JP4091283B2 - Thin film transistor manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボトムゲート型薄膜トランジスタの製造方法、並びにボトムゲート型薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置及び有機EL装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
薄膜トランジスタ(TFT)は、アクティブマトリクス型液晶表示装置やアクティブマトリクス型有機EL表示装置等においてスイッチング素子等として使用されている。薄膜トランジスタは、その構造からボトムゲート型とトップゲート型に大別され、このうちボトムゲート型薄膜トランジスタは、ゲート電極を能動層の下部に設けるもので、トップゲート型薄膜トランジスタに比して信頼性に優れている。なお、ボトムゲート型薄膜トランジスタの構造については、例えば「’99最新液晶プロセス技術」(プレスジャーナル1998年発行、pp53〜59)、「フラットパネル・ディスプレイ1999」(日経BP社、1998年発行、pp132〜pp139)、特開平8−279618号公報に詳述されている。
【0003】
図6に、ボトムゲート型薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の一態様の断面模式図を示し、図7、図8にこの液晶表示装置の製造工程を示す。
【0004】
この製造工程では、まず、透明ガラス基板1の上に、Cr、Al、Mo、Ta等の金属を用いてゲート電極2を200nm厚程度形成する。また、同様にCs電極3を形成する(図7(a))。
【0005】
ゲート電極2上には、ゲート絶縁膜6として、例えば、窒化シリコン膜4を50nm、酸化シリコン膜5を150nm積層する。ゲート絶縁膜6の積層後、引き続きアモルファスシリコン膜を50nm積層する。その後、赤外線ランプを用いた熱アニールやレーザーアニール等の手法でアモルファスシリコン膜を結晶化し、ポリシリコン膜7とする(図7(b))。
【0006】
次に、酸化シリコンによる保護絶縁膜8を200nm成膜し(図7(c))、保護絶縁膜8上にレジストを形成し、ゲート電極2をマスクとして裏面から露光することにより、ゲート電極2と自己整合したチャンネル形成部分上にレジストをパターニングし、このレジストをマスクとして保護絶縁膜8をエッチング除去し、ゲート電極2と自己整合したチャンネル形成部分に保護絶縁膜8を残す(図7(d))。このエッチングには、通常、フッ酸系ウェットエッチングやフッ素系ドライエッチングが用いられる。
【0007】
次に、酸化シリコンによる保護絶縁膜8をマスクとして、燐、砒素等をイオン注入してLDD(lightly doped drain)領域9を形成し(図7(e))、次いで、Nチャンネルソース・ドレイン注入用レジストマスク(SD注入マスク)11をレジスト等により形成し、次いで、ソース・ドレイン領域(SD領域)、及びポリシリコン膜7とゲート電極2により形成する補助容量領域のポリシリコン膜7上の保護絶縁膜8を、フッ酸系ウェットエッチングやフッ素系ドライエッチングにより除去する(図7(f))。その後、高濃度の燐、砒素等の注入によりNチャンネルソース・ドレイン領域(SD領域)10を形成する。さらに、注入した燐等のドーパントを活性化するために、熱アニールやレーザーアニールを行い、ドーパントの非注入部分のポリシリコン膜7を能動層とし、TFT100を得る(図7(g))。
【0008】
次に、この基板1のTFT100の形成部分にレジストを形成し、不要部分の保護絶縁膜及びポリシリコン膜7をパターニングする(図8(h))。この場合も、保護絶縁膜のエッチングには、通常、フッ酸系ウェットエッチングやフッ素系ドライエッチングが用いられる。また、ポリシリコン膜7のエッチングには、F系又はCl系ドライエッチングが多く用いられる。
【0009】
次に、層間絶縁膜13を形成するため、窒化シリコン膜14(300nm)、酸化シリコン膜15(200nm)を連続形成する(図8(i))。
【0010】
この層間絶縁膜13及びゲート絶縁膜6は、ポリシリコン膜7上のコンタクト形成部分、ゲート電極2上のコンタクト形成部分(図示せず)においてエッチング除去し、コンタクトホール16を形成する(図8(j))。そして、コンタクトホール16にAl等の金属を埋め込むことにより、ソース電極17、ドレイン電極18を形成する(図8(k))。
【0011】
次に、液晶表示パネルの透明電極とコンタクトを形成する部分やパッド形成部分等を除いた領域に、有機平坦化膜、窒化シリコン平坦化膜等の平坦化膜19を形成し、その後、画素部分を覆うようにITO等の透明電極20を形成し、透明電極20上には、配向膜21を形成する。こうして、液晶表示装置用のTFT基板201が形成される(図8(l))。
【0012】
図6の液晶表示装置200は、以上のようにして形成されたTFT基板201と、対向電極202を備えた対向基板203と、両者の間に保持される液晶204とからパネル構造を形成することにより得られる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
図6〜図8に示した従来の液晶表示装置に使用されているTFT100の構造では、補助容量を、燐等を高濃度にドープしたポリシリコン膜7とCs電極3(ゲート電極2と同一層)により構成しているが、その形状を形成するためにポリシリコン膜7上の保護絶縁膜8を2回にわたってエッチング除去しなくてはならず(図7(d)、(f))、このために工程が複雑になり、生産性向上の妨げとなっている。
【0014】
また、1回目に保護絶縁膜8をエッチング除去した領域は(図7(d))、保護絶縁膜8の2回目のエッチング除去を行う工程において、エッチング初期よりポリシリコン膜7が露出している(図7(f))。一方、この時点でポリシリコン膜7は、燐、砒素等がイオン注入されることによりNチャンネル化したLDD領域9が形成されているので、アルカリ系のレジスト剥離液やフッ酸系エッチング液に浸食され、ピンホール等が生じやすくなっている。このため、この部分のポリシリコン膜7や、その下部のゲート絶縁膜6(特に酸化シリコン膜5)は、フッ酸系エッチング液にエッチングされ、ポリシリコン膜7とCs電極3(又はゲート電極2)との間でゲート絶縁膜6の耐圧が低下するという問題があった。
【0015】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、ボトムゲート型TFTにおいて、製造工程を削減して生産性を向上させ、また、ゲート絶縁膜の耐圧不良を防止し、製品の歩留まりを向上させることを目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成する為に、本発明は、ボトムゲート型薄膜トランジスタを製造する為に、(1)基板上にゲート電極を形成する工程、(2)ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程、(3)ゲート絶縁膜上に能動層前駆体膜及び保護絶縁膜が積層されており、該保護絶縁膜が膜厚100nm以下である積層体を形成する工程、(4)保護絶縁膜をエッチングすることなくそのままLDD領域又はソース・ドレイン領域の上に残した状態で該保護絶縁膜を通して能動層前駆体膜のLDD領域又はソース・ドレイン領域にドーパントを注入する工程、(5)注入したドーパントを活性化し、ドーパント非注入部分を能動層とする工程、(6)該保護絶縁膜の全て又は一部を処理して、保護絶縁膜の表面の清浄化と、保護絶縁膜の膜中欠陥の除去もしくは修復を行う工程、(7)処理された該保護絶縁膜の上に層間絶縁膜を形成する工程、及び(8)該層間絶縁膜の上にソース・ドレイン電極を形成する工程を行なう。
【0017】
好ましくは、工程(6)は、酸化性の添加物を含有させた水で外保護絶縁膜を洗浄して、保護絶縁膜の表面の清浄化と保護絶縁膜の膜中欠陥の除去もしくは修復を行う。この場合、該酸化性添加物は、オゾン、過酸化水素水、硫酸、硝酸、炭酸、の一種または、数種である。又、工程(6)は、基板にひずみを起こさない温度以下で該保護絶縁膜を熱処理して、保護絶縁膜の表面の清浄化と保護絶縁膜の膜中欠陥の除去もしくは修復を行なう事もできる。この場合、該熱処理は酸素を含む雰囲気中で行われる。或いは、該熱処理は水蒸気を含む雰囲気中で行われる。又、工程(6)は、酸素を含む雰囲気で該保護絶縁膜をプラズマ処理して保護絶縁膜の表面の清浄化と保護絶縁膜の膜中欠陥の除去もしくは修復を行なっても良い。例えば、工程(6)は、一酸化二窒素雰囲気によるプラズマ処理により行われる。
【0018】
好ましくは、能動層は、ポリシリコン膜からなる。この場合、工程(3)において、ゲート絶縁膜上にアモルファスシリコン膜を形成し、該アモルファスシリコン膜を結晶化してポリシリコン膜とし、該ポリシリコン膜上に保護絶縁膜を膜厚100nm以下で形成する。或いは、工程(3)において、ゲート絶縁膜上にアモルファスシリコン膜を形成し、該アモルファスシリコン膜上に保護絶縁膜を連続的に形成し、その後アモルファスシリコン膜を結晶化してポリシリコン膜としても良い。又、工程(3)において、ゲート絶縁膜上にアモルファスシリコン膜を形成し、該アモルファスシリコン膜を表面酸化することにより該アモルファスシリコン膜の表面に保護絶縁膜を形成し、その後アモルファスシリコン膜を結晶化してポリシリコン膜とすることもできる。
【0019】
本発明者らは、従来のボトムゲート型TFTの製造工程において、膜厚200nm程度に形成していた保護絶縁膜を100nm以下とし、以降のLDD領域あるいはソース・ドレイン領域の形成時に、保護絶縁膜を介してドーパントを注入することにより、保護絶縁膜のエッチング工程を削減できること、又ゲート絶縁膜の耐圧不良の問題も解消できることを見出した。更に、この様なTFTの製造方法は、TFTで駆動される液晶表示装置や有機EL装置にも適用できることを見出した。
【0020】
ところで、上述した本発明の製法では、薄膜トランジスタ(TFT)の素子特性及び信頼性に多大な影響を及ぼす保護絶縁膜の界面が、能動層に極接近している。従って、保護絶縁膜の界面の状態によっては、長期の駆動を行なった場合に、素子特性の変化などを起こす可能性がある。例えば、ホットキャリアのトラップによる閾値電圧のシフトや、LDD領域の抵抗値の変動などが生じる恐れがある。そこで、本発明では特に保護絶縁膜の上に層間絶縁膜を形成する直前に、保護絶縁膜を処理する手段を講じており、これによりTFTの信頼性が向上する。この処理の内容は、大別して保護絶縁膜の表面清浄化と保護絶縁膜に対する酸素の導入による欠陥の除去がある。この処理を施すことにより、薄膜トランジスタの長期信頼性を確保することが可能になる。以下本明細書ではこの処理を改質処理と呼ぶ場合がある。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、各図中、同一符号は同一又は同等の構成要素を表している。
【0022】
図1は、本発明のボトムゲート型薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置の一態様の断面模式図であり、図2、図3は、その製造工程図である。
【0023】
本態様の製造方法において、(1)基板上にゲート電極を形成する工程、及び(2)ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程は、前述の従来の製造方法と同様とすることができる。即ち、まず、工程(1)では、透明ガラス基板1の上に、Cr、Al、Mo、Ta等の金属を用いてゲート電極2を10〜400nm形成する。ゲート電極2は必要に応じて酸化処理し、該ゲート電極2上に、ゲート酸化膜の一部として機能する絶縁層を形成してもよい。また、同様にしてCs電極3を形成する(図2(A))。
【0024】
工程(2)では、ゲート電極2上に、ゲート絶縁膜6として、例えば、窒化シリコン膜4をプラズマCVD法により10〜100nm積層し、酸化シリコン膜5をプラズマCVD法により50〜200nm積層する(図2(B))。窒化シリコン膜4、酸化シリコン膜5の成膜は、ECR−CVD法や熱CVD法等によってもよい。
【0025】
本態様の製造方法において、本発明の製造方法における工程(3)、即ち、「ゲート絶縁膜上に能動層前駆体膜及び保護絶縁膜が積層されており、該保護絶縁膜が膜厚100nm以下である積層体を形成する工程」としては、ゲート絶縁膜6の積層後、まず、アモルファスシリコン膜をプラズマCVD法により10〜100nm積層し、そのアモルファスシリコン膜を、赤外線ランプを用いた熱アニールやレーザーアニール等の手法で結晶化し、ポリシリコン膜7とする(図2(C))。このポリシリコン膜7が、能動層となる。ポリシリコン膜7の形成方法としては、熱CVD法等により直接的にポリシリコン膜7を成膜してもよい。
【0026】
続いて、熱CVD法、プラズマCVD法等により酸化シリコンからなる保護絶縁膜8を100nm以下成膜する(図2(C))。
【0027】
本発明においては、このように保護絶縁膜8を100nm以下形成し、以降のLDD領域、あるいはソース・ドレイン領域の形成工程において、保護絶縁膜8をエッチングすることなく、保護絶縁膜8を通して燐、砒素等のドーパントを注入することを特徴としている。これにより、従来法の保護絶縁膜8のエッチング工程(図7(d)、(f))を削減できるので、生産性を向上させることができる。また、ポリシリコン膜7が不要にエッチングされないので、ゲート絶縁膜6の耐圧不良を防止でき、また、ポリシリコン膜7の点欠陥や線欠陥を著しく減少させ、製品の歩留まりを向上させることができる。
【0028】
ここで、保護絶縁膜8の膜厚は、この保護絶縁膜8を通して燐、砒素等のドーパントを注入する際の注入装置の加速電圧の限界の点から、100nm以下とするが、加速電圧の低い注入装置を使用して製造コストを下げる点からは、保護絶縁膜8の膜厚は50nm以下とすることが好ましい。一方、保護絶縁膜8を形成しないと、LDD領域の形成工程において、能動層となるポリシリコン膜7にLDD領域形成用レジストマスク(LDD注入マスク)が直接接触し、また後のソース・ドレイン領域の形成工程においてもNチャンネルSD注入マスクやPチャンネルSD注入マスクが直接接触することとなるのでポリシリコン膜7の汚染の問題が発生する。したがって、保護絶縁膜8の膜厚としては、5nm以上とすることが好ましい。
【0029】
本態様の製造方法において、本発明の製造方法における工程(4)、即ち、「保護絶縁膜を通して能動層前駆体膜のLDD領域又はソース・ドレイン領域にドーパントを注入する工程」としては、まず、保護絶縁膜8上にLDD注入マスク22を形成し、燐、砒素等を注入してLDD領域9を形成し(図2(D))、次に、Nチャンネルソース・ドレイン領域(SD領域)10を形成するために、NチャンネルSD注入マスク11を形成し、高濃度の燐、砒素等を注入する。その際、ポリシリコン膜7とゲート電極2により形成する補助容量領域のポリシリコン膜7にも注入を行うため、レジストマスクは補助容量領域には形成しない。なお、ここでC−MOS回路等を形成する場合には、Pチャンネルソース・ドレイン領域を形成するため、再度、レジスト等によりマスクを形成し、硼素等を注入する。
【0030】
その後、本発明の工程(5)として、注入した燐等のドーパントを活性化するために、熱アニールやレーザーアニールを行う。こうして、本発明のTFT100Aを得る(図2(E))。
【0031】
このTFT100Aを駆動素子とする液晶表示装置を製造するためには、次に、TFT100Aの形成部分にレジストを形成し、不要部分の保護絶縁膜8及びポリシリコン膜7をパターニングする(図2(F))。この場合も、保護絶縁膜8のエッチングには、通常、フッ酸系ウェットエッチングやフッ素系ドライエッチングが用いられる。また、ポリシリコン膜7のエッチングには、F系又はCl系ドライエッチングが多く用いられる。
【0032】
続いて本発明の工程(6)として、保護絶縁膜8の改質処理を行なう。具体的には、酸化性雰囲気例えばN2O雰囲気でのプラズマ処理を行なう。これにより、保護絶縁膜8の表面に残留した異物が灰化(アッシング)されて取り除かれる。主として、レジスト残渣などカーボン系の異物が酸素を含む雰囲気中のプラズマ照射により、灰化される。又、プラズマで加速された酸素粒子が保護絶縁膜8の組成中にも進入し、膜中欠陥を埋めて修復することができる。この様に、改質処理は、保護絶縁膜8表面の清浄化と、保護絶縁膜8の膜中欠陥の除去もしくは修復が含まれている。
【0033】
保護絶縁膜8表面の清浄化と、保護絶縁膜8の膜中欠陥の除去もしくは修復を行う為に、種々の改質手段を講じることができる。例えば、エッチング済みの保護絶縁膜8の表面に純水を供給して洗浄を行なう。この純水洗浄により、保護絶縁膜8の表面に付着した異物を除くことができる。場合によっては、酸化性の添加物を含有した水で保護絶縁膜8の表面を洗浄してもよい。酸化性の添加物としては、オゾン、過酸化水素水、硫酸、硝酸、炭酸の一種又は二種以上の組合せを用いることができる。この様な添加物の酸化作用を利用して、表面清浄化を行なうことができる。あるいは、ガラスなどからなる基板1の耐熱性を損なわない範囲で、加熱処理を行なうことにより所望の改質を行なうことができる。具体的には、基板に歪を起こさない温度以下で加熱する。この加熱処理は酸素を含む雰囲気中で行なうことができる。これにより、保護絶縁膜8の表面に付着した異物をアッシングで除くことができる。同時に、保護絶縁膜8の膜中欠陥を酸素元素の導入で除去もしくは修復することができる。酸素ガスに代えて、水蒸気を含む雰囲気中で熱処理を行なってもよい。尚加熱手段としては、急速加熱法(RTA)を用いることが好ましい。RTAは赤外線ランプもしくは紫外線ランプを熱源とし、光エネルギーを基板に短時間照射することで、急速に基板を加熱できる。例えば、数秒以内に基板温度を600℃以上に上げることができる。これにより、ガラス基板1に熱的なダメージを与えることなく、保護絶縁膜8の改質処理が行なえる。更には、保護絶縁膜8の表層をフッ酸などで一部エッチング除去することにより、表面清浄化を含めた改質を行なうことができる。これらの手段の一つもしくは幾つかを組み合わせることにより、保護絶縁膜8の改質を行ない、薄膜トランジスタの長期信頼性を向上させる。
【0034】
その後、層間絶縁膜13の形成、ソース電極17及びドレイン電極18の形成、平坦化膜19の形成、透明電極20の形成、透明電極20上への配向膜21の形成を行うが、これらは、前述の従来法と同様とすることができる。即ち、保護絶縁膜8の改質後、そのまま大気に暴露する事無く層間絶縁膜13を形成するため、窒化シリコン膜14(50〜500nm)、酸化シリコン膜15(50〜500nm)を連続形成し(図3(G))、次に、層間絶縁膜13及びゲート絶縁膜6をエッチング除去してコンタクトホール16を形成し(図3(H))、コンタクトホール16にAl等の金属を埋め込むことによりソース電極17、ドレイン電極18を形成する(図3(I))。そして、液晶表示パネルの透明電極とのコンタクトを形成する部分やパッド形成部分等を除いた領域に、有機平坦化膜、窒化シリコン平坦化膜等の平坦化膜19を形成し、その後、画素部分を覆うようにITO等の透明電極20を形成し、透明電極20上に配向膜21を形成する。こうして、本発明のTFT100Aを駆動素子とする液晶表示装置用のTFT基板201Aを得る(図3(J))。
【0035】
図1の液晶表示装置200Aは、上述のTFT基板201Aと、公知の対向電極202を備えた対向基板203とを組み合わせ、常法により双方の基板の間に液晶204を挟持させることにより製造することができる。
【0036】
以上、TFTを用いた液晶表示装置200Aを例として、本発明の一態様のTFTの製造方法を説明したが、本発明のTFTの製造方法は、能動層前駆体膜上の保護絶縁膜8を100nm以下とし、この保護絶縁膜8を通してドーパントを注入し、LDD領域、あるいはソース・ドレイン領域を形成する限り、種々の態様をとることができる。
【0037】
例えば、上述の本発明のTFTでは、ドーパントを注入する能動層前駆体膜をポリシリコン膜7としたが、本発明において、能動層前駆体膜はこれに限らない。例えば、アモルファスシリコン膜、シリコンゲルマニウム膜、シリコンカーバイト膜等を能動層前駆体膜として用いてもよい。プロセスとの整合性の点からは、ポリシリコン膜を使用することが好ましい。
【0038】
また、上述の本発明のTFT 100Aでは、工程(3)において、ゲート絶縁膜6上にアモルファスシリコン膜を積層し、そのアモルファスシリコン膜を結晶化してポリシリコン膜7とし、そのポリシリコン膜7上に保護絶縁膜8を成膜しているが、アモルファスシリコン膜をCVD法等で形成後、そのアモルファスシリコン膜を結晶化することなく、チャンバーの真空度を破ることなく連続的にCVD法で保護絶縁膜8を成膜し、その後アモルファスシリコン膜を結晶化してポリシリコン膜7を形成してもよい。これにより、ポリシリコン膜7の一層の汚染防止を図ることができる。
【0039】
さらに、上述の本発明のTFTでは、工程(3)において、酸化シリコンからなる保護絶縁膜8をプラズマCVD法等により成膜しているが、ポリシリコン膜7とするアモルファスシリコン膜の表面酸化により保護絶縁膜8を形成してもよい。表面酸化の手法としては、例えば、400℃程度の熱水蒸気やオゾンガスに晒したり、あるいは酸素を含む雰囲気で紫外線を照射する。この方法によると、5〜20nmのシリコン酸化膜を膜厚制御よく形成できるので、レーザーアニール等によってアモルファスシリコン膜を結晶化し、ポリシリコン膜7を形成する際、ポリシリコン膜の膜厚及び結晶化の制御性が向上する。
【0040】
本発明のTFTの製造方法は、液晶表示装置の他に、TFTを駆動素子とする有機EL装置の製造方法にも適用することができる。
【0041】
例えば、図4の有機EL装置300は、前述の製造方法に準じてTFT基板を作製し、公知の有機EL装置の製造方法(特開平11−251069号公報、特開平10−189252号公報等)にしたがい、次のように製造することができる。まず、透明ガラス基板1上に、ゲート電極2、ゲート絶縁膜6、ポリシリコン膜7からなる能動層、及び膜厚100nm以下の保護絶縁膜8が順次積層したTFT100Aを形成する。次に、本発明に従って保護絶縁膜8を改質した後、好ましくは大気に暴露する事無く続けて、保護絶縁膜8上に層間絶縁膜13を形成し、さらにソース電極17及びドレイン電極18を形成し、平坦化膜19を形成し、平坦化膜19にコンタクトホール23を開孔する。平坦化膜19上に、有機EL素子30の陰極層31を形成し、コンタクトホール23を介してTFT100Aのソース電極17と陰極層31を導通させる。陰極層31上には、電子輸送層32、発光層33、正孔輸送層34を順次形成し、さらに正孔輸送層34上に陽極層35を形成する。こうして、陽極層35から注入された正孔と陰極層31から注入された電子とが発光層33の内部で再結合し、発光が生じる有機EL素子30であって、その発光が本発明のTFTで駆動される有機EL装置300を作製することができる。なお、この有機EL装置300では、光を陽極層35側から取り出すことができる。
【0042】
ここで、有機EL素子30それ自体の層構成や各層の形成素材等については特に制限はなく、TFT100Aと有機EL素子30との間の平坦化膜19の形成素材や形成方法についても特に制限はない。
【0043】
例えば、平坦化膜19は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、シリコン窒化酸化膜、シリケートガラス膜、SOG膜、ポリイミド系、アクリル系等の合成樹脂膜等から形成することができる。
【0044】
陰極層31は、マグネシウム・インジウム合金、アルミニウム・リチウム合金等から形成できる。電子輸送層32は、Bebq2(10−ベンゾ[h]キノリノール−ベリリウム錯体)等から形成でき、発光層33は、キナクリドン(Quinacridone)誘導体を含むBebq2、8−キノリノールアルミニウム錯体等から形成でき、正孔輸送層34は、TPD(4,4’,4’’−tris−(methylphenylphenylamino)triphenylamine)、MTDATA(4,4’−bis(3−methylphenylphenylamino)biphenyl)、α−NPD(α−naphtylphenyldiamine)等から形成でき、陽極層35はPt、Rh、Pd等から形成することができる。これらの各層は、蒸着法等により形成することができる。また、陽極層35は、スパッタ法によりITO等から形成してもよい。
【0045】
TFTで駆動される有機EL装置としては、図5に示すように、TFT100A上の有機EL素子30の層構成を逆転させ、平坦化膜19上に、陽極層35、正孔輸送層34、発光層33、電子輸送層32、及び陰極層31を順次積層させてもよい。この有機EL装置では、光を基板1側から取り出すことができる。
【0046】
この他、有機EL装置は、本発明で作成されたTFTを使用する限り、種々の態様を包含する。
【0047】
【発明の効果】
本発明によれば、ボトムゲート型TFTにおいて、能動層となるポリシリコン膜上の保護絶縁膜の膜厚を100nm以下とし、保護絶縁膜を通してLDD領域あるいはソース・ドレイン領域を形成するので、LDD領域あるいはソース・ドレイン領域の形成のために保護絶縁膜をエッチングする工程が不要となる。したがって、製造工程を削減し、TFTの生産性を向上させることが可能となる。また、ゲート絶縁膜の耐圧不良を防止することができ、能動層の点欠陥や線欠陥が著しく減少し、製品の歩留まりが向上する。
【0048】
特に本発明では、層間絶縁膜を成膜する前に、TFTの能動層を被覆する保護絶縁膜の改質処理を行ない、表面の清浄化及び膜中欠陥の除去を図っている。これにより、薄膜トランジスタの初期閾値電圧のばらつきを低減できる。又、薄膜トランジスタの初期電流特性のばらつきを低減できる。更に、薄膜トランジスタの経時的な特性変動を抑制できる。加えて、保護絶縁膜と層間絶縁膜との界面を清浄化することで、半導体薄膜とアルミニウムなど金属配線間のコンタクトの形状異常を低減できる。同様の理由により、多結晶シリコンなどからなる半導体薄膜とアルミニウムなどからなる金属配線間の絶縁耐圧を向上することが可能である。加えて、多結晶シリコンなどからなる半導体薄膜の極近傍でゲート絶縁膜が露出している部分においても、同様の改質、清浄化作用が得られ、初期TFT特性及び長期信頼性などの点で改善効果が得られる。又、ゲート電極上でゲート絶縁膜が露出している部分においても、同様の改質、清浄化作用が得られ、ゲート電極とアルミニウムなどからなる金属配線間のコンタクトの形状異常を低減できる。同様の理由で、ゲート電極とアルミニウムなどからなる金属配線間の絶縁耐圧を改善できる。更には、ライトエッチングなどで保護絶縁膜の表面を清浄化することで、ナトリウムなどイオン性の不純物を取り除くことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により作成されたTFTを用いた液晶表示装置の断面模式図である。
【図2】本発明に係るTFTを用いた液晶表示装置の製造工程図である。
【図3】本発明に係るTFTを用いた液晶表示装置の製造工程図である。
【図4】本発明により作成されたTFTを用いた有機EL装置の断面模式図である。
【図5】本発明により作成されたTFTを用いた有機EL装置の断面模式図である。
【図6】従来のTFTを用いた液晶表示装置の断面模式図である。
【図7】従来のTFTを用いた液晶表示装置の製造工程図である。
【図8】従来のTFTを用いた液晶表示装置の製造工程図である。
【符号の説明】
1…透明ガラス基板、 2…ゲート電極、 3…Cs電極、 4…窒化シリコン膜、 5…酸化シリコン膜、 6…ゲート絶縁膜、 7…ポリシリコン膜、 8…保護絶縁膜、 9…LDD領域、 10…ソース・ドレイン領域、 11…SD注入マスク、 13…層間絶縁膜、 14…窒化シリコン膜、 15…酸化シリコン膜、 17…ソース電極、 18…ドレイン電極、 20…透明電極、21…配向膜、 30…有機EL素子、 31…陰極層、 32…電子輸送層、 33…発光層、 34…正孔輸送層、 35…陽極層、 100A…TFT、 200A…液晶表示装置、 201A…TFT基板、 202…対向電極、 203…対向基板、 204…液晶、 300…有機EL装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a bottom gate thin film transistor, a liquid crystal display device using the bottom gate thin film transistor, and a method for manufacturing an organic EL device.
[0002]
[Prior art]
Thin film transistors (TFTs) are used as switching elements in active matrix liquid crystal display devices, active matrix organic EL display devices, and the like. Thin film transistors are roughly classified into bottom gate type and top gate type because of their structure. Of these, bottom gate type thin film transistors are provided with a gate electrode under the active layer, and are more reliable than top gate type thin film transistors. ing. Regarding the structure of the bottom gate type thin film transistor, for example, “'99 latest liquid crystal process technology” (published in Press Journal 1998, pp 53-59), “flat panel display 1999” (Nikkei Business Publications, 1998, pp 132- pp139) and JP-A-8-279618.
[0003]
FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of one embodiment of a liquid crystal display device using a bottom-gate thin film transistor, and FIGS. 7 and 8 show manufacturing steps of the liquid crystal display device.
[0004]
In this manufacturing process, first, the
[0005]
On the
[0006]
Next, a protective
[0007]
Next, using the protective
[0008]
Next, a resist is formed on the portion of the
[0009]
Next, in order to form the
[0010]
The
[0011]
Next, a
[0012]
The liquid
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
In the structure of the
[0014]
In the region where the protective
[0015]
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems of the prior art, and in the bottom gate type TFT, it is possible to improve the productivity by reducing the manufacturing process and prevent the breakdown voltage of the gate insulating film. The goal is to improve product yield.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the present invention provides (1) a step of forming a gate electrode on a substrate, (2) a step of forming a gate insulating film on the gate electrode, in order to manufacture a bottom gate type thin film transistor. (3) A step of forming a laminate in which an active layer precursor film and a protective insulating film are laminated on a gate insulating film, and the protective insulating film has a thickness of 100 nm or less, (4)The protective insulating film is left on the LDD region or the source / drain region without being etched.A step of implanting a dopant into the LDD region or the source / drain region of the active layer precursor film through the protective insulating film, (5) a step of activating the implanted dopant and making the dopant non-implanted portion an active layer, (6) the protection All or part of the insulation filmTreatment to clean the surface of the protective insulating film and remove or repair defects in the protective insulating filmProcess, (7)processingForming an interlayer insulating film on the protective insulating film, and (8) forming a source / drain electrode on the interlayer insulating film.
[0017]
Preferably,Step (6)Water containing oxidizing additivesWith the outer protective insulation filmWashingThen, the surface of the protective insulating film is cleaned and defects in the protective insulating film are removed or repaired.. In this case, the oxidizing additive is one kind or several kinds of ozone, hydrogen peroxide solution, sulfuric acid, nitric acid, and carbonic acid. or,Step (6)Below the temperature that does not cause distortion to the substrateThe protective insulating filmHeat treatmentClean the surface of the protective insulating film and remove or repair defects in the protective insulating film.You can also. In this case, the heat treatment is performed in an atmosphere containing oxygen. Alternatively, the heat treatment is performed in an atmosphere containing water vapor. or,Step (6)Atmosphere containing oxygenThe protective insulation filmPlasma treatmentClean the surface of the protective insulating film and remove or repair defects in the protective insulating film.It may be. For example,Step (6)Performed by plasma treatment in a dinitrogen monoxide atmosphere.
[0018]
Preferably, the active layer is made of a polysilicon film. In this case, in step (3), an amorphous silicon film is formed on the gate insulating film, the amorphous silicon film is crystallized to form a polysilicon film, and a protective insulating film is formed on the polysilicon film with a film thickness of 100 nm or less. To do. Alternatively, in step (3), an amorphous silicon film may be formed on the gate insulating film, a protective insulating film may be continuously formed on the amorphous silicon film, and then the amorphous silicon film may be crystallized to form a polysilicon film. . In step (3), an amorphous silicon film is formed on the gate insulating film, and the amorphous silicon film is surface oxidized to form a protective insulating film on the surface of the amorphous silicon film, and then the amorphous silicon film is crystallized. It can also be made into a polysilicon film.
[0019]
In the manufacturing process of the conventional bottom gate type TFT, the present inventors set the protective insulating film formed to a film thickness of about 200 nm to 100 nm or less, and when forming the LDD region or the source / drain region thereafter, the protective insulating film It has been found that by injecting the dopant through the protective film, the etching process of the protective insulating film can be reduced, and the problem of defective breakdown voltage of the gate insulating film can be solved. Furthermore, it has been found that such a TFT manufacturing method can be applied to a liquid crystal display device or an organic EL device driven by the TFT.
[0020]
By the way, in the manufacturing method of the present invention described above, the interface of the protective insulating film that greatly affects the element characteristics and reliability of the thin film transistor (TFT) is very close to the active layer. Therefore, depending on the state of the interface of the protective insulating film, there is a possibility that a change in element characteristics or the like may occur when long-term driving is performed. For example, there is a possibility that a threshold voltage shift due to hot carrier trapping or a change in resistance value of the LDD region may occur. Therefore, in the present invention, particularly immediately before forming the interlayer insulating film on the protective insulating film, the protective insulating filmProcessA measure is taken to improve the reliability of the TFT.thisThe contents of the treatment are roughly classified into surface cleaning of the protective insulating film and removal of defects by introducing oxygen into the protective insulating film.thisBy performing the treatment, it is possible to ensure long-term reliability of the thin film transistor.Hereinafter, this process may be referred to as a reforming process in the present specification.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same numerals indicate the same or equivalent components.
[0022]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an embodiment of a liquid crystal display device using a bottom-gate thin film transistor of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are manufacturing process diagrams thereof.
[0023]
In the manufacturing method of this aspect, (1) the step of forming a gate electrode on the substrate and (2) the step of forming a gate insulating film on the gate electrode can be the same as the above-described conventional manufacturing method. . That is, first, in the step (1), the
[0024]
In step (2), as the
[0025]
In the manufacturing method of this aspect, step (3) in the manufacturing method of the present invention, that is, “an active layer precursor film and a protective insulating film are laminated on a gate insulating film, and the protective insulating film has a thickness of 100 nm or less. As the step of forming a laminated body that is, after the
[0026]
Subsequently, a protective
[0027]
In the present invention, the protective
[0028]
Here, the thickness of the protective
[0029]
In the manufacturing method of this aspect, as the step (4) in the manufacturing method of the present invention, that is, “the step of implanting a dopant into the LDD region or the source / drain region of the active layer precursor film through the protective insulating film” An
[0030]
Thereafter, as step (5) of the present invention, thermal annealing or laser annealing is performed to activate the implanted dopant such as phosphorus. Thus, the
[0031]
In order to manufacture a liquid crystal display device using the
[0032]
Subsequently, as a step (6) of the present invention, the protective
[0033]
The surface of the protective
[0034]
Thereafter, the
[0035]
The liquid
[0036]
As described above, the manufacturing method of the TFT according to one embodiment of the present invention has been described using the liquid
[0037]
For example, in the TFT of the present invention described above, the active layer precursor film into which the dopant is implanted is the
[0038]
Further, in the
[0039]
Further, in the TFT of the present invention described above, the protective
[0040]
The TFT manufacturing method of the present invention can be applied not only to a liquid crystal display device but also to a method for manufacturing an organic EL device using a TFT as a drive element.
[0041]
For example, in the
[0042]
Here, there are no particular restrictions on the layer configuration of the
[0043]
For example, the
[0044]
The
[0045]
As an organic EL device driven by a TFT, as shown in FIG. 5, the layer configuration of the
[0046]
In addition, the organic EL device includes various modes as long as the TFT produced in the present invention is used.
[0047]
【The invention's effect】
According to the present invention, in the bottom gate TFT, the thickness of the protective insulating film on the polysilicon film serving as the active layer is 100 nm or less, and the LDD region or the source / drain region is formed through the protective insulating film. Alternatively, the step of etching the protective insulating film is not required for forming the source / drain regions. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing process and improve the productivity of the TFT. Further, the breakdown voltage failure of the gate insulating film can be prevented, the point defects and line defects of the active layer are remarkably reduced, and the product yield is improved.
[0048]
In particular, in the present invention, before the interlayer insulating film is formed, the protective insulating film covering the active layer of the TFT is modified to clean the surface and remove defects in the film. Thereby, variation in the initial threshold voltage of the thin film transistor can be reduced. Further, variation in initial current characteristics of the thin film transistor can be reduced. Furthermore, it is possible to suppress changes in characteristics of the thin film transistor over time. In addition, by cleaning the interface between the protective insulating film and the interlayer insulating film, the shape abnormality of the contact between the semiconductor thin film and the metal wiring such as aluminum can be reduced. For the same reason, it is possible to improve the withstand voltage between the semiconductor thin film made of polycrystalline silicon or the like and the metal wiring made of aluminum or the like. In addition, in the portion where the gate insulating film is exposed in the very vicinity of the semiconductor thin film made of polycrystalline silicon or the like, the same modification and cleaning action can be obtained, and in terms of initial TFT characteristics and long-term reliability, etc. Improvement effect is obtained. Further, in the portion where the gate insulating film is exposed on the gate electrode, the same modification and cleaning action can be obtained, and the abnormal shape of the contact between the gate electrode and the metal wiring made of aluminum or the like can be reduced. For the same reason, the withstand voltage between the gate electrode and the metal wiring made of aluminum or the like can be improved. Furthermore, ionic impurities such as sodium can be removed by cleaning the surface of the protective insulating film by light etching or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device using a TFT prepared according to the present invention.
FIG. 2 is a manufacturing process diagram of a liquid crystal display device using a TFT according to the present invention.
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of a liquid crystal display device using a TFT according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an organic EL device using a TFT prepared according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an organic EL device using a TFT prepared according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal display device using a conventional TFT.
FIG. 7 is a manufacturing process diagram of a liquid crystal display device using a conventional TFT.
FIG. 8 is a manufacturing process diagram of a liquid crystal display device using a conventional TFT.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (14)
(2)ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程、
(3)ゲート絶縁膜上に能動層前駆体膜及び保護絶縁膜が積層されており、該保護絶縁膜が膜厚100nm以下である積層体を形成する工程、
(4)保護絶縁膜をエッチングすることなくそのままLDD領域又はソース・ドレイン領域の上に残した状態で該保護絶縁膜を通して能動層前駆体膜のLDD領域又はソース・ドレイン領域にドーパントを注入する工程、
(5)注入したドーパントを活性化し、ドーパント非注入部分を能動層とする工程、
(6)該保護絶縁膜の全て又は一部を処理して、保護絶縁膜の表面の清浄化と、保護絶縁膜の膜中欠陥の除去もしくは修復を行う工程、
(7)処理された該保護絶縁膜の上に層間絶縁膜を形成する工程、及び
(8)該層間絶縁膜の上にソース・ドレイン電極を形成する工程、
を有することを特徴とするボトムゲート型薄膜トランジスタの製造方法。(1) forming a gate electrode on the substrate;
(2) forming a gate insulating film on the gate electrode;
(3) A step of forming a laminate in which an active layer precursor film and a protective insulating film are stacked on a gate insulating film, and the protective insulating film has a thickness of 100 nm or less;
(4) A step of implanting a dopant into the LDD region or the source / drain region of the active layer precursor film through the protective insulating film while leaving the protective insulating film on the LDD region or the source / drain region without etching. ,
(5) activating the implanted dopant and making the dopant non-implanted portion an active layer;
(6) Process of treating all or a part of the protective insulating film to clean the surface of the protective insulating film and removing or repairing defects in the protective insulating film ;
(7) forming an interlayer insulating film on the treated protective insulating film; and (8) forming a source / drain electrode on the interlayer insulating film;
A method for producing a bottom-gate thin film transistor, comprising:
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