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JPH0786609A - Multi-gate semiconductor element - Google Patents

Multi-gate semiconductor element

Info

Publication number
JPH0786609A
JPH0786609A JP25261993A JP25261993A JPH0786609A JP H0786609 A JPH0786609 A JP H0786609A JP 25261993 A JP25261993 A JP 25261993A JP 25261993 A JP25261993 A JP 25261993A JP H0786609 A JPH0786609 A JP H0786609A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate semiconductor
gate
semiconductor element
potential
region
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
JP25261993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masabumi Kunii
正文 国井
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP25261993A priority Critical patent/JPH0786609A/en
Publication of JPH0786609A publication Critical patent/JPH0786609A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To control the threshold voltage of a multi-gate semiconductor element arbitrarily after the completion of the element by mutually connecting the drain regions and source regions of adjacent thin-film transistors by an impurity region patterned in a specified shape and controlling the potential of the impurity region. CONSTITUTION:One multi-gate semiconductor element has a structure in which a plurality of TFTs are connected, and formed in the so-called double gate type. A common gate line GL is formed by a pattern so as to cross a pair of a source region S1 and a drain region D1 and a pair of a source region S2 and a drain region D2, thus constituting thin-film transistors TFT1, TFT2. A plurality of the multi-gate semiconductor elements 2 are connected mutually by a common control line CL. An adjusting means 3 Is connected to the control line CL, and the neutral point potential of each multi-gate semiconductor element 2 is controlled, thus adjusting the threshold potential of a plurality of the multi- gate semiconductor elements 2 in common.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は液晶ディスプレイや密着
型イメージセンサ等に形成される薄膜トランジスタの構
造に関する。より詳しくは、2個以上の薄膜トランジス
タを直列接続したマルチゲート半導体素子の閾値電圧制
御技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a thin film transistor formed in a liquid crystal display, a contact image sensor or the like. More specifically, the present invention relates to a threshold voltage control technique for a multi-gate semiconductor device in which two or more thin film transistors are connected in series.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜トランジスタ(以下、TFTと称す
る)はアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイや密
着型イメージセンサ等に応用できる為近年その開発が盛
んに行なわれている。特に薄膜材料として多結晶シリコ
ン(以下、poly−Siと称する)を用いたTFT
は、周辺駆動回路を画素アレイやセンサアレイと同一の
基板上に集積形成できる為注目を集めている。しかしな
がら、poly−Siを用いたTFTは非晶質シリコン
を用いたTFTに比較してキャリア移動度が大きいとい
う利点がある半面、poly−Si中の欠陥準位を介し
て流れるリーク電流が大きいという欠点があった。そこ
でTFTのリーク電流を減少させる手段として1個の薄
膜トランジスタ素子に2個以上のゲート電極を設けた、
所謂マルチゲート構造のTFTが従来から提案されてい
る。図9にマルチゲート構造TFTの一例を示す。これ
は等価回路的には、図示する様に少なくとも2個のTF
Tを直列接続した構造になっており、以下かかるマルチ
ゲート構造のTFTをマルチゲート半導体素子と称する
事にする。このマルチゲート半導体素子はドレイン端の
電界集中を緩和している為リーク電流を抑制する事がで
き、例えばアクティブマトリクス型液晶ディスプレイに
おいて画素スイッチング用のTFTや周辺駆動回路を構
成するTFTに応用されている。この様なマルチゲート
半導体素子は、例えば特開昭58−171860号、特
開昭58−180063号等に開示されている。
2. Description of the Related Art Thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) have been actively developed in recent years because they can be applied to active matrix type liquid crystal displays, contact type image sensors and the like. In particular, a TFT using polycrystalline silicon (hereinafter referred to as poly-Si) as a thin film material
Has been drawing attention because the peripheral drive circuit can be integrated on the same substrate as the pixel array and the sensor array. However, a TFT using poly-Si has an advantage that it has a higher carrier mobility than a TFT using amorphous silicon, but a leak current flowing through a defect level in poly-Si is large. There was a flaw. Therefore, one thin film transistor element is provided with two or more gate electrodes as a means for reducing the leak current of the TFT.
A so-called multi-gate structure TFT has been conventionally proposed. FIG. 9 shows an example of a multi-gate structure TFT. This is equivalent to at least two TFs as shown in the figure.
The TFT has a structure in which Ts are connected in series. Hereinafter, such a multi-gate TFT will be referred to as a multi-gate semiconductor device. Since this multi-gate semiconductor element relaxes the electric field concentration at the drain end, it can suppress the leak current, and is applied to, for example, a pixel switching TFT in an active matrix liquid crystal display or a TFT forming a peripheral drive circuit. There is. Such a multi-gate semiconductor device is disclosed in, for example, JP-A-58-171860 and JP-A-58-180063.

【0003】又、poly−Siの材料物性を改善する
事によりTFTのリーク電流を低減させる方法として従
来から水素化処理が知られている。この水素化処理は、
poly−Si中に水素原子を拡散させる事により、p
oly−Siの欠陥準位を水素で終端化し、poly−
Si中の欠陥準位を介して流れるリーク電流を低減する
方法である。この水素化処理技術は例えば特開平4−5
7098号公報に開示されている。
Further, hydrogenation treatment has been conventionally known as a method for reducing the leak current of a TFT by improving the physical properties of the material of poly-Si. This hydrotreatment is
By diffusing hydrogen atoms in poly-Si, p
The defect level of poly-Si is terminated with hydrogen, and poly-
This is a method of reducing a leak current flowing through a defect level in Si. This hydroprocessing technique is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-5.
No. 7098 is disclosed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】poly−Siを用い
たマルチゲート半導体素子を構成するTFTでは、その
閾値電圧Vthは製造プロセスのバラツキで大きく変動
する事が多い。例えば、Vthがデプレッション側にシ
フトすると、ゲート電圧が0Vの状態におけるオフ電流
が極端に増大するという問題を起す。特に前述の水素化
処理工程で、水素が過剰にpoly−Si中に取り込ま
れると、Vthはデプレッション側にシフトする。従
来、製造プロセスのバラツキが生じた場合、TFT完成
後にVthを調整し、オフ電流を制御する事はできなか
った。一般に薄膜トランジスタは石英ガラス等からなる
絶縁基板上に形成する為、チャネル電位はフローティン
グの状態にある。TFTでは単結晶Siウエハに形成し
たMOSトランジスタの基板電位Vsに相当するものが
ない。従って基板電位Vsを調整してVthを制御する
様な方法は、TFTに応用する事ができなかった。
In a TFT that constitutes a multi-gate semiconductor device using poly-Si, the threshold voltage Vth of the TFT often greatly changes due to variations in the manufacturing process. For example, when Vth shifts to the depletion side, there arises a problem that the off current extremely increases in the state where the gate voltage is 0V. In particular, when hydrogen is excessively taken into poly-Si in the above-mentioned hydrotreatment step, Vth shifts to the depletion side. In the past, when variations in the manufacturing process occurred, it was not possible to adjust Vth and control the off current after the TFT was completed. Generally, since the thin film transistor is formed on an insulating substrate made of quartz glass or the like, the channel potential is in a floating state. There is no TFT corresponding to the substrate potential Vs of a MOS transistor formed on a single crystal Si wafer. Therefore, the method of adjusting the substrate potential Vs to control Vth cannot be applied to the TFT.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は以上の問題点を
解決するものであり、その目的はTFT完成後にそのV
thを任意に制御し得る様なマルチゲート半導体素子を
提供するものである。かかる目的を達成する為に以下の
手段を講じた。即ち、2個以上の薄膜トランジスタを直
列接続したマルチゲート半導体素子において、直列接続
点の内少なくとも1箇所の電位を制御する調整手段を設
け閾値電圧を調整可能とする事を特徴とする。具体的に
は、隣り合う薄膜トランジスタのドレイン領域とソース
領域は所定の形状にパタニングされた不純物領域により
互いに接続され、前記調整手段は該不純物領域の電位を
制御する。かかる構成を有するマルチゲート半導体素子
は、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置の周辺
駆動回路に適用可能である。
The present invention is intended to solve the above problems, and its purpose is to obtain the V after completion of the TFT.
The present invention provides a multi-gate semiconductor device capable of arbitrarily controlling th. The following measures have been taken in order to achieve this object. That is, in the multi-gate semiconductor element in which two or more thin film transistors are connected in series, the threshold voltage can be adjusted by providing adjusting means for controlling the potential of at least one of the series connection points. Specifically, the drain region and the source region of the adjacent thin film transistors are connected to each other by an impurity region patterned in a predetermined shape, and the adjusting means controls the potential of the impurity region. The multi-gate semiconductor device having such a structure can be applied to, for example, a peripheral drive circuit of an active matrix type liquid crystal display device.

【0006】[0006]

【作用】例えば、nチャネル型のマルチゲート半導体素
子において、直列接続点の電位をプラス側に振ると、マ
ルチゲート半導体素子の実効閾値電圧Vthはプラス
側、即ちエンハンスメント側に移行する。逆に直列接続
点の電位をマイナス側に振れば、Vthはマイナス側、
即ちデプレッション側に移行する。この様に、直列接続
点の電位を制御する事によりマルチゲート半導体素子の
実効閾値電圧Vthを広い範囲に渡って任意に調整でき
る。なお、pチャネル型のマルチゲート半導体素子では
直列接続点の電位をマイナス側に振ればVthはエンハ
ンスメント側に移行し、逆にプラス側に振ればデプレッ
ション側に移行する。
For example, in the n-channel type multi-gate semiconductor element, when the potential at the series connection point is swung to the plus side, the effective threshold voltage Vth of the multi-gate semiconductor element shifts to the plus side, that is, the enhancement side. Conversely, if the potential at the series connection point is shifted to the negative side, Vth will become the negative side,
That is, it shifts to the depletion side. In this way, by controlling the potential at the series connection point, the effective threshold voltage Vth of the multi-gate semiconductor element can be arbitrarily adjusted over a wide range. In the p-channel type multi-gate semiconductor element, Vth shifts to the enhancement side when the potential at the series connection point is shifted to the negative side, and Vth shifts to the depletion side when swinging to the positive side.

【0007】[0007]

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図1(A)は1個のマルチゲート半導
体素子の平面構造を表わしており、(B)は複数のマル
チゲート半導体素子を接続した等価回路を表わしてい
る。(A)に示す様に、1個のマルチゲート半導体素子
は2個のTFTを直列接続した構造を有しており、所謂
ダブルゲート型である。但し、本発明はダブルゲート半
導体素子に限られるものではなく、3個以上のTFTを
直列接続したマルチゲート半導体素子にも適用可能であ
る。一対のソース領域S1及びドレイン領域D1を横切
る様にゲートラインGLがパタニング形成されており、
一方の薄膜トランジスタTFT1を構成する。同様に、
他の一対のソース領域S2及びドレイン領域D2と交差
する様に共通のゲートラインGLが配設されており、他
方の薄膜トランジスタTFT2を構成する。隣り合う薄
膜トランジスタTFT1,TFT2のドレイン領域D1
とソース領域S2は所定の形状にパタニングされた不純
物領域1により互いに接続されている。以下、この接続
部を中点と呼ぶ事にする。この不純物領域1はゲートラ
インGLと平行に形成されており、制御ラインCLを構
成する。不純物領域1は一対のTFT1,TFT2の素
子領域となるpoly−Siと同一の薄膜材料中に形成
されている。不純物領域1は各TFTのソース領域及び
ドレイン領域と同様に高濃度に不純物がドーピングされ
ており低抵抗化が図られている。例えば、マルチゲート
半導体素子がnチャネル型の場合にはAs,P等がドー
ピングされる。又pチャネル型の場合にはB等がドーピ
ングされる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. 1A shows a planar structure of one multi-gate semiconductor element, and FIG. 1B shows an equivalent circuit in which a plurality of multi-gate semiconductor elements are connected. As shown in (A), one multi-gate semiconductor element has a structure in which two TFTs are connected in series, which is a so-called double gate type. However, the present invention is not limited to the double-gate semiconductor device, but can be applied to a multi-gate semiconductor device in which three or more TFTs are connected in series. The gate line GL is patterned to cross the pair of source region S1 and drain region D1.
One thin film transistor TFT1 is configured. Similarly,
A common gate line GL is arranged so as to intersect with another pair of source region S2 and drain region D2, and constitutes the other thin film transistor TFT2. Drain regions D1 of adjacent thin film transistors TFT1 and TFT2
The source region S2 and the source region S2 are connected to each other by the impurity region 1 which is patterned into a predetermined shape. Hereinafter, this connecting portion will be referred to as the midpoint. The impurity region 1 is formed in parallel with the gate line GL and constitutes the control line CL. The impurity region 1 is formed in the same thin film material as that of poly-Si which is the element region of the pair of TFT1 and TFT2. The impurity region 1 is doped with impurities in a high concentration like the source region and the drain region of each TFT, so that the resistance is reduced. For example, when the multi-gate semiconductor device is an n-channel type, As, P, etc. are doped. In the case of p-channel type, B or the like is doped.

【0008】(B)に示す様に複数のマルチゲート半導
体素子2は共通の制御ラインCLによって、互いに接続
されている。この制御ラインCLには調整手段3が接続
されており、各マルチゲート半導体素子2の中点電位を
制御する事により、複数のマルチゲート半導体素子2の
閾値電圧を共通的に調整可能としている。なおこの調整
手段3は例えば可変電源から構成できる。
As shown in (B), the plurality of multi-gate semiconductor elements 2 are connected to each other by a common control line CL. The adjusting means 3 is connected to the control line CL, and by controlling the midpoint potential of each multi-gate semiconductor element 2, the threshold voltages of the plurality of multi-gate semiconductor elements 2 can be adjusted in common. The adjusting means 3 can be composed of, for example, a variable power source.

【0009】次に、図2を参照してマルチゲート半導体
素子の閾値電圧制御動作を詳細に説明する。図2は、1
個のマルチゲート半導体素子2の模式的な等価回路図で
ある。以下の説明に供する為、TFT1側のドレイン端
に印加されるドレイン電圧をVdsとし、他方のTFT
2のソース端に印加されるソース電圧をVssとし、共
通のゲート電極に印加されるゲート電圧をVgsとし、
中点に印加される中点電位をVmとする。なお本例では
TFT1,TFT2はnチャネル型であり、以下の説明
の都合上ソース電位Vssは0Vに設定されている。
Next, the threshold voltage control operation of the multi-gate semiconductor device will be described in detail with reference to FIG. Figure 1
FIG. 3 is a schematic equivalent circuit diagram of a single multi-gate semiconductor element 2. For the following description, the drain voltage applied to the drain end on the TFT1 side is Vds, and the other TFT
The source voltage applied to the second source end is Vss, the gate voltage applied to the common gate electrode is Vgs,
The midpoint potential applied to the midpoint is Vm. In this example, the TFT1 and the TFT2 are n-channel type, and the source potential Vss is set to 0V for convenience of the following description.

【0010】一般に、単結晶シリコンウエハ上に形成さ
れたMOSトランジスタでは、その閾値電圧Vthは以
下の式で表わされる。 Vth=Vfb+2φb+(2εs・q・Na(2φb+Vbs))1/2 /Ci 上記式において、Vfbはフラットバンド電圧を示し、
Vbsは基板バイアスを示し、εsはシリコンの誘電率
を示し、φbはビルトインポテンシャルを示し、Naは
アクセプタ濃度を示し、qは素電荷量を示し、Ciは単
位面積当りの容量を示している。
Generally, in a MOS transistor formed on a single crystal silicon wafer, its threshold voltage Vth is expressed by the following equation. Vth = Vfb + 2φb + (2εs · q · Na (2φb + Vbs)) 1/2 / Ci In the above formula, Vfb represents a flat band voltage,
Vbs represents the substrate bias, εs represents the dielectric constant of silicon, φb represents the built-in potential, Na represents the acceptor concentration, q represents the elementary charge amount, and Ci represents the capacitance per unit area.

【0011】poly−Siを素子領域とするTFTに
ついても基本的には上記の式が適用可能である。そこ
で、以下上記式に基き、ドレイン電圧Vds、ソース電
位Vss、中点電位Vmの大小関係に従って場合を分
け、閾値電圧Vthの制御動作を詳細に説明する。な
お、前述した様にこの説明ではソース電位Vssは0V
に設定されている。
The above formula is basically applicable to a TFT having poly-Si as an element region. Therefore, the control operation of the threshold voltage Vth will be described in detail below based on the above equations and dividing the case according to the magnitude relation of the drain voltage Vds, the source potential Vss, and the midpoint potential Vm. As described above, in this description, the source potential Vss is 0V.
Is set to.

【0012】0<Vm<Vdsの範囲では、TFT1の
チャネル内の平均電位Vch1はTFT2のチャネル内
平均電位Vch2よりも大きく、Vch1>Vch2と
なる。TFT1のソース電位はVmであるので、Vm>
Vgsの場合TFT1はオフ状態となり、逆にVm<V
gsの場合オン状態になる。これは上記式で基板電位V
bsを増加させた事に相当する。同時にTFT2はTF
T1よりもチャネル電位が低い為、上記式ではVbs=
0Vの場合に相当している。従って、TFT2のVth
はTFT1のVthよりも低い事が分かる。ダブルゲー
ト半導体素子では、一対のTFT1,TFT2の内、電
流値の低い方で全体のドレイン電流が決定される。即ち
ダブルゲート半導体素子の実効閾値電圧Vthは2個の
TFTの内Vthが高い方に等しくなるので、Vthは
Vm=0Vに比較してプラス側、即ちエンハンスメント
側にシフトする。
In the range of 0 <Vm <Vds, the average potential Vch1 in the channel of the TFT1 is larger than the average potential Vch2 in the channel of the TFT2, and Vch1> Vch2. Since the source potential of TFT1 is Vm, Vm>
In the case of Vgs, TFT1 is turned off, and Vm <V
In the case of gs, it is turned on. This is the substrate potential V in the above equation.
This is equivalent to increasing bs. At the same time TFT2 is TF
Since the channel potential is lower than T1, Vbs =
This corresponds to the case of 0V. Therefore, Vth of TFT2
It can be seen that is lower than Vth of TFT1. In the double-gate semiconductor element, the drain current of the entire pair is determined by the lower current value of the pair of TFT1 and TFT2. That is, the effective threshold voltage Vth of the double-gate semiconductor element becomes equal to the higher Vth of the two TFTs, so that Vth shifts to the plus side, that is, the enhancement side, compared to Vm = 0V.

【0013】Vm<0Vの範囲では、ドレイン電流の向
きがTFT1とTFT2で逆向きになり、ダブルゲート
半導体素子のドレイン電流に実効的に寄与するのはTF
T1に流れるドレイン電流のみとなる。従ってこの場合
はTFT1のVthを考えれば良い。TFT1のソース
電位はVss1=Vm<0であるから、Vgs=0Vで
TFT1のゲートは開いた状態になる。即ち上記式でV
bs<0に相当しTFT1のVthはマイナス側、即ち
デプレッション側にシフトする。よってダブルゲート半
導体素子の実効閾値電圧Vthもデプレッション方向に
シフトする。
In the range of Vm <0V, the directions of the drain currents are opposite between TFT1 and TFT2, and it is TF that effectively contributes to the drain current of the double-gate semiconductor element.
There is only the drain current flowing in T1. Therefore, in this case, the Vth of the TFT 1 may be considered. Since the source potential of the TFT1 is Vss1 = Vm <0, the gate of the TFT1 is open at Vgs = 0V. That is, V in the above formula
Corresponding to bs <0, Vth of the TFT1 shifts to the minus side, that is, the depletion side. Therefore, the effective threshold voltage Vth of the double gate semiconductor element also shifts in the depletion direction.

【0014】Vds<Vmの範囲では、ドレイン電流は
逆向きに流れ各TFTは正常に機能しないのでこの範囲
は考慮外に置かれる。以上の議論はpチャネルTFTの
場合もその極性が反転するだけで同様に成立する。又ソ
ース電位Vssが0V以外の場合も全く同様に成立す
る。加えて、ソース/ドレイン端にソース/ドレイン領
域よりも薄い不純物濃度領域を有する所謂LDD構造の
TFTを2個以上直列接続したマルチゲート半導体素子
でも同様に適用可能である。
In the range of Vds <Vm, the drain current flows in the opposite direction, and each TFT does not function normally, so this range is not taken into consideration. The above discussion is similarly established in the case of the p-channel TFT only by reversing the polarity. The same holds true when the source potential Vss is other than 0V. In addition, a multi-gate semiconductor element in which two or more TFTs of a so-called LDD structure having an impurity concentration region thinner than the source / drain regions at the source / drain ends are connected in series can be similarly applied.

【0015】図3に、Vmをパラメータとして−4.0
V<Vm<+8.0Vの範囲で変化させた場合のダブル
ゲート半導体素子のVgs−Ids特性を示す。このグ
ラフでは中点電位Vmは−4Vから2Vステップで+8
Vまで変化させている。又、ドレイン電圧Vdsは10
Vに設定されている。このグラフから明らかな様に、中
点電位Vmを制御する事によりダブルゲート半導体素子
の実効閾値電圧Vthを調整できる事が分かる。又、中
点電位を制御する事によりゲート電極の電位を一定に保
ったままダブルゲート半導体素子をオン/オフする事も
可能である。一例としてVgs=0Vの場合を考える
と、Vm<0の時はダブルゲート半導体素子はオン状態
になり、Vm>0の時はオフ状態になる。
In FIG. 3, with Vm as a parameter, -4.0.
The Vgs-Ids characteristic of a double gate semiconductor element when changing in the range of V <Vm <+ 8.0V is shown. In this graph, the midpoint potential Vm is +8 from -4V to 2V step.
It changes to V. The drain voltage Vds is 10
It is set to V. As is clear from this graph, it is understood that the effective threshold voltage Vth of the double gate semiconductor element can be adjusted by controlling the midpoint potential Vm. Further, by controlling the midpoint potential, it is possible to turn on / off the double gate semiconductor device while keeping the potential of the gate electrode constant. As an example, when Vgs = 0V is considered, the double-gate semiconductor element is turned on when Vm <0, and turned off when Vm> 0.

【0016】次に、図4〜図7の工程図を参照して、本
発明にかかるマルチゲート半導体素子の製造方法を詳細
に説明する。なお本例では、マルチゲート半導体素子は
一対のTFTからなるダブルゲート型であり、各TFT
はLDD構造を有している。先ず最初に図4の工程Aに
示す様に、石英基板11上にLPCVD法でpoly−
Si薄膜12を約75nm成膜する。必要に応じ、この後
Si+イオンをイオンインプランテーションする事によ
り非晶質化し、続いて600℃程度の温度で炉アニール
する事によりpoly−Siを大粒径化する。大粒化に
はエキシマレーザアニールを用いても良い。予め非晶質
シリコンを形成する場合にはプラズマ化学気相成長法
(PCVD)を用いて150〜250℃程度の温度で成
膜しても良い。
Next, a method of manufacturing a multi-gate semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the process charts of FIGS. In this example, the multi-gate semiconductor element is a double gate type composed of a pair of TFTs.
Has an LDD structure. First, as shown in step A of FIG.
The Si thin film 12 is formed to a thickness of about 75 nm. If necessary, thereafter, Si + ions are ion-implanted to be amorphized, and subsequently furnace-annealed at a temperature of about 600 ° C. to increase the particle size of poly-Si. Excimer laser annealing may be used to increase the grain size. When amorphous silicon is formed in advance, it may be formed by plasma chemical vapor deposition (PCVD) at a temperature of about 150 to 250 ° C.

【0017】次に工程Bで、poly−Si薄膜12を
所定のパタンにエッチングする。このパタンは、図1
(A)に示す様に各TFTの直列接続点で互いに接続さ
れる様になっている。又図1(B)に示す様に、同じ導
電型で回路上の役割が等価なダブルゲート半導体素子は
このパタンを介して共通接続される様になっている。続
いてpoly−Si薄膜12を酸化し、ゲート酸化膜1
3を約60nmの厚みで形成する。
Next, in step B, the poly-Si thin film 12 is etched into a predetermined pattern. This pattern is shown in Figure 1.
As shown in (A), the TFTs are connected to each other at a series connection point. Further, as shown in FIG. 1B, double-gate semiconductor elements having the same conductivity type and having an equivalent role in the circuit are commonly connected through this pattern. Then, the poly-Si thin film 12 is oxidized to form the gate oxide film 1.
3 is formed to a thickness of about 60 nm.

【0018】次に工程Cで必要に応じTFTの閾値電圧
Vthを制御する為、B+イオンを1〜8×1012/cm
2 程度のドーズ量で打ち込む。
Next, in step C, in order to control the threshold voltage Vth of the TFT as necessary, B + ions are added in an amount of 1 to 8 × 10 12 / cm 2.
Drive with a dose amount of about 2 .

【0019】次に図5の工程Dで、ゲート酸化膜13上
にLPCVD法で窒化シリコン薄膜(Si3 4 薄膜)
を約10〜20nmの膜厚で成膜する。場合によっては、
このSi3 4 薄膜14の表面を酸化し、SiO2 膜を
約1〜2nm形成する。この様な三層構造を採用すると、
ゲート耐圧を十分確保でき信頼性を向上できる。
Next, in step D of FIG. 5, a silicon nitride thin film (Si 3 N 4 thin film) is formed on the gate oxide film 13 by LPCVD.
Is formed to a film thickness of about 10 to 20 nm. In some cases,
The surface of this Si 3 N 4 thin film 14 is oxidized to form a SiO 2 film of about 1 to 2 nm. If you adopt such a three-layer structure,
The gate withstand voltage can be sufficiently secured and reliability can be improved.

【0020】次に工程Eで、poly−Si薄膜12の
上にレジスト15を所定の形状にパタニング形成する。
このレジスト15は後工程で形成されるゲート電極の領
域と整合する様にパタニングされる。LDD構造のTF
Tを形成する場合、レジスト15をゲート電極の幅より
も広めにパタニングし、ゲート電極の両側面から一定の
距離をLDD領域として残す様にする。なお、LDD領
域を作製しない場合はこのレジスト塗布工程Eを省略す
る事ができる。
Next, in step E, a resist 15 is patterned on the poly-Si thin film 12 into a predetermined shape.
The resist 15 is patterned so as to be aligned with the region of the gate electrode formed in a later process. LDD structured TF
When forming T, the resist 15 is patterned so as to be wider than the width of the gate electrode so that a certain distance from both side surfaces of the gate electrode is left as an LDD region. If the LDD region is not formed, this resist coating step E can be omitted.

【0021】続いて工程FでSi3 4 薄膜14をカッ
ティングする。
Subsequently, in step F, the Si 3 N 4 thin film 14 is cut.

【0022】次に図6の工程Gに移り、直列接続点を含
む制御ラインCL(図1参照)及びTFTのソース/ド
レイン領域に1〜3×1015/cm2 のドーズ量で不純物
イオンを注入する。nチャネル型の場合As+イオン又
はP+イオンを打ち込む。又pチャネル型の場合B+イ
オンを打ち込む。この様に、ゲート電極を形成する前
に、ソース/ドレイン領域に対するイオンインプランテ
ーションを行なうのは、ゲートライン下部に隠れる部位
に位置する制御ラインを低抵抗化させる為である。
Next, in step G in FIG. 6, impurity ions are implanted into the control line CL (see FIG. 1) including the series connection point and the source / drain regions of the TFT at a dose of 1 to 3 × 10 15 / cm 2. inject. In the case of n-channel type, As + ions or P + ions are implanted. In the case of p-channel type, B + ions are implanted. Thus, the reason why the ion implantation is performed on the source / drain regions before forming the gate electrode is to reduce the resistance of the control line located at a portion hidden under the gate line.

【0023】次に工程Hで、レジスト15を剥離後、燐
ドープの低抵抗多結晶シリコンを約350nm形成し所定
の形状にパタニングしてゲート電極16とする。ゲート
電極16の形成方法には3通りある。第1の方法は、ノ
ンドープ多結晶シリコン薄膜を形成しPClO3 ガスか
ら燐を拡散させる方法である。第2の方法は、PClO
3 ガスの代りにPSG膜を用い燐拡散を行なう方法であ
る。第3の方法は、LPCVD法でSiH4 ガスとPH
3 ガスの混合気体を熱分解しドープトpoly−Siを
成膜する方法である。何れの方法を用いても良いが、本
実施例では第1の方法を採用した。なお本実施例では各
TFTのチャネル長L及びチャネル幅Wは、L/W=3
μm/3μmとした。
Next, in step H, after removing the resist 15, phosphorus-doped low resistance polycrystalline silicon is formed to a thickness of about 350 nm and patterned into a predetermined shape to form a gate electrode 16. There are three methods for forming the gate electrode 16. The first method is to form a non-doped polycrystalline silicon thin film and diffuse phosphorus from PClO 3 gas. The second method is PCIO
This is a method of performing phosphorus diffusion using a PSG film instead of 3 gases. The third method is LPCVD method using SiH 4 gas and PH.
This is a method of thermally decomposing a mixed gas of three gases to form a doped poly-Si film. Although either method may be used, the first method is adopted in this embodiment. In this embodiment, the channel length L and the channel width W of each TFT are L / W = 3
It was set to μm / 3 μm.

【0024】続いてLDD構造を作り込む為工程Iに移
る。LDD領域17を形成するには、nチャネル型TF
Tの場合、ゲート電極16を形成した後As+イオン又
はP+イオンを0.5〜1.5×1013/cm2 のドーズ
量で打ち込む。pチャネル型TFTの場合は、As+イ
オン又はP+イオンの代りにB+イオンを0.1〜2.
0×1013/cm2 のドーズ量で同様に打ち込めば良い。
Then, the process moves to step I for forming the LDD structure. To form the LDD region 17, an n-channel TF is used.
In the case of T, As + ions or P + ions are implanted with a dose amount of 0.5 to 1.5 × 10 13 / cm 2 after forming the gate electrode 16. In the case of a p-channel TFT, B + ions are replaced by 0.1-2.
It may be similarly implanted with a dose amount of 0 × 10 13 / cm 2 .

【0025】次に図7の工程Jに移り、LPCVD法で
第1PSG膜18を約600nmの厚みで形成し、100
0℃10分間のN2 雰囲気アニールを行なって各TFT
のソース領域S、ドレイン領域D、LDD領域17、直
列接続点を含む制御ライン等を活性化させる。
Next, moving to step J of FIG. 7, the first PSG film 18 is formed to a thickness of about 600 nm by the LPCVD method, and the first PSG film 18 is formed to a thickness of 100 nm.
Each TFT was annealed at 0 ° C. for 10 minutes in N 2 atmosphere.
The source region S, the drain region D, the LDD region 17, the control line including the series connection point, and the like are activated.

【0026】次に工程Kでコンタクトホール19を開口
する。
Next, in step K, the contact hole 19 is opened.

【0027】次に工程Lで、Al電極20を約600nm
の厚みでパタニング形成する。この上にさらに第2PS
G膜21を約400nmの厚みで形成する。
Next, in step L, the Al electrode 20 is set to about 600 nm.
Patterning is performed with the thickness of. 2nd PS on top of this
The G film 21 is formed with a thickness of about 400 nm.

【0028】最後に工程MでPCVD法により窒化シリ
コン膜(P−SiNx 膜)22を約100nmの厚みで形
成する。このP−SiNx 膜22は水素を多量に含む
為、成膜後にアニールする事で各TFTの水素化を効率
的に行なえる。水素化処理により多結晶シリコンの欠陥
密度を減少させ、欠陥に起因するTFTのリーク電流を
下げる事ができる。以上によりダブルゲート半導体素子
が完成する。
Finally, in step M, a silicon nitride film (P-SiN x film) 22 is formed with a thickness of about 100 nm by the PCVD method. Since the P-SiN x film 22 contains a large amount of hydrogen, hydrogenation of each TFT can be efficiently performed by annealing after forming the film. The hydrogenation treatment can reduce the defect density of polycrystalline silicon and the leakage current of TFT due to the defects. The double gate semiconductor device is completed as described above.

【0029】最後に図8を参照して、本発明にかかるマ
ルチゲート半導体素子を用いて構成されたアクティブマ
トリクス液晶表示装置の構成例を説明する。本装置は、
主基板31と対向基板32とをスペーサ33により貼り
合わせたパネル構造を有し、両基板の間に液晶が保持さ
れている。主基板31の表面にはマトリクス状に配列さ
れた画素電極34とこの画素電極34を駆動するスイッ
チング素子35とからなる画素アレイ36と、この画素
アレイ36に接続される周辺駆動回路37とが形成され
ている。スイッチング素子35はダブルゲート半導体素
子からなる。但し、機能上の観点から本発明にかかる閾
値電圧調整手段は付加されていない。一方、周辺駆動回
路37にも、少なくとも一部マルチゲート半導体素子が
含まれている。このマルチゲート半導体素子は同一の導
電型で機能的に等価なものを1グループとして、本発明
にかかる閾値電圧調整手段が付加されている。
Finally, with reference to FIG. 8, an example of the configuration of an active matrix liquid crystal display device constructed by using the multi-gate semiconductor element according to the present invention will be described. This device
It has a panel structure in which a main substrate 31 and a counter substrate 32 are bonded together by a spacer 33, and liquid crystal is held between both substrates. On the surface of the main substrate 31, a pixel array 36 including pixel electrodes 34 arranged in a matrix and switching elements 35 driving the pixel electrodes 34, and a peripheral drive circuit 37 connected to the pixel array 36 are formed. Has been done. The switching element 35 is a double gate semiconductor element. However, from the functional point of view, the threshold voltage adjusting means according to the present invention is not added. On the other hand, the peripheral drive circuit 37 also includes at least a part of the multi-gate semiconductor element. This multi-gate semiconductor element has the same conductivity type and is functionally equivalent as one group, and the threshold voltage adjusting means according to the present invention is added.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によれば、製造プロセスのバラツ
キで大きく変動する閾値電圧Vthが、マルチゲート半
導体素子を構成するTFTの直列接続点の内の少なくと
も1箇所の電位を制御する事により任意に調整できる。
従って、プロセスバラツキで閾値電圧がシフトしたマル
チゲート半導体素子でもVthを調整する事は容易であ
り、Vthバラツキによる不良を大幅に低減する事が可
能である。この様に本発明の効果は絶大なものがある。
According to the present invention, the threshold voltage Vth, which greatly varies due to variations in the manufacturing process, is controlled by controlling the potential of at least one of the series connection points of the TFTs forming the multi-gate semiconductor element. Can be adjusted to
Therefore, it is easy to adjust Vth even in a multi-gate semiconductor element whose threshold voltage is shifted due to process variations, and it is possible to significantly reduce defects due to Vth variations. Thus, the effects of the present invention are immense.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかるマルチゲート半導体素子の平面
形状及び等価回路を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a planar shape and an equivalent circuit of a multi-gate semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明にかかるマルチゲート半導体素子の動作
説明に供する等価回路図である。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram for explaining the operation of the multi-gate semiconductor device according to the present invention.

【図3】本発明にかかるマルチゲート半導体素子のVg
s−Ids特性を示すグラフである。
FIG. 3 shows Vg of a multi-gate semiconductor device according to the present invention.
It is a graph which shows s-Ids characteristic.

【図4】本発明にかかるマルチゲート半導体素子の製造
工程図である。
FIG. 4 is a manufacturing process diagram of a multi-gate semiconductor device according to the present invention.

【図5】同じく製造工程図である。FIG. 5 is also a manufacturing process drawing.

【図6】同じく製造工程図である。FIG. 6 is likewise a manufacturing process drawing.

【図7】同じく製造工程図である。FIG. 7 is likewise a manufacturing process drawing.

【図8】本発明にかかるマルチゲート半導体素子が形成
されたアクティブマトリクス液晶表示装置を示す模式的
な斜視図である。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing an active matrix liquid crystal display device in which a multi-gate semiconductor device according to the present invention is formed.

【図9】従来のマルチゲート半導体素子の等価回路図で
ある。
FIG. 9 is an equivalent circuit diagram of a conventional multi-gate semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 不純物領域 2 マルチゲート半導体素子 3 調整手段 TFT1 一方の薄膜トランジスタ TFT2 他方の薄膜トランジスタ S1 ソース領域 S2 ソース領域 D1 ドレイン領域 D2 ドレイン領域 GL ゲートライン CL 制御ライン 1 Impurity region 2 Multi-gate semiconductor element 3 Adjustment means TFT1 One thin film transistor TFT2 The other thin film transistor S1 Source region S2 Source region D1 Drain region D2 Drain region GL Gate line CL Control line

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2個以上の薄膜トランジスタを直列接続
したマルチゲート半導体素子において、直列接続点の内
少なくとも1箇所の電位を制御する調整手段を設け閾値
電圧を調整可能とする事を特徴とするマルチゲート半導
体素子。
1. A multi-gate semiconductor device in which two or more thin film transistors are connected in series, wherein a threshold voltage can be adjusted by providing an adjusting means for controlling the potential of at least one of the series connection points. Gate semiconductor device.
【請求項2】 隣り合う薄膜トランジスタのドレイン領
域とソース領域は所定の形状にパタニングされた不純物
領域により互いに接続され、前記調整手段は該不純物領
域の電位を制御する事を特徴とする請求項1記載のマル
チゲート半導体素子。
2. The drain region and the source region of adjacent thin film transistors are connected to each other by an impurity region patterned into a predetermined shape, and the adjusting means controls the potential of the impurity region. Multi-gate semiconductor device.
【請求項3】 一対の基板を接合し両者の間に液晶を保
持したパネル構造からなり、一方の基板には画素アレイ
及び周辺駆動回路が形成され他方の基板には対向電極が
形成されているアクティブマトリクス液晶表示装置にお
いて、 前記周辺駆動回路は2個以上の薄膜トランジスタを直列
接続したマルチゲート半導体素子を含んでおり、直列接
続点の内少なくとも1箇所の電位を制御する調整手段を
設け該マルチゲート半導体素子の閾値電圧を調整可能と
する事を特徴とするアクティブマトリクス液晶表示装
置。
3. A panel structure in which a pair of substrates are bonded to each other and liquid crystal is held between the two substrates. A pixel array and a peripheral drive circuit are formed on one substrate and a counter electrode is formed on the other substrate. In the active matrix liquid crystal display device, the peripheral drive circuit includes a multi-gate semiconductor element in which two or more thin film transistors are connected in series, and an adjusting means for controlling the potential of at least one of the series connection points is provided. An active matrix liquid crystal display device, which is capable of adjusting a threshold voltage of a semiconductor element.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101223530B1 (en) * 2006-05-10 2013-01-18 엘지디스플레이 주식회사 Gate drive IC and LCD with the same
US8625038B2 (en) 2001-06-04 2014-01-07 Gold Charm Limited Method for setting transistor operating point and circuit therefor, method for changing signal component value and active-matrix liquid crystal display device

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