moved while repeating this pulsed light 10 to 300 times per site (the number of times varies depending on sample conditions), and the entire film was recrystallized.
このレーザ照射により多結晶SiGe膜の有する平均結晶粒径は熱処理前(実施例1および実施例2の場合)より約2〜3倍増大させることができる。更に、この結晶粒粗大化により実施例2と同様のプロセスで形成したTFTではnチャンネルトランジスタの電子移動度は150 cm2/V・s〜500cm2/V・s、そしてpチャンネルトランジスタのホール移動度は80 cm2/V・s〜200cm2/V・sとの各実施例より大幅に向上した。 By this laser irradiation, the average crystal grain size of the polycrystalline SiGe film can be increased by about 2-3 times before the heat treatment (in the case of Example 1 and Example 2). Further, in the TFT formed by the same process as in Example 2 due to the coarsening of the crystal grains, the electron mobility of the n-channel transistor is 150 cm 2 / V · s to 500 cm 2 / V · s, and the hole movement of the p-channel transistor. Once again it was greatly improved than the example of the 80 cm 2 / V · s~200cm 2 / V · s.
なお、シリコン酸化膜を被覆しないでSiGe膜に直接レーザ光を照射して多結晶膜の再結晶化を行ったTFTも作製した。この場合は、再結晶化過程で膜上部に何も成長を邪魔する層が無いため、シリコン酸化膜を被覆した場合より結晶粒はさらに粗大化した。しかしこの場合は、面内とともに膜の厚さ方向にも結晶粒が成長できるため、膜表面の凹凸が増大した。その結果、移動度は結晶粒の粗大化の効果は顕著であるが、MOS型TFTで重要なゲート酸化膜界面域の凹凸によるキャリアの散乱要因の増大を反映して粒径から予想されるほどの移動度向上はみられなかった。すなわち上記のシリコン酸化膜を形成した状態でレーザ熱処理を加えたSiGe−TFTにおいて得られた移動度と大差なかった。 A TFT in which the polycrystalline film was recrystallized by directly irradiating the SiGe film with laser light without covering the silicon oxide film was also fabricated. In this case, since there is no layer that hinders growth on the upper part of the film during the recrystallization process, the crystal grains are further coarser than when the silicon oxide film is coated. However, in this case, since the crystal grains can grow in the thickness direction of the film as well as in the plane, the unevenness of the film surface increased. As a result, the effect of the coarsening of the crystal grains is remarkable in the mobility, but as expected from the grain size, reflecting the increase of the carrier scattering factor due to the unevenness of the gate oxide film interface region which is important in the MOS type TFT. There was no improvement in mobility. That is, the mobility obtained in the SiGe-TFT subjected to the laser heat treatment with the silicon oxide film formed was not much different.
なお本実施例においても他の実施例と同様にSiGe膜およびゲート酸化膜に下地段差が無いため、従来のTFTにみられる下地段差に起因した半導体層あるいはゲート絶縁膜層の不連続あるいは不均一箇所の発生がないため、オフ電流やゲート絶縁膜のリーク電流などが上記の各実施例と同様の低電流に抑制することができた。 In this embodiment, as in the other embodiments, the SiGe film and the gate oxide film have no underlying step, so that the semiconductor layer or the gate insulating film layer is discontinuous or nonuniform due to the underlying step found in the conventional TFT. Since no spots were generated, the off current, the leakage current of the gate insulating film, and the like could be suppressed to the same low current as in the above embodiments.
なお、本実施例で実施例1および実施例2と異なり、SiGe膜は基板温度を室温に設定して行った。これは低温で膜を形成すると非晶質に近い膜が形成され、そして非晶質状態でレーザを照射して結晶化したほうが高温で形成して粗大な結晶粒を有する膜を熱処理して再結晶化させた場合より、粒径が粗大で均一な膜が得られるためである。もちろん膜形成時に粗大結晶粒を有する膜を熱処理してさらに結晶粒を粗大化できることは言うまでもない。 In this example, unlike Example 1 and Example 2, the SiGe film was formed by setting the substrate temperature to room temperature. When a film is formed at a low temperature, a film close to amorphous is formed, and when it is crystallized by irradiating a laser in an amorphous state, the film formed at a high temperature and having coarse crystal grains is subjected to a heat treatment and regenerated. This is because a uniform film having a coarser particle diameter can be obtained than when crystallized. Of course, it is needless to say that the crystal grains can be further coarsened by heat-treating the film having coarse crystal grains during film formation.
上記各実施例では基板上にシリコン窒化膜とシリコン酸化膜を積層させている。これらは実施例1および実施例2のように膜形成時に基板が高温である場合、あるいは実施例3のように膜形成後のレーザ熱処理などのような高温熱処理が加えられる場合など、これらの熱プロセスで基板に含有している不純物がSiGeなどの半導体層あるいはゲート絶縁膜層に拡散することを抑止することにある。すなわちガラス基板など下地層からの不純物がこれらの層に拡散するとTFTのMOSトランジスタ特性(閾値電圧など)の不安定性や長期信頼性を損ねることになる。上記の各実施例においてアンダーコート層12を設けた場合塗装でない場合のTFTのバイアス-温度試験(一般的にBT-test, bias-temperature test, と呼ばれ、100℃前後の温度でTFTを加熱した状態でゲート電極に電圧を一定時間印加し、テスト前後の特性変動を調べる加速寿命テストの一種)を行った。この試験は加熱温度125℃、ゲートに加える電圧10V(nチャンネルMOSトランジスタには+10V、pチャンネルMOSトランジスタの場合は−10V)を印加した状態で30分間放置した後、室温で試験前後のトランジスタの閾値電圧変動を評価した。その結果、アンダーコート層を有するTFTでは、アンダーコート層を有しないTFTよりより該テストで変動する量は約2V〜3V低減した。なお、アンダーコート層ありのTFTでは変動量は0.5V〜1.5Vの範囲にあった。
In each of the above embodiments, a silicon nitride film and a silicon oxide film are laminated on the substrate. In these cases, when the substrate is at a high temperature during film formation as in Example 1 and Example 2, or when high temperature heat treatment such as laser heat treatment after film formation is applied as in Example 3, these heats are applied. The purpose is to prevent impurities contained in the substrate in the process from diffusing into a semiconductor layer such as SiGe or a gate insulating film layer. That is, if impurities from the underlying layer such as a glass substrate diffuse into these layers, the instability and long-term reliability of the TFT MOS transistor characteristics (threshold voltage, etc.) are impaired. In each of the above embodiments, when the
また、上記の各実施例では半導体層としてSiGeの単層膜を用いた。この半導体層として10nm厚さの非晶質Si膜の上に上記の実施例と同じ条件でSiGe膜を形成したTFTも作製した。この場合は、SiGe膜の下地層との密着性が向上するとともに、結晶粒の粗大化がさらに向上した。上記実施例の作製法にも依存するが、いずれも結晶粒は30%〜80%大きくなった。また該非晶質Si膜の上に10nmのSiGe膜を形成し、さらにその上に150nm厚のGe膜を形成して半導体層とした。この構造において実施例3と同様の熱処理を加えることにより、300nm〜800nm径の粗大結晶粒を持つGe−TFTを作製することができた。本TFTのpチャンネルMOSトランジスタでは200 cm2/V・s〜400cm2/V・sと非常に高いホール移動度を示した。 In each of the above embodiments, a single-layer SiGe film is used as the semiconductor layer. A TFT in which a SiGe film was formed as a semiconductor layer on an amorphous Si film having a thickness of 10 nm under the same conditions as in the above example was also fabricated. In this case, the adhesion of the SiGe film to the underlayer was improved and the coarsening of the crystal grains was further improved. Although depending on the manufacturing method of the above-mentioned Examples, the crystal grains were 30% to 80% larger in all cases. A 10 nm SiGe film was formed on the amorphous Si film, and a 150 nm thick Ge film was further formed thereon to form a semiconductor layer. By applying the same heat treatment as in Example 3 in this structure, a Ge-TFT having coarse crystal grains with a diameter of 300 nm to 800 nm could be produced. It showed very high Hall mobility and 200 cm 2 / V · s~400cm 2 / V · s in p-channel MOS transistor of the TFT.
なおこれよりは少し劣るが該非晶質Siあるいはガラス基板や樹脂フィルムに直接Ge膜を形成してTFTを形成しても高い移動度を有するMOSトランジスタを実現することができる。 Although slightly inferior to this, even if a Ge film is formed directly on the amorphous Si or glass substrate or resin film to form a TFT, a MOS transistor having high mobility can be realized.
本発明は上述した実施形態に限られず、様々な変形及び応用が可能である。例えば、上述した実施形態では、ゲート絶縁膜下に段差が生じないような半導体層を用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限られず、半導体層に所定のパターンが形成され、段差が生じても良い。
所定パターンに形成し、半導体層に段差が生ずる場合、パターン周辺で半導体層が除去された領域には絶縁材料を埋め込み、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等によって平坦化し、半導体層の上面と埋め込んだ絶縁材料の上面とを面一にし、これらの上にゲート絶縁膜を形成する。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and applications are possible. For example, in the above-described embodiment, the case where a semiconductor layer that does not cause a step under the gate insulating film is used has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a predetermined pattern may be formed in the semiconductor layer to cause a step.
When a step is formed in the semiconductor layer when the semiconductor layer is formed in a predetermined pattern, an insulating material is embedded in the region where the semiconductor layer is removed around the pattern, and is planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like, and is embedded on the upper surface of the semiconductor layer. The upper surface of the insulating material is flush with the gate insulating film.
半導体層として、上記のSi・Ge系以外にも半導体特性を有するSiCなどの炭化物、あるいはZnOなどの酸化物やZnSなどの硫化物、ZnSeなどのセレン化合物、ZnTeなどのテルル化合物などのいわゆるカルコゲナイド膜の単層膜もしくはこれらの材料の薄膜が積層された積層膜を用いても、本発明の半導体層の下に段差が設けられていない限り、オフ電流あるいはゲート絶縁膜のリーク電流において段差を有するTFTよりも顕著な低減効果が得られる。 As the semiconductor layer, other than the Si / Ge system, carbides such as SiC having semiconductor characteristics, oxides such as ZnO, sulfides such as ZnS, selenium compounds such as ZnSe, tellurium compounds such as ZnTe, and so-called chalcogenides Even if a single layer film of a film or a laminated film in which thin films of these materials are laminated is used, there is no step in the off current or the leakage current of the gate insulating film unless a step is provided under the semiconductor layer of the present invention. A remarkable reduction effect can be obtained as compared with the TFT having the same.
上記各実施例ではゲート電極としてタングステンなどの金属を用いたが、りん、砒素、ボロンあるいはアンチモンなどを含有させて低抵抗化したシリコン、シリコン・ゲルマ化合物、ゲルマニウムなどを用いることができることは言うまでもない。またnチャンネルMOSトランジスタにはりん、砒素、アンチモンなどのn型不純物、そしてpチャンネルMOSトランジスタではボロンなどのp型不純物を含有させた該半導体膜をゲート電極として適用することが適切な閾値電圧を有するTFTを作製する基本であることは言うまでもない。 In each of the above embodiments, a metal such as tungsten is used as the gate electrode, but it is needless to say that silicon, silicon-german compound, germanium, etc. which have been reduced in resistance by containing phosphorus, arsenic, boron or antimony can be used. . It is also possible to apply an appropriate threshold voltage to the n-channel MOS transistor as a gate electrode by applying an n-type impurity such as phosphorus, arsenic, or antimony and a p-channel MOS transistor containing the semiconductor film containing p-type impurity such as boron. Needless to say, this is the basis for manufacturing a TFT having the same.
上述した実施形態において、要素の数等(組成、化合物の化学式、個数、数値、量、範囲などを含む)に言及する場合、特に明示したときおよび原理的に明らかに特定の数に限定されるときを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。例えばSiGe膜と記述した場合はSiあるいはGeなどの単体からなる膜以外の該複数元素の全組成域を包含する膜組成表示とする。 In the above-described embodiments, when referring to the number of elements and the like (including composition, chemical formula, number, numerical value, amount, range, etc. of the compound), it is limited to a specific number when clearly indicated and in principle. Except sometimes, it is not limited to the specific number, and may be a specific number or more. For example, when a SiGe film is described, the film composition display includes the entire composition range of the plurality of elements other than a film made of a simple substance such as Si or Ge.
さらに、酸化シリコン膜というときは、特にそうでない旨特定する場合を除き、一般に各種の添加剤、補助成分を含む各種のシリコン酸化物系膜、すなわち、PSG(Phospho Silicate Glass)膜、BPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)膜、TEOS(Tetra-Ethoxy Silane)酸化膜、シリコンオキシナイトライド膜等、その他の単一膜または複合膜を含むものとする。 Further, when referring to a silicon oxide film, unless otherwise specified, generally, various silicon oxide films containing various additives and auxiliary components, that is, PSG (Phospho Silicate Glass) film, BPSG (Boro It shall include other single films or composite films such as -Phospho Silicate Glass) film, TEOS (Tetra-Ethoxy Silane) oxide film, silicon oxynitride film.
さらに、シリコンナイトライド、窒化ケイ素または窒化シリコンというときは、Si3N4のみではなく、シリコンの窒化物で類似組成の絶縁膜を含むものとする。 Furthermore, the term “silicon nitride”, “silicon nitride”, or “silicon nitride” includes not only Si 3 N 4 but also an insulating film having a similar composition of silicon nitride.
ゲート絶縁膜については、シリコン熱酸化膜、シリコンオキシナイトライド膜のほか、その他の熱酸化膜、堆積膜、塗布系膜を含み、材料的にはシリコン酸化膜以外の非シリコン系金属酸化物、シリコンナイトライド等の絶縁性の窒化物、あるいはそれらの複合膜を含む。 The gate insulating film includes a silicon thermal oxide film, a silicon oxynitride film, other thermal oxide films, a deposited film, and a coating system film, and in terms of materials, a non-silicon metal oxide other than a silicon oxide film, Insulating nitride such as silicon nitride, or a composite film thereof is included.
また導電膜の材質について、「シリコン」、「シリコンベース」というときは、特に特定した場合等を除き、比較的純粋なシリコン部材の外、シリコンに不純物や添加剤を添加したもの、シリコンを主要な構成要素とする導電部材(例えば、シリコンベース合金でGeを含むSiGe合金等も含まれるものとする。例えば、ゲートポリシリコン部やチャンネル領域をSiGeにする等)あるいは「金属ベース」というときは金属単体とともに、シリコンやゲルマニウムおよび他の元素との化合物等を含むものとする。また、これらは、技術的に矛盾しない限り、形成当初は高抵抗であることも許容する。 In addition, the term “silicon” or “silicon base” refers to the material of the conductive film, in addition to a relatively pure silicon member, silicon with impurities and additives, and silicon, unless otherwise specified. A conductive member (for example, SiGe alloy containing Ge as a silicon base alloy, etc., for example, gate polysilicon part or channel region is made SiGe, etc.) or “metal base” In addition to a simple metal, it includes silicon, germanium, and compounds with other elements. They also allow a high resistance at the beginning of formation unless they are technically inconsistent.
また、堆積膜等で堆積当初はアモルファスであるが、後の熱処理ですぐに多結晶となるものがあるが、これらは特に必要があると認めるとき以外、表現上の矛盾を避けるため、当初から後の形態で表示する場合がある。例えば、多結晶シリコン(ポリシリコン)は、堆積当初はアモルファス状態の場合があり、後の熱処理により多結晶シリコンに変わる。ただし、当初から多結晶シリコンを使用することも出来ることは言うまでもない。堆積当初はアモルファス状態であると、イオン注入におけるチャネリングの防止、ドライエッチング等の際の粒塊形状に依存した加工性の困難さの回避、熱処理後の低シート抵抗等のメリットがある。 In addition, although the deposited film is amorphous at the beginning of deposition, it may become polycrystalline immediately after the subsequent heat treatment. It may be displayed in a later form. For example, polycrystalline silicon (polysilicon) may be in an amorphous state at the beginning of deposition and is changed to polycrystalline silicon by a subsequent heat treatment. However, it goes without saying that polycrystalline silicon can be used from the beginning. The amorphous state at the beginning of deposition has advantages such as prevention of channeling in ion implantation, avoidance of difficulty in workability depending on the shape of agglomerates during dry etching, and low sheet resistance after heat treatment.
本発明は上述した実施の形態のように、液晶表示装置の各画素を選択駆動するためのスイッチング用素子として用いられる場合に限らず、ドライバー回路、ロジック回路、メモリなどに代表される表示装置の周辺回路装置を同一のガラス基板、樹脂フィルムなどの上に配置した一体型装置に用いることも可能である。 The present invention is not limited to the case where it is used as a switching element for selectively driving each pixel of a liquid crystal display device as in the above-described embodiment, but a display device represented by a driver circuit, a logic circuit, a memory, or the like. It is also possible to use the peripheral circuit device in an integrated device in which the peripheral circuit device is disposed on the same glass substrate, resin film or the like.
10…薄膜半導体装置、11…基板、12…第1絶縁層、13…半導体層、14…チャネル領域、15…ソース領域、16…ドレイン領域、17…層間絶縁膜、18…ゲート絶縁膜、21…ゲート電極、22…ソース電極、23…ドレイン電極、24…ゲート引出電極、31…透明電極
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記基板上に形成された半導体層と、
前記半導体層上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備え、
前記ゲート絶縁膜及び前記半導体層は、段差が生じないよう平坦に形成されていることを特徴とする薄膜半導体装置。 A substrate,
A semiconductor layer formed on the substrate;
A gate insulating film provided on the semiconductor layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film,
The thin film semiconductor device, wherein the gate insulating film and the semiconductor layer are formed flat so as not to cause a step.
更に前記側壁絶縁膜下には不純物が拡散された第2の不純物拡散領域が形成され、
前記第2の不純物拡散領域の不純物濃度は、前記第1の不純物拡散領域の不純物濃度より低いことを特徴とする請求項3に記載の薄膜半導体装置。 A first impurity diffusion region in which impurities are diffused is formed in the surface region of the semiconductor layer,
Further, a second impurity diffusion region in which impurities are diffused is formed under the sidewall insulating film,
The thin film semiconductor device according to claim 3, wherein an impurity concentration of the second impurity diffusion region is lower than an impurity concentration of the first impurity diffusion region.
前記導電膜を所定パターンに形成し、ゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
前記絶縁膜を所定パターンに形成し、ゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記半導体膜を所定のパターンに形成し、半導体層を形成する半導体層形成工程を備えることを特徴とする薄膜半導体装置の製造方法。 A semiconductor film is formed over the substrate, an insulating film is formed over the semiconductor film, a conductive film is formed over the insulating film, and a stacked film including the semiconductor film, the insulating film, and the conductive film is formed. A laminated film forming step;
Forming a conductive film in a predetermined pattern and forming a gate electrode;
Forming a gate insulating film by forming the insulating film in a predetermined pattern; and
A method for manufacturing a thin film semiconductor device, comprising: forming a semiconductor layer by forming the semiconductor film in a predetermined pattern.
前記半導体層形成工程では、動作領域に対応するパターンに形成された前記絶縁膜をマスクとして前記半導体層を形成することを特徴とする請求項10に記載の薄膜半導体装置の製造方法。 Further comprising an insulating film processing step of forming the insulating film in a pattern corresponding to an operation region;
11. The method of manufacturing a thin film semiconductor device according to claim 10, wherein, in the semiconductor layer forming step, the semiconductor layer is formed using the insulating film formed in a pattern corresponding to an operation region as a mask.
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