JP2010165961A - Thin-film transistor, display device, and method of manufacturing the same - Google Patents

Thin-film transistor, display device, and method of manufacturing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a TFT with a small parasitic capacitance wherein the width of a gate electrode is made nearly as minimum as a processing size, in the TFT of bottom gate self-alignment type. <P>SOLUTION: The self-alignment type TFT is formed by the backside irradiation of the ultraviolet rays using the gate electrode as a mask, to a semiconductor layer consisting of an amorphous oxide containing In, Ga and Zn. The semiconductor layer is irradiated by ultraviolet rays so that high electric conduction is achieved to an extent where it functions as a source electrode from the gate electrode to a little interior due to the impact of the diffraction of ultraviolet rays, and it functions also as a drain electrode, as a result, the channel length serving as length somewhat shorter than the width of the gate electrode. Thereby, it is made possible to shorten the width of the gate electrode to nearly as minimum as a processing size. Accordingly, the TFT parasitic capacitance can also be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜トランジスタ、表示装置及びこれらの製造方法に関し、特に、金属酸化物系のアモルファス半導体薄膜を用いた薄膜トランジスタ、表示装置及びこれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film transistor, a display device, and a manufacturing method thereof, and more particularly to a thin film transistor, a display device, and a manufacturing method thereof using a metal oxide amorphous semiconductor thin film.

現在、アモルファスシリコン薄膜を用いた薄膜トランジスタ(以下、TFTという)が液晶表示装置等のスイッチング素子として利用され、テレビ受像機やパーソナルコンピューターのモニター等において実用化されている。その一方で、近年、金属酸化物系半導体薄膜を用いた半導体素子が注目されている。この薄膜は、低温で成膜することができ、また、可視光に対して透明な膜を形成できること等の特徴を有しており、プラスチック基板やフィルムなどの透明性基板上にフレキシブルで透明なTFTを形成することが可能である(特許文献1)。   Currently, thin film transistors (hereinafter referred to as TFTs) using an amorphous silicon thin film are used as switching elements for liquid crystal display devices and the like and are put into practical use in monitors for television receivers and personal computers. On the other hand, in recent years, semiconductor elements using metal oxide semiconductor thin films have attracted attention. This thin film can be formed at a low temperature and has a feature that a film transparent to visible light can be formed. It is flexible and transparent on a transparent substrate such as a plastic substrate or a film. A TFT can be formed (Patent Document 1).

また、TFTの活性層に用いる酸化物半導体膜として、In、Ga及びZnを含む酸化物から構成される半絶縁性の透明なアモルファス薄膜が知られており、これをチャネル層に用いるとともに、電気伝導度の大きなInGaZnO(ZnO)の層にAu膜を積層したものをソース・ドレイン電極として用いたトップゲート型TFTの構造が開示されており、さらに、アモルファスInGaZnO TFTはアモルファスシリコン薄膜トランジスタに比べて格段に大きな移動度を有することが開示されている(特許文献2)。そして、このような優れた特性を備えるTFTを、液晶表示装置だけではなく、他の表示装置にも利用できるようにすべく、現在活発な研究開発が行われている。 A semi-insulating transparent amorphous thin film made of an oxide containing In, Ga and Zn is known as an oxide semiconductor film used for an active layer of a TFT. and the structure of the top gate type TFT using a material obtained by laminating an Au film to a layer of conductivity of large InGaZnO 3 (ZnO) 4 as the source and drain electrodes is disclosed, additionally, amorphous InGaZnO 4 TFT is amorphous silicon thin film transistor It has been disclosed that the mobility is much higher than that of Patent Document 2 (Patent Document 2). Currently, active research and development is being conducted so that TFTs having such excellent characteristics can be used not only for liquid crystal display devices but also for other display devices.

特開2000−150900号公報JP 2000-150900 A 特開2006−165529号公報JP 2006-165529 A

従来、アモルファスシリコンを用いたボトムゲート型TFTを形成する場合、バックチャネル型TFTではゲート・ソース間寄生容量Cgs、ゲート・ドレイン間寄生容量Cgdが大きく、また、自己整合(セルフアライン)型のチャネル保護型のTFTにおいても、チャネル長Lが最小加工寸法Fの3倍程度必要となり、ゲート・ソース間寄生容量Cgs、ゲート・ドレイン間寄生容量Cgdを減少させることが困難であった。   Conventionally, when forming a bottom gate type TFT using amorphous silicon, a back channel type TFT has a large gate-source parasitic capacitance Cgs, a gate-drain parasitic capacitance Cgd, and a self-aligned channel. Even in the protection type TFT, the channel length L is required to be about three times the minimum processing dimension F, and it is difficult to reduce the gate-source parasitic capacitance Cgs and the gate-drain parasitic capacitance Cgd.

図4は、TFTの一従来例を示したものであり、アモルファスシリコンをTFTの半導体層とする自己整合型かつチャネル保護型のTFTの概略の断面の構造図である。同図(a)は、その平面構成図であり、同図(b)は同図(a)のB−B’線における矢視方向の概略の断面構成図である。なお、同図(a)においては、わかりやすく描くためにゲート絶縁膜13、パッシベーション層19を取り除いて記載している。なお、n+アモルファスシリコン層24s、24d、及びアモルファスシリコン半導体層14pは、これらの側端がソース電極25及びドレイン電極26の側端の一部と一致して成形されるため平面視で見ることができず、同図(a)の平面構成図には記載していない。また、本明細書において説明に用いる各図面では、便宜上、縮尺又は縦横比等を適宜変更している。   FIG. 4 shows a conventional example of a TFT, and is a schematic cross-sectional structural view of a self-aligned and channel protective TFT having amorphous silicon as a semiconductor layer of the TFT. FIG. 4A is a plan configuration diagram, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional configuration diagram in the direction of the arrow in the B-B ′ line in FIG. In FIG. 4A, the gate insulating film 13 and the passivation layer 19 are removed for easy understanding. Note that the n + amorphous silicon layers 24 s and 24 d and the amorphous silicon semiconductor layer 14 p are formed in such a manner that their side ends coincide with part of the side ends of the source electrode 25 and the drain electrode 26, so that they can be seen in a plan view. This is not possible and is not shown in the plan view of FIG. In each drawing used for description in this specification, the scale or aspect ratio is appropriately changed for convenience.

TFT20pは、基板11上に形成された遮光性金属からなるゲート電極12と、その上に形成され絶縁性を備えるゲート絶縁膜13と、ゲート絶縁膜13を介してゲート電極12の上を跨るように形成されているアモルファスシリコン半導体層14pとを含んで構成されている。そして、アモルファスシリコン半導体層14pの上に絶縁性のあるチャネル保護膜18p(エッチング保護膜とも呼ばれる)が、さらにその上にアモルファスシリコン半導体層14pよりも高い導電率を有する低抵抗半導体層であるn+アモルファスシリコン層24s及び24dが形成されている。そして、n+アモルファスシリコン層24s及び24dの上には、それぞれ金属からなるソース電極25及びドレイン電極26が形成され、さらにソース電極25及びドレイン電極26の上に絶縁性のあるパッシベーション層19が形成されている。そして、アモルファスシリコン半導体層14pの一部であるチャネル領域17pを挟んで、ソース領域15pとドレイン領域16pが形成されている。なお、ソース領域15p及びドレイン領域16pは、共にアモルファスシリコン半導体層14pの一部である。   The TFT 20p extends over the gate electrode 12 through the gate insulating film 13 formed on the gate electrode 12 made of a light-shielding metal, the gate insulating film 13 formed thereon and having insulating properties. And the amorphous silicon semiconductor layer 14p formed on the substrate. An insulating channel protective film 18p (also called an etching protective film) is formed on the amorphous silicon semiconductor layer 14p, and n + is a low-resistance semiconductor layer having a higher conductivity than the amorphous silicon semiconductor layer 14p. Amorphous silicon layers 24s and 24d are formed. A source electrode 25 and a drain electrode 26 made of metal are formed on the n + amorphous silicon layers 24 s and 24 d, respectively, and an insulating passivation layer 19 is formed on the source electrode 25 and the drain electrode 26. ing. A source region 15p and a drain region 16p are formed with a channel region 17p that is a part of the amorphous silicon semiconductor layer 14p interposed therebetween. The source region 15p and the drain region 16p are both part of the amorphous silicon semiconductor layer 14p.

このようなTFT20pの製造方法としては、まず、基板11上にゲート電極12とゲート絶縁膜13を順に形成した後、アモルファスシリコンからなる半導体層14pをCVD法により成膜する。次に、酸化シリコン系材料からなるチャネル保護膜18pを形成し、さらに、P(リン)を含むn+アモルファスシリコンからなる層24をCVD法により成膜する。その後にソース電極25とドレイン電極26となる金属層をスパッタ法等により成膜する。そして、この金属層の上に所定の形状でレジストを施した後、金属層をエッチングしてソース電極25とドレイン電極26を形成する。そして、同じレジストを利用してさらにエッチングすることによりn+アモルファスシリコン層24s、24dとアモルファスシリコン半導体層14pとを同一のPEP(Photo Engraving Process)でパターニングする。なお、チャネル領域17pはチャネル保護膜18pによってエッチングされないように保護される。その後、パッシベーション層19を形成することにより同図のTFT20pが形成される。   As a manufacturing method of such a TFT 20p, first, after sequentially forming a gate electrode 12 and a gate insulating film 13 on a substrate 11, a semiconductor layer 14p made of amorphous silicon is formed by a CVD method. Next, a channel protective film 18p made of a silicon oxide material is formed, and a layer 24 made of n + amorphous silicon containing P (phosphorus) is further formed by a CVD method. Thereafter, a metal layer to be the source electrode 25 and the drain electrode 26 is formed by sputtering or the like. Then, after applying a resist in a predetermined shape on the metal layer, the metal layer is etched to form the source electrode 25 and the drain electrode 26. Further, the n + amorphous silicon layers 24s and 24d and the amorphous silicon semiconductor layer 14p are patterned by the same PEP (Photo Engraving Process) by further etching using the same resist. The channel region 17p is protected from being etched by the channel protective film 18p. Thereafter, a passivation layer 19 is formed to form the TFT 20p shown in FIG.

チャネル保護膜18pは、酸化シリコン系の材料を成膜した後、その上にレジストを施し、ゲート電極12をシャドーマスクとして、裏面から、即ち、基板11の方向からチャネル保護膜18p側に向けて露光を行い(裏面露光)、さらに所定の表面露光及びエッチングを経ることによって形成される。これにより、チャネル保護膜18pは、ゲート電極12に対して自己整合的に形成されることになる(セルフアライン)。従って、チャネル保護膜18pのゲート電極12に対するチャネル長方向のズレは極めて小さく、また基板内でのばらつき(面内ばらつき)は極めて小さい。   The channel protective film 18p is formed by depositing a silicon oxide-based material, and then applying a resist thereon, and using the gate electrode 12 as a shadow mask, from the back surface, that is, from the direction of the substrate 11 toward the channel protective film 18p. It is formed by performing exposure (backside exposure) and further undergoing predetermined surface exposure and etching. As a result, the channel protective film 18p is formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 12 (self-alignment). Accordingly, the shift in the channel length direction of the channel protective film 18p with respect to the gate electrode 12 is extremely small, and the variation (in-plane variation) within the substrate is extremely small.

なお、この裏面露光の際に回折等の影響によりLs2及びLd2の距離だけゲート電極12のやや内側までレジストが露光されるため、チャネル保護膜18pの側端はゲート電極12の側端よりもそれぞれLs2及びLd2の寸法だけ内側に成形される。即ち、ゲート電極12のチャネル長方向の寸法Lgよりもこれらの寸法だけ小さく形成される。一般に、Ls2及びLd2の寸法は、例えば0.5ないし1.0μmの一定の寸法である。このようにチャネル長方向の寸法がやや短縮して形成されたチャネル保護膜18pであっても、チャネル保護膜18pのゲート電極12に対するチャネル長方向へのズレは基板のいずれの位置に形成されたTFTにおいても一定であって、面内ばらつきも極めて小さい。そして、このように形成されたTFT20pにおいては、半導体層14pのうちチャネル保護膜18pとゲート電極12とが平面視で重なり合う領域がチャネル領域17pとなるため、チャネル保護膜18pのチャネル長方向の寸法がTFT20pのチャネル長Lとなる。   Since the resist is exposed to the inner side of the gate electrode 12 by the distance of Ls2 and Ld2 due to the influence of diffraction or the like during the backside exposure, the side edge of the channel protective film 18p is more than the side edge of the gate electrode 12, respectively. Molded inward by the dimensions of Ls2 and Ld2. In other words, these dimensions are smaller than the dimension Lg of the gate electrode 12 in the channel length direction. In general, the dimensions of Ls2 and Ld2 are, for example, constant dimensions of 0.5 to 1.0 μm. Thus, even in the channel protective film 18p formed with a slightly shortened dimension in the channel length direction, the channel protective film 18p is displaced at any position on the substrate with respect to the gate electrode 12 in the channel length direction. The TFT is constant and the in-plane variation is extremely small. In the TFT 20p formed in this way, a region where the channel protective film 18p and the gate electrode 12 overlap in the plan view in the semiconductor layer 14p becomes the channel region 17p, and thus the dimension of the channel protective film 18p in the channel length direction. Becomes the channel length L of the TFT 20p.

なお、ソース領域15pの一部でありLs2にかかる領域15cは、ゲート絶縁膜13を挟んでゲート電極12と対向し、ゲート電極12と領域15cとが平面視で重なり合う。従って、この領域15cにおいては、ゲート・ソース間寄生容量Cgsのうちのゲート電極12と領域15cとの重なり合いによって生ずる寄生容量Cgs1が生じる。同様に、ドレイン領域16pの一部でありLd2にかかる領域16cにおいては、ゲート・ドレイン間寄生容量Cgdのうちのゲート電極12と領域16cとの重なり合いによって生ずる寄生容量Cgd1が生じる。これらの寄生容量については後述する。   A region 15c that is a part of the source region 15p and covers Ls2 faces the gate electrode 12 with the gate insulating film 13 interposed therebetween, and the gate electrode 12 and the region 15c overlap in plan view. Therefore, in this region 15c, a parasitic capacitance Cgs1 generated by the overlap between the gate electrode 12 and the region 15c in the gate-source parasitic capacitance Cgs is generated. Similarly, in the region 16c which is a part of the drain region 16p and is applied to Ld2, a parasitic capacitance Cgd1 generated by the overlap between the gate electrode 12 and the region 16c in the gate-drain parasitic capacitance Cgd is generated. These parasitic capacitances will be described later.

ソース電極25とドレイン電極26との間は、これらの下層に形成されたn+アモルファスシリコン層24s、24dと同様、最小加工寸法Fの距離だけ互いに離間して形成する必要がある。さらに、ソース電極25及びドレイン電極26を形成するときは、ソース電極25及びドレイン電極26のチャネル保護膜18pに対するマスクの合わせズレの寸法も加味する必要がある。最小加工寸法Fは、露光精度やエッチング加工精度等によって定まるが、例えば、液晶表示装置の分野では、Fは4ないし5μmである。仮にFを4μm、マスクの最大合わせズレ寸法を3.5μmとすると、ソース電極25(及びその下層に接続するn+アモルファスシリコン層24s)は、チャネル保護膜18pの側端からその内側の方向に少なくともLs1=3.5μm以上、延びて形成されるようにあらかじめパターン設計をしておく必要がある。ドレイン電極26についても同様にLd1は3.5μm以上必要となる。そうすると、Ls2=Ld2=0.5μmとすれば、ゲート電極12のチャネル長方向の寸法Lgは、少なくともLd2+Ld1+F+Ls1+Ls2=12μmという大きなものとなる。そして、チャネル長Lは11μmとなり、この寸法は上述のように最小加工寸法Fの約3倍程度の寸法となる。このようにチャネル長が長いTFTは集積化の妨げとなるばかりでなく、ゲート・ソース間寄生容量Cgs、ゲート・ドレイン間寄生容量Cgdを増加させることになる。後述のように、例えば負荷である液晶をソース電極に接続した液晶表示装置のような場合には、特にCgsの増加が問題となる。   It is necessary to form the source electrode 25 and the drain electrode 26 apart from each other by a distance of the minimum processing dimension F, similarly to the n + amorphous silicon layers 24s and 24d formed in these lower layers. Furthermore, when forming the source electrode 25 and the drain electrode 26, it is necessary to consider the size of the mask misalignment of the source electrode 25 and the drain electrode 26 with respect to the channel protective film 18p. The minimum processing dimension F is determined by exposure accuracy, etching processing accuracy, and the like. For example, in the field of liquid crystal display devices, F is 4 to 5 μm. If F is 4 μm and the maximum alignment displacement of the mask is 3.5 μm, the source electrode 25 (and the n + amorphous silicon layer 24s connected to the lower layer) is at least in the direction from the side edge of the channel protective film 18p to the inside thereof. It is necessary to design the pattern in advance so as to extend Ls1 = 3.5 μm or more. Similarly, for the drain electrode 26, Ld1 needs to be 3.5 μm or more. Then, if Ls2 = Ld2 = 0.5 μm, the dimension Lg of the gate electrode 12 in the channel length direction is at least as large as Ld2 + Ld1 + F + Ls1 + Ls2 = 12 μm. The channel length L is 11 μm, and this dimension is about three times the minimum processing dimension F as described above. Such a TFT having a long channel length not only hinders integration but also increases the gate-source parasitic capacitance Cgs and the gate-drain parasitic capacitance Cgd. As will be described later, for example, in the case of a liquid crystal display device in which a liquid crystal as a load is connected to a source electrode, an increase in Cgs becomes a problem.

チャネル長Lとゲート・ソース間寄生容量Cgs及びゲート・ドレイン間寄生容量Cgdとの関係は次のとおりである。TFT20pがオン状態(選択期間)からオフ状態(非選択期間)に移行する過渡時に、ソース領域15p及びドレイン領域16pの電位又は充電時間等は、Cgs1及びCgd1のみならず、オン状態であったチャネル領域17p(チャネル保護膜18pと平面視で重なり合う領域)とゲート電極12とが平面視で重なり合う領域における寄生容量の影響も受けるが、この寄生容量は、チャネル領域17pのソース側とドレイン側にほぼ二分される。チャネル領域17pの面積のほぼ半分に対応する寄生容量Cgs2がソース側の寄生容量Cgsに、残りの半分に対応する寄生容量がドレイン側の寄生容量Cgdに寄与する。従って、ゲート・ソース間寄生容量Cgsは、ゲート電極12とソース領域15pとが平面視で重なり合う領域の面積(Cgs1の分)と、チャネル領域17pの半分の面積(Cgs2の分)の合計によって左右され、Cgs1とCgs2とによって影響を受けることになる。そのため、チャネル長Lが長い場合にはCgs2が増加するため、ゲート・ソース間寄生容量Cgsも増加する。ドレイン側のCgdについても同様である。   The relationship between the channel length L, the gate-source parasitic capacitance Cgs, and the gate-drain parasitic capacitance Cgd is as follows. When the TFT 20p transitions from the on state (selection period) to the off state (non-selection period), the potential or the charging time of the source region 15p and the drain region 16p is not only the Cgs1 and Cgd1, but the channel that was in the on state. Although the region 17p (region overlapping the channel protective film 18p in plan view) and the gate electrode 12 are also affected by parasitic capacitance in the plan view, this parasitic capacitance is almost on the source side and drain side of the channel region 17p. Divided into two. The parasitic capacitance Cgs2 corresponding to almost half of the area of the channel region 17p contributes to the source-side parasitic capacitance Cgs, and the parasitic capacitance corresponding to the other half contributes to the drain-side parasitic capacitance Cgd. Therefore, the gate-source parasitic capacitance Cgs depends on the sum of the area of the region where the gate electrode 12 and the source region 15p overlap in plan view (for Cgs1) and the half area of the channel region 17p (for Cgs2). And is affected by Cgs1 and Cgs2. Therefore, when the channel length L is long, Cgs2 increases, so that the gate-source parasitic capacitance Cgs also increases. The same applies to Cgd on the drain side.

このように、本従来例のような構造をもつTFTにおいては、Cgs1については、露光時の回折等による回り込みによって生じる分(Ls2にかかる領域15cの分)がCgs1に寄与するだけであるため、Cgs1を非常に小さくすることができ、さらに、Cgs1は、ソース電極及びドレイン電極形成のためのマスクがチャネル長方向にズレを生じても影響が少ない。しかし、このような従来構造のTFTはチャネル長Lが最小加工寸法Fの約3倍と長くなるため、Cgs2が大きく、結局、Cgsは大きなものとなる。Cgs2を小さくするにはチャネル幅Wを小さくすればよいが、駆動能力も小さくなってしまい問題が残る。その結果、従来のボトムゲート型自己整合型TFTは、チャネル長Lが最小加工寸法Fの約3倍程度必要となり、そのため、ゲート・ソース間寄生容量Cgs及びゲート・ドレイン間寄生容量Cgdを減少させることが困難であった。   As described above, in the TFT having the structure as in the conventional example, with respect to Cgs1, the amount generated by the wraparound due to diffraction or the like at the time of exposure (the portion of the region 15c relating to Ls2) only contributes to Cgs1. Cgs1 can be made very small, and Cgs1 has little influence even if the mask for forming the source electrode and the drain electrode is displaced in the channel length direction. However, since the TFT having such a conventional structure has a channel length L that is about three times as long as the minimum processing dimension F, Cgs2 is large and eventually Cgs is large. In order to reduce Cgs2, the channel width W may be reduced, but the driving capability is also reduced, and there remains a problem. As a result, in the conventional bottom gate type self-aligned TFT, the channel length L is required to be about three times the minimum processing dimension F. Therefore, the gate-source parasitic capacitance Cgs and the gate-drain parasitic capacitance Cgd are reduced. It was difficult.

以上を要約すれば、従来のボトムゲート型自己整合型TFTの場合、チャネル領域17p上のチャネル保護膜18pを裏面露光によってゲート電極12のチャネル長方向の寸法Lgより一回り小さく形成し、チャネル保護膜18pの側端において半導体層14pとソース電極25又はドレイン電極26とが電気的に接続していた。即ち、チャネル保護膜18pの幅でチャネル長Lが規定されていた。一方、ソース電極25とドレイン電極26との間隔は最小加工寸法Fに規定され、さらにはソース電極25及びドレイン電極26とチャネル保護膜18pとは、合わせズレを考慮した幅で互いに重なる必要があった。この結果、ゲート電極12のチャネル長方向の寸法Lgは最小加工寸法Fの約3倍程度必要であり、ゲート・ソース間寄生容量Cgs及びゲート・ドレイン間寄生容量Cgdを減少させることが困難であった。   In summary, in the case of the conventional bottom gate type self-aligned TFT, the channel protective film 18p on the channel region 17p is formed to be slightly smaller than the dimension Lg of the gate electrode 12 in the channel length direction by backside exposure, thereby protecting the channel. The semiconductor layer 14p and the source electrode 25 or the drain electrode 26 were electrically connected at the side end of the film 18p. That is, the channel length L is defined by the width of the channel protective film 18p. On the other hand, the distance between the source electrode 25 and the drain electrode 26 is defined by the minimum processing dimension F, and further, the source electrode 25, the drain electrode 26, and the channel protective film 18p need to overlap each other with a width in consideration of misalignment. It was. As a result, the dimension Lg of the gate electrode 12 in the channel length direction is required to be about three times the minimum processing dimension F, and it is difficult to reduce the gate-source parasitic capacitance Cgs and the gate-drain parasitic capacitance Cgd. It was.

なお、ボトムゲート型のTFTの他の構造として、上述のチャネル保護型TFT以外にも、チャネル保護膜を用いないいわゆるバックチャネル型TFTも提案されている。バックチャネル型のTFTでは最小加工寸法Fをチャネル長Lとして形成可能である。しかし、バックチャネル型のTFTはその構造上、ゲート電極とソース電極又はソース領域との重なり合いによるゲート・ソース間寄生容量Cgs1及びそのばらつきが大きくなりがちである。   As another structure of the bottom gate type TFT, a so-called back channel type TFT not using a channel protective film has been proposed in addition to the channel protective type TFT described above. In the back channel TFT, the minimum processing dimension F can be formed as the channel length L. However, due to the structure of the back channel TFT, the gate-source parasitic capacitance Cgs1 due to the overlap between the gate electrode and the source electrode or the source region and its variation tend to be large.

このようにCgs及びCgdが大きく、また、基板全体にわたってばらつく場合には、かかるTFTを例えば液晶の画素のスイッチング素子として液晶表示装置に使用すると、表示画面上での輝度のばらつきや輝度むらが顕著となるという不具合を生ずる。液晶に電界を印可する画素電極が接続される側をソースと呼ぶとすれば、Cgsの存在により、上記過渡時に画素電位がいわゆる突き抜け電圧(フィードスルー電圧)分だけ低下して液晶の表示品質が劣化するだけでなく、Cgsがばらつくことよって突き抜け電圧もばらつくこととなり、表示画面上での輝度のばらつきや輝度むらが一層顕著となる。そして、Cgsに起因する突き抜け電圧は、さらに、走査線の給電端から個々の画素内のTFTのゲート電極までの配線の長さ、言い換えれば、行方向の画素の位置によってもばらつく。即ち、走査線の分布抵抗や分布容量によって走査信号の波形のなまりが生じ、そのなまりの程度が給電端から遠ざかるにつれて大きくなる結果、いわゆる再充電効果によって、突き抜け電圧の大きさが給電端から遠ざかるにつれて小さくなることになり、表示画面上において、走査信号の給電端に近い画素に比べ、画素の輝度が給電端から遠ざかるにつれて変化するといういわゆる輝度の傾斜現象が生じる(特開2004−258498参考)。これらに加えて、マスクの合わせズレがθ方向に回転したズレである場合には、これらの突き抜け電圧のばらつきは複雑なものとなるため、特に、大画面の表示装置である場合においては画面全体における輝度等のバラツキや輝度むらを抑え、表示品質を向上させることが重要な課題となる。   Thus, when Cgs and Cgd are large and vary over the entire substrate, when such a TFT is used in a liquid crystal display device as a switching element of a liquid crystal pixel, for example, variation in luminance and luminance unevenness on the display screen are remarkable. The problem that it becomes becomes. If the side where the pixel electrode that applies an electric field to the liquid crystal is connected is called the source, the presence of Cgs causes the pixel potential to drop by the so-called penetration voltage (feedthrough voltage) during the transition, thereby improving the display quality of the liquid crystal. In addition to the deterioration, the Cgs varies, and the punch-through voltage also varies, and the variation in luminance and the luminance unevenness on the display screen become more remarkable. Further, the punch-through voltage caused by Cgs further varies depending on the length of the wiring from the feeding end of the scanning line to the gate electrode of the TFT in each pixel, in other words, the position of the pixel in the row direction. That is, the waveform of the scanning signal is rounded due to the distributed resistance or the distributed capacitance of the scanning line, and the degree of the rounding increases as the distance from the power supply end increases. As a result, the penetration voltage is moved away from the power supply end by the so-called recharging effect. This causes a so-called luminance gradient phenomenon in which the luminance of a pixel changes as it moves away from the power supply end as compared with a pixel close to the power supply end of the scanning signal on the display screen (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-258498). . In addition to these, when the mask misalignment is a misalignment rotated in the θ direction, the variation in the punch-through voltage becomes complicated, and particularly in the case of a large-screen display device, the entire screen. It is an important issue to improve display quality by suppressing variations in luminance and the like and luminance unevenness.

なお、液晶表示装置の場合にマスク合わせズレ等による突き抜け電圧の面内分布を低減する方法としては、従来と同等又はそれ以上の大きさの蓄積容量Csを備えるような構造にすればよいことが知られている。CLCを1画素あたりの液晶の容量とすれば、突き抜け電圧は、Cgs/(Cgs+CLC+Cs)に比例するため、このようにCgsに比べてCsを大きい容量のものにすることで突き抜け電圧自体を小さくするとともに、Cgsのばらつきによる突き抜け電圧のばらつきも小さくすることができる。しかし、Csを構成する一方の電極に遮光性のある金属を用いる場合にはCsによる遮光面積が増加するため、この方法では画素部の開口率の向上ができないという別の不具合が生じる。 In the case of a liquid crystal display device, as a method of reducing the in-plane distribution of the punch-through voltage due to mask misalignment or the like, a structure having a storage capacitor Cs having a size equal to or larger than that of the conventional one may be used. Are known. If the C LC and the liquid crystal capacitance per pixel, punch-through voltage is, Cgs / proportional to (Cgs + C LC + Cs) , the voltage itself penetration by those of larger capacity Cs compared Thus the Cgs And the variation in punch-through voltage due to the variation in Cgs can be reduced. However, when a light-shielding metal is used for one electrode constituting Cs, the light-shielding area due to Cs increases, and this method causes another problem that the aperture ratio of the pixel portion cannot be improved.

そして、チャネル保護型であれバックチャネル型であれ、TFTの半導体層として、例えば、In、Ga及びZnを含むような酸化物から構成される透明なアモルファス酸化物半導体を用いる場合には、このような半導体は一般に移動度が高いためTFTのサイズを小さくすることが可能となるが、露光精度やエッチング加工精度によって定まる最小加工寸法Fが変わらない限り、TFTのサイズを小さくすればそれだけマスク合わせズレの影響は相対的に大きくなる。従って、移動度の高い半導体を用いたTFTを表示装置等に使用しその高移動度という特徴を生かすためにも、TFTのチャネル長Lを短縮し、かつ自己整合型のTFTを形成して寄生容量Cgs及びCgdを低減させることが一層重要となる。   When a transparent amorphous oxide semiconductor composed of an oxide containing In, Ga and Zn, for example, is used as a semiconductor layer of a TFT, whether it is a channel protection type or a back channel type, this is the case. In general, since the mobility of such semiconductors is high, it is possible to reduce the size of the TFT. However, as long as the minimum processing size F determined by the exposure accuracy and etching processing accuracy does not change, the smaller the TFT size, the more the mask alignment shift. The effect of is relatively large. Therefore, in order to use a TFT using a semiconductor with high mobility for a display device or the like and take advantage of its high mobility, the channel length L of the TFT is shortened and a self-aligned TFT is formed to make a parasitic. It is more important to reduce the capacitances Cgs and Cgd.

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、TFTの寄生容量及びそのばらつきの小さいTFTの構造及びその製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、かかるTFTを用いて表示品質の高い表示装置及びその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a TFT structure having a small parasitic capacitance and variation thereof, and a manufacturing method thereof. Another object of the present invention is to provide a display device with high display quality using such TFT and a method for manufacturing the same.

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、遮光性を備えるゲート電極を基板に形成する第1工程と、該ゲート電極の上にゲート絶縁膜を形成する第2工程と、該ゲート絶縁膜の上にIn、Ga及びZnを含むアモルファス酸化物からなる半導体層を形成する第3工程と、該ゲート電極をシャドーマスクとして紫外線を該半導体層に向けて照射することにより、照射前の該半導体層よりも導電率の高いアモルファスのソース領域又はドレイン領域を構成する第4工程とを含むことを特徴とする。   The thin film transistor manufacturing method of the present invention includes a first step of forming a light-shielding gate electrode on a substrate, a second step of forming a gate insulating film on the gate electrode, and an In on the gate insulating film. , A third step of forming a semiconductor layer made of an amorphous oxide containing Ga and Zn, and by irradiating the semiconductor layer with ultraviolet light using the gate electrode as a shadow mask, the semiconductor layer is more conductive than the semiconductor layer before irradiation. And a fourth step of forming an amorphous source region or drain region having a high rate.

このように本発明は、薄膜トランジスタの半導体層の材料としてIn、Ga及びZnを含むアモルファス酸化物を用いているため、これに紫外線を照射することにより、半導体層の導電率を高くすることができる。そして、このような紫外線を半導体層の一部の領域に選択的に照射することにより、その照射された領域のみ導電率を高めることができる。従って、半導体層のうちソース領域及びドレイン領域となるべき領域に紫外線を選択的に照射することにより、電極として使用できる程度の導電率を備えるソース領域及びドレイン領域を構成することができる。従って、金属からなるソース電極及びドレイン電極と接続するために従来例のようにn+アモルファスシリコン層のような低抵抗半導体層を別途形成する必要がない。一方、半導体層のうち紫外線の照射がされてなかった領域の導電率は、照射前の導電率がそのまま維持されることになるため、薄膜トランジスタのチャネル領域となるべき領域には紫外線を照射しないようにすることにより、その領域は薄膜トランジスタのチャネルとして使用できる導電率を備える領域となる。   As described above, according to the present invention, the amorphous oxide containing In, Ga, and Zn is used as the material of the semiconductor layer of the thin film transistor. Therefore, the conductivity of the semiconductor layer can be increased by irradiating it with ultraviolet rays. . Then, by selectively irradiating a part of the semiconductor layer with such ultraviolet rays, the conductivity can be increased only in the irradiated region. Therefore, by selectively irradiating ultraviolet rays to regions to be the source region and the drain region in the semiconductor layer, a source region and a drain region having a conductivity that can be used as an electrode can be formed. Therefore, it is not necessary to separately form a low-resistance semiconductor layer such as an n + amorphous silicon layer as in the conventional example in order to connect to a source electrode and a drain electrode made of metal. On the other hand, the conductivity of the region of the semiconductor layer that has not been irradiated with ultraviolet rays is maintained as it was before the irradiation, so that the region that should become the channel region of the thin film transistor should not be irradiated with ultraviolet rays. Thus, the region becomes a region having conductivity that can be used as a channel of the thin film transistor.

しかも、本発明によれば、ゲート電極をシャドーマスクとして、紫外線を裏面照射することにより、ソース領域、ドレイン領域及びチャネル領域の三領域が、ゲート電極に対して自己整合的に形成されることになる(セルフアライン)。そして、このように自己整合的に形成された薄膜トランジスタのチャネル長Lは、紫外線の回折等の影響により、ゲート電極12のチャネル長方向の寸法Lgと同一又は寸法Lgよりもやや短い寸法となる。このようにして形成された薄膜トランジスタは、ゲート電極とソース領域又はドレイン領域との平面視での重なり合いが極めて少ないため、この重なり合いによって生ずるゲート・ソース間寄生容量Cgs1及びゲート・ドレイン間寄生容量Cgd1は極めて小さく、しかも、自己整合的に形成されたものであるから、Cgs1及びCgd1のばらつきも極めて小さい。   Moreover, according to the present invention, the three regions of the source region, the drain region, and the channel region are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode by irradiating the back surface with ultraviolet rays using the gate electrode as a shadow mask. (Self-alignment) The channel length L of the thin film transistor formed in such a self-alignment is the same as the dimension Lg in the channel length direction of the gate electrode 12 or slightly shorter than the dimension Lg due to the influence of ultraviolet diffraction or the like. In the thin film transistor thus formed, the overlap between the gate electrode and the source region or the drain region in plan view is very small. Therefore, the gate-source parasitic capacitance Cgs1 and the gate-drain parasitic capacitance Cgd1 generated by the overlap are as follows. Since it is extremely small and formed in a self-aligned manner, the variation in Cgs1 and Cgd1 is extremely small.

そして、上述のとおり、高導電化されたソース領域及びドレイン領域は自己整合的に形成され、ソース領域及びドレイン領域とチャネル領域とは必ず電気的に接続されているため、従来例のように、ソース電極とドレイン電極との間隔、及びn+アモルファスシリコン層同士の間隔を最小加工寸法F以上とし、かつ、マスク合わせズレがあってもソース電極、ドレイン電極及びn+アモルファスシリコン層が必ずチャネル領域の端部と接続するようにパターン設計をしなければならないという制約が解かれる。そのため、本発明においては、ゲート電極のチャネル長方向の寸法Lgは、最小加工寸法F程度で足り、従来のように最小加工寸法Fの3倍程度に大きくする必要がない。従って、本発明のTFTのチャネル長LもLgと同一又はLgよりもLs2及びLd2だけ短い寸法となり、チャネル長Lは従来に比べてほぼ1/3の寸法、即ちほぼ最小加工寸法Fと同一又はFよりもLs2及びLd2だけ短い寸法となる。その結果、Cgsのうちのチャネル長Lにより定まるCgs2が従来に比べて約1/3に低減される。また、従来例のようにソース電極及びドレイン電極がゲート電極に対するマスク合わせズレの影響を受けないため、Cgs2の面内ばらつき自体も減少する。このように、Cgs1及びCgs2の大きさとばらつきが小さくなるため、ゲート・ソース間寄生容量Cgsの大きさやバラつきも極めて小さくなる。ゲート・ドレイン間寄生容量Cgdについても同様である。   As described above, the highly conductive source and drain regions are formed in a self-aligned manner, and the source and drain regions and the channel region are always electrically connected. The distance between the source electrode and the drain electrode and the distance between the n + amorphous silicon layers are not less than the minimum processing dimension F, and the source electrode, the drain electrode, and the n + amorphous silicon layer are always at the end of the channel region even when there is a mask misalignment. The restriction that the pattern must be designed so as to connect to the part is solved. Therefore, in the present invention, the dimension Lg of the gate electrode in the channel length direction is about the minimum processing dimension F, and does not need to be increased to about three times the minimum processing dimension F as in the prior art. Therefore, the channel length L of the TFT of the present invention is also the same as Lg or shorter than Lg by Ls2 and Ld2, and the channel length L is approximately 1/3 of the conventional size, that is, substantially the same as the minimum processing dimension F or The dimension is shorter than F by Ls2 and Ld2. As a result, Cgs2 determined by the channel length L of Cgs is reduced to about 3 compared to the conventional case. Further, since the source electrode and the drain electrode are not affected by the mask misalignment with respect to the gate electrode as in the conventional example, the in-plane variation of Cgs2 itself is reduced. Thus, since the magnitude | size and dispersion | variation of Cgs1 and Cgs2 become small, the magnitude | size and variation of the gate-source parasitic capacitance Cgs become also extremely small. The same applies to the parasitic capacitance Cgd between the gate and the drain.

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記ゲート電極のチャネル長方向の寸法が、最小加工寸法であることを特徴とする。かかる構成をとることにより、チャネル長を短くすることができるため、チャネル長の寸法によって定まるCgs2及びCgd2を低減することができる。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記ソース領域又はドレイン領域の前記紫外線の照射後の抵抗は、前記薄膜トランジスタのオン抵抗よりも低いことを特徴とする。かかる構成をとることにより、ソース領域全体又はドレイン領域全体の抵抗による画像信号等の信号レベルの低下を小さくすることができる。   The thin film transistor manufacturing method of the present invention is characterized in that a dimension of the gate electrode in a channel length direction is a minimum processing dimension. By adopting such a configuration, the channel length can be shortened, so that Cgs2 and Cgd2 determined by the dimension of the channel length can be reduced. The thin film transistor manufacturing method of the present invention is characterized in that a resistance of the source region or the drain region after irradiation with the ultraviolet light is lower than an on-resistance of the thin film transistor. By adopting such a configuration, a decrease in signal level such as an image signal due to the resistance of the entire source region or the entire drain region can be reduced.

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記半導体層のチャネル領域の不純物濃度と前記ソース領域又は前記ドレイン領域の不純物濃度とが同じであることを特徴とする。かかる構成をとるため、従来のように、チャネル領域よりも導電率の高いソース領域又はドレイン領域を形成するにあたって、イオンドーピング等の処理をする必要がないため製造設備の合理化に寄与するだけでなく、これによるダメージを回避することができるため薄膜トランジスタの信頼性の向上につながる。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記紫外線を照射する光源は、面光源であることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、基板全体をカバーするような広い照射面積に対して一度に紫外線を一様に照射することができる。また、面光源を使用するため、光線スポットの狭小なレーザー光源の場合のように基板をスキャンする必要がなく、スキャンによる半導体層の二重照射も生じない。そのため、均一な照射エネルギーでもって紫外線を照射することができ、その結果、大面積の表示画面全体にわたって多数の薄膜トランジスタを形成する場合に、工程の簡素化、量産性の向上のみならず、薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑えて均一なものとすることができ、表示品質の高い、輝度ばらつきや輝度むらのない表示装置を得ることができる。   The thin film transistor manufacturing method of the present invention is characterized in that the impurity concentration of the channel region of the semiconductor layer is the same as the impurity concentration of the source region or the drain region. Because of this configuration, it is not necessary to perform a process such as ion doping when forming a source region or a drain region having a higher conductivity than the channel region as in the conventional case, which not only contributes to the rationalization of manufacturing equipment. Since damage due to this can be avoided, the reliability of the thin film transistor is improved. The thin film transistor manufacturing method of the present invention is characterized in that the light source for irradiating ultraviolet rays is a surface light source. Since this invention takes such a structure, it can irradiate an ultraviolet-ray uniformly at once to the wide irradiation area which covers the whole board | substrate. Further, since a surface light source is used, it is not necessary to scan the substrate as in the case of a laser light source with a narrow beam spot, and double irradiation of the semiconductor layer by scanning does not occur. Therefore, it is possible to irradiate ultraviolet rays with uniform irradiation energy, and as a result, in the case of forming a large number of thin film transistors over the entire display screen of a large area, not only simplification of the process and improvement of mass productivity but also the thin film transistor A variation in characteristics can be suppressed and uniform, and a display device with high display quality and free from variations in luminance and luminance can be obtained.

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記紫外線を照射する光源は、水銀ランプであることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、レーザー光源ではなく、特定の範囲の波長の紫外線を照射するランプを用いることができる。従って、レーザー光による基板の発熱等による不具合を回避することができ、また、プラスチックフィルム基板を使用することが可能となる。また、レーザー光照射装置に比べて安価な紫外線照射装置を使用できる。   The thin film transistor manufacturing method of the present invention is characterized in that the light source for irradiating ultraviolet rays is a mercury lamp. Since the present invention adopts such a configuration, a lamp that irradiates ultraviolet rays having a specific range of wavelengths can be used instead of a laser light source. Therefore, it is possible to avoid problems due to heat generation of the substrate by the laser light, and it is possible to use a plastic film substrate. Further, an ultraviolet irradiation device that is less expensive than a laser beam irradiation device can be used.

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記紫外線の波長は、270nmから450nmまでの範囲にわたることを特徴とする。このような波長の範囲の紫外線を照射することで、照射された半導体領域をソース電極及びドレイン電極として適正な程度まで導電率を向上することができる。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記第4工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、導電率を10倍(但し、0<n≦6)に増加させる場合に、(309・n)ないし(392・n)J/cmとすることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、目的導電率を設定すれば紫外線の積算照射エネルギー密度、照射時間等をあらかじめ計算することができる。 The thin film transistor manufacturing method of the present invention is characterized in that the wavelength of the ultraviolet ray ranges from 270 nm to 450 nm. By irradiating ultraviolet rays in such a wavelength range, the conductivity can be improved to an appropriate level using the irradiated semiconductor region as a source electrode and a drain electrode. In the method of manufacturing a thin film transistor of the present invention, the cumulative irradiation energy density of ultraviolet rays in the fourth step is (309 · n) to (309) when the conductivity is increased 10 n times (where 0 <n ≦ 6). 392 · n) J / cm 2 . Since the present invention has such a configuration, if the target conductivity is set, the cumulative irradiation energy density of ultraviolet rays, the irradiation time, and the like can be calculated in advance.

本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記第4工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、1332J/cm以上であることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとるため、ソース領域又はドレイン領域として機能するのに十分な導電率を有する半導体層を形成することができる。本発明の薄膜トランジスタの製造方法は、前記第4工程における紫外線の照射エネルギー密度は、100mJ/sec・cmであることを特徴とする。本発明は、かかる構成をとることにより、この照射エネルギー密度であれば、他の用途に用いられているような一般的な紫外線照射装置を使用して照射を行うことができる。従って、製造設備の合理化を図ることができる。 The thin film transistor manufacturing method of the present invention is characterized in that an integrated irradiation energy density of ultraviolet rays in the fourth step is 1332 J / cm 2 or more. Since the present invention has such a structure, a semiconductor layer having sufficient conductivity to function as a source region or a drain region can be formed. Manufacturing method of a thin film transistor of the present invention, the irradiation energy density of the ultraviolet in the fourth step, characterized in that it is a 100mJ / sec · cm 2. By adopting such a configuration, the present invention can perform irradiation using a general ultraviolet irradiation apparatus used for other purposes as long as the irradiation energy density is obtained. Therefore, rationalization of manufacturing equipment can be achieved.

本発明の表示装置の製造方法は、上記薄膜トランジスタの製造方法を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、該薄膜トランジスタにより光の変調が制御され表示に供する電気光学部材を配設する工程とを含むことを特徴とする。かかる構成をとることにより、本発明にかかる薄膜トランジスタを、光変調機能を有する電気光学部材によって表示がなされる表示装置において、光変調を制御する能動素子として使用することができ、各種の表示装置を製造することができる。このような電気光学部材としては、例えば、液晶、OLED(Organic Light Emitting Diode)や電気泳動にかかるマイクロカプセル等が考えられる。このような電気光学部材は、電気光学部材に印可する電圧又は電流の値によって光が変調される。例えば、液晶であれば偏光板等の光学部材との組み合わせにより透過光の変調をすることができ、また、自発光するOLEDであればその発光を変調することができ、表示装置に使用した場合にはいずれもこのような光の変調を画素の階調制御に利用することができる。そのため、印可する電圧又は電流を本発明にかかるTFTにより制御することによって階調を制御することができ、このような電気光学部材を表示に供する部材として使用することにより、寄生容量による影響が少なく表示品質の高い各種の表示装置、例えば、液晶表示装置、OLED表示装置、電子ペーパー等のEPID(ElectroPhoretic Image Display:電気泳動ディスプレー)等を製造することができる。   The display device manufacturing method of the present invention includes a step of forming a thin film transistor by using the above-described method of manufacturing a thin film transistor, and a step of disposing an electro-optic member that controls modulation of light by the thin film transistor and serves for display. Features. By adopting such a configuration, the thin film transistor according to the present invention can be used as an active element for controlling light modulation in a display device in which display is performed by an electro-optic member having a light modulation function. Can be manufactured. As such an electro-optical member, for example, a liquid crystal, an OLED (Organic Light Emitting Diode), a microcapsule for electrophoresis, or the like can be considered. In such an electro-optical member, light is modulated by the value of voltage or current applied to the electro-optical member. For example, in the case of a liquid crystal, the transmitted light can be modulated by a combination with an optical member such as a polarizing plate, and in the case of an OLED that emits light by itself, the light emission can be modulated. In any case, such light modulation can be used for pixel gradation control. Therefore, the gradation can be controlled by controlling the voltage or current to be applied by the TFT according to the present invention. By using such an electro-optical member as a member for display, the influence of parasitic capacitance is reduced. Various display devices with high display quality, such as liquid crystal display devices, OLED display devices, EPID (ElectroPhoretic Image Display) such as electronic paper, and the like can be manufactured.

本発明の表示装置の製造方法は、前記電気光学部材は液晶であることを特徴とする。かかる構成をとることにより、電気光学部材として液晶を用いた表示装置においては、表示品質の向上効果が一層明らかとなる。即ち、Cgsによる突き抜け電圧が減少し均一化されるため、表示画面上での輝度のばらつきや輝度むらが著しく低減され、表示品質を向上することができる。また、再充電効果も減少し、輝度の傾斜現象も低減されて表示品質が向上する。また、Cgsの値自体が小さくなりそのばらつきも減少するため、Cgs対策という観点からは蓄積容量Csも小さくすることができる。従って、蓄積容量Csを構成する遮光性の金属からなる電極の面積を小さくできるため、画素部の開口率が向上する。従って、輝度むらや輝度の傾斜が少なく表示品質が高い大画面の表示装置の製造方法を提供することができる。   The display device manufacturing method of the present invention is characterized in that the electro-optical member is a liquid crystal. By adopting such a configuration, in the display device using liquid crystal as the electro-optical member, the effect of improving the display quality becomes more apparent. That is, since the punch-through voltage due to Cgs is reduced and equalized, luminance variation and luminance unevenness on the display screen are remarkably reduced, and display quality can be improved. In addition, the recharging effect is reduced, the luminance gradient phenomenon is also reduced, and the display quality is improved. In addition, since the Cgs value itself is reduced and the variation thereof is reduced, the storage capacitor Cs can also be reduced from the viewpoint of measures against Cgs. Accordingly, the area of the electrode made of a light-shielding metal constituting the storage capacitor Cs can be reduced, so that the aperture ratio of the pixel portion is improved. Therefore, it is possible to provide a method for manufacturing a large-screen display device with little luminance unevenness and luminance gradient and high display quality.

本発明の薄膜トランジスタは、基板に形成された遮光性を備えるゲート電極と、該ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁膜と、チャネル領域と、該ゲート電極をシャドーマスクとして紫外線を該半導体層に向けて照射することにより照射前よりも導電率が高められたアモルファスのソース領域又はドレイン領域とを含み、該ゲート絶縁膜の上に形成されたIn、Ga及びZnを含むアモルファス酸化物からなる半導体層とを含むことを特徴とする。本発明の表示装置は、前記薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタにより光の変調が制御され表示に供する電気光学部材とを含むことを特徴とする。   The thin film transistor of the present invention includes a gate electrode having a light-shielding property formed on a substrate, a gate insulating film formed on the gate electrode, a channel region, and ultraviolet rays on the semiconductor layer using the gate electrode as a shadow mask. A semiconductor composed of an amorphous oxide containing In, Ga, and Zn formed on the gate insulating film, including an amorphous source region or drain region whose conductivity is higher than that before irradiation by irradiation And a layer. The display device of the present invention includes the thin film transistor, and an electro-optical member that controls light modulation by the thin film transistor and provides display.

本発明は、かかる構成を備えるため、寄生容量及びそのばらつきの小さい自己整合型ボトムゲート型TFTの構造及びその製造方法を提供することができる。また、本発明は、かかるTFTを用い表示品質の高い表示装置及びその製造方法を提供することができる。   Since the present invention has such a configuration, it can provide a structure of a self-aligned bottom-gate TFT with a small parasitic capacitance and its variation and a manufacturing method thereof. In addition, the present invention can provide a display device with high display quality using such a TFT and a manufacturing method thereof.

本発明の一実施形態であるTFTの製造工程の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing process of TFT which is one Embodiment of this invention. 本発明のアモルファスIGZO半導体層の導電率と紫外線照射時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electrical conductivity of the amorphous IGZO semiconductor layer of this invention, and ultraviolet irradiation time. 本発明の一実施形態である液晶表示装置の概略の構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention. 従来のTFTの概略の構成図である。It is a schematic block diagram of the conventional TFT.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、便宜上、本明細書においてはTFTのソース及びドレインのうち、負荷を接続する側をソースと呼び、他方をドレインと呼ぶこととするが、本発明は、ソースをドレインと呼び、またドレインをソースと呼んでもその作用、効果は同じである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For convenience, in this specification, of the TFT source and drain, the side to which the load is connected is called the source and the other is called the drain. However, in the present invention, the source is called the drain and the drain is called the drain. Even if it is called a source, its action and effect are the same.

[TFT]
図1(c)を参照しながら、ボトムゲート型TFTの構成を説明する。図1(c)は、パッシベーション層19の形成が終了した時のTFT20を示す概略の断面構成図である。TFT20は、基板11上に形成されたゲート電極12と、ゲート電極の上に形成された第1絶縁層であるゲート絶縁膜13と、ゲート絶縁膜13の上に形成され、ソース領域15、ドレイン領域16、及びチャネル領域17からなり、酸化物半導体からなる半導体層14とを含む。なお、半導体層14は、ゲート絶縁膜13を介してゲート電極12の上を跨るような位置に形成されており、半導体層14の一部であるチャネル領域17は、後述のようにゲート電極12に対して自己整合的に、ソース領域15とドレイン領域16との間に挟まれた位置に形成されている。そして、半導体層14の上に第2絶縁層であるチャネル保護膜18が形成され、ソース領域15及びドレイン領域16の上には、チャネル保護膜18を貫通するコンタクトホール23s及び23dを介してそれぞれソース領域15及びドレイン領域16と導通するソース電極25及びドレイン電極26が形成されている。また、これらは第3絶縁層であるパッシベーション層19によって覆われている。
[TFT]
The configuration of the bottom gate type TFT will be described with reference to FIG. FIG. 1C is a schematic cross-sectional configuration diagram showing the TFT 20 when the formation of the passivation layer 19 is completed. The TFT 20 is formed on the gate electrode 12 formed on the substrate 11, the gate insulating film 13 which is the first insulating layer formed on the gate electrode, and the gate insulating film 13. The semiconductor layer 14 includes a region 16 and a channel region 17 and includes an oxide semiconductor. Note that the semiconductor layer 14 is formed at a position over the gate electrode 12 with the gate insulating film 13 interposed therebetween, and the channel region 17 that is a part of the semiconductor layer 14 has a gate electrode 12 as described later. Is formed at a position sandwiched between the source region 15 and the drain region 16 in a self-aligning manner. Then, a channel protective film 18 as a second insulating layer is formed on the semiconductor layer 14, and on the source region 15 and the drain region 16 through contact holes 23 s and 23 d penetrating the channel protective film 18, respectively. A source electrode 25 and a drain electrode 26 that are electrically connected to the source region 15 and the drain region 16 are formed. These are covered with a passivation layer 19 which is a third insulating layer.

TFT20の各部材についてより詳細に説明する。基板11としては、絶縁性及び透明性を備える基板であるガラス基板又は石英基板等のほか、プラスチック系の基板を使用することができる。表示装置の表示の色を忠実に再現するためには、基板は可視光に対して透明であることがより望ましい。   Each member of the TFT 20 will be described in more detail. As the substrate 11, a plastic substrate can be used in addition to a glass substrate or a quartz substrate which is a substrate having insulation and transparency. In order to faithfully reproduce the display color of the display device, the substrate is more preferably transparent to visible light.

ゲート電極12は、第1金属層をパターニングすることにより形成される。第1金属層は、例えば、AlNd、Al、又はMoの単層膜、あるいはAlNd、Al、Mo、及びCuから選択された任意の要素を組み合わせて形成された積層膜でもよい。例えば、アクティブマトリックス表示装置の走査線や信号線のような配線についても第1金属層から形成するような場合であって、このような配線がAlを含み、しかも酸化物半導体やITO(インジウムスズ酸化物:Indium Tin Oxide)等の透明導電層と接続するような構造をとる可能性があるときには、第1金属層を積層構造とすることが望ましい。例えば、後工程においてITO等と接続される可能性のある上層はMoを含む金属とし、下層はAlNdのようなAlを含む金属層とすることが望ましい。このような材質や構造をとることにより、ITOとAlとの界面における電蝕を回避し、良好な電気的接続をとることができる。第1金属層の厚さは200nmから400nmが望ましく、より望ましくは300nmである。なお、TFT特性の外光による影響を防止する必要がある場合には、第1金属層は遮光性の高い材料を用いることが望ましい。   The gate electrode 12 is formed by patterning the first metal layer. The first metal layer may be, for example, a single layer film of AlNd, Al, or Mo, or a laminated film formed by combining arbitrary elements selected from AlNd, Al, Mo, and Cu. For example, a wiring such as a scanning line or a signal line of an active matrix display device is also formed from a first metal layer. Such a wiring contains Al, and an oxide semiconductor or ITO (indium tin) is used. When there is a possibility of connecting to a transparent conductive layer such as an oxide (Indium Tin Oxide), it is desirable that the first metal layer has a laminated structure. For example, an upper layer that may be connected to ITO or the like in a later process is preferably a metal containing Mo, and a lower layer is a metal layer containing Al, such as AlNd. By adopting such a material and structure, it is possible to avoid electrical corrosion at the interface between ITO and Al and to achieve good electrical connection. The thickness of the first metal layer is desirably 200 nm to 400 nm, and more desirably 300 nm. When it is necessary to prevent the TFT characteristics from being affected by external light, it is desirable to use a material with high light shielding properties for the first metal layer.

第1絶縁層であるゲート絶縁膜13は、その材質として、酸化シリコン系や窒化シリコン系のSiNx、SiOx 又はSiOxNyの単層膜、あるいはこれらを組み合わせた積層膜を使用することができる。また、液体性の酸化シリコンを用いることもできる。これにより、絶縁性と透明性のある層を形成することができる。ゲート絶縁膜13は、一般に、基板11全体を覆うように形成される。これにより、ゲート電極12はゲート絶縁膜13によって覆われる。ゲート絶縁膜13の膜厚は、100nmから500nmが望ましく、より望ましくは250nmから300nmである。   As the material of the gate insulating film 13 which is the first insulating layer, a silicon oxide-based or silicon nitride-based SiNx, SiOx or SiOxNy single layer film, or a laminated film in which these are combined can be used. Alternatively, liquid silicon oxide can be used. Thereby, an insulating and transparent layer can be formed. The gate insulating film 13 is generally formed so as to cover the entire substrate 11. As a result, the gate electrode 12 is covered with the gate insulating film 13. The thickness of the gate insulating film 13 is desirably 100 nm to 500 nm, and more desirably 250 nm to 300 nm.

半導体層14の材質は、In、Ga及びZnを含む酸化物(以下、IGZOという)からなる透明なアモルファス半導体であることが望ましい。半導体層14は、ソース領域15、ドレイン領域16及びチャネル領域17の3つの領域が互いに離間されることなく島状の一個の成形物として成形されている。半導体層14の成膜時にはこれらの3つの領域のいずれにおいてもその導電率は同じであるが、後述するように半導体層の成膜後の所定の工程において紫外線を選択的に照射することにより、チャネル領域17の導電率よりもドレイン領域16及びソース領域15の導電率が高くなるように形成される。紫外線照射と導電率との関係についても詳細は後述する。なお、半導体層14の厚さは、特に限定されないが、50nmから150nmが望ましく、より望ましくは100nm程度である。   The material of the semiconductor layer 14 is desirably a transparent amorphous semiconductor made of an oxide containing In, Ga, and Zn (hereinafter referred to as IGZO). The semiconductor layer 14 is formed as a single island-shaped molded product without the three regions of the source region 15, the drain region 16, and the channel region 17 being separated from each other. When the semiconductor layer 14 is formed, the conductivity is the same in any of these three regions, but as described later, by selectively irradiating ultraviolet rays in a predetermined step after the formation of the semiconductor layer, The drain region 16 and the source region 15 are formed to have higher conductivity than the channel region 17. Details of the relationship between ultraviolet irradiation and conductivity will be described later. The thickness of the semiconductor layer 14 is not particularly limited, but is preferably 50 nm to 150 nm, and more preferably about 100 nm.

第2絶縁層であるチャネル保護膜18の材質としては、透明性のある酸化シリコン系や窒化シリコン系を使用することができるが、酸化シリコン系が望ましい。チャネル保護膜18はIGZOと接するため、窒化シリコンをチャネル保護膜としてCVD法で形成する場合には、原料ガスの一つとして用いるアンモニアの窒素がIGZO中の酸素と結合してIGZO中の酸素を不足気味にする傾向があり、IGZOの特性が変化しやすい。酸化シリコン系であればこのような不都合は生じず、酸化シリコン系を使用することによりIGZOの組成を維持することができる。また、チャネル保護膜18は基板全面を覆うように形成される。これによって、半導体層14がチャネル保護膜18によって覆われる。なお、膜厚は200nm程度又はこれよりも薄くてもよい。   As a material of the channel protective film 18 which is the second insulating layer, a transparent silicon oxide system or silicon nitride system can be used, but a silicon oxide system is desirable. Since the channel protective film 18 is in contact with IGZO, when silicon nitride is used as a channel protective film by the CVD method, nitrogen of ammonia used as one of the source gases is combined with oxygen in the IGZO to convert oxygen in the IGZO. It tends to be deficient, and the characteristics of IGZO tend to change. Such inconvenience does not occur if the silicon oxide system is used, and the composition of IGZO can be maintained by using the silicon oxide system. The channel protective film 18 is formed so as to cover the entire surface of the substrate. As a result, the semiconductor layer 14 is covered with the channel protective film 18. The film thickness may be about 200 nm or thinner.

ソース電極25及びドレイン電極26は、第2金属層からパターニングされる。第2金属層の材料又は構造は特に限定されず、AlやMoの単層膜でもよいが、表示装置の信号線等の配線をも第2金属層によって形成する場合であって、上層にITO等の透明導電層が形成される可能性のあるときは、ITO等とAlとの間の電蝕を避けるために、積層構造とすることが望ましい。例えば、ITOと接する上層はMoとし下層はAlとするというような、AlとMoを組み合わせて形成された積層膜(積層配線)が望ましい。   The source electrode 25 and the drain electrode 26 are patterned from the second metal layer. The material or structure of the second metal layer is not particularly limited, and may be a single layer film of Al or Mo. However, in the case where wirings such as signal lines of the display device are also formed by the second metal layer, the upper layer is made of ITO. When a transparent conductive layer such as ITO is likely to be formed, a laminated structure is desirable in order to avoid electrolytic corrosion between ITO or the like and Al. For example, it is desirable to use a laminated film (laminated wiring) formed by combining Al and Mo, such that the upper layer in contact with ITO is Mo and the lower layer is Al.

また、半導体層の材料として酸化物半導体を用いる場合には、特に半導体層としてIGZOを用いる場合には、IGZOはITOと化学的特性が似ていることから、IGZOとAlとの界面でも同様な電蝕の問題を避けるために、AlとITO又はIGZOとを接続するときには、Mo−Al−Moのような3層構造の金属層を用い、ITOやIGZOがMoを介してAlと接続されるような構造にすることが望ましい。このように最上層及び最下層がMoを含む金属で構成される第2金属層を用いることにより、Moがいわゆるカバーメタルとして機能して電蝕反応が防止され、第2金属層の下層が酸化物半導体に接続し上層がITO等の透明導電層に接続するような場合でも、Alと酸化物半導体層との間、及びAlとITO等の透明導電層との間で生じやすい電蝕を防止し、低抵抗で良好なオーミックコンタクトを得ることができ、良好で信頼性の高い電気的接続をすることができる。第2金属層の厚さは200nmから400nmであり、より望ましくは300nmである。   In addition, when an oxide semiconductor is used as the material of the semiconductor layer, particularly when IGZO is used as the semiconductor layer, IGZO has similar chemical characteristics to ITO, so that the same is true at the interface between IGZO and Al. In order to avoid the problem of electric corrosion, when connecting Al and ITO or IGZO, a metal layer having a three-layer structure such as Mo-Al-Mo is used, and ITO or IGZO is connected to Al via Mo. Such a structure is desirable. As described above, by using the second metal layer in which the uppermost layer and the lowermost layer are made of a metal containing Mo, Mo functions as a so-called cover metal to prevent the electrolytic corrosion reaction, and the lower layer of the second metal layer is oxidized. Prevents galvanic corrosion between Al and oxide semiconductor layers and between Al and ITO and other transparent conductive layers even when connected to a physical semiconductor and the upper layer is connected to a transparent conductive layer such as ITO. In addition, a good ohmic contact can be obtained with a low resistance, and a good and highly reliable electrical connection can be made. The thickness of the second metal layer is 200 nm to 400 nm, more preferably 300 nm.

第3絶縁層であるパッシベーション層19の材質は、特に限定されないが、絶縁性と透明性とを備える窒化シリコン等を用いることができる。パッシベーション層の膜厚は200nmから500nmである。パッシベーション層19は、基板全面を覆うように形成される。これにより第2金属層から形成されたソース電極25及びドレイン電極26等がパッシベーション層19によって覆われる。   The material of the passivation layer 19 that is the third insulating layer is not particularly limited, and silicon nitride or the like having insulation and transparency can be used. The thickness of the passivation layer is 200 nm to 500 nm. The passivation layer 19 is formed so as to cover the entire surface of the substrate. As a result, the source electrode 25 and the drain electrode 26 formed from the second metal layer are covered with the passivation layer 19.

[製造方法]
次に、図1を参照して、本実施の形態にかかるTFTの製造方法を工程順に説明する。同図は本発明の一実施形態であるTFT等の製造工程の説明図である。まず図1(a)に示すように、基板11の上に、第1金属層を形成し、これをパターニングし、ゲート電極12を形成する(第1ステップ)。第1金属層の形成方法は、特に限定されないが、スパッタリング方式を使用してもよい。なお、第1金属層の材質や構造は前述のとおりである。また、必要であれば、このステップにおいて走査線72(図3)等の配線パターンを形成してもよい。
[Production method]
Next, with reference to FIG. 1, the manufacturing method of TFT concerning this Embodiment is demonstrated in order of a process. This figure is an explanatory view of a manufacturing process of a TFT or the like according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, a first metal layer is formed on a substrate 11 and patterned to form a gate electrode 12 (first step). A method for forming the first metal layer is not particularly limited, but a sputtering method may be used. The material and structure of the first metal layer are as described above. If necessary, a wiring pattern such as a scanning line 72 (FIG. 3) may be formed in this step.

次に、ゲート絶縁膜13をCVD法等により基板全面に形成する(第2ステップ)。これにより、ゲート電極12はゲート絶縁膜13により覆われる。形成方法としては、CVD法が望ましく、熱CVD法やプラズマCVD法等を使用することができる。基板温度の上昇を抑えたい場合、例えば、プラスチック系の基板を用いている場合には、ゲート絶縁膜形成時の基板温度は250℃程度以下にすることが望ましく、プラズマCVD法によって形成することができる。   Next, the gate insulating film 13 is formed on the entire surface of the substrate by a CVD method or the like (second step). As a result, the gate electrode 12 is covered with the gate insulating film 13. As a formation method, a CVD method is desirable, and a thermal CVD method, a plasma CVD method, or the like can be used. When it is desired to suppress an increase in the substrate temperature, for example, when a plastic substrate is used, the substrate temperature at the time of forming the gate insulating film is desirably about 250 ° C. or less, and it may be formed by a plasma CVD method. it can.

次に、半導体層を形成する(第3ステップ)。半導体層の形成方法は、特に限定されないが、スパッタリング方式が望ましい。IGZOの半導体層の形成にスパッタリング方式を用いることにより、成膜時のガス流量や成膜雰囲気中の酸素分圧を制御することで導電率やキャリヤ濃度、移動度等をある程度制御することが可能となり、より安定した組成の成膜をすることができる。また、プラスチック基板にアモルファスIGZO半導体層を形成する場合には、基板の耐熱性を考慮し、また基板に対するダメージを少なくするために、スパッタリング法が好ましい。   Next, a semiconductor layer is formed (third step). A method for forming the semiconductor layer is not particularly limited, but a sputtering method is desirable. By using the sputtering method to form the IGZO semiconductor layer, it is possible to control the conductivity, carrier concentration, mobility, etc. to some extent by controlling the gas flow rate during film formation and the partial pressure of oxygen in the film formation atmosphere. Thus, it is possible to form a film with a more stable composition. In addition, when an amorphous IGZO semiconductor layer is formed on a plastic substrate, a sputtering method is preferable in consideration of the heat resistance of the substrate and reducing damage to the substrate.

スパッタのターゲットとしては、In、Ga、Zn及びO(酸素)を含む固体のInGaZnOを用いる。InGaZnOの分子式で表されている組成比(化学量論比)はIn:Ga:Zn:O=1:1:1:4であるが、これに比べてZnや酸素がプア(poor)であるような、例えばIn:Ga:Zn:Oが1:1:0.5:3.5であるような酸化物を成膜前のターゲットとして使用することもできる。成膜後の半導体層は透明なアモルファス半導体層であり、In、Ga、Zn及びOの各成分の組成比は、1:1:1:4に限られず、略1:1:0.5:2のようにZnや酸素がプアなものでもよい。なお、本発明において、「アモルファス」とは、完全にアモルファス状態をもつものだけをいうのではなく、本発明の趣旨を損なわない限り、微結晶を含むものも含まれる。 As a sputtering target, solid InGaZnO 4 containing In, Ga, Zn, and O (oxygen) is used. The composition ratio (stoichiometry) represented by the molecular formula of InGaZnO 4 is In: Ga: Zn: O = 1: 1: 1: 4, but Zn and oxygen are poorer than this. For example, an oxide in which In: Ga: Zn: O is 1: 1: 0.5: 3.5 can also be used as a target before film formation. The semiconductor layer after film formation is a transparent amorphous semiconductor layer, and the composition ratio of each component of In, Ga, Zn, and O is not limited to 1: 1: 1: 4, but is approximately 1: 1: 0.5: As in 2, Zn or oxygen may be poor. In the present invention, the term “amorphous” does not mean only a completely amorphous state, but also includes those containing microcrystals as long as the gist of the present invention is not impaired.

形成されたアモルファスIGZO半導体層をフォトリソグラフィー法やエッチング法によってパターニングする。これにより、アモルファスIGZOからなるTFT20の半導体層14が形成される。この半導体層14は、単一の島状をなし、後工程の紫外線照射によって、TFT20のソース領域15、ドレイン領域16及びチャネル領域17の三つの領域となる。   The formed amorphous IGZO semiconductor layer is patterned by a photolithography method or an etching method. Thereby, the semiconductor layer 14 of the TFT 20 made of amorphous IGZO is formed. The semiconductor layer 14 has a single island shape, and is formed into three regions, that is, a source region 15, a drain region 16, and a channel region 17 of the TFT 20 by ultraviolet irradiation in a subsequent process.

半導体層14のエッチャントは、特に限定されないが、IGZOの化学的性質がITOの化学的性質に似ていることから、紫外線の照射の前後にかかわらず、蓚酸等のITOのエッチャントを使用することができる。蓚酸はAlをエッチングしないがITOやIGZOをエッチングすることができる。IGZOのエッチャントとしてITOのエッチャントを兼用することができるため、TFT製造工程の簡素化を図ることができる。エッチングの温度は常温付近でよい。次に、図1(b)に示すように、紫外線22を照射する(第4ステップ、図1(b))。照射の方法としては、例えば、遮光性のあるゲート電極12をシャドーマスクとして、ゲート電極12の方向から半導体層14に向けて、即ち基板11の裏面からゲート電極12及び半導体層14に向けて紫外線22を照射する(裏面照射)。   Although the etchant of the semiconductor layer 14 is not particularly limited, it is possible to use an etchant of ITO such as oxalic acid regardless of before and after irradiation with ultraviolet rays because the chemical property of IGZO is similar to that of ITO. it can. Succinic acid does not etch Al, but can etch ITO and IGZO. Since the ITO etchant can also be used as the IGZO etchant, the TFT manufacturing process can be simplified. The etching temperature may be around room temperature. Next, as shown in FIG.1 (b), the ultraviolet-ray 22 is irradiated (4th step, FIG.1 (b)). As an irradiation method, for example, ultraviolet light is applied from the direction of the gate electrode 12 toward the semiconductor layer 14, that is, from the back surface of the substrate 11 toward the gate electrode 12 and the semiconductor layer 14, using the light-shielding gate electrode 12 as a shadow mask. 22 is irradiated (backside irradiation).

このようにゲート電極12をシャドーマスクとして半導体層14に向けて紫外線22を照射することにより、半導体層14に対して選択的に紫外線を照射することができる。本実施の形態においては、TFTの半導体層の材料としてIGZOからなる透明なアモルファス酸化物を用いているため、これに紫外線22を照射することにより、半導体層の導電率を向上させることができる。そして、このような紫外線を半導体層の一部の領域に選択的に照射することにより、その照射された領域のみ導電率を高めることができる。従って、TFT20の半導体層14のうちソース領域15及びドレイン領域16となるべき領域に紫外線を選択的に照射することにより、電極として使用できる程度の導電率を備えるソース領域15及びドレイン領域16を構成することができる。従って、金属からなるソース電極25及びドレイン電極26とソース領域15及びドレイン領域16をそれぞれ接続するために従来例のn+アモルファスシリコン層のような低抵抗半導体層を別途形成する必要がない。一方、半導体層のうち紫外線の照射がされてなかった領域の導電率は、照射前の導電率がそのまま維持されることになるため、TFTのチャネル領域17となるべき領域には紫外線を照射しないようにすることにより、その領域はTFTのチャネルとして使用できる導電率を備える領域となる。紫外線照射と導電率との関係の詳細は後述する。   As described above, the semiconductor layer 14 can be selectively irradiated with ultraviolet rays by irradiating the semiconductor layer 14 with the gate electrode 12 as a shadow mask. In this embodiment mode, since a transparent amorphous oxide made of IGZO is used as a material of the semiconductor layer of the TFT, the conductivity of the semiconductor layer can be improved by irradiating it with ultraviolet rays 22. Then, by selectively irradiating a part of the semiconductor layer with such ultraviolet rays, the conductivity can be increased only in the irradiated region. Accordingly, by selectively irradiating the regions of the semiconductor layer 14 of the TFT 20 that should become the source region 15 and the drain region 16 with ultraviolet rays, the source region 15 and the drain region 16 having a conductivity that can be used as electrodes are configured. can do. Therefore, it is not necessary to separately form a low-resistance semiconductor layer such as the n + amorphous silicon layer of the conventional example in order to connect the source electrode 25 and the drain electrode 26 made of metal to the source region 15 and the drain region 16, respectively. On the other hand, the conductivity of the region of the semiconductor layer that has not been irradiated with ultraviolet rays is maintained as it was before the irradiation, so that the region that should become the channel region 17 of the TFT is not irradiated with ultraviolet rays. By doing so, the region becomes a region having conductivity that can be used as a channel of the TFT. Details of the relationship between ultraviolet irradiation and conductivity will be described later.

そして、上記のとおり、ゲート電極12をシャドーマスクとして、紫外線22を裏面照射することにより、高導電化されたソース領域15、ドレイン領域16及び紫外線照射前の導電率を持つチャネル領域17の三領域が、ゲート電極12に対して自己整合的に形成されることになる(セルフアライン)。そして、照射された紫外線は、紫外線の回折等の影響等により、ゲート電極12の側端から寸法Ls2及びLd2だけゲート電極の内側に入り込むことがあるため、高導電化されたソース領域15及びドレイン領域16はそれぞれ、この寸法分だけチャネル領域17の中心方向に延びて形成される。そのため、このような場合には、ゲート電極12のチャネル長方向の寸法LgよりもLs2及びLd2だけ短い寸法のチャネル長Lを持つTFT20が、自己整合的に形成される。なお、回折等の影響が少ない場合には、Ls2及びLd2はほぼゼロμmとなり、チャネル長LはLgとほぼ同一となる。従って、ゲート電極12のチャネル長方向の寸法Lgと同一又は寸法LgよりもLs2及びLd2だけ短いチャネル長Lを持つTFT20が、自己整合的に形成されるといえる。また、TFT20のチャネル長Lは、高導電化されたソース領域15とドレイン領域16との間の寸法と同じとなるといえる。そして、いずれの場合においても、チャネル長が短くCgs及びCgdの小さい薄膜トランジスタを製造することができる。   Then, as described above, by using the gate electrode 12 as a shadow mask and irradiating the back surface with the ultraviolet ray 22, the three regions of the source region 15, the drain region 16 and the channel region 17 having the conductivity before the ultraviolet ray irradiation are made highly conductive. Are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 12 (self-alignment). The irradiated ultraviolet rays may enter the inside of the gate electrode by dimensions Ls2 and Ld2 from the side edge of the gate electrode 12 due to the influence of diffraction of the ultraviolet rays and the like. Each region 16 is formed to extend in the center direction of the channel region 17 by this dimension. Therefore, in such a case, the TFT 20 having a channel length L that is shorter by Ls2 and Ld2 than the dimension Lg of the gate electrode 12 in the channel length direction is formed in a self-aligned manner. When the influence of diffraction or the like is small, Ls2 and Ld2 are substantially zero μm, and the channel length L is substantially the same as Lg. Therefore, it can be said that the TFT 20 having the channel length L which is the same as the dimension Lg of the gate electrode 12 in the channel length direction or shorter than the dimension Lg by Ls2 and Ld2 is formed in a self-aligned manner. The channel length L of the TFT 20 can be said to be the same as the dimension between the highly conductive source region 15 and drain region 16. In either case, a thin film transistor having a short channel length and a small Cgs and Cgd can be manufactured.

このようにして形成されたTFT20は、ゲート電極12とソース領域15又はドレイン領域16との平面視での重なり合いは、寸法Ls2及びLd2の部分だけとなり、このLs2及びLd2は、約0.5μmないし1μm以下であるため、かかる重なり合いによって生ずるCgs1及びCgd1は極めて小さいものとなる。しかも、このようにして形成されたソース領域15及びドレイン領域16は、ゲート電極12に対して自己整合的に形成されたものであるから、Ls2やLd2のばらつきは極めて小さく、その結果Cgs1及びCgd1のばらつきも極めて小さい。   In the TFT 20 formed in this way, the overlap between the gate electrode 12 and the source region 15 or the drain region 16 in a plan view is only a portion of the dimensions Ls2 and Ld2, and this Ls2 and Ld2 is about 0.5 μm or less. Since it is 1 μm or less, Cgs1 and Cgd1 generated by the overlap are extremely small. In addition, since the source region 15 and the drain region 16 formed in this way are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode 12, variations in Ls2 and Ld2 are extremely small. As a result, Cgs1 and Cgd1 The variation of is very small.

そして、さらに、上述のとおり、高導電化されたソース領域15及びドレイン領域16は自己整合的に形成され、ソース領域15及びドレイン領域16とチャネル領域17とは必ず電気的に接続されているため、従来例のように、ソース電極25とドレイン電極26との間隔、及びn+アモルファスシリコン層24sと24dとの間隔を最小加工寸法F以上とし、かつ、マスク合わせズレがあってもソース電極25及びドレイン電極26とn+アモルファスシリコン層24s及び24dが必ずチャネル領域17の端部と接続するようにパターン設計をしなければならないという制約が解かれる。そのため、本発明においては、ゲート電極12のチャネル長方向の寸法Lgは、最小加工寸法F程度で足り、従来のように最小加工寸法Fの3倍程度に大きくする必要がない。従って、本発明のTFTのチャネル長LもLgと同一又はLgよりもLs2及びLd2だけ短い寸法となり、チャネル長Lは従来に比べてほぼ1/3の寸法、即ちほぼ最小加工寸法Fと同一又はFよりもLs2及びLd2だけ短い寸法となる。その結果、Cgsのうちのチャネル長により定まるCgs2が従来に比べて約1/3に低減される。また、従来例のようにソース電極25及びドレイン電極26のゲート電極12に対するマスク合わせズレの影響を受けないため、Cgs2の面内ばらつき自体も減少する。ゲート・ドレイン間寄生容量に寄与するCgd2についても同様である。   Further, as described above, the highly conductive source region 15 and drain region 16 are formed in a self-aligned manner, and the source region 15 and drain region 16 and the channel region 17 are always electrically connected. As in the conventional example, the distance between the source electrode 25 and the drain electrode 26 and the distance between the n + amorphous silicon layers 24s and 24d are equal to or larger than the minimum processing dimension F, and even if there is a mask alignment shift, The restriction that the drain electrode 26 and the n + amorphous silicon layers 24s and 24d must be connected to the end of the channel region 17 is solved. Therefore, in the present invention, the dimension Lg of the gate electrode 12 in the channel length direction is about the minimum processing dimension F, and does not need to be increased to about three times the minimum processing dimension F as in the prior art. Therefore, the channel length L of the TFT of the present invention is also the same as Lg or shorter than Lg by Ls2 and Ld2, and the channel length L is approximately 1/3 of the conventional size, that is, substantially the same as the minimum processing dimension F or The dimension is shorter than F by Ls2 and Ld2. As a result, Cgs2, which is determined by the channel length of Cgs, is reduced to about 3 compared to the conventional case. Further, since it is not affected by the mask misalignment of the source electrode 25 and the drain electrode 26 with respect to the gate electrode 12 as in the conventional example, the in-plane variation of Cgs2 itself is reduced. The same applies to Cgd2 that contributes to the gate-drain parasitic capacitance.

このように、Cgs1及びCgs2の大きさとばらつきが小さくなるため、ゲート・ソース間寄生容量Cgsの大きさやバラつきも極めて小さくなる。ゲート・ドレイン間寄生容量Cgdについても同様である。その結果、このようなTFTを例えば液晶表示装置に用いた場合には、Cgsによる突き抜け電圧も減少して均一化され、表示品質を向上することができ、表示画面上での輝度のばらつきや輝度むらが著しく低減される。また、これによって再充電効果も減少し、輝度の傾斜現象も低減されて表示品質が向上する。また、Cgsの値自体が小さくなりそのばらつきも減少するため、Cgs対策という観点からは蓄積容量Csも小さくすることができる。従って、蓄積容量Csを構成する遮光性の金属からなる電極の面積を小さくできるため、画素部の開口率が向上する。   Thus, since the magnitude | size and dispersion | variation of Cgs1 and Cgs2 become small, the magnitude | size and variation of the gate-source parasitic capacitance Cgs become also extremely small. The same applies to the parasitic capacitance Cgd between the gate and the drain. As a result, when such a TFT is used in, for example, a liquid crystal display device, the punch-through voltage due to Cgs is also reduced and uniformed, and display quality can be improved. Unevenness is significantly reduced. This also reduces the recharging effect, reduces the luminance gradient phenomenon, and improves the display quality. In addition, since the Cgs value itself is reduced and the variation thereof is reduced, the storage capacitor Cs can also be reduced from the viewpoint of measures against Cgs. Accordingly, the area of the electrode made of a light-shielding metal constituting the storage capacitor Cs can be reduced, so that the aperture ratio of the pixel portion is improved.

次に、紫外線照射の条件をより詳しく説明する。まず、紫外線照射工程については、少なくとも半導体層14が形成されており、ソース領域15及びドレイン領域16となるべき半導体層が遮光されておらず、かつ、シャドーマスクとなるゲート電極12がチャネル領域17となるべき位置に形成されているときであれば、本発明の趣旨を損なわない限り、これ以降の工程で照射することもできる。本実施の形態においては上述のように半導体層14のパターニング後に紫外線照射が行われるものとして説明しているが、半導体層の成膜後パターニング前でもよいし、また、例えば、チャネル保護膜18の形成後でもよい。   Next, the conditions for ultraviolet irradiation will be described in more detail. First, in the ultraviolet irradiation process, at least the semiconductor layer 14 is formed, the semiconductor layer to be the source region 15 and the drain region 16 is not shielded, and the gate electrode 12 serving as a shadow mask is the channel region 17. If it is formed at a position to be, irradiation can be performed in subsequent steps as long as the gist of the present invention is not impaired. In this embodiment, it is described that ultraviolet irradiation is performed after the patterning of the semiconductor layer 14 as described above. However, the patterning may be performed after the semiconductor layer is formed and before the patterning. It may be after formation.

次に、紫外線照射工程における紫外線の光源、波長、照射エネルギー密度や照射時間等の照射条件は、以下のとおりである。照射する紫外線光源は、面光源であることが望ましい。面光源を用いるため、基板全体をカバーするような広い照射面積に対して一度に紫外線を一様に照射することができる。また、面光源を使用するため、光線スポットの狭小なレーザー光源の場合のように基板をスキャンする必要がないため、スキャンによる半導体層への二重照射やそれに伴うTFTの特性の面内ばらつきも生じない。そのため、均一な照射エネルギーでもって紫外線を照射することができ、その結果、大面積の表示画面全体にわたって多数のTFTを形成する場合に、工程の簡素化、量産性の向上のみならず、TFTの特性のばらつきを抑えて均一なものとすることができ、表示品質の高い、輝度ばらつきや輝度むらのない表示装置を得ることができる。   Next, the irradiation conditions such as the ultraviolet light source, wavelength, irradiation energy density, and irradiation time in the ultraviolet irradiation step are as follows. The ultraviolet light source to be irradiated is preferably a surface light source. Since a surface light source is used, it is possible to uniformly irradiate ultraviolet rays at once over a wide irradiation area that covers the entire substrate. In addition, since a surface light source is used, it is not necessary to scan the substrate as in the case of a laser light source with a narrow beam spot, so double irradiation of the semiconductor layer due to scanning and accompanying in-plane variations in TFT characteristics are also caused. Does not occur. Therefore, it is possible to irradiate ultraviolet rays with uniform irradiation energy. As a result, when a large number of TFTs are formed over the entire display screen of a large area, not only simplification of the process and improvement of mass productivity, A variation in characteristics can be suppressed and uniform, and a display device with high display quality and free from variations in luminance and luminance can be obtained.

また、紫外線光源は、レーザー光源ではなく、特定の範囲の波長の紫外線を照射するランプを用いることができる。レーザー光源を用いないため、レーザー光による基板の発熱等による不具合を回避することができ、また、プラスチックフィルム基板を使用することが可能となる。また、レーザー光照射装置に比べて安価な紫外線照射装置を使用できる。紫外線光源として使用するランプの種類は、特に限定されないが、例えば、水銀ランプを使用することができる。照射する紫外線の波長は、約270nmから約450nmまでにわたる波長であることが望ましい。この波長の範囲の紫外線を照射することで、照射された領域の導電率を向上させることができる。紫外線照射時の基板の温度や照射雰囲気は、特に限定されないが、室温で大気中でも可能である。   The ultraviolet light source may be a lamp that irradiates ultraviolet rays having a specific range of wavelengths instead of a laser light source. Since a laser light source is not used, it is possible to avoid problems due to heat generation of the substrate due to the laser light, and it is possible to use a plastic film substrate. Further, an ultraviolet irradiation device that is less expensive than a laser beam irradiation device can be used. Although the kind of lamp | ramp used as an ultraviolet light source is not specifically limited, For example, a mercury lamp can be used. The wavelength of the ultraviolet light to be irradiated is desirably a wavelength ranging from about 270 nm to about 450 nm. By irradiating ultraviolet rays in this wavelength range, the conductivity of the irradiated region can be improved. The temperature and irradiation atmosphere of the substrate at the time of ultraviolet irradiation are not particularly limited, but can be performed in the air at room temperature.

次に、紫外線の照射エネルギー密度と照射時間について説明する。図2は、アモルファスIGZO半導体層に対して、照射エネルギー密度が100mJ/sec・cmの紫外線を照射したときの、アモルファスIGZO半導体層の導電率と紫外線照射時間との関係を示したグラフである。同図から、照射エネルギー密度100mJ/sec・cmで約6時間以上照射すると導電率の上昇が飽和する傾向が認められるが、それまでの間は、照射時間が6時間で、導電率が、サンプル#1では照射前の6×10−5S/mに比べて約3.33×10倍(=105.52倍)の2×10S/mに、サンプル#2では同じく照射前の4×10−7S/mに比べて約10倍の4S/mに、指数関数的に向上することが認められる。6時間の照射時間で導電率が約3.33×10倍(=105.52倍)ないし約10倍に指数関数的に向上するということは、言い換えれば、約0.86ないし約1.09時間ごとに導電率が約1桁増加することを意味する。 Next, the irradiation energy density of ultraviolet rays and the irradiation time will be described. FIG. 2 is a graph showing a relationship between the conductivity of the amorphous IGZO semiconductor layer and the ultraviolet irradiation time when the amorphous IGZO semiconductor layer is irradiated with ultraviolet rays having an irradiation energy density of 100 mJ / sec · cm 2. . From the figure, it is recognized that the increase in conductivity is saturated when irradiated at an irradiation energy density of 100 mJ / sec · cm 2 for about 6 hours or more. Until then, the irradiation time is 6 hours, and the conductivity is In sample # 1, 2 × 10 1 S / m, which is approximately 3.33 × 10 5 times (= 10 5.52 times), compared to 6 × 10 −5 S / m before irradiation, and in sample # 2 the same irradiation It is recognized that it is improved exponentially to 4 S / m, which is about 10 7 times that of the previous 4 × 10 −7 S / m. That the conductivity increases exponentially from about 3.33 × 10 5 times (= 10 5.52 times) to about 10 7 times in 6 hours of irradiation, in other words, about 0.86 to about This means that the conductivity increases about an order of magnitude every 1.09 hours.

紫外線の照射時間の目安としては、照射エネルギー密度を100mJ/sec・cmとした場合に、紫外線照射後の導電率(目的導電率)を紫外線照射前の導電率に対して10倍に向上させるときは、概ね、0.86・n時間ないし1.09・n時間(但し、0<n≦6)を目安に照射を行えばよい。これは積算照射エネルギー密度(=照射エネルギー密度×照射時間)でいえば、約(309・n)J/cmないし(392・n)J/cmに当たる。導電率は紫外線の積算照射エネルギー密度によるから、例えば、同じ導電率を得るのであれば、照射エネルギー密度を4倍にすれば照射時間は1/4でよい。従って、照射前の導電率を測定したうえで目的導電率を決めれば容易に照射エネルギー密度と照射時間とを設定することができ、紫外線の適切な照射によって所望の導電率をもつアモルファスIGZOからなる半導体層を得ることができる。 As a measure of the irradiation time of ultraviolet rays, when the irradiation energy density is 100 mJ / sec · cm 2 , the conductivity after ultraviolet irradiation (target conductivity) is improved to 10 n times the conductivity before ultraviolet irradiation. In general, the irradiation may be performed with 0.86 · n hours to 1.09 · n hours (provided that 0 <n ≦ 6) as a guide. This is equivalent to about (309 · n) J / cm 2 to (392 · n) J / cm 2 in terms of integrated irradiation energy density (= irradiation energy density × irradiation time). Since the conductivity depends on the cumulative irradiation energy density of ultraviolet rays, for example, if the same conductivity is obtained, the irradiation time may be ¼ if the irradiation energy density is quadrupled. Therefore, the irradiation energy density and the irradiation time can be easily set if the target conductivity is determined after measuring the conductivity before irradiation, and is made of amorphous IGZO having a desired conductivity by appropriate irradiation of ultraviolet rays. A semiconductor layer can be obtained.

例えば、同図によれば、3.7時間程度(積算照射エネルギー密度で1332J/cm程度)の紫外線照射をすることにより、その導電率は約10−2S/m程度以上に向上することが認められる。また、サンプル#1のように、紫外線照射前の導電率によっては、約2.5時間程度(積算照射エネルギー密度で900J/cm程度)でもこの程度の導電率に達する。そして、この程度の高い導電率であれば、従来例で説明したn+アモルファスシリコン層のような低抵抗半導体層として機能させることができる。なお、導電率が10−1S/mないし1S/m程度にまで紫外線を照射すれば概ね金属に準じる導電率を備えた層を形成することができる。 For example, according to the figure, the conductivity can be improved to about 10 −2 S / m or more by irradiating with ultraviolet rays for about 3.7 hours (accumulated irradiation energy density of about 1332 J / cm 2 ). Is recognized. Further, as in sample # 1, depending on the conductivity before ultraviolet irradiation, this level of conductivity is reached even in about 2.5 hours (accumulated irradiation energy density of about 900 J / cm 2 ). And if it is such high conductivity, it can be functioned as a low resistance semiconductor layer like the n + amorphous silicon layer demonstrated by the prior art example. Note that a layer having a conductivity substantially equivalent to that of a metal can be formed by irradiating ultraviolet rays to a conductivity of about 10 −1 S / m to 1 S / m.

なお、ソース領域15及びドレイン領域16に照射すべき紫外線の積算照射エネルギー密度は、一般的に、ソース領域15全体、又はドレイン領域16全体の抵抗がTFT20のオン抵抗よりも低くなるような値とすることが望ましい。従って、このような観点から照射すべき積算照射エネルギー密度を設定してもよい。このようにすることにより、ソース領域全体又はドレイン領域全体の抵抗による画像信号等の信号レベルの低下を小さくすることができる。なお、図1(c)のように、ソース電極25とチャネル領域17の端部との間の距離が短くソース電極25からソース領域15を経てチャネル領域17に至るまでの抵抗が小さいような場合には、紫外線照射後のソース領域15の導電率は、他に悪影響を及ぼさない限り、10−2S/m程度以下でもよい。ドレイン領域16の導電率についても同様である。 Note that the integrated irradiation energy density of the ultraviolet rays to be irradiated to the source region 15 and the drain region 16 is generally such a value that the resistance of the entire source region 15 or the entire drain region 16 is lower than the on-resistance of the TFT 20. It is desirable to do. Therefore, you may set the integrated irradiation energy density which should be irradiated from such a viewpoint. By doing in this way, the fall of signal levels, such as an image signal, by resistance of the whole source region or the whole drain region can be reduced. As shown in FIG. 1C, the distance between the source electrode 25 and the end of the channel region 17 is short, and the resistance from the source electrode 25 to the channel region 17 through the source region 15 is small. In addition, the conductivity of the source region 15 after the ultraviolet irradiation may be about 10 −2 S / m or less as long as it does not adversely affect the other. The same applies to the conductivity of the drain region 16.

このように、半導体層14のソース領域15又はドレイン領域16とすべき領域に選択的に紫外線を照射することにより、その導電率を所望の値に制御することができる。従って、チャネル領域17よりも導電率の高いソース領域15又はドレイン領域16を形成するために、従来のようにイオンドーピング等によって不純物注入を行う必要がなく、チャネル領域17、ドレイン領域16及びソース領域15の不純物濃度は同じでよい。従って、高価なイオンドーピング装置等が不要となり製造工程の合理化を図ることができるだけでなく、イオンドーピングによる半導体層のダメージを回避することができる。なお、紫外線の積算照射エネルギー密度は、アモルファスIGZO半導体層の膜厚にも依存し、一般に、膜厚が厚ければより大きなエネルギー密度を必要とする。   In this way, by selectively irradiating the region to be the source region 15 or the drain region 16 of the semiconductor layer 14 with ultraviolet rays, the conductivity can be controlled to a desired value. Therefore, in order to form the source region 15 or the drain region 16 having higher conductivity than the channel region 17, it is not necessary to perform impurity implantation by ion doping or the like as in the prior art, and the channel region 17, the drain region 16 and the source region are not required. The impurity concentration of 15 may be the same. Therefore, an expensive ion doping apparatus or the like is not required, and the manufacturing process can be rationalized, and damage to the semiconductor layer due to ion doping can be avoided. The cumulative irradiation energy density of ultraviolet rays also depends on the film thickness of the amorphous IGZO semiconductor layer, and generally requires a larger energy density as the film thickness increases.

このように紫外線照射工程を経た後、図1(c)に示すように、第2絶縁層であるチャネル保護膜18を基板全面に形成し、さらに、コンタクトホール23s及び23dを形成する(第5ステップ)。これにより、半導体層14はチャネル保護膜18に覆われるとともに、ソース領域15及びドレイン領域16に接続するためのコンタクトホール23s及び23dを形成できる。コンタクトホール23s及び23dは、チャネル保護膜18を貫通し、それぞれソース領域15及びドレイン領域16に到達している。チャネル保護膜18の形成方法は、特に限定されないが、CVD法を用いることができる。チャネル保護膜18の材質は、前述のとおりである。なお、このときのエッチング方法としては、プラズマを利用したドライエッチング法を用いることが望ましい。   After the ultraviolet irradiation process in this way, as shown in FIG. 1C, a channel protective film 18 as a second insulating layer is formed on the entire surface of the substrate, and contact holes 23s and 23d are formed (fifth). Step). As a result, the semiconductor layer 14 is covered with the channel protective film 18, and contact holes 23 s and 23 d for connecting to the source region 15 and the drain region 16 can be formed. The contact holes 23 s and 23 d penetrate the channel protective film 18 and reach the source region 15 and the drain region 16, respectively. A method for forming the channel protective film 18 is not particularly limited, but a CVD method can be used. The material of the channel protective film 18 is as described above. As an etching method at this time, it is desirable to use a dry etching method using plasma.

次に、第2金属層を形成する(第6ステップ)。この第2金属層をパターニングすることにより、第2金属層からなるソース電極25及びドレイン電極26を形成する。形成方法は、特に限定されないが、スパッタリング方式を使用してもよい。第2金属層の材質や構造は前述のとおりである。次に、窒化シリコン等を用いてCVD法により第3絶縁層であるパッシベーション層19を基板全面に形成する。これにより第2金属層等はパッシベーション層19によって覆われることになる(第7ステップ、図1(c))。以上の工程により、自己整合型ボトムゲート型のIGZOを半導体層とするTFT20が形成される。   Next, a second metal layer is formed (sixth step). By patterning the second metal layer, the source electrode 25 and the drain electrode 26 made of the second metal layer are formed. The formation method is not particularly limited, but a sputtering method may be used. The material and structure of the second metal layer are as described above. Next, a passivation layer 19 as a third insulating layer is formed on the entire surface of the substrate by CVD using silicon nitride or the like. As a result, the second metal layer and the like are covered with the passivation layer 19 (seventh step, FIG. 1C). Through the above steps, the TFT 20 using the self-aligned bottom gate type IGZO as a semiconductor layer is formed.

[具体例]
以下、本発明の製造方法の具体例を説明する。基板11上に第1金属層を形成した。下層をAlNd層とし、上層をMoとする2層の積層された第1金属層をスパッタ法により形成し、これをパターニングしてゲート電極12を形成した。下層のAlNd層の組成はAlにNdを約2%含有させたものを使用した。この金属層は、光遮光性を有する。第1金属層の厚さは300nmとした。次に、プラズマCVD法によりゲート絶縁膜13を形成した。ゲート絶縁膜13の形成時の基板温度は200℃とした。膜厚は300nmであった。
[Concrete example]
Hereinafter, specific examples of the production method of the present invention will be described. A first metal layer was formed on the substrate 11. A stacked first metal layer having an AlNd layer as a lower layer and Mo as an upper layer was formed by sputtering, and patterned to form a gate electrode 12. The composition of the lower AlNd layer was Al containing about 2% Nd. This metal layer has light shielding properties. The thickness of the first metal layer was 300 nm. Next, the gate insulating film 13 was formed by plasma CVD. The substrate temperature during the formation of the gate insulating film 13 was set to 200.degree. The film thickness was 300 nm.

次に、半導体層14の形成にあたっては、スパッタリング法を用いた。ターゲットは、In、Ga、Zn、Oの各成分の組成比を1:1:1:4とするインゴットを用いた。スパッタ装置の投入パワーは、0.5KWとした。成膜時の基板温度は室温とし、雰囲気は、全圧0.265Pa、酸素分圧は0.011Paとした。成膜時のガス流量は、キャリアガスとしてのArは67sccm、ホルダーガスとしてのArは22sccm、酸素は4sccmとした。なお、sccmとは、standard cc/minの略である。成膜レートは43.2nm/minである。これにより、膜厚100nmの透明なn型アモルファスIGZO半導体層を絶縁性及び透明性のあるガラス基板11上に形成することができた。   Next, in forming the semiconductor layer 14, a sputtering method was used. The target used was an ingot in which the composition ratio of each component of In, Ga, Zn, and O was 1: 1: 1: 4. The input power of the sputtering apparatus was 0.5 kW. The substrate temperature during film formation was room temperature, the atmosphere was a total pressure of 0.265 Pa, and the oxygen partial pressure was 0.011 Pa. The gas flow rate during film formation was 67 sccm for Ar as a carrier gas, 22 sccm for Ar as a holder gas, and 4 sccm for oxygen. Note that sccm is an abbreviation for standard cc / min. The film formation rate is 43.2 nm / min. As a result, a transparent n-type amorphous IGZO semiconductor layer having a thickness of 100 nm could be formed on the glass substrate 11 having insulation and transparency.

図2に示すとおり、この半導体層の導電率は、常温で、約6×10−5S/mないし4×10−7S/mであったため、TFTの半導体層14として使用できる。なお、導電率の測定には2探針測定法を用いた。このように形成されたアモルファスIGZO半導体層を、フォトリソグラフィー法とエッチング法を用いることにより、適当な大きさと形状にパターニングして成形し、TFTのチャネル領域17、ドレイン領域16、及びソース領域15となるべき半導体層14を成形した。エッチング液には濃度3.2%の蓚酸を用いた。エッチングの温度は30℃とした。 As shown in FIG. 2, the electrical conductivity of this semiconductor layer is about 6 × 10 −5 S / m to 4 × 10 −7 S / m at room temperature, so that it can be used as the semiconductor layer 14 of the TFT. Note that a two-probe measurement method was used to measure the conductivity. The amorphous IGZO semiconductor layer formed in this way is patterned and formed into an appropriate size and shape by using a photolithography method and an etching method, and the TFT channel region 17, drain region 16, source region 15, A semiconductor layer 14 to be formed was formed. As the etchant, oxalic acid having a concentration of 3.2% was used. The etching temperature was 30 ° C.

次に、基板11の裏面から、ゲート電極12をシャドーマスクにして半導体層14に向けて紫外線を照射した。光源装置として、HOYA CANDEO OPTRONICS社製のUV照射装置(型番UL750)を用いた。この装置は超高圧水銀ランプを光源とする装置であり、このランプは波長が約270nmから約450nmまでにわたる紫外線を放射する。紫外線照射時の基板11の温度は室温であり、照射雰囲気は大気中で行った。なお、成膜後、紫外線照射工程の前に、特殊な雰囲気で特殊な温度でのアニール処理は行わなかった。また、レーザー照射もイオンドーピングも行わなかった。   Next, ultraviolet rays were irradiated from the back surface of the substrate 11 toward the semiconductor layer 14 using the gate electrode 12 as a shadow mask. As a light source device, a UV irradiation device (model number UL750) manufactured by HOYA CANDEO OPTRONICS was used. This apparatus uses an ultrahigh pressure mercury lamp as a light source, and this lamp emits ultraviolet rays having a wavelength ranging from about 270 nm to about 450 nm. The temperature of the substrate 11 at the time of ultraviolet irradiation was room temperature, and the irradiation atmosphere was performed in the air. Note that after the film formation and before the ultraviolet irradiation step, annealing treatment at a special temperature in a special atmosphere was not performed. Neither laser irradiation nor ion doping was performed.

紫外線照射エネルギー密度は100mJ/sec・cmとした。この照射エネルギー密度であれば、他の用途に用いられているような一般的な紫外線照射装置を使用して照射を行うことができるため、製造設備の合理化を図ることができる。そして、照射時間を約3.7時間(積算照射エネルギー密度で約1332J/cm)としたところ、ソース領域15及びドレイン領域16の導電率を約10−2S/mまで向上させることができた。 The ultraviolet irradiation energy density was 100 mJ / sec · cm 2 . If it is this irradiation energy density, since it can irradiate using the general ultraviolet irradiation device used for the other use, rationalization of a manufacturing facility can be aimed at. When the irradiation time is about 3.7 hours (accumulated irradiation energy density is about 1332 J / cm 2 ), the conductivity of the source region 15 and the drain region 16 can be improved to about 10 −2 S / m. It was.

なお、紫外線照射後のIGZO半導体層をSSI社製XPS(X線光電子分光)分析器XPS M−Probeを用いて化学量論比の解析を行ったところ、In、Ga、Zn、Oの各成分の組成比は略1:1:0.6:3であった。また、紫外線照射前後のIGZO半導体層は、いずれも透明であり、リガク社のX線回折装置RINT−2000を用いて入射角1度でX線回折を行ったところ、InGaZnO結晶に見られるような回折ピークは認められず、いずれもアモルファスIGZO半導体層であることが確認された。 When the stoichiometric ratio of the IGZO semiconductor layer after ultraviolet irradiation was analyzed using an XPS M-Probe analyzer XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) manufactured by SSI, each component of In, Ga, Zn, and O was analyzed. The composition ratio was about 1: 1: 0.6: 3. Further, the IGZO semiconductor layers before and after the ultraviolet irradiation are both transparent, and when X-ray diffraction is performed at an incident angle of 1 degree using the Rigaku X-ray diffractometer RINT-2000, it can be seen in the InGaZnO 4 crystal. No diffraction peak was observed, confirming that all were amorphous IGZO semiconductor layers.

次に、チャネル保護膜18を形成し、プラズマドライエッチング法により、コンタクトホール23を形成し、さらに、第2金属層を形成した。第2金属層はMo−Al−Moの3層構造の金属層を用いた。第2金属層の形成後、パターニングによりソース電極25、ドレイン電極26を形成した。次に、窒化シリコンを用いてCVD法でパッシベーション層19を形成した。以上の工程により、アモルファスIGZOのTFT20を形成した。   Next, a channel protective film 18 was formed, a contact hole 23 was formed by plasma dry etching, and a second metal layer was further formed. As the second metal layer, a metal layer having a three-layer structure of Mo—Al—Mo was used. After the formation of the second metal layer, the source electrode 25 and the drain electrode 26 were formed by patterning. Next, a passivation layer 19 was formed by CVD using silicon nitride. Through the above steps, an amorphous IGZO TFT 20 was formed.

[表示装置]
本実施の形態に係るTFT及びその製造方法は、表示装置及びその製造方法に使用することができる。このような表示装置は、例えば、基板上に形成され電気光学部材による光の変調を制御するTFT20と、TFT20から変調を制御する信号が供給される画素電極と、画素電極と対向電極との間に配設され表示に供する電気光学部材とを含んで構成される。また、このような電気光学部材による光の変調を制御するTFTを用いた表示装置は、例えば、本実施の形態に係るTFTの製造方法を用いてTFT20を基板上に形成する工程と、TFT20から変調を制御する信号が供給される画素電極を形成する工程と、画素電極と対向電極との間に表示に供する電気光学部材を配設する工程とを含む製造方法によって製造することができる。
[Display device]
The TFT and the manufacturing method thereof according to this embodiment can be used for a display device and a manufacturing method thereof. Such a display device includes, for example, a TFT 20 formed on a substrate that controls modulation of light by an electro-optical member, a pixel electrode to which a signal for controlling modulation is supplied from the TFT 20, and a gap between the pixel electrode and the counter electrode. And an electro-optical member provided for display. In addition, such a display device using a TFT that controls modulation of light by an electro-optical member includes, for example, a process of forming the TFT 20 on a substrate using the TFT manufacturing method according to the present embodiment, It can be manufactured by a manufacturing method including a step of forming a pixel electrode to which a signal for controlling modulation is supplied and a step of disposing an electro-optic member for display between the pixel electrode and the counter electrode.

このように、本実施の形態に係るTFT20は、光変調機能を有する電気光学部材によって表示がなされる表示装置において、光変調を制御する能動素子として使用することができる。このような電気光学部材としては、例えば、液晶、OLED(Organic Light Emitting Diode)や電気泳動に係るマイクロカプセル等が考えられる。このような電気光学部材は、電気光学部材に印可する電圧又は電流の値によって光が変調される。例えば、液晶であれば偏光板等の光学部材との組み合わせにより透過光の変調をすることができ、また、自発光するOLEDであればその発光を変調することができ、表示装置に使用した場合にはいずれもこのような光の変調を画素の階調制御に利用することができる。そのため、印可する電圧又は電流を本実施の形態に係るTFTにより制御することによって階調を制御することができ、このような電気光学部材を表示に供する部材として使用することにより各種の表示装置、例えば、液晶表示装置、OLED表示装置及び電子ペーパー等のEPID(ElectroPhoretic Image Display:電気泳動ディスプレー)等を実現することができる。   As described above, the TFT 20 according to the present embodiment can be used as an active element for controlling light modulation in a display device in which display is performed by an electro-optic member having a light modulation function. As such an electro-optical member, for example, a liquid crystal, an OLED (Organic Light Emitting Diode), a microcapsule related to electrophoresis, or the like can be considered. In such an electro-optical member, light is modulated by the value of voltage or current applied to the electro-optical member. For example, in the case of a liquid crystal, the transmitted light can be modulated by a combination with an optical member such as a polarizing plate, and in the case of an OLED that emits light by itself, the light emission can be modulated. In any case, such light modulation can be used for pixel gradation control. Therefore, the gradation can be controlled by controlling the voltage or current to be applied by the TFT according to the present embodiment, and various display devices by using such an electro-optical member as a member for display, For example, an EPID (ElectroPhoretic Image Display) such as a liquid crystal display device, an OLED display device, and electronic paper can be realized.

表示装置の一実施形態として、本実施の形態に係るTFTを用いたアクティブマトリックス型の液晶表示装置を説明する。液晶表示装置は、一般に、セル・アレイ基板と対向基板との間に液晶を配設した液晶パネルを含んで構成される。図3は、本実施の形態に係るアクティブマトリックス型の液晶表示装置の液晶パネル部の模式的な概略の構成図である。図3(a)は、セル・アレイ基板101の模式的な平面図であり、図3(b)は、画素部10及びその周辺の各部材の機能を説明するための等価回路図である。   As an embodiment of the display device, an active matrix liquid crystal display device using the TFT according to this embodiment will be described. In general, a liquid crystal display device includes a liquid crystal panel in which liquid crystal is disposed between a cell array substrate and a counter substrate. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a liquid crystal panel unit of the active matrix type liquid crystal display device according to the present embodiment. FIG. 3A is a schematic plan view of the cell array substrate 101, and FIG. 3B is an equivalent circuit diagram for explaining the functions of the pixel unit 10 and its peripheral members.

セル・アレイ基板101には、X(行)方向に延び走査線外部端子74と画素部10内のスイッチング素子であるTFTのゲート電極とに接続された複数本の走査線72が形成されている。走査線72を介して、TFTを選択的にスイッチングするための信号である走査信号がTFTに供給される。なお、複数本の走査線72に対応する複数の走査線外部端子74がセル・アレイ基板101の端部近くにY方向に沿って設けられている。走査線外部端子74は、図示しないACF(異方性導電体)等を介して走査線ドライバーIC等の走査線駆動装置70の図示しない所定の端子に接続される。   The cell array substrate 101 is formed with a plurality of scanning lines 72 extending in the X (row) direction and connected to the scanning line external terminals 74 and the gate electrodes of TFTs serving as switching elements in the pixel unit 10. . A scanning signal which is a signal for selectively switching the TFT is supplied to the TFT via the scanning line 72. A plurality of scanning line external terminals 74 corresponding to the plurality of scanning lines 72 are provided in the Y direction near the end of the cell array substrate 101. The scanning line external terminal 74 is connected to a predetermined terminal (not shown) of the scanning line driving device 70 such as a scanning line driver IC via an ACF (anisotropic conductor) (not shown).

また、セル・アレイ基板101には、Y(列)方向に延び信号線外部端子84と画素部10内のTFTのドレイン電極とに接続された複数本の信号線82が形成されている。信号線82を介して、走査信号によって選択されたTFTに画像信号が供給される。なお、複数本の信号線82に対応する複数の信号線外部端子84がセル・アレイ基板101の端部近くにX方向に沿って設けられている。信号線外部端子84は、図示しないACF等を介して信号線ドライバーIC等の信号線駆動装置80の図示しない所定の端子に接続される。なお、上記走査線駆動装置70や信号線駆動装置80は、セル・アレイ基板101上に配設されていてもよい。また、図3(a)では蓄積容量Cs27の共通線である蓄積容量線28(後述)の図示を省略している。   In the cell array substrate 101, a plurality of signal lines 82 extending in the Y (column) direction and connected to the signal line external terminals 84 and the drain electrodes of the TFTs in the pixel portion 10 are formed. An image signal is supplied to the TFT selected by the scanning signal via the signal line 82. A plurality of signal line external terminals 84 corresponding to the plurality of signal lines 82 are provided along the X direction near the end of the cell array substrate 101. The signal line external terminal 84 is connected to a predetermined terminal (not shown) of the signal line driver 80 such as a signal line driver IC via an ACF (not shown). The scanning line driving device 70 and the signal line driving device 80 may be disposed on the cell array substrate 101. In FIG. 3A, a storage capacitor line 28 (described later), which is a common line for the storage capacitor Cs27, is not shown.

そして、セル・アレイ基板上の走査線72と信号線82の各交差に対応して、走査線72と信号線82とによって区画された領域に画素部10がマトリクス状に配列されている。画素部10は、TFT20を含んで構成される。TFT20の構造は、前述のとおりである。ゲート電極12は、画素部10において走査線72と導通している。ドレイン電極26は、信号線82とドレイン領域16とに導通している。ソース電極25は画素電極32とソース領域15とに導通している。   The pixel units 10 are arranged in a matrix in a region defined by the scanning lines 72 and the signal lines 82 corresponding to the intersections of the scanning lines 72 and the signal lines 82 on the cell array substrate. The pixel unit 10 includes a TFT 20. The structure of the TFT 20 is as described above. The gate electrode 12 is electrically connected to the scanning line 72 in the pixel portion 10. The drain electrode 26 is electrically connected to the signal line 82 and the drain region 16. The source electrode 25 is electrically connected to the pixel electrode 32 and the source region 15.

蓄積容量Cs27は、画素電極32と所定の電圧を印加された蓄積容量線28との間に形成されている。蓄積容量Cs27は、TFT20がオン状態の期間(選択期間)にTFT20を介して画素電極32に信号線82から出力された電圧が印加された後、TFT20がオフ状態の期間(非選択期間)にこの印加電圧を必要な時間だけほぼ一定に維持するために設けられた容量である。また、蓄積容量線28は、蓄積容量Cs27の一方の電極に給電をするために各画素部の蓄積容量Csに対して共通に接続された配線であり、所定の電圧の蓄積容量コモン信号が供給される。   The storage capacitor Cs27 is formed between the pixel electrode 32 and the storage capacitor line 28 to which a predetermined voltage is applied. The storage capacitor Cs27 is applied during a period in which the TFT 20 is in an off state (non-selection period) after the voltage output from the signal line 82 is applied to the pixel electrode 32 via the TFT 20 in a period in which the TFT 20 is in an on state (selection period). This is a capacitance provided to maintain this applied voltage substantially constant for a required time. In addition, the storage capacitor line 28 is a wiring commonly connected to the storage capacitor Cs of each pixel portion in order to supply power to one electrode of the storage capacitor Cs27, and a storage capacitor common signal having a predetermined voltage is supplied. Is done.

コモン電極(対向電極)34は、画素電極32と対向するように形成され、各画素に共通な透明電極である。コモン電極34は、一般に、TN(Twisted Nematic)型、VA(Vertical Alignment)型の液晶表示装置では図示しない対向基板に形成される。コモン電極34には共通電極線(コモン電極線)35を介して所定の電圧のコモン信号が印加される。画素電極32と対向電極34との間には電気光学部材である液晶99が配設された構成をなしている。なお、参照番号38及び39は、それぞれ、ゲート・ソース間寄生容量Cgs及びゲート・ドレイン間寄生容量Cgdである。   The common electrode (counter electrode) 34 is formed so as to face the pixel electrode 32 and is a transparent electrode common to each pixel. The common electrode 34 is generally formed on a counter substrate (not shown) in a TN (Twisted Nematic) type or VA (Vertical Alignment) type liquid crystal display device. A common signal having a predetermined voltage is applied to the common electrode 34 via a common electrode line (common electrode line) 35. Between the pixel electrode 32 and the counter electrode 34, the liquid crystal 99 which is an electro-optical member is provided. Reference numerals 38 and 39 are a gate-source parasitic capacitance Cgs and a gate-drain parasitic capacitance Cgd, respectively.

このような画素部10を備える液晶表示装置100の動作は、例えば次のとおりである。走査線駆動装置70は、液晶表示装置100に入力される図示しない画像信号の同期信号その他の情報に基づいて、信号線82からの画像信号を書き込むべき画素部10を行単位で選択する走査信号を出力する。信号線駆動装置80は、同じく画像信号の輝度情報等に基づいて、走査信号に同期して動作し、走査期間に選択された画素部10に画像信号を供給する。そして、選択された画素部10内にあるTFT20を介して、信号線駆動装置80からの画像信号に応じた電圧が画素電極32に印加される。即ち、TFT20のソース領域15からソース電極25を介して光変調を制御する信号である画像信号が画素電極32に供給される。これによって、画素電極32とコモン電極34とからなる一対の電極の間に電界が生じ、この電界によって液晶99の分子の向き(液晶分子の配向)が制御される。そして、この配向変化を利用して液晶を透過する光を変調することで画像等の表示作用が行われる。このようにして液晶表示装置が構成される。   The operation of the liquid crystal display device 100 including such a pixel unit 10 is, for example, as follows. The scanning line driving device 70 selects a pixel unit 10 to which the image signal from the signal line 82 should be written in units of rows based on a synchronization signal and other information of an image signal (not shown) input to the liquid crystal display device 100. Is output. Similarly, the signal line driving device 80 operates in synchronization with the scanning signal based on the luminance information of the image signal and supplies the image signal to the pixel unit 10 selected in the scanning period. Then, a voltage corresponding to the image signal from the signal line driving device 80 is applied to the pixel electrode 32 via the TFT 20 in the selected pixel unit 10. That is, an image signal which is a signal for controlling light modulation is supplied to the pixel electrode 32 from the source region 15 of the TFT 20 via the source electrode 25. As a result, an electric field is generated between a pair of electrodes including the pixel electrode 32 and the common electrode 34, and the orientation of the molecules of the liquid crystal 99 (the orientation of the liquid crystal molecules) is controlled by this electric field. Then, the display action of an image or the like is performed by modulating the light transmitted through the liquid crystal using this change in orientation. In this way, a liquid crystal display device is configured.

このような液晶表示装置の製造方法を説明する。セル・アレイ基板101の基板11に本実施の形態に係るTFT20を形成する。その製造方法は、TFTの製造方法ですでに説明したとおりである。そしてTFT20の上にパッシベーション層19を形成した後、必要に応じてこれをエッチングによりパターニングを行い、その一部を除去することにより、例えば、次の工程で形成されるITOからなる透明導電層と電気接続をするためのコンタクトホール(図示せず)を形成する。なお、走査線72、信号線82及びその他必要な配線は、ゲート電極12、ソース電極15又はドレイン電極16を形成するPEPにおいて形成することができる。   A method for manufacturing such a liquid crystal display device will be described. The TFT 20 according to this embodiment is formed on the substrate 11 of the cell array substrate 101. The manufacturing method is as already described in the TFT manufacturing method. Then, after forming the passivation layer 19 on the TFT 20, if necessary, patterning is performed by etching, and removing a part thereof, for example, a transparent conductive layer made of ITO formed in the next step and A contact hole (not shown) for electrical connection is formed. Note that the scanning lines 72, the signal lines 82, and other necessary wirings can be formed in the PEP in which the gate electrode 12, the source electrode 15, or the drain electrode 16 is formed.

次に、図示していないが、透明導電層をスパッタリング法等により形成する。透明導電層の材質は特に限定されないが、例えば、ITOが用いられる。透明導電層を形成した後、これをパターニングすることにより、画素電極32を形成することができる。このようにして、ボトムゲート型のTFT20を含む画素部10、走査線72、及び信号線82等の各種配線を基板11上に備えるセル・アレイ基板101が形成される。   Next, although not shown, a transparent conductive layer is formed by a sputtering method or the like. Although the material of a transparent conductive layer is not specifically limited, For example, ITO is used. After forming the transparent conductive layer, the pixel electrode 32 can be formed by patterning the transparent conductive layer. In this way, the cell array substrate 101 including various wirings such as the pixel portion 10 including the bottom gate TFT 20, the scanning line 72, and the signal line 82 on the substrate 11 is formed.

次に、セル・アレイ基板101とカラーフィルター等を設けた対向基板とに配向処理等を行い、その後、両基板をシール材で貼り合わせる。シール材は、例えば光硬化型のアクリル樹脂のような、紫外線硬化型のシール材を用いる。このようにしてシールされた液晶基板の間に液晶を注入し、駆動回路や偏光板、バックライト等の光学部材などを取り付けることにより液晶表示装置100が完成する。なお、FFS(Fringe Field Switching)型、IPS(In-Plane Switching)型の液晶表示装置の場合においても、コモン電極(対向電極)がセル・アレイ基板に備えられる等の構造上の違いはあるが、本発明を適用することができる。   Next, an alignment process or the like is performed on the cell array substrate 101 and a counter substrate provided with a color filter, and then both substrates are bonded together with a sealant. As the sealing material, for example, an ultraviolet curable sealing material such as a photo-curing acrylic resin is used. The liquid crystal display device 100 is completed by injecting liquid crystal between the liquid crystal substrates thus sealed and attaching optical members such as a drive circuit, a polarizing plate, and a backlight. Even in the case of FFS (Fringe Field Switching) type and IPS (In-Plane Switching) type liquid crystal display devices, there are structural differences such as the common electrode (counter electrode) provided on the cell array substrate. The present invention can be applied.

OLED表示装置の場合には、本実施の形態に係るTFTを基板上に形成した後、画素電極を形成し、発光層としての有機EL(有機Electro Luminescence)材料を他の所定の層とともに積層しこれを画素電極とコモン電極(対向電極)との間に配設させることにより、アクティブマトリックス型のOLED表示装置を実現することができる。画素電極にはTFTのソース領域又はドレイン領域から光変調を制御する信号である画像信号が供給される。OLED表示装置の場合には一般に一つの画素部に複数のTFT(スイッチング用TFT及び駆動用TFT等)を用いるが、画素電極に接続され有機ELを駆動する駆動用TFTだけでなく、駆動用TFTを制御するスイッチング用TFTにも本実施の形態に係るTFTを使用することができる。即ち、画素電極に直接接続されないスイッチング用TFTのソース領域又はドレイン領域から供給された光変調を制御する信号が、駆動用TFTを介して駆動用TFTのソース電極又はドレイン電極に接続された画素電極に供給されるような構成にも使用できる。なお、一般に、対向電極は有機EL上の所定の層の上に、すなわちセル・アレイ基板に形成される。   In the case of an OLED display device, after the TFT according to this embodiment is formed on a substrate, a pixel electrode is formed, and an organic EL (organic electro luminescence) material as a light emitting layer is laminated together with other predetermined layers. By disposing this between the pixel electrode and the common electrode (counter electrode), an active matrix OLED display device can be realized. An image signal, which is a signal for controlling light modulation, is supplied to the pixel electrode from the source region or drain region of the TFT. In the case of an OLED display device, a plurality of TFTs (such as switching TFTs and driving TFTs) are generally used in one pixel portion. However, not only driving TFTs connected to pixel electrodes and driving organic EL, but also driving TFTs. The TFT according to this embodiment can also be used as a switching TFT for controlling the above. In other words, a signal for controlling light modulation supplied from the source region or drain region of the switching TFT that is not directly connected to the pixel electrode is connected to the source electrode or drain electrode of the driving TFT via the driving TFT. It can also be used in configurations such as those supplied to In general, the counter electrode is formed on a predetermined layer on the organic EL, that is, on the cell array substrate.

そして、このようにして製造された液晶表示装置やOLED表示装置は、テレビジョン受像機、パーソナルコンピューター用のモニター、携帯電話、車載用モニター、ゲーム機その他、フラットパネルディスプレーとして使用することができる。なお、本実施の形態に係るTFTは、FED(Field Emission Display:電界放出型表示装置)にも利用可能である。   The liquid crystal display device and the OLED display device thus manufactured can be used as a television receiver, a monitor for a personal computer, a mobile phone, an in-vehicle monitor, a game machine, and other flat panel displays. Note that the TFT according to this embodiment can also be used in an FED (Field Emission Display).

また、EPIDの場合には、画素電極と対向電極との間に、例えば正に帯電した白色粒子と負に帯電した黒色粒子とが入った電気泳動マイクロカプセルを配設し、画素電極と対向電極との間に所定の電界を生じさせることにより表示装置として使用することができる。そして、本発明のTFTのソース領域又はドレイン領域から光変調を制御する信号である画像信号を画素電極に供給することにより、液晶表示装置の場合と同様に、アクティブマトリックス型の表示装置を実現することができる。   In the case of EPID, an electrophoretic microcapsule containing, for example, positively charged white particles and negatively charged black particles is disposed between the pixel electrode and the counter electrode. Can be used as a display device by generating a predetermined electric field between them. Then, by supplying an image signal, which is a signal for controlling light modulation, from the source region or drain region of the TFT of the present invention to the pixel electrode, an active matrix display device is realized as in the case of the liquid crystal display device. be able to.

なお、本実施の形態に係るTFTはボトムゲート型TFTであり、ゲート電極がTFTを遮光する構成をとるため、液晶表示装置に使用した場合でもバックライトからの光によるTFT特性の変動は少ない。また、近年の表示装置等に用いられているアモルファスシリコンTFTは、その多くがボトムゲート型を採用しているため、本発明の実施においても既存の製造工程、装置及び設備等を転用することが可能である。   Note that the TFT according to this embodiment is a bottom-gate TFT and has a configuration in which the gate electrode shields the TFT. Therefore, even when used in a liquid crystal display device, variation in TFT characteristics due to light from the backlight is small. In addition, since most amorphous silicon TFTs used in recent display devices adopt a bottom gate type, existing manufacturing processes, devices, equipment, etc. can be diverted in the practice of the present invention. Is possible.

なお、図1又は図3は本実施の形態を説明するために、本実施の形態に関連する主要な部材や部材間の関係を簡略化して記載したに過ぎないものである。ここまでの説明で言及した以外にも、TFTや表示装置を構成するには多くの部材が使われる。しかしそれらは当業者には周知であるので、ここでは詳しく言及しない。また、本実施の形態ではTFTは表示装置の画素部を構成するものを例として説明してきたが、本実施の形態に係るTFTは、画素部以外の例えば走査線駆動装置や信号線駆動装置等の通常の回路や装置においてもスイッチング素子又は増幅素子として使用することができる。また、本実施の形態で説明した表示装置はあくまで一例に過ぎず、それら以外の表示装置であっても、当業者が任意に選択することができる範囲においては本発明の範囲に含まれる。また、例えば、タッチパネル、イメージスキャナ、又はX線ディテクタパネル等の各種センサ等の表示装置以外の装置においても本発明を実施することができる。   Note that FIG. 1 or FIG. 3 is merely a simplified illustration of the main members and relationships between the members related to the present embodiment in order to describe the present embodiment. In addition to those mentioned in the above description, many members are used to configure the TFT and the display device. However, they are well known to those skilled in the art and will not be described in detail here. In this embodiment mode, the TFT has been described as an example of a pixel portion of a display device. However, the TFT according to this embodiment mode includes, for example, a scanning line driving device and a signal line driving device other than the pixel portion. Even in a normal circuit or apparatus, it can be used as a switching element or an amplifying element. The display device described in this embodiment mode is merely an example, and other display devices are included in the scope of the present invention as long as those skilled in the art can arbitrarily select them. In addition, the present invention can be implemented in devices other than display devices such as various sensors such as a touch panel, an image scanner, or an X-ray detector panel.

そして、これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。   The present invention has been described with reference to the specific embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings, and so far as long as the effects of the present invention are exhibited. It goes without saying that any known configuration can be employed.

10…画素部
11…基板
12…ゲート電極
13…ゲート絶縁膜(第1絶縁層)
14、14p…半導体層
15、15p…ソース領域
16、16p…ドレイン領域
17、17p…チャネル領域
18、18p…チャネル保護膜(第2絶縁層)
19…パッシベーション層(第3絶縁層)
20、20p…TFT(薄膜トランジスタ)
22…紫外線
23、23s、23d…コンタクトホール
24、24s、24d…n+アモルファスシリコン層
25…ソース電極
26…ドレイン電極
27…蓄積容量Cs
32…画素電極
34…コモン電極(対向電極)
38…ゲート・ソース間寄生容量Cgs
39…ゲート・ドレイン間寄生容量Cgd
72…走査線
82…信号線
100…液晶表示装置
101…セル・アレイ基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Pixel part 11 ... Substrate 12 ... Gate electrode 13 ... Gate insulating film (1st insulating layer)
14, 14p ... Semiconductor layer 15, 15p ... Source region 16, 16p ... Drain region 17, 17p ... Channel region 18, 18p ... Channel protective film (second insulating layer)
19: Passivation layer (third insulating layer)
20, 20p ... TFT (Thin Film Transistor)
22 ... UV 23, 23s, 23d ... Contact hole 24, 24s, 24d ... n + amorphous silicon layer 25 ... Source electrode 26 ... Drain electrode 27 ... Storage capacitor Cs
32 ... Pixel electrode 34 ... Common electrode (counter electrode)
38 ... Parasitic capacitance between gate and source Cgs
39: Parasitic capacitance between gate and drain Cgd
72 ... Scanning line 82 ... Signal line 100 ... Liquid crystal display device 101 ... Cell array substrate

Claims (14)

遮光性を備えるゲート電極を基板に形成する第1工程と、
該ゲート電極の上にゲート絶縁膜を形成する第2工程と、
該ゲート絶縁膜の上にIn、Ga及びZnを含むアモルファス酸化物からなる半導体層を形成する第3工程と、
該ゲート電極をシャドーマスクとして紫外線を該半導体層に向けて照射することにより、照射前の該半導体層よりも導電率の高いアモルファスのソース領域又はドレイン領域を構成する第4工程と
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A first step of forming a gate electrode having light shielding properties on a substrate;
A second step of forming a gate insulating film on the gate electrode;
A third step of forming a semiconductor layer made of an amorphous oxide containing In, Ga, and Zn on the gate insulating film;
And a fourth step of forming an amorphous source region or drain region having a higher conductivity than the semiconductor layer before irradiation by irradiating the semiconductor layer with ultraviolet rays using the gate electrode as a shadow mask. A method for manufacturing a thin film transistor.
前記ゲート電極のチャネル長方向の寸法が、最小加工寸法であることを特徴とする請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。 2. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein a dimension of the gate electrode in a channel length direction is a minimum processing dimension. 前記ソース領域又はドレイン領域の前記紫外線の照射後の抵抗は、前記薄膜トランジスタのオン抵抗よりも低いことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の薄膜トランジスタの製造方法。 3. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein a resistance of the source region or the drain region after the irradiation with the ultraviolet light is lower than an on-resistance of the thin film transistor. 前記半導体層のチャネル領域の不純物濃度と前記ソース領域又は前記ドレイン領域の不純物濃度とが同じであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。 4. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the impurity concentration of the channel region of the semiconductor layer is the same as the impurity concentration of the source region or the drain region. 前記紫外線を照射する光源は、面光源であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。 5. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the light source for irradiating the ultraviolet light is a surface light source. 前記紫外線を照射する光源は、水銀ランプであることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。 6. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the light source for irradiating ultraviolet rays is a mercury lamp. 前記紫外線の波長は、270nmから450nmまでの範囲にわたることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。 7. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the wavelength of the ultraviolet ray ranges from 270 nm to 450 nm. 前記第4工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、導電率を10倍(但し、0<n≦6)に増加させる場合に、(309・n)ないし(392・n)J/cmとすることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The cumulative irradiation energy density of ultraviolet rays in the fourth step is (309 · n) to (392 · n) J / cm 2 when the conductivity is increased 10 n times (where 0 <n ≦ 6). A method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 7, wherein: 前記第4工程における紫外線の積算照射エネルギー密度は、1332J/cm以上であることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。 9. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein an integrated irradiation energy density of ultraviolet rays in the fourth step is 1332 J / cm 2 or more. 前記第4工程における紫外線の照射エネルギー密度は、100mJ/sec・cmであることを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。 10. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein an irradiation energy density of ultraviolet rays in the fourth step is 100 mJ / sec · cm 2 . 請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法を用いて薄膜トランジスタを形成する工程と、
該薄膜トランジスタにより光の変調が制御され表示に供する電気光学部材を配設する工程と
を含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
Forming a thin film transistor using the method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 10;
And a step of arranging an electro-optic member for controlling display of light by the thin film transistor and providing the display.
前記電気光学部材は液晶であることを特徴とする請求項11記載の表示装置の製造方法。 12. The method of manufacturing a display device according to claim 11, wherein the electro-optical member is a liquid crystal. 基板に形成された遮光性を備えるゲート電極と、
該ゲート電極の上に形成されたゲート絶縁膜と、
チャネル領域と、該ゲート電極をシャドーマスクとして紫外線を該半導体層に向けて照射することにより照射前よりも導電率が高められたアモルファスのソース領域又はドレイン領域とを含み、該ゲート絶縁膜の上に形成されたIn、Ga及びZnを含むアモルファス酸化物からなる半導体層と
を含むことを特徴とする薄膜トランジスタ。
A gate electrode having a light shielding property formed on the substrate;
A gate insulating film formed on the gate electrode;
A channel region, and an amorphous source region or drain region whose conductivity is higher than before irradiation by irradiating the semiconductor layer with ultraviolet light using the gate electrode as a shadow mask, and on the gate insulating film And a semiconductor layer formed of an amorphous oxide containing In, Ga, and Zn.
請求項13記載の薄膜トランジスタと、
該薄膜トランジスタにより光の変調が制御され表示に供する電気光学部材と
を含むことを特徴とする表示装置。
A thin film transistor according to claim 13,
A display device comprising: an electro-optic member for controlling display of light modulated by the thin film transistor;
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