JP2007035964A - Thin film transistor and manufacturing method thereof, and display device - Google Patents

Thin film transistor and manufacturing method thereof, and display device Download PDF

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俊明 荒井
Nobuhiko Umetsu
暢彦 梅津
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film transistor having high and stable transistor characteristics. <P>SOLUTION: This transistor has a structure in which a heat conducting member 3a having a thermal conductivity higher than that of a gate insulation layer is provided so as to at least thermally couple to a gate electrode 3, corresponding to only either of a source region 12 and a drain region 13. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜トランジスタとその製造方法、及びこの薄膜トランジスタを有した表示装置に関する。   The present invention relates to a thin film transistor, a method for manufacturing the same, and a display device having the thin film transistor.

近年、フラットパネルディスプレイの1つとして、有機EL(Electro Luminescence)現象を利用して映像を表示する表示装置が注目されている。この表示装置、すなわち有機ELディスプレイは、有機発光素子自体の発光現象を利用しているために視野角が広く、消費電力が低いなどの優れた特徴を備えている。更に、高精細度の高速ビデオ信号に対しても高い応答性を示すことから、特に映像分野等において、実用化に向けた開発が進められている。   In recent years, a display device that displays an image using an organic EL (Electro Luminescence) phenomenon has attracted attention as one of flat panel displays. This display device, that is, an organic EL display has excellent features such as a wide viewing angle and low power consumption because it utilizes the light emission phenomenon of the organic light emitting element itself. Furthermore, since it exhibits high responsiveness to high-definition high-speed video signals, development for practical use is being promoted particularly in the video field.

有機ELディスプレイの駆動方式のうち、薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)による駆動素子が用いられるアクティブマトリックス方式は、従来のパッシブマトリックス方式に比べて応答時間や解像度の点で優れており、前述した特長を有する有機ELディスプレイには、特に適した駆動方式と考えられている。
アクティブマトリックス型の有機ELディスプレイは、少なくとも有機発光材料を有する有機発光素子(有機EL素子)及び有機発光素子を駆動させるための駆動素子(薄膜トランジスタ)が設けられた駆動パネルを有し、この駆動パネルと封止パネルとが、有機発光素子を挟むように接着層を介して貼り合わされた構成を有している。
Among the driving methods for organic EL displays, the active matrix method using thin film transistor (TFT) driving elements is superior in response time and resolution compared to the conventional passive matrix method. It is considered that the driving method is particularly suitable for an organic EL display having the above.
An active matrix organic EL display has a driving panel provided with an organic light emitting element (organic EL element) having at least an organic light emitting material and a driving element (thin film transistor) for driving the organic light emitting element. And the sealing panel have a configuration in which the organic light emitting element is sandwiched through an adhesive layer.

アクティブマトリックス型の有機ELディスプレイを構成する薄膜トランジスタは、少なくとも画素の明暗を制御するスイッチングトランジスタと、有機EL素子の発光を制御する駆動トランジスタが必要である。
薄膜トランジスタにおいては、そのゲート電極に電圧が印加された状態が続くと閾値電圧がシフトしてしまうことが知られている。しかし、有機ELディスプレイの薄膜トランジスタの中には、有機EL素子を発光させている限り通電した状態を維持することが必要なものもあり、閾値シフトが起きやすい。駆動トランジスタの閾値電圧がシフトすると、駆動トランジスタを流れる電流量が変動してしまい、結果として各画素を構成する発光素子の輝度が変化してしまう。
A thin film transistor that constitutes an active matrix type organic EL display requires at least a switching transistor that controls brightness and darkness of a pixel and a drive transistor that controls light emission of the organic EL element.
In a thin film transistor, it is known that a threshold voltage shifts when a voltage is continuously applied to its gate electrode. However, some of the thin film transistors of the organic EL display need to maintain an energized state as long as the organic EL element emits light, and a threshold shift is likely to occur. When the threshold voltage of the driving transistor shifts, the amount of current flowing through the driving transistor changes, and as a result, the luminance of the light-emitting elements constituting each pixel changes.

近年では、この薄膜トランジスタの閾値シフトを軽減するために、チャネル領域を多結晶シリコン(ポリシリコン;p−Si)による半導体層で構成した薄膜トランジスタを用いた有機ELディスプレイが開発されている。
多結晶シリコンによる薄膜トランジスタの形成は、一般に、ガラス基板上にアモルファスシリコン(α−Si)層を成膜した後、このアモルファスシリコン層に対してエキシマレーザー等によるアニールを行って多結晶化する方法が一般的である。この薄膜トランジスタの形成プロセスは、液晶ディスプレイにおいて、既に実用化されている技術である。
In recent years, in order to reduce the threshold shift of the thin film transistor, an organic EL display using a thin film transistor in which a channel region is formed of a semiconductor layer made of polycrystalline silicon (polysilicon; p-Si) has been developed.
A thin film transistor formed of polycrystalline silicon is generally formed by forming an amorphous silicon (α-Si) layer on a glass substrate and then annealing the amorphous silicon layer with an excimer laser or the like to make it polycrystalline. It is common. This thin film transistor forming process is a technique that has already been put to practical use in liquid crystal displays.

しかしながら、このようなシリコンの結晶化プロセスによる場合、チャネル内に存在する結晶粒の大きさが不均一となるため、トランジスタ特性が不均一となる。このために、結果として有機ELディスプレイの発光輝度が画素単位で異なるという、深刻な問題が生じていた。
これに対して、各トランジスタの役割に応じて、チャネル領域を構成する材料をα―Si層とp−Si層のいずれかに選定することにより、特性のばらつきを軽減する構造が考案されている(例えば特許文献1参照)。
However, in the case of such a silicon crystallization process, the size of crystal grains existing in the channel is not uniform, and thus transistor characteristics are not uniform. For this reason, the serious problem that the light emission luminance of the organic EL display is different for each pixel has arisen as a result.
On the other hand, according to the role of each transistor, the structure which reduces the dispersion | variation in a characteristic is selected by selecting the material which comprises a channel region in either an alpha-Si layer or a p-Si layer. (For example, refer to Patent Document 1).

図5A,Bに、従来の逆スタガ型の薄膜トランジスタを示す。この薄膜トランジスタ101は、絶縁性の基板102の上に、ゲート電極103が配置形成される。このゲート電極103上には、例えば、SiN層及びSiO層によるゲート絶縁層104を介して、結晶性のSi層105が形成される。
この結晶性Si層105上にアモルファスSi層106が形成され、この上のSiNによるエッチングストップ層107の直下部分がチャネル領域115とされ、このチャネル領域115を挟んで両側に延長するソース領域112及びドレイン領域113とが形成される。
5A and 5B show a conventional inverted staggered thin film transistor. In this thin film transistor 101, a gate electrode 103 is disposed on an insulating substrate 102. A crystalline Si layer 105 is formed on the gate electrode 103 via a gate insulating layer 104 made of, for example, a SiN layer and a SiO 2 layer.
An amorphous Si layer 106 is formed on the crystalline Si layer 105, and a portion immediately below the SiN etching stop layer 107 is formed as a channel region 115, and a source region 112 extending to both sides across the channel region 115, and A drain region 113 is formed.

アモルファスSi層106のうち、エッチングストップ層107に被覆されない周辺部上、すなわちソース領域112及びドレイン領域113上には、n+アモルファスSi層108が形成され、この上に、第1〜第3の金属層109〜111によるソース電極116及びドレイン電極117が形成される。更にこれら積層構造とエッチングストップ層107とに渡る上面にパッシベーション膜となるSiN層114が形成されて、エッチングストッパータイプの逆スタガ型トランジスタ101が形成される。
ここで、ゲート電極103は、一部ソース領域112とドレイン領域113とにそれぞれ同じ幅ΔL、通常1μmだけ延長して形成される。
Of the amorphous Si layer 106, an n + amorphous Si layer 108 is formed on a peripheral portion of the amorphous Si layer 106 that is not covered with the etching stop layer 107, that is, on the source region 112 and the drain region 113, and the first to third metals are formed thereon. A source electrode 116 and a drain electrode 117 are formed by the layers 109 to 111. Further, an SiN layer 114 serving as a passivation film is formed on the upper surface over the laminated structure and the etching stop layer 107, and an etching stopper type inverted staggered transistor 101 is formed.
Here, the gate electrode 103 is formed by extending the same width ΔL, usually 1 μm, in the partial source region 112 and the drain region 113, respectively.

この薄膜トランジスタの製造においては、結晶性Si層105はアモルファスSiを形成した後にアモルファスSiが吸収する波長のパルス状のエキシマレーザーによって直接アニールして結晶化する手法が一般的だが、このアニールに用いられるレーザーには、エネルギーばらつきなどの問題によって均一な結晶化を図ることが難しく、したがって特性のトランジスタが得られないという問題がある。
そのような場合、アモルファスSi上にバッファー層としてのSiO層と、光吸収層としてのMo層を形成した後に光吸収層が吸収する波長のレーザーによってアニールし、光吸収層の発する熱によって間接的にアモルファスSiを結晶化させる手法が有効である。バッファー層としてのSiO層と光吸収層としてのMo層は、結晶化の後にエッチングし除去している。
In the manufacture of this thin film transistor, the crystalline Si layer 105 is generally crystallized by forming an amorphous Si and then directly crystallizing it with a pulsed excimer laser having a wavelength that is absorbed by the amorphous Si. Lasers have a problem that it is difficult to achieve uniform crystallization due to problems such as energy variations, and thus a transistor having characteristics cannot be obtained.
In such a case, after forming the SiO 2 layer as the buffer layer and the Mo layer as the light absorption layer on the amorphous Si, annealing is performed with a laser having a wavelength that is absorbed by the light absorption layer, and indirect by the heat generated by the light absorption layer. In particular, a technique for crystallizing amorphous Si is effective. The SiO 2 layer as the buffer layer and the Mo layer as the light absorption layer are removed by etching after crystallization.

しかし、このような結晶化の手法は、レーザー光照射に基づく熱でアモルファスシリコンを結晶化させるものであることから、例えば図5A及び図5Bに示すような逆スタガー型の薄膜トランジスタの製造に適用した場合には不都合が生じる。すなわち、シリコンや絶縁膜に比して高い熱伝導率の材料によるゲート電極が予め形成されているので、本来アモルファスシリコンの結晶化に要されるはずの熱がゲート電極によって吸収、伝播されてしまい、アモルファスシリコンが十分に結晶化されずに結晶性の低下や不均一化といった問題が生じる。   However, since such a crystallization technique is to crystallize amorphous silicon by heat based on laser light irradiation, it was applied to the manufacture of an inverted staggered thin film transistor as shown in FIGS. 5A and 5B, for example. In some cases, inconvenience arises. That is, since the gate electrode made of a material having a higher thermal conductivity than that of silicon or an insulating film is formed in advance, the heat originally required for crystallization of amorphous silicon is absorbed and propagated by the gate electrode. If amorphous silicon is not sufficiently crystallized, problems such as deterioration of crystallinity and non-uniformity occur.

例えば、結晶化をエキシマレーザーなどによって行う場合には、図6Aに示すように、薄膜トランジスタの形成部を含む、最終的に単位画素を構成する単位領域202に対し、その全域に渡るような幅でライン状に整形したパルス状のレーザー光203を、レーザー光203の長軸方向(幅方向)と垂直な方向にステップ状にスキャンさせて、アモルファスシリコンに対して連続的に照射する。図6A中、204は、レーザー照射領域を示す。   For example, when crystallization is performed by an excimer laser or the like, as shown in FIG. 6A, the width of the unit region 202 including the thin film transistor forming portion and finally forming the unit pixel is wide. The pulsed laser beam 203 shaped into a line is scanned stepwise in a direction perpendicular to the major axis direction (width direction) of the laser beam 203 and continuously irradiated to amorphous silicon. In FIG. 6A, reference numeral 204 denotes a laser irradiation region.

この手法による場合、パルスレーザー光203は、各パルス毎に5%程度のエネルギーばらつきを持っていることに加え、レーザー光203の短軸方向(移動方向a)にもエネルギーの分布を持っており、レーザー照射端に図6Bに示すようなエネルギー強大点(破線図示)が生じることがある。
このような、パルス間やパルス内のばらつき等によるエネルギー的な不均一性を有するレーザー光の照射においては、照射される単位領域202における照射エネルギーを平均化するために、短軸方向(スキャン方向)への微小区間のステップ移動とレーザー光照射とを繰り返し、各パルスの照射範囲を互いに一部重複させることによって、単位領域202内の各部における積算照射エネルギー量の差が低減するようにレーザーパルス照射を行っている。
In this method, the pulse laser beam 203 has an energy distribution in the short axis direction (movement direction a) of the laser beam 203 in addition to the energy variation of about 5% for each pulse. An energy strong point (shown by a broken line) as shown in FIG. 6B may occur at the laser irradiation end.
In the irradiation of laser light having energy non-uniformity due to variations between pulses or within the pulse, the minor axis direction (scan direction) is used to average the irradiation energy in the irradiated unit region 202. ) By repeating the step movement of the minute section to) and laser light irradiation, and overlapping the irradiation ranges of each pulse with each other, so that the difference in accumulated irradiation energy amount in each part in the unit region 202 is reduced. Irradiating.

しかし、このような平均化の手法を用いても十分な平均化を図ることは難しく、少なくとも現状のエキシマレーザーによる限り、スキャン方向aに沿って結晶化の程度に差が生じてしまう。そして、この結晶性の差によって、各部の薄膜トランジスタにおける抵抗の不均一化が生じ、結果として、トランジスタを流れる電流量の差となって、レーザースキャン方向とは垂直な方向に幅広で、かつレーザースキャン方向についてステップ状となるスジ状の特性ムラが発生する。有機ELディスプレイのような薄膜トランジスタの電流量で輝度が決定するデバイスでは、この特性ムラが輝度ムラとなって認識され、色斑を生じるなど、デバイス全体に影響を生じる。   However, even if such an averaging method is used, it is difficult to achieve sufficient averaging, and at least as long as the current excimer laser is used, a difference occurs in the degree of crystallization along the scanning direction a. This difference in crystallinity causes non-uniform resistance in the thin film transistors in each part, resulting in a difference in the amount of current flowing through the transistors, which is wide in the direction perpendicular to the laser scan direction and laser scan. A streak-like characteristic unevenness that is stepped in the direction occurs. In a device whose luminance is determined by the amount of current of a thin film transistor such as an organic EL display, this characteristic unevenness is recognized as luminance unevenness, which causes an influence on the entire device such as color spots.

これに対して、ゲートメタルの膜厚を低下させるとか、ゲート電極の近接領域、すなわちチャネル近傍にダミーゲートパターンを配置してからアニールを行うなどの提案がなされている(例えば特許文献2参照)。
特許第2814319号公報 特開平10-242052号公報 特開2003-218362号公報 特開2002-124677号公報
On the other hand, proposals have been made to reduce the film thickness of the gate metal or to anneal after disposing a dummy gate pattern in the vicinity of the gate electrode, that is, in the vicinity of the channel (see, for example, Patent Document 2). .
Japanese Patent No. 2814319 Japanese Patent Laid-Open No. 10-242052 JP 2003-218362 A JP 2002-124677 A

前述したように、レーザー光の照射はスキャンを伴って順次なされるものであることから、薄膜トランジスタの形成部におけるアモルファスシリコンの充分な結晶化を図るためには、その形成部にレーザー光が到達する前に、ゲート電極を熱的に飽和させた状態にすることが好ましい。
しかしながら、特許文献2に記載の手法によって、例えばゲート電極と同程度の熱容量を有する材料による伝熱部材を単にゲート電極の近傍に配置するというのみでは、この伝熱部材をレーザー光照射によるアニールに充分寄与させることは難しい。したがって、例えば伝熱部材中に前述の結晶化に対して充分に有効とならない部分が生じ、単位領域中で必要以上の面積が占有されることになり、最終的に得る薄膜トランジスタ及び表示装置の実装密度が低下してしまう。
As described above, since the laser beam irradiation is sequentially performed with a scan, the laser beam reaches the formation portion in order to sufficiently crystallize the amorphous silicon in the formation portion of the thin film transistor. Before, it is preferable to make the gate electrode into a thermally saturated state.
However, the heat transfer member made of a material having the same heat capacity as that of the gate electrode, for example, is simply disposed in the vicinity of the gate electrode by the method described in Patent Document 2, and this heat transfer member is annealed by laser light irradiation. It is difficult to contribute enough. Therefore, for example, a portion that is not sufficiently effective for the above-described crystallization occurs in the heat transfer member, and an area more than necessary is occupied in the unit region, and the thin film transistor and the display device that are finally obtained are mounted. Density decreases.

また、特に結晶化を固体レーザーなどによって行う場合、前述のエキシマレーザーによる場合とは異なる問題が生じる。固体レーザーによる手法の場合、レーザーの出力パワーが小さいため、アニールに適したエネルギー密度を維持したまま照射面積を大きくすることが難しい。このため、図7に示すように、薄膜トランジスタの形成部を含む、最終的に単位画素を構成する単位領域202に対し、その一部にのみ渡るような幅で、ライン状あるいは方形状に整形した連続レーザー光205を、アモルファスシリコンに対して一列ごとにスキャンし、次の列にスライドさせた後、前の列におけるのと同方向または逆方向のスキャンを開始する動作を繰り返すことによって、全域に渡る照射を図ることが必要となる(矢印a図示)。   In particular, when crystallization is performed by a solid laser or the like, a problem different from the case of using the excimer laser described above occurs. In the case of the solid laser method, the laser output power is small, so it is difficult to increase the irradiation area while maintaining an energy density suitable for annealing. For this reason, as shown in FIG. 7, the unit region 202 that finally forms the unit pixel including the thin film transistor formation portion is shaped into a line shape or a rectangular shape with a width that extends only partially. The continuous laser beam 205 is scanned for each row of amorphous silicon, slid to the next row, and then repeatedly started to scan in the same direction or in the reverse direction as in the previous row. It is necessary to aim for cross-irradiation (arrow a shown).

この固体レーザーによる手法においては、レーザー光照射が連続照射となることから、エキシマレーザーで問題となるような、レーザースキャン方向と垂直な方向に幅広なスジ状の特性ムラを回避できるものの、図8(E Express 2005.2.1号 p.33より加工転載)にアニール時間と熱拡散長の関係を示すように、結晶化に必要な熱量を供給した場合の熱拡散長がエキシマレーザーの場合より長くなるため、ゲートメタルによる熱伝導の影響がより顕著になり、結晶化が不十分となって特性の劣化や不均一化が生じる。
したがって、特に固体レーザーによる場合には、レーザー光によるアニールにおける熱拡散に基づく結晶化の不足及び不均一が生じやすく、問題はより深刻となる。
In this solid-state laser method, since the laser light irradiation is continuous irradiation, it is possible to avoid wide streak-like characteristic unevenness in the direction perpendicular to the laser scanning direction, which is a problem with the excimer laser, but FIG. (Reprinted from E Express 2005.2.1 p.33) As shown in the relationship between annealing time and thermal diffusion length, the thermal diffusion length when supplying the amount of heat necessary for crystallization is longer than that of excimer laser. For this reason, the influence of heat conduction by the gate metal becomes more prominent, resulting in insufficient crystallization, resulting in deterioration of characteristics and non-uniformity.
Therefore, particularly in the case of using a solid laser, crystallization deficiency and nonuniformity are likely to occur due to thermal diffusion in annealing with laser light, and the problem becomes more serious.

本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、特性劣化ならびに特性ムラの低減が図られた薄膜トランジスタとその製造方法、及びこの薄膜トランジスタを備えた表示装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a thin film transistor in which characteristic deterioration and characteristic unevenness are reduced, a manufacturing method thereof, and a display device including the thin film transistor. There is to do.

本発明に係る薄膜トランジスタは、ゲート電極上に、ゲート絶縁層を介してチャネル領域が設けられ、このチャネル領域を挟んで前記ゲート電極の両端部上に一部延長して、ソース領域及びドレイン領域が設けられ、ソース領域及びドレイン領域のうちのいずれか一方のみに対応して、ゲート絶縁層に比して高い熱伝導率を有する伝熱部材が、ゲート電極に少なくとも熱的に連結して設けられたことを特徴とする。   In the thin film transistor according to the present invention, a channel region is provided on a gate electrode through a gate insulating layer, and the source region and the drain region are partially extended on both ends of the gate electrode with the channel region interposed therebetween. A heat transfer member having a higher thermal conductivity than the gate insulating layer is provided at least thermally connected to the gate electrode, corresponding to only one of the source region and the drain region. It is characterized by that.

本発明に係る表示装置は、薄膜トランジスタを有する表示装置であって、前記薄膜トランジスタが、ゲート電極上に、ゲート絶縁層を介してチャネル領域が設けられ、このチャネル領域を挟んで前記ゲート電極の両端部上に一部延長する、ソース領域及びドレイン領域が設けられ、ソース領域及びドレイン領域のうちのいずれか一方のみに対応して、ゲート絶縁層に比して高い熱伝導率を有する伝熱部材が、ゲート電極に少なくとも熱的に連結して設けられたことを特徴とする。   The display device according to the present invention is a display device having a thin film transistor, wherein the thin film transistor is provided with a channel region on a gate electrode through a gate insulating layer, and both ends of the gate electrode sandwiching the channel region. A heat transfer member having a heat conductivity higher than that of the gate insulating layer corresponding to only one of the source region and the drain region is provided. , At least thermally connected to the gate electrode.

本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上にゲート電極を形成する第1工程と、少なくともゲート電極を覆うゲート絶縁層を形成する第2工程と、ゲート絶縁層上にチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域となる非晶質領域を形成する第3工程と、この非晶質領域の少なくとも一部を、レーザー光照射によって結晶性のチャネル領域とする第4工程とを有し、前述の第2工程に先立って、ゲート電極に少なくとも熱的に連結される伝熱部材を、ソース領域及びドレイン領域のいずれか一方のみに対応して形成することを特徴とする。   A thin film transistor manufacturing method according to the present invention includes a first step of forming a gate electrode on a substrate, a second step of forming a gate insulating layer covering at least the gate electrode, a channel region, a source region, and a gate region on the gate insulating layer. A third step of forming an amorphous region to be a drain region, and a fourth step of forming at least a part of the amorphous region into a crystalline channel region by laser light irradiation. Prior to the step, the heat transfer member that is at least thermally connected to the gate electrode is formed corresponding to only one of the source region and the drain region.

本発明に係る薄膜トランジスタは、ソース領域及びドレイン領域のうちのいずれか一方のみに対応して、ゲート電極に少なくとも熱的に連結した伝熱部材が設けられるので、レーザー光照射によるチャネル領域の結晶化において均一な結晶化が図られ、高く安定したトランジスタ特性による薄膜トランジスタを構成することができる。   The thin film transistor according to the present invention is provided with a heat transfer member at least thermally connected to the gate electrode corresponding to only one of the source region and the drain region, so that the channel region is crystallized by laser light irradiation. Thus, uniform crystallization is achieved, and a thin film transistor having high and stable transistor characteristics can be formed.

また、本発明に係る表示装置によれば、このような薄膜トランジスタにより構成されることから、例えば有機ELディスプレイなどのアクティブマトリックス型の表示装置を、高い表示特性をもって構成することができる。   Further, according to the display device according to the present invention, since it is configured by such a thin film transistor, an active matrix type display device such as an organic EL display can be configured with high display characteristics.

本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、ゲート電極に少なくとも熱的に連結される伝熱部材を、ソース領域及びドレイン領域のいずれか一方のみに対応して形成した後に、レーザー光照射によってチャネル領域に対応する非晶質領域を結晶化するので、単位画素の面積増大を抑制しながらも、最終的に得る薄膜トランジスタの例えばチャネル領域に相当する部分の結晶化を安定的に行うことができる。   According to the method of manufacturing a thin film transistor according to the present invention, after the heat transfer member that is at least thermally connected to the gate electrode is formed corresponding to only one of the source region and the drain region, the channel is formed by laser light irradiation. Since the amorphous region corresponding to the region is crystallized, the portion corresponding to, for example, the channel region of the finally obtained thin film transistor can be stably crystallized while suppressing an increase in the area of the unit pixel.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<薄膜トランジスタ及び表示装置の実施形態>
まず、本発明に係る、薄膜トランジスタ及び表示装置の実施形態を説明する。
図1A及び図1Bは、それぞれ、本実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を示す概略断面図及び概略上面図である。
<Embodiments of Thin Film Transistor and Display Device>
First, an embodiment of a thin film transistor and a display device according to the present invention will be described.
1A and 1B are a schematic cross-sectional view and a schematic top view showing the configuration of the thin film transistor according to the present embodiment, respectively.

図1Aに示すように、本実施形態に係る薄膜トランジスタ1は、絶縁性の基板2の表面にMoから成るゲート電極3が配置形成される。このゲート電極3上には、例えば、SiN及びSiOによるゲート絶縁層4を介して、結晶性のSi層5が形成される。
この結晶性Si層5上にアモルファスSi層6が形成され、この上のSiNによるエッチングストップ層7の直下部分がチャネル領域15とされ、このチャネル領域15を挟んで両側に延長するソース領域12及びドレイン領域13とが形成される。
As shown in FIG. 1A, in the thin film transistor 1 according to this embodiment, a gate electrode 3 made of Mo is disposed on the surface of an insulating substrate 2. A crystalline Si layer 5 is formed on the gate electrode 3 via a gate insulating layer 4 made of, for example, SiN and SiO 2 .
An amorphous Si layer 6 is formed on the crystalline Si layer 5, and a portion immediately below the etching stop layer 7 made of SiN is formed as a channel region 15. A source region 12 extending on both sides across the channel region 15 and A drain region 13 is formed.

アモルファスSi層6のうち、エッチングストップ層7に被覆されない周辺部上、すなわちソース領域12及びドレイン領域13上には、n+アモルファスSi層8が形成され、この上に、第1〜第3の金属層9〜11によるソース電極16及びドレイン電極17が積層される。更にこれら積層構造とエッチングストップ層7とに渡る上面にパッシベーション膜となるSiN層14が形成されて、エッチングストッパータイプの逆スタガ型トランジスタ1が形成される。   Of the amorphous Si layer 6, an n + amorphous Si layer 8 is formed on the peripheral portion of the amorphous Si layer 6 that is not covered with the etching stop layer 7, that is, on the source region 12 and the drain region 13, on which the first to third metals are formed. The source electrode 16 and the drain electrode 17 by the layers 9 to 11 are stacked. Further, an SiN layer 14 serving as a passivation film is formed on the upper surface over the laminated structure and the etching stop layer 7, thereby forming an etching stopper type inverted staggered transistor 1.

そして、本実施形態においては、ゲート電極3が、ソース領域12及びドレイン領域13のいずれか一方のみ、本例ではソース領域12側にのみ一部延在されて伝熱部3aとされ、この電気的及び熱的に連結された伝熱部3aが、伝熱部材として電極3の側縁部を構成している。
なお、本実施形態においてはゲート電極3と伝熱部材が一体とされた例を説明するが、必ずしも一体とされていなくとも良く、例えば電気的には連結されていなくとも良い。
すなわち、図示しないが、例えばエッチングストップ層7下のチャネル領域の直下にのみゲート電極3が形成され、このゲート電極3とは分離されながらも熱的に連結される程度の近傍に、例えばSiN層4の一部を介した隣に別途伝熱部材が配置された構成とすることもでき、更にこの伝熱部材を、特にゲート電極に比して高い熱伝導率を有する材料によって構成することもできる。
In the present embodiment, the gate electrode 3 is partly extended only to one of the source region 12 and the drain region 13, in this example only to the source region 12 side, to serve as the heat transfer section 3 a, The heat transfer part 3a connected to the heat and the heat constitutes the side edge of the electrode 3 as a heat transfer member.
In the present embodiment, an example in which the gate electrode 3 and the heat transfer member are integrated will be described. However, the gate electrode 3 and the heat transfer member are not necessarily integrated, and may not be electrically connected, for example.
That is, although not shown, for example, the gate electrode 3 is formed only directly under the channel region under the etching stop layer 7 and is separated from the gate electrode 3 while being thermally connected, for example, near the SiN layer. It is also possible to adopt a configuration in which a heat transfer member is separately arranged next to a part of 4, and this heat transfer member may be made of a material having a higher thermal conductivity than that of the gate electrode. it can.

また、本実施形態においては、ソース領域12のチャネル領域に接する端部から、伝熱部3aを含むゲート電極3のソース領域側の片端までの幅ΔLが、ドレイン領域13のチャネル領域に接する端部からゲート電極3のドレイン領域側の片端までの幅ΔLに比して大とされている。
このように、一方の幅ΔLを他方の幅ΔLに比して大とする構成により、後述の製法で明らかなように、レーザー光照射によるチャネル領域の結晶化も均一になる。
なお、ΔLの値について検討した結果、〔表1〕に示すように、ΔLを1.5μm以上(特に2.0μm以上)とすることによって、トランジスタの特性を示す移動度について、レーザー照射方向の上流側に伝熱部材を別途配置するなどしてゲート電極の熱伝導による冷却を極力抑制した場合と同等以上の特性を得ることができることが確認できた。なお、ΔLは従来と同様に1.0μmとした。
In this embodiment, the width ΔL 1 from the end of the source region 12 in contact with the channel region to the one end on the source region side of the gate electrode 3 including the heat transfer portion 3 a is in contact with the channel region of the drain region 13. The width is made larger than the width ΔL 2 from the end to one end of the gate electrode 3 on the drain region side.
As described above, with the configuration in which one width ΔL 1 is larger than the other width ΔL 2 , the crystallization of the channel region by laser light irradiation becomes uniform as will be apparent from the manufacturing method described later.
As a result of examining the value of ΔL 1 , as shown in [Table 1], by setting ΔL 1 to 1.5 μm or more (particularly 2.0 μm or more), the mobility indicating the characteristics of the transistor is measured by laser irradiation. It has been confirmed that characteristics equal to or better than the case where cooling by heat conduction of the gate electrode is suppressed as much as possible by separately arranging a heat transfer member on the upstream side in the direction can be obtained. ΔL 2 was set to 1.0 μm as in the conventional case.

Figure 2007035964
Figure 2007035964

この検討結果からも、ゲート電極3と少なくとも熱的に連結される伝熱部材を、後述する薄膜トランジスタの製造過程におけるレーザー光照射に応じて、特にソース領域12のみに対応させて設けた構成により、チャネル領域の結晶性が安定化され、高く安定したトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタを構成することができると考えられる。   Also from this examination result, the heat transfer member that is at least thermally connected to the gate electrode 3 is provided according to the laser light irradiation in the manufacturing process of the thin film transistor to be described later, particularly corresponding only to the source region 12, It is considered that a thin film transistor having stable and stable transistor characteristics can be formed because the crystallinity of the channel region is stabilized.

続いて、本実施形態に係る薄膜トランジスタを備えたアクティブマトリックス方式の有機ELディスプレイ(表示装置)における、単位画素の駆動について、図2に示す単位画素の等価回路を用いて説明する。なお、信号線をY、電流供給線をY、走査線をX及びXとし、本実施形態に係る薄膜トランジスタをスイッチングトランジスタTr2として説明する。
この等価回路は、有機ELの発光部ELと、第1のTFTトランジスタ(MOSトランジスタ)Tr1と、第2のTFTトランジスタ(MOSトランジスタ)Tr2と、容量Cとを有して成る。第2のTFTトランジスタTr2の一方の主電極(例えばソース)が信号線Y1に接続され、他方の主電極(例えばドレイン)が蓄積容量Cを介して電流供給線Y2に接続され、ゲート電極が走査線X1に接続される。一方、発光部ELの陽極が第1のTFTトランジスタTr1を介して電流供給線Y2に接続され、第1のTFTトランジスタTr1のゲート電極が第2のTFTトランジスタTr2と容量Cの接続中点に接続される。
Next, driving of the unit pixel in the active matrix type organic EL display (display device) including the thin film transistor according to the present embodiment will be described using an equivalent circuit of the unit pixel shown in FIG. In the following description, it is assumed that the signal line is Y 1 , the current supply line is Y 2 , the scanning lines are X 1 and X 2, and the thin film transistor according to this embodiment is the switching transistor Tr 2.
The equivalent circuit includes an organic EL light emitting unit EL, a first TFT transistor (MOS transistor) Tr1, a second TFT transistor (MOS transistor) Tr2, and a capacitor C. One main electrode (for example, source) of the second TFT transistor Tr2 is connected to the signal line Y1, the other main electrode (for example, drain) is connected to the current supply line Y2 through the storage capacitor C, and the gate electrode is scanned. Connected to line X1. On the other hand, the anode of the light emitting portion EL is connected to the current supply line Y2 via the first TFT transistor Tr1, and the gate electrode of the first TFT transistor Tr1 is connected to the connection middle point of the second TFT transistor Tr2 and the capacitor C. Is done.

この等価回路の動作は次の通りである。
電流供給線Y2には常時電流が供給されている。走査線X1に走査パルスが印加され、信号線Y1に所要の信号が供給されると、第2のTFTトランジスタTr2がオン状態になり、蓄積容量Cに所要の信号が書き込まれる。この書き込まれた信号に基づいて第1のTFTトランジスタTr1がオン状態になり、信号量に応じた電流が電流供給部Y2を通して発光部ELに供給されて、発光部ELが発光表示される。
この単位画素が複数個、2次元マトリックス状に配列されて表示装置が構成される。
The operation of this equivalent circuit is as follows.
A current is constantly supplied to the current supply line Y2. When a scanning pulse is applied to the scanning line X1 and a required signal is supplied to the signal line Y1, the second TFT transistor Tr2 is turned on, and the required signal is written to the storage capacitor C. Based on the written signal, the first TFT transistor Tr1 is turned on, a current corresponding to the signal amount is supplied to the light emitting unit EL through the current supply unit Y2, and the light emitting unit EL is lit and displayed.
A plurality of unit pixels are arranged in a two-dimensional matrix to constitute a display device.

なお、このような蓄積容量Cに書き込み動作を行うトランジスタにおいて、蓄積容量Cに接続するドレイン側のΔLを従来どおりの1μmに、それとは逆のソース側はΔLを2μmで設計した構成について検討したところ、この設計により作成したトランジスタは、アモルファスシリコンTFTと比較しても閾値電圧ばらつきが小さく、これを用いて12インチ対角の有機ELディスプレイを作製した結果、第2のトランジスタTr2の閾値電圧が揃うことによってトランジスタのオフ電流が抑制され、輝度均一性に優れたパネルを製作できることが確認できた。
なお、本実施形態に係る薄膜トランジスタによって第1のトランジスタTr1を構成した場合にも、移動度や閾値電圧のばらつきが抑制され、トランジスタ及び表示装置の特性向上が図られる。
Note that in such a transistor that performs a write operation on the storage capacitor C, a configuration in which ΔL 2 on the drain side connected to the storage capacitor C is set to 1 μm as usual and ΔL 1 is set to 2 μm on the source side opposite to the conventional one. As a result of the examination, the transistor produced by this design has a small threshold voltage variation even when compared with the amorphous silicon TFT. As a result of producing a 12-inch diagonal organic EL display using this transistor, the threshold value of the second transistor Tr2 is obtained. It can be confirmed that the off-state current of the transistor is suppressed when the voltages are uniform, and a panel with excellent luminance uniformity can be manufactured.
Even when the first transistor Tr1 is configured by the thin film transistor according to this embodiment, variations in mobility and threshold voltage are suppressed, and characteristics of the transistor and the display device are improved.

また、ソース領域12のチャネル領域に接する端部から、伝熱部3aを含むゲート電極3のソース領域側の片端までの幅ΔLや、ドレイン領域13のチャネル領域に接する端部から、伝熱部3aを含むゲート電極3のドレイン領域側の片端までの幅ΔLを大きくすると、単位画素に占める駆動素子の面積が増大するばかりではなく、ゲート電極3とソース領域12との間の寄生容量(Gate to Source Capacitance;Cgs)やゲート電極3とドレイン領域13との間の寄生容量(Gate to Drain Capacitance;Cgd)が増加し、表示特性や歩留まりが低下したり、消費電力が上昇したりするおそれがある。 Further, the width ΔL 1 from the end portion of the source region 12 in contact with the channel region to the one end on the source region side of the gate electrode 3 including the heat transfer portion 3 a, or the end portion of the drain region 13 in contact with the channel region Increasing the width ΔL 2 up to one end on the drain region side of the gate electrode 3 including the portion 3 a not only increases the area of the driving element occupying the unit pixel, but also parasitic capacitance between the gate electrode 3 and the source region 12. (Gate to Source Capacitance; Cgs) and parasitic capacitance (Gate to Drain Capacitance; Cgd) between the gate electrode 3 and the drain region 13 increase, display characteristics and yield decrease, and power consumption increases. There is a fear.

図5の等価回路の場合、特に問題となるのはスイッチングトランジスタの寄生容量Cgdによるフィードスルー電圧である。スイッチングトランジスタにパルス電圧が与えられると容量Cに電荷が書き込まれるが、トランジスタがオフ状態になる瞬間に寄生容量Cgdの影響でフィードスルーと呼ばれる容量Cの電位の低下が発生する。このフィードスルー電圧は、Cgdの値に比例することから、閾値電圧補正回路を構成する容量に直結するトランジスタのドレイン領域におけるΔLの増加が問題となるため、反対側のソース領域におけるΔLのみを増加させ、ゲートメタルに対してチャネル領域が非対称になるようにソース領域及びドレイン領域を形成することで改善を図ることができる。 In the case of the equivalent circuit of FIG. 5, the problem is the feedthrough voltage due to the parasitic capacitance Cgd of the switching transistor. When a pulse voltage is applied to the switching transistor, electric charge is written into the capacitor C. However, at the moment when the transistor is turned off, a potential drop of the capacitor C called feedthrough occurs due to the parasitic capacitor Cgd. Since this feedthrough voltage is proportional to the value of Cgd, an increase in ΔL 2 in the drain region of the transistor directly connected to the capacitor constituting the threshold voltage correction circuit becomes a problem. Therefore, only ΔL 1 in the opposite source region is present. Thus, the source region and the drain region can be formed so that the channel region is asymmetric with respect to the gate metal.

すなわち、この薄膜トランジスタ1を駆動素子として備えた表示装置においては、本実施形態におけるように、画素回路中の閾値変動回路に関わる容量が、薄膜トランジスタ1のソース領域12に接続されず、従来構造と同等のΔL(つまりΔL)によるドレイン領域13にのみ接続された構成とすることが好ましい。このように構成することにより、フィードスルー電圧の影響を回避することができる。
したがって、以上の検討結果からも、前述のようなソース領域及びドレイン領域のいずれか一方のみ、より好ましくはソース領域のみに対応して伝熱部材が設けられた薄膜トランジスタによる構成とすることによって、駆動素子によるアクティブマトリックス型の表示装置の表示特性を向上させることができると考えられる。
なお、熱拡散長の比較的大きい固体レーザーアニールの場合でも熱拡散長は10μm程度であり、Siの融点(1400℃)からも、結晶化に影響する温度に関する熱拡散は数μmの範囲に限られると考えられる。フラットパネルの設計ルールは一般にはLine/Space=3/3μmであるが、3μmの近傍に別のパターンを配置すると電気的短絡(ショート)が生じるなどのおそれがある。前述の特許文献2に記載の手法による場合には、ゲートメタルとパターンの間に3μmの間隙があり、しかもその間には比較的熱伝導率の低いSiO2あるいはSi3N4が存在することからも、本発明による構成が好ましいと考えられる。
That is, in the display device including the thin film transistor 1 as a driving element, the capacitance related to the threshold value variation circuit in the pixel circuit is not connected to the source region 12 of the thin film transistor 1 as in the present embodiment, and is equivalent to the conventional structure. It is preferable to connect only to the drain region 13 by ΔL (that is, ΔL 2 ). With this configuration, the influence of the feedthrough voltage can be avoided.
Therefore, from the above examination results, it is possible to drive by using a thin film transistor provided with a heat transfer member corresponding to only one of the source region and the drain region as described above, more preferably only the source region. It is considered that display characteristics of an active matrix display device using elements can be improved.
Even in the case of solid laser annealing with a relatively large thermal diffusion length, the thermal diffusion length is about 10 μm. From the melting point of Si (1400 ° C.), the thermal diffusion related to the temperature affecting crystallization is limited to a range of several μm. It is thought that. The design rule of the flat panel is generally Line / Space = 3/3 μm, but if another pattern is arranged in the vicinity of 3 μm, there is a risk that an electrical short circuit will occur. In the case of the method described in Patent Document 2 described above, there is a gap of 3 μm between the gate metal and the pattern, and SiO 2 or Si 3 N 4 having a relatively low thermal conductivity exists between them. However, the configuration according to the present invention is considered preferable.

<薄膜トランジスタの製造方法の実施形態>
次に、図3及び図4を用いて、本発明に係る、薄膜トランジスタの製造方法の実施形態を説明する。
<Embodiment of Manufacturing Method of Thin Film Transistor>
Next, an embodiment of a method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention will be described with reference to FIGS.

まず、図3Aに示すように、絶縁性の基板2を用意し、その表面に例えばスパッタによってモリブデン薄膜を形成し、このモリブデン薄膜に例えばフォトリソグラフィ及びエッチングを施すことによって、ゲート電極3を、最終的に得るチャネル領域の幅に比して幅広に、熱的に連連結される伝熱部材として一体とされた伝熱部3aとともに、つまり同時に配置形成する第1工程を行う。
続いて、このゲート電極3上に、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)法によって、SiN及びSiOによるゲート絶縁層4と、アモルファスシリコンによるSi層5とを形成して、第2工程及び第3工程を行う。
First, as shown in FIG. 3A, an insulating substrate 2 is prepared, a molybdenum thin film is formed on the surface thereof by, for example, sputtering, and the molybdenum thin film is subjected to, for example, photolithography and etching, whereby the gate electrode 3 is finally formed. The first step of arranging and forming together with the heat transfer portion 3a integrated as a heat transfer member that is thermally connected in a wide manner compared to the width of the channel region to be obtained is performed.
Subsequently, a gate insulating layer 4 made of SiN and SiO 2 and a Si layer 5 made of amorphous silicon are formed on the gate electrode 3 by, for example, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). 2nd process and 3rd process are performed.

続いて、図3Bに示すように、固体レーザーなどによるレーザー光Lを、最終的に得る薄膜トランジスタにおけるソース領域側からスキャン照射して、Si層5の結晶化を開始する。   Subsequently, as shown in FIG. 3B, laser light L from a solid laser or the like is scanned and irradiated from the source region side in the finally obtained thin film transistor to start crystallization of the Si layer 5.

続いて、図3Cに示すように、引き続きSi層6に対するレーザー光のスキャン照射を行い、少なくともゲート電極3上全域のSi層5を結晶化して第4工程を行う。
本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、チャネル領域に相当する部分にレーザー光Lが到達する前にゲート電極3を熱的に飽和させたプリアニール状態とすることができ、最終的に得るチャネル領域に相当する部分の結晶化を均一に行うことができる。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, the Si layer 6 is continuously scanned with laser light to crystallize at least the Si layer 5 over the entire area of the gate electrode 3 to perform the fourth step.
According to the method for manufacturing a thin film transistor according to the present embodiment, the gate electrode 3 can be brought into a pre-annealed state in which the gate electrode 3 is thermally saturated before the laser beam L reaches the portion corresponding to the channel region, and finally obtained. The portion corresponding to the channel region can be uniformly crystallized.

ここで、レーザーとしてアモルファスSi層が吸収しない波長のものを用いる場合には、レーザー照射の前にアモルファスSi上にバッファー層として30nmのSiO層と、光吸収層として200nmのMo層を形成し、その後にレーザー照射を行うことにより結晶化を行っても良い。この場合、バッファー層としてのSiO層と光吸収層としてのMo層は、結晶化の後にエッチングし除去する。具体的には、光吸収層の発する熱によって間接的にアモルファスSiを結晶化させて形成した後、バッファー層としてのSiO層と光吸収層としてのMo層をエッチング除去する。
なお、バッファー層となるSiO層は、Si層5への金属拡散を防止するためのもので極めて薄い層で形成される。バッファー層としては、SiO層で無くとも光吸収層として用いる金属のSi層5への拡散やSi層5界面での熱反応を抑制できる材料であれば構わず、極めて薄い層で形成される。また、光吸収層として用いる金属としてはMoでなくともレーザー光を吸収し熱に変換できる材料であれば構わない。
Here, when using a laser whose wavelength is not absorbed by the amorphous Si layer, a 30 nm SiO 2 layer as a buffer layer and a 200 nm Mo layer as a light absorption layer are formed on the amorphous Si before laser irradiation. Then, crystallization may be performed by laser irradiation. In this case, the SiO 2 layer as the buffer layer and the Mo layer as the light absorption layer are removed by etching after crystallization. Specifically, after amorphous Si is crystallized indirectly by the heat generated by the light absorption layer, the SiO 2 layer as the buffer layer and the Mo layer as the light absorption layer are removed by etching.
The SiO 2 layer serving as the buffer layer is for preventing metal diffusion into the Si layer 5 and is formed as a very thin layer. The buffer layer may be a material that can suppress the diffusion of the metal used as the light absorption layer into the Si layer 5 and the thermal reaction at the interface of the Si layer 5, even if it is not an SiO 2 layer, and is formed of an extremely thin layer. . The metal used for the light absorption layer is not limited to Mo but may be any material that can absorb laser light and convert it into heat.

レーザー光Lのスキャン照射に続いて、図4Aに示すように、結晶化されたSi層5の上にアモルファスSi層6を形成する。   Following the scan irradiation of the laser beam L, an amorphous Si layer 6 is formed on the crystallized Si layer 5 as shown in FIG. 4A.

続いて、図4Bに示すように、このアモルファスSi層6上の、最終的にチャネル領域となる部分に対応させて、例えばSiNによるエッチングストップ層7を形成する。エッチングストップ層7の形成に際しては、前述のようにソース側のΔLとドレイン側のΔLの関係がΔL>ΔLとなるように形成する。Si層5及びアモルファスSi層6では、エッチングストップ層7の直下にチャネル領域15が形成され、その両側にソース領域12及びドレイン領域13が形成される。 Subsequently, as shown in FIG. 4B, an etching stop layer 7 made of, for example, SiN is formed on the amorphous Si layer 6 so as to correspond to a portion that finally becomes a channel region. When the etching stop layer 7 is formed, it is formed so that the relationship between ΔL 1 on the source side and ΔL 2 on the drain side satisfies ΔL 1 > ΔL 2 as described above. In the Si layer 5 and the amorphous Si layer 6, a channel region 15 is formed immediately below the etching stop layer 7, and a source region 12 and a drain region 13 are formed on both sides thereof.

続いて、このエッチングストップ層7と周辺のアモルファスSi層6の露出部とに渡って、n+アモルファスSi層8を形成する。
その後、図4Cに示すように、n+アモルファスSi層8及びエッチングストップ層7にわたって、第1〜第3の金属層9〜11を形成し、エッチングストップ層7上の第1〜第3の金属層9〜11、及びチャネル部のn+アモルファスSi層8をエッチングする。これによって、ソース領域12及びドレイン領域13上に、第1〜第3の金属層9〜11によるソース電極16とドレイン電極17とが形成される。さらに、全面にパッシベーション膜となるSiN層14を形成して、逆スタガ型トランジスタを得る。
Subsequently, an n + amorphous Si layer 8 is formed across the etching stop layer 7 and the exposed portion of the surrounding amorphous Si layer 6.
Thereafter, as shown in FIG. 4C, first to third metal layers 9 to 11 are formed across the n + amorphous Si layer 8 and the etching stop layer 7, and the first to third metal layers on the etching stop layer 7 are formed. 9 to 11 and the n + amorphous Si layer 8 in the channel portion are etched. As a result, the source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed by the first to third metal layers 9 to 11 on the source region 12 and the drain region 13. Further, an SiN layer 14 serving as a passivation film is formed on the entire surface to obtain an inverted staggered transistor.

なお、従来、ゲート電極と伝熱部材に対応してレーザー光の照射条件を選定する提案もなされてきたが、レーザー光の照射によるアモルファスシリコンの結晶化に対応して伝熱部材の配置条件を選定する方が好ましく、本発明によればそれが可能となる。
また、従来技術における非対称なトランジスタ構造としては、ラテラル結晶化におけるグレインバウンダリーをチャネル領域外に形成させる非対称構造や、ソース側に形成する低濃度注入領域を減らすことでソース側の寄生抵抗を減少させる非対称LDD(Lightly Doped Drain)構造が提案されている(例えば特許文献3及び4参照)。しかしながら、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法は、レーザー光のスキャン照射におけるスキャン上流側に、ゲート電極3に少なくとも熱的に連結された伝熱部材を設けることによって、熱拡散に基づくアモルファスシリコンの結晶化における不均一性を改善することを可能とするものであり、これら特許文献3及び4に記載の非対称構造とは目的や効果に大きな差異を有するものである。
Conventionally, proposals have been made to select the irradiation conditions of the laser beam corresponding to the gate electrode and the heat transfer member, but the arrangement conditions of the heat transfer member corresponding to the crystallization of amorphous silicon by the laser beam irradiation have been made. It is preferable to select, and according to the present invention, this is possible.
In addition, the asymmetric transistor structure in the prior art reduces the parasitic resistance on the source side by reducing the asymmetric structure in which the grain boundary in lateral crystallization is formed outside the channel region and the low concentration implantation region formed on the source side. An asymmetric LDD (Lightly Doped Drain) structure is proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4). However, in the method of manufacturing the thin film transistor according to the present embodiment, the amorphous silicon based on thermal diffusion is provided by providing a heat transfer member at least thermally connected to the gate electrode 3 on the upstream side of the scan irradiation of the laser beam. It is possible to improve non-uniformity in crystallization, and has a large difference in purpose and effect from the asymmetric structures described in Patent Documents 3 and 4.

以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、本実施形態の説明で挙げた使用材料及びその量、処理時間及び寸法などの数値的条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法形状及び配置関係も概略的なものである。すなわち、本発明は、この実施の形態に限られるものではない。
例えば、バッファー層となるSiO層の厚さは1〜100nmの間を中心として、光吸収層となるMo層の厚さは50〜300nmの間を中心として、それぞれ好適な厚さを選定することができる。
また、例えば、前述の実施の形態において、アモルファスSi層6は結晶性Si層5とn+アモルファスシリコン層8の緩衝層であることから、アモルファスSi層6が結晶性Si層5の直上に配置された構成に限られず、n+アモルファスSi層8の直下に配置した構成とすることも可能である。
Although the embodiment according to the present invention has been described above, the numerical conditions such as the materials used, the amount thereof, the processing time, and the dimensions mentioned in the description of the present embodiment are merely preferred examples, and each figure used for the description. The dimensional shape and arrangement relationship in FIG. That is, the present invention is not limited to this embodiment.
For example, the thickness of the SiO 2 layer serving as the buffer layer is centered between 1 and 100 nm, and the thickness of the Mo layer serving as the light absorption layer is selected centering between 50 and 300 nm. be able to.
Further, for example, in the above-described embodiment, since the amorphous Si layer 6 is a buffer layer of the crystalline Si layer 5 and the n + amorphous silicon layer 8, the amorphous Si layer 6 is disposed immediately above the crystalline Si layer 5. However, the present invention is not limited to this configuration, and a configuration in which the n + amorphous Si layer 8 is disposed directly below is also possible.

また、例えば、本実施形態では逆スタガ型のトランジスタにおける例を説明したが、他のボトムゲート型の構成とすることもできるし、必ずしもボトムゲート型でなくとも、ゲート電極形成後にゲート電極による熱拡散が問題となる構成に適用可能である。
また、例えば、本実施形態ではエッチングストッパータイプの薄膜トランジスタを例として本発明に係る薄膜トランジスタ及びその製造方法の実施形態について説明したが、エッチングストッパを用いないバックチャネルタイプのトランジスタを用いても構わない。
また、前述の結晶化は、所謂多結晶化に限られず、微結晶化でも良い。
Further, for example, in the present embodiment, an example of an inverted staggered transistor has been described. However, other bottom gate type configurations can be used, and the heat generated by the gate electrode after forming the gate electrode is not necessarily a bottom gate type. Applicable to configurations where diffusion is a problem.
For example, in the present embodiment, the embodiment of the thin film transistor and the method of manufacturing the same according to the present invention has been described by taking an etching stopper type thin film transistor as an example. However, a back channel type transistor that does not use an etching stopper may be used.
The crystallization described above is not limited to so-called polycrystallization, and may be microcrystallization.

また、例えば、本実施形態に係る表示装置において、単位画素に相当する単位領域のうち、互いに隣り合う第1及び第2の単位領域内が、基板の主面に直交する仮想面について少なくとも一部を対称な配置形状とされた2次元マトリックス状の配置構成とすることができる。この場合、各単位領域の薄膜トランジスタを本発明に係る薄膜トランジスタによる構成し、表示装置の製造を、例えばこれら第1及び第2の単位領域の、仮想面に隣接する各隣接部に同時にレーザー光照射することによって行うこともできる。   Further, for example, in the display device according to the present embodiment, among the unit regions corresponding to the unit pixels, the first and second unit regions adjacent to each other are at least partially on the virtual surface orthogonal to the main surface of the substrate. Can be arranged in a two-dimensional matrix with a symmetrical arrangement. In this case, the thin film transistor in each unit region is formed of the thin film transistor according to the present invention, and the display device is manufactured by, for example, simultaneously irradiating each adjacent portion of the first and second unit regions adjacent to the virtual plane with laser light. Can also be done.

また、上例では、本発明を有機ELディスプレイ及びこれに用いられる薄膜トランジスタに適用した。その他、本発明は、薄膜トランジスタの閾値変動抑制、移動度向上、面内での特性均一性などが要求されるものであれば、液晶ディスプレイなど、他のフラットパネルディスプレイ及びそれに用いる薄膜トランジスタにて適用できるなど、本発明は、種々の変形及び変更をなされうる。   In the above example, the present invention is applied to an organic EL display and a thin film transistor used therefor. In addition, the present invention can be applied to other flat panel displays such as liquid crystal displays and thin film transistors used therefor, as long as threshold value fluctuation suppression, mobility improvement, in-plane characteristic uniformity are required. The present invention can be variously modified and changed.

A,B それぞれ、本発明に係る薄膜トランジスタの、一例の構成を示す概略断面図、及び概略上面図である。FIGS. 3A and 3B are a schematic cross-sectional view and a schematic top view, respectively, showing a configuration of an example of a thin film transistor according to the present invention. FIGS. 本発明に係る表示装置の、一例の構成における単位画素の駆動の説明に供する等価回路図である。FIG. 6 is an equivalent circuit diagram for explaining driving of a unit pixel in an exemplary configuration of a display device according to the present invention. A〜C それぞれ、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す製造工程図(その1)である。FIGS. 1A to 1C are each a manufacturing process diagram (part 1) illustrating an example of a manufacturing method of a thin film transistor according to the present invention. FIGS. A〜C それぞれ、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一例を示す製造工程図(その2)である。FIGS. 8A to 8C are manufacturing process diagrams (part 2) illustrating an example of a method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention. FIGS. A,B それぞれ、従来の薄膜トランジスタの構成を示す概略断面図、及び概略上面図である。A and B are a schematic cross-sectional view and a schematic top view, respectively, showing the configuration of a conventional thin film transistor. A,B それぞれ、レーザー光照射によるアニールの一例の説明に供する模式図と、レーザー光のエネルギー強度の一例を示す模式図である。Each of A and B is a schematic diagram for explaining an example of annealing by laser light irradiation, and a schematic diagram showing an example of energy intensity of laser light. アニール手法ごとの、アニール時間と熱拡散長の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between annealing time and thermal diffusion length for every annealing method. レーザー光照射によるアニールの他の例の説明に供する模式図である。It is a schematic diagram with which it uses for description of the other example of annealing by laser beam irradiation.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・薄膜トランジスタ、2・・・基板、3・・・ゲート電極、3a・・・伝熱部(伝熱部材)、4・・・ゲート絶縁層、5・・・Si層、6・・・アモルファスSi層、7・・・エッチングストップ層、8・・・n+アモルファスSi層、9・・・第1金属層、10・・・第2金属層、11・・・第3金属層、12・・・ソース領域、13・・・ドレイン領域、14・・・SiN層、15・・・チャネル領域、16・・・ソース電極、17・・・ドレイン電極、101・・・従来の薄膜トランジスタ、102・・・基板、103・・・ゲート電極、104・・・ゲート絶縁層、105・・・Si層、106・・・アモルファスSi層、107・・・エッチングストップ層、108・・・n+アモルファスSi層、109・・・第1金属層、110・・・第2金属層、111・・・第3金属層、112・・・ソース領域、113・・・ドレイン領域、114・・・SiN層、115・・・チャネル領域、116・・・ソース電極、117・・・ドレイン電極、202・・・単位領域、203・・・パルスレーザー光、204・・・レーザー照射領域、205・・・連続レーザー光   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thin-film transistor, 2 ... Substrate, 3 ... Gate electrode, 3a ... Heat-transfer part (heat-transfer member), 4 ... Gate insulating layer, 5 ... Si layer, 6 ... Amorphous Si layer, 7 ... etching stop layer, 8 ... n + amorphous Si layer, 9 ... first metal layer, 10 ... second metal layer, 11 ... third metal layer, 12 ... Source region, 13 ... Drain region, 14 ... SiN layer, 15 ... Channel region, 16 ... Source electrode, 17 ... Drain electrode, 101 ... Conventional thin film transistor, 102 ... substrate, 103 ... gate electrode, 104 ... gate insulating layer, 105 ... Si layer, 106 ... amorphous Si layer, 107 ... etching stop layer, 108 ... n + amorphous Si Layer, 109 ... first metal layer 110 ... second metal layer, 111 ... third metal layer, 112 ... source region, 113 ... drain region, 114 ... SiN layer, 115 ... channel region, 116 ... Source electrode, 117 ... Drain electrode, 202 ... Unit region, 203 ... Pulse laser beam, 204 ... Laser irradiation region, 205 ... Continuous laser beam

Claims (14)

ゲート電極上に、ゲート絶縁層を介してチャネル領域が設けられ、該チャネル領域を挟んで前記ゲート電極の両端部上に一部延長して、ソース領域及びドレイン領域が設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうちのいずれか一方のみに対応して、前記ゲート絶縁層に比して高い熱伝導率を有する伝熱部材が、前記ゲート電極に少なくとも熱的に連結して設けられた
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
A channel region is provided on the gate electrode through a gate insulating layer, and a source region and a drain region are provided to partially extend on both ends of the gate electrode with the channel region interposed therebetween.
Corresponding to only one of the source region and the drain region, a heat transfer member having a higher thermal conductivity than the gate insulating layer is provided at least thermally connected to the gate electrode. A thin film transistor characterized by
前記伝熱部材が、前記ソース領域のみに対応して設けられた
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
The thin film transistor according to claim 1, wherein the heat transfer member is provided corresponding to only the source region.
前記伝熱部材が、前記ゲート電極に電気的に連結して設けられた
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
The thin film transistor according to claim 1, wherein the heat transfer member is electrically connected to the gate electrode.
前記伝熱部材が、前記ゲート電極の側縁部を構成する
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
The thin film transistor according to claim 1, wherein the heat transfer member constitutes a side edge of the gate electrode.
前記伝熱部材の熱伝導率が、前記ゲート電極の熱伝導率以上である
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
The thin film transistor according to claim 1, wherein a thermal conductivity of the heat transfer member is equal to or higher than a thermal conductivity of the gate electrode.
前記伝熱部材が、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうち、より近い一方の領域の、前記チャネル領域に接する端部から、1.5μm以上離れた位置まで延在された幅を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
The heat transfer member has a width extending to a position separated by 1.5 μm or more from an end portion in contact with the channel region of one of the source region and the drain region which is closer to the heat transfer member. The thin film transistor according to claim 1.
前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうち、前記伝熱部材に対応する一方の領域に接合される容量が、他方の領域に接合される容量に比して、スイッチング時の電位変動を大とされる構成を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
Of the source region and the drain region, the capacitance bonded to one region corresponding to the heat transfer member has a larger potential fluctuation at the time of switching than the capacitance bonded to the other region. The thin film transistor according to claim 1, having a configuration.
薄膜トランジスタを有する表示装置であって、
前記薄膜トランジスタが、
ゲート電極上に、ゲート絶縁層を介してチャネル領域が設けられ、該チャネル領域を挟んで前記ゲート電極の両端部上に一部延長する、ソース領域及びドレイン領域が設けられ、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域のうちのいずれか一方のみに対応して、前記ゲート絶縁層に比して高い熱伝導率を有する伝熱部材が、前記ゲート電極に少なくとも熱的に連結して設けられた
ことを特徴とする表示装置。
A display device having a thin film transistor,
The thin film transistor is
A channel region is provided on the gate electrode through a gate insulating layer, and a source region and a drain region are provided to partially extend on both ends of the gate electrode across the channel region.
Corresponding to only one of the source region and the drain region, a heat transfer member having a higher thermal conductivity than the gate insulating layer is provided at least thermally connected to the gate electrode. A display device characterized by that.
前記薄膜トランジスタによる単位領域が2次元マトリックス状に多数設けられ、
互いに隣り合う第1及び第2の単位領域内が、前記基板の主面に直交する仮想面について、少なくとも一部を対称な配置形状とされた
ことを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
A plurality of unit regions by the thin film transistors are provided in a two-dimensional matrix,
9. The display device according to claim 8, wherein the first and second unit regions adjacent to each other have a symmetrical arrangement shape at least partially with respect to a virtual plane orthogonal to the main surface of the substrate. .
前記第1及び第2の単位領域を構成する、前記仮想面に隣接する各隣接部が、同時にレーザー光照射されて構成される
ことを特徴とする請求項8に記載の表示装置。
The display device according to claim 8, wherein each of adjacent portions that are adjacent to the virtual plane and that form the first and second unit regions are simultaneously irradiated with laser light.
基板上にゲート電極を形成する第1工程と、
少なくとも前記ゲート電極を覆うゲート絶縁層を形成する第2工程と、
前記ゲート絶縁層上にチャネル領域、ソース領域及びドレイン領域となる非晶質領域を形成する第3工程と、
前記非晶質領域の少なくとも一部を、レーザー光照射によって結晶性のチャネル領域とする第4工程とを有し、
前記第2工程に先立って、前記ゲート電極に少なくとも熱的に連結される伝熱部材を、前記ソース領域及び前記ドレイン領域のいずれか一方のみに対応して形成する
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A first step of forming a gate electrode on the substrate;
A second step of forming a gate insulating layer covering at least the gate electrode;
A third step of forming an amorphous region to be a channel region, a source region and a drain region on the gate insulating layer;
A fourth step of forming at least a part of the amorphous region into a crystalline channel region by laser light irradiation,
Prior to the second step, a heat transfer member that is at least thermally connected to the gate electrode is formed corresponding to only one of the source region and the drain region. Method.
前記伝熱部材を、前記ゲート電極と同時に形成する
ことを特徴とする請求項11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 11, wherein the heat transfer member is formed simultaneously with the gate electrode.
前記レーザー光照射を、固体レーザーによって行う
ことを特徴とする請求項11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 11, wherein the laser light irradiation is performed by a solid laser.
前記レーザー光照射を、連続的またはステップ状のスキャン照射によって行い、
前記ゲート電極に比して前記スキャン照射の上流側に、前記伝熱部材を形成する
ことを特徴とする請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
The laser light irradiation is performed by continuous or stepwise scanning irradiation,
The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 11, wherein the heat transfer member is formed on the upstream side of the scan irradiation as compared with the gate electrode.
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