JP2010212284A - Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, tft substrate, and display device - Google Patents
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Abstract
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.
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.
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。
<
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
<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
(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
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
(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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
(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 (
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
<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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
<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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
<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
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
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
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
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
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
<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
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
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
<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
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
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
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
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
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
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
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
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
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。
<
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 (
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
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
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
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
<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。
<
Based on FIG. 7, a display device according to the present embodiment will be described. The display device includes the
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
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
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
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
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
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
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
101a
141 g
Claims (13)
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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. .
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.
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.
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.
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.
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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