JP2009065032A - Thin film transistor and manufacturing method of display device having thin film transistor - Google Patents

Thin film transistor and manufacturing method of display device having thin film transistor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film transistor having excellent electrical characteristics, and high reliability, and a display device having it. <P>SOLUTION: A gate insulating film is formed on a gate electrode, a microcrystal semiconductor film containing a metallic element is formed on the gate insulating film, and thereby crystallinity on the interface between the gate insulating film and the microcrystal semiconductor film containing the metallic element is raised. The microcrystal semiconductor film containing the metallic element of which crystallinity on the interface between itself and the gate insulating film is raised is used as a channel forming region to form this thin film transistor. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜トランジスタの作製方法、及び少なくとも画素部に薄膜トランジスタを用いた表示装置の作製方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor and a method for manufacturing a display device using a thin film transistor at least in a pixel portion.

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

画像表示装置のスイッチング素子として、非晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタ、多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタ等が用いられている。多結晶半導体膜の形成方法としては、パルス発振のエキシマレーザビームを光学系により線状に加工して、非晶質珪素膜に対し線状ビームを走査させながら照射して結晶化する技術が知られている。 As a switching element of an image display device, a thin film transistor using an amorphous semiconductor film, a thin film transistor using a polycrystalline semiconductor film, or the like is used. As a method for forming a polycrystalline semiconductor film, a technique is known in which a pulsed excimer laser beam is processed into a linear shape by an optical system, and is crystallized by irradiating the amorphous silicon film while scanning the linear beam. It has been.

また、画像表示装置のスイッチング素子として、微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタが用いられている(特許文献1及び2)。
特開平4−242724号公報 特開2005−49832号公報
As a switching element of an image display device, a thin film transistor using a microcrystalline semiconductor film is used (Patent Documents 1 and 2).
JP-A-4-242724 JP 2005-49832 A

多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタは、非晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタに比べて移動度が2桁以上高く、半導体表示装置の画素部とその周辺の駆動回路を同一基板上に一体形成できるという利点を有している。しかしながら、非晶質半導体膜を用いた場合に比べて、半導体膜の結晶化のために工程が複雑化するため、その分歩留まりが低減し、コストが高まるという問題がある。 A thin film transistor using a polycrystalline semiconductor film has a mobility that is two orders of magnitude higher than a thin film transistor using an amorphous semiconductor film, and a pixel portion of a semiconductor display device and its peripheral driver circuit can be formed over the same substrate. Has the advantage. However, compared to the case where an amorphous semiconductor film is used, the process is complicated for crystallization of the semiconductor film, so that there is a problem that the yield is reduced and the cost is increased accordingly.

また、微結晶半導体膜を用いた逆スタガ型の薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜及び微結晶半導体膜の界面領域における結晶性が低く、薄膜トランジスタの電気的特性が悪いという問題がある。 In addition, in an inverted staggered thin film transistor using a microcrystalline semiconductor film, there is a problem in that the crystallinity in the interface region between the gate insulating film and the microcrystalline semiconductor film is low and the electrical characteristics of the thin film transistor are poor.

上述した問題に鑑み、本発明は、電気特性が優れ、信頼性の高い薄膜トランジスタ、及びそれを有する表示装置を作製する方法を提案することを課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to propose a thin film transistor with excellent electrical characteristics and high reliability and a method for manufacturing a display device having the thin film transistor.

ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜上に金属元素を含む微結晶半導体膜を形成して、ゲート絶縁膜及び金属元素を含む微結晶半導体膜の界面における結晶性を高める。次に、ゲート絶縁膜との界面における結晶性が高められた金属元素を含む微結晶半導体膜をチャネル形成領域として用いて薄膜トランジスタを形成することを特徴とする。 A gate insulating film is formed over the gate electrode, and a microcrystalline semiconductor film containing a metal element is formed over the gate insulating film, so that crystallinity at the interface between the gate insulating film and the microcrystalline semiconductor film containing the metal element is increased. Next, a thin film transistor is formed using a microcrystalline semiconductor film containing a metal element with improved crystallinity at the interface with the gate insulating film as a channel formation region.

また、結晶性が高められた金属元素を含む微結晶半導体膜上にバッファ層を形成し、バッファ層上にソース領域及びドレイン領域、並びにソース配線及びドレイン配線を形成することで、薄膜トランジスタを形成する。 Further, a thin film transistor is formed by forming a buffer layer over a microcrystalline semiconductor film containing a metal element with improved crystallinity and forming a source region and a drain region, and a source wiring and a drain wiring over the buffer layer. .

また、当該薄膜トランジスタに接続する画素電極を形成して表示装置を作製することを特徴とする。 In addition, a display device is manufactured by forming a pixel electrode connected to the thin film transistor.

チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等を含む電極を用いたプラズマCVD装置により、ゲート絶縁膜上に、シランガスと水素ガス及び/又は希ガスを用いて微結晶半導体膜を形成することで、ゲート絶縁膜との界面の結晶性が改善された金属元素を含む微結晶半導体膜を形成することができる。 Silane gas and hydrogen gas and / or rare gas on the gate insulating film by a plasma CVD apparatus using an electrode containing titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, platinum, etc. A microcrystalline semiconductor film containing a metal element with improved crystallinity at the interface with the gate insulating film can be formed by forming a microcrystalline semiconductor film with the use of.

チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等の金属元素を含むガスと、シランガスと水素ガス及び/又は希ガスを用いたプラズマCVD法により、ゲート絶縁膜上に、微結晶半導体膜を形成することで、ゲート絶縁膜との界面の結晶性が改善された金属元素を含む微結晶半導体膜を形成することができる。 The gate is formed by plasma CVD using a gas containing a metal element such as titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, platinum, silane gas, hydrogen gas, and / or rare gas. By forming a microcrystalline semiconductor film over the insulating film, a microcrystalline semiconductor film containing a metal element with improved crystallinity at the interface with the gate insulating film can be formed.

チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等の金属元素を含む液体をゲート絶縁膜上に塗布した後、シランガスと水素ガス及び/又は希ガスを用いてプラズマCVD法により微結晶半導体膜を形成することで、ゲート絶縁膜との界面の結晶性が改善された金属元素を含む微結晶半導体膜を形成することができる。 After applying a liquid containing a metal element such as titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, platinum or the like onto the gate insulating film, silane gas and hydrogen gas and / or rare gas are applied. A microcrystalline semiconductor film containing a metal element with improved crystallinity at the interface with the gate insulating film can be formed by using the plasma CVD method to form the microcrystalline semiconductor film.

チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等の金属元素を含む薄膜をゲート絶縁膜上に成膜した後、シランガスと水素ガス及び/又は希ガスを用いてプラズマCVD法により微結晶半導体膜を形成することで、ゲート絶縁膜との界面の結晶性が改善された金属元素を含む微結晶半導体膜を形成することができる。 After forming a thin film containing a metal element such as titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, platinum on the gate insulating film, silane gas and hydrogen gas and / or rare gas A microcrystalline semiconductor film containing a metal element with improved crystallinity at the interface with the gate insulating film can be formed by forming a microcrystalline semiconductor film using a plasma CVD method.

また、金属元素を含む微結晶半導体膜を用い、薄膜トランジスタ(TFT)を作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表示装置を作製する。微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタは、その移動度が1〜20cm/V・secと、非晶質半導体膜を用いた薄膜トランジスタの2〜20倍の移動度を有しているので、駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。 In addition, a thin film transistor (TFT) is manufactured using a microcrystalline semiconductor film containing a metal element, and a display device is manufactured using the thin film transistor in a pixel portion and further in a driver circuit. A thin film transistor using a microcrystalline semiconductor film has a mobility of 1 to 20 cm 2 / V · sec, which is 2 to 20 times that of a thin film transistor using an amorphous semiconductor film. A part or all of the above can be integrally formed on the same substrate as the pixel portion to form a system-on-panel.

また、表示装置としては、発光装置や液晶表示装置を含む。発光装置は発光素子を含み、液晶表示装置は液晶素子を含む。発光素子は、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には有機EL(エレクトロルミネッセンス)及び無機ELが含まれる。   The display device includes a light emitting device and a liquid crystal display device. The light emitting device includes a light emitting element, and the liquid crystal display device includes a liquid crystal element. The light-emitting element includes, in its category, an element whose luminance is controlled by current or voltage, and specifically includes organic EL (electroluminescence) and inorganic EL.

また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに本発明は、該表示装置を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電膜を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても良いし、あらゆる形態があてはまる。   The display device includes a panel in which the display element is sealed, and a module in which an IC including a controller is mounted on the panel. Furthermore, the present invention relates to an element substrate corresponding to one mode before the display element is completed in the process of manufacturing the display device, and the element substrate includes a unit for supplying current to the display element. Prepare for. Specifically, the element substrate may be in a state where only the pixel electrode of the display element is formed, or after the conductive film to be the pixel electrode is formed, the pixel electrode is formed by etching. The previous state may be used, and all forms are applicable.

なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源(照明装置含む)を指す。また、コネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。 Note that a display device in this specification means an image display device, a light-emitting device, or a light source (including a lighting device). Also, a connector, for example, a module with a FPC (Flexible printed circuit) or TAB (Tape Automated Bonding) tape or TCP (Tape Carrier Package), a module with a printed wiring board at the end of a TAB tape or TCP, or a display It is assumed that the display device includes all modules in which an IC (integrated circuit) is directly mounted on the element by a COG (Chip On Glass) method.

本発明により、電気特性が優れ、信頼性の高い薄膜トランジスタ、及びそれを有する表示装置を作製することができる。 According to the present invention, a highly reliable thin film transistor with excellent electrical characteristics and a display device including the thin film transistor can be manufactured.

チャネル形成領域を金属元素を含む微結晶半導体膜で構成することにより、しきい値電圧の変動が抑制され、電界効果移動度が向上し、サブスレッショルド係数(subthreshold swing:S値)も小さくなるので、薄膜トランジスタの高性能化を図ることができる。それにより、表示装置の駆動周波数を高くすることが可能であり、パネルサイズの大面積化や画素の高密度化にも十分対応することができる。 By forming the channel formation region using a microcrystalline semiconductor film containing a metal element, variation in threshold voltage is suppressed, field-effect mobility is improved, and a subthreshold coefficient (S value) is also reduced. Thus, high performance of the thin film transistor can be achieved. As a result, the drive frequency of the display device can be increased, and it is possible to sufficiently cope with an increase in panel size and an increase in pixel density.

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細をさまざまに変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。なお、以下の実施の形態で示す生産システムにおける各装置の配置は一例を示し、同様の作用効果を奏する配置であれば図示されるものに限定解釈されるべきものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. In the structure of the present invention described below, the same reference numerals are used in common in different drawings. In addition, arrangement | positioning of each apparatus in the production system shown by the following embodiment shows an example, and if it is arrangement | positioning which has the same effect, it should not be limitedly interpreted to what is illustrated.

(実施の形態1)
本実施の形態では、薄膜トランジスタの作製工程について、図1乃至図13を用いて説明する。図1、2、5、6、8、10、及び11は、薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図であり、図7、及び12は、一画素における薄膜トランジスタ及び画素電極の接続領域の上面図である。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a manufacturing process of a thin film transistor will be described with reference to FIGS. 1, 2, 5, 6, 8, 10, and 11 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a thin film transistor, and FIGS. 7 and 12 are top views of a connection region of a thin film transistor and a pixel electrode in one pixel. .

金属元素を含む微結晶半導体膜を有する薄膜トランジスタは、p型よりもn型の方が、移動度が高いので駆動回路に用いるのにより適している。同一の基板上に形成する薄膜トランジスタを全て同じ極性にそろえておくことが、工程数を抑えるためにも望ましい。ここでは、nチャネル型の薄膜トランジスタを用いて説明する。 A thin film transistor including a microcrystalline semiconductor film containing a metal element is more suitable for use in a driver circuit because the n-type has higher mobility than the p-type. In order to reduce the number of steps, it is desirable that all thin film transistors formed over the same substrate have the same polarity. Here, description is made using an n-channel thin film transistor.

図1(A)に示すように、基板50上にゲート電極51を形成し、ゲート電極51上に、ゲート絶縁膜52a、52bを形成する。   As shown in FIG. 1A, a gate electrode 51 is formed over a substrate 50, and gate insulating films 52 a and 52 b are formed over the gate electrode 51.

基板50は、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、若しくはアルミノシリケートガラスなど、フュージョン法やフロート法で作製される無アルカリガラス基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、ステンレス合金などの金属基板の表面に絶縁膜を設けた基板を適用しても良い。 The substrate 50 is a heat-resistant material that can withstand the processing temperature in this manufacturing process, in addition to a non-alkali glass substrate manufactured by a fusion method or a float method, such as barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, or aluminosilicate glass, or a ceramic substrate. A plastic substrate or the like having the above can be used. Alternatively, a substrate in which an insulating film is provided on the surface of a metal substrate such as a stainless alloy may be used.

ゲート電極51は、金属材料で形成される。金属材料としてはアルミニウム、クロム、チタン、タンタル、モリブデン、銅などが適用される。ゲート電極301と容量電極302の好適例は、アルミニウム又はアルミニウムとバリア金属の積層構造体によって形成される。バリア金属としては、チタン、モリブデン、クロムなどの高融点金属が適用される。バリア金属はアルミニウムのヒロック防止、酸化防止のために設けることが好ましい。ここでは、基板50上に導電膜としてモリブデン膜をスパッタリング法により成膜し、第1のフォトマスクを用いて形成したマスクパターンを用いて基板50上に形成された導電膜をエッチングしてゲート電極を形成する。 The gate electrode 51 is formed of a metal material. As the metal material, aluminum, chromium, titanium, tantalum, molybdenum, copper, or the like is applied. A preferred example of the gate electrode 301 and the capacitor electrode 302 is formed of aluminum or a stacked structure of aluminum and a barrier metal. As the barrier metal, a refractory metal such as titanium, molybdenum, or chromium is used. The barrier metal is preferably provided to prevent hillocks and oxidation of aluminum. Here, a molybdenum film is formed as a conductive film over the substrate 50 by a sputtering method, and the conductive film formed over the substrate 50 is etched using a mask pattern formed using a first photomask to form a gate electrode. Form.

ゲート電極51は厚さ50nm以上300nm以下で形成する。ゲート電極51の厚さを50nm以上100nm以下とすることで、後に形成される半導体膜や配線の段切れ防止が可能である。また、ゲート電極51の厚さを150nm以上300nm以下とすることで、ゲート電極51の抵抗を低減することが可能であり、大面積化が可能である。 The gate electrode 51 is formed with a thickness of 50 nm to 300 nm. By setting the thickness of the gate electrode 51 to 50 nm or more and 100 nm or less, it is possible to prevent disconnection of a semiconductor film or a wiring to be formed later. In addition, by setting the thickness of the gate electrode 51 to 150 nm or more and 300 nm or less, the resistance of the gate electrode 51 can be reduced, and the area can be increased.

なお、ゲート電極51上には半導体膜や配線を形成するので、段切れ防止のため端部がテーパー状になるように加工することが望ましい。また、図示しないがこの工程でゲート電極に接続する配線も同時に形成することができる。   Note that since a semiconductor film or a wiring is formed over the gate electrode 51, it is desirable that the end portion be tapered so as to prevent disconnection. Although not shown, a wiring connected to the gate electrode can be formed at the same time in this step.

ゲート絶縁膜52a、52bはそれぞれ、CVD法やスパッタリング法等を用いて、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、または窒化酸化珪素膜で形成することができる。ここでは、ゲート絶縁膜52aとして窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を形成し、ゲート絶縁膜52bとして酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜を形成して積層する形態を示す。なお、ゲート絶縁膜を2層とせず、ゲート絶縁膜を、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、または窒化酸化珪素膜の単層で形成することができる。 Each of the gate insulating films 52a and 52b can be formed using a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride oxide film by a CVD method, a sputtering method, or the like. Here, a mode in which a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film is formed as the gate insulating film 52a and a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is formed and stacked as the gate insulating film 52b is shown. Note that the gate insulating film is not formed in two layers, and the gate insulating film can be formed using a single layer of a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or a silicon nitride oxide film.

また、3層のゲート絶縁膜で形成し、ゲート電極上に、窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を形成し、その上に酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜を形成し、その上に厚さ1nm〜5nm程度の窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を形成することができる。 Further, the gate insulating film is formed of three layers, a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film is formed over the gate electrode, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is formed thereon, and a thickness of 1 nm is formed thereon. A silicon nitride film or a silicon nitride oxide film having a thickness of about 5 nm can be formed.

また、窒化珪素膜の形成方法としては、ゲート絶縁膜52bに対し、高密度プラズマを用いて窒化処理して、ゲート絶縁膜52bの表面に窒素珪素層を形成することができる。高密度プラズマ窒化を行うことで、より高い濃度の窒素を含有する窒化珪素層を得ることも可能である。高密度プラズマは、高い周波数のマイクロ波、たとえば2.45GHzを使うことによって生成される。低電子温度が特徴である高密度プラズマは、活性種の運動エネルギーが低いため、従来のプラズマ処理に比べプラズマダメージが少なく欠陥が少ない層を形成することができる。また、ゲート絶縁膜52bの表面の粗さが小さくできるため、キャリア移動度を大きくすることができる。 As a method for forming the silicon nitride film, the silicon nitride layer can be formed on the surface of the gate insulating film 52b by nitriding the gate insulating film 52b using high-density plasma. It is also possible to obtain a silicon nitride layer containing a higher concentration of nitrogen by performing high density plasma nitridation. The high density plasma is generated by using a high frequency microwave, for example 2.45 GHz. Since high-density plasma characterized by low electron temperature has low kinetic energy of active species, it is possible to form a layer with less plasma damage and fewer defects than conventional plasma treatment. Further, since the surface roughness of the gate insulating film 52b can be reduced, carrier mobility can be increased.

ゲート絶縁膜52aを窒化珪素膜、または窒化酸化珪素膜を用いて形成することで、基板50とゲート絶縁膜52aの密着力が高まり、基板50としてガラス基板を用いた場合、基板50からの不純物が微結晶半導体膜に拡散するのを防止することが可能であり、さらにゲート電極51の酸化防止が可能である。即ち、膜剥れを防止することができると共に、後に形成される薄膜トランジスタの電気特性を向上させることができる。また、ゲート絶縁膜52a、52bはそれぞれ厚さ50nm以上であると、ゲート電極51の凹凸による被覆率の低減を緩和することが可能であるため好ましい。 By forming the gate insulating film 52a using a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film, the adhesion between the substrate 50 and the gate insulating film 52a is increased. When a glass substrate is used as the substrate 50, impurities from the substrate 50 Can be prevented from diffusing into the microcrystalline semiconductor film, and the gate electrode 51 can be prevented from being oxidized. That is, film peeling can be prevented and electrical characteristics of a thin film transistor to be formed later can be improved. Further, it is preferable that each of the gate insulating films 52a and 52b has a thickness of 50 nm or more because reduction in coverage due to the unevenness of the gate electrode 51 can be reduced.

ここでは、酸化窒化珪素膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、濃度範囲として酸素が55〜65原子%、窒素が1〜20原子%、Siが25〜35原子%、水素が0.1〜10原子%の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化珪素膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、濃度範囲として酸素が15〜30原子%、窒素が20〜35原子%、Siが25〜35原子%、水素が15〜25原子%の範囲で含まれるものをいう。 Here, the silicon oxynitride film has a composition that contains more oxygen than nitrogen and has a concentration range of 55 to 65 atomic%, 1 to 20 atomic%, and 25 Si. -35 atomic%, and hydrogen is contained in the range of 0.1-10 atomic%. The silicon nitride oxide film has a composition containing more nitrogen than oxygen, and the concentration ranges of oxygen are 15 to 30 atomic%, nitrogen is 20 to 35 atomic%, and Si is 25 to 25%. 35 atomic% and hydrogen are included in the range of 15 to 25 atomic%.

次に、52b上に、金属元素を含む微結晶半導体膜53を形成する。   Next, a microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element is formed over the 52b.

ここでは、ゲート絶縁膜52b表面との界面において、非晶質層が形成されないように、ゲート絶縁膜52b上に金属元素を含む微結晶半導体膜を形成する。 Here, a microcrystalline semiconductor film containing a metal element is formed over the gate insulating film 52b so that an amorphous layer is not formed at the interface with the surface of the gate insulating film 52b.

金属元素を含む微結晶半導体膜の形成方法の一形態としては、ゲート絶縁膜52bの表面にプラズマを曝した後、ゲート絶縁膜52b上に微結晶半導体膜を形成する。このとき、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等を含む電極を有するプラズマCVD装置内にゲート絶縁膜52bが形成される基板を設ける。次に、プラズマCVD装置の電極に電圧を印加して、ゲート絶縁膜52b表面をプラズマ処理することで、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等をゲート絶縁膜52b表面に付着させる。この後、シランガスと水素ガス及び/又は希ガスを用いて微結晶半導体膜を形成することで、ゲート絶縁膜52b上に付着したチタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等の金属元素を触媒として、結晶核が形成され、当該結晶核を元に微結晶半導体膜を形成する。この結果、ゲート絶縁膜52bとの界面に非晶質層が形成されず、微結晶半導体膜をゲート絶縁膜上に堆積することができる。 As one embodiment of a method for forming a microcrystalline semiconductor film containing a metal element, a microcrystalline semiconductor film is formed over the gate insulating film 52b after the surface of the gate insulating film 52b is exposed to plasma. At this time, a substrate on which the gate insulating film 52b is formed is provided in a plasma CVD apparatus having an electrode containing titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, platinum, or the like. Next, a voltage is applied to the electrode of the plasma CVD apparatus, and the surface of the gate insulating film 52b is subjected to plasma treatment, so that titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, platinum Are attached to the surface of the gate insulating film 52b. After that, a microcrystalline semiconductor film is formed using silane gas and hydrogen gas and / or rare gas, so that titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten attached on the gate insulating film 52b. Crystal nuclei are formed using a metal element such as cobalt, nickel, or platinum as a catalyst, and a microcrystalline semiconductor film is formed based on the crystal nuclei. As a result, an amorphous layer is not formed at the interface with the gate insulating film 52b, and a microcrystalline semiconductor film can be deposited over the gate insulating film.

また、金属元素を含む微結晶半導体膜の形成方法の他の一形態としては、原料ガスとして、シランガスと水素ガス及び/又は希ガスのほかに、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等の金属元素を含むガスを用いる。代表的には、上記金属元素の塩化物、臭化物、またはヨウ化物であるハロゲン化金属ガスがあり、例えば、塩化チタン、臭化チタン、ヨウ化チタン、塩化タンタル、臭化タングステン、塩化ニッケル、臭化ニッケル、塩化コバルト、臭化コバルト、塩化クロム、ヨウ化クロム等がある。若しくは上記金属元素を含む有機金属ガス等があり、例えば、ニッケルカルボニル、ビスメチルシクロペンタジェニルニッケル、ビスシクロペンタジェニルニッケル、メチルシクロペンタジェニルトリメチル白金、テトライソプロポキシチタン、トリメチルチタン、ニオビウムエトキシド、タンタルエトキシド等がある。 Further, as another embodiment of the method for forming a microcrystalline semiconductor film containing a metal element, as a source gas, in addition to silane gas and hydrogen gas and / or rare gas, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, A gas containing a metal element such as chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, or platinum is used. Typically, there are metal halide gases that are chlorides, bromides, or iodides of the above metal elements. For example, titanium chloride, titanium bromide, titanium iodide, tantalum chloride, tungsten bromide, nickel chloride, odor There are nickel chloride, cobalt chloride, cobalt bromide, chromium chloride, chromium iodide and the like. Or, there is an organometallic gas containing the above metal element, for example, nickel carbonyl, bismethylcyclopentaenyl nickel, biscyclopentagenyl nickel, methylcyclopentagenyl trimethyl platinum, tetraisopropoxy titanium, trimethyl titanium, niobium Examples include ethoxide and tantalum ethoxide.

具体的には、シランガス、水素ガス及び/又は希ガス、並びに上記金属元素を含むガスを用いてシリサイドを形成する。次に、シランガスと水素ガス及び/又は希ガスを用いて微結晶半導体膜を成膜することで、シリサイドを結晶核として、微結晶半導体膜を形成する。この結果、ゲート絶縁膜52bとの界面に非晶質層が形成されず、微結晶半導体膜をゲート絶縁膜上に堆積することができる。 Specifically, silicide is formed using a silane gas, a hydrogen gas and / or a rare gas, and a gas containing the above metal element. Next, a microcrystalline semiconductor film is formed using silicide as a crystal nucleus by forming a microcrystalline semiconductor film using a silane gas and a hydrogen gas and / or a rare gas. As a result, an amorphous layer is not formed at the interface with the gate insulating film 52b, and a microcrystalline semiconductor film can be deposited over the gate insulating film.

また、金属元素を含む微結晶半導体膜の形成方法の他の一形態としては、図2(A)に示すように、ゲート絶縁膜52b上に、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等の金属元素を含む層57を形成する。次に、金属元素を含む膜57を結晶核として、微結晶半導体膜を形成する。この結果、金属元素を含む微結晶半導体膜を形成することができる。金属元素を含む層57は、薄膜状、またはドット状で形成することができる。また、金属元素を含む層57の厚さは、シランガスと反応してシリサイドを形成し、且つ薄膜トランジスタのオフ電流があまり流れない程度の厚さとすることが好ましい。例えば、0.1nm以上5nm以下とすることが好ましい。 As another embodiment of a method for forming a microcrystalline semiconductor film containing a metal element, as illustrated in FIG. 2A, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, A layer 57 containing a metal element such as chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, or platinum is formed. Next, a microcrystalline semiconductor film is formed using the film 57 containing a metal element as a crystal nucleus. As a result, a microcrystalline semiconductor film containing a metal element can be formed. The layer 57 containing a metal element can be formed in a thin film shape or a dot shape. The thickness of the layer 57 containing a metal element is preferably set such that silicide reacts with silane gas to form silicide and the off-state current of the thin film transistor does not flow so much. For example, the thickness is preferably 0.1 nm or more and 5 nm or less.

金属元素を含む膜57としては、上記金属元素を含む金属膜または金属合金膜で形成する。この場合は、スパッタリング法、蒸着法、CVD法等の薄膜形成方法で金属膜または金属合金膜を形成することができる。若しくは、上記金属元素のいずれか一つ以上を含む溶液をゲート絶縁膜52b上に塗布し乾燥して、金属膜または金属合金膜を形成することができる。 The film 57 containing a metal element is formed using a metal film or metal alloy film containing the metal element. In this case, a metal film or a metal alloy film can be formed by a thin film forming method such as a sputtering method, a vapor deposition method, or a CVD method. Alternatively, a solution containing any one or more of the above metal elements can be applied to the gate insulating film 52b and dried to form a metal film or a metal alloy film.

また、金極元素を含む膜57として、上記金属元素のシリサイド層(チタンシリサイド、ジルコニウムシリサイド、ハフニウムシリサイド、バナジウムシリサイド、ニオブシリサイド、タンタルシリサイド、クロムシリサイド、モリブデンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド、白金シリサイド等)で形成する。この場合は、スパッタリング法、蒸着法、CVD法等の薄膜形成方法で金属層または金属合金層と、半導体層とを積層形成し、当該積層を加熱処理またはレーザビーム照射することによって、金属元素のシリサイド層を形成することができる。このときの積層構造としては、ゲート絶縁膜上に金属層または金属合金層を形成した後、半導体層を形成する。または、ゲート絶縁膜上に半導体層を形成した後、金属層または金属合金層を形成する。 Further, as a film 57 containing a gold electrode element, a silicide layer of the above metal element (titanium silicide, zirconium silicide, hafnium silicide, vanadium silicide, niobium silicide, tantalum silicide, chromium silicide, molybdenum silicide, cobalt silicide, nickel silicide, platinum silicide) Etc.). In this case, a metal layer or a metal alloy layer and a semiconductor layer are stacked by a thin film formation method such as a sputtering method, a vapor deposition method, or a CVD method, and the stacked layer is subjected to heat treatment or laser beam irradiation, thereby forming a metal element. A silicide layer can be formed. As a stacked structure at this time, a semiconductor layer is formed after a metal layer or a metal alloy layer is formed over the gate insulating film. Alternatively, after a semiconductor layer is formed over the gate insulating film, a metal layer or a metal alloy layer is formed.

若しくは、上記金属元素のいずれか一つ以上を含む溶液をゲート絶縁膜52b上に塗布し乾燥して、金属膜または金属合金膜を形成した後、半導体膜を形成し、半導体膜を加熱処理またはレーザビーム処理して金属元素のシリサイド膜を形成する。または、ゲート絶縁膜52b上に半導体膜を形成し、半導体層上に上記金属元素のいずれかひとつを含む溶液を塗布し乾燥した後、半導体膜を加熱処理またはレーザビーム処理して金属元素のシリサイド膜を形成する。 Alternatively, a solution containing any one or more of the above metal elements is applied over the gate insulating film 52b and dried to form a metal film or a metal alloy film, and then a semiconductor film is formed, and the semiconductor film is subjected to heat treatment or A metal element silicide film is formed by laser beam treatment. Alternatively, after a semiconductor film is formed over the gate insulating film 52b, a solution containing any one of the above metal elements is applied over the semiconductor layer and dried, the semiconductor film is subjected to heat treatment or laser beam treatment to form a silicide of the metal element. A film is formed.

なお、シリサイド膜を形成するために用いる半導体膜としては、非晶質半導体膜、または微結晶半導体膜を形成することができる。また、このときの半導体膜の厚さは、金属膜または金属合金膜と反応してシリサイドを形成する程度であればよいため、薄くてよく、例えば0.1〜5nm程度でよい。 Note that as the semiconductor film used for forming the silicide film, an amorphous semiconductor film or a microcrystalline semiconductor film can be formed. In addition, the thickness of the semiconductor film at this time may be thin as long as it reacts with the metal film or the metal alloy film to form silicide, and may be, for example, about 0.1 to 5 nm.

また、金属元素を含む微結晶半導体膜としては、金属元素がゲート絶縁膜との界面に残存している状態や、微結晶半導体膜の表面に分布している状態や、膜中に金属元素が分散している状態をいう。 A microcrystalline semiconductor film containing a metal element includes a state in which the metal element remains at the interface with the gate insulating film, a state in which the metal element is distributed on the surface of the microcrystalline semiconductor film, and a metal element in the film. A state of being dispersed.

金属元素を含む微結晶半導体膜に含まれる金属元素の濃度は、後に形成される薄膜トランジスタがオフのときにキャリアが微結晶半導体膜を移動しない濃度、即ち薄膜トランジスタに電流が流れない程度の濃度とする。例えば、1×1018/cm未満、好ましくは1×1018/cm未満が望ましい。 The concentration of the metal element contained in the microcrystalline semiconductor film containing the metal element is set so that carriers do not move through the microcrystalline semiconductor film when a thin film transistor to be formed later is off, that is, a concentration at which current does not flow through the thin film transistor. . For example, it is less than 1 × 10 18 / cm 3 , preferably less than 1 × 10 18 / cm 3 .

ここでの微結晶半導体膜とは、非晶質と結晶構造(単結晶、多結晶を含む)の中間的な構造の半導体を含む膜である。この半導体は、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質なものであり、粒径が0.5〜20nmの柱状または針状結晶が基板表面に対して法線方向に成長している。また、微結晶半導体と非単結晶半導体とが混在している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマンスペクトルが単結晶シリコンを示す520.5cm−1よりも低周波数側に、シフトしている。即ち、単結晶シリコンを示す520.5cm−1とアモルファスシリコンを示す480cm−1の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手(ダングリングボンド)を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる。このような微結晶半導体膜に関する記述は、例えば、米国特許4,409,134号で開示されている。 The microcrystalline semiconductor film here is a film including a semiconductor having an intermediate structure between amorphous and crystalline structures (including single crystal and polycrystal). This semiconductor is a semiconductor having a third state which is stable in terms of free energy, and is a crystalline one having a short-range order and having a lattice strain, and has a columnar or needle shape with a particle size of 0.5 to 20 nm. Crystals grow in the normal direction with respect to the substrate surface. In addition, a microcrystalline semiconductor and a non-single-crystal semiconductor are mixed. Microcrystalline silicon which is a typical example of a microcrystalline semiconductor has its Raman spectrum shifted to a lower frequency side than 520.5 cm −1 indicating single crystal silicon. That is, the peak of the Raman spectrum of microcrystalline silicon is between 520.5 cm −1 representing single crystal silicon and 480 cm −1 representing amorphous silicon. In addition, at least 1 atomic% or more of hydrogen or halogen is contained to terminate dangling bonds (dangling bonds). Further, by adding a rare gas element such as helium, argon, krypton, or neon to further promote lattice distortion, stability can be improved and a good microcrystalline semiconductor film can be obtained. A description of such a microcrystalline semiconductor film is disclosed in, for example, US Pat. No. 4,409,134.

金属元素を含む微結晶半導体膜53は、1nm以上厚く200nm以下、好ましくは1nm以上100nm以下、好ましくは1nm以上50nm以下で形成する。金属元素を含む微結晶半導体膜53は後に形成される薄膜トランジスタのチャネル形成領域として機能する。金属元素を含む微結晶半導体膜53の厚さを1nm以上50nm以下とすることで、後に形成される薄膜トランジスタは、完全空乏型となる。 The microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element is formed to be 1 nm to 200 nm thick, preferably 1 nm to 100 nm, preferably 1 nm to 50 nm. The microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element functions as a channel formation region of a thin film transistor to be formed later. By setting the thickness of the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element to 1 nm to 50 nm, a thin film transistor to be formed later is a fully depleted type.

ここで、金属元素を含む微結晶半導体膜を形成するプラズマCVD装置、及びそれを用いた形成方法について、以下に示す。 Here, a plasma CVD apparatus for forming a microcrystalline semiconductor film containing a metal element and a formation method using the same are described below.

図3はプラズマCVD装置の一構成例を示す。反応室400はアルミニウム又はステンレスなど剛性のある素材で形成され、内部を真空排気できるように構成されている。反応室400には第1の電極401と第2の電極402が備えられている。 FIG. 3 shows a configuration example of a plasma CVD apparatus. The reaction chamber 400 is formed of a rigid material such as aluminum or stainless steel, and is configured so that the inside can be evacuated. The reaction chamber 400 is provided with a first electrode 401 and a second electrode 402.

第1の電極401には高周波電力供給手段403が連結され、第2の電極402は接地電位が与えられ、基板を載置できるように構成されている。第1の電極401は絶縁材416により反応室400と絶縁分離され、高周波電力が漏洩しないように構成されている。なお、図3では、第1の電極401と第2の電極402について容量結合型(平行平板型)の構成を示しているが、高周波電力を印加して反応室400の内部にグロー放電プラズマを生成できるものであれば、誘導結合型など他の構成を適用することもできる。 High-frequency power supply means 403 is connected to the first electrode 401, and the second electrode 402 is configured to be provided with a ground potential so that a substrate can be placed thereon. The first electrode 401 is insulated from the reaction chamber 400 by an insulating material 416 so that high-frequency power does not leak. In FIG. 3, the first electrode 401 and the second electrode 402 have a capacitively coupled (parallel plate) configuration, but glow discharge plasma is generated inside the reaction chamber 400 by applying high-frequency power. Other configurations such as an inductive coupling type can be applied as long as they can be generated.

高周波電力供給手段403は、高周波電源404、及び整合器406が含まれている。整合器406の出力側には、高周波電力が流入しないように帯域通過フィルタを設けても良い。 The high frequency power supply means 403 includes a high frequency power supply 404 and a matching unit 406. A band pass filter may be provided on the output side of the matching unit 406 so that high frequency power does not flow.

高周波電源404が供給する高周波電力は、概ね波長として10m以上の高周波が適用され、HF帯である3MHzから30MHz、代表的には13.56MHzの周波数が適用される。また、VHF帯の周波数であり概ね波長が10m未満の高周波が適用され、30MHz〜300MHzの高周波電力を適用してもよい。 The high frequency power supplied from the high frequency power supply 404 is generally applied with a high frequency of 10 m or more as a wavelength, and a frequency of 3 MHz to 30 MHz, typically 13.56 MHz, which is an HF band, is applied. Further, a high frequency with a wavelength of less than 10 m that is a frequency in the VHF band is applied, and a high frequency power of 30 MHz to 300 MHz may be applied.

第1の電極101はガス供給手段408にも連結されている。ガス供給手段408は、反応ガスが充填されるシリンダ410、圧力調整弁411、ストップバルブ412、マスフローコントローラ413などで構成されている。反応室400内において、第1の電極401は基板と対抗する面がシャワー板状に加工され、多数の細孔が設けられている。第1の電極401に供給される反応ガスは、内部の中空構造からこの細孔から反応室400内に供給される。 The first electrode 101 is also connected to the gas supply means 408. The gas supply means 408 includes a cylinder 410 filled with a reaction gas, a pressure adjustment valve 411, a stop valve 412, a mass flow controller 413, and the like. In the reaction chamber 400, the surface facing the substrate of the first electrode 401 is processed into a shower plate shape, and a large number of pores are provided. The reaction gas supplied to the first electrode 401 is supplied into the reaction chamber 400 from this pore through the hollow structure inside.

反応室400に接続される排気手段409は真空排気と、反応ガスを流す場合において反応室400内を所定の圧力に保持するように制御する機能が含まれている。排気手段409の構成としては、バタフライバルブ417、コンダクタンスバルブ418、ターボ分子ポンプ419、ドライポンプ420などが含まれる。バタフライバルブ417とコンダクタンスバルブ418を並列に配置する場合には、バタフライバルブ417を閉じてコンダクタンスバルブ418を動作させることで、反応ガスの排気速度を制御して反応室400の圧力を所定の範囲に保つことができる。また、コンダクタンスの大きいバタフライバルブ417を開くことで高真空排気が可能となる。 The exhaust means 409 connected to the reaction chamber 400 includes vacuum exhaust and a function of controlling the inside of the reaction chamber 400 to a predetermined pressure when a reaction gas is flowed. The configuration of the exhaust unit 409 includes a butterfly valve 417, a conductance valve 418, a turbo molecular pump 419, a dry pump 420, and the like. When the butterfly valve 417 and the conductance valve 418 are arranged in parallel, the butterfly valve 417 is closed and the conductance valve 418 is operated to control the exhaust speed of the reaction gas so that the pressure in the reaction chamber 400 is within a predetermined range. Can keep. Further, high vacuum evacuation is possible by opening the butterfly valve 417 having a large conductance.

ヒータコントローラ415により温度制御される基板加熱ヒータ414は第2の電極402に設けられている。基板加熱ヒータ414は第2の電極402内に設けられる場合、熱伝導加熱方式が採用され、シースヒータなどで構成される。第1の電極401と第2の電極402の間隔は適宜変更できるように、第2の電極402の高さ調節ができるように可動式となる構成が含まれる。 A substrate heater 414 whose temperature is controlled by the heater controller 415 is provided on the second electrode 402. When the substrate heater 414 is provided in the second electrode 402, a heat conduction heating method is adopted, and the substrate heater 414 is configured by a sheath heater or the like. A structure that is movable so that the height of the second electrode 402 can be adjusted is included so that the distance between the first electrode 401 and the second electrode 402 can be changed as appropriate.

次に、金属元素を含む微結晶半導体膜の形成方法について、以下に示す。基板を反応室400内の第2の電極402上に載置し、シランガスと水素ガス及び/又は希ガスを混合してグロー放電プラズマにより成膜する。シランガスは水素ガス及び/又は希ガスで10倍から2000倍に希釈される。そのため多量の水素及び/又は希ガスが必要とされる。基板の加熱温度は100℃〜300℃、好ましくは120℃〜220℃で行う。微結晶シリコン膜の成長表面を水素で不活性化し、微結晶シリコンの成長を促進するためには120℃〜220℃で成膜を行うことが好ましい。 Next, a method for forming a microcrystalline semiconductor film containing a metal element is described below. A substrate is placed on the second electrode 402 in the reaction chamber 400, and a silane gas and a hydrogen gas and / or a rare gas are mixed to form a film by glow discharge plasma. Silane gas is diluted 10 to 2000 times with hydrogen gas and / or rare gas. Therefore, a large amount of hydrogen and / or a rare gas is required. The heating temperature of the substrate is 100 ° C to 300 ° C, preferably 120 ° C to 220 ° C. In order to inactivate the growth surface of the microcrystalline silicon film with hydrogen and promote the growth of the microcrystalline silicon, the film formation is preferably performed at 120 ° C. to 220 ° C.

グロー放電プラズマの生成は、本形態で示されるように、HF帯である3MHz〜30MHz、代表的には13.56MHzの高周波電力、または30MHz〜300MHzのVHF帯の高周波電力を印加することで行われる。 As shown in this embodiment, the glow discharge plasma is generated by applying high frequency power in the HF band of 3 MHz to 30 MHz, typically 13.56 MHz, or 30 MHz to 300 MHz in the VHF band. Is called.

ここで、反応室400内の第1の電極401に、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等を含む電極を用い、金属元素を含む微結晶半導体膜を形成する前に、高周波電源をオンにし、ゲート絶縁膜52b表面をプラズマ処理することで、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等をゲート絶縁膜52b表面に付着させる。この後、シランガスと水素ガス及び/又は希ガスを用いて微結晶半導体膜を形成することで、ゲート絶縁膜52bとの界面に非晶質層を形成せず、金属元素を含む微結晶半導体膜をゲート絶縁膜上に堆積することができる。 Here, an electrode containing titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, platinum, or the like is used as the first electrode 401 in the reaction chamber 400, and a fine element containing a metal element is used. Before forming the crystalline semiconductor film, the high-frequency power supply is turned on and the surface of the gate insulating film 52b is subjected to plasma treatment, so that titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, platinum Are attached to the surface of the gate insulating film 52b. After that, a microcrystalline semiconductor film containing a metal element is formed without forming an amorphous layer at the interface with the gate insulating film 52b by forming a microcrystalline semiconductor film using a silane gas and a hydrogen gas and / or a rare gas. Can be deposited on the gate insulating film.

または、シリンダ410から、シランガスと水素ガス及び/又は希ガスと、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル、白金等の金属元素を含むガスとを反応室400内に導入し、高周波電源をオンにし、プラズマを発生させることで、ゲート絶縁膜52bとの界面に非晶質層を形成せず、金属元素を含む微結晶半導体膜をゲート絶縁膜上に堆積することができる。 Alternatively, from the cylinder 410, a silane gas, a hydrogen gas, and / or a rare gas react with a gas containing a metal element such as titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, nickel, or platinum. By introducing into the chamber 400, turning on the high-frequency power source and generating plasma, an amorphous layer is not formed at the interface with the gate insulating film 52b, and a microcrystalline semiconductor film containing a metal element is formed over the gate insulating film. Can be deposited on.

または、反応室400内の第2の電極402上に金属元素を含む層57が形成された基板を載置した後、シランガスと水素ガス及び/又は希ガスを用いて微結晶半導体膜を形成することで、ゲート絶縁膜52bとの界面に非晶質層を形成せず、金属元素を含む微結晶半導体膜をゲート絶縁膜上に堆積することができる。 Alternatively, after a substrate on which the layer 57 containing a metal element is formed is placed over the second electrode 402 in the reaction chamber 400, a microcrystalline semiconductor film is formed using a silane gas, a hydrogen gas, and / or a rare gas. Thus, a microcrystalline semiconductor film containing a metal element can be deposited over the gate insulating film without forming an amorphous layer at the interface with the gate insulating film 52b.

なお、シランの代わりに、SiHCl、SiHCl、SiCl、SiF等を用いることができる。また、シラン等のガス中にCH、Cなどの炭素の水素化物、GeH、GeFなどの水素化ゲルマニウム、フッ化ゲルマニウムを混合して、エネルギーバンド幅を1.5〜2.4eV、若しくは0.9〜1.1eVに調節しても良い。シリコンに炭素又はゲルマニウムを加えると薄膜トランジスタの温度特性を変えることができる。 Note that SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , SiF 4, or the like can be used instead of silane. In addition, carbon hydride such as CH 4 and C 2 H 6 , germanium hydride such as GeH 4 and GeF 4 , and germanium fluoride are mixed in a gas such as silane, and the energy bandwidth is 1.5-2. It may be adjusted to .4 eV, or 0.9 to 1.1 eV. When carbon or germanium is added to silicon, the temperature characteristics of the thin film transistor can be changed.

また、微結晶半導体膜は、価電子制御を目的とした不純物元素を意図的に添加しないときに弱いn型の電気伝導性を示すので、薄膜トランジスタのチャネル形成領域として機能する金属元素を含む微結晶半導体膜に対しては、p型を付与する不純物元素を、成膜と同時に、或いは成膜後に添加することで、しきい値制御をすることが可能となる。p型を付与する不純物元素としては、代表的には硼素であり、B、BFなどの不純物気体を1ppm〜1000ppm、好ましくは1〜100ppmの割合で水素化珪素に混入させると良い。そしてボロンの濃度を、例えば1×1014〜6×1016atoms/cmとすると良い。 In addition, since the microcrystalline semiconductor film exhibits weak n-type conductivity when an impurity element for the purpose of valence electron control is not intentionally added, the microcrystalline semiconductor film includes a metal element that functions as a channel formation region of a thin film transistor. The threshold value can be controlled by adding an impurity element imparting p-type conductivity to the semiconductor film at the same time as or after the film formation. The impurity element imparting p-type is typically boron, and an impurity gas such as B 2 H 6 or BF 3 may be mixed into silicon hydride at a rate of 1 ppm to 1000 ppm, preferably 1 to 100 ppm. . The boron concentration is preferably 1 × 10 14 to 6 × 10 16 atoms / cm 3 , for example.

また、微結晶半導体膜の酸素濃度を、5×1019atoms/cm以下、更に好ましくは1×1019atoms/cm以下、窒素及び炭素の濃度それぞれを3×1018atoms/cm以下とすることが好ましい。酸素、窒素、及び炭素が微結晶半導体膜に混入する濃度を低減することで、微結晶半導体膜がn型化になることを防止することができる。 In addition, the oxygen concentration of the microcrystalline semiconductor film is 5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, and the nitrogen and carbon concentrations are 3 × 10 18 atoms / cm 3 or less. It is preferable that By reducing the concentration of oxygen, nitrogen, and carbon in the microcrystalline semiconductor film, the microcrystalline semiconductor film can be prevented from becoming n-type.

従来のゲート絶縁膜及び微結晶半導体膜の界面の拡大図を図4(A)に示し、本実施の形態のゲート絶縁膜及び金属元素を含む微結晶半導体膜の界面の拡大図を図4(B)に示す。従来の微結晶半導体膜の形成方法では、図4(A)に示すように、不純物や格子不整合などの要因により堆積初期段階において非晶質層49が形成されてしまう。薄膜トランジスタにおいては、ゲート絶縁膜の近傍の微結晶半導体膜においてキャリアが流れるため、界面において非晶質層49が形成されると、移動度が低下すると共に、電流量が少なく、薄膜トランジスタの電気特性が低下してしまう。 An enlarged view of the interface between the conventional gate insulating film and the microcrystalline semiconductor film is shown in FIG. 4A, and an enlarged view of the interface between the gate insulating film and the microcrystalline semiconductor film containing the metal element of this embodiment is shown in FIG. Shown in B). In the conventional method for forming a microcrystalline semiconductor film, as shown in FIG. 4A, an amorphous layer 49 is formed in an initial deposition stage due to factors such as impurities and lattice mismatch. In a thin film transistor, carriers flow in a microcrystalline semiconductor film in the vicinity of a gate insulating film. Therefore, when an amorphous layer 49 is formed at an interface, mobility is decreased, current amount is small, and electrical characteristics of the thin film transistor are reduced. It will decline.

しかしながら、ゲート絶縁膜52b上に金属元素を含む微結晶半導体膜53を形成することで、金属元素及び珪素の反応物である金属珪化物が形成され、当該金属珪化物を種として微結晶半導体膜が縦成長するため、膜の厚さ方向における結晶性を改善すると共に、ゲート絶縁膜及び微結晶半導体膜の界面の結晶性を改善することができる(図4(B)参照)。 However, by forming the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element over the gate insulating film 52b, a metal silicide that is a reaction product of the metal element and silicon is formed, and the microcrystalline semiconductor film is formed using the metal silicide as a seed. Therefore, the crystallinity in the thickness direction of the film can be improved and the crystallinity of the interface between the gate insulating film and the microcrystalline semiconductor film can be improved (see FIG. 4B).

また、微結晶半導体膜53は微結晶で構成されているため、非晶質半導体膜と比較して抵抗が低い。このため、微結晶半導体膜53を用いた薄膜トランジスタは、電流電圧特性を示す曲線の立ち上がり部分の傾きが急峻となり、スイッチング素子としての応答性が優れ、高速動作が可能となる。また、薄膜トランジスタのチャネル形成領域に微結晶半導体膜53を用いることで、薄膜トランジスタの閾値の変動を抑制することが可能である。このため、電気特性のばらつきの少ない表示装置を作製することができる。 In addition, since the microcrystalline semiconductor film 53 is formed using microcrystals, its resistance is lower than that of an amorphous semiconductor film. Therefore, in the thin film transistor using the microcrystalline semiconductor film 53, the slope of the rising portion of the curve indicating the current-voltage characteristics is steep, so that the response as a switching element is excellent and high-speed operation is possible. In addition, by using the microcrystalline semiconductor film 53 in a channel formation region of the thin film transistor, variation in threshold value of the thin film transistor can be suppressed. Therefore, a display device with little variation in electrical characteristics can be manufactured.

また、微結晶半導体膜53は非晶質半導体膜と比較して移動度が高い。このため、表示素子のスイッチングとして、チャネル形成領域が微結晶半導体膜53で形成される薄膜トランジスタを用いることで、チャネル形成領域の面積、即ち薄膜トランジスタの面積を縮小することが可能である。このため、一画素あたりに示す薄膜トランジスタの面積が小さくなり、画素の開口率を高めることが可能である。この結果、解像度の高い表示装置を作製することができる。 In addition, the microcrystalline semiconductor film 53 has higher mobility than an amorphous semiconductor film. Therefore, the area of the channel formation region, that is, the area of the thin film transistor can be reduced by using a thin film transistor in which the channel formation region is formed using the microcrystalline semiconductor film 53 for switching the display element. Therefore, the area of the thin film transistor shown per pixel is reduced, and the aperture ratio of the pixel can be increased. As a result, a display device with high resolution can be manufactured.

更には、金属元素を含む微結晶半導体膜53をエッチングして、金属元素を含む微結晶半導体膜53の厚さを薄くしてもよい。金属元素を含む微結晶半導体膜53の厚さを1nm以上50nm以下とすることで、完全空乏型の薄膜トランジスタを作製することができる。 Further, the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element may be etched to reduce the thickness of the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element. When the thickness of the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element is 1 nm to 50 nm, a fully depleted thin film transistor can be manufactured.

次に、図1(B)に示すように、微結晶半導体膜53上にバッファ層54及び一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜55を形成する。次に、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜55上にマスクパターン56を形成する。 Next, as illustrated in FIG. 1B, a buffer layer 54 and a semiconductor film 55 to which an impurity imparting one conductivity type is added are formed over the microcrystalline semiconductor film 53. Next, a mask pattern 56 is formed over the semiconductor film 55 to which an impurity imparting one conductivity type is added.

バッファ層54は、シランガスを用いて、プラズマCVD法により形成することができる。また、シランガスに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈して非晶質半導体膜を形成することができる。シランガスの流量の1倍以上10倍以下、更に好ましくは1倍以上5倍以下の流量の水素を用いて、水素を含む非晶質半導体膜を形成することができる。また、上記水素化半導体膜に、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素等のハロゲン、または窒素を添加してもよい。 The buffer layer 54 can be formed by a plasma CVD method using silane gas. Alternatively, the amorphous semiconductor film can be formed by diluting the silane gas with one or more kinds of rare gas elements selected from helium, argon, krypton, and neon. An amorphous semiconductor film containing hydrogen can be formed using hydrogen at a flow rate of 1 to 10 times, more preferably 1 to 5 times the flow rate of silane gas. Further, halogen such as fluorine, chlorine, bromine, or iodine, or nitrogen may be added to the hydrogenated semiconductor film.

また、バッファ層54は、ターゲットに非晶質半導体を用いて水素、または希ガスでスパッタリングして非晶質半導体膜を形成することができる。 The buffer layer 54 can be formed using an amorphous semiconductor as a target by sputtering with hydrogen or a rare gas to form an amorphous semiconductor film.

バッファ層54は、結晶粒を含まない非晶質半導体膜で形成することが好ましい。このため、周波数が数十MHz〜数百MHzの高周波プラズマCVD法、またはマイクロ波プラズマCVD法で形成する場合は、結晶粒を含まない非晶質半導体膜となるように、成膜条件を制御することが好ましい。 The buffer layer 54 is preferably formed using an amorphous semiconductor film that does not include crystal grains. For this reason, when forming by a high frequency plasma CVD method or a microwave plasma CVD method with a frequency of several tens to several hundreds of MHz, the film formation conditions are controlled so that the amorphous semiconductor film does not contain crystal grains. It is preferable to do.

バッファ層54は、後のソース領域及びドレイン領域の形成プロセスにおいて、一部エッチングされる場合があるが、そのときに、バッファ層54の一部が残存する厚さで形成することが好ましい。代表的には、100nm以上500nm以下、好ましくは200nm以上300nm以下の厚さで形成することが好ましい。薄膜トランジスタの印加電圧の高い(例えば15V程度)表示装置、代表的には液晶表示装置において、バッファ層54の膜厚を上記範囲に示すように厚く形成すると、耐圧が高くなり、薄膜トランジスタに高い電圧が印加されても、薄膜トランジスタが劣化することを回避することができる。 The buffer layer 54 may be partially etched in a later formation process of the source region and the drain region, but it is preferable to form the buffer layer 54 with such a thickness that a part of the buffer layer 54 remains at that time. Typically, it is preferably formed with a thickness of 100 nm to 500 nm, preferably 200 nm to 300 nm. In a display device with a high applied voltage of the thin film transistor (for example, about 15 V), typically a liquid crystal display device, when the buffer layer 54 is formed thick as shown in the above range, the withstand voltage increases, and a high voltage is applied to the thin film transistor. Even if it is applied, deterioration of the thin film transistor can be avoided.

金属元素を含む微結晶半導体膜53の表面に、非晶質半導体膜、更には水素、窒素、またはハロゲンを含む非晶質半導体膜を形成することで、微結晶半導体膜53に含まれる結晶粒の表面の自然酸化を防止することが可能である。特に、非晶質半導体と微結晶粒が接する領域では、局部応力により亀裂が入りやすい。この亀裂が酸素に触れると結晶粒は酸化され、酸化珪素が形成される。しかしながら、金属元素を含む微結晶半導体膜53の表面にバッファ層54を形成することで、微結晶粒の酸化を防ぐことができる。 By forming an amorphous semiconductor film and further an amorphous semiconductor film containing hydrogen, nitrogen, or halogen over the surface of the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element, crystal grains contained in the microcrystalline semiconductor film 53 It is possible to prevent the natural oxidation of the surface. In particular, in a region where an amorphous semiconductor is in contact with microcrystalline grains, cracks are likely to occur due to local stress. When this crack comes into contact with oxygen, the crystal grains are oxidized and silicon oxide is formed. However, by forming the buffer layer 54 on the surface of the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element, oxidation of the microcrystalline grains can be prevented.

また、バッファ層54は、非晶質半導体膜を用いて形成する、または、水素、窒素、若しくはハロゲンを含む非晶質半導体膜で形成するため、エネルギーギャップが微結晶半導体膜53に比べて大きく、また抵抗が高く、移動度が金属元素を含む微結晶半導体膜53の1/5〜1/10と低い。このため、後に形成される薄膜トランジスタにおいて、ソース領域及びドレイン領域と、金属元素を含む微結晶半導体膜53との間に形成されるバッファ層は高抵抗領域として機能し、金属元素を含む微結晶半導体膜53がチャネル形成領域として機能する。このため、薄膜トランジスタのオフ電流を低減することができる。当該薄膜トランジスタを表示装置のスイッチング素子として用いた場合、表示装置のコントラストを向上させることができる。 In addition, since the buffer layer 54 is formed using an amorphous semiconductor film or an amorphous semiconductor film containing hydrogen, nitrogen, or halogen, the energy gap is larger than that of the microcrystalline semiconductor film 53. In addition, the resistance is high and the mobility is as low as 1/5 to 1/10 that of the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element. Therefore, in a thin film transistor to be formed later, a buffer layer formed between a source region and a drain region and a microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element functions as a high resistance region, and the microcrystalline semiconductor containing a metal element The film 53 functions as a channel formation region. Therefore, off current of the thin film transistor can be reduced. When the thin film transistor is used as a switching element of a display device, the contrast of the display device can be improved.

なお、金属元素を含む微結晶半導体膜53を形成した後、プラズマCVD法によりバッファ層54を300℃〜400℃の温度にて成膜することが好ましい。この成膜処理により水素が金属元素を含む微結晶半導体膜53に供給され、金属元素を含む微結晶半導体膜53を水素化したのと同等の効果が得られる。すなわち、金属元素を含む微結晶半導体膜53上にバッファ層54を堆積することにより、微結晶半導体膜53に水素を拡散させて、ダングリングボンドの終端をすることができる。 Note that after the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element is formed, the buffer layer 54 is preferably formed at a temperature of 300 ° C. to 400 ° C. by a plasma CVD method. By this film formation treatment, hydrogen is supplied to the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element, and an effect equivalent to that obtained by hydrogenating the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element is obtained. That is, by depositing the buffer layer 54 over the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element, hydrogen can be diffused into the microcrystalline semiconductor film 53 so that dangling bonds can be terminated.

一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜55は、nチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、代表的な不純物元素としてリンを添加すれば良く、水素化珪素にPHなどの不純物気体を加えれば良い。また、pチャネル型の薄膜トランジスタを形成する場合には、代表的な不純物元素としてボロンを添加すれば良く、水素化珪素にBなどの不純物気体を加えれば良い。一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜55は、微結晶半導体膜体、または非晶質半導体で形成することができる。一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜55は2nm以上50nm以下の厚さで形成する。一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜の膜厚を、薄くすることでスループットを向上させることができる。 The semiconductor film 55 to which an impurity imparting one conductivity type is added may be formed by adding phosphorus as a typical impurity element when an n-channel thin film transistor is formed. Impurities such as PH 3 are added to silicon hydride. Add gas. In the case of forming a p-channel thin film transistor, boron may be added as a typical impurity element, and an impurity gas such as B 2 H 6 may be added to silicon hydride. The semiconductor film 55 to which an impurity imparting one conductivity type is added can be formed using a microcrystalline semiconductor film body or an amorphous semiconductor. The semiconductor film 55 to which an impurity imparting one conductivity type is added is formed with a thickness of 2 nm to 50 nm. By reducing the thickness of the semiconductor film to which an impurity imparting one conductivity type is added, throughput can be improved.

マスクパターン56は、フォトリソグラフィ技術により形成する。ここでは、第2のフォトマスクを用いて、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜55上に塗布されたレジストを露光現像して、マスクパターン56を形成する。   The mask pattern 56 is formed by a photolithography technique. Here, using a second photomask, a resist applied to the semiconductor film 55 to which an impurity imparting one conductivity type is added is exposed and developed to form a mask pattern 56.

次に、マスクパターン56を用いて微結晶半導体膜53、バッファ層54、及び導電型を付与する不純物が添加された半導体膜55をエッチングし分離して、図1(C)に示すように、微結晶半導体膜61、バッファ層62、及び導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63を形成する。この後、マスクパターン56を除去する。なお、図1(C)(マスクパターン56は除く。)は、図7(A)のA−Bの断面図に相当する。 Next, the microcrystalline semiconductor film 53, the buffer layer 54, and the semiconductor film 55 to which an impurity imparting conductivity is added are etched and separated using the mask pattern 56, and as shown in FIG. A microcrystalline semiconductor film 61, a buffer layer 62, and a semiconductor film 63 to which an impurity imparting a conductivity type is added are formed. Thereafter, the mask pattern 56 is removed. Note that FIG. 1C (excluding the mask pattern 56) corresponds to a cross-sectional view taken along a line AB in FIG.

微結晶半導体膜61、バッファ層62の端部側面が傾斜していることにより、バッファ層62上に形成されるソース領域及びドレイン領域と微結晶半導体膜61との間にリーク電流が生じること防止することが可能である。また、配線層と、微結晶半導体膜61との間にリーク電流が生じるのを防止することが可能である。微結晶半導体膜61及びバッファ層62の端部側面の傾斜角度は、90°〜30°、好ましくは80°〜45°である。このような角度とすることで、段差形状による配線層の段切れを防ぐことができる。 Since the side surfaces of the end portions of the microcrystalline semiconductor film 61 and the buffer layer 62 are inclined, leakage current is prevented from being generated between the source region and the drain region formed over the buffer layer 62 and the microcrystalline semiconductor film 61. Is possible. In addition, leakage current can be prevented from being generated between the wiring layer and the microcrystalline semiconductor film 61. The inclination angles of the side surfaces of the end portions of the microcrystalline semiconductor film 61 and the buffer layer 62 are 90 ° to 30 °, preferably 80 ° to 45 °. By setting such an angle, disconnection of the wiring layer due to the step shape can be prevented.

次に、図5(A)に示すように、導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63及びゲート絶縁膜52b上に導電膜65a〜65cを形成し、導電膜65a〜65c上にマスクパターン66を形成する。導電膜65a〜65cは、アルミニウム、若しくは銅、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性向上元素若しくはヒロック防止元素が添加されたアルミニウム合金の単層または積層で形成することが好ましい。また、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜と接する側の膜を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン、またはこれらの元素の窒化物で形成し、その上にアルミニウムまたはアルミニウム合金を形成した積層構造としても良い。更には、アルミニウムまたはアルミニウム合金の上面及び下面を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン、またはこれらの元素の窒化物で挟んだ積層構造としてもよい。ここでは、導電膜としては、導電膜65a〜65cの3層が積層した構造の導電膜を示し、導電膜65a、65cにモリブデン膜、導電膜65bにアルミニウム膜を用いた積層導電膜や、導電膜65a、65cにチタン膜、導電膜65bにアルミニウム膜を用いた積層導電膜を示す。導電膜65a〜65cは、スパッタリング法や真空蒸着法で形成する。 Next, as illustrated in FIG. 5A, conductive films 65a to 65c are formed over the semiconductor film 63 to which an impurity imparting conductivity is added and the gate insulating film 52b, and masks are formed over the conductive films 65a to 65c. A pattern 66 is formed. The conductive films 65a to 65c are preferably formed using a single layer or a stacked layer of aluminum or an aluminum alloy to which a heat resistance improving element such as copper, silicon, titanium, neodymium, scandium, or molybdenum or a hillock preventing element is added. In addition, a film in contact with a semiconductor film to which an impurity imparting one conductivity type is added is formed using titanium, tantalum, molybdenum, tungsten, or a nitride of these elements, and aluminum or an aluminum alloy is formed thereover. It is good also as a laminated structure. Furthermore, a laminated structure in which the upper and lower surfaces of aluminum or an aluminum alloy are sandwiched between titanium, tantalum, molybdenum, tungsten, or nitrides of these elements may be employed. Here, a conductive film having a structure in which three layers of conductive films 65a to 65c are stacked is shown as the conductive film. A laminated conductive film using a titanium film as the films 65a and 65c and an aluminum film as the conductive film 65b is shown. The conductive films 65a to 65c are formed by a sputtering method or a vacuum evaporation method.

マスクパターン66は、マスクパターン56と同様に形成することができる。 The mask pattern 66 can be formed in the same manner as the mask pattern 56.

次に、図5(B)に示すように、導電膜65a〜65cの一部をエッチングし、一対の配線層71a〜71c(ソース電極及びドレイン電極として機能する。)を形成する。ここでは、第3のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により形成したマスクパターン66を用いて、導電膜65a〜65cをウエットエッチングすると、導電膜65a〜65cの端部が選択的にエッチングされる。この結果、マスクパターン66より面積の小さい配線層71a〜71cを形成することができる。 Next, as illustrated in FIG. 5B, part of the conductive films 65a to 65c is etched to form a pair of wiring layers 71a to 71c (functioning as a source electrode and a drain electrode). Here, when the conductive films 65a to 65c are wet-etched using the mask pattern 66 formed by a photolithography process using a third photomask, the ends of the conductive films 65a to 65c are selectively etched. As a result, the wiring layers 71a to 71c having a smaller area than the mask pattern 66 can be formed.

次に、マスクパターン66を用いて一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63をエッチングし分離する。この結果、図5(C)に示すような、一対のソース領域及びドレイン領域72を形成することができる。なお、当該エッチング工程において、バッファ層62の一部もエッチングする。一部エッチングされた、凹部が形成されたバッファ層をバッファ層73と示す。ソース領域及びドレイン領域の形成工程と、バッファ層の凹部とを同一工程で形成することができる。バッファ層の凹部の深さをバッファ層の一番膜厚の厚い領域の1/2〜1/3とすることで、ソース領域及びドレイン領域の距離を離すことが可能であるため、ソース領域及びドレイン領域の間でのリーク電流を低減することができる。この後、マスクパターン66を除去する。 Next, using the mask pattern 66, the semiconductor film 63 to which an impurity imparting one conductivity type is added is etched and separated. As a result, a pair of source and drain regions 72 as shown in FIG. 5C can be formed. Note that part of the buffer layer 62 is also etched in the etching step. A buffer layer partially etched and having a recess is referred to as a buffer layer 73. The step of forming the source region and the drain region and the concave portion of the buffer layer can be formed in the same step. By setting the depth of the concave portion of the buffer layer to 1/2 to 1/3 of the thickest region of the buffer layer, the distance between the source region and the drain region can be increased. Leakage current between the drain regions can be reduced. Thereafter, the mask pattern 66 is removed.

なお、図5(C)(マスクパターン66は除く。)は、図7(B)のA−Bの断面図に相当する。図7(B)に示すように、ソース領域及びドレイン領域72の端部は、配線層71cの端部の外側に位置することが分かる。また、バッファ層73の端部は配線層71c及びソース領域及びドレイン領域72の端部の外側に位置する。また、配線層の一方はソース領域及びドレイン領域の他方を囲む形状(具体的には、U字型、C字型)である。このため、キャリアが移動する領域の面積を増加させることが可能であるため、電流量を増やすことが可能であり、薄膜トランジスタの面積を縮小することができる。また、ゲート電極上において、微結晶半導体膜、配線層が重畳されているため、ゲート電極の凹凸の影響が少なく、被覆率の低減及びリーク電流の発生を抑制することができる。 Note that FIG. 5C (excluding the mask pattern 66) corresponds to a cross-sectional view taken along a line AB in FIG. As shown in FIG. 7B, it can be seen that the end portions of the source region and the drain region 72 are located outside the end portion of the wiring layer 71c. Further, the end portion of the buffer layer 73 is located outside the end portions of the wiring layer 71 c and the source and drain regions 72. One of the wiring layers has a shape surrounding the other of the source region and the drain region (specifically, a U shape or a C shape). Therefore, the area of the region where carriers move can be increased, so that the amount of current can be increased and the area of the thin film transistor can be reduced. In addition, since the microcrystalline semiconductor film and the wiring layer are overlapped over the gate electrode, the influence of the unevenness of the gate electrode is small, so that coverage can be reduced and leakage current can be suppressed.

以上の工程により、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタ74を形成することができる。   Through the above process, a channel-etched thin film transistor 74 can be formed.

次に、図6(A)に示すように、配線層71a〜71c、ソース領域及びドレイン領域72、バッファ層73、微結晶半導体膜61、及びゲート絶縁膜52b上に保護絶縁膜76を形成する。保護絶縁膜76は、ゲート絶縁膜52a、52bと同様に形成することができる。なお、保護絶縁膜76は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。また、保護絶縁膜76に窒化珪素膜を用いることで、バッファ層87中の酸素濃度を5×1019atoms/cm以下、好ましくは1×1019atoms/cm以下とすることができ、バッファ層87の酸化を防止することができる。 Next, as illustrated in FIG. 6A, a protective insulating film 76 is formed over the wiring layers 71a to 71c, the source and drain regions 72, the buffer layer 73, the microcrystalline semiconductor film 61, and the gate insulating film 52b. . The protective insulating film 76 can be formed in the same manner as the gate insulating films 52a and 52b. Note that the protective insulating film 76 is for preventing intrusion of contaminant impurities such as organic substances, metal substances, and water vapor floating in the air, and is preferably a dense film. In addition, by using a silicon nitride film for the protective insulating film 76, the oxygen concentration in the buffer layer 87 can be 5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, preferably 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less. The oxidation of the buffer layer 87 can be prevented.

次に、保護絶縁膜76に第4のフォトマスクを用いて形成したマスクパターンを用いて保護絶縁膜76の一部をエッチングしてコンタクトホールを形成し、当該コンタクトホールにおいて配線層75cに接する画素電極77を形成する。なお、図6(B)は、図7(C)のA−Bの断面図に相当する。 Next, a part of the protective insulating film 76 is etched using a mask pattern formed using a fourth photomask on the protective insulating film 76 to form a contact hole, and the pixel in contact with the wiring layer 75c in the contact hole. An electrode 77 is formed. Note that FIG. 6B corresponds to a cross-sectional view taken along a line AB in FIG.

画素電極77は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、ITO、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。 The pixel electrode 77 includes indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, ITO, indium zinc oxide, and silicon oxide. A light-transmitting conductive material such as indium tin oxide can be used.

また、画素電極77として、導電性高分子(導電性ポリマーともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、シート抵抗が10000Ω/□以下、波長550nmにおける透光率が70%以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。 The pixel electrode 77 can be formed using a conductive composition containing a conductive high molecule (also referred to as a conductive polymer). The pixel electrode formed using the conductive composition preferably has a sheet resistance of 10,000 Ω / □ or less and a light transmittance of 70% or more at a wavelength of 550 nm. Moreover, it is preferable that the resistivity of the conductive polymer contained in the conductive composition is 0.1 Ω · cm or less.

導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはこれらの2種以上の共重合体などがあげられる。 As the conductive polymer, a so-called π-electron conjugated conductive polymer can be used. For example, polyaniline or a derivative thereof, polypyrrole or a derivative thereof, polythiophene or a derivative thereof, or a copolymer of two or more kinds thereof can be given.

ここでは、画素電極77としては、スパッタリング法によりITOを成膜した後、ITO上にレジストを塗布する。次に、第5のフォトマスクを用いてレジストを露光及び現像し、マスクパターンを形成する。次に、マスクパターンを用いてITOをエッチングして画素電極77を形成する。 Here, as the pixel electrode 77, an ITO film is formed by a sputtering method, and then a resist is applied on the ITO. Next, the resist is exposed and developed using a fifth photomask to form a mask pattern. Next, the pixel electrode 77 is formed by etching the ITO using the mask pattern.

以上により、薄膜トランジスタ、及び表示装置に用いることが可能な素子基板を形成することができる。 Through the above steps, a thin film transistor and an element substrate that can be used for a display device can be formed.

次に、上記形態とは異なる薄膜トランジスタの作製方法について、図8乃至図12を用いて説明する。ここでは、上記形態よりフォトマスク数を削減することが可能なプロセスを用いて薄膜トランジスタを作製する工程について示す。   Next, a method for manufacturing a thin film transistor, which is different from the above mode, is described with reference to FIGS. Here, a process for manufacturing a thin film transistor using a process capable of reducing the number of photomasks from the above mode is described.

図1(A)及び図1(B)と同様に、基板50上に導電膜を形成し、導電膜上にレジストを塗布し、第1のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により形成したマスクパターンを用いて導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極51を形成する。次に、図8(A)に示すように、ゲート電極51上に、ゲート絶縁膜52a、52b、金属元素を含む微結晶半導体膜53を順に形成する。次に、金属元素を含む微結晶半導体膜53上に、バッファ層54、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜55、及び導電膜65a〜65cを順に形成する。次に、導電膜65a上にレジスト80を塗布する。 As in FIGS. 1A and 1B, a conductive film is formed over the substrate 50, a resist is applied over the conductive film, and a mask pattern is formed by a photolithography process using a first photomask. The gate electrode 51 is formed by etching a part of the conductive film using Next, as illustrated in FIG. 8A, gate insulating films 52 a and 52 b and a microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element are formed over the gate electrode 51 in this order. Next, a buffer layer 54, a semiconductor film 55 to which an impurity imparting one conductivity type is added, and conductive films 65a to 65c are formed in this order over the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element. Next, a resist 80 is applied over the conductive film 65a.

レジスト80は、ポジ型レジストまたはネガ型レジストを用いることができる。ここでは、ポジ型レジストを用いて示す。 As the resist 80, a positive resist or a negative resist can be used. Here, a positive resist is used.

次に、第2のフォトマスクとして多階調マスク59を用いて、レジスト80に光を照射して、レジスト80を露光する。 Next, the resist 80 is exposed to light by irradiating the resist 80 with light using the multi-tone mask 59 as a second photomask.

ここで、多階調マスク59を用いた露光について、図9を用いて説明する。 Here, exposure using the multi-tone mask 59 will be described with reference to FIG.

多階調マスクとは、露光部分、中間露光部分、及び未露光部分に3つの露光レベルを行うことが可能なマスクであり、一度の露光及び現像工程により、複数(代表的には二種類)の厚さの領域を有するマスクパターンを形成することが可能である。このため、多階調マスクを用いることで、フォトマスクの枚数を削減することが可能である。   A multi-tone mask is a mask capable of performing three exposure levels on an exposed portion, an intermediate exposed portion, and an unexposed portion, and a plurality of (typically two types) can be obtained by one exposure and development process. It is possible to form a mask pattern having a region with a thickness of. Therefore, the number of photomasks can be reduced by using a multi-tone mask.

多階調マスクの代表例としては、図9(A)に示すようなグレートーンマスク59a、図9(C)に示すようなハーフトーンマスク59bがある。 Typical examples of the multi-tone mask include a gray-tone mask 59a as shown in FIG. 9A and a half-tone mask 59b as shown in FIG. 9C.

図9(A)に示すように、グレートーンマスク59aは、透光性を有する基板163及びその上に形成される遮光部164並びに回折格子165で構成される。遮光部164においては、光の透過量が0%である。一方、回折格子165はスリット、ドット、メッシュ等の光透過部の間隔を、露光に用いる光の解像度限界以下の間隔とすることにより、光の透過量を制御することができる。なお、回折格子165は、周期的なスリット、ドット、メッシュ、または非周期的なスリット、ドット、メッシュどちらも用いることができる。 As shown in FIG. 9A, the gray tone mask 59a includes a light-transmitting substrate 163, a light shielding portion 164 and a diffraction grating 165 formed thereon. In the light shielding portion 164, the amount of transmitted light is 0%. On the other hand, the diffraction grating 165 can control the amount of transmitted light by setting the interval between the light transmitting portions such as slits, dots, and meshes to be equal to or less than the resolution limit of the light used for exposure. Note that the diffraction grating 165 can use either a periodic slit, a dot, or a mesh, or an aperiodic slit, dot, or mesh.

透光性を有する基板163は、石英等の透光性を有する基板を用いることができる。遮光部164及び回折格子165は、クロムや酸化クロム等の光を吸収する遮光材料を用いて形成することができる。 As the substrate 163 having a light-transmitting property, a substrate having a light-transmitting property such as quartz can be used. The light shielding portion 164 and the diffraction grating 165 can be formed using a light shielding material that absorbs light such as chromium or chromium oxide.

グレートーンマスク59aに露光光を照射した場合、図9(B)に示すように、遮光部164においては、光透過量166は0%であり、遮光部164及び回折格子165が設けられていない領域では光透過量166は100%である。また、回折格子165においては、10〜70%の範囲で調整可能である。回折格子165における光の透過量の調整は、回折格子のスリット、ドット、またはメッシュの間隔及びピッチの調整により可能である。 When the gray-tone mask 59a is irradiated with exposure light, as shown in FIG. 9B, the light transmission amount 166 is 0% in the light shielding portion 164, and the light shielding portion 164 and the diffraction grating 165 are not provided. In the region, the light transmission amount 166 is 100%. The diffraction grating 165 can be adjusted in the range of 10 to 70%. The light transmission amount in the diffraction grating 165 can be adjusted by adjusting the interval and pitch of slits, dots, or meshes of the diffraction grating.

図9(C)に示すように、ハーフトーンマスク59bは、透光性を有する基板163及びその上に形成される半透過部167並びに遮光部168で構成される。半透過部167は、MoSiN、MoSi、MoSiO、MoSiON、CrSiなどを用いることができる。遮光部168は、クロムや酸化クロム等の光を吸収する遮光材料を用いて形成することができる。 As shown in FIG. 9C, the halftone mask 59b includes a light-transmitting substrate 163, a semi-transmissive portion 167 and a light shielding portion 168 formed thereon. For the semi-transmissive portion 167, MoSiN, MoSi, MoSiO, MoSiON, CrSi, or the like can be used. The light shielding portion 168 can be formed using a light shielding material that absorbs light, such as chromium or chromium oxide.

ハーフトーンマスク59bに露光光を照射した場合、図9(D)に示すように、遮光部168においては、光透過量169は0%であり、遮光部168及び半透過部167が設けられていない領域では光透過量169は100%である。また、半透過部167においては、10〜70%の範囲で調整可能である。半透過部167に於ける光の透過量の調整は、半透過部167の材料により調整により可能である。 When the halftone mask 59b is irradiated with exposure light, as shown in FIG. 9D, in the light shielding portion 168, the light transmission amount 169 is 0%, and the light shielding portion 168 and the semi-transmissive portion 167 are provided. In the absence region, the light transmission amount 169 is 100%. Moreover, in the semi-transmissive part 167, it can adjust in 10 to 70% of range. The amount of light transmitted through the semi-transmissive portion 167 can be adjusted by adjusting the material of the semi-transmissive portion 167.

多階調マスクを用いて露光した後、現像することで、図8(B)に示すように、膜厚の異なる領域を有するマスクパターン81を形成することができる。 By developing after exposure using a multi-tone mask, a mask pattern 81 having regions with different thicknesses can be formed as shown in FIG. 8B.

次に、マスクパターン81により、金属元素を含む微結晶半導体膜53、バッファ層54、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜55、及び導電膜65a〜65cをエッチングし分離する。この結果、図10(A)に示すような、金属元素を含む微結晶半導体膜61、バッファ層62、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63、及び導電膜85a〜85cを形成することができる。なお、図10(A)(マスクパターン81を除く。)は図12(A)のA−Bにおける断面図に相当する。 Next, the microcrystalline semiconductor film 53 containing a metal element, the buffer layer 54, the semiconductor film 55 to which an impurity imparting one conductivity type is added, and the conductive films 65a to 65c are etched and separated by the mask pattern 81. As a result, as shown in FIG. 10A, a microcrystalline semiconductor film 61 containing a metal element, a buffer layer 62, a semiconductor film 63 to which an impurity imparting one conductivity type is added, and conductive films 85a to 85c are formed. can do. Note that FIG. 10A (excluding the mask pattern 81) corresponds to a cross-sectional view taken along a line AB in FIG.

次に、マスクパターン81をアッシングする。この結果、レジストの面積が縮小し、厚さが薄くなる。このとき、膜厚の薄い領域のレジスト(ゲート電極51の一部と重畳する領域)は除去され、図10(A)に示すように、分離されたマスクパターン86を形成することができる。   Next, the mask pattern 81 is ashed. As a result, the resist area is reduced and the thickness is reduced. At this time, the resist in a thin region (a region overlapping with part of the gate electrode 51) is removed, and a separated mask pattern 86 can be formed as shown in FIG.

次に、マスクパターン86を用いて、導電膜85a〜85cをエッチングし分離する。この結果、図10(B)に示すような、一対の配線層92a〜92cを形成することができる。マスクパターン86を用いて導電膜89a〜89cをウエットエッチングすると、導電膜89a〜89cの端部が選択的にエッチングされる。この結果、マスクパターン86より面積の小さい配線層92a〜92cを形成することができる。 Next, using the mask pattern 86, the conductive films 85a to 85c are etched and separated. As a result, a pair of wiring layers 92a to 92c as shown in FIG. 10B can be formed. When the conductive films 89a to 89c are wet-etched using the mask pattern 86, the ends of the conductive films 89a to 89c are selectively etched. As a result, the wiring layers 92 a to 92 c having a smaller area than the mask pattern 86 can be formed.

次に、マスクパターン86を用いて、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63をエッチングして、一対のソース領域及びドレイン領域88を形成する。なお、当該エッチング工程において、バッファ層62の一部もエッチングされる。一部エッチングされたバッファ層をバッファ層87と示す。なお、バッファ層87には凹部が形成される。ソース領域及びドレイン領域の形成工程と、バッファ層の窪み(溝)とを同一工程で形成することができる。ここでは、バッファ層87の一部が、マスクパターン81と比較して面積が縮小したマスクパターン86で一部エッチングされたため、ソース領域及びドレイン領域88の外側にバッファ層87が突出した形状となる。この後、マスクパターン86を除去する。また、配線層92a〜92cの端部と、ソース領域及びドレイン領域88の端部は一致せずずれており、配線層92a〜92cの端部の外側に、ソース領域及びドレイン領域88の端部が形成される。   Next, using the mask pattern 86, the semiconductor film 63 to which an impurity imparting one conductivity type is added is etched, so that a pair of source and drain regions 88 is formed. Note that part of the buffer layer 62 is also etched in the etching step. The partially etched buffer layer is referred to as a buffer layer 87. A concave portion is formed in the buffer layer 87. The step of forming the source region and the drain region and the depression (groove) of the buffer layer can be formed in the same step. Here, a part of the buffer layer 87 is partly etched by the mask pattern 86 whose area is reduced as compared with the mask pattern 81, so that the buffer layer 87 protrudes outside the source region and the drain region 88. . Thereafter, the mask pattern 86 is removed. In addition, the end portions of the wiring layers 92a to 92c and the end portions of the source region and the drain region 88 are not coincident with each other, and the end portions of the source region and the drain region 88 are located outside the end portions of the wiring layers 92a to 92c. Is formed.

図10(C)に示すように、配線層92a〜92cの端部と、ソース領域及びドレイン領域88の端部は一致せずずれた形状となることで、配線層92a〜92cの端部の距離が離れるため、配線層間のリーク電流やショートを防止することができる。このため、信頼性の高い薄膜トランジスタを作製することができる。 As shown in FIG. 10C, the end portions of the wiring layers 92a to 92c and the end portions of the source region and the drain region 88 are not coincident with each other. Since the distance is increased, it is possible to prevent a leakage current or a short circuit between the wiring layers. Therefore, a highly reliable thin film transistor can be manufactured.

以上の工程により、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタ83を形成することができる。また、2枚のフォトマスクを用いて薄膜トランジスタを形成することができる。   Through the above process, a channel-etched thin film transistor 83 can be formed. In addition, a thin film transistor can be formed using two photomasks.

次に、図11(A)に示すように、配線層92a〜92c、ソース領域及びドレイン領域88、バッファ層87、微結晶半導体膜90、及びゲート絶縁膜52b上に保護絶縁膜76を形成する。保護絶縁膜76は、ゲート絶縁膜52a、52bと同様に形成することができる。 Next, as illustrated in FIG. 11A, a protective insulating film 76 is formed over the wiring layers 92a to 92c, the source and drain regions 88, the buffer layer 87, the microcrystalline semiconductor film 90, and the gate insulating film 52b. . The protective insulating film 76 can be formed in the same manner as the gate insulating films 52a and 52b.

次に、第3のフォトマスクを用いて形成したマスクパターンを用いて保護絶縁膜76の一部をエッチングしてコンタクトホールを形成する。次に、当該コンタクトホールにおいて配線層75cに接する画素電極77を形成する。ここでは、画素電極77としては、スパッタリング法によりITOを成膜した後、ITO上にレジストを塗布する。次に、第4のフォトマスクを用いてレジストを露光及び現像し、マスクパターンを形成する。次に、マスクパターンを用いてITOをエッチングして画素電極77を形成する。なお、図11(B)は、図12(C)のA−Bの断面図に相当する。 Next, a part of the protective insulating film 76 is etched using a mask pattern formed using a third photomask to form a contact hole. Next, the pixel electrode 77 in contact with the wiring layer 75c in the contact hole is formed. Here, as the pixel electrode 77, an ITO film is formed by a sputtering method, and then a resist is applied on the ITO. Next, the resist is exposed and developed using a fourth photomask to form a mask pattern. Next, the pixel electrode 77 is formed by etching the ITO using the mask pattern. Note that FIG. 11B corresponds to a cross-sectional view taken along a line AB in FIG.

以上により、薄膜トランジスタ、及び当該薄膜トランジスタを有し、表示装置に用いることが可能な素子基板を形成することができる。 Through the above, a thin film transistor and an element substrate that includes the thin film transistor and can be used for a display device can be formed.

また、図5(B)または図10(B)において、配線層92a〜92cを形成した後、マスクパターン86を除去し、配線層92a〜92cをマスクとして一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63をエッチングしてもよい。この結果、配線層71a〜71cと、ソース領域及びドレイン領域88の端部が一致した薄膜トランジスタを形成することができる。ここでは、図5(B)のマスクパターン86を除去した後、配線層92a〜92cをマスクとして、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域89の端部と配線層92a〜92cの端部が揃っている薄膜トランジスタを図13(B)に示す。 5B or 10B, after the wiring layers 92a to 92c are formed, the mask pattern 86 is removed, and an impurity imparting one conductivity type is added using the wiring layers 92a to 92c as a mask. The semiconductor film 63 may be etched. As a result, a thin film transistor can be formed in which the wiring layers 71a to 71c and the end portions of the source region and the drain region 88 coincide. Here, after the mask pattern 86 in FIG. 5B is removed, the semiconductor film 63 to which an impurity imparting one conductivity type is added is etched using the wiring layers 92a to 92c as a mask to form a source region and a drain region. FIG. 13B shows a thin film transistor in which the end portion 89 and the end portions of the wiring layers 92a to 92c are aligned.

以上の工程により、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタを形成することができる。チャネルエッチ型の薄膜トランジスタは、作製工程数が少なく、コスト削減が可能である。また、微結晶半導体膜でチャネル形成領域を構成することにより1〜20cm/V・secの電界効果移動度を得ることができる。従って、この薄膜トランジスタを画素部の画素のスイッチング用素子として、さらに走査線(ゲート線)側の駆動回路を形成する素子として利用することができる。 Through the above process, a channel-etched thin film transistor can be formed. A channel-etched thin film transistor has a small number of manufacturing steps and can reduce costs. Further, field effect mobility of 1 to 20 cm 2 / V · sec can be obtained by forming a channel formation region using a microcrystalline semiconductor film. Therefore, this thin film transistor can be used as an element for switching a pixel in the pixel portion and an element for forming a driving circuit on the scanning line (gate line) side.

なお、本実施の形態では、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタを用いて示したが、チャネル保護型薄膜トランジスタのチャネル形成領域に、金属元素を含む微結晶半導体膜を用いることができる。 Note that although a channel-etched thin film transistor is described in this embodiment mode, a microcrystalline semiconductor film containing a metal element can be used for a channel formation region of the channel protective thin film transistor.

本実施の形態により、電気特性が優れ、信頼性の高い薄膜トランジスタ、及びそれを有する表示基板を作製することができる。 According to this embodiment mode, a highly reliable thin film transistor with excellent electrical characteristics and a display substrate including the thin film transistor can be manufactured.

(実施の形態2)
本実施の形態では、表示装置の一形態として、実施の形態1で示す薄膜トランジスタを有する液晶表示装置について、以下に示す。ここでは、VA(Vertical Alignment)型の液晶表示装置について、図14乃至図16を用いて説明する。VA型の液晶表示装置とは、液晶パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種である。VA型の液晶表示装置は、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。本実施の形態では、特に画素(ピクセル)をいくつかの領域(サブピクセル)に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されている。これをマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計という。以下の説明では、マルチドメイン設計が考慮された液晶表示装置について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a liquid crystal display device including the thin film transistor described in Embodiment 1 as one embodiment of the display device is described below. Here, a vertical alignment (VA) liquid crystal display device will be described with reference to FIGS. The VA liquid crystal display device is a type of a method for controlling the alignment of liquid crystal molecules in a liquid crystal panel. The VA liquid crystal display device is a method in which liquid crystal molecules face a vertical direction with respect to a panel surface when no voltage is applied. In the present embodiment, the pixel (pixel) is divided into several regions (sub-pixels), and each molecule is devised to tilt the molecules in different directions. This is called multi-domain or multi-domain design. In the following description, a liquid crystal display device considering multi-domain design will be described.

図14と図15は、VA型液晶パネルの画素構造を示している。図15は基板600の平面図であり、図中に示す切断線Y−Zに対応する断面構造を図14に表している。以下の説明ではこの両図を参照して説明する。   14 and 15 show the pixel structure of the VA liquid crystal panel. FIG. 15 is a plan view of the substrate 600, and FIG. 14 shows a cross-sectional structure corresponding to the cutting line YZ shown in the drawing. The following description will be given with reference to both the drawings.

この画素構造は、一つの画素に複数の画素電極が有り、それぞれの画素電極に平坦化膜622を介して薄膜トランジスタが接続されている。各薄膜トランジスタは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。すなわち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極に印加する信号を、独立して制御する構成を有している。   In this pixel structure, one pixel has a plurality of pixel electrodes, and a thin film transistor is connected to each pixel electrode through a planarization film 622. Each thin film transistor is configured to be driven by a different gate signal. In other words, a multi-domain designed pixel has a configuration in which signals applied to individual pixel electrodes are controlled independently.

画素電極624はコンタクトホール623において、配線618で薄膜トランジスタ628と接続している。また、画素電極626はコンタクトホール627において、配線619で薄膜トランジスタ629と接続している。薄膜トランジスタ628のゲート配線602と、薄膜トランジスタ629のゲート配線603には、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ線として機能する配線616は、薄膜トランジスタ628と薄膜トランジスタ629で共通に用いられている。薄膜トランジスタ628及び薄膜トランジスタ629は実施の形態1で示す方法を用いて作製することができる。   The pixel electrode 624 is connected to the thin film transistor 628 through a wiring 618 in the contact hole 623. The pixel electrode 626 is connected to the thin film transistor 629 through a wiring 619 in a contact hole 627. The gate wiring 602 of the thin film transistor 628 and the gate wiring 603 of the thin film transistor 629 are separated so that different gate signals can be given. On the other hand, the wiring 616 functioning as a data line is used in common for the thin film transistor 628 and the thin film transistor 629. The thin film transistor 628 and the thin film transistor 629 can be manufactured using the method described in Embodiment 1.

画素電極624と画素電極626の形状は異なっており、スリット625によって分離されている。V字型に広がる画素電極624の外側を囲むように画素電極626が形成されている。画素電極624と画素電極626に印加する電圧のタイミングを、薄膜トランジスタ628及び薄膜トランジスタ629により異ならせることで、液晶の配向を制御している。ゲート配線602とゲート配線603は異なるゲート信号を与えることで、薄膜トランジスタ628と薄膜トランジスタ629の動作タイミングを異ならせることができる。また、画素電極624、626上に配向膜646が形成されている。   The pixel electrode 624 and the pixel electrode 626 have different shapes and are separated by a slit 625. A pixel electrode 626 is formed so as to surround the outside of the V-shaped pixel electrode 624. The timing of the voltage applied to the pixel electrode 624 and the pixel electrode 626 is different depending on the thin film transistor 628 and the thin film transistor 629, thereby controlling the alignment of the liquid crystal. When the gate wiring 602 and the gate wiring 603 are supplied with different gate signals, operation timings of the thin film transistor 628 and the thin film transistor 629 can be different. An alignment film 646 is formed over the pixel electrodes 624 and 626.

対向基板601には、遮光膜632、第2の着色膜636、対向電極640が形成されている。また、第2の着色膜636と対向電極640の間には平坦化膜637が形成され、液晶の配向乱れを防いでいる。また、対向電極640上に配向膜646が形成される。図16に対向基板側の構造を示す。対向電極640は異なる画素間で共通化されている電極であるが、スリット641が形成されている。このスリット641と、画素電極624及び画素電極626側のスリット625とを交互に咬み合うように配置することで、斜め電界が効果的に発生させて液晶の配向を制御することができる。これにより、液晶が配向する方向を場所によって異ならせることができ、視野角を広げている。   A counter substrate 601 is provided with a light shielding film 632, a second coloring film 636, and a counter electrode 640. In addition, a planarization film 637 is formed between the second coloring film 636 and the counter electrode 640 to prevent alignment disorder of the liquid crystal. In addition, an alignment film 646 is formed over the counter electrode 640. FIG. 16 shows a structure on the counter substrate side. The counter electrode 640 is a common electrode between different pixels, but a slit 641 is formed. By disposing the slits 641 and the pixel electrodes 624 and the slits 625 on the pixel electrode 626 side so as to alternately engage with each other, an oblique electric field can be effectively generated to control the alignment of the liquid crystal. Thereby, the direction in which the liquid crystal is aligned can be varied depending on the location, and the viewing angle is widened.

画素電極624と液晶層650と対向電極640が重なり合うことで、第1の液晶素子が形成されている。また、画素電極626と液晶層650と対向電極640が重なり合うことで、第2の液晶素子が形成されている。また、一画素に第1の液晶素子と第2の液晶素子が設けられたマルチドメイン構造である。 The pixel electrode 624, the liquid crystal layer 650, and the counter electrode 640 overlap with each other, so that a first liquid crystal element is formed. In addition, the pixel electrode 626, the liquid crystal layer 650, and the counter electrode 640 overlap with each other, so that a second liquid crystal element is formed. In addition, the multi-domain structure in which the first liquid crystal element and the second liquid crystal element are provided in one pixel.

なお、ここでは、液晶表示装置として、VA(Vertical Alignment)型の液晶表示装置を示したが、実施の形態1を用いて形成した素子基板を、FFS型の液晶表示装置、IPS型の液晶表示装置、TN型の液晶表示装置、その他の液晶表示装置に用いることができる。 Note that although a VA (Vertical Alignment) liquid crystal display device is shown here as the liquid crystal display device, an element substrate formed using Embodiment Mode 1 is used as an FFS liquid crystal display device or an IPS liquid crystal display. It can be used for a device, a TN liquid crystal display device, and other liquid crystal display devices.

以上の工程により、液晶表示装置を作製することができる。本実施の形態の液晶表示装置は、オフ電流が少なく、電気特性が優れ、信頼性の高い薄膜トランジスタを用いているため、コントラストが高く、視認性の高い液晶表示装置を作製することができる。 Through the above process, a liquid crystal display device can be manufactured. Since the liquid crystal display device in this embodiment uses a thin film transistor with low off-state current, excellent electrical characteristics, and high reliability, a liquid crystal display device with high contrast and high visibility can be manufactured.

(実施の形態3)
本実施の形態では、表示装置の一形態として、実施の形態1で示す薄膜トランジスタを有する発光表示装置について、以下に示す。ここでは、発光表示装置が有する画素の構成について説明する。図17(A)に、画素の上面図の一形態を示し、図17(C)に図17(A)のA−Bに対応する画素の断面構造の一形態を示す。
(Embodiment 3)
In this embodiment, as one embodiment of the display device, a light-emitting display device including the thin film transistor described in Embodiment 1 is described below. Here, a structure of a pixel included in the light-emitting display device is described. FIG. 17A illustrates one mode of a top view of a pixel, and FIG. 17C illustrates one mode of a cross-sectional structure of a pixel corresponding to AB in FIG. 17A.

発光装置としては、ここではエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。また、ここでは、薄膜トランジスタの作製工程として実施の形態1を用いることができる。 Here, the light-emitting device is described using a light-emitting element utilizing electroluminescence. A light-emitting element using electroluminescence is distinguished depending on whether the light-emitting material is an organic compound or an inorganic compound. Generally, the former is called an organic EL element and the latter is called an inorganic EL element. Here, Embodiment Mode 1 can be used as a manufacturing process of a thin film transistor.

有機EL素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。   In the organic EL element, by applying a voltage to the light emitting element, electrons and holes are respectively injected from the pair of electrodes into the layer containing the light emitting organic compound, and a current flows. Then, these carriers (electrons and holes) recombine, whereby the light-emitting organic compound forms an excited state, and emits light when the excited state returns to the ground state. Due to such a mechanism, such a light-emitting element is referred to as a current-excitation light-emitting element.

無機EL素子は、その素子構成により、分散型無機EL素子と薄膜型無機EL素子とに分類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明する。また、画素電極への信号の入力を制御するためのスイッチング用の薄膜トランジス、及び発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタとして、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタを用いて示すが、チャネル保護型の薄膜トランジスタを適宜用いることができる。 Inorganic EL elements are classified into a dispersion-type inorganic EL element and a thin-film inorganic EL element depending on the element structure. The dispersion-type inorganic EL element has a light-emitting layer in which particles of a light-emitting material are dispersed in a binder, and the light emission mechanism is donor-acceptor recombination light emission using a donor level and an acceptor level. The thin-film inorganic EL element has a structure in which a light emitting layer is sandwiched between dielectric layers and further sandwiched between electrodes, and the light emission mechanism is localized light emission utilizing inner-shell electron transition of metal ions. Note that description is made here using an organic EL element as a light-emitting element. In addition, although a thin film transistor for switching for controlling input of a signal to the pixel electrode and a thin film transistor for controlling driving of the light emitting element are illustrated using a channel etch type thin film transistor, a channel protection type thin film transistor is appropriately used. be able to.

図17(A)〜図17(C)において、第1の薄膜トランジスタ74aは画素電極への信号の入力を制御するためのスイッチング用の薄膜トランジスタであり、第2の薄膜トランジスタ74bは発光素子94への電流または電圧の供給を制御するための駆動用の薄膜トランジスタに相当する。   In FIGS. 17A to 17C, the first thin film transistor 74a is a switching thin film transistor for controlling the input of a signal to the pixel electrode, and the second thin film transistor 74b is a current to the light emitting element 94. Alternatively, this corresponds to a driving thin film transistor for controlling supply of voltage.

第1の薄膜トランジスタ74aのゲート電極は走査線51aに、ソースまたはドレインの一方は信号線71a〜71cに接続され、ソースまたはドレインの他方は第2の薄膜トランジスタ74bのゲート電極51bに接続する。第2の薄膜トランジスタ74bのソースまたはドレインの一方は電源線93a〜93cに接続され、ソースまたはドレインの他方は表示装置の画素電極79に接続される。第2の薄膜トランジスタ74bのゲート電極、ゲート絶縁膜、及び電源線93aで容量素子96を構成し、第1の薄膜トランジスタ74aのソースまたはドレインの他方は容量素子96に接続される。 The gate electrode of the first thin film transistor 74a is connected to the scanning line 51a, one of the source or drain is connected to the signal lines 71a to 71c, and the other of the source or drain is connected to the gate electrode 51b of the second thin film transistor 74b. One of the source and the drain of the second thin film transistor 74b is connected to the power supply lines 93a to 93c, and the other of the source and the drain is connected to the pixel electrode 79 of the display device. The capacitor element 96 includes the gate electrode, the gate insulating film, and the power supply line 93 a of the second thin film transistor 74 b, and the other of the source and the drain of the first thin film transistor 74 a is connected to the capacitor element 96.

なお、容量素子96は、第1の薄膜トランジスタ74aがオフのときに第2の薄膜トランジスタ74bのゲート/ソース間電圧またはゲート/ドレイン間電圧(以下、ゲート電圧とする)を保持するための容量素子に相当し、必ずしも設ける必要はない。 Note that the capacitor 96 is a capacitor for holding the gate / source voltage or the gate / drain voltage (hereinafter referred to as gate voltage) of the second thin film transistor 74b when the first thin film transistor 74a is off. It is not necessary to provide it.

本実施の形態では、第1の薄膜トランジスタ74a及び第2の薄膜トランジスタ74bを実施の形態1を用いて形成することができる。また、第1の薄膜トランジスタ74a及び第2の薄膜トランジスタ74bはここではnチャネル型薄膜トランジスタで形成するが、第1の薄膜トランジスタ74aをnチャネル型薄膜トランジスタで形成し、第2の薄膜トランジスタ74bをpチャネル型薄膜トランジスタで形成してもよい。さらには、第1の薄膜トランジスタ74a及び第2の薄膜トランジスタ74bをpチャネル型の薄膜トランジスタで形成してもよい。 In this embodiment, the first thin film transistor 74a and the second thin film transistor 74b can be formed using Embodiment 1. The first thin film transistor 74a and the second thin film transistor 74b are formed using n-channel thin film transistors here, but the first thin film transistor 74a is formed using an n-channel thin film transistor and the second thin film transistor 74b is formed using a p-channel thin film transistor. It may be formed. Further, the first thin film transistor 74a and the second thin film transistor 74b may be formed using p-channel thin film transistors.

第1の薄膜トランジスタ74a及び第2の薄膜トランジスタ74b上に保護絶縁膜76を形成し、保護絶縁膜76上に平坦化膜78を形成し、平坦化膜78及び保護絶縁膜65に形成されるコンタクトホールにおいて、配線64cに接続する陰極79が形成される。平坦化膜78は、アクリル、ポリイミド、ポリアミドなどの有機樹脂、またはシロキサンポリマーを用いて形成することが好ましい。コンタクトホールにおいては、陰極79が凹凸を有するため、当該領域を覆い、且つ開口部を有する隔壁91を設ける。隔壁91の開口部において陰極79と接するように、発光層92が形成され、発光層92を覆うように陽極93が形成され、陽極93及び隔壁91を覆うように保護絶縁膜95が形成される。 A protective insulating film 76 is formed over the first thin film transistor 74 a and the second thin film transistor 74 b, a planarizing film 78 is formed over the protective insulating film 76, and contact holes formed in the planarizing film 78 and the protective insulating film 65. The cathode 79 connected to the wiring 64c is formed. The planarizing film 78 is preferably formed using an organic resin such as acrylic, polyimide, or polyamide, or a siloxane polymer. In the contact hole, since the cathode 79 has unevenness, a partition wall 91 that covers the region and has an opening is provided. A light emitting layer 92 is formed so as to be in contact with the cathode 79 in the opening of the partition wall 91, an anode 93 is formed so as to cover the light emitting layer 92, and a protective insulating film 95 is formed so as to cover the anode 93 and the partition wall 91. .

ここでは、発光素子として上面射出構造の発光素子94を示す。上面射出構造の発光素子94は、第1の薄膜トランジスタ74a、第2の薄膜トランジスタ74b上でも発光することが可能であるため、発光面積を増大することが可能である。しかしながら、発光層92の下地膜が凹凸を有すると、当該凹凸において膜厚分布が不均一となり陽極93及び陰極79がショートし、表示欠陥となってしまう。このため、平坦化膜78を設けることが好ましい。 Here, a light emitting element 94 having a top emission structure is shown as the light emitting element. Since the light-emitting element 94 having a top emission structure can emit light even on the first thin film transistor 74a and the second thin film transistor 74b, the light-emitting area can be increased. However, if the base film of the light emitting layer 92 has unevenness, the film thickness distribution is uneven in the unevenness, and the anode 93 and the cathode 79 are short-circuited, resulting in a display defect. For this reason, it is preferable to provide the planarization film 78.

陰極79及び陽極93で発光層92を挟んでいる領域が発光素子94に相当する。図17(A)に示した画素の場合、発光素子94から発せられる光は、白抜きの矢印で示すように陽極93側に射出する。   A region where the light emitting layer 92 is sandwiched between the cathode 79 and the anode 93 corresponds to the light emitting element 94. In the case of the pixel shown in FIG. 17A, light emitted from the light emitting element 94 is emitted to the anode 93 side as indicated by a white arrow.

陰極79は仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば公知の材料を用いることができる。例えば、Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等が望ましい。発光層92は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陰極79に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なお、これらの層を全て設ける必要はない。陽極93は、光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成し、例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、ITO、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性導電膜を用いても良い。 A known material can be used for the cathode 79 as long as it has a small work function and reflects light. For example, Ca, Al, CaF, MgAg, AlLi, etc. are desirable. The light emitting layer 92 may be composed of a single layer or may be composed of a plurality of layers stacked. In the case of a plurality of layers, the cathode 79 is laminated in the order of an electron injection layer, an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, and a hole injection layer. Note that it is not necessary to provide all of these layers. The anode 93 is formed using a light-transmitting conductive material, for example, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, or titanium oxide. A light-transmitting conductive conductive film such as indium tin oxide containing ITO, ITO, indium zinc oxide, or indium tin oxide to which silicon oxide is added may be used.

ここでは、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出構造の発光素子について示したが、基板側の面から発光を取り出す下面射出構造の発光素子や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子を適宜適用することができる。 Here, a light emitting element having a top emission structure in which light emission is extracted from a surface opposite to the substrate is shown; however, a light emitting element having a bottom emission structure in which light emission is extracted from a surface on the substrate side, or a substrate side and a side opposite to the substrate. A light-emitting element having a dual emission structure in which light is extracted from a surface can be used as appropriate.

また、ここでは、発光素子として有機EL素子について述べたが、発光素子として無機EL素子を設けることも可能である。 Although an organic EL element is described here as a light-emitting element, an inorganic EL element can also be provided as a light-emitting element.

なお、本実施の形態では、発光素子の駆動を制御する薄膜トランジスタ(駆動用薄膜トランジスタ)と発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用薄膜トランジスタと発光素子との間に電流制御用薄膜トランジスタが接続されている構成であってもよい。   Note that in this embodiment mode, an example in which a thin film transistor (driving thin film transistor) that controls driving of a light emitting element and the light emitting element are electrically connected is shown; however, current control is performed between the driving thin film transistor and the light emitting element. The thin film transistor may be connected.

以上の工程により、発光表示装置を作製することができる。本実施の形態の発光装置は、オフ電流が少なく、電気特性が優れ、信頼性の高い薄膜トランジスタを用いているため、コントラストが高く、視認性の高い発光表示装置を作製することができる。 Through the above process, a light-emitting display device can be manufactured. Since the light-emitting device of this embodiment uses a thin film transistor with low off-state current, excellent electrical characteristics, and high reliability, a light-emitting display device with high contrast and high visibility can be manufactured.

(実施の形態4)
次に、本発明の表示装置の一形態である表示パネルの構成について、以下に示す。
(Embodiment 4)
Next, a structure of a display panel which is one embodiment of the display device of the present invention is described below.

図18に、信号線駆動回路6013のみを別途形成し、基板6011上に形成された画素部6012と接続している表示パネルの形態を示す。画素部6012及び走査線駆動回路6014は、金属元素を含む微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを用いて形成する。金属元素を含む微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタよりも高い移動度が得られるトランジスタで信号線駆動回路を形成することで、走査線駆動回路よりも高い駆動周波数が要求される信号線駆動回路の動作を安定させることができる。なお、信号線駆動回路6013は、単結晶の半導体を用いたトランジスタ、多結晶の半導体を用いた薄膜トランジスタ、またはSOIを用いたトランジスタであっても良い。画素部6012と、信号線駆動回路6013と、走査線駆動回路6014とに、それぞれ電源の電位、各種信号等が、FPC6015を介して供給される。   FIG. 18 illustrates a mode of a display panel in which only the signal line driver circuit 6013 is separately formed and connected to the pixel portion 6012 formed over the substrate 6011. The pixel portion 6012 and the scan line driver circuit 6014 are formed using a thin film transistor including a microcrystalline semiconductor film containing a metal element. By forming a signal line driver circuit using a transistor with higher mobility than a thin film transistor using a microcrystalline semiconductor film containing a metal element, a signal line driver circuit that requires a higher driving frequency than a scanning line driver circuit is used. The operation can be stabilized. Note that the signal line driver circuit 6013 may be a transistor using a single crystal semiconductor, a thin film transistor using a polycrystalline semiconductor, or a transistor using SOI. The pixel portion 6012, the signal line driver circuit 6013, and the scan line driver circuit 6014 are supplied with a potential of a power source, various signals, and the like through the FPC 6015.

なお、信号線駆動回路及び走査線駆動回路を、共に画素部と同じ基板上に形成しても良い。   Note that both the signal line driver circuit and the scan line driver circuit may be formed over the same substrate as the pixel portion.

また、駆動回路を別途形成する場合、必ずしも駆動回路が形成された基板を、画素部が形成された基板上に貼り合わせる必要はなく、例えばFPC上に貼り合わせるようにしても良い。図18(B)に、信号線駆動回路6023のみを別途形成し、基板6021上に形成された画素部6022及び走査線駆動回路6024と接続している表示装置パネルの形態を示す。画素部6022及び走査線駆動回路6024は、金属元素を含む微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを用いて形成する。信号線駆動回路6023は、FPC6025を介して画素部6022と接続されている。画素部6022と、信号線駆動回路6023と、走査線駆動回路6024とに、それぞれ電源の電位、各種信号等が、FPC6025を介して供給される。   In the case where a driver circuit is separately formed, the substrate on which the driver circuit is formed is not necessarily bonded to the substrate on which the pixel portion is formed, and may be bonded to, for example, an FPC. FIG. 18B illustrates a mode of a display device panel in which only the signal line driver circuit 6023 is separately formed and connected to the pixel portion 6022 and the scan line driver circuit 6024 which are formed over the substrate 6021. The pixel portion 6022 and the scan line driver circuit 6024 are formed using a thin film transistor including a microcrystalline semiconductor film containing a metal element. The signal line driver circuit 6023 is connected to the pixel portion 6022 through the FPC 6025. The pixel portion 6022, the signal line driver circuit 6023, and the scan line driver circuit 6024 are supplied with power supply potential, various signals, and the like through the FPC 6025.

また、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを、金属元素を含む微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを用いて画素部と同じ基板上に形成し、残りを別途形成して画素部と電気的に接続するようにしても良い。図18(C)に、信号線駆動回路が有するアナログスイッチ6033aを、画素部6032、走査線駆動回路6034と同じ基板6031上に形成し、信号線駆動回路が有するシフトレジスタ6033bを別途異なる基板に形成して貼り合わせる表示装置パネルの形態を示す。画素部6032及び走査線駆動回路6034は、金属元素を含む微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを用いて形成する。信号線駆動回路が有するシフトレジスタ6033bは、FPC6035を介して画素部6032と接続されている。画素部6032と、信号線駆動回路と、走査線駆動回路6034とに、それぞれ電源の電位、各種信号等が、FPC6035を介して供給される。   Further, only part of the signal line driver circuit or part of the scan line driver circuit is formed over the same substrate as the pixel portion by using a thin film transistor using a microcrystalline semiconductor film containing a metal element, and the rest is separately formed. Thus, it may be electrically connected to the pixel portion. In FIG. 18C, an analog switch 6033a included in the signal line driver circuit is formed over the same substrate 6031 as the pixel portion 6032 and the scan line driver circuit 6034, and a shift register 6033b included in the signal line driver circuit is provided over a different substrate. The form of the display device panel formed and bonded is shown. The pixel portion 6032 and the scan line driver circuit 6034 are formed using a thin film transistor using a microcrystalline semiconductor film containing a metal element. A shift register 6033 b included in the signal line driver circuit is connected to the pixel portion 6032 through the FPC 6035. A potential of a power source, various signals, and the like are supplied to the pixel portion 6032, the signal line driver circuit, and the scan line driver circuit 6034 through the FPC 6035, respectively.

図18に示すように、本実施の形態の表示装置は、駆動回路の一部または全部を、画素部と同じ基板上に、金属元素を含む微結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタを用いて形成することができる。   As shown in FIG. 18, in the display device of this embodiment, part or all of the driver circuit is formed using a thin film transistor including a microcrystalline semiconductor film containing a metal element over the same substrate as the pixel portion. be able to.

なお、別途形成した基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、公知のCOG方法、ワイヤボンディング方法、或いはTAB方法などを用いることができる。また接続する位置は、電気的な接続が可能であるならば、図18に示した位置に限定されない。また、コントローラ、CPU、メモリ等を別途形成し、接続するようにしても良い。   Note that a method for connecting a separately formed substrate is not particularly limited, and a known COG method, wire bonding method, TAB method, or the like can be used. The connection position is not limited to the position illustrated in FIG. 18 as long as electrical connection is possible. In addition, a controller, a CPU, a memory, and the like may be separately formed and connected.

なお本発明で用いる信号線駆動回路は、シフトレジスタとアナログスイッチ有する。なたは、シフトレジスタとアナログスイッチに加え、バッファ、レベルシフタ、ソースフォロワ等、他の回路を有していても良い。また、シフトレジスタとアナログスイッチは必ずしも設ける必要はなく、例えばシフトレジスタの代わりにデコーダ回路のような信号線の選択ができる別の回路を用いても良いし、アナログスイッチの代わりにラッチ等を用いても良い。   Note that the signal line driver circuit used in the present invention includes a shift register and an analog switch. Alternatively, in addition to the shift register and the analog switch, other circuits such as a buffer, a level shifter, and a source follower may be included. The shift register and the analog switch are not necessarily provided. For example, another circuit that can select a signal line such as a decoder circuit may be used instead of the shift register, or a latch or the like may be used instead of the analog switch. May be.

(実施の形態5)
本発明により得られる表示装置等によって、アクティブマトリクス型表示装置パネルに用いることができる。即ち、それらを表示部に組み込んだ電子機器全てに本発明を実施できる。
(Embodiment 5)
The display device obtained by the present invention can be used for an active matrix display device panel. That is, the present invention can be implemented in all electronic devices in which they are incorporated in the display portion.

その様な電子機器としては、ビデオカメラ及びデジタルカメラ等のカメラ、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、プロジェクタ、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図19に示す。   Such electronic devices include cameras such as video cameras and digital cameras, head mounted displays (goggles type displays), car navigation, projectors, car stereos, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.) ) And the like. An example of these is shown in FIG.

図19(A)はテレビジョン装置である。表示パネルを、図19(A)に示すように、筐体に組みこんで、テレビジョン装置を完成させることができる。表示パネルにより主画面2003が形成され、その他付属設備としてスピーカ部2009、操作スイッチなどが備えられている。このように、テレビジョン装置を完成させることができる。   FIG. 19A illustrates a television device. As shown in FIG. 19A, a television device can be completed by incorporating the display panel into a housing. A main screen 2003 is formed by the display panel, and a speaker portion 2009, operation switches, and the like are provided as other accessory equipment. In this manner, a television device can be completed.

図19(A)に示すように、筐体2001に表示素子を利用した表示用パネル2002が組みこまれ、受信機2005により一般のテレビ放送の受信をはじめ、モデム2004を介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより一方向(送信者から受信者)又は双方向(送信者と受信者間、又は受信者間同士)の情報通信をすることもできる。テレビジョン装置の操作は、筐体に組みこまれたスイッチ又は別体のリモコン操作機2006により行うことが可能であり、このリモコン装置にも出力する情報を表示する表示部2007が設けられていても良い。   As shown in FIG. 19A, a display panel 2002 using a display element is incorporated in a housing 2001, and the receiver 2005 starts reception of general television broadcasts and is wired or wirelessly via a modem 2004. By connecting to a communication network, information communication in one direction (from the sender to the receiver) or in both directions (between the sender and the receiver or between the receivers) can be performed. The television device can be operated by a switch incorporated in the housing or a separate remote controller 2006, and this remote controller is also provided with a display unit 2007 for displaying information to be output. Also good.

また、テレビジョン装置にも、主画面2003の他にサブ画面2008を第2の表示パネルで形成し、チャネルや音量などを表示する構成が付加されていても良い。この構成において、主画面2003を視野角の優れた液晶表示パネルで形成し、サブ画面を低消費電力で表示可能な発光表示パネルで形成しても良い。また、低消費電力化を優先させるためには、主画面2003を発光表示パネルで形成し、サブ画面を発光表示パネルで形成し、サブ画面は点滅可能とする構成としても良い。   In addition, the television device may have a configuration in which a sub screen 2008 is formed using the second display panel in addition to the main screen 2003 to display a channel, a volume, and the like. In this structure, the main screen 2003 may be formed using a liquid crystal display panel with an excellent viewing angle, and the sub screen may be formed using a light-emitting display panel that can display with low power consumption. In order to give priority to lower power consumption, the main screen 2003 may be formed using a light-emitting display panel, the sub screen may be formed using a light-emitting display panel, and the sub screen may be blinkable.

図20はテレビ装置の主要な構成を示すブロック図を示している。表示パネル900には、画素部921が形成されている。信号線駆動回路922と走査線駆動回路923は、表示パネル900にCOG方式により実装されていても良い。 FIG. 20 is a block diagram illustrating a main configuration of the television device. In the display panel 900, a pixel portion 921 is formed. The signal line driver circuit 922 and the scan line driver circuit 923 may be mounted on the display panel 900 by a COG method.

その他の外部回路の構成として、映像信号の入力側では、チューナ924で受信した信号のうち、映像信号を増幅する映像信号増幅回路925と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路926と、その映像信号をドライバICの入力仕様に変換するためのコントロール回路927などを有している。コントロール回路927は、走査線側と信号線側にそれぞれ信号が出力する。デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路928を設け、入力デジタル信号をm個に分割して供給する構成としても良い。   As other external circuit configurations, on the input side of the video signal, among the signals received by the tuner 924, the video signal amplification circuit 925 that amplifies the video signal, and the signal output therefrom is each of red, green, and blue And a control circuit 927 for converting the video signal into an input specification of the driver IC. The control circuit 927 outputs a signal to each of the scanning line side and the signal line side. In the case of digital driving, a signal dividing circuit 928 may be provided on the signal line side so that an input digital signal is divided into m pieces and supplied.

チューナ924で受信した信号のうち、音声信号は、音声信号増幅回路929に送られ、その出力は音声信号処理回路930を経てスピーカ933に供給される。制御回路931は受信局(受信周波数)や音量の制御情報を入力部932から受け、チューナ924や音声信号処理回路930に信号を送出する。   Of the signals received by the tuner 924, the audio signal is sent to the audio signal amplification circuit 929, and the output is supplied to the speaker 933 through the audio signal processing circuit 930. The control circuit 931 receives control information on the receiving station (reception frequency) and volume from the input unit 932 and sends a signal to the tuner 924 and the audio signal processing circuit 930.

勿論、本発明はテレビジョン装置に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など大面積の表示媒体としても様々な用途に適用することができる。   Of course, the present invention is not limited to a television device, but can be applied to various applications such as personal computer monitors, information display boards at railway stations and airports, and advertisement display boards on streets. can do.

主画面2003、サブ画面2008において、上記実施の形態で説明した表示装置を適用することで、テレビ装置の量産性を高めることができる。 By using the display device described in the above embodiment in the main screen 2003 and the sub screen 2008, mass productivity of the television device can be improved.

図19(B)は携帯電話機2301の一例を示している。この携帯電話機2301は、表示部2302、操作部2303などを含んで構成されている。表示部2302においては、上記実施の形態で説明した表示装置を適用することで、携帯電話の量産性を高めることができる。 FIG. 19B illustrates an example of a mobile phone 2301. The cellular phone 2301 includes a display portion 2302, an operation portion 2303, and the like. In the display portion 2302, by applying the display device described in the above embodiment mode, mass productivity of the mobile phone can be improved.

また、図19(C)に示す携帯型のコンピュータは、本体2401、表示部2402等を含んでいる。表示部2402に、上記実施の形態に示す表示装置を適用することにより、コンピュータの量産性を高めることができる。   A portable computer shown in FIG. 19C includes a main body 2401, a display portion 2402, and the like. By applying the display device described in the above embodiment to the display portion 2402, the mass productivity of the computer can be improved.

図19(D)は卓上照明器具であり、照明部2501、傘2502、可変アーム2503、支柱2504、台2505、電源2506を含む。本発明の発光装置を照明部2501に用いることにより作製される。なお、照明器具には天井固定型の照明器具または壁掛け型の照明器具なども含まれる。上記実施の形態に示す表示装置を適用することにより、量産性を高めることができ、安価な卓上照明器具を提供することができる。 FIG. 19D illustrates a table lamp, which includes a lighting unit 2501, an umbrella 2502, a variable arm 2503, a column 2504, a base 2505, and a power source 2506. It is manufactured by using the light emitting device of the present invention for the lighting portion 2501. The lighting fixture includes a ceiling-fixed lighting fixture or a wall-mounted lighting fixture. By applying the display device described in any of the above embodiments, mass productivity can be increased and an inexpensive desk lamp can be provided.

本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a display device of the present invention. 本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a display device of the present invention. 本発明に適用可能なプラズマCVD装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the plasma CVD apparatus applicable to this invention. 本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a display device of the present invention. 本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a display device of the present invention. 本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a display device of the present invention. 本発明の表示装置の作製方法を説明する上面図である。FIG. 11 is a top view illustrating a method for manufacturing a display device of the present invention. 本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a display device of the present invention. 本発明に適用可能な多階調マスクを説明する図である。It is a figure explaining the multi-tone mask applicable to this invention. 本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a display device of the present invention. 本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a display device of the present invention. 本発明の表示装置の作製方法を説明する上面図である。FIG. 11 is a top view illustrating a method for manufacturing a display device of the present invention. 本発明の表示装置の作製方法を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a display device of the present invention. 本発明の表示装置を説明する断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a display device of the present invention. 本発明の表示装置を説明する上面図である。FIG. 11 is a top view illustrating a display device of the present invention. 本発明の表示装置を説明する上面図である。FIG. 11 is a top view illustrating a display device of the present invention. 本発明の表示装置を説明する断面図及び上面図である。5A and 5B are a cross-sectional view and a top view illustrating a display device of the present invention. 本発明の表示パネルを説明する斜視図である。FIG. 11 is a perspective view illustrating a display panel of the present invention. 本発明の表示装置を用いた電子機器を説明する斜視図である。FIG. 11 is a perspective view illustrating an electronic device using the display device of the invention. 本発明の表示装置を用いた電子機器を説明する図である。It is a diagram illustrating an electronic device using a display device of the present invention.

Claims (9)

基板上にゲート電極を形成し、
前記基板及びゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に金属元素を含む微結晶半導体膜を形成し、
前記金属元素を含む微結晶半導体膜上にバッファ層を形成し、
前記バッファ層上に一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜で形成されるソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ソース領域及びドレイン領域上にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film on the substrate and the gate electrode;
Forming a microcrystalline semiconductor film containing a metal element over the gate insulating film;
Forming a buffer layer over the microcrystalline semiconductor film containing the metal element;
Forming a source region and a drain region formed of a semiconductor film to which an impurity imparting one conductivity type is added on the buffer layer;
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a source electrode and a drain electrode are formed over the source region and the drain region.
基板上にゲート電極を形成し、
前記基板及びゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に金属元素を含むプラズマで処理した後、微結晶半導体膜を形成して金属元素を含む微結晶半導体膜を形成し、
前記金属元素を含む微結晶半導体膜上にバッファ層を形成し、
前記バッファ層上に一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜で形成されるソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ソース領域及びドレイン領域上にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film on the substrate and the gate electrode;
After processing with a plasma containing a metal element over the gate insulating film, a microcrystalline semiconductor film is formed by forming a microcrystalline semiconductor film,
Forming a buffer layer over the microcrystalline semiconductor film containing the metal element;
Forming a source region and a drain region formed of a semiconductor film to which an impurity imparting one conductivity type is added on the buffer layer;
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a source electrode and a drain electrode are formed over the source region and the drain region.
基板上にゲート電極を形成し、
前記基板及びゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に金属元素を含むガス及びシランガスを用いたプラズマCVD法により、金属元素を含む微結晶半導体膜を形成し、
前記金属元素を含む微結晶半導体膜上にバッファ層を形成し、
前記バッファ層上に一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜で形成されるソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ソース領域及びドレイン領域上にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film on the substrate and the gate electrode;
A microcrystalline semiconductor film containing a metal element is formed on the gate insulating film by a plasma CVD method using a gas containing a metal element and a silane gas,
Forming a buffer layer over the microcrystalline semiconductor film containing the metal element;
Forming a source region and a drain region formed of a semiconductor film to which an impurity imparting one conductivity type is added on the buffer layer;
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a source electrode and a drain electrode are formed over the source region and the drain region.
基板上にゲート電極を形成し、
前記基板及びゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に金属元素を含む層を形成した後、微結晶半導体膜を形成して、金属元素を含む微結晶半導体膜を形成し、
前記金属元素を含む微結晶半導体膜上にバッファ層を形成し、
前記バッファ層上に一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜で形成されるソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ソース領域及びドレイン領域上にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film on the substrate and the gate electrode;
After forming a layer containing a metal element over the gate insulating film, forming a microcrystalline semiconductor film, forming a microcrystalline semiconductor film containing a metal element,
Forming a buffer layer over the microcrystalline semiconductor film containing the metal element;
Forming a source region and a drain region formed of a semiconductor film to which an impurity imparting one conductivity type is added on the buffer layer;
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a source electrode and a drain electrode are formed over the source region and the drain region.
基板上にゲート電極を形成し、
前記基板及びゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に金属元素を含む層を形成し、前記金属元素を含む層上に半導体層を形成した後、レーザビームを照射してシリサイド層を形成し、
前記シリサイド層上に微結晶半導体膜を形成して、金属元素を含む微結晶半導体膜を形成し、
前記金属元素を含む微結晶半導体膜上にバッファ層を形成し、
前記バッファ層上に一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜で形成されるソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ソース領域及びドレイン領域上にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film on the substrate and the gate electrode;
Forming a layer containing a metal element over the gate insulating film, forming a semiconductor layer over the layer containing the metal element, and then irradiating a laser beam to form a silicide layer;
Forming a microcrystalline semiconductor film over the silicide layer to form a microcrystalline semiconductor film containing a metal element;
Forming a buffer layer over the microcrystalline semiconductor film containing the metal element;
Forming a source region and a drain region formed of a semiconductor film to which an impurity imparting one conductivity type is added on the buffer layer;
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a source electrode and a drain electrode are formed over the source region and the drain region.
基板上にゲート電極を形成し、
前記基板及びゲート電極上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に金属元素を含む層を形成し、前記金属元素を含む層上に半導体層を形成した後、加熱してシリサイド層を形成し、
前記シリサイド層上に微結晶半導体膜を形成して、金属元素を含む微結晶半導体膜を形成し、
前記金属元素を含む微結晶半導体膜上にバッファ層を形成し、
前記バッファ層上に一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜で形成されるソース領域及びドレイン領域を形成し、
前記ソース領域及びドレイン領域上にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film on the substrate and the gate electrode;
Forming a layer containing a metal element on the gate insulating film, forming a semiconductor layer on the layer containing the metal element, and then heating to form a silicide layer;
Forming a microcrystalline semiconductor film over the silicide layer to form a microcrystalline semiconductor film containing a metal element;
Forming a buffer layer over the microcrystalline semiconductor film containing the metal element;
Forming a source region and a drain region formed of a semiconductor film to which an impurity imparting one conductivity type is added on the buffer layer;
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a source electrode and a drain electrode are formed over the source region and the drain region.
請求項4乃至6のいずれか一項において、前記金属元素を含む層は、金属元素を含む溶液を塗布して形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 7. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 4, wherein the layer containing a metal element is formed by applying a solution containing a metal element. 請求項4乃至6のいずれか一項において、前記金属元素を含む層は、薄膜形成方法により形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 7. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 4, wherein the layer including the metal element is formed by a thin film formation method. 請求項1乃至8のいずれか一項の薄膜トランジスタの前記ソース電極またはドレイン電極に接する画素電極を形成することを特徴とする表示装置の作製方法。 A method for manufacturing a display device, comprising forming a pixel electrode in contact with the source electrode or the drain electrode of the thin film transistor according to claim 1.
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