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JPH11354800A - 薄膜トランジスタ及びその形成方法並びに液晶表示装置 - Google Patents

薄膜トランジスタ及びその形成方法並びに液晶表示装置

Info

Publication number
JPH11354800A
JPH11354800A JP10155586A JP15558698A JPH11354800A JP H11354800 A JPH11354800 A JP H11354800A JP 10155586 A JP10155586 A JP 10155586A JP 15558698 A JP15558698 A JP 15558698A JP H11354800 A JPH11354800 A JP H11354800A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
channel
thin film
film transistor
drain
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10155586A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Sato
健史 佐藤
Genshiro Kawachi
玄士朗 河内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP10155586A priority Critical patent/JPH11354800A/ja
Publication of JPH11354800A publication Critical patent/JPH11354800A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】低抵抗なLDD領域を有し、高いオン電流によ
る高信頼性の薄膜トランジスタを提供する。 【解決手段】ゲート5,ゲート絶縁層6,チャネル3,
ソース1,ドレイン2,LDD領域4からなる薄膜トラ
ンジスタであって、チャネルは、チャネル長の1/10
以下の平均粒径を有する多結晶Si膜で形成され、LD
D領域は、結晶粒界がチャネルからの電流経路を横切ら
ず、且つ電流方向に概ね単結晶とみなせるSi膜からな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置、特に
駆動回路を内臓した液晶表示装置に用いられる薄膜トラ
ンジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置は高画質化,低価格化が求
められている。薄膜トランジスタにより駆動回路を形成
すれば基板と外部との接続点数を増加させることなく配
線数を増加でき、高精細化が可能となる。また、駆動回
路の部品数を削減でき、低コスト化が図れる。駆動回路
に必要な高いオン電流が得られる薄膜トランジスタを形
成するには、高い結晶性を持ったSi膜を用いる必要が
ある。しかし、液晶表示装置に用いる耐熱性の低いガラ
ス基板上には単結晶のSi膜を均一に形成することは困
難であるため、レーザによりアモルファスSi膜をアニ
ールして結晶化した結晶性の劣る多結晶Si膜を用いた
薄膜トランジスタが主に用いられている。レーザを用い
たアニールではレーザ光の強度により得られる多結晶S
i膜の粒径を制御できることが知られている。また、よ
りSi膜の結晶性を改善するにはレーザ光の強度に分布
を持たせ、低強度領域から高強度領域に向かってほぼ単
結晶とみなせるSi膜の領域を成長させる方法が知られ
ている。
【0003】また、ソース及びドレインとチャネルの境
界に、ソース及びドレインより低濃度にドープされたL
DD領域を設け、チャネルとドレインの境界の電界をL
DD領域に分担して駆動回路に必要な耐圧を得ることが
行われている。従来例の薄膜トランジスタの上面図を図
3に、断面図を図4に示す。チャネル3をゲート絶縁膜
6及びゲート5によりマスクして低ドーズ量でイオンシ
ャワーによりドープし、さらにLDD領域4をホトリソ
により形成したレジストをマスクとしてソース1及びド
レイン2に高ドーズ量でイオンシャワーでドープし、レ
ジストを除去してアニールによりドープしたドーパント
を活性化してソース1とドレイン2及びLDD領域4を
形成する。CVDによりSiO2 からなる層間絶縁膜7
を基板の耐熱温度500℃以下で堆積し、層間絶縁膜7
にホトリソを用いスルーホール12を開口した後金属膜
を堆積し、ホトリソによりソース電極8とドレイン電極
9に加工して、図3及び図4の構造の薄膜トランジスタ
を形成する方法がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の薄膜トランジス
タではLDD領域は多結晶Si膜により形成されてお
り、抵抗が高くチャネルとソース及びドレインの間の抵
抗が大きいため、オン電流が少ない問題がある。アニー
ル時のレーザ光の強度を上げて多結晶Si膜の粒径を増
大させるとLDD領域の抵抗は低減されるが、チャネル
内の結晶粒の数が減少し、薄膜トランジスタの特性のば
らつきが大きくなる問題がある。また、レーザ強度分布
により形成された概ね単結晶領域を用いる方法では、薄
膜トランジスタを形成するのに必要な大きな領域を得る
のが困難であるという問題がある。
【0005】本発明の目的は、耐圧,均一性を劣化させ
ることなく、低抵抗なLDD領域を有し高いオン電流が
得られる薄膜トランジスタを提供することにある。
【0006】また図4の従来の薄膜トランジスタでは、
LDD領域4はCVDで500℃以下の低温で堆積され
たSiO2 からなる層間絶縁膜7により覆われている。
しかし、低温形成されたSiO2 膜には欠陥が多く、L
DD領域から注入されるホットキャリアが欠陥に捕獲さ
れ、層間絶縁膜に蓄積された電荷がLDD領域4を空乏
化して高抵抗化し、オン電流を低下させる問題があっ
た。
【0007】本発明の第2の目的は、LDD領域を覆う
絶縁膜の膜質が良好な薄膜トランジスタを形成し、LD
D領域の抵抗増加を抑制してオン電流の減少しない高信
頼性の薄膜トランジスタを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的の1
つを少なくとも解決するものであり、その特徴は、ゲー
トと、そのゲート下方にゲート絶縁層を介して形成さ
れ、且つ絶縁性の基板上に形成される半導体膜からなる
チャネルと、前記チャネルから分離された半導体膜から
なり、ドープされたソース及びドレインと、前記チャネ
ルと前記ソース間並びに、前記チャネルと前記ドレイン
間に前記ソース及び、前記ドレインより低濃度にドープ
された半導体膜からなるLDD領域とからなる薄膜トラ
ンジスタであって、前記チャネルは、チャネル長の1/
10以下の平均粒径を有する多結晶Si膜で形成され、
前記LDD領域は、結晶粒界が前記チャネルからの電流
経路を横切らず、且つ電流方向に概ね単結晶とみなせる
Si膜からなる薄膜トランジスタである。
【0009】本発明は、平均の結晶粒径がチャネル長の
1/10以下にアニールし、LDD領域が、電流が流れ
る方向に結晶粒界がない構成から、薄膜トランジスタの
特性のばらつきを抑え、LDD領域の抵抗を低く出来
る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施方法を説明す
る。
【0011】図1は本発明の一実施例である薄膜トラン
ジスタの上面図、図2はその断面図を示す。
【0012】多結晶Si膜からなるチャネル3と、チャ
ネルを流れる電流の向き20に成長した結晶粒21から
なるSi膜に形成されたLDD領域4を有する薄膜トラ
ンジスタである。チャネル3の多結晶Si膜は、平均粒
径がチャネル長の10分の1以上では薄膜トランジスタ
の特性のバラ付きが大きくなるため、平均の結晶粒径が
チャネル3の長さの10分の1以下、望ましくは20分
の1となるようにアニールされる。また、LDD領域4
は、電流の流れる方向には結晶粒界がなく、概ね単結晶
とみなせるSi膜で形成されている。このためLDD領
域の抵抗は結晶性がよいためほぼ単結晶の場合と同じ程
度まで低くでき、オン電流が改善されている。
【0013】また、本発明の薄膜トランジスタでは、L
DD領域4はSiO2 からなるゲート絶縁膜6に覆わ
れ、ドープされたSi膜からなるゲート5に覆われてい
ない領域に形成されている。ゲート絶縁膜6は層間絶縁
膜7より薄いため、スループットをあまり低下させるこ
となく堆積速度を下げることができ、層間絶縁膜7より
低欠陥に形成できる。LDD領域4が層間絶縁膜7に覆
われる従来構造に対し、ゲート絶縁膜6に覆われた本発
明の構造では絶縁膜中の欠陥によるホットキャリアの蓄
積が低減されるためLDD領域4の空乏化が従来構造に
比べ緩和され、信頼性が向上する。
【0014】図5と図6は本発明による薄膜トランジス
タの形成法の例である。
【0015】図5a)に多結晶Si膜の形成法を示す。
ガラスからなる透明絶縁基板10上にSiO2 からなる
保護膜11を介して、アモルファスSi膜22をCVD
法により堆積する。パルスエキシマレーザを用いレーザ
光40を走査して結晶化し、多結晶Si膜23とする。
ここでレーザ強度は得られる多結晶Si膜の平均の結晶
粒径がチャネル長の10分の1以下となるように調整さ
れる。次にホトリソをもちいて多結晶Siを島状に加工
し、その上にSiO2 及びリンドープされたアモルファ
スSi膜をCVDにより堆積する。ホトリソを用いてS
iO2 からなるゲート絶縁膜6とリンドープされたアモ
ルファスSi膜からなるゲート5をそれぞれ形成して図
5b)のパターンを形成する。次に図5c)に示すよう
にゲート絶縁膜6をマスクとしてイオンシャワー41に
より、ソース1及びドレイン2にリンをドープとする。
その後、再びレーザアニールを行う。図6a)におい
て、ゲート5をマスクとしてレーザ光40を走査し、ソ
ース1,ドレイン2及びLDD領域4を溶融する。ソース
1及びドレイン2よりLDD領域4にドーパントである
リンが拡散し、ドープされる。また、溶融したLDD領
域4は溶融していないチャネル3から熱を奪われるた
め、チャネル側から凝固してソース1及びドレイン2に
向けて結晶成長し、ソース1とドレイン2の間にチャネ
ル3を介して流れる電流方向に概ね単結晶とみなせる領
域からなるLDD領域4が形成される。なお、このアニ
ールにより、リンドープされたアモルファスSiからな
るゲート5も結晶化され、低抵抗の電極となる。さらに
図6b)に示す様に、ゲート絶縁膜6をマスクとしたイ
オンシャワー41により、ソース1及びドレイン2を高
濃度にリンドープした後、400℃の熱処理によりドー
パントを活性化しソース1,ドレイン2及びLDD領域
4を形成する。最後に図6c)に示すようにSiO2
らなる層間絶縁膜7をCVDにより堆積し、ホトリソに
よりコンタクトホール12を開口した後、金属膜を堆積
して再びホトリソにより加工してソース電極8及びドレ
イン電極9を形成し、薄膜トランジスタを得る。
【0016】本形成法によれば、LDD領域4を覆うゲ
ート絶縁膜6は図6a)に示すようにレーザアニール時
に溶融したLDD領域4により加熱されて500℃以上
の高温でアニールされ、ゲート絶縁膜6中の欠陥が低減
される。これによりゲート絶縁膜6へのホットキャリア
の蓄積が防止され、LDD領域の空乏化,高抵抗化が抑
制されて高い信頼性が得られる。
【0017】図7は本発明による液晶表示装置の薄膜ト
ランジスタ基板の例である。薄膜トランジスタ基板30
上に透明電極からなる画素電極34がマトリクス状に形
成され、画素領域35が形成されている。画素電極34
にドレイン線32からの信号電圧をゲート線31の電圧
によりオンオフするスイッチとなる薄膜トランジスタ3
3が形成されている。また、ゲート線31を駆動するゲ
ート駆動回路36、及びドレイン線32を駆動するドレ
イン駆動回路37が薄膜トランジスタ基板の画素領域3
5の周辺に、本発明の薄膜トランジスタを用いて形成さ
れている。本発明のオン電流が改善された薄膜トランジ
スタを用いることにより、ゲート線31及びドレイン線
32を駆動するのに十分な高い駆動力が得られ、駆動回
路を薄膜トランジスタ基板上に形成できる。これによ
り、画素ピッチが高精細化でき、また製造コストが低減
できる。また、本発明の薄膜トランジスタは、画素スイ
ッチに要求される均一な特性と耐圧に優れ低いオフ電流
が得られるため、画素電極34をスイッチする薄膜トラ
ンジスタ33に用いることもできる。これにより画素領
域35と周辺のゲート駆動回路36及びドレイン駆動回
路37の薄膜トランジスタが同一プロセスで形成でき、
工程数を抑えることができより低コスト化が図れる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、均一に高いオン電流を
有する耐圧,信頼性にすぐれた薄膜トランジスタが得ら
れ、高画質,低コストな液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の薄膜トランジスタの一実施例の上面図
を示す図である。
【図2】本発明の薄膜トランジスタの一実施例の断面図
を示す図である。
【図3】従来の薄膜トランジスタの一実施例の上面図を
示す図である。
【図4】従来の薄膜トランジスタの一実施例の断面図を
示す図である。
【図5】本発明の薄膜トランジスタの一形成方法を示す
図である。
【図6】本発明の薄膜トランジスタの他の形成方法を示
す図である。
【図7】本発明による液晶表示装置の薄膜トランジスタ
基板の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
1…ソース、2…ドレイン、3…チャネル、4…LDD
領域、5…ゲート、6…ゲート絶縁膜、7…層間絶縁
膜、8…ソース電極、9…ドレイン電極、10…基板、
11…保護膜、12…コンタクトホール、20…電流方
向、21…結晶粒、22…アモルファスSi膜、23…
多結晶Si膜、30…薄膜トランジスタ基板、31…ゲ
ート線、32…ドレイン線、33…薄膜トランジスタ、
34…画素電極、35…画素領域、36…ゲート駆動回
路、37…ドレイン駆動回路、40…レーザ光、41…
イオンシャワー。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ゲートと、 前記ゲート下方にゲート絶縁層を介して形成され、且つ
    絶縁性の基板上に形成される半導体膜からなるチャネル
    と、 前記チャネルから分離された半導体膜からなり、ドープ
    されたソース及びドレインと、 前記チャネルと前記ソース間並びに、前記チャネルと前
    記ドレイン間に前記ソース及び、前記ドレインより低濃
    度にドープされた半導体膜からなるLDD領域とからな
    る薄膜トランジスタであって、 前記チャネルは、チャネル長の1/10以下の平均粒径
    を有する多結晶Si膜で形成され、前記LDD領域は、
    結晶粒界が前記チャネルからの電流経路を横切らず、且
    つ電流方向に概ね単結晶とみなせるSi膜からなる薄膜
    トランジスタ。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲートに覆われた多結晶
    Si膜からなるチャネルと、 前記チャネルと前記ソース間並びに、前記チャネルと前
    記ドレイン間の前記ゲート絶縁膜に覆われ、且つ前記ゲ
    ートに覆われていない結晶性Si膜からなるLDD領域
    とを有する薄膜トランジスタ。
  3. 【請求項3】請求項2において、 ノンドープの半導体膜に前記ゲート絶縁膜をマスクとし
    てイオンドープして前記ソース及び前記ドレインとなる
    領域をドープし、 前記ゲートをマスクとしてレーザアニールし、チャネル
    以外の半導体膜を溶融してソース及びドレインとチャネ
    ルとの境界のゲート絶縁層に覆われた半導体膜をドープ
    してLDD領域とする薄膜トランジスタ形成方法。
  4. 【請求項4】マトリクス状に形成された画素をスイッチ
    する請求項1または2の薄膜トランジスタと、 前記薄膜トランジスタを駆動する駆動回路の一部または
    全部を同一基板上に形成された薄膜トランジスタ基板
    と、 前記薄膜トランジスタ基板と対抗する対抗基板の間に液
    晶を挾持した液晶層とを有する液晶表示装置。
JP10155586A 1998-06-04 1998-06-04 薄膜トランジスタ及びその形成方法並びに液晶表示装置 Pending JPH11354800A (ja)

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Cited By (4)

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