JPH118392A - 薄膜トランジスタ - Google Patents
薄膜トランジスタInfo
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- JPH118392A JPH118392A JP17326897A JP17326897A JPH118392A JP H118392 A JPH118392 A JP H118392A JP 17326897 A JP17326897 A JP 17326897A JP 17326897 A JP17326897 A JP 17326897A JP H118392 A JPH118392 A JP H118392A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ボトムゲート構造を有する薄膜トランジスタ
の動作特性並びに製造歩留りを改善する。 【解決手段】 薄膜トランジスタは下から順にゲート電
極2、ゲート絶縁膜3、半導体薄膜4を重ねたボトムゲ
ート構造を有する。ゲート電極2は基板1の上に形成さ
れた導体膜からなる。半導体薄膜4はゲート絶縁膜3を
介してゲート電極2より上層に形成され、ゲート電極2
に整合するチャネル領域Chとその両側に位置するソー
ス領域S及びドレイン領域Dとを備えている。配線6が
ソース領域S及びドレイン領域Dに接続している。ソー
ス領域S及びドレイン領域Dの下側にもゲート絶縁膜3
を介してゲート電極2と同層の導体膜からなるダミー電
極10が残されており、実質的にチャネル領域Ch、ソ
ース領域S及びドレイン領域Dに渡って半導体薄膜4に
段差が生じない様にしている。
の動作特性並びに製造歩留りを改善する。 【解決手段】 薄膜トランジスタは下から順にゲート電
極2、ゲート絶縁膜3、半導体薄膜4を重ねたボトムゲ
ート構造を有する。ゲート電極2は基板1の上に形成さ
れた導体膜からなる。半導体薄膜4はゲート絶縁膜3を
介してゲート電極2より上層に形成され、ゲート電極2
に整合するチャネル領域Chとその両側に位置するソー
ス領域S及びドレイン領域Dとを備えている。配線6が
ソース領域S及びドレイン領域Dに接続している。ソー
ス領域S及びドレイン領域Dの下側にもゲート絶縁膜3
を介してゲート電極2と同層の導体膜からなるダミー電
極10が残されており、実質的にチャネル領域Ch、ソ
ース領域S及びドレイン領域Dに渡って半導体薄膜4に
段差が生じない様にしている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁基板の上に下
から順にゲート電極、ゲート絶縁膜及び半導体薄膜を積
層したボトムゲート型の薄膜トランジスタに関する。
から順にゲート電極、ゲート絶縁膜及び半導体薄膜を積
層したボトムゲート型の薄膜トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】図6を参照して従来のボトムゲート型薄
膜トランジスタの製造方法並びに構造を簡潔に説明す
る。まず(1)に示す様に、ガラスなどからなる基板1
の上に薄膜トランジスタの基本構造を形成する。具体的
には、基板1の表面にゲート電極2、ゲート絶縁膜3、
半導体薄膜4を下から順に重ねてボトムゲート型薄膜ト
ランジスタの基本構造を形成している。例えば、基板1
の上にMo又はCrをスパッタリングで成膜し、所定の
形状にパタニングしてゲート電極2としている。次に、
CVD法でSiO2 を堆積しゲート絶縁膜3としてい
る。更に、LPCVD法で非晶質シリコンを堆積し、半
導体薄膜4としている。次に(2)に示す様に結晶化工
程(結晶化アニール)を行う。即ち、基板1の表面にエ
ネルギービーム28を照射して、半導体薄膜4を非晶質
シリコンから多結晶シリコンに転換する。エネルギービ
ーム28としては例えばエキシマレーザビームを用いる
ことができる。続いて(3)に示す様に不純物注入工程
を行い、半導体薄膜4に選択的に不純物29を注入して
薄膜トランジスタ22のソース領域S及びドレイン領域
Dを形成する。具体的には、ゲート電極2に整合するマ
スク30を半導体薄膜4の上に形成し、これを介して例
えばイオンシャワードーピングにより不純物29を注入
する。この結果、マスク30の直下は不純物29が注入
されないので薄膜トランジスタ22のチャネル領域Ch
(活性層)となる。最後に(4)に示す様に、ボトムゲ
ート型薄膜トランジスタ22を層間絶縁膜5で被覆す
る。この層間絶縁膜5は例えばPSGをCVDにより堆
積して得られる。この層間絶縁膜5にエッチングでコン
タクトホールを開口した後、アルミニウムなどをスパッ
タリングで成膜し所定の形状にパタニングして配線6に
加工する。この配線6はコンタクトホールを介して薄膜
トランジスタ22のソース領域Sに電気接続している。
又、ITOなどからなる透明導電膜をスパッタリングで
成膜した後所定の形状にパタニングして画素電極9に加
工する。この画素電極9はコンタクトホールを介して薄
膜トランジスタ22のドレイン領域Dに電気接続してい
る。係る構成を有する薄膜半導体装置はアクティブマト
リクス型表示パネルの駆動基板に好適である。
膜トランジスタの製造方法並びに構造を簡潔に説明す
る。まず(1)に示す様に、ガラスなどからなる基板1
の上に薄膜トランジスタの基本構造を形成する。具体的
には、基板1の表面にゲート電極2、ゲート絶縁膜3、
半導体薄膜4を下から順に重ねてボトムゲート型薄膜ト
ランジスタの基本構造を形成している。例えば、基板1
の上にMo又はCrをスパッタリングで成膜し、所定の
形状にパタニングしてゲート電極2としている。次に、
CVD法でSiO2 を堆積しゲート絶縁膜3としてい
る。更に、LPCVD法で非晶質シリコンを堆積し、半
導体薄膜4としている。次に(2)に示す様に結晶化工
程(結晶化アニール)を行う。即ち、基板1の表面にエ
ネルギービーム28を照射して、半導体薄膜4を非晶質
シリコンから多結晶シリコンに転換する。エネルギービ
ーム28としては例えばエキシマレーザビームを用いる
ことができる。続いて(3)に示す様に不純物注入工程
を行い、半導体薄膜4に選択的に不純物29を注入して
薄膜トランジスタ22のソース領域S及びドレイン領域
Dを形成する。具体的には、ゲート電極2に整合するマ
スク30を半導体薄膜4の上に形成し、これを介して例
えばイオンシャワードーピングにより不純物29を注入
する。この結果、マスク30の直下は不純物29が注入
されないので薄膜トランジスタ22のチャネル領域Ch
(活性層)となる。最後に(4)に示す様に、ボトムゲ
ート型薄膜トランジスタ22を層間絶縁膜5で被覆す
る。この層間絶縁膜5は例えばPSGをCVDにより堆
積して得られる。この層間絶縁膜5にエッチングでコン
タクトホールを開口した後、アルミニウムなどをスパッ
タリングで成膜し所定の形状にパタニングして配線6に
加工する。この配線6はコンタクトホールを介して薄膜
トランジスタ22のソース領域Sに電気接続している。
又、ITOなどからなる透明導電膜をスパッタリングで
成膜した後所定の形状にパタニングして画素電極9に加
工する。この画素電極9はコンタクトホールを介して薄
膜トランジスタ22のドレイン領域Dに電気接続してい
る。係る構成を有する薄膜半導体装置はアクティブマト
リクス型表示パネルの駆動基板に好適である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したボトムゲート
構造はレーザアニールによる結晶化を行なう時に問題が
ある。結晶化する半導体薄膜4は、概ねチャネル領域C
hとなる部分がゲート電極2の直上に位置し、ソース領
域S及びドレイン領域Dとなる部分はガラスなどからな
る基板1上にある。この為、レーザビームの照射により
エネルギーを与えた時、ガラスなどからなる基板1上と
金属からなるゲート電極2上では、熱の伝導状態や放散
状態に相違が出てくる。よって、最適なレーザエネルギ
ーがチャネル領域Chとソース領域S及びドレイン領域
Dで異なる為、大きなキャリア移動度が得られる最適エ
ネルギーでのレーザ照射ができなくなる。即ち、レーザ
アニールによる結晶化を行なう場合、金属ゲート電極2
上の半導体薄膜4とガラス基板1上の半導体薄膜4の両
者に同時にレーザビームなどのエネルギービーム28を
照射する訳であるが、一旦溶融化して冷却過程で固化す
る間に、金属ゲート電極2上では熱がゲート配線を伝わ
って水平方向に放散する為、比較的短時間に固化する。
この為、金属ゲート電極2上とガラス基板1上とでは結
晶化した半導体薄膜4の結晶粒が異なり、キャリア移動
度が均一でなくなる。極端に言うと、金属ゲート電極2
上の半導体薄膜4の結晶粒径を大きくしようとすると、
ガラス基板1上の半導体薄膜4は照射エネルギーが高く
なり過ぎて蒸発することがある。逆に、ガラス基板1上
の半導体薄膜4の結晶状態を正常にしようとすると、金
属ゲート電極2上の半導体薄膜4は結晶粒径が小さくな
ってしまう。
構造はレーザアニールによる結晶化を行なう時に問題が
ある。結晶化する半導体薄膜4は、概ねチャネル領域C
hとなる部分がゲート電極2の直上に位置し、ソース領
域S及びドレイン領域Dとなる部分はガラスなどからな
る基板1上にある。この為、レーザビームの照射により
エネルギーを与えた時、ガラスなどからなる基板1上と
金属からなるゲート電極2上では、熱の伝導状態や放散
状態に相違が出てくる。よって、最適なレーザエネルギ
ーがチャネル領域Chとソース領域S及びドレイン領域
Dで異なる為、大きなキャリア移動度が得られる最適エ
ネルギーでのレーザ照射ができなくなる。即ち、レーザ
アニールによる結晶化を行なう場合、金属ゲート電極2
上の半導体薄膜4とガラス基板1上の半導体薄膜4の両
者に同時にレーザビームなどのエネルギービーム28を
照射する訳であるが、一旦溶融化して冷却過程で固化す
る間に、金属ゲート電極2上では熱がゲート配線を伝わ
って水平方向に放散する為、比較的短時間に固化する。
この為、金属ゲート電極2上とガラス基板1上とでは結
晶化した半導体薄膜4の結晶粒が異なり、キャリア移動
度が均一でなくなる。極端に言うと、金属ゲート電極2
上の半導体薄膜4の結晶粒径を大きくしようとすると、
ガラス基板1上の半導体薄膜4は照射エネルギーが高く
なり過ぎて蒸発することがある。逆に、ガラス基板1上
の半導体薄膜4の結晶状態を正常にしようとすると、金
属ゲート電極2上の半導体薄膜4は結晶粒径が小さくな
ってしまう。
【0004】他の問題点として、ボトムゲート型の薄膜
トランジスタはソース領域S及びドレイン領域Dとチャ
ネル領域Ch(活性層)とがゲート電極2の段差を乗り
越えて形成されている。一般に、半導体薄膜4は平坦な
部分に比べ、段差部分は厚みが2割程度小さくなる傾向
がある。半導体薄膜4が局所的に薄くなると、その部分
に応力が集中する為段切れの原因になる。又、チャネル
が不均一に形成される為トランジスタの動作特性に悪影
響を及ぼす。
トランジスタはソース領域S及びドレイン領域Dとチャ
ネル領域Ch(活性層)とがゲート電極2の段差を乗り
越えて形成されている。一般に、半導体薄膜4は平坦な
部分に比べ、段差部分は厚みが2割程度小さくなる傾向
がある。半導体薄膜4が局所的に薄くなると、その部分
に応力が集中する為段切れの原因になる。又、チャネル
が不均一に形成される為トランジスタの動作特性に悪影
響を及ぼす。
【0005】
【課題を解決する為の手段】上述した従来の技術の課題
を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明に係
る薄膜トランジスタは、基本的な構成として、基板の上
に形成された導体膜からなるゲート電極と、ゲート絶縁
膜を介して該ゲート電極より上層に形成され該ゲート電
極に整合するチャネル領域とその両側に位置するソース
領域及びドレイン領域とを備えた半導体薄膜と、該ソー
ス領域及びドレイン領域に接続する配線とを備えてい
る。特徴事項として、該ソース領域及びドレイン領域の
下側にもゲート絶縁膜を介して該ゲート電極と同層の導
体膜からなるダミー電極が残されており、実質的にチャ
ネル領域、ソース領域及びドレイン領域に渡って半導体
薄膜に段差が生じない様にしている。
を解決する為に以下の手段を講じた。即ち、本発明に係
る薄膜トランジスタは、基本的な構成として、基板の上
に形成された導体膜からなるゲート電極と、ゲート絶縁
膜を介して該ゲート電極より上層に形成され該ゲート電
極に整合するチャネル領域とその両側に位置するソース
領域及びドレイン領域とを備えた半導体薄膜と、該ソー
ス領域及びドレイン領域に接続する配線とを備えてい
る。特徴事項として、該ソース領域及びドレイン領域の
下側にもゲート絶縁膜を介して該ゲート電極と同層の導
体膜からなるダミー電極が残されており、実質的にチャ
ネル領域、ソース領域及びドレイン領域に渡って半導体
薄膜に段差が生じない様にしている。
【0006】好ましくは、前記ゲート電極と前記ダミー
電極とは互いに分離して形成されている。又好ましく
は、前記ゲート電極と前記ダミー電極とは該ゲート絶縁
膜の厚みより大きな距離を隔てて互いに分離している。
又好ましくは、前記ダミー電極は配線を介して該ソース
領域及びドレイン領域と同電位に接続されている。又好
ましくは、前記半導体薄膜はエネルギービームの照射に
より結晶化した多結晶半導体薄膜である。
電極とは互いに分離して形成されている。又好ましく
は、前記ゲート電極と前記ダミー電極とは該ゲート絶縁
膜の厚みより大きな距離を隔てて互いに分離している。
又好ましくは、前記ダミー電極は配線を介して該ソース
領域及びドレイン領域と同電位に接続されている。又好
ましくは、前記半導体薄膜はエネルギービームの照射に
より結晶化した多結晶半導体薄膜である。
【0007】本発明によれば、ボトムゲート構造の薄膜
トランジスタを形成する際、半導体薄膜の下側にはチャ
ネル領域となる部分に加えソース領域及びドレイン領域
となる部分にも導体層が配されている。半導体薄膜4の
下地構造が基板全体に渡って同じ様になることで、半導
体薄膜の結晶化にレーザアニールを用いる際、チャネル
領域の部分とソース領域及びドレイン領域の部分の結晶
性がほぼ同等となり、トランジスタ動作特性の改善が可
能になる。又、ゲート電極と同層の導体膜でダミー電極
を設けることにより、ソース領域からチャネル領域を通
ってドレイン領域に至るまで段差が緩和されることにな
り、段差部分での断線を防ぐことが可能になる。なお、
ゲート電極とダミー電極は同時に形成できる為、何ら工
程増加を生じることなく段差の緩和が可能である。特
に、ゲート電極とダミー電極とを電気的に分離し、且つ
ソース領域及びドレイン領域とそれぞれのダミー電極と
を同電位とすることで、薄膜トランジスタの寄生容量を
抑制できる。
トランジスタを形成する際、半導体薄膜の下側にはチャ
ネル領域となる部分に加えソース領域及びドレイン領域
となる部分にも導体層が配されている。半導体薄膜4の
下地構造が基板全体に渡って同じ様になることで、半導
体薄膜の結晶化にレーザアニールを用いる際、チャネル
領域の部分とソース領域及びドレイン領域の部分の結晶
性がほぼ同等となり、トランジスタ動作特性の改善が可
能になる。又、ゲート電極と同層の導体膜でダミー電極
を設けることにより、ソース領域からチャネル領域を通
ってドレイン領域に至るまで段差が緩和されることにな
り、段差部分での断線を防ぐことが可能になる。なお、
ゲート電極とダミー電極は同時に形成できる為、何ら工
程増加を生じることなく段差の緩和が可能である。特
に、ゲート電極とダミー電極とを電気的に分離し、且つ
ソース領域及びドレイン領域とそれぞれのダミー電極と
を同電位とすることで、薄膜トランジスタの寄生容量を
抑制できる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図1は、本発明に係る薄膜ト
ランジスタを示す模式図である。(Z)は薄膜トランジ
スタの平面図である。(X)は、(Z)に示したX−X
線に沿って切断した断面図である。(Y)は、同じく
(Z)に示したY−Y線に沿って切断した断面図であ
る。図示する様に、本薄膜トランジスタはボトムゲート
構造を有し、下から順にゲート電極2とゲート絶縁膜3
と半導体薄膜4を積層したものである。ゲート電極2は
金属などの導体膜からなり、ガラスなどからなる基板1
の上にパタニング形成されている。半導体薄膜4はゲー
ト絶縁膜3を介してゲート電極2より上層に形成されて
いる。この半導体薄膜4は例えばレーザビームなどのエ
ネルギービームの照射により結晶化した多結晶シリコン
である。半導体薄膜4はゲート電極2に整合するチャネ
ル領域Chとその両側に位置するソース領域S及びドレ
イン領域Dとを備えている。半導体薄膜4は二層の層間
絶縁膜5a,5bにより被覆されている。その上には配
線6がパタニング形成されている。配線6は二層の層間
絶縁膜5a,5bに開口したコンタクトホールを介し
て、薄膜トランジスタのソース領域S及びドレイン領域
Dに電気接続している。(Z)では、ドレイン領域Dと
配線6とを接続するコンタクトホールをCON1で表わ
している。配線6はパシベーション膜7により被覆され
ている。その上には平坦化膜8を介して画素電極9がパ
タニング形成されている。画素電極9は平坦化膜8及び
パシベーション膜7に開口したコンタクトホールを介し
て、ドレイン領域D側の配線6に電気接続している。
の形態を詳細に説明する。図1は、本発明に係る薄膜ト
ランジスタを示す模式図である。(Z)は薄膜トランジ
スタの平面図である。(X)は、(Z)に示したX−X
線に沿って切断した断面図である。(Y)は、同じく
(Z)に示したY−Y線に沿って切断した断面図であ
る。図示する様に、本薄膜トランジスタはボトムゲート
構造を有し、下から順にゲート電極2とゲート絶縁膜3
と半導体薄膜4を積層したものである。ゲート電極2は
金属などの導体膜からなり、ガラスなどからなる基板1
の上にパタニング形成されている。半導体薄膜4はゲー
ト絶縁膜3を介してゲート電極2より上層に形成されて
いる。この半導体薄膜4は例えばレーザビームなどのエ
ネルギービームの照射により結晶化した多結晶シリコン
である。半導体薄膜4はゲート電極2に整合するチャネ
ル領域Chとその両側に位置するソース領域S及びドレ
イン領域Dとを備えている。半導体薄膜4は二層の層間
絶縁膜5a,5bにより被覆されている。その上には配
線6がパタニング形成されている。配線6は二層の層間
絶縁膜5a,5bに開口したコンタクトホールを介し
て、薄膜トランジスタのソース領域S及びドレイン領域
Dに電気接続している。(Z)では、ドレイン領域Dと
配線6とを接続するコンタクトホールをCON1で表わ
している。配線6はパシベーション膜7により被覆され
ている。その上には平坦化膜8を介して画素電極9がパ
タニング形成されている。画素電極9は平坦化膜8及び
パシベーション膜7に開口したコンタクトホールを介し
て、ドレイン領域D側の配線6に電気接続している。
【0009】特徴事項として、ソース領域S及びドレイ
ン領域Dの下側にも、ゲート絶縁膜3を介してゲート電
極2と同層の導体膜からなるダミー電極10が残されて
いる。ダミー電極10はゲート電極2と同時に形成する
ことができる。この様に、ダミー電極10を設けること
で、チャネル領域Ch、ソース領域S及びドレイン領域
Dに渡って半導体薄膜4に段差が生じない様にしてい
る。本実施形態では、ゲート電極2とその両側の各ダミ
ー電極10とは互いに分離して形成されている。ただ
し、本発明はこれに限られるものではなくゲート電極2
とダミー電極10を連続的に形成してもよい。ゲート電
極2と各ダミー電極10とはゲート絶縁膜3の厚みdよ
り大きな距離gを隔てて互いに分離している。これによ
り、ゲート電極2とダミー電極10との間の寄生容量を
抑制することができる。ゲート電極2を中央にしてその
右側に配されたダミー電極10は配線6を介してドレイ
ン領域Dと同電位に接続されている。即ち(Y)及び
(Z)に示す様に、ダミー電極10はコンタクトホール
CON2及びCON1を介してドレイン領域Dに電気接
続している。ドレイン領域Dと対応するダミー電極10
とは同電位になる為、両者の間に寄生容量が生じない。
同様に、左側のダミー電極10も配線6を介して対応す
るソース領域Sに電気接続されている。以上の様に、ゲ
ート電極2の両側にダミー電極10を配することで、半
導体薄膜4の段差を緩和しており、断線故障などを防い
でいる。
ン領域Dの下側にも、ゲート絶縁膜3を介してゲート電
極2と同層の導体膜からなるダミー電極10が残されて
いる。ダミー電極10はゲート電極2と同時に形成する
ことができる。この様に、ダミー電極10を設けること
で、チャネル領域Ch、ソース領域S及びドレイン領域
Dに渡って半導体薄膜4に段差が生じない様にしてい
る。本実施形態では、ゲート電極2とその両側の各ダミ
ー電極10とは互いに分離して形成されている。ただ
し、本発明はこれに限られるものではなくゲート電極2
とダミー電極10を連続的に形成してもよい。ゲート電
極2と各ダミー電極10とはゲート絶縁膜3の厚みdよ
り大きな距離gを隔てて互いに分離している。これによ
り、ゲート電極2とダミー電極10との間の寄生容量を
抑制することができる。ゲート電極2を中央にしてその
右側に配されたダミー電極10は配線6を介してドレイ
ン領域Dと同電位に接続されている。即ち(Y)及び
(Z)に示す様に、ダミー電極10はコンタクトホール
CON2及びCON1を介してドレイン領域Dに電気接
続している。ドレイン領域Dと対応するダミー電極10
とは同電位になる為、両者の間に寄生容量が生じない。
同様に、左側のダミー電極10も配線6を介して対応す
るソース領域Sに電気接続されている。以上の様に、ゲ
ート電極2の両側にダミー電極10を配することで、半
導体薄膜4の段差を緩和しており、断線故障などを防い
でいる。
【0010】図2を参照して、図1に示した薄膜トラン
ジスタの製造方法を詳細に説明する。まず(X1)に示
す様に、基板1として、例えばガラスなどからなる透明
絶縁材料を用意する。基板1に含まれる不純物の汚染を
抑える為、必要に応じSiO2 やSiNx などの下地膜
をあらかじめ成膜する。本実施例では、この下地膜は形
成していない。基板1の上に直接導体膜を成膜し、更に
これをパタニングしてゲート電極2に加工する。この時
同時に、ゲート電極2と分離してダミー電極10も形成
する。この際、ゲート電極2と各ダミー電極10との間
の距離は両者の相互作用で形成される寄生容量を抑える
ため、ゲート電極2と後で形成されるチャネル領域との
間の距離より長く設定する。導体材料としては、MoT
a,Mo,Ta,Al,Al−Si,W,Doped−
Siなどを用いることができる。
ジスタの製造方法を詳細に説明する。まず(X1)に示
す様に、基板1として、例えばガラスなどからなる透明
絶縁材料を用意する。基板1に含まれる不純物の汚染を
抑える為、必要に応じSiO2 やSiNx などの下地膜
をあらかじめ成膜する。本実施例では、この下地膜は形
成していない。基板1の上に直接導体膜を成膜し、更に
これをパタニングしてゲート電極2に加工する。この時
同時に、ゲート電極2と分離してダミー電極10も形成
する。この際、ゲート電極2と各ダミー電極10との間
の距離は両者の相互作用で形成される寄生容量を抑える
ため、ゲート電極2と後で形成されるチャネル領域との
間の距離より長く設定する。導体材料としては、MoT
a,Mo,Ta,Al,Al−Si,W,Doped−
Siなどを用いることができる。
【0011】次に(X2)及び(Y2)に示す様に、ゲ
ート絶縁膜3を成膜する。その材料としてはSiNx ,
SiO2 などを用いることができる。更に重ねて、半導
体薄膜4を成膜する。例えば、a−Si(非晶質シリコ
ン)、poly−Si(多結晶シリコン)、Si−Ge
などを500℃以下の温度で減圧CVD法もしくはプラ
ズマCVD法にて成膜する。本実施例では、プラズマC
VD法によりa−Siを50nmの厚みで成膜した。こ
のa−Siには多量の水素が含まれている為、400℃
で1時間熱アニールを行い、脱水素化を図った。この
後、レーザビームなどのエネルギービームを照射して半
導体薄膜4を非晶質シリコンから多結晶シリコンに転換
する。この際、半導体薄膜4の下部にはゲート電極2と
ダミー電極10が配されている為、基板1全体に渡って
熱的条件が均一化されている。この為、半導体薄膜4は
レーザアニールによって基板1の全体に渡り均一に結晶
化する。この後、半導体薄膜4をパタニングして個々の
薄膜トランジスタに対応した素子領域に分離する。更に
アイランド状に分離した素子領域に選択的に不純物を注
入することで、ソース領域S及びドレイン領域Dを形成
する。両者の間には不純物が注入されないチャネル領域
が残される。なお、P又はAsなどのN型不純物を注入
することでNチャネル薄膜トランジスタが得られる。B
などのP型不純物を注入することでPチャネル薄膜トラ
ンジスタが形成できる。不純物注入は非質量分離型のイ
オンドーピング又は質量分離型のイオンインプランテー
ションを用いることができる。この後、注入された不純
物を活性化する為再びレーザビームを照射する。この後
半導体薄膜4を層間絶縁膜で被覆する。本実施例では、
100nmの厚みを有するSiO2 からなる層間絶縁膜
5aと同じく100nmの厚みを有するSiNx からな
る層間絶縁膜5bを重ねて成膜した。場合によっては、
積層構造の層間絶縁膜に代え、単層構造の層間絶縁膜を
用いることもできる。二層の層間絶縁膜5a,5bに、
薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域と連通
するコンタクトホールCON1を開口する。同時に、ソ
ース領域S及びドレイン領域Dとこれらの下部に配した
各ダミー電極10とを互いに接続する為のコンタクトホ
ールCON2をエッチングで開口する。
ート絶縁膜3を成膜する。その材料としてはSiNx ,
SiO2 などを用いることができる。更に重ねて、半導
体薄膜4を成膜する。例えば、a−Si(非晶質シリコ
ン)、poly−Si(多結晶シリコン)、Si−Ge
などを500℃以下の温度で減圧CVD法もしくはプラ
ズマCVD法にて成膜する。本実施例では、プラズマC
VD法によりa−Siを50nmの厚みで成膜した。こ
のa−Siには多量の水素が含まれている為、400℃
で1時間熱アニールを行い、脱水素化を図った。この
後、レーザビームなどのエネルギービームを照射して半
導体薄膜4を非晶質シリコンから多結晶シリコンに転換
する。この際、半導体薄膜4の下部にはゲート電極2と
ダミー電極10が配されている為、基板1全体に渡って
熱的条件が均一化されている。この為、半導体薄膜4は
レーザアニールによって基板1の全体に渡り均一に結晶
化する。この後、半導体薄膜4をパタニングして個々の
薄膜トランジスタに対応した素子領域に分離する。更に
アイランド状に分離した素子領域に選択的に不純物を注
入することで、ソース領域S及びドレイン領域Dを形成
する。両者の間には不純物が注入されないチャネル領域
が残される。なお、P又はAsなどのN型不純物を注入
することでNチャネル薄膜トランジスタが得られる。B
などのP型不純物を注入することでPチャネル薄膜トラ
ンジスタが形成できる。不純物注入は非質量分離型のイ
オンドーピング又は質量分離型のイオンインプランテー
ションを用いることができる。この後、注入された不純
物を活性化する為再びレーザビームを照射する。この後
半導体薄膜4を層間絶縁膜で被覆する。本実施例では、
100nmの厚みを有するSiO2 からなる層間絶縁膜
5aと同じく100nmの厚みを有するSiNx からな
る層間絶縁膜5bを重ねて成膜した。場合によっては、
積層構造の層間絶縁膜に代え、単層構造の層間絶縁膜を
用いることもできる。二層の層間絶縁膜5a,5bに、
薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域と連通
するコンタクトホールCON1を開口する。同時に、ソ
ース領域S及びドレイン領域Dとこれらの下部に配した
各ダミー電極10とを互いに接続する為のコンタクトホ
ールCON2をエッチングで開口する。
【0012】続いて(X3)及び(Y3)に示す様に、
Al,W,Moなどの金属を成膜し、所定の形状にパタ
ニングして配線6に加工する。配線6はコンタクトホー
ルCON1を介して薄膜トランジスタのソース領域及び
ドレイン領域Dに電気接続する。同時に、コンタクトホ
ールCON1及びCON2を介して、ソース領域とその
下部のダミー電極10とを互いに電気接続する。同様
に、ドレイン領域とその下部に位置するダミー電極10
も互いに電気接続される。
Al,W,Moなどの金属を成膜し、所定の形状にパタ
ニングして配線6に加工する。配線6はコンタクトホー
ルCON1を介して薄膜トランジスタのソース領域及び
ドレイン領域Dに電気接続する。同時に、コンタクトホ
ールCON1及びCON2を介して、ソース領域とその
下部のダミー電極10とを互いに電気接続する。同様
に、ドレイン領域とその下部に位置するダミー電極10
も互いに電気接続される。
【0013】最後に(X4)に示す様に、配線6を被覆
する様にパシベーション膜(保護膜)7を成膜する。本
実施例では、SiO2 を100nmの厚みで堆積した。
更に、その上にアクリル樹脂などからなる平坦化膜8を
成膜する。パシベーション膜7及び平坦化膜8を貫通す
る様にコンタクトホールを開口する。平坦化膜8の上に
ITOなどからなる透明導電膜を成膜し、所定の形状に
パタニングして画素電極9に加工する。画素電極9は上
述したコンタクトホールを介してドレイン領域側の配線
6に電気接続する。
する様にパシベーション膜(保護膜)7を成膜する。本
実施例では、SiO2 を100nmの厚みで堆積した。
更に、その上にアクリル樹脂などからなる平坦化膜8を
成膜する。パシベーション膜7及び平坦化膜8を貫通す
る様にコンタクトホールを開口する。平坦化膜8の上に
ITOなどからなる透明導電膜を成膜し、所定の形状に
パタニングして画素電極9に加工する。画素電極9は上
述したコンタクトホールを介してドレイン領域側の配線
6に電気接続する。
【0014】図3は、ボトムゲート型薄膜トランジスタ
の動作特性を示すグラフであり、横軸にソース/ドレイ
ン間電圧VDSを取り、縦軸にソース/ドレイン間電流
IDSを取ってある。又、パラメータとしてゲート電圧
を取ってある。カーブAは図1に示した本発明に係る薄
膜トランジスタの動作特性を示し、カーブBは図6に示
した従来の薄膜トランジスタの動作特性を示す。グラフ
から明らかな様に、ダミー電極を設けることで薄膜トラ
ンジスタの動作特性が改善されており、特に電流駆動能
力の改善が認められる。
の動作特性を示すグラフであり、横軸にソース/ドレイ
ン間電圧VDSを取り、縦軸にソース/ドレイン間電流
IDSを取ってある。又、パラメータとしてゲート電圧
を取ってある。カーブAは図1に示した本発明に係る薄
膜トランジスタの動作特性を示し、カーブBは図6に示
した従来の薄膜トランジスタの動作特性を示す。グラフ
から明らかな様に、ダミー電極を設けることで薄膜トラ
ンジスタの動作特性が改善されており、特に電流駆動能
力の改善が認められる。
【0015】図4は、図1に示した薄膜トランジスタ及
び画素電極を集積形成した薄膜半導体装置を駆動基板と
して組み立てられたアクティブマトリクス型液晶表示装
置の一例を示す模式的な斜視図である。この表示装置は
駆動基板1と対向基板12との間に電気光学物質として
液晶13を保持したパネル構造となっている。駆動基板
1には画素アレイ部14と周辺回路部とが集積形成され
ている。周辺回路部は垂直走査回路15と水平走査回路
16とに分かれている。又、駆動基板1の上端側には外
部接続用の端子電極17も形成されている。各端子電極
17は接続用の配線18を介して垂直走査回路15及び
水平走査回路16に接続している。これらの周辺回路部
はボトムゲート構造の薄膜トランジスタで構成されてい
る。画素アレイ部14には互いに交差するゲート配線1
9と信号配線20が形成されている。ゲート配線19は
垂直走査回路15に接続し、信号配線20は水平走査回
路16に接続している。両配線19,20の交差部には
画素電極9とこれを駆動する薄膜トランジスタ22とが
形成されている。これらの具体的な構造は図1に示した
通りである。一方、対向基板12の内表面には図示しな
いが対向電極が形成されている。
び画素電極を集積形成した薄膜半導体装置を駆動基板と
して組み立てられたアクティブマトリクス型液晶表示装
置の一例を示す模式的な斜視図である。この表示装置は
駆動基板1と対向基板12との間に電気光学物質として
液晶13を保持したパネル構造となっている。駆動基板
1には画素アレイ部14と周辺回路部とが集積形成され
ている。周辺回路部は垂直走査回路15と水平走査回路
16とに分かれている。又、駆動基板1の上端側には外
部接続用の端子電極17も形成されている。各端子電極
17は接続用の配線18を介して垂直走査回路15及び
水平走査回路16に接続している。これらの周辺回路部
はボトムゲート構造の薄膜トランジスタで構成されてい
る。画素アレイ部14には互いに交差するゲート配線1
9と信号配線20が形成されている。ゲート配線19は
垂直走査回路15に接続し、信号配線20は水平走査回
路16に接続している。両配線19,20の交差部には
画素電極9とこれを駆動する薄膜トランジスタ22とが
形成されている。これらの具体的な構造は図1に示した
通りである。一方、対向基板12の内表面には図示しな
いが対向電極が形成されている。
【0016】最後に、図5は図4に示した薄膜半導体装
置の製造方法を模式的に表わしている。最初に成膜工程
を行い、比較的低融点(例えば600℃以下)のガラス
材料からなる透明な絶縁基板1の上に半導体薄膜4を形
成する。この半導体薄膜4は前駆状態では非晶質又は比
較的小さな粒径を有する多結晶であり、例えば非晶質シ
リコンや多結晶シリコンからなる。次に、半導体薄膜4
の加熱処理を含む一連の処理を行い、1パネル分の面積
区画23に薄膜トランジスタを集積形成する。この面積
区画23は、画素アレイ部14と、これを駆動する周辺
回路部として水平走査回路16及び垂直走査回路15を
含んでいる。これらには何れも本発明に従ってボトムゲ
ート型の薄膜トランジスタが集積形成される。最後に、
画素アレイ部14に1画面分の画素電極をマトリックス
状に形成して表示用薄膜半導体装置を完成する。これは
表示用駆動基板として、図4に示した様にアクティブマ
トリクス型液晶表示パネルなどに組み込まれる。
置の製造方法を模式的に表わしている。最初に成膜工程
を行い、比較的低融点(例えば600℃以下)のガラス
材料からなる透明な絶縁基板1の上に半導体薄膜4を形
成する。この半導体薄膜4は前駆状態では非晶質又は比
較的小さな粒径を有する多結晶であり、例えば非晶質シ
リコンや多結晶シリコンからなる。次に、半導体薄膜4
の加熱処理を含む一連の処理を行い、1パネル分の面積
区画23に薄膜トランジスタを集積形成する。この面積
区画23は、画素アレイ部14と、これを駆動する周辺
回路部として水平走査回路16及び垂直走査回路15を
含んでいる。これらには何れも本発明に従ってボトムゲ
ート型の薄膜トランジスタが集積形成される。最後に、
画素アレイ部14に1画面分の画素電極をマトリックス
状に形成して表示用薄膜半導体装置を完成する。これは
表示用駆動基板として、図4に示した様にアクティブマ
トリクス型液晶表示パネルなどに組み込まれる。
【0017】本実施例では面積区画23に対してレーザ
パルス28をワンショットで照射し1パネル分の半導体
薄膜4の一括加熱処理を行う。例えば、半導体薄膜4が
前駆状態で非晶質シリコンである時には、一括加熱によ
り一旦溶融した後結晶化し比較的大粒径の多結晶シリコ
ンが得られる。レーザパルス28としては例えばエキシ
マレーザ光を用いることができる。エキシマレーザ光は
強力なパルス紫外光である為、シリコンなどからなる半
導体薄膜4の表面層で吸収され、その部分の温度を上昇
させるが、絶縁基板1まで加熱することはない。この
時、半導体薄膜4の下部にはゲート電極及びダミー電極
を構成する導体層が面積区画23の全体に渡って配され
ており、熱的条件が均一化されている。従って、半導体
薄膜4は均一に加熱処理可能である。この結果、均一な
結晶構造を有する多結晶シリコンが得られる。絶縁基板
1に成膜する前駆膜としては、低温で作成できるプラズ
マCVDシリコン膜などを選ぶことができる。ガラス材
料からなる透明絶縁基板1に例えば厚みが30nmのプ
ラズマCVDシリコン膜を成膜した場合、XeClエキ
シマレーザ光を照射した時の溶融閾値エネルギーは13
0mJ/cm2 程度である。膜厚全体が溶融するには例
えば220mJ/cm2 程度のエネルギーが必要であ
る。溶融してから固化するまでの時間は例えば70ns
である。
パルス28をワンショットで照射し1パネル分の半導体
薄膜4の一括加熱処理を行う。例えば、半導体薄膜4が
前駆状態で非晶質シリコンである時には、一括加熱によ
り一旦溶融した後結晶化し比較的大粒径の多結晶シリコ
ンが得られる。レーザパルス28としては例えばエキシ
マレーザ光を用いることができる。エキシマレーザ光は
強力なパルス紫外光である為、シリコンなどからなる半
導体薄膜4の表面層で吸収され、その部分の温度を上昇
させるが、絶縁基板1まで加熱することはない。この
時、半導体薄膜4の下部にはゲート電極及びダミー電極
を構成する導体層が面積区画23の全体に渡って配され
ており、熱的条件が均一化されている。従って、半導体
薄膜4は均一に加熱処理可能である。この結果、均一な
結晶構造を有する多結晶シリコンが得られる。絶縁基板
1に成膜する前駆膜としては、低温で作成できるプラズ
マCVDシリコン膜などを選ぶことができる。ガラス材
料からなる透明絶縁基板1に例えば厚みが30nmのプ
ラズマCVDシリコン膜を成膜した場合、XeClエキ
シマレーザ光を照射した時の溶融閾値エネルギーは13
0mJ/cm2 程度である。膜厚全体が溶融するには例
えば220mJ/cm2 程度のエネルギーが必要であ
る。溶融してから固化するまでの時間は例えば70ns
である。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ボトムゲート構造の薄膜トランジスタにおいて、ソース
領域及びドレイン領域の下側にもゲート絶縁膜を介して
ゲート電極と同層の導体膜からなるダミー電極が残され
ており、基板全体に渡って熱的条件を一様にするととも
に、実質的にチャネル領域、ソース領域及びドレイン領
域に渡って半導体薄膜に段差が生じない様にしている。
半導体薄膜の下地構造が熱的に一様化されることで、半
導体薄膜の結晶化にレーザアニールを用いる際、チャネ
ル領域とソース領域及びドレイン領域の結晶性がほぼ同
等になり、薄膜トランジスタの動作特性の均一化が図れ
る。又、ソース領域及びドレイン領域とチャネル領域間
の段差が緩和されることにより、段切れなどを防ぐこと
が可能になり、製造歩留りの改善につながる。なお、ゲ
ート電極とダミー電極は同時に形成できるので、何ら工
程増加を伴うことなく段差の緩和化が達成できる。更
に、ゲート電極とダミー電極とを互いに電気的に分離し
且つ各ダミー電極とソース領域及びドレイン領域をそれ
ぞれ同電位とすることで、薄膜トランジスタの寄生容量
増加を抑えることが可能である。
ボトムゲート構造の薄膜トランジスタにおいて、ソース
領域及びドレイン領域の下側にもゲート絶縁膜を介して
ゲート電極と同層の導体膜からなるダミー電極が残され
ており、基板全体に渡って熱的条件を一様にするととも
に、実質的にチャネル領域、ソース領域及びドレイン領
域に渡って半導体薄膜に段差が生じない様にしている。
半導体薄膜の下地構造が熱的に一様化されることで、半
導体薄膜の結晶化にレーザアニールを用いる際、チャネ
ル領域とソース領域及びドレイン領域の結晶性がほぼ同
等になり、薄膜トランジスタの動作特性の均一化が図れ
る。又、ソース領域及びドレイン領域とチャネル領域間
の段差が緩和されることにより、段切れなどを防ぐこと
が可能になり、製造歩留りの改善につながる。なお、ゲ
ート電極とダミー電極は同時に形成できるので、何ら工
程増加を伴うことなく段差の緩和化が達成できる。更
に、ゲート電極とダミー電極とを互いに電気的に分離し
且つ各ダミー電極とソース領域及びドレイン領域をそれ
ぞれ同電位とすることで、薄膜トランジスタの寄生容量
増加を抑えることが可能である。
【図1】本発明に係る薄膜トランジスタを示す平面図及
び断面図である。
び断面図である。
【図2】本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法を示
す工程図である。
す工程図である。
【図3】薄膜トランジスタの動作特性を示すグラフであ
る。
る。
【図4】本発明に係る薄膜トランジスタを用いて形成さ
れたアクティブマトリクス型液晶表示装置を示す模式的
な斜視図である。
れたアクティブマトリクス型液晶表示装置を示す模式的
な斜視図である。
【図5】図4に示したアクティブマトリクス型液晶表示
装置の製造方法を示す模式図である。
装置の製造方法を示す模式図である。
【図6】従来の薄膜トランジスタの製造方法並びに構造
を示す模式図である。
を示す模式図である。
1・・・基板、2・・・ゲート電極、3・・・ゲート絶
縁膜、4・・・半導体薄膜、6・・・配線、9・・・画
素電極、10・・・ダミー電極
縁膜、4・・・半導体薄膜、6・・・配線、9・・・画
素電極、10・・・ダミー電極
Claims (6)
- 【請求項1】 基板の上に形成された導体膜からなるゲ
ート電極と、ゲート絶縁膜を介して該ゲート電極より上
層に形成され該ゲート電極に整合するチャネル領域とそ
の両側に位置するソース領域及びドレイン領域とを備え
た半導体薄膜と、該ソース領域及びドレイン領域に接続
する配線とを備えた薄膜トランジスタであって、 該ソース領域及びドレイン領域の下側にもゲート絶縁膜
を介して該ゲート電極と同層の導体膜からなるダミー電
極が残されており、実質的にチャネル領域、ソース領域
及びドレイン領域に遮って半導体薄膜に段差が生じない
様にしたことを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 【請求項2】 前記ゲート電極と前記ダミー電極とは互
いに分離して形成さていることを特徴とする請求項1記
載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項3】 前記ゲート電極と前記ダミー電極とは該
ゲート絶縁膜の厚みより大きな距離を隔てて互いに分離
していることを特徴とする請求項2記載の薄膜トランジ
スタ。 - 【請求項4】 前記ダミー電極は配線を介して該ソース
領域及びドレイン領域と同電位に接続されていることを
特徴とする請求項2記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項5】 前記半導体薄膜はエネルギービームの照
射により結晶化した多結晶半導体薄膜であることを特徴
とする請求項1記載の薄膜トランジスタ。 - 【請求項6】 所定の間隙を介して接合した一対の基板
と、該間隙に保持された電気光学物質とを有し、一方の
基板には画素電極とこれを駆動する薄膜トランジスタが
集積形成され、他方の基板には対向電極が形成された表
示装置であって、 前記薄膜トランジスタは該一方の基板の上に形成された
導体膜からなるゲート電極と、ゲート絶縁膜を介して該
ゲート電極より上層に形成され該ゲート電極に整合する
チャネル領域とその両側に位置するソース領域及びドレ
イン領域とを備えた半導体薄膜と、該ソース領域及びド
レイン領域に接続する配線とを備え、 該ソース領域及びドレイン領域の下側にもゲート絶縁膜
を介して該ゲート電極と同層の導体膜からなるダミー電
極が残されており、実質的にチャネル領域、ソース領域
及びドレイン領域に遮って半導体薄膜に段差が生じない
様にしたことを特徴とする表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17326897A JPH118392A (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 薄膜トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17326897A JPH118392A (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 薄膜トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH118392A true JPH118392A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=15957309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17326897A Pending JPH118392A (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 薄膜トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH118392A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8546200B2 (en) | 2000-02-01 | 2013-10-01 | Sony Corporation | Thin film semiconductor device, display device using such thin film semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1997
- 1997-06-13 JP JP17326897A patent/JPH118392A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8546200B2 (en) | 2000-02-01 | 2013-10-01 | Sony Corporation | Thin film semiconductor device, display device using such thin film semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US8604483B2 (en) | 2000-02-01 | 2013-12-10 | Sony Corporation | Thin film semiconductor device, display device using such thin film semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US8779417B2 (en) | 2000-02-01 | 2014-07-15 | Sony Corporation | Thin film semiconductor device, display device using such thin film semiconductor device and manufacturing method thereof |
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