JP2010245438A - Thin film transistor, display device, and manufacturing method therefor - Google Patents

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Tomoyuki Irizumi
智之 入住
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film transistor having highly reliable, high-performance transistor characteristics, a display device, and a manufacturing method for the transistor and display device. <P>SOLUTION: The thin film transistor includes a gate electrode 2 formed on a substrate 1, a gate insulating film 3 which includes a first gate insulating film 31 made of an SiN film and a second gate insulating film 33 made of an SiN oxide layer formed on the first gate insulating film 31 and covers the gate electrode 2, a semiconductor layer 4 which is disposed facing to the gate electrode 2 via the gate insulating film 3 and at least has a microcrystal semiconductor film (first semiconductor layer 41) formed on an interface in contact with the second gate insulating film 33, and a source electrode 7 and a drain electrode 8 formed on the semiconductor layer 4 via an Ohmic contact film 6. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、薄膜トランジスタ、表示装置、及びそれらの製造方法に関し、特に詳しくはレーザアニールにより結晶化された微結晶半導体膜を備える薄膜トランジスタ、表示装置、及びそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film transistor, a display device, and a manufacturing method thereof, and particularly relates to a thin film transistor including a microcrystalline semiconductor film crystallized by laser annealing, a display device, and a manufacturing method thereof.

薄型パネルのひとつである液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)は、低消費電力や小型軽量といったメリットを活かしてパーソナルコンピュータや携帯情報端末機器のモニタ、カーナビゲーション等の車載用のモニタなどに広く用いられている。近年では、LCDはブラウン管に代わってTV用途としても広く用いられるようになっている。また、有機EL(Electro-Luminescence)表示装置も、次世代の薄型パネル用デバイスとして用いられるようになってきている。有機EL表示装置では、自発光型で広視野角、高コントラスト、高速応答といったLCDにはない特徴を活かすことで、LCDで問題となる視野角やコントラストの制限、動画対応の高速応答への追従が困難といった問題点がクリアされている。   Liquid crystal display (LCD), one of the thin panels, is widely used for monitors for personal computers, personal digital assistants, and in-car monitors such as car navigation systems, taking advantage of low power consumption and small size and light weight. It is used. In recent years, LCDs have been widely used for TV applications instead of CRTs. Also, organic EL (Electro-Luminescence) display devices have been used as next-generation thin panel devices. Organic EL display devices are self-luminous, have a wide viewing angle, high contrast, and high-speed response, and take advantage of features that LCD does not have. The problem of being difficult has been cleared.

このような表示装置に用いられる薄膜トランジスタ(以下TFT:Thin Film Transistor)には、半導体膜を用いたMOS構造が多く採用されている。TFTの構造は逆スタガ型(ボトムゲート型)やトップゲート型、TFTに用いられる半導体膜は非晶質半導体膜であるアモルファスシリコンが主に知られている。   A thin film transistor (hereinafter referred to as TFT: Thin Film Transistor) used in such a display device often employs a MOS structure using a semiconductor film. The structure of the TFT is generally known as an inverted staggered type (bottom gate type) or top gate type, and the semiconductor film used for the TFT is mainly amorphous silicon, which is an amorphous semiconductor film.

半導体層にアモルファスシリコンを使用したTFTは、閾値電圧の経時変化が発生するという欠点をもっている。これは、アモルファスシリコンからゲート絶縁膜への電子の注入とトラッピング、及びアモルファスシリコン膜中の局在準位密度が増加することが原因である。そこで、この欠点を補うため、あらかじめ閾値電圧の経時変化量を見積もった回路設計を行なっている。また、アモルファスシリコンを使用したTFTは、画素部スイッチング用としてのみ使用でき、ゲートドライバ回路などの周辺回路用には使用できない。そのため、ゲートドライバ回路にはゲートドライバICを外付けしている。したがって、必然的に表示装置の額縁が大きくなってしまうという問題が発生する。   A TFT using amorphous silicon as a semiconductor layer has a disadvantage that a threshold voltage changes with time. This is due to the injection and trapping of electrons from the amorphous silicon into the gate insulating film and the increase in the density of localized states in the amorphous silicon film. Therefore, in order to compensate for this drawback, circuit design is performed in which the amount of change in the threshold voltage with time is estimated in advance. A TFT using amorphous silicon can be used only for switching a pixel portion and cannot be used for a peripheral circuit such as a gate driver circuit. Therefore, a gate driver IC is externally attached to the gate driver circuit. Therefore, there is a problem that the frame of the display device inevitably increases.

このような問題を解決するために、微結晶半導体膜や多結晶半導体膜などの結晶性半導体膜を半導体層として使用したTFTによって、ゲートドライバ回路を形成するようになってきている。結晶性半導体膜は、非晶質半導体膜に比べて欠陥準位密度が小さいため、閾値電圧の経時変化が発生しない。もしくは、発生しても経時変化量が小さい。   In order to solve such a problem, a gate driver circuit has been formed by a TFT using a crystalline semiconductor film such as a microcrystalline semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film as a semiconductor layer. Since the crystalline semiconductor film has a smaller density of defect states than the amorphous semiconductor film, the threshold voltage does not change with time. Or even if it occurs, the change with time is small.

例えば、特許文献1には、画素領域に非晶質半導体膜を用いたTFT、周辺回路領域に多結晶半導体膜を用いたTFTをそれぞれ形成することによって、用途ごとにTFTを使い分ける技術が開示されている。また、特許文献1では、ゲート絶縁膜としてSiN膜を形成した後、周辺回路のTFTに対してのみ、この上にSiO膜又はSiON膜をレーザ照射により選択的に形成している。 For example, Patent Document 1 discloses a technique for selectively using TFTs for each application by forming TFTs using an amorphous semiconductor film in a pixel region and forming TFTs using a polycrystalline semiconductor film in a peripheral circuit region. ing. In Patent Document 1, after a SiN film is formed as a gate insulating film, a SiO 2 film or a SiON film is selectively formed only on the TFT of the peripheral circuit by laser irradiation.

しかしながら、特許文献1の構造では、非晶質半導体膜を用いた画素領域のTFTは、閾値電圧の経時変化が発生してしまう。また、レーザ照射により選択的にSiO膜あるいはSiON膜を形成するため、基板面内にある周辺回路領域のTFTの部分をレーザの照射位置に合わせる作業を繰り返し行わなければならず、処理に時間を要する。そのため、生産性の低下を招く恐れがある。 However, in the structure of Patent Document 1, a change in the threshold voltage over time occurs in the TFT in the pixel region using the amorphous semiconductor film. In addition, since the SiO 2 film or the SiON film is selectively formed by laser irradiation, the operation of aligning the TFT portion in the peripheral circuit region in the substrate surface with the laser irradiation position must be repeated, and the processing time is reduced. Cost. Therefore, there is a risk that productivity may be reduced.

そこで、画素領域と周辺回路領域の両方に結晶性半導体膜を用いたTFTを形成すれば、上記のような問題を回避できる。最近では特に、ゲート絶縁膜と接する半導体膜に微結晶半導体膜を形成し、その上に非晶質半導体膜を形成した積層構造の微結晶シリコンTFTが用いられるようになってきている。以下に、従来の微結晶シリコンTFTの製造方法を、図7及び図8に示す断面構造を参照しながら説明する。図7及び図8は、従来の微結晶シリコンTFTの構成を示す断面図である。   Therefore, if the TFT using the crystalline semiconductor film is formed in both the pixel region and the peripheral circuit region, the above problem can be avoided. Recently, in particular, a microcrystalline silicon TFT having a stacked structure in which a microcrystalline semiconductor film is formed on a semiconductor film in contact with a gate insulating film and an amorphous semiconductor film is formed thereon has been used. Hereinafter, a conventional method for producing a microcrystalline silicon TFT will be described with reference to the cross-sectional structures shown in FIGS. 7 and 8 are cross-sectional views showing the structure of a conventional microcrystalline silicon TFT.

図7及び図8において、ガラスなどにより形成された基板1上にゲート電極2を形成した後、ゲート絶縁膜3を形成する。このゲート絶縁膜3には、図7に示すように、SiN膜の単層を適用することが多い。また、ゲート絶縁膜3は、図8に示すように、第1ゲート絶縁膜31としてSiN膜を形成した後に、第2ゲート絶縁膜34としてSiO膜を形成した積層構造とすることもできる。ただし、SiN膜とSiO膜の積層構造とする場合、通常、100nm以上の厚い膜厚で第2ゲート絶縁膜34のSiO膜が成膜される。 7 and 8, after the gate electrode 2 is formed on the substrate 1 made of glass or the like, the gate insulating film 3 is formed. As the gate insulating film 3, a single layer of SiN film is often applied as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 8, the gate insulating film 3 may have a laminated structure in which a SiN film is formed as the first gate insulating film 31 and then a SiO 2 film is formed as the second gate insulating film 34. However, when a stacked structure of SiN film and the SiO 2 film, typically, SiO 2 film of the second gate insulating film 34 is deposited a thick film thickness of at least 100 nm.

このように形成したゲート絶縁膜3上に、非晶質半導体膜であるアモルファスシリコン(a−Si)膜を成膜し、レーザアニール法によりa−Si膜を結晶化させ、微結晶シリコン膜に変換する。これにより、微結晶半導体膜である第1半導体層41が形成される。次に、第2半導体層42と、オーミックコンタクト膜6とをこの順に成膜する。第2半導体層42として、非晶質半導体膜であるa−Si膜を成膜する。オーミックコンタクト膜6として、n型非晶質半導体膜であるn型アモルファスシリコン(n−a−Si)膜を成膜する。その後、オーミックコンタクト膜6、第2半導体層42、及び第1半導体層41を所望の形状にパターニングする。   An amorphous silicon (a-Si) film, which is an amorphous semiconductor film, is formed on the gate insulating film 3 thus formed, and the a-Si film is crystallized by a laser annealing method to form a microcrystalline silicon film. Convert. Thereby, the first semiconductor layer 41 which is a microcrystalline semiconductor film is formed. Next, the second semiconductor layer 42 and the ohmic contact film 6 are formed in this order. As the second semiconductor layer 42, an a-Si film that is an amorphous semiconductor film is formed. As the ohmic contact film 6, an n-type amorphous silicon (na-Si) film that is an n-type amorphous semiconductor film is formed. Thereafter, the ohmic contact film 6, the second semiconductor layer 42, and the first semiconductor layer 41 are patterned into a desired shape.

そして、オーミックコンタクト膜6上にソース電極7とドレイン電極8を形成し、これらをマスクとして、オーミックコンタクト膜6の全部とその下の第2半導体層42の一部をエッチング除去する。これにより、ソース電極7とドレイン電極8との間の第2半導体層42が露出し、第1半導体層41の上に第2半導体層42が積層された積層構造の半導体層4にチャネル領域9が形成される。   Then, the source electrode 7 and the drain electrode 8 are formed on the ohmic contact film 6, and using these as a mask, the entire ohmic contact film 6 and a part of the second semiconductor layer 42 thereunder are removed by etching. As a result, the second semiconductor layer 42 between the source electrode 7 and the drain electrode 8 is exposed, and the channel region 9 is formed on the semiconductor layer 4 having a stacked structure in which the second semiconductor layer 42 is stacked on the first semiconductor layer 41. Is formed.

続いて、ソース電極7とドレイン電極8を覆う保護膜10を形成した後、この保護膜10に、ドレイン電極8まで達するコンタクトホール11を開口する。そして、コンタクトホール11を介してドレイン電極8に接続する画素電極12を、保護膜10上に形成する。上記製造方法により、微結晶半導体膜上に非晶質半導体膜が積層された積層構造の、逆スタガ型の微結晶半導体シリコンTFTが完成する。   Subsequently, after forming a protective film 10 covering the source electrode 7 and the drain electrode 8, a contact hole 11 reaching the drain electrode 8 is opened in the protective film 10. Then, the pixel electrode 12 connected to the drain electrode 8 through the contact hole 11 is formed on the protective film 10. By the above manufacturing method, an inverted staggered microcrystalline semiconductor silicon TFT having a stacked structure in which an amorphous semiconductor film is stacked on a microcrystalline semiconductor film is completed.

特開平5−107560号公報JP-A-5-107560

上述したように、従来の微結晶シリコンTFTでは、ゲート絶縁膜3にSiN膜の単層を適用することが多い。この場合、レーザアニールで非晶質半導体膜を結晶化して微結晶半導体膜を形成すると、図7に示すように、ゲート絶縁膜3と第1半導体層41との間に、非晶質と微結晶の混在した半導体層である混在層14が形成されてしまう。   As described above, in the conventional microcrystalline silicon TFT, a single layer of SiN film is often applied to the gate insulating film 3. In this case, when the amorphous semiconductor film is crystallized by laser annealing to form a microcrystalline semiconductor film, the amorphous and microscopic films are interposed between the gate insulating film 3 and the first semiconductor layer 41 as shown in FIG. A mixed layer 14 which is a semiconductor layer in which crystals are mixed is formed.

図9は、TFT特性の一つであるI−V曲線を示すグラフである。ゲート絶縁膜3にSiN膜の単層を適用した従来の微結晶シリコンTFTは、この混在層14の欠陥により、図9の点線で示すように、I−V曲線がマイナス側に移動した曲線となる。I−V曲線がマイナス側に移動すると電圧が0Vでもかなりの電流が流れるため、画素部の表示を正常に動作することができないなどの問題があった。   FIG. 9 is a graph showing an IV curve which is one of TFT characteristics. A conventional microcrystalline silicon TFT in which a single layer of a SiN film is applied to the gate insulating film 3 has a curve in which the IV curve has moved to the negative side as indicated by the dotted line in FIG. Become. When the IV curve moves to the minus side, a considerable current flows even when the voltage is 0 V, and there is a problem that the display of the pixel portion cannot be normally operated.

また、従来の微結晶シリコンTFTでは、ゲート絶縁膜3にSiN膜とSiO膜の積層膜を適用する場合、通常、100nm以上の厚い膜厚で上層のSiO膜を成膜している。この場合、レーザアニールで非晶質半導体膜を結晶化して微結晶半導体膜を形成しても、ゲート絶縁膜3と第1半導体層41との間に混在層14は形成されない。そのため、ゲート絶縁膜3にSiN膜とSiO膜の積層膜を適用した従来の微結晶シリコンTFTは、図9の実線で示すように、I−V曲線がマイナス側に移動しない。 In the conventional microcrystalline silicon TFT, when a laminated film of a SiN film and a SiO 2 film is applied to the gate insulating film 3, an upper SiO 2 film is usually formed with a thickness of 100 nm or more. In this case, even when the amorphous semiconductor film is crystallized by laser annealing to form the microcrystalline semiconductor film, the mixed layer 14 is not formed between the gate insulating film 3 and the first semiconductor layer 41. Therefore, in the conventional microcrystalline silicon TFT in which the laminated film of the SiN film and the SiO 2 film is applied to the gate insulating film 3, the IV curve does not move to the minus side as shown by the solid line in FIG.

しかし、レーザアニールの熱により上層のSiO膜が一度溶けて固まるため、図8に示すようにSiO膜の表面に凹凸部15が形成されてしまう。そのため、SiO膜と第1半導体層41との界面の表面粗さ(表面の凹凸)が大きくなる。特に、SiO膜の膜厚が100nm以上と厚い場合は、表面粗さが20nm以上と大きくなる。このようにSiO膜と第1半導体層41との界面の表面粗さが大きいと、電界集中などが起こりゲート絶縁耐圧が低下し、TFT特性を低下させるなどの問題があった。 However, since the upper SiO 2 film is once melted and solidified by the heat of laser annealing, the uneven portion 15 is formed on the surface of the SiO 2 film as shown in FIG. Therefore, the surface roughness (surface irregularities) at the interface between the SiO 2 film and the first semiconductor layer 41 is increased. In particular, when the thickness of the SiO 2 film is as thick as 100 nm or more, the surface roughness becomes as large as 20 nm or more. As described above, when the surface roughness of the interface between the SiO 2 film and the first semiconductor layer 41 is large, there is a problem that electric field concentration occurs and the gate dielectric breakdown voltage is lowered, and the TFT characteristics are lowered.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、信頼性が高く、高性能なトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタ、表示装置、及びそれらの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a thin film transistor, a display device, and a manufacturing method thereof having high reliability and high performance transistor characteristics. To do.

本発明の第1の態様にかかる薄膜トランジスタは、基板上に形成されたゲート電極と、SiN膜及び前記SiN膜上に形成されたSiN酸化層を含み、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極の対面に配置され、少なくとも前記SiN酸化層と接する界面部に微結晶半導体膜が形成された半導体層と、前記半導体層上に、オーミックコンタクト膜を介して形成された、ソース電極及びドレイン電極と、を備えるものである。   A thin film transistor according to a first aspect of the present invention includes a gate electrode formed on a substrate, a SiN film and a SiN oxide layer formed on the SiN film, the gate insulating film covering the gate electrode, A semiconductor layer disposed on the opposite side of the gate electrode through a gate insulating film and having a microcrystalline semiconductor film formed at least at an interface portion in contact with the SiN oxide layer, and formed on the semiconductor layer through an ohmic contact film A source electrode and a drain electrode.

本発明の第2の態様にかかる薄膜トランジスタは、基板上に形成されたゲート電極と、SiN膜及び前記SiN膜上に形成された膜厚20nm以下のSiO膜を含み、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極の対面に配置され、少なくとも前記SiN膜と接する界面部に微結晶半導体膜が形成された半導体層と、前記半導体層上に、オーミックコンタクト膜を介して形成された、ソース電極及びドレイン電極と、を備えるものである。 A thin film transistor according to a second aspect of the present invention includes a gate electrode formed on a substrate, a SiN film, and a SiO 2 film having a thickness of 20 nm or less formed on the SiN film, and covering the gate electrode An insulating film, a semiconductor layer disposed opposite to the gate electrode through the gate insulating film, and having a microcrystalline semiconductor film formed at least at an interface portion in contact with the SiN film; and an ohmic contact film on the semiconductor layer And a source electrode and a drain electrode formed through the electrode.

また、本発明の第3の態様にかかる薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に形成されたゲート電極を覆うゲート絶縁膜上に、少なくとも前記ゲート絶縁膜と接する界面部に微結晶半導体膜を有する半導体層が設けられた薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート電極上にSiN膜を形成し、前記SiN膜の表面にSiN酸化層を形成して、前記SiN膜と前記SiN酸化層とを含む前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記SiN酸化層の表面上に直接、非晶質半導体膜を成膜し、前記非晶質半導体膜をレーザアニールで結晶化することによって、前記微結晶半導体膜を形成する工程と、を備えるものである。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a thin film transistor, comprising: a semiconductor having a microcrystalline semiconductor film at least at an interface portion in contact with the gate insulating film on a gate insulating film covering a gate electrode formed on a substrate; A method of manufacturing a thin film transistor provided with a layer, comprising: forming a SiN film on the gate electrode; forming a SiN oxide layer on a surface of the SiN film; and including the SiN film and the SiN oxide layer. Forming a gate insulating film; forming an amorphous semiconductor film directly on the surface of the SiN oxide layer; and crystallizing the amorphous semiconductor film by laser annealing, thereby forming the microcrystalline semiconductor film Forming the step.

また、本発明の第4の態様にかかる薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に形成されたゲート電極を覆うゲート絶縁膜上に、少なくとも前記ゲート絶縁膜と接する界面部に微結晶半導体膜を有する半導体層が設けられた薄膜トランジスタの製造方法であって、前記ゲート電極上にSiN膜を形成し、前記SiN膜上に膜厚20nm以下のSiO膜を形成して、前記SiN膜と前記SiO膜とを含む前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記SiO膜の表面上に直接、非晶質半導体膜を成膜し、前記非晶質半導体膜をレーザアニールで結晶化することによって、前記微結晶半導体膜を形成する工程と、を備えるものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a thin film transistor, comprising: a semiconductor having a microcrystalline semiconductor film at least at an interface portion in contact with the gate insulating film on a gate insulating film covering a gate electrode formed on a substrate; a method of manufacturing a thin film transistor layer is provided, wherein the SiN film is formed on the gate electrode, the on SiN film is formed below the SiO 2 film thickness 20 nm, the SiN film and the SiO 2 film Forming a gate insulating film including: an amorphous semiconductor film directly on the surface of the SiO 2 film, and crystallizing the amorphous semiconductor film by laser annealing, Forming a microcrystalline semiconductor film.

本発明によれば、信頼性が高く、高性能なトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタ、表示装置、及びそれらの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a thin film transistor, a display device, and a manufacturing method thereof having high reliability and high performance transistor characteristics.

実施の形態1に係る液晶表示装置に用いられるTFTアレイ基板の構成を示す正面図である。2 is a front view showing a configuration of a TFT array substrate used in the liquid crystal display device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るTFTアレイ基板の画素構成を示した平面図である。3 is a plan view showing a pixel configuration of a TFT array substrate according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るTFTの構成を示す断面図である。2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a TFT according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る表示装置に用いられるTFTアレイ基板の一製造工程を示した断面図である。5 is a cross-sectional view showing one manufacturing process of the TFT array substrate used in the display device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る表示装置に用いられるTFTアレイ基板の一製造工程を示した断面図である。5 is a cross-sectional view showing one manufacturing process of the TFT array substrate used in the display device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係るTFTの構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a TFT according to a second embodiment. 従来の微結晶シリコンTFTの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional microcrystal silicon TFT. 従来の微結晶シリコンTFTの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional microcrystal silicon TFT. TFT特性の一つであるI−V曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the IV curve which is one of the TFT characteristics.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略されている。尚、各図において同一の符号を付されたものは同様の要素を示しており、適宜、説明が省略されている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. For clarity of explanation, the following description and drawings are omitted and simplified as appropriate. For the sake of clarification, duplicate explanation is omitted as necessary. In addition, what attached | subjected the same code | symbol in each figure has shown the same element, and description is abbreviate | omitted suitably.

実施の形態1.
始めに、図1を用いて、本実施の形態1に係る液晶表示装置について説明する。図1は、実施の形態1に係る液晶表示装置に用いられるTFTアレイ基板の構成を示す正面図である。本実施の形態1係る表示装置は、液晶表示装置を例として説明するが、あくまでも例示的なものであり、有機EL表示装置等の平面型表示装置(フラットパネルディスプレイ)等を用いることも可能である。この液晶表示装置の全体構成については、以下に述べる実施の形態1、2で共通である。
Embodiment 1 FIG.
First, the liquid crystal display device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a front view showing a configuration of a TFT array substrate used in the liquid crystal display device according to the first embodiment. The display device according to the first embodiment will be described using a liquid crystal display device as an example. However, the display device is merely an example, and a flat display device (flat panel display) such as an organic EL display device can also be used. is there. The overall configuration of this liquid crystal display device is common to the first and second embodiments described below.

本実施の形態1に係る液晶表示装置は、基板1を有している。基板1は、例えば、TFTアレイ基板等のアレイ基板である。基板1には、表示領域101と表示領域101を囲むように設けられた額縁領域102とが設けられている。この表示領域101には、複数のゲート配線(走査信号線)103と複数のソース配線(表示信号線)104とが形成されている。複数のゲート配線103は平行に設けられている。同様に、複数のソース配線104は平行に設けられている。ゲート配線103とソース配線104とは、互いに交差するように形成されている。隣接するゲート配線103とソース配線104とで囲まれた領域が画素107となる。従って、表示領域101では、画素107がマトリクス状に配列される。   The liquid crystal display device according to the first embodiment has a substrate 1. The substrate 1 is, for example, an array substrate such as a TFT array substrate. The substrate 1 is provided with a display area 101 and a frame area 102 provided so as to surround the display area 101. In the display area 101, a plurality of gate lines (scanning signal lines) 103 and a plurality of source lines (display signal lines) 104 are formed. The plurality of gate wirings 103 are provided in parallel. Similarly, the plurality of source lines 104 are provided in parallel. The gate wiring 103 and the source wiring 104 are formed so as to cross each other. A region surrounded by the adjacent gate wiring 103 and source wiring 104 is a pixel 107. Accordingly, in the display area 101, the pixels 107 are arranged in a matrix.

基板1の額縁領域102には、走査信号駆動回路105と表示信号駆動回路106とが設けられている。ゲート配線103は、表示領域101から額縁領域102まで延設され、基板1の端部で、走査信号駆動回路105に接続される。ソース配線104も同様に、表示領域101から額縁領域102まで延設され、基板1の端部で、表示信号駆動回路106と接続される。走査信号駆動回路105の近傍には、外部配線108が接続されている。また、表示信号駆動回路106の近傍には、外部配線109が接続されている。外部配線108、109は、例えば、FPC(Flexible Printed Circuit)等の配線基板である。   A scanning signal driving circuit 105 and a display signal driving circuit 106 are provided in the frame region 102 of the substrate 1. The gate wiring 103 extends from the display area 101 to the frame area 102 and is connected to the scanning signal driving circuit 105 at the end of the substrate 1. Similarly, the source wiring 104 extends from the display area 101 to the frame area 102 and is connected to the display signal driving circuit 106 at the end of the substrate 1. An external wiring 108 is connected in the vicinity of the scanning signal driving circuit 105. Further, an external wiring 109 is connected in the vicinity of the display signal driving circuit 106. The external wirings 108 and 109 are wiring boards such as an FPC (Flexible Printed Circuit).

外部配線108、109を介して走査信号駆動回路105、及び表示信号駆動回路106に外部からの各種信号が供給される。走査信号駆動回路105は外部からの制御信号に基づいて、ゲート信号(走査信号)をゲート配線103に供給する。このゲート信号によって、ゲート配線103が順次選択されていく。表示信号駆動回路106は外部からの制御信号や、表示データに基づいて表示信号をソース配線104に供給する。これにより、表示データに応じた表示電圧を各画素107に供給することができる。   Various external signals are supplied to the scanning signal driving circuit 105 and the display signal driving circuit 106 via the external wirings 108 and 109. The scanning signal driving circuit 105 supplies a gate signal (scanning signal) to the gate wiring 103 based on an external control signal. The gate wiring 103 is sequentially selected by this gate signal. The display signal driving circuit 106 supplies a display signal to the source wiring 104 based on an external control signal or display data. As a result, a display voltage corresponding to the display data can be supplied to each pixel 107.

画素107内には、少なくとも1つのTFT50が形成されている。ここで、実施の形態1に係るTFTアレイ基板の画素構成を示した平面図を、図2に示す。図2はTFTアレイ基板の画素107の1つを示している。TFT50は、図2に示すように、ソース配線104とゲート配線103の交差点近傍に配置される。TFT50の詳細な構成については、後述するが、例えば、このTFT50が画素電極12に表示電圧を供給する。即ち、ゲート配線103からゲート電極2に供給されるゲート信号によって、スイッチング素子であるTFT50がオンする。これにより、ソース配線104と接続されたソース電極7から、TFT50の半導体層4を経由して、ドレイン電極8に接続された画素電極12に表示電圧が印加される。そして、画素電極12と対向電極との間に、表示電圧に応じた電界が生じる。   In the pixel 107, at least one TFT 50 is formed. Here, a plan view showing a pixel configuration of the TFT array substrate according to the first embodiment is shown in FIG. FIG. 2 shows one of the pixels 107 on the TFT array substrate. As shown in FIG. 2, the TFT 50 is disposed in the vicinity of the intersection of the source wiring 104 and the gate wiring 103. Although a detailed configuration of the TFT 50 will be described later, for example, the TFT 50 supplies a display voltage to the pixel electrode 12. That is, the TFT 50 which is a switching element is turned on by a gate signal supplied from the gate wiring 103 to the gate electrode 2. Thereby, a display voltage is applied from the source electrode 7 connected to the source wiring 104 to the pixel electrode 12 connected to the drain electrode 8 via the semiconductor layer 4 of the TFT 50. An electric field corresponding to the display voltage is generated between the pixel electrode 12 and the counter electrode.

また、画素107内には、少なくとも1つの保持容量が形成されている。この保持容量により、画素電極12に表示電圧が印加されない場合でも、画素電極12の電荷を保持し続けることができる。例えば、保持容量は、画素電極12と、隣接するゲート配線103間に配置された保持容量配線103aと、これらの間に挟まれた絶縁膜とによって構成される。なお、基板1の表面には、配向膜(図示せず)が形成されている。   In addition, at least one storage capacitor is formed in the pixel 107. With this storage capacitor, even when no display voltage is applied to the pixel electrode 12, the charge of the pixel electrode 12 can be continuously held. For example, the storage capacitor is configured by the pixel electrode 12, the storage capacitor wiring 103a disposed between the adjacent gate wirings 103, and an insulating film sandwiched between them. An alignment film (not shown) is formed on the surface of the substrate 1.

更に、基板1には、対向基板が対向して配置されている。対向基板は、例えば、カラーフィルタ基板であり、視認側に配置される。対向基板には、カラーフィルタ、ブラックマトリクス(BM)、及び配向膜等が形成されている。なお、対向電極は、基板1側に配置される場合もある。そして、基板1と対向基板との間に液晶層が狭持される。即ち、基板1と対向基板との間には液晶が導入されている。更に、基板1と対向基板との外側の面には、偏光板、及び位相差板等が設けられる。また、液晶表示パネルの反視認側には、バックライトユニット等が配設される。   Furthermore, a counter substrate is disposed opposite to the substrate 1. The counter substrate is, for example, a color filter substrate, and is disposed on the viewing side. A color filter, a black matrix (BM), an alignment film, and the like are formed on the counter substrate. The counter electrode may be disposed on the substrate 1 side. Then, a liquid crystal layer is sandwiched between the substrate 1 and the counter substrate. That is, liquid crystal is introduced between the substrate 1 and the counter substrate. Furthermore, a polarizing plate, a phase difference plate, and the like are provided on the outer surfaces of the substrate 1 and the counter substrate. A backlight unit or the like is disposed on the non-viewing side of the liquid crystal display panel.

画素電極12と対向電極との間の電界によって、液晶が駆動される。即ち、基板間の液晶の配向方向が変化する。これにより、液晶層を通過する光の偏光状態が変化する。即ち、偏光板を通過して直線偏光となった光は液晶層によって、偏光状態が変化する。具体的には、バックライトユニットからの光は、アレイ基板側の偏光板によって直線偏光になる。この直線偏光が液晶層を通過することによって、偏光状態が変化する。   The liquid crystal is driven by the electric field between the pixel electrode 12 and the counter electrode. That is, the alignment direction of the liquid crystal between the substrates changes. As a result, the polarization state of the light passing through the liquid crystal layer changes. That is, the polarization state of light that has been linearly polarized after passing through the polarizing plate is changed by the liquid crystal layer. Specifically, light from the backlight unit becomes linearly polarized light by the polarizing plate on the array substrate side. As the linearly polarized light passes through the liquid crystal layer, the polarization state changes.

偏光状態によって、対向基板側の偏光板を通過する光量は変化する。即ち、バックライトユニットから液晶表示パネルを透過する透過光のうち、視認側の偏光板を通過する光の光量が変化する。液晶の配向方向は、印加される表示電圧によって変化する。従って、表示電圧を制御することによって、視認側の偏光板を通過する光量を変化させることができる。即ち、画素ごとに表示電圧を変えることによって、所望の画像を表示することができる。   The amount of light passing through the polarizing plate on the counter substrate side varies depending on the polarization state. That is, the amount of light that passes through the polarizing plate on the viewing side among the transmitted light that passes through the liquid crystal display panel from the backlight unit changes. The alignment direction of the liquid crystal changes depending on the applied display voltage. Therefore, the amount of light passing through the viewing-side polarizing plate can be changed by controlling the display voltage. That is, a desired image can be displayed by changing the display voltage for each pixel.

続いて、本実施の形態1に係るTFT50の構成について、図3を用いて説明する。図3は、実施の形態1に係るTFT50の構成を示す断面図である。図3は、図2のIII−III断面を示している。ここでは、TFTアレイ基板に設けられた画素スイッチング素子用のTFT50を例にとって、本実施の形態1のTFT50の構成を説明する。   Next, the configuration of the TFT 50 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of the TFT 50 according to the first embodiment. FIG. 3 shows a III-III cross section of FIG. Here, the configuration of the TFT 50 of the first embodiment will be described by taking the pixel switching element TFT 50 provided on the TFT array substrate as an example.

図3において、ガラスや石英等の透明な絶縁性の基板1上に、ゲート電極2が設けられている。例えば、ゲート電極2は、図2に示すように、ゲート配線103の一部の領域がゲート電極2として機能するよう、ゲート配線103と一体的に形成されている。ゲート電極2は、例えば、Al、Cr、Mo、Ti、W等の金属材料または合金材料によって形成されている。ここでは、Crによって、膜厚約200nmのゲート電極2が形成されている。   In FIG. 3, a gate electrode 2 is provided on a transparent insulating substrate 1 such as glass or quartz. For example, as shown in FIG. 2, the gate electrode 2 is formed integrally with the gate wiring 103 so that a partial region of the gate wiring 103 functions as the gate electrode 2. The gate electrode 2 is formed of a metal material or an alloy material such as Al, Cr, Mo, Ti, and W, for example. Here, the gate electrode 2 having a thickness of about 200 nm is formed of Cr.

ゲート電極2を覆うように、ゲート絶縁膜3が設けられている。このゲート絶縁膜3は、SiN膜からなる第1ゲート絶縁膜31の上に、SiN酸化層からなる第2ゲート絶縁膜32が積層された積層構造を有している。ここでは、膜厚約400nmの第1ゲート絶縁膜31の上に、この第1ゲート絶縁膜31の酸化層が形成されている。このように、本実施の形態1のゲート絶縁膜3は、第1ゲート絶縁膜31であるSiN膜と、第1ゲート絶縁膜31上に設けられた第2ゲート絶縁膜32であるSiN酸化層を含む構成となっている。ゲート絶縁膜3をこのような構成とすることによって、後述する半導体層4との界面に、図7で示した非晶質と微結晶の混在層14や、図8で示した凹凸部15が形成されるのを防止することができる。   A gate insulating film 3 is provided so as to cover the gate electrode 2. The gate insulating film 3 has a laminated structure in which a second gate insulating film 32 made of a SiN oxide layer is laminated on a first gate insulating film 31 made of a SiN film. Here, an oxide layer of the first gate insulating film 31 is formed on the first gate insulating film 31 having a thickness of about 400 nm. As described above, the gate insulating film 3 according to the first embodiment includes the SiN film as the first gate insulating film 31 and the SiN oxide layer as the second gate insulating film 32 provided on the first gate insulating film 31. It is the composition which includes. By configuring the gate insulating film 3 in such a configuration, the mixed layer 14 of amorphous and microcrystal shown in FIG. 7 and the uneven portion 15 shown in FIG. 8 are formed at the interface with the semiconductor layer 4 described later. The formation can be prevented.

ゲート絶縁膜3の上には、半導体層4が形成されている。この半導体層4は、ゲート絶縁膜3を介してゲート電極2の対面に設けられている。また、半導体層4は、第2ゲート絶縁膜32と接する側の界面部に、微結晶半導体膜が形成されている。具体的には、半導体層4は、微結晶半導体膜からなる第1半導体層41の上に、非晶質半導体膜からなる第2半導体層42が積層された積層構造を有している。第1半導体層41は、半導体層4のゲート絶縁膜3側に配設されている。すなわち、第2半導体層42と第2ゲート絶縁膜32との間に第1半導体層41が配設されている。ここでは、例えば、第1半導体層41として膜厚約60nmの微結晶シリコン、第2半導体層42として膜厚約100nmのアモルファスシリコン(a−Si)がそれぞれ形成されている。このように、本実施の形態1では、少なくとも第2ゲート絶縁膜32であるSiN酸化層と接する界面部に微結晶半導体膜が形成された半導体層4が設けられている。   A semiconductor layer 4 is formed on the gate insulating film 3. The semiconductor layer 4 is provided on the opposite side of the gate electrode 2 with the gate insulating film 3 interposed therebetween. In the semiconductor layer 4, a microcrystalline semiconductor film is formed at the interface portion in contact with the second gate insulating film 32. Specifically, the semiconductor layer 4 has a stacked structure in which a second semiconductor layer 42 made of an amorphous semiconductor film is stacked on a first semiconductor layer 41 made of a microcrystalline semiconductor film. The first semiconductor layer 41 is disposed on the gate insulating film 3 side of the semiconductor layer 4. That is, the first semiconductor layer 41 is disposed between the second semiconductor layer 42 and the second gate insulating film 32. Here, for example, microcrystalline silicon having a thickness of about 60 nm is formed as the first semiconductor layer 41, and amorphous silicon (a-Si) having a thickness of about 100 nm is formed as the second semiconductor layer 42. As described above, in the first embodiment, the semiconductor layer 4 in which the microcrystalline semiconductor film is formed is provided at least at the interface portion in contact with the SiN oxide layer that is the second gate insulating film 32.

そして、半導体層4の上に、オーミックコンタクト膜6が設けられている。オーミックコンタクト膜6は、TFT50のチャネル領域9を除く半導体層4上の略全面に配設されている。オーミックコンタクト膜6は、導電性不純物が導入された非晶質半導体層によって形成されている。ここでは、オーミックコンタクト膜6は、例えばリン(P)等のn型不純物が高濃度にドーピングされた非晶質シリコン(n−a−Si)などによって、約50nmの膜厚で形成されている。   An ohmic contact film 6 is provided on the semiconductor layer 4. The ohmic contact film 6 is disposed on substantially the entire surface of the semiconductor layer 4 except for the channel region 9 of the TFT 50. The ohmic contact film 6 is formed of an amorphous semiconductor layer into which conductive impurities are introduced. Here, the ohmic contact film 6 is formed with a film thickness of about 50 nm from amorphous silicon (na-Si) doped with an n-type impurity such as phosphorus (P) at a high concentration. .

半導体層4のうち、オーミックコンタクト膜6に対応する半導体層4の領域は、ソース・ドレイン領域となる。具体的には、図3中の左側のオーミックコンタクト膜6に対応する半導体層4の領域がソース領域となる。そして、図3中の右側のオーミックコンタクト膜6に対応する半導体層4の領域がドレイン領域となる。このように、TFT50を構成する半導体層4の両端にはソース・ドレイン領域が形成されている。そして、半導体層4のソース・ドレイン領域に挟まれた領域がチャネル領域9となる。半導体層4のチャネル領域9上には、オーミックコンタクト膜6は形成されていない。   Of the semiconductor layer 4, the region of the semiconductor layer 4 corresponding to the ohmic contact film 6 becomes a source / drain region. Specifically, the region of the semiconductor layer 4 corresponding to the left ohmic contact film 6 in FIG. 3 becomes the source region. Then, a region of the semiconductor layer 4 corresponding to the right ohmic contact film 6 in FIG. 3 becomes a drain region. Thus, source / drain regions are formed at both ends of the semiconductor layer 4 constituting the TFT 50. A region sandwiched between the source / drain regions of the semiconductor layer 4 becomes a channel region 9. The ohmic contact film 6 is not formed on the channel region 9 of the semiconductor layer 4.

オーミックコンタクト膜6の上に、ソース電極7とドレイン電極8とが形成されている。具体的には、半導体層4のソース領域側のオーミックコンタクト膜6上に、ソース電極7が形成されている。そして、ドレイン領域側のオーミックコンタクト膜6の上に、ドレイン電極8が形成されている。このように、逆スタガ型のTFT50が構成されている。そして、ソース電極7及びドレイン電極8は、半導体層4のチャネル領域の外側へ延在するように形成されている。すなわち、ソース電極7及びドレイン電極8は、オーミックコンタクト膜6と同様、半導体層4のチャネル領域上には形成されない。ソース電極7及びドレイン電極8は、例えば、Al、Cr、Mo、Ti、W等の金属材料または合金材料によって形成されている。ここでは、Crによって、膜厚約200nmのゲート電極2が形成されている。なお、ソース電極7は、図2に示すように、ソース配線104から分岐した領域がソース電極7として機能するよう、ソース配線104と一体的に形成されていてもよい。   A source electrode 7 and a drain electrode 8 are formed on the ohmic contact film 6. Specifically, the source electrode 7 is formed on the ohmic contact film 6 on the source region side of the semiconductor layer 4. A drain electrode 8 is formed on the ohmic contact film 6 on the drain region side. Thus, the inverted stagger type TFT 50 is configured. The source electrode 7 and the drain electrode 8 are formed so as to extend outside the channel region of the semiconductor layer 4. That is, the source electrode 7 and the drain electrode 8 are not formed on the channel region of the semiconductor layer 4 like the ohmic contact film 6. The source electrode 7 and the drain electrode 8 are made of, for example, a metal material or an alloy material such as Al, Cr, Mo, Ti, and W. Here, the gate electrode 2 having a thickness of about 200 nm is formed of Cr. Note that the source electrode 7 may be formed integrally with the source wiring 104 so that a region branched from the source wiring 104 functions as the source electrode 7 as shown in FIG.

ソース電極7、ドレイン電極8、及び半導体層4を覆うように、保護膜10が設けられている。この保護膜10には、ドレイン電極8に到達するコンタクトホール11が開口されている。ここでは、保護膜10は、例えば、膜厚約200nmのSiN膜によって形成されている。   A protective film 10 is provided so as to cover the source electrode 7, the drain electrode 8, and the semiconductor layer 4. A contact hole 11 reaching the drain electrode 8 is opened in the protective film 10. Here, the protective film 10 is formed of, for example, a SiN film having a thickness of about 200 nm.

そして、保護膜10の上には、コンタクトホール11を介してドレイン電極8と接続する画素電極12が設けられている。画素電極12は、ITOなどの透明性導電膜によって形成されている。ここでは、例えば膜厚約100nmのITOによって、画素電極12が形成されている。   A pixel electrode 12 connected to the drain electrode 8 through the contact hole 11 is provided on the protective film 10. The pixel electrode 12 is formed of a transparent conductive film such as ITO. Here, the pixel electrode 12 is formed of, for example, ITO having a film thickness of about 100 nm.

このように、本実施の形態1のTFT50は、基板1上に形成されたゲート電極2と、SiN膜からなる第1ゲート絶縁膜31及び第1ゲート絶縁膜31上に形成されたSiN酸化層からなる第2ゲート絶縁膜33を含むゲート絶縁膜3と、少なくとも第2ゲート絶縁膜33と接する界面部に微結晶半導体膜(第1半導体層41)が形成された半導体層4と、半導体層4上に、オーミックコンタクト膜6を介して形成された、ソース電極7及びドレイン電極8と、を備えて構成されている。   As described above, the TFT 50 according to the first embodiment includes the gate electrode 2 formed on the substrate 1, the first gate insulating film 31 made of the SiN film, and the SiN oxide layer formed on the first gate insulating film 31. A gate insulating film 3 including a second gate insulating film 33, a semiconductor layer 4 in which a microcrystalline semiconductor film (first semiconductor layer 41) is formed at least at an interface portion in contact with the second gate insulating film 33, and a semiconductor layer 4, a source electrode 7 and a drain electrode 8 formed via an ohmic contact film 6 are provided.

続いて、本実施の形態1におけるTFT50の製造方法について、図4及び図5を用いて説明する。図4及び図5は、実施の形態1に係る表示装置に用いられるTFTアレイ基板の一製造工程を示した断面図である。   Subsequently, a manufacturing method of the TFT 50 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views showing one manufacturing process of the TFT array substrate used in the display device according to the first embodiment.

まず初めに、ガラスや石英などの透明な絶縁性の基板1上に、ゲート電極2となる導電膜を成膜する。ゲート電極2となる導電膜には、Al、Cr、Mo、Ti、W等の金属材料または合金材料を用いることができる。ここでは、スパッタリング法などにより、ゲート電極2となる導電膜としてCrを約200nmの厚さで基板1全面に成膜する。次に、公知の写真製版法により、成膜した導電膜の上にレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、ゲート電極2となる導電膜を所望の形状にパターニングする。その後、レジストパターンを除去する。これにより、ゲート電極2が形成される。   First, a conductive film to be the gate electrode 2 is formed on a transparent insulating substrate 1 such as glass or quartz. A metal material or an alloy material such as Al, Cr, Mo, Ti, or W can be used for the conductive film to be the gate electrode 2. Here, Cr is deposited over the entire surface of the substrate 1 with a thickness of about 200 nm as a conductive film to be the gate electrode 2 by sputtering or the like. Next, a resist pattern is formed on the formed conductive film by a known photolithography method. Then, etching is performed using this resist pattern as a mask, and the conductive film to be the gate electrode 2 is patterned into a desired shape. Thereafter, the resist pattern is removed. Thereby, the gate electrode 2 is formed.

次に、ゲート電極2を覆うように、ゲート絶縁膜3を形成する。本実施の形態1では、第1ゲート絶縁膜31の上に、第2ゲート絶縁膜32が積層された積層構造のゲート絶縁膜3を形成する。具体的には、SiH、NH、Nガスの混合ガスを用いたプラズマCVD法などにより、ゲート電極2上に、第1ゲート絶縁膜31としてSiN膜を約400nmの厚さで基板1全面に成膜する。その後、第1ゲート絶縁膜31表面に、少なくともO又はNOを含むガス用いたプラズマ処理を行って、第1ゲート絶縁膜31の表面にSiN酸化層を形成する。すなわち、第1ゲート絶縁膜31であるSiN膜の表面上に、第2ゲート絶縁膜32としてSiN酸化層を形成する。ここでは、Oガスを用いて、Oプラズマ処理を行う。このようにして、SiN膜からなる第1ゲート絶縁膜31の上に、SiN酸化層からなる第2ゲート絶縁膜32が積層された積層膜がゲート絶縁膜3として形成される。 Next, a gate insulating film 3 is formed so as to cover the gate electrode 2. In the first embodiment, the gate insulating film 3 having a stacked structure in which the second gate insulating film 32 is stacked is formed on the first gate insulating film 31. Specifically, a SiN film having a thickness of about 400 nm is formed on the gate electrode 2 as the first gate insulating film 31 by a plasma CVD method using a mixed gas of SiH 4 , NH 3 , and N 2 gas. A film is formed on the entire surface. Thereafter, plasma treatment using a gas containing at least O 2 or N 2 O is performed on the surface of the first gate insulating film 31 to form an SiN oxide layer on the surface of the first gate insulating film 31. That is, an SiN oxide layer is formed as the second gate insulating film 32 on the surface of the SiN film that is the first gate insulating film 31. Here, O 2 plasma treatment is performed using O 2 gas. In this way, a laminated film in which the second gate insulating film 32 made of the SiN oxide layer is laminated on the first gate insulating film 31 made of the SiN film is formed as the gate insulating film 3.

続いて、ゲート絶縁膜3の上に、第1半導体層41を形成する。本実施の形態1では、まず、第1半導体層41を形成するための非晶質半導体膜41aを成膜する。例えば、プラズマCVD法を用いて、非晶質半導体膜41aとしてアモルファスシリコンを30〜100nm、好ましくは50〜70nmの膜厚で基板1全面に成膜する。ここでは、膜厚約60nmのアモルファスシリコンを成膜する。これら第1ゲート絶縁膜31と第2ゲート絶縁膜32と非晶質半導体膜41aの形成は、同一装置あるいは同一チャンバ内にて連続的に行うことが好ましい。これにより、大気雰囲気中に存在するボロンなどの汚染物質が各膜の界面に取り込まれることを防止することができる。これにより、図4(a)に示す構成となる。   Subsequently, a first semiconductor layer 41 is formed on the gate insulating film 3. In the first embodiment, first, an amorphous semiconductor film 41a for forming the first semiconductor layer 41 is formed. For example, an amorphous silicon film is formed over the entire surface of the substrate 1 with a film thickness of 30 to 100 nm, preferably 50 to 70 nm, using the plasma CVD method as the amorphous semiconductor film 41a. Here, an amorphous silicon film having a thickness of about 60 nm is formed. The first gate insulating film 31, the second gate insulating film 32, and the amorphous semiconductor film 41a are preferably formed continuously in the same apparatus or the same chamber. Thereby, contaminants such as boron existing in the air atmosphere can be prevented from being taken into the interface of each film. As a result, the configuration shown in FIG.

なお、非晶質半導体膜41aの成膜後に、高温中でアニールを行うことが好ましい。これは、プラズマCVD法によって成膜した非晶質半導体膜41aは膜中に水素が多量に含有されるため、水素量を低減するために行う。ここでは、窒素雰囲気の低真空状態で保持したチャンバ内を480℃程度に加熱し、その中で非晶質半導体膜41aを成膜した基板1を45分間保持する。このような処理を行っておくと、後述する非晶質半導体膜41aの結晶化の工程において、温度上昇に伴う水素の急激な脱離が起こらず、非晶質半導体膜41aの表面荒れが発生することを抑制することができる。   Note that annealing is preferably performed at a high temperature after the amorphous semiconductor film 41a is formed. This is performed in order to reduce the amount of hydrogen since the amorphous semiconductor film 41a formed by the plasma CVD method contains a large amount of hydrogen in the film. Here, the inside of the chamber held in a low vacuum state in a nitrogen atmosphere is heated to about 480 ° C., and the substrate 1 on which the amorphous semiconductor film 41a is formed is held for 45 minutes. If such a process is performed, in the step of crystallizing the amorphous semiconductor film 41a, which will be described later, hydrogen is not rapidly desorbed as the temperature rises, and surface roughness of the amorphous semiconductor film 41a occurs. Can be suppressed.

次に、非晶質半導体膜41a表面に形成された自然酸化膜をフッ酸でエッチング除去した後、非晶質半導体膜41aを結晶化する。具体的には、窒素などのガスを吹き付けながら、非晶質半導体膜41aの上からレーザ光を照射する。非晶質半導体膜41aに照射するレーザ光は、所定の光学系を通して線状のビームに変換したものを用いる。ここでは、レーザ光として、YAGレーザの第2高調波(発振波長:532nm)を用いるが、YAGレーザの第2高調波の代わりにエキシマレーザをレーザ光として用いてもよい。レーザ光が照射されると、非晶質半導体膜41aは一旦溶融した後に結晶化され、微結晶半導体膜へと変換される。例えば、非晶質半導体膜41aとして成膜されたアモルファスシリコンは、レーザ光が照射されると、結晶化されて、微結晶シリコンへと変換される。上述したように、窒素を吹きつけながら非晶質半導体膜41aにレーザ光を照射すると、微結晶半導体膜の結晶粒界部分に発生する隆起高さを抑制することができる。そのため、第1半導体層41の表面粗さを3nm以下程度まで小さくすることができる。これにより、図4(b)に示すように、非晶質半導体膜41aが結晶化され、微結晶半導体膜からなる第1半導体層41が形成される。   Next, after the natural oxide film formed on the surface of the amorphous semiconductor film 41a is removed by etching with hydrofluoric acid, the amorphous semiconductor film 41a is crystallized. Specifically, laser light is irradiated from above the amorphous semiconductor film 41a while blowing a gas such as nitrogen. As the laser light applied to the amorphous semiconductor film 41a, a laser beam converted into a linear beam through a predetermined optical system is used. Here, the second harmonic (oscillation wavelength: 532 nm) of the YAG laser is used as the laser light, but an excimer laser may be used as the laser light instead of the second harmonic of the YAG laser. When irradiated with laser light, the amorphous semiconductor film 41a is once melted and crystallized to be converted into a microcrystalline semiconductor film. For example, amorphous silicon formed as the amorphous semiconductor film 41a is crystallized and converted into microcrystalline silicon when irradiated with laser light. As described above, when the amorphous semiconductor film 41a is irradiated with laser light while nitrogen is blown, the height of the protrusion generated in the crystal grain boundary portion of the microcrystalline semiconductor film can be suppressed. Therefore, the surface roughness of the first semiconductor layer 41 can be reduced to about 3 nm or less. As a result, as shown in FIG. 4B, the amorphous semiconductor film 41a is crystallized to form the first semiconductor layer 41 made of a microcrystalline semiconductor film.

このとき、本実施の形態1では、レーザ光の照射される非晶質半導体膜41aが、SiN酸化層からなる第2ゲート絶縁膜32の表面上に直接形成されているため、ゲート絶縁膜3との界面に非晶質と微結晶の混在層14が形成されることを防止できる。すなわち、非晶質半導体膜41a中へN取り込み等が発生することなく、非晶質半導体膜41aを結晶化するために充分なエネルギー密度でレーザ照射することができる。したがって、ゲート絶縁膜3との界面まで非晶質半導体膜41aを結晶化することができ、混在層14が形成されることを防止できる。さらに、本実施の形態1では、ゲート絶縁膜3が第1ゲート絶縁膜31の上に、第1ゲート絶縁膜31の酸化層よりなる第2ゲート絶縁膜32が積層された積層構造を有し、ゲート絶縁膜3表面にレーザアニールの熱により溶融し凹凸部15を形成するSiO膜を有しないことから、ゲート絶縁膜3と第1半導体層41との界面に、凹凸部15が形成されることを防止できる。すなわち、ゲート絶縁膜3と第1半導体層41との界面の表面粗さを図8に示した従来の微結晶半導体TFTよりも低減でき、界面状態を向上させることができる。このように、第2ゲート絶縁膜32は、ゲート絶縁膜3と半導体層4との界面に、図7で示した非晶質と微結晶の混在層14や、図8で示した凹凸部15が形成されるのを抑止する抑止膜として機能する。 At this time, in the first embodiment, since the amorphous semiconductor film 41a irradiated with the laser light is directly formed on the surface of the second gate insulating film 32 made of the SiN oxide layer, the gate insulating film 3 It is possible to prevent the mixed layer 14 of amorphous and microcrystals from being formed at the interface. In other words, laser irradiation can be performed with a sufficient energy density to crystallize the amorphous semiconductor film 41a without causing N incorporation into the amorphous semiconductor film 41a. Therefore, the amorphous semiconductor film 41a can be crystallized up to the interface with the gate insulating film 3, and the mixed layer 14 can be prevented from being formed. Further, in the first embodiment, the gate insulating film 3 has a stacked structure in which a second gate insulating film 32 made of an oxide layer of the first gate insulating film 31 is stacked on the first gate insulating film 31. Since the surface of the gate insulating film 3 does not have the SiO 2 film that melts by the heat of laser annealing to form the uneven portion 15, the uneven portion 15 is formed at the interface between the gate insulating film 3 and the first semiconductor layer 41. Can be prevented. That is, the surface roughness of the interface between the gate insulating film 3 and the first semiconductor layer 41 can be reduced as compared with the conventional microcrystalline semiconductor TFT shown in FIG. 8, and the interface state can be improved. As described above, the second gate insulating film 32 is formed on the interface between the gate insulating film 3 and the semiconductor layer 4 at the mixed layer 14 of amorphous and microcrystal shown in FIG. 7 or the uneven portion 15 shown in FIG. It functions as a deterrent film that deters formation.

次に、基板1をフッ酸でエッチングして、結晶化した第1半導体層41表面に形成された自然酸化膜の除去と、大気雰囲気中に存在するボロンなどに汚染された第1半導体層41表面の清浄化を行う。その後、第1半導体層41の上に、非晶質半導体膜からなる第2半導体層42と、n型不純物を含む非晶質半導体膜からなるオーミックコンタクト膜6を、この順に成膜する。ここでは、例えばプラズマCVD法を用いて、第2半導体層42として膜厚約100nmのアモルファスシリコン(a−Si)と、オーミックコンタクト膜6として膜厚約50nmのn型アモルファスシリコン(n−a−Si)とを、順次、基板1全面に成膜する。   Next, the substrate 1 is etched with hydrofluoric acid to remove the natural oxide film formed on the surface of the crystallized first semiconductor layer 41 and the first semiconductor layer 41 contaminated with boron or the like present in the air atmosphere. Clean the surface. Thereafter, a second semiconductor layer 42 made of an amorphous semiconductor film and an ohmic contact film 6 made of an amorphous semiconductor film containing an n-type impurity are formed in this order on the first semiconductor layer 41. Here, for example, plasma CVD is used to form amorphous silicon (a-Si) having a thickness of about 100 nm as the second semiconductor layer 42 and n-type amorphous silicon (na) having a thickness of about 50 nm as the ohmic contact film 6. Si) are sequentially formed on the entire surface of the substrate 1.

次に、公知の写真製版法を用いて、オーミックコンタクト膜6の上に所望の形状のレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして、オーミックコンタクト膜6、第2半導体層42、及び第1半導体層41をパターニングする。ここでは、例えばCFガスを用いたドライエッチング法により、パターニングを行う。その後、レジストパターンを除去する。これにより、図4(c)に示すように、オーミックコンタクト膜6、第2半導体層42、及び第1半導体層41からなる積層膜が島状にパターニングされる。 Next, a resist pattern having a desired shape is formed on the ohmic contact film 6 using a known photolithography method. Then, the ohmic contact film 6, the second semiconductor layer 42, and the first semiconductor layer 41 are patterned using this resist pattern as a mask. Here, patterning is performed by, for example, a dry etching method using CF 4 gas. Thereafter, the resist pattern is removed. As a result, as shown in FIG. 4C, the laminated film including the ohmic contact film 6, the second semiconductor layer 42, and the first semiconductor layer 41 is patterned into an island shape.

そして、オーミックコンタクト膜6、第2半導体層42、及び第1半導体層41からなる積層膜のパターンを覆うように、ソース電極7及びドレイン電極8となる導電膜を成膜する。ソース電極7及びドレイン電極8となる導電膜には、Al、Cr、Mo、Ti、W等の金属材料または合金材料を用いることができる。ここでは、スパッタリング法などにより、ソース電極7及びドレイン電極8となる導電膜としてCrを約200nmの厚さで基板1全面に成膜する。次に、公知の写真製版法により、成膜した導電膜の上にレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、この導電膜を所望の形状にパターニングする。その後、レジストパターンを除去する。これにより、図4(d)に示すように、ソース電極7及びドレイン電極8が形成される。   Then, a conductive film to be the source electrode 7 and the drain electrode 8 is formed so as to cover the pattern of the laminated film including the ohmic contact film 6, the second semiconductor layer 42, and the first semiconductor layer 41. For the conductive film to be the source electrode 7 and the drain electrode 8, a metal material or an alloy material such as Al, Cr, Mo, Ti, or W can be used. Here, Cr is formed over the entire surface of the substrate 1 with a thickness of about 200 nm as a conductive film to be the source electrode 7 and the drain electrode 8 by sputtering or the like. Next, a resist pattern is formed on the formed conductive film by a known photolithography method. Then, etching is performed using this resist pattern as a mask, and this conductive film is patterned into a desired shape. Thereafter, the resist pattern is removed. As a result, as shown in FIG. 4D, the source electrode 7 and the drain electrode 8 are formed.

次に、形成したソース電極7及びドレイン電極8をマスクとして、エッチングを行い、オーミックコンタクト膜6を除去する。例えば、CFガスを用いたドライエッチング法により、オーミックコンタクト膜6を深さ方向に全部除去し、さらに第2半導体層42を深さ方向に一部除去する。すなわち、オーミックコンタクト膜6、第2半導体層42、及び第1半導体層41からなる積層膜に対して、ソース電極7及びドレイン電極8をマスクとして用いて、所定のエッチング量だけエッチングを行う。これにより、図5(e)に示すようにソース電極7とドレイン電極8の間の第2半導体層42が露出し、オーミックコンタクト膜6が、半導体層4のチャネル領域9を挟んでソース領域とドレイン領域とに分離される。このようにして、本実施の形態1のTFT50が完成する。 Next, etching is performed using the formed source electrode 7 and drain electrode 8 as a mask, and the ohmic contact film 6 is removed. For example, the ohmic contact film 6 is entirely removed in the depth direction by dry etching using CF 4 gas, and the second semiconductor layer 42 is partially removed in the depth direction. That is, the stacked film composed of the ohmic contact film 6, the second semiconductor layer 42, and the first semiconductor layer 41 is etched by a predetermined etching amount using the source electrode 7 and the drain electrode 8 as a mask. As a result, as shown in FIG. 5E, the second semiconductor layer 42 between the source electrode 7 and the drain electrode 8 is exposed, and the ohmic contact film 6 is formed between the source region and the channel region 9 of the semiconductor layer 4. The drain region is separated. In this way, the TFT 50 of the first embodiment is completed.

その後、これらの上に、保護膜10を成膜する。例えば、プラズマCVD法を用いて、保護膜10として約200nmのSiN膜を基板1全面に成膜する。これにより、ソース電極7、ドレイン電極8、及びTFT50のチャネル領域9が保護膜10に覆われる。次に、公知の写真製版法を用いて、保護膜10上にレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして保護膜10のエッチングを行い、ドレイン電極8に到達するコンタクトホール11を形成する。例えば、CFガスを用いたドライエッチング法により、保護膜10にコンタクトホール11を開口する。その後、レジストパターンを除去すると、図5(f)に示す構成となる。 Thereafter, a protective film 10 is formed on these. For example, a SiN film of about 200 nm is formed on the entire surface of the substrate 1 as the protective film 10 by using plasma CVD. As a result, the source electrode 7, the drain electrode 8, and the channel region 9 of the TFT 50 are covered with the protective film 10. Next, a resist pattern is formed on the protective film 10 using a known photolithography method. Then, the protective film 10 is etched using this resist pattern as a mask to form a contact hole 11 reaching the drain electrode 8. For example, the contact hole 11 is opened in the protective film 10 by a dry etching method using CF 4 gas. Thereafter, when the resist pattern is removed, the structure shown in FIG.

次に、このTFT50を画素スイッチング素子として用いる場合には、保護膜10の上に、画素電極12となる透明性導電膜を成膜する。画素電極12となる透明性導電膜には、例えばITOを用いることができる。例えば、スパッタリング法により、膜厚100nmのITOを基板1全面に成膜する。そして、成膜した透明性導電膜上に、公知の写真製版法によりレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、この透明性導電膜を所望の形状にパターニングする。その後、レジストパターンを除去する。これにより、図5(g)に示すように、コンタクトホール11を介してドレイン電極8に接続する画素電極12が形成される。以上の工程を経て、本実施の形態にかかる表示装置に用いられるTFTアレイ基板が完成する。   Next, when this TFT 50 is used as a pixel switching element, a transparent conductive film to be the pixel electrode 12 is formed on the protective film 10. For the transparent conductive film to be the pixel electrode 12, for example, ITO can be used. For example, an ITO film having a thickness of 100 nm is formed on the entire surface of the substrate 1 by sputtering. Then, a resist pattern is formed on the formed transparent conductive film by a known photolithography method. Then, etching is performed using the resist pattern as a mask, and the transparent conductive film is patterned into a desired shape. Thereafter, the resist pattern is removed. Thereby, as shown in FIG. 5G, the pixel electrode 12 connected to the drain electrode 8 through the contact hole 11 is formed. Through the above steps, the TFT array substrate used in the display device according to the present embodiment is completed.

以上のように、本実施の形態1では、ゲート絶縁膜3の半導体層4と接する側に、SiN酸化層からなる第2ゲート絶縁膜32を形成し、その上に直接形成した非晶質半導体膜41aにレーザ光を照射して結晶化して、微結晶半導体膜へと変換している。このような方法で結晶化を行うと、ゲート絶縁膜3との界面に非晶質と微結晶の混在層14が形成されることなく、第1半導体層41をゲート絶縁膜3との界面まで完全に結晶化しされた微結晶半導体膜とすることができる。そのため、TFT特性のI−V曲線は、図9の実線で示したような、マイナス側に移動しない曲線となる。従って、性能の高いTFT50を得ることができる。また、SiN膜及びSiN膜上に形成されたSiN酸化層からなるゲート絶縁膜3と第1半導体層41との界面における第1半導体層41の表面粗さを小さくして、界面状態を向上させることができる。従って、ゲート絶縁耐圧の低下を抑止でき、TFT50の信頼性を向上できる。よって、信頼性が高く、高性能なトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタ、表示装置、及びそれらの製造方法を提供できる。   As described above, in the first embodiment, the second gate insulating film 32 made of the SiN oxide layer is formed on the side of the gate insulating film 3 in contact with the semiconductor layer 4, and the amorphous semiconductor formed directly on the second gate insulating film 32 is formed. The film 41a is crystallized by being irradiated with laser light, and converted into a microcrystalline semiconductor film. When crystallization is performed by such a method, the first semiconductor layer 41 is brought to the interface with the gate insulating film 3 without forming the mixed layer 14 of amorphous and microcrystals at the interface with the gate insulating film 3. A completely crystallized microcrystalline semiconductor film can be obtained. Therefore, the IV curve of the TFT characteristics is a curve that does not move to the minus side as shown by the solid line in FIG. Therefore, a high performance TFT 50 can be obtained. Further, the surface roughness of the first semiconductor layer 41 at the interface between the gate insulating film 3 made of the SiN film and the SiN oxide layer formed on the SiN film and the first semiconductor layer 41 is reduced, and the interface state is improved. be able to. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the gate withstand voltage and improve the reliability of the TFT 50. Therefore, a thin film transistor, a display device, and a manufacturing method thereof having high reliability and high performance transistor characteristics can be provided.

なお、本実施の形態1では、TFTアレイ基板の画素領域に設けられた画素スイッチング素子用のTFT50を例にとって説明したが、このTFT50は走査信号駆動回路105や表示信号駆動回路106などの周辺回路領域に形成されていてもよい。本実施の形態のTFT50は、微結晶半導体膜上に非晶質半導体膜が積層された積層構造の微結晶半導体TFTであるため、素子駆動能力や信頼性が必要となる駆動回路を同一基板上に構成することができる。すなわち、画素スイッチング素子と周辺回路との両方に、本実施の形態1のTFT50を形成してもよい。これにより、ドライバICを外付けする必要がないので、狭額縁の表示装置を実現できる。   In the first embodiment, the pixel switching element TFT 50 provided in the pixel region of the TFT array substrate has been described as an example. However, the TFT 50 is a peripheral circuit such as the scanning signal driving circuit 105 or the display signal driving circuit 106. It may be formed in the region. Since the TFT 50 of this embodiment is a microcrystalline semiconductor TFT having a stacked structure in which an amorphous semiconductor film is stacked on a microcrystalline semiconductor film, a driving circuit that requires element driving capability and reliability is provided on the same substrate. Can be configured. That is, the TFT 50 of the first embodiment may be formed in both the pixel switching element and the peripheral circuit. This eliminates the need for externally attaching a driver IC, thereby realizing a display device with a narrow frame.

実施の形態2.
本実施の形態2に係るTFTの構成について、図6を用いて説明する。図6は、実施の形態2に係るTFT50の構成を示す断面図である。図6は、図3と同様、図2のIII−III断面に相当する断面を示している。本実施の形態2では、ゲート絶縁膜3の構成が実施の形態1と異なっているのみであり、それ以外の構成については実施の形態1と同様であるため説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
The structure of the TFT according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of the TFT 50 according to the second embodiment. FIG. 6 shows a cross section corresponding to the III-III cross section of FIG. In the second embodiment, only the configuration of the gate insulating film 3 is different from that of the first embodiment, and the other configuration is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

図6において、本実施の形態2では、ゲート絶縁膜3が、SiN膜からなる第1ゲート絶縁膜31の上に、膜厚20nm以下のSiO膜からなる第2ゲート絶縁膜33が積層された積層構造を有している。すなわち、第1ゲート絶縁膜31上には、実施の形態1ではSiN酸化層からなる第2ゲート絶縁膜32が設けられていたが、これに代えて本実施の形態2では膜厚20nm以下のSiO膜からなる第2ゲート絶縁膜33が設けられている。第2ゲート絶縁膜33の膜厚は、表面粗さをより小さくするため、10nm以下であることが好ましい。ここでは、膜厚約350nmの第1ゲート絶縁膜31の上に、膜厚約10nmの第2ゲート絶縁膜33が形成されている。 In FIG. 6, in the second embodiment, the second gate insulating film 33 made of a SiO 2 film having a thickness of 20 nm or less is laminated on the first gate insulating film 31 made of the SiN film. Have a laminated structure. That is, the second gate insulating film 32 made of the SiN oxide layer is provided on the first gate insulating film 31 in the first embodiment. Instead, the second gate insulating film 32 having a thickness of 20 nm or less is provided in the second embodiment. A second gate insulating film 33 made of a SiO 2 film is provided. The film thickness of the second gate insulating film 33 is preferably 10 nm or less in order to reduce the surface roughness. Here, a second gate insulating film 33 having a thickness of about 10 nm is formed on the first gate insulating film 31 having a thickness of about 350 nm.

このように、本実施の形態2のゲート絶縁膜3は、第1ゲート絶縁膜31であるSiN膜と、第1ゲート絶縁膜31上に設けられた第2ゲート絶縁膜33である膜厚20nm以下のSiO膜を含む構成となっている。実施の形態1では、レーザアニールの熱により溶融し凹凸部15を形成するSiO膜を含まない構成としたが、本実施の形態2のゲート絶縁膜3では、レーザアニールの熱により溶融するSiO膜が膜厚20nm以下と比較的薄く形成されることから、SiO膜の表面に形成される凹凸部15は薄いSiO膜の更に極表面のみに微細に形成されることとなる。SiO膜を膜厚20nm以下とすることによって、少なくとも電界集中によるゲート絶縁耐圧の低下やTFT特性の低下を引き起こさないレベルまで凹凸部15を微細化することができる。以上の様に、ゲート絶縁膜3を、膜厚20nm以下のSiO膜からなる第2ゲート絶縁膜33を第1ゲート絶縁膜31の上に設けた構成としたことで、実施の形態1と同様、半導体層4との界面に、図7で示した非晶質と微結晶の混在層14や、図8で示した様な大きな凹凸部15が形成されるのを防止し、信頼性が高く、高性能なトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。すなわち、第2ゲート絶縁膜33は、実施の形態1の第2ゲート絶縁膜32と同様、ゲート絶縁膜3と半導体層4との界面に、混在層14や大きな凹凸部15が形成されるのを抑止する抑止膜として機能する。 As described above, the gate insulating film 3 of the second embodiment includes the SiN film as the first gate insulating film 31 and the film thickness of 20 nm as the second gate insulating film 33 provided on the first gate insulating film 31. The structure includes the following SiO 2 film. In the first embodiment, the SiO 2 film that is melted by the heat of laser annealing to form the uneven portion 15 is not included. However, in the gate insulating film 3 of the second embodiment, the SiO 2 film that is melted by the heat of laser annealing is used. since 2 film is relatively thin and the film thickness 20nm or less, uneven portions 15 formed on the surface of the SiO 2 film becomes to be finely formed only on the further electrode surface of the thin SiO 2 film. By setting the thickness of the SiO 2 film to 20 nm or less, it is possible to miniaturize the concavo-convex portion 15 to a level that does not cause a decrease in gate dielectric breakdown voltage and TFT characteristics due to electric field concentration. As described above, the gate insulating film 3 has a configuration in which the second gate insulating film 33 made of a SiO 2 film having a thickness of 20 nm or less is provided on the first gate insulating film 31, and thus the first embodiment and the first embodiment. Similarly, it is possible to prevent the formation of the mixed layer 14 of amorphous and microcrystal shown in FIG. 7 and the large uneven portion 15 as shown in FIG. 8 at the interface with the semiconductor layer 4. A thin film transistor having high and high performance transistor characteristics can be obtained. That is, in the second gate insulating film 33, the mixed layer 14 and the large uneven portion 15 are formed at the interface between the gate insulating film 3 and the semiconductor layer 4 as in the second gate insulating film 32 of the first embodiment. Functions as a deterrent film.

このような構成のTFT50の製造方法は、ゲート絶縁膜3の形成工程が実施の形態1と異なるのみであり、それ以外の工程については実施の形態1と同様であるため説明を省略する。ゲート絶縁膜3の形成工程では、第1ゲート絶縁膜31であるSiN膜を形成し、続いてこのSiN膜上に膜厚20nm以下のSiO膜を第2ゲート絶縁膜33として形成する。このようにして、SiN膜とSiO膜とを含むゲート絶縁膜3を形成する。ここでは、SiH、NH、Nガスの混合ガスを用いたプラズマCVD法などにより、第1ゲート絶縁膜31としてSiN膜を約350nmの厚さで基板1全面に成膜する。その後、SiH、NO、Arガスの混合ガスを用いたプラズマCVD法などにより、第2ゲート絶縁膜31としてSiO膜を約10nmの厚さで基板1全面に成膜する。これにより、SiN膜からなる第1ゲート絶縁膜31の上に、膜厚20nm以下のSiO膜からなる第2ゲート絶縁膜33が積層された積層膜がゲート絶縁膜3として形成される。 The manufacturing method of the TFT 50 having such a configuration is different from the first embodiment only in the step of forming the gate insulating film 3, and the other steps are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. In the step of forming the gate insulating film 3, a SiN film that is the first gate insulating film 31 is formed, and then a SiO 2 film having a thickness of 20 nm or less is formed as a second gate insulating film 33 on the SiN film. In this way, the gate insulating film 3 including the SiN film and the SiO 2 film is formed. Here, a SiN film is formed as a first gate insulating film 31 with a thickness of about 350 nm on the entire surface of the substrate 1 by a plasma CVD method using a mixed gas of SiH 4 , NH 3 , and N 2 gas. Thereafter, a SiO 2 film having a thickness of about 10 nm is formed on the entire surface of the substrate 1 as a second gate insulating film 31 by plasma CVD using a mixed gas of SiH 4 , N 2 O, and Ar gas. Thus, a laminated film in which the second gate insulating film 33 made of a SiO 2 film having a thickness of 20 nm or less is laminated on the first gate insulating film 31 made of the SiN film is formed as the gate insulating film 3.

その後、ゲート絶縁膜3の上に、実施の形態1と同様にして、第1半導体層41を形成する。このとき、本実施の形態2では、レーザ光の照射される非晶質半導体膜41aが、膜厚20nm以下のSiO膜からなる第2ゲート絶縁膜33の上に形成されているため、実施の形態1と同様、ゲート絶縁膜3との界面に非晶質と微結晶の混在層14が形成されることを防止できる。したがって、ゲート絶縁膜3との界面まで非晶質半導体膜41aを結晶化することができ、混在層14が形成されることを防止できる。また、実施の形態1と同様、ゲート絶縁膜3と第1半導体層41との界面に、大きな凹凸部15が形成されることを防止できる。すなわち、ゲート絶縁膜3と第1半導体層41との界面の表面粗さを図8に示した従来の微結晶TFTよりも低減でき、界面状態を向上させることができる。このように、第2ゲート絶縁膜33は、ゲート絶縁膜3と半導体層4との界面に、図7で示した非晶質と微結晶の混在層14や、図8で示した凹凸部15が形成されるのを抑止する抑止膜として機能する。以降の工程については、実施の形態1と同様である。 Thereafter, the first semiconductor layer 41 is formed on the gate insulating film 3 in the same manner as in the first embodiment. At this time, in the second embodiment, the amorphous semiconductor film 41a irradiated with the laser light is formed on the second gate insulating film 33 made of a SiO 2 film having a thickness of 20 nm or less. As in Embodiment 1, it is possible to prevent the mixed layer 14 of amorphous and microcrystals from being formed at the interface with the gate insulating film 3. Therefore, the amorphous semiconductor film 41a can be crystallized up to the interface with the gate insulating film 3, and the mixed layer 14 can be prevented from being formed. Further, similarly to the first embodiment, it is possible to prevent the large uneven portion 15 from being formed at the interface between the gate insulating film 3 and the first semiconductor layer 41. That is, the surface roughness of the interface between the gate insulating film 3 and the first semiconductor layer 41 can be reduced as compared with the conventional microcrystalline TFT shown in FIG. 8, and the interface state can be improved. As described above, the second gate insulating film 33 is formed on the interface between the gate insulating film 3 and the semiconductor layer 4 at the mixed layer 14 of amorphous and microcrystal shown in FIG. 7 or the uneven portion 15 shown in FIG. It functions as a deterrent film that deters formation. The subsequent steps are the same as those in the first embodiment.

以上のように、本実施の形態2では、ゲート絶縁膜3の半導体層4と接する側に、膜厚20nm以下のSiO膜からなる第2ゲート絶縁膜33を形成し、その上に直接形成した非晶質半導体膜41aにレーザ光を照射して結晶化して、微結晶半導体膜へと変換している。このような方法で結晶化を行うと、ゲート絶縁膜3との界面に非晶質と微結晶の混在層14が形成されることなく、第1半導体層41をゲート絶縁膜3との界面まで完全に結晶化された微結晶半導体膜とすることができる。そのため、TFT特性のI−V曲線は、実施の形態1と同様、図9の実線で示したような、マイナス側に移動しない曲線となる。従って、性能の高いTFT50を得ることができる。また、SiN膜及びSiN膜上に形成された膜厚20nm以下のSiO膜からなるゲート絶縁膜3と第1半導体層41との界面における第1半導体層41の表面粗さを十分に小さくして、界面状態を向上させることができる。従って、ゲート絶縁耐圧の低下を抑止でき、TFT50の信頼性を向上できる。よって、信頼性が高く、高性能なトランジスタ特性を有する薄膜トランジスタ、表示装置、及びそれらの製造方法を提供できる。 As described above, in the second embodiment, the second gate insulating film 33 made of a SiO 2 film having a thickness of 20 nm or less is formed on the side of the gate insulating film 3 in contact with the semiconductor layer 4 and directly formed thereon. The amorphous semiconductor film 41a is crystallized by irradiating it with a laser beam and converted into a microcrystalline semiconductor film. When crystallization is performed by such a method, the first semiconductor layer 41 is brought to the interface with the gate insulating film 3 without forming the mixed layer 14 of amorphous and microcrystals at the interface with the gate insulating film 3. A completely crystallized microcrystalline semiconductor film can be obtained. For this reason, the IV curve of the TFT characteristics is a curve that does not move to the minus side, as shown by the solid line in FIG. 9, as in the first embodiment. Therefore, a high performance TFT 50 can be obtained. In addition, the surface roughness of the first semiconductor layer 41 at the interface between the gate insulating film 3 formed on the SiN film and the SiO 2 film having a thickness of 20 nm or less formed on the SiN film and the first semiconductor layer 41 is sufficiently reduced. Thus, the interface state can be improved. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in the gate withstand voltage and improve the reliability of the TFT 50. Therefore, a thin film transistor, a display device, and a manufacturing method thereof having high reliability and high performance transistor characteristics can be provided.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、本発明にかかるTFT50を液晶表示装置に適用した例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、有機ELや電子ペーパーなどの、液晶以外の表示材料を用いた表示装置であってもよい。さらに、本発明にかかるTFT50は、表示装置に限らず、半導体装置など他のデバイスにおいても好適に適用することができる。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, an example in which the TFT 50 according to the present invention is applied to a liquid crystal display device has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a display device using a display material other than liquid crystal, such as organic EL or electronic paper, may be used. Furthermore, the TFT 50 according to the present invention can be suitably applied not only to a display device but also to other devices such as a semiconductor device.

1 基板、2 ゲート電極、3 ゲート絶縁膜、
4 半導体層、6 オーミックコンタクト膜、
7 ソース電極、8 ドレイン電極、
9 チャネル領域、10 保護膜、
11 コンタクトホール、12 画素電極、
14 混在層、15 凹凸部、
31 第1ゲート絶縁膜、
32、33、34 第2ゲート絶縁膜、
41 第1半導体層、41a 非晶質半導体膜
42 第2半導体層、50 TFT、
101 表示領域、102 額縁領域、
103 ゲート配線、103a 保持容量配線、
104 ソース配線、105 走査信号駆動回路、
106 表示信号駆動回路、107画素、
108、109 外部配線
1 substrate, 2 gate electrode, 3 gate insulating film,
4 semiconductor layer, 6 ohmic contact film,
7 source electrode, 8 drain electrode,
9 channel region, 10 protective film,
11 contact holes, 12 pixel electrodes,
14 mixed layers, 15 uneven parts,
31 1st gate insulating film,
32, 33, 34 second gate insulating film,
41 first semiconductor layer, 41a amorphous semiconductor film 42 second semiconductor layer, 50 TFT,
101 display area, 102 frame area,
103 gate wiring, 103a storage capacitor wiring,
104 source wiring, 105 scanning signal drive circuit,
106 display signal drive circuit, 107 pixels,
108, 109 External wiring

Claims (10)

基板上に形成されたゲート電極と、
SiN膜及び前記SiN膜上に形成されたSiN酸化層を含み、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極の対面に配置され、少なくとも前記SiN酸化層と接する界面部に微結晶半導体膜が形成された半導体層と、
前記半導体層上に、オーミックコンタクト膜を介して形成された、ソース電極及びドレイン電極と、を備える薄膜トランジスタ。
A gate electrode formed on the substrate;
A gate insulating film including a SiN film and a SiN oxide layer formed on the SiN film and covering the gate electrode;
A semiconductor layer disposed on the opposite side of the gate electrode through the gate insulating film and having a microcrystalline semiconductor film formed at least in an interface portion in contact with the SiN oxide layer;
A thin film transistor comprising a source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor layer via an ohmic contact film.
基板上に形成されたゲート電極と、
SiN膜及び前記SiN膜上に形成された膜厚20nm以下のSiO膜を含み、前記ゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極の対面に配置され、少なくとも前記SiN膜と接する界面部に微結晶半導体膜が形成された半導体層と、
前記半導体層上に、オーミックコンタクト膜を介して形成された、ソース電極及びドレイン電極と、を備える薄膜トランジスタ。
A gate electrode formed on the substrate;
A gate insulating film including a SiN film and a SiO 2 film having a thickness of 20 nm or less formed on the SiN film, and covering the gate electrode;
A semiconductor layer disposed on the opposite side of the gate electrode through the gate insulating film and having a microcrystalline semiconductor film formed at least in an interface portion in contact with the SiN film;
A thin film transistor comprising a source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor layer via an ohmic contact film.
前記SiO膜の膜厚が、10nm以下である請求項2に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 2, wherein the thickness of the SiO 2 film is 10 nm or less. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを用いた表示装置。   A display device using the thin film transistor according to claim 1. 前記薄膜トランジスタが、画素スイッチング素子と周辺回路とに形成されている請求項4に記載の表示装置。   The display device according to claim 4, wherein the thin film transistor is formed in a pixel switching element and a peripheral circuit. 基板上に形成されたゲート電極を覆うゲート絶縁膜上に、少なくとも前記ゲート絶縁膜と接する界面部に微結晶半導体膜を有する半導体層が設けられた薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート電極上にSiN膜を形成し、前記SiN膜の表面にSiN酸化層を形成して、前記SiN膜と前記SiN酸化層とを含む前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記SiN酸化層の表面上に直接、非晶質半導体膜を成膜し、前記非晶質半導体膜をレーザアニールで結晶化することによって、前記微結晶半導体膜を形成する工程と、を備える薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a thin film transistor, wherein a semiconductor layer having a microcrystalline semiconductor film is provided at least on an interface portion in contact with the gate insulating film on a gate insulating film covering a gate electrode formed on a substrate,
Forming a SiN film on the gate electrode, forming a SiN oxide layer on the surface of the SiN film, and forming the gate insulating film including the SiN film and the SiN oxide layer;
Forming a microcrystalline semiconductor film by directly forming an amorphous semiconductor film on the surface of the SiN oxide layer and crystallizing the amorphous semiconductor film by laser annealing. Manufacturing method.
前記ゲート絶縁膜を形成する工程では、前記SiN膜表面に少なくともO又はNOを用いたプラズマ処理を行うことにより、前記SiN酸化層を形成する請求項6に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 6, wherein in the step of forming the gate insulating film, the SiN oxide layer is formed by performing plasma treatment using at least O 2 or N 2 O on the surface of the SiN film. 基板上に形成されたゲート電極を覆うゲート絶縁膜上に、少なくとも前記ゲート絶縁膜と接する界面部に微結晶半導体膜を有する半導体層が設けられた薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記ゲート電極上にSiN膜を形成し、前記SiN膜上に膜厚20nm以下のSiO膜を形成して、前記SiN膜と前記SiO膜とを含む前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記SiO膜の表面上に直接、非晶質半導体膜を成膜し、前記非晶質半導体膜をレーザアニールで結晶化することによって、前記微結晶半導体膜を形成する工程と、を備える薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a thin film transistor, wherein a semiconductor layer having a microcrystalline semiconductor film is provided at least on an interface portion in contact with the gate insulating film on a gate insulating film covering a gate electrode formed on a substrate,
Forming a SiN film on the gate electrode, forming a SiO 2 film having a thickness of 20 nm or less on the SiN film, and forming the gate insulating film including the SiN film and the SiO 2 film;
Forming a microcrystalline semiconductor film by directly forming an amorphous semiconductor film on the surface of the SiO 2 film and crystallizing the amorphous semiconductor film by laser annealing. Manufacturing method.
前記ゲート絶縁膜を形成する工程では、前記SiN膜上に膜厚10nm以下の前記SiO膜を形成する請求項8に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 9. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 8, wherein in the step of forming the gate insulating film, the SiO 2 film having a thickness of 10 nm or less is formed on the SiN film. 請求項6乃至9のいずれか1項に記載の製造方法を用いて画素スイッチング素子と周辺回路とに薄膜トランジスタを形成する表示装置の製造方法。   A method for manufacturing a display device, wherein a thin film transistor is formed in a pixel switching element and a peripheral circuit using the manufacturing method according to claim 6.
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