JP2004193248A - Image display device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置及びその製造方法に係り、特に低コストで製造するに好適な画像表示装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ポリシリコン薄膜トランジスタ(以下、TFTと略記する)は、アモルファスシリコンTFTよりも移動度が2桁以上高く優れた性能を有する。この特長を活かした例として、例えば非特許文献1に記載されているアクティブマトリクス型液晶表示装置が挙げられる。この表示装置は、周辺駆動回路の一部をポリシリコンTFTで構成することにより、画素部と周辺駆動回路との接続端子数が低減でき、高精細な画像表示ができる。
【0003】
従来のポリシリコンTFTの製造方法を製造工程図である図2〜図4に従って述べる。
【0004】
先ず、図2に示すように、ガラス基板SUB上にバッファ層として酸化シリコン膜L1を100nm堆積し、さらにプラズマCVD法によりアモルファスシリコン層を50nm堆積する。次にXeClエキシマレーザを照射しアモルファスシリコン層を結晶化し、周知のホトエッチング工程により、島状のポリシリコン層PSIを得る。その後、プラズマCVD法によりゲート絶縁膜GIを100nm堆積し、さらにゲート電極G1を形成する。
【0005】
次に、図3に示すように、ゲート電極G1をマスクとして、リンのイオン打ち込みによって低濃度n型ポリシリコン層LDNを形成の後、不図示の低濃度n型ポリシリコン層LDN上部に設けられたレジストをマスクとして高濃度n型ポリシリコン層HDNを形成する。
【0006】
図4に示すように、全体を覆うように酸化シリコンからなる層間絶縁膜INTを形成し、不純物活性化のため600℃の炉アニールを5時間行う。さらに、層間絶縁膜INTに設けたコンタクトスルーホールを介して、ソース/ドレイン電極SD1を形成する。
【0007】
従来のポリシリコンTFTは、低抵抗のソース/ドレイン領域を形成するためにイオン打ち込み及び不純物活性化の工程が必要であり、スループットを低下させていた。
【0008】
これらの工程を省略する手段として、従来のアモルファスシリコンTFTのように、シリコン層の上に、高濃度n型アモルファスシリコン層とソース/ドレイン電極を積層する方法がある。この例を図5に示す。
【0009】
図5に示すように、ゲート絶縁膜GI形成の後、アモルファスシリコン層ASIおよびチャネルエッチング防止膜L3を形成し、高濃度n型アモルファスシリコン層HDAとソース/ドレイン電極SD1を積層することにより、イオン打ち込みおよび不純物活性化の工程を省くことができる。
【0010】
しかし、この構造ではゲート線G0と信号線SD0との交差部分の容量が大きいため、画像信号の高速書き換えや、画面の大型化が困難となっていた。さらに、従来のアモルファスシリコンTFTの構造をポリシリコンTFTに適用した場合、ポリシリコンはアモルファスシリコンよりも移動度が2桁以上高いため、オフ電流が増加する問題がある。
【0011】
上記の問題の中で、容量を減少させるためには、ゲート線G0と信号線SD0との間に絶縁膜を形成することが有効である。しかし、この方法では絶縁膜を形成するためのホトエッチング工程か追加されるためスループットが低下しコスト高となってしまう。
【0012】
また、オフ電流を低下させるためには、特許文献1に記載のように多結晶半導体層と高濃度不純物層との間に、低濃度不純物層を形成する方法がある。しかしこの方法では、低濃度不純物層を形成するためのホトエッチング工程が追加されるためスループットが低下しコスト高となってしまう。
【0013】
【非特許文献1】
ソサイアテイ フォア インフォメーション ディスプレイ インタナショナル シンポジウム ダイジエスト オブ テクニカル ペーパーズ 172頁(Society for Information Display International Symposium Digest of Technical Papers pp.172)(1999)
【特許文献1】
特開平7−131030号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、上記従来の問題点を解消することにあり、その第1の目的は、ゲート線と信号線との交差部における容量を低下させ、かつ製造コストの低い画像表示装置を提供することにある。
【0015】
そして第2の目的は、オフ電流を低下させ、かつ製造コストの低い画像表示装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的は、以下に発明の特徴点を記載した画像表示装置及びその製造方法により達成される。
【0017】
すなわち、本発明の画像表示装置は、基板上に複数の薄膜トランジスタを有する画像表示装置であって、前記基板上に、複数のゲート線と、これらゲート線にマトリクス状に交差する複数の信号線とを有し、前記薄膜トランジスタはボトムゲート型であり、チャネル領域は基板側から、ゲート電極/ゲート絶縁膜/多結晶シリコン膜が順次積層された積層構造を有し、ソース電極及びドレイン電極部は基板側から、ゲート絶縁膜/層間絶縁膜/非単結晶シリコン膜/金属膜が順次積層された積層構造を有しており、前記多結晶シリコン膜は前記ゲート絶縁膜及び前記層間絶縁膜及び前記非単結晶シリコン膜にそれぞれ接して形成されており、前記信号線と前記ゲート線との交差部において、前記ゲート絶縁膜と前記層間絶縁膜との積層絶縁膜を有することを特徴とする。
【0018】
また、本発明の画像表示装置の製造方法の特徴は、基板上にボトムゲート型薄膜トランジスタを形成する工程にあり、基板上に、ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に非単結晶シリコン膜を形成する工程と、前記非単結晶シリコン膜上に金属膜を形成する工程と、レジストをマスクにして前記金属膜を加工し、さらにサイドエッチングにより、レジストに対し前記金属膜を縮小加工し、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記同レジストをマスクにして、前記非単結晶シリコン膜及び前記層間絶縁膜をエッチングする工程と、前記ゲート絶縁膜及び前記層間絶縁膜及び前記非単結晶シリコン膜に接して多結晶シリコン膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【0019】
本発明の画像表示装置は、ボトムゲート型ポリシリコン薄膜トランジスタ(TFT)を用いることにより、イオン打ち込み及び不純物活性化の工程を省略でき、且つ前記金属膜と、前記非単結晶シリコン膜と、前記層間絶縁膜の加工を同一のレジストマスクを用いて行うためホトエッチング工程を追加することがなく画像表示装置の低コスト化が可能である。
【0020】
本発明の画像表示装置は、ゲート電極と同層のゲート線と、ソース/ドレイン電極と同層の信号線との間に、ゲート絶縁膜と層間絶縁膜の積層絶縁膜が形成されているため、層間容量を低減でき、画像表示装置の大型化、画像信号の高速書き換えが可能である。
【0021】
また、ゲート電極に電圧を印加した場合、層間絶縁膜側面部に接して形成された多結晶シリコン膜に誘起されるキャリア濃度は、ゲート絶縁膜に接して形成された多結晶シリコン膜に誘起されるキャリア濃度よりも低い。従って、本発明の薄膜トランジスタはオフセット構造を有しており、オフ電流の低減が可能である。
【0022】
なお、ここで使用している非単結晶シリコン膜という用語は、単結晶シリコン膜ではないと言う意味であり、具体的にはアモルファスシリコン膜、もしくは多結晶シリコン膜、あるいはこれら両者を部分的に含む膜を意味している。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の代表的な実施の形態を以下に説明する。
(1)本発明の画像表示装置の基板に形成された代表的なボトムゲート型ポリシリコンTFTの構造及びゲート線と信号線の交差部を図1の断面図に示す。この図は画像表示装置の製造工程の中で画素電極PX1を形成した後の状態を示している。なお、図1のa部はTFT領域を、b部はゲート線と信号線の交差部をそれぞれ示している。ガラス基板SUB上にバッファ層L1として酸化シリコンが設けられ、この基板上にTFT及び画像表示装置として必要な駆動回路などが形成されている。
【0024】
図1において、符号G1はゲート電極、GIはゲート絶縁膜、INTは層間絶縁膜、PSIはポリシリコン膜(多結晶シリコン膜)、HDAは高濃度n型アモルファスシリコン層(非単結晶シリコン膜の一例)、SD1はソース/ドレイン電極(金属膜)、L2は保護絶縁膜、PX1は画素電極、G0はゲート線、SD0は信号線をそれぞれ示す。
(2)上記TFTの好ましい構成として、ソース/ドレイン電極SD1及び信号線SD0を形成する金属膜は、非単結晶シリコン膜に対し、自己整合的に縮小加工されていることである。
(3)上記ゲート電極上部の層間絶縁膜INTは、テーパ状に加工されており、非単結晶シリコン膜と接する層間絶縁膜INTの端部のゲート絶縁膜上の投影点と、ゲート絶縁膜GIと接する層間絶縁膜INTの端部との間隔をT1とし、前記層間絶縁膜INTの膜厚をT2としたとき、これら両者の関係をT1>T2としたことである。つまり、層間絶縁膜INTの膜厚T2よりも間隔T1を長くする。これにより、チャネル領域に、レーザー結晶化工程を含む製造工程で多結晶シリコン膜を形成する際に良質なポリシリコンが得られる。
(4)また、上記(3)の場合とは逆に、これら両者の関係をT1≦T2としてもよい。これにより、オン電流が大きくとれる、オフセット長のバラツキを制御(小さく)できるなどの効果がある。
(5)上記ゲート絶縁膜GIは、高誘電率膜と酸化シリコン膜との積層膜であることが好ましい。高誘電率膜としては、例えばAl2O3、Y2O3、La2O3、Ta2O5、ZrO2、LaAlO3、ZrTiO4、HfO2、SrZrO3、TiO2、SrTiO3、SrBi2Ta2O9、(BaxSr1−x)TiO3、Pb(ZryTi1−y)O3等、周知の高誘電率材料が挙げられる。
(6)上記ゲート絶縁膜GIはゲート電極G1の酸化膜と酸化シリコン膜との積層膜であることが好ましい。
(7)また、上記ゲート絶縁膜及び上記層間絶縁膜に接する多結晶シリコン膜の幅をW1とし、ゲート電極の幅をW2としたとき、これら両者の関係をW1<W2とすることである。これにより、画像表示装置を液晶表示装置で構成したとき、バックライトによる光リーク電流の発生を抑制することができる。層間絶縁膜INTに接する多結晶シリコンPSIはオフセットの役割を果たすためオフ電流を低減することが可能である。
(8)本発明の好ましい画像表示装置は、一対の絶縁性基板と、これらに挟まれた液晶層を有する液晶表示装置であって、この液晶表示装置は複数の薄膜トランジスタを有しており、薄膜トランジスタはソース電極及びドレイン電極と、絶縁膜を介してソース電極及びドレイン電極上部に形成された画素電極を有しており、ソース電極及びドレイン電極と画素電極との間に電圧を印加することにより、基板に対し平行な横方向電界を発生させ、横方向電界により液晶の配向を制御することを特徴とする。
(9)基板上に薄膜トランジスタで構成された複数のCMOSを有する画像表示装置であって、前記薄膜トランジスタはボトムゲート型であり、チャネル領域は基板側から、ゲート電極/ゲート絶縁膜/多結晶シリコン膜が順次積層された積層構造を有し、ソース電極及びドレイン電極部は基板側から、ゲート絶縁膜/層間絶縁膜/非単結晶シリコン膜/金属膜が積層された積層構造を有しており、n型薄膜トランジスタは、前記非単結晶シリコン膜がn型導電性を有し、前記多結晶シリコン膜はゲート絶縁膜及び層間絶縁膜及びn型非単結晶シリコン膜にそれぞれ接して形成されており、p型薄膜トランジスタは、前記層間絶縁膜の側面部及び前記金属膜の側面部に接してp型非単結晶シリコン膜が形成されており、前記多結晶シリコン膜はゲート絶縁膜及び前記p型非単結晶シリコン膜に接して形成されていることを特徴とする。
(10)上記多結晶シリコン膜を形成する工程は、プラズマCVD法で成膜するアモルファスシリコン膜の形成工程と、前記アモルファスシリコン膜をアニールして多結晶化する工程とを含むことを特徴とする。
(11)上記多結晶シリコン膜を形成する工程を、触媒CVD法により形成する工程としたことを特徴とする。これにより、CVD法でもアニール処理なしで直接多結晶シリコン膜を形成することができる。
(12)上記非単結晶シリコン膜を形成する工程を、触媒CVD法により形成する工程とし、多結晶シリコンを含む膜を形成する工程としたことを特徴とする。
(13)上記非単結晶シリコン膜を形成する工程を、プラズマCVD法により形成する工程とし、アモルファスシリコンを含む膜を形成する工程としたことを特徴とする。
【0025】
【実施例】
以下、図面にしたがい本発明の実施例を具体的に説明する。
(実施例1)
図1、図6〜図14を用いて第1の実施例を説明する。
図6は、液晶を用いた画像表示装置の構成図である。複数のゲート線G0と、複数のゲート線にマトリクス状に交差する複数の信号線SD0とを有し、ゲート線と信号線との交点には画素TFT103が配置されている。なお、同図中の符号100は画素、101はドレインドライバ回路、102はゲートドライバ回路、104は保持容量、105は液晶容量、C0はコモン線をそれぞれ示す。
【0026】
図7は、図6に示した画素100の平面レイアウト図である。なお、図7中の符号G1はゲート電極、SD1はソース/ドレイン電極、PSIはポリシリコン膜、INTは層間絶縁膜、HDAは高濃度n型アモルファスシリコン層、C1はコモン線、PX1は画素電極をそれぞれ示す。
【0027】
図8は図7中のA−A’での断面図であり、画素電極PX1と対向電極PX2とで液晶容量を形成している。ゲート電極G1は、バックライト204からTFTを構成するチャネル及びオセット領域W1内のポリシリコン膜PSIへ照射される光を遮光し、光リーク電流の発生を防止する(W1<W2)。また、ブラックマトリックスBMは、対向基板SUB側からポリシリコン膜PSIへ照射される光を遮光する。
【0028】
なお、図8中の符号200は液晶層、203は偏光板、201は配向膜、202は保護絶縁膜、CFはカラーフィルタ、W1はチャネル及びオセット領域の幅、W2はゲート電極G1の幅をそれぞれ示す。
【0029】
図1は、既に説明したようにボトムゲート型ポリシリコンTFTの構造及びゲート線と信号線の交差部の断面図を示したもので、図8において画素電極PX1形成後の構成を示している。
【0030】
また、図9は図7中のB−B’での断面図であり、コモン電極C1(ゲート電極G1と同じ導電層)と画素電極PX1とで保持容量を形成している。
【0031】
以下、図1に示すTFTの製造方法を図10〜図14に示した断面工程図に従って述べる。
【0032】
先ず図10に示すように、ガラス基板SUB上に酸化シリコン膜(SiO2)からなるバッファ層L1をプラズマCVD法により膜厚100nm堆積し、さらにスパッタリング法によりゲート線G0、ゲート電極G1、コモン電極C1となるAlを250nm堆積し、周知のホトエッチング工程によりAlをパターンニングする(この図ではゲート電極G1のみを示している)。
【0033】
次に図11に示すように、プラズマCVD法によりゲート絶縁膜GI(本実施例では酸化シリコン膜)を100nm、層間絶縁膜INT(本実施例では窒化シリコン膜)を500nm、高濃度n型アモルファスシリコン膜HDA(本実施例ではリンドープアモルファスシリコン膜)50nmを堆積し、さらにソース/ドレイン電極SD1となるTi−TiW−Al−TiW−Tiの5層金属膜M1を形成する。
【0034】
ここで金属膜M1の最下層のTi膜は、高濃度n型アモルファスシリコン膜HDAとAlとのコンタクト抵抗の低減、Alの高濃度n型アモルファスシリコン膜中への拡散防止等の役割を果たす。また、最上層のTiは、Alと画素電極PX1とのコンタクト抵抗を低減する役割を果たす。
【0035】
その後、図12に示すように、周知のホトエッチング工程によりチャネル領域をパターンニングし、5層金属膜M1を選択的に除去する。この時サイドエッチングによりレジストRES下部の5層金属膜も除去され縮小加工される。
【0036】
次に、図13に示すように、レジストRESを後退させながら、高濃度n型アモルファスシリコン層HDAと層間絶縁膜INTをエッチングし、層間絶縁膜INTをテーパ状に加工する。この時、後のレーザ結晶化工程において良質なポリシリコン膜を得るために、高濃度n型アモルファスシリコン層HDAと接する層間絶縁膜INTの端部のゲート絶縁膜GI上の投影点と、ゲート絶縁膜GIと接する層間絶縁膜INTの端部との間隔T1は、層間絶縁膜の膜厚T2より大きい(T1>T2)であることが望ましい。
【0037】
図14に示すように、レジストRESを除去した後、プラズマCVD法によりアモルファスシリコン層を50nm堆積し、XeClエキシマレーザを照射しアモルファスシリコン層を結晶化し、周知のホトエッチング工程により、島状のポリシリコン層PSIを形成する。
【0038】
その後、全体を覆うように窒化シリコンよりなる膜厚500nmの保護絶縁膜L2を形成し、さらに保護絶縁膜L2に設けたコンタクトスルーホールを介してインジウム錫酸化物(ITO)からなる画素電極PX1とソース/ドレイン電極SD1とがコンタクトされる。この状態を図1のa部に示している。
【0039】
本実施例によれば、イオン打ち込みおよび不純物活性化アニールを省略できるため、スループットが向上する。さらに、ソース/ドレイン電極SD1の加工と層間絶縁膜INTの加工を同一マスク(レジストRES)で行うため、ホトエッチング工程を追加することがなく、低コストの画像表示装置が得られる。また、ゲート線G0と信号線SD0との間に層間絶縁膜INTを有するため、寄生容量が低減でき、画像信号の高速書き込み、画面の大型化が可能となる。
【0040】
本実施例によれば、層間絶縁膜INTに接するポリシリコン層PSIはオフセットの役割を果たすためオフ電流を低減することが可能である。
【0041】
なお、図8に示すように、バックライト204による光リーク電流の発生を抑制するために、高濃度n型アモルファスシリコン層HDAはソース側、ドレイン側ともにゲート電極G1にオーバーラップしており、チャネル領域及びオフセット領域を形成するポリシリコン膜の幅W1は、ゲート電極の幅W2よりも短くする必要がある(W1<W2)。
【0042】
(実施例2)
図15は本発明の第2の実施例を示すものであり、図7中のA−A’での断面図に該当し、画素電極PX1形成後の構成である。すなわち、図15は、実施例1におけるゲート絶縁膜GIを、窒化シリコン膜GI2と酸化シリコン膜GI1との積層膜にした構造である。
【0043】
本実施例によれば、ゲート絶縁膜に酸化シリコンよりも誘電率の高い窒化シリコンを併用することによりTFTの高性能化が可能である。また、酸化シリコン膜GI1は、層間絶縁膜INTをエッチングする際、ゲート絶縁膜がエッチングされるのを防止する役割と、ポリシリコン層PSIとゲート絶縁膜との界面準位を低減する役割を果たしている。
【0044】
(実施例3)
図16は本発明の第3の実施例を示すものであり、図7中のA−A’での断面図に該当し、画素電極PX1形成後の構成である。すなわち、図16は、実施例2におけるゲート絶縁膜GIを、ゲート電極の陽極酸化膜GI3(本実施例では酸化アルミニウム膜)と酸化シリコン膜GI1との積層膜にした構造である。
【0045】
本実施例によれば、ゲート絶縁膜を陽極酸化により形成するためプロセスが簡略化できる。さらには、ゲート絶縁膜として誘電率の高い酸化アルミニウムを併用するため、酸化シリコン膜単独の場合よりもTFTの高性能化が可能である。
【0046】
(実施例4)
本発明の第4の実施例を図17〜図19を用いて説明する。図17は本発明の画像表示装置の回路ブロック構成図である。本実施例ではゲートドライバ回路102がTFTにより構成されており、図中にゲートドライバ回路の一部であるブートストラップ回路の構成図を示す。画素100の平面レイアウト図は図7と同様である。図7中のA−A’での断面図は図8と同様である。図7中のB−B’での断面図は図9と同様である。
【0047】
図18にブートストラップ回路106の平面レイアウト図を示す。図19は図18中のC−C’での断面図で、画素電極PX1形成後の構成を示す。実施例1において層間絶縁膜INTを成膜後、周知のホトエッチング工程によりコンタクト領域を開口し、その後、高濃度n型アモルファスシリコン層HDAおよびソース/ドレイン電極SD1を形成することにより図19の構造を得る。
【0048】
本実施例によれば、画素部を駆動する周辺駆動回路の一部を、画素部と同一基板上に、しかも画素部と同様のポリシリコンTFTで構成することにより、画素部と周辺駆動回路との接続端子数が低減でき、高精細な画像表示ができる。さらに、周辺駆動回路を構成するLSI数を削減できるため、画像表示装置の低コスト化が可能である。
【0049】
(実施例5)
本発明の第5の実施例を図20〜図24を用いて説明する。本実施例における画像表示装置の構成図は図17と同様である。図20は画素100の平面レイアウト図である。また、図21はゲートドライバ回路102の一部であるブートストラップ回路106の平面レイアウト図である。図22は図20中のD−D’での断面図、図23は図21中のE−E’での断面図であり、画素電極PX1形成後の構成を示す。
【0050】
この図23に示すゲートドライバ回路102を構成するTFTは、実施例1において層間絶縁膜INT成膜後、周知のホトエッチング工程によりゲート電極上方の層間絶縁膜を除去し、その後、高濃度n型アモルファスシリコン層HDAおよびソース/ドレイン電極SD1を形成している。この時、回路高性能化のため、図23に示した回路を構成するTFTのゲート電極G1と高濃度不純物アモルファスシリコン層HDAとのオーバーラップ長OFF2は、図22に示した画素を構成するTFTのゲート電極G1と高濃度不純物アモルファスシリコン層HDAとのオーバーラップ長OFF1よりも短いことが望ましい。すなわち、OFF1(画素のTFTにおけるG1とHDAとのオーバーラップ長)>OFF2(ゲートドライバ回路のTFTにおけるG1とHDAとのオーバーラップ長)の関係が望ましい。
【0051】
図24はゲートドライバ回路102を示す図21中のF−F’での断面図であり、画素電極PX1形成後の構成を示す。ゲート電極G1とソース/ドレイン電極SD1とで容量を形成している。
【0052】
本実施例によれば、図23に示したように、ゲートドライバ回路102を構成するTFTにはオフセット領域がないため、TFTのオン電流を高くでき、回路の高性能化が可能である。
【0053】
(実施例6)
本発明の第6の実施例を図25〜図31を用いて説明する。本実施例における画像表示装置の構成図は図6と同様である。ただし、実施例1の図1に示した画素を構成するTFTのチャネル領域を構成する構造が、本実施例ではこの後に図26で説明するように異なっている。
【0054】
図25は、画素100の平面レイアウト図である。図26は図25中のG−G’での断面図であり、画素電極PX1形成後の構成を示している。図26に示すTFTの製造方法を、図27〜図31に示す断面工程図に従って述べる。
【0055】
先ず、図27に示すように、実施例1で説明した図10と同様に、ガラス基板SUB上にバッファ層L1、ゲート電極G1を形成する。
【0056】
次に、図28に示すように、プラズマCVD法によりゲート絶縁膜GI、層間絶縁膜INTを形成し、触媒CVD法により高濃度n型ポリシリコン層HDNを形成し、スパッタリングによりソース/ドレイン電極SD1となるTi−TiW−Al−TiW−Tiの5層金属膜M1を形成する。なお、この工程で実施例1と異なるのは、実施例1ではプラズマCVD法により高濃度n型アモルファスシリコン層HDAを形成したが、ここでは触媒CVD法により高濃度n型ポリシリコン層HDNを形成した。
【0057】
その後、図29に示すように、周知のホトエッチング工程によりチャネル領域をパターンニングし、5層金属膜を選択的に除去する。この時サイドエッチングによりレジストRES下部の5層金属膜も除去する。この製造工程は実施例1の図12とほぼ同じであるが、図29に示すように5層金属膜M1のサイドエッチングの量が実施例1の場合より少し浅い。
【0058】
次に、図30に示すように、異方性エッチング(ここでは周知のドライエッチング)により、高濃度n型ポリシリコン層HDNと層間絶縁膜INTをエッチングする。
【0059】
次に、図31に示すように、レジスト除去の後、触媒CVD法によりポリシリコン層を100nm堆積し、周知のホトエッチング工程により、島状のポリシリコン層PSIを形成する。なお、実施例1ではプラズマCVD法によりアモルファスシリコンを形成してからレーザアニールでポリシリコンとしたが、ここでは触媒CVD法により直接ポリシリコン層を形成しているので、レーザアニールは不要であり工程が簡略化される。
【0060】
その後、全体を覆うように窒化シリコンよりなる膜厚500nmの保護絶縁膜L2を形成し、さらに保護絶縁膜L2に設けたコンタクトスルーホールを介して画素電極PX1とソース/ドレイン電極SD1とがコンタクトされ、図26に示した構造の画素を構成するTFTが得られる。
【0061】
本実施例によれば、図30に示したように、層間絶縁膜INTをドライエッチングにより加工するため、チャネル長のバラツキを低減できる。さらにオフセット長が層間絶縁膜の膜厚で制御できるため、オフセット長のバラツキを低減でき、TFT性能の均一性を向上できる。この場合、高濃度n型ポリシリコン層HDNと接する層間絶縁膜INTの端部のゲート絶縁膜GI上の投影点と、ゲート絶縁膜GIと接する層間絶縁膜INTの端部との間隔T1は、層間絶縁膜INTの膜厚T2以下であることが望ましい(T1>T2)。
【0062】
(実施例7)
本発明の第7の実施例を図32〜図41を用いて説明する。
図32は画像表示装置の構成図である。本実施例ではゲートドライバ回路102が画素部と同一基板上に形成されたTFTにより構成されており、図中にゲートドライバ回路の一部であるCMOS107の構成図を示す。
【0063】
図33は図32に示した画素100の平面レイアウト図である。図33中のH−H’での断面図は図26と同様である。
【0064】
図34は図32のゲートドライバ回路102中のCMOS107の平面レイアウト図である。
【0065】
図35は図34中のJ−J’での断面図であり、画素電極PX1形成後の構成を示す。図35に示すTFTの製造方法を図36〜図41に示した断面工程図に従って述べる。
【0066】
先ず、図36に示すように、実施例6と同様に、ガラス基板SUB上にバッファ層L1、ゲート電極G1を形成し、ゲート絶縁膜GI、層間絶縁膜INT、高濃度n型ポリシリコン層HDN、Ti−TiW−Al−TiW−Tiの5層金属膜M1(ソース/ドレイン電極SD1となるもの)を順次形成する。さらに周知のホトエッチング工程によりCMOS用に2種のチャネル領域(pチャネル/nチャネル)をパターンニングし、5層金属膜にサイドエッチングを施した後、異方性エッチング(周知のドライエッチング)により、高濃度n型ポリシリコン層HDNと層間絶縁膜INTをエッチングする。
【0067】
その後、図37に示すように、pチャネルTFTを除く領域(この図では右側のnチャネル領域)にマスク絶縁膜L4を形成し、マスク絶縁膜L4及びソース/ドレイン電極SD1をマスクにして高濃度n型ポリシリコン層と層間絶縁膜を除去する。
【0068】
次に図38に示すように、高濃度p型ポリシリコン層HDPを触媒CVD法により形成し、さらに図39に示すように、異方性エッチング(ここではドライエッチング)により層間絶縁膜INT側面を除く高濃度p型ポリシリコン層を除去する。
【0069】
その後、図40に示すようにマスク絶縁膜L4を除去し、続いて図41に示すように、触媒CVD法によりポリシリコン層PSIを100nm堆積し、周知のホトエッチング工程により、島状のポリシリコン層PSIを形成する。このようにして図35に示す構造のCMOSが形成される。
【0070】
本実施例では、CMOSを用いて回路を構成するため、周辺駆動回路の小型化、低電力化が可能である。
【0071】
(実施例8)
図42は本発明の第8の実施例となる画像表示装置の構成図である。図43は図42中の画素100の平面レイアウト図を示す。保持容量104は、コモン電極C1とソース/ドレイン電極SD1とで構成されており、液晶容量105は画素電極PX1とソース/ドレイン電極SD1とで構成されている。また、画素電極PX1、コモン電極C1、コモン線C0は全て同一層で形成されている。
【0072】
本実施例によれば、TFT基板上に形成された画素電極PX1とソース/ドレイン電極SD1との間の横方向電界によって液晶を駆動するため、液晶の複屈折性による色変化を抑制でき、液晶表示装置の広視野角化が可能である。
【0073】
(実施例9)
本発明の第9の実施例における画像表示装置の構成図は図6と同様である。
図44に画素100の平面レイアウト図を示す。保持容量104は、コモン電極C1と画素電極PX1とで構成されており、液晶容量105は画素電極PX1と対向電極PX2とで構成されている。
【0074】
TFT基板上に形成された画素電極PX1と、対向基板上に形成された対向電極PX2は、それぞれパターンニングされており、基板上に突起状の電極が形成されている。この電極により電圧印加時の液晶分子配向方向を斜めに制御する。
【0075】
本実施例によれば、基板上に突起状の電極を形成し、電圧印加時の液晶分子が斜めに配向される方向が、一画素内において複数の方向になるように制御するため、液晶表示装置の広視野角化が可能である。
【0076】
以上実施例1から実施例9に記載の画像表示装置において、基板SUBは必ずしもガラス基板である必要はなく、例えばプラスチックなどの他の絶縁性基板であってもよい。
【0077】
バッファ層L1としては、酸化シリコン膜の代わりに窒化シリコン膜あるいは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜を用いても良い。窒化シリコン膜をバッファ層として用いれば、ガラス基板SUB内の不純物がゲート絶縁膜GI中に拡散侵入するのを効果的に防止できる。
【0078】
また、ゲート電極G1の材料は、Alに限らずTi、Ta等周知の電極材料であっても良い。層間絶縁膜INTは酸化シリコン膜あるいは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜であっても良いし、他の周知の低誘電率材料であっても良い。
【0079】
実施例2に記載の画像表示装置において、ゲート絶縁膜GI2の材料は、Al2O3、Y2O3、La2O3、Ta2O5、ZrO2、LaAlO3、ZrTiO4、HfO2、SrZrO3、TiO2、SrTiO3、SrBi2Ta2O9、(BaxSr1−x)TiO3、Pb(ZryTi1−y)O3等の周知の高誘電率材料であっても良い。
【0080】
実施例3に記載の画像表示装置において、ゲート電極G1の材料は、Ti、Zr、Hf、Ta、Nbまたはそれらの合金等、その酸化膜が高誘電率材料である周知の電極材料であっても良い。また、酸化の方法は、陽極酸化に限らず酸素プラズマ処理であっても良い。
【0081】
実施例8及び実施例9に記載の画像表示装置において、画素TFT103の断面構造は、実施例1〜3、実施例6に記載のいずれであっても良い。また、ゲートドライバ回路102を構成するTFTの断面構造は実施例4、実施例5、実施例7に記載のいずれであっても良い。保持電極は、コモン電極C1の代わりに前段のゲート線G0の一部を用いることも可能である。
【0082】
本発明は、表示手段として液晶を用いるものに限らずエレクトロルミネッセンスを利用した画像表示装置にも適用できる。
【0083】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によりゲート線と信号線との交差部における容量を低下させ、かつ製造コストの低い画像表示装置、さらにはオフ電流を低下させ、かつ、製造コストの低い画像表示装置をそれぞれ実現するという所期の目的を達成することができる。
【0084】
すなわち、本発明は、ボトムゲート型TFTを用いることにより製造コストを低減でき、かつ、ゲート線と信号線との間に層間絶縁膜を形成することにより、層間容量を低減した画像表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の薄膜トランジスタの断面図。
【図2】従来のポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程の一例を示す断面図。
【図3】従来のポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程の一例を示す断面図。
【図4】従来のポリシリコン薄膜トランジスタの製造工程の一例を示す断面図。
【図5】従来のアモルファスシリコン薄膜トランジスタ及びゲート線と信号線との交差部の断面図。
【図6】本発明に係る液晶表示装置の構成図。
【図7】本発明に係る液晶表示装置における画素の平面レイアウト図。
【図8】図7中のA−A’断面図。
【図9】図7中のB−B’断面図。
【図10】実施例1の製造工程を示す断面図。
【図11】実施例1の製造工程を示す断面図。
【図12】実施例1の製造工程を示す断面図。
【図13】実施例1の製造工程を示す断面図。
【図14】実施例1の製造工程を示す断面図。
【図15】実施例2の薄膜トランジスタの断面図。
【図16】実施例3の薄膜トランジスタの断面図。
【図17】実施例4及び実施例5の液晶表示装置の構成図。
【図18】実施例4の液晶表示装置におけるブートストラップ回路の平面レイアウト図。
【図19】実施例4の薄膜トランジスタの断面図。
【図20】実施例5の液晶表示装置における画素の平面レイアウト図。
【図21】実施例5の液晶表示装置におけるブートストラップ回路の平面レイアウト図。
【図22】実施例5の液晶表示装置における画素を構成する薄膜トランジスタの断面図。
【図23】実施例5の液晶表示装置における周辺駆動回路を構成する薄膜トランジスタの断面図。
【図24】実施例5の液晶表示装置における周辺駆動回路を構成する容量素子の断面図。
【図25】実施例6の液晶表示装置における画素の平面レイアウト図。
【図26】実施例6の薄膜トランジスタの断面図。
【図27】実施例6の製造工程を示す断面図。
【図28】実施例6の製造工程を示す断面図。
【図29】実施例6の製造工程を示す断面図。
【図30】実施例6の製造工程を示す断面図。
【図31】実施例6の製造工程を示す断面図。
【図32】実施例7の液晶表示装置の構成図。
【図33】実施例7の液晶表示装置における画素の平面レイアウト図。
【図34】実施例7の液晶表示装置におけるCMOSの平面レイアウト図。
【図35】実施例7の液晶表示装置におけるCMOSを構成する薄膜トランジスタの断面図。
【図36】実施例7の製造工程を示す断面図。
【図37】実施例7の製造工程を示す断面図。
【図38】実施例7の製造工程を示す断面図。
【図39】実施例7の製造工程を示す断面図。
【図40】実施例7の製造工程を示す断面図。
【図41】実施例7の製造工程を示す断面図。
【図42】実施例8の液晶表示装置の構成図。
【図43】実施例8の液晶表示装置における画素の平面レイアウト図。
【図44】実施例9の液晶表示装置における画素の平面レイアウト図。
【符号の説明】
SUB…ガラス基板、PSI…ポリシリコン膜、ASI…アモルファスシリコン膜、L1…バッファ層、L2…保護絶縁膜、L3…チャネルエッチング防止膜、L4…マスク絶縁膜、G0…ゲート線、G1…ゲート電極、SD0…信号線、SD1…ソース/ドレイン電極、C0…コモン線、C1…コモン電極、GI…ゲート絶縁膜、GI1…酸化シリコン膜、GI2…窒化シリコン膜、GI3…ゲート電極の陽極酸化膜、INT…層間絶縁膜、HDA…高濃度n型アモルファスシリコン層、HDN…高濃度n型ポリシリコン層、LDN…低濃度n型ポリシリコン層、HDP…高濃度p型ポリシリコン層、M1…5層金属膜、PX1…画素電極、PX2…対向電極、RES…レジスト、CF…カラーフィルタ、BM…ブラックマトリックス、100…画素、101…ドレインドライバ回路、102…ゲートドライバ回路、103…画素TFT、104…保持容量、105…液晶容量、106…ブートストラップ回路、107…CMOS、200…液晶層、201…配向膜、202…保護絶縁膜、203…偏光板、204…バックライト。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image display device and a method for manufacturing the same, and more particularly to an image display device suitable for being manufactured at low cost and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Polysilicon thin film transistors (hereinafter abbreviated as TFTs) have excellent performance in that the mobility is two orders of magnitude higher than that of amorphous silicon TFTs. An example utilizing this feature is, for example, an active matrix type liquid crystal display device described in Non-Patent
[0003]
A conventional method for manufacturing a polysilicon TFT will be described with reference to FIGS.
[0004]
First, as shown in FIG. 2, a 100-nm-thick silicon oxide film L1 is deposited as a buffer layer on a glass substrate SUB, and a 50-nm-thick amorphous silicon layer is deposited by a plasma CVD method. Next, the amorphous silicon layer is crystallized by irradiating a XeCl excimer laser, and an island-shaped polysilicon layer PSI is obtained by a known photo-etching process. Thereafter, a gate insulating film GI is deposited to a thickness of 100 nm by a plasma CVD method, and a gate electrode G1 is formed.
[0005]
Next, as shown in FIG. 3, after the low concentration n-type polysilicon layer LDN is formed by ion implantation of phosphorus using the gate electrode G1 as a mask, the low concentration n-type polysilicon layer LDN is provided on the low concentration n-type polysilicon layer LDN (not shown). A high-concentration n-type polysilicon layer HDN is formed using the resist as a mask.
[0006]
As shown in FIG. 4, an interlayer insulating film INT made of silicon oxide is formed so as to cover the whole, and furnace annealing at 600 ° C. is performed for 5 hours to activate impurities. Further, source / drain electrodes SD1 are formed through contact through holes provided in the interlayer insulating film INT.
[0007]
Conventional polysilicon TFTs require ion implantation and impurity activation steps in order to form low-resistance source / drain regions, thus reducing throughput.
[0008]
As means for omitting these steps, there is a method of laminating a high-concentration n-type amorphous silicon layer and source / drain electrodes on a silicon layer as in a conventional amorphous silicon TFT. This example is shown in FIG.
[0009]
As shown in FIG. 5, after the formation of the gate insulating film GI, an amorphous silicon layer ASI and a channel etching prevention film L3 are formed, and the high-concentration n-type amorphous silicon layer HDA and the source / drain electrode SD1 are laminated to form ions. The steps of implanting and activating impurities can be omitted.
[0010]
However, in this structure, since the capacity at the intersection of the gate line G0 and the signal line SD0 is large, it has been difficult to rewrite the image signal at high speed and to enlarge the screen. Furthermore, when the structure of a conventional amorphous silicon TFT is applied to a polysilicon TFT, the mobility of polysilicon is higher than that of amorphous silicon by two digits or more, so that there is a problem that the off-current increases.
[0011]
In order to reduce the capacitance among the above problems, it is effective to form an insulating film between the gate line G0 and the signal line SD0. However, in this method, a photoetching step for forming an insulating film is added, so that the throughput is reduced and the cost is increased.
[0012]
In order to reduce the off-state current, there is a method of forming a low-concentration impurity layer between a polycrystalline semiconductor layer and a high-concentration impurity layer as described in
[0013]
[Non-patent document 1]
Society for Information Display International Symposium Digest of Technical Papers pp. 172 (Society for Information Display International Symposium Digest of Technical Papers pp. 1992).
[Patent Document 1]
JP-A-7-131030
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and a first object of the present invention is to reduce the capacitance at the intersection of a gate line and a signal line and to reduce the manufacturing cost. Is to provide.
[0015]
A second object is to provide an image display device with reduced off-current and low manufacturing cost.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The above object of the present invention is attained by an image display device and a method of manufacturing the same, in which the features of the present invention are described below.
[0017]
That is, the image display device of the present invention is an image display device having a plurality of thin film transistors on a substrate, and a plurality of gate lines and a plurality of signal lines crossing the gate lines in a matrix on the substrate. The thin film transistor is a bottom gate type, the channel region has a laminated structure in which a gate electrode / gate insulating film / polycrystalline silicon film is sequentially laminated from the substrate side, and the source electrode and the drain electrode portion are From the side, a gate insulating film / interlayer insulating film / non-single-crystal silicon film / metal film is sequentially laminated, and the polycrystalline silicon film includes the gate insulating film, the interlayer insulating film, and the non-crystalline silicon film. A stacked insulating film formed of the gate insulating film and the interlayer insulating film at an intersection of the signal line and the gate line; Characterized in that it has.
[0018]
Further, a feature of the method for manufacturing an image display device of the present invention is a step of forming a bottom-gate thin film transistor on a substrate, a step of forming a gate electrode on the substrate, and a step of forming a gate insulating film on the gate electrode. Forming, forming an interlayer insulating film on the gate insulating film, forming a non-single-crystal silicon film on the interlayer insulating film, and forming a metal film on the non-single-crystal silicon film Process, processing the metal film using a resist as a mask, further processing the metal film to reduce the resist by side etching, forming a source electrode and a drain electrode, using the same resist as a mask, Etching the non-single-crystal silicon film and the interlayer insulating film; and contacting the gate insulating film, the interlayer insulating film and the non-single-crystal silicon film with a polycrystalline silicon film. Characterized in that it comprises a step of forming a silicon film.
[0019]
According to the image display device of the present invention, the steps of ion implantation and impurity activation can be omitted by using a bottom gate polysilicon thin film transistor (TFT), and the metal film, the non-single-crystal silicon film, and the interlayer Since the processing of the insulating film is performed using the same resist mask, the cost of the image display device can be reduced without adding a photoetching step.
[0020]
In the image display device of the present invention, a stacked insulating film of a gate insulating film and an interlayer insulating film is formed between a gate line in the same layer as the gate electrode and a signal line in the same layer as the source / drain electrodes. In addition, the interlayer capacitance can be reduced, the size of the image display device can be increased, and image signals can be rewritten at high speed.
[0021]
Further, when a voltage is applied to the gate electrode, the carrier concentration induced in the polycrystalline silicon film formed in contact with the side surface of the interlayer insulating film is induced in the polycrystalline silicon film formed in contact with the gate insulating film. Lower than the carrier concentration. Therefore, the thin film transistor of the present invention has an offset structure, and can reduce off current.
[0022]
Note that the term non-single-crystal silicon film used here means that it is not a single-crystal silicon film. Specifically, an amorphous silicon film, a polycrystalline silicon film, or both of these are partially used. Containing film.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A typical embodiment of the present invention will be described below.
(1) A cross-sectional view of FIG. 1 shows a structure of a typical bottom gate type polysilicon TFT formed on a substrate of an image display device of the present invention and an intersection of a gate line and a signal line. This figure shows a state after the pixel electrode PX1 is formed in the manufacturing process of the image display device. 1A shows a TFT region, and FIG. 1B shows an intersection of a gate line and a signal line. Silicon oxide is provided as a buffer layer L1 on a glass substrate SUB, and a TFT, a driving circuit necessary for an image display device, and the like are formed on the substrate.
[0024]
In FIG. 1, reference symbol G1 denotes a gate electrode, GI denotes a gate insulating film, INT denotes an interlayer insulating film, PSI denotes a polysilicon film (polycrystalline silicon film), and HDA denotes a high-concentration n-type amorphous silicon layer (a non-single-crystal silicon film). One example), SD1 is a source / drain electrode (metal film), L2 is a protective insulating film, PX1 is a pixel electrode, G0 is a gate line, and SD0 is a signal line.
(2) A preferable configuration of the TFT is that the metal film forming the source / drain electrode SD1 and the signal line SD0 is reduced in size in a self-aligned manner with respect to the non-single-crystal silicon film.
(3) The interlayer insulating film INT above the gate electrode is processed into a tapered shape, and a projection point on the gate insulating film at the end of the interlayer insulating film INT in contact with the non-single-crystal silicon film, and the gate insulating film GI The relationship between the two is T1> T2, where T1 is the distance from the end of the interlayer insulating film INT in contact with and T2 is the thickness of the interlayer insulating film INT. That is, the interval T1 is longer than the film thickness T2 of the interlayer insulating film INT. Thereby, high-quality polysilicon can be obtained when a polycrystalline silicon film is formed in a channel region in a manufacturing process including a laser crystallization process.
(4) Contrary to the case of (3), the relationship between the two may be set to T1 ≦ T2. As a result, there are effects that the ON current can be increased and the variation of the offset length can be controlled (reduced).
(5) The gate insulating film GI is preferably a laminated film of a high dielectric constant film and a silicon oxide film. As the high dielectric constant film, for example, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , LaAlO 3 , ZrTiO 4 , HfO 2 , SrZrO 3 , TiO 2 , SrTiO 3 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , (Ba x Sr 1-x ) TiO 3 , Pb (Zr y Ti 1-y ) O 3 And other well-known high dielectric constant materials.
(6) The gate insulating film GI is preferably a laminated film of an oxide film and a silicon oxide film of the gate electrode G1.
(7) When the width of the polycrystalline silicon film in contact with the gate insulating film and the interlayer insulating film is W1 and the width of the gate electrode is W2, the relationship between the two is W1 <W2. Thus, when the image display device is configured by a liquid crystal display device, it is possible to suppress the occurrence of light leakage current due to the backlight. Since the polycrystalline silicon PSI in contact with the interlayer insulating film INT plays a role of an offset, the off-state current can be reduced.
(8) A preferred image display device of the present invention is a liquid crystal display device having a pair of insulating substrates and a liquid crystal layer sandwiched therebetween, and the liquid crystal display device has a plurality of thin film transistors. Has a source electrode and a drain electrode, and a pixel electrode formed on the source electrode and the drain electrode with an insulating film interposed therebetween, and by applying a voltage between the source electrode and the drain electrode and the pixel electrode, A horizontal electric field parallel to the substrate is generated, and the liquid crystal alignment is controlled by the horizontal electric field.
(9) An image display device having a plurality of CMOSs formed of thin film transistors on a substrate, wherein the thin film transistors are of a bottom gate type, and a channel region is a gate electrode / gate insulating film / polycrystalline silicon film from the substrate side. Have a laminated structure in which a gate insulating film / interlayer insulating film / non-single-crystal silicon film / metal film are laminated from the substrate side, In the n-type thin film transistor, the non-single-crystal silicon film has n-type conductivity, and the polycrystalline silicon film is formed in contact with a gate insulating film, an interlayer insulating film, and an n-type non-single-crystal silicon film, respectively. In the p-type thin film transistor, a p-type non-single-crystal silicon film is formed in contact with a side surface of the interlayer insulating film and a side surface of the metal film. Characterized in that it is formed in contact with the gate insulating film and the p-type non-single crystal silicon film.
(10) The step of forming the polycrystalline silicon film includes a step of forming an amorphous silicon film formed by a plasma CVD method and a step of annealing the amorphous silicon film to make it polycrystalline. .
(11) The step of forming the polycrystalline silicon film is a step of forming by a catalytic CVD method. Thus, the polycrystalline silicon film can be formed directly without annealing even in the CVD method.
(12) The step of forming the non-single-crystal silicon film is a step of forming by a catalytic CVD method and a step of forming a film containing polycrystalline silicon.
(13) The step of forming the non-single-crystal silicon film is a step of forming by a plasma CVD method and a step of forming a film containing amorphous silicon.
[0025]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
(Example 1)
A first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 6 to 14.
FIG. 6 is a configuration diagram of an image display device using a liquid crystal. It has a plurality of gate lines G0 and a plurality of signal lines SD0 crossing the plurality of gate lines in a matrix, and a
[0026]
FIG. 7 is a plan layout diagram of the
[0027]
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 7, and a liquid crystal capacitance is formed by the pixel electrode PX1 and the counter electrode PX2. The gate electrode G1 blocks light emitted from the
[0028]
8,
[0029]
FIG. 1 shows a structure of a bottom gate type polysilicon TFT and a cross-sectional view of an intersection of a gate line and a signal line as described above. FIG. 8 shows a structure after the pixel electrode PX1 is formed.
[0030]
FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 7, in which a common electrode C1 (the same conductive layer as the gate electrode G1) and the pixel electrode PX1 form a storage capacitor.
[0031]
Hereinafter, a method for manufacturing the TFT shown in FIG. 1 will be described with reference to the cross-sectional process diagrams shown in FIGS.
[0032]
First, as shown in FIG. 10, a silicon oxide film (SiO 2) is formed on a glass substrate SUB. 2 ) Is deposited to a thickness of 100 nm by a plasma CVD method, and 250 nm of Al to be a gate line G0, a gate electrode G1, and a common electrode C1 is deposited by a sputtering method, and the Al is patterned by a known photo-etching process. (Only the gate electrode G1 is shown in this figure).
[0033]
Next, as shown in FIG. 11, a gate insulating film GI (a silicon oxide film in this embodiment) is 100 nm, an interlayer insulating film INT (a silicon nitride film in this embodiment) is 500 nm, and a high-concentration n-type amorphous film is formed by a plasma CVD method. A silicon film HDA (in this embodiment, a phosphorus-doped amorphous silicon film) of 50 nm is deposited, and a five-layer metal film M1 of Ti-TiW-Al-TiW-Ti to be the source / drain electrode SD1 is formed.
[0034]
Here, the lowermost Ti film of the metal film M1 plays a role of reducing contact resistance between the high-concentration n-type amorphous silicon film HDA and Al, preventing diffusion of Al into the high-concentration n-type amorphous silicon film, and the like. Further, the uppermost layer Ti plays a role of reducing the contact resistance between Al and the pixel electrode PX1.
[0035]
Thereafter, as shown in FIG. 12, the channel region is patterned by a well-known photo-etching process, and the five-layer metal film M1 is selectively removed. At this time, the five-layer metal film below the resist RES is also removed by side etching, and is reduced.
[0036]
Next, as shown in FIG. 13, while the resist RES is recessed, the high-concentration n-type amorphous silicon layer HDA and the interlayer insulating film INT are etched to process the interlayer insulating film INT into a tapered shape. At this time, in order to obtain a high-quality polysilicon film in the subsequent laser crystallization step, a projection point on the gate insulating film GI at an end of the interlayer insulating film INT in contact with the high-concentration n-type amorphous silicon layer HDA, It is desirable that the distance T1 between the film GI and the edge of the interlayer insulating film INT in contact with the film GI is larger than the film thickness T2 of the interlayer insulating film (T1> T2).
[0037]
As shown in FIG. 14, after removing the resist RES, an amorphous silicon layer is deposited to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method, and the amorphous silicon layer is crystallized by irradiating a XeCl excimer laser. A silicon layer PSI is formed.
[0038]
Thereafter, a 500-nm-thick protective insulating film L2 made of silicon nitride is formed so as to cover the entirety, and a pixel electrode PX1 made of indium tin oxide (ITO) is formed through a contact through hole provided in the protective insulating film L2. The source / drain electrode SD1 is contacted. This state is shown in part a of FIG.
[0039]
According to this embodiment, the ion implantation and the impurity activation annealing can be omitted, so that the throughput is improved. Further, since the processing of the source / drain electrode SD1 and the processing of the interlayer insulating film INT are performed using the same mask (resist RES), a photoetching step is not added, and a low-cost image display device can be obtained. Further, since the interlayer insulating film INT is provided between the gate line G0 and the signal line SD0, parasitic capacitance can be reduced, and high-speed writing of image signals and enlargement of a screen can be realized.
[0040]
According to the present embodiment, since the polysilicon layer PSI in contact with the interlayer insulating film INT plays a role of an offset, the off current can be reduced.
[0041]
As shown in FIG. 8, the high-concentration n-type amorphous silicon layer HDA overlaps the gate electrode G1 on both the source side and the drain side in order to suppress the occurrence of light leakage current due to the
[0042]
(Example 2)
FIG. 15 shows a second embodiment of the present invention, which corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 7, and shows a configuration after the pixel electrode PX1 is formed. That is, FIG. 15 shows a structure in which the gate insulating film GI in the first embodiment is a stacked film of the silicon nitride film GI2 and the silicon oxide film GI1.
[0043]
According to this embodiment, it is possible to improve the performance of the TFT by using silicon nitride having a higher dielectric constant than silicon oxide for the gate insulating film. In addition, the silicon oxide film GI1 plays a role of preventing the gate insulating film from being etched when etching the interlayer insulating film INT and a role of reducing the interface state between the polysilicon layer PSI and the gate insulating film. I have.
[0044]
(Example 3)
FIG. 16 shows a third embodiment of the present invention, which corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 7, and shows a configuration after the pixel electrode PX1 is formed. That is, FIG. 16 shows a structure in which the gate insulating film GI in the second embodiment is a laminated film of the anodic oxide film GI3 (the aluminum oxide film in this embodiment) of the gate electrode and the silicon oxide film GI1.
[0045]
According to this embodiment, the process can be simplified because the gate insulating film is formed by anodic oxidation. Further, since aluminum oxide having a high dielectric constant is used in combination as the gate insulating film, the performance of the TFT can be improved as compared with the case where the silicon oxide film is used alone.
[0046]
(Example 4)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 17 is a circuit block diagram of the image display device of the present invention. In this embodiment, the
[0047]
FIG. 18 shows a plan layout diagram of the
[0048]
According to the present embodiment, a part of the peripheral driving circuit for driving the pixel portion is formed on the same substrate as the pixel portion and is made of the same polysilicon TFT as that of the pixel portion. The number of connection terminals can be reduced, and a high-definition image can be displayed. Further, since the number of LSIs constituting the peripheral drive circuit can be reduced, the cost of the image display device can be reduced.
[0049]
(Example 5)
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The configuration diagram of the image display device in the present embodiment is the same as FIG. FIG. 20 is a plan layout diagram of the
[0050]
In the TFT constituting the
[0051]
FIG. 24 is a cross-sectional view of the
[0052]
According to the present embodiment, as shown in FIG. 23, since the TFT constituting the
[0053]
(Example 6)
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The configuration diagram of the image display device in the present embodiment is the same as FIG. However, the structure of the channel region of the TFT forming the pixel shown in FIG. 1 of the first embodiment is different in the present embodiment as will be described later with reference to FIG.
[0054]
FIG. 25 is a plan layout diagram of the
[0055]
First, as shown in FIG. 27, a buffer layer L1 and a gate electrode G1 are formed on a glass substrate SUB, similarly to FIG. 10 described in the first embodiment.
[0056]
Next, as shown in FIG. 28, a gate insulating film GI and an interlayer insulating film INT are formed by plasma CVD, a high-concentration n-type polysilicon layer HDN is formed by catalytic CVD, and source / drain electrodes SD1 are formed by sputtering. A five-layer metal film M1 of Ti-TiW-Al-TiW-Ti is formed. The difference from this embodiment in this step is that the high-concentration n-type amorphous silicon layer HDA is formed by the plasma CVD method in the first embodiment, but the high-concentration n-type polysilicon layer HDN is formed by the catalytic CVD method in this embodiment. did.
[0057]
Thereafter, as shown in FIG. 29, the channel region is patterned by a well-known photo-etching process, and the five-layer metal film is selectively removed. At this time, the five-layer metal film below the resist RES is also removed by side etching. This manufacturing process is almost the same as FIG. 12 of the first embodiment, but the amount of side etching of the five-layer metal film M1 is slightly shallower than that of the first embodiment as shown in FIG.
[0058]
Next, as shown in FIG. 30, the high-concentration n-type polysilicon layer HDN and the interlayer insulating film INT are etched by anisotropic etching (here, known dry etching).
[0059]
Next, as shown in FIG. 31, after removing the resist, a polysilicon layer is deposited to a thickness of 100 nm by the catalytic CVD method, and an island-shaped polysilicon layer PSI is formed by a known photoetching process. In the first embodiment, amorphous silicon is formed by plasma CVD, and then polysilicon is formed by laser annealing. However, since the polysilicon layer is directly formed by catalytic CVD, laser annealing is not necessary and the process is performed. Is simplified.
[0060]
Thereafter, a 500-nm-thick protective insulating film L2 made of silicon nitride is formed so as to cover the whole, and the pixel electrode PX1 and the source / drain electrode SD1 are contacted via a contact through hole provided in the protective insulating film L2. Thus, a TFT constituting a pixel having the structure shown in FIG. 26 is obtained.
[0061]
According to the present embodiment, as shown in FIG. 30, since the interlayer insulating film INT is processed by dry etching, variations in channel length can be reduced. Further, since the offset length can be controlled by the thickness of the interlayer insulating film, variations in the offset length can be reduced, and the uniformity of TFT performance can be improved. In this case, the interval T1 between the projection point on the gate insulating film GI at the end of the interlayer insulating film INT in contact with the high-concentration n-type polysilicon layer HDN and the end of the interlayer insulating film INT in contact with the gate insulating film GI is It is desirable that the thickness of the interlayer insulating film INT be equal to or less than T2 (T1> T2).
[0062]
(Example 7)
A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 32 is a configuration diagram of the image display device. In this embodiment, the
[0063]
FIG. 33 is a plan layout diagram of the
[0064]
FIG. 34 is a plan layout diagram of the
[0065]
FIG. 35 is a cross-sectional view taken along the line JJ ′ in FIG. 34, and shows the configuration after the pixel electrode PX1 is formed. A method of manufacturing the TFT shown in FIG. 35 will be described with reference to the cross-sectional process diagrams shown in FIGS.
[0066]
First, as shown in FIG. 36, similarly to the sixth embodiment, a buffer layer L1 and a gate electrode G1 are formed on a glass substrate SUB, and a gate insulating film GI, an interlayer insulating film INT, and a high-concentration n-type polysilicon layer HDN are formed. , A five-layered metal film M1 (which becomes the source / drain electrode SD1) of Ti-TiW-Al-TiW-Ti is sequentially formed. Further, two types of channel regions (p-channel / n-channel) for CMOS are patterned by a well-known photo-etching process, and a five-layer metal film is side-etched, and then anisotropically-etched (known-dry etching). Then, the high-concentration n-type polysilicon layer HDN and the interlayer insulating film INT are etched.
[0067]
Thereafter, as shown in FIG. 37, a mask insulating film L4 is formed in a region excluding the p-channel TFT (the n-channel region on the right side in this drawing), and high-concentration is performed using the mask insulating film L4 and the source / drain electrode SD1 as a mask. The n-type polysilicon layer and the interlayer insulating film are removed.
[0068]
Next, as shown in FIG. 38, a high-concentration p-type polysilicon layer HDP is formed by a catalytic CVD method, and as shown in FIG. The high-concentration p-type polysilicon layer to be removed is removed.
[0069]
Thereafter, as shown in FIG. 40, the mask insulating film L4 is removed. Subsequently, as shown in FIG. 41, a polysilicon layer PSI is deposited to a thickness of 100 nm by a catalytic CVD method. Form a layer PSI. Thus, a CMOS having the structure shown in FIG. 35 is formed.
[0070]
In the present embodiment, since the circuit is configured using CMOS, the peripheral driver circuit can be reduced in size and power consumption.
[0071]
(Example 8)
FIG. 42 is a configuration diagram of an image display device according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 43 is a plan layout diagram of the
[0072]
According to the present embodiment, since the liquid crystal is driven by the lateral electric field between the pixel electrode PX1 formed on the TFT substrate and the source / drain electrode SD1, the color change due to the birefringence of the liquid crystal can be suppressed. The viewing angle of the display device can be increased.
[0073]
(Example 9)
The configuration of the image display device according to the ninth embodiment of the present invention is the same as that of FIG.
FIG. 44 shows a plan layout diagram of the
[0074]
The pixel electrode PX1 formed on the TFT substrate and the counter electrode PX2 formed on the counter substrate are each patterned, and a protruding electrode is formed on the substrate. With this electrode, the liquid crystal molecule alignment direction when voltage is applied is obliquely controlled.
[0075]
According to the present embodiment, a protruding electrode is formed on a substrate, and the direction in which liquid crystal molecules are obliquely aligned when a voltage is applied is controlled so as to be plural directions in one pixel. It is possible to widen the viewing angle of the device.
[0076]
In the image display devices described in the first to ninth embodiments, the substrate SUB is not necessarily a glass substrate, but may be another insulating substrate such as plastic.
[0077]
As the buffer layer L1, a silicon nitride film or a stacked film of a silicon oxide film and a silicon nitride film may be used instead of the silicon oxide film. If a silicon nitride film is used as a buffer layer, it is possible to effectively prevent impurities in the glass substrate SUB from diffusing into the gate insulating film GI.
[0078]
The material of the gate electrode G1 is not limited to Al but may be a known electrode material such as Ti or Ta. The interlayer insulating film INT may be a silicon oxide film, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film, or another known low dielectric constant material.
[0079]
In the image display device according to the second embodiment, the material of the gate insulating film GI2 is Al. 2 O 3 , Y 2 O 3 , La 2 O 3 , Ta 2 O 5 , ZrO 2 , LaAlO 3 , ZrTiO 4 , HfO 2 , SrZrO 3 , TiO 2 , SrTiO 3 , SrBi 2 Ta 2 O 9 , (Ba x Sr 1-x ) TiO 3 , Pb (Zr y Ti 1-y ) O 3 Or other well-known high dielectric constant materials.
[0080]
In the image display device according to the third embodiment, the material of the gate electrode G1 is a well-known electrode material whose oxide film is a high dielectric constant material such as Ti, Zr, Hf, Ta, Nb or an alloy thereof. Is also good. Further, the method of oxidation is not limited to anodic oxidation, but may be oxygen plasma treatment.
[0081]
In the image display devices described in the eighth and ninth embodiments, the sectional structure of the
[0082]
The present invention can be applied not only to a display device using liquid crystal but also to an image display device using electroluminescence.
[0083]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, the capacitance at the intersection of the gate line and the signal line is reduced, and an image display device with low manufacturing cost is obtained. The intended purpose of realizing each device can be achieved.
[0084]
That is, the present invention provides an image display device in which the manufacturing cost can be reduced by using a bottom gate type TFT and the interlayer capacitance is reduced by forming an interlayer insulating film between a gate line and a signal line. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to a first embodiment.
FIG. 2 is a sectional view showing an example of a manufacturing process of a conventional polysilicon thin film transistor.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a manufacturing process of a conventional polysilicon thin film transistor.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a manufacturing process of a conventional polysilicon thin film transistor.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional amorphous silicon thin film transistor and an intersection of a gate line and a signal line.
FIG. 6 is a configuration diagram of a liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 7 is a plan layout view of a pixel in the liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 8 is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 7;
FIG. 9 is a sectional view taken along the line BB ′ in FIG. 7;
FIG. 10 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.
FIG. 11 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.
FIG. 12 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.
FIG. 13 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.
FIG. 14 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a thin-film transistor of Example 2.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to a third embodiment.
FIG. 17 is a configuration diagram of a liquid crystal display device according to a fourth embodiment and a fifth embodiment.
FIG. 18 is a plan layout diagram of a bootstrap circuit in the liquid crystal display device according to the fourth embodiment.
FIG. 19 is a cross-sectional view of a thin film transistor according to a fourth embodiment.
FIG. 20 is a plan layout view of a pixel in a liquid crystal display device of Example 5.
FIG. 21 is a plan layout diagram of a bootstrap circuit in the liquid crystal display device according to the fifth embodiment.
FIG. 22 is a cross-sectional view of a thin film transistor forming a pixel in a liquid crystal display device of Example 5.
FIG. 23 is a cross-sectional view of a thin film transistor included in a peripheral driver circuit in a liquid crystal display device of Embodiment 5.
FIG. 24 is a cross-sectional view of a capacitive element included in a peripheral driving circuit in a liquid crystal display device according to a fifth embodiment.
FIG. 25 is a plan layout view of a pixel in a liquid crystal display device of Example 6.
FIG. 26 is a cross-sectional view of a thin film transistor of Example 6.
FIG. 27 is a sectional view showing the manufacturing process of the sixth embodiment.
FIG. 28 is a sectional view showing the manufacturing process of the sixth embodiment.
FIG. 29 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the sixth embodiment.
FIG. 30 is a sectional view showing the manufacturing process of the sixth embodiment.
FIG. 31 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the sixth embodiment.
FIG. 32 is a configuration diagram of a liquid crystal display device according to a seventh embodiment.
FIG. 33 is a plan layout view of a pixel in a liquid crystal display device of Example 7;
FIG. 34 is a planar layout diagram of a CMOS in the liquid crystal display device of Example 7.
FIG. 35 is a cross-sectional view of a thin film transistor forming a CMOS in the liquid crystal display device of Example 7.
FIG. 36 is a sectional view showing the manufacturing process of the seventh embodiment.
FIG. 37 is a sectional view showing the manufacturing process of the seventh embodiment.
FIG. 38 is a sectional view showing the manufacturing process of the seventh embodiment.
FIG. 39 is a sectional view showing the manufacturing process of the seventh embodiment.
FIG. 40 is a sectional view showing the manufacturing process of the seventh embodiment.
FIG. 41 is a sectional view showing the manufacturing process of the seventh embodiment.
FIG. 42 is a configuration diagram of a liquid crystal display device according to an eighth embodiment.
FIG. 43 is a plan layout view of a pixel in a liquid crystal display device of Example 8.
FIG. 44 is a plan layout view of a pixel in the liquid crystal display device of Example 9;
[Explanation of symbols]
SUB: glass substrate, PSI: polysilicon film, ASI: amorphous silicon film, L1: buffer layer, L2: protective insulating film, L3: channel etching preventing film, L4: mask insulating film, G0: gate line, G1: gate electrode , SD0: signal line, SD1: source / drain electrode, C0: common line, C1: common electrode, GI: gate insulating film, GI1: silicon oxide film, GI2: silicon nitride film, GI3: anodic oxide film of gate electrode, INT: interlayer insulating film, HDA: high-concentration n-type amorphous silicon layer, HDN: high-concentration n-type polysilicon layer, LDN: low-concentration n-type polysilicon layer, HDP: high-concentration p-type polysilicon layer, M1: 5 layers Metal film, PX1: pixel electrode, PX2: counter electrode, RES: resist, CF: color filter, BM: black matrix, 1 0: pixel, 101: drain driver circuit, 102: gate driver circuit, 103: pixel TFT, 104: storage capacitor, 105: liquid crystal capacitor, 106: bootstrap circuit, 107: CMOS, 200: liquid crystal layer, 201: alignment film Reference numeral 202 denotes a protective insulating film, 203 denotes a polarizing plate, 204 denotes a backlight.
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