JP2002151701A - Thin-film transistor and liquid-crystalline display device - Google Patents

Thin-film transistor and liquid-crystalline display device

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JP2002151701A
JP2002151701A JP2000348215A JP2000348215A JP2002151701A JP 2002151701 A JP2002151701 A JP 2002151701A JP 2000348215 A JP2000348215 A JP 2000348215A JP 2000348215 A JP2000348215 A JP 2000348215A JP 2002151701 A JP2002151701 A JP 2002151701A
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JP
Japan
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insulating film
gate insulating
film transistor
internal stress
semiconductor layer
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Application number
JP2000348215A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Sano
浩 佐野
Masahiro Sakai
全弘 坂井
Ikunori Kobayashi
郁典 小林
Tatsuhiko Tamura
達彦 田村
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the characteristics of a polycrystalline silicon thin-film transistor. SOLUTION: The internal stress of a gate insulating film is set at -100 to 500 Mpa. Thus, the interface defect with a polycrystalline silicon, which is a semiconductor layer, is reduced, and a thin-film transistor with improved on-characteristics is provided.

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、液晶表示装置およ
びイメージセンサなどに応用される薄膜トランジスタ、
ならびに液晶表示装置に関する。
The present invention relates to a thin film transistor applied to a liquid crystal display device, an image sensor and the like,
And a liquid crystal display device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、家庭用ビデオカメラのビューファ
インダーおよびノート型パソコンなどに液晶表示装置が
搭載されているが、これらの液晶表示装置のなかでも、
高画質表示が可能なアクティブマトリックス型液晶表示
装置が特に注目されている。このアクティブマトリック
ス型液晶表示装置には、画素電極のスイッチング素子と
して、薄膜トランジスタ(以下、「TFT」ともい
う。)がよく用いられている。そして、このような従来
のTFTは、例えば「AM−LCD94 DIGEST
OF TECHNICAL PAPERS」の第10
0頁〜第103頁に記載されている。以下に、従来のT
FTの一例の構造を示す概略断面図を図1に示す。図1
に示す構造はトップゲート型のコプレナー構造といい、
まずガラス基板1上にソース・ドレイン領域3および半
導体層2が形成され、その上にゲート絶縁膜4が形成さ
れる。さらにその上にはゲート電極5が形成され、半導
体層2に接続してソース・ドレイン領域が形成される。
また、層間絶縁膜6、コンタクトホール(図示せ
ず。)、およびソース・ドレイン電極7を形成すること
によってTFTが構成される。ほかにも、例えばトップ
ゲート型のスタガ構造などがある。
2. Description of the Related Art In recent years, a liquid crystal display device is mounted on a viewfinder of a home video camera, a notebook computer, and the like. Of these liquid crystal display devices,
Active matrix type liquid crystal display devices capable of high image quality display have received particular attention. In the active matrix type liquid crystal display device, a thin film transistor (hereinafter, also referred to as “TFT”) is often used as a switching element of a pixel electrode. Such a conventional TFT is described in, for example, “AM-LCD94 DIGEST”.
OF TECHNICAL PAPERS "
It is described on page 0 to page 103. Below, the conventional T
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the structure of the FT. FIG.
The structure shown in is called a top gate type coplanar structure,
First, a source / drain region 3 and a semiconductor layer 2 are formed on a glass substrate 1, and a gate insulating film 4 is formed thereon. Further, a gate electrode 5 is formed thereon, and source / drain regions are formed in connection with the semiconductor layer 2.
A TFT is formed by forming an interlayer insulating film 6, a contact hole (not shown), and a source / drain electrode 7. In addition, for example, there is a top-gate type staggered structure.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】以上のような構造を有
する従来のTFTにおいては、特にゲート絶縁層として
は、LPCVD法により形成されたSiO2などが用い
られている。しかし、上記のような構成のトランジスタ
では、サブスレッショルド特性や移動度やオン電流など
の必要なトランジスタ性能が得られない場合があるとい
う問題点があった。このような問題の詳しい原因はよく
わかっていないが、半導体層とゲート絶縁膜との界面欠
陥などにも大きく起因していると考えられる。そこで本
発明は、かかる従来の問題点に鑑み、サブスレッショル
ド特性およびオン電流などのオン特性を改善した薄膜ト
ランジスタを提供することを目的とする。
In the conventional TFT having the above-mentioned structure, SiO 2 or the like formed by the LPCVD method is used particularly as the gate insulating layer. However, the transistor having the above configuration has a problem that required transistor performance such as sub-threshold characteristics, mobility, and on-current may not be obtained in some cases. Although the detailed cause of such a problem is not well understood, it is considered that the cause is largely due to an interface defect between the semiconductor layer and the gate insulating film. Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin film transistor having improved sub-threshold characteristics and on-state characteristics such as on-state current in view of the conventional problems.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、多結晶シリコ
ンからなる半導体層、および内部応力が−100〜50
0MPaであるゲート絶縁膜を具備する薄膜トランジス
タに関する。この薄膜トランジスタにおいては、特に前
記半導体層から50nm以内に位置するゲート絶縁膜の
内部応力が−100〜500MPaであるのが有効であ
る。さらに前記半導体層の内部応力が0〜2000MP
aであるのが有効である。また、前記ゲート絶縁膜がS
iO2からなるのが有効である。さらに、本発明は、上
記薄膜トランジスタを用いたことを特徴とする液晶表示
装置にも関する。
According to the present invention, a semiconductor layer made of polycrystalline silicon and an internal stress of -100 to 50 are provided.
The present invention relates to a thin film transistor having a gate insulating film of 0 MPa. In this thin film transistor, it is particularly effective that the internal stress of the gate insulating film located within 50 nm from the semiconductor layer is -100 to 500 MPa. Further, the internal stress of the semiconductor layer is 0 to 2000MPa.
a is effective. Further, the gate insulating film is made of S
It is effective to consist of iO 2 . Further, the present invention relates to a liquid crystal display device using the above-mentioned thin film transistor.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】本発明は、ゲート絶縁膜の内部応
力が−100〜500MPaの範囲にある多結晶シリコ
ンTFTによって、前述の課題を解決するものである。
ここで、本発明における内部応力は、その値が負である
場合は圧縮応力であり、その値が正である場合は引っ張
り応力であることを意味する。また、前記内部応力は、
従来公知の方法で求めることができ、例えばヤング率な
どの特性が既知の基板上に膜を形成する場合について、
膜を形成する前後の前記基板の反りの変化量を測定する
ことにより求めることができる。本発明は、上述したよ
うにゲート絶縁膜の内部応力を制御することによって、
半導体層とゲート絶縁膜の界面欠陥を低減してTFTの
特性を向上させるものである。以下に、その作用につい
て説明する。
The present invention solves the above-mentioned problems by using a polycrystalline silicon TFT in which the internal stress of the gate insulating film is in the range of -100 to 500 MPa.
Here, the internal stress in the present invention is a compressive stress when its value is negative, and a tensile stress when its value is positive. Further, the internal stress is:
It can be obtained by a conventionally known method, for example, in the case of forming a film on a substrate having known properties such as Young's modulus,
It can be obtained by measuring the amount of change in the warpage of the substrate before and after forming a film. The present invention controls the internal stress of the gate insulating film as described above,
This is to improve the characteristics of the TFT by reducing the interface defect between the semiconductor layer and the gate insulating film. Hereinafter, the operation will be described.

【0006】従来のTFTでは、サブスレッショルド特
性、移動度およびしきい値電圧などについて、必要なト
ランジスタ性能が得られないことがあるという問題があ
った。この問題の明確な原因はよくわかっていないが、
半導体層とゲート絶縁膜の界面欠陥に大きく起因してい
ると考えられる。すなわち、半導体層とゲート絶縁膜の
各々の内部応力の不整合が、界面欠陥を誘起してTFT
の特性を低下させていると考えられる。というのも、半
導体層として用いられる多結晶シリコンの内部応力が通
常は引張り応力(−)であるのに対し、ゲート絶縁膜に
用いられるSiO2の内部応力は通常圧縮応力(+)で
あるためである。
The conventional TFT has a problem that required transistor performance may not be obtained in subthreshold characteristics, mobility, threshold voltage, and the like. The exact cause of this problem is not well understood,
This is considered to be largely due to interface defects between the semiconductor layer and the gate insulating film. That is, the mismatch between the internal stress of the semiconductor layer and the internal stress of the gate insulating film induces interface defects and causes the TFT to fail.
It is considered that the characteristics of Because internal stress is usually tensile stress of polycrystalline silicon used as a semiconductor layer (-) a is whereas, since the internal stress of the SiO 2 used for the gate insulating film is generally compressive stress (+) It is.

【0007】例えば、レーザー照射によって結晶化して
形成した多結晶シリコンの場合、レーザー照射により溶
融したシリコンが急冷されて非熱平衡状態で多結晶化す
るため、固化するときの急な体積変化の影響により、例
えば1000MPa程度の引張り応力を持つと考えられ
ている。また、例えば非晶質シリコンを600℃程度の
熱処理によって固相で結晶化させた場合にも、例えばガ
ラスまたは石英などの基材とシリコンとの熱膨張係数の
差によって、多結晶シリコンは引張りの内部応力を持つ
ことになる。これに対し、ゲート絶縁膜としては、得ら
れるTFTの信頼性などを重視するために欠陥の少なく
緻密な膜が必要であるところ、SiO2からなるゲート
絶縁膜にあっては、例えば300MPa程度の圧縮応力
を持つ場合が多い。
For example, in the case of polycrystalline silicon formed by crystallization by laser irradiation, molten silicon is rapidly cooled by laser irradiation and polycrystallized in a non-thermal equilibrium state. For example, it is considered to have a tensile stress of about 1000 MPa. Also, for example, even when amorphous silicon is crystallized in a solid phase by a heat treatment at about 600 ° C., polycrystalline silicon has a tensile strength due to a difference in thermal expansion coefficient between silicon and a base material such as glass or quartz. It will have internal stress. On the other hand, a dense film with few defects is required as the gate insulating film in order to emphasize the reliability of the obtained TFT and the like. In the case of a gate insulating film made of SiO 2 , for example, about 300 MPa Often has compressive stress.

【0008】すなわち、半導体層とゲート絶縁膜界面で
は、両者の内部応力の差によって界面欠陥を誘起されて
TFT特性が低下されているものと考えられる。また、
通常、多結晶シリコンは結晶粒とその粒間界面である結
晶粒界から構成されているため、応力の影響により多結
晶シリコン中の局所的な欠陥を誘起することも考えられ
る。したがって、本発明者らは、ゲート絶縁膜の内部応
力を制御することによって、半導体層とゲート絶縁膜の
界面欠陥を低減してTFTの特性を向上させ得ることを
見出し、本発明を完成するに至ったのである。
That is, at the interface between the semiconductor layer and the gate insulating film, it is considered that an interface defect is induced due to a difference in internal stress between the two and the TFT characteristics are degraded. Also,
Usually, since polycrystalline silicon is composed of crystal grains and crystal grain boundaries which are interfaces between the grains, it is conceivable that local defects in the polycrystalline silicon are induced by the influence of stress. Therefore, the present inventors have found that by controlling the internal stress of the gate insulating film, interface defects between the semiconductor layer and the gate insulating film can be reduced and the characteristics of the TFT can be improved. It has been reached.

【0009】本発明に係るTFTは、ゲート絶縁膜の内
部応力が−100〜500MPaの範囲であることを特
徴とするものであり、ゲート絶縁膜の応力を制御するこ
とにより半導体層とゲート絶縁膜の界面欠陥を低減して
薄膜トランジスタの特性向上をするという作用を有す
る。また、本発明は、多結晶シリコン側から50nm以
内のゲート絶縁膜の内部応力が−100〜500MPa
の範囲であることを特徴とする薄膜トランジスタであ
り、特に重要な半導体層とゲート絶縁膜の界面近傍での
応力制御をすることにより薄膜トランジスタの特性を向
上するという作用を有する。
The TFT according to the present invention is characterized in that the internal stress of the gate insulating film is in the range of -100 to 500 MPa, and the semiconductor layer and the gate insulating film are controlled by controlling the stress of the gate insulating film. Has the effect of reducing the interface defects and improving the characteristics of the thin film transistor. Further, the present invention provides that the internal stress of the gate insulating film within 50 nm from the polycrystalline silicon side is -100 to 500 MPa.
And has a function of improving the characteristics of the thin film transistor by controlling stress in the vicinity of the interface between the particularly important semiconductor layer and the gate insulating film.

【0010】上述のような本発明に係るTFTは、従来
からの方法によって作製することができる。 (1)半導体層の前駆体の形成 まず、本発明に係るTFTを作製するためには半導体層
の前駆体(例えば非晶質シリコン)の膜を基板上に形成
するが、かかる前駆体を形成する方法としては所定のシ
リコン膜を形成することのできる方法であれば特に制限
はなく、例えばプラズマCVD法、減圧CVD法、スパ
ッタ法、真空蒸着法および光CVD法などがあげられ
る。本発明において用いる基板としては、表面が絶縁性
のものであれば特に制限はなく、例えばガラス基板、プ
ラスチック基板、表面に酸化シリコンを形成した結晶シ
リコン基板または金属板などがあげられる。また、必要
に応じて、フォトリソグラフィーおよび/またはエッチ
ングなどにより、前駆体からなる膜を所望の形状に加工
する。
The TFT according to the present invention as described above can be manufactured by a conventional method. (1) Formation of Precursor of Semiconductor Layer First, in order to manufacture a TFT according to the present invention, a film of a precursor of a semiconductor layer (for example, amorphous silicon) is formed on a substrate. There is no particular limitation on the method used to form a predetermined silicon film, and examples thereof include a plasma CVD method, a low pressure CVD method, a sputtering method, a vacuum evaporation method, and a photo CVD method. The substrate used in the present invention is not particularly limited as long as it has an insulating surface, and examples thereof include a glass substrate, a plastic substrate, a crystalline silicon substrate having silicon oxide formed on the surface, and a metal plate. If necessary, the film made of the precursor is processed into a desired shape by photolithography and / or etching.

【0011】(2)熱処理 つぎに、半導体層の前駆体は、結晶化させる前に熱処理
をするのが好ましい。これは、非晶質シリコン中の水素
含有量を減少させ、つづく結晶化工程で水素が突沸して
シリコン膜が損傷するのを防ぐためである。この熱処理
の方法としては、例えばレーザ照射による熱処理があげ
られるが、前駆体中の水素濃度が最初から充分に低く、
レーザ照射時にシリコン膜の損傷がなければ熱処理を行
なう必要はない。
(2) Heat Treatment Next, it is preferable that the precursor of the semiconductor layer is subjected to a heat treatment before crystallization. This is to reduce the hydrogen content in the amorphous silicon and prevent the silicon film from being damaged due to bumping of hydrogen in the subsequent crystallization step. As a method of this heat treatment, for example, a heat treatment by laser irradiation can be mentioned, but the hydrogen concentration in the precursor is sufficiently low from the beginning,
If there is no damage to the silicon film during laser irradiation, there is no need to perform heat treatment.

【0012】(3)多結晶化 非晶質シリコンからなる前駆体を結晶化して多結晶シリ
コンからなる半導体層とするためには、これは前記前駆
体を結晶化できる方法ならば特に制限はないが、例えば
XeClレーザ光照射法、Arイオンレーザ光照射法お
よび炉中でのアニール法などがあげられる。 (4)ゲート絶縁膜の形成 つぎに、ゲート絶縁膜を作製する。本発明におけるゲー
ト絶縁膜としては、内部応力が−100〜500MPa
の絶縁膜であれば特に制限はないが、例えばSiO2
たはSiNxなどがあげられる。また、かかるゲート絶
縁膜は、例えばプラズマCVD、減圧CVD法、スパッ
タ法、ECR−CVD法、プラズマ酸化または高圧酸化
などで形成することができる。特に、内部応力は、基板
温度、放電電力および電極間距離などの成膜条件に関す
る種々のパラメータをコントロールすることによって制
御することができる。
(3) Polycrystallization In order to crystallize a precursor made of amorphous silicon into a semiconductor layer made of polycrystalline silicon, there is no particular limitation as long as the precursor can be crystallized. However, for example, a XeCl laser beam irradiation method, an Ar ion laser beam irradiation method, an annealing method in a furnace, and the like can be given. (4) Formation of gate insulating film Next, a gate insulating film is manufactured. In the present invention, the gate insulating film has an internal stress of -100 to 500 MPa.
The insulating film is not particularly limited as long as the insulating film is, for example, SiO 2 or SiNx. Further, such a gate insulating film can be formed by, for example, plasma CVD, low-pressure CVD, sputtering, ECR-CVD, plasma oxidation, high-pressure oxidation, or the like. In particular, the internal stress can be controlled by controlling various parameters relating to film forming conditions such as a substrate temperature, a discharge power, and a distance between electrodes.

【0013】例えば、ゲート絶縁膜としてテトラエトキ
シシランと酸素の混合ガスを、プラズマCVD法によっ
て分解・反応させて、SiO2からなる膜を形成する場
合、電極間距離を大きくすること、高周波放電電力を小
さくすることおよび/またはガス圧力を高くすることに
よって、内部応力を+にすることができる。具体的に
は、電極間距離を13mmから25mmにすることによ
り、内部応力を−300MPaから100MPaに変化
させることができる。なかでも、内部応力の制御をする
ために、少なくともテトラエトキシシラン(Si(OC
254、テトラエトキシシラン)を含むガスを用いて
プラズマCVD法により形成したSiO2で構成するの
が好ましい。このような方法を用いてテトラエトキシシ
ランから形成したSiO2でゲート絶縁膜を構成するこ
とにより、低温でかつ大面積の基板上へのSiO2の形
成が可能であり、また、成膜条件に関する種々のパラメ
ータを調整することによって、得られるゲート絶縁膜の
応力を制御できるという理由があるからである。
For example, when a film made of SiO 2 is formed by decomposing and reacting a mixed gas of tetraethoxysilane and oxygen by a plasma CVD method as a gate insulating film, it is necessary to increase the distance between electrodes, By reducing and / or increasing the gas pressure, the internal stress can be made positive. Specifically, the internal stress can be changed from -300 MPa to 100 MPa by setting the distance between the electrodes from 13 mm to 25 mm. Above all, in order to control the internal stress, at least tetraethoxysilane (Si (OC
2 H 5) 4, preferably constituted by SiO 2 formed by plasma CVD using a gas containing tetraethoxysilane). By forming the gate insulating film with SiO 2 formed from tetraethoxysilane using such a method, it is possible to form SiO 2 on a large-area substrate at low temperature, This is because there is a reason that the stress of the obtained gate insulating film can be controlled by adjusting various parameters.

【0014】(5)ゲート電極の形成 ゲート電極としては、特に制限はなく従来からのもので
あればよいが、例えばTa、Al、Mo、Tiもしくは
Cr、またはこれらを主成分とする合金金属などがあげ
られる。また、必要に応じて、フォトリソグラフィーお
よび/またはエッチングなどにより、前駆体からなる膜
を所望の形状に加工する。 (6)ソース・ドレイン領域の形成 つぎに、上記ゲート電極をマスクとして、半導体層の少
なくとも一部に所定の元素を導入してソース・ドレイン
領域を形成する。この方法としては、所定の元素を導入
することのできる方法であれば特に制限はなく、例えば
イオン・ドーピング法、イオン注入法またはプラズマド
ーピング法などがあげられる。また、ソース・ドレイン
領域を形成するために導入する元素としては、nチャネ
ルの薄膜トランジスタを作製する場合には、リンまたは
ヒ素などのドナーとして働くものであればよく、pチャ
ネルの薄膜トランジスタを作製する場合にはアルミニウ
ムまたはホウ素などのアクセプターとして働くものであ
ればよい。
(5) Formation of Gate Electrode The gate electrode is not particularly limited and may be a conventional one. For example, Ta, Al, Mo, Ti or Cr, or an alloy metal containing these as a main component Is raised. If necessary, the film made of the precursor is processed into a desired shape by photolithography and / or etching. (6) Formation of Source / Drain Region Next, using the gate electrode as a mask, a predetermined element is introduced into at least a part of the semiconductor layer to form a source / drain region. This method is not particularly limited as long as it can introduce a predetermined element, and examples thereof include an ion doping method, an ion implantation method, and a plasma doping method. As an element to be introduced for forming the source / drain regions, an n-channel thin film transistor may be used as long as it functions as a donor such as phosphorus or arsenic. May be used as long as it works as an acceptor such as aluminum or boron.

【0015】(7)層間絶縁膜の形成 つぎに、ゲート電極とソース・ドレイン電極とを絶縁す
るために、層間絶縁膜を設ける。層間絶縁膜は、例えば
常圧CVD法、減圧CVD法、プラズマCVD法、スパ
ッタ法、またはECR−CVD法などの成膜方法により
形成することができ、材料としては、SiO2、窒化シ
リコンまたは酸化タンタルなどがあげられる。 (8)ソース・ドレイン電極の形成 つぎに、ソース・ドレイン領域に対応する部分に、ソー
ス電極およびドレイン電極を設ける。これらの電極を構
成する材料としては、例えばチタン、クロム、タンタ
ル、モリブデン、アルミニウムなどの金属、不純物を大
量にドープした多結晶シリコン、またはITOなどがあ
げられる。 (9)アニール処理 また、半導体層の欠陥を低減させるために、アニール処
理を行う。このアニール処理の方法としては、水素雰囲
気中での熱処理、水素雰囲気中でのプラズマ処理、およ
びまたはSiNxからなる保護膜の形成とその後の熱処
理などがあげられる。
(7) Formation of interlayer insulating film Next, an interlayer insulating film is provided to insulate the gate electrode from the source / drain electrodes. Interlayer insulating film, for example, atmospheric pressure CVD, low pressure CVD method, a plasma CVD method, can be formed by a film formation method such as sputtering, or ECR-CVD method, as the material, SiO 2, silicon nitride or oxide Tantalum and the like can be mentioned. (8) Formation of Source / Drain Electrodes Next, a source electrode and a drain electrode are provided in portions corresponding to the source / drain regions. Examples of a material forming these electrodes include metals such as titanium, chromium, tantalum, molybdenum, and aluminum, polycrystalline silicon doped with a large amount of impurities, and ITO. (9) Annealing treatment In order to reduce defects in the semiconductor layer, annealing treatment is performed. Examples of the annealing method include a heat treatment in a hydrogen atmosphere, a plasma treatment in a hydrogen atmosphere, and the formation of a protective film made of SiNx and a subsequent heat treatment.

【0016】本発明に係るTFTを作製するための上記
工程(1)〜(9)においては、必要に応じて基板温度
などを加熱するが、本発明においては、各工程における
最高温度を700℃以下であればよいが、さらに600
℃以下とするのが好ましい。これは、低価格のガラス基
板の実用耐熱温度が600℃程度であること、および工
程の最高温度を低くすることにより熱工程によるゲート
絶縁膜の内部応力の変化を小さくすることができるから
である。また、本発明に係る薄膜トランジスタを用いれ
ば、優れた液晶表示装置を得ることができる。この場
合、上記薄膜トランジスタを画素のスイッチング素子と
して用いてもよく、また、画素の薄膜トランジスタを駆
動させるために必要な回路を上記薄膜トランジスタで形
成したものでもよい。
In the above steps (1) to (9) for fabricating the TFT according to the present invention, the substrate temperature and the like are heated as necessary. In the present invention, the maximum temperature in each step is set to 700 ° C. The following may be sufficient, but 600
C. or lower is preferred. This is because the practical heat-resistant temperature of a low-cost glass substrate is about 600 ° C., and the change in the internal stress of the gate insulating film due to the thermal process can be reduced by lowering the maximum temperature of the process. . Further, by using the thin film transistor according to the present invention, an excellent liquid crystal display device can be obtained. In this case, the thin film transistor may be used as a switching element of a pixel, or a circuit necessary for driving the thin film transistor of the pixel may be formed using the thin film transistor.

【0017】[0017]

【実施例】以下に、図面を参照しながら実施例を用いて
本発明を説明するが、本発明はこれらのみに限定される
ものではない。 《実施例1》本実施例においては、図1に示す構造の薄
膜トランジスタを作製した。まず、ガラス基板1上に、
半導体層2の前駆体として、プラズマCVD法により膜
厚50nmの非晶質シリコンを成膜し、フォトリソグラ
フィーおよびエッチングを用いて島状に加工した。つぎ
に、450℃で1時間熱処理をすることにより、非晶質
シリコン中の水素含有量を減少させた。これは、つぎの
結晶化工程で水素が突沸してシリコン膜が損傷するのを
防ぐためである。そして、波長308nmのXeClレ
ーザを約300mJ/cm2のエネルギー密度で照射
し、非晶質シリコンを結晶化させて半導体層2として多
結晶シリコンを形成した。その上に、ゲート絶縁膜4と
して、プラズマCVDによりテトラエトキシシラン=2
00sccm、酸素=2700sccm、圧力2Tor
r、電極間距離25mm、放電電力密度=0.4W/c
2、基板温度330℃の条件で成膜することによっ
て、引張り応力約100MPaで膜厚100nmのSi
2を形成した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings by using embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments. Example 1 In this example, a thin film transistor having the structure shown in FIG. 1 was manufactured. First, on the glass substrate 1,
As a precursor of the semiconductor layer 2, an amorphous silicon film having a thickness of 50 nm was formed by a plasma CVD method, and processed into an island shape using photolithography and etching. Next, heat treatment was performed at 450 ° C. for 1 hour to reduce the hydrogen content in the amorphous silicon. This is to prevent the silicon film from being damaged due to bumping of hydrogen in the next crystallization step. Then, XeCl laser having a wavelength of 308 nm was irradiated at an energy density of about 300 mJ / cm 2 to crystallize the amorphous silicon to form polycrystalline silicon as the semiconductor layer 2. Further, as a gate insulating film 4, tetraethoxysilane = 2 is formed by plasma CVD.
00 sccm, oxygen = 2700 sccm, pressure 2 Torr
r, distance between electrodes 25 mm, discharge power density = 0.4 W / c
By forming a film under the conditions of m 2 and a substrate temperature of 330 ° C., a 100 nm thick Si film having a tensile stress of about 100 MPa
O 2 was formed.

【0018】つぎに、ゲート電極5として膜厚200n
mのTaをスパッタ法により成膜し、フォトリソグラフ
ィーおよびエッチングを用いて加工した。また、ゲート
電極5をマスクとしてドナーとなるリンを半導体層2の
一部領域に導入して、ソース・ドレイン領域3を形成し
た。このとき、例えば高周波放電プラズマによりガスを
分解して少なくとも導入すべき元素を含むイオンを生成
し、そのイオンを質量分離をせずに加速電圧によって加
速して活性半導体薄層に導入する方法(イオン・ドーピ
ング法)によって、水素ガスで希釈したホスフィンガス
を用いてドナーとなるリンを導入することにより、約4
50℃の熱処理によって充分に不純物を活性化させた。
そして、層間絶縁膜6として、常圧CVD法により膜厚
300nmのSiO2を形成した後、フォトリソグラフ
ィーおよびエッチングによってコンタクトホールを形成
した。さらに、ソース・ドレイン電極7として膜厚70
0nmのTiを成膜し、加工した。その後、半導体層2
の欠陥を低減させるために、1Torrの水素雰囲気
下、300℃で1時間の熱処理を実施して本発明に係る
薄膜トランジスタを完成した。
Next, as the gate electrode 5, a film thickness of 200 n
m of Ta was formed by a sputtering method and processed by photolithography and etching. Using the gate electrode 5 as a mask, phosphorus serving as a donor was introduced into a partial region of the semiconductor layer 2 to form the source / drain region 3. At this time, for example, a method in which a gas is decomposed by high-frequency discharge plasma to generate ions containing at least an element to be introduced, and the ions are accelerated by an accelerating voltage without mass separation and introduced into the active semiconductor thin layer (ion Doping method) to introduce phosphorus as a donor using a phosphine gas diluted with hydrogen gas to obtain about 4
The impurities were sufficiently activated by the heat treatment at 50 ° C.
Then, a 300 nm-thick SiO 2 film was formed as the interlayer insulating film 6 by a normal pressure CVD method, and then a contact hole was formed by photolithography and etching. Further, the source / drain electrode 7 has a thickness of 70
A 0 nm Ti film was formed and processed. Then, the semiconductor layer 2
In order to reduce the defects, a thin film transistor according to the present invention was completed by performing a heat treatment at 300 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere of 1 Torr.

【0019】[評価]上述のようにして得た薄膜トランジ
スタについて、薄膜トランジスタ特性改善効果を評価し
た。結果を図2に示す。なお、ここでは、ゲート絶縁膜
を2層構造とし、上記条件を調節することにより、ゲー
ト電極5側に内部応力が+100MPaの第1のゲート
絶縁膜を形成し、半導体層2側に内部応力が−300M
Paの第2のゲート絶縁膜を形成した。すなわち、図2
は、ゲート絶縁膜の構成(第1のゲート絶縁膜の厚さと
第2のゲート絶縁膜の厚さ)と薄膜トランジスタのサブ
スレッショルド特性の関係を示したものである。図2か
ら、内部応力が−300MPaの第2のゲート絶縁膜の
厚さが大きくなると、サブスレッショルド特性が改善さ
れることがわかる。さらに、半導体層2から50nm以
内に位置するゲート絶縁膜の内部応力を、+100MP
aとすることにより、サブスレッショルド特性を改善で
きることがわかる。すなわち、SiO2膜を、例えば積
層状に形成した場合には、多結晶シリコン側から50n
m以内のゲート絶縁膜の内部応力を制御することによっ
てサブスレッショルド特性が改善されることがわかる。
また、図3に、ゲート絶縁膜を単層で構成した場合の、
内部応力とサブスレッショルド特性の関係を示す。図3
に示すように、薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の内部
応力を−100〜500MPaの範囲にすることによ
り、そのサブスレッショルド特性が向上をするという効
果を有する。
[Evaluation] The thin-film transistor obtained as described above was evaluated for its effect of improving thin-film transistor characteristics. The results are shown in FIG. Here, the gate insulating film has a two-layer structure, and by adjusting the above conditions, the first gate insulating film having an internal stress of +100 MPa is formed on the gate electrode 5 side, and the internal stress is formed on the semiconductor layer 2 side. -300M
A second gate insulating film of Pa was formed. That is, FIG.
Shows the relationship between the configuration of the gate insulating film (the thickness of the first gate insulating film and the thickness of the second gate insulating film) and the subthreshold characteristics of the thin film transistor. FIG. 2 shows that the subthreshold characteristics are improved when the thickness of the second gate insulating film having an internal stress of −300 MPa is increased. Further, the internal stress of the gate insulating film located within 50 nm from the semiconductor layer 2 is increased by +100 MP
It can be seen that by setting a, the subthreshold characteristic can be improved. That is, when the SiO 2 film is formed in a laminated shape, for example, 50 n from the polycrystalline silicon side
It can be seen that the sub-threshold characteristic is improved by controlling the internal stress of the gate insulating film within m.
FIG. 3 shows a case where the gate insulating film is constituted by a single layer.
4 shows the relationship between internal stress and subthreshold characteristics. FIG.
As shown in (1), by setting the internal stress of the gate insulating film of the thin film transistor in the range of -100 to 500 MPa, there is an effect that the subthreshold characteristic is improved.

【0020】《実施例2》実施例1で作製した薄膜トラ
ンジスタを用い、液晶表示装置の画素電極のスイッチン
グ素子として働くように、ガラス基板にマトリックス状
に前記薄膜トランジスタ配置した。ついで、前記ガラス
基板と対向する基板の間に液晶を封入し、液晶表示装置
を作製した。以上のようにして作製した実施例2に係る
液晶表示装置によれば、薄膜トランジスタのゲート絶縁
膜の内部応力を−100〜500MPaの範囲にするこ
とにより、薄膜トランジスタの特性が向上するため、画
像表示品位の変化が少ない液晶表示装置が得られた。
Example 2 Using the thin film transistor manufactured in Example 1, the thin film transistors were arranged in a matrix on a glass substrate so as to function as a switching element of a pixel electrode of a liquid crystal display device. Next, a liquid crystal was sealed between the glass substrate and the opposing substrate to produce a liquid crystal display device. According to the liquid crystal display device according to Example 2 manufactured as described above, the characteristics of the thin film transistor are improved by setting the internal stress of the gate insulating film of the thin film transistor to the range of -100 to 500 MPa. , A liquid crystal display device with little change was obtained.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明によれば、ゲート絶縁膜の内部応
力を−100〜500MPaの範囲にすることによっ
て、半導体層である多結晶シリコンとの界面欠陥を低減
させて、薄膜トランジスタの特性が向上するという有効
な効果が得られる。
According to the present invention, by setting the internal stress of the gate insulating film in the range of -100 to 500 MPa, interface defects with the polycrystalline silicon as the semiconductor layer are reduced, and the characteristics of the thin film transistor are improved. An effective effect is obtained.

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

【図1】薄膜トランジスタの構成を示す断面図FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a thin film transistor.

【図2】ゲート絶縁膜の構成と薄膜トランジスタのサブ
スレッショルド特性との関係を示すグラフ
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a configuration of a gate insulating film and a subthreshold characteristic of a thin film transistor.

【図3】ゲート絶縁膜の内部応力と薄膜トランジスタの
サブスレッショルド特性との関係を示すグラフ
FIG. 3 is a graph showing a relationship between internal stress of a gate insulating film and subthreshold characteristics of a thin film transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ガラス基板 2 半導体層 3 ソース・ドレイン領域 4 ゲート絶縁膜 5 ゲート電極 6 層間絶縁膜 7 ソース・ドレイン電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Glass substrate 2 Semiconductor layer 3 Source / drain area 4 Gate insulating film 5 Gate electrode 6 Interlayer insulating film 7 Source / drain electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 郁典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田村 達彦 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 JA25 KA04 KA12 MA08 MA29 MA30 MA35 NA21 5F058 BB04 BC02 BF03 BF07 BF25 BF29 5F110 AA01 AA17 AA26 BB02 CC02 DD01 DD02 DD05 DD13 EE03 EE04 EE06 FF02 FF03 FF05 FF09 FF22 FF28 FF30 FF31 FF32 GG02 GG13 GG25 GG42 GG43 GG45 GG47 GG48 HJ01 HJ12 HJ13 HJ18 HJ23 HL03 HL04 HL07 HL08 NN02 NN04 NN22 NN23 NN24 NN34 NN35 PP01 PP03 PP35 QQ11 QQ24 QQ25  ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Ikunori Kobayashi 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Term (Reference) 2H092 JA25 KA04 KA12 MA08 MA29 MA30 MA35 NA21 5F058 BB04 BC02 BF03 BF07 BF25 BF29 5F110 AA01 AA17 AA26 BB02 CC02 DD01 DD02 DD05 DD13 EE03 EE04 EE06 FF02 FF03 GG30 FF02 FF30 FF22 HJ01 HJ12 HJ13 HJ18 HJ23 HL03 HL04 HL07 HL08 NN02 NN04 NN22 NN23 NN24 NN34 NN35 PP01 PP03 PP35 QQ11 QQ24 QQ25

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多結晶シリコンからなる半導体層、およ
び内部応力が−100〜500MPaであるゲート絶縁
膜を具備する薄膜トランジスタ。
1. A thin film transistor comprising a semiconductor layer made of polycrystalline silicon and a gate insulating film having an internal stress of -100 to 500 MPa.
【請求項2】 前記半導体層から50nm以内に位置す
るゲート絶縁膜の内部応力が−100〜500MPaで
あることを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジス
タ。
2. The thin film transistor according to claim 1, wherein an internal stress of the gate insulating film located within 50 nm from the semiconductor layer is -100 to 500 MPa.
【請求項3】 前記半導体層の内部応力が0〜2000
MPaであることを特徴とする請求項1または2記載の
薄膜トランジスタ。
3. An internal stress of the semiconductor layer is 0 to 2000.
The thin film transistor according to claim 1, wherein the thin film transistor is MPa.
【請求項4】 前記ゲート絶縁膜がSiO2からなるこ
とを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜ト
ランジスタ。
4. The thin film transistor according to claim 1, wherein said gate insulating film is made of SiO 2 .
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかに記載の薄膜ト
ランジスタを用いたことを特徴とする液晶表示装置。
5. A liquid crystal display device using the thin film transistor according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012169545A (en) * 2011-02-16 2012-09-06 Fujitsu Ltd Semiconductor device, power supply device, amplifier and semiconductor manufacturing method

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