JP2010283060A - Display apparatus and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表示装置及びその製造技術に関し、特に、薄膜トランジスタを有する表示装置及びその製造技術に関する。 The present invention relates to a display device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a display device having a thin film transistor and a manufacturing technique thereof.
薄膜トランジスタは、スイッチング素子として多くの機器に適用されている。例えば、マトリクス状に並んだ各画素を駆動する液晶表示装置や有機EL(Electro Luminescence)表示装置などに組み込まれている。近年、このような表示装置は低消費電力、高コントラスト比、低コストの実現のため、薄膜トランジスタの高性能化や微細化、製造プロセスの簡略化などの開発が求められている。 Thin film transistors are applied to many devices as switching elements. For example, it is incorporated in a liquid crystal display device or an organic EL (Electro Luminescence) display device that drives pixels arranged in a matrix. In recent years, in order to realize such low power consumption, high contrast ratio, and low cost, such display devices are required to be developed such as high performance and miniaturization of a thin film transistor and simplification of a manufacturing process.
薄膜トランジスタはチャネルが形成される半導体膜を有し、この半導体膜には、工程の簡便さ、大面積対応の容易さの観点から、非晶質Si膜が主に用いられている。しかし、非晶質Si膜を適用した薄膜トランジスタは、キャリアの移動度が低く、特性安定性に劣るため、液晶表示装置の周辺回路や、比較的大きい電流量が必要な有機EL表示駆動に対しては適用が難しくなっている。 A thin film transistor has a semiconductor film in which a channel is formed, and an amorphous Si film is mainly used as the semiconductor film from the viewpoint of easy process and easy handling of a large area. However, a thin film transistor using an amorphous Si film has low carrier mobility and poor characteristic stability, so that it is suitable for peripheral circuits of liquid crystal display devices and organic EL display driving that requires a relatively large amount of current. Has become difficult to apply.
一方では、レーザアニール法を適用して形成した低温ポリSi膜を適用した薄膜トランジスタが、周辺回路内蔵の中小型液晶表示装置や有機EL表示装置の駆動に適用されている。しかし、レーザアニール法を適用した低温ポリSi膜では、均一性の確保などの観点から大型基板上への形成が困難である。また、低温ポリSi膜を適用した薄膜トランジスタの形成プロセスは、非晶質Si薄膜トランジスタのプロセスと比較し、工程数が多くなりコスト低減も困難となっている。 On the other hand, a thin film transistor to which a low-temperature poly-Si film formed by applying a laser annealing method is applied for driving a small and medium-sized liquid crystal display device or an organic EL display device with a built-in peripheral circuit. However, it is difficult to form a low-temperature poly-Si film to which laser annealing is applied on a large substrate from the viewpoint of ensuring uniformity. In addition, the thin film transistor forming process to which the low-temperature poly-Si film is applied has a larger number of steps and the cost reduction is difficult as compared with the amorphous Si thin film transistor process.
ところで、液晶表示装置のゲート駆動のシフトレジスタなど一部の周辺回路に適用する薄膜トランジスタや有機EL駆動に適用する薄膜トランジスタの移動度は、低温ポリSi並に高い必要は無い。そこで、最近では、大面積に形成可能な微結晶Si膜を適用した薄膜トランジスタをこれらの駆動に適用する検討が進められている。微結晶Si薄膜トランジスタの移動度は、a−Si薄膜トランジスタより高く、特性安定性も優れている。このため、この薄膜トランジスタを液晶表示装置や有機EL表示装置に適用することにより、大画面の表示装置を低コストで提供することが可能になる。 By the way, the mobility of a thin film transistor applied to some peripheral circuits such as a gate drive shift register of a liquid crystal display device or a thin film transistor applied to an organic EL drive does not need to be as high as that of low-temperature poly-Si. Therefore, recently, studies are being made to apply a thin film transistor using a microcrystalline Si film that can be formed in a large area to these drives. The mobility of the microcrystalline Si thin film transistor is higher than that of the a-Si thin film transistor, and the characteristic stability is also excellent. For this reason, by applying this thin film transistor to a liquid crystal display device or an organic EL display device, a large-screen display device can be provided at low cost.
微結晶Siを適用した薄膜トランジスタでは、生産性の向上の観点から、微結晶Siと非晶質Siを積層した半導体膜を適用した構造が提案されている。これらの技術に関連する先行技術文献としては、以下のものがある。 In a thin film transistor using microcrystalline Si, a structure in which a semiconductor film in which microcrystalline Si and amorphous Si are stacked is applied from the viewpoint of improving productivity. Prior art documents related to these technologies include the following.
特許文献1には、膜厚が10nm以上の微結晶Si膜と非晶質Si膜を積層した半導体膜を適用した薄膜トランジスタが開示されている。微結晶Si膜は非晶質Si膜と比較し成膜速度が遅いため、ゲート絶縁膜上のチャネル領域近傍にのみ成膜し、その後、非晶質Si積層する構成を提案している。これらの薄膜トランジスタでは、ドレイン電圧が比較的高い領域では、非晶質Si薄膜トランジスタと比較して高いTFT移動度を示す。
しかし、ドレイン電圧(Vd)が0.1Vと低い領域では、移動度特性が劣化してしまう。この薄膜トランジスタを液晶の画素書き込みや電圧書込みの薄膜トランジスタに適用した場合、所定の電圧まで書き込むことができなくなるという不具合を生じる。 However, in the region where the drain voltage (Vd) is as low as 0.1 V, the mobility characteristic is degraded. When this thin film transistor is applied to a liquid crystal pixel writing or voltage writing thin film transistor, there arises a problem that it becomes impossible to write up to a predetermined voltage.
一方、特許文献2では、微結晶Siに直接、コンタクト膜を接触し、その上に非晶質Siを積層する構成が開示されている。この場合、直接、微結晶Siにキャリアを注入できるため、低ドレイン電圧領域のTFT移動度も確保できる。しかし、特許文献2の図2に開示されている構成では、コンタクト膜のn+非晶質Siをエッチングする際、微結晶Si膜との選択比が小さいため、均一な特性を得るのが困難になる。また、微結晶Si上に形成した非晶質Siを加工する必要があり、工程が増加する。
On the other hand,
また、特許文献2の第3図に開示されている構成では、ゲート絶縁膜を成膜し、ソース電極及びドレイン電極を成膜加工したあと微結晶Si膜を成膜するため、工程数が増加する。また、ゲート絶縁膜と微結晶Si膜の形成の間にソース電極及びドレイン電極の成膜加工工程が入るため、ゲート絶縁膜と微結晶Siの間の界面が汚染されやすく、特性の均一性、特性の安定性に問題が生じる。
Further, in the configuration disclosed in FIG. 3 of
そこで、本発明の目的は、簡略な工程で、特性の優れた微結晶Si薄膜トランジスタを提供するとともに、表示特性の優れた表示装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a microcrystalline Si thin film transistor with excellent characteristics and a display device with excellent display characteristics by a simple process.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。 Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
(1)ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、半導体膜と、ソース電極及びドレイン電極として機能する一対の電極とを具備し、少なくとも前記ソース電極及びドレイン電極の一部が前記半導体膜を挟んで前記ゲート絶縁膜の反対側に位置する薄膜トランジスタを有する表示装置であって、
前記半導体膜は、1−8nmの厚さの微結晶Si膜と、前記微結晶Si膜の前記ゲート絶縁膜側とは反対側に位置する非晶質Si膜とを含む積層からなることを特徴とする。
(1) A gate electrode, a gate insulating film, a semiconductor film, and a pair of electrodes functioning as a source electrode and a drain electrode, and at least part of the source electrode and the drain electrode sandwich the semiconductor film A display device having a thin film transistor located on the opposite side of the gate insulating film,
The semiconductor film is composed of a stack including a microcrystalline Si film having a thickness of 1 to 8 nm and an amorphous Si film located on the opposite side of the microcrystalline Si film from the gate insulating film side. And
(2)ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、半導体膜と、ソース電極及びドレイン電極として機能する一対の電極とを具備し、少なくとも前記ソース電極及びドレイン電極の一部が前記半導体膜を挟んで前記ゲート絶縁膜の反対側に位置する薄膜トランジスタを有する表示装置の製造方法であって、
1−8nmの厚さの微結晶Si膜と、前記微結晶Si膜の前記ゲート絶縁膜側とは反対側に位置する非晶質Si膜とを含む積層からなる前記半導体膜を形成する工程を有し、
前記微結晶Si膜と前記非晶質Si膜は、真空一環プロセスで連続して成膜されることを特徴とする。
(2) A gate electrode, a gate insulating film, a semiconductor film, and a pair of electrodes functioning as a source electrode and a drain electrode are provided, and at least a part of the source electrode and the drain electrode sandwich the semiconductor film therebetween. A method of manufacturing a display device having a thin film transistor positioned on the opposite side of a gate insulating film,
Forming the semiconductor film comprising a stack including a microcrystalline Si film having a thickness of 1 to 8 nm and an amorphous Si film located on the opposite side of the microcrystalline Si film from the gate insulating film side. Have
The microcrystalline Si film and the amorphous Si film are continuously formed by a vacuum part process.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになる。 The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
本発明により、微結晶Si膜を1−8nmの厚さに形成することにより、微結晶Siと非晶質Siとの界面に生じるバンドオフセットをチャネル領域に押し込むことができ、0.1Vと低いドレイン電圧でもキャリアの走行性が良好になる。 By forming a microcrystalline Si film with a thickness of 1-8 nm according to the present invention, a band offset generated at the interface between microcrystalline Si and amorphous Si can be pushed into the channel region, which is as low as 0.1 V. Even when the drain voltage is used, the carrier travelability is improved.
また、ゲート絶縁膜に接して微結晶Si膜8を形成することにより、よりしきい値シフトの少ない安定した薄膜トランジスタを形成することが可能になる。
Further, by forming the
また、膜厚が1−8nmの微結晶Si膜における表面の酸化などの汚染をさけるため、微結晶Si膜と非晶質Si膜とを連続成膜することにより、特性均一性のすぐれた薄膜トランジスタを形成することが可能である。また、製造工程を簡略化でき、低コストで薄膜トランジスタを作製することができる。 Further, in order to avoid contamination such as surface oxidation in a microcrystalline Si film having a thickness of 1-8 nm, a thin film transistor having excellent characteristic uniformity by continuously forming a microcrystalline Si film and an amorphous Si film. Can be formed. Further, the manufacturing process can be simplified and a thin film transistor can be manufactured at low cost.
本発明の薄膜トランジスタを液晶表示装置や有機EL表示装置等の表示装置に適用することで高画質の表示装置を提供することが可能となる。 By applying the thin film transistor of the present invention to a display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device, a high-quality display device can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
〔実施例1〕
本実施例の逆スタガ型薄膜トランジスタの構成と製造方法について、図3及び図4を用いて説明する。図3は、本発明の実施例1である逆スタガ型薄膜トランジスタの概略構成(主要構成部位)を示す断面図、図4は本発明の実施例1である逆スタガ型薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。本実施例1では、逆スタガ型薄膜トランジスタに本発明を適用した例について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[Example 1]
The structure and manufacturing method of the inverted staggered thin film transistor of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration (main components) of an inverted staggered thin film transistor that is
図3に示すように、本実施例1の薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)Q1は、逆スタガ型であり、基板として例えば透明性の絶縁性基板1上に形成されている。薄膜トランジスタQ1は、主に、絶縁性基板1上に形成されたゲート電極2と、ゲート電極2を覆うようにして絶縁性基板1上に形成されたゲート絶縁膜3と、ゲート電極2を跨ぐようにしてゲート絶縁膜3上に形成された半導体膜4と、少なくとも各々の一部が半導体膜4と平面的に重なるようにして半導体膜4上に形成され、ソース電極6及びドレイン電極7として機能する一対の電極と、ソース電極6及びドレイン電極7の各々と半導体膜4との間に形成され、オーミック接触膜として働くコンタクト膜5とを有する構成になっている。即ち、薄膜トランジスタQ1は、絶縁性基板1上に、主に、ゲート電極2と、ゲート絶縁膜3と、半導体膜4と、コンタクト膜5と、ソース電極6及びドレイン電極7とが順次積層された構成になっている。
As shown in FIG. 3, the thin film transistor (TFT) Q1 of the first embodiment is an inverted stagger type, and is formed on a transparent
半導体膜4は、少なくとも微結晶Si膜8と、微結晶Si膜8のゲート絶縁膜3側とは反対側に位置する非晶質Si膜9とを含む積層膜で形成されている。微結晶Si膜8の厚さは1−8nm、さらに好ましくは3−8nmであり、微結晶Si膜8はゲート絶縁膜3及び非晶質Si膜9に接して配置されている。非晶質Si膜9の厚さは30−300nmである。
The
ソース電極6及びドレイン電極7は、絶縁性基板1上に形成された保護性絶縁膜10で覆われている。ソース電極6は、保護性絶縁膜10に形成されたコンタクトホール11を通して、保護性絶縁膜10上に形成された画素電極12と電気的に接続されている。
The
次に、上記構成の薄膜トランジスタQ1の製造について図4を用いて説明する。
まず、絶縁性基板1上に金属膜をスパッタリング法などにより成膜する。その後、ホトリソグラフィを適用して前記金属膜をパターンニングすることにより、絶縁性基板1上にゲート電極2を形成する。
Next, the manufacture of the thin film transistor Q1 having the above configuration will be described with reference to FIG.
First, a metal film is formed on the insulating
次に、PECVDなどの成膜手法を用いてゲート絶縁膜3、半導体膜4、コンタクト膜5を連続成膜する。ゲート絶縁膜3としては、SiN(窒化シリコン)膜、SiO2(酸化シリコン)膜などが挙げられる。SiN膜の成膜には、PECVD法などを適用し、原料ガスとしてSiH4、NH3、N2などを用いる。SiO2膜の成膜には、SiH4、N2O、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)などを原料ガスとして用いる。また、これらの膜を積層することも可能である。TFTのしきい値安定を考慮すると、SiO2膜単層あるいはSiO2膜を上層としたSiN膜との積層が好ましい。
Next, the
半導体膜4としては、微結晶Si膜8と非晶質Si膜9との積層を適用する。微結晶Si膜8を、PECVD法で成膜する際には、原料ガスとしては、SiH4とH2混合、SiF4とH2の混合、SiH4とSiF4とH2の混合などが適用できる。これらのガスにさらにArやHeなどの希ガスを添加しても良い。特に、SiF4を用いると膜中にFを導入できる。微結晶Si膜8の厚さは1−8nm、さらに好ましくは3−8nmであり、微結晶Si膜8は非晶質Si膜9よりもゲート絶縁膜3側、更にはゲート絶縁膜3に接して配置する。
As the
また、非晶質Si膜9を、PECVD法で成膜する際も、原料ガスとしては、SiH4とH2混合、SiF4とH2の混合、SiH4とSiF4とH2の混合などが適用できる。これらのガスにさらにArやHeなどの希ガスを添加しても良い。この場合、SiH4、SiF4、H2や希ガスの流量を制御することにより非晶質Si膜9を成膜することが可能になる。
Further, when the
微結晶Si膜8と非晶質Si膜9との界面の汚染を避けるためには、これらの積層膜を真空一環プロセスで形成するのが好ましい。特に、PECVD法で形成する際には、原料ガスの流量などを制御することで連続成膜が可能になるため生産性が向上できる。即ち、微結晶Si膜8は、ゲート絶縁膜3及び非晶質Si膜9と接するように形成することが好ましい。
In order to avoid contamination at the interface between the
さらに、この上に、コンタクト膜5としてPをドープした微結晶Si膜や非晶質Si膜を、SiH4やSiF4をなどの原料ガスと、PH3を添加したH2や希ガスを用いたPECVD法などで形成する。
Furthermore, a P-doped microcrystalline Si film or an amorphous Si film is used as the
次に、ホトリソグラフィ工程を適用して半導体膜4とコンタクト膜5を島状に加工する。(図4(a)参照)
Next, the
次に、スパッタなどにより、ソース電極及びドレイン電極として機能する一対の電極(ソース電極6,ドレイン電極7)の構成部位となる金属膜を成膜する。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用し、図4(b)に示すように、前記金属膜をパターンニングしてソース電極6及びドレイン電極7を形成する。この後、エッチングなどにより、ソース電極6及びドレイン電極7から露出するコンタクト膜5を選択的に除去する。この際、コンタクト膜5と非晶質Si膜9のエッチング選択比が殆ど無いため、非晶質Si膜9を30nm以上の厚さに設定する必要がある。
Next, a metal film serving as a constituent portion of a pair of electrodes (
Thereafter, a photolithography process is applied, and the metal film is patterned to form the
次に、ソース電極6及びドレイン電極7を覆うようにして絶縁性基板1上に保護性絶縁膜10をPECVDなどで成膜する。保護性絶縁膜10としては、SiNやSiO2などを適用することができる。これらの膜は前述のようにPECVD法などにより形成する。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用し、ソース電極6と外部の装置との電気的接触を可能にするコンタクトホール11等を形成する。さらに、金属膜あるいは酸化物導電膜等からなる電極膜を成膜した後、ホトリソグラフィ工程を適用し、前記電極膜をパターンニングして画素電極12を形成する。画素電極12は、コンタクトホール11を通してソース電極6と電気的に接続される。ここまでの工程を図4(c)に示す。
Next, a protective insulating
Thereafter, a photolithography process is applied to form a
本実施例により、特性が良好で安定性に優れた薄膜トランジスタQ1を形成できる。また、本実施例で形成した逆スタガ型の薄膜トランジスタQ1では、基盤側から半導体膜4に入射する光をゲート電極2で遮光できるため、光リーク電流も低減できる。
According to this embodiment, the thin film transistor Q1 having good characteristics and excellent stability can be formed. Further, in the inverted staggered thin film transistor Q1 formed in this embodiment, light incident on the
ここで、本発明について詳細に説明する。
上記の特許文献1(特開2004−304140号公報)に開示されている逆スタガ型薄膜トランジスタでは、図1(従来の逆スタガ型薄膜トランジスタの概略構成を示す断面図)に示すように、ゲート絶縁膜界面のチャネル領域24とドレイン電極7との間のキャリア走行経路に、微結晶Si膜8と非晶質Si膜9との界面が存在する。非晶質Si膜9と比較し微結晶Si膜8とのバンドギャップが小さいため、この部分(図1のA−A’部)のバンドダイヤグラムは図2のようになる。この図2から、微結晶Si膜8と非晶質Si膜9との界面にバンドオフセットが生じており、電子キャリアの走行が阻害されることがわかる。特に、ドレイン電圧が小さい場合、バンドダイヤグラム全体の勾配が小さくなるため、このオフセット部の影響が大きくなり、TFTの移動度が低下する。
Now, the present invention will be described in detail.
In the inverted staggered thin film transistor disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-304140), as shown in FIG. 1 (a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional inverted staggered thin film transistor), a gate insulating film An interface between the
そこで、本発明では、微結晶Si膜8の膜厚を薄くすることにより、微結晶Si膜8と非晶質Si膜9との界面をチャネル領域24に形成することによって、低ドレイン電圧領域でのTFT移動度を向上する構成を考案した。
Therefore, in the present invention, by reducing the film thickness of the
図3の薄膜トランジスタQ1における微結晶Si膜8の膜厚と薄膜トランジスタQ1の特性との関係について検討した。図5に図3の薄膜トランジスタQ1における微結晶Si膜8の膜厚とTFT移動度との関係について示す。この図5から、Vd=10VでのTFT移動度は0.8cm2/Vs以上と高い値を示していることがわかる。一方、Vd=0.1VでのTFT移動度は、微結晶Si膜8の膜厚が5nmで極大を示し、30nmで極小を示すことがわかる。ゲート駆動のシフトレジタや画素液晶駆動には、TFT移動度が0.5cm2/Vs以上あることが望まれる。したがって、微結晶Si膜8の膜厚を8nm以下に設定する必要がある。
The relationship between the thickness of the
図6に図3の薄膜トランジスタQ1における微結晶Si膜8の膜厚とストレス電圧引加後のしきい値シフトとの関係を示す。この図6から、微結晶Si膜8の膜厚が0nmの場合、約7Vの大きなしきい値シフトを示すが、微結晶Si膜8の膜厚を1nmとすることでこの値を2Vまで改善することがわかる。この薄膜トランジスタQ1はゲート駆動回路や画素駆動などに適用することが可能になる。さらに、微結晶Si膜8の膜厚を3nm以上にすると、しきい値シフトは0.5V以下になる。この薄膜トランジスタQ1は、有機EL駆動に適用することも可能になる。
FIG. 6 shows the relationship between the thickness of the
以上の結果をまとめると、微結晶Si膜8の膜厚は1−8nm、さらに好ましくは3−8nmに設定することにより、低ドレイン電圧でのTFT移動度特性が良好で、安定性に優れた薄膜トランジスタが作製できることがわかった。
To summarize the above results, the film thickness of the
図3の薄膜トランジスタのA1−A1’部におけるバンドダイヤグラムを図7に示す。本発明の薄膜トランジスタQ1では、この図7に示すように、微結晶Si膜8と非晶質Si膜9の界面がチャネル内に形成されているため、バンドオフセット部の電子キャリアに対する障壁が小さくなっている。このため、本発明の構成では、低ドレイン電圧領域の移動度を向上することができる。
FIG. 7 shows a band diagram in the A1-A1 ′ portion of the thin film transistor of FIG. In the thin film transistor Q1 of the present invention, as shown in FIG. 7, since the interface between the
以上の説明は、図3に示した逆スタガ型薄膜トランジスタQ1について述べたものであるが、図8に示す正スタガ型薄膜トランジスタQ2においても、適用することが可能である。この構成においても、微結晶Si膜8の膜厚は1−8nm、さらに好ましくは3−8nmに設定すると良い。
The above description is about the inverted staggered thin film transistor Q1 shown in FIG. 3, but can also be applied to the forward staggered thin film transistor Q2 shown in FIG. Also in this configuration, the film thickness of the
微結晶Si膜8は、透過型電子顕微鏡などで断面を観察した場合、結晶粒が観測される。特に膜厚が薄い場合、結晶粒が非晶質マトリックスの中に分散した状態として観測される場合もある。この場合、結晶粒が観測される厚さが微結晶Si膜厚となる。
In the
また、微結晶Si膜8にF元素を添加することにより、Appl. Phys. Lett. 90, 1922112 (2007)に開示されているように、フェルミレベルを伝導帯から離れる方向に制御することが可能である。このため、微結晶Si膜8と非晶質Si膜9との界面のバンドオフセットを減少することができ、さらに薄膜トランジスタ(Q1,Q2)の特性を向上できる。F濃度は、バンドオフセット低減と結晶性の維持の観点から、5×1018cm−3から1×1021cm−3に設定するのが望ましい。
Moreover, by adding F element to the
非晶質Si膜9の膜厚は、コンタクト膜5である、PをドープしたSi膜のエッチングマージンの確保やバックチャネルの影響を低減する観点から30nm以上に設定するのが良い。また、非晶質Si膜横断抵抗を低減するため300nm以下に設定するのが良い。
The film thickness of the
ゲート絶縁膜3としては、SiO2(酸化シリコン)膜、SiN(窒化シリコン)膜、SiO2/SiN積層膜などが適用できる。特にしきい値シフトの少ない薄膜トランジスタを作製するためには、電荷注入が少ないSiO2膜を微結晶Si膜8に接して配置するのが良い。
As the
微結晶Si膜8と非晶質Si膜9の形成方法としては、界面の汚染をさけるため、真空一環プロセスで連続して成膜することが望ましい。特にPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法による成膜では、導入するガス流量の調整などにより容易に連続成膜することが可能なため、生産性を向上できる。また、微結晶Si膜成膜時に原料ガスとしてSiF4を適用することにより、微結晶Si膜8にFを添加することが可能になる。
As a method of forming the
本発明の薄膜トランジスタ(Q1,Q2)は、移動度が高く、しきい値安定に優れている。したがって、この薄膜トランジスタを液晶表示装置の周辺回路や画素駆動、あるいは有機EL表示装置駆動に適用することにより、高画質のディスプレイを低コストで製造することが可能となる。 The thin film transistors (Q1, Q2) of the present invention have high mobility and excellent threshold stability. Therefore, by applying this thin film transistor to a peripheral circuit of a liquid crystal display device, pixel drive, or organic EL display device drive, a high-quality display can be manufactured at low cost.
〔実施例2〕
本実施例の正スタガ型薄膜トランジスタの構成と製造方法について、図8及び図9を用いて説明する。図8は、本発明の実施例2である正スタガ型薄膜トランジスタの概略構成(主要構成部位)を示す断面図、図9は本発明の実施例2である正スタガ型薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。本実施例2では、正スタガ型薄膜トランジスタに本発明を適用した例について説明する。
[Example 2]
The structure and manufacturing method of the positive staggered thin film transistor of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration (main components) of a positive staggered thin film transistor that is
図8に示すように、本実施例2の薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)Q2は、基板として例えば透明性の絶縁性基板1上に形成されている。薄膜トランジスタQ2は、正スタガ型であり、主に、絶縁性基板1上に、ソース電極6及びドレイン電極7と、PをドープしたSi膜からなるコンタクト膜5と、半導体膜4と、ゲート絶縁膜3と、ゲート電極2とが順次積層された構成になっている。本実施例のゲート絶縁膜3は、半導体膜4上に形成された絶縁膜3aと、この絶縁膜3aを覆うようにして形成された絶縁膜3bとを含む積層体で形成されている。
As shown in FIG. 8, a thin film transistor (TFT) Q2 according to the second embodiment is formed on a transparent
半導体膜4は、少なくとも微結晶Si膜8と、微結晶Si膜8のゲート絶縁膜3(3a,3b)側とは反対側に位置する非晶質Si膜9とを含む積層膜で形成されている。微結晶Si膜8の厚さは1−8nm、さらに好ましくは3−8nmであり、微結晶Si膜8はゲート絶縁膜3及び非晶質Si膜9に接して配置されている。非結晶Si膜9の厚さは30−300nmである。
The
次に、上記構成の薄膜トランジスタQ2の製造について図9を用いて説明する。
まず、絶縁性基板1上に金属膜をスパッタリング法などにより成膜する。その後、実施例1と同様の方法でコンタクト膜5としてPをドープしたSi膜を成膜する。ホトリソグラフィを適用してこの金属膜とコンタクト膜の積層体をパターンニングすることにより、絶縁性基板1上にソース電極6及びドレイン電極7を形成する。
Next, the manufacture of the thin film transistor Q2 having the above configuration will be described with reference to FIG.
First, a metal film is formed on the insulating
次に、コンタクト膜5の表面の酸化膜をHFなどで除去した後、PECVDなどの成膜手法を用いて半導体膜4、絶縁膜3aを連続成膜する。半導体膜4としては、非晶質Si膜9と微結晶Si膜8の積層を適用する。非晶質Si膜9と微結晶Si膜8は、実施例1と同様の方法で形成する。さらに、絶縁膜3aも実施例1と同様の方法で形成する。微結晶Si膜8の厚さは1−8nm、さらに好ましくは3−8nmであり、微結晶Si膜8は絶縁膜3aおよび非晶質Si膜9に接して配置する。ついで、ホトリソグラフィを適用して、絶縁膜3aと半導体膜4を島状に加工する。(図9(a)参照)
Next, after removing the oxide film on the surface of the
次に、絶縁膜3bをPECVDなどを用いて成膜し、さらに、スパッタなどにより、金属膜を成膜する。絶縁膜3bを形成することにより、絶縁膜3a及び3bからなるゲート絶縁膜3が形成される。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用し、図9(b)に示すように、前記金属膜をパターンニングしてゲート電極2を形成する。
Next, the insulating
Thereafter, a photolithography process is applied, and the metal film is patterned to form the
次に、ゲート電極2を覆うようにして保護性絶縁膜10をPECVDなどで成膜する。保護性絶縁膜10としては、SiN(窒化シリコン)膜やSiO2(酸化シリコン)膜などを適用することができる。これらの膜は前述のようにPECVD法などにより形成する。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用し、ソース電極6と外部の装置との電気的接触を可能にするコンタクトホール11等を形成する。さらに、金属膜あるいは酸化物導電膜からなる電極膜を成膜した後、ホトリソグラフィ工程を適用し、前記電極膜をパターンニングして画素電極12を形成する。画素電極12は、コンタクトホール11を通してソース電極6と電気的に接続される。ここまでの工程を図9(c)に示す。
Next, a protective insulating
Thereafter, a photolithography process is applied to form a
本実施例により、特性が良好で安定性に優れた正スタガ型薄膜トランジスタQ2を形成できる。 According to this embodiment, a positive staggered thin film transistor Q2 having good characteristics and excellent stability can be formed.
〔実施例3〕
ここで示す実施例の液晶表示装置は、前述の実施例1あるいは2で作製した薄膜トランジスタを有する絶縁性基板に、さらにスペーサを形成した後、対向基板を張り合わせ液晶を封入し完成する。本実施例の液晶表示装置の概略構成を図10に示す。なお、図10では、薄膜トランジスタの一例として図3で示した逆スタガ型薄膜トランジスタQ1を示している。
Example 3
In the liquid crystal display device of the embodiment shown here, a spacer is further formed on the insulating substrate having the thin film transistor manufactured in the above-described
本実施例の液晶表示装置の製造方法について以下に述べる。前述の実施例1あるいは2に記載の方法で画素電極12まで形成した後、スペーサ14を形成する。この形成方法としては、感光性樹脂を所定の厚さに塗布した後露光現像し形成する方法がある。ついで配向膜15を形成する。ついで対向基板16を張り合わせ、液晶17を封入し液晶表示装置を完成する。
A method for manufacturing the liquid crystal display device of this embodiment will be described below. After forming up to the
本実施例の液晶表示装置は、各々が画素電極12と、この画素電極12に電気的に接続されたアクティブ素子とを含む複数の画素領域をマトリクス状に配置した液晶表示パネルを有し、前記液晶表示パネルは、絶縁性基板1(第1の基板)と対向基板16(第2の基板)との間に液晶が挟持された構成になっており、前記アクティブ素子は前述の実施例1又は2の薄膜トランジスタ(Q1又はQ2)である。
The liquid crystal display device of this embodiment has a liquid crystal display panel in which a plurality of pixel regions each including a
本実施例の液晶表示装置において、画素電極12と共に画素領域を構成し、画素電極12に電気的に接続されるアクティブ素子(薄膜トランジスタ)として前述の実施例1及び2の薄膜トランジスタ(Q1,Q2)を使用することにより、薄膜トランジスタ(Q1,Q2)の電圧書込み特性が良好なため、色再現性などに優れた画像を表示することが可能となる。また、実施例1あるいは2の薄膜トランジスタ(Q1,Q2)を液晶表示装置の周辺回路に適用することにより、高精細の表示装置を製造することが可能になる。
In the liquid crystal display device according to the present embodiment, the thin film transistors (Q1, Q2) of the first and second embodiments are used as active elements (thin film transistors) that form a pixel region together with the
〔実施例4〕
ここで示す実施例の有機EL表示装置は前述の実施例1あるいは2で作製した薄膜トランジスタを有する絶縁性基板に、電荷輸送層、発光層、電荷輸送層を積層して有機EL発光素子を形成する。本実施例の有機EL表示装置の概略構成を図11に示す。なお、図11では、薄膜トランジスタの一例として図3で示した逆スタガ型薄膜トランジスタQ1を示している。
Example 4
In the organic EL display device of the embodiment shown here, an organic EL light emitting element is formed by laminating a charge transport layer, a light emitting layer, and a charge transport layer on an insulating substrate having the thin film transistor manufactured in the above-described
本実施例の有機EL表示装置の製造方法について以下に述べる。
前述の実施例1あるいは2に記載の方法で保護性絶縁膜10まで形成した後、平坦化層18を形成する。平坦化層18は、感光性樹脂を塗布した後、露光現像によりコンタクトホール11を開けて形成する。ついで画素電極12を前述の実施例1及び2と同様な方法で形成する。その後、この上に、有機EL発光素子の電荷輸送層19、発光層20、電荷輸送層21を蒸着法により形成し、さらに上部電極22として透明導電膜を蒸着及びスパッタリングで形成し、封止膜23としてSiN膜をCat−CVDを用いて形成し、有機EL表示装置を作製した。
A method for manufacturing the organic EL display device of this example will be described below.
After forming the protective insulating
本実施例の有機EL表示装置は、各々が有機EL発光素子と、前記有機EL発光素子の画素電極12と電気的に接続されたスイッチング素子とを含む複数の画素領域をマトリクス状に配置した有機EL表示装置であり、前記スイッチング素子は、前述の実施例1又は2の薄膜トランジスタ(Q1,Q2)である。
The organic EL display device of this example is an organic EL device in which a plurality of pixel regions each including an organic EL light emitting element and a switching element electrically connected to the
本実施例の有機EL表示装置においては、有機EL発光素子及び画素電極12と共に表示領域を構成し、画素電極12に電気的接続されるスイッチング素子(薄膜トランジスタ)として前述の実施例1あるいは2の薄膜トランジスタ(Q1,Q2)を使用することにより、高輝度で薄膜トランジスタQの安定性が良好なため長寿命の特性を示した。
In the organic EL display device of the present embodiment, the thin film transistor of the first or second embodiment is used as a switching element (thin film transistor) that forms a display area together with the organic EL light emitting element and the
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.
1…絶縁性基板
2…ゲート電極
3…ゲート絶縁膜
3a,3b…絶縁膜
4…半導体膜
5…コンタクト膜
6…ソース電極
7…ドレイン電極
8…微結晶Si膜
9…非晶質Si膜
10…保護性絶縁膜
11…コンタクトホール
12…画素電極
14…スペーサ
15…配向膜
16…対向基板
17…液晶
18…平坦化層
19…電荷輸送層
20…発光層
21…電荷輸送層
22…上部電極
23…封止膜
24…チャネル領域
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記半導体膜は、1−8nmの厚さの微結晶Si膜と、前記微結晶Si膜の前記ゲート絶縁膜側とは反対側に位置する非晶質Si膜とを含む積層からなることを特徴とする表示装置。 A gate electrode; a gate insulating film; a semiconductor film; and a pair of electrodes functioning as a source electrode and a drain electrode. At least a part of the source electrode and the drain electrode sandwich the semiconductor film, and the gate insulating film A display device having a thin film transistor located on the opposite side of
The semiconductor film is composed of a stack including a microcrystalline Si film having a thickness of 1 to 8 nm and an amorphous Si film located on the opposite side of the microcrystalline Si film from the gate insulating film side. A display device.
前記微晶質Si膜は、前記ゲート絶縁膜及び前記非晶質Si膜に接していることを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1,
The display device, wherein the microcrystalline Si film is in contact with the gate insulating film and the amorphous Si film.
前記非晶質Si膜の厚さは30−300nmであることを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1,
A display device, wherein the amorphous Si film has a thickness of 30-300 nm.
前記微結晶Si膜はF元素を含有することを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1,
The display device, wherein the microcrystalline Si film contains an F element.
前記微結晶Si膜中のF元素の濃度は5×1018cm−3以上1×1021cm−3であることを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 4,
The display device, wherein the concentration of F element in the microcrystalline Si film is 5 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 21 cm −3 .
前記ゲート絶縁膜は、少なくとも酸化シリコン膜を含むことを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1,
The display device, wherein the gate insulating film includes at least a silicon oxide film.
前記薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に、前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記半導体膜、コンタクト膜、前記ソース電極及びドレイン電極が順次積層された逆スタガ型構造であることを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1,
The thin film transistor has an inverted staggered structure in which the gate electrode, the gate insulating film, the semiconductor film, the contact film, the source electrode, and the drain electrode are sequentially stacked on an insulating substrate. .
前記薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に、前記ソース電極及びドレイン電極、コンタクト膜、前記半導体膜、前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜が順次積層された正スタガ型構造であることを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1,
The thin film transistor has a positive stagger type structure in which the source and drain electrodes, the contact film, the semiconductor film, the gate electrode, and the gate insulating film are sequentially stacked on an insulating substrate. .
前記薄膜トランジスタは前記アクティブ素子であることを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1 is a liquid crystal display device having a liquid crystal display panel in which a plurality of pixel regions each including a pixel electrode and an active element electrically connected to the pixel electrode are arranged in a matrix. ,
The display device, wherein the thin film transistor is the active element.
前記薄膜トランジスタは、前記スイッチング素子であることを特徴とする表示装置。 The display device according to claim 1 is an organic EL display in which a plurality of pixel regions each including an organic EL light emitting element and a switching element electrically connected to a pixel electrode of the organic EL light emitting element are arranged in a matrix. Device,
The display device, wherein the thin film transistor is the switching element.
1−8nmの厚さの微結晶Si膜と、前記微結晶Si膜の前記ゲート絶縁膜側とは反対側に位置する非晶質Si膜とを含む積層からなる前記半導体膜を形成する工程を有し、
前記微結晶Si膜と前記非晶質Si膜は、真空一環プロセスで連続して成膜されることを特徴とする表示装置の製造方法。 A gate electrode; a gate insulating film; a semiconductor film; and a pair of electrodes functioning as a source electrode and a drain electrode. At least a part of the source electrode and the drain electrode sandwich the semiconductor film, and the gate insulating film A method of manufacturing a display device having a thin film transistor located on the opposite side of
Forming the semiconductor film comprising a stack including a microcrystalline Si film having a thickness of 1 to 8 nm and an amorphous Si film located on the opposite side of the microcrystalline Si film from the gate insulating film side. Have
The method for manufacturing a display device, wherein the microcrystalline Si film and the amorphous Si film are continuously formed by a vacuum part process.
前記微結晶Si膜と前記非晶質Si膜は、PECVD法で形成されることを特徴とする表示装置の製造方法。 In the manufacturing method of the display device according to claim 11,
The method for manufacturing a display device, wherein the microcrystalline Si film and the amorphous Si film are formed by a PECVD method.
前記微結晶Si膜は、SiF4ガスを用いたPECVD法で形成されることを特徴とする表示装置の製造方法。 In the manufacturing method of the display device according to claim 12,
The method for manufacturing a display device, wherein the microcrystalline Si film is formed by PECVD using SiF 4 gas.
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