JP2009231641A - Thin film transistor and active matrix display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタ及びアクティブマトリクス型表示装置に関する。 The present invention relates to a thin film transistor and an active matrix display device.
薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)は、液晶表示装置や有機EL表示装置等に広く用いられている。
TFTの活性層としてアモルファスシリコンを用いたアモルファスシリコンTFTには、移動度の向上と閾値の安定化が望まれており、これに対し、活性層に微結晶シリコンを用いたTFTの開発が精力的に行われている。すなわち、ゲート界面のアモルファスシリコンの部分を微結晶化させることで、移動度を向上させたり、閾値変動を抑えることができる。
Thin film transistors (TFTs) are widely used in liquid crystal display devices, organic EL display devices, and the like.
Amorphous silicon TFTs that use amorphous silicon as the active layer of the TFT are required to improve mobility and stabilize the threshold. On the other hand, the development of TFTs using microcrystalline silicon as the active layer is energetic. Has been done. That is, by making the amorphous silicon portion of the gate interface microcrystallized, mobility can be improved and threshold fluctuation can be suppressed.
一方、TFTの構造の1つとして、チャネルが形成される半導体層を保護するための、例えば窒化シリコンなどからなるチャネル保護層を有するTFTがある。このチャネル保護層型のTFTは、チャネル保護層を有しないバックチャネルカット型TFTに比べ、バックチャネル側の半導体層の損傷を低減することができるため、高性能かつ高信頼性を発揮できる。 On the other hand, as one of the TFT structures, there is a TFT having a channel protective layer made of, for example, silicon nitride for protecting a semiconductor layer in which a channel is formed. Since this channel protective layer type TFT can reduce the damage of the semiconductor layer on the back channel side as compared with the back channel cut type TFT having no channel protective layer, it can exhibit high performance and high reliability.
上記の微結晶シリコンとチャネル保護層とを組み合わせた構造のTFTの場合、微結晶シリコンの上に設けられるチャネル保護層と微結晶シリコンとの密着性が低く、チャネル保護層が剥がれ、歩留まり(生産性)や性能、信頼性に悪影響を与える。
また、チャネル保護層をパターニングする際、チャネル保護層をエッチングした後に露出した微結晶シリコンの粒界からエッチャントが下部の絶縁膜との界面に染み込み、微結晶シリコンが剥がれたり、また、微結晶シリコンとチャネル保護層との界面からしみ込み、しみ込んだエッチャントが微結晶シリコンの粒界を経て微結晶シリコンの下のゲート絶縁膜を傷つけたり、さらには、チャネル保護層をエッチングした後に露出する微結晶シリコンが粒界から酸化し、コンタクト不良を起こし、歩留まり(生産性)や性能、信頼性に悪影響を与えることがある。
In the case of a TFT having a structure in which the above-described microcrystalline silicon and a channel protective layer are combined, the adhesion between the channel protective layer and the microcrystalline silicon provided on the microcrystalline silicon is low, and the channel protective layer is peeled off, yield (production) Performance), performance, and reliability.
Further, when patterning the channel protective layer, the etchant permeates into the interface with the lower insulating film from the grain boundary of the microcrystalline silicon exposed after the channel protective layer is etched, and the microcrystalline silicon is peeled off or the microcrystalline silicon is peeled off. And the etchant soaked through the interface between the channel protective layer and the microcrystalline silicon through the grain boundary, damages the gate insulating film under the microcrystalline silicon, or exposes the microcrystal exposed after etching the channel protective layer. Silicon may oxidize from the grain boundaries, causing contact failures and adversely affecting yield (productivity), performance, and reliability.
一方、特許文献1には、チャネル保護層を用いないバックチャネルカット型TFTにおいて、微結晶シリコンの上にアモルファスシリコン層を設けたTFTが開示されている。しかし、このTFTは、チャネル保護層を有しないため、半導体層の表面に損傷があり、性能と信頼性の点で改善の余地があった。
本発明は、高移動度、高信頼性、高生産性のチャネル保護層型薄膜トランジスタ及びアクティブマトリクス型表示装置を提供する。 The present invention provides a channel protection layer thin film transistor and an active matrix display device with high mobility, high reliability, and high productivity.
本発明の一態様によれば、絶縁層の上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極の上に、ゲート絶縁膜を介して設けられた微結晶シリコン層と、前記微結晶シリコン層の上に設けられたチャネル保護層と、前記微結晶シリコン層と前記チャネル保護層との間に設けられ、非晶質の材料からなる密着性向上層と、前記微結晶シリコン層及び前記密着性向上層の少なくともいずれかの上に設けられ、互いに離間したソース電極及びドレイン電極と、を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタが提供される。 According to one embodiment of the present invention, a gate electrode provided over an insulating layer, a microcrystalline silicon layer provided over the gate electrode with a gate insulating film interposed therebetween, and an upper surface of the microcrystalline silicon layer. A channel protective layer provided on the surface, an adhesion improving layer made of an amorphous material provided between the microcrystalline silicon layer and the channel protective layer, and the microcrystalline silicon layer and the adhesion improving layer. There is provided a thin film transistor comprising a source electrode and a drain electrode provided on at least one of the electrodes and spaced apart from each other.
本発明の別の一態様によれば、マトリクス状に配置された、請求項1〜5のいずれか1つに記載の複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのそれぞれのゲート電極に接続されたゲート線と、前記薄膜トランジスタのそれぞれのソース電極及びそれぞれのドレイン電極のいずれか一方に接続された信号線と、前記薄膜トランジスタのそれぞれのソース電極及びそれぞれのドレイン電極のいずれか他方に接続された画素電極と、前記画素電極に与えられる電気信号によって、光学特性の変化と、発光と、の少なくともいずれかを生ずる光学素子と、を備えたことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, a plurality of thin film transistors according to any one of
本発明によれば、高移動度、高信頼性、高生産性のチャネル保護層型薄膜トランジスタ及びアクティブマトリクス型表示装置が提供される。 According to the present invention, a channel protection layer type thin film transistor and an active matrix type display device having high mobility, high reliability, and high productivity are provided.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、本願明細書及び以下の各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタの構造を例示する模式的断面図である。
図1に表したように、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ10は、少なくとも表面に絶縁層が設けられた基板105の上に、下から順に、ゲート電極110、ゲート絶縁膜120、微結晶シリコン層140、非晶質の密着性向上層150、チャネル保護層160を備える。
そして、微結晶シリコン層140及びチャネル保護層160を覆うように離間して設けられたソース電極181とドレイン電極180をさらに備える。そして、微結晶シリコン層140(チャネル保護層160の一部も含めて)と、ソース電極181及びドレイン電極との間には、コンタクト層170が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present specification and the following drawings, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with reference to the previous drawings, and the detailed description will be omitted as appropriate.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of a thin film transistor according to the first embodiment of the invention.
As shown in FIG. 1, the
In addition, the semiconductor device further includes a
すなわち、薄膜トランジスタ10は、表面絶縁性の基板105の上に設けられたゲート電極110と、ゲート電極110の上に、ゲート絶縁膜120を介して設けられた微結晶シリコン層140と、微結晶シリコン層140の上に設けられたチャネル保護層160と、微結晶シリコン層140とチャネル保護層160との間に設けられ、非晶質からなる密着性向上層150と、微結晶シリコン層140及び密着性向上層150の少なくともいずれかの上に、離間して設けられたソース電極181及びドレイン電極180を備える。そして、微結晶シリコン層140及び密着性向上層150の少なくともいずれかと、ソース電極181と、の間、及び、微結晶シリコン層140及び密着性向上層150の少なくともいずれかと、ドレイン電極180との間に設けられたコンタクト層170と、を備える。
なお、上記において、ソース電極181とドレイン電極180とを互いに入れ替えても良い。
That is, the
Note that in the above, the
基板105には、例えば、透光性のガラス基板が用いられる。ただし、これに限らず、例えば、シリコンやステンレスのような非透光性の基体の上に絶縁層を設けたものを用いても良い。すなわち、基板105は、表面絶縁性であれば良い。
For the
ゲート電極110には、例えば、MoW、Ta、Wのような高融点金属を用いることができ、また、ヒロック対策を施したAlを主成分とするAl合金やより低抵抗のCuを用いても良い。ただし、本発明はこれに限らず、導電性の各種の材料を用いることができる。
For the
ゲート絶縁膜120には、例えば、酸化シリコン(SiOx)を用いることができる。但し、本発明はこれに限らず、窒化シリコン(SiNx)や酸窒化シリコンなども用いることができ、さらには、これらの膜の積層膜を用いても良い。ただし、本発明は、これには制限されない。
For the
微結晶シリコン層140は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)で形成される。そして、微結晶シリコン層140においては、例えば、透過電子顕微鏡で格子像が観察されたり、ラマン分光分析において、ラマンシフトがアモルファスシリコン由来の480cm−1から500〜520cm−1へ変わる。
なお、微結晶シリコン層140の層厚は、電気的特性の確保のために、30nm程度あれば良く、具体的に、信頼性を向上させるためには、界面層のみ微結晶シリコンとすれば良く、微結晶シリコン層140の層厚は、10nm〜60nm程度とすることができる。
The
Note that the thickness of the
チャネル保護層160には、可動イオン耐性の高い、窒化シリコンが用いられる。但し、本発明はこれに限らず、酸化シリコンや酸窒化シリコン等を用いることができる。
For the channel
コンタクト層170には、例えば、PやAsを大量に(例えば数atm%で)含んだn+シリコン層を用いることができる。
For the
ソース電極181とドレイン電極180には、例えば、Mo/Al/MoやTi/Al/Ti等の積層膜等の各種の導電性材料を用いることができる。
For the
なお、薄膜トランジスタ10の耐久性を向上するために、図1に例示した構造の全体を覆うように、例えば、SiNx等の絶縁物からなるパッシベーション膜が形成されることが多いが、図1では省略されている。
In order to improve the durability of the
そして、密着性向上層150には、チャネル保護層160と微結晶シリコン層140との間の密着性を向上させる、非晶質材料を用いることができる。
そして、微結晶シリコン層140のチャネル保護層160との界面までの領域における導電性、あるいは、微結晶シリコン層140とコンタクト層170との導電性を確保するために、密着性向上層150には、非晶質の半導体材料を用いることができる。
図1に例示した薄膜トランジスタ10では、密着性向上層150として、ノンドープの非晶質(アモルファス)シリコンが用いられている。ただし、本発明はこれに限らず、密着性向上層150には、例えば、炭化シリコン(SiC)やGe系の非晶質半導体や、例えば、酸化シリコンなどの非晶質絶縁体を用いることができる。
The
In order to ensure conductivity in a region of the
In the
これにより、チャネル保護層160と微結晶シリコン層140との密着性が向上し、チャネル保護層160の剥離を防止でき、歩留まり(生産性)や性能、信頼性が向上する。また、チャネル保護層160をパターニングする際のエッチャントの微結晶シリコン層140へのしみ込みを防止でき、ゲート絶縁膜120の損傷や微結晶層の剥がれが防止でき、また、微結晶シリコン層140が粒界から酸化すことによるコンタクト不良を防止でき、歩留まり(生産性)や性能、信頼性が向上する。
This improves the adhesion between the channel
このように、本実施形態に係る薄膜トランジスタ10によって、高移動度、高信頼性、高生産性のチャネル保護層型薄膜トランジスタが提供できる。
As described above, the
なお、後述するように、透光性の基板105を用い、裏面露光法によって、ゲート電極110に対してチャネル保護層160を自己整合的に形成する場合は、活性層となる微結晶シリコン層140とその上に設けられる密着性向上層150の合計の層厚は、100nm以下が望ましい。また既に述べたように、微結晶シリコン層140の層厚が25nm〜60nmであることを考慮すると、密着性向上層150の層厚は、10nm〜75nmが好ましく、10〜50nmがより好ましい。
Note that, as described later, in the case where the light-transmitting
また、図1に例示したように、一般的に、チャネル保護層160の基板垂直方向から見たときの外形は、微結晶シリコン層140の外形より小さい。本実施形態に係る薄膜トランジスタ10においては、密着性向上層150は、チャネル保護層160と微結晶シリコン層140の間に設けられれば良いので、図1に例示したように、密着性向上層150の基板垂直方向から見た時の平面形状は、チャネル保護層160の基板垂直方向から見た時の平面形状と実質的に同じとすることができる。
ただし、これに限らず、密着性向上層150の基板垂直方向から見た時の平面形状は、チャネル保護層160の基板垂直方向から見た時の平面形状より大きくしても良い。
Further, as illustrated in FIG. 1, generally, the outer shape of the channel
However, the present invention is not limited to this, and the planar shape of the
(第1の比較例)
図2は、第1の比較例の薄膜トランジスタの構造を例示する模式的断面図である。
図2に表したように、第1の比較例の薄膜トランジスタ90は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ10に対して、密着性向上層が設けられていない。すなわち、微結晶シリコン層140とチャネル保護層160を有するチャネル保護層型薄膜トランジスタである。そして、チャネル保護層160には、窒化シリコンが用いられている。
この場合、チャネル保護層160と微結晶シリコン層140との密着性が低く、チャネル保護層160が剥がれ、歩留まりや性能、信頼性に悪影響を与える。
(First comparative example)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of the thin film transistor of the first comparative example.
As shown in FIG. 2, the
In this case, the adhesiveness between the channel
微結晶シリコンは、非晶質(アモルファス)シリコンに比べて、他の表面(この場合はチャネル保護層160)に対する密着性が低い。これは、微結晶シリコンの場合、結晶成長する際に、結晶の粒界に応力が働き、また、他の表面に存在する微視的な凹凸形状と微結晶シリコンの結晶粒界との形状が一致せず、不整合が生じると考えられ、その結果、他の表面との密着性を低下させると推測される。特に水素を含む微結晶シリコンの場合、ダングリングボンドが水素で終端される。さらにチャネル保護層がプラズマCVD法等で成膜された比較的低温のシリコン窒化膜の場合、アモルファスシリコンと同様に膜中、膜表面に水素を多量に含み界面のダングリングボンドが水素で終端されることにより、化学的な親和力によって密着性が向上される効果も期待できないため、特に密着力が低下する。このため、本比較例の場合、チャネル保護層160が剥がれやすい。
Microcrystalline silicon has lower adhesion to other surfaces (in this case, the channel protective layer 160) than amorphous silicon. This is because, in the case of microcrystalline silicon, stress acts on the crystal grain boundary during crystal growth, and the shape of the microscopic irregularities existing on other surfaces and the crystal grain boundary of microcrystalline silicon It is considered that mismatching occurs without matching, and as a result, adhesion to other surfaces is assumed to be reduced. In particular, in the case of microcrystalline silicon containing hydrogen, dangling bonds are terminated with hydrogen. Furthermore, when the channel protective layer is a relatively low temperature silicon nitride film formed by plasma CVD or the like, a large amount of hydrogen is contained in the film surface in the same manner as amorphous silicon, and dangling bonds at the interface are terminated with hydrogen. As a result, the effect of improving the adhesiveness due to chemical affinity cannot be expected, and the adhesiveness is particularly reduced. For this reason, in the case of this comparative example, the channel
また、本比較例の場合、チャネル保護層160をパターニングする際のエッチャントが、微結晶シリコン層140の粒界を経てゲート絶縁膜120を傷つけ、また、さらには、チャネル保護層160をエッチングした後に露出する微結晶シリコン層140が、粒界から酸化し、コンタクト不良を起こし、歩留まりや性能、信頼性に悪影響を与える。
例えば、チャネル保護層160をエッチングする際に、希フッ酸を主とするウエットエッチング手法を用いた場合、活性層にアモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタでは、アモルファスシリコンがエッチングストッパーとなり、上記の問題は発生しない。しかし、本比較例の薄膜トランジスタ90のように、活性層として微結晶シリコン層140を用いた場合は、結晶粒界からのエッチャントのしみ込みによるゲート絶縁膜120への損傷が生じ、ゲート−ソース・ドレイン間のショートが発生したり、露出した微結晶シリコン層の剥がれが生じたりし、歩留まりが低下する。
Further, in the case of this comparative example, the etchant when patterning the channel
For example, when a wet etching method mainly using dilute hydrofluoric acid is used to etch the channel
これに対し、本実施形態に係る薄膜トランジスタ10は、非晶質からなる密着性向上層150を用いているので、他表面に存在する微視的な凹凸と非晶質からなる密着性向上層との界面は高度に一致し、不整合が生じないと考えられる。これにより、密着力が向上し、また、チャネル保護層160をパターニングする際のエッチャントの微結晶シリコン層140へのとしみ込みを防止でき、ゲート絶縁膜120の損傷や、微結晶シリコン層140が粒界から酸化すことによるコンタクト不良を防止でき、生産性や性能、信頼性が向上する。
On the other hand, since the
(第2の比較例)
図3は、第2の比較例の薄膜トランジスタの構造を例示する模式的断面図である。
図3に表したように、第2の比較例の薄膜トランジスタ91は、図1に例示した本実施形態に係る薄膜トランジスタ10に対して、チャネル保護層が設けられていない。すなわち、微結晶シリコン層140を有するバックチャネルカット型薄膜トランジスタである。そして、微結晶シリコン層140の上には、アモルファスシリコン層145が設けられている。
(Second comparative example)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of the thin film transistor of the second comparative example.
As shown in FIG. 3, the
なお、本比較例の薄膜トランジスタ91では、コンタクト層170、ソース電極181及びドレイン電極180の形成工程によるアモルファスシリコン層145の損傷の影響を低減するために、アモルファスシリコン層145の層厚は、例えば、100nmと、本実施形態に係る薄膜トランジスタ10における密着性向上層150の層厚である50nmより厚く設定されている。
In the
なお、特許文献1では、図3に例示した第2の比較例の薄膜トランジスタ91と類似の構造の薄膜トランジスタが開示されている。そして、コンタクト層170とアモルファスシリコン層145とが接合し、アモルファスシリコン層145と微結晶シリコン層140とが接合することにより、バンドギャップの不整合を低減し、欠陥を介したトンネリング伝導によるリーク電流を減少させるとしている。
In
しかしながら、特許文献1の薄膜トランジスタや本比較例の薄膜トランジスタ91は、チャネル保護層を有していないため、バックチャネル側の半導体層(この場合は、アモルファスシリコン層145)の表面が、製造プロセス中に損傷を受け、バックチャネルの界面準位に起因するリークや特性変動が生じるなど、性能及び信頼性が低い。
However, since the thin film transistor of
これに対し、本実施形態に係る薄膜トランジスタ10は、チャネル保護層160を有しており、また、チャネル保護層160の微結晶シリコン層140への密着性を、密着性向上層150によって向上させることができ、高移動度、高信頼性、高生産性のチャネル保護層型薄膜トランジスタが提供できる。
On the other hand, the
(第2の実施の形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタの構造を例示する模式的断面図である。
図4に表したように、本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ20では、図1に例示した薄膜トランジスタ10に対して、密着性向上層150の形状が異なっている。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of a thin film transistor according to the second embodiment of the invention.
As shown in FIG. 4, in the
すなわち、図1に例示した薄膜トランジスタ10では、密着性向上層150の基板垂直方向から見た時の平面形状は、チャネル保護層160の基板垂直方向から見た時の平面形状と実質的に同じであったが、図4に例示する薄膜トランジスタ20では、密着性向上層150の基板垂直方向から見た時の平面形状は、微結晶シリコン層140の基板垂直方向から見た時の平面形状と実質的に同じとされている。この密着性向上層150の形状以外は、薄膜トランジスタ10と同様とすることができるので説明を省略する。
このような構造の薄膜トランジスタ20も、高移動度、高信頼性、高生産性のチャネル保護層型薄膜トランジスタが提供できる。
That is, in the
The
図5は、本発明の第2の実施形態に係る別の薄膜トランジスタの構造を例示する模式的断面図である。
図5に表したように、本発明の第2の実施形態に係る別の薄膜トランジスタ21では、図4に例示した薄膜トランジスタ20に対して、ゲート絶縁膜120の構造が異なっている。
すなわち、図4に例示した薄膜トランジスタ20では、ゲート絶縁膜120は、酸化シリコンからなる単層膜であったが、図5に例示した薄膜トランジスタ21では、ゲート絶縁膜120は、下側ゲート絶縁膜(例えば酸化シリコン膜)121と上側ゲート絶縁膜(例えば窒化シリコン膜)130とが積層された積層構造を有している。このゲート絶縁膜120以外は、薄膜トランジスタ20と同様とすることができるので説明を省略する。
このような構造の薄膜トランジスタ21も、高移動度、高信頼性、高生産性のチャネル保護層型薄膜トランジスタが提供できる。
また、薄膜トランジスタ21は、ゲート絶縁膜120が積層構造とされているため、ゲート絶縁膜120が単層の薄膜トランジスタ20や薄膜トランジスタ10に比べ、さらに電気特性が安定し、高性能で高信頼性の薄膜トランジスタを提供することができる。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of another thin film transistor according to the second embodiment of the invention.
As shown in FIG. 5, in another
That is, in the
The
In addition, since the
なお、図4及び図5に例示した薄膜トランジスタ20、21のように、密着性向上層150の基板垂直方向から見た時の平面形状が、微結晶シリコン層140の基板垂直方向から見た時の平面形状と実質的に同じ場合は、密着性向上層150と微結晶シリコン層140の形状加工を同時に実施することが可能であり、生産性がさらに向上する利点がある。
Note that, as in the
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態は、上記の薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型表示装置である。以下、一例として、図5に例示した薄膜トランジスタ21を採用したアクティブマトリクス型液晶表示装置について説明する。
(Third embodiment)
The third embodiment is an active matrix display device using the above thin film transistor. Hereinafter, as an example, an active matrix liquid crystal display device using the
図6は、本発明の第3の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の要部の構成構造を例示する模式図である。
すなわち、図6(a)は、本発明の第3の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置30の要部である、1つの画素の構成を例示する模式的平面図であり、図6(b)は、図6(a)のA−A線断面図である。なお、図6(b)は、図6(a)より拡大して図示しされている。
図6に表したように、本発明の第3の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置30は、マトリクス状に配置された上記の薄膜トランジスタ21を備えており、図6はそのうちの1つの要素の部分を例示している。
そして、アクティブマトリクス型表示装置30は、薄膜トランジスタ21のゲート電極110に接続された走査線210と、薄膜トランジスタ21のソース電極181に接続された信号線220と、薄膜トランジスタ21のドレイン電極180に接続された画素電極190と、画素電極190に与えられる電気信号によって、光学特性が変化する光学素子(この場合は液晶層)と、を備える。
FIG. 6 is a schematic view illustrating the configuration structure of the main part of an active matrix display device according to the third embodiment of the invention.
That is, FIG. 6A is a schematic plan view illustrating the configuration of one pixel, which is a main part of the active
As shown in FIG. 6, the active
The active
なお、液晶層は、画素電極190と対向して設けられた対向電極(図示しない)と、画素電極190との間に設けられる。
また、上記において、ソース電極181とドレイン電極180とは互いに入れ替えても良い。
また、図6に例示したアクティブマトリクス型表示装置30は、走査線210に対して平行に設けられた補助容量線230と補助容量電極240をさらに有している。
Note that the liquid crystal layer is provided between the
In the above description, the
In addition, the active
なお、上記において、光学素子は、液晶層に限らず、例えば有機EL層のように電気信号によって発光するものでも良い。すなわち、光学素子は、電気信号によって、光学特性が変化する、及び、発光する、の少なくともいずれかを行う。 In the above, the optical element is not limited to the liquid crystal layer, and may be one that emits light by an electrical signal, such as an organic EL layer. That is, the optical element changes at least one of optical characteristics and emits light according to an electrical signal.
図7は、本発明の第3の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置の等価回路を例示する回路図である。
図7に表したように、本発明の第3の実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置30の1つの要素においては、光学素子300となる液晶層301は、画素電極190と対向電極310とに挟まれた電気的負荷であり、それが、補助容量電極240で形成される補助容量Csと並列に接続される。そして、これらは、薄膜トランジスタ21を介して信号線220と接続され、走査線210によって薄膜トランジスタ21のゲート電極110を、順次オン・オフし、所望の電荷を液晶層301に書き込み、アクティブマトリクス型表示装置30は表示を行う。
FIG. 7 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of an active matrix display device according to the third embodiment of the invention.
As shown in FIG. 7, in one element of the active
(実施例)
本実施形態に係るアクティブマトリクス型表示装置30の1つの実施例として、その製造方法を説明する。
図8は、本発明の実施例に係るアクティブマトリクス型表示装置の要部の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図9は、図8に続く工程順模式的断面図である。
これらの図中、左側は薄膜トランジスタの部分の領域を例示し、右側は走査線パッド部212の領域を例示している。
(Example)
As an example of the active
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view in order of the processes, illustrating the method for manufacturing the main part of the active matrix display device according to the example of the invention.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view in order of the processes following FIG.
In these drawings, the left side exemplifies the region of the thin film transistor portion, and the right side exemplifies the region of the scanning
図8(a)に表したように、まず、ガラスからなる基板105の上に、下地層106としてSiO2を成膜した後、走査線210とゲート電極110となるMoW膜を形成した後、パターニングし、ゲート電極110及び走査線パッド部212を形成した。
As shown in FIG. 8A, first, after forming a SiO 2 film as the
次に、図8(b)に表したように、ゲート絶縁膜120となるSiOx膜(下側ゲート絶縁膜121)とSiNx膜(上側ゲート絶縁膜130)をプラズマCVD法により成膜し、そして、真空を破らずに連続して、微結晶シリコン層140となる微結晶シリコン膜141を30nmの厚みでプラズマCVD法を用いて成膜し、引き続き、密着性向上層150となるアモルファスシリコン膜151を20nmの厚みで成膜し、チャネル保護層160となるSiN膜161を200nmの厚みで成膜した。
本実施例のように、SiOx膜(下側ゲート絶縁膜121)からSiN膜161まで、真空を破らずに連続的に成膜することで、不純物が混入することを避けることができる。
また、上記において、微結晶シリコン膜141は、シラン及び水素の混合ガスにより成膜した。この時、シランと水素の流量比は、微結晶シリコン膜141となる条件の一例として、シラン=2に対して水素=100の割合とし、投入するRFパワー密度は0.6W/cm2とした。成膜速度は、約0.2nm/sである。
一方、アモルファスシリコン膜151は、シランと水素の流量比は、シラン=15に対して水素=100とし、投入するRFパワー密度は0.12W/cm2とした。成膜速度は、1nm/sである。
Next, as shown in FIG. 8B, a SiOx film (lower gate insulating film 121) and a SiNx film (upper gate insulating film 130) to be the
As in this embodiment, by continuously forming the SiOx film (the lower gate insulating film 121) to the
In the above, the
On the other hand, in the
次ぎに、図8(c)に表したように、基板105の表面102の上へのレジスト形成と、基板105の裏面101からの紫外線照射とによる裏面露光法を利用したフォトリソグラフィーと、希フッ酸を主とするウエットエッチングにより、SiN膜161を加工して、ゲート電極110に対して自己整合的にチャネル保護層160を形成した。
この際、裏面101からの紫外線照射を利用するためには、生産性を考えると、微結晶シリコン膜141とアモルファスシリコン膜151との合計の膜厚は100nm以下が望ましい。
また、ゲート電極110に正の電位を印加した場合にチャネルが形成される領域は、せいぜい30nm程度であるので、成膜速度の遅い微結晶シリコン膜141の厚さは、250〜60nmとするのが好ましい。そして、アモルファスシリコン膜151の厚さは、10〜75nmが好ましく、さらに10〜50nmがより好ましい。
Next, as shown in FIG. 8C, photolithography using a backside exposure method by forming a resist on the
At this time, in order to use ultraviolet irradiation from the
In addition, when a positive potential is applied to the
次に、図8(d)に表したように、コンタクト層170となるn+シリコン膜171を全面に形成した。
なお、チャネル保護層160のパターニング後、n+シリコン膜171を形成するまでの間、アモルファスシリコン膜151は、微結晶シリコン膜141が大気にさらされて、粒界が酸化されるのを防ぐ。
Next, as shown in FIG. 8D, an n + silicon film 171 to be the
Note that the
次に、図9(a)に表したように、n+シリコン膜171、アモルファスシリコン膜151及び微結晶シリコン膜141を所定の形状にパターニングして、コンタクト層170、密着性向上層150及び微結晶シリコン層140を形成した。
Next, as shown in FIG. 9A, the n + silicon film 171, the
次に、図9(b)に表したように、ITO(Indium-Tin-Oxide)からなる透明電極膜を全面に40nmスパッタ成膜し、その後所定の形状にパターニングして、画素電極190を形成した。
Next, as shown in FIG. 9B, a transparent electrode film made of ITO (Indium-Tin-Oxide) is sputtered to 40 nm on the entire surface, and then patterned into a predetermined shape to form a
次に、図9(c)に表したように、走査線210の周辺回路との接続パッド用に、走査線パッド部212の上の絶縁膜(下側ゲート絶縁膜121、上側ゲート絶縁膜130)を除去した。
Next, as illustrated in FIG. 9C, an insulating film (a lower
そして、図9(d)に表したように、信号線220、ソース電極181及びドレイン電極180となる、厚さ50nmのMo、厚さ300nmのAl、及び、厚さ50nmのMoをスパッタ成膜し、所定の形状にパターニングして、信号線220、ソース電極181、ドレイン電極180、及び、走査線パッド部212の導電部213を形成した。
Then, as shown in FIG. 9D, the
この後、保護膜として、SiNを200nmの厚さでプラズマCVDにより成膜し、電極取り出し用のパッドや画素電極の上の保護膜を除去し、その後、対向電極を有する対向基板と組み合わせ、その間に液晶を封入し、偏光板等の光学素子、周辺回路及びバックライトを組み込み、図6に例示したアクティブマトリクス型表示装置30を作製した。
After that, as a protective film, SiN is formed to a thickness of 200 nm by plasma CVD, the protective film on the electrode extraction pad and the pixel electrode is removed, and then combined with the counter substrate having the counter electrode, Liquid crystal was sealed in, and an optical element such as a polarizing plate, a peripheral circuit, and a backlight were incorporated to produce an active
このようにして作製したアクティブマトリクス型表示装置30の薄膜トランジスタ21は、密着性向上層150を用いない、例えば、図2に例示した薄膜トランジスタ90に比べ、点欠陥の起こる確率が低い。この要因は、微結晶シリコン層140とチャネル保護層160との密着性不足による薄膜トランジスタの特性不良が低減されたことであり、また、補助容量電極240のショートによる点欠陥が減少することである。そして、チャネル保護層160であるSiN膜をエッチングする際の、エッチャントのしみ込みによる補助容量電極240用の絶縁膜へのアタックが減少したためと考えられる。
The
また、このように作製した薄膜トランジスタ21は、密着性向上層150を用いない、例えば、図2に例示した薄膜トランジスタ90に比べ、薄膜トランジスタの電界移動度が高いことがわかった。この原因は明らかではないが、薄い活性層を用いた場合、ゲート電極110との界面のみでなく、バックゲート界面の状態も薄膜トランジスタの電気特性に影響を与えると考えられ、微結晶シリコン層140とチャネル保護層160との界面(例えば第1の比較例)よりも、密着性向上層150とチャネル保護層160との界面(本実施例)の方が、界面の状態が良好であるためと推測される。
In addition, it was found that the
以上、本実施形態の薄膜トランジスタをアクティブマトリクス型液晶表示装置に適応した場合の例を説明したが、本発明はこれに限らず、例えばアクティブマトリクス型有機EL(Electro Luminescence)表示装置に適用することもできる。
図10は、本発明の第3の実施形態に係る別のアクティブマトリクス型表示装置の等価回路を例示する回路図である。
図10(a)は、アクティブマトリクス型有機EL表示装置の等価回路の一例であり、図10(b)は、別のアクティブマトリクス型有機EL表示装置の等価回路の一例である。
図10(a)に表したように、本実施形態に係るアクティブマトリクス型有機EL表示装置60は、画素選択用の第1トランジスタTr1と、電源線320に接続され、有機EL302を駆動する画素駆動用のトランジスタDTrを備えている。これら第1トランジスタTr1と画素駆動用のトランジスタDTrに上記の実施形態に係る薄膜トランジスタを使用できる。
また、図10(b)に表したように、本実施形態に係る別のアクティブマトリクス型有機EL表示装置61は、画素選択用の第1〜第4トランジスタTr1〜Tr4と、画素駆動用のトランジスタDTrを備えている。第2トランジスタTr2のゲートは、n番目の走査線210nに接続され、第1トランジスタTr1及び第4トランジスタTr4のゲートは、(n−1)番目の走査線210n−1に接続されている。これら第1〜第4トランジスタTr1〜Tr4及び画素駆動用のトランジスタDTrに、上記の実施形態に係る薄膜トランジスタを使用できる。
これらのアクティブマトリクス型有機EL表示装置60、61は、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタを使用しているので、高移動度、高信頼性、高生産性のチャネル保護層型薄膜トランジスタを用いることにより、高表示性能、高信頼性、高生産性のアクティブマトリクス型表示装置を提供できる。
特に、DTrやTr3は、ほとんどの駆動時間中、ゲートに正の電位がかかるため、TFTとして高信頼性が要求される。
The example in which the thin film transistor of the present embodiment is applied to an active matrix liquid crystal display device has been described above. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to, for example, an active matrix organic EL (Electro Luminescence) display device. it can.
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of another active matrix display device according to the third embodiment of the invention.
FIG. 10A is an example of an equivalent circuit of an active matrix organic EL display device, and FIG. 10B is an example of an equivalent circuit of another active matrix organic EL display device.
As shown in FIG. 10A, the active matrix organic
As shown in FIG. 10B, another active matrix organic
Since these active matrix type organic
In particular, since a positive potential is applied to the gate of DTr or Tr3 during most of the driving time, high reliability is required as a TFT.
なお上記の各実施形態において、ゲート電極110の材料や、信号線220の材料などは、適時変更して使用できる。また、微結晶シリコン層140と接するゲート絶縁膜120は、SiO2でも良く、また、ゲート絶縁膜120と微結晶シリコン層140との間に、非常に薄い(5nm以下)のアモルファスシリコンが挿入されていても良い。
In each of the above embodiments, the material of the
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、薄膜トランジスタ及びアクティブマトリクス型表示装置を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した薄膜トランジスタ及びアクティブマトリクス型表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての薄膜トランジスタ及びアクティブマトリクス型表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, with regard to the specific configuration of each element constituting the thin film transistor and the active matrix display device, those skilled in the art can implement the present invention in the same manner by selecting appropriately from a known range, and the same effect can be obtained. As long as it is within the scope of the present invention.
Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
In addition, all thin film transistors and active matrix display devices that can be implemented by those skilled in the art based on the above-described thin film transistors and active matrix display devices as embodiments of the present invention are also included in the gist of the present invention. As long as it is included, it belongs to the scope of the present invention.
In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .
10、20、21、90、91 薄膜トランジスタ
30、60、61 アクティブマトリクス型表示装置
101 裏面
102 表面
105 基板
106 下地層
110 ゲート電極
120 ゲート絶縁膜
121 下側ゲート絶縁膜
130 上側ゲート絶縁膜
140 微結晶シリコン層
141 非結晶シリコン膜
145、151 アモルファスシリコン膜
150 密着性向上層
160 チャネル保護層
161 SiN膜
170 コンタクト層
171 n+シリコン膜
180 ドレイン電極
181 ソース電極
190 画素電極
210、210n、210n−1 走査線
212 走査線パッド部
213 導電部
220 信号線
230 補助容量線
240 補助容量電極
300 光学素子
301 液晶層
302 有機EL層
310 対向電極
320 電源線
10, 20, 21, 90, 91
Claims (6)
前記ゲート電極の上に、ゲート絶縁膜を介して設けられた微結晶シリコン層と、
前記微結晶シリコン層の上に設けられたチャネル保護層と、
前記微結晶シリコン層と前記チャネル保護層との間に設けられ、非晶質の材料からなる密着性向上層と、
前記微結晶シリコン層及び前記密着性向上層の少なくともいずれかの上に設けられ、互いに離間したソース電極及びドレイン電極と、
を備えたことを特徴とする薄膜トランジスタ。 A gate electrode provided on the insulating layer;
A microcrystalline silicon layer provided over the gate electrode via a gate insulating film;
A channel protective layer provided on the microcrystalline silicon layer;
An adhesion improving layer made of an amorphous material provided between the microcrystalline silicon layer and the channel protective layer;
A source electrode and a drain electrode provided on at least one of the microcrystalline silicon layer and the adhesion improving layer and spaced apart from each other;
A thin film transistor comprising:
前記薄膜トランジスタのそれぞれのゲート電極に接続されたゲート線と、
前記薄膜トランジスタのそれぞれのソース電極及びそれぞれのドレイン電極のいずれか一方に接続された信号線と、
前記薄膜トランジスタのそれぞれのソース電極及びそれぞれのドレイン電極のいずれか他方に接続された画素電極と、
前記画素電極に与えられる電気信号によって、光学特性の変化と、発光と、の少なくともいずれかを生ずる光学素子と、
を備えたことを特徴とするアクティブマトリクス型表示装置。 A plurality of thin film transistors according to any one of claims 1 to 5, arranged in a matrix,
A gate line connected to each gate electrode of the thin film transistor;
A signal line connected to one of each source electrode and each drain electrode of the thin film transistor;
A pixel electrode connected to one of the source electrode and the drain electrode of the thin film transistor;
An optical element that generates at least one of a change in optical characteristics and light emission by an electrical signal applied to the pixel electrode;
An active matrix display device comprising:
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WO2012117972A1 (en) * | 2011-03-03 | 2012-09-07 | シャープ株式会社 | Thin-film transistor, method for manufacturing same, and display device |
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2008
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