JP2009224360A - 薄膜トランジスタの製造方法および表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チャネル領域における欠陥準位を完全に補完することができ、これによって素子間で均一な特性が得られる薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】基板１上に、チャネル領域を構成する微結晶シリコン薄膜７ａと、シリコンに結合した水素［Ｓｉ−Ｈ］を８×１０²¹個／ｃｍ³以上含む窒化シリコン（ＳｉＮｘ）からなる水素含有シリコン系絶縁膜１３とを積層成膜する。その後、水素含有シリコン系絶縁膜１３をパターニングしてなるチャネル保護層１３ａから微結晶シリコン薄膜７ａに対して、水素を導入するための水素化アニール処理を行う。尚、窒化シリコンからなる水素含有シリコン系絶縁膜１３には、窒素に結合した水素［Ｎ−Ｈ］よりもシリコンに結合した水素［Ｓｉ−Ｈ］を多く含むことが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、薄膜トランジスタの製造方法および、この薄膜トランジスタを用いて構成される表示装置の製造方法に関する。

フラットパネルディスプレイの１つとして、有機ＥＬ（Electro Luminescence）現象を利用して映像を表示する表示装置が注目されている。この表示装置、すなわち有機ＥＬディスプレイは、有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）自体の発光現象を利用している為に視野角が広く、消費電力が低いなどの優れた特徴を備えている。さらに、高精細度の高速ビデオ信号に対しても高い応答性を示す事から、特に映像分野等において、実用化に向けた開発が進められている。

有機ＥＬディスプレイの駆動方式のうち、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Thin Film Transistor）による駆動素子が用いられるアクティブマトリックス方式は、従来のパッシブマトリックス方式に比べて応答時間や解像度の点で優れている。このため、前述した特徴を有する有機ＥＬディスプレイには、特に適した駆動方式と考えられている。このようなアクティブマトリックス型の有機ＥＬディスプレイは、少なくとも有機発光材料を有する有機ＥＬ素子と共に各有機ＥＬ素子を駆動させる為の駆動素子（薄膜トランジスタ）が設けられた駆動パネルを有し、この駆動パネルと封止パネルとが有機ＥＬ素子を挟むように接着層を介して貼り合わされた構成を有している。

また有機ＥＬディスプレイに設けられる上記薄膜トランジスタとしては、少なくとも画素の明暗を制御するスイッチトランジスタと、有機ＥＬ素子の発光を制御する駆動トランジスタとが必要である。このうち、駆動トランジスタは、有機ＥＬ素子を発光させている限り通電した状態を維持する必要がある。しかしながら、従来のチャネル領域が非晶質シリコン（α−Ｓｉ）で構成された薄膜トランジスタ（すなわちα−ＳｉＴＦＴ）においては、ゲート電極に電圧が印加された状態が続くと閾値電圧がシフトする事が知られており、発光期間中に駆動トランジスタを流れる電流量が変動し易く、結果として各画素を構成する発光素子の輝度が変化する。

近年では、このようなα−ＳｉＴＦＴの閾値シフトを軽減する為に、チャネル領域を結晶性シリコンによる半導体層で構成した薄膜トランジスタを用いた有機ＥＬディスプレイが開発されている。結晶性シリコンによる薄膜トランジスタの形成は、一般に、ガラス基板上に非晶質シリコン膜を形成した後、この非晶質シリコン膜に対してエキシマレーザーによる結晶化アニール処理を行うことでポリシリコン（pory−Ｓｉ）膜とする方法が一般的である。そしてこのようなポリシリコン（pory−Ｓｉ）プロセスを適用し得られた薄膜トランジスタ（すなわちpoly−ＳｉＴＦＴ）は、液晶ディスプレイの駆動素子として既に実用化されている。

しかしながら、エキシマレーザーにより非晶質シリコンを結晶化させたポリシリコン膜は、結晶粒径が大きくトランジスタの移動度は大きいものの、各トランジスタ間の特性ばらつきも大きくなる。このため、電流駆動である有機ＥＬディスプレイに用いた場合、ムラとして視認されてしまい、大幅な歩留まり低下をまねいてしまう。

そこで近年では、レーザーアニールなどにより非晶質シリコンをポリシリコンよりも小さいサイズに結晶化させた微結晶シリコン膜をチャネル領域に採用する研究が盛んである。この微結晶シリコン膜をチャネル領域に用いて作製した薄膜トランジスタは、α−ＳｉＴＦＴよりもキャリア移動度μが大きく、poly-ＳｉＴＦＴよりもトランジスタ間のばらつきが格段に小さいという特性を持つ。

ところで、有機ＥＬディスプレイは前述したとおり電流駆動であり、駆動トランジスタのオン電流（Ｉｏｎ）の特性向上は、そのままピーク輝度の向上や有機ＥＬパネルの低消費電力化に大きく寄与する。このため、オン電流（Ｉｏｎ）の特性と密接に関係するキャリア移動度（μ）を向上させる研究が盛んである。

薄膜トランジスタのキャリア移動度μを向上させる方法として、チャネル領域中の欠陥準位の終端化がある。非晶質シリコン中や、ポリシリコンおよび微結晶シリコン等の結晶性シリコン中には、単結晶シリコン中には存在しない多数の欠陥準位が存在している。欠陥準位は、薄膜トランジスタの電気特性（キャリア移動度μ、閾値電圧Ｖｔｈ、オン電流）を大きく低下させる事が知られている。また、各薄膜トランジスタ間での欠陥準位のばらつきは、そのままキャリア移動度μ、閾値電圧Ｖｔｈのばらつきにつながり、ムラとして視認される為、歩留まりを大きく低下させる要因であった。

上述の欠陥準位は、チャネル領域中の未結合手（ダングリングボンド）が主な原因であり、この未結合手を水素原子などで補完する事で、欠陥準位が無くなり半導体素子の特性が向上することが知られている。このような技術の一つに、チャネル領域を構成する非晶質シリコン膜や結晶性シリコン膜中に、水素を含む酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜や窒化シリコン（ＳｉＮ）膜中から水素を供給する方法がある。

例えば下記特許文献１においては、窒化シリコンからなるゲート絶縁膜上に、チャネル領域となる水素化非晶質シリコン膜、および窒化シリコンチャネル保護層がこの順に積層形成された構成が示されている。そして、窒化シリコンチャネル保護層中においては、シリコンに結合する水素［Ｓｉ−Ｈ］の量よりも窒素に結合する水素［Ｎ−Ｈ］の量が多いことが好ましいとしている。

さらに下記特許文献２においては、多結晶シリコン膜上にプラズマＣＶＤによりシリコン窒化膜を形成し、熱アニールを施すことによりシリコン窒化膜に含まれた水素原子が適量、多結晶シリコン膜に移動し未結合手を終端するとしている。

特開平３−３４４６５号公報 特開平１０−２７５９１３号公報

しかしながら、上述したような水素を含む膜中からチャネル領域を構成する非晶質シリコン膜や結晶性シリコン膜中に水素を供給する方法では、チャネル領域における欠陥準位を完全に補完することができず、各薄膜トランジスタ間におけるチャネル領域の未結合手の数にばらつきが出てしまい、それが素子間の特性ばらつきとなる問題があった。

例えば特許文献１の方法構成では、非晶質シリコン膜の上部に設けた窒化シリコンチャネル保護層中においては、シリコンに結合する水素［Ｓｉ−Ｈ］の量よりも窒素に結合する水素［Ｎ−Ｈ］の量が多いことが好ましいとしているが、このような構成を結晶性シリコン膜に適用した場合、上述したような素子間の特性ばらつきが大きくなることが分かった。

そこで本発明は、チャネル領域における欠陥準位を完全に補完することができ、これによって素子間で均一な特性が得られる薄膜トランジスタの製造方法を提供すること、さらにはこの製造方法を適用することにより画素間の輝度ばらつきが抑えられた表示特性良好な表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に、チャネル領域を構成するシリコン薄膜と、シリコンに結合した水素［Ｓｉ−Ｈ］を８×１０²¹個／ｃｍ³以上含む水素含有シリコン系絶縁膜とを積層成膜する工程を行う。その後、シリコン薄膜に対して水素含有シリコン系絶縁膜から水素を導入するための水素化アニール処理を行うことを特徴としている。

また本発明の表示装置の製造方法は、薄膜トランジスタを有する画素駆動回路に発光素子を接続させた表示装置の製造方法であり、この薄膜トランジスタを作製する際に、上記工程を行うことを特徴としている。

このような製造方法では、水素含有シリコン系絶縁膜に含有させる水素を、シリコンに結合した水素［Ｓｉ−Ｈ］の状態として８×１０²¹個／ｃｍ³以上含ませた構成としている。このような構成では、次の実施形態で詳細に説明するように、水素含有シリコン系絶縁膜からシリコン薄膜に対して十分な量の水素が供給され、チャネル領域を構成するシリコン薄膜の欠陥準位を完全に補完することができ、素子間の特性ばらつきが抑えられた薄膜トランジスタが得られることが確認された。

以上説明したように本発明によれば、チャネル領域における欠陥準位を完全に補完することができ、これによって素子間で均一な特性を有する薄膜トランジスタを得ることが可能であり、またこの薄膜トランジスタを画素駆動回路に備えることにより画素間の輝度ばらつきが抑えられた表示特性良好な表示装置を得ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、各実施形態においては、先ずボトムゲート型（逆スタガ型）の微結晶シリコン薄膜トランジスの製造方法に本発明を適用した実施の形態を説明し、さらに続けてこの薄膜トランジスタを備えた表示装置の製造方法を説明する。

＜薄膜トランジスタの製造方法＞
図１〜図３は実施形態の薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図である。

先ず、図１（１）に示したように、ガラス材料やプラスチック材料などからなる絶縁性の基板１上に、ゲート電極３をパターン形成し、これを覆う状態でゲート絶縁膜５を成膜し、さらにチャネル領域を構成する非晶質シリコン薄膜７、バッファ層９、および光熱変換層１１をこの順に形成する。

具体的には、ゲート電極３の形成には、例えばスパッタ法により、基板１上に厚さが１００ｎｍ程度のモリブデン（Ｍｏ）膜を一様に形成した後、エッチングして所定の形状にパターニングすることによって行う。この所定の形状へのパターニングは、例えばフォトリソグラフィ法などによって行う。なお、このゲート電極３はＭｏにより構成されているとは限らず、後の熱工程において変質しにくい高融点の金属であればよい。

ゲート絶縁膜５の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法により、ゲート電極３を含む基板１上に、厚さが１６０ｎｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を一様に形成することによって行う。なお、このゲート絶縁膜５は酸化シリコン（ＳｉＯ₂）により構成されているとは限らず、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）のうちの少なくとも１種からなる絶縁材料によって構成するようにしてもよい。また、このゲート絶縁膜５は、水素量の少ない膜として成膜することとする。水素量の少ない膜とは、以降に行う非晶質シリコン薄膜７の結晶化の際に、水素突沸をおこさない量であればよい。

非晶質シリコン薄膜７の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法により、ゲート絶縁膜５上に、厚さが１５ｎｍ程度で一様に形成することによって行う。またこの非晶質シリコン薄膜７も、結晶化の際の水素突沸をおこさない程度に水素量の少ない膜として成膜することが望ましい。

また、バッファ層９の形成には、例えばプラズマＣＶＤ法により、非晶質シリコン薄膜７上に、厚さが４０ｎｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜を一様に形成することによって行う。なお、このバッファ層９も酸化シリコン（ＳｉＯ₂）により構成されているとは限らず、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）のうちの少なくとも１種からなる絶縁材料によって構成するようにしてもよい。尚、このバッファ層９は、以降に行う水素化アニール処理の際にも残される膜であれば、素を透過できる材質で構成することが重要である。

また、光熱変換層１１の形成には、例えばスパッタ法により、バッファ層９上に厚さが１００ｎｍ程度のＭｏを一様に形成することによって行う。この光熱変換層１１は、後述するレーザビームなどを吸収し、光エネルギーを熱エネルギーに変換するためのものである。したがって、この光熱変換層１１としては、後に行う結晶化アニールの際に使用するレーザ光の吸収率が高いこと、バッファ層９や非晶質シリコン薄膜７への熱拡散速度が低いこと、後の結晶化の際に生じる熱によっても変質しにくい高融点の材料であること、などの条件を満たせばどのような材料であってもよく、例えば他に炭素（Ｃ）などを用いるようにしてもよい。

続いて、図１（２）に示したように、光熱変換層１１に対してレーザ光Ｌｈを照射し、この光熱変換層１１およびバッファ層９を介して非晶質シリコン薄膜７に間接的に加熱処理を施す。これにより非晶質シリコン薄膜７におけるレーザ光Ｌｈの照射部をナノメートルオーダーの結晶粒に結晶化させた微結晶シリコン薄膜７ａとする。

その後、図１（３）に示したように、上記非晶質シリコン薄膜７の結晶化には不要となる光熱変換層１１を、エッチングにより除去する。

次に、図１（４）に示したように、例えばプラズマＣＶＤ法により、バッファ層９上に、水素含有シリコン系絶縁膜１３を成膜する。この水素含有シリコン系絶縁膜１３は、シリコンに結合した水素［Ｓｉ−Ｈ］を８×１０²¹個／ｃｍ³以上含むことが重要である。このため、この水素含有シリコン系絶縁膜１３は、水素を多量に含有した膜を成膜し易い窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜を用いて構成されていることが好ましい。なお、水素含有シリコン系絶縁膜１３は、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜のみで構成される膜に限定されることはなく、全体としてシリコンに結合した水素［Ｓｉ−Ｈ］を８×１０²¹個／ｃｍ³以上含む膜であれば、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）のうちの少なくとも１種からなる絶縁材料からなる膜の単層構造はたは積層構造であっても良い。

また、水素含有シリコン系絶縁膜１３に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜を用いる場合には、膜中においての水素含有量が、窒素に結合した水素［Ｎ−Ｈ］よりも［Ｓｉ−Ｈ］を多く含むことが重量である。さらに、膜中の水素含有量は［Ｓｉ−Ｈ］量と、［Ｎ−Ｈ］量との合計が３×１０²²個／ｃｍ³以下であることが好ましい。

ここでは例えば、水素含有シリコン系絶縁膜１３として、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜を単層で用いることとする。この場合、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜は、シランガス（ＳｉＨ₄）ガスとアンモニア（ＮＨ₃)ガスとをプラズマ放電によって分解して成膜するＣＶＤ成膜が一般的に行われる。この際、成膜される窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜中の水素濃度は、シラン（ＳｉＨ₄）ガスの流量によって［Ｓｉ−Ｈ］の量を制御し、アンモニア（ＮＨ₃)ガスの流量によって［Ｎ−Ｈ］の量を制御する。また、成膜温度を２００〜３００℃とすることで、［Ｓｉ−Ｈ］量が多い窒化シリコン膜を成膜することができる。

以上の後、図２（１）に示すように、水素含有シリコン系絶縁膜１３とバッファ層９とを、ゲート電極３と略同一形状にパターニングし、チャネル保護層１３ａを形成する。この際、基板１側からゲート電極３をマスクにしたパターン露光を行うことで水素含有シリコン系絶縁膜１３上にレジストパターン(図示省略）を形成し、これをマスクにして水素含有シリコン系絶縁膜１３とバッファ層９とをパターンエッチングする。このパターンエッチングの際には、ゲート電極３と略同一形状にパターン形成されるチャネル保護層１３ａによって微結晶シリコン薄膜７ａのチャネル領域ｃｈが保護されるため、エッチングによりダメージを受けることはない。このエッチングの後にはレジストパターンを除去する。

次に、図２（２）に示したように、チャネル保護層１３ａを含む微結晶シリコン薄膜７ａ上に、後述するソース／ドレインを形成するための不純物含有シリコン膜１５を形成する。ここでは例えば、ｎ＋シリコン膜１５を、例えばプラズマＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍ程度で一様に形成する。

続いて、図２（３）に示すように、不純物含有シリコン膜１５と微結晶シリコン薄膜７ａとを、チャネル保護層１３ａおよびゲート電極３を覆う島状にパターニングする。ここでは、不純物含有シリコン膜１５上にレジストパターン(図示省略）を形成し、これをマスクにして不純物含有シリコン膜１５と微結晶シリコン薄膜７ａとをエッチングする。このエッチングの後にはレジストパターンを除去する。

その後、図２（４）に示すように、不純物含有シリコン膜１５を含むゲート絶縁膜５上に、例えばスパッタ法により、電極材料層１７を成膜する。この電極材料層１７は、例えば厚さが５０ｎｍ程度のチタン（Ｔｉ）層、厚さが２５０ｎｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）層、および厚さが５０ｎｍ程度のＴｉ層を、この順に積層させた３層構造であることとする。なお、この電極材料層１７としては、これらの材料の他に、モリブデン（Ｍｏ）やクロム（Ｃｒ）、あるいはＭｏ／Ａｌ／Ｍｏの積層構造であってもよい。

続いて、図３（１）に示すように、電極材料層１７および不純物含有シリコン膜１５を、チャネル保護層１３ａ上において分割する形状にパターニングし、電極材料層１７からなるソース／ドレイン電極１７ｓｄと、不純物含有シリコン膜１５からなるソース／ドレインとをそれぞれ形成する。

この際、エッチング残渣を回避するためにオーバーエッチングを行うが、チャネル保護層１３ａがエッチングストッパとして機能するため、微結晶シリコン薄膜７ａのチャネル領域ｃｈは保護され、ダメージを受けることはない。

その後、図３（２）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法により、ソース／ドレイン電極１７ｓｄを覆う状態で、基板１の上方にパッシベーション膜１９を一様に形成する。このパッシベーション膜１９は、例えば図１（４）で説明した水素含有シリコン系絶縁膜１３と同様の構成であって良い。この場合、［Ｓｉ−Ｈ］を８×１０²¹個／ｃｍ³以上含むことが重要である。また窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜を用いて構成されてる場合には、［Ｎ−Ｈ］よりも［Ｓｉ−Ｈ］を多く含み、また［Ｓｉ−Ｈ］量と、［Ｎ−Ｈ］量との合計が３×１０²²個／ｃｍ³以下であることが好ましい。尚、このパッシベーション膜１９は、窒素含有シリコン系絶縁膜として形成されることに限定されることはなく、封止特性のみを考慮した材質で構成されていても良い。

この状態で、微結晶シリコン薄膜７ａに対して、水素含有シリコン系絶縁膜をパターニングしてなるチャネル保護層１３ａや水素含有シリコン系絶縁膜として形成されたパッシベーション膜１９から水素を導入するための水素化アニール処理を行う。この水素化アニール処理としては、２００〜３００℃の熱処理を行うこととする。これにより、チャネル保護層１３ａやパッシベーション膜１９に含まれた水素原子を、微結晶シリコン薄膜７ａの特にチャネル領域ｃｈに移動させ、この部分のシリコンの未結合手（ダングリングボンド）に結合させる。そして、この未結合手による欠陥準位を十分に補完する。

以上により、本実施の形態の薄膜トランジスタＴｒが製造される。

以上の製造方法によれば、水素含有シリコン系絶縁膜に含有させる水素を、［Ｓｉ−Ｈ］の状態として８×１０²¹個／ｃｍ³以上含ませた構成としている。これにより、以下に説明するように、水素含有シリコン系絶縁膜からシリコン薄膜に対して十分な量の水素が供給され、チャネル領域を構成するシリコン薄膜の欠陥準位を完全に補完することができ、素子間の特性ばらつきが抑えられた薄膜トランジスタが得られることが確認された。

上述した手順において水素含有シリコン系絶縁膜１３中の水素量を因子とした各薄膜トランジスタＡ〜Ｄを作製した。図４に示すように、各薄膜トランジスタＡ〜Ｄにおける水素含有シリコン系絶縁膜１３中の水素量は、ａ）［Ｓｉ−Ｈ］量＋［Ｎ−Ｈ］量の合計を一定量として、ｂ）［Ｎ−Ｈ］量およびｃ）［Ｓｉ−Ｈ］量を変化させている。

また図５には、各薄膜トランジスタＡ〜Ｄに付いて測定したＩｄｓ特性（Ｖｇｓ＝２０Ｖ、Ｖｄｓ＝１０Ｖ）と、そのばらつき（uniformity）とを示す。

これらの図４，５のグラフから、水素含有シリコン系絶縁膜１３中の水素量のうち、ｃ）［Ｓｉ−Ｈ］量に対して比例するように、薄膜トランジスタのＩｄｓ特性が向上し、かつ特性ばらつきが抑制されることが分かる。そして、水素含有シリコン系絶縁膜１３中のｃ）［Ｓｉ−Ｈ］量が８×１０²¹個／ｃｍ³以上の薄膜トランジスタＢ〜Ｃでは、薄膜トランジスタ間の特性ばらつきが１０％程度に抑えられることが確認された。

これに対して、水素含有シリコン系絶縁膜１３中の水素量のうち、ｂ）［Ｎ−Ｈ］量が増加するにともない、薄膜トランジスタのＩｄｓ特性が低下し、かつ特性ばらつきが拡大することが分かる。

このことは、水素含有シリコン系絶縁膜１３中のｃ）［Ｓｉ−Ｈ］量が８×１０²¹個／ｃｍ³以上とし、さらにｂ）［Ｎ−Ｈ］＜ｃ）［Ｓｉ−Ｈ］として微結晶シリコン薄膜７ａの水素化アニールを行うことにより、水素含有シリコン系絶縁膜１３で構成されたチャネル保護層１３ａから微結晶シリコン薄膜７ａに対して十分な量の水素が供給され、チャネル領域を構成するシリコン薄膜の欠陥準位を完全に補完することが可能であることを示している。

以上のように、実施形態の薄膜トランジスタの製造方法によれば、チャネル領域における欠陥準位を完全に補完することができ、これによって素子間で均一な特性を有するだけではなく、さらに薄膜トランジスタの電気特性の向上が図られることが確認された。この結果、薄膜トランジスタサイズのさらなる微細化および低消費電力化を図ることが可能になる。

尚、上述した実施の形態では、チャネル保護層１３ａおよびパッシベーション膜１９の両方を、水素含有シリコン系絶縁膜として形成し、パッシベーション膜１９を成膜した後に水素化アニールを行う手順を説明した。しかしながら本発明は、チャネル保護層１３ａおよびパッシベーション膜１９の何れか一方を水素含有シリコン系絶縁膜として形成すれば良い。そして、水素化アニール処理を行う手順は、この水素含有シリコン系絶縁膜が形成された後であれば、どの工程で行っても良い。ただし、水素化アニール処理を行う段階において、水素含有シリコン系絶縁膜として形成する膜と微結晶シリコン薄膜７ａとの間に配置される膜は、水素を透過する材質で構成することが重要である。しかしながら、水素含有シリコン系絶縁膜１３からなるチャネル保護層１３ａと微結晶シリコン膜７ａとを直接接する構成とすることで、水素化アニールの際のチャネル保護層１３ａから微結晶シリコン膜７ａへの水素の供給が容易になるため好ましい。

また、図１（２）を用いて説明した非晶質シリコン薄膜７にレーザ光Ｌｈを照射して微結晶シリコン薄膜７ａとする結晶化アニールは、別の工程手順で行っても良い。この場合、水素含有量の多い非晶質シリコン薄膜７は、結晶化アニールによって水素含有量の少ない微結晶シリコン薄膜７ａとなる。このため、水素含有量が減少する結晶化アニールの後に水素化アニールを行う構成とすることが効率的である。また、水素含有シリコン系絶縁膜１３は、微結晶シリコン膜７ａの上層に設けられることに限定されず、微結晶シリコン膜７ａの下層に設けた構成としても良い。ただし、結晶化アニールの工程においての水素含有シリコン系絶縁膜１３の水素突沸による膜とびを防止するために、結晶化アニールは、水素含有シリコン系絶縁膜１３を形成する以前に行うことが好ましい。このことからすれば、水素含有シリコン系絶縁膜は、微結晶シリコン薄膜７ａの上部に積層させることが好ましい。

＜表示装置の製造方法＞
図６は実施形態の表示装置の製造方法を説明するための図であり、アクティブマトリックス方式の有機ＥＬ表示装置の１画素分の断面構成を示す図である。

先ず、上述した手順によって、基板１上の表示領域に複数の薄膜トランジスタＴｒを形成するまでを行う。これらの薄膜トランジスタＴｒは、例えば後述する画素回路の駆動トランジスタとして設けられていることとする。またこの薄膜トランジスタＴｒの形成プロセスと同一プロセスを適用して、ここでの図示を省略した画素回路を構成する他の素子および配線を形成する。

次に、パッシベーション膜１９上に、平坦化絶縁膜２１を成膜し、この平坦化絶縁膜２１にソース／ドレイン電極１７ｓｄの一方に達する接続孔２１ａを形成する。次に、接続孔２１ａを介してソース／ドレイン電極１７ｓｄに接続された下部電極２３を、平坦化絶縁膜２１上にパターン形成する。この下部電極２３は、有機電界発光素子ＥＬの陽極（または陰極）として用いられるものであり、画素毎にパターン形成されていることとする。

次に、下部電極２３の中央部分を広く露出して周縁を覆う状態で絶縁性パターン２５を形成する。この絶縁性パターン２５の開口部分が画素開口となる。

その後、絶縁性パターン２５から露出した下部電極２３を覆う状態で、有機材料を用いて構成される発光機能層２７を形成する。この発光機能層２７は、少なくとも有機発光層を備えており、例えば陽極側から正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層などを必要に応じて積層成膜して形成する。

次に、発光機能層２７を覆う状態で、上部電極２９を形成する。この上部電極２９は、有機電界発光素子ＥＬの陰極（または陽極)として用いられるものであり、全画素に共通の電極として形成されていることとする。

以上により、平坦化絶縁膜２１上に、下部電極２３と上部電極２９との間に有機発光層を含む発光機能層を挟持してなる有機電界発光素子ＥＬを形成する。この有機電界発光素子ＥＬは、下部電極２３において薄膜トランジスタＴｒを接続された構成となっている。

次に、基板１の有機電界発光素子ＥＬ(下部電極２３）形成面側に封止基板３１を対向配置し、接着性の封止剤を介して基板１と封止基板とを貼合せ、表示装置３５を完成させる。

以上のような表示装置の製造方法によれば、有機電界発光素子ＥＬに接続させる薄膜トランジスタＴｒが図１〜３を用いて説明した本発明手順によって製造されたものであるため、素子間においての特性が均一であり電気特性の向上が図られている。したがって、このような各薄膜トランジスタに各有機電界発光素子ＥＬを接続させた各画素を有する表示装置３５は、画素間の輝度ばらつきが抑えられた良好な表示特性を有し、かつ低消費電力化が図られたものとなる。

＜表示装置の回路構成＞
図７は、以上のような表示装置の一構成例を説明するための概略の回路構成図である。この図に示すように、表示装置３５を構成する基板１上には、表示領域１ａとその周辺領域１ｂとが設定されている。表示領域１ａには、複数の走査線４１と複数の信号線４３とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して１つの画素が設けられた画素アレイ部として構成されている。また表示領域１ａには、全画素に共通の電源供給線（Ｖｃｃ）４５が配線されている。一方、周辺領域１ｂには、走査線４１を走査駆動する走査線駆動回路４７と、輝度情報に応じた映像信号（すなわち入力信号）を信号線４３に供給する信号線駆動回路４９とが配置されている。

走査線４１と信号線４３との各交差部に設けられる画素回路は、例えばスイッチング用の薄膜トランジスタＴｒ１、駆動用の薄膜トランジスタＴｒ２、保持容量Ｃｓ、および有機電界発光素子ＥＬで構成されている。図６に示した薄膜トランジスタＴｒは、各画素回路に配置される駆動用の薄膜トランジスタＴｒ２である。

このような回路構成の表示装置３５では、走査線駆動回路４７による駆動により、スイッチング用の薄膜トランジスタＴｒ１を介して信号線４３から書き込まれた映像信号が保持容量Ｃｓに保持され、保持された信号量に応じた電流が駆動用の薄膜トランジスタＴｒ２から有機電界発光素子ＥＬに供給され、この電流値に応じた輝度で有機電界発光素子ＥＬが発光する。

尚、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素回路内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成しても良い。また、周辺領域１ｂには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路が追加される。

＜適用例＞
以上説明した本発明に係る表示装置は、図８〜図１２に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。以下に、本発明が適用される電子機器の一例について説明する。

図８は、本発明が適用されるテレビを示す斜視図である。本適用例に係るテレビは、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１を含み、その映像表示画面部１０１として本発明に係る表示装置を用いることにより作成される。

図１１は、本発明が適用されるデジタルカメラを示す図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。

図１２は、本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。

図１３は、本発明が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。

図１４は、本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。

実施形態の薄膜トランジスタの製造方法を示す断面工程図（その１）である。 実施形態の薄膜トランジスタの製造方法を示す断面工程図（その２）である。 実施形態の薄膜トランジスタの製造方法を示す断面工程図（その３）である。 実施形態の手順で各薄膜トランジスタＡ〜Ｄを作製した際の水素含有シリコン系絶縁膜中の水素量を示すグラフである。 図４の各薄膜トランジスタＡ〜Ｄに付いて測定したＩｄｓ特性（Ｖｇｓ＝２０Ｖ、Ｖｄｓ＝１０Ｖ）と、そのばらつき（uniformity）とを示すグラフである。 実施形態の表示装置の製造方法を示す断面図である。 実施形態の表示装置の回路構成の一例を示す図である。 本発明が適用されるテレビを示す斜視図である。 本発明が適用されるデジタルカメラを示す図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。 本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。 本発明が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。 本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。

符号の説明

１…基板、３…ゲート電極、５…ゲート絶縁膜、７…非晶質シリコン薄膜、７ａ…微結晶シリコン薄膜、１３…水素含有シリコン系絶縁膜、１３ａ…エッチングストッパ層（水素含有シリコン系絶縁膜）、１５…不純物含有シリコン膜、１５ｓｄ…ソース／ドレイン、１９…パッシベーション膜（水素含有シリコン系絶縁膜）、３５…表示装置、ＥＬ…有機電界発光素子、Ｔｒ…薄膜トランジスタ

Claims (11)

1. 基板上に、チャネル領域を構成するシリコン薄膜と、シリコンに結合した水素［Ｓｉ−Ｈ］を８×１０²¹個／ｃｍ³以上含む水素含有シリコン系絶縁膜とを積層成膜する工程と、
   前記シリコン薄膜に対して前記水素含有シリコン系絶縁膜から水素を導入するための水素化アニール処理を行う工程と、
   を特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
2. 請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記水素含有シリコン系絶縁膜は窒化シリコン膜を有する
   ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
3. 請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記水素含有シリコン系絶縁膜は、窒素に結合した水素［Ｎ−Ｈ］よりもシリコンに結合した水素［Ｓｉ−Ｈ］を多く含む
   ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
4. 請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記水素含有シリコン系絶縁膜中における水素含有量は、シリコンに結合した水素［Ｓｉ−Ｈ］量と窒素に結合した水素［Ｎ−Ｈ］量との合計が３×１０²²個／ｃｍ³以下である
   ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
5. 請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記窒化シリコン膜の成膜においては、シランガスとアンモニアガスとを成膜ガスに用い、シランガスの流量によってシリコンに結合した水素［Ｓｉ−Ｈ］の量を制御し、アンモニアガスの流量によって窒素に結合した水素［Ｎ−Ｈ］の量を制御したＣＶＤ成膜を行う
   ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
6. 請求項２記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記窒化シリコン膜の成膜においては、成膜温度を２００〜３００℃としたＣＶＤ成膜を行う
   ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
7. 請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記水素含有シリコン系絶縁膜は、前記シリコン薄膜の上部に成膜される
   ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
8. 請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記シリコン薄膜として非晶質シリコン薄膜を成膜し、前記水素化アニール処理を行う工程の前に前記シリコン薄膜を結晶化する工程を行う
   ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
9. 請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
   前記水素化アニール処理される前記シリコン薄膜は、微結晶性を備えたシリコン薄膜に対して行われる
   ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
10. 請求項１記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
    前記シリコン薄膜と水素含有シリコン系絶縁膜とを積層成膜する工程の前に、
    前記基板上にゲート電極を形成し、当該ゲート電極を覆う状態でゲート絶縁膜を形成する工程を行い、
    前記シリコン薄膜と水素含有シリコン系絶縁膜とを積層成膜する工程の後に、
    前記シリコン薄膜上において前記ゲート電極に積層される形状に前記水素含有シリコン系絶縁膜をパターニングしてチャネル保護層を形成する工程と、
    前記チャネル保護層を覆うと共に前記シリコン薄膜に接する状態で不純物含有シリコン膜を成膜する工程と、
    前記チャネル保護層上において前記不純物含有シリコン膜をパターンエッチングによって分割し、当該チャネル保護層の両脇において前記シリコン薄膜に積層形成された当該不純物含有シリコン膜からなるソース／ドレインを形成する工程とを行う
    ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
11. 薄膜トランジスタを有する画素駆動回路に発光素子を接続させた表示装置の製造方法であって、
    前記薄膜トランジスタを作製する際には、
    基板上に、チャネル領域を構成するシリコン薄膜と、シリコンに結合した水素［Ｓｉ−Ｈ］を８×１０²¹個／ｃｍ³以上含む水素含有シリコン系絶縁膜とを積層成膜する工程と、
    前記シリコン薄膜に対して前記水素含有シリコン系絶縁膜から水素を導入するための水素化アニール処理を行う工程と、
    を特徴とする表示装置の製造方法。

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