JP5419730B2 - Thin film transistor - Google Patents
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Description
本発明は薄膜トランジスタに関し、特に、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等の電気光学表示装置や半導体部品等の半導体デバイスに用いられる薄膜トランジスタの構造に関する。 The present invention relates to a thin film transistor motor, in particular, it relates to a structure of a thin film transistor used in a semiconductor device such as an electro-optical display device, a semiconductor component such as a liquid crystal display or an organic EL display.
液晶表示装置の画素スイッチング素子には、薄膜半導体層を用いた薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)が使用されており、TFTの形成は、例えば次のように行われている。 A thin film transistor (Thin Film Transistor: TFT) using a thin film semiconductor layer is used for a pixel switching element of a liquid crystal display device, and the TFT is formed as follows, for example.
ゲート電極材料をスパッタにより成膜し、写真製版とエッチングによりゲート電極を形成する。次に、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、ゲート絶縁膜となるSiN膜、i型半導体となる非晶質シリコン膜、N型半導体となるN型非晶質シリコン膜を成膜する。更に、ソース・ドレイン電極材料をスパッタリングにより形成し、写真製版とエッチングによりソース・ドレイン電極を形成する。ソース・ドレイン電極間の領域にあるN型非晶質シリコン膜をドライエッチングにより除去する。更に、写真製版により所望のレジストパターンを形成し、不要部分をエッチングにより除去する。次に、保護膜となるSiN膜をプラズマCVD法により形成する。以上のようにして、チャネル部シリコン薄膜に非晶質シリコンを用いた逆スタガ型TFTを形成することができる。 A gate electrode material is formed by sputtering, and a gate electrode is formed by photolithography and etching. Next, an SiN film serving as a gate insulating film, an amorphous silicon film serving as an i-type semiconductor, and an N-type amorphous silicon film serving as an N-type semiconductor are formed by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). Further, a source / drain electrode material is formed by sputtering, and a source / drain electrode is formed by photolithography and etching. The N-type amorphous silicon film in the region between the source and drain electrodes is removed by dry etching. Further, a desired resist pattern is formed by photolithography and unnecessary portions are removed by etching. Next, a SiN film serving as a protective film is formed by plasma CVD. As described above, an inverted staggered TFT using amorphous silicon for the channel portion silicon thin film can be formed.
近年、液晶表示装置や有機EL(Electro−Luminescence)表示装置の狭額縁化や低コスト化を実現するために、画素スイッチング素子としてだけでなく、TFTを用いたソースドライバ、およびゲートドライバ等の駆動回路を、画素部と同一のガラス基板上に形成した表示装置が開発されてきている。 In recent years, in order to realize a narrow frame and cost reduction of a liquid crystal display device and an organic EL (Electro-Luminescence) display device, driving not only as a pixel switching element but also a source driver and a gate driver using a TFT. A display device in which a circuit is formed on the same glass substrate as a pixel portion has been developed.
駆動回路内のTFTには、画素スイッチング素子として用いられるTFTの場合に比べて、より大きな駆動電圧が長時間印加され続けるため、電気的特性の劣化が大きくなる。そのため、上述したTFTにおいて、チャネル部シリコン薄膜として、プラズマCVD法により微結晶シリコンを用いることで、より安定性の優れたTFTを製造することも提案されている。このようなチャネル部シリコン薄膜に微結晶シリコンを形成したTFT(微結晶シリコンTFT)は、チャネル部シリコン薄膜に非晶質シリコンを形成したTFT(非晶質シリコンTFT)と比較して、TFTのゲート電極に電圧を印加し続けることにより発生するしきい値電圧(Vth)の経時変化を、小さく抑えることができると言った特徴を有している。 Compared with a TFT used as a pixel switching element, a larger driving voltage is continuously applied to the TFT in the driving circuit for a long time, so that the electrical characteristics are greatly deteriorated. For this reason, it has also been proposed to manufacture a TFT having higher stability by using microcrystalline silicon by a plasma CVD method as the channel portion silicon thin film in the TFT described above. Such a TFT (microcrystalline silicon TFT) in which microcrystalline silicon is formed on a channel part silicon thin film has a TFT compared with a TFT (amorphous silicon TFT) in which amorphous silicon is formed on a channel part silicon thin film. It has a feature that a change with time of the threshold voltage (Vth) generated by continuously applying a voltage to the gate electrode can be suppressed to a small value.
しかし、微結晶シリコンTFTは、微結晶シリコンのバンドギャップが非晶質シリコンに比べて狭いため、ゲート電極に逆バイアスを印加したときに、微結晶シリコンとN型非晶質シリコンとの界面でのバンド間トンネリングによるホール注入が起こりやすく、リーク電流が増大してしまう問題がある。特許文献1では、微結晶シリコンとN型非晶質シリコンとの間に非晶質シリコンを狭持することによって、界面のバンドギャップの不整合を小さくし、リーク電流を抑制できることが開示されている。
However, since the band gap of microcrystalline silicon TFT is narrower than that of amorphous silicon, the microcrystalline silicon TFT has an interface between the microcrystalline silicon and the N-type amorphous silicon when a reverse bias is applied to the gate electrode. There is a problem that hole injection is easily caused by band-to-band tunneling and leakage current increases.
ここで、液晶パネルの画像表示の場合、裏面のバックライトからの光がTFTに照射されることにより生じる光リーク電流が問題となる。 Here, in the case of displaying an image on a liquid crystal panel, there is a problem of light leakage current generated when the TFT is irradiated with light from the backlight on the back surface.
バックライトからの光が微結晶シリコン膜や非晶質シリコン膜に照射されると、半導体中に電子正孔対を発生する。発生した電子は正の電圧が印加されているドレイン電極に、発生した正孔は0電位のソース電極にそれぞれ移動して、光リーク電流になる。ゲート電極が0電位又は負電圧に固定されているときにこの光リーク電流が流れると、画素の容量の電極に書き込まれた電圧すなわち容量に蓄積した電荷が光リーク電流により消失する等の問題が発生し、正常な画像表示ができなくなる。 When light from the backlight is irradiated to the microcrystalline silicon film or the amorphous silicon film, electron-hole pairs are generated in the semiconductor. The generated electrons move to the drain electrode to which a positive voltage is applied, and the generated holes move to the zero-potential source electrode, resulting in a light leakage current. If this light leakage current flows when the gate electrode is fixed at 0 potential or a negative voltage, there is a problem that the voltage written in the electrode of the pixel capacitor, that is, the charge accumulated in the capacitor disappears due to the light leakage current. Occurs and normal image display cannot be performed.
この光リーク電流の発生を防止するために、半導体層を平面視でゲート電極に包含される領域内に配置することが考えられる。半導体層がゲート電極に包含される領域にのみ存在するように配置すると、当然のことながら、通常バックライトからの光は金属で形成されたゲート電極に遮られて半導体層に到達しない。このため光リーク電流は発生しない。 In order to prevent the occurrence of this light leakage current, it is conceivable to dispose the semiconductor layer in a region included in the gate electrode in plan view. When the semiconductor layer is disposed so as to exist only in the region included in the gate electrode, it is natural that light from the backlight is normally blocked by the gate electrode formed of metal and does not reach the semiconductor layer. For this reason, no light leakage current occurs.
しかしながら、微結晶シリコン層を含む半導体層がゲート電極に包含される領域内にのみ存在するような配置では、新たな問題が発生する。従来の構造では、微結晶シリコン膜の側面が金属で形成されたドレイン電極と接している構造になっており、オフ状態、すなわちドレイン電極に正電圧、ソース電極に0電圧、ゲート電極に負電圧が印加された状態で、ドレイン電極側の微結晶シリコン膜の端部はゲート電極に近いために大きな電界が印加されている。このため、ドレイン電極と微結晶シリコン膜のショットキー接続部のショットキー障壁を越えて、正孔がドレイン電極から微結晶シリコン膜に注入されてリーク電流が生じてしまう。微結晶シリコン膜の正孔の移動度は非晶質シリコンの場合(約0.001cm2/Vs)に比べて非常に大きい(0.1〜2cm2/Vs)ため、微結晶シリコンTFTでは、このリーク電流が非晶質シリコン膜を使用したTFTよりも大きくなる。このため、正常な画像表示ができなくなるという問題がある。 However, an arrangement in which a semiconductor layer including a microcrystalline silicon layer exists only in a region included in the gate electrode causes a new problem. In the conventional structure, the side surface of the microcrystalline silicon film is in contact with the drain electrode made of metal, and is in the off state, that is, the drain electrode has a positive voltage, the source electrode has a zero voltage, and the gate electrode has a negative voltage. In this state, a large electric field is applied because the end of the microcrystalline silicon film on the drain electrode side is close to the gate electrode. For this reason, holes are injected from the drain electrode into the microcrystalline silicon film beyond the Schottky barrier at the Schottky connection portion between the drain electrode and the microcrystalline silicon film, resulting in leakage current. The hole mobility of the microcrystalline silicon film is very large as compared to the case of an amorphous silicon (about 0.001cm 2 / Vs) (0.1~2cm 2 / Vs) for, in the microcrystalline silicon TFT, This leakage current becomes larger than that of a TFT using an amorphous silicon film. For this reason, there is a problem that normal image display cannot be performed.
このような問題を解決するものとして、特許文献2に示すような微結晶シリコンTFTが開示されている。すなわち、積層した半導体層である微結晶シリコン膜、非晶質シリコン、N型非晶質シリコンの全ての側面上に絶縁膜(SiO2膜)を形成するものである。この構造により、ドレイン電極から微結晶シリコン膜に正孔が注入されて生じるリーク電流を抑制できる。なお、この構造の形成方法は、プラズマCVD法でSiO2膜を全面に形成し、その後エッチバック法により半導体層の表面(上面)に形成されているSiO2膜を除去して、側面上にのみSiO2膜を残すという方法である。
As a solution to such a problem, a microcrystalline silicon TFT as disclosed in
しかし、特許文献2のような方法で製造する場合、絶縁膜であるSiO2膜を形成した後に、半導体層上面の絶縁膜を除去するためのエッチング工程が必要となりコストが上昇すること、プラズマCVD法では、側面上には厚いSiO2膜が形成されないため、量産性に問題があること、表面(上面)に形成されたSiO2膜をドライエッチング法により除去することになるため、上層のN型非晶質シリコンの表面がプラズマからのイオンダメージを受けてしまう等の問題があった。
However, in the case of manufacturing by the method as in
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ゲート電極上に微結晶シリコン膜を形成するTFTにおいて、側面絶縁膜の形成にエッチング工程を必要とせず、量産性に優れ、上層のシリコン膜へのダメージを抑制できるTFTを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In a TFT in which a microcrystalline silicon film is formed on a gate electrode, an etching process is not required for forming a side insulating film, and mass production is achieved. An object of the present invention is to provide an excellent TFT capable of suppressing damage to the upper silicon film.
本発明は、ゲート電極と、平面視で前記ゲート電極に包含される領域内において、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して積層された半導体層とを備える薄膜トランジスタであって、前記半導体層は、上層の非晶質半導体層と、下層の微結晶半導体層とを備え、前記微結晶半導体層の側面上であって、前記非晶質半導体層の下面下に形成された絶縁膜をさらに備える。 The present invention is a thin film transistor comprising a gate electrode and a semiconductor layer stacked on the gate electrode through a gate insulating film in a region encompassed by the gate electrode in plan view, the semiconductor layer comprising: And an upper amorphous semiconductor layer and a lower microcrystalline semiconductor layer, and further comprising an insulating film formed on a side surface of the microcrystalline semiconductor layer and below the lower surface of the amorphous semiconductor layer. .
本発明によれば、ゲート電極と、平面視で前記ゲート電極に包含される領域内において、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して積層された半導体層とを備える薄膜トランジスタであって、前記半導体層は、上層の非晶質半導体層と、下層の微結晶半導体層とを備え、前記微結晶半導体層の側面上であって、前記非晶質半導体層の下面下に形成された絶縁膜をさらに備えることにより、上層の非晶質半導体層の表面にはダメージを与えず、微結晶半導体層の側面上に絶縁膜が形成された、良好なオフ特性を有する薄膜トランジスタが得られる。 According to the present invention, there is provided a thin film transistor comprising a gate electrode and a semiconductor layer stacked on the gate electrode via a gate insulating film in a region encompassed by the gate electrode in plan view, The layer includes an upper amorphous semiconductor layer and a lower microcrystalline semiconductor layer, and an insulating film formed on a side surface of the microcrystalline semiconductor layer and below the lower surface of the amorphous semiconductor layer. By providing further, a thin film transistor having good off characteristics in which an insulating film is formed on the side surface of the microcrystalline semiconductor layer without damaging the surface of the upper amorphous semiconductor layer can be obtained.
<A.実施の形態1>
<A−1.構成>
本発明の実施の形態1として、表示素子に液晶を用いる液晶表示装置における、ゲートドライバを内蔵したアクティブマトリックス型TFT基板を例にとって説明する。図1はTFTアレイ基板の平面構造である。TFTには、ゲートドライバ部24と画素部23とが形成される。また、図1に示すように、ソース配線14、ゲート配線3が互いに交差して配線されている。
<A.
<A-1. Configuration>
As
図2は画素部23の平面構造を示す図である。図に示すように本発明にかかる薄膜トランジスタとしてのアクティブマトリックス型TFT基板は、ゲート電極2と、ゲート電極2に接続されたゲート配線3と、補助容量電極5と、ゲート電極2上に形成された微結晶半導体層としての微結晶シリコン膜8と、さらにその上層に形成されたソース電極11、ドレイン電極12と、ソース電極11と接続されたソース配線14と、ドレイン電極12まで達する画素ドレインコンタクトホール17と、ソース端子部(図示せず)まで達するソース端子部コンタクトホール18と、ゲート端子部(図示せず)まで達するゲート端子部コンタクトホール19と、画素ドレインコンタクトホール17を介してドレイン電極12と接続された透過画素電極20と、ゲート端子部コンタクトホール19を介してゲート端子部(図示せず)と接続されるゲート端子パッド21と、ソース端子部コンタクトホール18を介してソース端子部(図示せず)と接続されたソース端子パッド22とを備える。
FIG. 2 is a diagram illustrating a planar structure of the
図3は、図2におけるA−A断面の構造を示す図である。図3に示すように、本発明にかかる薄膜トランジスタとしてのアクティブマトリックス型TFT基板は、ガラスやプラスチック等からなる透明絶縁性基板1上に金属膜からなるゲート電極2、ゲート配線3、映像の走査信号を入力するためのゲート端子部4、補助容量電極5が少なくとも選択的に形成され、さらに窒化シリコン(SiN)や酸化シリコン(SiO2)で形成したゲート絶縁膜6が積層される。
FIG. 3 is a diagram showing the structure of the AA cross section in FIG. As shown in FIG. 3, an active matrix TFT substrate as a thin film transistor according to the present invention includes a
ゲート電極2上に、ゲート絶縁膜6を介して微結晶半導体層としての微結晶シリコン膜8が形成される。さらにその上に、非晶質半導体層としてのノンドープの非晶質シリコン膜9、非晶質半導体層としての不純物を添加したN型非晶質シリコン膜10が積層される。N型非晶質シリコン膜10は、チャネル部13に隔てられるように離間して形成される。微結晶シリコン膜8、非晶質シリコン膜9、N型非晶質シリコン膜10を含む半導体層は、平面視でゲート電極2に包含される領域内に形成される。
A
非晶質シリコン膜9の下面下を含む微結晶シリコン膜8の側面上には、絶縁膜81が成膜される。
An insulating
ソース電極11と、ドレイン電極12とが、N型非晶質シリコン膜10、非晶質シリコン膜9、絶縁膜81、ゲート絶縁膜6に接触してそれぞれ積層される。また、ソース電極11と接続されるソース配線14と、ソース配線14と接続され、外部から映像信号を入力するソース端子部15とがさらに形成される。
A
これらを覆うように、SiNで形成される層間絶縁膜16が積層される。層間絶縁膜16には、複数の開口部が設けられ、ドレイン電極12まで達する画素ドレインコンタクトホール17、ソース端子部15まで達するソース端子部コンタクトホール18、ゲート端子部4まで達するゲート端子部コンタクトホール19がそれぞれ設けられている。
An interlayer insulating
また、画素ドレインコンタクトホール17を介してドレイン電極12と接続される透明導電膜からなる透過画素電極20と、ゲート端子部コンタクトホール19を介してゲート端子部4と接続されるゲート端子パッド21と、ソース端子部コンタクトホール18を介してソース端子部15と接続されたソース端子パッド22とを設ける。
Further, a
以上のように構成されたアクティブマトリックス型TFT基板と、カラー表示用のカラーフィルター、対向電極等を具備した対向基板(図示せず)とを、一定の間隙(セルギャップ)を介して貼り合わせ、この中に液晶を注入・封止することによって、ディスプレイ用途の光学表示用装置である半導体デバイスが製造される。 The active matrix TFT substrate configured as described above and a counter substrate (not shown) provided with a color filter for color display, a counter electrode, and the like are bonded to each other through a certain gap (cell gap). By injecting and sealing liquid crystal into this, a semiconductor device which is an optical display device for display use is manufactured.
<A−2.製造方法>
つぎに、本発明の実施の形態1にかかわるゲートドライバを内蔵したアクティブマトリックス型TFT基板の画素部23の製法の手順を図4〜図7に基づいて説明する。
<A-2. Manufacturing method>
Next, a procedure for manufacturing the
図4のように、まずガラス基板などの透明絶縁性基板1を洗浄液または純水を用いて洗浄し、透明絶縁性基板1上にスパッタ法でAl合金膜を200nm成膜したのちに、第1回目のフォトリソグラフィープロセスで、Al合金膜をパターニングしてゲート電極2、ゲート配線3、ゲート端子部4および補助容量電極5を形成する。
As shown in FIG. 4, first, the transparent insulating
ついで、ゲート絶縁膜6を形成する。ゲート絶縁膜6はSiNとSiO2との積層膜とする。ゲート絶縁膜6のうちSiNはSiH4ガスとNH3ガスとを、SiO2膜はSiH4ガスとN2Oガスとを混合したプラズマCVD法で形成する。プラズマCVD法の条件は、基板温度200〜400℃、圧力100〜200Pa、周波数13.56MHz、パワー密度0.1W/cm2である。膜厚はSiN膜、SiO2膜ともに100nmである。
Next, the
ついで、半導体能動膜となる微結晶シリコン膜8を形成する。微結晶シリコン膜8はプラズマCVD装置で、基板温度200〜400℃、圧力100〜150Pa、周波数13.56MHz、パワー密度0.1W/cm2、SiH4ガスとH2ガスとの流量比をそれぞれ1:200〜300、好ましくはSiH4ガスとH2ガスとArガスとの流量比をそれぞれ1:100〜300:200〜300にして堆積すると良い。Arガスを混合すると、より高温で結晶性の良い微結晶シリコン膜8が得られる。実施の形態1では、基板温度300℃、圧力150Pa、SiH4/H2/Arガス流量比を1:100:250にして堆積した。微結晶シリコン膜8の膜厚は30nmとした。
Next, a
次に、微結晶シリコン膜8の上に非晶質シリコン膜9とN型非晶質シリコン膜10とを堆積する(図示せず)。非晶質シリコン膜9はプラズマCVD装置で、基板温度200〜400℃、圧力100〜150Pa、周波数13.56MHz、パワー密度0.1W/cm2、SiH4ガスとH2ガスとの流量比を1:5〜50で、N型非晶質シリコン膜10は基板温度200〜400℃、圧力100〜150Pa、周波数13.56MHz、パワー密度0.1W/cm2、SiH4ガスとH2ガスとPH3(フォスフィン)ガスとの流量比を1:2〜50:3〜20で堆積すると良い。実施の形態1では、非晶質シリコン膜9を基板温度300℃、圧力150Pa、SiH4/H2ガス流量比を1:20で、N型非晶質シリコン膜10を基板温度300℃、圧力200Pa、SiH4/H2/PH3ガス流量を1:10:15にして堆積した。なお、ゲート絶縁膜6、微結晶シリコン膜8、非晶質シリコン膜9、N型非晶質シリコン膜10は、同一のプラズマCVD装置で真空に保ったまま連続で成膜した。真空を保ったまま連続で成膜すると、膜の不純物汚染や酸化等が抑制されて良好な膜質の半導体膜、絶縁膜が得られる。
Next, an
図5に示すように、第2回目のフォトリソグラフィープロセスで微結晶シリコン膜8と非晶質シリコン膜9とN型非晶質シリコン膜10とをTFTの構成要素となる形状にパターニング形成する。図5に示すようにレジスト7を用いて行う。このフォトリソグラフィー工程では、半導体膜すなわち微結晶シリコン膜8、非晶質シリコン膜9、N型非晶質シリコン膜10が、平面視でゲート電極2に包含される領域内に形成される。
As shown in FIG. 5, the
ついで、図6に示すように、微結晶シリコン膜8の側面に絶縁膜81を形成する。絶縁膜81は平行平板型のプラズマ発生装置で、基板温度を室温〜200℃、圧力1〜150Pa、周波数13.56MHz、パワー密度0.1〜0.5W/cm2、O2ガスの流量を10〜200sccmで微結晶シリコン膜8の側面を酸化することにより形成した。実施の形態1では、レジスト7を残したまま、基板温度を室温、圧力50Pa、周波数13.56MHz、パワー密度0.2W/cm2、O2ガスの流量を100sccmで5分間酸化した。この酸化工程により、絶縁膜(SiO2膜)81が図6の矢印Bの方向に厚さ5nm形成された。この5nmの絶縁膜81であるSiO2膜は、微結晶シリコン膜8の側面上において、非晶質シリコン膜9の下面下より微結晶シリコン膜8の平面視外側に3nmはみ出し、内側すなわち非晶質シリコン膜9の下面下に2nm形成された。また、非晶質シリコン膜9やN型非晶質シリコン膜10の側面上は、この酸化工程によりほとんど酸化されない。これは、微結晶シリコン膜8は結晶粒界を多く含んでいるため、酸素が粒界に沿って微結晶シリコン膜8の内部に入ることにより、酸化速度が非晶質シリコンより大きくなるためである。この酸素プラズマの酸化時間は、10分以下に設定するのが望ましい。酸素プラズマはレジスト7も灰化して膜厚が薄くなるため、長時間酸化を行うとレジスト7が消失し、N型非晶質シリコン膜10の表面にダメージが入る。酸素プラズマの酸化時間はレジスト7が消失しない範囲で決定する必要がある。
Next, as shown in FIG. 6, an insulating
絶縁膜81であるSiO2膜を形成した後は通常の工程でTFTを製造する。レジスト7を硫酸溶液等で除去した後、図7に示すように、ソース電極11、ドレイン電極12となるAl合金膜を成膜したのちに、第3回目のフォトリソグラフィープロセスでパターニングしてソース電極11、ドレイン電極12、ソース配線14、ソース端子部15およびTFTのチャネル部13を形成する。チャネル部13はソース電極11、ドレイン電極12形成後、N型非晶質シリコン膜10をエッチングして形成する。
After the SiO 2 film as the insulating
次に図3に示すように、層間絶縁膜16をパッシベーション膜として成膜したのちに、第4回目のフォトリソグラフィープロセスでパターニングして、少なくともドレイン電極12の表面まで貫通する画素ドレインコンタクトホール17と、ソース端子部15の表面まで貫通するソース端子部コンタクトホール18と、ゲート端子部4の表面まで貫通するゲート端子部コンタクトホール19とを同時に形成する。
Next, as shown in FIG. 3, after the
最後に図3において、透明導電性膜を成膜したのちに、第5回目のフォトリソグラフィープロセスでパターニングして、画素ドレインコンタクトホール17を介してドレイン電極12と電気的に接続するように透過画素電極20と、ソース端子部コンタクトホール18およびゲート端子部コンタクトホール19を介してそれぞれ電気的に接続されるゲート端子パッド21およびソース端子パッド22のパターンとを形成し、本発明の実施の形態1に係る液晶表示装置用途として好適に用いられるアクティブマトリックスTFT基板が完成する。なお、完成したTFT基板は、約200〜350℃の温度で熱処理を加えてもよい。
Finally, in FIG. 3, after forming a transparent conductive film, patterning is performed by a fifth photolithography process so that the transmissive pixel is electrically connected to the
これによって、基板全体に蓄積された静電荷や応力等が除去あるいは緩和され、さらにメタル膜の電気的比抵抗を下げることができ、TFT特性を向上して安定化させることができるために好ましい。ここでは画素部23の製造方法を説明したが、同時にゲートドライバ部24も形成されている。なお、実施の形態1では、平行平板型のプラズマ発生装置を使用したが、誘導結合型のプラズマ発生装置を使用しても良い。
This is preferable because electrostatic charges, stresses, and the like accumulated on the entire substrate can be removed or relaxed, the electrical specific resistance of the metal film can be lowered, and the TFT characteristics can be improved and stabilized. Although the manufacturing method of the
また、酸素プラズマの代わりにオゾン(O3)で酸化してもよい。O3で酸化する場合は、枚葉式もしくはバッチ式の酸化炉において、基板温度を室温〜400℃、大気圧、O3濃度10〜200g/m3を含む空気を流量0.5〜10リットル/分で流して酸化すればよい。この場合、O3を含む空気中に水分があっても問題はない。なお、基板温度を室温、大気圧、O3濃度100g/m3を含む空気を流量2リットル/分で酸化した場合、絶縁膜81であるSiO2膜の厚さ(図6の矢印Bの長さ)は4nmであった。 Further, it may be oxidized with ozone (O 3 ) instead of oxygen plasma. When oxidizing with O 3 , in a single wafer or batch type oxidation furnace, the substrate temperature is room temperature to 400 ° C., atmospheric pressure, and air containing an O 3 concentration of 10 to 200 g / m 3 is supplied at a flow rate of 0.5 to 10 liters. / Min. In this case, there is no problem even if there is moisture in the air containing O 3 . When the substrate temperature is room temperature, atmospheric pressure, and air containing an O 3 concentration of 100 g / m 3 is oxidized at a flow rate of 2 liters / minute, the thickness of the SiO 2 film as the insulating film 81 (the length of the arrow B in FIG. 6) Was 4 nm.
また、微結晶シリコン膜8は30nm以下の膜厚で構成されていることが好ましい。微結晶シリコン膜8は前述したように正孔移動度が大きいため、チャネル方向のオフ抵抗が小さく、リーク電流増加の原因となる。微結晶シリコン膜8の膜厚を薄くするとチャネル方向の抵抗を大きくすることができるため、リーク電流を減少させることができる。
The
以上説明した構成において、ここではチャネルエッチ型のTFTの製造工程を説明したが、エッチストッパー型のTFTでもよい。 In the configuration described above, the manufacturing process of the channel etch type TFT has been described here, but an etch stopper type TFT may be used.
このようにして完成させた微結晶シリコンTFTは、光リーク電流を充分に抑制しながら、ドレイン電極12と微結晶シリコン膜8の側面とが直接接していないために、大きな電界が印加された場合のショットキー障壁の低下に起因する正孔によるリーク電流が抑制され、高品質な液晶ディスプレイを実現できる。
In the microcrystalline silicon TFT thus completed, the
<A−3.効果>
本発明にかかる実施の形態1によれば、ゲート電極2と、平面視でゲート電極2に包含される領域内において、ゲート電極2上にゲート絶縁膜6を介して積層された半導体層とを備える薄膜トランジスタであって、半導体層は、上層の非晶質半導体層であるN型非晶質シリコン膜10と、非晶質シリコン膜9と、下層の微結晶半導体層である微結晶シリコン膜8とを備え、微結晶シリコン膜8の側面上であって、非晶質シリコン膜9の下面下に形成された絶縁膜81をさらに備えることで、微結晶シリコン膜8の側面上に絶縁膜81が形成された、良好なオフ特性を有する薄膜トランジスタが得られる。
<A-3. Effect>
According to the first embodiment of the present invention, the
また、上層のN型非晶質シリコン膜10の表面にはダメージがないことにより、ソース電極11、ドレイン電極12とN型非晶質シリコン膜10との電気的接続特性を悪化させることがない。
Further, since the surface of the upper N-type
また、本発明にかかる実施の形態1によれば、薄膜トランジスタの製造方法において、(a)ゲート電極2を形成する工程と、(b)平面視でゲート電極2に包含される領域内において、ゲート電極2上にゲート絶縁膜6を介して、上層の非晶質半導体層であるN型非晶質シリコン膜10と、非晶質シリコン膜9と、下層の微結晶半導体層である微結晶シリコン膜8とを備える半導体層を積層する工程と、(c)微結晶シリコン膜8の側面を酸化して、絶縁膜81を形成する工程とを備えることで、エッチング工程を必要とせずに微結晶シリコン膜8の側面に厚い絶縁膜81を形成でき、低コストで良好なオフ特性を有する薄膜トランジスタが得られる。
Further, according to the first embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a thin film transistor, (a) a step of forming the
また、本発明にかかる実施の形態1によれば、薄膜トランジスタの製造方法において、工程(b)は、積層した半導体層を、レジスト7を用いて、平面視でゲート電極2に包含される領域内にパターニングする工程を含み、工程(c)は、レジスト7を用い、微結晶シリコン膜8の側面を酸化して絶縁膜81を形成する工程であることで、微結晶シリコン膜8の酸化工程においても、パターニング工程で使用したレジスト7が配置され、上層のN型非晶質シリコン膜10の表面にダメージが生じることなく、ソース電極11、ドレイン電極12とN型非晶質シリコン膜10との電気的接続特性が良好な薄膜トランジスタが得られる。
In addition, according to the first embodiment of the present invention, in the method for manufacturing a thin film transistor, the step (b) uses a resist 7 to deposit the stacked semiconductor layers in a region included in the
また、本発明にかかる実施の形態1によれば、薄膜トランジスタの製造方法において、工程(c)は、酸素プラズマを用いて、微結晶シリコン膜8の側面を酸化させ、絶縁膜81を形成する工程であることで、ゲート電極2近傍における微結晶シリコン膜8とドレイン電極12とが接触する面において、低コストで正孔によるリーク電流の発生が抑制され、高品質な液晶ディスプレイが得られる。
Further, according to the first embodiment of the present invention, in the method of manufacturing a thin film transistor, the step (c) is a step of forming the insulating
<B.実施の形態2>
<B−1.構成>
本発明の実施の形態2として、表示素子に液晶を用いる液晶表示装置における、ゲートドライバを内蔵したアクティブマトリックス型TFT基板を例にとって説明する。実施の形態1と同様である構造、製造方法は、その部分の詳細な説明を省略する。
<B. Second Embodiment>
<B-1. Configuration>
As an
図8はTFT基板の画素部23の拡大断面図である。実施の形態1と異なる点は、図8においてCと示すように、絶縁膜82は微結晶シリコン膜8の側面と接する部分の上面側および下面側まで形成され、バーズ・ビーク形状をなしていることである。このように構成されたアクティブマトリックス型TFT基板と、カラー表示用のカラーフィルターや対向電極等を具備した対向基板(図示せず)とを、一定の間隙(セルギャップ)を介して貼り合せ、この中に液晶を注入・封止することによって、ディスプレイ用途の光学表示用装置である半導体デバイスが製造される。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the
<B−2.製造方法>
次に、本発明の実施の形態2にかかわるゲートドライバを内蔵したアクティブマトリックス型TFT基板の画素部23の製法の手順を説明する。
<B-2. Manufacturing method>
Next, a procedure for manufacturing the
図4〜図5の半導体膜すなわち微結晶シリコン膜8、非晶質シリコン膜9、N型非晶質シリコン膜10をレジスト7によってパターニングするところまでは、実施の形態1と同一の工程により形成する。
The semiconductor film of FIGS. 4 to 5, that is, the
次いで、微結晶シリコン膜8の側面に絶縁膜82を形成する。絶縁膜82は図6に示した場合のように、レジスト7を残したまま、平行平板型のプラズマ発生装置で、基板温度150℃、圧力50Pa、周波数13.56MHz、パワー密度0.3W/cm2、O2ガスの流量を100sccmで微結晶シリコン膜8の側面を酸化することにより形成する。すなわち、実施の形態1の場合よりも基板温度、パワー密度を高く設定し、形成する。酸化時間は実施の形態1と同様5分間である。この酸化工程により絶縁膜(SiO2膜)82が、図8に示すように形成された。このSiO2膜である絶縁膜82は、微結晶シリコン膜8の側面上において、非晶質シリコン膜9の下面下より微結晶シリコン膜8の平面視外側に4nm、内側すなわち非晶質シリコン膜9の下面下に3.5nm形成された。
Next, an insulating
実施の形態2においては、酸化の際の設定温度が実施の形態1に比べて高いため、酸素原子は微結晶シリコン膜8の結晶粒界のみならず、上下のゲート絶縁膜6や非晶質シリコン膜9との界面にも拡散するようになる。このため図8のCに示したような、両界面においてバーズ・ビーク形状を有した絶縁膜(SiO2膜)82が得られる。実施の形態2の酸化時間は実施の形態1と同一の5分間としたが、実施の形態2では基板温度が高いためにレジストが硬化する。このためレジスト7が灰化して薄くなる時間が長くなり、より長い時間酸化することができる。
In the second embodiment, since the set temperature at the time of oxidation is higher than that in the first embodiment, oxygen atoms are not only the crystal grain boundaries of the
酸化時間を長くすると、基板温度が高いために非晶質シリコン膜9やN型非晶質シリコン膜10の側面が酸化してしまう場合がある。10分間酸化した場合、非晶質シリコン膜9やN型非晶質シリコン膜10の側面は1.5〜2nm酸化された。このように、酸化時間が長く、非晶質シリコン膜9やN型非晶質シリコン膜10の側面にSiO2膜が形成される場合は、ソース・ドレイン電極を堆積する前に希釈した弗化水素酸(HF)で側面上のSiO2膜を除去すればよい。これ以降の構造と製造工程およびその方法については、上述の実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。以上説明した構成において、ここではチャネルエッチ型のTFTの製造工程を説明したが、エッチストッパー型のTFTでもよい。
If the oxidation time is lengthened, the side surfaces of the
このようにして完成させた微結晶シリコンTFTは、実施の形態1と同様、ドレイン電極から微結晶シリコン膜8への正孔注入が抑制され良好なオフ特性が得られることに加え、絶縁膜82が微結晶シリコン膜8との境界面においてバーズ・ビーク形状であることにより、微結晶シリコン膜8の端部の、ゲート電極2からの距離が大きくなり、ドレイン・ゲート電極間に印加される電界が減少するので、トランジスタの信頼性が向上し、製品の動作寿命が長くなる特性が得られる効果がある。
In the microcrystalline silicon TFT thus completed, the hole injection from the drain electrode to the
<B−3.効果>
本発明にかかる実施の形態2によれば、薄膜トランジスタにおいて、絶縁膜82は、微結晶シリコン膜8の下面側に潜り込むバーズ・ビーク形状を有することで、微結晶シリコン膜8端部において印加される電界が減少するので、リーク電流が生じることを抑制でき、トランジスタの信頼性を向上させることができる。
<B-3. Effect>
According to the second embodiment of the present invention, in the thin film transistor, the insulating
また、本発明にかかる実施の形態2によれば、薄膜トランジスタの製造方法において、(c)微結晶シリコン膜8の側面を酸化して、絶縁膜81を形成する工程は、微結晶シリコン膜8の下面側に潜り込むバーズ・ビーク形状を有する絶縁膜82を形成する工程であることで、微結晶シリコン膜8端部において印加される電界が減少するので、リーク電流が生じることを抑制でき、トランジスタの信頼性を向上させることができる。
Further, according to the second embodiment of the present invention, in the method for manufacturing a thin film transistor, the step of (c) oxidizing the side surface of the
<C.変形例>
なお、実施の形態1および2においては、ゲート絶縁膜6を窒化シリコン(SiN)、酸化シリコン(SiO2)膜の2層積層膜で形成したが、ゲート絶縁膜6を窒化シリコン、または酸化シリコン膜のみで形成しても良い。また、微結晶シリコン膜8に接する絶縁膜81、82を、Arを含んだSiO2膜や、酸素が少ない酸化シリコン膜(SiOx)を使用すると、微結晶シリコン膜8の結晶性が向上して特性のよい微結晶シリコンTFTが得られる。さらに、有機ELにおいても、正孔によるリーク電流を抑制することができるので本発明は有効である。
<C. Modification>
In the first and second embodiments, the
1 透明絶縁性基板、2 ゲート電極、3 ゲート配線、4 ゲート端子部、5 補助容量電極、6 ゲート絶縁膜、7 レジスト、8 微結晶シリコン膜、9 非晶質シリコン膜、10 N型非晶質シリコン膜、11 ソース電極、12 ドレイン電極、13 チャネル部、14 ソース配線、15 ソース端子部、16 層間絶縁膜、17 画素ドレインコンタクトホール、18 ソース端子部コンタクトホール、19 ゲート端子部コンタクトホール、20 透過画素電極、21 ゲート端子パッド、22 ソース端子パッド、23 画素部、24 ゲートドライバ部、81,82 絶縁膜。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
平面視で前記ゲート電極に包含される領域内において、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して積層された半導体層とを備える薄膜トランジスタであって、
前記半導体層は、上層の非晶質半導体層と、下層の微結晶半導体層とを備え、
前記微結晶半導体層の側面上であって、前記非晶質半導体層の下面下に形成された絶縁膜をさらに備える、
薄膜トランジスタ。 A gate electrode;
A thin film transistor including a semiconductor layer stacked on the gate electrode through a gate insulating film in a region included in the gate electrode in a plan view;
The semiconductor layer includes an upper amorphous semiconductor layer and a lower microcrystalline semiconductor layer,
An insulating film formed on the side surface of the microcrystalline semiconductor layer and below the lower surface of the amorphous semiconductor layer;
Thin film transistor.
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 The insulating film has a bird's beak shape that sinks into the lower surface side of the microcrystalline semiconductor layer.
The thin film transistor according to claim 1.
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