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JP2010034139A - Thin-film transistor and manufacturing method therefor - Google Patents

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JP2010034139A
JP2010034139A JP2008192222A JP2008192222A JP2010034139A JP 2010034139 A JP2010034139 A JP 2010034139A JP 2008192222 A JP2008192222 A JP 2008192222A JP 2008192222 A JP2008192222 A JP 2008192222A JP 2010034139 A JP2010034139 A JP 2010034139A
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JP
Japan
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insulating film
region
semiconductor layer
gate
gate electrode
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Application number
JP2008192222A
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Fumiki Nakano
文樹 中野
Tomohiro Kimura
知洋 木村
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce gate/drain overlap capacity of a thin-film transistor having a GOLD structure. <P>SOLUTION: The transistor is provided with a semiconductor layer 12, having a channel region 3, a source region and a drain region 5, which are positioned on both sides of the channel region 3, and at least one lightly-doped region 4, which is sandwiched between the channel region 3 and the source region or the drain region 5 and has a lower concentration than the source region and the drain region 5; a gate insulating film 7, which is formed on the semiconductor layer 12 and is brought into contact with the channel region 3; a gate electrode 8 arranged on the gate insulating film 7 so that it is overlapped; with at least one lightly-doped region 4 and the channel region 3; and the other insulating film 6 formed between the gate insulating film 7 and the semiconductor layer 12 so that it covers at least one lightly-doped region 4. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the same.

近年、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)を備えた半導体装置の開発が進められている。このような半導体装置の代表的な例として、アクティブマトリクス型液晶表示装置、有機EL表示装置などが挙げられる。このような表示装置は、携帯電話などの携帯電子機器を含む様々な電子機器に用いられる。   In recent years, a semiconductor device including a thin film transistor (TFT) has been developed. Typical examples of such a semiconductor device include an active matrix liquid crystal display device and an organic EL display device. Such a display device is used in various electronic devices including portable electronic devices such as mobile phones.

アクティブマトリクス型の表示装置では、表示領域にスイッチング素子として多数の薄膜トランジスタ(TFT)が設けられている。TFTは、使用するシリコン薄膜の結晶性に応じて、非晶質シリコンTFTおよび結晶質シリコンTFTに大別される。一般に、結晶質シリコン膜の電界効果移動度は非晶質シリコン膜の電界効果移動度よりも高いため、結晶質シリコンTFTは、非晶質シリコンTFTよりも高速に動作することが可能である。   In an active matrix display device, a number of thin film transistors (TFTs) are provided as switching elements in a display region. TFTs are roughly classified into amorphous silicon TFTs and crystalline silicon TFTs according to the crystallinity of the silicon thin film used. In general, since the field effect mobility of the crystalline silicon film is higher than that of the amorphous silicon film, the crystalline silicon TFT can operate faster than the amorphous silicon TFT.

従って、結晶質シリコン膜を用いると、スイッチング素子として画素毎に設けられるTFT(「画素用TFT」と呼ぶ。)のみでなく、表示領域周辺に形成される駆動回路や種々の機能回路などの周辺回路を構成するTFT(「駆動回路用TFT」と呼ぶ。)をも同一基板上に形成することが可能になる(モノリシック化)。   Therefore, when a crystalline silicon film is used, not only TFTs provided for each pixel as switching elements (referred to as “pixel TFTs”), but also peripheral circuits such as drive circuits and various functional circuits formed around the display region. TFTs constituting a circuit (referred to as “driving circuit TFTs”) can also be formed on the same substrate (monolithic).

周辺回路に用いられるTFTには、高い動作速度に加えて、オン電流特性(電流駆動力)が高いこと、オフリーク電流が小さいこと、かつ、長期信頼性が高いことが要求される。   TFTs used for peripheral circuits are required to have high on-current characteristics (current driving capability), low off-leakage current, and high long-term reliability in addition to high operating speed.

シングルドレイン構造を有する従来のTFTでは、電流駆動力は比較的大きいものの、ホットキャリアによる劣化が生じやすいので、長期信頼性を確保するためには、駆動電圧を数ボルトの低電圧に制限しなければならない。その上、オフリーク電流が大きいといった問題もある。   A conventional TFT having a single drain structure has a relatively large current driving capability, but is easily deteriorated by hot carriers. Therefore, in order to ensure long-term reliability, the driving voltage must be limited to a low voltage of several volts. I must. In addition, there is a problem that off-leakage current is large.

これに対し、TFTのチャネル領域とソース領域・ドレイン領域との間の少なくとも一方に低濃度不純物領域(Lightly Doped Drain、以下「LDD領域」と略すことがある。)を形成した構造が知られている。このような構造は、「LDD構造」と称されている。LDD領域によって、ドレイン近傍の電界集中を緩和することができるので、上記シングルドレイン構造のTFTと比べて、ホットキャリア劣化耐性(すなわち長期信頼性)及びオフリーク電流を改善できる。しかし、LDD領域が抵抗となるので、シングルドレイン構造のTFTと比べて、電流駆動力が低下してしまう。   On the other hand, a structure in which a low concentration impurity region (Lightly Doped Drain, hereinafter abbreviated as “LDD region”) is formed in at least one of a TFT channel region and a source region / drain region is known. Yes. Such a structure is referred to as an “LDD structure”. Since the LDD region can alleviate electric field concentration near the drain, hot carrier deterioration resistance (that is, long-term reliability) and off-leakage current can be improved as compared with the TFT having the single drain structure. However, since the LDD region becomes a resistance, the current driving capability is reduced as compared with a single drain TFT.

そこで、ゲート絶縁膜を介してLDD領域と重なるようにゲート電極を配置した構造が提案されている。このような構造は、「GOLD(Gate−drain Overlapped LDD)構造」と称されている。GOLD構造を有するTFTでは、ゲート電極に電圧を印加すると、ゲート電極とオーバーラップしたLDD領域にキャリアとなる電子が蓄積する。よって、LDD領域の不純物濃度を高めることなく、LDD領域の抵抗を小さくすることができるので、TFTの電流駆動力の低下を抑制できる。   Therefore, a structure in which a gate electrode is arranged so as to overlap with the LDD region via a gate insulating film has been proposed. Such a structure is referred to as a “GOLD (Gate-drain Overlapped LDD) structure”. In a TFT having a GOLD structure, when a voltage is applied to a gate electrode, electrons serving as carriers accumulate in an LDD region overlapping with the gate electrode. Therefore, since the resistance of the LDD region can be reduced without increasing the impurity concentration of the LDD region, it is possible to suppress a decrease in the current driving capability of the TFT.

しかしながら、GOLD構造のTFTでは、ゲート絶縁膜を介してゲート電極とLDD領域とをオーバーラップさせるため、いわゆるゲート/ドレイン重なり容量Covが生じ、ゲート・ドレイン間の寄生容量(「Cgd寄生容量」ともいう。)が大きくなる。その結果、前述したLDD構造(ゲート電極とLDD領域とが重なっていない構造)のTFTよりも動作速度が低下してしまうという問題がある。 However, in the TFT having the GOLD structure, the gate electrode and the LDD region are overlapped with each other via the gate insulating film, so that a so-called gate / drain overlap capacitance Cov is generated, and a parasitic capacitance between the gate and the drain (“C gd parasitic capacitance” ") Also increases. As a result, there is a problem that the operation speed is lower than that of the TFT having the LDD structure (a structure in which the gate electrode and the LDD region do not overlap).

これに対し、特許文献1および特許文献2では、チャネル領域のみを覆うようにゲート電極(「メインゲート電極」と呼ぶ。)を設け、かつ、ゲート電極上に形成された層間絶縁膜の上に、LDD領域と重なるように他のゲート電極(以下、「サブゲート電極」と呼ぶ。)を設けた構成が開示されている。本明細書では、このような構成を、ダブルゲートGOLD構造と呼ぶことにする。   On the other hand, in Patent Document 1 and Patent Document 2, a gate electrode (referred to as “main gate electrode”) is provided so as to cover only the channel region, and on the interlayer insulating film formed on the gate electrode. , A configuration in which another gate electrode (hereinafter referred to as “sub-gate electrode”) is provided so as to overlap with the LDD region is disclosed. In the present specification, such a configuration is referred to as a double gate GOLD structure.

以下、ダブルゲートGOLD構造のTFTの一例を具体的に説明する。図9は、特許文献2に開示されたTFTの構成を説明するための模式的な断面図である。   Hereinafter, an example of a TFT having a double gate GOLD structure will be specifically described. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of the TFT disclosed in Patent Document 2. In FIG.

ダブルゲートGOLD構造を有する薄膜トランジスタ500は、チャネル領域102、LDD領域104およびソース・ドレイン領域106を有する半導体層110と、チャネル領域102を覆うメインゲート電極112と、メインゲート電極112と半導体層110との間に設けられたゲート絶縁膜114と、半導体層110およびメインゲート電極112を覆う層間絶縁膜116a、116bとを備えている。層間絶縁膜116a、116bの上には、ソース・ドレイン電極118と、サブゲート電極120とが設けられている。サブゲート電極120は、チャネル領域102およびLDD領域104と重なるように配置されており、層間絶縁膜116a、116bに形成されたコンタクトホールを介して、メインゲート電極112に電気的に接続されている。一方、ソース・ドレイン電極118は、層間絶縁膜116a、116bおよびゲート絶縁膜114に形成されたコンタクトホールを介して、それぞれ、ソース・ドレイン領域106に電気的に接続されている。   A thin film transistor 500 having a double gate GOLD structure includes a semiconductor layer 110 having a channel region 102, an LDD region 104, and a source / drain region 106, a main gate electrode 112 covering the channel region 102, a main gate electrode 112, and a semiconductor layer 110. And a gate insulating film 114 provided between them and interlayer insulating films 116a and 116b covering the semiconductor layer 110 and the main gate electrode 112. A source / drain electrode 118 and a sub-gate electrode 120 are provided on the interlayer insulating films 116a and 116b. The sub-gate electrode 120 is disposed so as to overlap with the channel region 102 and the LDD region 104, and is electrically connected to the main gate electrode 112 through contact holes formed in the interlayer insulating films 116a and 116b. On the other hand, the source / drain electrodes 118 are electrically connected to the source / drain regions 106 through contact holes formed in the interlayer insulating films 116a and 116b and the gate insulating film 114, respectively.

このようなダブルゲートGOLD構造を有する薄膜トランジスタ500では、LDD領域104とサブゲート電極120との間に、ゲート絶縁膜114に加えて、比較的厚い層間絶縁膜116a、116bが存在しているので、従来のGOLD構造よりもCgd寄生容量を小さくできる。
特開2003−17502号公報 特開2004−247536号公報
In the thin film transistor 500 having such a double gate GOLD structure, the relatively thick interlayer insulating films 116 a and 116 b exist between the LDD region 104 and the sub-gate electrode 120 in addition to the gate insulating film 114. C gd parasitic capacitance can be made smaller than that of the GOLD structure.
JP 2003-17502 A JP 2004-247536 A

図9に例示するようなダブルゲートGOLD構造によると、サブゲート電極120は層間絶縁膜116b上に配置されるので、サブゲート電極120をマスクとして用いて半導体層110に対するイオン注入を行うことができない。従って、セルフアライメントによってLDD領域104をサブゲート電極120と重なるように配置することが困難である。このため、LDD領域104とサブゲート電極120とのアライメントずれに起因して、TFT特性のばらつきが生じるおそれがある。   According to the double gate GOLD structure as illustrated in FIG. 9, since the sub-gate electrode 120 is disposed on the interlayer insulating film 116b, ion implantation cannot be performed on the semiconductor layer 110 using the sub-gate electrode 120 as a mask. Therefore, it is difficult to arrange the LDD region 104 so as to overlap the sub-gate electrode 120 by self-alignment. For this reason, the TFT characteristics may vary due to the misalignment between the LDD region 104 and the sub-gate electrode 120.

また、層間絶縁膜116a、116bに形成されたコンタクトホールを介して、メインゲート電極112とサブゲート電極120とをコンタクトさせる必要があるので、デバイスサイズが大きくなってしまう。   Further, since it is necessary to contact the main gate electrode 112 and the sub-gate electrode 120 through contact holes formed in the interlayer insulating films 116a and 116b, the device size is increased.

さらに、次のような問題もある。GOLD構造によると、前述したように、TFT動作時のLDD領域の抵抗を抑えて電流駆動力を高めるというメリットが得られるが、このメリットを十分に活かしつつ、所望の動作速度を実現し得る程度までCgd寄生容量を低減するためには、サブゲート電極120とLDD領域104との間の絶縁層の厚さを最適化する必要がある。これらの間の絶縁層が厚くなりすぎると、GOLD構造のメリットであるLDD領域の抵抗を十分に低くできなくなり、反対に絶縁層が薄くなりすぎると、Cgd寄生容量を十分に低減できなくなるからである。しかしながら、図9に示す従来のTFTでは、サブゲート電極120とLDD領域104との間の絶縁層の厚さ(ゲート絶縁膜114と層間絶縁膜116a、116bとの合計厚さ)は層間絶縁膜116a、116bの厚さによって決まってしまい、LDD領域の抵抗およびCgd寄生容量を考慮した最適値に設定することは困難である。 In addition, there are the following problems. According to the GOLD structure, as described above, there is an advantage that the resistance of the LDD region at the time of TFT operation is suppressed and the current driving force is increased. However, the desired operating speed can be realized while fully utilizing this advantage. In order to reduce the C gd parasitic capacitance, it is necessary to optimize the thickness of the insulating layer between the sub-gate electrode 120 and the LDD region 104. If the insulating layer between them becomes too thick, the resistance of the LDD region, which is the merit of the GOLD structure, cannot be lowered sufficiently. Conversely, if the insulating layer becomes too thin, the C gd parasitic capacitance cannot be reduced sufficiently. It is. However, in the conventional TFT shown in FIG. 9, the thickness of the insulating layer between the sub-gate electrode 120 and the LDD region 104 (the total thickness of the gate insulating film 114 and the interlayer insulating films 116a and 116b) is the same as the interlayer insulating film 116a. , 116b, and it is difficult to set the optimum value in consideration of the resistance of the LDD region and the C gd parasitic capacitance.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、GOLD構造を有する薄膜トランジスタにおいて、高い電流駆動力を確保しつつ、ゲート/ドレイン重なり容量を減少させることにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its main object is to reduce gate / drain overlap capacitance while securing high current driving capability in a thin film transistor having a GOLD structure.

本発明の薄膜トランジスタは、チャネル領域と、前記チャネル領域の両側にそれぞれ位置するソース領域およびドレイン領域と、前記チャネル領域と前記ソース領域および前記ドレイン領域の少なくとも一方とに挟まれ、前記ソース領域および前記ドレイン領域よりも不純物濃度の低い少なくとも1つの低濃度不純物領域とを有する半導体層と、前記半導体層上に形成され、前記チャネル領域と接するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に、前記少なくとも1つの低濃度不純物領域および前記チャネル領域と重なるように配置されたゲート電極と前記ゲート絶縁膜と前記半導体層との間に、前記少なくとも1つの低濃度不純物領域を覆うように形成された他の絶縁膜とを備える。   The thin film transistor of the present invention is sandwiched between a channel region, a source region and a drain region located on both sides of the channel region, and at least one of the channel region, the source region, and the drain region, A semiconductor layer having at least one low-concentration impurity region having an impurity concentration lower than that of the drain region; a gate insulating film formed on the semiconductor layer and in contact with the channel region; and the at least one on the gate insulating film Another insulation formed so as to cover the at least one low-concentration impurity region between the low-concentration impurity region and the gate electrode arranged to overlap the channel region, the gate insulating film, and the semiconductor layer And a membrane.

ある好ましい実施形態において、前記ゲート電極は単一の導電膜から形成されている。   In a preferred embodiment, the gate electrode is formed from a single conductive film.

前記他の絶縁膜の厚さは、前記ゲート絶縁膜の厚さ以上であってもよい。   The thickness of the other insulating film may be equal to or greater than the thickness of the gate insulating film.

ある好ましい実施形態において、前記ゲート電極の端部と、前記少なくとも1つの低濃度不純物領域の前記チャネル領域と反対側の端部とは整合している。   In a preferred embodiment, an end portion of the gate electrode is aligned with an end portion of the at least one low-concentration impurity region opposite to the channel region.

本発明の他の薄膜トランジスタは、基板上に形成され、チャネル領域と、前記チャネル領域の両側にそれぞれ位置するソース領域およびドレイン領域と、前記チャネル領域と前記ソース領域および前記ドレイン領域の少なくとも一方とに挟まれ、前記ソース領域および前記ドレイン領域よりも不純物濃度の低い少なくとも1つの低濃度不純物領域とを有する半導体層と、前記半導体層の基板側に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して、前記低濃度不純物領域の少なくとも一部および前記チャネル領域と重なるように配置されたゲート電極と、前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との間に、前記少なくとも1つの低濃度不純物領域と重なるように形成された他の絶縁膜とを備え、前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜のうち前記チャネル領域の下に位置する部分と接している。   Another thin film transistor of the present invention is formed on a substrate and includes a channel region, a source region and a drain region located on both sides of the channel region, and at least one of the channel region, the source region, and the drain region, respectively. A semiconductor layer sandwiched between and having at least one low-concentration impurity region having an impurity concentration lower than that of the source region and the drain region, a gate insulating film formed on the substrate side of the semiconductor layer, and the gate insulating film And at least part of the low-concentration impurity region and the channel region, and overlaps the at least one low-concentration impurity region between the gate insulating film and the gate electrode. And the gate electrode is formed on the front side of the gate insulating film. It is in contact with the portion located below the channel region.

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に、前記半導体層のうちチャネル領域となる部分の少なくとも一部を露出する開口部を形成する工程と、前記絶縁膜上に、前記絶縁膜の開口部内で前記半導体層に接するようにゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に導電膜を形成し、前記導電膜をパターニングすることにより、前記半導体層のうちチャネル領域となる部分および低濃度不純物領域となる部分と重なるゲート電極を形成する工程とを包含する。   The method of manufacturing a thin film transistor of the present invention includes a step of forming a semiconductor layer on a substrate, a step of forming an insulating film on the semiconductor layer, and at least a portion of the semiconductor layer that becomes a channel region in the insulating film. Forming a partly exposed opening; forming a gate insulating film on the insulating film so as to be in contact with the semiconductor layer in the opening of the insulating film; and a conductive film on the gate insulating film Forming a gate electrode that overlaps a portion that becomes a channel region and a portion that becomes a low-concentration impurity region in the semiconductor layer.

ある好ましい実施形態において、前記絶縁膜に開口部を形成する工程は、前記半導体層をエッチストップ層として前記絶縁膜に対してウェットエッチングを行う工程を含む。   In a preferred embodiment, the step of forming an opening in the insulating film includes a step of performing wet etching on the insulating film using the semiconductor layer as an etch stop layer.

ある好ましい実施形態において、前記ゲート電極をマスクとして前記半導体層に不純物イオンを注入することにより、前記半導体層にソース領域およびドレイン領域を形成する工程をさらに包含する。   In a preferred embodiment, the method further includes forming a source region and a drain region in the semiconductor layer by implanting impurity ions into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask.

本発明によると、GOLD構造を有する薄膜トランジスタにおいて、薄膜トランジスタのオン電流特性を確保しつつ、ゲート/ドレイン重なり容量を減少させるこができる。従って、従来よりも高速動作可能な薄膜トランジスタを提供できる。   According to the present invention, in the thin film transistor having the GOLD structure, the gate / drain overlap capacitance can be reduced while ensuring the on-current characteristics of the thin film transistor. Therefore, it is possible to provide a thin film transistor capable of operating at a higher speed than conventional.

また、本発明によると、薄膜トランジスタのLDD領域をセルフアライメントによって形成することが可能になるので、アライメントずれによるトランジスタ特性のばらつきを抑えることができる。   In addition, according to the present invention, since the LDD region of the thin film transistor can be formed by self-alignment, variations in transistor characteristics due to misalignment can be suppressed.

さらに、LDD領域とゲート電極との間の絶縁層の厚さを容易に最適化できるので、LDD領域の抵抗を抑えつつ、ゲート/ドレイン重なり容量を所望の値まで低減できる。   Furthermore, since the thickness of the insulating layer between the LDD region and the gate electrode can be easily optimized, the gate / drain overlap capacitance can be reduced to a desired value while suppressing the resistance of the LDD region.

(実施形態1)
以下、図面を参照しながら、本発明による薄膜トランジスタの第1の実施形態を説明する。本実施形態は、薄膜トランジスタを用いた種々の機能回路、アクティブマトリクス基板、液晶表示装置および有機EL表示装置などの表示装置、密着型イメージセンサなどを含む薄膜トランジスタを備えた装置に広く適用される。特に液晶表示装置または有機EL表示装置の駆動回路や機能回路に好適に用いられる。
(Embodiment 1)
Hereinafter, a first embodiment of a thin film transistor according to the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is widely applied to various functional circuits using thin film transistors, active matrix substrates, display devices such as liquid crystal display devices and organic EL display devices, and devices including thin film transistors including contact image sensors. In particular, it is suitably used for a drive circuit and a functional circuit of a liquid crystal display device or an organic EL display device.

図1(a)および(b)は、それぞれ、本実施形態の薄膜トランジスタの模式的な断面図および平面図である。図1(a)は、図1(b)の1A−1A’線に沿った断面を示している。   1A and 1B are a schematic cross-sectional view and a plan view, respectively, of the thin film transistor of this embodiment. FIG. 1A shows a cross section taken along line 1A-1A ′ of FIG.

薄膜トランジスタ100は、基板1と、基板1の表面に形成された絶縁性の下地膜2と、下地膜2の上に形成された半導体層12と、半導体層12の上にゲート絶縁膜7を介して設けられたゲート電極8と、ソース・ドレイン電極10とを備えている。半導体層12は、チャネル領域3と、チャネル領域3の両側にそれぞれ位置するソース・ドレイン領域(高濃度不純物領域)5と、チャネル領域3とソース・ドレイン領域5との間にそれぞれ位置し、ソース・ドレイン領域5よりも不純物濃度の低い低濃度不純物(LDD)領域4とを有している。ゲート絶縁膜7と半導体層12との間には、LDD領域4を覆うように絶縁膜6が形成されている。絶縁膜6は、チャネル領域3上に開口部を有するようにパターニングされており、絶縁膜6上に形成されたゲート絶縁膜7は、絶縁膜6の開口部内で半導体層12のチャネル領域3と接している。   The thin film transistor 100 includes a substrate 1, an insulating base film 2 formed on the surface of the substrate 1, a semiconductor layer 12 formed on the base film 2, and a gate insulating film 7 on the semiconductor layer 12. The gate electrode 8 and the source / drain electrode 10 are provided. The semiconductor layer 12 is located between the channel region 3, the source / drain region (high-concentration impurity region) 5 located on both sides of the channel region 3, and the channel region 3 and the source / drain region 5, respectively. A low-concentration impurity (LDD) region 4 having an impurity concentration lower than that of the drain region 5; An insulating film 6 is formed between the gate insulating film 7 and the semiconductor layer 12 so as to cover the LDD region 4. The insulating film 6 is patterned so as to have an opening on the channel region 3, and the gate insulating film 7 formed on the insulating film 6 is connected to the channel region 3 of the semiconductor layer 12 within the opening of the insulating film 6. It touches.

ゲート電極8は、ゲート絶縁膜7上に、チャネル領域3およびLDD領域4と重なるように配置されている。ここでは、ゲート電極8の端部とLDD領域4のソース・ドレイン領域5側の端部(チャネル領域3と反対側の端部)とが整合しており、LDD領域4の全体がゲート電極8で覆われている。   The gate electrode 8 is disposed on the gate insulating film 7 so as to overlap the channel region 3 and the LDD region 4. Here, the end of the gate electrode 8 and the end of the LDD region 4 on the source / drain region 5 side (end opposite to the channel region 3) are aligned, and the entire LDD region 4 is the gate electrode 8. Covered with.

ゲート電極8の上には、半導体層12を覆うように層間絶縁膜9が形成されており、層間絶縁膜9の上には、ソース・ドレイン電極10が設けられている。ソース・ドレイン電極10は、それぞれ、層間絶縁膜9、ゲート絶縁膜7および絶縁膜6に形成されたコンタクトホールを介して、半導体層12のソース・ドレイン領域5と電気的に接続されている。   An interlayer insulating film 9 is formed on the gate electrode 8 so as to cover the semiconductor layer 12, and a source / drain electrode 10 is provided on the interlayer insulating film 9. The source / drain electrodes 10 are electrically connected to the source / drain regions 5 of the semiconductor layer 12 through contact holes formed in the interlayer insulating film 9, the gate insulating film 7 and the insulating film 6, respectively.

薄膜トランジスタ100では、チャネル領域3とゲート電極8との間の絶縁層の厚さはゲート絶縁膜7の厚さt1となり、LDD領域4とゲート電極8との間の絶縁層の厚さはゲート絶縁膜7の厚さt1と絶縁膜6の厚さt2との合計厚さ(t1+t2)となる。このように、LDD領域4とゲート電極8との間の絶縁層の厚さを、チャネル領域3とゲート電極8との間の絶縁層の厚さよりも大きくできるので、ドレイン側のLDD領域4とゲート電極8との間に生じる重なり容量Covを低減できる。 In the thin film transistor 100, the thickness of the insulating layer between the channel region 3 and the gate electrode 8 is the thickness t1 of the gate insulating film 7, and the thickness of the insulating layer between the LDD region 4 and the gate electrode 8 is the gate insulation. The total thickness (t1 + t2) of the thickness t1 of the film 7 and the thickness t2 of the insulating film 6 is obtained. Thus, since the thickness of the insulating layer between the LDD region 4 and the gate electrode 8 can be made larger than the thickness of the insulating layer between the channel region 3 and the gate electrode 8, the drain-side LDD region 4 and The overlapping capacitance C ov generated between the gate electrode 8 can be reduced.

なお、薄膜トランジスタ100では、チャネル領域3の両側にLDD領域4が形成されているが、LDD領域4は、ソース・ドレイン領域5の少なくとも一方とチャネル領域3とに挟まれた位置に設けられていればよく、チャネル領域3の片側のみに設けられていてもよい。薄膜トランジスタ100のソース側とドレイン側とを入れ替えて用いることがある場合には、チャネル領域3と、ソース・ドレイン領域5との間にそれぞれLDD領域4を設けることが好ましいが、薄膜トランジスタ100のソース側とドレイン側とを入れ替えない場合は、チャネル領域3とドレイン領域5との間にのみLDD領域4を形成すると、電流駆動力の低下を抑える上で好ましい。また、本実施形態におけるゲート電極8は、LDD領域4と重なるように配置されていればよく(GOLD構造)、図示するようにLDD領域4の全体と重なっていてもよいし、LDD領域4の一部のみと重なっていてもよい。   In the thin film transistor 100, the LDD regions 4 are formed on both sides of the channel region 3, but the LDD regions 4 are provided at positions sandwiched between at least one of the source / drain regions 5 and the channel region 3. It may be provided only on one side of the channel region 3. When the source side and the drain side of the thin film transistor 100 are sometimes used interchangeably, it is preferable to provide the LDD region 4 between the channel region 3 and the source / drain region 5, respectively. In the case where the drain side and the drain side are not interchanged, it is preferable to form the LDD region 4 only between the channel region 3 and the drain region 5 in order to suppress a decrease in current driving force. In addition, the gate electrode 8 in the present embodiment may be disposed so as to overlap the LDD region 4 (GOLD structure), and may overlap the entire LDD region 4 as illustrated, or the LDD region 4 It may overlap with only a part.

また、絶縁膜6は、LDD領域4の少なくとも一部を覆っており、かつ、チャネル領域3の少なくとも一部を開口するようにパターニングされていればよい。LDD領域4の少なくとも一部を覆っていれば、ゲート/ドレイン重なり容量を低減できる効果が得られる。また、チャネル領域3の少なくとも一部を開口するようにパターニングされていれば、ゲート絶縁膜7をチャネル領域3と接するように配置させることができるので、絶縁膜6によるオン電流の低下を抑制できる。ただし、絶縁膜6は、図1に示すように、LDD領域4を覆い、かつ、チャネル領域3と重ならないように設計されていることが好ましく、これにより、高いオン電流特性を確保しつつ、ゲート/ドレイン重なり容量をより効果的に低減できる。あるいは、絶縁膜6は、チャネル領域3およびソース・ドレイン領域5と重ならず、LDD領域4とのみ重なるようにパターニングされていてもよく、その場合でも、図1に示す構成と同様の効果が得られる。   The insulating film 6 only needs to be patterned so as to cover at least part of the LDD region 4 and open at least part of the channel region 3. If at least a part of the LDD region 4 is covered, the gate / drain overlap capacitance can be reduced. Further, if patterning is performed so that at least a part of the channel region 3 is opened, the gate insulating film 7 can be disposed so as to be in contact with the channel region 3, so that a decrease in on-current due to the insulating film 6 can be suppressed. . However, the insulating film 6 is preferably designed so as to cover the LDD region 4 and not to overlap the channel region 3 as shown in FIG. 1, thereby ensuring high on-current characteristics, Gate / drain overlap capacitance can be reduced more effectively. Alternatively, the insulating film 6 may be patterned so as not to overlap with the channel region 3 and the source / drain region 5 but only with the LDD region 4. Even in this case, the same effect as the configuration shown in FIG. can get.

以下、図面を参照しながら、本実施形態のゲート/ドレイン重なり容量の低減効果をより詳しく説明する。図2(a)および(b)は、GOLD構造を有する一般的な薄膜トランジスタの断面図および平面図である。簡単のため、図1と同様の構成要素には同じ参照符号を付して説明を省略する。   Hereinafter, the effect of reducing the gate / drain overlap capacitance of the present embodiment will be described in more detail with reference to the drawings. 2A and 2B are a cross-sectional view and a plan view of a general thin film transistor having a GOLD structure. For simplicity, the same components as those in FIG.

図2(a)および(b)に示す従来の薄膜トランジスタ600では、ゲート電極8とLDD領域4との間の絶縁層の厚さは、ゲート電極8とチャネル領域3との間の絶縁層の厚さと等しく、ゲート絶縁膜7の厚さt1となる。薄膜トランジスタ600のゲート/ドレイン重なり容量Cov’は、ゲート電極8とLDD領域4との重なっている部分の面積に比例し、ゲート絶縁膜7の厚さに反比例する。LDD領域4のチャネル方向の長さをLov、半導体層12のチャネル方向に垂直な幅をW、ゲート絶縁膜7の比誘電率をεoxとすると、ゲート/ドレイン重なり容量Cov’は次式で表される。 In the conventional thin film transistor 600 shown in FIGS. 2A and 2B, the thickness of the insulating layer between the gate electrode 8 and the LDD region 4 is the same as the thickness of the insulating layer between the gate electrode 8 and the channel region 3. Equal to the thickness t1 of the gate insulating film 7. The gate / drain overlap capacitance C ov ′ of the thin film transistor 600 is proportional to the area of the overlapping portion between the gate electrode 8 and the LDD region 4 and inversely proportional to the thickness of the gate insulating film 7. When the length in the channel direction of the LDD region 4 is L ov , the width perpendicular to the channel direction of the semiconductor layer 12 is W, and the relative dielectric constant of the gate insulating film 7 is ε ox , the gate / drain overlap capacitance C ov ′ is It is expressed by a formula.

ov’=εox×Lov×W/t1 (1)
これに対し、図1(a)および(b)に示す本実施形態の薄膜トランジスタ100では、ゲート/ドレイン重なり容量Covは、ゲート電極8とLDD領域4との重なっている部分の面積に比例し、ゲート電極8とLDD領域4との間の絶縁層の厚さ、すなわち、ゲート絶縁膜7および絶縁膜6の合計厚さ(t1+t2)に反比例する。従って、LDD領域4のチャネル方向の長さをLov、半導体層12のチャネル方向に垂直な幅をW、ゲート絶縁膜7および絶縁膜6の比誘電率(簡単のため、ゲート絶縁膜7と絶縁膜6とが同じ材料から形成されており、同じ誘電率を有すると仮定する。)をεoxとすると、ゲート/ドレイン重なり容量Covは次式で表される。
C ov '= ε ox × L ov × W / t1 (1)
On the other hand, in the thin film transistor 100 of this embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, the gate / drain overlap capacitance Cov is proportional to the area of the overlapping portion of the gate electrode 8 and the LDD region 4. The thickness of the insulating layer between the gate electrode 8 and the LDD region 4, that is, the total thickness (t 1 + t 2) of the gate insulating film 7 and the insulating film 6 is inversely proportional. Therefore, the length in the channel direction of the LDD region 4 is L ov , the width perpendicular to the channel direction of the semiconductor layer 12 is W, and the relative dielectric constant of the gate insulating film 7 and the insulating film 6 (for simplicity, the gate insulating film 7 and It is assumed that the insulating film 6 is made of the same material and has the same dielectric constant.) Ε ox , the gate / drain overlap capacitance C ov is expressed by the following equation.

ov=εox×Lov×W/(t1+t2) (2)
このように、本実施形態によると、ゲート/ドレイン重なり容量Cov(式(2))を、従来のゲート/ドレイン重なり容量Cov’(式(1))よりも大幅に小さくすることができるので、ゲート/ドレイン重なり容量に起因する動作速度の低下を改善できる。
C ov = ε ox × L ov × W / (t1 + t2) (2)
Thus, according to the present embodiment, the gate / drain overlap capacitance C ov (Equation (2)) can be made significantly smaller than the conventional gate / drain overlap capacitance C ov ′ (Equation (1)). Therefore, it is possible to improve the decrease in operation speed due to the gate / drain overlap capacitance.

また、本実施形態によると、図9を参照しながら前述したダブルゲートGOLD構造のTFTと比較して以下のようなメリットがある。   Further, according to the present embodiment, there are the following merits as compared with the TFT having the double gate GOLD structure described above with reference to FIG.

ダブルゲートGOLD構造のTFTでは、上述したように、サブゲート電極を層間絶縁膜上に形成するため、サブゲート電極のパターンを利用したセルフアライメントによってLDD領域を形成することができない。このため、LDD領域とサブゲート電極との間にアライメントずれによる特性ばらつきが生じるおそれがあった。これに対し、本実施形態によると、後述するように、ゲート電極8をマスクとしてLDD領域4を形成するためのイオン注入を行うことが可能となり、アライメントずれが起こらない。   In the TFT having the double gate GOLD structure, as described above, since the sub gate electrode is formed on the interlayer insulating film, the LDD region cannot be formed by self-alignment using the pattern of the sub gate electrode. For this reason, there is a possibility that characteristic variation due to misalignment may occur between the LDD region and the sub-gate electrode. On the other hand, according to the present embodiment, as will be described later, it becomes possible to perform ion implantation for forming the LDD region 4 using the gate electrode 8 as a mask, and alignment deviation does not occur.

また、本実施形態では、LDD領域4とゲート電極8との間の絶縁層の厚さを、層間絶縁膜9の厚さとは別個に高い自由度で設定することができる。具体的には、上記絶縁層の厚さは、絶縁膜6の厚さを制御することによって容易に調整されるので、GOLD構造によりLDD領域4の抵抗を低くして高いオン電流を確保しつつ、ゲート/ドレイン重なり容量を所望の範囲まで減少させることができる。   In the present embodiment, the thickness of the insulating layer between the LDD region 4 and the gate electrode 8 can be set with a high degree of freedom separately from the thickness of the interlayer insulating film 9. Specifically, since the thickness of the insulating layer is easily adjusted by controlling the thickness of the insulating film 6, the resistance of the LDD region 4 is lowered by the GOLD structure to ensure a high on-current. The gate / drain overlap capacitance can be reduced to a desired range.

本実施形態におけるゲート電極8は単一の導電膜から形成されていることが好ましい。ここでいう「単一の導電膜から形成されている」とは、1層の導電膜をパターニングして形成されている場合のみでなく、積層構造を有する導電膜をパターニングして形成されている場合も含む。これにより、ダブルゲートGOLD構造のTFTのように、2つのゲート電極をコンタクトさせる必要がないので、製造プロセスを複雑にすることなく、ゲート/ドレイン重なり容量を低減できる。また、ダブルゲートGOLD構造のTFTでは、メインゲート電極とサブゲート電極とをコンタクトさせるための領域を素子内に設ける必要があるが、本実施形態では、そのような領域を設ける必要がないので、素子サイズを小さくできる。   The gate electrode 8 in this embodiment is preferably formed from a single conductive film. Here, “formed from a single conductive film” is not only formed by patterning a single conductive film, but also formed by patterning a conductive film having a laminated structure. Including cases. This eliminates the need to contact the two gate electrodes unlike the TFT having the double gate GOLD structure, so that the gate / drain overlap capacitance can be reduced without complicating the manufacturing process. Further, in the TFT having the double gate GOLD structure, it is necessary to provide a region for contacting the main gate electrode and the sub gate electrode in the element. However, in this embodiment, it is not necessary to provide such a region. The size can be reduced.

次に、本実施形態の薄膜トランジスタ100の製造方法を説明する。図3(a)〜(h)は、薄膜トランジスタ100の製造方法の一例を説明するための工程断面図である。図示する例では、基板(支持体)上に1つのTFTを形成しているが、典型的には、同一の基板上に複数のTFTが形成される。   Next, a method for manufacturing the thin film transistor 100 of this embodiment will be described. 3A to 3H are process cross-sectional views for explaining an example of a method for manufacturing the thin film transistor 100. FIG. In the illustrated example, one TFT is formed on a substrate (support). Typically, a plurality of TFTs are formed on the same substrate.

まず、図3(a)に示すように、基板1の上に半導体層12を形成する。図示しないが、基板1の表面には、絶縁性の下地膜が形成されていてもよい。下地膜を形成しない場合には、基板1として、石英基板、ガラス基板などの絶縁性表面を有する基板を用いることができる。下地膜を形成する場合には、基板1として、石英基板、ガラス基板の他に、Si基板や金属基板を用いてもよい。例えば、下地膜としてSiN膜およびSiO2膜からなる積層膜をCVD法またはスパッタ法で基板1上に堆積させ、その上に半導体層12を形成してもよい。 First, as shown in FIG. 3A, the semiconductor layer 12 is formed on the substrate 1. Although not shown, an insulating base film may be formed on the surface of the substrate 1. When the base film is not formed, a substrate having an insulating surface such as a quartz substrate or a glass substrate can be used as the substrate 1. When the base film is formed, the substrate 1 may be a Si substrate or a metal substrate in addition to the quartz substrate and the glass substrate. For example, a laminated film composed of a SiN film and a SiO 2 film may be deposited on the substrate 1 by a CVD method or a sputtering method, and the semiconductor layer 12 may be formed thereon.

半導体層12は、結晶質シリコン膜(厚さ:例えば40nm以上200nm以下)を形成し、必要に応じてパターニングすることによって形成される。結晶質シリコン膜は、次のようにして形成できる。まず、CVD法で基板1上に非晶質シリコン膜を堆積させる。この後、レーザー光を照射することにより非晶質シリコン膜を結晶化させる。レーザー光としては、パルス発振型または連続発振型のエキシマレーザー光が望ましいが、連続発振型のアルゴンレーザー光でも良い。また、結晶化を助長するための触媒元素、たとえばNi等を非晶質シリコン膜表面に付着させた後、熱処理(例えばレーザー照射)により非晶質シリコン膜を結晶化させておいてもよい。   The semiconductor layer 12 is formed by forming a crystalline silicon film (thickness: for example, 40 nm or more and 200 nm or less) and patterning as necessary. The crystalline silicon film can be formed as follows. First, an amorphous silicon film is deposited on the substrate 1 by the CVD method. Thereafter, the amorphous silicon film is crystallized by irradiating with laser light. As the laser beam, a pulse oscillation type or continuous oscillation type excimer laser beam is desirable, but a continuous oscillation type argon laser beam may be used. In addition, after a catalytic element for promoting crystallization, such as Ni, is attached to the surface of the amorphous silicon film, the amorphous silicon film may be crystallized by heat treatment (for example, laser irradiation).

続いて、図3(b)に示すように、半導体層12の上に、例えばSiO2膜(比誘電率:3.9)(厚さt2:50nm)からなる絶縁膜6をCVD法等によって形成する。この後、必要に応じて、トランジスタのしきい値電圧を調整するためのチャネルドープを行ってもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 3B, an insulating film 6 made of, for example, a SiO 2 film (relative dielectric constant: 3.9) (thickness t2: 50 nm) is formed on the semiconductor layer 12 by a CVD method or the like. Form. Thereafter, if necessary, channel doping for adjusting the threshold voltage of the transistor may be performed.

次いで、図3(c)に示すように、絶縁膜6の上にレジスト層22を形成し、レジスト層22をマスクとして、半導体層12に不純物イオン(例えばリン)を注入する(第1の注入工程)。本実施形態では、リンイオンを注入するときの加速電圧を50kV、リンのドーズ量を3×1013atoms/cm2とする。これによって、半導体層12のうちレジスト層22と重ならない領域4’に、不純物イオンが低濃度に注入される。半導体層12のうちレジスト層22と重なる領域はチャネル領域(チャネル長:例えば4μm)3となる。この後、レジスト層22を除去する。 Next, as shown in FIG. 3C, a resist layer 22 is formed on the insulating film 6, and impurity ions (for example, phosphorus) are implanted into the semiconductor layer 12 using the resist layer 22 as a mask (first implantation). Process). In the present embodiment, the acceleration voltage when phosphorus ions are implanted is 50 kV, and the phosphorus dose is 3 × 10 13 atoms / cm 2 . As a result, impurity ions are implanted at a low concentration into the region 4 ′ of the semiconductor layer 12 that does not overlap the resist layer 22. A region of the semiconductor layer 12 that overlaps the resist layer 22 is a channel region (channel length: 4 μm, for example) 3. Thereafter, the resist layer 22 is removed.

次いで、図3(d)に示すように、半導体層12のうちチャネル領域3を開口するレジスト層24を新たに形成し、レジスト層24をマスクとして、絶縁膜6のうちチャネル領域3の上に位置する部分を除去する。除去方法としては、公知のエッチング方法を適用できるが、ウェットエッチングを用いることが好ましい。例えばフッ化水素をエッチング液として用いてウェットエッチングを行うと、半導体層(Si層)12がエッチストップ層として機能するので、半導体層12の表面にダメージを与えることなく絶縁膜6のみを容易にエッチングできる。なお、ウェットエッチングの代わりにドライエッチングを適用することもできるが、その場合には、半導体層12の上に保護膜を形成しておくことが好ましい。   Next, as shown in FIG. 3D, a resist layer 24 that opens the channel region 3 in the semiconductor layer 12 is newly formed, and on the channel region 3 in the insulating film 6 using the resist layer 24 as a mask. Remove the located part. As a removal method, a known etching method can be applied, but wet etching is preferably used. For example, when wet etching is performed using hydrogen fluoride as an etchant, the semiconductor layer (Si layer) 12 functions as an etch stop layer, so that only the insulating film 6 can be easily formed without damaging the surface of the semiconductor layer 12. Can be etched. In addition, although dry etching can be applied instead of wet etching, in that case, it is preferable to form a protective film on the semiconductor layer 12.

上記エッチングによって、絶縁膜6に、チャネル領域3の少なくとも一部を露出する開口部が形成される。また、絶縁膜6は、半導体層12のうちLDD領域となる領域の少なくとも一部を覆っていればよく、例えばソース・ドレイン領域となる領域を覆っていなくてもよい。   By the etching, an opening that exposes at least a part of the channel region 3 is formed in the insulating film 6. The insulating film 6 only needs to cover at least a part of the region that becomes the LDD region of the semiconductor layer 12, and may not cover the region that becomes the source / drain region, for example.

次いで、レジスト層24を除去した後、図3(e)に示すように、例えばSiO2膜(比誘電率:3.9)からなるゲート絶縁膜(厚さt1:30nm)7を形成する。ゲート絶縁膜7は、絶縁膜6の開口部内で、半導体層12のチャネル領域3に接するように形成される。 Next, after removing the resist layer 24, as shown in FIG. 3E, a gate insulating film (thickness t1: 30 nm) 7 made of, for example, a SiO 2 film (relative dielectric constant: 3.9) is formed. The gate insulating film 7 is formed in contact with the channel region 3 of the semiconductor layer 12 within the opening of the insulating film 6.

続いて、図3(f)に示すように、ゲート絶縁膜7の上に導電膜(厚さ:200nm)を形成し、この導電膜をパターニングすることにより、ゲート電極8を形成する。ゲート電極8は、半導体層12のうちLDD領域となる領域およびチャネル領域3を覆うように形成される。ゲート電極8は、W膜等を用いて形成された単層構造を有していてもよいし、例えばTaN膜、W膜を積層することによって形成された2層構造、あるいは3層以上の積層構造を有していてもよい。   Subsequently, as shown in FIG. 3F, a conductive film (thickness: 200 nm) is formed on the gate insulating film 7, and the conductive film is patterned to form the gate electrode 8. The gate electrode 8 is formed so as to cover the region serving as the LDD region and the channel region 3 in the semiconductor layer 12. The gate electrode 8 may have a single layer structure formed using a W film or the like, for example, a TaN film, a two layer structure formed by stacking a W film, or a stack of three or more layers. You may have a structure.

次に、図3(g)に示すように、ゲート電極8をマスクとして、半導体層12に不純物イオン(例えばリンイオン)を注入する(第2の注入工程)。本実施形態では、リンイオンを注入するときの加速電圧を50kV、リンのドーズ量を3×1015atoms/cm2以下とする。これにより、半導体層12にソース・ドレイン領域5が形成される。一方、半導体層12のうち前述の第1の注入工程で不純物イオンが低濃度に注入され、本工程ではゲート電極8でマスクされて不純物イオンが注入されなかった領域4がLDD領域となる。ここでは、チャネル領域3とソース・ドレイン領域5との間に、それぞれ、チャネル方向の長さが2μmのLDD領域4を形成する。LDD領域4のチャネル方向の長さは、上記長さに限定されず、使用する電源電圧及び写真製版時の位置合せ精度により適宜選択され得る。また、LDD領域4はチャネル領域3のドレイン側のみに形成されてもよい。 Next, as shown in FIG. 3G, impurity ions (for example, phosphorus ions) are implanted into the semiconductor layer 12 using the gate electrode 8 as a mask (second implantation step). In this embodiment, the acceleration voltage when phosphorus ions are implanted is set to 50 kV, and the dose amount of phosphorus is set to 3 × 10 15 atoms / cm 2 or less. As a result, the source / drain regions 5 are formed in the semiconductor layer 12. On the other hand, in the semiconductor layer 12, impurity ions are implanted at a low concentration in the first implantation step described above, and in this step, the region 4 masked by the gate electrode 8 and not implanted with impurity ions becomes an LDD region. Here, an LDD region 4 having a length of 2 μm in the channel direction is formed between the channel region 3 and the source / drain regions 5, respectively. The length of the LDD region 4 in the channel direction is not limited to the above length, and can be appropriately selected depending on the power supply voltage used and the alignment accuracy during photoengraving. The LDD region 4 may be formed only on the drain side of the channel region 3.

第2の注入工程の後、ソース・ドレイン領域5の抵抗を小さくするために、熱処理を行うことが好ましい。熱処理として、炉アニール、レーザーアニール、ランプアニールを行うことができる。   After the second implantation step, heat treatment is preferably performed to reduce the resistance of the source / drain region 5. As the heat treatment, furnace annealing, laser annealing, or lamp annealing can be performed.

この後、図3(h)に示すように、ゲート電極8を覆うように層間絶縁膜9を形成した後、層間絶縁膜9、ゲート絶縁膜7および絶縁膜6に、ソース・ドレイン領域5にそれぞれ達するコンタクトホールを形成する。本実施形態では、層間絶縁膜9として、SiN膜(厚さ:300nm)およびSiO2膜(厚さ:700nm)からなる積層膜を用いる。なお、層間絶縁膜9の構造はこれに限定されず、例えばSiO2膜の単層構造としてもよい。この後、層間絶縁膜9の上(コンタクトホールの内部を含む)に、例えばスパッタ法で導電膜を形成し、この導電膜をパターニングすることにより、ソース・ドレイン電極10を形成する。導電膜は、上層からTiN/Al/TiN/Tiの積層膜であってもよいし、Al、Cu等の単層膜であってもよい。このようにして、薄膜トランジスタ100が得られる。 Thereafter, as shown in FIG. 3 (h), an interlayer insulating film 9 is formed so as to cover the gate electrode 8, and then the interlayer insulating film 9, the gate insulating film 7 and the insulating film 6 are formed in the source / drain region 5. Each contact hole is formed. In the present embodiment, a laminated film composed of a SiN film (thickness: 300 nm) and a SiO 2 film (thickness: 700 nm) is used as the interlayer insulating film 9. The structure of the interlayer insulating film 9 is not limited to this, and for example, a single layer structure of a SiO 2 film may be used. Thereafter, a conductive film is formed on the interlayer insulating film 9 (including the inside of the contact hole) by, for example, sputtering, and the conductive film is patterned to form the source / drain electrodes 10. The conductive film may be a laminated film of TiN / Al / TiN / Ti from the upper layer, or may be a single layer film of Al, Cu or the like. In this way, the thin film transistor 100 is obtained.

薄膜トランジスタ100を構成する各層の材料や厚さは上記方法で例示された材料や厚さに限定されない。例えば、絶縁膜6およびゲート絶縁膜7として、SiO2膜の他にSiON膜を用いてもよい。また、絶縁膜6およびゲート絶縁膜7の材料はそれぞれ異なっていてもよい。絶縁膜6の材料として、ゲート絶縁膜7の材料よりも比誘電率εの小さい材料を選択してもよく、これにより、絶縁膜6の厚さを抑えつつゲート/ドレイン重なり容量を減少させることが可能になる。 The material and thickness of each layer included in the thin film transistor 100 are not limited to the materials and thicknesses exemplified by the above method. For example, as the insulating film 6 and the gate insulating film 7, an SiON film may be used in addition to the SiO 2 film. The materials of the insulating film 6 and the gate insulating film 7 may be different from each other. As the material of the insulating film 6, a material having a relative dielectric constant ε smaller than that of the material of the gate insulating film 7 may be selected, thereby reducing the gate / drain overlap capacitance while suppressing the thickness of the insulating film 6. Is possible.

絶縁膜6の厚さt2は特に限定しないが、ゲート絶縁膜7の厚さt1以上(t2≧t1)であることが好ましい。これにより、ゲート・ドレイン重なり容量をより効果的に低減できる。一方、絶縁膜6が厚すぎると、LDD領域4のオン抵抗を十分に低減できなくなり、高い電流駆動力が得られなくなる。   The thickness t2 of the insulating film 6 is not particularly limited, but is preferably equal to or greater than the thickness t1 of the gate insulating film 7 (t2 ≧ t1). Thereby, the gate-drain overlap capacitance can be more effectively reduced. On the other hand, if the insulating film 6 is too thick, the on-resistance of the LDD region 4 cannot be sufficiently reduced, and a high current driving force cannot be obtained.

また、本実施形態の製造方法は上記方法に限定されない。例えば、チャネル長が十分に大きい場合には、絶縁膜6のパターニング工程(図3(d))をリフトアップによって行うことも可能である。さらに、不純物としてリンの代わりにホウ素等を半導体層12にドーピングすることによって、Pチャネル型薄膜トランジスタを作製することもできる。   Moreover, the manufacturing method of this embodiment is not limited to the said method. For example, when the channel length is sufficiently large, the patterning step of the insulating film 6 (FIG. 3D) can be performed by lift-up. Further, a P-channel thin film transistor can be manufactured by doping the semiconductor layer 12 with boron or the like as an impurity instead of phosphorus.

次に、本実施形態の薄膜トランジスタ100と図2に示す従来の薄膜トランジスタ600との動作速度を比較するためのシミュレーションを行ったので、その結果を説明する。   Next, a simulation for comparing the operation speed between the thin film transistor 100 of the present embodiment and the conventional thin film transistor 600 shown in FIG. 2 was performed, and the result will be described.

シミュレーションでは、図4に示すように、インバータを10段直列に接続したモデルの入出力遅延時間を求めた。具体的には、各インバータのNチャネル型TFTとして薄膜トランジスタ100(図1)、Pチャネル型TFTとして従来の薄膜トランジスタ600(図2)を用いたモデル1、および、各インバータのNチャネル型およびPチャネル型TFTとして何れも従来の薄膜トランジスタ600(図2)を用いた比較用のモデル2に対し、1段目のインバータに入力した信号と、10段目のインバータから出力された信号との間の遅延時間を算出した。なお、モデル1における薄膜トランジスタ100のゲート絶縁膜の厚さt1および絶縁膜の厚さt2は同じ(t1=t2=tm)とした。また、モデル1、2における薄膜トランジスタ600のゲート絶縁膜の厚さt1は、薄膜トランジスタ100におけるゲート絶縁膜t1の厚さと同じとした(t1=tm)。   In the simulation, as shown in FIG. 4, the input / output delay time of a model in which 10 stages of inverters are connected in series was obtained. Specifically, the thin film transistor 100 (FIG. 1) is used as the N-channel TFT of each inverter, the conventional thin film transistor 600 (FIG. 2) is used as the P-channel TFT, and the N-channel and P-channel of each inverter. The delay between the signal input to the first-stage inverter and the signal output from the tenth-stage inverter is compared to the comparative model 2 using the conventional thin film transistor 600 (FIG. 2) as the type TFT. Time was calculated. Note that the thickness t1 of the gate insulating film and the thickness t2 of the insulating film of the thin film transistor 100 in the model 1 are the same (t1 = t2 = tm). In addition, the thickness t1 of the gate insulating film of the thin film transistor 600 in the models 1 and 2 is the same as the thickness of the gate insulating film t1 in the thin film transistor 100 (t1 = tm).

シミュレーション結果を図5に示す。この結果から、モデル1の入力信号に対する出力信号の遅延時間TD1は、比較用のモデル2の遅延時間TD2よりも短くなることを確認した。   The simulation result is shown in FIG. From this result, it was confirmed that the delay time TD1 of the output signal with respect to the input signal of the model 1 is shorter than the delay time TD2 of the model 2 for comparison.

(実施形態2)
以下、本発明による薄膜トランジスタの第2の実施形態を説明する。本実施形態の薄膜トランジスタは、ゲート電極がLDD領域を部分的に覆っている点で、図1に示す薄膜トランジスタ100と異なっている。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a second embodiment of a thin film transistor according to the present invention will be described. The thin film transistor of this embodiment is different from the thin film transistor 100 shown in FIG. 1 in that the gate electrode partially covers the LDD region.

図6(a)および(b)は、それぞれ、本実施形態の薄膜トランジスタを例示する模式的な断面図および平面図である。簡単のため、図1と同様の構成要素には同じ参照符号を付して説明を省略する。   FIGS. 6A and 6B are a schematic cross-sectional view and a plan view illustrating the thin film transistor of this embodiment, respectively. For simplicity, the same components as those in FIG.

薄膜トランジスタ200では、ゲート電極8は、LDD領域4の一部およびチャネル領域3と重なるように配置されている。このような構成により、ゲート電極8とLDD領域4との間の絶縁層の厚さ(t1+t2)を大きくできるだけでなく、ゲート電極9とLDD領域4とが重なっている部分の面積(Lov×W)を小さくできるので、ゲート/ドレイン重なり容量をさらに低減することが可能になる。 In the thin film transistor 200, the gate electrode 8 is disposed so as to overlap a part of the LDD region 4 and the channel region 3. With such a configuration, not only can the thickness (t1 + t2) of the insulating layer between the gate electrode 8 and the LDD region 4 be increased, but also the area of the portion where the gate electrode 9 and the LDD region 4 overlap (L ov × Since W) can be reduced, the gate / drain overlap capacitance can be further reduced.

薄膜トランジスタ200は、図3を参照しながら前述した方法と同様の方法で作製できる。ただし、ゲート電極8をマスクとして自己整合的に第2の注入工程を行うことはできない。従って、例えばゲート電極8の形成後、半導体層12のうちLDD領域となる部分を覆うレジスト層を形成し、レジスト層をマスクとして不純物イオンの注入を行う。   The thin film transistor 200 can be manufactured by a method similar to the method described above with reference to FIG. However, the second implantation process cannot be performed in a self-aligning manner using the gate electrode 8 as a mask. Therefore, for example, after the gate electrode 8 is formed, a resist layer is formed to cover the portion of the semiconductor layer 12 that becomes the LDD region, and impurity ions are implanted using the resist layer as a mask.

(実施形態3)
以下、本発明による薄膜トランジスタの第3の実施形態を説明する。本実施形態の薄膜トランジスタは、半導体層と基板との間にゲート電極を有する点で(ボトムゲート構造)、トップゲート構造を有する薄膜トランジスタ100と異なっている。
(Embodiment 3)
Hereinafter, a third embodiment of the thin film transistor according to the present invention will be described. The thin film transistor of this embodiment is different from the thin film transistor 100 having a top gate structure in that a gate electrode is provided between a semiconductor layer and a substrate (bottom gate structure).

図7は、本実施形態の薄膜トランジスタを例示する模式的な断面図である。簡単のため、図1と同様の構成要素には同じ参照符号を付して説明を省略する。   FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the thin film transistor of this embodiment. For simplicity, the same components as those in FIG.

薄膜トランジスタ300は、基板1上に下地膜2を介して設けられたゲート電極8の上に、ゲート絶縁膜7を介して半導体層12が形成されている。ゲート絶縁膜7と下地膜2との間には、半導体層12のうちチャネル領域3と重ならず、かつ、LDD領域4と重なるように絶縁膜6が形成されている。   In the thin film transistor 300, a semiconductor layer 12 is formed on a gate electrode 8 provided on a substrate 1 via a base film 2 via a gate insulating film 7. An insulating film 6 is formed between the gate insulating film 7 and the base film 2 so as not to overlap with the channel region 3 in the semiconductor layer 12 and with the LDD region 4.

本実施形態においても、前述の実施形態のように、ゲート電極8とLDD領域4との間の絶縁層の厚さ(t1+t2)を、ゲート電極8とチャネル領域3との間の絶縁層(ゲート絶縁膜7)の厚さt1よりも大きくすることにより、オン電流の低下を抑えつつ、ゲート/ドレイン重なり容量を低減できる。   Also in this embodiment, the thickness (t1 + t2) of the insulating layer between the gate electrode 8 and the LDD region 4 is set to the insulating layer (gate) between the gate electrode 8 and the channel region 3 as in the above-described embodiment. By making it larger than the thickness t1 of the insulating film 7), it is possible to reduce the gate / drain overlap capacitance while suppressing a decrease in on-current.

薄膜トランジスタ300は、公知の方法により作製される。具体的には、基板1の上に下地膜2、ゲート電極8をこの順で設け、その上に絶縁膜6を形成する。絶縁膜6は、チャネル領域と重なる部分に開口部を有するようにパターニングされる。この後、ゲート絶縁膜7、半導体層12を形成する。続いて、イオン注入により、半導体層12にLDD領域4およびソース・ドレイン領域5を形成する。さらに、ソース・ドレイン領域5にそれぞれ電気的に接続されたソース・ドレイン電極10を形成する。このようにして、薄膜トランジスタ300を得る。   The thin film transistor 300 is manufactured by a known method. Specifically, the base film 2 and the gate electrode 8 are provided in this order on the substrate 1, and the insulating film 6 is formed thereon. The insulating film 6 is patterned so as to have an opening in a portion overlapping with the channel region. Thereafter, the gate insulating film 7 and the semiconductor layer 12 are formed. Subsequently, an LDD region 4 and source / drain regions 5 are formed in the semiconductor layer 12 by ion implantation. Further, source / drain electrodes 10 electrically connected to the source / drain regions 5 are formed. In this way, the thin film transistor 300 is obtained.

上述した実施形態の薄膜トランジスタは、種々の表示装置や表示装置に用いられるアクティブマトリクス基板などの半導体装置に適用され得る。そのような半導体装置では、例えば図8に示すように、上述の薄膜トランジスタ100と、薄膜トランジスタ100とゲート絶縁膜厚の異なる他の薄膜トランジスタ400とが同一の支持体の上に形成されていてもよい。   The thin film transistor of the above-described embodiment can be applied to various display devices and semiconductor devices such as an active matrix substrate used for display devices. In such a semiconductor device, for example, as shown in FIG. 8, the above-described thin film transistor 100 and the thin film transistor 100 and another thin film transistor 400 having a different gate insulating film thickness may be formed on the same support.

図8に示す例では、基板1の上に、薄膜トランジスタ100と、ゲート絶縁膜7と絶縁膜6との積層膜をゲート絶縁膜とする他の薄膜トランジスタ400とが形成されている。薄膜トランジスタ400は、チャネル領域33とソース・ドレイン領域35とを有する半導体層32と、ゲート電極38と、層間絶縁膜9上に設けられたソース・ドレイン電極39とを備えている。ゲート電極38は、ゲート絶縁膜2および絶縁膜6を介して、チャネル領域33と重なるように配置されている。図示しないが、半導体層32はLDD領域を有していてもよい。なお、薄膜トランジスタ400において、例えばゲート絶縁膜2のうちチャネル領域33の上に位置する部分を除去し、絶縁膜6のみをゲート絶縁膜として用いることもできる。   In the example shown in FIG. 8, a thin film transistor 100 and another thin film transistor 400 using a stacked film of a gate insulating film 7 and an insulating film 6 as a gate insulating film are formed on a substrate 1. The thin film transistor 400 includes a semiconductor layer 32 having a channel region 33 and source / drain regions 35, a gate electrode 38, and a source / drain electrode 39 provided on the interlayer insulating film 9. The gate electrode 38 is disposed so as to overlap the channel region 33 with the gate insulating film 2 and the insulating film 6 interposed therebetween. Although not shown, the semiconductor layer 32 may have an LDD region. In the thin film transistor 400, for example, a portion of the gate insulating film 2 located above the channel region 33 can be removed, and only the insulating film 6 can be used as the gate insulating film.

このように、本発明によると、複数の薄膜トランジスタを含む回路において、要求される特性に応じて異なる構造を有する薄膜トランジスタ100、400を同一基板上に形成できる。また、これらの薄膜トランジスタ100、400は、同様のプロセスで作製され得るので、製造プロセスを複雑にすることがなく有利である。   As described above, according to the present invention, in a circuit including a plurality of thin film transistors, the thin film transistors 100 and 400 having different structures according to required characteristics can be formed over the same substrate. In addition, these thin film transistors 100 and 400 can be manufactured by the same process, which is advantageous without complicating the manufacturing process.

本発明は、アクティブマトリクス基板、液晶表示装置および有機EL表示装置などの表示装置、種々の集積回路などの薄膜トランジスタを備えた装置(半導体装置)に広く適用できる。特に、表示装置の駆動回路などの高い電流駆動力および高速動作が要求される用途に好適に用いられ得る。   The present invention can be widely applied to devices (semiconductor devices) including thin film transistors such as active matrix substrates, display devices such as liquid crystal display devices and organic EL display devices, and various integrated circuits. In particular, it can be suitably used for applications that require high current driving capability and high-speed operation, such as a display device driving circuit.

(a)および(b)は、それぞれ、本発明による実施形態1の薄膜トランジスタの模式的な断面図および平面図である。(A) And (b) is respectively typical sectional drawing and top view of the thin-film transistor of Embodiment 1 by this invention. (a)および(b)は、それぞれ、従来の薄膜トランジスタの模式的な断面図および平面図である。(A) And (b) is a typical sectional view and a top view of a conventional thin-film transistor, respectively. (a)〜(h)は、本発明による実施形態1の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための工程断面図である。(A)-(h) is process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the thin-film transistor of Embodiment 1 by this invention. シミュレーションで用いたモデルの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the model used by simulation. 図4に示すモデルの入出力遅延時間のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the input / output delay time of the model shown in FIG. (a)および(b)は、それぞれ、本発明による実施形態2の薄膜トランジスタの模式的な断面図および平面図である。(A) And (b) is a typical sectional view and a top view of a thin-film transistor of Embodiment 2 by the present invention, respectively. 本発明による実施形態3の薄膜トランジスタの模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the thin-film transistor of Embodiment 3 by this invention. 本発明の薄膜トランジスタを備えた装置を例示する模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which illustrates the apparatus provided with the thin-film transistor of this invention. GOLD構造を有する従来のTFTの模式的な断面図である。It is typical sectional drawing of the conventional TFT which has a GOLD structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 下地膜
3 チャネル領域
4 LDD領域(低濃度不純物領域)
5 ソース・ドレイン領域(高濃度不純物領域)
6 絶縁膜
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 層間絶縁膜
10 ソース・ドレイン電極
12 半導体層
22、24 レジスト層
100、200、300、400、500、600 薄膜トランジスタ
1 Substrate 2 Base film 3 Channel region 4 LDD region (low concentration impurity region)
5 Source / drain regions (high-concentration impurity regions)
6 Insulating film 7 Gate insulating film 8 Gate electrode 9 Interlayer insulating film 10 Source / drain electrode 12 Semiconductor layer 22, 24 Resist layer 100, 200, 300, 400, 500, 600 Thin film transistor

Claims (8)

チャネル領域と、前記チャネル領域の両側にそれぞれ位置するソース領域およびドレイン領域と、前記チャネル領域と前記ソース領域および前記ドレイン領域の少なくとも一方とに挟まれ、前記ソース領域および前記ドレイン領域よりも不純物濃度の低い少なくとも1つの低濃度不純物領域とを有する半導体層と、
前記半導体層上に形成され、前記チャネル領域と接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に、前記少なくとも1つの低濃度不純物領域および前記チャネル領域と重なるように配置されたゲート電極と
前記ゲート絶縁膜と前記半導体層との間に、前記少なくとも1つの低濃度不純物領域を覆うように形成された他の絶縁膜と
を備えた薄膜トランジスタ。
Impurity concentration between the channel region, the source region and the drain region located on both sides of the channel region, and at least one of the channel region, the source region, and the drain region. A semiconductor layer having at least one low-concentration impurity region having a low
A gate insulating film formed on the semiconductor layer and in contact with the channel region;
The at least one low concentration impurity region is disposed between the gate insulating film and the semiconductor layer on the gate insulating film so as to overlap the at least one low concentration impurity region and the channel region. A thin film transistor provided with another insulating film formed so as to cover.
前記ゲート電極は単一の導電膜から形成されている請求項1に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the gate electrode is formed of a single conductive film. 前記他の絶縁膜の厚さは、前記ゲート絶縁膜の厚さ以上である請求項1または2に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein a thickness of the other insulating film is equal to or greater than a thickness of the gate insulating film. 前記ゲート電極の端部と、前記少なくとも1つの低濃度不純物領域の前記チャネル領域と反対側の端部とは整合している請求項1から3のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。   4. The thin film transistor according to claim 1, wherein an end of the gate electrode is aligned with an end of the at least one low-concentration impurity region opposite to the channel region. 基板上に形成され、チャネル領域と、前記チャネル領域の両側にそれぞれ位置するソース領域およびドレイン領域と、前記チャネル領域と前記ソース領域および前記ドレイン領域の少なくとも一方とに挟まれ、前記ソース領域および前記ドレイン領域よりも不純物濃度の低い少なくとも1つの低濃度不純物領域とを有する半導体層と、
前記半導体層の基板側に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して、前記低濃度不純物領域の少なくとも一部および前記チャネル領域と重なるように配置されたゲート電極と、
前記ゲート絶縁膜と前記ゲート電極との間に、前記少なくとも1つの低濃度不純物領域と重なるように形成された他の絶縁膜と
を備え、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜のうち前記チャネル領域の下に位置する部分と接している薄膜トランジスタ。
Formed on a substrate, sandwiched between a channel region, a source region and a drain region located on both sides of the channel region, and at least one of the channel region and the source region and the drain region, and the source region and the A semiconductor layer having at least one low-concentration impurity region having an impurity concentration lower than that of the drain region;
A gate insulating film formed on the substrate side of the semiconductor layer;
A gate electrode disposed so as to overlap at least a part of the low-concentration impurity region and the channel region via the gate insulating film;
Another insulating film formed between the gate insulating film and the gate electrode so as to overlap the at least one low-concentration impurity region;
The thin film transistor in which the gate electrode is in contact with a portion of the gate insulating film located under the channel region.
基板上に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に、前記半導体層のうちチャネル領域となる部分の少なくとも一部を露出する開口部を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記絶縁膜の開口部内で前記半導体層に接するようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に導電膜を形成し、前記導電膜をパターニングすることにより、前記半導体層のうちチャネル領域となる部分および低濃度不純物領域となる部分と重なるゲート電極を形成する工程と
を包含する薄膜トランジスタの製造方法。
Forming a semiconductor layer on the substrate;
Forming an insulating film on the semiconductor layer;
Forming an opening in the insulating film to expose at least a part of a portion of the semiconductor layer that becomes a channel region;
Forming a gate insulating film on the insulating film so as to be in contact with the semiconductor layer within the opening of the insulating film;
Forming a conductive film on the gate insulating film, and patterning the conductive film, thereby forming a gate electrode overlapping with a portion to be a channel region and a portion to be a low-concentration impurity region in the semiconductor layer. A method for manufacturing a thin film transistor.
前記絶縁膜に開口部を形成する工程は、前記半導体層をエッチストップ層として前記絶縁膜に対してウェットエッチングを行う工程を含む請求項6に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 6, wherein the step of forming an opening in the insulating film includes a step of performing wet etching on the insulating film using the semiconductor layer as an etch stop layer. 前記ゲート電極をマスクとして前記半導体層に不純物イオンを注入することにより、前記半導体層にソース領域およびドレイン領域を形成する工程をさらに包含する請求項6または7に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   8. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 6, further comprising a step of forming a source region and a drain region in the semiconductor layer by implanting impurity ions into the semiconductor layer using the gate electrode as a mask.
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