JP2005093700A - Thin film transistor, method for manufacturing the same and method for manufacturing electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、並びに電子機器の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor, a thin film transistor, and a method for manufacturing an electronic device.
通常、薄膜トランジスタは半導体膜、絶縁膜、導電膜等の薄膜で構成される。液晶表示装置等に利用される薄膜トランジスタではこの外に透明導電膜が使用される。
更に、薄膜トランジスタに使用される絶縁膜には、下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、パッシベーション絶縁膜がある。これらの絶縁膜を形成するには、従来までは主にCVD(Chemical Vapor Deposition)法が用いられてきた(例えば、特許文献1参照)。また、CVD法以外にも、SOG(Spin On Glass)で形成される絶縁膜や有機絶縁膜を形成する場合があるが、これは平坦化を目的としてしばしば使用される方法であり、単独で使用されることは殆どなく、CVD法で形成される膜と併用して使用されている。
In general, a thin film transistor is formed of a thin film such as a semiconductor film, an insulating film, or a conductive film. A thin film transistor used for a liquid crystal display device or the like uses a transparent conductive film.
Furthermore, insulating films used for thin film transistors include a base insulating film, a gate insulating film, an interlayer insulating film, and a passivation insulating film. Conventionally, the CVD (Chemical Vapor Deposition) method has been mainly used to form these insulating films (see, for example, Patent Document 1). In addition to the CVD method, an insulating film or an organic insulating film formed by SOG (Spin On Glass) may be formed. This is a method often used for the purpose of planarization and used alone. It is rarely used, and is used in combination with a film formed by the CVD method.
図13は、従来の一般的なCVD法による成膜の標準的な工程を示す図である。
CVD装置にセットされた基板は、ロードロック室に移動された後真空引きされ、次に加熱チャンバに移動された後加熱され、次にプロセスチャンバに移動されて成膜される。プロセスチャンバには基板温度維持のための加熱機構があり、成膜に必要なプロセスガスの導入が行われ、圧力が安定した後に高周波が印加され導入したガスがプラズマ化され成膜される。成膜後は残留のプロセスガスがパージされ、基板がロードロック室に移動されベントされて大気中に取り出される。
The substrate set in the CVD apparatus is evacuated after being moved to the load lock chamber, then moved to the heating chamber and then heated, and then moved to the process chamber to form a film. The process chamber has a heating mechanism for maintaining the substrate temperature, and a process gas necessary for film formation is introduced. After the pressure is stabilized, a high frequency is applied, and the introduced gas is converted into plasma to form a film. After film formation, the remaining process gas is purged, the substrate is moved to the load lock chamber, vented, and taken out to the atmosphere.
しかしながら、これらのCVD法による絶縁膜の形成方法においては、プロセス面では次の4つの問題点がある。
(1)気相反応を用いるために気相でシリコンの粒子が発生し、装置の汚染や異物の発生による生産歩留まりが低下する。
(2)原料がガス状であるために表面に凹凸のある基板に対して均一に成膜が進み、従って凹凸状の絶縁膜が形成されてしまい、平坦な絶縁膜が得られにくく、段差が生じることによる配線パターンの断線を招く。
(3)基板加熱工程が必要であることと、膜の形成速度が遅いため生産性が低下する。
(4)プラズマCVD法等においては複雑で高価な高周波発生装置や真空装置等が必要であり、真空系やプラズマ系に多大のエネルギーを消費するため製品のコスト高に繋がる。
However, these CVD film formation methods have the following four problems in terms of process.
(1) Since the gas phase reaction is used, silicon particles are generated in the gas phase, and the production yield due to the contamination of the apparatus and the generation of foreign substances is reduced.
(2) Since the raw material is in a gaseous state, the film formation proceeds uniformly on a substrate having a concavo-convex surface, and thus a concavo-convex insulating film is formed, and it is difficult to obtain a flat insulating film. This causes disconnection of the wiring pattern.
(3) Since the substrate heating process is necessary and the film formation speed is slow, productivity is lowered.
(4) A plasma CVD method or the like requires a complicated and expensive high-frequency generator or vacuum device, and consumes a large amount of energy in the vacuum system or plasma system, leading to high product costs.
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、小型で安価な装置により、生産性が高く、欠陥が少なく、歩留まりが高く、段差部で断線が生じることがなく、低コストで薄膜形成でき、従来に比べて圧倒的に低コストで薄膜トランジスタを製造することを目的としている。更に、当該薄膜トランジスタを具備することによってコストダウンが達成された電子機器を提供する。 The present invention has been devised in view of the above-described problems, and it is possible to form a thin film at a low cost by using a small and inexpensive apparatus with high productivity, few defects, high yield, no disconnection at a step portion. Therefore, it is an object to manufacture a thin film transistor at an overwhelmingly low cost as compared with the prior art. Furthermore, an electronic device in which cost reduction is achieved by including the thin film transistor is provided.
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、不純物濃度が制御されたシリコン膜、絶縁膜、及び導電膜の各薄膜を有する薄膜トランジスタの製造方法において、前記絶縁膜を形成する工程は、ペルヒドロポリシラザンを含有する液体材料を用いて、下地絶縁膜とゲート絶縁膜と層間絶縁膜とパッシベーション絶縁膜とのうち少なくともいずれか一つを形成することを特徴としている。
ここで、ペルヒドロポリシラザンとは、−(SiH2NH)−を基本ユニットとする化合物の物質名である。また、当該ペルヒドロポリシラザンは、有機溶剤に可溶な無機ポリマーであるので、有機溶剤と混合させることで液体材料として取り扱うことが可能となるものである。また、ペルヒドロポリシラザンは、不活性雰囲気中で高温焼成されることにより、脱水素反応に伴う熱硬化収縮が生じ、SiN(窒化シリコン)のセラミクスへ転化する性質を有している。また、大気中又は水蒸気含有雰囲気で焼成されることにより、水や酸素と反応し、緻密なSiO2(酸化シリコン)膜へ転化する性質を有している。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
The method of manufacturing a thin film transistor of the present invention is a method of manufacturing a thin film transistor having a silicon film, an insulating film, and a conductive film each having a controlled impurity concentration, and the step of forming the insulating film contains perhydropolysilazane. A feature is that at least one of a base insulating film, a gate insulating film, an interlayer insulating film, and a passivation insulating film is formed using a liquid material.
Here, perhydropolysilazane is a substance name of a compound having — (SiH 2 NH) — as a basic unit. Further, since the perhydropolysilazane is an inorganic polymer that is soluble in an organic solvent, it can be handled as a liquid material by being mixed with the organic solvent. In addition, perhydropolysilazane has a property of causing thermosetting shrinkage associated with a dehydrogenation reaction by baking at a high temperature in an inert atmosphere and converting it into SiN (silicon nitride) ceramics. In addition, when fired in the atmosphere or in an atmosphere containing water vapor, it has the property of reacting with water and oxygen to be converted into a dense SiO 2 (silicon oxide) film.
従って、このようなペルヒドロポリシラザンを用いることにより、所望の組成を有する絶縁膜を容易に形成することができるので、下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、及びパッシベーション絶縁膜のうち少なくともいずれか一つの絶縁膜を所望の組成で形成することができる。例えば、窒素(N)の含有量が高い膜を形成することで、バリア効果が高い絶縁膜を形成することが可能となり、また、窒素が除去された膜を形成することで、分極の発生が抑制された電気絶縁性が好適に得られた絶縁膜を形成することが可能となる。
また、このようなペルヒドロポリシラザンを用いて形成された絶縁膜と、有機/無機SOGとを比較すると、有機SOGは酸素プラズマ処理に対してエッチングされ易く、無機SOGは数百nmの膜厚でもクラックが発生し易すい等の問題があり、単層で層間絶縁膜等に使用することが難しいという不利点を有している。これに対して、ペルヒドロポリシラザンを用いて形成された絶縁膜はクラック耐性が高く、また耐酸素プラズマ性があり、単層でもある程度厚い絶縁膜として使用可能であるという利点を有している。特に、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜はその膜質や形成方法が薄膜トランジスタの電気特性を大きく左右するので、ペルヒドロポリシラザンを用いて形成することが有効である。
また、このようなペルヒドロポリシラザンを用いる方法は、従来のCVD法を用いる場合と比較して、気相反応を用いることがないので、従来のように気相でシリコンの粒子が発生することにより、装置の汚染や異物の発生による生産歩留まりの低下を招くということがなく、良好に絶縁膜を形成することができる。
Therefore, by using such perhydropolysilazane, an insulating film having a desired composition can be easily formed. Therefore, at least one of a base insulating film, a gate insulating film, an interlayer insulating film, and a passivation insulating film is used. One insulating film can be formed with a desired composition. For example, an insulating film having a high barrier effect can be formed by forming a film having a high nitrogen (N) content, and polarization can be generated by forming a film from which nitrogen is removed. It is possible to form an insulating film in which suppressed electrical insulation is suitably obtained.
In addition, when an insulating film formed using such perhydropolysilazane is compared with an organic / inorganic SOG, the organic SOG is easily etched by oxygen plasma treatment, and the inorganic SOG has a thickness of several hundred nm. There are problems such as easy cracking, and there is a disadvantage that it is difficult to use a single layer for an interlayer insulating film or the like. In contrast, an insulating film formed using perhydropolysilazane has an advantage that it has high crack resistance and oxygen plasma resistance, and can be used as a thick insulating film even to a single layer. In particular, it is effective to form the gate insulating film and the interlayer insulating film using perhydropolysilazane because the film quality and formation method greatly affect the electrical characteristics of the thin film transistor.
In addition, since the method using perhydropolysilazane does not use a gas phase reaction as compared with the case of using the conventional CVD method, silicon particles are generated in the gas phase as in the conventional method. The insulating film can be satisfactorily formed without causing a reduction in production yield due to contamination of the apparatus or generation of foreign matter.
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記絶縁膜を形成する工程は、液相法を用いることによって前記液体材料を塗布することが好ましい。
ここで言う「液相法」とは、基板上に液体材料を接触配置させる方法であって、スピンコート法、スリットコート法、ディップコート法、スプレー法、ロールコート法、カーテンコート法、印刷法、液滴吐出法等を意味している。これらの方法に使用される塗布装置の基本構成は基板を保持するステージまたはホルダと該基板上に液体を塗布するための機構であるから、該塗布装置の構成はいたって簡単である。
従って、従来技術のように、複雑で高価な高周波発生装置や真空装置等が不要となり、真空系やプラズマ系に多大のエネルギーを消費することがないので、薄膜トランジスタを低コストで製造することが可能となる。また、真空装置が不要になるので、量産ラインを従来に比較して極めて少ない投資で構築することができ、製造装置のスループットを高くすることができる。
In the method for manufacturing the thin film transistor, the step of forming the insulating film preferably applies the liquid material by using a liquid phase method.
The “liquid phase method” referred to here is a method of placing a liquid material in contact with a substrate, and includes a spin coating method, a slit coating method, a dip coating method, a spray method, a roll coating method, a curtain coating method, and a printing method. This means a droplet discharge method or the like. Since the basic configuration of the coating apparatus used in these methods is a stage or holder for holding the substrate and a mechanism for applying a liquid onto the substrate, the configuration of the coating apparatus is very simple.
Therefore, unlike the prior art, a complicated and expensive high-frequency generator or vacuum device is not required, and a large amount of energy is not consumed in the vacuum system or plasma system, so that a thin film transistor can be manufactured at low cost. It becomes. In addition, since a vacuum apparatus is not required, a mass production line can be constructed with an extremely small investment compared to the prior art, and the throughput of the manufacturing apparatus can be increased.
また、液相法を用いて前記絶縁膜となる液体材料を塗布するので、例えば、液体材料が塗布される下地膜が凹凸状の表面を有していても、当該凹凸を埋めるように液体材料が配置されるので、絶縁膜の表面は段差が形成されることなく平坦化される。従って、当該絶縁膜の上層に形成される配線パターンの断線が生じることがないので、薄膜トランジスタの歩留まり向上を達成できる。
また、液相法においては、液体材料の塗布時間が極めて短く、成膜速度が遅いCVD法と比較して短時間で液体材料を塗布するので、生産性の向上を達成できる。
In addition, since the liquid material to be the insulating film is applied using a liquid phase method, for example, even if the base film to which the liquid material is applied has an uneven surface, the liquid material is filled so as to fill the unevenness. Therefore, the surface of the insulating film is planarized without forming a step. Therefore, disconnection of the wiring pattern formed in the upper layer of the insulating film does not occur, so that the yield of thin film transistors can be improved.
Further, in the liquid phase method, the application time of the liquid material is extremely short, and the liquid material is applied in a short time as compared with the CVD method in which the film forming speed is low, so that improvement in productivity can be achieved.
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記液体材料を塗布した後に、第1の熱処理と第2の熱処理を行うことが好ましい。
ここで言う「熱処理」とは、上記の液体材料からなる塗布膜を加熱することにより、上記絶縁膜に変成するための処理である。このような熱処理で使用される装置には、オーブン、ベーク炉、アニール炉等の熱処理装置が用いられる。更に、塗布膜に対して光照射を行うことで熱処理を施す方法を用いてもよく、この方法ではハロゲンランプやUVランプ等を光源とする光照射装置や、レーザアニール装置、ランプアニール装置が用いられる。このような熱処理で用いられる装置は真空系を有しないため構造は簡単である。
従って、安価な装置により熱処理を施すことができる。
In the method for manufacturing the thin film transistor, it is preferable to perform the first heat treatment and the second heat treatment after applying the liquid material.
The “heat treatment” referred to here is a treatment for transforming the insulating film by heating the coating film made of the liquid material. As an apparatus used for such a heat treatment, a heat treatment apparatus such as an oven, a baking furnace, or an annealing furnace is used. Further, a method of performing heat treatment by irradiating the coating film with light may be used. In this method, a light irradiation device using a halogen lamp, a UV lamp or the like as a light source, a laser annealing device, or a lamp annealing device is used. It is done. Since the apparatus used for such heat treatment does not have a vacuum system, the structure is simple.
Accordingly, the heat treatment can be performed by an inexpensive apparatus.
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記第1の熱処理は、前記液体材料に含まれる溶剤を除去することが好ましい。
このようにすれば、液体材料に含まれる溶剤が除去されるので、ペルヒドロポリシラザンのみを基板上に残留させることができる。
In the method for manufacturing the thin film transistor, it is preferable that the first heat treatment removes a solvent contained in the liquid material.
In this way, since the solvent contained in the liquid material is removed, only perhydropolysilazane can remain on the substrate.
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記第2の熱処理は、前記液体材料内に含まれる前記ペルヒドロポリシラザンを焼成することが好ましい。
このようにすれば、ペルヒドロポリシラザンが焼成されるので、基板上に絶縁膜を形成することができる。
In the method for manufacturing the thin film transistor, it is preferable that the second heat treatment is performed by firing the perhydropolysilazane contained in the liquid material.
In this way, since perhydropolysilazane is fired, an insulating film can be formed on the substrate.
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記第2の熱処理は、水分が除去された酸素雰囲気において行うことが好ましい。
ここでいう酸素雰囲気とは、所定空間内に酸素が供給された状態のことを意味する。
上述のようにペルヒドロポリシラザンは、不活性雰囲気中における高温焼成により、SiN(窒化シリコン)膜へ転化する性質を有しているので、本発明のように水分が除去された酸素雰囲気で第2の熱処理を行うことにより、窒素を含有する酸化シリコン膜からなる絶縁膜が形成される。
このように形成された絶縁膜は、材料の拡散を防止するバリア効果の性質を有しているので、下地絶縁膜やパッシベーション絶縁膜としては最適な絶縁膜となる。
In the method for manufacturing the thin film transistor, the second heat treatment is preferably performed in an oxygen atmosphere from which moisture has been removed.
The oxygen atmosphere here means a state in which oxygen is supplied into a predetermined space.
As described above, perhydropolysilazane has a property of being converted into a SiN (silicon nitride) film by high-temperature baking in an inert atmosphere, and therefore, second in an oxygen atmosphere from which moisture has been removed as in the present invention. By performing this heat treatment, an insulating film made of a silicon oxide film containing nitrogen is formed.
Since the insulating film formed in this manner has a property of a barrier effect for preventing material diffusion, it is an optimal insulating film as a base insulating film or a passivation insulating film.
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記第2の熱処理は、水分が供給された酸素雰囲気において行うことが好ましい。
上述のようにペルヒドロポリシラザンは、大気中又は水蒸気含有雰囲気における焼成により、SiO2膜へ転化する性質を有しているので、本発明のように水分が供給された酸素雰囲気で第2の熱処理を行うことにより、ペルヒドロポリシラザンに含まれた窒素成分が除去されて、酸化シリコン膜からなる絶縁膜が形成される。
このように形成された絶縁膜は、分極が生じない膜となり、また、シリコン膜との界面特性の制御が可能な緻密な膜となるので、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜のような薄膜トランジスタのスイッチング特性や電気的特性に影響を与える絶縁膜として好適に採用することができる。
In the method for manufacturing the thin film transistor, the second heat treatment is preferably performed in an oxygen atmosphere to which moisture is supplied.
As described above, perhydropolysilazane has the property of being converted into a SiO 2 film by firing in the atmosphere or in a steam-containing atmosphere, so that the second heat treatment is performed in an oxygen atmosphere supplied with moisture as in the present invention. As a result, the nitrogen component contained in the perhydropolysilazane is removed, and an insulating film made of a silicon oxide film is formed.
The insulating film formed in this way becomes a film that does not cause polarization, and becomes a dense film that can control the interface characteristics with the silicon film. Therefore, switching of a thin film transistor such as a gate insulating film or an interlayer insulating film is performed. It can be suitably employed as an insulating film that affects characteristics and electrical characteristics.
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記第2の熱処理は、300℃〜500℃範囲の処理温度で行うことが好ましい。
ここで、300℃以下の熱処理では不十分な焼成となり、膜質が劣る絶縁膜となってしまう。また、低温ポリシリコンを有する薄膜トランジスタの製造において、500℃以上の熱処理では、当該低温ポリシリコンに熱負荷を与えてしまうので、熱処理としては現実的な処理温度ではない。
従って、本発明においては、300℃〜500℃範囲の処理温度で第2の熱処理を行うので、絶縁膜の膜質として良好なものとなる。
In the method for manufacturing the thin film transistor, the second heat treatment is preferably performed at a processing temperature in the range of 300 ° C. to 500 ° C.
Here, heat treatment at 300 ° C. or lower results in insufficient baking, resulting in an insulating film having poor film quality. Further, in manufacturing a thin film transistor having low-temperature polysilicon, a heat treatment at 500 ° C. or higher gives a thermal load to the low-temperature polysilicon, so that the heat treatment is not an actual processing temperature.
Therefore, in the present invention, since the second heat treatment is performed at a processing temperature in the range of 300 ° C. to 500 ° C., the film quality of the insulating film is good.
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記液体材料を塗布する工程と、前記第1の熱処理を行う工程と、前記第2の熱処理を行う工程と、を複数繰り返して行うことにより、一つの前記絶縁膜を形成することが好ましい。
上述の液相法を用いて絶縁膜を形成する工程においては、キシレン等の溶剤中に上記ペルヒドロポリシラザンを所定の濃度で含有させた液体材料が用いられる。このような液体材料中に含まれるペルヒドロポリシラザンの濃度は、焼成後の絶縁膜の膜厚に応じて決定されるのが一般的である。従って、膜厚が薄い絶縁膜を形成する場合には当該濃度が低く設定された液体材料が用いられる。また、膜厚が厚い絶縁膜を形成する場合には、当該濃度が高く設定された液体材料が用いられる。
しかしながら、当該ペルヒドロポリシラザンの濃度が所定値よりも高い場合には、例えばスピンコート法を用いて液体材料を塗布すると、基板に滴下した液体材料が周辺部まで塗れ広がりにくいという特性がある。
また、絶縁膜の膜厚が厚くなるので、第1の熱処理又は第2の熱処理を施すことによって絶縁膜内に熱応力が生じてしまい、クラック等の欠陥を招くという恐れがある。
In the method of manufacturing the thin film transistor, the liquid material applying step, the first heat treatment step, and the second heat treatment step may be repeated a plurality of times, thereby It is preferable to form an insulating film.
In the step of forming the insulating film using the liquid phase method described above, a liquid material in which the perhydropolysilazane is contained at a predetermined concentration in a solvent such as xylene is used. The concentration of perhydropolysilazane contained in such a liquid material is generally determined according to the thickness of the insulating film after firing. Therefore, when an insulating film having a small thickness is formed, a liquid material having a low concentration is used. In the case of forming a thick insulating film, a liquid material having a high concentration is used.
However, when the concentration of the perhydropolysilazane is higher than a predetermined value, for example, when a liquid material is applied by using a spin coating method, there is a characteristic that the liquid material dropped on the substrate is difficult to spread to the peripheral portion.
In addition, since the thickness of the insulating film is increased, thermal stress is generated in the insulating film by performing the first heat treatment or the second heat treatment, which may cause defects such as cracks.
これに対し、本発明は、前記液体材料を塗布する工程と、前記第1の熱処理を行う工程と、前記第2の熱処理を行う工程と、を複数繰り返して行うことにより、一つの前記絶縁膜を形成することにより、即ち、複数層を積層形成することによって一つの絶縁膜が形成することができる。
従って、ペルヒドロポリシラザンの濃度が高い液体材料を用いることなく、濃度が低い液体材料を用いて絶縁膜の厚膜化を施すことができる。更に、第1の熱処理又は第2の熱処理を施すことによるクラックの発生が生じることがなく、良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。
また、ペルヒドロポリシラザンの濃度が低い液体材料をスピンコート法を用いて塗布した場合には、基板に滴下した液体材料が基板全面に好適に塗れ広がるので、平坦化された膜を形成するのが容易になる。
本発明は、特に厚膜化が必要な絶縁膜に対して有効であり、例えば、層間絶縁膜やパッシベーション絶縁膜を形成するには特に有効である。
On the other hand, in the present invention, one insulating film is formed by repeatedly performing the step of applying the liquid material, the step of performing the first heat treatment, and the step of performing the second heat treatment. In other words, one insulating film can be formed by stacking a plurality of layers.
Therefore, the insulating film can be thickened using a liquid material having a low concentration without using a liquid material having a high concentration of perhydropolysilazane. Furthermore, the generation of cracks due to the first heat treatment or the second heat treatment does not occur, and an insulating film with good film quality can be formed.
In addition, when a liquid material having a low concentration of perhydropolysilazane is applied by using a spin coating method, the liquid material dropped on the substrate is preferably spread over the entire surface of the substrate, so that a flattened film is formed. It becomes easy.
The present invention is particularly effective for an insulating film that needs to be thickened. For example, the present invention is particularly effective for forming an interlayer insulating film or a passivation insulating film.
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、前記液体材料を塗布する工程と、前記第1の熱処理を行う工程と、を複数繰り返して行った後に、前記第2の熱処理を行う工程を行うことにより、一つの前記絶縁膜を形成することが好ましい。
先に記載した発明、即ち、複数層の絶縁膜を積層形成によって一つの絶縁膜を形成する場合と、本発明との相違点について説明する。
先に記載した発明は、積層形成する度に第2の熱処理を行う方法であるのに対し、本発明は、積層形成した膜の最終工程として、第2の熱処理を行う方法である。
このようにすれば、先に記載した発明と同様の効果を奏すると共に、第2の熱処理を複数回行う必要がないので、工程の簡略化を達成することができる。
In the method for manufacturing the thin film transistor, the step of applying the liquid material and the step of performing the first heat treatment are repeatedly performed, and then the step of performing the second heat treatment is performed. It is preferable to form one insulating film.
Differences from the present invention described above, that is, the case where one insulating film is formed by stacking a plurality of insulating films, and the present invention will be described.
The above-described invention is a method of performing the second heat treatment every time the layers are formed, whereas the present invention is a method of performing the second heat treatment as the final step of the laminated film.
In this way, the same effects as those of the above-described invention can be obtained, and the second heat treatment need not be performed a plurality of times, so that the process can be simplified.
また、前記薄膜トランジスタの製造方法においては、不純物濃度が制御されたシリコン膜、絶縁膜、及び導電膜の各薄膜を有する薄膜トランジスタにおいて、先に記載の製造方法によって前記薄膜トランジスタが形成されたことを特徴としている。
このようにすれば、薄膜トランジスタを構成する絶縁膜が上述のペルヒドロポリシラザンを用いて形成されるので、所望の組成を有する絶縁膜を容易に形成することができる。即ち、下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、及びパッシベーション絶縁膜のうち少なくともいずれか一つの絶縁膜を所望の組成で形成することができる。
また、液相法を用いて薄膜トランジスタが形成されるので、従来技術のように、複雑で高価な高周波発生装置や真空装置等が不要となり、真空系やプラズマ系に多大のエネルギーを消費することがなく、また、真空装置が不要になるので、量産ラインを従来に比較して極めて少ない投資で構築することができ、製造装置のスループットを高くすること可能となるので、低コストで製造された薄膜トランジスタを提供することができる。
In the method of manufacturing the thin film transistor, the thin film transistor having a thin film of a silicon film, an insulating film, and a conductive film each having a controlled impurity concentration is characterized in that the thin film transistor is formed by the manufacturing method described above. Yes.
In this way, since the insulating film constituting the thin film transistor is formed using the above-mentioned perhydropolysilazane, an insulating film having a desired composition can be easily formed. That is, at least one of the base insulating film, the gate insulating film, the interlayer insulating film, and the passivation insulating film can be formed with a desired composition.
Further, since the thin film transistor is formed by using the liquid phase method, a complicated and expensive high-frequency generator or vacuum device is not required as in the prior art, and a large amount of energy is consumed in the vacuum system or the plasma system. In addition, since a vacuum device is not required, a mass production line can be constructed with very little investment compared to the conventional method, and the throughput of the manufacturing apparatus can be increased, so that a thin film transistor manufactured at a low cost. Can be provided.
また、本発明の電子機器の製造方法は、不純物濃度が制御されたシリコン膜、絶縁膜、及び導電膜の各薄膜を有する薄膜トランジスタを具備する電子機器の製造方法において、先に記載の製造方法によって前記薄膜トランジスタを形成することを特徴としている。
ここで、電子機器としては、薄膜トランジスタからなるアクティブマトリクス基板やドライバ回路を有する液晶装置や有機EL装置等のフラットパネルディスプレイ、また、当該フラットパネルディスプレイを表示部として具備する機器、例えば、携帯電話機、移動体情報端末、時計、ワープロ、パソコン等の情報処理装置等を例示することができる。
それ以外にも、上記薄膜トランジスタを有する密着型イメージセンサ、ドライバ内蔵型のサーマルヘッド、有機系EL素子を発光素子としたドライバ内蔵型の光書き込み素子、3次元IC等を例示することができる。
このようにすれば、製造コストが低減された電子機器を提供することができる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electronic device including a thin film transistor having a thin film of a silicon film, an insulating film, and a conductive film, each having a controlled impurity concentration. The thin film transistor is formed.
Here, as an electronic device, an active matrix substrate made of a thin film transistor, a flat panel display such as a liquid crystal device or an organic EL device having a driver circuit, and a device including the flat panel display as a display unit, such as a mobile phone, An information processing apparatus such as a mobile information terminal, a clock, a word processor, and a personal computer can be exemplified.
Other examples include a contact image sensor having the above-described thin film transistor, a driver built-in thermal head, a driver built-in optical writing element using an organic EL element as a light emitting element, and a three-dimensional IC.
In this way, an electronic device with reduced manufacturing cost can be provided.
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。
なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In each drawing used for the following description, the scale of each member is appropriately changed to make each member a recognizable size.
(薄膜トランジスタ)
本発明の薄膜トランジスタ(以下、TFTと称する)の2つの基本的構造例を、図1及び図2にそれぞれ示す。
図1はコプレナ型の多結晶シリコンを用いたTFTの断面図である。ガラス基板10上に下地絶縁膜12が形成され、その上に多結晶シリコンTFTが形成されている。図1において、多結晶シリコン層14は不純物が高濃度にドーピングされたソース領域14S及びドレイン領域14Dと、それらの間のチャネル領域14Cで構成される。
この多結晶シリコン層14の上にゲート絶縁膜16、更にその上にゲート電極18及びゲート線(図示せず)が形成される。層間絶縁膜20及びその下のゲート絶縁膜16に形成された開口部を介して、透明導電膜からなる画素電極22がドレイン領域14Dに接続され、ソース線24がソース領域14Sに接続される。そして、最上層には保護膜(パッシベーション絶縁膜)26が形成されている。なお、下地絶縁膜12はガラス基板10からの汚染を防ぎ、多結晶シリコン膜14が形成される表面状態を整えることを目的としているが、省略されることもある。また、保護膜26は、TFTの形態に応じて省略されることもある。
(Thin film transistor)
Two basic structural examples of the thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) of the present invention are shown in FIGS. 1 and 2, respectively.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a TFT using coplanar polycrystalline silicon. A
A
図2は、逆スタガ型の非晶質シリコンを用いたTFTの断面図である。ガラス基板30上に下地絶縁膜32が形成され、その上に非晶質シリコンTFTが形成される。
図2において、ゲート電極34及びそれに接続されたゲート線の下に、1層または多層のゲート絶縁膜36が形成される。ゲート電極34の上には、非晶質シリコンのチャネル領域38Cが形成され、更に、非晶質シリコン中に不純物が拡散されることでソース・ドレイン領域38S、38Dが形成されている。また、画素電極40は、金属配線層42を介して、ドレイン領域38Dと電気的に接続され、ソース線44はソース領域38Sと電気的に接続される。なお、金属配線層42とソース線44とは同時に形成されたものである。
更に、チャネル領域38Cの上層には、チャネル保護膜(パッシベーション絶縁膜)46が形成されている。このチャネル保護層46は、ソース・ドレイン領域膜38S及び38Dをエッチングする際にチャネル領域38Cを保護する膜であり、省略されることもある。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a TFT using inverted staggered amorphous silicon. A
In FIG. 2, a single-layer or multi-layer
Furthermore, a channel protective film (passivation insulating film) 46 is formed on the channel region 38C. The channel
図1及び図2は、基本的なTFTは構造を示すものであり、これらのバリエーションは非常に多岐にわたっている。例えば、図1のコプレナ型のTFTにおいては、開口率を上げるために画素電極22とソース線24の間に第2の層間絶縁膜を設けて、画素電極22とソース線24の間隔を狭める構造とすることができる。あるいは、ゲート電極18に接続される図示しないゲート線やソース線24の配線抵抗の低減や配線の冗長化を目的として、該ゲート線、ソース線を多層膜とすることができる。更には、TFT素子の上または下に、遮光層を形成することもできる。図2の逆スタガ型のTFTにおいても、開口率向上、配線抵抗の低減、欠陥低減を目的とした配線や絶縁膜の多層化等を行うことができる。これらの改良構造はいずれも、図1又は図2の基本構造に対して、TFTを構成する薄膜の積層数が増える場合が殆どである。
下記の実施形態では、図1、図2で示した薄膜積層構造を構成する各種薄膜を真空処理装置の不要な塗布膜にて形成する場合について説明すると共に、特に本発明の特徴点として挙げたように、下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、チャネル保護膜等のパッシベーション絶縁膜の各種絶縁膜のうちいずれか一つを、ペルヒドロポリシラザンを含有する液体材料を用いて形成する方法について詳述する。
1 and 2 show the structure of a basic TFT, and these variations are very diverse. For example, the coplanar TFT of FIG. 1 has a structure in which a second interlayer insulating film is provided between the
In the following embodiment, a case where various thin films constituting the thin film laminated structure shown in FIG. 1 and FIG. 2 are formed with an unnecessary coating film of a vacuum processing apparatus will be described and particularly mentioned as a feature of the present invention. As described above, a method of forming any one of various insulating films of a passivation insulating film such as a base insulating film, a gate insulating film, an interlayer insulating film, and a channel protective film by using a liquid material containing perhydropolysilazane. Detailed description.
(絶縁膜の形成するための材料)
本発明では、液相法を用いて塗布された後に熱処理されることで絶縁膜(塗布型絶縁膜)となる材料として、ペルヒドロポリシラザンを用いていることを特徴としている。ペルヒドロポリシラザンとは、−(SiH2NH)−を基本ユニットとする化合物の物質名である。本実施形態では、ペルヒドロポリシラザンとして、クラリアントジャパン株式会社の「ポリシラザン」(登録商標)を用いている。
なお、[SiH2NH]n中のHがアルキル基(例えばメチル基、エチル基等)で置換されると、有機ポリシラザンとなり、無機ポリシラザンとは区別されることがある。本実施形態では無機ポリシラザンを使用することが好ましい。
(Material for forming insulating film)
The present invention is characterized in that perhydropolysilazane is used as a material that becomes an insulating film (coating type insulating film) by being heat-treated after being applied using a liquid phase method. Perhydropolysilazane is a substance name of a compound having — (SiH 2 NH) — as a basic unit. In the present embodiment, “polysilazane” (registered trademark) of Clariant Japan Co., Ltd. is used as perhydropolysilazane.
In addition, when H in [SiH2NH] n is substituted with an alkyl group (for example, a methyl group, an ethyl group, etc.), it becomes an organic polysilazane and may be distinguished from an inorganic polysilazane. In this embodiment, it is preferable to use inorganic polysilazane.
また、このポリシラザンは、有機溶剤に可溶な無機ポリマーであるので、有機溶剤と混合させることで液体材料として取り扱うことが可能となるものである。また、ポリシラザンは、不活性雰囲気中で高温焼成されることにより、脱水素反応に伴う熱硬化収縮が生じ、SiN(窒化シリコン)のセラミクスへ転化する性質を有している。また、大気中又は水蒸気含有雰囲気で焼成されることにより、水や酸素と反応し、緻密なSiO2(酸化シリコン)膜へ転化する性質を有している。 Further, since this polysilazane is an inorganic polymer that is soluble in an organic solvent, it can be handled as a liquid material by being mixed with the organic solvent. In addition, polysilazane has the property of being heat-cured and contracted due to a dehydrogenation reaction when fired at a high temperature in an inert atmosphere and converted to SiN (silicon nitride) ceramics. In addition, it has the property of reacting with water and oxygen and being converted into a dense SiO2 (silicon oxide) film by being fired in the atmosphere or in an atmosphere containing water vapor.
このような性質を有しているポリシラザンを用いた絶縁膜の形成方法においては、ポリシラザンをキシレン等の液体に混合した後に、例えばスピンコート法により基板上に塗布する。更に、後に詳細に説明するように、ポリシラザンの塗布膜が形成された基板を熱処理することにより、SiO2膜や、窒素を含有するSiO2膜に転化させるようになっている。 In a method for forming an insulating film using polysilazane having such properties, polysilazane is mixed with a liquid such as xylene and then applied onto a substrate by, for example, a spin coating method. Further, as will be described in detail later, the substrate on which the polysilazane coating film is formed is heat-treated to be converted into a SiO 2 film or a SiO 2 film containing nitrogen.
また、このようなポリシラザンを用いて形成された絶縁膜と、有機/無機SOGとを比較すると、有機SOGは酸素プラズマ処理に対してエッチングされ易く、無機SOGは数百nmの膜厚でもクラックが発生し易すい等の問題があり、単層で層間絶縁膜等に使用することが難しいという不利点を有している。これに対して、ポリシラザンを用いて形成された絶縁膜はクラック耐性が高く、また耐酸素プラズマ性があり、単層でもある程度厚い絶縁膜として使用可能であるという利点を有している。特に、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜はその膜質や形成方法がTFTの電気特性を大きく左右するので、ポリシラザンを用いて形成することが有効である。
また、このようなポリシラザンを用いる方法は、従来のCVD法を用いる場合と比較して、気相反応を用いることがないので、従来のように気相でシリコンの粒子が発生することにより、装置の汚染や異物の発生による生産歩留まりの低下を招くということがなく、良好に絶縁膜を形成することができる。
なお、本発明は、薄膜積層構造の少なくとも1層好ましくは複数層を、シロキザン結合を基本構造とするSOG膜以外の塗布膜にて形成するものであり、この条件を満足する限りにおいて、SOG膜を付加的に使用するものであってもよい。
In addition, when an insulating film formed using such polysilazane is compared with organic / inorganic SOG, organic SOG is easily etched by oxygen plasma treatment, and inorganic SOG has cracks even with a film thickness of several hundred nm. There is a problem that it is easy to occur, and there is a disadvantage that it is difficult to use a single layer for an interlayer insulating film or the like. In contrast, an insulating film formed using polysilazane has an advantage that it has high crack resistance and oxygen plasma resistance, and can be used as a thick insulating film even if it is a single layer. In particular, it is effective to form the gate insulating film and the interlayer insulating film using polysilazane because the film quality and formation method greatly affect the electrical characteristics of the TFT.
In addition, since the method using polysilazane does not use a gas phase reaction as compared with the case of using the conventional CVD method, the silicon particles are generated in the gas phase as in the conventional case. Insulating films can be satisfactorily formed without incurring a decrease in production yield due to contamination or generation of foreign matter.
In the present invention, at least one layer, preferably a plurality of layers of a thin film laminated structure is formed by a coating film other than an SOG film having a siloxane bond as a basic structure. As long as this condition is satisfied, the SOG film May be used additionally.
(塗布型絶縁膜形成装置)
図3は、上記のポリシラザンを含有する液体材料を塗布し、その後に熱処理することにより、絶縁膜を形成する塗布型絶縁膜形成装置を示す図である。そして、図4は当該液体材料を塗布するスピンコータの要部を示す図、図5はスピンコータによってガラス基板の全面に引き伸ばされたポリシラザンを示す図である。
図3に示すように塗布型絶縁膜形成装置100は、ローダ101と、スピンコータ102と、第1の熱処理部103Aと、第2の熱処理部103Bと、アンローダ104と、塗布液保管部105と、制御部106と、温度制御部107と、排気設備108とによって構成されている。
図4に示すようにスピンコータ102は、ステージ130と、ディスペンサ134と、ノズル136とを主な構成要素として有している。
(Coating insulation film forming equipment)
FIG. 3 is a view showing a coating type insulating film forming apparatus for forming an insulating film by applying a liquid material containing the above polysilazane and then performing a heat treatment. FIG. 4 is a view showing a main part of a spin coater for applying the liquid material, and FIG. 5 is a view showing polysilazane stretched over the entire surface of the glass substrate by the spin coater.
As shown in FIG. 3, the coating type insulating
As shown in FIG. 4, the
(絶縁膜形成方法の第1実施形態)
次に、上記の塗布型絶縁膜形成装置100による絶縁膜形成方法の第1実施形態について説明する。
まず、ローダ101がカセットに収納されている複数枚のガラス基板を一枚づつ取り出し、スピンコータ102にガラス基板を搬送する。スピンコータ102は、図4に示すようにステージ130上に基板132を真空吸着し、ディスペンサ134のノズル136からポリシラザン液体材料138が基板132上に滴下される。滴下されたポリシラザン液体材料138は基板中央部に図4のように広がる。ポリシラザン液体材料138は、ポリシラザンとキシレンの混合液であり、この液体材料はキャニスター缶と呼ばれる容器に入れられおり、図3及び図4に示す液体保管部105に保管されている。ポリシラザン液体材料138は、液体保管部105から供給管140を介してディスペンサ134に供給され、基板上に塗布される。更に、ステージ130の回転により、図5に示すように、ポリシラザン液体材料138がガラス基板132の全面に引き延ばされて塗布される。このとき、大部分のキシレンは蒸発する。ステージ130の回転数や回転時間は、図3に示す制御部106で制御され、数秒間で1000rpmまで回転数が上昇し、1000rpmで20秒程度保持され、更に数秒後に停止する。
(First Embodiment of Insulating Film Forming Method)
Next, a first embodiment of the insulating film forming method by the coating type insulating
First, the
このようなスピンコート法を用いる方法においては、ポリシラザン液体材料138からなる塗布膜の下方の膜に凹凸が生じていた場合でも、当該凹凸面を埋めて、ポリシラザン液体材料138が塗布されるので、従って、ポリシラザン液体材料138を用いて形成された絶縁膜の表面は段差が形成されることなく平坦化された膜となる。即ち、当該絶縁膜の上層に形成される配線パターンの断線が生じることがないので、TFTの歩留まり向上を達成できる。
In a method using such a spin coating method, even when unevenness occurs in the film below the coating film made of the polysilazane
次に、第1の熱処理部103Aと、第2の熱処理部103Bとによって順に熱処理を施す。
第1の熱処理部103Aにおいては、基板上に塗布されたポリシラザン液体材料138に含まれているキシレン(溶剤)の除去が行われる。これによって、基板上にポリシラザンのみが残留する。更に、基板を第2の熱処理部103Bに搬送し、ポリシラザンが焼成され、少なくともSiO2を備えた所望の組成からなる絶縁膜が基板上に形成される。
Next, heat treatment is sequentially performed by the first
In the first
ここで、第2の熱処理においては、処理雰囲気を調整することによって、所望の膜質の絶縁膜を形成することが可能となっている。
具体的な第2の熱処理方法の1つは、水分等の水蒸気が除去された処理室内に酸素を供給しつつ熱処理を行う方法である。この方法においては、元々のポリシラザンを構成する窒素が絶縁膜内に残留するので、即ち、窒素を含有する酸化シリコン絶縁膜を形成することができる。更に、このような第2の熱処理で形成された絶縁膜は、材料の拡散を防止するバリア効果の性質を有しているので、下地絶縁膜やパッシベーション絶縁膜としては最適な絶縁膜となる。
Here, in the second heat treatment, an insulating film having a desired film quality can be formed by adjusting the treatment atmosphere.
One specific second heat treatment method is a method of performing heat treatment while supplying oxygen into a treatment chamber from which water vapor such as moisture has been removed. In this method, nitrogen constituting the original polysilazane remains in the insulating film, that is, a silicon oxide insulating film containing nitrogen can be formed. Further, since the insulating film formed by the second heat treatment has a barrier effect that prevents material diffusion, the insulating film is an optimal insulating film as a base insulating film or a passivation insulating film.
また、他の第2の熱処理方法は、水分等の水蒸気が供給された処理室内に更に酸素を供給しつつ熱処理を行う方法である。この方法においては、元々のポリシラザンを構成する窒素が除去されて、酸化シリコン膜からなる絶縁膜を形成することができる。更に、このような第2の熱処理で形成された絶縁膜は、分極が生じない膜となり、また、シリコン膜との界面特性の制御が可能な緻密な膜となるので、ゲート絶縁膜や層間絶縁膜のようなTFTのスイッチング特性や電気的特性に影響を与える絶縁膜として好適に採用することができる。 Another second heat treatment method is a method in which heat treatment is performed while oxygen is further supplied into a treatment chamber to which water vapor such as moisture is supplied. In this method, nitrogen constituting the original polysilazane is removed, and an insulating film made of a silicon oxide film can be formed. Further, the insulating film formed by such second heat treatment becomes a film that does not cause polarization, and becomes a dense film that can control the interface characteristics with the silicon film. It can be suitably employed as an insulating film that affects the switching characteristics and electrical characteristics of a TFT such as a film.
この第2の熱処理部103Bでは、第1の熱処理部103Aでの上述した熱処理の後に、第1の熱処理部103Aでの熱処理温度より高い温度であって、300℃〜500℃の温度で約30分〜60分の熱処理を行うのが好ましい。このような温度で第2の熱処理を行うことによって、焼成に必要な十分な温度で処理できると共に、低温ポリシリコンを有するTFTのへの熱ダメージを低減させることができる。
なお、第2の熱処理においては、ランプアニール、レーザアニール等の高温短時間の熱処理を行ってもよい。このようにすれば、緻密化され、膜質及び界面特性が改善される。
In the second
Note that in the second heat treatment, heat treatment at a high temperature in a short time such as lamp annealing or laser annealing may be performed. By doing so, it is densified and the film quality and interface characteristics are improved.
上述した第1及び第2の熱処理は、温度制御部107で制御される。第1及び第2の熱処理部103A、103Bは、塗布型絶縁膜形成装置の処理能力を高くするため、前記スピンコータ102のタクトタイムと熱処理時間が整合するように、第1及び第2の熱処理部103A、103Bの長さや該炉内の基板収容枚数が設定される。
また、スピンコータ102においては、ポリシラザン液体材料138の塗布に伴って気化するキシレンを除去する必要があり、また、第1の熱処理部103Aで除去するキシレンを外部に排気する必要があり、また、第2の熱処理部103Bにおけるポリシラザンの焼成に伴って発生する水素やアンモニア等を除去する必要がある。そのため、少なくともスピンコータ102と第1の熱処理部103Aと第2の熱処理部103Bには排気設備108が必要である。熱処理され絶縁膜が形成されたガラス基板はアンローダ104でカセットに収納される。
The first and second heat treatments described above are controlled by the
Further, in the
図3に示す塗布型絶縁膜形成装置100は、従来のCVD装置に比較して、複雑で高価な高周波発生装置や真空装置等が不要となり、真空系やプラズマ系に多大のエネルギーを消費することがない。更に、装置構成が著しく簡単であり、従って装置価格が格段に安くなる。しかも、CVD装置に比較してスループットが高く、メンテナンスが簡単であり装置の稼動率が高い等の特徴がある。この特徴によりTFTの製造コストを大幅に低減することができる。
The coating-type insulating
図3に示す塗布型絶縁膜形成装置では、図1に示す下地絶縁膜12、ゲート絶縁膜16、層間絶縁膜20、保護膜26の全ての絶縁膜を成膜することができる。また、画素電極22とソース配線24の間に絶縁膜を追加形成する場合に、その追加の絶縁膜を図3の装置を利用して塗布膜にて形成することで、絶縁膜表面を平坦化する効果もあり、特に有効である。なお、下地絶縁膜12や保護膜26は省略されることもある。
また、図2のTFT構造においては、下地絶縁膜32、ゲート絶縁膜36、チャネル保護膜46の絶縁膜を成膜することができる。
In the coating type insulating film forming apparatus shown in FIG. 3, all the insulating films of the
In the TFT structure of FIG. 2, insulating films such as a
上述したように、このようなポリシラザンをスピンコート法等の液相法によって塗布し、第1及び第2の熱処理を施すことにより、所望の組成を有する絶縁膜を容易に形成することができる。即ち、下地絶縁膜、ゲート絶縁膜、層間絶縁膜、及びパッシベーション絶縁膜のうち少なくともいずれか一つの絶縁膜を所望の組成で形成することができる。例えば、窒素の含有量が高い膜を形成することで、バリア効果が高い絶縁膜を形成することが可能となり、また、窒素が除去された膜を形成することで、分極の発生が抑制された電気絶縁性が好適に得られた絶縁膜を形成することが可能となる。 As described above, an insulating film having a desired composition can be easily formed by applying such a polysilazane by a liquid phase method such as a spin coating method and performing a first heat treatment and a second heat treatment. That is, at least one of the base insulating film, the gate insulating film, the interlayer insulating film, and the passivation insulating film can be formed with a desired composition. For example, by forming a film having a high nitrogen content, it is possible to form an insulating film having a high barrier effect, and by forming a film from which nitrogen is removed, generation of polarization is suppressed. It is possible to form an insulating film with favorable electrical insulation.
(絶縁膜形成方法の第2実施形態)
次に、絶縁膜形成方法の第2実施形態について説明する。
本実施形態においては、第1実施形態と異なる部分のについて説明し、同一構成には同一符号を付し、説明を簡略化している。
図6は、本実施形態を説明するための図であって、図1に示したTFTの製造工程における層間絶縁膜20が形成された状態の図である。図6においては、画素電極22、ソース線24、保護膜26が未形成となっている。
(Second Embodiment of Insulating Film Forming Method)
Next, a second embodiment of the insulating film forming method will be described.
In the present embodiment, portions different from those in the first embodiment will be described, and the same components will be denoted by the same reference numerals to simplify the description.
FIG. 6 is a view for explaining the present embodiment, and shows a state in which the
本実施形態においては、第1実施形態におけるポリシラザン液体材料138を塗布する工程と、第1の熱処理の工程と、第2の熱処理の工程とを2回繰り返して、層間絶縁膜20を形成することを特徴点としている。具体的には、図6に示すように、塗布型絶縁膜形成装置100によって第1の層間絶縁膜20aを形成した後に、更に、同様に塗布型絶縁膜形成装置100によって第2の層間絶縁膜20bを積層形成している。
In the present embodiment, the step of applying the polysilazane
次に、このように複数の層間絶縁膜を積層形成する利点について説明する。
一般に、ポリシラザン液体材料138においては、キシレンの溶剤中にポリシラザンが所定の濃度で含有されている。このポリシラザンの濃度は、焼成後の絶縁膜の膜厚に応じて決定されており、従って、膜厚が薄い絶縁膜を形成する場合には当該濃度が低く設定された液体材料が用いられる。また、膜厚が厚い絶縁膜を形成する場合には、当該濃度が高く設定された液体材料が用いられる。このようにポリシラザンの濃度が所定値よりも高い場合には、例えばスピンコート法を用いて液体材料を塗布すると、基板に滴下した液体材料が周辺部まで塗れ広がりにくいという特性があり、また、絶縁膜の膜厚が厚くなるので、第1の熱処理又は第2の熱処理を施すことによって絶縁膜内に熱応力が生じてしまい、クラック等の欠陥を招くという場合がある。
これに対し、本実施形態においては、先に記載した第1実施形態における絶縁膜の形成方法を用いて、複数層の層間絶縁膜を形成しているので、ポリシラザンの濃度が高い液体材料を用いる必要がなく、濃度が低い液体材料を用いて絶縁膜の厚膜化を施すことができる。更に、第1の熱処理又は第2の熱処理を施すことによるクラックの発生が生じることがなく、良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。
また、ポリシラザンの濃度が低い液体材料をスピンコート法を用いて塗布した場合には、基板に滴下した液体材料が基板全面に好適に塗れ広がるので、平坦化された膜を形成するのが容易になる。
このように複数の膜を積層形成する方法では、特に厚膜化が必要な絶縁膜に対して有効であり、例えば、層間絶縁膜やパッシベーション絶縁膜を形成するには特に有効である。
Next, the advantage of stacking a plurality of interlayer insulating films in this way will be described.
Generally, in the polysilazane
On the other hand, in this embodiment, since the interlayer insulating film having a plurality of layers is formed by using the insulating film forming method in the first embodiment described above, a liquid material having a high polysilazane concentration is used. There is no need to increase the thickness of the insulating film using a liquid material having a low concentration. Furthermore, the generation of cracks due to the first heat treatment or the second heat treatment does not occur, and an insulating film with good film quality can be formed.
In addition, when a liquid material having a low polysilazane concentration is applied using a spin coating method, the liquid material dripped onto the substrate is suitably spread over the entire surface of the substrate, so that it is easy to form a flattened film. Become.
The method of forming a plurality of films in this way is effective particularly for an insulating film that needs to be thickened, and is particularly effective for forming an interlayer insulating film or a passivation insulating film, for example.
(絶縁膜形成方法の第3実施形態)
次に、絶縁膜形成方法の第3実施形態について説明する。
本実施形態においては、第1実施形態と異なる部分のについて説明し、同一構成には同一符号を付し、説明を簡略化している。
図7〜図9は、絶縁膜形成方法の第3実施形態に用いられる塗布装置を示す図である。本実施形態では塗布する液体として上述のポリシラザンを有する液体材料(ポリシラザン液体材料)が用いられる。
図7において、ステージ301上に基板302が真空吸着されている。液体材料は液体保管部307から供給管306を通してディスペンサヘッド304に供給される。液体材料は更に、ディスペンサヘッド307に設けられた複数のノズル305から、基板302上に非常に多くのドット303として塗布される。
(Third Embodiment of Insulating Film Forming Method)
Next, a third embodiment of the insulating film forming method will be described.
In the present embodiment, portions different from those in the first embodiment will be described, and the same components will be denoted by the same reference numerals to simplify the description.
7-9 is a figure which shows the coating device used for 3rd Embodiment of the insulating film formation method. In the present embodiment, a liquid material (polysilazane liquid material) having the above polysilazane is used as the liquid to be applied.
In FIG. 7, a
ノズル305の詳細断面図を図8に示す。図8はインクジェットプリンタのヘッドと同様な構造であり、ピエゾ素子の振動で液体材料を吐出するようになっている。液体材料は入り口部311から供給口312を介してキャビティ部313に溜まる。振動板315に密着しているピエゾ素子314の伸縮により該振動板315が動き、キャビティ313の体積が減少または増加する。液体材料はキャビティ313の体積が減少するときノズル口316から吐出され、キャビティ313の体積が増加するとき、液体材料は供給口312からキャビティ313に供給される。ノズル口316は例えば図9に示すように2次元的に複数個配列されており、図7に示したように、基板302またはディスペンサ304が相対的に移動することによって、基板全面に液体材料がドット状に塗布される。
A detailed sectional view of the
図9において、ノズル口316の配列ピッチは、横方向ピッチP1が数100μm、縦方向ピッチP2が数mmである。ノズル口316の口径は数10μm〜数100μmである。一回の吐出量は数10ng〜数100ngで、吐出される液体材料の液滴の大きさは直径数10μm〜数100μmである。ドット状に塗布される液体材料は、ノズル305から吐出された直後は数100μmの円形である。液体材料を基板全面に塗布する場合は、前記ドット303のピッチも数100μmとし、回転数が数百〜数千rpmで数秒間基板を回転すれば、均一な膜厚の塗布膜が得られる。塗布膜の膜厚は基板の回転数や回転時間だけでなく、ノズル口316の口径及びドット303のピッチによっても制御可能である。
In FIG. 9, the arrangement pitch of the
この液体材料塗布方式はインクジェット方式の液体塗布方式であり、基板全面にドット状に塗布されるため、ドット303間の液体材料のない部分に液体材料が塗布されるように基板を移動例えば回転させればよいので、液体材料を効率的に使用することができる。
This liquid material application method is an ink-jet type liquid application method, and is applied in the form of dots over the entire surface of the substrate. Therefore, the substrate is moved, for example, rotated so that the liquid material is applied to the portion without the liquid material between the
また、インクジェット方式の液体塗布において、ノズル口316の口径は更に小さくすることができるので、10〜20μm幅の線状のパターンに塗布することも可能である。この技術をシリコン膜や導電膜の形成に用いれば、フォトリソグラフィ工程が不要な直接描画が可能となる。TFTのデザインルールが数10μm程度であれば、この直接描画と塗布方式の薄膜形成技術を組み合わせることにより、CVD装置、スパッタ装置、イオン打ち込みやイオンドーピング装置、露光装置、エッチング装置を使用しない液晶表示装置の製造が可能となる。即ち、本発明によるインクジェット方式の液体塗布装置と、レーザアニール装置やランプアニール装置等の熱処理装置のみで液晶表示装置が製造できるのである。
In addition, in the ink-jet liquid application, the diameter of the
なお、本実施形態においては、ポリシラザンを有する液体材料を用いた場合について説明したが、当該液体材料に限定することなく、薄膜を形成するための液体やフォトエッチング時のマスクに使用されるレジスト等、各種塗布膜の材料液体を用いてもよい。 In the present embodiment, the case where a liquid material having polysilazane is used has been described. However, the liquid material for forming a thin film, a resist used as a mask during photoetching, or the like is not limited to the liquid material. A material liquid for various coating films may be used.
また、図1及び図2に示すTFTを構成する薄膜のうち、絶縁膜以外の膜の形成方法は、公知のフォトリソグラフィ技術を用いたパターニング方法や、イオンドーピング法等の不純物拡散方法を用いて形成される。 In addition, among the thin films constituting the TFT shown in FIGS. 1 and 2, a method for forming a film other than the insulating film uses a patterning method using a known photolithography technique or an impurity diffusion method such as an ion doping method. It is formed.
また、上述の実施形態はTFTアクティブマトリクス基板を例に挙げてTFTについて説明したが、同じアクティブマトリクス基板としてMIM(金属−絶縁−金属)、MIS(金属−絶縁−シリコン)等の他の2端子、3端子素子を画素スイッチング素子の製造方法にも同様に適用できる。例えばMIMを用いたアクティブマトリクス基板の薄膜積層構造は半導体層を含まず、導電層と絶縁層のみで構成されるが、この場合にも本発明の製造方法を適用できる。更には、本発明はアクティブマトリクス基板にのみでなく、表示要素としても液晶によらずに例えばEL(エレクトロルミネッセンス)等に用いられるものに適用してもよい。更には、TFTを含む半導体デバイス、DMD(デジタルミラーデバイス)等、導電層と絶縁層を含み、更には半導体層を含む種々の薄膜積層構造を有する薄膜デバイスに本発明の製造方法が適用可能である。 In the above embodiment, the TFT active matrix substrate has been described as an example. However, other two terminals such as MIM (metal-insulation-metal) and MIS (metal-insulation-silicon) are used as the same active matrix substrate. A three-terminal element can be similarly applied to a method for manufacturing a pixel switching element. For example, a thin film stack structure of an active matrix substrate using MIM includes only a conductive layer and an insulating layer without including a semiconductor layer. In this case, the manufacturing method of the present invention can also be applied. Furthermore, the present invention may be applied not only to an active matrix substrate but also to a display element used for, for example, EL (electroluminescence) or the like regardless of liquid crystal. Furthermore, the manufacturing method of the present invention can be applied to thin film devices having various thin film laminated structures including a conductive layer and an insulating layer, such as a semiconductor device including a TFT and a DMD (digital mirror device), and further including a semiconductor layer. is there.
次に、上述の製造方法によって製造されたTFTを有する電子機器について説明する。
図10は、携帯電話の一例を示した斜視図である。
図10において、符号1000は携帯電話本体を示し、符号1001は上述のTFTアクティブマトリクス基板からなる液晶表示部を示している。
図11は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。
図11において、符号1100は時計本体を示し、符号1101は上述のTFTアクティブマトリクス基板からなる液晶表示部を示している。
図12は、ワープロ、パソコン、移動体情報端末等の携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図12において、符号1200は情報処理装置、符号1201はキーボード等の入力部、符号1202は上述のTFTアクティブマトリクス基板からなる液晶表示部、符号1203は情報処理装置本体を示している。
Next, an electronic device having a TFT manufactured by the above manufacturing method will be described.
FIG. 10 is a perspective view showing an example of a mobile phone.
In FIG. 10,
FIG. 11 is a perspective view showing an example of a wristwatch type electronic apparatus.
In FIG. 11,
FIG. 12 is a perspective view illustrating an example of a portable information processing device such as a word processor, a personal computer, or a mobile information terminal. In FIG. 12,
図10〜図12に示すそれぞれの電子機器は、上述の薄膜トランジスタを有するTFTアクティブマトリクス基板を備えているので、製造コストが低減された電子機器となる。
また、液晶表示装置に限ることなく、アクティブマトリクス基板やドライバ回路を有する有機EL装置等のフラットパネルディスプレイ、また、当該フラットパネルディスプレイを表示部として具備する機器を例示することができる。
それ以外にも、上記薄膜トランジスタを有する密着型イメージセンサ、ドライバ内蔵型のサーマルヘッド、有機系EL素子を発光素子としたドライバ内蔵型の光書き込み素子、3次元IC等を例示することができる。
Each of the electronic devices illustrated in FIGS. 10 to 12 includes the TFT active matrix substrate having the above-described thin film transistor, and thus the electronic device is manufactured with reduced manufacturing costs.
Further, the present invention is not limited to the liquid crystal display device, and examples include a flat panel display such as an organic EL device having an active matrix substrate and a driver circuit, and a device including the flat panel display as a display unit.
Other examples include a contact image sensor having the above-described thin film transistor, a driver built-in thermal head, a driver built-in optical writing element using an organic EL element as a light emitting element, and a three-dimensional IC.
12…下地絶縁膜
14…多結晶シリコン層(シリコン膜)
16…ゲート絶縁膜
20…層間絶縁膜
22…画素電極(導電膜)
24…ソース線(導電膜)
26…保護膜(パッシベーション絶縁膜)
38C…非晶質シリコンのチャネル領域(シリコン膜)
138…ポリシラザン液体材料(ペルヒドロポリシラザン)
12 ... Underlying insulating
16 ...
24 ... Source line (conductive film)
26 ... Protective film (passivation insulating film)
38C: Amorphous silicon channel region (silicon film)
138: Polysilazane liquid material (perhydropolysilazane)
Claims (12)
前記絶縁膜を形成する工程は、ペルヒドロポリシラザンを含有する液体材料を用いて、下地絶縁膜とゲート絶縁膜と層間絶縁膜とパッシベーション絶縁膜とのうち少なくともいずれか一つを形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 In a method of manufacturing a thin film transistor having a thin film of a silicon film, an insulating film, and a conductive film in which the impurity concentration is controlled,
The step of forming the insulating film includes forming at least one of a base insulating film, a gate insulating film, an interlayer insulating film, and a passivation insulating film using a liquid material containing perhydropolysilazane. A method for manufacturing a thin film transistor.
請求項1から請求項10のいずれかに記載の製造方法によって形成されたことを特徴とする薄膜トランジスタ。 In a thin film transistor having a thin film of a silicon film, an insulating film, and a conductive film in which the impurity concentration is controlled,
A thin film transistor formed by the manufacturing method according to claim 1.
請求項1から請求項10のいずれかに記載の製造方法によって前記薄膜トランジスタを形成することを特徴とする電子機器の製造方法。
In a method for manufacturing an electronic device including a thin film transistor having a thin film of a silicon film, an insulating film, and a conductive film in which the impurity concentration is controlled,
11. A method of manufacturing an electronic device, wherein the thin film transistor is formed by the manufacturing method according to claim 1.
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