JP2001053279A - Thin-film transistor and liquid crystal display device provided with the same - Google Patents

Thin-film transistor and liquid crystal display device provided with the same

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JP2001053279A
JP2001053279A JP11221788A JP22178899A JP2001053279A JP 2001053279 A JP2001053279 A JP 2001053279A JP 11221788 A JP11221788 A JP 11221788A JP 22178899 A JP22178899 A JP 22178899A JP 2001053279 A JP2001053279 A JP 2001053279A
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JP
Japan
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film
film transistor
thin film
insulating film
gate electrode
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JP11221788A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoji Dobashi
友次 土橋
Hiroshi Tsutsu
博司 筒
Tetsuya Kawamura
哲也 川村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film transistor which is stable in element characteristics and excellent in reliability by a method wherein an oxidation- reduction reaction is restrained from occurring between a gate electrode and a gate insulating film. SOLUTION: A thin film transistor is equipped with a polycrystalline silicon film 12 formed on a glass substrate 10 through the intermediary of an insulating film 11, a silicon oxide film 13 formed on the polycrystalline silicon film 12, and a molybdenum electrode 15, where a reaction stop film 14 of tantalum is interposed between the silicon oxide film 13 and the molybdenum electrode 15.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
およびそれを用いた液晶表示装置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a thin film transistor and a liquid crystal display device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶表示装置は、薄型且つ軽量なディス
プレイとして、OA用、AV用に限らずあらゆる分野で
使用されている。特に、薄膜トランジスタを画素電極の
スイッチング素子として用いた液晶表示装置は、階調表
示に優れ、カラーディスプレイとしてCRTに迫る性能
を実現している。
2. Description of the Related Art A liquid crystal display device is used as a thin and lightweight display in not only OA and AV applications but also in various fields. In particular, a liquid crystal display device using a thin film transistor as a switching element of a pixel electrode is excellent in gradation display and realizes a performance similar to a CRT as a color display.

【0003】近年、薄膜トランジスタを画素電極のスイ
ッチング素子としてだけでなく、周辺駆動回路を構成す
る回路素子として応用することが提案されている。これ
によれば、周辺駆動回路を画像表示部と同一基板上に形
成することが可能である。しかしながら、駆動回路を構
成するトランジスタには、画素電極のスイッチング素子
に用いられるトランジスタに要求される性能よりも、更
に高い性能が要求される。よって、薄膜トランジスタを
構成する半導体として、アモルファスシリコンよりも高
い性能を発現する多結晶シリコン(以下、「ポリシリコ
ン」ともいう。)を使用することが要求されている。
In recent years, it has been proposed to apply a thin film transistor not only as a switching element of a pixel electrode but also as a circuit element constituting a peripheral driving circuit. According to this, the peripheral driving circuit can be formed on the same substrate as the image display unit. However, a transistor included in a driving circuit is required to have higher performance than a transistor required for a switching element of a pixel electrode. Therefore, it is required to use polycrystalline silicon (hereinafter, also referred to as “polysilicon”) that exhibits higher performance than amorphous silicon as a semiconductor forming a thin film transistor.

【0004】図5は、ポリシリコンを用いた従来の薄膜
トランジスタを示す断面図である。透明基板20上に絶
縁膜21を介してポリシリコン膜22が形成されてお
り、ポリシリコン膜22にはチャンネル領域22c、ソ
ース領域22aおよびドレイン領域22bが形成されて
いる。ポリシリコン膜22上にはゲート絶縁膜23が形
成され、ゲート絶縁膜23上にはゲート電極24が形成
されている。更に、層間絶縁膜25と、ソース領域22
aに接続されたソース電極26aと、ドレイン領域22
bに接続されたドレイン電極26bとが形成されてい
る。また、画素電極27がドレイン電極26bに接続さ
れている。
FIG. 5 is a sectional view showing a conventional thin film transistor using polysilicon. A polysilicon film 22 is formed on a transparent substrate 20 with an insulating film 21 interposed therebetween, and a channel region 22c, a source region 22a, and a drain region 22b are formed in the polysilicon film 22. A gate insulating film 23 is formed on the polysilicon film 22, and a gate electrode 24 is formed on the gate insulating film 23. Further, the interlayer insulating film 25 and the source region 22
a and a drain electrode 22a connected to the
and a drain electrode 26b connected to the drain electrode 26b. Further, the pixel electrode 27 is connected to the drain electrode 26b.

【0005】図6は、従来の薄膜トランジスタの製造方
法を説明する工程図である。透明基板20上に絶縁膜2
1を介してアモルファスシリコン膜28を形成する(図
6(a))。アモルファスシリコン膜28をレーザー照射
により多結晶化してポリシリコン膜22とした後、これ
をパターニングする(図6(b))。ゲート絶縁膜23お
よびゲート電極24を順に形成し(図6(c)および
(d))、ゲート電極24をパターニングした後、ポリ
シリコン膜22へのイオン注入を実施してソース領域2
2aおよびドレイン領域22bを形成する(図6
(e))。次に、ポリシリコン膜22に注入されたイオ
ンを電気的に活性化するとともに、イオン注入で生じた
ポリシリコンの結晶性の損傷を回復させるために、イオ
ン注入後にアニール処理を実施する。更に、層間絶縁膜
25を形成した後(図6(f))、ソース電極26aおよ
びドレイン電極26bを形成し、画素電極27を選択的
に被着形成して、液晶表示装置の画素用薄膜トランジス
タが完成する(図6(g))。
FIG. 6 is a process chart for explaining a conventional method of manufacturing a thin film transistor. Insulating film 2 on transparent substrate 20
Then, an amorphous silicon film 28 is formed through the substrate 1 (FIG. 6A). After the amorphous silicon film 28 is polycrystallized by laser irradiation to form the polysilicon film 22, it is patterned (FIG. 6B). A gate insulating film 23 and a gate electrode 24 are sequentially formed (FIGS. 6C and 6D). After patterning the gate electrode 24, ions are implanted into the polysilicon film 22 to perform source region 2 formation.
2a and the drain region 22b are formed (FIG. 6).
(E)). Next, annealing is performed after the ion implantation in order to electrically activate the ions implanted into the polysilicon film 22 and to recover the crystalline damage of the polysilicon caused by the ion implantation. Further, after forming the interlayer insulating film 25 (FIG. 6 (f)), a source electrode 26a and a drain electrode 26b are formed, and the pixel electrode 27 is selectively formed. It is completed (FIG. 6 (g)).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】薄膜トランジスタの製
造方法としては、大画面液晶表示装置への適用および低
コスト化の実現を可能にするため、1枚の大面積ガラス
基板上に複数個形成する方法が採用される。しかし、こ
の大面積基板に適用できるような、質量分離手段を備え
たイオン注入装置の開発は非常に困難である。従って、
薄膜トランジスタの製造においては、質量分離手段を有
していないイオン注入装置が使用され、多種のイオンが
混在した状態で注入される。その結果、不要、あるいは
むしろ有害なイオンまでもが注入され、不純物制御が困
難となるうえに、最終的に素子特性、信頼性に悪影響を
及ぼすおそれがあった。
As a method of manufacturing a thin film transistor, a method of forming a plurality of thin film transistors on one large-area glass substrate in order to be applicable to a large-screen liquid crystal display device and to realize a reduction in cost. Is adopted. However, it is very difficult to develop an ion implantation apparatus having a mass separation means that can be applied to this large-area substrate. Therefore,
In the manufacture of a thin film transistor, an ion implantation apparatus having no mass separation means is used, and various kinds of ions are implanted in a mixed state. As a result, even unnecessary or rather harmful ions are implanted, which makes it difficult to control impurities and may eventually adversely affect device characteristics and reliability.

【0007】ゲート電極を構成する金属としては、モリ
ブデンまたはモリブデン合金が好適に使用される。これ
は、例えば、アルミニウム、タンタルまたはクロムなど
の他の材料に比べ、耐熱性、電気抵抗などの特性に優れ
るからである。しかし、ゲート電極としてモリブデンま
たはモリブデン合金を使用した場合、上記問題が特に顕
著に現れることが分かっている。
As the metal constituting the gate electrode, molybdenum or a molybdenum alloy is preferably used. This is because, for example, compared to other materials such as aluminum, tantalum or chromium, they have excellent properties such as heat resistance and electric resistance. However, it has been found that when molybdenum or a molybdenum alloy is used as the gate electrode, the above problem appears particularly remarkably.

【0008】本発明は、大画面液晶表示装置に応用する
ことが可能であり、安定した素子特性および良好な信頼
性を実現する薄膜トランジスタと、それを用いた液晶表
示装置とを提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a thin film transistor which can be applied to a large-screen liquid crystal display device and realizes stable element characteristics and good reliability, and a liquid crystal display device using the same. And

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の薄膜トランジスタは、基板上に形成された
多結晶シリコン膜と、前記多結晶シリコン膜上に形成さ
れたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された
ゲート電極とを備えた薄膜トランジスタであって、前記
ゲート電極と前記ゲート絶縁膜との間に反応防止膜が介
在することを特徴とする。ここで、反応防止膜は、ゲー
ト電極とゲート絶縁膜との間で生じる酸化還元反応を少
なくとも抑制する部材である。
In order to achieve the above object, a thin film transistor according to the present invention comprises: a polycrystalline silicon film formed on a substrate; a gate insulating film formed on the polycrystalline silicon film; A thin film transistor including a gate electrode formed on a gate insulating film, wherein a reaction preventing film is interposed between the gate electrode and the gate insulating film. Here, the reaction prevention film is a member that suppresses at least an oxidation-reduction reaction that occurs between the gate electrode and the gate insulating film.

【0010】発明者等の研究によれば、不要イオンによ
る素子特性および信頼性の劣化は、以下のようなメカニ
ズムで生じることが見出された。
According to the studies by the inventors, it has been found that the deterioration of device characteristics and reliability due to unnecessary ions occurs by the following mechanism.

【0011】例えば、水素化燐を用いたイオン注入にお
いては、燐イオンのみならず、水素イオンおよび水素と
燐との化合物イオンなどが同時に注入される。水素イオ
ンのような軽いイオンは、他の重いイオンよりも注入速
度が大きくなり、ゲート電極、ゲート電極下のゲート絶
縁膜に至るまで注入される。このような水素イオンが存
在する場合、イオン注入後のアニール処理において高温
に曝されたとき、ゲート電極とゲート絶縁膜との間で複
雑な酸化還元反応が発生し、ゲート絶縁膜中に不安定な
電気的トラップ中心が発生し易くなる。このようなトラ
ップ中心の発生が、素子特性および信頼性の劣化の原因
となると考えられる。
For example, in ion implantation using phosphorus hydride, not only phosphorus ions but also hydrogen ions and compound ions of hydrogen and phosphorus are simultaneously implanted. Light ions such as hydrogen ions have a higher implantation rate than other heavy ions, and are implanted up to the gate electrode and the gate insulating film below the gate electrode. When such hydrogen ions are present, a complicated oxidation-reduction reaction occurs between the gate electrode and the gate insulating film when exposed to a high temperature in the annealing treatment after the ion implantation, and the gate insulating film is unstable. A large electrical trap center is likely to occur. It is considered that the occurrence of such a trap center causes deterioration of device characteristics and reliability.

【0012】例えば、薄膜トランジスタを高温条件(例
えば、150℃)で動作させた場合、印加される電界お
よび熱エネルギー、並びに、ゲート電極によってゲート
絶縁膜中の水素イオンが還元されてなる水素原子の存在
によって、[化1]に表されるようなトラップ中心のイ
オン化(すなわち電子の乖離移動)が生じる場合があ
る。このトラップ中心のイオン化は、電流−電圧曲線が
負電圧側へシフトするという現象を招く。
For example, when a thin film transistor is operated under a high temperature condition (for example, 150 ° C.), an applied electric field and thermal energy, and the presence of hydrogen atoms formed by reducing hydrogen ions in a gate insulating film by a gate electrode. In some cases, ionization of the trap center (that is, dissociation movement of electrons) as shown in [Formula 1] may occur. The ionization of the trap center causes a phenomenon that the current-voltage curve shifts to the negative voltage side.

【0013】[0013]

【化1】 Embedded image

【0014】特に、ゲート電極としてモリブデンを使用
した場合、モリブデンは多種に渡る酸化状態(−1価〜
6価)で存在し得ることから、ゲート電極の酸化状態が
周囲物質の酸化状態の影響によって変動し易く不安定と
なる。その結果、ゲート電極とゲート絶縁膜との間で酸
化還元反応が生じ易くなるため、素子特性の劣化が顕著
に現れるのである。
In particular, when molybdenum is used as the gate electrode, the molybdenum may be in various oxidation states (from −1 to −1).
(6), the oxidation state of the gate electrode is likely to fluctuate and become unstable due to the influence of the oxidation state of the surrounding material. As a result, an oxidation-reduction reaction easily occurs between the gate electrode and the gate insulating film, so that the device characteristics are significantly deteriorated.

【0015】本発明は上記知見に基づいて為されたもの
であり、反応防止膜を形成することによって、ゲート電
極とゲート絶縁膜との間の酸化還元反応を抑制し、製造
工程において水素イオンなどの不要イオンが注入された
場合であっても、安定した素子特性および良好な信頼性
を実現することができる。この薄膜トランジスタは、素
子特性が安定しているため、画素電極のスイッチング素
子として使用すれば表示ムラの少ない高表示品質の液晶
表示装置を得ることができる。また、素子特性が安定し
ているため、周辺回路への組み込みも容易であり、液晶
表示装置の周辺回路素子としても有効である。更に、質
量分離手段を備えていないイオン注入装置を使用して、
大面積ガラス基板上に形成することができるため、安価
な製造および大画面液晶表示装置への適用が可能であ
る。
The present invention has been made on the basis of the above findings. By forming a reaction prevention film, the oxidation-reduction reaction between a gate electrode and a gate insulating film is suppressed, and hydrogen ions and the like are produced in a manufacturing process. Even if unnecessary ions are implanted, stable device characteristics and good reliability can be realized. Since the thin film transistor has stable element characteristics, a liquid crystal display device with high display quality and little display unevenness can be obtained by using the thin film transistor as a switching element of a pixel electrode. Further, since the element characteristics are stable, it can be easily incorporated into a peripheral circuit, and is also effective as a peripheral circuit element of a liquid crystal display device. Furthermore, by using an ion implantation apparatus without mass separation means,
Since it can be formed on a large-area glass substrate, it can be manufactured at low cost and applied to a large-screen liquid crystal display device.

【0016】前記薄膜トランジスタにおいては、反応防
止膜が、タンタル、クロムおよびチタンから選ばれる少
なくとも1種の金属もしくは前記金属の酸化物、また
は、シリコン窒化物であることが好ましい。より確実
に、ゲート電極とゲート絶縁膜との酸化還元反応を抑制
し、安定した素子特性および良好な信頼性を実現できる
からである。
In the thin film transistor, the reaction preventing film is preferably made of at least one metal selected from tantalum, chromium and titanium, an oxide of the metal, or silicon nitride. This is because the oxidation-reduction reaction between the gate electrode and the gate insulating film can be more reliably suppressed, and stable device characteristics and good reliability can be realized.

【0017】また、前記薄膜トランジスタにおいては、
反応防止膜の膜厚が、20nm以上100nm以下であ
ることが好ましい。より確実に、ゲート電極とゲート絶
縁膜との酸化還元反応を抑制できるからである。
In the thin film transistor,
It is preferable that the thickness of the reaction prevention film is 20 nm or more and 100 nm or less. This is because the oxidation-reduction reaction between the gate electrode and the gate insulating film can be more reliably suppressed.

【0018】また、前記薄膜トランジスタにおいては、
ゲート電極が、モリブデンまたはモリブデンとタングス
テンとの合金であることが好ましい。これらの金属は、
電気抵抗値が低く周辺回路の配線として使用することが
できるため、ゲート電極と配線とを同時に形成すること
が可能となるからである。
In the thin film transistor,
The gate electrode is preferably made of molybdenum or an alloy of molybdenum and tungsten. These metals are
This is because the gate electrode and the wiring can be formed at the same time because the wiring has low electric resistance and can be used as a wiring of a peripheral circuit.

【0019】また、前記薄膜トランジスタにおいては、
ゲート絶縁膜が、シリコン酸化物であることが好まし
い。多結晶シリコン膜との相性が良く、電気的特性に優
れるからである。
Further, in the thin film transistor,
Preferably, the gate insulating film is a silicon oxide. This is because it has good compatibility with the polycrystalline silicon film and has excellent electrical characteristics.

【0020】また、前記薄膜トランジスタにおいては、
多結晶シリコン膜が、非晶質シリコン膜の多結晶化によ
って形成された膜であることが好ましい。比較的低温で
成膜することが可能だからである。
In the thin film transistor,
It is preferable that the polycrystalline silicon film is a film formed by polycrystallization of an amorphous silicon film. This is because a film can be formed at a relatively low temperature.

【0021】本発明の液晶表示装置は、前述した本発明
に係る薄膜トランジスタを備えた第1の基板と、前記第
1の基板に対向するように配置された第2の基板と、前
記第1の基板と前記第2の基板との間に挟持された液晶
とを備えたことを特徴とする。なお、この液晶表示装置
において、薄膜トランジスタは、例えば、画素電極のス
イッチング素子または周辺回路を構成する素子として用
いられる。
The liquid crystal display device of the present invention comprises a first substrate provided with the above-mentioned thin film transistor according to the present invention, a second substrate disposed so as to face the first substrate, And a liquid crystal interposed between the substrate and the second substrate. In this liquid crystal display device, the thin film transistor is used, for example, as a switching element of a pixel electrode or an element constituting a peripheral circuit.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0023】図1は、本発明に係る薄膜トランジスタの
構造の一例を示す断面図である。なお、本図は、液晶表
示装置の各画素のスイッチング素子として用いられる場
合の形態を示している。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of the structure of a thin film transistor according to the present invention. Note that this drawing shows a mode in which the liquid crystal display device is used as a switching element of each pixel.

【0024】透明基板10上に絶縁膜11を介してポリ
シリコン膜12が形成されている。また、ポリシリコン
膜12には、不純物拡散領域であるソース領域12aお
よびドレイン領域12bが形成されており、両領域間が
チャンネル領域12cとなる。ポリシリコン膜12上に
ゲート絶縁膜13が形成されており、ゲート絶縁膜13
上のチャンネル領域12cの上方に相当する領域には、
反応防止膜14を介してゲート電極15が形成されてい
る。更に、ゲート電極15上には層間絶縁膜16が形成
されており、層間絶縁膜16上には、ソース領域12a
に接続されたソース電極17aと、ドレイン領域12b
に接続されたドレイン電極17bとが形成されている。
更に、ドレイン電極17bには、画素電極18が電気的
に接続されている。
A polysilicon film 12 is formed on a transparent substrate 10 with an insulating film 11 interposed. Further, a source region 12a and a drain region 12b, which are impurity diffusion regions, are formed in the polysilicon film 12, and a region between both regions becomes a channel region 12c. A gate insulating film 13 is formed on the polysilicon film 12.
In an area corresponding to the upper part of the upper channel area 12c,
A gate electrode 15 is formed via the reaction prevention film 14. Further, an interlayer insulating film 16 is formed on the gate electrode 15, and the source region 12 a is formed on the interlayer insulating film 16.
The source electrode 17a connected to the drain region 12b
And a drain electrode 17b connected to the drain electrode 17b.
Further, the pixel electrode 18 is electrically connected to the drain electrode 17b.

【0025】透明基板10は、例えばガラス基板であ
る。また、絶縁膜11は、例えばシリコン窒化物、シリ
コン酸化膜などで構成され、膜厚は通常100〜600
nmである。
The transparent substrate 10 is, for example, a glass substrate. The insulating film 11 is made of, for example, a silicon nitride film or a silicon oxide film, and has a thickness of usually 100 to 600.
nm.

【0026】ポリシリコン膜12は、非晶質シリコン膜
(以下、「アモルファスシリコン」ともいう。)の多結
晶化により形成される膜であり、膜厚は通常30〜10
0nmである。
The polysilicon film 12 is a film formed by polycrystallization of an amorphous silicon film (hereinafter, also referred to as “amorphous silicon”), and usually has a thickness of 30 to 10.
0 nm.

【0027】ゲート絶縁膜13は、例えば、シリコン酸
化物で構成され、膜厚は通常80〜120nmである。
The gate insulating film 13 is made of, for example, silicon oxide and has a thickness of usually 80 to 120 nm.

【0028】反応防止膜14は、ゲート絶縁膜13とゲ
ート電極15との間の酸化還元反応を抑制する部材であ
り、ゲート絶縁膜13とゲート電極15との間に介在す
る。反応防止膜14を構成する物質としては、存在し得
る酸化状態(酸化数)の種類が、ゲート電極15を構成
する金属が存在し得る酸化状態の種類よりも少ない金
属、およびその化合物が好適に使用できる。具体的に
は、タンタル、クロム、チタンなどの金属およびその酸
化物、シリコン窒化物などが挙げられる。また、反応防
止膜14の膜厚は、通常20〜100nm、好ましくは
20〜50nm、更に好ましくは30〜40nmであ
る。
The reaction preventing film 14 is a member for suppressing a redox reaction between the gate insulating film 13 and the gate electrode 15 and is interposed between the gate insulating film 13 and the gate electrode 15. As the substance constituting the reaction prevention film 14, a metal having a smaller number of possible oxidation states (oxidation number) than the possible oxidation state of a metal constituting the gate electrode 15 and a compound thereof are preferably used. Can be used. Specifically, metals such as tantalum, chromium, and titanium and oxides thereof, silicon nitride, and the like can be given. The thickness of the reaction preventing film 14 is usually 20 to 100 nm, preferably 20 to 50 nm, and more preferably 30 to 40 nm.

【0029】ゲート電極15は、例えば、モリブデン、
モリブデン−タングステン合金などで構成され、膜厚は
通常100〜400nmである。
The gate electrode 15 is made of, for example, molybdenum,
It is made of a molybdenum-tungsten alloy or the like, and has a thickness of usually 100 to 400 nm.

【0030】層間絶縁膜16は、例えばシリコン酸化
物、シリコン窒化物などで構成され、ソース電極17a
およびドレイン電極17bは、例えばアルミニウムなど
で構成される。また、画素電極18は、例えばインジウ
ム錫酸化物(ITO)などで構成される透明電極であ
る。
The interlayer insulating film 16 is made of, for example, silicon oxide, silicon nitride, or the like.
The drain electrode 17b is made of, for example, aluminum. The pixel electrode 18 is a transparent electrode made of, for example, indium tin oxide (ITO).

【0031】次に、本発明に係る薄膜トランジスタの製
造方法の一例を説明する。図2は、図1の薄膜トランジ
スタの製造方法を示した工程図である。
Next, an example of a method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention will be described. FIG. 2 is a process chart showing a method of manufacturing the thin film transistor of FIG.

【0032】まず、透明基板10上に絶縁膜11を形成
し、絶縁膜11上にアモルファスシリコン膜19を形成
する(図2(a))。絶縁膜11およびアモルファスシ
リコン膜19の形成は、CVD法によって実施すること
ができる。
First, an insulating film 11 is formed on a transparent substrate 10, and an amorphous silicon film 19 is formed on the insulating film 11 (FIG. 2A). The formation of the insulating film 11 and the amorphous silicon film 19 can be performed by a CVD method.

【0033】その後、アモルファスシリコン膜19を多
結晶化し、ポリシリコン膜12とする。続いて、フォト
リソ・エッチング法によってポリシリコン膜12をパタ
ーニングし、薄膜トランジスタを形成する領域に残存さ
せる(図2(b))。多結晶化は、エキシマレーザーま
たはCWレーザーを用いたレーザー照射によって実施す
ることができる。また、エッチングは、例えば、フッ素
系ガスによるドライエッチングで行うことができる。
After that, the amorphous silicon film 19 is polycrystallized to form the polysilicon film 12. Subsequently, the polysilicon film 12 is patterned by a photolithographic etching method, and is left in a region where a thin film transistor is to be formed (FIG. 2B). Polycrystallization can be performed by laser irradiation using an excimer laser or a CW laser. The etching can be performed, for example, by dry etching using a fluorine-based gas.

【0034】次に、ポリシリコン膜12上にゲート絶縁
膜13を形成する(図2(c))。ゲート絶縁膜13の
形成は、CVD法によって実施することができ、例え
ば、テトラエトキシシラン(Si(OC254:通常
「TEOS」と略される。)を用いたプラズマCVD
法、N2O−シラン系ガスを用いたプラズマCVD法、
シラン系ガスを用いた減圧または常圧CVD法などによ
って実施することができる。
Next, a gate insulating film 13 is formed on the polysilicon film 12 (FIG. 2C). The gate insulating film 13 can be formed by a CVD method, for example, plasma CVD using tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 : usually abbreviated as “TEOS”).
Plasma CVD using N 2 O-silane based gas,
It can be performed by a reduced pressure or normal pressure CVD method using a silane-based gas or the like.

【0035】この後、ゲート絶縁膜13上に反応防止膜
14を形成し、反応防止膜14上にゲート電極15を形
成する(図2(d))。反応防止膜14の形成は、反応防
止膜として金属を採用する場合であれば、スパッタリン
グ法によって実施することができ、酸化膜または窒化膜
を採用する場合であれば、CVD法によって実施するこ
とができる。また、ゲート電極15の形成は、スパッタ
リング法によって実施することができる。
Thereafter, a reaction preventing film 14 is formed on the gate insulating film 13 and a gate electrode 15 is formed on the reaction preventing film 14 (FIG. 2D). The formation of the reaction prevention film 14 can be performed by a sputtering method when a metal is used as the reaction prevention film, and can be performed by a CVD method when a oxide film or a nitride film is used. it can. The gate electrode 15 can be formed by a sputtering method.

【0036】反応防止膜14およびゲート電極15を、
フォトリソ・エッチング法によってパターニングする。
次に、ポリシリコン膜12に反応防止膜14およびゲー
ト電極15をマスクとして不純物を導入し、ソース領域
12aおよびドレイン領域12bを形成した後、アニー
ル処理を実施する(図2(e))。エッチングは、ウエッ
トエッチングまたはドライエッチングで行うことができ
る。また、不純物の導入は、不純物源をプラズマ中でイ
オン化してこれを加速して導入する、イオン打ち込み法
によって実施することができる。不純物源としては、N
チャンネルトランジスタとする場合であれば、PH3
スを使用することができ、Pチャンネルトランジスタと
する場合であれば、AsH3ガスまたはB26ガスを使
用することができる。また、加速電圧は、数10kV〜
100kVの範囲が適当である。アニール処理は、不純
物イオンを活性化するために実施され、処理条件は、通
常、窒素雰囲気で500〜600℃である。
The reaction preventing film 14 and the gate electrode 15 are
It is patterned by photolithographic etching.
Next, an impurity is introduced into the polysilicon film 12 using the reaction prevention film 14 and the gate electrode 15 as a mask to form a source region 12a and a drain region 12b, and then an annealing process is performed (FIG. 2E). Etching can be performed by wet etching or dry etching. Further, the impurity can be introduced by an ion implantation method in which an impurity source is ionized in plasma and accelerated and introduced. As an impurity source, N
When a channel transistor is used, PH 3 gas can be used. When a P-channel transistor is used, AsH 3 gas or B 2 H 6 gas can be used. The acceleration voltage is several tens kV or more.
A range of 100 kV is appropriate. The annealing treatment is performed to activate the impurity ions, and the treatment condition is usually 500 to 600 ° C. in a nitrogen atmosphere.

【0037】次に、ゲート電極15およびゲート絶縁膜
13上に、層間絶縁膜16を形成する(図2(f))。
層間絶縁膜16の形成は、ゲート絶縁膜13の形成(図
2(c)の工程)と同様に、CVD法によって実施でき
る。
Next, an interlayer insulating film 16 is formed on the gate electrode 15 and the gate insulating film 13 (FIG. 2F).
The formation of the interlayer insulating film 16 can be performed by the CVD method, similarly to the formation of the gate insulating film 13 (the step of FIG. 2C).

【0038】更に、ゲート絶縁膜13および層間絶縁膜
16のソース領域12aおよびドレイン領域12bの上
方に相当する部分に、電極取り出しのためのスルーホー
ルを形成する。続いて、導電膜をスパッタリング法など
によって形成し、これをフォトリソ・エッチング法によ
ってパターニングして、ソース電極17aおよびドレイ
ン電極17bを形成する。更に、透明導電膜を形成し、
これをフォトリソ・エッチング法によってパターニング
して、画素電極18を形成する(図2(g))。
Further, through holes for taking out electrodes are formed in portions of the gate insulating film 13 and the interlayer insulating film 16 corresponding to portions above the source region 12a and the drain region 12b. Subsequently, a conductive film is formed by a sputtering method or the like, and this is patterned by a photolithography / etching method to form a source electrode 17a and a drain electrode 17b. Furthermore, a transparent conductive film is formed,
This is patterned by a photolithographic etching method to form a pixel electrode 18 (FIG. 2G).

【0039】図3は、本発明に係る液晶表示装置の構造
の一例を示す断面図である。この液晶表示装置は、2枚
の透明基板であるガラス基板3a、3bが、スペーサー
8を介して対向配置されており、ガラス基板間に液晶7
が保持されて構成されている。一方のガラス基板3aの
内側面には、本発明に係る薄膜トランジスタ1および画
素電極2が、マトリクス状に配置されている。この薄膜
トランジスタ1は、画素電極2と電気的に接続されてお
り、画素電極2を駆動するスイッチング素子として機能
する。また、他方のガラス基板3bの内側面には、カラ
ーフィルター4および共通電極5が形成されている。ガ
ラス基板3a、3bの外側面には偏光板6a、6bが配
置され、更に、図示を省略するが、電極への電圧印加手
段およびバックライトなどが適宜配置されている。
FIG. 3 is a sectional view showing an example of the structure of the liquid crystal display device according to the present invention. In this liquid crystal display device, two glass substrates 3a and 3b, which are transparent substrates, are arranged to face each other via a spacer 8, and a liquid crystal 7 is provided between the glass substrates.
Is held. On the inner surface of one glass substrate 3a, the thin film transistor 1 and the pixel electrode 2 according to the present invention are arranged in a matrix. The thin film transistor 1 is electrically connected to the pixel electrode 2 and functions as a switching element for driving the pixel electrode 2. A color filter 4 and a common electrode 5 are formed on the inner surface of the other glass substrate 3b. Polarizing plates 6a and 6b are arranged on the outer surfaces of the glass substrates 3a and 3b. Further, although not shown, a voltage applying means to the electrodes and a backlight are appropriately arranged.

【0040】[0040]

【実施例】(実施例)図1の構造を有するNチャンネル
薄膜トランジスタを以下の要領で作製した。まず、ガラ
ス基板に、膜厚400nmのシリコン酸化膜と、膜厚5
0nmのポリシリコン膜とを順に形成した。ポリシリコ
ン膜は、CVD法によって成膜したアモルファスシリコ
ンをエキシマレーザーの照射により多結晶化し、これを
パターニングして形成した。次に、ゲート絶縁膜とし
て、TEOSを用いたプラズマCVD法によって、膜厚
100nmのシリコン酸化膜を形成した。この後、スパ
ッタリング法によって、反応防止膜として膜厚40nm
のタンタルを形成した後、ゲート電極として膜厚300
nmのモリブデン−タングステン合金を形成した。反応
防止膜およびゲート電極をパターニングした後、PH3
ガスを用いたイオン注入を実施し、500〜600℃で
窒素雰囲気で約2時間のアニール処理を実施した。次
に、層間絶縁膜として膜厚400nmのシリコン酸化膜
をCVD法によって形成した。電極取り出しのスルーホ
ールを形成した後、スパッタリング法による成膜および
パターニングを実施し、アルミニウムからなるソース電
極およびドレイン電極を形成した。
EXAMPLE (Example) An N-channel thin film transistor having the structure shown in FIG. 1 was manufactured in the following manner. First, a silicon oxide film having a thickness of 400 nm and a thickness of 5
A 0 nm polysilicon film was formed in this order. The polysilicon film was formed by polycrystallizing amorphous silicon formed by a CVD method by irradiation with an excimer laser, and patterning this. Next, a 100-nm-thick silicon oxide film was formed as a gate insulating film by a plasma CVD method using TEOS. Thereafter, a film thickness of 40 nm is formed as a reaction preventing film by a sputtering method.
After forming tantalum, a thickness of 300 is formed as a gate electrode.
nm of molybdenum-tungsten alloy was formed. After patterning the reaction prevention film and the gate electrode, PH 3
Ion implantation using gas was performed, and annealing was performed at 500 to 600 ° C. in a nitrogen atmosphere for about 2 hours. Next, a silicon oxide film having a thickness of 400 nm was formed as an interlayer insulating film by a CVD method. After forming a through hole for extracting an electrode, film formation and patterning were performed by a sputtering method to form a source electrode and a drain electrode made of aluminum.

【0041】作製した薄膜トランジスタに対して、バイ
アス温度ストレス試験を実施し、試験開始前、試験開始
から10分経過後および30分経過後について電流−電
圧特性を評価した。なお、バイアス温度ストレス試験
は、150℃の温度条件で、ソース電圧およびドレイン
電圧を0Vとし、ゲート電圧として30Vの電圧を所定
時間印加するものである。また、電流−電圧特性は、ソ
ース電圧を0V、ドレイン電圧を5Vとして評価した。
A bias temperature stress test was performed on the fabricated thin film transistor, and the current-voltage characteristics were evaluated before the start of the test, 10 minutes after the start of the test, and 30 minutes after the start of the test. In the bias temperature stress test, a source voltage and a drain voltage are set to 0 V and a voltage of 30 V is applied as a gate voltage for a predetermined time under a temperature condition of 150 ° C. In addition, current-voltage characteristics were evaluated with a source voltage of 0 V and a drain voltage of 5 V.

【0042】その結果、図4に示すように、本実施例の
薄膜トランジスタにおいては、バイアス温度ストレスの
印加前後で、電流−電圧特性がほとんど変化しないこと
が確認できた。
As a result, as shown in FIG. 4, in the thin film transistor of this example, it was confirmed that the current-voltage characteristics hardly changed before and after the application of the bias temperature stress.

【0043】(比較例)図5に示す構造の薄膜トランジ
スタを作製した。作製は、図6に示す手順、すなわち反
応防止膜を形成しないこと以外は実施例と同様にして実
施した。
Comparative Example A thin film transistor having the structure shown in FIG. 5 was manufactured. The fabrication was carried out in the same manner as in the example except that the procedure shown in FIG. 6, that is, the reaction prevention film was not formed.

【0044】作製した薄膜トランジスタに対して、実施
例と同様に、バイアス温度ストレス試験を実施し、試験
開始前、試験開始から10分経過後および30分経過後
について電流−電圧特性を評価した。その結果、図7に
示すように、本比較例の薄膜トランジスタにおいては、
バイアス温度ストレスの印加に伴って、電流−電圧特性
が負電圧側にシフトすることが確認できた。
A bias temperature stress test was performed on the fabricated thin film transistor in the same manner as in the example, and the current-voltage characteristics were evaluated before the start of the test, 10 minutes after the start of the test, and 30 minutes after the start of the test. As a result, as shown in FIG. 7, in the thin film transistor of this comparative example,
It was confirmed that the current-voltage characteristics shifted to the negative voltage side with the application of the bias temperature stress.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の薄膜トラ
ンジスタによれば、基板上に形成された多結晶シリコン
膜と、前記多結晶シリコン膜上に形成されたゲート絶縁
膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを
備え、前記ゲート電極と前記ゲート絶縁膜との間に反応
防止膜が介在するため、安定した素子特性および良好な
信頼性を実現できる。
As described above, according to the thin film transistor of the present invention, the polycrystalline silicon film formed on the substrate, the gate insulating film formed on the polycrystalline silicon film, and the gate insulating film Since the semiconductor device includes a gate electrode formed thereon and a reaction prevention film intervenes between the gate electrode and the gate insulating film, stable device characteristics and good reliability can be realized.

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

【図1】 本発明に係る薄膜トランジスタの構造の一例
を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a structure of a thin film transistor according to the present invention.

【図2】 図1に示す薄膜トランジスタの製造方法を説
明するための工程断面図である。
FIG. 2 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the thin film transistor shown in FIG.

【図3】 本発明に係る液晶表示装置の構造の一例を示
す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a structure of a liquid crystal display device according to the present invention.

【図4】 実施例で作製した薄膜トランジスタの電流−
電圧特性を示す図である。
FIG. 4 shows the current of a thin film transistor manufactured in Example.
FIG. 3 is a diagram illustrating voltage characteristics.

【図5】 従来の薄膜トランジスタの構造を示す断面図
である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional thin film transistor.

【図6】 図5に示す薄膜トランジスタの製造方法を説
明するための工程断面図である。
FIG. 6 is a process sectional view illustrating the method for manufacturing the thin film transistor shown in FIG.

【図7】 比較例で作製した薄膜トランジスタの電流−
電圧特性を示す図である。
FIG. 7 shows the current of a thin film transistor manufactured in a comparative example.
FIG. 3 is a diagram illustrating voltage characteristics.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、20 透明基板 11、21 絶縁膜 12、22 ポリシリコン膜 13、23 ゲート絶縁膜 14 反応防止膜 15、24 ゲート電極 16、25 層間絶縁膜 17a、26a ソース電極 17b、26b ドレイン電極 18、27 画素電極 19、28 アモルファスシリコン膜 1 薄膜トランジスタ 2 画素電極 3a、3b ガラス基板 4 カラーフィルタ 5 共通電極 6a、6b 偏光板 7 液晶 8 スペーサー 10, 20 Transparent substrate 11, 21 Insulating film 12, 22 Polysilicon film 13, 23 Gate insulating film 14 Reaction preventing film 15, 24 Gate electrode 16, 25 Interlayer insulating film 17a, 26a Source electrode 17b, 26b Drain electrode 18, 27 Pixel electrode 19, 28 Amorphous silicon film 1 Thin film transistor 2 Pixel electrode 3a, 3b Glass substrate 4 Color filter 5 Common electrode 6a, 6b Polarizer 7 Liquid crystal 8 Spacer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川村 哲也 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2H092 GA29 HA28 JA24 JA34 JA37 JA46 KA04 KA05 MA07 MA19 MA30 NA24 NA25 NA27 PA01 PA06 PA08 PA09 PA11 PA13 5F110 AA24 CC02 DD02 DD13 EE04 EE06 EE14 EE44 EE50 FF02 FF03 FF09 FF29 FF30 FF32 GG02 GG13 GG25 GG44 HJ13 HJ22 HL03 HL23 HM18 NN02 NN23 NN24 NN35 PP03  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tetsuya Kawamura 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture F-term (reference) 2H092 GA29 HA28 JA24 JA34 JA37 JA46 KA04 KA05 MA07 MA19 MA30 NA24 NA25 NA27 PA01 PA06 PA08 PA09 PA11 PA13 5F110 AA24 CC02 DD02 DD13 EE04 EE06 EE14 EE44 EE50 FF02 FF03 FF09 FF29 FF30 FF32 GG02 GG13 GG25 GG44 HJ13 HJ22 HL03 HL23 HM18 NN02 NN23 NN24 NN35 PP03

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された多結晶シリコン膜
と、前記多結晶シリコン膜上に形成されたゲート絶縁膜
と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備
えた薄膜トランジスタであって、前記ゲート電極と前記
ゲート絶縁膜との間に反応防止膜が介在することを特徴
とする薄膜トランジスタ。
1. A thin film transistor comprising: a polycrystalline silicon film formed on a substrate; a gate insulating film formed on the polycrystalline silicon film; and a gate electrode formed on the gate insulating film. A reaction preventing film interposed between the gate electrode and the gate insulating film.
【請求項2】 反応防止膜が、タンタル、クロムおよび
チタンから選ばれる少なくとも1種の金属または前記金
属の酸化物である請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
2. The thin film transistor according to claim 1, wherein the reaction prevention film is at least one metal selected from tantalum, chromium, and titanium, or an oxide of the metal.
【請求項3】 反応防止膜が、シリコン窒化物である請
求項1に記載の薄膜トランジスタ。
3. The thin film transistor according to claim 1, wherein the reaction prevention film is a silicon nitride.
【請求項4】 反応防止膜の膜厚が、20nm以上10
0nm以下である請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜
トランジスタ。
4. The film thickness of the reaction preventing film is 20 nm or more and 10
The thin film transistor according to claim 1, wherein the thickness is 0 nm or less.
【請求項5】 ゲート電極が、モリブデンまたはモリブ
デンとタングステンとの合金である請求項1〜4のいず
れかに記載の薄膜トランジスタ。
5. The thin film transistor according to claim 1, wherein the gate electrode is made of molybdenum or an alloy of molybdenum and tungsten.
【請求項6】 ゲート絶縁膜が、シリコン酸化物である
請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
6. The thin film transistor according to claim 1, wherein the gate insulating film is a silicon oxide.
【請求項7】 多結晶シリコン膜が、非晶質シリコン膜
の多結晶化によって形成された膜である請求項1〜6の
いずれかに記載の薄膜トランジスタ。
7. The thin film transistor according to claim 1, wherein the polycrystalline silicon film is a film formed by polycrystallization of an amorphous silicon film.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の薄膜ト
ランジスタを備えた第1の基板と、前記第1の基板に対
向するように配置された第2の基板と、前記第1の基板
と前記第2の基板との間に挟持された液晶とを備えた液
晶表示装置。
8. A first substrate provided with the thin film transistor according to claim 1, a second substrate arranged to face the first substrate, and the first substrate. And a liquid crystal interposed between the second substrate and the second substrate.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101829858B1 (en) * 2011-09-30 2018-02-21 엘지디스플레이 주식회사 Oxide thin film transistor and method for manufacturing the same

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