JP2016111203A - Thin film transistor substrate and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film transistor substrate in which a thin film transistor which uses an oxide semiconductor for a channel layer is formed on a substrate, and which can improve voltage withstanding characteristics of a gate insulation layer without destabilizing electric characteristics of the thin film transistor.SOLUTION: A TFT substrate 20 comprises a substrate 110, a gate electrode 120, an oxide semiconductor layer 140, and a gate insulation layer 130 arranged between the gate electrode 120 and the oxide semiconductor layer 140. The gate insulation layer 130 includes a first insulation layer 131, a second insulation layer 132 and a third insulation layer 133 which are sequentially arranged from the gate electrode 120 side and composed of silicon nitride films, in which each of the first through third insulation layers has an atomic weight within a predetermined range; and a difference obtained by subtracting a film thickness of the third insulation layer 133 from a film thickness of the second insulation layer 132 is equal to or less than 50 nm; and a film density of the second insulation layer 132 is lower than each film density of the first insulation layer 131 and a third insulation layer 133.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ基板及びその製造方法に関する。   The present disclosure relates to a thin film transistor substrate using an oxide semiconductor and a manufacturing method thereof.

液晶表示装置又は有機EL(Electro−Luminescence)表示装置などのアクティブマトリクス方式の表示装置には、スイッチング素子又は駆動素子として薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が広く用いられている。また、表示装置の大画面化に伴い、TFTが積層されるガラス基板の大型化が進んでいる。ここで、大型化されたガラス基板上にTFTを設ける場合に、異層配線間のショートによって歩留りが悪化するという問題がある。この問題を解決するために、アモルファスシリコンをチャネル層に用いたTFTにおいて、ゲート絶縁層を、異なる種類の複数のシリコン窒化膜で構成する技術が知られている(非特許文献1)。   Thin film transistors (TFTs) are widely used as switching elements or driving elements in active matrix display devices such as liquid crystal display devices or organic EL (Electro-Luminescence) display devices. In addition, with the increase in screen size of display devices, the size of glass substrates on which TFTs are stacked is increasing. Here, when a TFT is provided on a large glass substrate, there is a problem that the yield is deteriorated due to a short circuit between different layer wirings. In order to solve this problem, in a TFT using amorphous silicon as a channel layer, a technique is known in which a gate insulating layer is composed of a plurality of different types of silicon nitride films (Non-Patent Document 1).

Yue Kuo,「Thin Film Transistors with Graded SiNx Gate Dielectrics」,J.Electrochem. Soc.,141(4),1061(1994)Yue Kuo, “Thin Film Transistors with Graded SiNx Gate Dielectrics”, J. Am. Electrochem. Soc. , 141 (4), 1061 (1994)

近年、TFTのチャネル層に酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウムガリウム(InGaO)、又は、酸化インジウムガリウム亜鉛(InGaZnO)などの酸化物半導体を用いた構成について、研究開発が積極的に進められている。酸化物半導体をチャネル層に用いたTFTは、アモルファス状態でも高いキャリア移動度を持ち、低温プロセスで形成可能であるという特徴を持つ。このような酸化物半導体をチャネル層に用いたTFTにおいても、アモルファスシリコンを用いた場合と同様に、異層配線間のショートによって歩留りが悪化するという問題がある。   In recent years, research and development have been actively conducted on a structure in which an oxide semiconductor such as zinc oxide (ZnO), indium gallium oxide (InGaO), or indium gallium zinc oxide (InGaZnO) is used for a channel layer of a TFT. . A TFT using an oxide semiconductor for a channel layer has a high carrier mobility even in an amorphous state and can be formed by a low-temperature process. Even in a TFT using such an oxide semiconductor for a channel layer, there is a problem that the yield is deteriorated due to a short circuit between different layer wirings, as in the case of using amorphous silicon.

本開示は、酸化物半導体をチャネル層に用いた薄膜トランジスタが基板上に形成された薄膜トランジスタ基板であって、ゲート絶縁層の耐電圧特性を改善できる薄膜トランジスタ基板及びその製造方法を提供する。   The present disclosure provides a thin film transistor substrate in which a thin film transistor using an oxide semiconductor for a channel layer is formed on a substrate, and can improve the withstand voltage characteristics of a gate insulating layer, and a method for manufacturing the same.

上記課題を解決するため、本開示に係る薄膜トランジスタ基板の一態様は、基板と、基板の上方に配置されたゲート電極と、ゲート電極の上方であって、ゲート電極に対向する位置に配置され、チャネル層として用いられる酸化物半導体層と、ゲート電極と酸化物半導体層との間に配置されたゲート絶縁層とを備え、ゲート絶縁層は、ゲート電極側から順に配置された第1絶縁層、第2絶縁層及び第3絶縁層を備え、第1絶縁層、第2絶縁層及び第3絶縁層はシリコン窒化膜から構成され、第1絶縁層、第2絶縁層及び第3絶縁層における窒素原子及び珪素原子に結合される水素原子量が、それぞれ、3.3×1022cm−3以下、及び、2.3×1021cm−3以下であり、第2絶縁層の膜厚から第3絶縁層の膜厚を引いた差は50nm以下であり、第2絶縁層の膜密度は、第1絶縁層及び第3絶縁層の膜密度より小さい。 In order to solve the above problems, one embodiment of a thin film transistor substrate according to the present disclosure includes a substrate, a gate electrode disposed above the substrate, a gate electrode, and a gate electrode disposed at a position facing the gate electrode. An oxide semiconductor layer used as a channel layer; and a gate insulating layer disposed between the gate electrode and the oxide semiconductor layer. The gate insulating layer includes a first insulating layer sequentially disposed from the gate electrode side; A second insulating layer and a third insulating layer, wherein the first insulating layer, the second insulating layer, and the third insulating layer are formed of a silicon nitride film, and nitrogen in the first insulating layer, the second insulating layer, and the third insulating layer; The amount of hydrogen atoms bonded to the atoms and silicon atoms is 3.3 × 10 22 cm −3 or less and 2.3 × 10 21 cm −3 or less, respectively. The difference obtained by subtracting the thickness of the insulating layer is 50 The film density of the second insulating layer is smaller than that of the first insulating layer and the third insulating layer.

また、本開示に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法の一態様は、薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、基板の上方にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極の上方であって、ゲート電極と対向する位置に、チャネル層として用いられる酸化物半導体層を形成する工程と、ゲート電極と酸化物半導体層との間にゲート絶縁層を形成する工程とを含み、ゲート絶縁層を形成する工程は、ゲート電極側から順に配置される第1絶縁層、第2絶縁層及び第3絶縁層をそれぞれ形成する工程を含み、第1絶縁層、第2絶縁層及び第3絶縁層はシリコン窒化膜から構成され、第1絶縁層、第2絶縁層及び第3絶縁層における窒素原子及び珪素原子に結合される水素原子量が、それぞれ、3.3×1022cm−3以下、及び、2.3×1021cm−3以下であり、第2絶縁層の膜厚から第3絶縁層の膜厚を引いた差は50nm以下であり、第2絶縁層の膜密度は、第1絶縁層及び第3絶縁層の膜密度より小さい。 One embodiment of a method for manufacturing a thin film transistor substrate according to the present disclosure is a method for manufacturing a thin film transistor substrate, the step of forming a gate electrode above the substrate, and the upper side of the gate electrode and facing the gate electrode. A step of forming an oxide semiconductor layer used as a channel layer at a position and a step of forming a gate insulating layer between the gate electrode and the oxide semiconductor layer. Including a step of forming a first insulating layer, a second insulating layer, and a third insulating layer, which are sequentially arranged from the electrode side, wherein the first insulating layer, the second insulating layer, and the third insulating layer are formed of a silicon nitride film. , the first insulating layer, a hydrogen atom amount attached to a nitrogen atom and a silicon atom in the second insulating layer and the third insulating layer, respectively, 3.3 × 10 22 cm -3 or less, and, 2.3 × 10 2 cm -3 or less, the film thickness difference obtained by subtracting the from the film thickness of the second insulating layer a third insulating layer has a 50nm or less, the film density of the second insulating layer, the first insulating layer and the third insulating layer Less than the film density.

本開示によれば、酸化物半導体をチャネル層に用いた薄膜トランジスタが基板上に形成された薄膜トランジスタ基板であって、ゲート絶縁層の耐電圧特性を改善できる薄膜トランジスタ基板及びその製造方法を提供することができる。   According to the present disclosure, it is possible to provide a thin film transistor substrate in which a thin film transistor using an oxide semiconductor as a channel layer is formed on a substrate, and capable of improving a withstand voltage characteristic of a gate insulating layer, and a method for manufacturing the same. it can.

図1は、実施の形態に係る有機EL表示装置の一部切り欠き斜視図である。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an organic EL display device according to an embodiment. 図2は、実施の形態に係る有機EL表示装置のピクセルバンクの一例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of a pixel bank of the organic EL display device according to the embodiment. 図3は、実施の形態に係る有機EL表示装置における画素回路の構成を示す電気回路図である。FIG. 3 is an electric circuit diagram showing a configuration of a pixel circuit in the organic EL display device according to the embodiment. 図4は、実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板の一例を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of the thin film transistor substrate according to the embodiment. 図5Aは、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。FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film transistor substrate according to the embodiment. 図5Bは、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。FIG. 5B is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the thin film transistor substrate according to the embodiment. 図5Cは、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。FIG. 5C is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the thin film transistor substrate according to the embodiment. 図5Dは、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。FIG. 5D is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the thin film transistor substrate according to the embodiment. 図6は、シリコン窒化膜が形成されるシリコン基板の成膜時における配置を示す上面図である。FIG. 6 is a top view showing the arrangement of the silicon substrate on which the silicon nitride film is formed during film formation. 図7は、シリコン窒化膜の成膜パラメータと成膜されたシリコン窒化膜の物性値とを示す表である。FIG. 7 is a table showing the deposition parameters of the silicon nitride film and the physical property values of the deposited silicon nitride film. 図8は、シリコン酸化膜の成膜パラメータと成膜されたシリコン酸化膜の物性値とを示す表である。FIG. 8 is a table showing the deposition parameters of the silicon oxide film and the physical property values of the deposited silicon oxide film. 図9Aは、条件Aを用いて成膜されたシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とをゲート絶縁層に用いた薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。FIG. 9A is a graph showing measurement results of electrical characteristics of a thin film transistor in which a silicon nitride film and a silicon oxide film formed under the condition A are used as a gate insulating layer. 図9Bは、条件Bを用いて成膜されたシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とをゲート絶縁層に用いた薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。FIG. 9B is a graph showing measurement results of electrical characteristics of a thin film transistor using a silicon nitride film and a silicon oxide film formed under the condition B as a gate insulating layer. 図9Cは、条件Cを用いて成膜されたシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とをゲート絶縁層に用いた薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。FIG. 9C is a graph showing measurement results of electrical characteristics of a thin film transistor using a silicon nitride film and a silicon oxide film formed under the condition C as gate insulating layers. 図10は、シリコン窒化膜の成膜パラメータと成膜されたシリコン窒化膜の物性値とを示す表である。FIG. 10 is a table showing the deposition parameters of the silicon nitride film and the physical property values of the deposited silicon nitride film. 図11は、成膜における圧力と各物性値との関係を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the relationship between the pressure in film formation and each physical property value. 図12は、シランガス流量と各物性値との関係を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the silane gas flow rate and each physical property value. 図13Aは、条件Aを用いて成膜されたシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とをゲート絶縁層に用いた薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。FIG. 13A is a graph showing measurement results of electrical characteristics of a thin film transistor using a silicon nitride film and a silicon oxide film formed under the condition A as a gate insulating layer. 図13Bは、条件A4を用いて成膜されたシリコン窒化膜をゲート絶縁層の応力緩和層として用いた薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。FIG. 13B is a graph showing measurement results of electrical characteristics of the thin film transistor using the silicon nitride film formed under the condition A4 as the stress relaxation layer of the gate insulating layer. 図14は、成膜条件をパラメータして基板温度に対するH脱離プロファイルを示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the H 2 desorption profile with respect to the substrate temperature with the film formation conditions as parameters. 図15は、基板温度350℃の場合における各成膜条件に対するH脱離量を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing the amount of H 2 desorption for each film forming condition when the substrate temperature is 350 ° C. 図16は、測定対象の薄膜トランジスタにおける各絶縁層の膜厚の条件と、当該条件で作製した薄膜トランジスタの電気特性及びTFT基板の反り量を示した表である。FIG. 16 is a table showing the conditions of the film thickness of each insulating layer in the thin film transistor to be measured, the electrical characteristics of the thin film transistor manufactured under the conditions, and the warpage amount of the TFT substrate. 図17Aは、図16に示す条件(a)で作製された薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。FIG. 17A is a graph showing measurement results of electric characteristics of the thin film transistor manufactured under the condition (a) shown in FIG. 図17Bは、図16に示す条件(b)で作製された薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。FIG. 17B is a graph showing measurement results of electric characteristics of the thin film transistor manufactured under the condition (b) shown in FIG. 図17Cは、図16に示す条件(c)で作製された薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。FIG. 17C is a graph showing measurement results of electrical characteristics of the thin film transistor manufactured under the condition (c) illustrated in FIG. 図17Dは、図16に示す条件(d)で作製された薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。FIG. 17D is a graph showing measurement results of electric characteristics of the thin film transistor manufactured under the condition (d) shown in FIG. 図17Eは、図16に示す条件(e)で作製された薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。FIG. 17E is a graph showing measurement results of electric characteristics of the thin film transistor manufactured under the condition (e) shown in FIG. 図17Fは、図16に示す条件(f)で作製された薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。FIG. 17F is a graph illustrating measurement results of electrical characteristics of the thin film transistor manufactured under the condition (f) illustrated in FIG. 図18は、第2絶縁層の膜厚のゲート絶縁層の合計膜厚に対する割合と、TFT基板の反り量及び閾値Vthのばらつきとの関係を示すグラフである。FIG. 18 is a graph showing the relationship between the ratio of the thickness of the second insulating layer to the total thickness of the gate insulating layer, and the variation in the amount of warpage of the TFT substrate and the threshold value Vth.

(本開示の基礎となった知見)
アモルファスシリコンをチャネル層に用いたTFTにおける異層配線間のショートを抑制するための構成として、ゲート絶縁層を構成するシリコン窒化膜のバルク層として、成膜レートが大きいシリコン窒化膜を厚く堆積させ、アモルファスシリコン層との界面の層として、成膜レートが小さく緻密なシリコン窒化膜を堆積させる構成が考えられる。
(Knowledge that became the basis of this disclosure)
As a structure for suppressing short-circuits between different layer wirings in TFTs using amorphous silicon as the channel layer, a thick silicon nitride film with a high film formation rate is deposited as a bulk layer of the silicon nitride film constituting the gate insulating layer. As a layer at the interface with the amorphous silicon layer, a structure in which a dense silicon nitride film with a low film formation rate is deposited can be considered.

当該構成により、生産性を悪化させることなく、ゲート絶縁層を厚くすることによって異層配線間のショートを抑制し、かつ、ゲート絶縁層とアモルファスシリコン層との界面特性を良好にすることができる。   With this structure, it is possible to suppress a short circuit between different layer wirings by increasing the thickness of the gate insulating layer without deteriorating productivity, and to improve the interface characteristics between the gate insulating layer and the amorphous silicon layer. .

上記構成は、酸化物半導体をチャネル層に用いたTFTにおいても、異層配線間ショートの低減に効果的であると予想される。しかしながら、本発明者は、上記構成を、酸化物半導体をチャネル層に用いたTFTに適用する場合に、以下の問題が生じることを見出した。   The above configuration is expected to be effective in reducing short-circuiting between different layer wirings even in a TFT using an oxide semiconductor for a channel layer. However, the present inventor has found that the following problems occur when the above configuration is applied to a TFT using an oxide semiconductor for a channel layer.

上記構成を適用したTFTにおいて、ゲート絶縁層中のシリコン窒化膜の膜厚増加は、シリコン窒化膜から脱離してチャネル層に注入される水素原子量を増加させる。ここで、アモルファスシリコンをチャネル層に用いるTFTにおいては、シリコン窒化膜から脱離する水素原子によって、アモルファスシリコン層とシリコン窒化膜(ゲート絶縁層)との界面に多数存在する活性な未結合手(ダングリングボンド)が終端される。これにより、界面準位及び固定電荷を低減することができるため、TFTの電気特性を向上することができる。   In the TFT to which the above configuration is applied, an increase in the thickness of the silicon nitride film in the gate insulating layer increases the amount of hydrogen atoms that are detached from the silicon nitride film and injected into the channel layer. Here, in a TFT using amorphous silicon as a channel layer, a large number of active dangling bonds present at the interface between the amorphous silicon layer and the silicon nitride film (gate insulating layer) due to hydrogen atoms desorbed from the silicon nitride film ( Dangling bonds) are terminated. Thereby, since the interface state and the fixed charge can be reduced, the electrical characteristics of the TFT can be improved.

一方、酸化物半導体をチャネル層に用いたTFTにおいても、ゲート絶縁層中のシリコン窒化膜の膜厚増加は、シリコン窒化膜から脱離して酸化物半導体層に注入される水素原子量を増加させる。そして、当該水素原子により酸化物半導体層の電気特性が不安定化される。具体的には、酸化物半導体層中に、水素原子が注入されると、水素原子(H)によって、酸化物半導体層中の金属原子(例えば、インジウム原子In)と酸素原子(O)との結合が切断され、O−H結合(例えば、In−O−H結合)又は酸素欠陥が発生する。これにより、当該欠陥などの発生によりキャリアが増加するため、薄膜トランジスタの閾値(閾値電圧Vth)はマイナス方向にシフトし易くなり、薄膜トランジスタの電気特性が不安定になる。   On the other hand, also in a TFT using an oxide semiconductor as a channel layer, an increase in the thickness of the silicon nitride film in the gate insulating layer increases the amount of hydrogen atoms that are detached from the silicon nitride film and injected into the oxide semiconductor layer. Then, the electrical characteristics of the oxide semiconductor layer are destabilized by the hydrogen atoms. Specifically, when hydrogen atoms are injected into the oxide semiconductor layer, metal atoms (for example, indium atoms In) and oxygen atoms (O) in the oxide semiconductor layer are formed by hydrogen atoms (H). The bond is broken, and an O—H bond (for example, an In—O—H bond) or an oxygen defect is generated. Accordingly, carriers increase due to the occurrence of the defect and the like, so that the threshold value (threshold voltage Vth) of the thin film transistor easily shifts in the negative direction, and the electrical characteristics of the thin film transistor become unstable.

そこで、本開示は、酸化物半導体をチャネル層に用いた薄膜トランジスタが基板上に形成された薄膜トランジスタ基板であって、薄膜トランジスタの電気特性を不安定化させることなく、ゲート絶縁層の耐電圧特性を改善できる薄膜トランジスタ基板及びその製造方法を提供する。   Therefore, the present disclosure is a thin film transistor substrate in which a thin film transistor using an oxide semiconductor for a channel layer is formed on a substrate, and improves the withstand voltage characteristics of the gate insulating layer without destabilizing the electrical characteristics of the thin film transistor. Provided is a thin film transistor substrate and a method for manufacturing the same.

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、すでによく知られた事項の詳細説明、及び、実質的に同一の構成に対する重複説明などを省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters and overlapping descriptions for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following description from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art.

なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。   In addition, the inventors provide the accompanying drawings and the following description in order for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and these are intended to limit the subject matter described in the claims. is not.

また、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、同じ構成部材については同じ符号を付している。   Each figure is a mimetic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the same structural member.

また、本明細書において、「上方」及び「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)及び下方向(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」及び「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 the 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. The terms “upper” and “lower” are used not only when 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、本実施の形態に係る有機EL表示装置10の構成について、図1及び図2を用いて説明する。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, the configuration of the organic EL display device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an organic EL display device 10 according to the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing an example of a pixel bank of the organic EL display device 10 according to the present embodiment.

[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及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 EL display device 10 includes a TFT substrate (TFT array substrate) 20 on which a plurality of thin film transistors are arranged, an anode 41 that is a lower electrode, and an EL layer 42 that is a light emitting layer made of an organic material. And it is comprised by the laminated structure with the organic EL element (light emission part) 40 consisting of the cathode 43 which is a transparent upper electrode.

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 pixels 30 are arranged in a matrix on the TFT substrate 20, and each pixel 30 is provided with a pixel circuit 31.

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層(平坦化層)の上方に形成される。   The organic EL element 40 is formed corresponding to each of the plurality of pixels 30, and the light emission of each organic EL element 40 is controlled by the pixel circuit 31 provided in each pixel 30. The organic EL element 40 is formed above an interlayer insulating layer (planarization layer) formed so as to cover a plurality of thin film transistors.

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 organic EL element 40 has a configuration in which an EL layer 42 is disposed between an anode 41 and a cathode 43. A hole transport layer is further laminated between the anode 41 and the EL layer 42, and an electron transport layer is further laminated between the EL layer 42 and the cathode 43. Note that another organic functional layer may be provided between the anode 41 and the cathode 43.

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 pixel 30 is driven and controlled by a respective pixel circuit 31. The TFT substrate 20 includes a plurality of gate wirings (scanning lines) 50 arranged along the row direction of the pixels 30 and a plurality of gate wirings 50 arranged along the column direction of the pixels 30 so as to intersect the gate wiring 50. Source wiring (signal wiring) 60 and a plurality of power supply wirings (not shown in FIG. 1) arranged in parallel with the source wiring 60 are formed. Each pixel 30 is partitioned by, for example, an orthogonal gate line 50 and a source line 60.

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 gate wiring 50 is connected to the gate electrode of the thin film transistor operating as a switching element included in each pixel circuit 31 for each row. The source wiring 60 is connected to the source electrode of the thin film transistor operating as a switching element included in each pixel circuit 31 for each column. The power supply wiring is connected to the drain electrode of the thin film transistor operating as a drive element included in each pixel circuit 31 for each column.

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 pixel 30 of the organic EL display device 10 is composed of sub-pixels 30R, 30G, and 30B of three colors (red, green, and blue), and these sub-pixels 30R, 30G, and 30B. Are formed in a matrix on the display surface. The sub-pixels 30R, 30G, and 30B are separated from each other by the bank 21.

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 banks 21 are formed in a lattice shape so that the ridges extending in parallel to the gate wiring 50 and the ridges extending in parallel to the source wiring 60 intersect each other. Each of the portions surrounded by the protrusions (that is, the opening of the bank 21) and the sub-pixels 30R, 30G, and 30B have a one-to-one correspondence. In the present embodiment, the bank 21 is a pixel bank, but may be a line bank.

陽極41は、TFT基板20上の層間絶縁層(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 anode 41 is formed for each of the sub-pixels 30R, 30G, and 30B on the interlayer insulating layer (planarization layer) on the TFT substrate 20 and in the opening of the bank 21. Similarly, the EL layer 42 is formed for each of the sub-pixels 30R, 30G, and 30B on the anode 41 and in the opening of the bank 21. The transparent cathode 43 is continuously formed on the plurality of banks 21 so as to cover all the EL layers 42 (all the sub-pixels 30R, 30G, and 30B).

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、コンタクトホール及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 pixel circuit 31 is provided for each of the sub-pixels 30R, 30G, and 30B, and each of the sub-pixels 30R, 30G, and 30B and the corresponding pixel circuit 31 are electrically connected by a contact hole and a relay electrode. Has been. The sub-pixels 30R, 30G, and 30B have the same configuration except that the emission color of the EL layer 42 is different.

[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 pixel circuit 31 in the pixel 30 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an electric circuit diagram showing the configuration of the pixel circuit 31 in the organic EL display device 10 according to the present embodiment.

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 pixel circuit 31 includes a thin film transistor 32 that operates as a driving element, a thin film transistor 33 that operates as a switching element, and a capacitor 34 that stores data to be displayed on the corresponding pixel 30. . In the present embodiment, the thin film transistor 32 is a drive transistor for driving the organic EL element 40, and the thin film transistor 33 is a switching transistor for selecting the pixel 30.

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及びキャパシタ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 thin film transistor 32 includes a drain electrode 33d of the thin film transistor 33 and a gate electrode 32g connected to one end of the capacitor 34, a drain electrode 32d connected to the power supply wiring 70, the other end of the capacitor 34, and an anode 41 of the organic EL element 40. And a semiconductor film (not shown). The thin film transistor 32 supplies a current corresponding to the data voltage held by the capacitor 34 from the power supply wiring 70 to the anode 41 of the organic EL element 40 through the source electrode 32 s. Thereby, in the organic EL element 40, a drive current flows from the anode 41 to the cathode 43, and the EL layer 42 emits light.

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の一端及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及びソース配線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 thin film transistor 33 includes a gate electrode 33g connected to the gate wiring 50, a source electrode 33s connected to the source wiring 60, a drain electrode 33d connected to one end of the capacitor 34 and the gate electrode 32g of the thin film transistor 32, and a semiconductor film. (Not shown). In the thin film transistor 33, when a predetermined voltage is applied to the connected gate wiring 50 and source wiring 60, the voltage applied to the source wiring 60 is stored in the capacitor 34 as a data voltage.

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及び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 EL display device 10 having the above configuration employs an active matrix system in which display control is performed for each pixel 30 located at the intersection of the gate line 50 and the source line 60. Thereby, the corresponding organic EL element 40 selectively emits light by the thin film transistors 32 and 33 of each pixel 30 (each sub-pixel 30R, 30G, and 30B), and a desired image is displayed.

[2.TFT基板]
以下では、本実施の形態に係るTFT基板20について、図4を用いて説明する。なお、本実施の形態に係るTFT基板20に形成される薄膜トランジスタは、ボトムゲート型、かつ、チャネル保護型の薄膜トランジスタである。
[2. TFT substrate]
Hereinafter, the TFT substrate 20 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Note that the thin film transistor formed on the TFT substrate 20 according to the present embodiment is a bottom gate type and channel protection type thin film transistor.

図4は、本実施の形態に係るTFT基板20の概略断面図である。TFT基板20には、例えば、複数の薄膜トランジスタ100が形成されている。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the TFT substrate 20 according to the present embodiment. For example, a plurality of thin film transistors 100 are formed on the TFT substrate 20.

図4に示すように、本実施の形態に係るTFT基板20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、チャネル保護層150と、ドレイン電極160dと、ソース電極160sと、層間絶縁層170と、上部電極180と、上部絶縁層190とを備える。なお、TFT基板20において、薄膜トランジスタ100は、ゲート電極120と、ゲート絶縁層130と、酸化物半導体層140と、チャネル保護層150と、ドレイン電極160dと、ソース電極160sとから構成される。   As shown in FIG. 4, the TFT substrate 20 according to this embodiment includes a substrate 110, a gate electrode 120, a gate insulating layer 130, an oxide semiconductor layer 140, a channel protective layer 150, a drain electrode 160d, , Source electrode 160s, interlayer insulating layer 170, upper electrode 180, and upper insulating layer 190. Note that in the TFT substrate 20, the thin film transistor 100 includes a gate electrode 120, a gate insulating layer 130, an oxide semiconductor layer 140, a channel protective layer 150, a drain electrode 160d, and a source electrode 160s.

薄膜トランジスタ100は、例えば、図3に示す薄膜トランジスタ32である。すなわち、薄膜トランジスタ100は、駆動トランジスタとして利用できる。具体的には、薄膜トランジスタ100が薄膜トランジスタ32(駆動トランジスタ)である場合、ゲート電極120がゲート電極32gに、ソース電極160sがソース電極32sに、ドレイン電極160dがドレイン電極32dに、それぞれ相当する。   The thin film transistor 100 is, for example, the thin film transistor 32 shown in FIG. That is, the thin film transistor 100 can be used as a drive transistor. Specifically, when the thin film transistor 100 is the thin film transistor 32 (drive transistor), the gate electrode 120 corresponds to the gate electrode 32g, the source electrode 160s corresponds to the source electrode 32s, and the drain electrode 160d corresponds to the drain electrode 32d.

なお、薄膜トランジスタ100は、例えば、図3に示す薄膜トランジスタ33でもよい。すなわち、薄膜トランジスタ100は、スイッチングトランジスタとして利用してもよい。   The thin film transistor 100 may be, for example, the thin film transistor 33 shown in FIG. That is, the thin film transistor 100 may be used as a switching transistor.

[2−1.基板]
基板110は、電気絶縁性を有する材料から構成される基板である。例えば、基板110は、無アルカリガラス、石英ガラス、高耐熱性ガラスなどのガラス材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドなどの樹脂材料、シリコン、ガリウムヒ素などの半導体材料、又は、絶縁層をコーティングしたステンレスなどの金属材料からなる基板である。
[2-1. substrate]
The substrate 110 is a substrate made of a material having electrical insulation. For example, the substrate 110 may be a glass material such as alkali-free glass, quartz glass, or high heat resistance glass, a resin material such as polyethylene, polypropylene, or polyimide, a semiconductor material such as silicon or gallium arsenide, or stainless steel coated with an insulating layer. A substrate made of a metal material.

なお、基板110は、樹脂基板などのフレキシブル基板でもよい。この場合、薄膜トランジスタ100をフレキシブルディスプレイなどに利用することができる。   The substrate 110 may be a flexible substrate such as a resin substrate. In this case, the thin film transistor 100 can be used for a flexible display or the like.

[2−2.ゲート電極]
ゲート電極120は、基板110の上方に配置される電極である。本実施の形態では、ゲート電極120は、基板110上に所定形状で形成される。ゲート電極120の膜厚は、例えば、30nm〜400nmである。なお、ゲート電極120は、基板110の上方に、例えば、バッファ層などを介して形成されてもよい。
[2-2. Gate electrode]
The gate electrode 120 is an electrode disposed above the substrate 110. In the present embodiment, the gate electrode 120 is formed on the substrate 110 in a predetermined shape. The film thickness of the gate electrode 120 is, for example, 30 nm to 400 nm. Note that the gate electrode 120 may be formed above the substrate 110 through, for example, a buffer layer.

ゲート電極120は、導電性を有する材料からなる電極である。例えば、ゲート電極120の材料として、モリブデン、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、マンガン、クロム、タンタル、ニオブ、銀、金、プラチナ、パラジウム、インジウム、ニッケル、ネオジムなどの金属、金属の合金、酸化インジウムスズ(ITO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)などの導電性金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアセチレンなどの導電性高分子などを用いることができる。また、ゲート電極120は、これらの材料を積層した多層構造であってもよい。   The gate electrode 120 is an electrode made of a conductive material. For example, as a material of the gate electrode 120, molybdenum, aluminum, copper, tungsten, titanium, manganese, chromium, tantalum, niobium, silver, gold, platinum, palladium, indium, nickel, neodymium and other metals, metal alloys, indium oxide Conductive metal oxides such as tin (ITO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), and gallium-doped zinc oxide (GZO), and conductive polymers such as polythiophene and polyacetylene can be used. The gate electrode 120 may have a multilayer structure in which these materials are stacked.

[2−3.ゲート絶縁層]
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絶縁層である。本実施の形態では、ゲート絶縁層130は、ゲート電極120を覆うようにゲート電極120上及び基板110上に配置される。ゲート絶縁層130の膜厚は、例えば、310nm〜760nmである。
[2-3. Gate insulation layer]
The gate insulating layer 130 is an insulating layer disposed between the gate electrode 120 and the oxide semiconductor layer 140. In this embodiment, the gate insulating layer 130 is disposed over the gate electrode 120 and the substrate 110 so as to cover the gate electrode 120. The film thickness of the gate insulating layer 130 is, for example, 310 nm to 760 nm.

ゲート絶縁層130は、電気絶縁性を有する材料から構成される。本実施の形態では、ゲート絶縁層130は、ゲート電極120側から順に配置された第1絶縁層131、第2絶縁層132及び第3絶縁層133を備える。また、ゲート絶縁層130は、第3絶縁層133と酸化物半導体層140との間に配置される第4絶縁層134を備えてもよい。また、ゲート絶縁層130は、第1絶縁層131と第4絶縁層134との間にさらに他の絶縁層が配置されてもよい。   The gate insulating layer 130 is made of an electrically insulating material. In the present embodiment, the gate insulating layer 130 includes a first insulating layer 131, a second insulating layer 132, and a third insulating layer 133 that are arranged in this order from the gate electrode 120 side. The gate insulating layer 130 may include a fourth insulating layer 134 disposed between the third insulating layer 133 and the oxide semiconductor layer 140. Further, in the gate insulating layer 130, another insulating layer may be disposed between the first insulating layer 131 and the fourth insulating layer 134.

第1絶縁層131、第2絶縁層132及び第3絶縁層133は、シリコン窒化膜から構成され、各層に含まれる窒素原子及び珪素原子に結合される水素原子量が、それぞれ、3.3×1022cm−3以下、及び、2.3×1021cm−3以下である。 The first insulating layer 131, the second insulating layer 132, and the third insulating layer 133 are composed of a silicon nitride film, and the amount of hydrogen atoms bonded to the nitrogen atoms and silicon atoms contained in each layer is 3.3 × 10, respectively. 22 cm −3 or less and 2.3 × 10 21 cm −3 or less.

なお、ゲート絶縁層130及びゲート絶縁層130を構成する各層のパラメータの数値範囲の根拠などについては、後で詳述する。   Note that the basis of the numerical ranges of the parameter values of the layers constituting the gate insulating layer 130 and the gate insulating layer 130 will be described in detail later.

[2−3−1.第1絶縁層]
第1絶縁層131は、ゲート電極120との密着層である。第1絶縁層131の膜厚は、例えば、10nm〜60nmである。第1絶縁層131において、ゲート電極120と密着するために、基板110に対する圧縮応力が必要とされる。そこで、本実施の形態に係る第1絶縁層131のシリコン基板に対する応力は、−400MPa以上、−200MPa以下であることが好ましい。また、第1絶縁層131の応力は、膜密度に対応する。本実施の形態では、第1絶縁層131の膜密度は、2.57g/cm以上、2.59g/cm以下であることが好ましい。
[2-3-1. First insulating layer]
The first insulating layer 131 is an adhesion layer with the gate electrode 120. The film thickness of the first insulating layer 131 is, for example, 10 nm to 60 nm. In the first insulating layer 131, a compressive stress on the substrate 110 is required to be in close contact with the gate electrode 120. Therefore, the stress on the silicon substrate of the first insulating layer 131 according to the present embodiment is preferably −400 MPa or more and −200 MPa or less. The stress of the first insulating layer 131 corresponds to the film density. In this embodiment mode, the film density of the first insulating layer 131 is preferably 2.57 g / cm 3 or more and 2.59 g / cm 3 or less.

[2−3−2.第2絶縁層]
第2絶縁層132は、ゲート絶縁層130の応力を緩和するための応力緩和層である。第2絶縁層132による応力を抑制するために、第2絶縁層132の膜密度は、第1絶縁層131及び第3絶縁層133の膜密度より小さい。また、第2絶縁層132のシリコン基板に対する応力は、−100MPa以上、100MPa以下であることが好ましい。また、第2絶縁層132の膜密度は、2.53g/cm以上、2.55g/cm以下であることが好ましい。
[2-3-2. Second insulating layer]
The second insulating layer 132 is a stress relaxation layer for relaxing the stress of the gate insulating layer 130. In order to suppress the stress caused by the second insulating layer 132, the film density of the second insulating layer 132 is smaller than the film density of the first insulating layer 131 and the third insulating layer 133. Moreover, it is preferable that the stress with respect to the silicon substrate of the 2nd insulating layer 132 is -100 Mpa or more and 100 Mpa or less. The film density of the second insulating layer 132 is preferably 2.53 g / cm 3 or more and 2.55 g / cm 3 or less.

また、第2絶縁層132の膜厚と、後述する第3絶縁層133の膜厚との合計膜厚は、例えば、300nm〜600nmである。これにより、ゲート電極120と酸化物半導体層140との間の十分な耐電圧特性を確保できる。なお、耐電圧特性の観点からは、上記合計膜厚は、大きい方が好ましいが、プロセス(成膜)時間が長くなり過ぎることを抑制するために、上記合計膜厚は600nm以下であることが好ましい。また、ゲート絶縁層130の膜厚増加に伴って、ゲート絶縁層130による基板110に対する応力が増大する場合には、基板110の反り量が増加する。そこで、基板110の反り量を低減するために、応力緩和層である第2絶縁層132の膜厚のゲート絶縁層130の合計膜厚に対する割合は、35%以上であることが好ましい。なお、当該割合は、TFT基板20の製造装置における基板110の反り量に対する許容範囲などに応じて適宜調整されてもよい。   Moreover, the total film thickness of the film thickness of the 2nd insulating layer 132 and the film thickness of the 3rd insulating layer 133 mentioned later is 300 nm-600 nm, for example. Accordingly, sufficient withstand voltage characteristics between the gate electrode 120 and the oxide semiconductor layer 140 can be ensured. From the viewpoint of withstand voltage characteristics, the total film thickness is preferably large. However, in order to prevent the process (film formation) time from becoming too long, the total film thickness may be 600 nm or less. preferable. In addition, when the stress on the substrate 110 due to the gate insulating layer 130 increases as the thickness of the gate insulating layer 130 increases, the amount of warpage of the substrate 110 increases. Therefore, in order to reduce the amount of warping of the substrate 110, the ratio of the thickness of the second insulating layer 132 that is a stress relaxation layer to the total thickness of the gate insulating layer 130 is preferably 35% or more. Note that the ratio may be appropriately adjusted according to an allowable range with respect to the warp amount of the substrate 110 in the TFT substrate 20 manufacturing apparatus.

[2−3−3.第3絶縁層]
第3絶縁層133は、水素原子が透過することを抑制するための水素原子ブロック層である。第3絶縁層133の下方の第2絶縁層132には、珪素原子と結合していない水素原子、又は、珪素原子との結合が非常に弱いサイトに位置する水素原子が存在し、当該水素原子が第2絶縁層132から脱離する。第3絶縁層133は、当該水素原子が酸化物半導体層140側に透過することを抑制するための層である。第3絶縁層133は、水素原子の透過を抑制するために、緻密な(すなわち、密度が大きい)膜から構成される。ここで、膜の緻密さ(すなわち、膜密度)と膜の応力とは相関を有することから、第3絶縁層が水素原子の透過を十分に抑制するために必要な、第3絶縁層133の応力を定めることができる。本実施の形態においては、第3絶縁層133のシリコン基板に対する応力は、−400MPa以上、−200MPa以下であることが好ましい。また、第3絶縁層133の膜密度は、2.57g/cm以上、2.59g/cm以下であることが好ましい。
[2-3-3. Third insulating layer]
The third insulating layer 133 is a hydrogen atom blocking layer for suppressing the permeation of hydrogen atoms. In the second insulating layer 132 below the third insulating layer 133, there are hydrogen atoms that are not bonded to silicon atoms or hydrogen atoms that are located at sites that are very weakly bonded to silicon atoms. Is detached from the second insulating layer 132. The third insulating layer 133 is a layer for suppressing transmission of the hydrogen atoms to the oxide semiconductor layer 140 side. The third insulating layer 133 is composed of a dense film (that is, a high density) in order to suppress permeation of hydrogen atoms. Here, since the denseness of the film (that is, the film density) and the stress of the film have a correlation, the third insulating layer 133 is necessary for the third insulating layer to sufficiently suppress the transmission of hydrogen atoms. Stress can be defined. In the present embodiment, the stress on the silicon substrate of the third insulating layer 133 is preferably −400 MPa or more and −200 MPa or less. The film density of the third insulating layer 133 is preferably 2.57 g / cm 3 or more and 2.59 g / cm 3 or less.

また、第2絶縁層132の膜厚を大きくする場合、第2絶縁層132から脱離する水素原子量が増加するため、第3絶縁層133の膜厚を大きくして水素原子ブロック効果を向上させる必要がある。そこで、本実施の形態では、第2絶縁層132の膜厚から第3絶縁層133の膜厚を引いた差が50nm以下となるように各層の膜厚が定められる。   Further, when the thickness of the second insulating layer 132 is increased, the amount of hydrogen atoms desorbed from the second insulating layer 132 is increased, so that the thickness of the third insulating layer 133 is increased to improve the hydrogen atom blocking effect. There is a need. Therefore, in this embodiment, the thickness of each layer is determined so that the difference obtained by subtracting the thickness of the third insulating layer 133 from the thickness of the second insulating layer 132 is 50 nm or less.

[2−3−4.第4絶縁層]
第4絶縁層134は、第3絶縁層133と酸化物半導体層140との間に配置される絶縁層である。本実施の形態では、第4絶縁層134は、酸化物半導体層140と接する層である。第4絶縁層134は、シリコン酸化膜から構成されることが好ましい。第4絶縁層134の膜厚は、例えば、10nm〜100nmであり、より好ましくは、30nm〜50nmである。
[2-3-4. Fourth insulating layer]
The fourth insulating layer 134 is an insulating layer disposed between the third insulating layer 133 and the oxide semiconductor layer 140. In this embodiment, the fourth insulating layer 134 is a layer in contact with the oxide semiconductor layer 140. The fourth insulating layer 134 is preferably composed of a silicon oxide film. The film thickness of the fourth insulating layer 134 is, for example, 10 nm to 100 nm, and more preferably 30 nm to 50 nm.

第4絶縁層134がシリコン酸化膜から構成されることにより、シリコン窒化膜などから構成される場合より、膜内の水素原子量(すなわち、水素原子含有量)を低減することができる。これにより、第4絶縁層134と接する酸化物半導体層140が取り込む水素原子量を低減することができるため、酸化物半導体層140の低抵抗化を抑制することができる。なお、ゲート絶縁層130全体をシリコン酸化膜だけで形成することは以下の理由から好ましくない。すなわち、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100に適用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ことを避けられない。このため、シリコン酸化膜だけでゲート絶縁層130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130が形成されることにより、基板110が反ってしまう。   By forming the fourth insulating layer 134 from a silicon oxide film, the amount of hydrogen atoms in the film (that is, the hydrogen atom content) can be reduced as compared with the case where the fourth insulating layer 134 is formed from a silicon nitride film or the like. Accordingly, the amount of hydrogen atoms taken in by the oxide semiconductor layer 140 in contact with the fourth insulating layer 134 can be reduced, so that resistance reduction of the oxide semiconductor layer 140 can be suppressed. Note that it is not preferable to form the entire gate insulating layer 130 with only a silicon oxide film for the following reason. That is, since it is difficult to control the stress of the silicon oxide film according to the film formation conditions, when forming a silicon oxide film that is dense enough to be applied to the thin film transistor 100, the compressive stress of the silicon oxide film is large. Unavoidable. Therefore, when the entire gate insulating layer 130 is formed using only the silicon oxide film, the gate insulating layer 130 having a large compressive stress and a large film thickness is formed, so that the substrate 110 is warped.

[2−4.酸化物半導体層]
酸化物半導体層140は、薄膜トランジスタ100のチャネル層として用いられる層であり、ゲート電極120に対向するように基板110の上方に配置される。具体的には、酸化物半導体層140は、ゲート絶縁層130上であって、ゲート電極120に対向する位置に配置される。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。
[2-4. Oxide semiconductor layer]
The oxide semiconductor layer 140 is a layer used as a channel layer of the thin film transistor 100 and is disposed above the substrate 110 so as to face the gate electrode 120. Specifically, the oxide semiconductor layer 140 is provided over the gate insulating layer 130 and at a position facing the gate electrode 120. For example, the oxide semiconductor layer 140 is formed in an island shape over the gate insulating layer 130 above the gate electrode 120. The film thickness of the oxide semiconductor layer 140 is, for example, 30 nm to 150 nm.

酸化物半導体層140の材料としては、インジウム(In)、ガリウム(Ga)及び亜鉛(Zn)のうち、少なくとも1種を含む酸化物半導体材料を用いる。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 oxide semiconductor layer 140, an oxide semiconductor material containing at least one of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) is used. For example, the oxide semiconductor layer 140 is made of a transparent amorphous oxide semiconductor (TAOS) such as amorphous indium gallium zinc oxide (InGaZnO: IGZO).

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100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、大画面及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、プラスチック又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 oxide semiconductor layer 140 is a channel layer of the thin film transistor 100. A thin film transistor in which a channel layer is formed using a transparent amorphous oxide semiconductor has high carrier mobility and is suitable for a large-screen and high-definition display device. Further, since the transparent amorphous oxide semiconductor can be formed at a low temperature, it can be easily formed on a flexible substrate such as a plastic or a film.

[2−5.チャネル保護層]
チャネル保護層150は、酸化物半導体層140上に配置される。例えば、チャネル保護層150は、酸化物半導体層140を覆うように、酸化物半導体層140上及びゲート絶縁層130上に配置される。チャネル保護層150は、酸化物半導体層140を保護するために設けられた絶縁層である。チャネル保護層150の膜厚は、例えば、100nm〜400nmである。
[2-5. Channel protective layer]
The channel protective layer 150 is disposed on the oxide semiconductor layer 140. For example, the channel protective layer 150 is disposed over the oxide semiconductor layer 140 and the gate insulating layer 130 so as to cover the oxide semiconductor layer 140. The channel protective layer 150 is an insulating layer provided to protect the oxide semiconductor layer 140. The film thickness of the channel protective layer 150 is, for example, 100 nm to 400 nm.

チャネル保護層150は、電気絶縁性を有する材料から構成される。チャネル保護層150は、シリコン酸化膜から構成される。あるいは、チャネル保護層150は、酸化アルミニウム膜から構成されてもよい。チャネル保護層150は、単層膜であっても、積層膜であってもよい。   The channel protective layer 150 is made of an electrically insulating material. The channel protective layer 150 is composed of a silicon oxide film. Alternatively, the channel protective layer 150 may be composed of an aluminum oxide film. The channel protective layer 150 may be a single layer film or a laminated film.

また、チャネル保護層150には、ドレイン電極160d及びソース電極160sのそれぞれを酸化物半導体層140に接続するためのコンタクトホールが設けられている。ドレイン電極160d及びソース電極160sを構成する材料が、それぞれ、コンタクトホールの壁面に沿って酸化物半導体層140まで達している。あるいは、コンタクトホールには、ドレイン電極160d及びソース電極160sを構成する材料がそれぞれ充填されていてもよい。   The channel protective layer 150 is provided with contact holes for connecting the drain electrode 160d and the source electrode 160s to the oxide semiconductor layer 140, respectively. The materials constituting the drain electrode 160d and the source electrode 160s reach the oxide semiconductor layer 140 along the wall surfaces of the contact holes, respectively. Alternatively, the contact holes may be filled with materials constituting the drain electrode 160d and the source electrode 160s, respectively.

[2−6.ドレイン電極及びソース電極]
ドレイン電極160d及びソース電極160sは、チャネル保護層150上に所定形状で形成される。例えば、ドレイン電極160d及びソース電極160sは、チャネル保護層150上に、基板水平方向に離間して対向配置されている。具体的には、ドレイン電極160d及びソース電極160sはそれぞれ、コンタクトホールを介して酸化物半導体層140に接続されるように、チャネル保護層150上に配置される。ドレイン電極160d及びソース電極160sの膜厚は、例えば、30nm〜300nmである。
[2-6. Drain electrode and source electrode]
The drain electrode 160d and the source electrode 160s are formed in a predetermined shape on the channel protective layer 150. For example, the drain electrode 160d and the source electrode 160s are disposed on the channel protective layer 150 so as to face each other while being separated in the substrate horizontal direction. Specifically, the drain electrode 160d and the source electrode 160s are respectively disposed on the channel protective layer 150 so as to be connected to the oxide semiconductor layer 140 through contact holes. The film thickness of the drain electrode 160d and the source electrode 160s is, for example, 30 nm to 300 nm.

ドレイン電極160d及びソース電極160sは、導電性を有する材料からなる電極である。ドレイン電極160d及びソース電極160sは、例えば、銅の単層膜(Cu膜)、銅膜及びタングステン膜の積層構造(Cu/W)、銅膜及び窒化チタン膜の積層構造(Cu/TiN)、又は、銅及びマンガンの合金膜、銅膜並びにモリブデン膜の積層構造(CuMn/Cu/Mo)などで構成される。あるいは、ドレイン電極160d及びソース電極160sの材料としては、例えば、ゲート電極120の材料と同一の材料を用いることができる。   The drain electrode 160d and the source electrode 160s are electrodes made of a conductive material. The drain electrode 160d and the source electrode 160s include, for example, a copper single layer film (Cu film), a laminated structure of copper film and tungsten film (Cu / W), a laminated structure of copper film and titanium nitride film (Cu / TiN), Alternatively, a laminated structure (CuMn / Cu / Mo) of a copper and manganese alloy film, a copper film, and a molybdenum film is used. Alternatively, as the material of the drain electrode 160d and the source electrode 160s, for example, the same material as the material of the gate electrode 120 can be used.

[2−7.層間絶縁層]
層間絶縁層170は、チャネル保護層150の上方に配置される。層間絶縁層170は、チャネル保護層150、ドレイン電極160d及びソース電極160s上に配置される。例えば、層間絶縁層170は、ドレイン電極160d及びソース電極160sを覆うように、チャネル保護層150上、ドレイン電極160d及びソース電極160s上に配置される。
[2-7. Interlayer insulation layer]
The interlayer insulating layer 170 is disposed above the channel protective layer 150. The interlayer insulating layer 170 is disposed on the channel protective layer 150, the drain electrode 160d, and the source electrode 160s. For example, the interlayer insulating layer 170 is disposed on the channel protective layer 150 and on the drain electrode 160d and the source electrode 160s so as to cover the drain electrode 160d and the source electrode 160s.

層間絶縁層170は、薄膜トランジスタ100のパッシベーション膜である。層間絶縁層170の膜厚は、例えば、200nm〜500nmである。   The interlayer insulating layer 170 is a passivation film for the thin film transistor 100. The film thickness of the interlayer insulating layer 170 is, for example, 200 nm to 500 nm.

また、層間絶縁層170の一部は、貫通するように開口されている。つまり、層間絶縁層170には、ソース電極160sの一部を露出させるためのコンタクトホールが形成されている。   A part of the interlayer insulating layer 170 is opened so as to penetrate therethrough. That is, a contact hole for exposing a part of the source electrode 160s is formed in the interlayer insulating layer 170.

コンタクトホールは、上部電極180とソース電極160sとを電気的に接続するために形成されたコンタクトホールである。上部電極180を構成する材料が、例えば、コンタクトホールの壁面に沿って、ソース電極160sまで達している。あるいは、コンタクトホールには、上部電極180を構成する材料が充填されていてもよい。   The contact hole is a contact hole formed to electrically connect the upper electrode 180 and the source electrode 160s. The material constituting the upper electrode 180 reaches, for example, the source electrode 160s along the wall surface of the contact hole. Alternatively, the contact hole may be filled with a material constituting the upper electrode 180.

層間絶縁層170は、複数の層を含んでいる。具体的には、図4に示すように、層間絶縁層170は、3層構造であり、順に積層された、下部層間絶縁層171と、バリア層172と、上部層間絶縁層173とを含んでいる。   The interlayer insulating layer 170 includes a plurality of layers. Specifically, as illustrated in FIG. 4, the interlayer insulating layer 170 has a three-layer structure, and includes a lower interlayer insulating layer 171, a barrier layer 172, and an upper interlayer insulating layer 173 that are sequentially stacked. Yes.

[2−7−1.下部層間絶縁層]
下部層間絶縁層171は、ドレイン電極160d及びソース電極160s上に設けられた絶縁層である。下部層間絶縁層171の膜厚は、層間絶縁層170としての膜厚が500nm以下となるような膜厚である。
[2-7-1. Lower interlayer insulation layer]
The lower interlayer insulating layer 171 is an insulating layer provided on the drain electrode 160d and the source electrode 160s. The thickness of the lower interlayer insulating layer 171 is such that the thickness of the interlayer insulating layer 170 is 500 nm or less.

下部層間絶縁層171は、電気絶縁性を有する材料から構成される。例えば、下部層間絶縁層171は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、酸化アルミニウム膜などの無機材料から構成される膜、又は、シリコン、酸素及びカーボンを含む無機材料から構成される膜などの単層膜、又は、これらの積層膜である。   The lower interlayer insulating layer 171 is made of a material having electrical insulation. For example, the lower interlayer insulating layer 171 is formed of a film made of an inorganic material such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, or an aluminum oxide film, or an inorganic material containing silicon, oxygen, and carbon. It is a single layer film such as a film, or a laminated film thereof.

[2−7−2.バリア層]
バリア層172は、下部層間絶縁層171上に設けられた絶縁層である。バリア層172は、空気中の水分などが外部から酸化物半導体層140に浸入するのを抑制するための層である。
[2-7-2. Barrier layer]
The barrier layer 172 is an insulating layer provided on the lower interlayer insulating layer 171. The barrier layer 172 is a layer for suppressing moisture in the air and the like from entering the oxide semiconductor layer 140 from the outside.

バリア層172は、例えば、酸化アルミニウム膜である。バリア層172の膜厚は、例えば、30nm〜100nmである。   The barrier layer 172 is, for example, an aluminum oxide film. The film thickness of the barrier layer 172 is, for example, 30 nm to 100 nm.

[2−7−3.上部層間絶縁層]
上部層間絶縁層173は、バリア層172上に設けられた絶縁層である。上部層間絶縁層173の膜厚は、層間絶縁層170としての膜厚が500nm以下となるような膜厚である。
[2-7-3. Upper interlayer insulation layer]
The upper interlayer insulating layer 173 is an insulating layer provided on the barrier layer 172. The film thickness of the upper interlayer insulating layer 173 is such that the film thickness as the interlayer insulating layer 170 is 500 nm or less.

上部層間絶縁層173は、電気絶縁性を有する材料から構成される。例えば、上部層間絶縁層173は、下部層間絶縁層171と同じ材料から構成される。   The upper interlayer insulating layer 173 is made of a material having electrical insulation. For example, the upper interlayer insulating layer 173 is made of the same material as the lower interlayer insulating layer 171.

[2−8.上部電極]
上部電極180は、ドレイン電極160d及びソース電極160sの上方に所定形状で形成される。具体的には、上部電極180は、層間絶縁層170上に形成される。上部電極180の膜厚は、例えば、200nm〜500nmである。
[2-8. Upper electrode]
The upper electrode 180 is formed in a predetermined shape above the drain electrode 160d and the source electrode 160s. Specifically, the upper electrode 180 is formed on the interlayer insulating layer 170. The film thickness of the upper electrode 180 is, for example, 200 nm to 500 nm.

上部電極180は、ドレイン電極160d及びソース電極160sの一方に接続される。具体的には、上部電極180は、コンタクトホールを介してソース電極160sに電気的に接続されている。   The upper electrode 180 is connected to one of the drain electrode 160d and the source electrode 160s. Specifically, the upper electrode 180 is electrically connected to the source electrode 160s through a contact hole.

上部電極180は、例えば、ドレイン電極160d及びソース電極160sと同じ材料から構成される。なお、層間の密着性を向上させるために、ITO膜と金属膜とをこの順で積層してもよい。   The upper electrode 180 is made of the same material as the drain electrode 160d and the source electrode 160s, for example. In order to improve the adhesion between the layers, the ITO film and the metal film may be laminated in this order.

[2−9.上部絶縁層]
上部絶縁層190は、上部電極180に設けられた絶縁層である。本実施の形態では、上部絶縁層190は、上部電極180を覆うように、上部電極180上及び層間絶縁層170上に配置される。上部絶縁層190の膜厚は、例えば、100nm〜200nmである。
[2-9. Upper insulating layer]
The upper insulating layer 190 is an insulating layer provided on the upper electrode 180. In the present embodiment, the upper insulating layer 190 is disposed on the upper electrode 180 and the interlayer insulating layer 170 so as to cover the upper electrode 180. The film thickness of the upper insulating layer 190 is, for example, 100 nm to 200 nm.

上部絶縁層190は、水、水素などに対するバリア性が高いシリコン窒化膜から構成されることが好ましい。   The upper insulating layer 190 is preferably composed of a silicon nitride film having a high barrier property against water, hydrogen, and the like.

上部絶縁層190の一部は、貫通するように開口されている。つまり、上部絶縁層190には、上部電極180の一部を露出させるためのコンタクトホール191が形成されている。コンタクトホール191には、例えば、端子電極などが形成される。   A part of the upper insulating layer 190 is opened so as to penetrate therethrough. That is, a contact hole 191 for exposing a part of the upper electrode 180 is formed in the upper insulating layer 190. For example, a terminal electrode or the like is formed in the contact hole 191.

[3.TFT基板の製造方法]
続いて、本実施の形態に係るTFT基板20の製造方法について図5A〜5Dを用いて説明する。図5A〜5Dは、本実施の形態に係るTFT基板20の製造工程を示す概略断面図である。
[3. Manufacturing method of TFT substrate]
Subsequently, a manufacturing method of the TFT substrate 20 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5A to 5D are schematic cross-sectional views showing the manufacturing process of the TFT substrate 20 according to the present embodiment.

[3−1.ゲート電極の形成]
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。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及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。
[3-1. Formation of gate electrode]
First, as shown in FIG. 5A, a substrate 110 is prepared, and a gate electrode 120 having a predetermined shape is formed above the substrate 110. For example, a metal film is formed on the substrate 110 by sputtering, and the metal film is processed by photolithography and etching, whereby the gate electrode 120 having a predetermined shape is formed.

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膜と200nmのCu膜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た後、ウェットエッチングによってMo膜及びCu膜を加工することにより、ゲート電極120を形成する。   Specifically, first, a glass substrate is prepared as the substrate 110, and a 20 nm Mo film and a 200 nm Cu film are sequentially formed on the substrate 110 by sputtering. Then, after forming a resist pattern by photolithography, the gate electrode 120 is formed by processing the Mo film and the Cu film by wet etching.

なお、Mo膜及びCu膜のウェットエッチングは、PAN(Phosphoric−Acetic−Nitric−acid)液を用いて、室温で行うことができる。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。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。   The wet etching of the Mo film and the Cu film can be performed at room temperature using a PAN (Phosphoric-Acetic-Nitric-acid) solution. For removing the resist, a stripping solution containing an alkali additive may be used. The substrate 110 is, for example, a G8.5 glass substrate (thickness: 0.5 mm, X: 2500 mm × Y: 2200 mm).

[3−2.ゲート絶縁層の形成]
次に、図5Aの(b)〜(e)に示すように、基板110の上方にゲート絶縁層130を形成する。例えば、ゲート電極120を覆うようにゲート絶縁層130をプラズマCVD又はスパッタリングによって成膜する。ゲート絶縁層130は、第1絶縁層131、第2絶縁層132、第3絶縁層133及び第4絶縁層134から構成される。
[3-2. Formation of gate insulating layer]
Next, as illustrated in FIGS. 5A to 5E, a gate insulating layer 130 is formed over the substrate 110. For example, the gate insulating layer 130 is formed by plasma CVD or sputtering so as to cover the gate electrode 120. The gate insulating layer 130 includes a first insulating layer 131, a second insulating layer 132, a third insulating layer 133, and a fourth insulating layer 134.

具体的には、まず、図5Aの(b)に示すように、ゲート電極120を覆うように基板110上に、50nmのシリコン窒化膜から構成される第1絶縁層131を成膜する。   Specifically, first, as shown in FIG. 5A (b), a first insulating layer 131 made of a 50 nm silicon nitride film is formed on the substrate 110 so as to cover the gate electrode 120.

次に、図5Aの(c)に示すように、第1絶縁層131上に175nmのシリコン窒化膜から構成される第2絶縁層132を成膜する。   Next, as shown in (c) of FIG. 5A, a second insulating layer 132 composed of a 175 nm silicon nitride film is formed on the first insulating layer 131.

次に、図5Aの(d)に示すように、第2絶縁層132上に125nmのシリコン窒化膜から構成される第3絶縁層133を成膜する。   Next, as shown in FIG. 5A (d), a third insulating layer 133 made of a 125 nm silicon nitride film is formed on the second insulating layer 132.

次に、図5Aの(e)に示すように、第3絶縁層133上に50nmのシリコン酸化膜から構成される第4絶縁層134を成膜する。   Next, as shown in FIG. 5A (e), a fourth insulating layer 134 made of a 50 nm silicon oxide film is formed on the third insulating layer 133.

第1絶縁層131、第2絶縁層132、第3絶縁層133及び第4絶縁層134は、プラズマCVDによって順に成膜される。このときの成膜温度は、例えば、350℃〜400℃である。成膜温度が350℃より低い場合には、シリコン窒化膜中の水素含有量が増加するため好ましくない。   The first insulating layer 131, the second insulating layer 132, the third insulating layer 133, and the fourth insulating layer 134 are sequentially formed by plasma CVD. The film formation temperature at this time is, for example, 350 ° C. to 400 ° C. When the film forming temperature is lower than 350 ° C., the hydrogen content in the silicon nitride film increases, which is not preferable.

シリコン窒化膜から構成される第1絶縁層131、第2絶縁層132及び第3絶縁層133は、例えば、窒素ガス(N)、アンモニアガス(NH)及びシランガス(SiH)を導入ガスに用いることで成膜することができる。具体的な成膜条件は、パワー密度が0.12W/cm〜0.22W/cm、プロセス距離(電極間距離)が550mil(0.55インチ)〜750mil(0.75インチ)、規格化されたNガス流量が0.8sccm/cm〜1.5sccm/cm、規格化されたNHガス流量が5sccm/cm〜10sccm/cmである。なお、上記各ガスの規格化された流量は、ガス流量をプラズマCVD装置の電極面積で除した値である。以下に示すガスの規格化された流量についても同様である。 For example, nitrogen gas (N 2 ), ammonia gas (NH 3 ), and silane gas (SiH 4 ) are introduced into the first insulating layer 131, the second insulating layer 132, and the third insulating layer 133 made of a silicon nitride film. It can be formed into a film by using it. Specific film forming conditions include power density of 0.12 W / cm 2 to 0.22 W / cm 2 , process distance (distance between electrodes) of 550 mil (0.55 inch) to 750 mil (0.75 inch), standard reduction has been N 2 gas flow rate 0.8sccm / cm 2 ~1.5sccm / cm 2 , NH 3 gas flow rate is normalized is 5sccm / cm 2 ~10sccm / cm 2 . Note that the standardized flow rate of each gas is a value obtained by dividing the gas flow rate by the electrode area of the plasma CVD apparatus. The same applies to the standardized flow rates of gas shown below.

また、成膜時のプロセス圧力は、第1絶縁層131及び第3絶縁層133の成膜においては70Pa〜250Paであり、第2絶縁層132の成膜においては、第1絶縁層131及び第3絶縁層133の成膜における圧力より高い。このように、第2絶縁層132において高いプロセス圧力を用いることにより、第2絶縁層132の圧縮応力を低減することができる。ただし、高いプロセス圧力を用いると、膜中の水素原子量が増加する。そこで、本実施の形態では、第2絶縁層132の成膜におけるSiHガス流量を、第1絶縁層131及び第3絶縁層133の成膜における流量(0.33sccm/cm〜0.46sccm/cm)より小さくする。このように、第2絶縁層132の成膜において、小さいSiHガス流量を用いることにより、第2絶縁層132中の水素原子量を低減することができる。 The process pressure at the time of film formation is 70 Pa to 250 Pa in the formation of the first insulating layer 131 and the third insulating layer 133, and the first insulating layer 131 and the first insulating film in the formation of the second insulating layer 132. The pressure is higher than that in the formation of the three insulating layers 133. Thus, by using a high process pressure in the second insulating layer 132, the compressive stress of the second insulating layer 132 can be reduced. However, when a high process pressure is used, the amount of hydrogen atoms in the film increases. Therefore, in this embodiment, the flow rate of SiH 4 gas in forming the second insulating layer 132 is set to the flow rate in forming the first insulating layer 131 and the third insulating layer 133 (0.33 sccm / cm 2 to 0.46 sccm). / Cm 2 ). In this manner, in the formation of the second insulating layer 132, the amount of hydrogen atoms in the second insulating layer 132 can be reduced by using a small SiH 4 gas flow rate.

シリコン酸化膜から構成される第4絶縁層134は、例えば、亜酸化窒素ガス(NO)、アルゴンガス(Ar)及びシランガス(SiH)を導入ガスに用いることで成膜することができる。なお、Arガスは、NOガスの希釈ガスとして用いられる。これにより、効率的にガスが分解され、良質な酸化膜が形成され、かつ、NOガスの使用量を抑制することができる。具体的な成膜条件は、例えば、成膜温度が350℃〜400℃、パワー密度が0.1W/cm〜0.3W/cm、プロセス距離(電極間距離)が550mil(0.55インチ)〜750mil(0.75インチ)、プロセス圧力が70Pa〜250Pa、NOガス流量が0〜0.55sccm/cm、Arガス流量が1.2sccm/cm〜1.8sccm/cm、SiHガス流量が0.015sccm/cm〜0.025sccm/cmである。 The fourth insulating layer 134 formed of a silicon oxide film can be formed by using, for example, nitrous oxide gas (N 2 O), argon gas (Ar), and silane gas (SiH 4 ) as an introduction gas. . Ar gas is used as a dilution gas for N 2 O gas. Accordingly, efficient gas is decomposed, high quality oxide film is formed, and it is possible to suppress the amount of N 2 O gas. Specific film forming conditions include, for example, a film forming temperature of 350 ° C. to 400 ° C., a power density of 0.1 W / cm 2 to 0.3 W / cm 2 , and a process distance (distance between electrodes) of 550 mil (0.55). Inch) to 750 mil (0.75 inch), the process pressure is 70 Pa to 250 Pa, the N 2 O gas flow rate is 0 to 0.55 sccm / cm 2 , and the Ar gas flow rate is 1.2 sccm / cm 2 to 1.8 sccm / cm 2. The SiH 4 gas flow rate is 0.015 sccm / cm 2 to 0.025 sccm / cm 2 .

なお、第1絶縁層131、第2絶縁層132、第3絶縁層133及び第4絶縁層134の成膜は、連続して行われる。つまり、プラズマCVD装置を用いて第1絶縁層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2絶縁層132、第3絶縁層133及び第4絶縁層134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。   Note that the first insulating layer 131, the second insulating layer 132, the third insulating layer 133, and the fourth insulating layer 134 are continuously formed. That is, after the first insulating layer 131 is formed using a plasma CVD apparatus, the second insulating layer 132, the third insulating layer 133, and the fourth insulating layer 134 are not broken without breaking the vacuum in the chamber of the plasma CVD apparatus. Film formation is performed. Thereby, the possibility that impurities are mixed can be reduced.

[3−3.プラズマ処理]
次に、図5Bの(a)に示すように、ゲート絶縁層130の第4絶縁層134に対する窒化処理の一例であるプラズマ処理を行う。つまり、第4絶縁層134を形成した後、酸化物半導体層140を形成する前に、プラズマ処理を行う。
[3-3. Plasma treatment]
Next, as illustrated in FIG. 5B, plasma processing, which is an example of nitriding processing, is performed on the fourth insulating layer 134 of the gate insulating layer 130. That is, after the fourth insulating layer 134 is formed, plasma treatment is performed before the oxide semiconductor layer 140 is formed.

具体的には、第4絶縁層134の成膜に用いたチャンバー内に、アンモニアガス(NH)、窒素ガス(N)などを用いてプラズマ201を発生させる。プラズマ処理に用いるガスには、水素原子が含まれてもよい。水素原子がプラズマ処理に用いるガス中に含まれることにより、シリコン層の表面の未結合手を終端でき、酸化物半導体層140との界面の欠陥準位を低減できる。なお、第4絶縁層134に結合される水素原子は、酸化物半導体層140との界面の欠陥準位を低減するためにのみ利用されるため、当該水素原子の量は第1絶縁層131、第2絶縁層132及び第3絶縁層133から脱離する水素原子の量に比べて圧倒的に少ない。したがって、第4絶縁層134に結合される水素原子による酸化物半導体層140の低抵抗化への影響は無視できる。なお、当該処理によって、第4絶縁層134は、酸化物半導体層140側の表面において、第4絶縁層134の膜厚方向の中央部より窒素原子濃度が高くなる。 Specifically, plasma 201 is generated in the chamber used for forming the fourth insulating layer 134 using ammonia gas (NH 3 ), nitrogen gas (N 2 ), or the like. The gas used for the plasma treatment may contain hydrogen atoms. When hydrogen atoms are included in the gas used for the plasma treatment, dangling bonds on the surface of the silicon layer can be terminated, and the defect level at the interface with the oxide semiconductor layer 140 can be reduced. Note that hydrogen atoms bonded to the fourth insulating layer 134 are used only for reducing the defect level at the interface with the oxide semiconductor layer 140; therefore, the amount of the hydrogen atoms depends on the first insulating layer 131, The amount of hydrogen atoms desorbed from the second insulating layer 132 and the third insulating layer 133 is overwhelmingly smaller. Therefore, the influence of the hydrogen atoms bonded to the fourth insulating layer 134 on the reduction in resistance of the oxide semiconductor layer 140 can be ignored. Note that with this treatment, the fourth insulating layer 134 has a higher concentration of nitrogen atoms than the central portion of the fourth insulating layer 134 in the film thickness direction on the surface of the oxide semiconductor layer 140.

プラズマ201を発生させる時間、すなわち、プラズマ処理時間は、例えば、5秒〜120秒であり、好ましくは30秒〜60秒である。また、プラズマ処理温度、すなわち、基板温度は、350℃〜400℃である。例えば、基板温度は、ゲート絶縁層130の成膜時の温度と同一である。具体的なプラズマ処理条件は、例えば、パワー密度が0.1W/cm〜0.3W/cm、プロセス距離(電極間距離)が550mil(0.55インチ)〜750mil(0.75インチ)、プロセス圧力が70Pa〜250Pa、NHガス流量が0.09sccm/cm〜0.55sccm/cmである。また、プラズマ処理に用いるガスとして、窒素(N)及び水素(H)を用いてもよい。この場合、Nガス流量が0.09sccm/cm〜0.55sccm/cmであり、Hガス流量が0.18sccm/cm〜1.82sccm/cmである。 The time for generating the plasma 201, that is, the plasma processing time is, for example, 5 seconds to 120 seconds, and preferably 30 seconds to 60 seconds. The plasma processing temperature, that is, the substrate temperature is 350 ° C. to 400 ° C. For example, the substrate temperature is the same as the temperature at which the gate insulating layer 130 is formed. Specific plasma treatment conditions include, for example, a power density of 0.1 W / cm 2 to 0.3 W / cm 2 , and a process distance (distance between electrodes) of 550 mil (0.55 inch) to 750 mil (0.75 inch). The process pressure is 70 Pa to 250 Pa, and the NH 3 gas flow rate is 0.09 sccm / cm 2 to 0.55 sccm / cm 2 . Further, nitrogen (N 2 ) and hydrogen (H 2 ) may be used as a gas used for the plasma treatment. In this case, N 2 gas flow rate is 0.09sccm / cm 2 ~0.55sccm / cm 2 , H 2 gas flow rate is 0.18sccm / cm 2 ~1.82sccm / cm 2 .

なお、プラズマ処理は、第4絶縁層134の成膜に連続して行われる。つまり、プラズマCVD装置を用いて第4絶縁層134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、プラズマ処理を行う。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。   Note that the plasma treatment is performed continuously after the fourth insulating layer 134 is formed. That is, after the fourth insulating layer 134 is formed using a plasma CVD apparatus, plasma treatment is performed without breaking the vacuum in the chamber of the plasma CVD apparatus. Thereby, the possibility that impurities are mixed can be reduced.

[3−4.酸化物半導体層の形成]
次に、図5Bの(b)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及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。
[3-4. Formation of oxide semiconductor layer]
Next, as illustrated in FIG. 5B, the oxide semiconductor layer 140 having a predetermined shape is formed above the substrate 110 and at a position facing the gate electrode 120. For example, an oxide semiconductor film is formed over the gate insulating layer 130 by sputtering. Then, the oxide semiconductor film is processed by photolithography and etching, whereby the oxide semiconductor layer 140 having a predetermined shape is formed.

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(O)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(HPO)、硝酸(HNO)及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 oxide semiconductor layer 140 is formed by wet etching the amorphous InGaZnO formed over the gate insulating layer 130. InGaZnO wet etching can be performed using, for example, a chemical solution in which phosphoric acid (H 3 PO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), and a surfactant are mixed. For removing the resist, a stripping solution containing an alkali additive may be used.

[3−5.チャネル保護層の形成]
次に、図5Bの(c)に示すように、酸化物半導体層140上にチャネル保護層150を形成する。例えば、酸化物半導体層140を覆うようにチャネル保護層150をプラズマCVDによって成膜する。
[3-5. Formation of channel protective layer]
Next, as illustrated in FIG. 5B (c), the channel protective layer 150 is formed over the oxide semiconductor layer 140. For example, the channel protective layer 150 is formed by plasma CVD so as to cover the oxide semiconductor layer 140.

具体的には、酸化物半導体層140を覆うようにゲート絶縁層130上に、200nmのシリコン酸化膜を成膜することで、チャネル保護層150を形成する。この時の成膜温度は、例えば、230℃である。シリコン酸化膜は、例えば、シランガス(SiH)と亜酸化窒素ガス(NO)とを導入ガスに用いることで成膜することができる。具体的な成膜条件は、例えば、パワー密度が0.238W/cm、プロセス距離(電極間距離)が600mil(0.6インチ)、プロセス圧力が133.32Pa、NOガス流量が88500sccm、SiHガス流量が980sccmである。 Specifically, a channel protective layer 150 is formed by forming a 200 nm silicon oxide film over the gate insulating layer 130 so as to cover the oxide semiconductor layer 140. The film forming temperature at this time is, for example, 230 ° C. The silicon oxide film can be formed by using, for example, silane gas (SiH 4 ) and nitrous oxide gas (N 2 O) as introduction gases. Specific film forming conditions include, for example, a power density of 0.238 W / cm 2 , a process distance (distance between electrodes) of 600 mil (0.6 inches), a process pressure of 133.32 Pa, and an N 2 O gas flow rate of 88500 sccm. The SiH 4 gas flow rate is 980 sccm.

なお、チャネル保護層150を形成した後、所定の温度の加熱処理(アニール処理)を行ってもよい。例えば、ドライエア、又は、酸素雰囲気中において、成膜温度以上の温度でアニール処理してもよい。例えば、アニール温度は350℃としてよい。また、アニール時間は、7分程度の基板温度安定時間が経過した後、1時間としてもよい。これにより、酸化物半導体層140中の酸素欠陥が修復され、半導体性を維持することができる。また、上記ドライエアは、大気圧下露点が−70℃以下としてよい。   Note that after the channel protective layer 150 is formed, heat treatment (annealing treatment) at a predetermined temperature may be performed. For example, annealing may be performed at a temperature equal to or higher than the film formation temperature in dry air or an oxygen atmosphere. For example, the annealing temperature may be 350 ° C. The annealing time may be 1 hour after the substrate temperature stabilization time of about 7 minutes has elapsed. Accordingly, oxygen defects in the oxide semiconductor layer 140 are repaired and semiconductor properties can be maintained. The dry air may have a dew point under atmospheric pressure of −70 ° C. or lower.

[3−6.ドレイン電極及びソース電極の形成]
次に、図5Bの(d)に示すように、チャネル保護層150上にドレイン電極160d及びソース電極160sを形成する。具体的には、まず、チャネル保護層150の一部をフォトリソグラフィ及びドライエッチングによって除去することで、コンタクトホールを形成する。つまり、酸化物半導体層140の一部を露出させるためのコンタクトホールをチャネル保護層150に形成する。
[3-6. Formation of drain electrode and source electrode]
Next, as shown in FIG. 5B (d), a drain electrode 160d and a source electrode 160s are formed on the channel protective layer 150. Specifically, first, a part of the channel protective layer 150 is removed by photolithography and dry etching to form a contact hole. That is, a contact hole for exposing part of the oxide semiconductor layer 140 is formed in the channel protective layer 150.

例えば、チャネル保護層150がシリコン酸化膜である場合、ドライエッチングとして反応性イオンエッチング(RIE)を用いることができる。このとき、エッチングガスとしては、例えば、四フッ化炭素(CF)、酸素ガス(O)及びヘリウムガス(He)を用いることができる。ガス流量、圧力、印加電力及び周波数などのパラメータは、基板サイズ、エッチングの膜厚などによって適宜設定される。例えば、パワー密度を0.255W/cm、プロセス圧力を50Pa、Oガス流量を1300sccm、CFガス流量を3800sccm、Heガス流量を5000sccmとしてよい。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。 For example, when the channel protective layer 150 is a silicon oxide film, reactive ion etching (RIE) can be used as dry etching. At this time, for example, carbon tetrafluoride (CF 4 ), oxygen gas (O 2 ), and helium gas (He) can be used as the etching gas. Parameters such as gas flow rate, pressure, applied power, and frequency are appropriately set depending on the substrate size, etching film thickness, and the like. For example, the power density may be 0.255 W / cm 2 , the process pressure may be 50 Pa, the O 2 gas flow rate may be 1300 sccm, the CF 4 gas flow rate may be 3800 sccm, and the He gas flow rate may be 5000 sccm. For removing the resist, a stripping solution containing an alkali additive may be used.

そして、形成したコンタクトホールを埋めるようにして、チャネル保護層150上に金属膜をスパッタリングによって成膜する。例えば、20nmのMo膜、300nmのCu膜、及び、50nmの銅及びマンガンの合金膜(CuMn膜)を順にチャネル保護層150上に積層する。その後、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、積層した金属膜を加工することで、所定形状のドレイン電極160d及びソース電極160sを形成する。Mo膜、Cu膜、及び、CuMn膜のウェットエッチングは、例えば、PAN液を用いて、室温に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, a metal film is formed on the channel protective layer 150 by sputtering so as to fill the formed contact hole. For example, a 20 nm Mo film, a 300 nm Cu film, and a 50 nm copper and manganese alloy film (CuMn film) are sequentially stacked on the channel protective layer 150. Thereafter, the stacked metal films are processed by photolithography and etching to form a drain electrode 160d and a source electrode 160s having a predetermined shape. The wet etching of the Mo film, the Cu film, and the CuMn film can be performed at room temperature using a PAN solution, for example. For removing the resist, a stripping solution containing an alkali additive may be used.

[3−7.層間絶縁層の形成]
次に、図5Cの(a)に示すように、層間絶縁層170を形成する。具体的には、まず、ドレイン電極160d及びソース電極160sを覆うように、下部層間絶縁層171をプラズマCVD又はスパッタリングによって形成する。例えば、ドレイン電極160d及びソース電極160sを覆うようにチャネル保護層150上に、200nmのシリコン酸化膜をプラズマCVDによって成膜する。具体的な成膜条件は、例えば、成膜温度が230℃、パワー密度が0.238W/cm、プロセス距離(電極間距離)が600mil(0.6インチ)、プロセス圧力が133.32Pa、NOガス流量が88500sccm、SiHガス流量が980sccmである。
[3-7. Formation of interlayer insulation layer]
Next, as shown in FIG. 5C, an interlayer insulating layer 170 is formed. Specifically, first, a lower interlayer insulating layer 171 is formed by plasma CVD or sputtering so as to cover the drain electrode 160d and the source electrode 160s. For example, a 200 nm silicon oxide film is formed by plasma CVD on the channel protective layer 150 so as to cover the drain electrode 160d and the source electrode 160s. Specific film formation conditions are, for example, a film formation temperature of 230 ° C., a power density of 0.238 W / cm 2 , a process distance (distance between electrodes) of 600 mil (0.6 inches), a process pressure of 133.32 Pa, The N 2 O gas flow rate is 88500 sccm, and the SiH 4 gas flow rate is 980 sccm.

次に、プラズマCVD、ALD(Atomic Layer Deposition)又はスパッタリングなどによって、下部層間絶縁層171上にバリア層172を形成する。例えば、スパッタリングによって30nmの酸化アルミニウム膜を下部層間絶縁層171上に成膜することで、バリア層172を形成する。具体的には、アルミニウムをターゲットに用い、酸素(O)とアルゴン(Ar)との混合ガス雰囲気でのRFマグネトロンスパッタ法によって酸化アルミニウム膜を成膜する。成膜条件は、例えば、パワーが30kW、アルミニウムターゲットの純度が99.99%、成膜ガスであるArとOとの流量比が1対1、成膜レートが6.0nm/minである。 Next, a barrier layer 172 is formed on the lower interlayer insulating layer 171 by plasma CVD, ALD (Atomic Layer Deposition), sputtering, or the like. For example, the barrier layer 172 is formed by forming an aluminum oxide film of 30 nm on the lower interlayer insulating layer 171 by sputtering. Specifically, an aluminum oxide film is formed by RF magnetron sputtering in a mixed gas atmosphere of oxygen (O 2 ) and argon (Ar) using aluminum as a target. The film formation conditions are, for example, a power of 30 kW, an aluminum target purity of 99.99%, a flow rate ratio of Ar and O 2 as a film formation gas of 1: 1, and a film formation rate of 6.0 nm / min. .

次に、プラズマCVD又はスパッタリングによって、バリア層172上に上部層間絶縁層173を形成する。具体的には、プラズマCVDによって、400nmのシリコン窒化膜をバリア層172上に成膜することで、上部層間絶縁層173を形成する。具体的な成膜条件は、例えば、成膜温度が290℃、パワー密度が0.238W/cm、プロセス距離(電極間距離)が600mil(0.6インチ)、プロセス圧力が133.32Pa、NOガス流量が88500sccm、SiHガス流量が980sccmである。 Next, the upper interlayer insulating layer 173 is formed on the barrier layer 172 by plasma CVD or sputtering. Specifically, an upper interlayer insulating layer 173 is formed by forming a 400 nm silicon nitride film on the barrier layer 172 by plasma CVD. Specific film formation conditions include, for example, a film formation temperature of 290 ° C., a power density of 0.238 W / cm 2 , a process distance (distance between electrodes) of 600 mil (0.6 inches), a process pressure of 133.32 Pa, The N 2 O gas flow rate is 88500 sccm, and the SiH 4 gas flow rate is 980 sccm.

なお、層間絶縁層170の成膜中に基板は真空下に置かれるので、酸化物半導体層140の酸素が欠損し、低抵抗化する。このため、成膜後にドライエア、又は、酸素雰囲気中でのアニール処理を行うことで、酸素欠陥の修復を行う。例えば、アニール温度は300℃としてよい。また、アニール時間は、7分程度の基板温度安定時間が経過した後、1時間としてもよい。また、上記ドライエアは、大気圧下露点が−70℃以下としてよい。   Note that since the substrate is placed under vacuum during the formation of the interlayer insulating layer 170, oxygen in the oxide semiconductor layer 140 is lost and the resistance is reduced. For this reason, oxygen defects are repaired by performing an annealing process in dry air or an oxygen atmosphere after film formation. For example, the annealing temperature may be 300 ° C. The annealing time may be 1 hour after the substrate temperature stabilization time of about 7 minutes has elapsed. The dry air may have a dew point under atmospheric pressure of −70 ° C. or lower.

[3−8.上部電極の形成]
次に、図5Cの(b)に示すように、層間絶縁層170(上部層間絶縁層173)上に上部電極180を形成する。具体的には、まず、層間絶縁層170の一部をフォトリソグラフィ及びドライエッチングによって除去することで、コンタクトホールを形成する。つまり、ソース電極160s又はドレイン電極16dの一部を露出させるためのコンタクトホールを層間絶縁層170に形成する。
[3-8. Formation of upper electrode]
Next, as shown in FIG. 5C (b), the upper electrode 180 is formed on the interlayer insulating layer 170 (upper interlayer insulating layer 173). Specifically, first, a part of the interlayer insulating layer 170 is removed by photolithography and dry etching to form a contact hole. That is, a contact hole for exposing a part of the source electrode 160s or the drain electrode 16d is formed in the interlayer insulating layer 170.

例えば、RIEなどのドライエッチングによって、層間絶縁層170の一部を除去する。エッチングガスとしては、例えば、四フッ化炭素(CF)及び酸素ガス(O)を用いることができる。パワー密度、圧力、ガス流量などのパラメータは、基板サイズ、エッチングの膜厚などによって適宜設定される。例えば、パワー密度を0.255W/cm、プロセス圧力を50Pa、Oガス流量を1300sccm、CFガス流量を3800sccm、Heガス流量を5000sccmとしてよい。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。 For example, a part of the interlayer insulating layer 170 is removed by dry etching such as RIE. As an etching gas, for example, carbon tetrafluoride (CF 4 ) and oxygen gas (O 2 ) can be used. Parameters such as power density, pressure, and gas flow rate are appropriately set according to the substrate size, etching film thickness, and the like. For example, the power density may be 0.255 W / cm 2 , the process pressure may be 50 Pa, the O 2 gas flow rate may be 1300 sccm, the CF 4 gas flow rate may be 3800 sccm, and the He gas flow rate may be 5000 sccm. For removing the resist, a stripping solution containing an alkali additive may be used.

続いて、形成したコンタクトホールを埋めるようにして、層間絶縁層170上に導電膜をスパッタリングによって成膜する。例えば、20nmのMo膜、300nmのCu膜、50nmのCuMn膜を順に層間絶縁層170上に積層する。その後、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、積層した導電膜を加工することで、所定形状の上部電極180を形成する。Mo膜、Cu膜、及び、CuMn膜のウェットエッチングは、例えば、PAN液を用いて、室温に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。   Subsequently, a conductive film is formed on the interlayer insulating layer 170 by sputtering so as to fill the formed contact hole. For example, a 20 nm Mo film, a 300 nm Cu film, and a 50 nm CuMn film are sequentially stacked on the interlayer insulating layer 170. Thereafter, the laminated conductive film is processed by photolithography and etching to form the upper electrode 180 having a predetermined shape. The wet etching of the Mo film, the Cu film, and the CuMn film can be performed at room temperature using a PAN solution, for example. For removing the resist, a stripping solution containing an alkali additive may be used.

[3−9.上部絶縁層の形成]
次に、図5Dの(a)に示すように、上部絶縁層190を形成する。具体的には、まず、上部電極180を覆うように、上部絶縁層190をプラズマCVD又はスパッタリングによって形成する。例えば、上部電極180を覆うように層間絶縁層170(上部層間絶縁層173)上に、100nmのシリコン窒化膜をプラズマCVDによって成膜する。具体的な成膜条件は、例えば、成膜温度が350℃、パワー密度が0.2W/cm、プロセス距離(電極間距離)が700mil(0.7インチ)、プロセス圧力が160Pa、Nガス流量が65000sccm、NHガス流量が25000sccm、SiHガス流量が2000sccmである。なお、上部絶縁層190の成膜後においても、層間絶縁層170の成膜後と同様のアニール処理を行ってもよい。
[3-9. Formation of upper insulating layer]
Next, as shown in FIG. 5D, the upper insulating layer 190 is formed. Specifically, first, the upper insulating layer 190 is formed by plasma CVD or sputtering so as to cover the upper electrode 180. For example, a 100 nm silicon nitride film is formed by plasma CVD on the interlayer insulating layer 170 (upper interlayer insulating layer 173) so as to cover the upper electrode 180. Specific film formation conditions include, for example, a film formation temperature of 350 ° C., a power density of 0.2 W / cm 2 , a process distance (distance between electrodes) of 700 mil (0.7 inches), a process pressure of 160 Pa, and N 2. The gas flow rate is 65000 sccm, the NH 3 gas flow rate is 25000 sccm, and the SiH 4 gas flow rate is 2000 sccm. Note that, after the upper insulating layer 190 is formed, the same annealing treatment as that after the interlayer insulating layer 170 is formed may be performed.

上部絶縁層190を成膜した後、図5Dの(b)に示すように、上部絶縁層190の一部をフォトリソグラフィ及びドライエッチングによって除去することで、コンタクトホール191を形成する。つまり、上部電極180の一部を露出させるためのコンタクトホール191を上部絶縁層190に形成する。コンタクトホール191の形成方法は、上記層間絶縁層170にコンタクトホールを形成する方法と同様である。   After forming the upper insulating layer 190, as shown in FIG. 5D, a part of the upper insulating layer 190 is removed by photolithography and dry etching to form a contact hole 191. That is, a contact hole 191 for exposing a part of the upper electrode 180 is formed in the upper insulating layer 190. The method for forming the contact hole 191 is the same as the method for forming the contact hole in the interlayer insulating layer 170.

以上の工程を経て、図4に示すTFT基板20が製造される。なお、以降の工程において、有機EL素子40などがさらに積層される。   Through the above steps, the TFT substrate 20 shown in FIG. 4 is manufactured. In the subsequent steps, the organic EL element 40 and the like are further stacked.

[4.ゲート絶縁層の構成及び形成条件]
続いて、本実施の形態に係るTFT基板20において、薄膜トランジスタ100の電気特性を不安定化させることなく、ゲート絶縁層130の耐電圧特性を改善するための構成及び形成条件について詳細に説明する。
[4. Configuration and formation conditions of gate insulating layer]
Subsequently, in the TFT substrate 20 according to the present embodiment, a configuration and formation conditions for improving the withstand voltage characteristics of the gate insulating layer 130 without destabilizing the electrical characteristics of the thin film transistor 100 will be described in detail.

[4−1.シリコン窒化膜の水素原子量]
まず、ゲート絶縁層130を構成するシリコン窒化膜の形成条件と水素原子量との関係について検討するための実験及びその結果について、図面を用いて説明する。
[4-1. Hydrogen atomic weight of silicon nitride film]
First, an experiment for examining the relationship between the formation conditions of the silicon nitride film constituting the gate insulating layer 130 and the amount of hydrogen atoms and the results thereof will be described with reference to the drawings.

本実験においては、直径6インチサイズのシリコン基板にシリコン窒化膜を様々な条件で形成し、各シリコン窒化膜の特性を調べた。用いたシリコン基板の厚さは0.625μm、直径は150mm、面方位は(100)である。   In this experiment, a silicon nitride film was formed on a silicon substrate having a diameter of 6 inches under various conditions, and the characteristics of each silicon nitride film were examined. The silicon substrate used has a thickness of 0.625 μm, a diameter of 150 mm, and a plane orientation of (100).

図6は、シリコン窒化膜が形成されるシリコン基板の成膜時における配置を示す上面図である。   FIG. 6 is a top view showing the arrangement of the silicon substrate on which the silicon nitride film is formed during film formation.

図6に示すように、シリコン基板115を、G8.5ガラス基板111の中央部に貼り付け、シリコン基板116を、G8.5ガラス基板111の端部(オリエンテイションフラット112付近)に貼り付けた。これにより、G8.5ガラス基板111のような大型の基板に成膜する場合における基板上の位置と膜質との関係を調べることができる。   As shown in FIG. 6, the silicon substrate 115 was attached to the center of the G8.5 glass substrate 111, and the silicon substrate 116 was attached to the end of the G8.5 glass substrate 111 (near the orientation flat 112). . Thereby, the relationship between the position on the substrate and the film quality when the film is formed on a large substrate such as the G8.5 glass substrate 111 can be examined.

本実験において、上述のシリコン基板115及び116上に、図7に示す条件A、条件B及び条件Cでシリコン窒化膜を成膜した場合のシリコン窒化膜の特性を調べた。   In this experiment, the characteristics of the silicon nitride film when the silicon nitride film was formed on the above-described silicon substrates 115 and 116 under the conditions A, B, and C shown in FIG.

図7は、シリコン窒化膜(SiN膜)の成膜パラメータと成膜されたシリコン窒化膜の物性値とを示す表である。図7において、G8.5ガラス基板111の中央部に配置されたシリコン基板115、及び、端部に配置されたシリコン基板116のそれぞれに成膜されたシリコン窒化膜の物性値が示されている。   FIG. 7 is a table showing the deposition parameters of the silicon nitride film (SiN film) and the physical property values of the deposited silicon nitride film. In FIG. 7, the physical property values of the silicon nitride film formed on each of the silicon substrate 115 disposed at the center of the G8.5 glass substrate 111 and the silicon substrate 116 disposed at the end are shown. .

シリコン窒化膜は、各条件において、膜厚が400nmとなるように成膜された。なお、膜厚は、分光エリプソメーターで測定された。   The silicon nitride film was formed so as to have a film thickness of 400 nm under each condition. The film thickness was measured with a spectroscopic ellipsometer.

図7に示すように、シリコン窒化膜の物性値として、シリコン基板115に対する応力と、シリコン原子と結合している水素原子の結合量(Si−H結合量)と、窒素原子と結合している水素原子の結合量(N−H結合量)とが測定された。シリコン窒化膜のシリコン基板115に対する応力は、薄膜応力測定装置によって、シリコン窒化膜が成膜されたシリコン基板の反り(曲率半径)の変化量と膜厚とから評価された。また、Si−H結合量及びN−H結合量は、FT−IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)分光法によって評価された。   As shown in FIG. 7, as the physical property values of the silicon nitride film, the stress on the silicon substrate 115, the bonding amount of hydrogen atoms bonded to silicon atoms (Si—H bonding amount), and bonding to nitrogen atoms are performed. The amount of hydrogen atoms bonded (NH bond amount) was measured. The stress of the silicon nitride film on the silicon substrate 115 was evaluated by a thin film stress measuring device from the amount of change in the warp (radius of curvature) and the film thickness of the silicon substrate on which the silicon nitride film was formed. Further, the Si—H bond amount and the N—H bond amount were evaluated by FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) spectroscopy.

図7に示されるように、条件Aと条件Bとでは、各ガス流量が異なる。また、条件Aと条件Cとでは、主に、パワーが異なる。上記いずれの条件においてもシリコン窒化膜において、圧縮応力が生じるが、応力の絶対値は、条件C、条件A、条件Bの順に増加する。また、Si―H結合量は、条件A、条件B、条件Cの順に増加し、N―H結合量は、条件A、条件B、条件Cの順に減少している。   As shown in FIG. 7, each gas flow rate is different between condition A and condition B. Further, the power differs mainly between the condition A and the condition C. Under any of the above conditions, compressive stress is generated in the silicon nitride film, but the absolute value of the stress increases in the order of condition C, condition A, and condition B. Further, the Si—H bond amount increases in the order of condition A, condition B, and condition C, and the N—H bond amount decreases in the order of condition A, condition B, and condition C.

ここで、上記各条件によって成膜されたシリコン窒化膜を薄膜トランジスタに用いた場合における薄膜トランジスタの特性について調査した結果について説明する。本実験において用いた薄膜トランジスタにおいては、ゲート絶縁層が、シリコン窒化膜と、その上に成膜されたシリコン酸化膜とから構成される。そして、シリコン窒化膜が、それぞれ、上記条件A、条件B及び条件Cを用いて成膜された三通りの薄膜トランジスタを作製した。また、実験用の各薄膜トランジスタにおけるシリコン窒化膜は、いずれも膜厚350nmとなるように成膜された。また、シリコン酸化膜は、図8に示す成膜条件で膜厚50nmとなるように成膜された。   Here, the result of investigating the characteristics of the thin film transistor when the silicon nitride film formed under the above conditions is used for the thin film transistor will be described. In the thin film transistor used in this experiment, the gate insulating layer is composed of a silicon nitride film and a silicon oxide film formed thereon. Then, three kinds of thin film transistors in which silicon nitride films were formed using the above conditions A, B, and C were produced. In addition, the silicon nitride film in each experimental thin film transistor was formed to a thickness of 350 nm. Further, the silicon oxide film was formed to a film thickness of 50 nm under the film forming conditions shown in FIG.

図8は、シリコン酸化膜(SiO膜)の成膜パラメータと成膜されたシリコン酸化膜の物性値とを示す表である。なお、図8には、上記シリコン窒化膜と同様に測定されたシリコン酸化膜の物性値についても示している。シリコン窒化膜上に成膜されるシリコン酸化膜として緻密な膜が求められるため、図8に示すようにシリコン酸化膜のシリコン基板に対する応力は圧縮応力となり、その応力の絶対値は大きくなる。したがって、シリコン酸化膜の膜厚を必要以上に増加させると、基板の反り量増加につながるため好ましくない。   FIG. 8 is a table showing the deposition parameters of the silicon oxide film (SiO film) and the physical property values of the deposited silicon oxide film. FIG. 8 also shows physical property values of the silicon oxide film measured in the same manner as the silicon nitride film. Since a dense film is required as the silicon oxide film formed on the silicon nitride film, as shown in FIG. 8, the stress of the silicon oxide film on the silicon substrate becomes a compressive stress, and the absolute value of the stress becomes large. Therefore, if the thickness of the silicon oxide film is increased more than necessary, the amount of warpage of the substrate increases, which is not preferable.

なお、本実験用の薄膜トランジスタのゲート絶縁層以外の構成は、上記薄膜トランジスタ100と同様である。   Note that the structure of the thin film transistor for this experiment other than the gate insulating layer is the same as that of the thin film transistor 100 described above.

上述の成膜条件を用いて作製された実験用の薄膜トランジスタの電気特性を図9A、図9B及び図9Cを用いて説明する。   The electrical characteristics of the experimental thin film transistor manufactured using the above film formation conditions will be described with reference to FIGS. 9A, 9B, and 9C.

図9A、図9B及び図9Cは、それぞれ条件A、条件B及び条件Cを用いて成膜されたシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とをゲート絶縁層に用いた薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。ここでは、電気特性として、薄膜トランジスタに印加されるゲート−ソース間電圧Vgsと、ドレイン−ソース間に流れる電流Idsとの関係が測定された。測定対象の薄膜トランジスタは、G8.5ガラス基板にマトリクス状に形成される。ここで、薄膜トランジスタ100のチャネル幅W及びチャネル長Lはそれぞれ10μm及び11μmである。なお、図9A、図9B及び図9Cにおいて、TFT基板のエッジから200mmを除く領域の、長辺方向8点及び短辺方向7点の合計56点において電気特性を求めて、Ids−Vgs曲線を描いた。そして、当該曲線から、Idsが、W/L×10−9(W:チャネル幅、L:チャネル長)となるときのVdsを閾値Vthとして、各曲線に対する閾値Vthを求め、それらの平均値(Ave)とばらつき(3σ)を算出した。 9A, 9B, and 9C show measurement results of electrical characteristics of a thin film transistor that uses a silicon nitride film and a silicon oxide film formed under conditions A, B, and C as gate insulating layers, respectively. It is a graph. Here, the relationship between the gate-source voltage Vgs applied to the thin film transistor and the current Ids flowing between the drain and the source was measured as electrical characteristics. The thin film transistors to be measured are formed in a matrix on a G8.5 glass substrate. Here, the channel width W and the channel length L of the thin film transistor 100 are 10 μm and 11 μm, respectively. In FIGS. 9A, 9B and 9C, the electrical characteristics are obtained at a total of 56 points including 8 points in the long side direction and 7 points in the short side direction in the region excluding 200 mm from the edge of the TFT substrate, and the Ids-Vgs curve is obtained. Painted. Then, from the curve, Vds when Ids is W / L × 10 −9 (W: channel width, L: channel length) is set as the threshold value Vth, the threshold value Vth for each curve is obtained, and an average value thereof ( Ave) and variation (3σ) were calculated.

図9Aに示すように、条件Aを用いる場合には、閾値Vthが0.73V、ばらつきが0.50Vとなり、ばらつきの小さい電気特性が得られた。一方、図9B及び図9Cに示すように、条件B及び条件Cを用いる場合には、閾値Vthが大きくマイナス方向にシフトした特性が多く見られた。また、図9Cに示すように、条件Cを用いる場合には、薄膜トランジスタ100のソース−ドレイン間がほぼ導通する現象(グラフの曲線がほぼ横一直線となる現象)も見られた。条件B及び条件Cを用いる場合には、シリコン窒化膜に含まれるSi−H結合量が多いため、上記のような閾値Vthのマイナスシフトが発生すると推測される。   As shown in FIG. 9A, when the condition A is used, the threshold value Vth is 0.73 V, the variation is 0.50 V, and electrical characteristics with small variation are obtained. On the other hand, as shown in FIGS. 9B and 9C, in the case of using the condition B and the condition C, many characteristics that the threshold value Vth is greatly shifted in the negative direction are seen. Further, as shown in FIG. 9C, when the condition C is used, a phenomenon in which the source and the drain of the thin film transistor 100 are substantially conductive (a phenomenon in which the curve of the graph is substantially a horizontal straight line) is also observed. When Condition B and Condition C are used, the amount of Si—H bonds contained in the silicon nitride film is large, and it is estimated that the above-described minus shift of the threshold value Vth occurs.

当該推測の根拠について以下に述べる。シリコン窒化膜中に含まれる水素原子Hの結合エネルギーは、Si−H結合では3.3eV、N−H結合では4.0eVであり、結合エネルギーの小さいSi−H結合から水素原子Hが脱離し易い。ここで、脱離した水素原子の少なくとも一部は、酸化物半導体層140にドープされる。これにより酸化物半導体層140中の酸素欠損が増加し、酸化物半導体層140中のキャリア密度が増加するため、薄膜トランジスタ100の閾値Vthは、マイナスシフトすると推測される。   The grounds for the estimation are described below. The bond energy of hydrogen atoms H contained in the silicon nitride film is 3.3 eV for Si—H bonds and 4.0 eV for N—H bonds, and hydrogen atoms H are desorbed from Si—H bonds having a low bond energy. easy. Here, at least a part of the detached hydrogen atoms is doped into the oxide semiconductor layer 140. Accordingly, oxygen vacancies in the oxide semiconductor layer 140 increase and the carrier density in the oxide semiconductor layer 140 increases, so that the threshold value Vth of the thin film transistor 100 is estimated to be negatively shifted.

以上より、薄膜トランジスタ100のゲート絶縁層130に用いるシリコン窒化膜において、特に、Si−H結合量を低減する必要があると言える。シリコン窒化膜中のSi−H結合量としては、上記の実験結果から、2.3×1021cm−3以下であることが望ましい。また、シリコン窒化膜中のN−H結合量についても、同様に少ない方が好ましいが、条件Aと同程度に存在しても薄膜トランジスタ100の閾値Vthをマイナスシフトさせることはないと考えられる。したがって、シリコン窒化膜中のN−H結合量は、3.3×1022cm−3以下であればよい。 From the above, it can be said that it is particularly necessary to reduce the amount of Si—H bonds in the silicon nitride film used for the gate insulating layer 130 of the thin film transistor 100. The amount of Si—H bonds in the silicon nitride film is preferably 2.3 × 10 21 cm −3 or less from the above experimental results. Further, the amount of N—H bonds in the silicon nitride film is preferably as small as possible, but even if it exists in the same degree as the condition A, it is considered that the threshold value Vth of the thin film transistor 100 is not negatively shifted. Therefore, the N—H bond amount in the silicon nitride film may be 3.3 × 10 22 cm −3 or less.

[4−2.シリコン窒化膜の応力]
次に、シリコン窒化膜の形成条件と応力と関係について検討するための実験及びその結果について、図面を用いて説明する。
[4-2. Stress of silicon nitride film]
Next, an experiment for examining the relationship between the formation conditions and stress of the silicon nitride film and the result thereof will be described with reference to the drawings.

上記条件Aを用いて形成されるシリコン窒化膜をゲート絶縁層において用いる場合、得られる薄膜トランジスタの電気特性は、上述のとおり良好である。しかしながら、上述のとおり、上記条件Aを用いて形成されるシリコン窒化膜の圧縮応力が大きいため、基板の反り量(基板垂れ量)が大きくなる。基板垂れ量が大きくなると、大型のガラス基板を用いる製造ラインでは、製造装置内での基板の搬送に問題が生じる。例えば、ローラーでガラス基板を搬送するような設備(リソグラフィー、ウェットエッチング、剥離洗浄装置など)でガラス基板の端が引っ掛かるなどの搬送トラブルが生じ易くなり、それが原因でガラス基板が割れるなどの事故の発生確率が増大する。   When the silicon nitride film formed using the above condition A is used in the gate insulating layer, the electric characteristics of the obtained thin film transistor are good as described above. However, as described above, since the compressive stress of the silicon nitride film formed using the above condition A is large, the amount of warpage of the substrate (the amount of substrate sagging) increases. When the amount of sagging of the substrate increases, a problem arises in transporting the substrate in the manufacturing apparatus in a production line using a large glass substrate. For example, transportation troubles such as the edge of the glass substrate being caught easily in equipment that transports the glass substrate with a roller (lithography, wet etching, peeling cleaning device, etc.), and accidents such as the glass substrate breaking due to it The probability of occurrence increases.

そこで、薄膜トランジスタのゲート絶縁層に用いるシリコン窒化膜を積層化し、応力緩和層を設けることにより上記問題を解決することを試みた。以下、当該応力緩和層の成膜条件について検討するための実験及びその結果について説明する。   Therefore, an attempt was made to solve the above problem by laminating a silicon nitride film used for the gate insulating layer of the thin film transistor and providing a stress relaxation layer. Hereinafter, an experiment for examining the film forming condition of the stress relaxation layer and a result thereof will be described.

本実験においても、図6に示すように直径6インチのシリコン基板115及び116をG8.5ガラス基板111上に貼り付けて、図10に示す条件を用いて、膜厚400nmとなるようにシリコン窒化膜を成膜した。   Also in this experiment, silicon substrates 115 and 116 having a diameter of 6 inches are pasted on a G8.5 glass substrate 111 as shown in FIG. 6, and silicon is formed to a film thickness of 400 nm using the conditions shown in FIG. A nitride film was formed.

図10は、シリコン窒化膜(SiN膜)の成膜パラメータと成膜されたシリコン窒化膜の物性値とを示す表である。なお、図10において、成膜パラメータのうち、各条件において、他の条件と異なる値を斜体の太字で示している。また、図10においては、成膜されたシリコン窒化膜の物性値も示されている。膜厚及び他の物性値の測定方法は上述した測定方法と同様である。   FIG. 10 is a table showing the deposition parameters of the silicon nitride film (SiN film) and the physical property values of the formed silicon nitride film. In FIG. 10, values that are different from the other conditions are shown in italic bold letters in the film forming parameters. FIG. 10 also shows physical property values of the formed silicon nitride film. The measuring method of the film thickness and other physical property values is the same as the measuring method described above.

図10に示す実験結果を図11及び図12を用いて検討する。   The experimental result shown in FIG. 10 is examined using FIG. 11 and FIG.

図11は、成膜における圧力と各物性値との関係を示すグラフである。図11においては、図10に示す条件A、条件A1及び条件A2のデータを示している。また、図11の(A)、(B)及び(C)は、圧力と、シリコン基板に対する応力、Si−H結合量及びN−H結合量との関係をそれぞれ示す。   FIG. 11 is a graph showing the relationship between the pressure in film formation and each physical property value. FIG. 11 shows data of condition A, condition A1, and condition A2 shown in FIG. 11A, 11B, and 11C show the relationship between the pressure, the stress on the silicon substrate, the Si—H bond amount, and the N—H bond amount, respectively.

図12は、シランガス(SiH)流量と各物性値との関係を示すグラフである。図12においては、図10に示す条件A1、条件A3及び条件A4のデータを示している。また、図12の(A)、(B)及び(C)は、シランガス流量と、シリコン基板に対する応力、Si−H結合量及びN−H結合量との関係をそれぞれ示す。 FIG. 12 is a graph showing the relationship between the flow rate of silane gas (SiH 4 ) and each physical property value. FIG. 12 shows data of condition A1, condition A3, and condition A4 shown in FIG. 12A, 12B, and 12C show the relationship between the silane gas flow rate, the stress on the silicon substrate, the Si—H bond amount, and the N—H bond amount, respectively.

図10及び図11に示すように、条件Aより成膜における圧力を増加させた場合(条件A1及び条件A2)、シリコン窒化膜の応力が圧縮応力から引っ張り応力に変化する。例えば、条件A1では、G8.5ガラス基板111の中央部及び端部の両方において、シリコン基板に対する応力が−100MPa以上、100MPa以下となる。一方、シリコン窒化膜中の水素原子量のうちSi−H結合量は、圧力の増加に伴って増加し、条件A1及び条件A2では2.3×1021cm−3を超える。そこで、シリコン窒化膜中の水素原子量を低減するために、条件A3及び条件A4においては、条件A1よりシランガス流量を低減した。これにより、図10及び図12に示すように、条件A3及び条件A4においては、応力は条件A1の場合と同等でありながら、Si−H結合量は、条件A1の場合より低下し、2.3×1021cm−3以下を維持することができた。 As shown in FIGS. 10 and 11, when the pressure in film formation is increased from condition A (condition A1 and condition A2), the stress of the silicon nitride film changes from compressive stress to tensile stress. For example, in the condition A1, the stress on the silicon substrate is −100 MPa or more and 100 MPa or less at both the central portion and the end portion of the G8.5 glass substrate 111. On the other hand, of the amount of hydrogen atoms in the silicon nitride film, the amount of Si—H bonds increases as the pressure increases, and exceeds 2.3 × 10 21 cm −3 under conditions A1 and A2. Therefore, in order to reduce the amount of hydrogen atoms in the silicon nitride film, the silane gas flow rate was reduced in the conditions A3 and A4 than in the condition A1. As a result, as shown in FIGS. 10 and 12, in the conditions A3 and A4, the stress is equivalent to that in the condition A1, but the Si—H bond amount is lower than that in the condition A1. It was possible to maintain 3 × 10 21 cm −3 or less.

なお、上記各条件によって測定されたシリコン窒化膜のシリコン基板に対する応力は、膜密度に対応する物性値である。すなわち、シリコン窒化膜の圧縮応力が大きいほど、膜密度が大きくなる。例えば、条件A及び条件A4を用いてG8.5ガラス基板111の中央部において成膜されたシリコン窒化膜の膜密度は、それぞれ、2.58g/cm、及び、2.54g/cmである。 In addition, the stress with respect to the silicon substrate of the silicon nitride film measured according to each of the above conditions is a physical property value corresponding to the film density. That is, the greater the compressive stress of the silicon nitride film, the greater the film density. For example, film density of the silicon nitride film formed in the central portion of G8.5 glass substrate 111 by using the conditions A and A4 are each, 2.58 g / cm 3, and, at 2.54 g / cm 3 is there.

以上より、本実施の形態では、応力緩和層として、条件A4を用いて成膜したシリコン窒化膜を用いて、ゲート絶縁層の応力緩和を試みることとした。そこで、条件A4を用いて成膜したシリコン窒化膜を応力緩和層として用いる薄膜トランジスタを作製した。当該薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁層として、条件Aを用いて、圧縮応力の比較的大きいシリコン窒化膜を膜厚50nmとなるように成膜し、その上に、条件A4を用いてシリコン窒化膜を膜厚300nmとなるように成膜した。さらに、当該シリコン窒化膜上に図8に示す条件で膜厚50nmとなるようにシリコン酸化膜を成膜した。なお、ここで、条件Aを用いて成膜された膜厚50nmのシリコン窒化膜は、ゲート電極との密着性を高めるための密着層として用いた。そこで、当該薄膜トランジスタを作製して、その電気特性を測定し、条件Aを用いて成膜されたシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とをゲート絶縁層に用いた薄膜トランジスタの電気特性と比較した。なお、本実験で用いられる薄膜トランジスタのゲート絶縁層以外の構成は、上記実験において用いられた薄膜トランジスタと同様である。   As described above, in the present embodiment, the stress relaxation of the gate insulating layer is attempted using the silicon nitride film formed using the condition A4 as the stress relaxation layer. Therefore, a thin film transistor using a silicon nitride film formed under condition A4 as a stress relaxation layer was produced. In the thin film transistor, a silicon nitride film having a relatively large compressive stress is formed to a thickness of 50 nm using Condition A as a gate insulating layer, and a silicon nitride film is formed thereon using Condition A4. A film was formed to a thickness of 300 nm. Further, a silicon oxide film was formed on the silicon nitride film so as to have a film thickness of 50 nm under the conditions shown in FIG. Here, the silicon nitride film having a thickness of 50 nm formed under the condition A was used as an adhesion layer for improving adhesion with the gate electrode. Therefore, the thin film transistor was manufactured, its electrical characteristics were measured, and compared with the electrical characteristics of the thin film transistor in which the silicon nitride film and the silicon oxide film formed under the condition A were used as the gate insulating layer. Note that the structure other than the gate insulating layer of the thin film transistor used in this experiment is the same as that of the thin film transistor used in the above experiment.

図13Aは、条件Aを用いて成膜されたシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とをゲート絶縁層に用いた薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。   FIG. 13A is a graph showing measurement results of electrical characteristics of a thin film transistor using a silicon nitride film and a silicon oxide film formed under the condition A as a gate insulating layer.

図13Bは、条件A4を用いて成膜されたシリコン窒化膜をゲート絶縁層の応力緩和層として用いた薄膜トランジスタの電気特性の測定結果を示すグラフである。   FIG. 13B is a graph showing measurement results of electrical characteristics of the thin film transistor using the silicon nitride film formed under the condition A4 as the stress relaxation layer of the gate insulating layer.

図13Bに示す例では、閾値Vthの平均値が0.59V、ばらつきが1.82となる。このように、図13Bに示す例では、図13Aに示す例より、閾値Vthがマイナスシフトし、かつ、閾値のばらつきも増大している。図13A及び図13Bに示すように、条件Aを用いて成膜したシリコン窒化膜と、条件A4を用いて成膜したシリコン窒化膜とでは、膜中のSi−H結合量は同等であるのに、電気特性に差が生じている。この原因を調査する目的で、条件A及び条件A4を用いてそれぞれ成膜されたシリコン窒化膜の昇温脱離ガス分析法(TDS:Thermal Dsorption Spectroscopy)による水素脱離量を比較する実験を行った。当該実験においては、シリコン基板上に、条件A及び条件A4を用いて、それぞれ400nmの膜厚で成膜したシリコン窒化膜を10mm角にカットし、TDSによりH(M/z=2)の脱離量を測定した。 In the example shown in FIG. 13B, the average value of the threshold values Vth is 0.59 V, and the variation is 1.82. Thus, in the example shown in FIG. 13B, the threshold value Vth is negatively shifted and the variation in the threshold value is also increased compared to the example shown in FIG. 13A. As shown in FIGS. 13A and 13B, the silicon nitride film formed using condition A and the silicon nitride film formed using condition A4 have the same amount of Si—H bonds in the film. There is also a difference in electrical characteristics. For the purpose of investigating this cause, an experiment was conducted to compare the amount of hydrogen desorption by thermal desorption gas analysis (TDS) of silicon nitride films formed under conditions A and A4, respectively. It was. In this experiment, a silicon nitride film formed with a film thickness of 400 nm on each silicon substrate using condition A and condition A4 was cut into 10 mm square, and H 2 (M / z = 2) was measured by TDS. The amount of desorption was measured.

図14は、成膜条件をパラメータして基板温度に対するH脱離プロファイルを示すグラフである。 FIG. 14 is a graph showing the H 2 desorption profile with respect to the substrate temperature with the film formation conditions as parameters.

図15は、基板温度350℃の場合における各成膜条件に対するH脱離量を示すグラフである。 FIG. 15 is a graph showing the amount of H 2 desorption for each film forming condition when the substrate temperature is 350 ° C.

なお、図14及び図15に示す脱離量を示す強度は、測定サンプル重量(シリコン窒化膜重量)により規格化されている。   14 and FIG. 15 are normalized by the measured sample weight (silicon nitride film weight).

図14及び図15に示すように、基板温度350℃以上において、条件A4で成膜されたシリコン窒化膜の方が、条件Aで成膜されたシリコン窒化膜より脱離量が多くなる。本実験結果から、上記図13A及び図13Bに示す例では、条件A4を用いて成膜されたシリコン窒化膜の方が、条件Aを用いて成膜されたシリコン窒化膜より、水素原子が多く脱離したと推測される。そのため、条件A4を用いて成膜されたシリコン窒化膜をゲート絶縁層に用いた薄膜トランジスタにおいては、水素原子が酸化物半導体層に多くドープされ、当該水素原子によって、酸化物半導体層中のキャリア密度が増加したため、閾値Vthがマイナス方向にシフトしたと推測される。   As shown in FIGS. 14 and 15, when the substrate temperature is 350 ° C. or higher, the silicon nitride film formed under the condition A4 has a larger desorption amount than the silicon nitride film formed under the condition A. From the results of this experiment, in the example shown in FIGS. 13A and 13B, the silicon nitride film formed using the condition A4 has more hydrogen atoms than the silicon nitride film formed using the condition A. Presumed to have detached. Therefore, in the thin film transistor in which the silicon nitride film formed under the condition A4 is used for the gate insulating layer, a large amount of hydrogen atoms are doped in the oxide semiconductor layer, and the carrier density in the oxide semiconductor layer is increased by the hydrogen atoms. It is estimated that the threshold value Vth has shifted in the negative direction.

また、条件A4を用いて成膜されたシリコン窒化膜におけるH脱離量と、条件Aを用いて成膜されたシリコン窒化膜におけるH脱離量との差分は、珪素原子(Si)や窒素原子(N)との結合していない未結合水素原子によって発生すると推測される。そのため、当該未結合水素原子は、FT−IR分光法では、評価できない。また、当該未結合水素原子が、条件A4を用いて成膜されたシリコン窒化膜の応力緩和に寄与していると推測される。 Moreover, and H 2 desorption amount in the silicon nitride film formed using the conditions A4, the difference of H 2 desorption amount in the silicon nitride film formed using conditions A, the silicon atoms (Si) It is presumed that they are generated by unbonded hydrogen atoms that are not bonded to nitrogen atoms (N). Therefore, the unbonded hydrogen atom cannot be evaluated by FT-IR spectroscopy. Further, it is estimated that the unbonded hydrogen atoms contribute to stress relaxation of the silicon nitride film formed using the condition A4.

以上のことから、低応力のシリコン窒化膜をゲート絶縁層として用いる場合には、薄膜トランジスタの閾値Vthのマイナスシフトを抑制するための手段が必要と言える。   From the above, it can be said that when a low-stress silicon nitride film is used as the gate insulating layer, a means for suppressing the negative shift of the threshold value Vth of the thin film transistor is necessary.

[4−3.ゲート絶縁層の積層構造]
上述のとおり、低応力のシリコン窒化膜をゲート絶縁層として用いる場合には、薄膜トランジスタの閾値Vthのマイナスシフトを抑制する手段が必要である。そこで、ゲート絶縁層の積層構造を検討した結果について説明する。
[4-3. Laminated structure of gate insulating layer]
As described above, when a low-stress silicon nitride film is used as the gate insulating layer, means for suppressing a minus shift of the threshold value Vth of the thin film transistor is necessary. Therefore, the results of studying the laminated structure of the gate insulating layer will be described.

ここででは、上記条件A4を用いて成膜したシリコン窒化膜を応力緩和層としてゲート絶縁層に用い、かつ、当該応力緩和層上に上記条件Aを用いて成膜したシリコン窒化膜を積層して薄膜トランジスタを作製した。この積層構造の目的は、応力緩和層上に、圧縮応力が大きい(すなわち、膜密度が大きい)シリコン窒化膜を配置することにより、応力緩和層から脱離する水素原子の酸化物半導体層への移動を抑制することである。   Here, the silicon nitride film formed using the condition A4 is used as a stress relaxation layer for the gate insulating layer, and the silicon nitride film formed using the condition A is stacked on the stress relaxation layer. Thus, a thin film transistor was manufactured. The purpose of this laminated structure is to dispose a silicon atom having a high compressive stress (that is, having a high film density) on the stress relaxation layer so that hydrogen atoms desorbed from the stress relaxation layer are transferred to the oxide semiconductor layer. It is to suppress movement.

上記ゲート絶縁層の積層構造として、図4などに示した第1〜4絶縁層から構成される積層構造を採用し、第1〜4絶縁層の膜厚を図16に示すように変化させた場合の薄膜トランジスタ100の電気特性及び基板の反り量を測定した。なお、本実験で用いられる薄膜トランジスタ100のゲート絶縁層130以外の構成は、上記実験において用いられた薄膜トランジスタと同様である。   As the laminated structure of the gate insulating layer, a laminated structure composed of the first to fourth insulating layers shown in FIG. 4 and the like is adopted, and the film thickness of the first to fourth insulating layers is changed as shown in FIG. The electrical characteristics of the thin film transistor 100 and the amount of warpage of the substrate were measured. Note that the structure other than the gate insulating layer 130 of the thin film transistor 100 used in this experiment is the same as that of the thin film transistor used in the above experiment.

図16は、測定対象の薄膜トランジスタ100における各絶縁層の膜厚の条件と、当該条件で作製した薄膜トランジスタ100の電気特性及びTFT基板20の反り量を示した表である。   FIG. 16 is a table showing the conditions of the thickness of each insulating layer in the thin film transistor 100 to be measured, the electrical characteristics of the thin film transistor 100 manufactured under the conditions, and the warpage amount of the TFT substrate 20.

図17A〜17Fは、それぞれ、図16に示す条件(a)〜条件(f)で作製された薄膜トランジスタ100の電気特性の測定結果を示すグラフである。   17A to 17F are graphs showing measurement results of electrical characteristics of the thin film transistor 100 manufactured under the conditions (a) to (f) shown in FIG. 16, respectively.

図16の条件(b)、条件(c)及び条件(d)、並びに、図17B、図17C及び図17Dより、応力緩和層である第2絶縁層132の膜厚に対する、水素原子ブロック層である第3絶縁層133の膜厚の割合が増加すると、閾値Vthのばらつきが減少することが分かる。これは、第3絶縁層133によって、第2絶縁層132から脱離する水素原子の酸化物半導体層140への移動を抑制しているためであると推測される。   From the condition (b), condition (c), condition (d) of FIG. 16, and FIGS. 17B, 17C, and 17D, the hydrogen atom blocking layer with respect to the film thickness of the second insulating layer 132 that is the stress relaxation layer. It can be seen that the variation in the threshold value Vth decreases as the ratio of the film thickness of a certain third insulating layer 133 increases. This is presumably because the movement of the hydrogen atoms desorbed from the second insulating layer 132 to the oxide semiconductor layer 140 is suppressed by the third insulating layer 133.

また、図16の条件(c)及び条件(e)、並びに、図17C及び図17Eより、第3絶縁層133の膜厚を変えずに、第2絶縁層132の膜厚を増加させると、閾値のばらつきが増大する。また、図16の条件(e)及び条件(f)、並びに、図17E及び図17Fより、第2絶縁層132及び第3絶縁層133の膜厚の和を一定として、第3絶縁層133の割合を増加させると、閾値Vthのばらつきが低下する。   Further, from the conditions (c) and (e) of FIG. 16 and FIGS. 17C and 17E, when the film thickness of the second insulating layer 132 is increased without changing the film thickness of the third insulating layer 133, The variation in threshold value increases. Further, from the conditions (e) and (f) of FIG. 16 and FIGS. 17E and 17F, the sum of the film thicknesses of the second insulating layer 132 and the third insulating layer 133 is made constant, and the third insulating layer 133 When the ratio is increased, the variation in threshold value Vth decreases.

以上より、薄膜トランジスタ100の閾値Vthのばらつきを抑制するために、第2絶縁層132上に水素原子ブロック層である第3絶縁層133を所定の膜厚で設ける必要があると言える。ここで、例えば閾値Vthのばらつきを0.55以下とするためには、当該所定の膜厚は、第2絶縁層132の膜厚からから第3絶縁層133の膜厚を引いた差が50nm以下となるように定めればよい。   From the above, it can be said that the third insulating layer 133 that is a hydrogen atom blocking layer needs to be provided with a predetermined thickness over the second insulating layer 132 in order to suppress variation in the threshold value Vth of the thin film transistor 100. Here, for example, in order to set the variation of the threshold value Vth to 0.55 or less, the predetermined film thickness is obtained by subtracting the film thickness of the third insulating layer 133 from the film thickness of the second insulating layer 132 by 50 nm. What is necessary is just to set it as follows.

次に、上記各積層構造の条件とTFT基板20の反り量との関係について図面を用いて説明する。   Next, the relationship between the conditions of the above laminated structures and the warpage amount of the TFT substrate 20 will be described with reference to the drawings.

図16に示すように、積層構造の条件(a)〜(f)に対して、TFT基板20の反り量が変化する。なお、TFT基板20の反り量(基板垂れ量)は、TFT基板20(G8.5ガラス基板)の周囲から200mm内側にステージの縁が配置されるように、TFT基板20をステージ上に配置した場合のTFT基板20の端の垂れ下がり量によって測定した。ここで応力緩和層である第2絶縁層132の膜厚のゲート絶縁層130の合計膜厚に対する割合と、反り量との関係について図18を用いて説明する。   As shown in FIG. 16, the warpage amount of the TFT substrate 20 changes with respect to the conditions (a) to (f) of the laminated structure. Note that the TFT substrate 20 was placed on the stage so that the warp amount (substrate sagging amount) of the TFT substrate 20 was 200 mm inside from the periphery of the TFT substrate 20 (G8.5 glass substrate). It measured by the amount of sagging of the edge of the TFT substrate 20 in the case. Here, the relationship between the ratio of the thickness of the second insulating layer 132 as the stress relaxation layer to the total thickness of the gate insulating layer 130 and the amount of warpage will be described with reference to FIG.

図18は、第2絶縁層132の膜厚のゲート絶縁層130の合計膜厚に対する割合と、TFT基板の反り量及び閾値Vthのばらつきとの関係を示すグラフである。   FIG. 18 is a graph showing the relationship between the ratio of the thickness of the second insulating layer 132 to the total thickness of the gate insulating layer 130 and the variation in the warpage amount and threshold value Vth of the TFT substrate.

図16及び図18に示すように、応力緩和層である第2絶縁層132がない場合(条件(a))に比べて、第2絶縁層132の割合が約35%以上の場合には、反り量が約1mm低減され、反り量低減効果があることが分かる。   As shown in FIGS. 16 and 18, when the ratio of the second insulating layer 132 is about 35% or more compared to the case where the second insulating layer 132 which is a stress relaxation layer is not provided (condition (a)), It can be seen that the warpage amount is reduced by about 1 mm, and there is an effect of reducing the warpage amount.

また、図16及び図18に示すように、第2絶縁層132の割合が多過ぎる場合(約45%以上の場合)には、第3絶縁層133によって水素原子を十分にブロックできないため、閾値Vthのばらつきが増大する。   As shown in FIGS. 16 and 18, when the ratio of the second insulating layer 132 is too large (about 45% or more), hydrogen atoms cannot be sufficiently blocked by the third insulating layer 133. The variation in Vth increases.

以上のことから、本実施の形態に係る積層構造のゲート絶縁層130において、各層の膜厚及び応力を所定の範囲に定め、各層の水素原子量が所定量以下となるように形成することにより、ゲート絶縁層130の膜厚を増大させた場合でも、TFT基板20の反り量を低減でき、かつ、薄膜トランジスタ100の電気特性のばらつきを抑制することができることが判明した。   From the above, in the gate insulating layer 130 of the stacked structure according to the present embodiment, the film thickness and stress of each layer are determined within a predetermined range, and the amount of hydrogen atoms in each layer is formed to be a predetermined amount or less. It has been found that even when the thickness of the gate insulating layer 130 is increased, the amount of warpage of the TFT substrate 20 can be reduced and variations in the electrical characteristics of the thin film transistor 100 can be suppressed.

[5.まとめ]
以上のように、本実施の形態に係るTFT基板20は、基板110と、基板110の上方に配置されたゲート電極120と、基板110の上方であって、ゲート電極120に対向する位置に配置され、チャネル層として用いられる酸化物半導体層140と、ゲート電極120と酸化物半導体層140との間に配置されたゲート絶縁層130とを備え、ゲート絶縁層130は、ゲート電極120側から順に配置された第1絶縁層131、第2絶縁層132及び第3絶縁層133を備え、第1絶縁層131、第2絶縁層132及び第3絶縁層133はシリコン窒化膜から構成され、第1絶縁層131、第2絶縁層132及び第3絶縁層133における窒素原子及び珪素原子に結合される水素原子量が、それぞれ、3.3×1022cm−3以下、及び、2.3×1021cm−3以下であり、第2絶縁層132の膜厚から第3絶縁層133の膜厚を引いた差は50nm以下であり、第2絶縁層132の膜密度は、第1絶縁層131及び第3絶縁層133の膜密度より小さい。
[5. Summary]
As described above, the TFT substrate 20 according to the present embodiment is disposed at a position opposite to the gate electrode 120 above the substrate 110, the gate electrode 120 disposed above the substrate 110, and the substrate 110. And an oxide semiconductor layer 140 used as a channel layer, and a gate insulating layer 130 disposed between the gate electrode 120 and the oxide semiconductor layer 140. The gate insulating layer 130 is sequentially formed from the gate electrode 120 side. The first insulating layer 131, the second insulating layer 132, and the third insulating layer 133 are disposed, and the first insulating layer 131, the second insulating layer 132, and the third insulating layer 133 are formed of a silicon nitride film, insulating layer 131, the hydrogen atom content attached to a nitrogen atom and a silicon atom in the second insulating layer 132 and the third insulating layer 133, respectively, 3.3 × 10 22 cm -3 or less And, it is 2.3 × 10 21 cm -3 or less, the difference obtained by subtracting the thickness of the second insulating layer 132 having a thickness from the third insulating layer 133 is at 50nm or less, the film density of the second insulating layer 132 Is smaller than the film density of the first insulating layer 131 and the third insulating layer 133.

このように、ゲート絶縁層130が、膜密度の小さい、すなわち、圧縮応力の小さい第2絶縁層132を備えるため、ゲート絶縁層130の膜厚を大きくしても、ゲート絶縁層130の基板110に対する圧縮応力を抑制することができる。そのため、基板110の反り量を抑制しながら、ゲート絶縁層130の膜厚を大きくしてゲート絶縁層130の耐電圧特性を改善することができる。また、ゲート絶縁層130を構成する第1〜3絶縁層の窒素原子及び珪素原子に結合される水素原子量が抑制され、かつ、第3絶縁層133として、所定の膜厚を有し、かつ、膜密度の大きい(緻密な)シリコン窒化膜を用いることにより、酸化物半導体層140への水素原子ドープ量を抑制することができる。したがって、酸化物半導体層140の水素原子ドープによる低抵抗化が抑制されるため、薄膜トランジスタ100の電気特性を安定化することができる。また、ゲート電極120上に、膜密度の大きい、すなわち、圧縮応力の大きい第1絶縁層131を備えることにより、ゲート電極120と第1絶縁層131との密着性を確保することができる。   In this manner, since the gate insulating layer 130 includes the second insulating layer 132 having a low film density, that is, a low compressive stress, the substrate 110 of the gate insulating layer 130 even if the thickness of the gate insulating layer 130 is increased. Compressive stress against can be suppressed. Therefore, the withstand voltage characteristic of the gate insulating layer 130 can be improved by increasing the thickness of the gate insulating layer 130 while suppressing the amount of warpage of the substrate 110. Further, the amount of hydrogen atoms bonded to nitrogen atoms and silicon atoms of the first to third insulating layers constituting the gate insulating layer 130 is suppressed, and the third insulating layer 133 has a predetermined thickness, and By using a silicon nitride film having a high film density (dense), the amount of hydrogen atoms doped into the oxide semiconductor layer 140 can be suppressed. Accordingly, reduction in resistance due to hydrogen atom doping of the oxide semiconductor layer 140 is suppressed, so that the electrical characteristics of the thin film transistor 100 can be stabilized. Further, by providing the first insulating layer 131 having a high film density, that is, a high compressive stress, on the gate electrode 120, adhesion between the gate electrode 120 and the first insulating layer 131 can be ensured.

また、例えば、第2絶縁層132のシリコン基板に対する応力は、−100MPa以上、100MPa以下であり、第1絶縁層131及び第3絶縁層133のシリコン基板に対する応力は、−400MPa以上、−200MPa以下であってもよい。   Further, for example, the stress on the silicon substrate of the second insulating layer 132 is −100 MPa or more and 100 MPa or less, and the stress on the silicon substrate of the first insulating layer 131 and the third insulating layer 133 is −400 MPa or more and −200 MPa or less. It may be.

これにより、ゲート絶縁層130の基板110に対する圧縮応力をより確実に抑制することができる。また、酸化物半導体層140への水素原子ドープ量をより確実に抑制することができる。また、ゲート電極120と第1絶縁層131との密着性をより高めることができる。   Thereby, the compressive stress with respect to the board | substrate 110 of the gate insulating layer 130 can be suppressed more reliably. In addition, the amount of hydrogen atoms doped into the oxide semiconductor layer 140 can be more reliably suppressed. In addition, the adhesion between the gate electrode 120 and the first insulating layer 131 can be further improved.

また、例えば、第2絶縁層132の膜厚の、ゲート絶縁層130全体の膜厚に対する割合は、35%以上であってもよい。   For example, the ratio of the thickness of the second insulating layer 132 to the thickness of the entire gate insulating layer 130 may be 35% or more.

このように、ゲート絶縁層130に占める低応力の第2絶縁層132の割合が大きいことにより、ゲート絶縁層130による応力をより確実に抑制することができる。したがって、基板110の反り量をより確実に低減することができる。   As described above, since the ratio of the low-stress second insulating layer 132 to the gate insulating layer 130 is large, the stress due to the gate insulating layer 130 can be more reliably suppressed. Therefore, the amount of warpage of the substrate 110 can be more reliably reduced.

また、例えば、第2絶縁層132及び第3絶縁層133の合計膜厚は、300nm以上、600nm以下であってもよい。   For example, the total film thickness of the second insulating layer 132 and the third insulating layer 133 may be 300 nm or more and 600 nm or less.

これにより、ゲート絶縁層130が十分な耐電圧特性を有することができる。また、上記合計膜厚が600nm以下に制限されることにより、プロセス(成膜)時間が長くなり過ぎることを抑制することができるため、TFT基板20の生産性の低下を抑制することができる。   Thereby, the gate insulating layer 130 can have sufficient withstand voltage characteristics. Moreover, since the total film thickness is limited to 600 nm or less, it is possible to suppress an excessively long process (film formation) time, and thus it is possible to suppress a decrease in productivity of the TFT substrate 20.

また、例えば、第1絶縁層131の膜厚は、10nm以上、60nm以下であってもよい。   For example, the film thickness of the first insulating layer 131 may be 10 nm or more and 60 nm or less.

これにより、圧縮応力の大きい第1絶縁層131とゲート電極120との密着性を確保することができる。   Thereby, the adhesiveness between the first insulating layer 131 having a large compressive stress and the gate electrode 120 can be ensured.

また、例えば、第2絶縁層132は、複数の絶縁層から構成されてもよい。また、当該複数の絶縁層の間に他の層が挿入されてもよい。   Further, for example, the second insulating layer 132 may be composed of a plurality of insulating layers. Further, another layer may be inserted between the plurality of insulating layers.

また、例えば、ゲート絶縁層130は、第3絶縁層133と酸化物半導体層140との間に配置される第4絶縁層134を、さらに備え、第4絶縁層134は、シリコン酸化膜から構成されてもよい。   For example, the gate insulating layer 130 further includes a fourth insulating layer 134 disposed between the third insulating layer 133 and the oxide semiconductor layer 140, and the fourth insulating layer 134 is formed of a silicon oxide film. May be.

これにより、水素原子量の少ない第4絶縁層134がゲート絶縁層130の酸化物半導体層140側に配置されるため、酸化物半導体層140への水素原子ドープ量が抑制される。したがって、薄膜トランジスタ100の電気特性を安定化できる。   Accordingly, since the fourth insulating layer 134 with a small amount of hydrogen atoms is disposed on the oxide semiconductor layer 140 side of the gate insulating layer 130, the amount of hydrogen atoms doped into the oxide semiconductor layer 140 is suppressed. Therefore, the electrical characteristics of the thin film transistor 100 can be stabilized.

また、例えば、第4絶縁層134の膜厚は、10nm以上、100nm以下であってもよい。   For example, the film thickness of the fourth insulating layer 134 may be 10 nm or more and 100 nm or less.

また、例えば、第4絶縁層134は、酸化物半導体層140側の表面において、第4絶縁層134の膜厚方向の中央部より窒素原子濃度が高くてもよい。   For example, the fourth insulating layer 134 may have a higher nitrogen atom concentration on the surface on the oxide semiconductor layer 140 side than in the central portion of the fourth insulating layer 134 in the film thickness direction.

また、例えば、酸化物半導体層140は、透明アモルファス酸化物半導体から構成されてもよい。   For example, the oxide semiconductor layer 140 may be made of a transparent amorphous oxide semiconductor.

また、例えば、酸化物半導体層140は、InGaZnOから構成されてもよい。   For example, the oxide semiconductor layer 140 may be made of InGaZnO.

また、本実施の形態に係るTFT基板20の製造方法は、基板110の上方にゲート電極120を形成する工程と、基板110の上方であって、ゲート電極120と対向する位置に、チャネル層として用いられる酸化物半導体層140を形成する工程と、ゲート電極120と酸化物半導体層140との間にゲート絶縁層130を形成する工程とを含み、ゲート絶縁層130を形成する工程は、ゲート電極120側から順に配置される第1絶縁層131、第2絶縁層132及び第3絶縁層133をそれぞれ形成する工程を含み、第1絶縁層131、第2絶縁層132及び第3絶縁層133はシリコン窒化膜から構成され、第1絶縁層131、第2絶縁層132及び第3絶縁層133における窒素原子及び珪素原子に結合される水素原子量が、それぞれ、3.3×1022cm−3以下、及び、2.3×1021cm−3以下であり、第2絶縁層132の膜厚から第3絶縁層133の膜厚を引いた差は50nm以下であり、第2絶縁層132の膜密度は、第1絶縁層131及び第3絶縁層133の膜密度より小さい。 In addition, the manufacturing method of the TFT substrate 20 according to the present embodiment includes a step of forming the gate electrode 120 above the substrate 110, and a channel layer above the substrate 110 at a position facing the gate electrode 120. The step of forming the oxide semiconductor layer 140 to be used and the step of forming the gate insulating layer 130 between the gate electrode 120 and the oxide semiconductor layer 140. Including a step of forming a first insulating layer 131, a second insulating layer 132, and a third insulating layer 133, which are sequentially disposed from the 120 side, and the first insulating layer 131, the second insulating layer 132, and the third insulating layer 133 are The amount of hydrogen atoms bonded to nitrogen atoms and silicon atoms in the first insulating layer 131, the second insulating layer 132, and the third insulating layer 133 is made of a silicon nitride film. Are respectively, 3.3 × 10 22 cm -3 or less, and is at 2.3 × 10 21 cm -3 or less, the difference obtained by subtracting the thickness of the film thickness of the second insulating layer 132 third insulating layer 133 Is 50 nm or less, and the film density of the second insulating layer 132 is lower than the film density of the first insulating layer 131 and the third insulating layer 133.

このように、ゲート絶縁層130として、膜密度の小さい、すなわち、圧縮応力の小さい第2絶縁層132が形成されるため、ゲート絶縁層130の膜厚を大きくしても、ゲート絶縁層130の基板110に対する圧縮応力を抑制することができる。そのため、基板110の反り量を抑制しながら、ゲート絶縁層130の膜厚を大きくしてゲート絶縁層130の耐電圧特性を改善することができる。また、ゲート絶縁層130を構成する第1〜3絶縁層の窒素原子及び珪素原子に結合される水素原子量が抑制され、かつ、第3絶縁層133として、所定の膜厚を有し膜密度の大きい(緻密な)シリコン窒化膜を用いることにより、酸化物半導体層140への水素原子ドープ量を抑制することができる。したがって、酸化物半導体層140の水素原子ドープによる低抵抗化が抑制されるため、薄膜トランジスタ100の電気特性を安定化することができる。また、ゲート電極120上に、膜密度の大きい、すなわち、圧縮応力の大きい第1絶縁層131を備えることにより、ゲート電極120と第1絶縁層131との密着性を確保することができる。   As described above, since the second insulating layer 132 having a low film density, that is, a low compressive stress is formed as the gate insulating layer 130, even if the thickness of the gate insulating layer 130 is increased, the gate insulating layer 130 Compressive stress on the substrate 110 can be suppressed. Therefore, the withstand voltage characteristic of the gate insulating layer 130 can be improved by increasing the thickness of the gate insulating layer 130 while suppressing the amount of warpage of the substrate 110. Further, the amount of hydrogen atoms bonded to nitrogen atoms and silicon atoms in the first to third insulating layers constituting the gate insulating layer 130 is suppressed, and the third insulating layer 133 has a predetermined film thickness and a film density. By using a large (dense) silicon nitride film, the amount of hydrogen atoms doped into the oxide semiconductor layer 140 can be suppressed. Accordingly, reduction in resistance due to hydrogen atom doping of the oxide semiconductor layer 140 is suppressed, so that the electrical characteristics of the thin film transistor 100 can be stabilized. Further, by providing the first insulating layer 131 having a high film density, that is, a high compressive stress, on the gate electrode 120, adhesion between the gate electrode 120 and the first insulating layer 131 can be ensured.

(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、上記実施の形態に係るTFT基板20は、第4絶縁層134を備えなくてもよい。   For example, the TFT substrate 20 according to the above embodiment may not include the fourth insulating layer 134.

また、例えば、上記実施の形態において、チャネル保護層150の成膜前に、適切な条件で酸化性処理を行ってもよい。具体的には、酸化物半導体層140を成膜した後、チャネル保護層150を成膜する前に、熱処理、プラズマ処理又はこれらの組み合わせを行ってもよい。   Further, for example, in the above embodiment, before the channel protective layer 150 is formed, the oxidation treatment may be performed under appropriate conditions. Specifically, heat treatment, plasma treatment, or a combination thereof may be performed after the oxide semiconductor layer 140 is formed and before the channel protective layer 150 is formed.

例えば、上記熱処理は、温度が300℃〜350℃で、約1時間以内のドライエアによるアニール処理である。   For example, the heat treatment is an annealing treatment with dry air at a temperature of 300 ° C. to 350 ° C. within about one hour.

これにより、酸化物半導体層140内の酸素欠陥を低減し、かつ、酸化物半導体層140の表面の不純物を除去することができる。   Accordingly, oxygen defects in the oxide semiconductor layer 140 can be reduced and impurities on the surface of the oxide semiconductor layer 140 can be removed.

また、例えば、上記実施の形態において、薄膜トランジスタ100は、ボトムゲート型でチャネル保護型の構成であったが、これに限られない。例えば、薄膜トランジスタ100は、トップゲート型であってもよいし、チャネルエッチ型であってもよい。   Further, for example, in the above embodiment, the thin film transistor 100 has a bottom gate type and a channel protection type configuration, but is not limited thereto. For example, the thin film transistor 100 may be a top gate type or a channel etch type.

また、例えば、上記の実施の形態では、薄膜トランジスタ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 EL display device 10 is described as a display device using the thin film transistor 100. However, the thin film transistor 100 in the above embodiment uses an active matrix substrate such as a liquid crystal display device. The present invention can also be applied to other display devices.

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、大画面及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 EL display device 10 described above can be used as a flat panel display, and is applied to all electronic devices having a display panel such as a television set, a personal computer, and a mobile phone. can do. In particular, it is suitable for a large-screen and high-definition display device.

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、添付図面及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、添付図面及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 attached drawings and detailed description, not only the components essential for solving the problem, but also the components not essential for solving the problem in order to exemplify 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、特許請求の範囲又はそ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, substitution, addition, abbreviation, etc. can be performed in a claim or its equivalent range.

本開示に係る薄膜トランジスタ基板及びその製造方法は、例えば、有機EL表示装置などの表示装置及びその製造方法などに利用することができる。   The thin film transistor substrate and the manufacturing method thereof according to the present disclosure can be used for, for example, a display device such as an organic EL display device and a manufacturing method thereof.

10 有機EL表示装置
20 TFT基板
21 バンク
30 画素
30B、30G、30R サブ画素
31 画素回路
32、33、100 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
111 G8.5ガラス基板
112 オリエンテイションフラット
115、116 シリコン基板
130 ゲート絶縁層
131 第1絶縁層
132 第2絶縁層
133 第3絶縁層
134 第4絶縁層
140 酸化物半導体層
150 チャネル保護層
170 層間絶縁層
171 下部層間絶縁層
172 バリア層
173 上部層間絶縁層
180 上部電極
190 上部絶縁層
191 コンタクトホール
201 プラズマ
10 Organic EL display device 20 TFT substrate 21 Bank 30 Pixel 30B, 30G, 30R Sub pixel 31 Pixel circuit 32, 33, 100 Thin film transistor 32d, 33d, 160d Drain electrode 32g, 33g, 120 Gate electrode 32s, 33s, 160s Source electrode 34 Capacitor 40 Organic EL element 41 Anode 42 EL layer 43 Cathode 50 Gate wiring 60 Source wiring 70 Power supply wiring 110 Substrate 111 G8.5 glass substrate 112 Orientation flat 115, 116 Silicon substrate 130 Gate insulating layer 131 First insulating layer 132 Second Insulating layer 133 Third insulating layer 134 Fourth insulating layer 140 Oxide semiconductor layer 150 Channel protective layer 170 Interlayer insulating layer 171 Lower interlayer insulating layer 172 Barrier layer 173 Upper interlayer insulating layer 180 Upper electrode 190 Upper insulating layer 1 1 contact hole 201 plasma

Claims (12)

基板と、
前記基板の上方に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極の上方であって、前記ゲート電極に対向する位置に配置され、チャネル層として用いられる酸化物半導体層と、
前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間に配置されたゲート絶縁層とを備え、
前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極側から順に配置された第1絶縁層、第2絶縁層及び第3絶縁層を備え、
前記第1絶縁層、前記第2絶縁層及び前記第3絶縁層はシリコン窒化膜から構成され、
前記第1絶縁層、前記第2絶縁層及び前記第3絶縁層における窒素原子及び珪素原子に結合される水素原子量が、それぞれ、3.3×1022cm−3以下、及び、2.3×1021cm−3以下であり、
前記第2絶縁層の膜厚から前記第3絶縁層の膜厚を引いた差は50nm以下であり、
前記第2絶縁層の膜密度は、前記第1絶縁層及び前記第3絶縁層の膜密度より小さい
薄膜トランジスタ基板。
A substrate,
A gate electrode disposed above the substrate;
An oxide semiconductor layer disposed above the gate electrode and facing the gate electrode and used as a channel layer;
A gate insulating layer disposed between the gate electrode and the oxide semiconductor layer,
The gate insulating layer includes a first insulating layer, a second insulating layer, and a third insulating layer disposed in order from the gate electrode side,
The first insulating layer, the second insulating layer, and the third insulating layer are composed of a silicon nitride film,
The amount of hydrogen atoms bonded to nitrogen atoms and silicon atoms in the first insulating layer, the second insulating layer, and the third insulating layer is 3.3 × 10 22 cm −3 or less, and 2.3 ×, respectively. 10 21 cm −3 or less,
The difference obtained by subtracting the thickness of the third insulating layer from the thickness of the second insulating layer is 50 nm or less,
The thin film transistor substrate, wherein a film density of the second insulating layer is smaller than a film density of the first insulating layer and the third insulating layer.
前記第2絶縁層のシリコン基板に対する応力は、−100MPa以上、100MPa以下であり、
前記第1絶縁層及び前記第3絶縁層のシリコン基板に対する応力は、−400MPa以上、−200MPa以下である
請求項1に記載の薄膜トランジスタ基板。
The stress on the silicon substrate of the second insulating layer is -100 MPa or more and 100 MPa or less,
The thin film transistor substrate according to claim 1, wherein stresses on the silicon substrate of the first insulating layer and the third insulating layer are −400 MPa or more and −200 MPa or less.
前記第2絶縁層の膜厚の、前記ゲート絶縁層全体の膜厚に対する割合は、35%以上である
請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタ基板。
The thin film transistor substrate according to claim 1, wherein a ratio of the film thickness of the second insulating layer to the film thickness of the entire gate insulating layer is 35% or more.
前記第2絶縁層及び前記第3絶縁層の合計膜厚は、300nm以上、600nm以下である
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。
The thin film transistor substrate according to claim 1, wherein a total film thickness of the second insulating layer and the third insulating layer is 300 nm or more and 600 nm or less.
前記第1絶縁層の膜厚は、10nm以上、60nm以下である
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。
5. The thin film transistor substrate according to claim 1, wherein a film thickness of the first insulating layer is not less than 10 nm and not more than 60 nm.
前記第2絶縁層は、複数の絶縁層から構成される
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。
The thin film transistor substrate according to claim 1, wherein the second insulating layer includes a plurality of insulating layers.
前記ゲート絶縁層は、前記第3絶縁層と前記酸化物半導体層との間に配置される第4絶縁層を、さらに備え、
前記第4絶縁層は、シリコン酸化膜から構成される
請求項1〜6のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板。
The gate insulating layer further includes a fourth insulating layer disposed between the third insulating layer and the oxide semiconductor layer,
The thin film transistor substrate according to claim 1, wherein the fourth insulating layer is formed of a silicon oxide film.
前記第4絶縁層の膜厚は、10nm以上、100nm以下である
請求項7に記載の薄膜トランジスタ基板。
The thin film transistor substrate according to claim 7, wherein a film thickness of the fourth insulating layer is 10 nm or more and 100 nm or less.
前記第4絶縁層は、前記酸化物半導体層側の表面において、前記第4絶縁層の膜厚方向の中央部より窒素原子濃度が高い
請求項7又は8に記載の薄膜トランジスタ基板。
9. The thin film transistor substrate according to claim 7, wherein the fourth insulating layer has a nitrogen atom concentration higher on a surface on the oxide semiconductor layer side than a central portion in a film thickness direction of the fourth insulating layer.
前記酸化物半導体層は、透明アモルファス酸化物半導体から構成される
請求項1〜9のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板。
The thin film transistor substrate according to claim 1, wherein the oxide semiconductor layer is made of a transparent amorphous oxide semiconductor.
前記酸化物半導体層は、InGaZnOから構成される
請求項1〜10のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板。
The thin film transistor substrate according to claim 1, wherein the oxide semiconductor layer is made of InGaZnO.
薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、
基板の上方にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の上方であって、前記ゲート電極と対向する位置に、チャネル層として用いられる酸化物半導体層を形成する工程と、
前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間にゲート絶縁層を形成する工程とを含み、
前記ゲート絶縁層を形成する工程は、前記ゲート電極側から順に配置される第1絶縁層、第2絶縁層及び第3絶縁層をそれぞれ形成する工程を含み、
前記第1絶縁層、前記第2絶縁層及び前記第3絶縁層はシリコン窒化膜から構成され、
前記第1絶縁層、前記第2絶縁層及び前記第3絶縁層における窒素原子及び珪素原子に結合される水素原子量が、それぞれ、3.3×1022cm−3以下、及び、2.3×1021cm−3以下であり、
前記第2絶縁層の膜厚から前記第3絶縁層の膜厚を引いた差は50nm以下であり、
前記第2絶縁層の膜密度は、前記第1絶縁層及び前記第3絶縁層の膜密度より小さい
薄膜トランジスタ基板の製造方法。
A method for manufacturing a thin film transistor substrate, comprising:
Forming a gate electrode above the substrate;
Forming an oxide semiconductor layer used as a channel layer above the gate electrode and at a position facing the gate electrode;
Forming a gate insulating layer between the gate electrode and the oxide semiconductor layer,
The step of forming the gate insulating layer includes a step of forming a first insulating layer, a second insulating layer, and a third insulating layer, which are sequentially arranged from the gate electrode side,
The first insulating layer, the second insulating layer, and the third insulating layer are composed of a silicon nitride film,
The amount of hydrogen atoms bonded to nitrogen atoms and silicon atoms in the first insulating layer, the second insulating layer, and the third insulating layer is 3.3 × 10 22 cm −3 or less, and 2.3 ×, respectively. 10 21 cm −3 or less,
The difference obtained by subtracting the thickness of the third insulating layer from the thickness of the second insulating layer is 50 nm or less,
A method of manufacturing a thin film transistor substrate, wherein the film density of the second insulating layer is smaller than the film density of the first insulating layer and the third insulating layer.
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