JP4578826B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマCVD法による導体膜の作製方法、及び、この半導体膜を用いた薄膜トランジスタ(以下、TFTという)で構成された回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。例えば、太陽電池やセンサに代表される光電変換装置、液晶表示パネルに代表される電気光学装置、または発光装置を部品として搭載した電子機器に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a conductor film by a plasma CVD method, a semiconductor device having a circuit including a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) using the semiconductor film, and a method for manufacturing the semiconductor device. For example, the present invention relates to a photoelectric conversion device typified by a solar cell or a sensor, an electro-optical device typified by a liquid crystal display panel, or an electronic device in which a light emitting device is mounted as a component.

なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、発光装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。   Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and an electro-optical device, a light-emitting device, a semiconductor circuit, and an electronic device are all semiconductor devices.

近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜(厚さ数〜数百nm程度)を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を構成する技術が注目されている。TFTはICや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置(表示パネル)のスイッチング素子として開発が急がれている。   In recent years, a technique for forming a thin film transistor (TFT) using a semiconductor thin film (having a thickness of about several to several hundred nm) formed on a substrate having an insulating surface has attracted attention. TFTs are widely applied to electronic devices such as ICs and electro-optical devices, and development of switching elements for image display devices (display panels) is urgently required.

TFTの活性層に用いる材料は、主としてシリコンが用いられている。従来では非晶質シリコン膜(アモルファスシリコン膜)を用いてTFTが形成されてきた。   Silicon is mainly used as the material for the active layer of the TFT. Conventionally, a TFT has been formed using an amorphous silicon film (amorphous silicon film).

また、これまで、一枚のマザーガラス基板から複数のパネルを切り出して、大量生産を効率良く行う生産技術が採用されてきた。マザーガラス基板のサイズは、1990年初頭における第1世代の300×400mmから、2000年には第4世代となり680×880mm若しくは730×920mmへと大型化して、一枚の基板から多数の表示パネルが取れるように生産技術が進歩してきた。   In the past, production techniques have been employed in which a plurality of panels are cut out from a single mother glass substrate to efficiently perform mass production. The size of the mother glass substrate was increased from 300 x 400 mm of the first generation in early 1990 to the fourth generation in 2000 and increased to 680 x 880 mm or 730 x 920 mm. Production technology has progressed so that

また、基板サイズの大面積化と同時に、生産性の向上や低コスト化の要求も高まっている。   At the same time as increasing the substrate size, there is an increasing demand for improved productivity and lower costs.

近年、より高性能を求めるために、アモルファスシリコン膜に代えて、ポリシリコン膜を活性層にしたTFT(以下、ポリシリコンTFTとも記す)を作製することが試みられている。このポリシリコンTFTは、電界効果移動度が高いことから、いろいろな機能を備えた回路を形成することも可能である。   In recent years, in order to obtain higher performance, an attempt has been made to fabricate a TFT having a polysilicon film as an active layer (hereinafter also referred to as a polysilicon TFT) instead of an amorphous silicon film. Since this polysilicon TFT has high field effect mobility, it is also possible to form circuits having various functions.

従来の技術において、ポリシリコン膜は、プラズマCVD法や減圧CVD法で堆積した非晶質半導体膜を、加熱処理やレーザーアニール法(レーザー光の照射により半導体膜を結晶化させる技術)により作製されている。プラズマCVD法では、比較的低温(400℃程度)で非晶質半導体膜を成膜することが可能である。   In the prior art, a polysilicon film is produced by heat treatment or laser annealing (a technique for crystallizing a semiconductor film by laser irradiation) on an amorphous semiconductor film deposited by plasma CVD or low pressure CVD. ing. In the plasma CVD method, an amorphous semiconductor film can be formed at a relatively low temperature (about 400 ° C.).

加熱処理により作製する場合には、非晶質シリコン膜を結晶化させるために600℃以上の温度で10時間以上の加熱処理が必要とされ、この処理温度は、耐熱性の低いガラス基板の使用を困難なものとしている。この処理温度と処理時間は、TFTの生産性を考慮すると必ずしも適切な方法とは考えられていない。   In the case of manufacturing by heat treatment, in order to crystallize the amorphous silicon film, heat treatment for 10 hours or more is required at a temperature of 600 ° C. or higher, and this treatment temperature uses a glass substrate having low heat resistance. Making it difficult. This processing temperature and processing time are not necessarily considered appropriate methods in consideration of TFT productivity.

また、レーザーアニール法により作製する場合には、非晶質シリコン膜中の水素を熱処理によって低減する脱水素化を行った後、レーザー光の照射を行っている。処理温度の問題はないものの、大面積基板に対応するためのレーザー照射装置は、精密な光学設計や大がかりな光学系(レンズ等)が必要とされ、設備コストがかかってしまう。また、大面積基板に均一なレーザー光を照射することは困難であるため、広い面積に渡って一様な結晶を得ることが困難となる。従って、大面積基板を用いた際の生産性を考慮すると必ずしも適切な方法とは考えられていない。   In the case of manufacturing by laser annealing, laser light irradiation is performed after dehydrogenation in which hydrogen in the amorphous silicon film is reduced by heat treatment. Although there is no problem of processing temperature, a laser irradiation apparatus for dealing with a large-area substrate requires a precise optical design and a large-scale optical system (lens, etc.), and equipment costs are increased. In addition, since it is difficult to irradiate a large area substrate with uniform laser light, it is difficult to obtain a uniform crystal over a wide area. Therefore, considering the productivity when using a large area substrate, it is not always considered an appropriate method.

また、本出願人は、ポリシリコン膜をガラス基板上に得る一つの技術として特許文献1に記載の技術を開示している。同公報記載の技術は、非晶質シリコン膜に対して結晶化を助長する金属元素(代表的にはニッケル)を選択的に添加し、加熱処理を行うことで添加領域を起点として広がるポリシリコン膜を形成するものであり、得られる結晶粒のサイズは非常に大きい。また、上記公報技術は、金属元素を用いないで結晶化を行う場合と比べて金属元素の作用により非晶質シリコン膜の結晶化温度を50〜100℃程度下げることが可能であり、結晶化に要する時間も金属元素を用いないで結晶化を行う場合と比べ1/5〜1/10に低減することができ、生産性においても優れたものである。
特開平8-78329号公報
In addition, the present applicant discloses a technique described in Patent Document 1 as one technique for obtaining a polysilicon film on a glass substrate. The technology described in this publication is a technique in which a metal element (typically nickel) that promotes crystallization is selectively added to an amorphous silicon film, and heat treatment is performed to expand polysilicon starting from the added region. A film is formed, and the size of the obtained crystal grains is very large. In addition, the above publication technique can lower the crystallization temperature of the amorphous silicon film by about 50 to 100 ° C. by the action of the metal element as compared with the case where crystallization is performed without using the metal element. The time required for this can be reduced to 1/5 to 1/10 compared to the case of performing crystallization without using a metal element, and the productivity is also excellent.
JP-A-8-78329

特許文献1に記載の記述を用いれば、ガラス基板の使用が可能となるが、結晶化を助長する金属元素を添加する故に、ポリシリコン膜の膜中或いは膜表面には、当該金属元素が残存し、得られる素子の特性をばらつかせるなどの問題がある。従って、結晶化を助長する金属元素を除去するための手法としてゲッタリング処理を行わなくてはならず、工程数が増加してしまっていた。   If the description in Patent Document 1 is used, a glass substrate can be used. However, since a metal element that promotes crystallization is added, the metal element remains in the polysilicon film or in the film surface. However, there is a problem that the characteristics of the obtained element are varied. Therefore, a gettering process must be performed as a method for removing a metal element that promotes crystallization, and the number of processes has increased.

安価な大面積の透明絶縁性基板上に、上記従来の方法で作製されるポリシリコン膜を低温で形成するには、量産の上で不向きであった。   In order to form a polysilicon film produced by the conventional method at a low temperature on an inexpensive transparent insulating substrate having a large area, it is not suitable for mass production.

また、膜中の水素濃度を低減するために480℃以上の加熱を行いながら成膜するプラズマCVD法を用いようとすると、下地膜として耐熱性の低い材料で形成される膜、代表的にはアクリルなどの有機樹脂、アルミニウム配線等を用いた場合、従来では、これらの上に直接、プラズマCVD法を用いて結晶構造を含む半導体膜を形成することはできなかった。   In addition, when using a plasma CVD method in which film formation is performed while heating at 480 ° C. or more in order to reduce the hydrogen concentration in the film, a film formed from a material having low heat resistance as a base film, typically In the case where an organic resin such as acrylic, aluminum wiring, or the like is used, conventionally, it has not been possible to form a semiconductor film including a crystal structure directly on these using a plasma CVD method.

また、スパッタリング法を用いると低温での成膜が可能であるため、耐熱温度の低い有機樹脂基板または有機樹脂部材上に、直接成膜することができる。   In addition, when sputtering is used, film formation can be performed at a low temperature, so that the film can be directly formed on an organic resin substrate or an organic resin member having a low heat resistance temperature.

しかし、スパッタリング法には、大面積基板対応のターゲットの作製が困難であり且つ高価である点、チャンバー内のセルフクリーニングができず、チャンバー内を開放してメンテナンスを行わなければならないため、生産効率が低下する点、成膜時、雰囲気中の不純物が膜内に混入しやすい点、ターゲット中の不純物が生成物中に混入する点等の問題がある。   However, the sputtering method is difficult and expensive to produce a target for a large area substrate, and the chamber cannot be self-cleaned, and the chamber must be opened for maintenance. There are problems such as that the impurities in the atmosphere are easily mixed in the film during film formation, and impurities in the target are mixed in the product.

そこで、本発明では、安価な大面積の透明絶縁性基板上に、結晶構造を含む半導体膜を低温で直接堆積させる成膜方法を提供する技術を課題とする。また、工程数を増加させることなく、短い処理時間で結晶構造を含む半導体膜を成膜する技術も課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a film forming method for directly depositing a semiconductor film including a crystal structure at a low temperature on an inexpensive large-area transparent insulating substrate. Another object is to form a semiconductor film including a crystal structure in a short processing time without increasing the number of steps.

加えて、本発明は、得られた結晶構造を含む半導体膜を用いた半導体装置と、その作製方法も提供する。 In addition, the present invention also provides a semiconductor device using a semiconductor film including the obtained crystal structure and a manufacturing method thereof.

本発明は、プラズマCVD法により、成膜室に珪化物気体(モノシラン、ジシラン、トリシランなど)とフッ素(或いはフッ化ハロゲンガス)を原料ガスとして導入し、プラズマを発生させて結晶構造を含む半導体膜を被処理基板に直接成膜する。高温加熱により膜中の水素濃度を低減して、結晶構造を含む半導体膜を成膜するのではなく、本発明では、SiH3ラジカルの堆積による膜成長反応と、Fラジカルによる引き抜き(エッチング)反応とを競争的に起こさせて結晶構造を含む半導体膜を成膜している。本発明の成膜方法は、非晶質半導体膜よりも特性の優れた膜を被処理基板に直接得ることができ、且つ、タクトタイムが短く、量産に適した成膜方法である。 The present invention uses a plasma CVD method to introduce a silicide gas (monosilane, disilane, trisilane, etc.) and fluorine (or halogen fluoride gas) as source gases into a film formation chamber and generate plasma to generate a semiconductor having a crystal structure. A film is directly formed on a substrate to be processed. Rather than reducing the hydrogen concentration in the film by high-temperature heating to form a semiconductor film containing a crystal structure, in the present invention, the film growth reaction by the deposition of SiH 3 radicals and the extraction (etching) reaction by F radicals And a semiconductor film including a crystal structure is formed. The film formation method of the present invention is a film formation method that can directly obtain a film having characteristics superior to those of an amorphous semiconductor film on a substrate to be processed, has a short tact time, and is suitable for mass production.

本発明により、安価な大面積の透明絶縁性基板上に、結晶構造を含む半導体膜を低温で成膜することができる。ここでの低温とは、安価なガラス基板が耐えうる範囲の温度を指している。さらに、下地膜として耐熱性の低い材料で形成される膜、代表的にはアクリルなどの有機樹脂、アルミニウム配線等を用いた場合でも直接、結晶構造を含む半導体膜を成膜できる。得られた膜は、非晶質と結晶構造(単結晶、多結晶を含む)の中間的な構造を有し、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち、格子歪みを有する結晶質な領域を含んでいるセミアモルファス半導体膜(微結晶半導体膜、マイクロクリスタル半導体膜とも呼ばれる)である。   According to the present invention, a semiconductor film including a crystal structure can be formed at a low temperature over an inexpensive large-area transparent insulating substrate. The low temperature here refers to a temperature within a range that an inexpensive glass substrate can withstand. Further, a semiconductor film including a crystal structure can be directly formed even when a film formed of a material having low heat resistance, typically an organic resin such as acrylic, an aluminum wiring, or the like is used as the base film. The obtained film is a semiconductor having an intermediate structure between an amorphous structure and a crystalline structure (including single crystal and polycrystal) and having a third state that is stable in terms of free energy, and has a short-range order. And a semi-amorphous semiconductor film (also referred to as a microcrystalline semiconductor film or a microcrystal semiconductor film) including a crystalline region having lattice distortion.

また、本発明は、TFTの活性層として、セミアモルファス半導体膜(微結晶半導体膜、マイクロクリスタル半導体膜とも呼ばれる)を用い、さまざまな半導体装置を実現する。   In addition, the present invention realizes various semiconductor devices by using a semi-amorphous semiconductor film (also referred to as a microcrystalline semiconductor film or a microcrystalline semiconductor film) as an active layer of a TFT.

本明細書で開示する発明の構成は、
成膜室に珪化物気体と、フッ素或いはフッ化ハロゲンガスとを原料ガスとして導入し、プラズマを発生させて結晶構造を含む半導体膜を被処理基板表面上に成膜することを特徴とする半導体膜の成膜方法である。
The configuration of the invention disclosed in this specification is as follows.
A semiconductor characterized by introducing a silicide gas and fluorine or halogen fluoride gas as a source gas into a film formation chamber and generating a plasma to form a semiconductor film including a crystal structure on a surface of a substrate to be processed This is a film forming method.

また、成膜前に成膜室内壁をコーティングしてもよく、他の発明の構成は、
成膜室にモノシランガスを導入してプラズマを発生させて成膜室内壁に薄膜を形成した後、
モノシランガスとフッ素或いはフッ化ハロゲンガスとを原料ガスとして導入し、プラズマを発生させて結晶構造を含む半導体膜を被処理基板上に成膜することを特徴とする半導体膜の成膜方法である。
In addition, the inner wall of the film formation chamber may be coated before film formation.
After introducing monosilane gas into the film formation chamber and generating plasma to form a thin film on the wall of the film formation chamber,
A semiconductor film forming method is characterized in that monosilane gas and fluorine or halogen fluoride gas are introduced as source gases, plasma is generated, and a semiconductor film including a crystal structure is formed on a substrate to be processed.

成膜前に成膜室内壁をアモルファスシリコン膜でコーティングすることによって、汚染物や異物を封じ込めるコートを行い、その後で成膜を行えば、膜中の不純物濃度を低減できる。さらに、コーティング前にクリーニングを行ってもよい。   By coating the inside wall of the film formation with an amorphous silicon film before film formation, a coating for containing contaminants and foreign matters is performed, and then film formation is performed, whereby the impurity concentration in the film can be reduced. Further, cleaning may be performed before coating.

また、希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xeから選ばれた一種または複数種)をキャリアガスや原料ガスの希釈に用いてもよく、他の発明の構成は、
成膜室に珪化物気体と、希ガスと、フッ素或いはフッ化ハロゲンガスとを原料ガスとして導入し、プラズマを発生させて結晶構造を含む半導体膜を被処理基板表面上に成膜することを特徴とする半導体膜の成膜方法である。
Further, a rare gas (one or a plurality selected from He, Ne, Ar, Kr, and Xe) may be used for diluting the carrier gas and the raw material gas.
Introducing a silicide gas, a rare gas, and fluorine or halogen fluoride gas into a film formation chamber as a source gas and generating plasma to form a semiconductor film including a crystal structure on the surface of the substrate to be processed This is a feature of a method for forming a semiconductor film.

また、水素を原料ガスの希釈に用いてもよく、他の発明の構成は、
成膜室に珪化物気体と、水素と、フッ素或いはフッ化ハロゲンガスとを原料ガスとして導入し、プラズマを発生させて結晶構造を含む半導体膜を被処理基板表面上に成膜することを特徴とする半導体膜の成膜方法である。
Further, hydrogen may be used for diluting the raw material gas.
A semiconductor film including a crystal structure is formed on the surface of a substrate to be processed by introducing silicide gas, hydrogen, fluorine or halogen fluoride gas as source gases into a film formation chamber, and generating plasma. A method for forming a semiconductor film.

また、水素と希ガスとをキャリアガスや原料ガスの希釈に用いてもよく、他の発明の構成は、
成膜室に珪化物気体と、希ガスと、水素と、フッ素或いはフッ化ハロゲンガスとを原料ガスとして導入し、プラズマを発生させて結晶構造を含む半導体膜を被処理基板表面上に成膜することを特徴とする半導体膜の成膜方法である。
Further, hydrogen and a rare gas may be used for dilution of the carrier gas or the raw material gas.
A semiconductor film including a crystal structure is formed on the surface of the substrate to be processed by introducing silicide gas, rare gas, hydrogen, fluorine or halogen fluoride gas as source gases into the deposition chamber and generating plasma. A method for forming a semiconductor film, comprising:

ただし、水素を用いる場合、前記フッ素或いはフッ化ハロゲンガスの流量に対する水素の流量の比率(H2/F2)を0.1以下に制御して結晶構造を含む半導体膜を成膜することを特徴としている。 However, when hydrogen is used, the ratio of the flow rate of hydrogen to the flow rate of the fluorine or halogen fluoride gas (H 2 / F 2 ) is controlled to 0.1 or less to form a semiconductor film including a crystal structure. It is a feature.

また、上記各構成において、前記珪化物気体は、モノシラン、ジシラン、またはトリシランのいずれかのガスであることを特徴としている。また、上記各構成において、前記フッ化ハロゲンガスは、ClF、ClF3、BrF、BrF3、IF、またはIF3のいずれかのガスであることを特徴としている。 In each of the above structures, the silicide gas is any gas of monosilane, disilane, or trisilane. In each of the above structures, the halogen fluoride gas is any one of ClF, ClF 3 , BrF, BrF 3 , IF, and IF 3 .

また、上記各構成において、前記成膜は、平行平板型プラズマCVD装置を用いることを特徴としている。   In each of the above structures, the film formation is performed using a parallel plate plasma CVD apparatus.

また、本発明により得られる半導体膜も本発明の一つであり、その発明の構成は、
平行平板型プラズマCVD装置を用いて、珪化物気体と、フッ素或いはフッ化ハロゲンガスとのプラズマ反応により被処理基板表面上に堆積されたことを特徴とする結晶構造を含む半導体膜である。
Further, a semiconductor film obtained by the present invention is also one of the present invention, and the configuration of the present invention is as follows.
A semiconductor film having a crystal structure, which is deposited on a surface of a substrate to be processed by a plasma reaction between a silicide gas and fluorine or halogen fluoride gas using a parallel plate plasma CVD apparatus.

また、本発明により得られる半導体装置も本発明の一つであり、その発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極と、該上にゲート絶縁膜とを有し、
ゲート絶縁膜上には、珪化物気体と、フッ素或いはフッ化ハロゲンガスとのプラズマ反応により堆積された結晶構造を含む半導体膜を活性層として有するTFTを備えたことを特徴とする半導体装置である。
Further, a semiconductor device obtained by the present invention is also one of the present invention, and the configuration of the present invention is as follows.
On a substrate having an insulating surface, a gate electrode, and a gate insulating film thereon,
A semiconductor device comprising a TFT having, as an active layer, a semiconductor film including a crystal structure deposited by a plasma reaction between a silicide gas and fluorine or halogen fluoride gas on a gate insulating film .

また、TFTのしきい値電圧の制御を行うため、活性層にボロンなどの半導体にp型を付与する元素を添加してもよく、他の発明の構成は、
絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極と、該上にゲート絶縁膜とを有し、
ゲート絶縁膜上には、珪化物気体と、フッ素或いはフッ化ハロゲンガスとのプラズマ反応により堆積された結晶構造を含む半導体膜を活性層として有し、且つ、前記半導体膜にはp型を付与する元素がしきい値電圧を制御するために添加されているTFTを備えたことを特徴とする半導体装置である。
In order to control the threshold voltage of the TFT, an element that imparts p-type to a semiconductor such as boron may be added to the active layer.
On a substrate having an insulating surface, a gate electrode, and a gate insulating film thereon,
On the gate insulating film, a semiconductor film including a crystal structure deposited by a plasma reaction between a silicide gas and fluorine or halogen fluoride gas is used as an active layer, and p-type is imparted to the semiconductor film. A semiconductor device comprising a TFT to which an element to be added is added to control a threshold voltage.

上記構成において、前記ゲート電極は、Ag、Al、Cu、Au、または樹脂を含むことを特徴としている。これらの耐熱性の低い材料でゲート電極を形成した後でも、SiH4とF2を原料ガスに用いたプラズマCVD法により低温での結晶構造を含む半導体膜の成膜を可能としている。 In the above structure, the gate electrode includes Ag, Al, Cu, Au, or a resin. Even after the gate electrode is formed of these low heat resistant materials, a semiconductor film including a crystal structure at a low temperature can be formed by a plasma CVD method using SiH 4 and F 2 as source gases.

また、前記半導体装置は、図17(D)にその一例を示す映像音声双方向通信装置、または汎用遠隔制御装置である。   The semiconductor device is a video / audio bidirectional communication device or a general-purpose remote control device, an example of which is shown in FIG.

セミアモルファス半導体膜は、少なくとも膜中の一部の領域には、0.5〜20nmの結晶粒を含んでいる。セミアモルファス半導体膜については、ラマンスペクトルが単結晶に特有の520cm-1よりも低波数側にシフトしている。また、セミアモルファス半導体膜は、X線回折ではSi結晶格子に由来するとされる(111)、(220)の回折ピークが観測される。また、セミアモルファス半導体膜は、未結合手(ダングリングボンド)の中和剤として水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。セミアモルファス半導体膜の作製方法としては、珪化物気体をグロー放電分解(プラズマCVD)して形成する。圧力は概略0.1Pa〜133Paの範囲、電源周波数は1MHz〜120MHz、好ましくは13MHz〜60MHzとする。基板加熱温度は300℃以下でよく、好ましくは100〜250℃とする。 The semi-amorphous semiconductor film includes crystal grains of 0.5 to 20 nm in at least a part of the film. As for the semi-amorphous semiconductor film, the Raman spectrum is shifted to a lower wave number side than 520 cm −1 peculiar to the single crystal. In addition, diffraction peaks of (111) and (220) that are derived from the Si crystal lattice in X-ray diffraction are observed in the semi-amorphous semiconductor film. In addition, the semi-amorphous semiconductor film contains at least 1 atomic% or more of hydrogen or halogen as a neutralizing agent for dangling bonds. As a method for manufacturing a semi-amorphous semiconductor film, a silicide gas is formed by glow discharge decomposition (plasma CVD). The pressure is in the range of approximately 0.1 Pa to 133 Pa, and the power supply frequency is 1 MHz to 120 MHz, preferably 13 MHz to 60 MHz. The substrate heating temperature may be 300 ° C. or less, preferably 100 to 250 ° C.

膜中の不純物元素として、酸素、窒素、炭素などの大気成分の不純物濃度は3×1021/cm3以下とすることが望ましく、特に、酸素濃度は5×1019/cm3以下、好ましくは1×1019/cm3以下とする。膜中の不純物元素を低減するには、原料ガスの純度、特にフッ素或いはフッ化ハロゲンガスの純度を上げることが望ましく、例えば、F2ガス(10%希釈)を純度3N以上のものを用いる、或いはキャリアガスを用いずにガス2系統とし、純度4N以上のバランスガスを用いたF2ガス(1%希釈)を用いることが好ましい。 As the impurity element in the film, the impurity concentration of an atmospheric constituent such as carbon is preferably set to 3 × 10 21 / cm 3 or less, in particular, oxygen concentration is 5 × 10 19 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 19 / cm 3 or less. In order to reduce the impurity element in the film, it is desirable to increase the purity of the source gas, particularly the purity of fluorine or halogen fluoride gas. For example, F 2 gas (10% dilution) having a purity of 3N or more is used. Alternatively, it is preferable to use two gas systems without using carrier gas, and use F 2 gas (1% dilution) using a balance gas with a purity of 4N or higher.

なお、セミアモルファス半導体膜を活性層としたTFTの電界効果移動度μは、2〜20cm2/Vsecである。 The field effect mobility μ of a TFT using a semi-amorphous semiconductor film as an active layer is 2 to 20 cm 2 / Vsec.

また、TFT構造に関係なく本発明を適用することが可能であり、例えば、ボトムゲート型(逆スタガ型)TFTや、順スタガ型TFTを用いることが可能である。また、シングルゲート構造のTFTに限定されず、複数のチャネル形成領域を有するマルチゲート型TFT、例えばダブルゲート型TFTとしてもよい。   Further, the present invention can be applied regardless of the TFT structure, and for example, a bottom gate type (reverse stagger type) TFT or a forward stagger type TFT can be used. Further, the TFT is not limited to a single-gate TFT, and may be a multi-gate TFT having a plurality of channel formation regions, such as a double-gate TFT.

また、成膜装置のガス供給系の数を少なくするために、フッ素或いはフッ化ハロゲンガスをクリーニング用ガスとして用いた後に成膜を行ってもよく、本発明の他の構成は、
成膜室にフッ素或いはフッ化ハロゲンガスをクリーニング用ガスとして導入して成膜室内部のクリーニングを行った後、
成膜室にモノシランガスと、フッ素或いはフッ化ハロゲンガスとを原料ガスとして導入し、
プラズマを発生させて被処理基板表面上に成膜を行って結晶構造を含む半導体膜を形成する工程と、
結晶構造を含む半導体膜にレーザー光を照射して結晶構造を有する半導体膜を形成する工程と、を有することを特徴とする結晶構造を有する半導体膜の成膜方法である。
In addition, in order to reduce the number of gas supply systems of the film forming apparatus, film formation may be performed after using fluorine or halogen fluoride gas as a cleaning gas.
After introducing fluorine or halogen fluoride gas into the film formation chamber as a cleaning gas and cleaning the inside of the film formation chamber,
Monosilane gas and fluorine or halogen fluoride gas are introduced into the film forming chamber as source gases,
Forming a semiconductor film including a crystal structure by generating plasma on the surface of the substrate to be processed;
And forming a semiconductor film having a crystal structure by irradiating a semiconductor film having a crystal structure with laser light.

また、フッ素或いはフッ化ハロゲンガスに加え、CF4、SF6、NF3などを代表とするフッ素系ガスのクリーニング用ガスを用いてもよい。また、クリーニング用ガスとして、Cl2、BCl3、SiCl4、CCl4などを代表とする塩素系ガスを用いてもよい。 In addition to fluorine or halogen fluoride gas, a fluorine-based gas cleaning gas typified by CF 4 , SF 6 , NF 3 or the like may be used. Further, as the cleaning gas, a chlorine-based gas typified by Cl 2 , BCl 3 , SiCl 4 , CCl 4 or the like may be used.

本発明により、安価な大面積の透明絶縁性基板上に、高速の成膜速度で特性の優れた結晶構造を含む半導体膜を低温で直接成膜することができる。特に、耐熱性の低い材料、例えば樹脂を含む金属配線をゲート電極とするTFTを作製する際、ゲート電極の耐熱温度を超えることなく、ゲート電極の上方に特性の優れた結晶構造を含む半導体膜を成膜し、TFTの活性層とすることができる。また、プラスチック基板にも結晶構造を含む半導体膜を直接成膜することができる。   According to the present invention, a semiconductor film including a crystal structure with excellent characteristics can be directly formed at a low temperature on an inexpensive large-area transparent insulating substrate at a high film formation rate. In particular, when a TFT having a gate electrode made of a material having low heat resistance, for example, a metal wiring containing a resin, a semiconductor film including a crystal structure with excellent characteristics above the gate electrode without exceeding the heat resistant temperature of the gate electrode To form an active layer of a TFT. In addition, a semiconductor film including a crystal structure can be directly formed over a plastic substrate.

本発明の実施形態について、以下に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

(実施の形態1)
図1を用いて本発明で用いる平行平板型のプラズマCVD装置の処理室(チャンバーとも呼ぶ)の断面図を説明する。図1において、接地されたチャンバー108内には、高周波電源105に接続された第1の電極(上部電極、シャワー電極、高周波電極)121及び接地されている第2の電極(下部電極、接地電極)125が設けられている。第2の電極上に被処理基板127が設置される。
(Embodiment 1)
A cross-sectional view of a processing chamber (also referred to as a chamber) of a parallel plate type plasma CVD apparatus used in the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, in a grounded chamber 108, a first electrode (upper electrode, shower electrode, high-frequency electrode) 121 connected to a high-frequency power source 105 and a second electrode (lower electrode, ground electrode) connected to a high-frequency power source 105. ) 125 is provided. A substrate 127 to be processed is placed on the second electrode.

第1の電極121は、中空構造であって、供給系106aから供給される原料ガスが電極内を通過し、電離されチャンバー内に供給される。ここでは供給系が1系統しか図示していないが、必要に応じて複数のガス供給系を設けることが可能である。   The first electrode 121 has a hollow structure, and the source gas supplied from the supply system 106a passes through the electrode, is ionized, and is supplied into the chamber. Although only one supply system is shown here, a plurality of gas supply systems can be provided as necessary.

また、チャンバーには、排気系107aが設けられ、反応後の排気ガスを排出する。なお、本実施の形態では、電極構造が中空構造(複数のシャワー板が重なりガスを分散する構造、いわゆるシャワーヘッド構造)となっているが、この構造に限られない。供給系が第1の電極と別に設けられていてもよい。また、供給系106a及び排気系107aには、バルブ(106c、107c)が設けられており、供給するガス圧及びチャンバー内の圧力を制御する。   The chamber is provided with an exhaust system 107a for exhausting the exhaust gas after the reaction. In the present embodiment, the electrode structure is a hollow structure (a structure in which a plurality of shower plates overlap to disperse gas, a so-called shower head structure), but is not limited to this structure. A supply system may be provided separately from the first electrode. Further, the supply system 106a and the exhaust system 107a are provided with valves (106c, 107c) to control the gas pressure to be supplied and the pressure in the chamber.

ヒータ126は、第2の電極125と接して設けられているが、この構造に限られない。また、第1の電極121にヒータ(図示しない)を設けてもよい。また、チャンバーの外壁にヒータを設け、チャンバー内をホットウォール構造としてもよい。   The heater 126 is provided in contact with the second electrode 125, but is not limited to this structure. Further, a heater (not shown) may be provided for the first electrode 121. Further, a heater may be provided on the outer wall of the chamber so that the chamber has a hot wall structure.

また、チャンバーの側面には窓(図示しない)が設けられ、この窓を開閉して基板が収納されているカセット室からロボットアーム等の搬送機構を経由して基板をチャンバー内に移送することができる。   In addition, a window (not shown) is provided on the side surface of the chamber, and the window can be opened and closed to transfer the substrate into the chamber from a cassette chamber in which the substrate is stored via a transport mechanism such as a robot arm. it can.

次に、図1を用いて、成膜方法を述べる。本実施の形態においては、ガラス基板に直接、結晶構造を有する珪素膜の成膜方法を説明する。   Next, a film forming method will be described with reference to FIG. In this embodiment, a method for forming a silicon film having a crystal structure directly on a glass substrate will be described.

原料ガスに珪化物気体(モノシラン、ジシラン、トリシランなど)とフッ素(或いはフッ化ハロゲンガス)を用いる。フッ化ハロゲンガスとしては、ClF、ClF3、BrF、BrF3、IF、IF3などが挙げられる。中でも、モノシランガスとフッ素ガスとの組み合わせが安価なガスの組み合わせであり、量産に適している。ここでは、原料ガスにモノシランガスとフッ素ガスを用いた例で説明を行う。 Silicide gas (monosilane, disilane, trisilane, etc.) and fluorine (or halogen fluoride gas) are used as source gases. Examples of the halogen fluoride gas include ClF, ClF 3 , BrF, BrF 3 , IF, and IF 3 . Among them, the combination of monosilane gas and fluorine gas is an inexpensive gas combination and is suitable for mass production. Here, an example in which monosilane gas and fluorine gas are used as the source gas will be described.

また、他のフッ素系ガスとして、フッ素化モノシラン(SiHmn:ただし、m+n=4)、四フッ化シラン(SiF4)を用いることもできるが、高価なガスとなる。また、Si−Hの結合(解離)エネルギーは76kcal/molであるのに比べ、Si−Fの結合(解離)エネルギーは142kcal/molと高いため、成膜に必要なエネルギーが高くなり、生産工程における消費エネルギーが増大してしまう。 Further, as other fluorine-based gas, fluorinated monosilane (SiH m F n : where m + n = 4) and tetrafluorosilane (SiF 4 ) can be used, but the gas becomes expensive. Further, since the bond (dissociation) energy of Si—H is 76 kcal / mol, the bond (dissociation) energy of Si—F is as high as 142 kcal / mol. The energy consumption at will increase.

また、成膜条件は、チャンバー内の圧力を1.33×101〜1.33×103Pa(1×10-1〜1×101torr)、成膜温度を80〜600℃とし、高周波電源の電源周波数を10〜500MHzとする。なお、被処理基板または下地膜として耐熱性の低い材料で形成されている場合には80〜300℃とする。 The film formation conditions were as follows: the pressure in the chamber was 1.33 × 10 1 to 1.33 × 10 3 Pa (1 × 10 −1 to 1 × 10 1 torr), the film formation temperature was 80 to 600 ° C., The power frequency of the high frequency power source is set to 10 to 500 MHz. In the case where the substrate to be processed or the base film is formed of a material having low heat resistance, the temperature is set to 80 to 300 ° C.

図1に示すように、チャンバー内に珪化物気体とフッ素を供給系より導入し、電源のスイッチ122を接続し、電極に高周波電圧を印加し、プラズマ123を発生させる。このプラズマ中で生成される珪化物又はフッ素のイオン、ラジカルなどの化学的に活性な励起種が反応して生成物である結晶構造を有する珪素膜124を形成する。   As shown in FIG. 1, a silicide gas and fluorine are introduced into a chamber from a supply system, a power switch 122 is connected, a high-frequency voltage is applied to the electrodes, and plasma 123 is generated. A chemically active excited species such as silicide or fluorine ions or radicals generated in the plasma reacts to form a silicon film 124 having a crystal structure as a product.

SiH3ラジカルの堆積による膜成長反応と、Fラジカルによる引き抜き(エッチング)反応とが競争的に起こることにより、Si膜ネットワークの再構成が起こり、結晶構造を含むシリコン膜が形成されると考えられる。 It is considered that the film growth reaction due to the deposition of SiH 3 radicals and the extraction (etching) reaction due to F radicals occur competitively, whereby the Si film network is reconfigured and a silicon film including a crystal structure is formed. .

実際には多種多様な反応が存在するが、ここで、チャンバー内で生じる反応の一例を示す。   There are actually a wide variety of reactions. Here, an example of a reaction that occurs in the chamber is shown.

高周波による気体の分解反応は、数1と数2で表せる。   The gas decomposition reaction due to the high frequency can be expressed by Equations 1 and 2.

また、気相中の反応は、数3で表せる。   Further, the reaction in the gas phase can be expressed by Equation 3.

なお、数3で発生するSiH3ラジカルは一般にSi膜成長の主たる化学種と言われている。また、数3では、HFのような腐食性が高いフッ素系ガスが形成されるため、プラズマCVD装置においては、優れた耐腐食性を有する材料で装置内表面を覆うことが望ましい。 The SiH 3 radicals generated in Equation 3 are generally said to be the main chemical species for Si film growth. Further, in Equation 3, since a highly corrosive fluorine-based gas such as HF is formed, in the plasma CVD apparatus, it is desirable to cover the inner surface of the apparatus with a material having excellent corrosion resistance.

また、シリコン膜表面での水素原子引き抜き反応は、数4、数5、数6で表せる。   Further, the hydrogen atom extraction reaction on the silicon film surface can be expressed by the following equations (4), (5), and (6).

また、シリコン膜表面のダングリングボンドへの結合(エッチング反応)は、数7で表せる。   Further, the bond (etching reaction) to the dangling bond on the surface of the silicon film can be expressed by Equation 7.

実際に成膜条件(ガス流量、RFパワー、電極間ギャップ)を振ってそれぞれ成膜を行い、それらの実験結果(膜厚速度、ラマン光学特性(ラマンピーク(Pc、Pa)、ラマン半値幅(Wc、Wa)、積分強度(Ic、Ia)など))を表1に示す。表面にはLPCVD法による酸化珪素膜100nmが予め形成されている被処理基板を用いた。なお、電極面積は380cm2、RF電源周波数は27MHz、上部ヒータ設定温度を65℃、下部ヒータ設定温度を300℃として成膜を行っている。 Actual film formation conditions (gas flow rate, RF power, gap between electrodes) were used for film formation, and the experimental results (film thickness rate, Raman optical characteristics (Raman peak (Pc, Pa), Raman half width ( Table 1 shows Wc, Wa), integrated intensity (Ic, Ia), etc.). A substrate to be processed on which a silicon oxide film 100 nm by LPCVD was previously formed was used on the surface. The film formation is performed with an electrode area of 380 cm 2 , an RF power source frequency of 27 MHz, an upper heater set temperature of 65 ° C., and a lower heater set temperature of 300 ° C.

表1において、ラマン散乱分光法により得られたスペクトルを2つの指数関数型曲線に分離した際に低波数側曲線のピーク(曲線の中心位置)をPa、低波数側曲線のラマン半値幅をWa、低波数側曲線の積分強度をIaとしている。また、高波数側曲線のピークをPc、高波数側曲線のラマン半値幅をWc、高波数側曲線の積分強度をIcとしている。   In Table 1, when the spectrum obtained by the Raman scattering spectroscopy is separated into two exponential curves, the peak of the low wavenumber side curve (the center position of the curve) is Pa, and the Raman half width of the low wavenumber side curve is Wa. The integrated intensity of the low wavenumber side curve is Ia. Further, the peak of the high wave number side curve is Pc, the Raman half width of the high wave number side curve is Wc, and the integrated intensity of the high wave number side curve is Ic.

表1より、300℃の低温でセミアモルファスシリコン膜、或いは微結晶シリコン膜、或いはマイクロクリスタルシリコン膜と呼べる結晶構造を含むシリコン膜が形成されていることが確認できる。得られた結晶構造を含むシリコン膜のPaは、487〜490cm-1、Pcは514〜517cm-1、且つ、Waは42〜47.3cm-1、Wcは9.6〜14.7cm-1にある薄膜である。また、成膜速度(堆積速度)も5nm/min〜20nm/minが得られている。なお、膜厚は10分間の成膜後のものである。 From Table 1, it can be confirmed that a silicon film having a crystal structure called a semi-amorphous silicon film, a microcrystalline silicon film, or a microcrystalline silicon film is formed at a low temperature of 300 ° C. The silicon film including the obtained crystal structure has Pa of 487 to 490 cm −1 , Pc of 514 to 517 cm −1 , Wa of 42 to 47.3 cm −1 , and Wc of 9.6 to 14.7 cm −1. It is a thin film. In addition, the film formation rate (deposition rate) is 5 nm / min to 20 nm / min. The film thickness is after 10 minutes of film formation.

また、モノシランガスは100%、フッ素ガスはHeで希釈された混合ガスを用いており、フッ素含有率は10.1%、不純物(CF4、HF、空気など)のトータル含有率は0.1%未満であり、純度は99.9%である。 Further, monosilane gas is 100%, the fluorine gas is a mixed gas diluted with He, fluorine content 10.1%, impurity (CF 4, HF, air, etc.) total content of 0.1% And the purity is 99.9%.

また、最も結晶化率が高いサンプル(試料9)のラマンスペクトルデータを図2に示す。   In addition, FIG. 2 shows Raman spectrum data of a sample (Sample 9) having the highest crystallization rate.

また、比較例として、成膜条件のうち、圧力を0.3Torrとしてアモルファスシリコン膜が形成された実験結果(比較試料1〜3)を表2に示す。これらの結果から、F2分圧、全圧、RFパワーはいずれも高くなるほど結晶化しやすい傾向が見られる。 As a comparative example, Table 2 shows experimental results (comparative samples 1 to 3) in which an amorphous silicon film was formed at a pressure of 0.3 Torr among film forming conditions. From these results, it can be seen that the higher the F 2 partial pressure, total pressure, and RF power, the easier it is to crystallize.

また、上記実験では下地膜としてLPCVD法による酸化珪素膜上にセミアモルファスシリコン膜を形成しているが、下地膜としてPCVD法による窒化珪素膜上にセミアモルファスシリコン膜を形成しても同様のラマンスペクトルデータが得られた。   In the above experiment, a semi-amorphous silicon film is formed on the silicon oxide film by the LPCVD method as the base film. However, the same Raman can be obtained by forming a semi-amorphous silicon film on the silicon nitride film by the PCVD method as the base film. Spectral data was obtained.

さらに、成膜条件を振って実験を行った結果を図18、図19、図20に示す。   Furthermore, the results of experiments conducted under different film forming conditions are shown in FIGS.

図18は、SiH4ガス流量の条件(1sccm〜8sccm)を振り、左側の縦軸を成膜速度DR(Depo Rate)、右側の縦軸をIc/Iaとしたグラフである。加えてF2ガスも4sccmと、8sccmの2通りの条件を振っている。なお、グラフの横に他の成膜条件を示している。なお、F2ガスはHeで10%に希釈された混合ガスである。 FIG. 18 is a graph in which the SiH 4 gas flow rate condition (1 sccm to 8 sccm) is varied, the left vertical axis is the film deposition rate DR (Depo Rate), and the right vertical axis is Ic / Ia. In addition, the F 2 gas also uses two conditions of 4 sccm and 8 sccm. Note that other film forming conditions are shown beside the graph. The F 2 gas is a mixed gas diluted to 10% with He.

図19は、電極間ギャップの条件(15mm〜35mm)を振り、左側の縦軸を成膜速度DR(Depo Rate)、右側の縦軸をIc/Iaとしたグラフである。なお、グラフの横に他の成膜条件を示している。   FIG. 19 is a graph in which the gap condition between electrodes (15 mm to 35 mm) is varied, the left vertical axis is the film deposition rate DR (Depo Rate), and the right vertical axis is Ic / Ia. Note that other film forming conditions are shown beside the graph.

図20は、圧力の条件(0.3Torr〜1.0Torr)を振り、左側の縦軸を成膜速度DR(Depo Rate)、右側の縦軸をIc/Iaとしたグラフである。なお、グラフの横に他の成膜条件を示している。   FIG. 20 is a graph in which pressure conditions (0.3 Torr to 1.0 Torr) are varied, the left vertical axis is the film deposition rate DR (Depo Rate), and the right vertical axis is Ic / Ia. Note that other film forming conditions are shown beside the graph.

また、ここではキャリアガスとしてArを用いて3系統のガス供給を行っているが、特にキャリアガスを用いなくともよく、2系統のガス供給のみで成膜を行うこともできる。数の少ないガス系統とすることで成膜条件を調節しやすくすることができる。   In addition, here, three systems of gas supply are performed using Ar as the carrier gas, but it is not particularly necessary to use the carrier gas, and the film formation can be performed only with the two systems of gas supply. By using a few gas systems, it is possible to easily adjust the film forming conditions.

また、水素ガスを供給して3系統のガス供給を行ってもよいし、さらにキャリアガスを供給して4系統のガス供給を行ってもよい。ただし、水素ガスを供給する場合には、水素とフッ素の流量比(H2:F2)を1:10に制御、或いは、この比率よりも下げて水素の流量を少なくすることが好ましい。 Further, hydrogen gas may be supplied to supply three systems of gas, or a carrier gas may be supplied to supply four systems of gas. However, when supplying hydrogen gas, it is preferable to control the flow rate ratio of hydrogen to fluorine (H 2 : F 2 ) to 1:10 or to lower the flow rate to reduce the hydrogen flow rate.

また、図21(A)に断面TEM写真を示し、その模式図を図21(B)に示す。図21(A)に示したセミアモルファスシリコン膜の成膜条件は、SiH4ガス流量4sccm、F2ガス流量8sccm、Arガス流量500sccm、RFパワー100W、圧力1Torr、電極間ギャップ30mmとし、Ic/Iaは4.8であった。図21(A)に示されたように下地界面(下地絶縁膜との界面)にはアモルファス状態が確認できず、成膜開始から柱状の結晶構造を有するセミアモルファスシリコン膜が形成されていることがわかる。ボトムゲート型のTFTにおいて、下地界面付近の結晶性が高いほうがTFTの電界効果移動度を向上させることができるため、本発明のセミアモルファスシリコン膜は有効である。 FIG. 21A shows a cross-sectional TEM photograph, and FIG. 21B shows a schematic diagram thereof. The deposition conditions of the semi-amorphous silicon film shown in FIG. 21A are as follows: SiH 4 gas flow rate 4 sccm, F 2 gas flow rate 8 sccm, Ar gas flow rate 500 sccm, RF power 100 W, pressure 1 Torr, interelectrode gap 30 mm, and Ic / Ia was 4.8. As shown in FIG. 21A, an amorphous state cannot be confirmed at the base interface (interface with the base insulating film), and a semi-amorphous silicon film having a columnar crystal structure is formed from the start of film formation. I understand. In the bottom gate type TFT, the higher the crystallinity near the base interface can improve the field effect mobility of the TFT, so the semi-amorphous silicon film of the present invention is effective.

本発明により、安価な大面積の透明絶縁性基板上に、高速の成膜速度で特性の優れた結晶構造を含む半導体膜を低温で直接成膜することができる。   According to the present invention, a semiconductor film including a crystal structure with excellent characteristics can be directly formed at a low temperature on an inexpensive large-area transparent insulating substrate at a high film formation rate.

また、得られたセミアモルファスシリコン膜に対してレーザー光を照射して結晶化率を高めてもよい。レーザー光に用いるレーザ発振器としては、紫外光、可視光、又は赤外光を発振することが可能なレーザ発振器を用いることができる。レーザー発振器としては、KrF、ArF、KrF、XeCl、Xe等のエキシマレーザ発振器、He、He−Cd、Ar、He−Ne、HF等の気体レーザ発振器、YAG、GdVO4、YVO4、YLF、YAlO3などの結晶にCr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmをドープした結晶を使った固体レーザー発振器、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等の半導体レーザ発振器を用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波の第1高調波〜第5高調波を適用するのが好ましい。 Further, the obtained semi-amorphous silicon film may be irradiated with laser light to increase the crystallization rate. As a laser oscillator used for the laser light, a laser oscillator that can oscillate ultraviolet light, visible light, or infrared light can be used. As the laser oscillator, excimer laser oscillators such as KrF, ArF, KrF, XeCl, and Xe, gas laser oscillators such as He, He—Cd, Ar, He—Ne, and HF, YAG, GdVO 4 , YVO 4 , YLF, and YAlO Cr crystal such as 3, Nd, Er, Ho, Ce, Co, solid-state laser oscillator using a crystal doped with Ti or Tm, can be used GaN, GaAs, GaAlAs, a semiconductor laser oscillator of InGaAsP or the like. In the solid-state laser oscillator, it is preferable to apply the first to fifth harmonics of the fundamental wave.

代表的には、レーザー光として波長400nm以下のエキシマレーザ光や、YAGレーザの第2高調波、第3高調波を用いる。例えば、繰り返し周波数10Hz〜100MHz程度のパルスレーザー光を用い、当該レーザー光を光学系にて100〜500mJ/cm2に集光し、90〜95%のオーバーラップ率をもって照射し、セミアモルファスシリコン膜表面を走査させればよい。 Typically, excimer laser light having a wavelength of 400 nm or less or second harmonic and third harmonic of a YAG laser are used as the laser light. For example, a pulsed laser beam with a repetition frequency of about 10 Hz to 100 MHz is used, the laser beam is condensed to 100 to 500 mJ / cm 2 by an optical system, and irradiated with an overlap rate of 90 to 95%, and a semi-amorphous silicon film The surface may be scanned.

(実施の形態2)
タクトタイムの向上や、膜厚の均一性向上を図るため、チャンバーの外壁にヒータを設け、チャンバー内をホットウォール構造としたチャンバーを縦方向に重ねて配置したプラズマCVD装置を用いても同様にして成膜を行うことができる。
(Embodiment 2)
In order to improve tact time and improve film thickness uniformity, a plasma CVD apparatus in which a heater is provided on the outer wall of the chamber and a chamber with a hot wall structure inside the chamber is vertically stacked is used. Thus, film formation can be performed.

図3にホットウォール構造としたチャンバーの一例を示す。図3に示すチャンバー208aは、実施の形態1とヒータの設置位置が異なっており、チャンバーの外壁にヒータ226を設け、チャンバー内をホットウォール構造としている。   FIG. 3 shows an example of a chamber having a hot wall structure. The chamber 208a shown in FIG. 3 is different from the first embodiment in the heater installation position. A heater 226 is provided on the outer wall of the chamber, and the chamber has a hot wall structure.

図3において、208aは接地されたチャンバー、205aは高周波電源、221は原料ガスが電極内を通過する中空構造の第1の電極(上部電極、シャワー電極、高周波電極)、225は接地されている第2の電極(下部電極、接地電極)、206aは供給系、207aは排気系、206c207cはバルブである。 In FIG. 3, 208a is a grounded chamber, 205a is a high frequency power source, 221 is a hollow first electrode (upper electrode, shower electrode, high frequency electrode) through which the source gas passes through the electrode, and 225 is grounded. A second electrode (lower electrode, ground electrode), 206a is a supply system, 207a is an exhaust system, and 206c and 207c are valves.

なお、チャンバー構成に関する説明は、実施の形態1でも一部述べているので、同じ箇所は同一であるのでここでは詳細な説明を省略する。   In addition, since the description regarding the chamber structure is partly described in the first embodiment, the same portions are the same, and thus detailed description thereof is omitted here.

図3に示したチャンバーを縦方向に重ねて配置したプラズマCVD装置の一例の斜視図を図4に示し、上面図を図5に示す。   FIG. 4 shows a perspective view of an example of a plasma CVD apparatus in which the chambers shown in FIG. 3 are arranged in the vertical direction, and FIG. 5 shows a top view thereof.

図4および図5に示す成膜装置は、成膜室及び搬送室を有し、成膜室204a、204bの間に搬送室202bが配置され、搬送室202a、202bが隣接して配置された構造を有する。各成膜室には、縦方向に重ねて配置された10個のチャンバー208a、208bを具備し、各チャンバー208a、208bには、成膜ガスを供給する供給系206a、206b、排気ガスを排気する排気系207a、207b 及び電源205a、205bを具備する。   4 and 5 includes a film formation chamber and a transfer chamber, a transfer chamber 202b is disposed between the film formation chambers 204a and 204b, and the transfer chambers 202a and 202b are disposed adjacent to each other. It has a structure. Each film forming chamber is provided with ten chambers 208a and 208b arranged in the vertical direction, and each of the chambers 208a and 208b is supplied with a supply system 206a and 206b for supplying a film forming gas, and exhaust gas is exhausted. Exhaust systems 207a and 207b and power supplies 205a and 205b.

本装置は、各成膜室204a、204bにおいて、複数のチャンバー208a、208bの全ての供給系は、一つの供給源に接続されていることを特徴とする。同様に、複数のチャンバー208a、208bの全ての排気系は、一つの排気口に接続されていることを特徴とする。本特徴により、本装置では複数のチャンバー208a、208b を縦方向に重ねて配置しているにもかかわらず、供給系206a、206bと排気系207a、207bとを簡単に配置することができる。また、成膜室204a、204bには、各成膜室の圧力を減圧するための排気系(図示しない)が設けられている。チャンバー内の圧力と成膜室内の圧力とを制御することにより、成膜、及びチャンバー内のクリーニングを交互に行うことができ、効率良く成膜を行うことができる。   This apparatus is characterized in that in each of the film forming chambers 204a and 204b, all the supply systems of the plurality of chambers 208a and 208b are connected to one supply source. Similarly, all the exhaust systems of the plurality of chambers 208a and 208b are connected to one exhaust port. This feature makes it possible to easily arrange the supply systems 206a and 206b and the exhaust systems 207a and 207b in spite of the fact that the plurality of chambers 208a and 208b are vertically stacked in this apparatus. The film formation chambers 204a and 204b are provided with an exhaust system (not shown) for reducing the pressure in each film formation chamber. By controlling the pressure in the chamber and the pressure in the film formation chamber, film formation and cleaning in the chamber can be performed alternately, and film formation can be performed efficiently.

実施の形態1と同様に、珪化物気体(モノシラン、ジシラン、トリシランなど)とフッ素(或いはフッ化ハロゲンガス)を原料ガスとして導入し、プラズマを発生させて結晶構造を含む半導体膜を被処理基板に直接成膜することができる。   As in the first embodiment, a silicide gas (monosilane, disilane, trisilane, or the like) and fluorine (or halogen fluoride gas) are introduced as source gases, and plasma is generated to form a semiconductor film having a crystal structure. It is possible to form a film directly.

図5において、カセット室201a、201bには所望のサイズのガラス基板、プラスチック基板に代表される樹脂基板等の絶縁表面を有する基板がセットされる。基板の搬送方式として、図示する装置では水平搬送を採用するが、第五世代以降のメータ角の基板を用いる場合、搬送機の占有面積の低減を目的として、基板を縦置きにした縦形搬送を行ってもよい。   In FIG. 5, a substrate having an insulating surface such as a glass substrate of a desired size or a resin substrate typified by a plastic substrate is set in the cassette chambers 201a and 201b. As the substrate transfer method, horizontal transfer is adopted in the equipment shown in the figure, but when using a meter angle substrate of the fifth generation or later, vertical transfer with the substrate placed vertically is used for the purpose of reducing the area occupied by the transfer machine. You may go.

搬送室202a、202bの各々には、搬送機構(ロボットアーム)203a、203bが具備されている。搬送機構により、カセット室201a、201bにセットされた基板が各成膜室204a、204bに搬送される。そして、成膜室204a、204bのチャンバー208a、208bにおいて、搬送された基板の被処理面に対して所定の処理が行われる。また、図5において、搬送室が複数設けられているが、これは一つでもよい。   Each of the transfer chambers 202a and 202b is provided with transfer mechanisms (robot arms) 203a and 203b. The substrate set in the cassette chambers 201a and 201b is transferred to the film forming chambers 204a and 204b by the transfer mechanism. Then, in the chambers 208a and 208b of the film formation chambers 204a and 204b, predetermined processing is performed on the processing target surface of the transferred substrate. In FIG. 5, a plurality of transfer chambers are provided, but one transfer chamber may be provided.

ここでは、数十枚の基板を一度に処理するバッチ式装置を例示したが、基板を一枚ずつ処理する枚葉式装置に本発明を適用することもできる。   Here, a batch type apparatus that processes several tens of substrates at a time is illustrated, but the present invention can also be applied to a single wafer type apparatus that processes substrates one by one.

図4に示すように、複数のチャンバーを有する成膜装置で成膜することにより、同時に多数の基板に同条件で形成される膜を形成することができる。このため、基板間のバラツキを低減することが可能となり、歩留まりを向上させることができる。また、スループットを向上することもできる。   As shown in FIG. 4, by forming a film with a film forming apparatus having a plurality of chambers, films formed under the same conditions on a large number of substrates can be formed at the same time. For this reason, it becomes possible to reduce the variation between substrates, and to improve a yield. In addition, throughput can be improved.

また、本実施の形態は実施の形態1と自由に組み合わせることができる。   Further, this embodiment mode can be freely combined with Embodiment Mode 1.

以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。   The present invention having the above-described configuration will be described in more detail with the following examples.

本実施例では、逆スタガ型TFTをスイッチング素子とするアクティブマトリクス型液晶表示装置の作製方法を示す。なお、図6は作製工程の断面を示している。   In this embodiment, a method for manufacturing an active matrix liquid crystal display device using an inverted staggered TFT as a switching element will be described. FIG. 6 shows a cross section of the manufacturing process.

まず、基板610上に下地絶縁膜611を形成する。下地絶縁膜611として酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜(SiOxy)等の絶縁膜を用いることが好ましい。なお、基板610は、無アルカリガラス基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、反射型の液晶表示装置とする場合、単結晶シリコンなどの半導体基板、ステンレスなどの金属基板、またはセラミック基板の表面に絶縁層を設けた基板を適用しても良い。 First, a base insulating film 611 is formed over the substrate 610. As the base insulating film 611, an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film (SiO x N y ) is preferably used. Note that as the substrate 610, a non-alkali glass substrate, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature in this manufacturing process, or the like can be used. In the case of a reflective liquid crystal display device, a semiconductor substrate such as single crystal silicon, a metal substrate such as stainless steel, or a substrate provided with an insulating layer on the surface of a ceramic substrate may be applied.

次いで、下地絶縁膜611上に膜厚100〜600nmの導電膜を形成する。導電膜としては、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、クロム(Cr)、シリコン(Si)、スカンジウム(Sc)、Nd、Al、Cuから選ばれた元素、または前記元素を組み合わせた合金膜(代表的には、Mo―W合金、Mo―Ta合金)を用いることができる。   Next, a conductive film with a thickness of 100 to 600 nm is formed over the base insulating film 611. As the conductive film, an element selected from tantalum (Ta), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), chromium (Cr), silicon (Si), scandium (Sc), Nd, Al, Cu Alternatively, an alloy film (typically, a Mo—W alloy or a Mo—Ta alloy) in which the above elements are combined can be used.

次いで、フォトマスクを用いてレジストマスクを形成し、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いてエッチングを行う。このエッチング工程によって、導電膜をエッチングして、導電層612、640を得る。なお、導電層612はTFTのゲート電極となり、導電層640は端子電極となる。後の工程で薄い半導体膜を形成するため、カバレッジ不良が生じないように導電層の端面形状はテーパー形状となるようにエッチングすることが好ましい。なお、ここでは図示しないが、保持容量を形成するための容量電極または容量配線をも形成する。   Next, a resist mask is formed using a photomask, and etching is performed using a dry etching method or a wet etching method. Through this etching step, the conductive film is etched to obtain conductive layers 612 and 640. Note that the conductive layer 612 serves as a gate electrode of the TFT, and the conductive layer 640 serves as a terminal electrode. In order to form a thin semiconductor film in a later step, it is preferable to perform etching so that the end surface of the conductive layer has a tapered shape so that coverage failure does not occur. Although not shown here, a capacitor electrode or a capacitor wiring for forming a storage capacitor is also formed.

次いで、レジストマスクを除去した後、導電層を覆う絶縁膜613を形成する。絶縁膜613はプラズマCVD法またはスパッタ法を用いて得られる酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜(SiOxy)等の絶縁膜単層または積層膜を用い、厚さを50〜200nmとする。例えば、下層を窒化シリコン膜とし、上層を酸化シリコン膜とする積層構造としても良い。なお、絶縁膜613はTFTのゲート絶縁膜となる。勿論、ゲート絶縁膜は上記材料に限定されず、酸化タンタル膜などの他の絶縁膜を用いても良い。ただし、絶縁膜613の成膜温度で導電層612、640がダメージを受けないようにする。 Next, after removing the resist mask, an insulating film 613 is formed to cover the conductive layer. The insulating film 613 is a single layer or a stacked layer of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film (SiO x N y ) obtained by plasma CVD or sputtering, and has a thickness of 50 to 50. 200 nm. For example, a stacked structure in which the lower layer is a silicon nitride film and the upper layer is a silicon oxide film may be used. Note that the insulating film 613 serves as a gate insulating film of the TFT. Of course, the gate insulating film is not limited to the above materials, and other insulating films such as a tantalum oxide film may be used. Note that the conductive layers 612 and 640 are not damaged at the deposition temperature of the insulating film 613.

次いで、絶縁膜613上に50〜200nm(好ましくは100〜150nm)の厚さで結晶構造を含む半導体膜614aを、プラズマCVD法を用い、実施の形態に示す方法で全面に形成する。本実施例では、SiH4ガスとF2ガスを原料ガスに用いてセミアモルファスシリコン膜を成膜する。実施の形態に従えば、高速の成膜速度でセミアモルファス半導体膜を低温で直接成膜することができる。なお、得られたセミアモルファスシリコン膜中に含まれるC、N、Oのそれぞれの濃度は、3×1021/cm3以下、好ましくは3×1020/cm3以下とする。また、得られたセミアモルファスシリコン膜中に含まれる水素濃度は、1×1021/cm3であり、アモルファスシリコン膜と同程度である。 Next, a semiconductor film 614a including a crystal structure with a thickness of 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm) is formed over the entire surface of the insulating film 613 by a plasma CVD method according to the method described in Embodiment Mode. In this embodiment, a semi-amorphous silicon film is formed using SiH 4 gas and F 2 gas as source gases. According to the embodiment, the semi-amorphous semiconductor film can be directly formed at a low temperature at a high film formation rate. Note that the concentrations of C, N, and O contained in the obtained semi-amorphous silicon film are 3 × 10 21 / cm 3 or less, preferably 3 × 10 20 / cm 3 or less. The concentration of hydrogen contained in the obtained semi-amorphous silicon film is 1 × 10 21 / cm 3, which is about the same as that of the amorphous silicon film.

次いで、結晶構造を含む半導体膜614a上に絶縁膜を全面に形成した後、パターニングを行ってチャネル保護膜616を形成する。通常のフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行ってもよいし、導電層をマスクとする裏面露光法を用いて自己整合的にレジストマスクを形成してパターニングを行ってもよい。また、チャネル保護膜616としては、界面の清浄性を確保して、有機物や金属物、水蒸気などの不純物で半導体層が汚染されることを防ぐ効果を得るために、緻密な膜で形成することが好ましい。   Next, after an insulating film is formed over the entire surface of the semiconductor film 614 a including a crystal structure, patterning is performed to form a channel protective film 616. Patterning may be performed using a normal photolithography technique, or patterning may be performed by forming a resist mask in a self-aligning manner using a backside exposure method using a conductive layer as a mask. In addition, the channel protective film 616 is formed of a dense film in order to ensure the cleanliness of the interface and to prevent the semiconductor layer from being contaminated with impurities such as organic substances, metal substances, and water vapor. Is preferred.

次いで、半導体層をパターニングするため、フォトマスクを用いてレジストマスク615を形成する。(図6(A))次いで、エッチングを行い、TFTの活性層となる半導体層614bを形成する。   Next, a resist mask 615 is formed using a photomask in order to pattern the semiconductor layer. (FIG. 6A) Next, etching is performed to form a semiconductor layer 614b which becomes an active layer of the TFT.

次いで、レジストマスクを除去した後、一導電型(n型またはp型)の不純物元素を含有する非晶質半導体膜617を20〜80nmの厚さで形成する。一導電型(n型またはp型)を付与する不純物元素を含む非晶質半導体膜617は、プラズマCVD法やスパッタ法などの公知の方法で全面に形成する。なお、一導電型(n型またはp型)を付与する不純物元素を含む非晶質半導体膜に代えて、一導電型(n型またはp型)を付与する不純物元素を含むセミアモルファス半導体膜としてもよい。本実施例では、非晶質半導体膜617としてn型を付与する不純物元素(リン)を含む非晶質半導体膜を用い、n+層(オーミックコンタクト層)とも呼ぶ。本実施例では、CVD法により、SiH4ガスと水素ガスとPH3(0.2%希釈)ガスとを原料ガスとして非晶質半導体膜617を得る。 Next, after removing the resist mask, an amorphous semiconductor film 617 containing an impurity element of one conductivity type (n-type or p-type) is formed to a thickness of 20 to 80 nm. The amorphous semiconductor film 617 containing an impurity element imparting one conductivity type (n-type or p-type) is formed over the entire surface by a known method such as a plasma CVD method or a sputtering method. Note that instead of an amorphous semiconductor film containing an impurity element imparting one conductivity type (n-type or p-type), a semi-amorphous semiconductor film containing an impurity element imparting one conductivity type (n-type or p-type) is used. Also good. In this embodiment, an amorphous semiconductor film containing an impurity element imparting n-type (phosphorus) is used as the amorphous semiconductor film 617, which is also referred to as an n + layer (ohmic contact layer). In this embodiment, an amorphous semiconductor film 617 is obtained by CVD using SiH 4 gas, hydrogen gas, and PH 3 (0.2% diluted) gas as source gases.

次いで、金属材料からなる第1の導電膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。第1の導電膜の材料としては、非晶質半導体膜617とオーミックコンタクトのとれる金属材料であれば特に限定されず、Al、Cr、Ta、Tiから選ばれた元素、または前記元素を成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。本実施例ではスパッタ法を用い、第1の導電膜として、50〜150nmの厚さで形成したTi膜と、そのTi膜上に重ねてアルミニウム(Al)を300〜400nmの厚さで形成し、さらにその上にTi膜を100〜150nmの厚さで形成する。   Next, a first conductive film made of a metal material is formed by a sputtering method or a vacuum evaporation method. The material of the first conductive film is not particularly limited as long as it is a metal material that can be in ohmic contact with the amorphous semiconductor film 617, or an element selected from Al, Cr, Ta, and Ti, or the element as a component. Or an alloy film in which the above elements are combined. In this embodiment, a sputtering method is used to form a Ti film having a thickness of 50 to 150 nm as the first conductive film, and aluminum (Al) is formed to a thickness of 300 to 400 nm on the Ti film. Further, a Ti film is formed thereon with a thickness of 100 to 150 nm.

次に、フォトリソグラフィー工程を行い、レジストマスク621を形成し、エッチングにより不要な部分を除去して配線(後の工程によりソース配線及びドレイン電極となる)618a、618bを形成する。(図6(B))   Next, a photolithography process is performed to form a resist mask 621, and unnecessary portions are removed by etching to form wirings 618a and 618b (which will be source wirings and drain electrodes in a later process). (Fig. 6 (B))

次いで、レジストマスクをそのまま用いて、一導電型を付与する不純物元素を含む非晶質半導体膜をエッチングしてソース領域またはドレイン領域619a、619bを形成する。本実施例ではn+層をソース領域またはドレイン領域と呼ぶ。次いで、レジストマスクを除去する。(図6(C))   Next, using the resist mask as it is, the amorphous semiconductor film containing an impurity element imparting one conductivity type is etched to form source or drain regions 619a and 619b. In this embodiment, the n + layer is called a source region or a drain region. Next, the resist mask is removed. (Fig. 6 (C))

次いで、層間絶縁膜622を形成する。層間絶縁膜622としては、透光性を有する無機材料(酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど)、感光性または非感光性の有機材料(ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン)、またはこれらの積層などを用いる。また、層間絶縁膜622として用いることのできる他の材料膜は、塗布法によって得られるアルキル基を含むSiOx膜からなる絶縁膜、例えばシリカガラス、アルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化シルセスキオキサンポリマーなどである。シロキサン系ポリマーの一例としては、東レ製塗布絶縁膜材料であるPSB−K1、PSB−K31や触媒化成製塗布絶縁膜材料であるZRS-5PHが挙げられる。   Next, an interlayer insulating film 622 is formed. As the interlayer insulating film 622, a light-transmitting inorganic material (silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like), a photosensitive or non-photosensitive organic material (polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, resist, or benzocyclohexane) is used. Butene) or a laminate of these. Other material films that can be used as the interlayer insulating film 622 include insulating films made of SiOx films containing alkyl groups obtained by a coating method, such as silica glass, alkylsiloxane polymers, alkylsilsesquioxane polymers, hydrogenated films. Silsesquioxane polymers and the like. Examples of siloxane-based polymers include PSB-K1 and PSB-K31, which are Toray-made coating insulating film materials, and ZRS-5PH, which is a catalytic chemical-made coating insulating film material.

なお、必要がなければ、層間絶縁膜622は特に設けなくともよい。また、必要があれば保護膜を形成してもよい。   Note that the interlayer insulating film 622 is not necessarily provided if not necessary. Further, if necessary, a protective film may be formed.

次いで、フォトマスクを用いてレジストマスクを形成し、層間絶縁膜の一部をエッチングにより除去して開孔(コンタクトホール)を形成する。なお、開孔の底部は配線618a、618bに達している。なお、端子部においては、絶縁膜613の一部をも除去する。絶縁膜613の一部を除去する工程は、層間絶縁膜の形成前に行ってもよい。   Next, a resist mask is formed using a photomask, and part of the interlayer insulating film is removed by etching to form an opening (contact hole). Note that the bottoms of the openings reach the wirings 618a and 618b. Note that part of the insulating film 613 is also removed from the terminal portion. The step of removing part of the insulating film 613 may be performed before the formation of the interlayer insulating film.

次いで、レジストマスクを除去した後、全面に第2の導電膜を成膜する。次いでフォトマスクを用いて、第2の導電膜のパターニングを行い、画素電極623、端子電極644を形成する。(図6(D))本実施例では、透過型の液晶表示パネルを作製する場合であるので、インジウム錫酸化物(ITO)、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)などの透明導電膜を用い、画素電極623および端子電極644を形成する。 Next, after removing the resist mask, a second conductive film is formed over the entire surface. Next, the second conductive film is patterned using a photomask, so that the pixel electrode 623 and the terminal electrode 644 are formed. (FIG. 6D) In this embodiment, since a transmissive liquid crystal display panel is manufactured, indium tin oxide (ITO), indium tin oxide containing silicon oxide (ITSO), zinc oxide (ZnO) ) And a transparent conductive film such as tin oxide (SnO 2 ), and the pixel electrode 623 and the terminal electrode 644 are formed.

また、反射型の液晶表示パネルを作製する場合には、画素電極623および端子電極644をスパッタ法によりAg(銀)、Au(金)、Cu(銅)、W(タングステン)、Al(アルミニウム)等の光反射性を有する金属材料を用いて形成すればよい。   In the case of manufacturing a reflective liquid crystal display panel, Ag (silver), Au (gold), Cu (copper), W (tungsten), Al (aluminum) are formed on the pixel electrode 623 and the terminal electrode 644 by sputtering. For example, a metal material having light reflectivity such as the above may be used.

なお、図7に画素部の一部を拡大した上面図を示す。また、図7は画素電極の形成途中を示しており、左側の画素においては画素電極が形成されているが、右側の画素においては画素電極を形成していない状態を示している。図7において、実線A−A’で切断した図が、図6(D)の画素部の断面と対応しており、図6(D)と対応する箇所には同じ符号を用いている。また、容量配線631が設けてあり、保持容量は、ゲート絶縁膜を誘電体とし、画素電極623と、該画素電極と重なる容量配線631とで形成されている。   Note that FIG. 7 shows an enlarged top view of a part of the pixel portion. FIG. 7 shows a state where the pixel electrode is being formed. In the left pixel, the pixel electrode is formed, but in the right pixel, the pixel electrode is not formed. In FIG. 7, a diagram cut along a solid line A-A ′ corresponds to the cross section of the pixel portion in FIG. 6D, and the same reference numerals are used for portions corresponding to FIG. 6D. In addition, a capacitor wiring 631 is provided, and the storage capacitor is formed of a pixel electrode 623 and a capacitor wiring 631 overlapping with the pixel electrode using a gate insulating film as a dielectric.

以上の工程により、基板610上にボトムゲート型(逆スタガ型ともいう。)のTFTおよび画素電極が形成された液晶表示パネル用のTFT基板が完成する。   Through the above steps, a TFT substrate for a liquid crystal display panel in which a bottom-gate (also referred to as an inverted staggered) TFT and a pixel electrode are formed over a substrate 610 is completed.

本実施例では、一つのTFTにおいて、ソース領域およびドレイン領域の間に二つのチャネル形成領域を有した構造(ダブルゲート構造)となっている。本実施例の活性層はセミアモルファスシリコン膜であり、アモルファスシリコン膜に比べてTFTのオフ電流が増加する問題がある。そこで、本実施例では、この問題を解決するためにダブルゲート構造としている。なお、本実施例はダブルゲート構造に限定されることなく、オフ電流のバラツキをさらに低減するために、トリプルゲート構造等のマルチゲート構造としても構わない。また、開口率を向上させるためにシングルゲート構造としてもよい。   In this embodiment, one TFT has a structure (double gate structure) having two channel formation regions between a source region and a drain region. The active layer of this embodiment is a semi-amorphous silicon film, and there is a problem that the off-current of the TFT increases as compared with the amorphous silicon film. Therefore, in this embodiment, a double gate structure is used to solve this problem. Note that the present embodiment is not limited to the double gate structure, and a multi-gate structure such as a triple gate structure may be used in order to further reduce variation in off current. Further, a single gate structure may be used in order to improve the aperture ratio.

次いで、画素電極623を覆うように、配向膜624aを形成する。なお、配向膜624aは、液滴吐出法やスクリーン印刷法やオフセット印刷法を用いればよい。その後、配向膜624aの表面にラビング処理を行う。   Next, an alignment film 624 a is formed so as to cover the pixel electrode 623. Note that the alignment film 624a may be formed using a droplet discharge method, a screen printing method, or an offset printing method. Thereafter, a rubbing process is performed on the surface of the alignment film 624a.

そして、対向基板625には、着色層626a、遮光層(ブラックマトリクス)626b、及びオーバーコート層627からなるカラーフィルタを設け、さらに透明電極からなる対向電極と、その上に配向膜624bを形成する。そして、閉パターンであるシール材(図示しない)を液滴吐出法により画素部と重なる領域を囲むように形成する。ここでは液晶を滴下するため、閉パターンのシール材を描画する例を示すが、開口部を有するシールパターンを設け、TFT基板を貼りあわせた後に毛細管現象を用いて液晶を注入するディップ式(汲み上げ式)を用いてもよい。   The counter substrate 625 is provided with a color filter composed of a colored layer 626a, a light shielding layer (black matrix) 626b, and an overcoat layer 627, and a counter electrode composed of a transparent electrode and an alignment film 624b formed thereon. . Then, a sealing material (not shown) as a closed pattern is formed so as to surround a region overlapping with the pixel portion by a droplet discharge method. Here, an example of drawing a sealing material with a closed pattern for dripping liquid crystal is shown, but a dip type (pumping) is used in which a sealing pattern having an opening is provided and liquid crystal is injected using a capillary phenomenon after bonding the TFT substrate. Formula) may also be used.

次いで、気泡が入らないように減圧下で液晶の滴下を行い、両方の基板を貼り合わせる。閉ループのシールパターン内に液晶を1回若しくは複数回滴下する。液晶の配向モードとしては、液晶分子の配列が光の入射から出射に向かって90°ツイスト配向したTNモードを用いる場合が多い。TNモードの液晶表示装置を作製する場合には、基板のラビング方向が直交するように貼り合わせる。   Next, liquid crystal is dropped under reduced pressure so that bubbles do not enter, and both substrates are bonded together. The liquid crystal is dropped once or a plurality of times in the closed loop seal pattern. As the alignment mode of the liquid crystal, a TN mode in which the alignment of liquid crystal molecules is twisted by 90 ° from the incident light to the emitted light is often used. When a TN mode liquid crystal display device is manufactured, the substrates are bonded so that the rubbing directions of the substrates are orthogonal.

なお、一対の基板間隔は、球状のスペーサを散布したり、樹脂からなる柱状のスペーサを形成したり、シール材にフィラーを含ませることによって維持すればよい。上記柱状のスペーサは、アクリル、ポリイミド、ポリイミドアミド、エポキシの少なくとも1つを主成分とする有機樹脂材料、もしくは酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素のいずれか一種の材料、或いはこれらの積層膜からなる無機材料であることを特徴としている。   Note that the distance between the pair of substrates may be maintained by spraying spherical spacers, forming columnar spacers made of resin, or including a filler in the sealing material. The columnar spacer is made of an organic resin material mainly containing at least one of acrylic, polyimide, polyimide amide, and epoxy, or any one of silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride, or a laminated film thereof. It is characterized by being an inorganic material.

次いで、基板の分断を行う。多面取りの場合、それぞれのパネルを分断する。また、1面取りの場合、予めカットされている対向基板を貼り合わせることによって、分断工程を省略することもできる。   Next, the substrate is divided. In case of multi-chamfering, each panel is divided. In the case of one-sided chamfering, the dividing step can be omitted by attaching a counter substrate that has been cut in advance.

そして、異方性導電体層645を介し、公知の技術を用いてFPC646を貼りつける。以上の工程で液晶モジュールが完成する。(図6(E))また、必要があれば光学フィルムを貼り付ける。透過型の液晶表示装置とする場合、偏光板は、アクティブマトリクス基板と対向基板の両方に貼り付ける。   Then, the FPC 646 is attached through the anisotropic conductor layer 645 using a known technique. The liquid crystal module is completed through the above steps. (FIG. 6E) If necessary, an optical film is attached. In the case of a transmissive liquid crystal display device, the polarizing plate is attached to both the active matrix substrate and the counter substrate.

以上示したように、本実施例では、活性層となるセミアモルファスシリコン膜をプラズマCVD法で成膜温度300℃、成膜速度5nm/min〜20nm/minを実現し、低温、且つ、短時間で成膜することによりコストの低減、および工程時間の短縮を図ることができる。また、1辺が1000mmを超える第5世代以降のガラス基板を用いても、容易に液晶表示パネルを製造することができる。   As described above, in this embodiment, a semi-amorphous silicon film serving as an active layer is formed by a plasma CVD method at a film forming temperature of 300 ° C. and a film forming speed of 5 nm / min to 20 nm / min. By forming a film with this, the cost can be reduced and the process time can be shortened. Moreover, even if it uses the glass substrate after the 5th generation in which one side exceeds 1000 mm, a liquid crystal display panel can be manufactured easily.

本実施例では、チャネルエッチ型のTFTを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置の作製例を示す。なお、図8は本実施例の作製工程の断面を示している。   In this embodiment, an example of manufacturing an active matrix liquid crystal display device using a channel etch type TFT will be described. FIG. 8 shows a cross section of a manufacturing process of this embodiment.

まず、実施例1と同様に、基板510上に下地絶縁膜511、導電層512、端子部に伸びる配線540を形成し、さらにゲート絶縁膜となる絶縁膜513を形成する。   First, as in Example 1, a base insulating film 511, a conductive layer 512, and a wiring 540 extending to a terminal portion are formed over a substrate 510, and an insulating film 513 to be a gate insulating film is formed.

次いで、半導体膜514a、n+層515aを積層形成する。半導体膜514aは、実施の形態1または実施の形態2に示した成膜方法で得られるセミアモルファス半導体膜を用いる。また、n+層515aは、シランガスとフォスフィンガスを用いたPCVD法で形成すれば良く、アモルファス半導体膜、或いはセミアモルファス半導体膜で形成することができる。なお、PCVD法を用いてゲート絶縁膜513、半導体膜514a、n+層515aを大気にさらすことなく連続的に成膜することも可能である。大気に曝さないようにすることで不純物の混入を防止できる。   Next, a semiconductor film 514a and an n + layer 515a are stacked. As the semiconductor film 514a, a semi-amorphous semiconductor film obtained by the deposition method described in Embodiment 1 or 2 is used. The n + layer 515a may be formed by a PCVD method using silane gas and phosphine gas, and can be formed of an amorphous semiconductor film or a semi-amorphous semiconductor film. Note that the gate insulating film 513, the semiconductor film 514a, and the n + layer 515a can be formed continuously without being exposed to the air by using a PCVD method. By not exposing to the atmosphere, contamination of impurities can be prevented.

次いで、半導体層をパターニングするためのマスク517をフォトマスクを用いて形成する。(図8(A))   Next, a mask 517 for patterning the semiconductor layer is formed using a photomask. (Fig. 8 (A))

次いで、マスク517で覆われた領域以外の半導体膜514aおよびn+層515aをドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去して活性層となる半導体層を形成する。   Next, the semiconductor film 514a and the n + layer 515a other than the region covered with the mask 517 are removed by dry etching or wet etching to form a semiconductor layer serving as an active layer.

次いで、マスク517を除去した後、絶縁膜513を選択的に除去するためのマスク521をフォトマスクを用いて形成する。次いで、マスク521で覆われた領域以外の絶縁膜513をドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去して開孔(コンタクトホール)を形成する。(図8(B))   Next, after the mask 517 is removed, a mask 521 for selectively removing the insulating film 513 is formed using a photomask. Next, the insulating film 513 other than the region covered with the mask 521 is removed by dry etching or wet etching to form an opening (contact hole). (Fig. 8 (B))

次いで、マスクを除去した後、金属材料からなる第1の導電膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。第1の導電膜の材料としては、非晶質半導体膜515aとオーミックコンタクトのとれる金属材料であれば特に限定されず、Al、Cr、Ta、Tiから選ばれた元素、または前記元素を成分とする合金か、前記元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。本実施例ではスパッタ法を用い、第1の導電膜として、50〜150nmの厚さで形成したTi膜と、そのTi膜上に重ねてアルミニウム(Al)を300〜400nmの厚さで形成し、さらにその上にTi膜を100〜150nmの厚さで形成する。   Next, after removing the mask, a first conductive film made of a metal material is formed by a sputtering method or a vacuum evaporation method. The material of the first conductive film is not particularly limited as long as it is a metal material that can be in ohmic contact with the amorphous semiconductor film 515a, and an element selected from Al, Cr, Ta, Ti, or the element as a component. Or an alloy film in which the above elements are combined. In this embodiment, a sputtering method is used to form a Ti film having a thickness of 50 to 150 nm as the first conductive film, and aluminum (Al) is formed to a thickness of 300 to 400 nm on the Ti film. Further, a Ti film is formed thereon with a thickness of 100 to 150 nm.

次に、フォトリソグラフィー工程を行ってマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去して配線516、541を形成する。(図8(C))   Next, a mask is formed by performing a photolithography process, and unnecessary portions are removed by etching to form wirings 516 and 541. (Fig. 8 (C))

次いで、ゲート電極である導電層512と絶縁膜513を介して重なる半導体層の一部を除去するためのマスクを形成し、エッチングを行う。エッチングにより、導電層512と絶縁膜513を介して重なる一部が除去された半導体層514cを形成すると同時にn+層519a、519bと、配線(後の工程によりソース配線及びドレイン電極となる)518a、518bを形成する。この段階でチャネルエッチ型のTFTが完成する。   Next, a mask for removing part of the semiconductor layer which overlaps with the conductive layer 512 which is a gate electrode through the insulating film 513 is formed, and etching is performed. By etching, a semiconductor layer 514c from which part of the conductive layer 512 and the insulating film 513 are removed is formed, and at the same time, n + layers 519a and 519b, wirings (which become source wirings and drain electrodes in a later step) 518a, 518b is formed. At this stage, a channel etch type TFT is completed.

次いで、層間絶縁膜522を形成する。層間絶縁膜522としては、透光性を有する無機材料、感光性または非感光性の有機材料、塗布法によって得られるアルキル基を含むSiOx膜からなる絶縁膜、またはこれらの積層などを用いる。   Next, an interlayer insulating film 522 is formed. As the interlayer insulating film 522, a light-transmitting inorganic material, a photosensitive or non-photosensitive organic material, an insulating film made of an SiOx film containing an alkyl group obtained by a coating method, or a stacked layer thereof is used.

なお、必要がなければ、層間絶縁膜522は特に設けなくともよい。また、必要があれば層間絶縁膜522を形成する前に保護膜を形成してもよい。   Note that the interlayer insulating film 522 is not necessarily provided if not necessary. Further, if necessary, a protective film may be formed before the interlayer insulating film 522 is formed.

次いで、フォトマスクを用いてレジストマスクを形成し、層間絶縁膜の一部をエッチングにより除去して開孔(コンタクトホール)を形成する。なお、開孔の底部は配線518a、518b、541に達している。   Next, a resist mask is formed using a photomask, and part of the interlayer insulating film is removed by etching to form an opening (contact hole). Note that the bottoms of the openings reach the wirings 518a, 518b, and 541.

次いで、レジストマスクを除去した後、全面に第2の導電膜を成膜する。次いでフォトマスクを用いて、第2の導電膜のパターニングを行い、画素電極523、端子電極544を形成する。(図8(D)) Next, after removing the resist mask, a second conductive film is formed over the entire surface. Next, the second conductive film is patterned using a photomask to form the pixel electrode 523 and the terminal electrode 544. (Fig. 8 (D))

以上の工程により、基板510上にボトムゲート型(逆スタガ型ともいう。)のTFTおよび画素電極が形成された液晶表示パネル用のTFT基板が完成する。   Through the above steps, a TFT substrate for a liquid crystal display panel in which a bottom-gate (also referred to as an inverted staggered) TFT and a pixel electrode are formed over the substrate 510 is completed.

以降の工程は、実施例1と同様に行えばよい。本実施例は実施例1とTFT構造が異なるだけで他の構成は同一である。   The subsequent steps may be performed in the same manner as in the first embodiment. This embodiment is the same as the first embodiment except for the TFT structure.

次いで、画素電極523を覆うように、配向膜524aを形成する。なお、配向膜524aは、液滴吐出法やスクリーン印刷法やオフセット印刷法を用いればよい。その後、配向膜524aの表面にラビング処理を行う。   Next, an alignment film 524a is formed so as to cover the pixel electrode 523. Note that the alignment film 524a may be formed using a droplet discharge method, a screen printing method, or an offset printing method. Thereafter, a rubbing process is performed on the surface of the alignment film 524a.

そして、対向基板525には、着色層526a、遮光層(ブラックマトリクス)526b、及びオーバーコート層527からなるカラーフィルタを設け、さらに透明電極からなる対向電極と、その上に配向膜524bを形成する。そして、閉パターンであるシール材(図示しない)を液滴吐出法により画素部と重なる領域を囲むように形成する。   The counter substrate 525 is provided with a color filter composed of a colored layer 526a, a light shielding layer (black matrix) 526b, and an overcoat layer 527, and a counter electrode composed of a transparent electrode and an alignment film 524b formed thereon. . Then, a sealing material (not shown) as a closed pattern is formed so as to surround a region overlapping with the pixel portion by a droplet discharge method.

次いで、気泡が入らないように減圧下で液晶の滴下を行い、両方の基板を貼り合わせる。なお、一対の基板間隔は、球状のスペーサを散布したり、樹脂からなる柱状のスペーサを形成したり、シール材にフィラーを含ませることによって維持すればよい。次いで、基板の分断を行う。   Next, liquid crystal is dropped under reduced pressure so that bubbles do not enter, and both substrates are bonded together. Note that the distance between the pair of substrates may be maintained by spraying spherical spacers, forming columnar spacers made of resin, or including a filler in the sealing material. Next, the substrate is divided.

そして、異方性導電体層545を介し、公知の技術を用いてFPC546を貼りつける。以上の工程で液晶モジュールが完成する。(図8(E))   Then, the FPC 546 is attached through the anisotropic conductor layer 545 using a known technique. The liquid crystal module is completed through the above steps. (Fig. 8 (E))

本実施例では、実施の形態1、実施の形態2、または実施例1と自由に組み合わせることができる。   This embodiment can be freely combined with Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, or Example 1.

本実施例では、反射型の液晶表示装置の作製例を図9に示す。   In this embodiment, an example of manufacturing a reflective liquid crystal display device is shown in FIGS.

TFTの作製工程の途中までは実施例2と同一であるため、ここでは詳細な説明は省略する。なお、層間絶縁膜を形成する前までの工程は、実施例2と同一である。   Since the process up to the middle of the TFT manufacturing process is the same as that of the second embodiment, detailed description thereof is omitted here. The steps up to the formation of the interlayer insulating film are the same as those in the second embodiment.

まず、実施例2と同様に、基板上に下地絶縁膜、導電層、端子部に伸びる配線を形成し、さらにゲート絶縁膜となる絶縁膜を形成する。次いで、半導体膜、n+層を積層形成する。なお、半導体膜は、実施の形態1または実施の形態2に示した成膜方法で得られるセミアモルファス半導体膜を用いる。次いで、半導体層をパターニングするためのマスクをフォトマスクを用いて形成する。次いで、マスクで覆われた領域以外の半導体膜およびn+層をドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去して活性層となる半導体層を形成する。次いで、マスクを除去した後、絶縁膜を選択的に除去するためのマスクをフォトマスクを用いて形成する。次いで、マスクで覆われた領域以外の絶縁膜をドライエッチングまたはウェットエッチングにより除去して開孔(コンタクトホール)を形成する。次いで、マスクを除去した後、金属材料からなる第1の導電膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。次に、フォトリソグラフィー工程を行ってマスクを形成し、エッチングにより不要な部分を除去して配線を形成する。次いで、ゲート電極である導電層と絶縁膜を介して重なる半導体層の一部を除去するためのマスクを形成し、エッチングを行う。このエッチングにより、導電層と絶縁膜を介して重なる一部が除去された半導体層714を形成すると同時にn+層719a、719bと、配線(後の工程によりソース配線及びドレイン電極となる)718a、718bを形成する。   First, as in Example 2, a base insulating film, a conductive layer, and a wiring extending to a terminal portion are formed on a substrate, and an insulating film to be a gate insulating film is formed. Next, a semiconductor film and an n + layer are stacked. Note that as the semiconductor film, a semi-amorphous semiconductor film obtained by the deposition method described in Embodiment 1 or 2 is used. Next, a mask for patterning the semiconductor layer is formed using a photomask. Next, the semiconductor film other than the region covered with the mask and the n + layer are removed by dry etching or wet etching to form a semiconductor layer to be an active layer. Next, after removing the mask, a mask for selectively removing the insulating film is formed using a photomask. Next, the insulating film other than the region covered with the mask is removed by dry etching or wet etching to form an opening (contact hole). Next, after removing the mask, a first conductive film made of a metal material is formed by a sputtering method or a vacuum evaporation method. Next, a photolithography process is performed to form a mask, and unnecessary portions are removed by etching to form wiring. Next, a mask for removing a part of the semiconductor layer which overlaps with the conductive layer which is the gate electrode through the insulating film is formed, and etching is performed. By this etching, a semiconductor layer 714 from which part of the conductive layer and the insulating film are removed is formed, and at the same time, n + layers 719a and 719b and wirings (which will become source wirings and drain electrodes in a later step) 718a and 718b Form.

次いで、層間絶縁膜722aを形成する。層間絶縁膜722aは感光性化合物を含む有機樹脂を用いる。第1のマスクによって露光現像を行い、コンタクトホールを形成した後、遮光パターン721が配置された第2のマスクを用いて露光を行う。(図9(B))なお、2回目の露光量を少なくすることで深さの浅い領域のみを感光させる。また、少なくとも遮光パターンの一部はコンタクトホールの部分と重なるようにする。   Next, an interlayer insulating film 722a is formed. The interlayer insulating film 722a is formed using an organic resin containing a photosensitive compound. After exposure and development using the first mask to form contact holes, exposure is performed using the second mask on which the light shielding pattern 721 is disposed. (FIG. 9B) Note that only a shallow region is exposed by reducing the exposure amount for the second time. At least a part of the light shielding pattern overlaps with the contact hole.

次いで、現像を行って表面に凹凸を有する層間絶縁膜722bを形成する。。(図9(C))露光時の光散乱のため、層間絶縁膜722b表面に凹凸が形成される   Next, development is performed to form an interlayer insulating film 722b having unevenness on the surface. . (FIG. 9C) Concavities and convexities are formed on the surface of the interlayer insulating film 722b due to light scattering during exposure.

次いで、画素電極723および端子電極744をスパッタ法または蒸着法によりAl(アルミニウム)、Ag(銀)、Au(金)、Cu(銅)、W(タングステン)等の光反射性を有する金属材料を用いて形成した後、パターニングする。画素部においては、層間絶縁膜の凹凸に沿って形成されるため、画素電極723の表面は凹凸が形成される。この画素電極723表面の凹凸により、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させる。なお、凹凸の大きさは均一である例を示したが、特に限定されず、凹凸の大きさはランダムであるほうが、より反射光を散乱させるため望ましい。また、径方向の断面が多角形であってもよいし、左右対称でない形状であってもよい。   Next, a metal material having light reflectivity such as Al (aluminum), Ag (silver), Au (gold), Cu (copper), W (tungsten) is formed on the pixel electrode 723 and the terminal electrode 744 by sputtering or vapor deposition. After forming, patterning is performed. Since the pixel portion is formed along the unevenness of the interlayer insulating film, the surface of the pixel electrode 723 is uneven. The unevenness of the surface of the pixel electrode 723 prevents specular reflection and increases the whiteness by scattering the reflected light. Although the example in which the size of the unevenness is uniform has been shown, it is not particularly limited, and it is desirable that the size of the unevenness is random because scattered light is scattered more. Further, the cross section in the radial direction may be a polygon or a shape that is not symmetrical.

以上の工程により、基板上にボトムゲート型(逆スタガ型ともいう。)のTFTおよび反射電極が形成された液晶表示パネル用のTFT基板が完成する。   Through the above steps, a TFT substrate for a liquid crystal display panel in which a bottom gate type (also referred to as an inverted stagger type) TFT and a reflective electrode are formed on the substrate is completed.

次いで、画素電極723を覆うように、配向膜724aを形成する。なお、配向膜724aは、液滴吐出法やスクリーン印刷法やオフセット印刷法を用いればよい。その後、配向膜724aの表面にラビング処理を行う。   Next, an alignment film 724 a is formed so as to cover the pixel electrode 723. Note that the alignment film 724a may be formed using a droplet discharge method, a screen printing method, or an offset printing method. Thereafter, a rubbing process is performed on the surface of the alignment film 724a.

そして、対向基板725には、着色層726a、遮光層(ブラックマトリクス)726b、及びオーバーコート層727からなるカラーフィルタを設け、さらに透明電極からなる対向電極と、その上に配向膜724bを形成する。そして、閉パターンであるシール材(図示しない)を液滴吐出法により画素部と重なる領域を囲むように形成する。   The counter substrate 725 is provided with a color filter composed of a colored layer 726a, a light shielding layer (black matrix) 726b, and an overcoat layer 727, and a counter electrode composed of a transparent electrode and an alignment film 724b formed thereon. . Then, a sealing material (not shown) as a closed pattern is formed so as to surround a region overlapping with the pixel portion by a droplet discharge method.

次いで、気泡が入らないように減圧下で液晶の滴下を行い、両方の基板を貼り合わせる。なお、一対の基板間隔は、球状のスペーサを散布したり、樹脂からなる柱状のスペーサを形成したり、シール材にフィラーを含ませることによって維持すればよい。次いで、基板の分断を行う。   Next, liquid crystal is dropped under reduced pressure so that bubbles do not enter, and both substrates are bonded together. Note that the distance between the pair of substrates may be maintained by spraying spherical spacers, forming columnar spacers made of resin, or including a filler in the sealing material. Next, the substrate is divided.

そして、異方性導電体層745を介し、公知の技術を用いてFPC746を貼りつける。以上の工程で液晶モジュールが完成する。(図9(D))反射型の液晶表示装置とする場合であるので、偏光板などの光学フィルムは、対向基板の側のみに貼り付ける。   Then, the FPC 746 is attached using a known technique through the anisotropic conductor layer 745. The liquid crystal module is completed through the above steps. (FIG. 9D) Since this is a reflective liquid crystal display device, an optical film such as a polarizing plate is attached only to the counter substrate side.

本実施例では、実施の形態1、実施の形態2、実施例1、または実施例2と自由に組み合わせることができる。   This embodiment can be freely combined with Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, Embodiment Mode 1, or Example 2.

本実施例では、液晶滴下に液滴吐出法を用いる例を示す。本実施例では、大面積基板を用い、パネル4枚取りの作製例を図10に示す。   In this embodiment, an example in which a droplet discharge method is used for liquid crystal dropping is described. In this embodiment, a large-area substrate is used and an example of manufacturing four panels is shown in FIG.

図10(A)は、ディスペンサ(またはインクジェット)による液晶層形成の途中の断面図を示しており、シール材1112で囲まれた画素部1111を覆うように液晶材料1114を液滴吐出装置1116のノズル1118から吐出、噴射、または滴下させている。液滴吐出装置1116は、図10(A)中の矢印方向に移動させる。なお、ここではノズル1118を移動させた例を示したが、ノズルを固定し、基板を移動させることによって液晶層を形成してもよい。 FIG. 10A is a cross-sectional view in the middle of forming a liquid crystal layer by a dispenser (or ink jet). A liquid crystal material 1114 is applied to a droplet discharge device 1116 so as to cover a pixel portion 1111 surrounded by a sealant 1112 . The nozzle 1118 discharges, jets, or drops. The droplet discharge device 1116 is moved in the direction of the arrow in FIG. Although the example in which the nozzle 1118 is moved is shown here, the liquid crystal layer may be formed by fixing the nozzle and moving the substrate.

また、図10(B)には斜視図を示している。シール1112で囲まれた領域のみに選択的に液晶材料1114を吐出、噴射、または滴下させ、ノズル走査方向1113に合わせて滴下面1115が移動している様子を示している。   FIG. 10B shows a perspective view. A state is shown in which the liquid crystal material 1114 is selectively ejected, jetted, or dropped only in a region surrounded by the seal 1112, and the dropping surface 1115 moves in accordance with the nozzle scanning direction 1113.

また、図10(A)の点線で囲まれた部分1119を拡大した断面図が図10(C)、図10(D)である。液晶材料の粘性が高い場合は、連続的に吐出され、図10(C)のように繋がったまま付着される。一方、液晶材料の粘性が低い場合には、間欠的に吐出され、図10(D)に示すように液滴が滴下される。   10C and 10D are enlarged cross-sectional views of a portion 1119 surrounded by a dotted line in FIG. When the viscosity of the liquid crystal material is high, the liquid crystal material is continuously discharged and attached while being connected as shown in FIG. On the other hand, when the viscosity of the liquid crystal material is low, the liquid crystal material is discharged intermittently, and droplets are dropped as shown in FIG.

なお、図10(C)中、1120は逆スタガ型TFT、1121は画素電極をそれぞれ指している。画素部1111は、マトリクス状に配置された画素電極と、該画素電極と接続されているスイッチング素子、ここでは逆スタガ型TFTと、保持容量(図示しない)とで構成されている。   In FIG. 10C, reference numeral 1120 denotes an inverted staggered TFT, and 1121 denotes a pixel electrode. The pixel portion 1111 includes pixel electrodes arranged in a matrix, switching elements connected to the pixel electrodes, here inverted staggered TFTs, and a storage capacitor (not shown).

ここで、図11(A)〜図11(D)を用いて、パネル作製の流れを以下に説明する。   Here, the flow of panel manufacture will be described below with reference to FIGS.

まず、絶縁表面に画素部1034が形成された第1基板1035を用意する。第1基板1035は、予め、配向膜の形成、ラビング処理、球状スペーサ散布、或いは柱状スペーサ形成、またはカラーフィルタの形成などを行っておく。次いで、図11(A)に示すように、不活性気体雰囲気または減圧下で第1基板1035上にディスペンサ装置またはインクジェット装置でシール材1032を所定の位置(画素部1034を囲むパターン)に形成する。半透明なシール材1032としてはフィラー(直径6μm〜24μm)を含み、且つ、粘度40〜400Pa・sのものを用いる。なお、後に接する液晶に溶解しないシール材料を選択することが好ましい。シール材としては、アクリル系光硬化樹脂やアクリル系熱硬化樹脂を用いればよい。また、簡単なシールパターンであるのでシール材32は、印刷法で形成することもできる。   First, a first substrate 1035 having a pixel portion 1034 formed on an insulating surface is prepared. The first substrate 1035 is previously subjected to formation of an alignment film, rubbing treatment, spherical spacer dispersion, columnar spacer formation, or color filter formation. Next, as illustrated in FIG. 11A, a sealant 1032 is formed at a predetermined position (a pattern surrounding the pixel portion 1034) with a dispenser device or an inkjet device over the first substrate 1035 in an inert gas atmosphere or under reduced pressure. . The translucent sealing material 1032 includes a filler (diameter: 6 μm to 24 μm) and a viscosity of 40 to 400 Pa · s. It is preferable to select a sealing material that does not dissolve in the liquid crystal that comes into contact later. As the sealing material, an acrylic photo-curing resin or an acrylic thermosetting resin may be used. Moreover, since it is a simple sealing pattern, the sealing material 32 can also be formed by a printing method.

次いで、シール材1032に囲まれた領域に液晶1033をインクジェット法により滴下する。(図11(B))液晶1033としては、インクジェット法によって吐出可能な粘度を有する公知の液晶材料を用いればよい。また、液晶材料は温度を調節することによって粘度を設定することができるため、インクジェット法に適している。インクジェット法により無駄なく必要な量だけの液晶1033をシール材1032に囲まれた領域に保持することができる。   Next, a liquid crystal 1033 is dropped in a region surrounded by the sealant 1032 by an ink jet method. (FIG. 11B) As the liquid crystal 1033, a known liquid crystal material having a viscosity that can be discharged by an inkjet method may be used. In addition, since the viscosity of the liquid crystal material can be set by adjusting the temperature, it is suitable for the ink jet method. A necessary amount of the liquid crystal 1033 can be held in a region surrounded by the sealant 1032 without waste by an inkjet method.

次いで、画素部1034が設けられた第1基板1035と、対向電極や配向膜が設けられた第2基板1031とを気泡が入らないように減圧下で貼りあわせる。(図11(C))ここでは、貼りあわせると同時に紫外線照射や熱処理を行って、シール材1032を硬化させる。なお、紫外線照射に加えて、熱処理を行ってもよい。   Next, the first substrate 1035 provided with the pixel portion 1034 and the second substrate 1031 provided with the counter electrode and the alignment film are attached under reduced pressure so that bubbles do not enter. Here, the sealing material 1032 is cured by performing ultraviolet irradiation and heat treatment at the same time as bonding. In addition to ultraviolet irradiation, heat treatment may be performed.

また、図12に貼り合わせ時または貼り合わせ後に紫外線照射や熱処理が可能な貼り合わせ装置の例を示す。   FIG. 12 shows an example of a bonding apparatus capable of performing ultraviolet irradiation or heat treatment at the time of bonding or after bonding.

図12中、1041は第1基板支持台、1042は第2基板支持台、1044は窓、1048は下側定盤、1049は光源である。なお、図12において、図11と対応する部分は同一の符号を用いている。   In FIG. 12, reference numeral 1041 denotes a first substrate support, 1042 denotes a second substrate support, 1044 denotes a window, 1048 denotes a lower surface plate, and 1049 denotes a light source. In FIG. 12, the same reference numerals are used for portions corresponding to those in FIG.

下側定盤1048は加熱ヒータが内蔵されており、シール材を硬化させる。また、第2基板支持台には窓1044が設けられており、光源1049からの紫外光などを通過させるようになっている。ここでは図示していないが窓1044を通して基板の位置アライメントを行う。また、対向基板となる第2の基板1031は予め、所望のサイズに切断しておき、台1042に真空チャックなどで固定しておく。図12(A)は貼り合わせ前の状態を示している。   The lower surface plate 1048 incorporates a heater and hardens the sealing material. The second substrate support is provided with a window 1044 so that ultraviolet light or the like from the light source 1049 can pass therethrough. Although not shown here, the substrate is aligned through the window 1044. In addition, the second substrate 1031 to be the counter substrate is cut into a desired size in advance and fixed to the table 1042 with a vacuum chuck or the like. FIG. 12A shows a state before bonding.

貼り合わせ時には、第1基板支持台と第2基板支持台とを下降させた後、圧力をかけて第1基板1035と第2基板1031を貼り合わせ、そのまま紫外光を照射することによって硬化させる。貼り合わせ後の状態を図12(B)に示す。 At the time of bonding, after lowering the first substrate support base and the second substrate support base, pressure is applied to bond the first substrate 1035 and the second substrate 1031 together, and curing is performed by irradiating ultraviolet light as it is. The state after pasting is shown in FIG.

次いで、スクライバー装置、ブレイカー装置、ロールカッターなどの切断装置を用いて第1基板1035を切断する。(図11(D))こうして、1枚の基板から4つのパネルを作製することができる。そして、公知の技術を用いてFPCを貼りつける。   Next, the first substrate 1035 is cut using a cutting device such as a scriber device, a breaker device, or a roll cutter. (FIG. 11D) Thus, four panels can be manufactured from one substrate. Then, the FPC is pasted using a known technique.

なお、第1基板1035、第2基板1031としてはガラス基板、またはプラスチック基板を用いることができる。 The first substrate 1035, as the second substrate 1031 may be a glass substrate or a plastic substrate.

以上の工程によって得られた液晶モジュールの上面図を図13(A)に示すとともに、他の液晶モジュールの上面図の例を図13(B)に示す。   FIG. 13A shows a top view of the liquid crystal module obtained through the above steps, and FIG. 13B shows an example of a top view of another liquid crystal module.

図13(A)中、1201は、アクティブマトリクス基板、1206は対向基板、1204は画素部、1207はシール材、1205はFPCである。なお、液晶を液滴吐出法により吐出させ、減圧下で一対の基板1201、1206をシール材1207で貼り合わせている。   In FIG. 13A, reference numeral 1201 denotes an active matrix substrate, 1206 denotes a counter substrate, 1204 denotes a pixel portion, 1207 denotes a sealing material, and 1205 denotes an FPC. Note that liquid crystal is discharged by a droplet discharge method, and a pair of substrates 1201 and 1206 are attached to each other with a sealant 1207 under reduced pressure.

セミアモルファスシリコン膜からなる活性層を有するTFTを用いた場合、駆動回路の一部を作製することもでき、図13(B)のような液晶モジュールを作製することができる。なお、セミアモルファスシリコン膜からなる活性層を有するTFTで形成できない駆動回路は、ICチップ(図示しない)を実装する。   In the case of using a TFT having an active layer made of a semi-amorphous silicon film, a part of a driver circuit can be manufactured, and a liquid crystal module as shown in FIG. 13B can be manufactured. Note that an IC chip (not shown) is mounted on a drive circuit that cannot be formed by a TFT having an active layer made of a semi-amorphous silicon film.

図13(B)中、1211は、アクティブマトリクス基板、1216は対向基板、1212はソース信号線駆動回路、1213はゲート信号線駆動回路、1214は画素部、1217は第1シール材、1215はFPCである。なお、液晶を液滴吐出法により吐出させ、一対の基板1211、1216を第1シール材1217および第2シール材で貼り合わせている。駆動回路部1212、1213には液晶は不要であるため、画素部1214のみに液晶を保持させており、第2シール材1218はパネル全体の補強のために設けられている。   In FIG. 13B, reference numeral 1211 denotes an active matrix substrate, 1216 denotes a counter substrate, 1212 denotes a source signal line driver circuit, 1213 denotes a gate signal line driver circuit, 1214 denotes a pixel portion, 1217 denotes a first sealant, and 1215 denotes an FPC. It is. Note that liquid crystal is discharged by a droplet discharge method, and the pair of substrates 1211 and 1216 are bonded to each other with the first sealant 1217 and the second sealant. Since the driver circuit portions 1212 and 1213 do not require liquid crystal, only the pixel portion 1214 holds the liquid crystal, and the second sealant 1218 is provided to reinforce the entire panel.

また、得られた液晶モジュールにバックライト1304、導光板1305を設け、カバー1306で覆えば、図14にその断面図の一部を示したようなアクティブマトリクス型液晶表示装置(透過型)が完成する。なお、カバーと液晶モジュールは接着剤や有機樹脂を用いて固定する。また、透過型であるので偏光板1303は、アクティブマトリクス基板と対向基板の両方に貼り付ける。   Further, when the obtained liquid crystal module is provided with a backlight 1304 and a light guide plate 1305 and covered with a cover 1306, an active matrix liquid crystal display device (transmission type) as shown in a part of the cross-sectional view in FIG. 14 is completed. To do. The cover and the liquid crystal module are fixed using an adhesive or an organic resin. Further, since it is a transmissive type, the polarizing plate 1303 is attached to both the active matrix substrate and the counter substrate.

なお、図14中、1300は基板、1301は画素電極、1302は柱状スペーサ、1307はシール材、1320は着色層、遮光層が各画素に対応して配置されたカラーフィルタ、1321は対向電極、1322、1323は配向膜、1324は液晶層、1319は保護膜である。  In FIG. 14, 1300 is a substrate, 1301 is a pixel electrode, 1302 is a columnar spacer, 1307 is a sealing material, 1320 is a colored layer, a color filter in which a light shielding layer is arranged corresponding to each pixel, 1321 is a counter electrode, Reference numerals 1322 and 1323 denote alignment films, 1324 denotes a liquid crystal layer, and 1319 denotes a protective film.

また、本実施例は、実施の形態1、実施の形態2、実施例1乃至3のいずれか一と自由に組み合わせることができる。   In addition, this embodiment can be freely combined with any one of Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, and Embodiments 1 to 3.

本実施例では、薄膜トランジスタを有する発光装置について図15に説明する。   In this embodiment, a light-emitting device having a thin film transistor is described with reference to FIG.

図15(A)に示すように、駆動回路部310及び画素部311に、セミアモルファスシリコン膜を活性層とするトップゲート型のNチャネル型TFTを形成する。特に、画素部311に形成された発光素子と接続されるNチャネル型TFTは、駆動用TFT301と表記する。駆動用TFT301が有する電極(第1の電極と表記する)の端部を覆うように、土手や隔壁と呼ばれる絶縁膜302を形成する。絶縁膜302には、無機材料(酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど)、感光性又は非感光性の有機材料(ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン)、珪素(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む、又は置換基にフッ素、アルキル基、又は芳香族炭化水素のうち少なくとも1種を有する材料、いわゆるシロキサン、及びそれらの積層構造を用いることができる。有機材料として、ポジ型感光性有機樹脂又はネガ型感光性有機樹脂を用いることができる。   As shown in FIG. 15A, a top gate type N-channel TFT having a semi-amorphous silicon film as an active layer is formed in the driver circuit portion 310 and the pixel portion 311. In particular, an N-channel TFT connected to a light emitting element formed in the pixel portion 311 is referred to as a driving TFT 301. An insulating film 302 called a bank or a partition is formed so as to cover an end portion of an electrode (referred to as a first electrode) included in the driving TFT 301. The insulating film 302 includes an inorganic material (silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like), a photosensitive or non-photosensitive organic material (polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, resist, or benzocyclobutene), silicon (Si ) And oxygen (O) are combined to form a skeletal structure, and the substituent contains at least hydrogen, or the substituent has at least one of fluorine, alkyl group, or aromatic hydrocarbon, so-called siloxane, And a stacked structure thereof can be used. As the organic material, a positive photosensitive organic resin or a negative photosensitive organic resin can be used.

第1の電極上において、絶縁膜302に開口部を形成する。開口部には、電界発光層303が設けられ、電界発光層及び絶縁膜302を覆うように発光素子の第2の電極304が設けられる。   An opening is formed in the insulating film 302 over the first electrode. An electroluminescent layer 303 is provided in the opening, and a second electrode 304 of the light emitting element is provided so as to cover the electroluminescent layer and the insulating film 302.

なお電界発光層が形成する分子励起子の種類としては一重項励起状態と三重項励起状態が可能であり、基底状態は通常一重項状態であるため、一重項励起状態からの発光は蛍光、三重項励起状態からの発光は燐光と呼ばれる。電界発光層からの発光とは、どちらの励起状態が寄与する場合も含まれる。更には、蛍光と燐光を組み合わせて用いてもよく、各RGBの発光特性(発光輝度や寿命等)により選択することができる。   Note that the type of molecular exciton formed by the electroluminescent layer can be a singlet excited state or a triplet excited state, and since the ground state is usually a singlet state, light emitted from the singlet excited state is fluorescence, triplet. Light emission from the term excited state is called phosphorescence. The light emission from the electroluminescent layer includes the case where either excited state contributes. Furthermore, fluorescence and phosphorescence may be used in combination, and can be selected according to the emission characteristics (emission luminance, lifetime, etc.) of each RGB.

電界発光層303は、第1の電極215側から順に、HIL(ホール注入層)、HTL(ホール輸送層)、EML(発光層)、ETL(電子輸送層)、EIL(電子注入層)の順に積層されている。なお電界発光層は、積層構造以外に単層構造、又は混合構造をとることができる。 The electroluminescent layer 303 is formed in the order of HIL (hole injection layer), HTL (hole transport layer), EML (light emitting layer), ETL (electron transport layer), and EIL (electron injection layer) in this order from the first electrode 215 side. Are stacked. Note that the electroluminescent layer can have a single-layer structure or a mixed structure in addition to the stacked structure.

また、電界発光層303として、フルカラー表示とする場合、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の発光を示す材料を、それぞれ蒸着マスクを用いた蒸着法、又はインクジェット法などによって選択的に形成すればよい。 In addition, in the case of full-color display as the electroluminescent layer 303, materials that emit red (R), green (G), and blue (B) light are selected by an evaporation method using an evaporation mask or an inkjet method, respectively. It may be formed automatically.

具体的には、HILとしてCuPcやPEDOT、HTLとしてα−NPD、ETLとしてBCPやAlq3、EILとしてBCP:LiやCaF2をそれぞれ用いる。また例えばEMLは、R、G、Bのそれぞれの発光色に対応したドーパント(Rの場合DCM等、Gの場合DMQD等)をドープしたAlq3を用いればよい。なお、電界発光層は上記積層構造の材料に限定されない。例えば、CuPcやPEDOTの代わりに酸化モリブデン(MoOx:x=2〜3)等の酸化物とα−NPDやルブレンを共蒸着して形成し、ホール注入性を向上させることもできる。このような材料は、有機材料(低分子又は高分子を含む)、又は有機材料と無機材料の複合材料を用いることができる。 Specifically, CuPc or PEDOT is used as HIL, α-NPD is used as HTL, BCP or Alq 3 is used as ETL, and BCP: Li or CaF 2 is used as EIL. Further, for example, EML may be Alq 3 doped with a dopant corresponding to each emission color of R, G, and B (DCM in the case of R, DMQD in the case of G). Note that the electroluminescent layer is not limited to the material having the above stacked structure. For example, instead of CuPc or PEDOT, an oxide such as molybdenum oxide (MoOx: x = 2 to 3) and α-NPD or rubrene can be co-evaporated to improve the hole injection property. As such a material, an organic material (including a low molecule or a polymer) or a composite material of an organic material and an inorganic material can be used.

また白色の発光を示す電界発光層を形成する場合、カラーフィルター、又はカラーフィルター及び色変換層などを別途設けることによってフルカラー表示を行うことができる。カラーフィルターや色変換層は、例えば第2の基板(封止基板)に設けた後、張り合わせればよい。カラーフィルターや色変換層はインクジェット法により形成することができる。勿論、白色以外の発光を示す電界発光層を形成して単色の発光装置を形成してもよい。また単色表示が可能なエリアカラータイプの表示装置を形成してもよい。 In the case of forming an electroluminescent layer that emits white light, full color display can be performed by separately providing a color filter or a color filter and a color conversion layer. The color filter and the color conversion layer may be attached to each other after being provided on the second substrate (sealing substrate), for example. The color filter and the color conversion layer can be formed by an ink jet method. Of course, a monochromatic light emitting device may be formed by forming an electroluminescent layer that emits light other than white light. Further, an area color type display device capable of monochromatic display may be formed.

また第1の電極及び第2の電極304は仕事関数を考慮して材料を選択する必要がある。但し第1の電極及び第2の電極は、画素構成によりいずれも陽極、又は陰極となりうる。本実施例では、駆動用TFTの極性がNチャネル型であるため、第1の電極を陰極、第2の電極を陽極とすると好ましい。また駆動用TFTの極性がpチャネル型である場合、第1の電極を陽極、第2の電極を陰極とするとよい。   In addition, it is necessary to select materials for the first electrode and the second electrode 304 in consideration of a work function. However, each of the first electrode and the second electrode can be an anode or a cathode depending on the pixel configuration. In this embodiment, since the polarity of the driving TFT is an N-channel type, it is preferable that the first electrode be a cathode and the second electrode be an anode. In the case where the polarity of the driving TFT is a p-channel type, the first electrode may be an anode and the second electrode may be a cathode.

特に本実施例では、駆動用TFTの極性がNチャネル型であるため、電子の移動方向を考慮すると、第1の電極を陰極、EIL(電子注入層)、ETL(電子輸送層)、EML(発光層)、HTL(ホール輸送層)、HIL(ホール注入層)、第2の電極を陽極とすると好ましい。   In particular, in this embodiment, the polarity of the driving TFT is an N-channel type. Therefore, in consideration of the electron moving direction, the first electrode is a cathode, EIL (electron injection layer), ETL (electron transport layer), EML (EML) The light emitting layer), the HTL (hole transport layer), the HIL (hole injection layer), and the second electrode are preferably used as the anode.

その後、窒素を含むパッシベーション膜又はDLC等をスパッタリング法やCVD法により形成するとよい。その結果、水分や酸素の侵入を防止することができる。また第1の電極、第2の電極、その他の電極により、表示手段の側面を覆って酸素や水分の侵入を防ぐこともできる。次いで、封止基板を張り合わせる。封止基板により形成される空間には、窒素を封入したり、乾燥剤を配置してもよい。また透光性を有し、吸水性の高い樹脂を充填してもよい。   After that, a passivation film containing nitrogen, DLC, or the like may be formed by a sputtering method or a CVD method. As a result, moisture and oxygen can be prevented from entering. In addition, the first electrode, the second electrode, and other electrodes can cover the side surface of the display means to prevent oxygen and moisture from entering. Next, the sealing substrate is attached. In the space formed by the sealing substrate, nitrogen may be sealed or a desiccant may be disposed. Further, a resin having translucency and high water absorption may be filled.

またコントラストを高めるため、偏光板又は円偏光板を設けてもよい。例えば、表示面の一面又は両面に偏光板、若しくは円偏光板を設けることができる。   In order to increase the contrast, a polarizing plate or a circular polarizing plate may be provided. For example, a polarizing plate or a circularly polarizing plate can be provided on one surface or both surfaces of the display surface.

このように形成された構造を有する発光装置において、本実施例では第1の電極及び第2の電極に透光性を有する材料(ITO若しくはITSO)を用いる。そのため、信号線から入力されるビデオ信号に応じた輝度で電界発光層から光が両矢印方向305、306に出射する。   In the light-emitting device having the structure thus formed, in this embodiment, a light-transmitting material (ITO or ITSO) is used for the first electrode and the second electrode. Therefore, light is emitted from the electroluminescent layer in the directions indicated by double arrows 305 and 306 with luminance according to the video signal input from the signal line.

また、図15(A)とは一部構成が異なる他の構造例を図15(B)に示す。   FIG. 15B illustrates another structural example which is partly different from FIG. 15A.

図15(B)に示す発光装置の構造は、駆動回路部310及び画素部311に、チャネルエッチ型のNチャネル型TFTを形成する。チャネルエッチ型のNチャネル型TFTの作製方法は、実施例2に示している。   In the structure of the light-emitting device illustrated in FIG. 15B, channel-etched N-channel TFTs are formed in the driver circuit portion 310 and the pixel portion 311. A method for manufacturing a channel-etched N-channel TFT is shown in Example 2.

図15(A)と同様に、画素部311に形成された発光素子と接続されるNチャネル型TFTは、駆動用TFT301と表記する。第1の電極は非透光性、好ましくは反射性の高い導電膜とし、第2の電極304は透光性を有する導電膜とする点が図15(A)と異なる。そのため、光の射出方向305は封止基板側のみである。   Similarly to FIG. 15A, an N-channel TFT connected to a light-emitting element formed in the pixel portion 311 is referred to as a driving TFT 301. FIG. 15A is different from FIG. 15A in that the first electrode is a light-transmitting conductive film, preferably a highly reflective conductive film, and the second electrode 304 is a light-transmitting conductive film. Therefore, the light emission direction 305 is only on the sealing substrate side.

また、図15(A)とは一部構成が異なる他の構造例を図15(C)に示す。   FIG. 15C illustrates another structural example which is partly different from the structure illustrated in FIG.

図15(C)に示す発光装置の構造は、駆動回路部310及び画素部311に、チャネル保護型のNチャネル型TFTを形成する。チャネル保護型のNチャネル型TFTの作製方法は実施例1に示している。   In the structure of the light-emitting device illustrated in FIG. 15C, a channel protection type N-channel TFT is formed in the driver circuit portion 310 and the pixel portion 311. A manufacturing method of a channel protection type N-channel TFT is shown in Embodiment 1.

図15(A)と同様に、画素部311に形成された発光素子と接続されるNチャネル型TFTは、駆動用TFT301と表記する。第1の電極は透光性を有する導電膜とし、第2の電極304は非透光性、好ましくは反射性の高い導電膜とする点が図15(A)と異なる。そのため、光の出射方向306が基板側のみである。   Similarly to FIG. 15A, an N-channel TFT connected to a light-emitting element formed in the pixel portion 311 is referred to as a driving TFT 301. FIG. 15A is different from FIG. 15A in that the first electrode is a light-transmitting conductive film and the second electrode 304 is a light-transmitting conductive film, preferably a highly reflective conductive film. Therefore, the light emission direction 306 is only on the substrate side.

以上、各薄膜トランジスタを用いて発光装置の構造について説明したが、薄膜トランジスタの構成と、発光装置の構造はどのように組み合わせてもよい。   Although the structure of the light-emitting device is described using each thin film transistor, the structure of the thin film transistor and the structure of the light-emitting device may be combined in any way.

また、発光装置の等価回路図及び上面図を図16に説明する。TFTはゲート、ソース、ドレインの3端子を有するが、ソース端子(ソース電極)、ドレイン端子(ドレイン電極)に関しては、トランジスタの構造上、明確に区別が出来ない。よって、素子間の接続について説明する際は、ソース電極、ドレイン電極のうち一方を第1の電極、他方を第2の電極と表記する。   An equivalent circuit diagram and a top view of the light-emitting device are described with reference to FIG. A TFT has three terminals of a gate, a source, and a drain, but the source terminal (source electrode) and the drain terminal (drain electrode) cannot be clearly distinguished due to the structure of the transistor. Therefore, when describing connection between elements, one of a source electrode and a drain electrode is referred to as a first electrode, and the other is referred to as a second electrode.

図16(A)には、発光装置の画素部の等価回路図を示す。一画素は、スイッチング用のTFT(スイッチ用TFT)1600、駆動用のTFT(駆動用TFT)1601、電流制御用のTFT(電流制御用TFT)1602を有し、これらTFTはNチャネル型を有する。スイッチング用TFT1600の一方の電極及びゲート電極は、それぞれ信号線1603及び走査線1605に接続されている。電流制御用TFT1602の一方の電極は第1の電源線1604に接続され、ゲート電極はスイッチング用TFTの他方の電極に接続されている。 FIG. 16A illustrates an equivalent circuit diagram of a pixel portion of a light-emitting device. One pixel includes a switching TFT (switching TFT) 1600, a driving TFT (driving TFT) 1601, and a current control TFT (current control TFT) 1602. These TFTs have an N-channel type. . One electrode and the gate electrode of the switching TFT 1600 is connected to the signal line 1603 and a scan line 1605, respectively. One electrode of the current control TFT 1602 is connected to the first power supply line 1604, and the gate electrode is connected to the other electrode of the switching TFT.

容量素子1608は、電流制御用TFTのゲート・ソース間の電圧を保持するように設ければよい。本実施例において、例えば第1の電源線の電位を低電位とし、発光素子を高電位とすると、電流制御用TFTはNチャネル型を有するため、ソース電極と第1の電源線とが接続する。そのため、容量素子は電流制御用TFTのゲート電極と、ソース電極、つまり第1の電源線との間に設けることができる。なお、スイッチング用TFT、駆動用TFT、又は電流制御用TFTのゲート容量が大きく、各TFTからのリーク電流が許容範囲である場合、容量素子1608は設ける必要はない。 The capacitor element 1608 may be provided so as to hold the voltage between the gate and the source of the current control TFT. In this embodiment, for example, when the potential of the first power supply line is set to a low potential and the light emitting element is set to a high potential, the current control TFT has an N-channel type, so that the source electrode and the first power supply line are connected. . Therefore, the capacitor can be provided between the gate electrode of the current control TFT and the source electrode, that is, the first power supply line. Note that in the case where the gate capacitance of the switching TFT, the driving TFT, or the current control TFT is large and the leakage current from each TFT is within an allowable range, the capacitor 1608 is not necessarily provided.

駆動用TFT1601の一方の電極は、電流制御用TFTの他方の電極に接続され、ゲート電極は第2の電源線1606に接続されている。第2の電源線1606は、固定電位を有する。そのため、駆動用TFTのゲート電位を固定電位とすることができ、寄生容量や配線容量によるゲート・ソース間の電圧Vgsが変化しないように動作させることができる。 One electrode of the driving TFT 1601 is connected to the other electrode of the current control TFT, and the gate electrode is connected to the second power supply line 1606. The second power supply line 1606 has a fixed potential. Therefore, the gate potential of the driving TFT can be set to a fixed potential, and operation can be performed so that the gate-source voltage Vgs due to parasitic capacitance or wiring capacitance does not change.

そして駆動用TFTの他方の電極に発光素子1607が接続されている。本実施の形態において、例えば第1の電源線の電位を低電位とし、発光素子を高電位とすると、駆動用TFTのドレイン電極に発光素子の陰極が接続される。そのため、上述したように、陰極、電界発光層、陽極の順に積層すると好ましい。このように、セミアモルファス半導体膜を有するTFTであって、Nチャネル型を有する場合、TFTのドレイン電極と陰極とを接続し、EIL、ETL、EML、HTL、HIL、陽極の順に積層すると好適である。 A light emitting element 1607 is connected to the other electrode of the driving TFT. In this embodiment mode, for example, when the potential of the first power supply line is set to a low potential and the light emitting element is set to a high potential, the cathode of the light emitting element is connected to the drain electrode of the driving TFT. Therefore, as described above, it is preferable to stack the cathode, the electroluminescent layer, and the anode in this order. As described above, in the case of a TFT having a semi-amorphous semiconductor film and having an N-channel type, it is preferable to connect the drain electrode and the cathode of the TFT and stack the layers in the order of EIL, ETL, EML, HTL, HIL, and anode. is there.

以下に、このような画素回路の動作について説明する。 The operation of such a pixel circuit will be described below.

走査線1605が選択されるとき、スイッチング用TFTがオンとなると、容量素子1608に電荷が蓄積されはじめる。容量素子1608の電荷は、電流制御用TFTのゲート・ソース間電圧と等しくなるまで蓄積される。等しくなると、電流制御用TFTがオンとなり、直列に接続された駆動用TFTがオンとなる。このとき、駆動用TFTのゲート電位が固定電位となっているため、発光素子へ寄生容量や配線容量によらない一定のゲート・ソース間電圧Vgsを印加する、つまり一定のゲート・ソース間電圧Vgs分の電流を供給することができる。   When the scanning line 1605 is selected, when the switching TFT is turned on, electric charge starts to be accumulated in the capacitor 1608. The electric charge of the capacitor 1608 is accumulated until it becomes equal to the gate-source voltage of the current control TFT. When equal, the current control TFT is turned on, and the driving TFTs connected in series are turned on. At this time, since the gate potential of the driving TFT is a fixed potential, a constant gate-source voltage Vgs is applied to the light emitting element regardless of the parasitic capacitance or the wiring capacitance, that is, the constant gate-source voltage Vgs. Minute current can be supplied.

このように、発光素子は電流駆動型の素子であるため、画素内のTFTの特性バラツキ、特にVthバラツキが少ない場合アナログ駆動を用いることが好適である。本実施の形態のように、非晶質半導体膜を有するTFTは、特性バラツキが低いため、アナログ駆動を用いることができる。一方デジタル駆動でも、駆動用TFTを飽和領域(|Vgs−Vth|<|Vds|を満たす領域)で動作させることで、一定の電流値を発光素子に供給することができる。   As described above, since the light-emitting element is a current-driven element, it is preferable to use analog driving when there is little variation in TFT characteristics in the pixel, particularly Vth variation. As in this embodiment mode, a TFT having an amorphous semiconductor film has low characteristic variation, and thus analog driving can be used. On the other hand, even in digital driving, a constant current value can be supplied to the light emitting element by operating the driving TFT in a saturation region (region satisfying | Vgs−Vth | <| Vds |).

図16(B)には、上記等価回路を有する発光装置の画素部における上面図の一例を示す。   FIG. 16B illustrates an example of a top view of a pixel portion of a light-emitting device having the above equivalent circuit.

まず、公知の方法により、各TFTのゲート電極、走査線、及び第2の電源線を同一層で形成する。   First, the gate electrode, the scanning line, and the second power supply line of each TFT are formed in the same layer by a known method.

図示しないが、その後ゲート絶縁膜を形成する。   Although not shown, a gate insulating film is formed thereafter.

そしてゲート絶縁膜上に各TFTの半導体膜を形成する。本実施例ではSiH4とF2を原料ガスに用いたプラズマCVD法により全面にセミアモルファス半導体膜を形成し、マスクを用いてエッチングを行い、各TFTの活性層とする。そして一導電型を有する半導体膜をプラズマCVD法により形成し、マスクを用いてエッチングを行い、各TFTのソース領域またはドレイン領域とする。 Then, a semiconductor film of each TFT is formed on the gate insulating film. In this embodiment, a semi-amorphous semiconductor film is formed on the entire surface by a plasma CVD method using SiH 4 and F 2 as source gases, and etching is performed using a mask to form an active layer of each TFT. Then, a semiconductor film having one conductivity type is formed by a plasma CVD method, and etching is performed using a mask to form a source region or a drain region of each TFT.

そしてソース電極、ドレイン電極、信号線及び第1の電源線を同一層で形成する。ソース電極、ドレイン電極、信号線及び第1の電源線は、スパッタ法等により形成することができる。   Then, the source electrode, the drain electrode, the signal line, and the first power supply line are formed in the same layer. The source electrode, the drain electrode, the signal line, and the first power supply line can be formed by a sputtering method or the like.

スイッチング用TFTの一方の配線と、電流制御用TFTのゲート電極を接続するために、ゲート絶縁膜にコンタクトホールを形成する。   In order to connect one wiring of the switching TFT and the gate electrode of the current control TFT, a contact hole is formed in the gate insulating film.

本実施例において、容量素子1608は、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート配線、及びソース・ドレイン配線により形成されている。   In this embodiment, the capacitor element 1608 is formed by a gate wiring and a source / drain wiring provided through a gate insulating film.

駆動用TFTの一方の電極と接続するように発光素子1607の電極1610を形成する。   An electrode 1610 of the light emitting element 1607 is formed so as to be connected to one electrode of the driving TFT.

駆動用TFTは非晶質半導体膜を有するため、駆動用TFTのチャネル幅(W)が広くなるように設計する。   Since the driving TFT has an amorphous semiconductor film, the channel width (W) of the driving TFT is designed to be wide.

このようにして、発光装置の画素部を形成することができる。   In this manner, a pixel portion of the light emitting device can be formed.

本発明により、低い成膜温度でSiH4とF2を原料ガスに用いたPCVD法により得られるセミアモルファス半導体膜をTFTの活性層とすることによって、比較的安価な発光装置を実現できる。 According to the present invention, a relatively inexpensive light emitting device can be realized by using a semi-amorphous semiconductor film obtained by a PCVD method using SiH 4 and F 2 as source gases at a low film formation temperature as an active layer of a TFT.

本実施例は、実施の形態1または実施の形態2と自由に組み合わせることができる。   This embodiment can be freely combined with Embodiment Mode 1 or Embodiment Mode 2.

本発明の液晶表示装置、発光装置、及び電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。特に、大型画面を有する大型テレビ等に本発明を用いることが望ましい。それら電子機器の具体例を図17に示す。   As a liquid crystal display device, a light emitting device, and an electronic device of the present invention, a video camera, a digital camera, a goggle type display (head mounted display), a navigation system, an acoustic playback device (car audio, audio component, etc.), a notebook type personal computer, Reproducing a recording medium such as a game machine, a portable information terminal (mobile computer, cellular phone, portable game machine, electronic book, etc.), an image reproducing apparatus (specifically, Digital Versatile Disc (DVD)) equipped with a recording medium, And a device provided with a display capable of displaying the image). In particular, it is desirable to use the present invention for a large TV having a large screen. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.

図17(A)は22インチ〜50インチの大画面を有する大型の表示装置であり、筐体2001、支持台2002、表示部2003、ビデオ入力端子2005等を含む。なお、表示装置は、パソコン用、TV放送受信用、双方向TV用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。本発明により、1辺が1000mmを超える第5世代以降のガラス基板を用いても、低い成膜温度でSiH4とF2を原料ガスに用いたPCVD法により得られるセミアモルファス半導体膜をTFTの活性層とすることによって、比較的安価な大型表示装置を実現できる。 FIG. 17A illustrates a large display device having a large screen of 22 inches to 50 inches, which includes a housing 2001, a support base 2002, a display portion 2003, a video input terminal 2005, and the like. The display device includes all information display devices such as a personal computer, a TV broadcast receiver, and an interactive TV. According to the present invention, a semi-amorphous semiconductor film obtained by a PCVD method using SiH 4 and F 2 as raw material gases at a low film formation temperature can be obtained even if a glass substrate of the fifth generation or more with a side exceeding 1000 mm is used. By using the active layer, a relatively inexpensive large-sized display device can be realized.

図17(B)はノート型パーソナルコンピュータであり、本体2201、筐体2202、表示部2203、キーボード2204、外部接続ポート2205、ポインティングマウス2206等を含む。本発明により、低い成膜温度でSiH4とF2を原料ガスに用いたPCVD法により得られるセミアモルファス半導体膜をTFTの活性層とすることによって、比較的安価なノート型パーソナルコンピュータを実現できる。 FIG. 17B illustrates a laptop personal computer, which includes a main body 2201, a housing 2202, a display portion 2203, a keyboard 2204, an external connection port 2205, a pointing mouse 2206, and the like. According to the present invention, a relatively inexpensive notebook personal computer can be realized by using a semi-amorphous semiconductor film obtained by a PCVD method using SiH 4 and F 2 as source gases at a low film formation temperature as an active layer of a TFT. .

図17(C)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体2401、筐体2402、表示部A2403、表示部B2404、記録媒体(DVD等)読み込み部2405、操作キー2406、スピーカー部2407等を含む。表示部A2403は主として画像情報を表示し、表示部B2404は主として文字情報を表示する。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。本発明により、低い成膜温度でSiH4とF2を原料ガスに用いたPCVD法により得られるセミアモルファス半導体膜をTFTの活性層とすることによって、比較的安価な画像再生装置を実現できる。 FIG. 17C illustrates a portable image reproducing device (specifically, a DVD reproducing device) provided with a recording medium, which includes a main body 2401, a housing 2402, a display portion A2403, a display portion B2404, and a recording medium (DVD or the like). A reading unit 2405, operation keys 2406, a speaker unit 2407, and the like are included. A display portion A2403 mainly displays image information, and a display portion B2404 mainly displays character information. Note that an image reproducing device provided with a recording medium includes a home game machine and the like. According to the present invention, a relatively inexpensive image reproducing device can be realized by using a semi-amorphous semiconductor film obtained by a PCVD method using SiH 4 and F 2 as source gases at a low film forming temperature as an active layer of a TFT.

図17(D)は、ワイヤレスでディスプレイのみを持ち運び可能なTVである。筐体2602にはバッテリー及び信号受信器が内蔵されており、そのバッテリーで表示部2604やスピーカ部2607を駆動させる。バッテリーは充電器2600で繰り返し充電が可能となっている。また、充電器2600は映像信号を送受信することが可能で、その映像信号をディスプレイの信号受信器に送信することでができる。筐体2602は操作キー2606によって制御する。また、図17(D)に示す装置は、操作キー2606を操作することによって、筐体2602から充電器2600に信号を送ることも可能であるため映像音声双方向通信装置とも言える。また、操作キー2606を操作することによって、筐体2602から充電器2600に信号を送り、さらに充電器2600が送信できる信号を他の電子機器に受信させることによって、他の電子機器の通信制御も可能であり、汎用遠隔制御装置とも言える。本発明により、低い成膜温度でSiH4とF2を原料ガスに用いたPCVD法により得られるセミアモルファス半導体膜をTFTの活性層とすることによって、比較的大型(22インチ〜50インチ)の持ち運び可能なTVを安価な製造プロセスで提供できる。 FIG. 17D illustrates a TV that can carry only a display wirelessly. The housing 2602 includes a battery and a signal receiver, and the display portion 2604 and the speaker portion 2607 are driven by the battery. The battery can be repeatedly charged by the charger 2600. The charger 2600 can transmit and receive a video signal, and can transmit the video signal to a signal receiver of the display. The housing 2602 is controlled by operation keys 2606. The device illustrated in FIG. 17D can also be referred to as a video / audio two-way communication device because a signal can be transmitted from the housing 2602 to the charger 2600 by operating the operation key 2606. Further, by operating the operation key 2606, a signal is transmitted from the housing 2602 to the charger 2600, and further, a signal that can be transmitted by the charger 2600 is received by another electronic device, so that communication control of the other electronic device can be performed. It can be said to be a general-purpose remote control device. According to the present invention, a semi-amorphous semiconductor film obtained by a PCVD method using SiH 4 and F 2 as a source gas at a low film formation temperature is used as a TFT active layer, so that a relatively large size (22 inches to 50 inches) is obtained. A portable TV can be provided by an inexpensive manufacturing process.

以上の様に、本発明を実施して得た液晶表示装置や発光装置は、あらゆる電子機器の表示部として用いても良い。   As described above, the liquid crystal display device and the light emitting device obtained by implementing the present invention may be used as a display portion of any electronic device.

また、本実施例は、実施の形態1、実施の形態2、実施例1乃至5のいずれか一と自由に組み合わせることができる。   In addition, this embodiment can be freely combined with any one of Embodiment Mode 1, Embodiment Mode 2, and Embodiments 1 to 5.

本発明により、結晶構造を含む半導体膜の形成に必要なトータルエネルギーを低減し、生産工程における消費エネルギーを大幅に抑制することができる。 According to the present invention, the total energy required for forming a semiconductor film including a crystal structure can be reduced, and energy consumption in the production process can be significantly suppressed.

また、下地膜として耐熱性の低い材料で形成される膜、代表的にはアクリルなどの有機樹脂、アルミニウム配線等を用いた場合にも直接、プラズマCVD法を用いて結晶構造を含む半導体膜を形成することを実現可能とする。 Further, even when a film formed of a material having low heat resistance as a base film, typically an organic resin such as acrylic, aluminum wiring, or the like is used, a semiconductor film including a crystal structure is directly formed using a plasma CVD method. Making it feasible.

プラズマCVD装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a plasma CVD apparatus. ラマンスペクトルデータを示すグラフである。It is a graph which shows Raman spectrum data. プラズマCVD装置を示す断面図である。(実施の形態2)It is sectional drawing which shows a plasma CVD apparatus. (Embodiment 2) プラズマCVD装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows a plasma CVD apparatus. プラズマCVD装置を示す上面図である。It is a top view which shows a plasma CVD apparatus. 液晶表示装置の作製工程の断面図である。(実施例1)It is sectional drawing of the manufacturing process of a liquid crystal display device. Example 1 液晶表示装置の画素上面図を示す図である。(実施例1)It is a figure which shows the pixel top view of a liquid crystal display device. Example 1 液晶表示装置の作製工程の断面図である。(実施例2)It is sectional drawing of the manufacturing process of a liquid crystal display device. (Example 2) 液晶表示装置の作製工程の断面図である。(実施例3)It is sectional drawing of the manufacturing process of a liquid crystal display device. (Example 3) 液晶滴下を液滴吐出法で行う斜視図および断面図である。It is the perspective view and sectional drawing which perform liquid crystal dropping by the droplet discharge method. プロセス上面図を示す図。The figure which shows a process top view. 貼りあわせ装置および貼りあわせ工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the bonding apparatus and the bonding process. 液晶モジュールの上面図。The top view of a liquid crystal module. アクティブマトリクス型液晶表示装置を示す断面図。Sectional drawing which shows an active matrix liquid crystal display device. 発光装置の断面構造を示す図。(実施例5)The figure which shows the cross-section of a light-emitting device. (Example 5) 発光装置の画素における回路図および画素上面図を示す図。(実施例5)4A and 4B are a circuit diagram and a top view of a pixel in a pixel of a light-emitting device. (Example 5) 電子機器の一例を示す図。FIG. 11 illustrates an example of an electronic device. SiH4ガス流量と成膜速度とIc/Iaとの関係を示すグラフである。SiH 4 is a graph showing the relationship between the gas flow rate and deposition rate and Ic / Ia. ギャップ間隔と成膜速度とIc/Iaとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a gap space | interval, the film-forming speed | rate, and Ic / Ia. 成膜圧力と成膜速度とIc/Iaとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between film-forming pressure, film-forming speed, and Ic / Ia. 基板上に成膜されたセミアモルファスシリコン膜の断面TEM写真である。It is a cross-sectional TEM photograph of the semi-amorphous silicon film formed on the substrate.

符号の説明Explanation of symbols

108:チャンバー
105:高周波電源
123:プラズマ
108: Chamber 105: High frequency power supply 123: Plasma

Claims (5)

基板上に第1導電膜を形成し、
第1フォトマスクを用いて前記第1導電膜上に第1レジストマスクを形成し、
前記第1レジストマスクを用いて前記第1導電膜をエッチングすることによりゲート電極を形成し、
前記第1レジストマスクを除去した後、前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁膜を形成し、
モノシランガスとフッ素或いはフッ化ハロゲンガスを原料ガスとし、圧力が0.1〜133Pa、基板加熱温度が100〜250℃、RF電源周波数が13〜60MHzの条件下で、プラズマを発生させて、前記ゲート絶縁膜上にセミアモルファス半導体膜を形成し、
前記半導体膜上にチャネル保護膜を形成し、
第2フォトマスクを用いて前記セミアモルファス半導体膜及び前記チャネル保護膜上に第2レジストマスクを形成し、
前記第2レジストマスクを用いて前記セミアモルファス半導体膜をパターニングして、活性層となる半導体層を形成し、
前記第2レジストマスクを除去した後、前記半導体層及び前記チャネル保護膜上に、N+層を形成し、
前記N+層上に第2導電膜を形成し、
フォトリソグラフィー工程を行い、前記第2導電膜上に第3レジストマスクを形成し、
前記第3レジストマスクを用いて、前記第2導電膜をエッチングすることにより、ソース配線及びドレイン電極を形成し、
前記第3レジストマスクを用いて、前記N+層をエッチングすることにより、ソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ドレイン電極に接続する画素電極を形成し、
以上の工程により、前記基板上に前記ソース領域及び前記ドレイン領域の間にチャネル形成領域を有した薄膜トランジスタ、及び画素電極を形成し、
前記セミアモルファス半導体膜中の酸素濃度は5×1019/cm以下であり、
前記セミアモルファス半導体膜は水素またはハロゲンを1原子%以上含有し、
前記セミアモルファス半導体膜のラマンスペクトルは520cm−1よりも低波数側にシフトしており、
前記セミアモルファス半導体膜は少なくとも0.5〜20nmの結晶粒を含み、
前記薄膜トランジスタの電界効果移動度は2〜20cm/Vsecであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a first conductive film on the substrate;
Forming a first resist mask on the first conductive film using a first photomask;
Forming a gate electrode by etching the first conductive film using the first resist mask;
After removing the first resist mask, a gate insulating film is formed to cover the gate electrode,
Using the monosilane gas and fluorine or halogen fluoride gas as the source gas , plasma is generated under the conditions of a pressure of 0.1 to 133 Pa, a substrate heating temperature of 100 to 250 ° C., and an RF power supply frequency of 13 to 60 MHz , and the gate A semi-amorphous semiconductor film is formed on the insulating film,
Forming a channel protective film on the semiconductor film;
Forming a second resist mask on the semi-amorphous semiconductor film and the channel protective film using a second photomask;
Patterning the semi-amorphous semiconductor film using the second resist mask to form a semiconductor layer to be an active layer;
After removing the second resist mask, an N + layer is formed on the semiconductor layer and the channel protective film,
Forming a second conductive film on the N + layer;
Performing a photolithography process to form a third resist mask on the second conductive film;
A source wiring and a drain electrode are formed by etching the second conductive film using the third resist mask,
Using the third resist mask, the N + layer is etched to form a source region and a drain region,
Forming a pixel electrode connected to the drain electrode;
Through the above steps, a thin film transistor having a channel formation region between the source region and the drain region and a pixel electrode are formed on the substrate,
The oxygen concentration in the semi-amorphous semiconductor film is 5 × 10 19 / cm 3 or less,
The semi-amorphous semiconductor film contains 1 atomic% or more of hydrogen or halogen,
The Raman spectrum of the semi-amorphous semiconductor film is shifted to a lower wave number side than 520 cm −1 .
The semi-amorphous semiconductor film includes crystal grains of at least 0.5 to 20 nm,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the thin film transistor has a field-effect mobility of 2 to 20 cm 2 / Vsec.
基板上に第1導電膜を形成し、
第1フォトマスクを用いて前記第1導電膜上に第1レジストマスクを形成し、
前記第1レジストマスクを用いて前記第1導電膜をエッチングすることによりゲート電極を形成し、
前記第1レジストマスクを除去した後、前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁膜を形成し、
モノシランガスとフッ素或いはフッ化ハロゲンガスを原料ガスとし、圧力が0.1〜133Pa、基板加熱温度が100〜250℃、RF電源周波数が13〜60MHzの条件下で、プラズマを発生させて、前記ゲート絶縁膜上にセミアモルファス半導体膜を形成し、
前記半導体膜上に、N+層を形成し、
第2フォトマスクを用いて前記N+層上に第1マスクを形成し、
前記第1マスクを用いて前記N+層、及び前記セミアモルファス半導体膜をパターニングして、活性層となる半導体層と、前記半導体層と同一形状の前記N+層とを形成し、
前記第1マスクを除去した後、前記N+層を覆うように第2導電膜を形成し、
フォトリソグラフィー工程を行い、前記第2導電膜上に第2マスクを形成し、
前記第2マスクを用いてエッチングすることにより、前記第2導電膜よりソース配線及びドレイン電極を形成し、一部が除去された前記半導体層を形成すると同時に、前記N+層をエッチングし、
前記ドレイン電極に接続する画素電極を形成し、
以上の工程により、前記基板上に前記ソース領域及び前記ドレイン領域の間にチャネル形成領域を有した薄膜トランジスタ、及び画素電極を形成し、
前記セミアモルファス半導体膜中の酸素濃度は5×1019/cm以下であり、
前記セミアモルファス半導体膜は水素またはハロゲンを1原子%以上含有し、
前記セミアモルファス半導体膜のラマンスペクトルは520cm−1よりも低波数側にシフトしており、
前記セミアモルファス半導体膜は少なくとも0.5〜20nmの結晶粒を含み、
前記薄膜トランジスタの電界効果移動度は2〜20cm/Vsecであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
Forming a first conductive film on the substrate;
Forming a first resist mask on the first conductive film using a first photomask;
Forming a gate electrode by etching the first conductive film using the first resist mask;
After removing the first resist mask, a gate insulating film is formed to cover the gate electrode,
Using the monosilane gas and fluorine or halogen fluoride gas as the source gas , plasma is generated under the conditions of a pressure of 0.1 to 133 Pa, a substrate heating temperature of 100 to 250 ° C., and an RF power supply frequency of 13 to 60 MHz , and the gate A semi-amorphous semiconductor film is formed on the insulating film,
Forming an N + layer on the semiconductor film;
Forming a first mask on the N + layer using a second photomask;
Patterning the N + layer and the semi-amorphous semiconductor film using the first mask to form a semiconductor layer to be an active layer and the N + layer having the same shape as the semiconductor layer;
After removing the first mask, a second conductive film is formed to cover the N + layer,
Performing a photolithography process to form a second mask on the second conductive film;
Etching using the second mask forms source wiring and drain electrodes from the second conductive film, forms the semiconductor layer partially removed, and simultaneously etches the N + layer,
Forming a pixel electrode connected to the drain electrode;
Through the above steps, a thin film transistor having a channel formation region between the source region and the drain region and a pixel electrode are formed on the substrate,
The oxygen concentration in the semi-amorphous semiconductor film is 5 × 10 19 / cm 3 or less,
The semi-amorphous semiconductor film contains 1 atomic% or more of hydrogen or halogen,
The Raman spectrum of the semi-amorphous semiconductor film is shifted to a lower wave number side than 520 cm −1 .
The semi-amorphous semiconductor film includes crystal grains of at least 0.5 to 20 nm,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the thin film transistor has a field-effect mobility of 2 to 20 cm 2 / Vsec.
請求項1または請求項2において、前記フッ化ハロゲンガスは、ClF、ClF、BrF、BrF、IF、またはIFのいずれかのガスであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the halogen fluoride gas is any one of ClF, ClF 3 , BrF, BrF 3 , IF, and IF 3 . 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、前記半導体膜の形成は、平行平板型プラズマCVD装置を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。   4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor film is formed using a parallel plate plasma CVD apparatus. 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、前記セミアモルファス半導体膜は、赤外光を発振する半導体レーザ発振器によりレーザ光を照射して、結晶化率が高められることを特徴とする半導体装置の作製方法。   5. The semiconductor according to claim 1, wherein the semi-amorphous semiconductor film is irradiated with laser light from a semiconductor laser oscillator that oscillates infrared light to increase a crystallization rate. Device fabrication method.
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