JP2016105444A - Manufacturing method of thin film transistor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、薄膜トランジスタ基板の製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a thin film transistor substrate.
液晶を利用した液晶表示装置または有機EL(Electro Luminescence)を利用した有機EL(OLED:Organic Light−Emitting Diode)表示装置等のアクティブマトリクス方式の表示装置には、スイッチング素子または駆動素子として薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が用いられている。 An active matrix display device such as a liquid crystal display device using liquid crystal or an organic EL (OLED) display device using organic EL (Electro Luminescence) includes a thin film transistor (TFT) as a switching element or a driving element. : Thin Film Transistor).
近年、表示装置用のTFTとして、透明アモルファス酸化物半導体(TAOS:Transparent Amorphous Oxide Semiconductor)をチャネル層に用いた酸化物半導体TFTの開発が進められている。例えば、インジウム(In)、ガリウム(Ga)および亜鉛(Zn)の金属酸化物(IGZO)からなるTAOSをチャネル層に用いた酸化物半導体TFTである。 In recent years, as a TFT for a display device, an oxide semiconductor TFT using a transparent amorphous oxide semiconductor (TAOS) as a channel layer has been developed. For example, an oxide semiconductor TFT using TAOS made of a metal oxide (IGZO) of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) as a channel layer.
TAOSを用いた薄膜トランジスタがマトリクス状に形成されたTFT基板において、チャネル層の特性を向上させるためには、当該チャネル層、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極および配線の周辺に形成される絶縁層の水素含有量を低減させる必要がある。 In order to improve the characteristics of a channel layer in a TFT substrate in which thin film transistors using TAOS are formed in a matrix, an insulating layer formed around the channel layer, gate electrode, source electrode, drain electrode, and wiring is used. There is a need to reduce the hydrogen content.
特許文献1には、上記電極および配線と絶縁層との密着性を確保しつつ良好なTFT特性を得るべく、ソース電極またはドレイン電極に接する下側領域のSiO2層の水素含有率が、当該下側領域の上方に位置する上部領域のSiO2層の水素含有率よりも大きい半導体装置が開示されている。
In
表示装置に用いられるTFT基板において、TFT特性のばらつきや寿命などに関する所望のTFT性能を確保するには、絶縁層の水素含有率の低減とともに絶縁層の耐圧向上が必要であるが、これまでは水素含有率を低減しつつ必要な耐圧を確保することが難しいという課題がある。 In TFT substrates used in display devices, it is necessary to reduce the hydrogen content of the insulating layer and improve the breakdown voltage of the insulating layer in order to ensure the desired TFT performance with respect to variations in TFT characteristics and lifetime, etc. There is a problem that it is difficult to secure a necessary breakdown voltage while reducing the hydrogen content.
本開示は、所望のTFT性能を確保できる薄膜トランジスタ基板の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this indication is to provide the manufacturing method of the thin-film transistor substrate which can ensure desired TFT performance.
上記目的を達成するために、薄膜トランジスタ基板の製造方法の一態様は、薄膜トランジスタを備える薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、基板の上方に、Cuを主成分とする金属層を形成する金属層形成工程と、前記金属層の表面上に、360℃以下の成膜温度で、SiおよびNからなる第1絶縁層を形成する第1絶縁層形成工程と、前記第1絶縁層の上に、360℃よりも高い成膜温度で、SiおよびNからなる第2絶縁層を形成する第2絶縁層形成工程と、前記基板の上方に、前記薄膜トランジスタのチャネル層となる酸化物半導体層を形成するチャネル層形成工程とを含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, one aspect of a method of manufacturing a thin film transistor substrate is a method of manufacturing a thin film transistor substrate including a thin film transistor, wherein a metal layer forming step of forming a metal layer containing Cu as a main component above the substrate A first insulating layer forming step of forming a first insulating layer made of Si and N at a film forming temperature of 360 ° C. or less on the surface of the metal layer, and 360 ° C. on the first insulating layer. A second insulating layer forming step for forming a second insulating layer made of Si and N at a higher deposition temperature, and a channel layer for forming an oxide semiconductor layer to be a channel layer of the thin film transistor above the substrate And a forming step.
本開示によれば、TFT特性のばらつきや寿命などに関する所望のTFT性能が確保された薄膜トランジスタ基板を実現できる。 According to the present disclosure, it is possible to realize a thin film transistor substrate in which desired TFT performance relating to variations in TFT characteristics, lifetime, and the like is ensured.
(本開示の基礎となった知見)
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した従来の半導体装置(TFT基板)に関し、以下の問題が生じることを見出した。
(Knowledge that became the basis of this disclosure)
The present inventor has found that the following problems occur with respect to the conventional semiconductor device (TFT substrate) described in the “Background Art” section.
大面積および高精細ディスプレイ用のTFT基板の場合、TFTのゲート電極との密着性、緻密度および応力などの関係から、ゲート電極に密着する絶縁層としてSiおよびNからなるSiN(シリコン窒化)層が用いられる。この場合、チャネル層を形成する酸化物半導体の特性改善のためには、SiN層内の水素残存量を極力少なくする必要がある。また、SiN層の絶縁耐圧を向上させる必要がある。SiN層内の水素残存量の低減およびSiN層の絶縁耐圧の向上の観点から、SiN層の成膜温度は、できるだけ高く設定する必要がある。 In the case of a TFT substrate for large-area and high-definition displays, an SiN (silicon nitride) layer made of Si and N is used as an insulating layer in close contact with the gate electrode because of its relationship with the TFT gate electrode, such as density and stress. Is used. In this case, in order to improve the characteristics of the oxide semiconductor forming the channel layer, it is necessary to minimize the amount of hydrogen remaining in the SiN layer. Moreover, it is necessary to improve the withstand voltage of the SiN layer. From the viewpoint of reducing the amount of hydrogen remaining in the SiN layer and improving the withstand voltage of the SiN layer, it is necessary to set the deposition temperature of the SiN layer as high as possible.
一方、大面積および高精細ディスプレイ用のTFT基板には、電極および配線の低抵抗化が必要であるため、各電極や配線にはCuを主成分とした金属層が用いられる。このとき、このCu金属層の上に、高温でSiN層を成膜すると、膜応力による基板の反りおよび温度分布などにより、Cu金属層の端部異常(逆テーパ形状および欠損など)が発生し易くなる。この端部異常により、SiN層に亀裂が入り、層間ショートや絶縁耐圧の低下が発生し易くなり、TFTの歩留まりが大きく悪化する。 On the other hand, a TFT substrate for a large area and high-definition display requires a reduction in resistance of electrodes and wiring, and therefore, a metal layer mainly composed of Cu is used for each electrode and wiring. At this time, when an SiN layer is formed on the Cu metal layer at a high temperature, an abnormal end of the Cu metal layer (reverse taper shape, chipping, etc.) occurs due to warpage of the substrate due to film stress and temperature distribution. It becomes easy. Due to the abnormal end, the SiN layer is cracked, and an interlayer short circuit and a decrease in dielectric strength are liable to occur, and the yield of the TFT is greatly deteriorated.
これに対して、CVD法によるSiN層の形成時にSiH4/N2O流量比を変えることでSiN層の水素含有率を調整する方法、または、Cu金属層に拡散防止層を形成することで層間ショートを抑制する方法などが考えられる。しかしながら、これまでは、上記方法によりSiN層の十分な絶縁耐圧が確保されず、また、Cu金属層の端部異常の発生を完全に抑制することができていない。 On the other hand, by adjusting the hydrogen content of the SiN layer by changing the SiH 4 / N 2 O flow rate ratio when forming the SiN layer by CVD, or by forming a diffusion prevention layer on the Cu metal layer A method for suppressing interlayer short-circuiting is conceivable. However, until now, sufficient insulation breakdown voltage of the SiN layer has not been secured by the above method, and the occurrence of abnormal end of the Cu metal layer has not been completely suppressed.
そこで、本開示に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法は、薄膜トランジスタを備える薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、基板の上方に、Cuを主成分とする金属層を形成する金属層形成工程と、前記金属層の表面上に、360℃以下の成膜温度で、SiおよびNからなる第1絶縁層を形成する第1絶縁層形成工程と、前記第1絶縁層の上に、360℃よりも高い成膜温度で、SiおよびNからなる第2絶縁層を形成する第2絶縁層形成工程と、前記基板の上方に、前記薄膜トランジスタのチャネル層となる酸化物半導体層を形成するチャネル層形成工程とを含む。 Accordingly, a method of manufacturing a thin film transistor substrate according to the present disclosure is a method of manufacturing a thin film transistor substrate including a thin film transistor, wherein a metal layer forming step of forming a metal layer mainly composed of Cu above the substrate, and the metal layer A first insulating layer forming step of forming a first insulating layer made of Si and N at a film forming temperature of 360 ° C. or less on the surface of the film, and a film forming higher than 360 ° C. on the first insulating layer. A second insulating layer forming step of forming a second insulating layer made of Si and N at a temperature; and a channel layer forming step of forming an oxide semiconductor layer to be a channel layer of the thin film transistor above the substrate. .
これにより、第1SiN層を金属層の表面に形成することで金属層の端部異常が抑制されるので層間ショートを低減でき、また、チャネル層の特性に影響を及ぼす第2SiN層の水素含有率を低減できる。よって、TFT特性のばらつきや寿命などに関する所望のTFT性能を有する薄膜トランジスタ基板を実現できる。 Thereby, by forming the first SiN layer on the surface of the metal layer, an abnormal end of the metal layer is suppressed, so that an interlayer short can be reduced, and the hydrogen content of the second SiN layer affecting the characteristics of the channel layer Can be reduced. Therefore, it is possible to realize a thin film transistor substrate having desired TFT performance with respect to variations in TFT characteristics and lifetime.
以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、工程(ステップ)、工程の順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. Note that each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present disclosure. Therefore, numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps (steps), order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples and are intended to limit the present disclosure. is not. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present disclosure are described as arbitrary constituent elements.
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。 Each figure is a schematic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the substantially same structure, The overlapping description is abbreviate | omitted or simplified.
また、本明細書において、「上方」および「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)および下方向(鉛直下方)を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」および「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに密着して配置されて2つの構成要素が接する場合にも適用される。 Further, in this specification, the terms “upper” and “lower” do not refer to the upward direction (vertically upward) and downward direction (vertically downward) in absolute space recognition, but are based on the stacking order in the stacking configuration. Is used as a term defined by the relative positional relationship. Also, the terms “upper” and “lower” refer not only to the case where two components are spaced apart from each other and there is another component between the two components. The present invention is also applied when two components are in close contact with each other and are in contact with each other.
(実施の形態)
[1.有機EL表示装置]
まず、TFT基板が用いられる表示装置の一例として、有機EL表示装置の構成について説明する。図1は、本実施の形態に係る有機EL表示装置10の一部切り欠き斜視図である。図2は、本実施の形態に係る有機EL表示装置10のピクセルバンクの一例を示す斜視図である。
(Embodiment)
[1. Organic EL display device]
First, a configuration of an organic EL display device will be described as an example of a display device using a TFT substrate. FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an organic
[1−1.構成]
図1に示すように、有機EL表示装置10は、複数個の薄膜トランジスタが配置されたTFT基板(TFTアレイ基板)20と、下部電極である陽極41、有機材料からなる発光層であるEL層42および透明な上部電極である陰極43からなる有機EL素子(発光部)40との積層構造により構成される。
[1-1. Constitution]
As shown in FIG. 1, an organic
TFT基板20には複数の画素30がマトリクス状に配置されており、各画素30には画素回路31が設けられている。
A plurality of
有機EL素子40は、複数の画素30のそれぞれに対応して形成されており、各画素30に設けられた画素回路31によって各有機EL素子40の発光の制御が行われる。有機EL素子40は、複数の薄膜トランジスタを覆うように形成された層間絶縁膜(平坦化層)の上に形成される。
The
また、有機EL素子40は、陽極41と陰極43との間にEL層42が配置された構成となっている。陽極41とEL層42との間にはさらに正孔輸送層が積層形成され、EL層42と陰極43との間にはさらに電子輸送層が積層形成されている。なお、陽極41と陰極43との間には、その他の有機機能層が設けられていてもよい。
The
各画素30は、それぞれの画素回路31によって駆動制御される。また、TFT基板20には、画素30の行方向に沿って配置される複数のゲート配線(走査線)50と、ゲート配線50と交差するように画素30の列方向に沿って配置される複数のソース配線(信号配線)60と、ソース配線60と平行に配置される複数の電源配線(図1では省略)とが形成されている。各画素30は、例えば、直交するゲート配線50とソース配線60とによって区画されている。
Each
ゲート配線50は、各画素回路31に含まれるスイッチング素子として動作する薄膜トランジスタのゲート電極と行毎に接続されている。ソース配線60は、各画素回路31に含まれるスイッチング素子として動作する薄膜トランジスタのソース電極と列毎に接続されている。電源配線は、各画素回路31に含まれる駆動素子として動作する薄膜トランジスタのドレイン電極と列毎に接続されている。
The
図2に示すように、有機EL表示装置10の各画素30は、3色(赤色、緑色、青色)のサブ画素30R、30G、30Bによって構成されており、これらのサブ画素30R、30G、30Bは、表示面上に複数個マトリクス状に配列されるように形成されている。各サブ画素30R、30G、30Bは、バンク21によって互いに分離されている。
As shown in FIG. 2, each
バンク21は、ゲート配線50に平行に延びる突条と、ソース配線60に平行に延びる突条とが互いに交差するように、格子状に形成されている。そして、この突条で囲まれる部分(すなわち、バンク21の開口部)の各々とサブ画素30R、30G、30Bの各々とが一対一で対応している。なお、本実施の形態において、バンク21はピクセルバンクとしたが、ラインバンクとしても構わない。
The
陽極41は、TFT基板20上の層間絶縁膜(平坦化層)上でかつバンク21の開口部内に、サブ画素30R、30G、30B毎に形成されている。同様に、EL層42は、陽極41上でかつバンク21の開口部内に、サブ画素30R、30G、30B毎に形成されている。透明な陰極43は、複数のバンク21上で、かつ、全てのEL層42(全てのサブ画素30R、30G、30B)を覆うように、連続的に形成されている。
The
さらに、画素回路31は、各サブ画素30R、30G、30B毎に設けられており、各サブ画素30R、30G、30Bと、対応する画素回路31とは、コンタクトホールおよび中継電極によって電気的に接続されている。なお、サブ画素30R、30G、30Bは、EL層42の発光色が異なることを除いて同一の構成である。
Furthermore, the
[1−2.画素回路]
ここで、画素30における画素回路31の回路構成について、図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態に係る有機EL表示装置10における画素回路31の構成を示す電気回路図である。
[1-2. Pixel circuit]
Here, the circuit configuration of the
図3に示すように、画素回路31は、駆動素子として動作する薄膜トランジスタ32と、スイッチング素子として動作する薄膜トランジスタ33と、対応する画素30に表示するためのデータを記憶するキャパシタ34とで構成される。本実施の形態において、薄膜トランジスタ32は、有機EL素子40を駆動するための駆動トランジスタであり、薄膜トランジスタ33は、画素30を選択するためのスイッチングトランジスタである。
As shown in FIG. 3, the
薄膜トランジスタ32は、薄膜トランジスタ33のドレイン電極33dおよびキャパシタ34の一端に接続されるゲート電極32gと、電源配線70に接続されるドレイン電極32dと、キャパシタ34の他端と有機EL素子40の陽極41とに接続されるソース電極32sと、半導体膜(図示せず)とを備える。この薄膜トランジスタ32は、キャパシタ34が保持しているデータ電圧に対応する電流を電源配線70からソース電極32sを通じて有機EL素子40の陽極41に供給する。これにより、有機EL素子40では、陽極41から陰極43へと駆動電流が流れてEL層42が発光する。
The
薄膜トランジスタ33は、ゲート配線50に接続されるゲート電極33gと、ソース配線60に接続されるソース電極33sと、キャパシタ34の一端および薄膜トランジスタ32のゲート電極32gに接続されるドレイン電極33dと、半導体膜(図示せず)とを備える。この薄膜トランジスタ33は、接続されたゲート配線50およびソース配線60に所定の電圧が印加されると、当該ソース配線60に印加された電圧がデータ電圧としてキャパシタ34に保存される。
The
なお、上記構成の有機EL表示装置10では、ゲート配線50とソース配線60との交点に位置する画素30毎に表示制御を行うアクティブマトリクス方式が採用されている。これにより、各画素30(各サブ画素30R、30G、30B)の薄膜トランジスタ32および33によって、対応する有機EL素子40が選択的に発光し、所望の画像が表示される。
Note that the organic
[2.薄膜トランジスタ基板の構成]
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の構成について、図4を用いて説明する。図4は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の断面図である。
[2. Configuration of Thin Film Transistor Substrate]
Next, the structure of the thin
薄膜トランジスタ基板100は、基板110と、ゲート電極120と、ゲート絶縁層130と、酸化物半導体層140と、絶縁層150と、ソース電極160sおよびドレイン電極160dと、保護層170とを備える。ゲート電極120、ゲート絶縁層130、酸化物半導体層140、絶縁層150、ならびに、ソース電極160sおよびドレイン電極160dは、薄膜トランジスタを形成する。図4に示すように、薄膜トランジスタ基板100には、チャネル保護型でボトムゲート型のTFTを備えており、また、トップコンタクト構造が採用されている。
The thin
以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の各構成要素について詳述する。
Hereinafter, each component of the thin
基板110は、絶縁材料からなる絶縁基板であり、例えば、石英ガラス、無アルカリガラスまたは高耐熱性ガラス等のガラス材料で構成されるガラス基板である。
The
なお、基板110は、ガラス基板に限らず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の樹脂材料からなる樹脂基板等であってもよい。また、基板110は、リジッド基板ではなく、フレキシブルガラス基板またはフレキシブル樹脂基板等のシート状またはフィルム状の可撓性を有するフレキシブル基板であってもよい。フレキシブル樹脂基板としては、例えば、ポリイミドやポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のフィルム材料の単層または積層で構成された基板を用いることができる。なお、基板110の表面にアンダーコート層を形成してもよい。
The
ゲート電極120は、基板110の上方に所定形状で形成された、Cuを主成分とする金属層であり、具体的には、CuまたはCu合金等からなる導電膜の単層構造または多層構造を有している。ゲート電極120は、例えば、Moからなる第1層121とCuからなる第2層122との積層構造を有している。ゲート電極120の膜厚は、例えば、20nm〜500nmである。薄膜トランジスタ基板100を、大面積および高精細ディスプレイ用のTFT基板に適用する場合、各電極および配線の低抵抗化が重要となる。この観点から、ゲート電極120の材料として、低抵抗材料であるCuを用いている。
The
ゲート絶縁層130は、ゲート電極120と酸化物半導体層140との間に配置される。本実施の形態において、ゲート絶縁層130は、ゲート電極120の上方に位置するように配置される。例えば、ゲート絶縁層130は、ゲート電極120が形成された基板110上の全面にゲート電極120を覆うように成膜される。ゲート絶縁層130の膜厚は、例えば、50nm〜500nmである。
The gate insulating layer 130 is disposed between the
ゲート絶縁層130は、第1SiN層131と、第2SiN層132と、シリコン酸化物層133とを備える。
The gate insulating layer 130 includes a
第1SiN層131は、ゲート電極120の表面上に形成され、電気絶縁性を有しSiおよびNからなるシリコン窒化物材料で構成された第1絶縁層である。第1SiN層131の膜厚は、例えば、20nmである。
The
第2SiN層132は、第1SiN層131の上に形成され、電気絶縁性を有しSiおよびNからなるシリコン窒化物材料から構成された第2絶縁層である。第2SiN層132の膜厚は、例えば、320nmである。
The
シリコン酸化物層133は、第2SiN層132の上に形成され、電気絶縁性を有するシリコン酸化物材料から構成された第3絶縁層である。シリコン酸化物層133の膜厚は、例えば、10nmである。
The
なお、ゲート絶縁層全体をシリコン酸化物のみで形成せずに、シリコン窒化物を使用する理由は、以下の通りである。 The reason for using silicon nitride without forming the entire gate insulating layer from only silicon oxide is as follows.
一般に、シリコン酸化膜は、シリコン窒化膜よりも膜内の水素量(すなわち、水素含有量)を低減することができる。これにより、ゲート絶縁層としてシリコン酸化膜を用いれば酸化物半導体層140が取り込む水素量を低減することができ、酸化物半導体層140の低抵抗化を抑制することが可能となる。しかしながら、シリコン酸化膜の応力を成膜条件によって制御することは困難であるため、薄膜トランジスタのゲート絶縁層として適応できる程度に緻密なシリコン酸化膜を形成する場合には、シリコン酸化膜の圧縮応力が大きくなることを避けられない。これより、シリコン酸化膜だけでゲート絶縁層全体を形成すると、圧縮応力が大きく、かつ、膜厚も大きいゲート絶縁層が形成されることとなり、基板110が反ってしまう。
In general, the silicon oxide film can reduce the amount of hydrogen in the film (that is, the hydrogen content) more than the silicon nitride film. Accordingly, when a silicon oxide film is used as the gate insulating layer, the amount of hydrogen taken in by the
上記観点から、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100では、シリコン酸化膜よりも緻密な膜質を有し応力の制御が可能なシリコン窒化膜をゲート絶縁層として使用している。ただし、酸化物半導体層140と近接する領域において、第2SiN層132よりも十分薄いシリコン酸化膜で構成されたシリコン酸化物層133を配置していることにより、基板110の反りが発生しない範囲で酸化物半導体層140が取り込む水素量をより低減することが可能となる。
From the above viewpoint, in the thin
ここで、第2SiN層132の水素含有率は、第1SiN層131の水素含有率よりも低い。この関係を実現するため、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100では、第1SiN層131の成膜温度は、第2SiN層132の成膜温度より低い。
Here, the hydrogen content of the
上述したように、酸化物半導体層140の特性改善のためには、ゲート絶縁層内の水素残存量を極力少なくする必要がある。また、ゲート絶縁層の層間絶縁膜としての絶縁耐圧を向上させる必要がある。シリコン窒化膜は、所定の温度領域において、成膜温度が高いほど水素含有率が低く、また、絶縁耐圧が高い。この観点から、シリコン窒化膜の成膜温度は、できるだけ高く設定することが好ましい。
As described above, in order to improve the characteristics of the
一方、ゲート電極120の材料にはCuが用いられている。Cuからなるゲート電極120の上へのSiN層の成膜温度が高いほど、膜応力による基板の反りおよび温度分布などにより、電極の端部に異常(逆テーパ形状および欠損など)が発生し易くなる。この端部異常により、SiN層に亀裂が入り、ゲート絶縁層130の層間ショートや絶縁耐圧の低下が発生し易くなり、TFTの歩留まりが悪化する。
On the other hand, Cu is used as the material of the
上記観点から、ゲート電極120に近接する第1SiN層131については、電極の端部異常を回避すべく、第2SiN層132の成膜温度より低い温度にて成膜している。一方、第2SiN層132については、水素含有率を低減し絶縁耐圧を確保すべく、第1SiN層131の成膜温度より高い温度にて成膜している。
From the above viewpoint, the
なお、第1SiN層131の膜厚は、第1SiN層131の膜厚と第2SiN層の膜厚とを加算した膜厚の10%以下であることが好ましい。良好なTFT特性を確保するためには、酸化物半導体層140への水素の拡散を極力抑制することが望ましい。一方、ゲート電極120の端部異常を抑制するには、ゲート電極120の最表面を第1SiN層131で覆えばよい。よって、第1SiN層131に対する第2SiN層の膜厚比を高くすることにより、ゲート絶縁層130における層間ショートを低減しつつ酸化物半導体層140への水素の拡散を抑制できる。よって、TFT特性のばらつきや寿命などに関する所望のTFT性能を有する薄膜トランジスタ基板を実現できる。
Note that the thickness of the
酸化物半導体層140は、ゲート電極120に対向するように基板110の上方に形成される。具体的には、酸化物半導体層140は、ゲート電極120に対向する位置に、かつ、ゲート絶縁層130上に形成される。例えば、酸化物半導体層140は、ゲート電極120の上方において、ゲート絶縁層130上に島状に形成される。酸化物半導体層140の膜厚は、例えば、30nm〜150nmである。
The
酸化物半導体層140の材料としては、例えば、インジウム(In)、ガリウム(Ga)および亜鉛(Zn)のうち、少なくとも1種を含む酸化物半導体材料である。例えば、酸化物半導体層140は、アモルファス酸化インジウムガリウム亜鉛(InGaZnO:IGZO)などの透明アモルファス酸化物半導体(TAOS:Transparent Amorphous Oxide Semiconductor)から構成される。
As a material of the
In:Ga:Znの比率は、例えば、約1:1:1である。また、In:Ga:Znの比率は、0.8〜1.2:0.8〜1.2:0.8〜1.2の範囲でもよいが、この範囲には限られない。 The ratio of In: Ga: Zn is, for example, about 1: 1: 1. The ratio of In: Ga: Zn may be in the range of 0.8 to 1.2: 0.8 to 1.2: 0.8 to 1.2, but is not limited to this range.
酸化物半導体層140は、薄膜トランジスタ基板100が有する薄膜トランジスタのチャネル層である。チャネル層が透明アモルファス酸化物半導体で構成される薄膜トランジスタは、キャリア移動度が高く、大画面および高精細の表示装置に適している。また、透明アモルファス酸化物半導体は、低温成膜が可能であるため、プラスチックまたはフィルムなどのフレキシブル基板上に容易に形成することができる。
The
絶縁層150は、酸化物半導体層140上に配置される。具体的には、絶縁層150は、酸化物半導体層140を覆うようにゲート絶縁層130上に成膜される。絶縁層150の膜厚は、例えば、50nm〜500nmである。
The insulating
本実施の形態において、絶縁層150は、酸化物半導体層140のチャネル領域を保護する保護膜(チャネル保護層)として機能する。具体的には、絶縁層150は、酸化物半導体層140の上方に形成するソース電極160sおよびドレイン電極160dをエッチングによってパターニングする際に、酸化物半導体層140がエッチングされることを防止するエッチストッパ層として機能する。これにより、ボトムゲート型TFTにおいて、酸化物半導体層140のバックチャネル側のプロセスダメージを低減することができる。
In this embodiment, the insulating
絶縁層150は、電気絶縁性を有する材料から構成され、一例として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜または酸化アルミニウム膜等の単層膜、あるいは、これらの積層膜である。
The insulating
シリコン酸化膜は、シリコン窒化膜と比べて成膜時における水素の発生が少ない。したがって、絶縁層150としてシリコン酸化膜を用いることによって、水素還元による酸化物半導体層140の性能劣化を抑制できる。さらに、絶縁層150として酸化アルミニウム膜を形成することによって、上層で発生する水素や酸素を酸化アルミニウム膜によってブロックすることができる。これらのことから、絶縁層150としては、例えば、シリコン酸化膜、酸化アルミニウム膜およびシリコン酸化膜の3層構造の積層膜を用いるとよい。
The silicon oxide film generates less hydrogen during film formation than the silicon nitride film. Therefore, by using a silicon oxide film as the insulating
なお、絶縁層150の材料としては、上記のような無機物に限るものではなく、有機物を主成分とする材料を用いてもよい。
Note that the material of the insulating
また、絶縁層150には、当該絶縁層150の一部を貫通するように開口部(コンタクトホール)が形成されている。この絶縁層150の開口部を介して、酸化物半導体層140とソース電極160sおよびドレイン電極160dとが接続されている。
In addition, an opening (contact hole) is formed in the insulating
ソース電極160sおよびドレイン電極160dは、絶縁層150の上方に少なくとも一部が位置し、かつ、酸化物半導体層140と接続されるように所定形状で形成される。具体的には、ソース電極160sおよびドレイン電極160dは、絶縁層150上においては基板110に水平な方向(基板水平方向)に離間して互いに対向して配置されており、かつ、絶縁層150に形成された開口部を介して酸化物半導体層140に接続されている。絶縁層150上におけるソース電極160sおよびドレイン電極160dの膜厚は、例えば、100nm〜500nmである。
The source electrode 160 s and the
ソース電極160sおよびドレイン電極160dは、導電性材料またはその合金等からなる導電膜の単層構造または多層構造の電極である。ソース電極160sおよびドレイン電極160dの材料には、例えば、アルミニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、銀、銅、チタンまたはクロム等が用いられる。一例として、ソース電極160sおよびドレイン電極160dは、モリブデンタングステン膜(MoW膜)で形成される単層構造の電極である。
The source electrode 160s and the
保護層170は、ソース電極160sおよびドレイン電極160d上に配置される絶縁膜である。具体的には、保護層170は、ソース電極160sおよびドレイン電極160dを覆うように絶縁層150上に成膜される。保護層170の膜厚は、例えば、50nm〜500nmである。
The
保護層170は、電気絶縁性を有する材料から構成され、一例として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜または酸化アルミニウム膜等の単層膜、あるいは、これらの積層膜である。
The
[3.薄膜トランジスタ基板の製造方法]
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の製造方法について、図5Aおよび図5Bを用いて説明する。図5Aおよび図5Bは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板の製造工程を示す概略断面図である。
[3. Method for manufacturing thin film transistor substrate]
Next, a method for manufacturing the thin
まず、図5Aの(a)に示すように、基板110を準備し、基板110の上方に所定形状のゲート電極120を形成する(金属層形成工程)。例えば、基板110上に金属膜をスパッタリングによって成膜し、フォトリソグラフィおよびエッチングによって金属膜を加工することにより、所定形状のゲート電極120を形成する。
First, as shown to (a) of FIG. 5A, the board |
具体的には、まず、基板110としてガラス基板を準備し、基板110上に、20nmのMoからなる第1層121と200nmのCuからなる第2層122とをスパッタリングによって順に成膜する。そして、フォトリソグラフィでレジストパターンを形成し、PAN(Phosphoric−Acetic−Nitric−acid)液を用いて、室温でのウェットエッチングによって第1層121および第2層122を加工することにより、ゲート電極120を形成する。また、レジストの剥離には、アルカリ添加物を含む剥離液を用いてもよい。また、基板110は、例えば、G8.5のガラス基板(厚さ:0.5mm、X:2500mm×Y:2200mm)である。なお、ゲート電極120を形成する前に、基板110の表面にシリコン酸化膜等のアンダーコート層を形成してもよい。
Specifically, first, a glass substrate is prepared as the
次に、図5Aの(b)に示すように、360℃以下の成膜温度で、ゲート電極120の表面に第1SiN層131を形成する(第1絶縁層形成工程)。本実施の形態では、ゲート電極120を覆うように、基板110上の全面に第1SiN層131を成膜する。この場合、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、シランガス(SiH4)、窒素(N2)およびアンモニア(NH3)を導入ガスに用いて、360℃以下の処理温度で第1SiN層131を成膜する。本工程におけるCVD成膜の条件としては、例えば、成膜温度を290℃、処理圧力を100−150Pa、N2流量を60000−70000sccm、NH3流量を20000−30000sccm、SiH4流量を2000−3000sccm、投入パワーを6kW、成膜時間を15−17秒とした。これにより、膜厚が20nmである第1SiN層131が形成される。
Next, as shown in FIG. 5A (b), a
なお、基板110の表面にアンダーコート層が形成されている場合には、アンダーコート層上に第1SiN層131を成膜する。
When an undercoat layer is formed on the surface of the
次に、図5Aの(c)に示すように、360℃よりも高い成膜温度で、第1SiN層131の上に第2SiN層132を形成する(第2絶縁層形成工程)。本実施の形態では、第1SiN層131を覆うように、第1SiN層131上の全面に第2SiN層132を成膜する。この場合、第1絶縁層形成工程と同様に、プラズマCVD法により、シランガス(SiH4)、窒素(N2)およびアンモニア(NH3)を導入ガスに用いて、360℃よりも高い処理温度で第2SiN層132を成膜する。本工程におけるCVD成膜の条件としては、例えば、成膜温度を395℃、処理圧力を100−150Pa、N2流量を60000−70000sccm、NH3流量を20000−30000sccm、SiH4流量を2000−3000sccm、投入パワーを6kW、成膜時間を270−280秒とした。これにより、膜厚が320nmの第2SiN層132が形成される。
Next, as shown in FIG. 5A (c), a
以下、上記工程にて形成される第1SiN層131および第2SiN層132の特性について、図6〜図10を用いて説明する。
Hereinafter, the characteristics of the
図6は、SiN層の成膜温度と水素濃度およびエッジ欠陥個数との関係を表すグラフである。同図において、横軸はプラズマCVD法によりSiN層を形成するときの成膜温度(℃)であり、縦軸の左側はSiN層の水素濃度(/cm3)であり、縦軸の右側はゲート電極120とSiN層とを積層した場合のゲート電極120における欠陥頻度を表すエッジ欠陥個数(個)である。なお、縦軸の右側に示されたエッジ欠陥個数は、TFT基板上に形成された100画素分のTFTのうち、ゲート電極120の端部異常に起因してゲート電極が他の電極と短絡したTFTの個数を表している。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the deposition temperature of the SiN layer, the hydrogen concentration, and the number of edge defects. In this figure, the horizontal axis is the film formation temperature (° C.) when the SiN layer is formed by plasma CVD, the left side of the vertical axis is the hydrogen concentration (/ cm 3 ) of the SiN layer, and the right side of the vertical axis is This is the number of edge defects (pieces) representing the frequency of defects in the
図6に示すように、ゲート電極120のエッジ欠陥個数は、成膜温度が360℃より大きくなると急激に発生している。この現象について、図7Aおよび図7Bを用いて説明する。
As shown in FIG. 6, the number of edge defects in the
図7Aは、Cu金属膜の処理温度を変えた場合の、Cu金属膜の結合エネルギー波形を表すグラフである。具体的には、同図には、処理温度を変化させたCu金属膜の表面におけるXPS測定波形が示されている。また、図7Bは、Cu2OおよびCuOの結合エネルギー波形を比較した図である。 FIG. 7A is a graph showing a binding energy waveform of the Cu metal film when the processing temperature of the Cu metal film is changed. Specifically, the figure shows the XPS measurement waveform on the surface of the Cu metal film with the processing temperature changed. FIG. 7B is a diagram comparing the binding energy waveforms of Cu 2 O and CuO.
図7Bに示すように、Cu2OおよびCuOのXPS測定波形は、所定の結合エネルギー範囲(945eV−940eV)において、顕著な差異が観測される。つまり、上記所定の結合エネルギー範囲における波形を比較することにより、Cu金属膜の表面酸化状態が解る。具体的には、Cu金属膜の表面において、Cu2O(Cu+)よりもCuO(Cu2+)が多くなるにつれて酸化が進行していると判断できる。この観点で、図7Aにおける結合エネルギー波形を比較すると、処理温度が360℃以下のCu金属膜では、Cu2O(Cu+)の割合が高く、処理温度が395℃のCu金属膜では、CuO(Cu2+)の割合が急激に高くなることがわかる。 As shown in FIG. 7B, significant differences are observed in the XPS measurement waveforms of Cu 2 O and CuO within a predetermined binding energy range (945 eV-940 eV). That is, the surface oxidation state of the Cu metal film can be understood by comparing the waveforms in the predetermined binding energy range. Specifically, on the surface of the Cu metal film, it can be determined that the oxidation proceeds as CuO (Cu 2+ ) increases more than Cu 2 O (Cu + ). From this point of view, when the binding energy waveforms in FIG. 7A are compared, the Cu metal film having a processing temperature of 360 ° C. or lower has a high Cu 2 O (Cu + ) ratio, and the Cu metal film having a processing temperature of 395 ° C. has a CuO It can be seen that the ratio of (Cu 2+ ) increases rapidly.
上記のように、処理温度が360℃を超えるとCu金属膜表面での酸化が進行することから、Cuを主成分とするゲート電極120においても、上層の第1SiN層131の成膜温度が360℃を超えると、ゲート電極120の表面においてCuの酸化が進行するものと推定される。ゲート電極120の表面においてCuの酸化が進行すると、特にゲート電極120の端部において、Cu膜の再構成が促進され、エッジ欠陥となる突起部や欠損部が形成されると考えられる。
As described above, when the processing temperature exceeds 360 ° C., the oxidation on the surface of the Cu metal film proceeds. Therefore, even in the
図6、図7Aおよび図7Bに基づいた上記結果から、第1SiN層131の成膜温度T1は360℃以下であることが必要である。
From the above results based on FIGS. 6, 7A, and 7B, the deposition temperature T1 of the
なお、第1SiN層131の成膜温度T1は250℃以上であることが好ましい。第1SiN層131の成膜によりゲート電極120および基板110が受ける応力は、第1SiN層131の成膜温度T1が低いほど小さい。その反面、第1SiN層131の成膜温度T1が低くなるほどゲート電極120と第1SiN層131との結合エネルギーが小さくなり、成膜温度が250℃よりも低くなると、密着強度が著しく低下し、第1SiN層131の膜剥がれが発生する。これにより、第1SiN層131の形成工程では、250℃以上かつ360℃以下の成膜温度T1で第1SiN層を形成することが好ましい。
The film formation temperature T1 of the
一方、図6に示すように、SiN層の水素濃度は、成膜温度が高くなるにつれ低下する。この現象について、図6および図8を用いて説明する。 On the other hand, as shown in FIG. 6, the hydrogen concentration of the SiN layer decreases as the film forming temperature increases. This phenomenon will be described with reference to FIGS.
図8は、SiN膜の吸収スペクトルを表すグラフである。なお、図6に示されたSiN膜の水素濃度は、図8に示すFT−IR(フーリエ変換赤外分光光度計)により取得されたSiN膜の吸光度スペクトルにより算出している。具体的には、SiN膜のSiH分子の伸縮振動に由来する吸収帯(2200−2100cm−1)に現れるピーク波形の面積を求めることで、SiN膜の水素濃度を算出することが可能である。 FIG. 8 is a graph showing the absorption spectrum of the SiN film. Note that the hydrogen concentration of the SiN film shown in FIG. 6 is calculated from the absorbance spectrum of the SiN film obtained by FT-IR (Fourier transform infrared spectrophotometer) shown in FIG. Specifically, the hydrogen concentration of the SiN film can be calculated by obtaining the area of the peak waveform appearing in the absorption band (2200-2100 cm −1 ) derived from the stretching vibration of SiH molecules in the SiN film.
酸化物半導体層140の特性改善のためには、ゲート絶縁層内の水素残存量を極力少なくする必要がある。また、ゲート絶縁層の層間絶縁膜としての絶縁耐圧を向上させる必要がある。図6に示すようにSiN層は、所定の温度領域において、成膜温度が高いほど水素含有率が低く、また、絶縁耐圧が高い。この観点から、SiN層の成膜温度は、できるだけ高く設定することが好ましい。
In order to improve the characteristics of the
ここで、第2SiN層132の成膜温度T2を360℃より高くすることにより、第2SiN層132の水素含有率は、第1SiN層131の水素含有率よりも低くできる。
Here, the hydrogen content of the
さらには、第2SiN層132の成膜温度T2は370℃以上であることが好ましい。大面積および高精細ディスプレイ用のTFT基板では、薄膜トランジスタの特性ばらつきを抑制することが必要となる。特に、薄膜トランジスタの閾値電圧Vthのばらつき範囲であるΔVthを所定値以下とすることが要求される。このΔVthを所定値以下とするため、第2SiN層132の水素濃度は、2.0×1021/cm3以下であることが好ましい。図6のグラフから、水素濃度が2.0×1021/cm3以下となる成膜温度T2としては、370℃以上であることが要求される。
Furthermore, the film forming temperature T2 of the
図9Aは、360℃の成膜温度で成膜された第2SiN層を有する薄膜トランジスタの閾値電圧バラツキを表すグラフであり、図9Bは、390℃の成膜温度で成膜された第2SiN層を有する薄膜トランジスタの閾値電圧バラツキを表すグラフである。図9Aおよび図9Bを比較すると、第2SiN層132が390℃の成膜温度で成膜された場合の薄膜トランジスタのほうが、閾値電圧値のバラツキが小さいことがわかる。
FIG. 9A is a graph showing threshold voltage variation of a thin film transistor having a second SiN layer formed at a film formation temperature of 360 ° C., and FIG. 9B shows a second SiN layer formed at a film formation temperature of 390 ° C. It is a graph showing the threshold voltage variation of the thin film transistor which has. Comparing FIG. 9A and FIG. 9B, it can be seen that the variation in threshold voltage value is smaller in the thin film transistor when the
以上のように、第2SiN層132を形成する工程では、370℃以上の成膜温度で第2SiN層132を形成することが好ましい。これにより、薄膜トランジスタの閾値電圧のばらつきが抑制され、所望の性能を確保できる。
As described above, in the step of forming the
なお、第1SiN層131の膜厚は、第1SiN層131の膜厚と第2SiN層の膜厚とを加算した膜厚の10%以下であることが好ましい。
Note that the thickness of the
図10は、第1SiN層の膜厚比率と閾値電圧ばらつきとの関係を表すグラフである。図10の横軸は、第1SiN層131の膜厚と第2SiN層132の膜厚とを加算した膜厚に対する第1SiN層131の膜厚比率(%)である。また、縦軸は正バイアス温度ストレス(PBTS)試験後の薄膜トランジスタの閾値電圧のばらつきを示すΔVth変化量(V)である。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the thickness ratio of the first SiN layer and the threshold voltage variation. The horizontal axis of FIG. 10 represents the film thickness ratio (%) of the
なお、図10に示す第1SiN層131の膜厚比率では、第1SiN層131と第2SiN層132との合計膜厚を340nmと固定し、また、シリコン酸化物層133の膜厚を10nmと固定し、第1SiN層131と第2SiN層132との膜厚比率を変化させている。また、PBTF試験のストレス条件は、温度が90度、ゲート−ソース間電圧が+20V、ドレイン−ソース間電圧が0V、時間が2000秒である。また、PBTS試験の測定条件は、ドレイン−ソース間電圧が5V、ゲート−ソース間電圧の範囲が−10V〜+10V、ステップが0.1Vである。なお、PBTS試験の対象となるTFT基板のチャネル幅およびチャネル長は、ともに12μmである。また、基板の左下端の座標(X,Y)を(0,0)で表したときに、測定位置は、X座標が1400mm〜2400mmの範囲で、かつ、Y座標が960mmである。
Note that, in the film thickness ratio of the
図10に示すように、第1SiN層131の膜厚比率が10%以下の範囲では、ΔVth変化量(V)は、0.5V以下となっているが、第1SiN層131の膜厚比率が10%を超えると、当該膜厚比率の増加とともにΔVth変化量(V)が増加する。
As shown in FIG. 10, when the film thickness ratio of the
良好なTFT特性を確保するためには、酸化物半導体層140への水素の拡散を極力抑制することが望ましい。一方、ゲート電極120の端部異常を抑制するには、ゲート電極120の最表面を第1SiN層131で覆えばよい。よって、水素含有率が高い第1SiN層131に対して、水素含有率が低い第2SiN層の膜厚比を高くすることにより、ゲート絶縁層130の水素含有率を低減できる。よって、ゲート絶縁層130における層間ショートを低減しつつ酸化物半導体層140への水素の拡散を抑制できる。よって、TFT特性のばらつきや寿命などに関する所望のTFT性能を有する薄膜トランジスタ基板を実現できる。
In order to ensure good TFT characteristics, it is desirable to suppress the diffusion of hydrogen into the
図5Aに戻り、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の製造方法について、説明する。
Returning to FIG. 5A, a method of manufacturing the thin
次に、図5Aの(d)に示すように、第2SiN層132上にシリコン酸化物層133を形成する(第3絶縁層形成工程)。この場合、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、シランガス(SiH4)、アルゴン(Ar)および窒素(N2)を導入ガスに用いて、シリコン酸化物層133を成膜する。本工程におけるCVD成膜の条件としては、例えば、Ar流量を80000−90000sccm、N2流量を40000−50000sccm、SiH4流量を1000−2000sccm、投入パワーを6kW、成膜時間を40秒とした。これにより、膜厚が10nmのシリコン酸化物層133が形成される。
Next, as shown in FIG. 5A (d), a
なお、上述した第1〜第3絶縁層形成工程は、連続して行われる。つまり、プラズマCVD装置を用いて第1SiN層131を成膜した後、プラズマCVD装置のチャンバー内の真空を破ることなく、第2SiN層132およびシリコン酸化物層133の成膜を行う。これにより、不純物が混入する可能性を低減することができる。
In addition, the 1st-3rd insulating layer formation process mentioned above is performed continuously. That is, after the
次に、図5Aの(e)に示すように、基板110の上方に、かつ、ゲート電極120に対向する位置に所定形状の酸化物半導体層140を形成する。例えば、ゲート絶縁層130上に酸化物半導体膜をスパッタリングによって成膜する。そして、フォトリソグラフィおよびエッチングによって酸化物半導体膜を加工することにより、所定形状の酸化物半導体層140を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 5A, an
具体的には、組成比In:Ga:Zn=1:1:1のターゲット材を用いた、酸素(O2)とアルゴン(Ar)との混合ガス雰囲気でのスパッタリングによって、ゲート絶縁層130上に90nmのアモルファスInGaZnO膜を成膜する。より具体的な成膜条件は、例えば、DCマグネトロンスパッタ法において、パワーが12kW、成膜ガスの酸素分圧が4.5%、成膜レートが100nm/minである。 Specifically, on the gate insulating layer 130 by sputtering in a mixed gas atmosphere of oxygen (O 2 ) and argon (Ar) using a target material having a composition ratio of In: Ga: Zn = 1: 1: 1. Next, an amorphous InGaZnO film of 90 nm is formed. More specific film forming conditions are, for example, a power of 12 kW, an oxygen partial pressure of the film forming gas of 4.5%, and a film forming rate of 100 nm / min in the DC magnetron sputtering method.
そして、ゲート絶縁層130上に成膜されたアモルファスInGaZnOをウェットエッチングすることで、酸化物半導体層140を形成する。InGaZnOのウェットエッチングは、例えば、リン酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)および界面活性剤を混合した薬液を用いて行うことができる。また、レジストの剥離には、アルカリ添加物を含む剥離液を用いてよい。
Then, the
次に、図5Aの(f)に示すように、酸化物半導体層140上に絶縁層150を形成する。本実施の形態では、酸化物半導体層140を覆うようにしてゲート絶縁層130上の全面に絶縁層150を成膜する。
Next, as illustrated in FIG. 5A (f), the insulating
絶縁層150は、例えば、シリコン酸化膜である。この場合、シランガス(SiH4)および亜酸化窒素ガス(N2O)を導入ガスに用いて、プラズマCVD法によってシリコン酸化膜を成膜する。
The insulating
次に、図5Bの(a)に示すように、酸化物半導体層140の領域の一部を露出させるように、絶縁層150にコンタクトホールを形成する。具体的には、フォトリソグラフィ法およびエッチング法によって絶縁層150の一部をエッチング除去することによって、ソースコンタクト領域およびドレインコンタクト領域となる領域上にコンタクトホール(開口部)を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 5B (a), a contact hole is formed in the insulating
例えば、絶縁層150がシリコン酸化膜である場合、反応性イオンエッチング(RIE)法によるドライエッチング法によってシリコン酸化膜にコンタクトホールを形成することができる。この場合、エッチングガスとしては、例えば、四フッ化炭素(CF4)および酸素ガス(O2)を用いることができる。
For example, when the insulating
次に、図5Bの(b)および(c)に示すように、酸化物半導体層140の上記領域に接続されるソース電極160sおよびドレイン電極160dを形成する。例えば、絶縁層150に形成したコンタクトホールを埋めるようにして、絶縁層150上に所定形状のソース電極160sおよびドレイン電極160dを形成する。
Next, as illustrated in FIGS. 5B and 5C, a
本実施の形態では、ソース電極160sおよびドレイン電極160dとして、MoW膜の単層構造の電極を形成する。この場合、まず、図5Bの(b)に示すように、絶縁層150のコンタクトホールを埋めるようにして絶縁層150上に、MoW膜160をスパッタリング法によって成膜する。その後、図5Bの(c)に示すように、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法によって、MoW膜をパターニングする。これにより、所定形状のソース電極160sおよびドレイン電極160dを形成することができる。
In this embodiment, MoW film single-layer electrodes are formed as the
なお、MoW膜のエッチング液としては、例えば、過酸化水素水(H2O2)および有機酸を混合した薬液を用いることができる。 In addition, as the etching solution for the MoW film, for example, a chemical solution in which hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 ) and an organic acid are mixed can be used.
最後に、図5Bの(d)に示すように、ソース電極160sおよびドレイン電極160dの上に保護層170を形成する。本実施の形態では、ソース電極160sおよびドレイン電極160dを覆うようにして絶縁層150上の全面に保護層170を成膜する。
Finally, as shown in FIG. 5B (d), a
保護層170は、例えば、シリコン酸化膜である。この場合、シランガス(SiH4)および亜酸化窒素ガス(N2O)を導入ガスに用いて、プラズマCVD法によってシリコン酸化膜を成膜することができる。
The
以上のようにして、図4に示す構成の薄膜トランジスタ基板100を製造することができる。
As described above, the thin
[4.まとめ]
以上のように、本実施の形態に係るTFT基板100の製造方法は、基板110の上方に、Cuを主成分とするゲート電極120を形成する金属層形成工程と、ゲート電極120の表面上に、360℃以下の成膜温度T1で、SiおよびNからなる第1SiN層131を形成する第1絶縁層形成工程と、第1SiN層の上に、360℃よりも高い成膜温度T2で、SiおよびNからなる第2SiN層132を形成する第2絶縁層形成工程と、基板110の上方に、TFTのチャネル層となる酸化物半導体層140を形成するチャネル層形成工程とを含む。
[4. Summary]
As described above, the manufacturing method of the
本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100では、シリコン酸化膜よりも緻密な膜質を有し応力の制御が可能なシリコン窒化膜をゲート絶縁層として使用している。酸化物半導体層140の特性改善のためには、ゲート絶縁層130内の水素残存量を極力少なくする必要がある。また、ゲート絶縁層130の層間絶縁膜としての絶縁耐圧を向上させる必要がある。シリコン窒化膜は、所定の温度領域において、成膜温度が高いほど水素含有率が低く、また、絶縁耐圧が高い。この観点から、シリコン窒化膜の成膜温度は、できるだけ高く設定することが好ましい。
In the thin
一方、ゲート電極120の材料にはCuが用いられている。Cuからなるゲート電極120の上へのSiN層の成膜温度が高いほど、膜応力による基板の反りおよび温度分布などにより、電極の端部に異常(逆テーパ形状および欠損など)が発生し易くなる。この端部異常により、SiN層に亀裂が入り、ゲート絶縁層130の層間ショートや絶縁耐圧の低下が発生し易くなり、TFTの歩留まりが悪化する。
On the other hand, Cu is used as the material of the
上記観点から、ゲート電極120に近接する第1SiN層131については、電極の端部異常を回避すべく、第2SiN層132の成膜温度より低い温度にて成膜する。一方、第2SiN層132については、水素含有率を低減し絶縁耐圧を確保すべく、第1SiN層131の成膜温度より高い温度にて成膜する。
From the above viewpoint, the
これにより、酸化物半導体層140に影響するゲート絶縁層130の水素含有率を低減できるとともにゲート絶縁層130の耐圧を向上できるので、TFT特性のばらつきや寿命などに関する所望のTFT性能が確保された薄膜トランジスタ基板を実現できる。
Accordingly, the hydrogen content of the gate insulating layer 130 which affects the
また、例えば、第2絶縁層形成工程では、370℃以上の成膜温度T2で第2SiN層132を形成してもよい。
Further, for example, in the second insulating layer forming step, the
大面積および高精細ディスプレイ用のTFT基板では、薄膜トランジスタの特性ばらつきを抑制することが必要となる。特に、薄膜トランジスタの閾値電圧Vthのばらつきを小さくすることが要求される。このため、第2SiN層132の水素濃度は、2.0×1021/cm3以下であることが好ましく、この水素濃度条件を満たす成膜温度としては、370℃以上であることが要求される。これにより、薄膜トランジスタの閾値電圧のばらつきが抑制され、所望の性能を確保できる。
In a TFT substrate for a large area and high definition display, it is necessary to suppress variations in characteristics of thin film transistors. In particular, it is required to reduce variations in threshold voltage Vth of thin film transistors. Therefore, the hydrogen concentration of the
また、例えば、第1絶縁層形成工程では、250℃以上の成膜温度T1で第1SiN層131を形成してもよい。
Further, for example, in the first insulating layer forming step, the
第1SiN層131の成膜温度が低くなるほどゲート電極120と第1SiN層131との結合エネルギーが小さくなる。これに対し、本構成によれば、ゲート電極120と第1SiN層131との密着強度が確保されるので、第1SiN層131の膜剥がれを防止できる。
The lower the deposition temperature of the
また、例えば、第1絶縁層形成工程では、第1SiN層131の膜厚が、第1SiN層131の膜厚と第2SiN層132の膜厚とを加算した膜厚の10%以下となるように、第1SiN層を形成してもよい。
Further, for example, in the first insulating layer forming step, the thickness of the
良好なTFT特性を確保するためには、酸化物半導体層140への水素の拡散を極力抑制することが望ましい。一方、ゲート電極120の端部異常を抑制するには、ゲート電極120の最表面を第1SiN層131で覆えばよい。よって、第1SiN層131に対する第2SiN層の膜厚比を高くすることにより、ゲート絶縁層130における層間ショートを低減しつつ酸化物半導体層140への水素の拡散を抑制できる。よって、TFT特性のばらつきや寿命などに関する所望のTFT性能を有する薄膜トランジスタ基板を実現できる。
In order to ensure good TFT characteristics, it is desirable to suppress the diffusion of hydrogen into the
また、例えば、第2SiN層の水素含有率は、第1SiN層の水素含有率よりも低い。 For example, the hydrogen content of the second SiN layer is lower than the hydrogen content of the first SiN layer.
これにより、ゲート電極120表面の端部異常を抑制しつつ、酸化物半導体層140に近接する領域の水素含有率を低減することが可能となる。
Accordingly, it is possible to reduce the hydrogen content in a region adjacent to the
(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。
(Other embodiments)
As described above, the embodiments have been described as examples of the technology disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed.
そこで、以下では、他の実施の形態を例示する。 Thus, other embodiments will be exemplified below.
例えば、上記の実施の形態では、Cuを主成分とする金属層がゲート電極120である態様を例示したが、これに限られない。上記金属層は、例えば、ソース電極160sまたはドレイン電極160dであってもよく、ソース電極160sおよびドレイン電極160dの上に形成される保護層170が、SiおよびNからなる第1絶縁層および第2絶縁層の積層構造を有していてもよい。また、上記金属層は、薄膜トランジスタ基板の上に形成されるその他の配線であってもよい。これらの場合には、各電極または配線の表面における端部異常を抑制しつつ、酸化物半導体層140に近接する領域の水素含有率を低減することが可能となる。
For example, in the above embodiment, the metal layer mainly composed of Cu is the
また、上記の実施の形態では、薄膜トランジスタがボトムゲート型である例について示したが、トップゲート型でもよい。トップゲート型の構成においても、Cuを主成分とする金属層を、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、およびその他の配線の少なくともいずれかに適用することが可能である。 In the above embodiment, an example in which the thin film transistor is a bottom gate type is shown, but a top gate type may be used. Even in the top-gate configuration, a metal layer containing Cu as a main component can be applied to at least one of a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, and other wirings.
また、上記の実施の形態では、第1SiN層131および第2SiN層132の成膜方式として、プラズマCVD法を例示したが、これに限られない。第1SiN層131および第2SiN層132の成膜方式としては、例えば、スパッタ法なども適用が可能である。第1SiN層131および第2SiN層132の成膜工程では、水素含有率に最も影響するパラメータは成膜温度であり、当該成膜温度はシリコン窒化物材料に起因するパラメータである。つまり、第1SiN層131および第2SiN層132の成膜方式は、特定の成膜方式には限定されない。
In the above embodiment, the plasma CVD method is exemplified as the film formation method of the
また、上記の実施の形態では、酸化性処理としてN2Oプラズマ処理を例に上げて説明したが、これに限らない。N2Oの代わりに酸素ガス(O2)を用いた酸素プラズマ処理でもよい。これにより、例えば、シリコン酸化膜の成膜ガスとして、シランガスと酸素ガスとを用いる場合は、酸素ガスを用いた酸素プラズマ処理を行うことで、成膜とプラズマ処理とを同一チャンバー内で連続的に実施することができる。したがって、装置の簡略化および低コスト化などの生産上の利便性を高めることができる。 In the above-described embodiment, the N 2 O plasma process is described as an example of the oxidizing process, but the present invention is not limited to this. Oxygen plasma treatment using oxygen gas (O 2 ) instead of N 2 O may be used. Thus, for example, when silane gas and oxygen gas are used as the film formation gas for the silicon oxide film, the film formation and the plasma treatment are continuously performed in the same chamber by performing oxygen plasma treatment using oxygen gas. Can be implemented. Therefore, convenience in production such as simplification and cost reduction of the apparatus can be enhanced.
また、プラズマ処理ではなく、酸化性のガスを用いたガス処理、あるいは、所定の温度で加熱を行う加熱処理(アニール処理)を酸化性処理として実施してもよい。また、酸化性処理のパラメータと薄膜トランジスタの閾値Vthとの関係は、線形関係以外の関係であってもよい。 Further, instead of the plasma treatment, a gas treatment using an oxidizing gas or a heating treatment (annealing treatment) in which heating is performed at a predetermined temperature may be performed as the oxidizing treatment. In addition, the relationship between the oxidation treatment parameter and the threshold value Vth of the thin film transistor may be a relationship other than a linear relationship.
また、例えば、上記の実施の形態では、絶縁層150と保護層170とが、ともにシリコン酸化膜から構成される例について示したが、これに限らない。例えば、絶縁層150および保護層170は、例えば、酸化アルミニウム膜などの酸化膜から構成されてもよい。
For example, in the above embodiment, the example in which the insulating
また、例えば、上記の実施の形態では、絶縁層150が1層構造である例について示したが、これに限らない。絶縁層150は、2層以上の酸化膜を含んでもよい。
Further, for example, in the above embodiment, the example in which the insulating
また、例えば、上記の実施の形態では、薄膜トランジスタ基板100を用いた表示装置として有機EL表示装置10について説明したが、上記実施の形態における薄膜トランジスタ基板100は、液晶表示装置など、アクティブマトリクス基板が用いられる他の表示装置にも適用することができる。
For example, in the above embodiment, the organic
また、上述した有機EL表示装置10などの表示装置(表示パネル)については、フラットパネルディスプレイとして利用することができ、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、携帯電話など、表示パネルを有するあらゆる電子機器に適用することができる。特に、大画面および高精細の表示装置に適している。
In addition, the display device (display panel) such as the organic
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。 As described above, the embodiments have been described as examples of the technology in the present disclosure. For this purpose, the accompanying drawings and detailed description are provided.
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。 Accordingly, among the components described in the accompanying drawings and the detailed description, not only the components essential for solving the problem, but also the components not essential for solving the problem in order to illustrate the above technique. May also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that these non-essential components are essential as those non-essential components are described in the accompanying drawings and detailed description.
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはの均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Moreover, since the above-mentioned embodiment is for demonstrating the technique in this indication, a various change, replacement, addition, omission, etc. can be performed in a claim or the equivalent range.
本開示に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法は、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ基板の製造方法、および、薄膜トランジスタ基板を用いた有機EL表示装置などの表示装置の製造方法に利用することができる。 The method for manufacturing a thin film transistor substrate according to the present disclosure can be used for a method for manufacturing a thin film transistor substrate using an oxide semiconductor and a method for manufacturing a display device such as an organic EL display device using the thin film transistor substrate.
10 有機EL表示装置
20、100 薄膜トランジスタ基板(TFT基板)
21 バンク
30 画素
30B、30G、30R サブ画素
31 画素回路
32、33 薄膜トランジスタ
32d、33d、160d ドレイン電極
32g、33g、120 ゲート電極
32s、33s、160s ソース電極
34 キャパシタ
40 有機EL素子
41 陽極
42 EL層
43 陰極
50 ゲート配線
60 ソース配線
70 電源配線
110 基板
121 第1層
122 第2層
130 ゲート絶縁層
131 第1SiN層
132 第2SiN層
133 シリコン酸化物層
140 酸化物半導体層
150 絶縁層
160 MoW膜
170 保護層
10 Organic
21
Claims (6)
基板の上方に、Cuを主成分とする金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層の表面上に、360℃以下の成膜温度で、SiおよびNからなる第1絶縁層を形成する第1絶縁層形成工程と、
前記第1絶縁層の上に、360℃よりも高い成膜温度で、SiおよびNからなる第2絶縁層を形成する第2絶縁層形成工程と、
前記基板の上方に、前記薄膜トランジスタのチャネル層となる酸化物半導体層を形成するチャネル層形成工程とを含む
薄膜トランジスタ基板の製造方法。 A method of manufacturing a thin film transistor substrate including a thin film transistor,
A metal layer forming step of forming a metal layer mainly composed of Cu above the substrate;
A first insulating layer forming step of forming a first insulating layer made of Si and N at a film forming temperature of 360 ° C. or less on the surface of the metal layer;
A second insulating layer forming step of forming a second insulating layer made of Si and N on the first insulating layer at a film forming temperature higher than 360 ° C .;
And a channel layer forming step of forming an oxide semiconductor layer to be a channel layer of the thin film transistor above the substrate.
請求項1に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。 The method for manufacturing a thin film transistor substrate according to claim 1, wherein in the second insulating layer forming step, the second insulating layer is formed at a film forming temperature of 370 ° C. or higher.
請求項1または2に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。 3. The method of manufacturing a thin film transistor substrate according to claim 1, wherein in the first insulating layer forming step, the first insulating layer is formed at a film forming temperature of 250 ° C. or higher.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。 In the first insulating layer forming step, the thickness of the first insulating layer is 10% or less of the total thickness of the thickness of the first insulating layer and the thickness of the second insulating layer. The method for manufacturing a thin film transistor substrate according to claim 1, wherein the first insulating layer is formed.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。 The method for manufacturing a thin film transistor substrate according to claim 1, wherein a hydrogen content of the second insulating layer is lower than a hydrogen content of the first insulating layer.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。 The method for manufacturing a thin film transistor substrate according to claim 1, wherein the metal layer is a gate electrode of the thin film transistor.
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