JP2010212284A - Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, tft substrate, and display device - Google Patents

Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, tft substrate, and display device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device (double gate type thin film transistor) improved in drive performance by increasing an ON-current, and also to provide a semiconductor device manufacturing method for manufacturing the semiconductor device, a TFT substrate mounted with the semiconductor device, and a display device which applies the TFT substrate. <P>SOLUTION: The semiconductor device 1 is equipped with: a first gate electrode 11 formed on an insulating substrate 10 (insulating substrate 110); a first insulating layer 12 formed on the first gate electrode 11; a semiconductor layer 13 formed on the first insulating layer 12; a source electrode 15 connected to one end of the semiconductor layer 13; a drain electrode 16 connected to the other end of the semiconductor layer 13 so as to oppose the source electrode 15; a second insulating layer 17 formed on the semiconductor layer 13; and a second gate electrode 19 formed on the second insulating layer 17. At least either one of the first gate electrode 11 and the second gate electrode 19 is formed of a transparent conductive material, and constitutes a transparent electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、絶縁性基板に形成された第1ゲート電極、半導体層、第2ゲート電極を備える半導体装置、この半導体装置を製造する半導体装置製造方法、この半導体装置を搭載したTFT基板、およびこのTFT基板を適用した表示装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a first gate electrode, a semiconductor layer, and a second gate electrode formed on an insulating substrate, a semiconductor device manufacturing method for manufacturing the semiconductor device, a TFT substrate on which the semiconductor device is mounted, and this The present invention relates to a display device to which a TFT substrate is applied.

液晶表示装置等の表示装置には、逆スタガ型アモルファスシリコンTFT(Thin Film Transistor:以下、TFTを薄膜トランジスタと記載することがある。)が用いられてきた(例えば、特許文献1参照。)。しかし、逆スタガ型アモルファスシリコンTFTは、表示装置に用いられているTFTの中でオン電流が最も小さいという問題があった。   In a display device such as a liquid crystal display device, an inverted staggered amorphous silicon TFT (Thin Film Transistor: hereinafter, TFT may be referred to as a thin film transistor) has been used (for example, refer to Patent Document 1). However, the inverted staggered amorphous silicon TFT has a problem that the on-current is the smallest among TFTs used in the display device.

つまり、オン電流が小さいことから高速化が困難であり、オン電流を大きくするためにTFTの寸法を大型化すると表示装置の駆動部(TFT)の面積が表示部の面積に対して大きい面積を占めることとなり、実質的な表示面積が縮小し、高精細な表示装置を実現することができないという問題があった。   In other words, since the on-current is small, it is difficult to increase the speed, and when the size of the TFT is increased to increase the on-current, the area of the drive unit (TFT) of the display device is larger than the area of the display unit. Thus, there is a problem that a substantial display area is reduced and a high-definition display device cannot be realized.

特開2001−127296号公報JP 2001-127296 A

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、絶縁性基板の上に積層された第1ゲート電極と、半導体層と、第2ゲート電極とを備える半導体装置であって、第1ゲート電極および第2ゲート電極の少なくとも一方を透明導電性材料で形成し、半導体層に形成されるチャネル領域を拡大することにより、取り出せるオン電流を増加させて駆動能力を大きくした半導体装置(ダブルゲート型薄膜トランジスタ)を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and is a semiconductor device including a first gate electrode, a semiconductor layer, and a second gate electrode stacked on an insulating substrate. A semiconductor device (double gate) in which at least one of the gate electrode and the second gate electrode is formed of a transparent conductive material and the channel region formed in the semiconductor layer is enlarged, thereby increasing the on-current that can be extracted and increasing the driving capability. Type thin film transistor).

また、本発明は、本発明に係る半導体装置(ダブルゲート型薄膜トランジスタ)を製造する半導体装置製造方法であって、第2絶縁層を半導体層の上に成膜する前に、水酸化テトラメチルアンモニウムを含有するアルカリ系薬液を用いて半導体層の表面を洗浄処理することにより、半導体層の表面に形成されたダメージ層を除去し、半導体装置の特性バラつきを抑制することが可能な半導体装置製造方法を提供することを他の目的とする。   The present invention also relates to a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device (double gate type thin film transistor) according to the present invention, wherein tetramethylammonium hydroxide is formed before forming the second insulating layer on the semiconductor layer. Semiconductor device manufacturing method capable of removing the damage layer formed on the surface of the semiconductor layer by washing the surface of the semiconductor layer with an alkaline chemical solution containing, thereby suppressing variation in characteristics of the semiconductor device For other purposes.

また、本発明は、本発明に係る半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、酸素または酸素元素を含むガスを用いたプラズマによる酸化処理を半導体層の表面に施すことによって半導体層と第2絶縁層との間にシリコン酸化膜を形成することにより、製造装置を追加することなく容易にシリコン酸化膜を製造することができる半導体装置製造方法を提供することを他の目的とする。   The present invention is also a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, wherein the surface of the semiconductor layer is subjected to oxidation treatment using plasma using oxygen or a gas containing an oxygen element. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method that can easily manufacture a silicon oxide film without adding a manufacturing apparatus by forming a silicon oxide film between two insulating layers.

また、本発明は、本発明に係る半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、オゾン水を用いた酸化処理を半導体層の表面に施すことによって半導体層と第2絶縁層との間にシリコン酸化膜を形成することにより、製造装置を追加することなく容易にシリコン酸化膜を製造することができる半導体装置製造方法を提供することを他の目的とする。   Moreover, this invention is a semiconductor device manufacturing method which manufactures the semiconductor device which concerns on this invention, Comprising: Between the semiconductor layer and a 2nd insulating layer by performing the oxidation process using ozone water on the surface of a semiconductor layer Another object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method that can easily manufacture a silicon oxide film without adding a manufacturing apparatus by forming a silicon oxide film.

また、本発明は、表示用の画素電極と、画素トランジスタとしての薄膜トランジスタとを有するTFT基板であって、薄膜トランジスタを本発明に係る半導体装置とすることにより、オン電流が大きい半導体装置(ダブルゲート型薄膜トランジスタ)を画素トランジスタとして画素電極を駆動し、高速駆動で大画面表示が可能なTFT基板を提供することを他の目的とする。   Further, the present invention is a TFT substrate having a display pixel electrode and a thin film transistor as a pixel transistor, and a semiconductor device having a large on-current (double gate type) by using the thin film transistor as the semiconductor device according to the present invention. Another object of the present invention is to provide a TFT substrate capable of driving a pixel electrode using a thin film transistor) as a pixel transistor and performing a large screen display at high speed.

また、本発明は、表示用の画素電極を有するTFT基板を備える表示装置であって、TFT基板を本発明に係るTFT基板とすることにより、大画面表示が可能で、表示面積比を向上させた表示装置を提供することを他の目的とする。   Further, the present invention is a display device including a TFT substrate having pixel electrodes for display, and by using the TFT substrate as a TFT substrate according to the present invention, a large screen display is possible and a display area ratio is improved. Another object is to provide a display device.

本発明に係る半導体装置は、絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、該第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、該第1絶縁層の上に形成された半導体層と、該半導体層の一端に接続されたソース電極と、該ソース電極に対向して前記半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、前記半導体層の上に形成された第2絶縁層と、該第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体層に形成されるチャネル領域とを備える半導体装置であって、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されていることを特徴とする。   A semiconductor device according to the present invention is formed on a first gate electrode formed on an insulating substrate, a first insulating layer formed on the first gate electrode, and the first insulating layer. A semiconductor electrode; a source electrode connected to one end of the semiconductor layer; a drain electrode connected to the other end of the semiconductor layer opposite the source electrode; and a second electrode formed on the semiconductor layer. A semiconductor device comprising: an insulating layer; a second gate electrode formed on the second insulating layer; and a channel region formed in the semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode, At least one of the first gate electrode and the second gate electrode is formed of a transparent conductive material.

この構成により、第1ゲート電極および第2ゲート電極を有するダブルゲート型TFT(ダブルゲート型薄膜トランジスタ)を形成して半導体層でのチャネル領域を拡大することができるので、取り出せるオン電流を増加させて駆動能力の大きい半導体装置とすることができる。   With this structure, a double gate type TFT (double gate type thin film transistor) having a first gate electrode and a second gate electrode can be formed and a channel region in a semiconductor layer can be enlarged, so that an on-current that can be extracted is increased. A semiconductor device with high driving capability can be obtained.

また、本発明に係る半導体装置では、前記第2絶縁層は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で前記第2ゲート電極が嵌め込まれた第2絶縁層穴を備え、該第2絶縁層穴の側面は、中央方向に突出した突出部を有し、該突出部は、前記第2絶縁層穴の底面の端部に対して5nm以上の突出長を有することを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention, the second insulating layer includes a second insulating layer hole in which the second gate electrode is fitted between the source electrode and the drain electrode, and the second insulating layer hole The side surface has a protruding portion protruding in the central direction, and the protruding portion has a protruding length of 5 nm or more with respect to the end portion of the bottom surface of the second insulating layer hole.

この構成により、第2絶縁層穴の突出部の下側に形成されたくびれに第2ゲート電極がピン止め(ピニング)された状態となることから、第2絶縁層と第2ゲート電極との間の密着性を向上させて第2ゲート電極の膜剥がれを防止することが可能となり、歩留まりおよび信頼性を向上させることができる。   With this configuration, since the second gate electrode is pinned to the constriction formed below the protruding portion of the second insulating layer hole, the second insulating layer and the second gate electrode It is possible to improve the adhesion between the second gate electrodes and prevent the second gate electrode from peeling off, and the yield and reliability can be improved.

また、本発明に係る半導体装置では、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記半導体層の表面に接合され、前記半導体層は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間の前記チャネル領域で薄くされてチャネル段差を有し、該チャネル段差は、10nm以上200nm以下であることを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention, the source electrode and the drain electrode are joined to a surface of the semiconductor layer, and the semiconductor layer is thinned in the channel region between the source electrode and the drain electrode. It has a channel step, and the channel step is 10 nm or more and 200 nm or less.

この構成により、チャネル段差を10nm以上とすることから、エッチングによって薄くされたチャネル領域(半導体層)の表面での残渣バラツキの影響を抑制し、また、チャネル段差を200nm以下とすることから、チャネル領域とソース電極との間の距離およびチャネル領域とドレイン電極との間の距離の増大によるオン電流の減少を抑制することが可能となる。   With this configuration, since the channel step is 10 nm or more, the influence of residue variation on the surface of the channel region (semiconductor layer) thinned by etching is suppressed, and the channel step is 200 nm or less. It is possible to suppress a decrease in on-current due to an increase in the distance between the region and the source electrode and the distance between the channel region and the drain electrode.

また、本発明に係る半導体装置では、前記半導体層は、微結晶シリコンを主成分としていることを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention, the semiconductor layer is mainly composed of microcrystalline silicon.

この構成により、移動度の大きい微結晶シリコンを、通常の逆スタガ型TFTでは使用できない半導体層の表面側をチャネル領域として利用することから、大きなオン電流の取り出しが可能となる。   With this configuration, since microcrystalline silicon having high mobility is used as a channel region on the surface side of a semiconductor layer that cannot be used in a normal inverted staggered TFT, a large on-current can be extracted.

また、本発明に係る半導体装置では、前記半導体層と前記第2絶縁層との間に、シリコン酸化膜を備えることを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention, a silicon oxide film is provided between the semiconductor layer and the second insulating layer.

この構成により、半導体層の表面に形成された準位を低減することができるので、準位の存在による移動度の低下を抑制することが可能となる。   With this configuration, the level formed on the surface of the semiconductor layer can be reduced, so that a decrease in mobility due to the presence of the level can be suppressed.

また、本発明に係る半導体装置では、前記チャネル領域の膜厚は、10nm以上1000nm以下であることを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention, the channel region has a thickness of 10 nm to 1000 nm.

この構成により、チャネル領域での半導体層の膜厚を10nm以上として安定した膜質を得ることができるので、トランジスタ特性の安定性を確保することが可能となり、また、1000nm以下とすることにより、半導体層の成膜時間の増加を抑制することができる。   With this configuration, the film thickness of the semiconductor layer in the channel region can be increased to 10 nm or more, and a stable film quality can be obtained. Therefore, it is possible to ensure the stability of transistor characteristics. An increase in the layer formation time can be suppressed.

また、本発明に係る半導体装置では、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層は、それぞれの主成分が同一とされていることを特徴とする。   In the semiconductor device according to the present invention, the first insulating layer and the second insulating layer have the same main component.

この構成により、第1絶縁層および第2絶縁層の形成に用いる材料、エッチングに利用するガス、エッチング材料に同じものを利用することができるので、製造工程での材料追加によるコスト増加の抑制が可能となる。   With this configuration, the same material can be used for the materials used for forming the first insulating layer and the second insulating layer, the gas used for etching, and the etching material. It becomes possible.

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、該第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、該第1絶縁層の上に形成された半導体層と、該半導体層の一端に接続されたソース電極と、該ソース電極に対向して前記半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、前記半導体層の上に形成された第2絶縁層と、該第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極とを備え、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、前記第2絶縁層を前記半導体層の上に成膜する前に、水酸化テトラメチルアンモニウムを含有するアルカリ系薬液を用いて前記半導体層の表面を洗浄処理することを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method comprising: a first gate electrode formed on an insulating substrate; a first insulating layer formed on the first gate electrode; A semiconductor layer formed on the semiconductor layer, a source electrode connected to one end of the semiconductor layer, a drain electrode facing the source electrode and connected to the other end of the semiconductor layer, and formed on the semiconductor layer And a second gate electrode formed on the second insulating layer, wherein at least one of the first gate electrode and the second gate electrode is formed of a transparent conductive material. A semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor layer is formed using an alkaline chemical solution containing tetramethylammonium hydroxide before forming the second insulating layer on the semiconductor layer. Characterized by cleaning the surface of To.

この構成により、半導体層の表面に形成されたダメージ層を除去することが可能となることから、半導体装置(ダブルゲート型TFT)の特性バラつきを抑制することができる。   With this configuration, it is possible to remove the damaged layer formed on the surface of the semiconductor layer, so that variation in characteristics of the semiconductor device (double gate TFT) can be suppressed.

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、該第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、該第1絶縁層の上に形成された半導体層と、該半導体層の一端に接続されたソース電極と、該ソース電極に対向して前記半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、前記半導体層の上に形成された第2絶縁層と、該第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極と、前記半導体層と前記第2絶縁層との間に形成されたシリコン酸化膜とを備え、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている半導体装置(ダブルゲート型TFT)を製造する半導体装置製造方法であって、前記シリコン酸化膜は、酸素または酸素元素を含むガスを用いたプラズマによる酸化処理を前記半導体層の表面に施すことによって形成されることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method comprising: a first gate electrode formed on an insulating substrate; a first insulating layer formed on the first gate electrode; A semiconductor layer formed on the semiconductor layer, a source electrode connected to one end of the semiconductor layer, a drain electrode facing the source electrode and connected to the other end of the semiconductor layer, and formed on the semiconductor layer A second gate electrode formed on the second insulating layer, and a silicon oxide film formed between the semiconductor layer and the second insulating layer. At least one of the first gate electrode and the second gate electrode is a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device (double gate type TFT) formed of a transparent conductive material, wherein the silicon oxide film contains oxygen or Plaz using gas containing oxygen Characterized in that it is formed by subjecting the oxidation treatment with the surface of the semiconductor layer.

この構成により、第2絶縁層をCVD装置で成膜する場合に、プラズマを用いた酸化処理を同一装置内で前処理として実施することが可能となるので、製造装置を追加することなく容易にシリコン酸化膜を製造することができる。   With this configuration, when the second insulating layer is formed by a CVD apparatus, it is possible to perform an oxidation process using plasma as a pre-process in the same apparatus, so that it is easy without adding a manufacturing apparatus. A silicon oxide film can be manufactured.

また、本発明に係る半導体装置製造方法は、絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、該第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、該第1絶縁層の上に形成された半導体層と、該半導体層の一端に接続されたソース電極と、該ソース電極に対向して前記半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、前記半導体層の上に形成された第2絶縁層と、該第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極と、前記半導体層と前記第2絶縁層との間に形成されたシリコン酸化膜とを備え、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、前記シリコン酸化膜は、オゾン水を用いた酸化処理を前記半導体層の表面に施すことによって形成されることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method comprising: a first gate electrode formed on an insulating substrate; a first insulating layer formed on the first gate electrode; A semiconductor layer formed on the semiconductor layer, a source electrode connected to one end of the semiconductor layer, a drain electrode facing the source electrode and connected to the other end of the semiconductor layer, and formed on the semiconductor layer A second gate electrode formed on the second insulating layer, and a silicon oxide film formed between the semiconductor layer and the second insulating layer. At least one of the first gate electrode and the second gate electrode is a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device formed of a transparent conductive material, and the silicon oxide film is subjected to an oxidation treatment using ozone water. Formed by applying to the surface of the semiconductor layer Characterized in that it is.

この構成により、第2絶縁層を成膜する前にウェット洗浄装置で洗浄処理を行う場合に、同一洗浄装置で同時に実施することが可能となるので、製造装置を追加することなく容易にシリコン酸化膜を製造することができる。   With this configuration, when the cleaning process is performed with the wet cleaning apparatus before the second insulating layer is formed, it can be simultaneously performed with the same cleaning apparatus, so that silicon oxide can be easily formed without adding a manufacturing apparatus. Membranes can be manufactured.

また、本発明に係るTFT基板は、絶縁性基板と、該絶縁性基板に形成された表示用の画素電極と、前記絶縁性基板に形成され前記画素電極に印加する電圧を制御する画素トランジスタとしての薄膜トランジスタとを有するTFT基板であって、前記薄膜トランジスタは、本発明に係る半導体装置であることを特徴とする。   The TFT substrate according to the present invention includes an insulating substrate, a display pixel electrode formed on the insulating substrate, and a pixel transistor that is formed on the insulating substrate and controls a voltage applied to the pixel electrode. The thin film transistor is a semiconductor device according to the present invention.

この構成により、オン電流が大きい半導体装置(ダブルゲート型TFT)を画素トランジスタとして用いるので、低抵抗の画素トランジスタで画素電極を駆動することが可能となり、高速駆動で大画面表示が可能なTFT基板とすることができる。   With this configuration, a semiconductor device (double-gate TFT) having a large on-current is used as a pixel transistor, so that a pixel electrode can be driven by a low-resistance pixel transistor, and a large-screen display can be performed at high speed. It can be.

また、本発明に係るTFT基板は、さらに、前記絶縁性基板に形成され前記画素トランジスタを制御するドライバトランジスタを備え、該ドライバトランジスタは、本発明に係る半導体装置で構成されていることを特徴とする。   The TFT substrate according to the present invention further includes a driver transistor that is formed on the insulating substrate and controls the pixel transistor, and the driver transistor includes the semiconductor device according to the present invention. To do.

この構成により、オン電流が大きい半導体装置(ダブルゲート型薄膜トランジスタ)をドライバ回路(ゲートドライバ回路、ソースドライバ回路)のドライバトランジスタとして用いるので、絶縁性基板でドライバ回路が占める面積を縮小することが可能となり、絶縁性基板の面積に対する画素トランジスタ領域の面積を大きくして表示面積比を向上させたTFT基板とすることができる。また、TFT基板は、画素トランジスタとドライバトランジスタとを小さな面積で混載することが可能となる。   With this configuration, a semiconductor device (double-gate thin film transistor) with a large on-state current is used as a driver transistor of a driver circuit (gate driver circuit, source driver circuit), so that the area occupied by the driver circuit on the insulating substrate can be reduced. Thus, the area of the pixel transistor region with respect to the area of the insulating substrate can be increased to obtain a TFT substrate with an improved display area ratio. In addition, the TFT substrate can mount the pixel transistor and the driver transistor in a small area.

また、本発明に係る表示装置は、表示用の画素電極を有するTFT基板を備える表示装置であって、前記TFT基板は、本発明に係るTFT基板であることを特徴とする。   The display device according to the present invention is a display device including a TFT substrate having a pixel electrode for display, and the TFT substrate is a TFT substrate according to the present invention.

この構成により、オン電流が大きい半導体装置(ダブルゲート型TFT)を画素トランジスタあるいはドライバトランジスタとして用いるので、大画面表示が可能で、絶縁性基板の面積に対する画素トランジスタ領域の面積を大きくして表示面積比を向上させた表示装置とすることができる。   With this configuration, a semiconductor device (double-gate TFT) with a large on-current is used as a pixel transistor or a driver transistor, so that a large screen display is possible, and the display area is increased by increasing the area of the pixel transistor area relative to the area of the insulating substrate. A display device with an improved ratio can be obtained.

本発明に係る半導体装置は、絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、第1絶縁層の上に形成された半導体層と、半導体層の一端に接続されたソース電極と、ソース電極に対向して半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、半導体層の上に形成された第2絶縁層と、第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極とを備える半導体装置であって、第1ゲート電極および第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている。   A semiconductor device according to the present invention includes a first gate electrode formed on an insulating substrate, a first insulating layer formed on the first gate electrode, and a semiconductor formed on the first insulating layer. A source electrode connected to one end of the semiconductor layer, a drain electrode facing the source electrode and connected to the other end of the semiconductor layer, a second insulating layer formed on the semiconductor layer, a second A semiconductor device including a second gate electrode formed on an insulating layer, wherein at least one of the first gate electrode and the second gate electrode is formed of a transparent conductive material.

したがって、第1ゲート電極および第2ゲート電極を有するダブルゲート型TFTを形成して半導体層でのチャネル領域を拡大することができるので、取り出せるオン電流を増加させて駆動能力の大きい半導体装置とすることができるという効果を奏する。   Therefore, a double gate TFT having a first gate electrode and a second gate electrode can be formed to expand a channel region in the semiconductor layer, so that a semiconductor device having a large driving capability can be obtained by increasing the on-current that can be extracted. There is an effect that can be.

本発明に係る半導体装置製造方法は、絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、第1絶縁層の上に形成された半導体層と、半導体層の一端に接続されたソース電極と、ソース電極に対向して半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、半導体層の上に形成された第2絶縁層と、第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極とを備え、第1ゲート電極および第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、第2絶縁層を半導体層の上に成膜する前に、水酸化テトラメチルアンモニウムを含有するアルカリ系薬液を用いて半導体層の表面を洗浄処理する。   A semiconductor device manufacturing method according to the present invention is formed on a first gate electrode formed on an insulating substrate, a first insulating layer formed on the first gate electrode, and the first insulating layer. A semiconductor layer, a source electrode connected to one end of the semiconductor layer, a drain electrode facing the source electrode and connected to the other end of the semiconductor layer, a second insulating layer formed on the semiconductor layer, And a second gate electrode formed on the second insulating layer, wherein at least one of the first gate electrode and the second gate electrode is formed of a transparent conductive material. In this case, before the second insulating layer is formed on the semiconductor layer, the surface of the semiconductor layer is cleaned using an alkaline chemical solution containing tetramethylammonium hydroxide.

したがって、半導体層の表面に形成されたダメージ層を除去することが可能となることから、半導体装置(ダブルゲート型TFT)の特性バラつきを抑制することができるという効果を奏する。   Therefore, it is possible to remove the damaged layer formed on the surface of the semiconductor layer, so that it is possible to suppress the characteristic variation of the semiconductor device (double gate TFT).

本発明に係る半導体装置製造方法は、絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、第1絶縁層の上に形成された半導体層と、半導体層の一端に接続されたソース電極と、ソース電極に対向して半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、半導体層の上に形成された第2絶縁層と、第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極と、半導体層と第2絶縁層との間に形成されたシリコン酸化膜とを備え、第1ゲート電極および第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、シリコン酸化膜は、酸素または酸素元素を含むガスを用いたプラズマによる酸化処理を半導体層の表面に施すことによって形成される。   A semiconductor device manufacturing method according to the present invention is formed on a first gate electrode formed on an insulating substrate, a first insulating layer formed on the first gate electrode, and the first insulating layer. A semiconductor layer, a source electrode connected to one end of the semiconductor layer, a drain electrode facing the source electrode and connected to the other end of the semiconductor layer, a second insulating layer formed on the semiconductor layer, A second gate electrode formed on the second insulating layer; and a silicon oxide film formed between the semiconductor layer and the second insulating layer, wherein at least one of the first gate electrode and the second gate electrode is A semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device formed of a transparent conductive material, wherein a silicon oxide film is subjected to oxidation treatment by plasma using a gas containing oxygen or an oxygen element on a surface of a semiconductor layer Formed by.

したがって、第2絶縁層をCVD装置で成膜する場合に、プラズマを用いた酸化処理を同一装置内で前処理として実施することが可能となるので、製造装置を追加することなく容易にシリコン酸化膜を製造することができるという効果を奏する。   Therefore, when the second insulating layer is formed by a CVD apparatus, it is possible to perform an oxidation process using plasma as a pre-process in the same apparatus, so that silicon oxide can be easily formed without adding a manufacturing apparatus. There exists an effect that a film | membrane can be manufactured.

本発明に係る半導体装置製造方法は、絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、第1絶縁層の上に形成された半導体層と、半導体層の一端に接続されたソース電極と、ソース電極に対向して半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、半導体層の上に形成された第2絶縁層と、第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極と、半導体層と第2絶縁層との間に形成されたシリコン酸化膜とを備え、第1ゲート電極および第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、シリコン酸化膜は、オゾン水を用いた酸化処理を半導体層の表面に施すことによって形成される。   A semiconductor device manufacturing method according to the present invention is formed on a first gate electrode formed on an insulating substrate, a first insulating layer formed on the first gate electrode, and the first insulating layer. A semiconductor layer, a source electrode connected to one end of the semiconductor layer, a drain electrode facing the source electrode and connected to the other end of the semiconductor layer, a second insulating layer formed on the semiconductor layer, A second gate electrode formed on the second insulating layer; and a silicon oxide film formed between the semiconductor layer and the second insulating layer, wherein at least one of the first gate electrode and the second gate electrode is A semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device formed of a transparent conductive material, wherein a silicon oxide film is formed by subjecting a surface of a semiconductor layer to an oxidation treatment using ozone water.

したがって、第2絶縁層を成膜する前にウェット洗浄装置で洗浄処理を行う場合に、同一洗浄装置で同時に実施することが可能となるので、製造装置を追加することなく容易にシリコン酸化膜を製造することができるという効果を奏する。   Therefore, when the cleaning process is performed with the wet cleaning apparatus before the second insulating layer is formed, it can be performed simultaneously with the same cleaning apparatus, so that the silicon oxide film can be easily formed without adding a manufacturing apparatus. There exists an effect that it can manufacture.

本発明に係るTFT基板は、絶縁性基板と、絶縁性基板に形成された表示用の画素電極と、絶縁性基板に形成され画素電極に印加する電圧を制御する画素トランジスタとしての薄膜トランジスタとを有するTFT基板であって、薄膜トランジスタは、本発明に係る半導体装置である。   A TFT substrate according to the present invention includes an insulating substrate, a pixel electrode for display formed on the insulating substrate, and a thin film transistor as a pixel transistor that is formed on the insulating substrate and controls a voltage applied to the pixel electrode. A thin film transistor, which is a TFT substrate, is a semiconductor device according to the present invention.

したがって、オン電流が大きい半導体装置(ダブルゲート型TFT)を画素トランジスタとして用いるので、低抵抗の画素トランジスタで画素電極を駆動することが可能となり、高速駆動で大画面表示が可能なTFT基板とすることができるという効果を奏する。   Therefore, since a semiconductor device (double-gate TFT) having a large on-current is used as a pixel transistor, the pixel electrode can be driven by a low-resistance pixel transistor, and a TFT substrate capable of large-screen display by high-speed driving is obtained. There is an effect that can be.

本発明に係る表示装置は、表示用の画素電極を有するTFT基板を備える表示装置であって、TFT基板は、本発明に係るTFT基板である。   The display device according to the present invention is a display device including a TFT substrate having a pixel electrode for display, and the TFT substrate is a TFT substrate according to the present invention.

したがって、オン電流が大きい半導体装置(ダブルゲート型TFT)を画素トランジスタあるいはドライバトランジスタとして用いるので、大画面表示が可能で、表示面積比を向上させた表示装置とすることができるという効果を奏する。   Therefore, since a semiconductor device (double-gate TFT) having a large on-state current is used as a pixel transistor or a driver transistor, a large-screen display is possible and a display device with an improved display area ratio can be obtained.

本発明の実施の形態1に係る半導体装置およびTFT基板(要部)の断面状態を模式的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows typically the cross-sectional state of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention, and a TFT substrate (principal part). 本発明の実施の形態1に係る半導体装置およびTFT基板(要部)の平面状態を模式的に示す平面模式図である。It is a plane schematic diagram which shows typically the planar state of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 of this invention, and a TFT substrate (principal part). 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法での平坦化膜の現像後の開口状態を説明する説明図であり、(A)は図1Bに示す矢符A−Aでの断面状態を示す断面模式図であり、(B)は図1Bに示す矢符B−Bでの断面状態を示す断面模式図である。It is explanatory drawing explaining the opening state after image development of the planarization film in the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of the present invention, and (A) is a section state by arrow AA shown in Drawing 1B. (B) is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross-sectional state in the arrow BB shown to FIG. 1B. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法での現像後の平坦化膜をマスクとして絶縁膜をエッチングした状態を説明する説明図であり、(A)は図1Bに示す矢符A−Aでの断面状態を示す断面模式図であり、(B)は図1Bに示す矢符B−Bでの断面状態を示す断面模式図である。It is explanatory drawing explaining the state which etched the insulating film by using the planarization film | membrane after image development in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention as a mask, (A) is the arrow A shown to FIG. 1B. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross-sectional state in -A, (B) is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross-sectional state in the arrow BB shown to FIG. 1B. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法での現像後の平坦化膜をエッチバックして第2ゲート電極用ホールに対応する第2絶縁層を露出させた状態を説明する説明図であり、(A)は図1Bに示す矢符A−Aでの断面状態を示す断面模式図であり、(B)は図1Bに示す矢符B−Bでの断面状態を示す断面模式図である。Explanatory drawing explaining the state which etch-backed the planarizing film after image development in the manufacturing method of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention, and exposed the 2nd insulating layer corresponding to the hole for 2nd gate electrodes. (A) is a schematic cross-sectional view showing the cross-sectional state at arrow AA shown in FIG. 1B, and (B) is a schematic cross-sectional view showing the cross-sectional state at arrow BB shown in FIG. 1B. It is. 本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法での第2ゲート電極および画素電極を形成した状態を説明する説明図であり、(A)は図1Bに示す矢符A−Aでの断面状態を示す断面模式図であり、(B)は図1Bに示す矢符B−Bでの断面状態を示す断面模式図である。It is explanatory drawing explaining the state which formed the 2nd gate electrode and pixel electrode in the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2 of this invention, (A) is the arrow AA shown to FIG. 1B. It is a cross-sectional schematic diagram which shows a cross-sectional state, (B) is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross-sectional state in the arrow BB shown to FIG. 1B. 本発明の実施の形態3に係る半導体装置の要部の断面状態を模式的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows typically the cross-sectional state of the principal part of the semiconductor device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る半導体装置の要部の断面状態を模式的に示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows typically the cross-sectional state of the principal part of the semiconductor device which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態10に係るTFT基板の平面状態を模式的に示す平面模式図である。It is a plane schematic diagram which shows typically the planar state of the TFT substrate which concerns on Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態10に係るTFT基板(変形例1)の平面状態を模式的に示す平面模式図である。It is a plane schematic diagram which shows typically the planar state of the TFT substrate (modification 1) which concerns on Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態10に係るTFT基板(変形例2)の平面状態を模式的に示す平面模式図である。It is a plane schematic diagram which shows typically the planar state of the TFT substrate (modification 2) which concerns on Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態11に係る表示装置の正面状態を模式的に示す正面模式図である。It is a front schematic diagram which shows typically the front state of the display apparatus which concerns on Embodiment 11 of this invention.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明の実施の形態に係る半導体装置についての理解を容易にするため、従来技術に基づく比較例を最初に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, a comparative example based on the prior art will be described first.

<比較例>
背景技術として説明した一般的な逆スタガ型アモルファスシリコンTFTを実際に作製した。なお、素子サイズは、チャネル長L=4μm、チャネル幅W=18μmである。
<Comparative example>
A general inverted stagger type amorphous silicon TFT described as background art was actually manufactured. The element size is a channel length L = 4 μm and a channel width W = 18 μm.

各層の膜厚は、次のとおりである。つまり、チタン(Ti)/アルミニウム(Al)/チタン積層膜からなるゲート電極は400nm、窒化シリコン(SiNx)ゲート絶縁層は410nm、アモルファスシリコン半導体層(チャネル領域が完成した状態での膜厚)は150nm、高濃度コンタクト層は50nm、チタン/アルミニウム/チタン積層膜からなるソース電極およびドレイン電極は400nm、窒化シリコンパッシベーション層は250nm、平坦化膜は4μmとした。   The film thickness of each layer is as follows. That is, the gate electrode made of titanium (Ti) / aluminum (Al) / titanium laminated film is 400 nm, the silicon nitride (SiNx) gate insulating layer is 410 nm, and the amorphous silicon semiconductor layer (film thickness in the state where the channel region is completed) is The thickness was 150 nm, the high-concentration contact layer was 50 nm, the source and drain electrodes made of a titanium / aluminum / titanium laminated film were 400 nm, the silicon nitride passivation layer was 250 nm, and the planarization film was 4 μm.

作製した逆スタガ型アモルファスシリコンTFTのトランジスタ特性測定を行った結果、閾値電圧Vthは4Vであり、得られたオン電流は、Id=5.70×10-7Aであった。なお、測定時のドレイン電圧Vd=1V、オン電流評価時のゲート電圧Vg=35Vで行った。以下、オン電流を測定するときのドレイン電圧Vd、ゲート電圧Vgは、同一条件とした。 As a result of measuring the transistor characteristics of the manufactured inverted staggered amorphous silicon TFT, the threshold voltage Vth was 4 V, and the obtained on-current was Id = 5.70 × 10 −7 A. The drain voltage Vd at the time of measurement was 1 V and the gate voltage Vg at the time of on-current evaluation was 35 V. Hereinafter, the drain voltage Vd and the gate voltage Vg when measuring the on-current were set to the same conditions.

逆スタガ型アモルファスシリコンTFTの小さいオン電流を低コストで改善することは、従来の逆スタガ型構造のままでは不可能である。   It is impossible to improve the small on-current of the inverted staggered amorphous silicon TFT at a low cost with the conventional inverted staggered structure.

つまり、比較測定を行った従来の逆スタガ型アモルファスシリコンTFTは、ゲート電極が半導体層の片側(下側)にしか形成されないことから、ゲート電圧を印加したときに、チャネル領域が片側(下側)にしか形成されない。したがって、取り出せるオン電流には限界があり、オン電流を大きくすることは原理的に無理があるという問題がある。   In other words, in the conventional inverted staggered amorphous silicon TFT that has been subjected to comparative measurement, the gate electrode is formed only on one side (lower side) of the semiconductor layer, so that when the gate voltage is applied, the channel region is on one side (lower side). ) Only. Therefore, there is a limit to the on-current that can be extracted, and there is a problem that it is impossible in principle to increase the on-current.

<実施の形態1>
図1Aおよび図1Bに基づいて、本実施の形態に係る半導体装置(ダブルゲート型TFT)および半導体装置を形成したTFT基板(要部)について説明する。なお、TFT基板については、実施の形態10でさらに詳細を説明するので、ここでは概要を示すに止める。
<Embodiment 1>
Based on FIG. 1A and FIG. 1B, a semiconductor device (double gate type TFT) according to the present embodiment and a TFT substrate (main part) on which the semiconductor device is formed will be described. Since the TFT substrate will be described in more detail in Embodiment 10, only an outline is given here.

図1Aは、本発明の実施の形態1に係る半導体装置およびTFT基板(要部)の断面状態を模式的に示す断面模式図である。なお、断面の位置は図1Bに示す矢符A−Aである。また、図の見易さを考慮してハッチングは省略してある(以下でも同様とする)。   1A is a schematic cross-sectional view schematically showing a cross-sectional state of a semiconductor device and a TFT substrate (main part) according to Embodiment 1 of the present invention. In addition, the position of a cross section is arrow AA shown to FIG. 1B. In addition, hatching is omitted in consideration of the visibility of the figure (the same applies below).

図1Bは、本発明の実施の形態1に係る半導体装置およびTFT基板(要部)の平面状態を模式的に示す平面模式図である。   FIG. 1B is a schematic plan view schematically showing a planar state of the semiconductor device and the TFT substrate (main part) according to Embodiment 1 of the present invention.

本実施の形態に係る半導体装置1は、絶縁性基板10(TFT基板100での絶縁性基板110)の上に形成された第1ゲート電極11と、第1ゲート電極11の上に形成された第1絶縁層12と、第1絶縁層12の上に形成された半導体層13と、半導体層13の一端に接続されたソース電極15と、ソース電極15に対向して半導体層13の他端に接続されたドレイン電極16と、半導体層13の上に形成された第2絶縁層17と、第2絶縁層17の上に形成された第2ゲート電極19と、ソース電極15とドレイン電極16の間の半導体層13に形成されるチャネル領域13cとを備える。   The semiconductor device 1 according to the present embodiment is formed on a first gate electrode 11 formed on an insulating substrate 10 (an insulating substrate 110 in the TFT substrate 100) and on the first gate electrode 11. A first insulating layer 12; a semiconductor layer 13 formed on the first insulating layer 12; a source electrode 15 connected to one end of the semiconductor layer 13; and the other end of the semiconductor layer 13 facing the source electrode 15. A drain electrode 16 connected to the semiconductor layer 13, a second insulating layer 17 formed on the semiconductor layer 13, a second gate electrode 19 formed on the second insulating layer 17, a source electrode 15 and a drain electrode 16 And a channel region 13c formed in the semiconductor layer 13 therebetween.

なお、半導体装置1では、第1ゲート電極11および第2ゲート電極19の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成され、透明電極を構成している。   In the semiconductor device 1, at least one of the first gate electrode 11 and the second gate electrode 19 is formed of a transparent conductive material and constitutes a transparent electrode.

したがって、第1ゲート電極11および第2ゲート電極19を有するダブルゲート型TFTを形成して半導体層13でのチャネル領域13cを上下両面側で拡大することができるので、取り出せるオン電流を増加させて駆動能力の大きい半導体装置1とすることができる。   Therefore, a double-gate TFT having the first gate electrode 11 and the second gate electrode 19 can be formed and the channel region 13c in the semiconductor layer 13 can be enlarged on both the upper and lower sides, so that the on-current that can be extracted is increased. The semiconductor device 1 having high driving capability can be obtained.

また、表示用の画素電極130と画素電極130に印加する電圧を制御する画素トランジスタ101としての薄膜トランジスタ(TFT)とを有するTFT基板100に半導体装置1を適用して、第1ゲート電極11および第2ゲート電極19の少なくとも一方を、画素電極130と同じ透明導電性材料を利用して形成することができるので、TFT基板100の製造プロセスに対して追加材料、追加層を加えることなく、ダブルゲート型TFT(本発明に係る半導体装置1)を画素トランジスタ101として容易かつ安価に製作することができる。   In addition, the semiconductor device 1 is applied to a TFT substrate 100 having a display pixel electrode 130 and a thin film transistor (TFT) as a pixel transistor 101 that controls a voltage applied to the pixel electrode 130, so that the first gate electrode 11 and the first gate electrode 11 Since at least one of the two gate electrodes 19 can be formed using the same transparent conductive material as that of the pixel electrode 130, a double gate can be formed without adding an additional material and an additional layer to the manufacturing process of the TFT substrate 100. A type TFT (semiconductor device 1 according to the present invention) can be easily and inexpensively manufactured as the pixel transistor 101.

ドレイン電極16および画素電極130は、第1コンタクトホール21で接続されている。第1ゲート電極11および第2ゲート電極19は、第2コンタクトホール22で接続されている。第1ゲート電極11は、延長されてゲート信号線11wに接続され、ゲート信号線11wを介して外部(ドライバ回路:ゲートドライバ回路)から電圧が印加される。ソース電極15は、延長されてソース信号線15wに接続され、ソース信号線15wを介して外部(ドライバ回路:ソースドライバ回路)に接続される。ドライバ回路については、実施の形態10で詳細を説明する。   The drain electrode 16 and the pixel electrode 130 are connected by the first contact hole 21. The first gate electrode 11 and the second gate electrode 19 are connected by a second contact hole 22. The first gate electrode 11 is extended and connected to the gate signal line 11w, and a voltage is applied from the outside (driver circuit: gate driver circuit) via the gate signal line 11w. The source electrode 15 is extended and connected to the source signal line 15w, and is connected to the outside (driver circuit: source driver circuit) via the source signal line 15w. The details of the driver circuit will be described in Embodiment 10.

なお、第2絶縁層穴17h、第1コンタクトホール21、第2コンタクトホール22以外の領域には平坦化膜18が形成され、半導体装置1およびTFT基板100の表面全体の平坦化を図っている。   A planarizing film 18 is formed in a region other than the second insulating layer hole 17h, the first contact hole 21, and the second contact hole 22, so as to planarize the entire surface of the semiconductor device 1 and the TFT substrate 100. .

半導体層13の表面側(ソース電極15およびドレイン電極16が接続される側)には、高濃度コンタクト層13dが形成され半導体層13に対するソース電極15およびドレイン電極16のオーミックコンタクトを図っている。半導体装置1(ダブルゲート型TFT)は、nチャンネル型としてあることから、高濃度コンタクト層13dは、高濃度のn型不純物を導入して形成され、n+型となっている。   On the surface side of the semiconductor layer 13 (the side to which the source electrode 15 and the drain electrode 16 are connected), a high-concentration contact layer 13d is formed to make ohmic contact between the source electrode 15 and the drain electrode 16 with respect to the semiconductor layer 13. Since the semiconductor device 1 (double gate TFT) is an n-channel type, the high-concentration contact layer 13d is formed by introducing a high-concentration n-type impurity and is an n + type.

半導体装置1は、第1ゲート電極11と第2ゲート電極19で半導体層13を挟持した構造であることから、ゲート電圧を印加したときに、チャネル領域13cは、半導体層13の上側(第2ゲート電極19側)と下側(第1ゲート電極11側)の両側で形成される。したがって、従来の逆スタガ型TFTに比較して、チャネル領域13cが拡大され、拡大された領域の大きさに応じて、ドレイン電極16(ソース電極15)から取り出せるオン電流を増加させることができる。   Since the semiconductor device 1 has a structure in which the semiconductor layer 13 is sandwiched between the first gate electrode 11 and the second gate electrode 19, when the gate voltage is applied, the channel region 13c is located above the semiconductor layer 13 (the second layer). It is formed on both sides of the gate electrode 19 side) and the lower side (first gate electrode 11 side). Therefore, the channel region 13c is enlarged as compared with the conventional inverted stagger type TFT, and the on-current that can be extracted from the drain electrode 16 (source electrode 15) can be increased according to the size of the enlarged region.

すなわち、半導体装置1は、従来の逆スタガ型TFTのような半導体層13の下側だけにゲート電極(第1ゲート電極11)を配置した構造に対して、半導体層13の上側にもゲート電極(第2ゲート電極19)を配置(追加)した構造とされている。   That is, in the semiconductor device 1, the gate electrode (first gate electrode 11) is disposed only on the lower side of the semiconductor layer 13 such as a conventional inverted staggered TFT. The structure is such that (second gate electrode 19) is arranged (added).

また、第2ゲート電極19の材料として、画素電極130の形成に用いている透明導電性材料を適用することで、TFT基板100の製造プロセスに対し、材料追加や、形成層増加によるコストの増加がなく、従来よりも大きなオン電流の取り出しが可能な半導体装置1の作製が可能になる。   Further, by applying the transparent conductive material used for forming the pixel electrode 130 as the material of the second gate electrode 19, the cost of the TFT substrate 100 manufacturing process is increased due to the addition of materials and the increase in formation layers. Therefore, it is possible to manufacture the semiconductor device 1 that can extract an on-current larger than the conventional one.

本実施の形態に係る半導体装置1では、第2ゲート電極2に画素電極130と同じ材料の透明導電性材料を用いた。理由は、本実施の形態では、画素電極130がソース電極15およびドレイン電極16、半導体層13、パッシベーション層(第2絶縁層17)より上層に形成されているためである。この場合、同一材料による同時成膜および同時パターニングを施すことによって、画素電極130と第2ゲート電極19を併せて形成することが可能となる。   In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, a transparent conductive material that is the same material as the pixel electrode 130 is used for the second gate electrode 2. This is because in this embodiment, the pixel electrode 130 is formed above the source electrode 15 and the drain electrode 16, the semiconductor layer 13, and the passivation layer (second insulating layer 17). In this case, the pixel electrode 130 and the second gate electrode 19 can be formed together by performing simultaneous film formation and simultaneous patterning using the same material.

他方、画素電極130が絶縁性基板10(絶縁性基板110)の表面に形成されるTFT基板100を採用した場合、画素電極130と同一材料による同時成膜および同時パターニングを施すためには、第1ゲート電極11に透明導電性材料を用いることが必要である。   On the other hand, when the TFT substrate 100 in which the pixel electrode 130 is formed on the surface of the insulating substrate 10 (insulating substrate 110) is employed, in order to perform simultaneous film formation and simultaneous patterning with the same material as the pixel electrode 130, It is necessary to use a transparent conductive material for one gate electrode 11.

なお、第1ゲート電極11、第2ゲート電極19の両方に透明導電性材料を用いることによっても、同一材料による同時成膜および同時パターニングによる利点を得ることができる。また、材料を追加することなく半導体装置1の作製を可能にしたもう一つのポイントは、従来パッシベーション層としていた層(第2絶縁層17)を、第2ゲート電極19に対するゲート絶縁層として再利用した点である。   Note that, by using a transparent conductive material for both the first gate electrode 11 and the second gate electrode 19, the advantage of simultaneous film formation and simultaneous patterning with the same material can be obtained. Another point that makes it possible to manufacture the semiconductor device 1 without adding a material is to reuse a layer (second insulating layer 17) that has been used as a passivation layer as a gate insulating layer for the second gate electrode 19. This is the point.

画素電極130と同じ透明導電性材料である酸化インジウムスズ(ITO)を第2ゲート電極19に用いて作製した半導体装置1のオン電流を測定した結果、オン電流は、従来TFTの約1.2倍の6.85×10-7Aとなった。 As a result of measuring the on-current of the semiconductor device 1 manufactured using indium tin oxide (ITO), which is the same transparent conductive material as the pixel electrode 130, as the second gate electrode 19, the on-current is about 1.2 times that of the conventional TFT. Doubled to 6.85 × 10 −7 A.

また、閾値電圧Vthは比較例で作製した逆スタガ型アモルファスシリコンTFTと同じ4Vであった。また、素子サイズは比較例と同じく、チャネル長4μm、チャネル幅18μmで作製した。なお、以下、半導体装置1(ダブルゲート型TFT)の素子サイズは全てチャネル長4μm、チャネル幅18μmである。   The threshold voltage Vth was 4 V, which is the same as that of the inverted staggered amorphous silicon TFT manufactured in the comparative example. The device size was fabricated with a channel length of 4 μm and a channel width of 18 μm as in the comparative example. Hereinafter, the element sizes of the semiconductor device 1 (double gate type TFT) are all channel length 4 μm and channel width 18 μm.

上述したとおり、少なくとも一方のゲート電極(第1ゲート電極11および第2ゲート電極19の少なくとも一方)に透明導電性材料を用いて半導体装置1を作製することによって、従来の逆スタガ型アモルファスシリコンTFTと比較して、オン電流を大きく増加させることが可能であることが確認できた。   As described above, by manufacturing the semiconductor device 1 using a transparent conductive material for at least one gate electrode (at least one of the first gate electrode 11 and the second gate electrode 19), a conventional inverted staggered amorphous silicon TFT is obtained. It was confirmed that the on-current can be greatly increased as compared with FIG.

<実施の形態2>
実施の形態1で示した図1A、図1Bを参照して、実施の形態1で説明した半導体装置1およびTFT基板100の製造方法(製造工程)を実施の形態2として説明する。なお、第1コンタクトホール21、第2コンタクトホール22の形成工程については、図2Aないし図2Dに基づいて説明する。
<Embodiment 2>
With reference to FIGS. 1A and 1B shown in the first embodiment, the manufacturing method (manufacturing process) of the semiconductor device 1 and the TFT substrate 100 described in the first embodiment will be described as a second embodiment. In addition, the formation process of the 1st contact hole 21 and the 2nd contact hole 22 is demonstrated based on FIG. 2A thru | or FIG. 2D.

(絶縁性基板準備工程)
半導体装置1(TFT基板100についても適宜説明する。)を形成するための基板として絶縁性基板10(絶縁性基板110)を準備する。
(Insulating substrate preparation process)
An insulating substrate 10 (insulating substrate 110) is prepared as a substrate for forming the semiconductor device 1 (the TFT substrate 100 will be described as appropriate).

絶縁性基板10としてガラス基板を用いた。これに限らず、プラスチック基板(透明なアクリル、ポリカーボネート、ポリイミド等の絶縁性樹脂基板)を適用することも可能である。絶縁性基板10上に作製された半導体装置1(ダブルゲート型TFT)を液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等のディスプレイ用絶縁性基板に用いる場合は、透明な絶縁性基板であることが好ましい。また、フレキシブルなディスプレイを製造する場合には、プラスチック基板を用いることが好ましい。   A glass substrate was used as the insulating substrate 10. However, the present invention is not limited to this, and a plastic substrate (transparent insulating resin substrate such as acrylic, polycarbonate, and polyimide) can also be applied. When the semiconductor device 1 (double gate type TFT) manufactured on the insulating substrate 10 is used as an insulating substrate for a display such as a liquid crystal display or an organic EL display, it is preferably a transparent insulating substrate. Moreover, when manufacturing a flexible display, it is preferable to use a plastic substrate.

(第1ゲート電極形成工程)
絶縁性基板10の上にスパッタ法により、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、およびチタンを、それぞれ100nm、200nm、および100nmの厚さで成膜し、Ti−Al−Tiの金属積層膜からなる第1ゲート金属膜を形成した。第1ゲート金属膜の成膜方法には、スパッタの他、蒸着法等を用いることもできる。また、膜厚も特に限定されることはない。
(First gate electrode formation step)
Titanium (Ti), aluminum (Al), and titanium are deposited on the insulating substrate 10 by sputtering to a thickness of 100 nm, 200 nm, and 100 nm, respectively, and a Ti—Al—Ti metal laminated film is formed. A first gate metal film was formed. As a method for forming the first gate metal film, vapor deposition or the like can be used in addition to sputtering. Also, the film thickness is not particularly limited.

続いて、形成した第1ゲート金属膜を、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によりパターニングし、第1ゲート電極11を形成した。エッチング後に残ったレジストパターン膜は剥離液を用いて剥離、除去した。   Subsequently, the formed first gate metal film was patterned by a photolithography process and an etching process to form the first gate electrode 11. The resist pattern film remaining after the etching was stripped and removed using a stripping solution.

なお、第1ゲート電極11を構成する材料は実施例の金属に限定されない。例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)等の透明導電膜や、タングステン(W)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)等の単体金属、または、それらに窒素、酸素、あるいは他の金属を含有させた材料を用いて単層に形成してもよく、また、これらの材料を複数組み合わせた積層構造にしてもよい。   In addition, the material which comprises the 1st gate electrode 11 is not limited to the metal of an Example. For example, transparent conductive films such as indium tin oxide (ITO) and zinc oxide (ZnO), tungsten (W), copper (Cu), chromium (Cr), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), titanium (Ti) Such a single metal or a material containing nitrogen, oxygen, or another metal therein may be used to form a single layer, or a laminated structure in which a plurality of these materials are combined may be used.

すなわち、第1ゲート電極11は、モリブデンとアルミニウムによるMo/Al/Mo積層膜、チタンと銅によるTi/Cu/Ti積層膜、モリブデンと銅によるMo/Cu/Mo積層膜、タンタルと窒化タンタル(TaN)によるTa/TaN/Ta積層膜等とすることも可能である。   That is, the first gate electrode 11 includes a Mo / Al / Mo laminated film of molybdenum and aluminum, a Ti / Cu / Ti laminated film of titanium and copper, a Mo / Cu / Mo laminated film of molybdenum and copper, tantalum and tantalum nitride ( It is also possible to use a Ta / TaN / Ta laminated film by TaN).

なお、本実施の形態でいう透明導電膜とは、シート抵抗100Ω/□以下で、可視光領域(波長380nm〜780nm)での透過率が50%以上(100%未満)の膜であればよい。透過率が50%以上であれば透明導電性材料として用いることが可能だからである。   The transparent conductive film referred to in this embodiment may be a film having a sheet resistance of 100Ω / □ or less and a transmittance in the visible light region (wavelength of 380 nm to 780 nm) of 50% or more (less than 100%). . This is because if the transmittance is 50% or more, it can be used as a transparent conductive material.

(第1絶縁層形成工程)
第1ゲート電極形成工程を経た絶縁性基板10に、プラズマ化学的気相成長(PECVD)法により、窒化シリコン(SiNx)からなる第1絶縁層12を全面に成膜した。第1絶縁層12の膜厚は410nmとした。成膜用のガスにはシラン(SiH4)、アンモニア(NH3)、および窒素(N2)の混合ガスを用いた。
(First insulating layer forming step)
A first insulating layer 12 made of silicon nitride (SiNx) was formed on the entire surface of the insulating substrate 10 that had undergone the first gate electrode formation process by plasma chemical vapor deposition (PECVD). The film thickness of the first insulating layer 12 was 410 nm. As a film forming gas, a mixed gas of silane (SiH 4 ), ammonia (NH 3 ), and nitrogen (N 2 ) was used.

なお、第1絶縁層12の成膜方法には、PECVDの他、スパッタ、蒸着法、誘導結合型プラズマCVD装置や、マイクロ波CVD装置、電子サイクロトン共鳴CVD装置を用いることも可能である。また、第1絶縁層12の材料は特に実施例に限定される必要はなく、シリコン酸化膜(SiOx)等であってもよい。また、膜厚も実施例に限定されることはない。   In addition to the PECVD method, the first insulating layer 12 can be formed by sputtering, vapor deposition, inductively coupled plasma CVD apparatus, microwave CVD apparatus, or electron cyclotron resonance CVD apparatus. The material of the first insulating layer 12 is not particularly limited to the embodiment, and may be a silicon oxide film (SiOx) or the like. Further, the film thickness is not limited to the examples.

(半導体層形成工程)
第1絶縁層形成工程で使用した同一成膜装置内の別成膜チャンバーを用いて、アモルファスシリコンを主成分とする半導体膜を成膜した。ここで、半導体膜の膜厚は230nmとした。
(Semiconductor layer formation process)
A semiconductor film containing amorphous silicon as a main component was formed using another film forming chamber in the same film forming apparatus used in the first insulating layer forming step. Here, the film thickness of the semiconductor film was 230 nm.

続いて、形成した半導体膜を、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によりパターニングし、半導体層13を形成した。エッチング後に残ったレジストパターン膜は剥離液を用いて剥離、除去した。   Subsequently, the formed semiconductor film was patterned by a photolithography process and an etching process to form a semiconductor layer 13. The resist pattern film remaining after the etching was stripped and removed using a stripping solution.

半導体膜の成膜方法には、PECVDの他、スパッタ、蒸着法、誘導結合型プラズマCVD装置や、マイクロ波CVD装置、電子サイクロトン共鳴CVD装置を用いることも可能である。   As a method for forming the semiconductor film, in addition to PECVD, sputtering, vapor deposition, inductively coupled plasma CVD apparatus, microwave CVD apparatus, and electron cyclotron resonance CVD apparatus can be used.

また、半導体膜の材料は特に実施例に限定される必要はなく、微結晶シリコン、多結晶シリコン、インジウム(In)−ガリウム(Ga)−亜鉛(Zn)−酸素(O)からなる四元系アモルファス酸化物や、酸化亜鉛(ZnO)等でもよい。また、膜厚も実施例に限定されることはない。   The material of the semiconductor film is not particularly limited to the embodiment, and a quaternary system composed of microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, indium (In) -gallium (Ga) -zinc (Zn) -oxygen (O) An amorphous oxide, zinc oxide (ZnO), etc. may be sufficient. Further, the film thickness is not limited to the examples.

(高濃度コンタクト層形成工程)
半導体層13と次工程で形成されるソース電極15およびドレイン電極16との間のオーミックコンタクトを取りやすくするために、高濃度コンタクト膜を半導体層13の表面側(ソース電極15およびドレイン電極16に対向する側)に形成する。
(High concentration contact layer formation process)
In order to facilitate the ohmic contact between the semiconductor layer 13 and the source electrode 15 and the drain electrode 16 formed in the next step, a high concentration contact film is formed on the surface side of the semiconductor layer 13 (to the source electrode 15 and the drain electrode 16). On the opposite side).

なお、高濃度コンタクト膜を形成する場合は、半導体層形成工程では半導体膜の成膜のみを行い、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程による半導体層13のパターニングは、後述するとおり、高濃度コンタクト層形成工程で施せばよい。   In the case of forming a high concentration contact film, only the semiconductor film is formed in the semiconductor layer forming step, and the patterning of the semiconductor layer 13 by the photolithography step and the etching step is performed as described later. You can apply it.

高濃度コンタクト膜の形成では、半導体層形成工程と同様、同一成膜装置内の別成膜チャンバーを用いて、半導体層形成工程に連続してn+型シリコン膜(高濃度コンタクト膜)を成膜した。すなわち第1絶縁層12、半導体膜、n+型シリコン膜の3つの膜を1つの装置で連続して成膜している。したがって、半導体装置1のトランジスタ特性(TFTの性能)を安定化させることが可能となる。ここで、n+型シリコン膜の膜厚は50nmとした。   In the formation of the high-concentration contact film, an n + type silicon film (high-concentration contact film) is formed in succession to the semiconductor layer formation step using a separate film formation chamber in the same film formation apparatus as in the semiconductor layer formation step. did. That is, three films of the first insulating layer 12, the semiconductor film, and the n + type silicon film are continuously formed by one apparatus. Accordingly, the transistor characteristics (TFT performance) of the semiconductor device 1 can be stabilized. Here, the film thickness of the n + type silicon film was 50 nm.

n+型シリコン膜(高濃度コンタクト膜)の成膜方法には、PECVD法の他、誘導結合型プラズマCVD装置や、マイクロ波CVD装置、電子サイクロトン共鳴CVD装置を用いることも可能である。   In addition to the PECVD method, an inductively coupled plasma CVD device, a microwave CVD device, or an electron cycloton resonance CVD device can be used as a method for forming the n + type silicon film (high concentration contact film).

なお、高濃度コンタクト膜を構成する材料は、n+型アモルファスシリコンであってもよく、n+型微結晶シリコンやn+型多結晶シリコン等であってもよい。すなわち、半導体層13と高濃度コンタクト層13dとの間のオーミックコンタクトがとれる材料であればよい。また、その膜厚も特に実施例に限定されることはない。   The material constituting the high concentration contact film may be n + type amorphous silicon, n + type microcrystalline silicon, n + type polycrystalline silicon, or the like. That is, any material that can form an ohmic contact between the semiconductor layer 13 and the high-concentration contact layer 13d may be used. Also, the film thickness is not particularly limited to the examples.

続いて、形成した半導体膜およびn+型シリコン膜を、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によりパターニングし、半導体層13および高濃度コンタクト層13dを形成した。エッチング後に残ったレジストパターン膜は剥離液を用いて剥離、除去した。   Subsequently, the formed semiconductor film and n + type silicon film were patterned by a photolithography process and an etching process to form the semiconductor layer 13 and the high concentration contact layer 13d. The resist pattern film remaining after the etching was stripped and removed using a stripping solution.

なお、この高濃度コンタクト層形成工程は省略することも可能である。   This high-concentration contact layer forming step can be omitted.

(ソース電極・ドレイン電極形成工程)
第1ゲート電極形成工程、第1絶縁層形成工程、半導体層形成工程、高濃度コンタクト層形成工程を経た絶縁性基板10に、スパッタ法により、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、チタンを、それぞれ100nm、200nm、100nmの厚さで成膜し、Ti−Al−Tiの金属積層膜からなるソース・ドレイン金属膜を形成した。
(Source / drain electrode formation process)
Titanium (Ti), aluminum (Al), titanium is sputtered on the insulating substrate 10 that has undergone the first gate electrode forming step, the first insulating layer forming step, the semiconductor layer forming step, and the high concentration contact layer forming step. The film was formed to a thickness of 100 nm, 200 nm, and 100 nm, respectively, to form a source / drain metal film made of a Ti—Al—Ti metal laminated film.

続いて、形成したソース・ドレイン金属膜を、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によりパターニングし、ソース電極15およびドレイン電極16を形成した。   Subsequently, the formed source / drain metal film was patterned by a photolithography process and an etching process to form a source electrode 15 and a drain electrode 16.

高濃度コンタクト層形成工程で高濃度コンタクト層13dの形成を行った場合、エッチング後のレジストは次工程(ソース・ドレイン電極間分離工程)で利用するため、剥離、除去しなかった。   When the high-concentration contact layer 13d was formed in the high-concentration contact layer formation step, the resist after etching was used in the next step (source-drain electrode separation step), and thus was not stripped or removed.

他方、前工程にて、高濃度コンタクト層13dを形成しなかった場合には、ソース電極15とドレイン電極16との間はパターニングされたことにより、分離されており、レジストは不要となるため剥離、除去する。   On the other hand, if the high-concentration contact layer 13d is not formed in the previous step, the source electrode 15 and the drain electrode 16 are separated by patterning, and the resist becomes unnecessary, so that the resist layer is removed. ,Remove.

なお、ソース電極15およびドレイン電極16を構成する材料は実施例の金属に限定されることなく、例えば、タングステン(W)、銅(Cu),クロム(Cr)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)等の単体金属、またはそれらに窒素、酸素、あるいは他の金属を含有させた材料を用いて単層に形成してもよく、また、これらの材料を複数組み合わせた積層構造にすることも可能である。   In addition, the material which comprises the source electrode 15 and the drain electrode 16 is not limited to the metal of an Example, For example, tungsten (W), copper (Cu), chromium (Cr), tantalum (Ta), molybdenum (Mo ), A single metal such as titanium (Ti), or a material containing nitrogen, oxygen, or another metal in them, or a laminated structure in which a plurality of these materials are combined. It is also possible to make it.

すなわち、ソース電極15およびドレイン電極16は、モリブデンとアルミニウムによるMo/Al/Mo積層膜、チタンと銅によるTi/Cu/Ti積層膜、モリブデンと銅によるMo/Cu/Mo積層膜や、タンタルと窒化タンタルによるTa/TaN/Ta積層膜とすることが可能である。   That is, the source electrode 15 and the drain electrode 16 are made of Mo / Al / Mo laminated film made of molybdenum and aluminum, Ti / Cu / Ti laminated film made of titanium and copper, Mo / Cu / Mo laminated film made of molybdenum and copper, and tantalum. A Ta / TaN / Ta laminated film made of tantalum nitride can be used.

なお、ソース・ドレイン金属膜の成膜方法には、スパッタの他、蒸着法等を用いることもできる。ソース・ドレイン金属膜の膜厚も特に実施例に限定されることはない。   As a method for forming the source / drain metal film, vapor deposition or the like can be used in addition to sputtering. The film thickness of the source / drain metal film is not particularly limited to the embodiment.

(ソース・ドレイン電極間分離工程)
高濃度コンタクト層13dの形成を行った場合のみ本工程を行う。
(Source-drain electrode separation process)
This step is performed only when the high concentration contact layer 13d is formed.

n+型シリコン膜(高濃度コンタクト層13d)および半導体層13のうち、ソース電極15およびドレイン電極16に覆われていない部分に対してエッチング処理を施し、n+型シリコン膜(高濃度コンタクト層13d)を除去することにより、ソース電極15とドレイン電極16との間を分離した。   Of the n + type silicon film (high concentration contact layer 13d) and the semiconductor layer 13, a portion not covered with the source electrode 15 and the drain electrode 16 is subjected to an etching process, and the n + type silicon film (high concentration contact layer 13d). The source electrode 15 and the drain electrode 16 were separated from each other by removing.

エッチング終了後、レジストパターン膜は、剥離液を用いて剥離、除去した。   After completion of the etching, the resist pattern film was peeled and removed using a stripping solution.

(第2絶縁層形成工程)
第1ゲート電極形成工程、第1絶縁層形成工程、半導体層形成工程、高濃度コンタクト層形成工程、ソース電極・ドレイン電極形成工程を経た絶縁性基板10に、プラズマ化学的気相成長(PECVD)法により、窒化シリコン(SiNx)からなる第2絶縁層17を全面に成膜した。ここで、第2絶縁層17の膜厚は410nmとした。成膜用のガスにはシラン(SiH4)、アンモニア(NH3)、および窒素(N2)の混合ガスを用いた。
(Second insulating layer forming step)
Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is performed on the insulating substrate 10 through the first gate electrode forming step, the first insulating layer forming step, the semiconductor layer forming step, the high concentration contact layer forming step, and the source / drain electrode forming step. A second insulating layer 17 made of silicon nitride (SiNx) was formed on the entire surface by the method. Here, the film thickness of the second insulating layer 17 was 410 nm. As a film forming gas, a mixed gas of silane (SiH 4 ), ammonia (NH 3 ), and nitrogen (N 2 ) was used.

なお、第2絶縁層17の成膜方法には、PECVDの他、スパッタ、蒸着法、誘導結合型プラズマCVD装置や、マイクロ波CVD装置、電子サイクロトン共鳴CVD装置を用いることも可能である。また、第2絶縁層17の材料は特に実施例に限定される必要はなく、シリコン酸化膜(SiOx)等であってもよい。また、第2絶縁層17の膜厚も実施例に限定されることはない。   As a method for forming the second insulating layer 17, in addition to PECVD, sputtering, vapor deposition, inductively coupled plasma CVD apparatus, microwave CVD apparatus, or electron cyclotron resonance CVD apparatus can be used. The material of the second insulating layer 17 is not particularly limited to the example, and may be a silicon oxide film (SiOx) or the like. Further, the film thickness of the second insulating layer 17 is not limited to the example.

また、第2絶縁層17には、第2ゲート電極19に対する上側のゲート絶縁膜としての機能の他に、ソース電極15とドレイン電極16との間を分離した後のチャネル領域13cを保護する、パッシベーション膜としての重要な役割がある。   The second insulating layer 17 protects the channel region 13c after separating the source electrode 15 and the drain electrode 16 in addition to the function as an upper gate insulating film with respect to the second gate electrode 19. It has an important role as a passivation film.

なお、第2絶縁層17は、チャネル領域13cに対応する領域で、ソース電極15およびドレイン電極16による段差の影響、半導体層13(高濃度コンタクト層13d)のエッチング除去による段差Hs(図4参照)の影響を受けて、第2絶縁層穴17hを有する形状となる。第2絶縁層穴17hについての詳細は実施の形態3で説明する。   The second insulating layer 17 is a region corresponding to the channel region 13c, and is affected by the step caused by the source electrode 15 and the drain electrode 16, and the step Hs caused by etching removal of the semiconductor layer 13 (high-concentration contact layer 13d) (see FIG. 4). ) To have a shape having the second insulating layer hole 17h. Details of the second insulating layer hole 17h will be described in the third embodiment.

(平坦化膜形成工程)
第2絶縁層形成工程を経た絶縁性基板10に、スリットコートにより、感光性のアクリル樹脂で形成された平坦化膜18を全面に塗布した。平坦化膜18の膜厚は4μmとした。なお、平坦化膜18の塗布方法は、実施例に限定されることなく、スピンコート、印刷、インクジェット等を用いることもできる。
(Planarization film formation process)
A planarizing film 18 formed of a photosensitive acrylic resin was applied to the entire surface of the insulating substrate 10 that has undergone the second insulating layer forming process by slit coating. The thickness of the planarizing film 18 was 4 μm. Note that the method for applying the planarizing film 18 is not limited to the embodiment, and spin coating, printing, ink jetting, or the like can also be used.

また、平坦化膜18を構成する材料は実施例に限定されることなく、SOG(Spin On Glass)やポリイミド等であってもよい。また、平坦化膜18の膜厚も特に実施例に限定されることはない。   Further, the material constituting the planarizing film 18 is not limited to the embodiment, but may be SOG (Spin On Glass), polyimide, or the like. Further, the thickness of the planarizing film 18 is not particularly limited to the embodiment.

(ホール形成工程)
平坦化膜形成工程を経た絶縁性基板10に、ハーフトーン露光を用いたフォトリソグラフィ工程とエッチング工程により、コンタクトホール(第1コンタクトホール21、第2コンタクトホール22、第2ゲート電極用ホール23)を形成した。
(Hole formation process)
A contact hole (first contact hole 21, second contact hole 22, second gate electrode hole 23) is formed on the insulating substrate 10 that has undergone the planarization film forming process by a photolithography process using halftone exposure and an etching process. Formed.

ハーフトーン露光とは、露光光に対する遮光部と、露光光に対する透過部と、露光光に対する半透過部を有する露光マスク(ハーフトーン露光マスク)を用いた露光法である。ハーフトーン露光マスクを用いて露光することで、現像後の平坦化膜18(感光性アクリル樹脂)は、塗布後の状態をそのまま維持した領域(遮光部)と、感光性アクリル樹脂が完全に除去された領域(透過部)と、感光性アクリル樹脂が完全には除去されず多少残る部分(半透過部)とに分けてパターニングされた状態となる。   Halftone exposure is an exposure method using an exposure mask (halftone exposure mask) having a light shielding portion for exposure light, a transmission portion for exposure light, and a semi-transmission portion for exposure light. By exposing using a halftone exposure mask, the flattened film 18 (photosensitive acrylic resin) after development is completely removed from the area (light-shielding portion) where the state after application is maintained and the photosensitive acrylic resin is completely removed. The patterned region (transmission portion) and the portion (semi-transmission portion) where the photosensitive acrylic resin is not completely removed and remain slightly are patterned.

第1コンタクトホール21、第2コンタクトホール22、第2ゲート電極用ホール23の3種類のホールを形成するときにパターニングする膜はそれぞれ次の通りである。   The films to be patterned when forming the three types of holes, the first contact hole 21, the second contact hole 22, and the second gate electrode hole 23, are as follows.

第1コンタクトホール21は、画素電極130がドレイン電極16にコンタクトする領域であり、平坦化膜18のフォトリソグラフィ工程によるパターニングと、第1コンタクトホール21をマスクにした第2絶縁層17のエッチングが必要である。   The first contact hole 21 is a region where the pixel electrode 130 contacts the drain electrode 16, and patterning of the planarizing film 18 by a photolithography process and etching of the second insulating layer 17 using the first contact hole 21 as a mask are performed. is necessary.

第2コンタクトホール22は、第2ゲート電極19が第1ゲート電極11(ゲート信号線11w)とコンタクトする領域であり、平坦化膜18のフォトリソグラフィ工程によるパターニングと、第2コンタクトホール22をマスクにした第2絶縁層17と第1絶縁層12のエッチングが必要である。   The second contact hole 22 is a region where the second gate electrode 19 is in contact with the first gate electrode 11 (gate signal line 11w), and the planarization film 18 is patterned by a photolithography process, and the second contact hole 22 is masked. Etching of the second insulating layer 17 and the first insulating layer 12 is necessary.

第2ゲート電極用ホール23は、第2ゲート電極19が第2絶縁層17に積層する領域であり、第2絶縁層17はエッチングによって除去してはならない。つまり、平坦化膜18に形成する第2ゲート電極用ホール23は、第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22の形成と同様にして形成することはできない。   The second gate electrode hole 23 is a region where the second gate electrode 19 is laminated on the second insulating layer 17, and the second insulating layer 17 must not be removed by etching. That is, the second gate electrode hole 23 formed in the planarizing film 18 cannot be formed in the same manner as the first contact hole 21 and the second contact hole 22.

したがって、第2ゲート電極用ホール23を形成する領域に対しては、ハーフトーン露光マスクのハーフトーン部(半透過部)を適用して露光し、現像後に、感光性アクリル樹脂が透過部に比較して薄く残るようにする。つまり、第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22を形成するとき、第2ゲート電極用ホール23に対しては、半透過部を適用して第2絶縁層17が露出することを防止する。   Therefore, the region where the second gate electrode hole 23 is formed is exposed by applying the halftone part (semi-transmissive part) of the halftone exposure mask, and after development, the photosensitive acrylic resin is compared with the transmissive part. And keep it thin. That is, when the first contact hole 21 and the second contact hole 22 are formed, a semi-transmissive portion is applied to the second gate electrode hole 23 to prevent the second insulating layer 17 from being exposed.

第1コンタクトホール21、第2コンタクトホール22、第2ゲート電極用ホール23の形成方法を図2Aないし図2Dに基づいて説明する。なお、説明の都合上、完成前のホールに対しても第1コンタクトホール21、第2コンタクトホール22、第2ゲート電極用ホール23と記載することがある。   A method of forming the first contact hole 21, the second contact hole 22, and the second gate electrode hole 23 will be described with reference to FIGS. 2A to 2D. For convenience of explanation, the first contact hole 21, the second contact hole 22, and the second gate electrode hole 23 may be described for the holes before completion.

図2Aは、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法での平坦化膜の現像後の開口状態を説明する説明図であり、(A)は図1Bに示す矢符A−Aでの断面状態を示す断面模式図であり、(B)は図1Bに示す矢符B−Bでの断面状態を示す断面模式図である。   FIG. 2A is an explanatory view for explaining an opening state after development of the planarizing film in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and (A) is an arrow AA shown in FIG. 1B. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross-sectional state in FIG. 1, (B) is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross-sectional state in the arrow BB shown to FIG. 1B.

絶縁性基板10(絶縁性基板110)の全面に塗布した平坦化膜18のうち、第1コンタクトホール21を形成する領域と第2コンタクトホール22を形成する領域には通常の露光を行い、現像により平坦化膜18を除去する。したがって、第1コンタクトホール21では、第2絶縁層17が露出し、第2コンタクトホール22では、第2絶縁層17が露出した状態となる。   Of the planarizing film 18 applied to the entire surface of the insulating substrate 10 (insulating substrate 110), the region where the first contact hole 21 is formed and the region where the second contact hole 22 is formed are subjected to normal exposure and development. Thus, the planarizing film 18 is removed. Therefore, the second insulating layer 17 is exposed in the first contact hole 21, and the second insulating layer 17 is exposed in the second contact hole 22.

このとき、第2ゲート電極用ホール23を形成する領域にはハーフトーン露光を行うことから、現像後においても平坦化膜18が完全には除去されず、第2絶縁層17は薄く残された残留平坦化膜18rによって被覆されている。したがって、第2絶縁層17は、露出されない状態となる。なお、第2ゲート電極用ホール23を形成する領域は、多少露光されているため、ある程度の深さのホールを開けることができる。   At this time, since the half-tone exposure is performed on the region where the second gate electrode hole 23 is formed, the planarization film 18 is not completely removed even after development, and the second insulating layer 17 remains thin. The remaining planarizing film 18r is covered. Therefore, the second insulating layer 17 is not exposed. Since the region where the second gate electrode hole 23 is to be formed is exposed to some extent, a hole with a certain depth can be opened.

図2Bは、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法での現像後の平坦化膜をマスクとして絶縁膜をエッチングした状態を説明する説明図であり、(A)は図1Bに示す矢符A−Aでの断面状態を示す断面模式図であり、(B)は図1Bに示す矢符B−Bでの断面状態を示す断面模式図である。   FIG. 2B is an explanatory diagram for explaining a state in which the insulating film is etched using the developed flattening film as a mask in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross-sectional state in the arrow AA shown, (B) is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross-sectional state in the arrow BB shown in FIG. 1B.

現像後に残った平坦化膜18をマスクとして、第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22でのエッチングを行う。第1コンタクトホール21には第2絶縁層17が、第2コンタクトホール22には第2絶縁層17と第1絶縁層12がエッチング対象として存在する。   Etching in the first contact hole 21 and the second contact hole 22 is performed using the planarizing film 18 remaining after the development as a mask. The second insulating layer 17 exists in the first contact hole 21, and the second insulating layer 17 and the first insulating layer 12 exist in the second contact hole 22 as etching targets.

したがって、第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22では、エッチングする厚さがそれぞれ異なる。しかし、第1コンタクトホール21では、第2絶縁層17の下にドレイン電極16が存在し、第2コンタクトホール22では、第2絶縁層17、第1絶縁層12の下に第1ゲート電極11が存在する。   Accordingly, the first contact hole 21 and the second contact hole 22 have different etching thicknesses. However, in the first contact hole 21, the drain electrode 16 exists below the second insulating layer 17, and in the second contact hole 22, the first gate electrode 11 exists below the second insulating layer 17 and the first insulating layer 12. Exists.

第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22のいずれも、下側に金属層(ドレイン電極16、第1ゲート電極11)が形成されていることから、金属層と絶縁層(第2絶縁層17、第1絶縁層12)とのエッチングレートの差により絶縁層のエッチングを高精度でストップすることが可能である。したがって、エッチングする絶縁膜の2ヶ所での厚さの違いは問題とならず、両方とも金属層が露出するまでエッチングを行うことができる。   Since both the first contact hole 21 and the second contact hole 22 have a metal layer (drain electrode 16 and first gate electrode 11) formed on the lower side, the metal layer and the insulating layer (second insulating layer 17) are formed. The etching of the insulating layer can be stopped with high accuracy by the difference in etching rate with the first insulating layer 12). Therefore, the difference in thickness between the two insulating films to be etched is not a problem, and both can be etched until the metal layer is exposed.

したがって、絶縁層をエッチングした後の状態として、第1コンタクトホール21では、ドレイン電極16が露出し、第2コンタクトホール22では、第1ゲート電極11が露出する。   Therefore, after the insulating layer is etched, the drain electrode 16 is exposed in the first contact hole 21, and the first gate electrode 11 is exposed in the second contact hole 22.

図2Cは、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法での現像後の平坦化膜をエッチバックして第2ゲート電極用ホールに対応する第2絶縁層を露出させた状態を説明する説明図であり、(A)は図1Bに示す矢符A−Aでの断面状態を示す断面模式図であり、(B)は図1Bに示す矢符B−Bでの断面状態を示す断面模式図である。   FIG. 2C shows a state in which the planarized film after development in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention is etched back to expose the second insulating layer corresponding to the second gate electrode hole. It is explanatory drawing to explain, (A) is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross-sectional state by arrow AA shown in FIG. 1B, (B) is the cross-sectional state by arrow BB shown in FIG. 1B. It is a cross-sectional schematic diagram shown.

2ヶ所(第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22)の絶縁層をエッチングした後、平坦化膜18をさらに全面エッチバックする(平坦化膜18全体の膜厚を薄くする)ことにより、第2ゲート電極用ホール23を形成し、第2絶縁層17を露出させる。第2絶縁層17は、チャネル領域13cに対応する領域で第2絶縁層穴17hを有する状態となっている。   After etching the insulating layers at the two locations (the first contact hole 21 and the second contact hole 22), the planarizing film 18 is further etched back (the thickness of the entire planarizing film 18 is reduced), thereby A two-gate electrode hole 23 is formed, and the second insulating layer 17 is exposed. The second insulating layer 17 has a second insulating layer hole 17h in a region corresponding to the channel region 13c.

以上の工程(図2Aないし図2C)により、第1コンタクトホール21、第2コンタクトホール22、第2ゲート電極用ホール23が形成されたこととなる。   Through the above steps (FIGS. 2A to 2C), the first contact hole 21, the second contact hole 22, and the second gate electrode hole 23 are formed.

なお、ホール形成工程は、ハーフトーン露光を利用しない従来のフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程を適用して実行することも可能である。その際の工程例を以下に示す。   Note that the hole forming process can be performed by applying a conventional photolithography process and etching process that do not use halftone exposure. The process example in that case is shown below.

まず、レジストを塗布し、1枚目のマスク用いて、絶縁性基板10の全面に塗布した平坦化膜18のうち、第1コンタクトホール21を形成する領域と第2コンタクトホール22を形成する領域のみに露光、現像を行う。現像によってパターニングしたレジストをマスクとして平坦化膜18をエッチングし、第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22を形成する。エッチングによってパターニング(第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22を開口)された平坦化膜18をマスクとして、第1コンタクトホール21および第2コンタクトホール22に露出されている絶縁層のエッチングを行う。   First, a region for forming the first contact hole 21 and a region for forming the second contact hole 22 in the planarizing film 18 applied to the entire surface of the insulating substrate 10 by applying a resist and using the first mask. Only exposure and development are performed. Using the resist patterned by development as a mask, the planarizing film 18 is etched to form the first contact hole 21 and the second contact hole 22. Using the planarizing film 18 patterned by etching (opening the first contact hole 21 and the second contact hole 22) as a mask, the insulating layer exposed in the first contact hole 21 and the second contact hole 22 is etched. .

次に、再度レジストを塗布し、2枚目のマスクを用いて、フォトリソグラフィ工程を行い、現像によって第2ゲート電極用ホール23に対応させてパターニングしたレジストをマスクとして平坦化膜18をエッチングする。第2ゲート電極用ホール23に対応する領域の平坦化膜18を第2絶縁層17が露出するまでエッチングすることによって第2ゲート電極用ホール23を形成する。その後、残ったレジストを除去する。   Next, a resist is applied again, a photolithography process is performed using the second mask, and the planarizing film 18 is etched using a resist patterned by development corresponding to the second gate electrode hole 23 as a mask. . The second gate electrode hole 23 is formed by etching the planarizing film 18 in the region corresponding to the second gate electrode hole 23 until the second insulating layer 17 is exposed. Thereafter, the remaining resist is removed.

なお、以上の工程で、平坦化膜18として感光性アクリル樹脂を用いた場合には、一度目のレジスト塗布工程は不要であり、感光性アクリル樹脂からなる平坦化膜18をレジストの代わりとして用いることが可能となる。   In the above process, when a photosensitive acrylic resin is used as the planarizing film 18, the first resist coating process is unnecessary, and the planarizing film 18 made of a photosensitive acrylic resin is used as a substitute for the resist. It becomes possible.

以上の一般的な従来の工程によっても、第1コンタクトホール21、第2コンタクトホール22、および第2ゲート電極用ホール23を形成することができる。   The first contact hole 21, the second contact hole 22, and the second gate electrode hole 23 can also be formed by the above general conventional process.

上述した2種類のホール形成方法にはそれぞれ利点がある。つまり、ハーフトーン露光利用の場合は、マスク1枚で全てのコンタクトホールの形成が可能であり、マスク枚数を削減することができる。他方、ハーフトーン露光を利用しない場合は、マスク枚数は1枚増加するが、ハーフトーン露光という特殊な技術を用いる必要がなく、一般的なフォトリソグラフィ工程およびエッチング工程でコンタクトホールを形成できることから、工程が簡便になる。   Each of the two types of hole forming methods described above has advantages. That is, when halftone exposure is used, all contact holes can be formed with one mask, and the number of masks can be reduced. On the other hand, when halftone exposure is not used, the number of masks increases by one, but there is no need to use a special technique called halftone exposure, and contact holes can be formed by a general photolithography process and etching process. The process becomes simple.

(第2ゲート電極および画素電極形成工程)
図2Dは、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の製造方法での第2ゲート電極および画素電極を形成した状態を説明する説明図であり、(A)は図1Bに示す矢符A−Aでの断面状態を示す断面模式図であり、(B)は図1Bに示す矢符B−Bでの断面状態を示す断面模式図である。
(Second gate electrode and pixel electrode forming step)
FIG. 2D is an explanatory view illustrating a state in which the second gate electrode and the pixel electrode are formed in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and (A) is an arrow A shown in FIG. 1B. It is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross-sectional state in -A, (B) is a cross-sectional schematic diagram which shows the cross-sectional state in the arrow BB shown to FIG. 1B.

ホール形成工程で第1コンタクトホール21、第2コンタクトホール22、第2ゲート電極用ホール23を形成された絶縁性基板10(絶縁性基板110)に、スパッタ法を用いて、透明導電膜である酸化インジウムスズ(ITO)からなる第2ゲート電極膜および画素電極膜を成膜した。第2ゲート電極膜および画素電極膜の膜厚は100nmとした。   The insulating substrate 10 (insulating substrate 110) in which the first contact hole 21, the second contact hole 22, and the second gate electrode hole 23 are formed in the hole forming process is a transparent conductive film by sputtering. A second gate electrode film and a pixel electrode film made of indium tin oxide (ITO) were formed. The film thicknesses of the second gate electrode film and the pixel electrode film were 100 nm.

続いて、形成した第2ゲート電極膜および画素電極膜をフォトリソグラフィ工程とエッチング工程によりパターニングし、第2ゲート電極19と画素電極130を形成した。エッチング終了後、レジストパターン膜は剥離液を用いて剥離、除去した。   Subsequently, the formed second gate electrode film and pixel electrode film were patterned by a photolithography process and an etching process to form the second gate electrode 19 and the pixel electrode 130. After completion of the etching, the resist pattern film was peeled off and removed using a stripping solution.

第2ゲート電極19、画素電極130を構成する材料は実施例に限定されることなく、例えば、酸化亜鉛(ZnO)等の透明導電膜や、タングステン(W)、銅(Cu)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)等の単体金属、または、それらに窒素、酸素、あるいは他の金属を含有させた材料を用いて単層に形成してもよく、また、これらの材料を複数組み合わせた積層構造にしてもよい。   The material constituting the second gate electrode 19 and the pixel electrode 130 is not limited to the embodiment, and for example, a transparent conductive film such as zinc oxide (ZnO), tungsten (W), copper (Cu), chromium (Cr ), A single metal such as tantalum (Ta), molybdenum (Mo), titanium (Ti), or a material containing nitrogen, oxygen, or another metal in them may be used to form a single layer, Further, a laminated structure in which a plurality of these materials are combined may be used.

すなわち、第2ゲート電極19、画素電極130は、チタンとアルミニウムによるTi/Al/Ti積層膜、モリブデンとアルミニウムによるMo/Al/Mo積層膜、チタンと銅によるTi/Cu/Ti積層膜、銅とモリブデンによるMo/Cu/Mo積層膜、あるいは、タンタルと窒化タンタル(TaN)によるTa/TaN/Ta積層膜等で形成することができる。   That is, the second gate electrode 19 and the pixel electrode 130 are a Ti / Al / Ti laminated film of titanium and aluminum, a Mo / Al / Mo laminated film of molybdenum and aluminum, a Ti / Cu / Ti laminated film of titanium and copper, copper And a Mo / Cu / Mo laminated film made of molybdenum and a Ta / TaN / Ta laminated film made of tantalum and tantalum nitride (TaN).

本実施の形態でいう透明導電膜とは、シート抵抗100Ω/□以下で、可視光領域(波長380〜780nm)での透過率50%以上(100%未満)を達成できる膜である。この範囲であれば透明導電性材料として用いることが可能であり、透明電極として機能させることができる。   The transparent conductive film referred to in this embodiment is a film having a sheet resistance of 100 Ω / □ or less and a transmittance of 50% or more (less than 100%) in the visible light region (wavelength 380 to 780 nm). If it is this range, it can be used as a transparent conductive material, and can function as a transparent electrode.

なお、第2ゲート電極膜および画素電極膜の成膜方法には、スパッタの他、蒸着法等を用いることもできる。また、第2ゲート電極膜および画素電極膜の膜厚は、特に実施例に限定されることはない。   Note that the second gate electrode film and the pixel electrode film can be formed by vapor deposition or the like in addition to sputtering. Further, the thicknesses of the second gate electrode film and the pixel electrode film are not particularly limited to the examples.

<実施の形態3>
図3に基づいて、本実施の形態に係る半導体装置について説明する。なお、本実施の形態に係る半導体装置の基本的な構成は、実施の形態1、実施の形態2の半導体装置1と同様であるので、符号を援用し、実施の形態1、実施の形態2と異なる事項について主に説明する。
<Embodiment 3>
The semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Note that the basic configuration of the semiconductor device according to the present embodiment is the same as that of the semiconductor device 1 of the first and second embodiments, and therefore, reference numerals are used to refer to the first and second embodiments. What is different is mainly explained.

図3は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置の要部の断面状態を模式的に示す断面模式図である。なお、断面の位置は、図1Aに示した第2絶縁層穴17hの付近であり、拡大して示す。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view schematically showing the cross-sectional state of the main part of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. The position of the cross section is in the vicinity of the second insulating layer hole 17h shown in FIG.

本実施の形態に係る半導体装置1では、第2絶縁層17は、ソース電極15とドレイン電極16との間で第2ゲート電極19が嵌め込まれた第2絶縁層穴17hを備え、第2絶縁層穴17hの側面は、中央方向に突出した突出部17pを有し、突出部17pは、第2絶縁層穴17hの底面の端部に対して5nm以上の突出長Lpを有する。   In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the second insulating layer 17 includes the second insulating layer hole 17h in which the second gate electrode 19 is fitted between the source electrode 15 and the drain electrode 16, and the second insulating layer 17 is provided with the second insulating layer hole 17h. The side surface of the layer hole 17h has a projecting portion 17p projecting in the center direction, and the projecting portion 17p has a projecting length Lp of 5 nm or more with respect to the end of the bottom surface of the second insulating layer hole 17h.

したがって、第2絶縁層穴17hの突出部17pの下側に形成されたくびれに第2ゲート電極19がピン止め(ピニング)された状態となることから、第2絶縁層17と第2ゲート電極19との間の密着性を向上させて第2ゲート電極19の膜剥がれを防止することが可能となり、歩留まりおよび信頼性を向上させることができる。   Accordingly, since the second gate electrode 19 is pinned to the constriction formed below the protrusion 17p of the second insulating layer hole 17h, the second insulating layer 17 and the second gate electrode It is possible to improve the adhesion between the second gate electrode 19 and the film peeling of the second gate electrode 19, thereby improving the yield and reliability.

本実施の形態に係る半導体装置1の構成を採用しないとき、実施の形態1における半導体装置1では、第2絶縁層17と第2ゲート電極19の間の密着性が悪く、第2ゲート電極19の膜剥がれが生じる箇所が存在した。つまり、歩留まりが低い場合があった。   When the configuration of the semiconductor device 1 according to the present embodiment is not employed, the semiconductor device 1 according to the first embodiment has poor adhesion between the second insulating layer 17 and the second gate electrode 19, and the second gate electrode 19. There were places where film peeling occurred. That is, the yield may be low.

透明導電性材料(第2ゲート電極19、画素電極130)の膜剥がれは、TFT基板100の画素電極130のように一辺が例えば100μm以上の大面積とする場合には、画素電極130の下層に対する密着性を確保できていたことから問題になっていなかった。   When the transparent conductive material (the second gate electrode 19 and the pixel electrode 130) is peeled off from the lower layer of the pixel electrode 130 when one side has a large area of, for example, 100 μm or more like the pixel electrode 130 of the TFT substrate 100, It was not a problem because the adhesion could be secured.

しかし、実施の形態1に係る半導体装置1(ダブルゲート型TFT)では、上部電極(第2ゲート電極19)として透明導電性材料を用いていることから、従来よりも小さな面積、すなわち一辺が100μm未満で段差(第2絶縁層穴17h)が存在するという、これまでに報告例のない形状で形成されている。その結果、これまでは問題とならなかった透明導電性材料の膜剥がれが生じてしまうという問題が顕在化した。本実施の形態に係る半導体装置1は、その問題を解消したものである。   However, in the semiconductor device 1 (double gate TFT) according to the first embodiment, since a transparent conductive material is used as the upper electrode (second gate electrode 19), the area is smaller than that of the conventional case, that is, one side is 100 μm. The step (the second insulating layer hole 17h) is present in a shape that has never been reported so far. As a result, the problem that the film peeling of the transparent conductive material, which has not been a problem until now, has become apparent. The semiconductor device 1 according to the present embodiment has solved the problem.

実施の形態1で作製した半導体装置1の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した結果、チャネル領域13cに対応する第2絶縁層17の断面は、凹形状を有し第2絶縁層穴17hを有することが明らかになった。つまり、第2絶縁層穴17hにおける第2絶縁層17と第2ゲート電極19の界面で、第2絶縁層17は、第2ゲート電極用ホール23(第2絶縁層穴17h)の底面に対して側面のほうがホールの中央方向に突出した突出部17pを有する。   As a result of observing the cross section of the semiconductor device 1 manufactured in the first embodiment with a scanning electron microscope (SEM), the cross section of the second insulating layer 17 corresponding to the channel region 13c has a concave shape and the second insulating layer hole. It was found to have 17h. That is, at the interface between the second insulating layer 17 and the second gate electrode 19 in the second insulating layer hole 17h, the second insulating layer 17 is in contact with the bottom surface of the second gate electrode hole 23 (second insulating layer hole 17h). The side surface has a protrusion 17p that protrudes toward the center of the hole.

実施の形態1に係る半導体装置1では、突出部17pは、第2絶縁層穴17hの底面の端部に対して3nmの突出長Lpを有していた。実施の形態1では、第2絶縁層17を形成するときの絶縁性基板10の温度は300℃であり、第2ゲート電極19の膜剥がれによる不良率は0.01%であった。また、第2ゲート電極19の短辺の長さは10μmであった。   In the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the protruding portion 17p has a protruding length Lp of 3 nm with respect to the end portion of the bottom surface of the second insulating layer hole 17h. In the first embodiment, the temperature of the insulating substrate 10 when forming the second insulating layer 17 was 300 ° C., and the defect rate due to film peeling of the second gate electrode 19 was 0.01%. The short side length of the second gate electrode 19 was 10 μm.

本実施の形態に係る半導体装置1では、絶縁性基板10の温度を250℃として第2絶縁層17の形成を行った。その結果、突出長Lpは、7nmとなり、透明導電性材料の膜剥がれによる不良率は低下し、0.001%となった。   In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the second insulating layer 17 is formed with the temperature of the insulating substrate 10 set at 250 ° C. As a result, the protrusion length Lp was 7 nm, and the defect rate due to film peeling of the transparent conductive material was reduced to 0.001%.

つまり、第2絶縁層17を形成するときに、成膜条件を制御することによって、第2絶縁層穴17hに形成された突出部17pの突出長Lp(くびれ形状)を調整することができる。したがって、第2絶縁層17(第2絶縁層穴17h)の上に形成される第2ゲート電極19を第2絶縁層穴17hの突出部17pの下側に形成されたくびれに食い込ませた形状にすることで、第2ゲート電極19の膜剥がれを抑制することができた。   That is, when the second insulating layer 17 is formed, the protruding length Lp (neck shape) of the protruding portion 17p formed in the second insulating layer hole 17h can be adjusted by controlling the film forming conditions. Therefore, the shape in which the second gate electrode 19 formed on the second insulating layer 17 (second insulating layer hole 17h) is bitten into the constriction formed below the projecting portion 17p of the second insulating layer hole 17h. As a result, film peeling of the second gate electrode 19 could be suppressed.

具体的には、第2絶縁層17および第2ゲート電極19を形成するときの絶縁性基板10の温度を変化させて半導体装置1(ダブルゲート型TFT)を作製し、突出長Lp、絶縁性基板10の温度、透明導電性材料の膜剥がれによる不良率を測定した。   Specifically, the semiconductor device 1 (double gate type TFT) is manufactured by changing the temperature of the insulating substrate 10 when the second insulating layer 17 and the second gate electrode 19 are formed, and the protruding length Lp, the insulating property is obtained. The temperature of the substrate 10 and the defect rate due to film peeling of the transparent conductive material were measured.

測定の結果、突出長Lpを5nm以上にすることによって、第2絶縁層17(第2絶縁層穴17h)の底面と側壁に対して第2ゲート電極19をピニングさせた状態とすることが可能となり、第2絶縁層17と第2ゲート電極19との間の密着性を向上させ、透明導電性材料の膜剥がれによる不良率を0.001%以下と著しく低減することができた。   As a result of measurement, by setting the protrusion length Lp to 5 nm or more, the second gate electrode 19 can be pinned with respect to the bottom surface and the side wall of the second insulating layer 17 (second insulating layer hole 17h). Thus, the adhesion between the second insulating layer 17 and the second gate electrode 19 was improved, and the defect rate due to film peeling of the transparent conductive material could be remarkably reduced to 0.001% or less.

なお、絶縁性基板10の温度は使用する装置や他の条件に大きく依存するので、実施例の温度に限定されることはない。   In addition, since the temperature of the insulating substrate 10 largely depends on the apparatus to be used and other conditions, it is not limited to the temperature of the embodiment.

また、突出長Lpを5nm以上にする手法としては他に、膜形成を行うPECVD装置やスパッタ装置のRFパワーを増加させる手法や、シランガスの分圧を下げる手法等でもよく、実施例の手法に限定されることはない。   In addition, as a method of setting the protrusion length Lp to 5 nm or more, a method of increasing the RF power of a PECVD apparatus for forming a film or a sputtering apparatus, a technique of reducing the partial pressure of silane gas, or the like may be used. There is no limit.

すなわち、突出長Lpを5nm以上にすればピニング効果を十分に生じさせることが可能であり、第2ゲート電極19の膜剥がれによる不良率を低下させることができる。   That is, if the protrusion length Lp is 5 nm or more, a pinning effect can be sufficiently generated, and the defect rate due to film peeling of the second gate electrode 19 can be reduced.

なお、半導体層13の表面にシリコン酸化膜14を形成して半導体層13の表面に発生する準位の影響を防止することが可能である。シリコン酸化膜14の詳細については、実施の形態6でさらに説明する。   Note that it is possible to prevent the influence of the level generated on the surface of the semiconductor layer 13 by forming the silicon oxide film 14 on the surface of the semiconductor layer 13. Details of the silicon oxide film 14 will be further described in the sixth embodiment.

<実施の形態4>
図4に基づいて、本実施の形態に係る半導体装置について説明する。なお、本実施の形態に係る半導体装置の基本的な構成は、実施の形態1ないし実施の形態3の半導体装置1と同様であるので、符号を援用し、実施の形態1ないし実施の形態3と異なる事項について主に説明する。
<Embodiment 4>
A semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Note that the basic configuration of the semiconductor device according to the present embodiment is the same as that of the semiconductor device 1 of the first to third embodiments, and therefore, the reference numerals are used to refer to the first to third embodiments. What is different is mainly explained.

図4は、本発明の実施の形態4に係る半導体装置の要部の断面状態を模式的に示す断面模式図である。なお、断面の位置は、図1Aに示したソース電極15の付近であり、拡大して示す。また、ドレイン電極16は、ソース電極15と対称に形成されていることから図では省略している。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically showing the cross-sectional state of the main part of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. The position of the cross section is in the vicinity of the source electrode 15 shown in FIG. Further, the drain electrode 16 is omitted from the drawing because it is formed symmetrically with the source electrode 15.

本実施の形態に係る半導体装置1では、ソース電極15およびドレイン電極16は、半導体層13の表面に接合され、半導体層13は、ソース電極15およびドレイン電極16の間のチャネル領域13cで薄くされてチャネル段差Hsを有し、チャネル段差Hsは、10nm以上200nm以下である。   In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the source electrode 15 and the drain electrode 16 are joined to the surface of the semiconductor layer 13, and the semiconductor layer 13 is thinned in the channel region 13 c between the source electrode 15 and the drain electrode 16. The channel step Hs is 10 nm or more and 200 nm or less.

したがって、チャネル段差Hsを10nm以上とすることから、エッチングによって薄くされたチャネル領域13c(半導体層13)の表面での残渣バラツキの影響を抑制し、また、チャネル段差Hsを200nm以下とすることから、チャネル領域13cとソース電極15との間の距離およびチャネル領域13cとドレイン電極16との間の距離の増大によるオン電流の減少を抑制することが可能となる。   Therefore, since the channel step Hs is set to 10 nm or more, the influence of residue variations on the surface of the channel region 13c (semiconductor layer 13) thinned by etching is suppressed, and the channel step Hs is set to 200 nm or less. It is possible to suppress a decrease in on-current due to an increase in the distance between the channel region 13c and the source electrode 15 and the distance between the channel region 13c and the drain electrode 16.

本実施の形態に係る半導体装置1では、半導体層13とソース電極15との間、および半導体層13とドレイン電極16との間でのオーミックコンタクトをとりやすくするため、半導体膜形成後に高濃度コンタクト膜(n+型シリコン膜)を形成した後、ソース電極15およびドレイン電極16を形成し、ソース電極15およびドレイン電極16をマスクとしてチャネルエッチングを行うこと(チャネルエッチング工程)によって高濃度コンタクト層13d(n+型コンタクト層)を形成した。   In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, in order to facilitate the ohmic contact between the semiconductor layer 13 and the source electrode 15 and between the semiconductor layer 13 and the drain electrode 16, a high concentration contact is formed after the semiconductor film is formed. After the film (n + type silicon film) is formed, the source electrode 15 and the drain electrode 16 are formed, and channel etching is performed using the source electrode 15 and the drain electrode 16 as a mask (channel etching process), whereby the high concentration contact layer 13d ( n + type contact layer) was formed.

n+型シリコン膜は導電体であるから、ソース電極15とドレイン電極16との間を絶縁するためにはチャネル領域13cに対応する領域でのn+型シリコン膜をエッチング除去するチャネルエッチングが必要である。   Since the n + type silicon film is a conductor, in order to insulate between the source electrode 15 and the drain electrode 16, channel etching for removing the n + type silicon film in the region corresponding to the channel region 13c is necessary. .

実施の形態1に係る半導体装置1(ダブルゲート型TFT)では、半導体層13のチャネル領域13cをチャネルエッチングしたことによる半導体層13のチャネル段差Hs(上面段差)は8nmであり、チャネルエッチング後の半導体層13の断面および表面観察をSEMにより多数行った結果、n+型シリコン膜の残渣が半導体層13の表面に存在する場合があり、オフ動作を実現できない半導体装置1が発生することがあった。   In the semiconductor device 1 (double gate TFT) according to the first embodiment, the channel step Hs (upper surface step) of the semiconductor layer 13 due to channel etching of the channel region 13c of the semiconductor layer 13 is 8 nm, As a result of many cross-sectional and surface observations of the semiconductor layer 13 by SEM, the residue of the n + -type silicon film may exist on the surface of the semiconductor layer 13, and the semiconductor device 1 in which the off operation cannot be realized may occur. .

本実施の形態に係る半導体装置1では、チャネルエッチングによる半導体層13のチャネル段差Hsを10nm以上とすることにより、n+型シリコン膜の残渣を除去することが可能となった。   In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, it is possible to remove the residue of the n + -type silicon film by setting the channel step Hs of the semiconductor layer 13 by channel etching to 10 nm or more.

本実施の形態に係る半導体装置1のオン電流は、実施の形態1での半導体装置1のオン電流を上回り、比較例で測定した従来の逆スタガ型TFTの約1.7倍の9.65×10-7Aとなった。 The on-current of the semiconductor device 1 according to the present embodiment exceeds the on-current of the semiconductor device 1 in the first embodiment, and is 9.65, which is about 1.7 times that of the conventional reverse stagger type TFT measured in the comparative example. × 10 -7 A.

他方、チャネルエッチングによる半導体層13のチャネル段差Hsを200nmより厚くした場合は、n+型シリコン膜の残渣の問題は生じないが、チャネル領域13cとなる半導体層13の表面とソース電極15およびドレイン電極16との間の距離が大きくなることから、チャネル抵抗が大きくなり、結果としてオン電流を低下させることになる。   On the other hand, when the channel step Hs of the semiconductor layer 13 by channel etching is made thicker than 200 nm, the problem of the residue of the n + -type silicon film does not occur, but the surface of the semiconductor layer 13 that becomes the channel region 13c, the source electrode 15 and the drain electrode Since the distance to 16 increases, the channel resistance increases, resulting in a decrease in on-current.

したがって、チャネルエッチングによる半導体層13のチャネル段差Hsを10nm以上200nm以下の範囲に制御することにより、オン電流の大きな半導体装置1(チャネルエッチング型のダブルゲート型TFT)を作製することができる。   Therefore, by controlling the channel step Hs of the semiconductor layer 13 by channel etching within a range of 10 nm or more and 200 nm or less, the semiconductor device 1 (channel etching type double gate TFT) having a large on-state current can be manufactured.

また、高濃度コンタクト層13dを形成しなかった場合でも、ソース電極15およびドレイン電極16のパターニング後に、半導体層13のチャネル領域13cの表面にソース・ドレイン金属膜の残渣が発生する場合がある。このような場合でも同様に、チャネル領域13cにおける半導体層13のチャネル段差Hsを制御することによって同様な効果を得ることができる。   Even when the high concentration contact layer 13 d is not formed, a source / drain metal film residue may be generated on the surface of the channel region 13 c of the semiconductor layer 13 after the patterning of the source electrode 15 and the drain electrode 16. Even in such a case, similarly, the same effect can be obtained by controlling the channel step Hs of the semiconductor layer 13 in the channel region 13c.

なお、半導体層13のチャネル領域13cでの膜厚Tcの詳細については、実施の形態7でさらに説明する。   Details of the film thickness Tc in the channel region 13c of the semiconductor layer 13 will be further described in the seventh embodiment.

<実施の形態5>
実施の形態2(実施の形態1)では、半導体層13にアモルファスシリコンを使用して半導体装置1(ダブルゲート型TFT)を作製した。実施の形態1に係る半導体装置1では、ダブルゲート構造とすることによって半導体層13の上下両側でチャネル領域13cを形成する。したがって、従来の逆スタガ型TFTと比較した場合は、オン電流を増加させることができた。しかし、アモルファスシリコンの移動度は約0.5cm2/(V・s)と小さいことから、オン電流をさらに大きくする可能性について検討した。
<Embodiment 5>
In Embodiment 2 (Embodiment 1), semiconductor device 1 (double-gate TFT) is manufactured using amorphous silicon for semiconductor layer 13. In the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the channel region 13c is formed on both upper and lower sides of the semiconductor layer 13 by adopting a double gate structure. Therefore, the on-current can be increased as compared with the conventional inverted stagger type TFT. However, since the mobility of amorphous silicon is as small as about 0.5 cm 2 / (V · s), the possibility of further increasing the on-current was examined.

本実施の形態では、オン電流をさらに大きくするために、アモルファスシリコンよりも移動度の大きい微結晶シリコンを主成分とした半導体膜を半導体層13として用いた半導体装置1(ダブルゲート型TFT)を作製した。なお、本実施の形態でいう微結晶シリコン膜とは、その膜中に5nm以上のシリコン結晶粒を主成分として含む膜を意味する。   In this embodiment, in order to further increase the on-current, the semiconductor device 1 (double-gate TFT) using a semiconductor film whose main component is microcrystalline silicon having a mobility higher than that of amorphous silicon is used as the semiconductor layer 13. Produced. Note that the microcrystalline silicon film in this embodiment means a film containing silicon crystal grains of 5 nm or more as a main component in the film.

本実施の形態に係る半導体装置の基本的な構成は、実施の形態1ないし実施の形態4の半導体装置1と同様であるので、符号を援用し、実施の形態1ないし実施の形態4と異なる事項について主に説明する。   Since the basic configuration of the semiconductor device according to the present embodiment is the same as that of the semiconductor device 1 of the first to fourth embodiments, the reference numerals are used and are different from the first to fourth embodiments. The matter is mainly explained.

形成した微結晶シリコン膜(半導体層13)は、膜成長初期の下面側(第1絶縁層12側)の移動度が0.6cm2/(V・s)程度であったのに対して、上面側(第2絶縁層17側)の移動度は1.0cm2/(V・s)程度であった。下面側に対して上面側での移動度が大きくなっているのは、膜厚が増加するにつれて結晶粒が大きくなるためであると考えられる。 The formed microcrystalline silicon film (semiconductor layer 13) had a mobility of about 0.6 cm 2 / (V · s) on the lower surface side (first insulating layer 12 side) at the initial stage of film growth, The mobility on the upper surface side (second insulating layer 17 side) was about 1.0 cm 2 / (V · s). The reason why the mobility on the upper surface side is larger than the lower surface side is considered to be because the crystal grains increase as the film thickness increases.

通常の逆スタガ型TFTでは、移動度の大きい上面側を利用することができないことから、微結晶シリコンを半導体層13に利用しても、オン電流が多少増加する程度であり、オン電流の大きな増加は得られず、微結晶シリコンをチャネル領域13cとして利用する利点を存分に活かすことができなかった。   In a normal inverted stagger type TFT, the upper surface side with high mobility cannot be used. Therefore, even when microcrystalline silicon is used for the semiconductor layer 13, the on-current is increased to some extent, and the on-current is large. The increase was not obtained, and the advantage of using microcrystalline silicon as the channel region 13c could not be fully utilized.

すなわち、微結晶シリコンは膜質が良く、移動度が大きい上面側をチャネル領域13cとして使わなければ、その利点を最大限に活かすことはできない。本実施の形態に係る半導体装置1は、ダブルゲート型TFTであることから、微結晶シリコン層の下面側だけでなく、膜質が良く、移動度が高い微結晶シリコン層の上面側にもチャネル領域13cを形成できる、本実施の形態に係る半導体装置1では、従来の逆スタガ型アモルファスシリコンTFTと比較して、オン電流は約2.2倍の1.23×10-6Aとなった。 That is, microcrystalline silicon has a good film quality, and unless the upper surface side having high mobility is used as the channel region 13c, the advantages cannot be fully utilized. Since the semiconductor device 1 according to the present embodiment is a double-gate TFT, the channel region is formed not only on the lower surface side of the microcrystalline silicon layer but also on the upper surface side of the microcrystalline silicon layer having good film quality and high mobility. In the semiconductor device 1 according to the present embodiment capable of forming 13c, the on-current is 1.23 × 10 −6 A, which is about 2.2 times that of the conventional inverted staggered amorphous silicon TFT.

上述したとおり、本実施の形態に係る半導体装置1では、半導体層13は、微結晶シリコンを主成分としている。したがって、通常の逆スタガ型TFTでは使用できない半導体層13の表面側(上面側)で、移動度の大きい微結晶シリコンをチャネル領域13cとして利用できることから、大きなオン電流の取り出しが可能となる。   As described above, in the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the semiconductor layer 13 is mainly composed of microcrystalline silicon. Therefore, since microcrystalline silicon having a high mobility can be used as the channel region 13c on the surface side (upper surface side) of the semiconductor layer 13 that cannot be used with a normal inverted staggered TFT, a large on-current can be extracted.

次に、微結晶シリコン膜(半導体層13)を形成する微結晶シリコン形成工程について説明する。   Next, a microcrystalline silicon formation process for forming the microcrystalline silicon film (semiconductor layer 13) will be described.

微結晶シリコン形成工程は、実施の形態2で説明した半導体層形成工程として行う工程である。第1ゲート電極形成工程、第1絶縁層形成工程を経た絶縁性基板1に、前工程である第1絶縁層形成工程で使用した成膜装置内の別成膜チャンバーを用いて、微結晶シリコン膜を成膜した。   The microcrystalline silicon formation step is a step performed as the semiconductor layer formation step described in Embodiment 2. Microcrystalline silicon is formed on the insulating substrate 1 that has undergone the first gate electrode forming step and the first insulating layer forming step by using another film forming chamber in the film forming apparatus used in the first insulating layer forming step that is the previous step. A film was formed.

具体的には、平行平板型(容量結合型)の電極構造を持つ成膜チャンバーを用いて、絶縁性基板10の温度300℃、圧力50〜300Pa、電力密度5〜15mW/cm2の条件設定とした。また、成膜用のガスにはシラン(SiH4)、水素(H2)を用い、シランと水素の流量比は1:50〜1:100とし、水素希釈条件下で成膜した。また、微結晶シリコン膜の膜厚は、230nmとした。 Specifically, using a film formation chamber having a parallel plate type (capacitive coupling type) electrode structure, the temperature of the insulating substrate 10 is set to 300 ° C., the pressure is 50 to 300 Pa, and the power density is 5 to 15 mW / cm 2 . It was. Further, silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ) were used as the film forming gas, and the flow rate ratio of silane and hydrogen was 1:50 to 1: 100, and the film was formed under hydrogen dilution conditions. The film thickness of the microcrystalline silicon film was 230 nm.

なお、微結晶シリコン膜の成膜方法には、PECVD法の他、誘導結合型プラズマCVD装置や、マイクロ波CVD装置、電子サイクロトン共鳴CVD装置を用いることも可能である。微結晶シリコン膜の膜厚も、特に実施例に限定されることはない。   Note that in addition to the PECVD method, an inductively coupled plasma CVD apparatus, a microwave CVD apparatus, or an electron cycloton resonance CVD apparatus can be used as a method for forming the microcrystalline silicon film. The thickness of the microcrystalline silicon film is not particularly limited to the embodiment.

<実施の形態6>
本実施の形態に係る半導体装置、半導体装置製造方法の基本的な構成は、実施の形態1ないし実施の形態5の半導体装置1、半導体製造方法と同様であるので、符号を援用し、実施の形態1ないし実施の形態5と異なる事項について主に説明する。
<Embodiment 6>
The basic configuration of the semiconductor device and the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment is the same as that of the semiconductor device 1 and the semiconductor manufacturing method of the first to fifth embodiments. Items different from the first to fifth embodiments will be mainly described.

実施の形態1に係る半導体装置1では、高濃度コンタクト膜(n+型シリコン膜)を形成した場合、チャネルエッチングのときに半導体層13の表面がエッチングガスに晒されることによって半導体層13の表面に準位が形成された。他方、チャネルエッチングを行わなかった場合には、ソース電極15およびドレイン電極16を形成するときのエッチング工程により、同様に、半導体層13の表面に準位が形成された。   In the semiconductor device 1 according to the first embodiment, when a high-concentration contact film (n + type silicon film) is formed, the surface of the semiconductor layer 13 is exposed to an etching gas during channel etching, so that the surface of the semiconductor layer 13 is exposed. A level was formed. On the other hand, when channel etching was not performed, levels were similarly formed on the surface of the semiconductor layer 13 by the etching process when forming the source electrode 15 and the drain electrode 16.

半導体層13の表面に準位が形成された状態で第2絶縁層17を形成した半導体装置1では、準位を起因とする移動度の低下によるオン電流の低下が生じた。   In the semiconductor device 1 in which the second insulating layer 17 is formed in a state where a level is formed on the surface of the semiconductor layer 13, a decrease in on-current due to a decrease in mobility caused by the level occurs.

本実施の形態に係る半導体装置1では、半導体層13の上にシリコン酸化膜14(図3参照)を薄く形成することによって、半導体層13の準位の低減を行うことが可能となった。その結果、移動度の低下が抑制され、オン電流は従来TFTの約1.5倍の8.57×10-7Aとなった。 In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the level of the semiconductor layer 13 can be reduced by forming the silicon oxide film 14 (see FIG. 3) thin on the semiconductor layer 13. As a result, the decrease in mobility was suppressed, and the on-current was 8.57 × 10 −7 A, which is about 1.5 times that of the conventional TFT.

上述したとおり、本実施の形態に係る半導体装置1では、半導体層13と第2絶縁層17との間に、シリコン酸化膜14を備える。したがって、半導体層13の表面に形成された準位を低減することができるので、準位の存在による移動度の低下を抑制することが可能となる。   As described above, the semiconductor device 1 according to the present embodiment includes the silicon oxide film 14 between the semiconductor layer 13 and the second insulating layer 17. Therefore, the level formed on the surface of the semiconductor layer 13 can be reduced, so that a decrease in mobility due to the presence of the level can be suppressed.

以下に半導体層13の表面にシリコン酸化膜14を形成するシリコン酸化膜形成工程について説明する。   A silicon oxide film forming process for forming the silicon oxide film 14 on the surface of the semiconductor layer 13 will be described below.

シリコン酸化膜形成工程は、実施の形態2で説明した半導体層形成工程(あるいは、実施の形態5で説明した微結晶シリコン形成工程)によって形成された半導体層13の表面にシリコン酸化膜14を形成する工程である。   In the silicon oxide film forming step, the silicon oxide film 14 is formed on the surface of the semiconductor layer 13 formed by the semiconductor layer forming step described in the second embodiment (or the microcrystalline silicon forming step described in the fifth embodiment). It is a process to.

シリコン酸化膜形成工程は、第2絶縁層17を形成する直前の工程である。したがって、第2絶縁層17の形成に利用する装置と同一の成膜装置を利用し、シリコン酸化膜14の形成と第2絶縁層17の形成とを連続して実行することができれば、装置の追加によるコストの増加、絶縁性基板10を搬出入する時間の増加を抑制した状態で、半導体層13の表面にシリコン酸化膜14を形成し、トランジスタ特性を向上することが可能となる。   The silicon oxide film forming step is a step immediately before forming the second insulating layer 17. Therefore, if the same film forming apparatus as that used for forming the second insulating layer 17 is used and the formation of the silicon oxide film 14 and the formation of the second insulating layer 17 can be performed in succession, The silicon oxide film 14 is formed on the surface of the semiconductor layer 13 while suppressing the increase in cost due to the addition and the increase in the time for carrying in / out the insulating substrate 10, thereby improving the transistor characteristics.

シリコン酸化膜形成工程の具体例として、第2絶縁層17を形成するときに利用するチャンバー内で、酸素または酸素元素を含むガスを用いたプラズマによる半導体層13の表面の酸化処理を施すことによって、シリコン酸化膜14を形成することが可能である。   As a specific example of the silicon oxide film forming step, by oxidizing the surface of the semiconductor layer 13 with plasma using oxygen or a gas containing an oxygen element in a chamber used when the second insulating layer 17 is formed. The silicon oxide film 14 can be formed.

プラズマを用いた実施例では、N2Oガスを用いてRFパワー1200Wで30秒間酸化処理を行う方法と、O2ガスを用いてRFパワー1200Wで30秒間酸化処理を行う方法で実験を行った。これらの酸化処理で得られた膜厚は、0.3nm〜1nmであった。 In the examples using plasma, experiments were performed by a method of performing oxidation treatment with N 2 O gas at RF power of 1200 W for 30 seconds and a method of performing oxidation treatment with O 2 gas at RF power of 1200 W for 30 seconds. . The film thickness obtained by these oxidation treatments was 0.3 nm to 1 nm.

また、シリコン酸化膜形成工程は、第2絶縁層17を形成する直前の工程であることから、シリコン酸化膜形成工程のその他の具体例として、第2絶縁層17を形成する前の洗浄工程中に、オゾン水を用いて半導体層13の表面に対する酸化処理を施すことによって、シリコン酸化膜14を形成することが可能である。   In addition, since the silicon oxide film forming step is a step immediately before the second insulating layer 17 is formed, as another specific example of the silicon oxide film forming step, a cleaning step before forming the second insulating layer 17 is performed. In addition, the silicon oxide film 14 can be formed by performing an oxidation process on the surface of the semiconductor layer 13 using ozone water.

洗浄を用いた実施例では、装置の追加によるコストの増加、絶縁性基板10を搬出入する時間の増加を抑制した状態で、半導体層13の表面にシリコン酸化膜14を形成し、トランジスタ特性を向上することが可能となる。   In the embodiment using cleaning, a silicon oxide film 14 is formed on the surface of the semiconductor layer 13 while suppressing an increase in cost due to the addition of an apparatus and an increase in time for carrying in / out the insulating substrate 10, thereby improving transistor characteristics. It becomes possible to improve.

洗浄で用いたオゾン水は、5ppm〜50ppm程度のオゾン濃度で、水温は、23℃のものを用いた。処理時間は30秒間であった。    The ozone water used in the cleaning was an ozone concentration of about 5 ppm to 50 ppm, and the water temperature was 23 ° C. The processing time was 30 seconds.

上述したとおり、本実施の形態に係る半導体装置製造方法は、絶縁性基板10の上に形成された第1ゲート電極11と、第1ゲート電極11の上に形成された第1絶縁層12と、第1絶縁層12の上に形成された半導体層13と、半導体層13の一端に接続されたソース電極15と、ソース電極15に対向して半導体層13の他端に接続されたドレイン電極16と、半導体層13の上に形成された第2絶縁層17と、第2絶縁層17の上に形成された第2ゲート電極19と、半導体層13と第2絶縁層17との間に形成されたシリコン酸化膜14(半導体層13の表面に形成されたシリコン酸化膜14)とを備え、第1ゲート電極11および第2ゲート電極19の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている半導体装置1を製造する半導体装置製造方法である。   As described above, the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment includes the first gate electrode 11 formed on the insulating substrate 10, the first insulating layer 12 formed on the first gate electrode 11, and The semiconductor layer 13 formed on the first insulating layer 12, the source electrode 15 connected to one end of the semiconductor layer 13, and the drain electrode connected to the other end of the semiconductor layer 13 facing the source electrode 15 16, a second insulating layer 17 formed on the semiconductor layer 13, a second gate electrode 19 formed on the second insulating layer 17, and between the semiconductor layer 13 and the second insulating layer 17. And formed silicon oxide film 14 (silicon oxide film 14 formed on the surface of semiconductor layer 13), and at least one of first gate electrode 11 and second gate electrode 19 is formed of a transparent conductive material. Manufacturing semiconductor device 1 A conductor arrangement manufacturing method.

また、本実施の形態に係る半導体装置製造方法では、シリコン酸化膜14は、酸素または酸素元素を含むガスを用いたプラズマによる酸化処理を半導体層13の表面に施すことによって形成される。したがって、第2絶縁層17をCVD装置で成膜する場合に、プラズマを用いた酸化処理を同一装置内で前処理として実施することが可能となるので、製造装置を追加することなく容易にシリコン酸化膜14を製造することができる。   In the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, the silicon oxide film 14 is formed by subjecting the surface of the semiconductor layer 13 to an oxidation process using plasma using a gas containing oxygen or an oxygen element. Therefore, when the second insulating layer 17 is formed by a CVD apparatus, it is possible to perform an oxidation process using plasma as a pre-process in the same apparatus, so that silicon can be easily formed without adding a manufacturing apparatus. The oxide film 14 can be manufactured.

また、本実施の形態に係る半導体装置製造方法では、シリコン酸化膜14は、オゾン水を用いた酸化処理を半導体層13の表面に施すことによって形成される。したがって、第2絶縁層17を成膜する前にウェット洗浄装置で洗浄処理を行う場合に、同一洗浄装置で同時に実施することが可能となるので、製造装置を追加することなく容易にシリコン酸化膜14を製造することができる。   In the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, the silicon oxide film 14 is formed by subjecting the surface of the semiconductor layer 13 to oxidation treatment using ozone water. Therefore, when the cleaning process is performed by the wet cleaning apparatus before the second insulating layer 17 is formed, it can be simultaneously performed by the same cleaning apparatus. Therefore, the silicon oxide film can be easily formed without adding a manufacturing apparatus. 14 can be manufactured.

<実施の形態7>
本実施の形態に係る半導体装置の基本的な構成は、実施の形態1ないし実施の形態6の半導体装置1と同様であるので、符号を援用し、実施の形態1ないし実施の形態6と異なる事項について主に説明する。
<Embodiment 7>
Since the basic configuration of the semiconductor device according to the present embodiment is the same as that of the semiconductor device 1 of the first to sixth embodiments, the reference numerals are used and the first embodiment is different from the first to sixth embodiments. The matter is mainly explained.

本実施の形態に係る半導体装置1では、チャネル領域13cの膜厚Tc(図4参照)は、10nm以上1000nm以下である。したがって、チャネル領域13cでの半導体層13の膜厚Tcを10nm以上として安定した膜質を得ることができるので、トランジスタ特性の安定性を確保することが可能となり、また、膜厚Tcを1000nm以下とすることにより、半導体層13の成膜時間の増加を抑制することができる。   In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the film thickness Tc (see FIG. 4) of the channel region 13c is not less than 10 nm and not more than 1000 nm. Therefore, since the stable film quality can be obtained by setting the film thickness Tc of the semiconductor layer 13 in the channel region 13c to 10 nm or more, it becomes possible to ensure the stability of transistor characteristics, and the film thickness Tc to 1000 nm or less. By doing so, an increase in the deposition time of the semiconductor layer 13 can be suppressed.

実施の形態1において、チャネルエッチング後のチャネル領域13c(半導体層13)の膜厚Tcを10nm未満としたとき、成長初期の膜質の不安定な部分が膜の大部分を占めており、その状態の半導体層13で半導体装置1(ダブルゲート型TFT)を作製した場合、閾値電圧Vthは3.3Vから4.8Vまでの範囲でバラつき、そのときの標準偏差は0.40となり、トランジスタ特性は不安定であった。   In Embodiment 1, when the film thickness Tc of the channel region 13c (semiconductor layer 13) after channel etching is less than 10 nm, the unstable part of the film quality at the initial stage of growth occupies most of the film. When the semiconductor device 1 (double-gate TFT) is manufactured with the semiconductor layer 13, the threshold voltage Vth varies in the range from 3.3 V to 4.8 V, and the standard deviation at that time is 0.40, and the transistor characteristics are It was unstable.

閾値電圧Vthのバラツキを解消するためにチャネルエッチング後のチャネル領域13c(半導体層13)の膜厚Tcを厚くして半導体装置1(ダブルゲート型TFT)を作製した場合、膜厚を10nm以上とすることによってトランジスタ特性を安定させることができた。   When the semiconductor device 1 (double gate TFT) is manufactured by increasing the film thickness Tc of the channel region 13c (semiconductor layer 13) after channel etching in order to eliminate the variation in the threshold voltage Vth, the film thickness is set to 10 nm or more. By doing so, transistor characteristics could be stabilized.

実際に、チャネルエッチング後のチャネル領域13c(半導体層13)の膜厚Tcを10nmとして半導体装置1を作製した結果、閾値電圧Vthのバラつきは3.7Vから4.3Vまでの範囲となり、そのときの標準偏差は0.17であった。なお、測定に用いたサンプル数は132個である。   Actually, as a result of manufacturing the semiconductor device 1 by setting the film thickness Tc of the channel region 13c (semiconductor layer 13) after channel etching to 10 nm, the variation of the threshold voltage Vth is in the range from 3.7V to 4.3V. The standard deviation of was 0.17. The number of samples used for the measurement is 132.

半導体層13の膜厚Tcが10nm以上の範囲において、膜厚Tcが増加することによるトランジスタ特性の低下(閾値電圧Vthのバラつき)は生じなかった。しかし、半導体層13(チャネル領域13c)の形成に要する時間を考慮すると、その膜厚Tcは1000nm以下であることが望ましい。   When the film thickness Tc of the semiconductor layer 13 was in the range of 10 nm or more, the transistor characteristics did not deteriorate (the threshold voltage Vth varied) due to the increase of the film thickness Tc. However, considering the time required for forming the semiconductor layer 13 (channel region 13c), the film thickness Tc is desirably 1000 nm or less.

<実施の形態8>
本実施の形態に係る半導体装置の基本的な構成は、実施の形態1ないし実施の形態7の半導体装置1と同様であるので、符号を援用し、実施の形態1ないし実施の形態7と異なる事項について主に説明する。
<Eighth embodiment>
Since the basic configuration of the semiconductor device according to the present embodiment is the same as that of the semiconductor device 1 of the first to seventh embodiments, the reference numerals are used and are different from the first to seventh embodiments. The matter is mainly explained.

本実施の形態に係る半導体装置1では、第1絶縁層12および第2絶縁層17は、それぞれの主成分が同一とされている。したがって、第1絶縁層12および第2絶縁層17の形成に用いる材料、エッチングに利用するガス、エッチング材料に同じものを利用することができるので、製造工程での材料追加によるコスト増加の抑制が可能となる。   In the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the first insulating layer 12 and the second insulating layer 17 have the same main component. Therefore, since the same material can be used for the material used for forming the first insulating layer 12 and the second insulating layer 17, the gas used for etching, and the etching material, the increase in cost due to the addition of materials in the manufacturing process can be suppressed. It becomes possible.

実施の形態2で説明した第1絶縁層形成工程と第2絶縁層形成工程において、その材料は様々な組み合わせが考えられ、実際に半導体装置1(ダブルゲート型TFT)を作製して動作させることが可能である。   In the first insulating layer forming step and the second insulating layer forming step described in the second embodiment, various combinations of materials can be considered, and the semiconductor device 1 (double gate type TFT) is actually manufactured and operated. Is possible.

しかし、第1絶縁層12と第2絶縁層17に主成分が違う材料を用いた場合、膜材料や、エッチングの際に使用するガスや材料等の追加コストが必要となる。したがって、第1絶縁層12と第2絶縁層17の主成分を同じにすることにより、コストの増加を避けることが可能である。   However, when materials having different main components are used for the first insulating layer 12 and the second insulating layer 17, additional costs such as film materials and gases and materials used for etching are required. Therefore, by making the main components of the first insulating layer 12 and the second insulating layer 17 the same, it is possible to avoid an increase in cost.

<実施の形態9>
本実施の形態に係る半導体装置製造方法の基本的な構成は、実施の形態1ないし実施の形態8の半導体装置1、半導体装置製造方法と同様であるので、符号を援用し、実施の形態1ないし実施の形態8と異なる事項について主に説明する。
<Embodiment 9>
The basic configuration of the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment is the same as that of the semiconductor device 1 and the semiconductor device manufacturing method according to the first to eighth embodiments. The matters different from those of the eighth embodiment will be mainly described.

本実施の形態に係る半導体装置製造方法は、絶縁性基板10の上に形成された第1ゲート電極11と、第1ゲート電極11の上に形成された第1絶縁層12と、第1絶縁層12の上に形成された半導体層13と、半導体層13の一端に接続されたソース電極15と、ソース電極15に対向して半導体層13の他端に接続されたドレイン電極16と、半導体層13の上に形成された第2絶縁層17と、第2絶縁層17の上に形成された第2ゲート電極19とを備え、第1ゲート電極11および第2ゲート電極19の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている半導体装置1を製造する半導体装置製造方法である。   The semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment includes a first gate electrode 11 formed on an insulating substrate 10, a first insulating layer 12 formed on the first gate electrode 11, and a first insulation. A semiconductor layer 13 formed on the layer 12, a source electrode 15 connected to one end of the semiconductor layer 13, a drain electrode 16 facing the source electrode 15 and connected to the other end of the semiconductor layer 13, and a semiconductor A second insulating layer 17 formed on the layer 13, and a second gate electrode 19 formed on the second insulating layer 17, at least one of the first gate electrode 11 and the second gate electrode 19 being A semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device 1 formed of a transparent conductive material.

また、本実施の形態に係る半導体装置製造方法では、第2絶縁層17を半導体層13の上に成膜する前に、水酸化テトラメチルアンモニウムを含有するアルカリ系薬液を用いて半導体層13の表面を洗浄処理する。   In the semiconductor device manufacturing method according to the present embodiment, before the second insulating layer 17 is formed on the semiconductor layer 13, the semiconductor layer 13 is formed using an alkaline chemical solution containing tetramethylammonium hydroxide. Clean the surface.

したがって、半導体層13の表面に形成されたダメージ層を除去することが可能となることから、半導体装置1(ダブルゲート型TFT)の特性バラつきを抑制することができる。   Therefore, since it becomes possible to remove the damaged layer formed on the surface of the semiconductor layer 13, the characteristic variation of the semiconductor device 1 (double gate TFT) can be suppressed.

実施の形態2で説明した第2絶縁層形成工程の前に、半導体層13の表面を観察したところ、第2絶縁層形成工程の前工程であるチャネルエッチング工程、あるいは、ソース電極15およびドレイン電極16を形成するとき(ソース電極・ドレイン電極形成工程)のエッチング工程によって、ダメージ層が形成されていることが判明した。   When the surface of the semiconductor layer 13 was observed before the second insulating layer forming step described in the second embodiment, the channel etching step, which is the previous step of the second insulating layer forming step, or the source electrode 15 and the drain electrode was performed. It was found that the damaged layer was formed by the etching process when forming 16 (source electrode / drain electrode forming process).

ダメージ層が存在した状態で第2絶縁層17を形成し、半導体装置1(ダブルゲート型TFT)を作製したところ、閾値電圧Vthは絶縁性基板10の母材(ウエハー)面内で大きくバラつき、閾値電圧Vthは3.4Vから4.8Vまでとなり、そのときの標準偏差は0.41であった。   When the second insulating layer 17 is formed in a state where the damaged layer exists and the semiconductor device 1 (double gate type TFT) is manufactured, the threshold voltage Vth greatly varies in the base material (wafer) surface of the insulating substrate 10. The threshold voltage Vth was 3.4 V to 4.8 V, and the standard deviation at that time was 0.41.

本実施の形態では、高濃度コンタクト層13dを形成する場合にはチャネルエッチング後の洗浄工程、高濃度コンタクト層13dを形成しない場合にはソース電極15およびドレイン電極16を形成するときのエッチング後の洗浄工程において、半導体層13の表面を、半導体層13とソース電極15およびドレイン電極16とのエッチング選択比が大きく取れる、TMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)を含有するアルカリ系薬液にて洗浄処理を行った。アルカリ系薬液による洗浄処理で半導体層13の表面を20nm程度エッチングすることによって、半導体層13の表面に形成されたダメージ層を除去することができた。   In the present embodiment, the cleaning step after channel etching is performed when the high concentration contact layer 13d is formed, and the etching step when the source electrode 15 and the drain electrode 16 are formed when the high concentration contact layer 13d is not formed. In the cleaning process, the surface of the semiconductor layer 13 is cleaned with an alkaline chemical solution containing TMAH (tetramethylammonium hydroxide) that can provide a large etching selectivity between the semiconductor layer 13 and the source electrode 15 and drain electrode 16. went. The damage layer formed on the surface of the semiconductor layer 13 could be removed by etching the surface of the semiconductor layer 13 by about 20 nm by a cleaning treatment with an alkaline chemical solution.

半導体層13の表面のダメージ層が除去された結果、バラつきの大きかった閾値電圧Vthは3.7Vから4.4Vまでとなり、そのときの標準偏差は0.19となった。つまり、閾値電圧Vthの絶縁性基板10の母材(ウエハー)面内におけるバラつきを抑制することができた。なお、測定に用いたサンプル数は132個である。   As a result of removing the damaged layer on the surface of the semiconductor layer 13, the threshold voltage Vth, which had a large variation, was 3.7V to 4.4V, and the standard deviation at that time was 0.19. That is, variation in the base material (wafer) plane of the insulating substrate 10 with the threshold voltage Vth could be suppressed. The number of samples used for the measurement is 132.

本実施の形態に係る洗浄処理は、従来のソース電極・ドレイン電極形成工程でソース電極15、ドレイン電極16を形成した後の洗浄工程内に追加することが可能であるから、追加装置を必要としないという利点もあり、コストの増加を抑制しつつ、トランジスタ特性のバラつきを抑制することが可能である。   The cleaning process according to the present embodiment can be added to the cleaning process after the source electrode 15 and the drain electrode 16 are formed in the conventional source electrode / drain electrode forming process, and thus requires an additional device. There is also an advantage that the transistor characteristics are not increased, and it is possible to suppress variations in transistor characteristics while suppressing an increase in cost.

なお、本実施の形態で使用したTMAHを含有するアルカリ系薬液とは、TMAH5重量%、シリコン1重量%、酸化剤として過硫酸アンモニウムを1重量%添加した水溶液のことであり、薬液温度は50℃で処理を行った。   The alkaline chemical solution containing TMAH used in the present embodiment is an aqueous solution containing 5% by weight of TMAH, 1% by weight of silicon, and 1% by weight of ammonium persulfate as an oxidizing agent, and the temperature of the chemical solution is 50 ° C. The process was performed.

TMAHを含有するアルカリ系薬液中の含有成分はそれぞれ以下の効果を有する。TMAHはエッチングレートの調整、シリコンはエッチングレートの調整およびダメージ層とアルミニウム等の金属膜とのエッチング選択比の確保、過硫酸アンモニウムはダメージ層とアルミニウム等の金属膜とのエッチング選択比の確保およびエッチング表面の状態を安定させトランジスタ特性にも影響する。また、薬液温度により、エッチングレートを調整することが可能である。   The components contained in the alkaline chemical containing TMAH have the following effects. TMAH adjusts the etching rate, silicon adjusts the etching rate and secures the etching selectivity between the damaged layer and the metal film such as aluminum, and ammonium persulfate secures the etching selective ratio between the damaged layer and the metal film such as aluminum and etches It stabilizes the surface condition and affects the transistor characteristics. Further, the etching rate can be adjusted by the chemical temperature.

これらの処理条件は、エッチングレートやデバイス特性を考慮しながら適宜調整することが可能である。つまり、実施例の条件に限定するものでない。例えば、薬液温度は10℃から90℃でもよく、TMAH濃度は0.1重量%〜25重量%でもよく、シリコン濃度は0.1重量%〜25重量%でもよく、過硫酸アンモニウムは、0.1重量%〜20重量%でもよい。   These processing conditions can be appropriately adjusted in consideration of the etching rate and device characteristics. That is, it is not limited to the conditions of an Example. For example, the chemical solution temperature may be 10 ° C. to 90 ° C., the TMAH concentration may be 0.1 wt% to 25 wt%, the silicon concentration may be 0.1 wt% to 25 wt%, and ammonium persulfate is 0.1 wt% It may be from 20% to 20% by weight.

また、酸化剤としては、過硫酸アンモニウムの他に、リン酸アンモニウム、硝酸アンモニウム等も使用することが可能である。   In addition to ammonium persulfate, ammonium phosphate, ammonium nitrate and the like can be used as the oxidizing agent.

<実施の形態10>
図5ないし図6Bに基づいて、本実施の形態に係るTFT基板について説明する。TFT基板は、絶縁性基板に薄膜トランジスタ(TFT)を形成したものであり、絶縁性基板は、実施の形態1ないし実施の形態9での絶縁性基板10(絶縁性基板110)に対応し、薄膜トランジスタは、実施の形態1ないし実施の形態9での半導体装置1(ダブルゲート型TFT)に対応する。したがって、符号を援用し、実施の形態1ないし実施の形態9と異なる事項について主に説明する。
<Embodiment 10>
The TFT substrate according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 6B. The TFT substrate is obtained by forming a thin film transistor (TFT) on an insulating substrate, and the insulating substrate corresponds to the insulating substrate 10 (insulating substrate 110) in the first to ninth embodiments. Corresponds to the semiconductor device 1 (double-gate TFT) in the first to ninth embodiments. Therefore, the matters different from the first to ninth embodiments are mainly described with reference to the reference numerals.

図5は、本発明の実施の形態10に係るTFT基板の平面状態を模式的に示す平面模式図である。   FIG. 5 is a schematic plan view schematically showing a planar state of the TFT substrate according to Embodiment 10 of the present invention.

本実施の形態に係るTFT基板100は、絶縁性基板110と、絶縁性基板110に形成された表示用の画素電極130と、絶縁性基板110(絶縁性基板10)に形成され画素電極130に印加する電圧を制御する画素トランジスタ101としての薄膜トランジスタとを有する。また、画素トランジスタ101としての薄膜トランジスタは、実施の形態1ないし実施の形態9のいずれかに記載の半導体装置1である。   The TFT substrate 100 according to the present embodiment includes an insulating substrate 110, a display pixel electrode 130 formed on the insulating substrate 110, and the pixel electrode 130 formed on the insulating substrate 110 (insulating substrate 10). It has a thin film transistor as a pixel transistor 101 for controlling a voltage to be applied. A thin film transistor as the pixel transistor 101 is the semiconductor device 1 described in any of Embodiments 1 to 9.

したがって、オン電流が大きい半導体装置1(ダブルゲート型TFT)を画素トランジスタ101として用いるので、低抵抗の画素トランジスタ101で画素電極130を駆動することが可能となり、高速駆動で大画面表示が可能なTFT基板100とすることができる。   Therefore, since the semiconductor device 1 (double gate TFT) having a large on-state current is used as the pixel transistor 101, the pixel electrode 130 can be driven by the low-resistance pixel transistor 101, and a large screen display can be performed at high speed. The TFT substrate 100 can be obtained.

近年、ディスプレイ画素に対する高速駆動の要求が高まっている。薄膜トランジスタのオン電流を向上(オン抵抗を低下)させることによって、高速駆動、例えば、2倍速あるいは4倍速や8倍速駆動の液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ等に対する画素トランジスタ101として用いることができる。   In recent years, there is an increasing demand for high-speed driving for display pixels. By increasing the on-current of the thin film transistor (decreasing the on-resistance), the thin film transistor can be used as a pixel transistor 101 for a liquid crystal display, an organic EL display, or the like that is driven at a high speed, for example, a double speed, a quadruple speed, or an eight times speed.

実施の形態1ないし実施の形態9で開示した半導体装置1(ダブルゲート型TFT)は、オン電流が大きいことから、画素トランジスタ101としての半導体装置1を画素トランジスタ領域101aに形成することによって、より高速駆動が可能なTFT基板100とすることができる。   Since the semiconductor device 1 (double-gate TFT) disclosed in the first to ninth embodiments has a large on-current, the semiconductor device 1 as the pixel transistor 101 is formed in the pixel transistor region 101a. The TFT substrate 100 can be driven at high speed.

本実施の形態によれば、オン電流が大きい半導体装置1を画素トランジスタ101として用いることから、低抵抗な薄膜トランジスタを実現できる。したがって、より高速駆動が可能なTFT基板100とすることが可能となる。   According to this embodiment, since the semiconductor device 1 having a large on-state current is used as the pixel transistor 101, a low-resistance thin film transistor can be realized. Therefore, the TFT substrate 100 that can be driven at higher speed can be obtained.

なお、絶縁性基板110の外周端には、画素トランジスタ101のソースに接続されるソースドライバ回路140s、画素トランジスタ101のゲートに接続されるゲートドライバ回路140gが外付けされている。なお、ゲートドライバ回路140g、ソースドライバ回路140sを特に区別する必要が無い場合には、単にドライバ回路140とすることがある。   A source driver circuit 140 s connected to the source of the pixel transistor 101 and a gate driver circuit 140 g connected to the gate of the pixel transistor 101 are externally attached to the outer peripheral edge of the insulating substrate 110. Note that the gate driver circuit 140g and the source driver circuit 140s may be simply referred to as the driver circuit 140 when it is not necessary to distinguish between them.

図6Aは、本発明の実施の形態10に係るTFT基板(変形例1)の平面状態を模式的に示す平面模式図である。   FIG. 6A is a schematic plan view schematically showing a planar state of the TFT substrate (Modification 1) according to Embodiment 10 of the present invention.

図5に示したTFT基板100では、ドライバ回路140は外付けされていた。これに対し、本変形例では、画素トランジスタ101だけでなく、ドライバ回路140についても半導体装置1を適用したものである。   In the TFT substrate 100 shown in FIG. 5, the driver circuit 140 is externally attached. On the other hand, in this modification, the semiconductor device 1 is applied not only to the pixel transistor 101 but also to the driver circuit 140.

つまり、本実施の形態に係るTFT基板100は、絶縁性基板110と、絶縁性基板110に形成された表示用の画素電極130と、絶縁性基板110(絶縁性基板10)に形成され画素電極130に印加する電圧を制御する画素トランジスタ101としての薄膜トランジスタと、絶縁性基板110に形成され画素トランジスタ101を制御するドライバトランジスタ141を備え、画素トランジスタ101としての薄膜トランジスタ、およびドライバトランジスタ141は、実施の形態1ないし実施の形態9のいずれかの半導体装置1で構成されている。   That is, the TFT substrate 100 according to this embodiment includes an insulating substrate 110, a display pixel electrode 130 formed on the insulating substrate 110, and a pixel electrode formed on the insulating substrate 110 (insulating substrate 10). 130 includes a thin film transistor as a pixel transistor 101 that controls a voltage applied to 130 and a driver transistor 141 that is formed on the insulating substrate 110 and controls the pixel transistor 101. The thin film transistor as the pixel transistor 101 and the driver transistor 141 are The semiconductor device 1 according to any one of Embodiments 1 to 9 is configured.

ドライバ回路140は、ソースドライバ回路140sとゲートドライバ回路140gとを備える。本変形例では、ソースドライバ回路140sに対してソースドライバトランジスタ141s(半導体装置1)を形成し、ゲートドライバ回路140gに対してゲートドライバトランジスタ141g(半導体装置1)を形成した状態を示す。なお、ソースドライバトランジスタ141s、ゲートドライバトランジスタ141gを特に区別する必要が無い場合には、単にドライバトランジスタ141とすることがある。   The driver circuit 140 includes a source driver circuit 140s and a gate driver circuit 140g. In this modification, a source driver transistor 141s (semiconductor device 1) is formed for the source driver circuit 140s, and a gate driver transistor 141g (semiconductor device 1) is formed for the gate driver circuit 140g. Note that the driver transistor 141 may be simply referred to when the source driver transistor 141s and the gate driver transistor 141g do not need to be distinguished from each other.

したがって、オン電流が大きい半導体装置1(ダブルゲート型TFT)をドライバ回路140のドライバトランジスタ141として用いるので、絶縁性基板110でドライバ回路140が占める面積を縮小することが可能となる。つまり、絶縁性基板110の面積に対する画素トランジスタ領域101aの面積を大きくして表示面積比を向上させたTFT基板100とすることができる。   Therefore, since the semiconductor device 1 (double gate TFT) having a large on-current is used as the driver transistor 141 of the driver circuit 140, the area occupied by the driver circuit 140 in the insulating substrate 110 can be reduced. That is, the TFT substrate 100 in which the area of the pixel transistor region 101a with respect to the area of the insulating substrate 110 is increased to improve the display area ratio can be obtained.

なお、ドライバトランジスタ141は、ソースドライバ回路140s、ゲートドライバ回路140gのいずれか一方のみに適用することも可能であり、この場合もドライバ回路140が占める面積を縮小することができる。   Note that the driver transistor 141 can also be applied to only one of the source driver circuit 140s and the gate driver circuit 140g, and in this case also, the area occupied by the driver circuit 140 can be reduced.

なお、従来の逆スタガ型アモルファスシリコンTFTはオン電流が小さいことから、ドライバ回路140(ゲートドライバ回路140g、ソースドライバ回路140s)として利用することは不可能である。つまり、画素トランジスタ101と同一の絶縁性基板110の上に形成することは、不可能である。   Note that the conventional inverted staggered amorphous silicon TFT has a low on-current, and therefore cannot be used as the driver circuit 140 (gate driver circuit 140g, source driver circuit 140s). That is, it is impossible to form the pixel transistor 101 on the same insulating substrate 110.

実施の形態1ないし実施の形態9に係る半導体装置1(ダブルゲート型TFT)は、オン電流が大きい。したがって、TFT基板100は、半導体装置1を画素トランジスタ101として画素トランジスタ領域101aに備えるだけでなく、画素トランジスタ101を駆動、制御するドライバトランジスタ141としてドライバ回路140に形成された半導体装置1を備えることが可能である。つまり、TFT基板100は、絶縁性基板110の上に、画素トランジスタ101(半導体装置1)とドライバトランジスタ141(半導体装置1)とを小さな面積で混載することが可能である。   The semiconductor device 1 (double gate TFT) according to the first to ninth embodiments has a large on-current. Therefore, the TFT substrate 100 includes not only the semiconductor device 1 as the pixel transistor 101 in the pixel transistor region 101a but also the semiconductor device 1 formed in the driver circuit 140 as the driver transistor 141 that drives and controls the pixel transistor 101. Is possible. That is, in the TFT substrate 100, the pixel transistor 101 (semiconductor device 1) and the driver transistor 141 (semiconductor device 1) can be mounted on the insulating substrate 110 in a small area.

図6Bは、本発明の実施の形態10に係るTFT基板(変形例2)の平面状態を模式的に示す平面模式図である。   FIG. 6B is a schematic plan view schematically showing a planar state of the TFT substrate (Modification 2) according to Embodiment 10 of the present invention.

本変形例は、図6Aに示したドライバ回路140の面積を縮小したものである。   In this modification, the area of the driver circuit 140 shown in FIG. 6A is reduced.

つまり、オン電流がX倍になると、トランジスタ(半導体装置)のチャネル幅Wを1/X倍にすることが可能であることから、オン電流が大きい実施の形態1ないし実施の形態9に係る半導体装置1(ダブルゲート型TFT)を用いることにより、ドライバトランジスタ141が配置されたドライバ回路140の占める面積を縮小することが可能となり、ドライバ回路140の面積を縮小したTFT基板100とすることができる。   That is, when the on-current is increased by X times, the channel width W of the transistor (semiconductor device) can be increased by 1 / X times. Therefore, the semiconductor according to the first to ninth embodiments having a large on-current. By using the device 1 (double gate type TFT), the area occupied by the driver circuit 140 in which the driver transistor 141 is disposed can be reduced, and the TFT substrate 100 in which the area of the driver circuit 140 is reduced can be obtained. .

<実施の形態11>
図7に基づいて、本実施の形態に係る表示装置について説明する。表示装置は、実施の形態10で示したTFT基板100を備えている。したがって、符号を援用し、実施の形態1ないし実施の形態10と異なる事項について主に説明する。
<Embodiment 11>
Based on FIG. 7, a display device according to the present embodiment will be described. The display device includes the TFT substrate 100 described in the tenth embodiment. Therefore, the matters different from the first to tenth embodiments are mainly described with reference to the reference numerals.

図7は、本発明の実施の形態11に係る表示装置の正面状態を模式的に示す正面模式図である。   FIG. 7 is a schematic front view schematically showing the front state of the display device according to Embodiment 11 of the present invention.

本実施の形態に係る表示装置200は、表示用の画素電極130を有するTFT基板100を備える。また、TFT基板100は、実施の形態10のTFT基板100である。   The display device 200 according to the present embodiment includes a TFT substrate 100 having a display pixel electrode 130. The TFT substrate 100 is the TFT substrate 100 of the tenth embodiment.

したがって、オン電流が大きい半導体装置1(ダブルゲート型TFT)を画素トランジスタ101あるいはドライバトランジスタ141として用いるので、大画面表示が可能で、絶縁性基板の面積に対する画素トランジスタ領域の面積を大きくして表示面積比を向上させた表示装置200とすることができる。   Therefore, since the semiconductor device 1 (double-gate TFT) having a large on-current is used as the pixel transistor 101 or the driver transistor 141, a large screen display is possible, and the area of the pixel transistor region is increased with respect to the area of the insulating substrate. It can be set as the display apparatus 200 which improved the area ratio.

なお、半導体装置1を適用したTFT基板100を用いた表示装置200としては、例えば、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等がある。   Examples of the display device 200 using the TFT substrate 100 to which the semiconductor device 1 is applied include a liquid crystal display and an organic EL display.

半導体装置1(ダブルゲート型TFT)のオン電流が大きいことから、TFT基板100を大型化することが可能である。また、従来外付け部品であったドライバ回路140(図5参照)を小さな面積で画素トランジスタ130と同時にドライバトランジスタ141として絶縁性基板110に形成することが可能である。したがって、画素トランジスタ130とドライバトランジスタ141とを混載したTFT基板100を用いた大画面の表示装置とすることができる。   Since the on-current of the semiconductor device 1 (double gate TFT) is large, the TFT substrate 100 can be enlarged. In addition, the driver circuit 140 (see FIG. 5), which has conventionally been an external component, can be formed on the insulating substrate 110 as the driver transistor 141 simultaneously with the pixel transistor 130 with a small area. Therefore, a large-screen display device using the TFT substrate 100 in which the pixel transistor 130 and the driver transistor 141 are mixedly mounted can be obtained.

本実施の形態に適用するTFT基板100は、低抵抗の半導体装置1を搭載することから、より大画面、または小さな面積のドライバ回路140を備える表示装置200とすることができる。   Since the TFT substrate 100 applied to this embodiment includes the low-resistance semiconductor device 1, the display device 200 including the driver circuit 140 having a larger screen or a smaller area can be obtained.

以上、本発明に係る実施の形態、実施例は例示であって、本発明の範囲は、実施の形態、実施例に限るものではない。   As mentioned above, embodiment and the Example which concern on this invention are illustrations, Comprising: The scope of the present invention is not restricted to Embodiment and Example.

1 半導体装置(薄膜トランジスタ/画素トランジスタ)
10 絶縁性基板
11 第1ゲート電極
11w ゲート信号線
12 第1絶縁層
13 半導体層
13c チャネル領域
13d 高濃度コンタクト層
14 シリコン酸化膜
15 ソース電極
15w ソース信号線
16 ドレイン電極
17 第2絶縁層
17h 第2絶縁層穴
17p 突出部
18 平坦化膜
18r 残留平坦化膜
19 第2ゲート電極
21 第1コンタクトホール
22 第2コンタクトホール
23 第2ゲート電極用ホール
100 TFT基板
101 画素トランジスタ(薄膜トランジスタ)
101a 画素トランジスタ領域
110 絶縁性基板
130 画素電極
140 ドライバ回路
140g ゲートドライバ回路
140s ソースドライバ回路
141 ドライバトランジスタ(半導体装置/薄膜トランジスタ)
141g ゲートドライバトランジスタ
141s ソースドライバトランジスタ
200 表示装置
Hs チャネル段差
Lp 突出長
Tc 膜厚
1 Semiconductor devices (thin film transistors / pixel transistors)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Insulating substrate 11 1st gate electrode 11w Gate signal line 12 1st insulating layer 13 Semiconductor layer 13c Channel area | region 13d High concentration contact layer 14 Silicon oxide film 15 Source electrode 15w Source signal line 16 Drain electrode 17 2nd insulating layer 17h 1st 2 Insulating layer hole 17p Protruding portion 18 Planarizing film 18r Residual planarizing film 19 Second gate electrode 21 First contact hole 22 Second contact hole 23 Second gate electrode hole 100 TFT substrate 101 Pixel transistor (thin film transistor)
101a Pixel transistor region 110 Insulating substrate 130 Pixel electrode 140 Driver circuit 140g Gate driver circuit 140s Source driver circuit 141 Driver transistor (semiconductor device / thin film transistor)
141 g Gate driver transistor 141 s Source driver transistor 200 Display device Hs Channel step Lp Projection length Tc Film thickness

Claims (13)

絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、該第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、該第1絶縁層の上に形成された半導体層と、該半導体層の一端に接続されたソース電極と、該ソース電極に対向して前記半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、前記半導体層の上に形成された第2絶縁層と、該第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体層に形成されるチャネル領域とを備える半導体装置であって、
前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されていること
を特徴とする半導体装置。
A first gate electrode formed on an insulating substrate, a first insulating layer formed on the first gate electrode, a semiconductor layer formed on the first insulating layer, and the semiconductor layer A source electrode connected to one end of the semiconductor layer, a drain electrode facing the source electrode and connected to the other end of the semiconductor layer, a second insulating layer formed on the semiconductor layer, and the second insulation A semiconductor device comprising: a second gate electrode formed on a layer; and a channel region formed in the semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode,
At least one of the first gate electrode and the second gate electrode is formed of a transparent conductive material. A semiconductor device, wherein:
請求項1に記載の半導体装置であって、
前記第2絶縁層は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間で前記第2ゲート電極が嵌め込まれた第2絶縁層穴を備え、該第2絶縁層穴の側面は、中央方向に突出した突出部を有し、該突出部は、前記第2絶縁層穴の底面の端部に対して5nm以上の突出長を有すること
を特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The second insulating layer includes a second insulating layer hole in which the second gate electrode is fitted between the source electrode and the drain electrode, and a side surface of the second insulating layer hole protrudes in a central direction. And the protrusion has a protrusion length of 5 nm or more with respect to the end of the bottom surface of the second insulating layer hole.
請求項1または請求項2に記載の半導体装置であって、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記半導体層の表面に接合され、前記半導体層は、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間の前記チャネル領域で薄くされてチャネル段差を有し、該チャネル段差は、10nm以上200nm以下であること
を特徴とする半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein
The source electrode and the drain electrode are joined to a surface of the semiconductor layer, and the semiconductor layer is thinned in the channel region between the source electrode and the drain electrode to have a channel step, It is 10 nm or more and 200 nm or less.
請求項1ないし請求項3のいずれか一つに記載の半導体装置であって、
前記半導体層は、微結晶シリコンを主成分としていること
を特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 3,
The semiconductor device is characterized in that the main component is microcrystalline silicon.
請求項1ないし請求項4のいずれか一つに記載の半導体装置であって、
前記半導体層と前記第2絶縁層との間に、シリコン酸化膜を備えること
を特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 4,
A semiconductor device comprising a silicon oxide film between the semiconductor layer and the second insulating layer.
請求項1ないし請求項5のいずれか一つに記載の半導体装置であって、
前記チャネル領域の膜厚は、10nm以上1000nm以下であること
を特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The channel region has a thickness of 10 nm to 1000 nm.
請求項1ないし請求項6のいずれか一つに記載の半導体装置であって、
前記第1絶縁層および前記第2絶縁層は、それぞれの主成分が同一とされていること
を特徴とする半導体装置。
A semiconductor device according to any one of claims 1 to 6,
The semiconductor device, wherein the first insulating layer and the second insulating layer have the same main component.
絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、該第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、該第1絶縁層の上に形成された半導体層と、該半導体層の一端に接続されたソース電極と、該ソース電極に対向して前記半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、前記半導体層の上に形成された第2絶縁層と、該第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極とを備え、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、
前記第2絶縁層を前記半導体層の上に成膜する前に、水酸化テトラメチルアンモニウムを含有するアルカリ系薬液を用いて前記半導体層の表面を洗浄処理すること
を特徴とする半導体装置製造方法。
A first gate electrode formed on an insulating substrate, a first insulating layer formed on the first gate electrode, a semiconductor layer formed on the first insulating layer, and the semiconductor layer A source electrode connected to one end of the semiconductor layer, a drain electrode facing the source electrode and connected to the other end of the semiconductor layer, a second insulating layer formed on the semiconductor layer, and the second insulation And a second gate electrode formed on the layer, wherein at least one of the first gate electrode and the second gate electrode is made of a transparent conductive material. There,
Before forming the second insulating layer on the semiconductor layer, the surface of the semiconductor layer is cleaned using an alkaline chemical solution containing tetramethylammonium hydroxide. .
絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、該第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、該第1絶縁層の上に形成された半導体層と、該半導体層の一端に接続されたソース電極と、該ソース電極に対向して前記半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、前記半導体層の上に形成された第2絶縁層と、該第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極と、前記半導体層と前記第2絶縁層との間に形成されたシリコン酸化膜とを備え、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、
前記シリコン酸化膜は、酸素または酸素元素を含むガスを用いたプラズマによる酸化処理を前記半導体層の表面に施すことによって形成されること
を特徴とする半導体装置製造方法。
A first gate electrode formed on an insulating substrate, a first insulating layer formed on the first gate electrode, a semiconductor layer formed on the first insulating layer, and the semiconductor layer A source electrode connected to one end of the semiconductor layer, a drain electrode facing the source electrode and connected to the other end of the semiconductor layer, a second insulating layer formed on the semiconductor layer, and the second insulation A second gate electrode formed on the layer; and a silicon oxide film formed between the semiconductor layer and the second insulating layer, and at least one of the first gate electrode and the second gate electrode Is a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device formed of a transparent conductive material,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the silicon oxide film is formed by subjecting a surface of the semiconductor layer to an oxidation process using plasma using a gas containing oxygen or an oxygen element.
絶縁性基板の上に形成された第1ゲート電極と、該第1ゲート電極の上に形成された第1絶縁層と、該第1絶縁層の上に形成された半導体層と、該半導体層の一端に接続されたソース電極と、該ソース電極に対向して前記半導体層の他端に接続されたドレイン電極と、前記半導体層の上に形成された第2絶縁層と、該第2絶縁層の上に形成された第2ゲート電極と、前記半導体層と前記第2絶縁層との間に形成されたシリコン酸化膜とを備え、前記第1ゲート電極および前記第2ゲート電極の少なくとも一方は、透明導電性材料で形成されている半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、
前記シリコン酸化膜は、オゾン水を用いた酸化処理を前記半導体層の表面に施すことによって形成されること
を特徴とする半導体装置製造方法。
A first gate electrode formed on an insulating substrate, a first insulating layer formed on the first gate electrode, a semiconductor layer formed on the first insulating layer, and the semiconductor layer A source electrode connected to one end of the semiconductor layer, a drain electrode facing the source electrode and connected to the other end of the semiconductor layer, a second insulating layer formed on the semiconductor layer, and the second insulation A second gate electrode formed on the layer; and a silicon oxide film formed between the semiconductor layer and the second insulating layer, and at least one of the first gate electrode and the second gate electrode Is a semiconductor device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device formed of a transparent conductive material,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the silicon oxide film is formed by performing an oxidation process using ozone water on a surface of the semiconductor layer.
絶縁性基板と、該絶縁性基板に形成された表示用の画素電極と、前記絶縁性基板に形成され前記画素電極に印加する電圧を制御する画素トランジスタとしての薄膜トランジスタとを有するTFT基板であって、
前記薄膜トランジスタは、請求項1ないし請求項7のいずれか一つに記載の半導体装置であること
を特徴とするTFT基板。
A TFT substrate having an insulating substrate, a pixel electrode for display formed on the insulating substrate, and a thin film transistor as a pixel transistor formed on the insulating substrate and controlling a voltage applied to the pixel electrode. ,
The TFT substrate according to claim 1, wherein the thin film transistor is the semiconductor device according to claim 1.
請求項11に記載のTFT基板であって、
前記絶縁性基板に形成され前記画素トランジスタを制御するドライバトランジスタを備え、該ドライバトランジスタは、請求項1ないし請求項7のいずれか一つに記載の半導体装置で構成されていること
を特徴とするTFT基板。
A TFT substrate according to claim 11, wherein
A driver transistor that controls the pixel transistor is formed on the insulating substrate, and the driver transistor includes the semiconductor device according to any one of claims 1 to 7. TFT substrate.
表示用の画素電極を有するTFT基板を備える表示装置であって、
前記TFT基板は、請求項11または請求項12に記載のTFT基板であること
を特徴とする表示装置。
A display device comprising a TFT substrate having a pixel electrode for display,
The display device according to claim 11, wherein the TFT substrate is the TFT substrate according to claim 11.
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