JP5307992B2 - Display device production method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表示装置の生産システムに係り、例えば薄膜トランジスタ(以下、「TFT」とも記す。)が使われる表示装置の生産システムに関する。 The present invention relates to a display device production system, and more particularly to a display device production system in which a thin film transistor (hereinafter also referred to as “TFT”) is used.
液晶パネルを生産するためのガラス基板サイズは、第1世代と呼ばれる300mm×400mmから、第3世代の550mm×650mm、第4世代の730mm×920mm、第5世代の1000mm×1200mm、第6世代の24500mm×1850mm、第7世代の1870mm×2200mm、第8世代の200mm×2400mmと大型化している。今後はガラス基板サイズとして第9世代の2400mm×2800mm、第10世代の2880mm×3080mmなどが予定されている。このようなガラス基板の大型化はコストミニマム設計に基づくものである。 The glass substrate size for producing the liquid crystal panel is from 300 mm × 400 mm called the first generation, to the third generation 550 mm × 650 mm, the fourth generation 730 mm × 920 mm, the fifth generation 1000 mm × 1200 mm, the sixth generation The size is increased to 24500 mm × 1850 mm, the seventh generation 1870 mm × 2200 mm, and the eighth generation 200 mm × 2400 mm. In the future, glass substrate sizes of 9th generation 2400 mm × 2800 mm, 10th generation 2880 mm × 3080 mm, etc. are planned. Such an increase in the size of the glass substrate is based on a cost minimum design.
勿論、液晶パネルの開発はガラス基板の大型化のみでなく、マスク数を削減して生産性を高めること、生産性を損なうことなく非晶質シリコンTFTの特性を改善する努力が図られている(例えば、特許文献1、2参照)。
Of course, the development of the liquid crystal panel not only increases the size of the glass substrate, but also strives to improve the characteristics of amorphous silicon TFTs without reducing the number of masks to increase productivity and without impairing productivity. (For example, refer to
ここで液晶パネルに使われる非晶質シリコンTFTは、パネルサイズの大面積化や画素の高密度化により、画素への書込時間が不足することが問題となっている。これまでは、多結晶シリコンTFTは非晶質シリコンTFTに比べて電界効果移動度が高いことから、前述の問題を解決するものとして期待されてきた(例えば、特許文献3参照)。
しかしながら、多結晶シリコンはエキシマレーザアニールが必要であり、非晶質シリコンTFTで完成された生産ラインを大幅に変更する必要があった。そのため、新たな設備投資が必要であることから、生産コストの面で従来の非晶質シリコンTFTパネルに対抗することができなかった。また、エキシマレーザアニールは結晶化バラツキがあり、大画面パネルの表示品位を損なうという問題があった。 However, polycrystalline silicon requires excimer laser annealing, and the production line completed with amorphous silicon TFTs has to be significantly changed. Therefore, since new capital investment is required, it has not been possible to compete with the conventional amorphous silicon TFT panel in terms of production cost. In addition, the excimer laser annealing has a problem that the display quality of a large screen panel is impaired due to crystallization variations.
そこで本発明は、生産性を損なわず、生産コストを大幅に増加させることなく、高性能化したTFTを搭載する表示装置の生産システムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a production system for a display device on which high-performance TFTs are mounted without impairing productivity and without significantly increasing production costs.
表示装置の生産システムとして、成膜装置、エッチング装置、レジスト塗布/現像装置、露光装置を含み、各装置は工程間搬送機構又は工程内搬送機構で連結しているものが適用される。生産システムは薄膜トランジスタを形成する工程を行うことが可能なように構成されている。生産システムのうち、成膜装置として微結晶半導体膜を形成するプラズマCVD装置を有し、プラズマCVD装置で形成された微結晶半導体膜にレーザ光を照射するレーザ処理装置が付加されるとともに、プラズマCVD装置とレーザ処理装置間において被処理基板は装置内搬送機構、工程内搬送機構又は工程間搬送機構により輸送される。 A display apparatus production system includes a film forming apparatus, an etching apparatus, a resist coating / developing apparatus, and an exposure apparatus, and each apparatus is connected by an inter-process transfer mechanism or an in-process transfer mechanism. The production system is configured to perform a process of forming a thin film transistor. Among the production systems, a plasma CVD apparatus for forming a microcrystalline semiconductor film is formed as a film forming apparatus, a laser processing apparatus for irradiating a microcrystalline semiconductor film formed by the plasma CVD apparatus with laser light is added, and plasma is added. The substrate to be processed is transported between the CVD apparatus and the laser processing apparatus by an in-apparatus transport mechanism, an in-process transport mechanism, or an inter-process transport mechanism.
この生産システムはTFTのチャネル形成領域を微結晶半導体で構成することを可能とし、該微結晶半導体の結晶性を改質する機能が付加されている。すなわち、従来の生産ラインに大幅な変更を加えることなく、最小限の生産設備を追加することで、従来の非晶質シリコンTFTの性能を超える新型TFTが搭載された表示装置の生産システムを提供することができる。 This production system makes it possible to configure the channel formation region of the TFT with a microcrystalline semiconductor, and has a function of modifying the crystallinity of the microcrystalline semiconductor. In other words, providing a production system for display devices equipped with new TFTs that exceed the performance of conventional amorphous silicon TFTs by adding minimum production facilities without making major changes to the conventional production line can do.
チャネル形成領域を微結晶半導体で構成することにより、しきい値電圧の変動が抑制され、電界効果移動度が向上し、サブスレッショルド係数(subthreshold swing:S値)も小さくなるので、TFTの高性能化を図ることができる。それにより、表示装置の駆動周波数を高くすることが可能であり、パネルサイズの大面積化や画素の高密度化にも十分対応することができる。さらに、大幅な生産ラインの変更が不要であることから、TFTの高性能化を図りつつ設備投資及び生産コストの増加を抑えることができる。 By forming the channel formation region using a microcrystalline semiconductor, fluctuations in threshold voltage are suppressed, field effect mobility is improved, and a subthreshold coefficient (S value) is also reduced. Can be achieved. As a result, the drive frequency of the display device can be increased, and it is possible to sufficiently cope with an increase in panel size and an increase in pixel density. Furthermore, since no significant production line change is required, it is possible to suppress the increase in capital investment and production cost while improving the performance of the TFT.
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細をさまざまに変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。なお、以下の実施の形態で示す生産システムにおける各装置の配置は一例を示し、同様の作用効果を奏する配置であれば図示されるものに限定解釈されるべきものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. In the structure of the present invention described below, the same reference numerals are used in common in different drawings. In addition, arrangement | positioning of each apparatus in the production system shown by the following embodiment shows an example, and if it is arrangement | positioning which has the same effect, it should not be limitedly interpreted to what is illustrated.
(実施の形態1)
図1はベイ生産方式を適用した表示装置の生産システムを示す。ベイ生産方式はガラス基板の搬送ラインを、工程間搬送機構10と工程内搬送機構11で構成されている。工程間搬送機構10と工程内搬送機構11は生産システム内で工程仕掛品を搬送する。工程間搬送機構10と工程内搬送機構11のタイミングは、ストッカ12にガラス基板(若しくはガラス基板を収納したカセット)を保管することで調整が図られる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a display device production system to which the bay production method is applied. In the bay production method, a glass substrate transfer line is composed of an
工程間搬送機構10は複数の工程仕掛品であるガラス基板を収納したカセットをOHV(Over Head Vehicle)等の搬送台車に乗せて搬送する。工程内搬送機構11はAGV(Automated Guided Vehicle)又はRGV(Rail Guided Vehicle)にカセットを搭載して各処理装置に搬送する。各処理装置では、基板搬送ロボットがカセットからガラス基板を枚葉毎に取り出し、各処理装置で処理を行う。その後、基板搬送ロボットがガラス基板を再びカセットに収容し、AGV等の搬送台車により次の処理装置に移動するか、ストッカ12にカセットを保管する。
The
工程間及び工程内の搬送はカセット単位による搬送が行われることから、このような搬送システムを「カセット搬送方式」と呼ぶ。 Since conveyance between processes and within a process is performed in units of cassettes, such a conveyance system is called a “cassette conveyance method”.
図1で示す生産システムを構成する処理装置は、成膜装置、エッチング装置、レジスト塗布/現像装置、露光装置を含み、各処理装置は工程間搬送機構又は工程内搬送機構で連結している。この生産システムは薄膜トランジスタを形成する工程を行うことが可能なように構成されている。 The processing apparatus constituting the production system shown in FIG. 1 includes a film forming apparatus, an etching apparatus, a resist coating / developing apparatus, and an exposure apparatus, and each processing apparatus is connected by an inter-process transfer mechanism or an in-process transfer mechanism. This production system is configured such that a process of forming a thin film transistor can be performed.
成膜装置としては、プラズマCVD装置13、スパッタリング装置14が含まれている。エッチング装置としては、ドライエッチング装置15とウエットエッチング装置16が含まれている。レジスト塗布/現像装置17は露光装置18と同じ工程エリアに配置されている。その他、付加的な要素として、この生産システムには剥離装置19、洗浄装置20、検査装置21などが含まれている。
As the film forming apparatus, a
従来の非晶質シリコンTFTを用いた表示装置では、プラズマCVD装置において非晶質シリコン層を堆積している。この非晶質シリコン層が該TFTのチャネルを形成する領域となっている。本形態では、プラズマCVD装置13において微結晶半導体層を形成するとともに、該微結晶半導体層の結晶性を改質する機能が付加されている。微結晶半導体層として代表的には微結晶シリコンが適用される。
In a display device using a conventional amorphous silicon TFT, an amorphous silicon layer is deposited in a plasma CVD apparatus. This amorphous silicon layer is a region for forming the channel of the TFT. In this embodiment, a function of forming a microcrystalline semiconductor layer in the
微結晶半導体層の結晶性を改質する方法として、エネルギービームを照射する手段が適用され、代表的にはレーザ光を照射するレーザ処理装置がプラズマCVD装置に付加されている。微結晶半導体層が形成されたガラス基板は、プラズマCVD装置と前記レーザ処理装置間において被処理基板が搬送機構で移動する構成が適用されている。 As a method for modifying the crystallinity of the microcrystalline semiconductor layer, means for irradiating an energy beam is applied, and a laser processing apparatus for irradiating laser light is typically added to the plasma CVD apparatus. A glass substrate over which a microcrystalline semiconductor layer is formed employs a structure in which a substrate to be processed moves between a plasma CVD apparatus and the laser processing apparatus by a transport mechanism.
図2にプラズマCVD装置13の構成を示す。AGV等の搬送台車により運ばれたカセット22から、工程仕掛かり中のガラス基板が基板搬送ロボット25により基板搬出入室26に挿入される。第1処理室27乃至第5処理室31は、プラズマCVD法により薄膜を形成する部屋であり、搬送室32で連結されつつ、それぞれの処理室において個別の成膜ができるように構成されている。装置内のガラス基板は、搬送室32にある基板搬送ロボット25において各処理室に搬送される。このようなマルチチャンバの構成は、TFTのプロセスにおいて、ゲート絶縁層、チャネルを形成する半導体層、ソース及びドレインを形成する不純物半導体層などの積層界面を大気に触れさせことなく連続して成膜するのに適している。
FIG. 2 shows the configuration of the
レーザ処理室33は成膜をする処理室のいずれか一と連結していることが好ましい。図2は第3処理室29と連結している構成を示す。第3処理室29において微結晶半導体が堆積されたガラス基板が装置内の搬送機構によりレーザ処理室33に移動してレーザ処理が行われる。レーザ処理室33にはレーザ光源34からのレーザ光がガラス基板の微結晶半導体層に照射されるように光導入窓35が備えられている。このように、装置内搬送を行うことにより、微結晶半導体層の表面を大気に晒すことなく結晶性を改質するレーザ処理を行うことが可能となる。搬送機構はガラス基板の平行移動を行うだけの簡便な構成とすることができる。微結晶半導体層を大気に晒さないことにより、部結晶半導体が酸化してしまうことを防ぐことができ、その他の不純物による汚染も防ぐことができるので、TFTのチャネルを形成する半導体層として良質なものを得ることができる。
The
図2で示すように、レーザ処理室33はプラズマCVD装置13における一の処理室と連結すれば良いので、装置の大幅な改造を必要としない。また、床面積も増大することがないので、既存の生産ラインに容易に組み込むことができる。
As shown in FIG. 2, the
図3はプラズマCVD装置13の構成として、一つの基板搬出入室に対し一つの処理室が設けられたインライン型の構成を示している。カセット22のガラス基板は基板搬送ロボット25により基板搬出入室26に装填される。基板搬出入室26と第1処理室27の間には搬送室32が設けられている。第1処理室にはレーザ処理室33が連結されており、搬送機構によりガラス基板の搬出入を行うことが可能となっている。第1処理室27では微結晶半導体層の成膜のみを行うようにすることで、成膜とレーザ処理を連続的に行うことができる。また、第1処理室27で微結晶半導体層の成膜を行った後、レーザ処理室33においてレーザ処理を行い、再度、第1処理室27にガラス基板を戻して微結晶半導体層上に保護層を形成するようにしても良い。
FIG. 3 shows an in-line configuration in which one processing chamber is provided for one substrate loading / unloading chamber as the configuration of the
図3では、このような各室を直列に連結したユニットを複数個配設した構成を示している。それぞれのユニットが独立して動作することにより、スループットを高めることが可能となる。 FIG. 3 shows a configuration in which a plurality of units in which such chambers are connected in series are arranged. By operating each unit independently, the throughput can be increased.
本形態によれば、大幅な改造が必要でなく、最小限の生産設備を追加することで従来の非晶質シリコンTFTの性能を超える新型TFTが搭載された表示装置の生産システムを提供することができる。チャネル形成領域を微結晶半導体で構成することにより、しきい値電圧の変動が抑制され、電界効果移動度が向上し、S値も小さくなるので、TFTの高性能化を図ることができる。それにより、表示装置の駆動周波数を高くすることが可能であり、パネルサイズの大面積化や画素の高密度化にも十分対応することができる。さらに、大幅な生産ラインの変更が不要であることから、TFTの高性能化を図りつつ設備投資及び生産コストの増加を抑えることができる。 According to this embodiment, there is provided a production system for a display device in which a new TFT exceeding the performance of a conventional amorphous silicon TFT is mounted by adding a minimum production facility without requiring significant modification. Can do. When the channel formation region is formed using a microcrystalline semiconductor, variation in threshold voltage is suppressed, field-effect mobility is improved, and an S value is reduced, so that high performance of the TFT can be achieved. As a result, the drive frequency of the display device can be increased, and it is possible to sufficiently cope with an increase in panel size and an increase in pixel density. Furthermore, since no significant production line change is required, it is possible to suppress the increase in capital investment and production cost while improving the performance of the TFT.
(実施の形態2)
図4で示す表示装置の生産システムは、図1と同様にベイ生産方式を適用したものを示す。本形態では、工程内でプラズマCVD装置13とレーザ処理装置23が並置された構成を示している。この構成は、プラズマCVD装置13で微結晶半導体層を形成した後、一度プラズマCVD装置13からガラス基板を取り出し、搬送機構によってレーザ処理装置23へ移動させる構成である。
(Embodiment 2)
The display device production system shown in FIG. 4 shows an application of the bay production method as in FIG. In this embodiment, a configuration in which the
図5はプラズマCVD装置13とレーザ処理装置23の構成を示す。プラズマCVD装置13はインライン型の構成が例示されており、基板搬出入室26、搬送室32、第1処理室27が直列に連結されている。レーザ処理装置23は基板搬出入室26とレーザ処理室33が連結されている。プラズマCVD装置13とレーザ処理装置23は、基板搬送ロボット25を共通とすることで、ガラス基板の搬送を容易なものとしている。このように、プラズマCVD装置13とレーザ処理装置23を並置し、基板搬送ロボット25を共通化することで設備のコストを下げることができる。レーザ処理が終わった微結晶半導体層の表面は、洗浄装置によって表面の酸化膜を除去した後、次の工程に進む。
FIG. 5 shows the configuration of the
この生産システムは、プラズマCVD工程内において一部のプラズマCVD装置をレーザ処理装置に置き換えれば良いので、装置を設置するための床面積を増やす必要がない。微結晶半導体層の成膜とレーザ処理とを同時並行的に行うことが可能であるので、スループットを向上させることができる。その他の構成は実施の形態1と同様であり、同様の効果を奏する。 In this production system, a part of the plasma CVD apparatus may be replaced with a laser processing apparatus in the plasma CVD process, so that it is not necessary to increase the floor area for installing the apparatus. Since the microcrystalline semiconductor layer can be formed and laser treatment can be performed in parallel, throughput can be improved. Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same effects are obtained.
(実施の形態3)
図6で示す表示装置の生産システムは、図1と同様にベイ生産方式を適用したものであり、図4と同様に工程内でプラズマCVD装置13とレーザ処理装置23が並置された構成を示す。この構成は、プラズマCVD装置13で微結晶半導体層を形成した後、一度プラズマCVD装置13からガラス基板を取り出し、工程内搬送機構11によってレーザ処理装置23へ移動させる構成である。
(Embodiment 3)
The display device production system shown in FIG. 6 applies the bay production method as in FIG. 1, and shows a configuration in which the
図7は、本形態におけるプラズマCVD装置13とレーザ処理装置23の構成を示す。プラズマCVD装置13はインライン型の構成が例示されており、基板搬出入室26、搬送室32、第1処理室27が直列に連結されている。レーザ処理装置23は基板搬出入室26とレーザ処理室33が連結されている。プラズマCVD装置13とレーザ処理装置23は、それぞれ基板搬送ロボット25を有し、カセット22に装填されたガラス基板を基板搬出入室26に移送する。プラズマCVD装置13とレーザ処理装置23との間は、工程内搬送機構11を移動するカセット22を搭載したAGV等の搬送台車24により行われる。
FIG. 7 shows the configuration of the
本形態においては、プラズマCVD装置13とレーザ処理装置23は、必ずしも隣接して設置する必要がないので、設備の配置に融通性がある。また、工程内搬送機構11の範囲内にプラズマCVD装置13とレーザ処理装置23を配置することで、工程間搬送機構10を使う必要が無く、ストッカ12にプラズマCVD装置13で成膜された微結晶半導体層付きのガラス基板を保管する必要がない。それにより、微結晶半導体層の成膜からレーザ処理までの間における工程滞留時間を短くすることができる。さらに、微結晶半導体層の成膜とレーザ処理とを同時並行的に行うことが可能であるので、スループットを向上させることができる。その他の構成は実施の形態1及び実施の形態2と同様であり、同様の効果を奏する。
In this embodiment, the
(実施の形態4)
図8で示す表示装置の生産システムは、図1と同様にベイ生産方式を適用したものである。本形態における生産システムは、プラズマCVD装置13とレーザ処理装置23が異なる工程エリアに設置されている。この構成は、プラズマCVD装置13で微結晶半導体層を形成した後、一度プラズマCVD装置13からガラス基板を取り出し、工程内搬送機構11と工程間搬送機構10によってレーザ処理装置23へ移動させる構成である。
(Embodiment 4)
The display device production system shown in FIG. 8 applies the bay production method as in FIG. In the production system of this embodiment, the
本形態においては、プラズマCVD装置13とレーザ処理装置23は、必ずしも隣接して設置する必要がないので設備の配置に融通性があり、生産システムのレイアウトを大幅に変更する必要がない。例えば、生産システム全体のバランスを考慮して、余剰設備の一部を新たに導入するレーザ処理装置23と置き換えることができる。レーザ処理装置23は特殊な反応ガスや廃液回収、除害設備が必要ないので、余剰設備の一と置き換えることができる。そのため、大幅な生産ラインの変更が不要であることから、TFTの高性能化を図りつつ設備投資及び生産コストの増加を抑えることができる。
In this embodiment, the
(実施の形態5)
図9は工程間及び工程内のガラス基板の搬送を枚葉式で行う、所謂「枚葉搬送方式」を採用した生産システムの一例を示す。ガラス基板のサイズが大型化すると、それを収納するカセットのサイズも大きくなり、重量も増大することがらカセット単位での工程間及び工程内の搬送が困難となる。ガラス基板自体も撓むので、カセットで安定して保持するためにガラス基板同士の間隔を大きく開ける必要が出てくる。例えば、第8世代のガラス基板を従来と同様のカセットで搬送しようとすると、その重量は1トン程度にまでなってしまう。そのために、第6世代以降のガラス基板を扱う場合には、工程間及び工程内を枚葉搬送する方式が適している。
(Embodiment 5)
FIG. 9 shows an example of a production system adopting a so-called “single-wafer conveyance method” in which a glass substrate is conveyed between processes and within the process in a single-wafer type. When the size of the glass substrate is increased, the size of the cassette for storing the glass substrate is also increased, and the weight is increased. Since the glass substrate itself is also bent, it is necessary to increase the distance between the glass substrates in order to stably hold the glass substrate. For example, if an 8th generation glass substrate is to be transported in the same cassette as in the prior art, its weight will be about 1 ton. Therefore, when handling a glass substrate of the sixth generation or later, a method of carrying a single wafer between processes and within a process is suitable.
図9で示す枚葉搬送方式を適用した生産システムは、成膜装置、エッチング装置、レジスト塗布/現像装置、露光装置を含み、各処理装置は工程間搬送機構又は工程内搬送機構で連結している。この生産システムは薄膜トランジスタを形成する工程を行うことが可能なように構成されている。工程間搬送機構10及び工程内搬送機構11はガラス基板を枚葉搬送する。搬送はOHV、AGV若しくはRGV等の搬送台車で行うが、基板を1枚ずつ載置して搬送する構成を備えている。各処理装置では、基板搬送ロボットが搬送台車からガラス基板を枚葉毎に取り出し、各処理装置で処理を行う。その後、基板搬送ロボットがガラス基板を再び搬送台車に移載し、次の処理装置に移動するか、ストッカ12にガラス基板を保管する。
The production system to which the single wafer transfer system shown in FIG. 9 is applied includes a film forming apparatus, an etching apparatus, a resist coating / developing apparatus, and an exposure apparatus, and each processing apparatus is connected by an inter-process transfer mechanism or an in-process transfer mechanism. Yes. This production system is configured such that a process of forming a thin film transistor can be performed. The
枚葉搬送方式では、基板単位で搬送が行われるので、いくつかの工程においては、ガラス基板の搬入口と搬出口が異なる貫通レイアウトを適用することが可能となる。貫通レイアウトを採用することでガラス基板の搬送距離を短くすることが可能となり、タクトタイムの短縮を図ることができる。 In the single wafer transfer method, since the transfer is performed in units of substrates, it is possible to apply a penetrating layout in which the entrance and exit of the glass substrate are different in some processes. By adopting the through layout, the transport distance of the glass substrate can be shortened, and the tact time can be shortened.
図10は貫通レイアウトに対応したプラズマCVD装置13の構成を示す。基板搬出入室26に半導体層の成膜をする第1処理室27が連結されている。第1処理室27にはレーザ処理室33が連結され、微結晶半導体層を成膜した後でレーザ処理を連続して行うことができるようになっている。第1処理室27にはガス供給部37、高周波電源38が接続されている。排気手段36はガラス基板と平行な方向に排気流が流れるように構成されており、ガス流が滞留しないように構成されている。レーザ処理室33には基板搬出入室26が連結されており、レーザ処理が終わったガラス基板がそこに移動する。このようにガラス基板が各室を順次移動していくインライン式の装置内搬送を行うことにより、搬送機構の構成を簡便なものとすることができる。
FIG. 10 shows the configuration of the
なお、本形態の生産システムにおいても、図2で示すクラスタ型のマルチチャンバ・プラズマCVD装置を適用することができる。いずれにしても、大幅な改造が必要でなく、最小限の生産設備を追加することで従来の非晶質シリコンTFTの性能を超える新型TFTが搭載された表示装置の生産システムを提供することができる。チャネル形成領域を微結晶半導体で構成することにより、しきい値電圧の変動が抑制され、電界効果移動度が向上し、S値も小さくなるので、TFTの高性能化を図ることができる。それにより、表示装置の駆動周波数を高くすることが可能であり、パネルサイズの大面積化や画素の高密度化にも十分対応することができる。さらに、大幅な生産ラインの変更が不要であることから、TFTの高性能化を図りつつ設備投資及び生産コストの増加を抑えることができる。 Note that the cluster type multi-chamber plasma CVD apparatus shown in FIG. 2 can also be applied to the production system of this embodiment. In any case, it is possible to provide a production system for a display device in which a new TFT exceeding the performance of the conventional amorphous silicon TFT is mounted by adding a minimum production facility without requiring a major modification. it can. When the channel formation region is formed using a microcrystalline semiconductor, variation in threshold voltage is suppressed, field-effect mobility is improved, and an S value is reduced, so that high performance of the TFT can be achieved. As a result, the drive frequency of the display device can be increased, and it is possible to sufficiently cope with an increase in panel size and an increase in pixel density. Furthermore, since no significant production line change is required, it is possible to suppress the increase in capital investment and production cost while improving the performance of the TFT.
(実施の形態6)
実施の形態1乃至5で示される表示装置の生産システムにおいて適用される表示装置の製造工程の一例を図11を参照して説明する。図11は製造工程のフローチャートを示している。
(Embodiment 6)
An example of the manufacturing process of the display device applied in the display device production system shown in
ガラス基板は洗浄装置により洗浄され(S01)、スパッタリング装置によりゲート電極を形成するための導電膜を成膜する(S02)。レジスト塗布/現像装置及び露光装置により送電膜の表面にゲート電極のマスクパターンが転写される(S03)。このマスクパターンを使って、ドライエッチング装置又はウエットエッチング装置により導電膜をエッチング加工しゲート電極を形成する(S05)。 The glass substrate is cleaned by a cleaning device (S01), and a conductive film for forming a gate electrode is formed by a sputtering device (S02). The mask pattern of the gate electrode is transferred to the surface of the power transmission film by the resist coating / developing device and the exposure device (S03). Using this mask pattern, the conductive film is etched by a dry etching apparatus or a wet etching apparatus to form a gate electrode (S05).
その後、マスクパターンを剥離して(S05)、プラズマCVD装置によりゲート絶縁層を成膜する(S06)。ゲート絶縁層上に微結晶シリコン層をプラズマCVD法で成膜し(S07)、レーザ処理を行う(S08)。ここで示すS06からS08の処理は連続して行うこともできる。 Thereafter, the mask pattern is peeled off (S05), and a gate insulating layer is formed by a plasma CVD apparatus (S06). A microcrystalline silicon layer is formed on the gate insulating layer by a plasma CVD method (S07), and laser treatment is performed (S08). The processing from S06 to S08 shown here can also be performed continuously.
レーザ処理が終わった微結晶シリコン層の表面は、好ましくは表面の酸化膜除去処理(S09、必須ではない)を行い、バッファ層の成膜(S10、必須ではない)、不純物半導体層の成膜(S11)をプラズマCVD装置により行う。その後、レジスト塗布/現像装置及び露光装置により導電膜の表面に半導体層のマスクパターンが転写される(S12)。このマスクパターンを使って、ドライエッチング装置により半導体層をエッチング加工しTFTの配置に合わせた島状の半導体層を形成する(S13)。 The surface of the microcrystalline silicon layer after the laser treatment is preferably subjected to surface oxide film removal treatment (S09, not essential), and a buffer layer is formed (S10, not essential), and an impurity semiconductor layer is formed. (S11) is performed by a plasma CVD apparatus. Thereafter, the mask pattern of the semiconductor layer is transferred to the surface of the conductive film by the resist coating / developing apparatus and the exposure apparatus (S12). Using this mask pattern, the semiconductor layer is etched by a dry etching apparatus to form an island-shaped semiconductor layer that matches the TFT arrangement (S13).
その後、マスクパターンを剥離して(S014)、スパッタリング装置により配線を形成する導電膜を成膜する(S15)。その後、レジスト塗布/現像装置及び露光装置により導電膜の表面に配線層のマスクパターンが転写される(S16)。このマスクパターンを使って、ドライエッチング装置により導電膜をエッチング加工し配線を形成する(S17)。さらに、島状の半導体層の最上層にある不純物半導体層をエッチングする処理を行う(S18)。 Thereafter, the mask pattern is peeled off (S014), and a conductive film for forming wiring is formed by a sputtering apparatus (S15). Thereafter, the mask pattern of the wiring layer is transferred to the surface of the conductive film by the resist coating / developing apparatus and the exposure apparatus (S16). Using this mask pattern, the conductive film is etched by a dry etching apparatus to form a wiring (S17). Furthermore, the process which etches the impurity semiconductor layer in the uppermost layer of an island-like semiconductor layer is performed (S18).
マスクパターンを剥離して(S19)、プラズマCVD装置によりパッシベーション膜の成膜を行う(S20)。レジスト塗布/現像装置及び露光装置によりパッシベーション膜の表面にコンタクトホールを開口するマスクパターンが転写される(S21)。このマスクパターンを使って、ドライエッチング装置によりパッシベーション膜をエッチング加工しコンタクトホールを形成する(S22)。 The mask pattern is removed (S19), and a passivation film is formed by a plasma CVD apparatus (S20). A mask pattern for opening a contact hole is transferred to the surface of the passivation film by the resist coating / developing apparatus and the exposure apparatus (S21). Using this mask pattern, the passivation film is etched by a dry etching apparatus to form a contact hole (S22).
コンタクトホールのマスクパターンを剥離して(S23)、スパッタリング装置により画素電極を形成するための導電膜を形成する(S24)。レジスト塗布/現像装置及び露光装置により導電膜の表面に画素電極のマスクパターンが転写される(S25)。このマスクパターンを使って、ドライエッチング装置又はウエットエッチング装置により導電膜をエッチング加工し画素電極を形成する(S26)。そしてマスクパターンを剥離する(S27)。 The mask pattern of the contact hole is peeled off (S23), and a conductive film for forming a pixel electrode is formed by a sputtering apparatus (S24). The mask pattern of the pixel electrode is transferred to the surface of the conductive film by the resist coating / developing device and the exposure device (S25). Using this mask pattern, the conductive film is etched by a dry etching apparatus or a wet etching apparatus to form a pixel electrode (S26). Then, the mask pattern is peeled off (S27).
このように、実施の形態1乃至5で示される表示装置の生産システムによれば表示装置を生産することができる。以下、その製造工程の一例について詳細に説明する。 Thus, according to the display device production system shown in the first to fifth embodiments, a display device can be produced. Hereinafter, an example of the manufacturing process will be described in detail.
(実施の形態7)
本形態では、実施の形態1乃至6で示される表示装置の生産システムによって生産される表示装置の製造工程の一例について、図12乃至図22を用いて説明する。図12乃至図14、図17乃至図19は、TFTの作製工程を示す断面図であり、図15、図20は、一画素におけるTFT及び画素電極の接続領域の上面図である。
(Embodiment 7)
In this embodiment, an example of a manufacturing process of a display device produced by the display device production system shown in
微結晶半導体膜をチャネル形成領域とするTFTは、pチャネル型よりもnチャネル型の方が、移動度が高いので駆動回路に用いるのにより適している。同一の基板上に形成するTFTを全て同じ極性にそろえておくことが、工程数を抑えるためにも望ましい。ここではnチャネル型のTFTを用いて説明する。 A TFT having a microcrystalline semiconductor film as a channel formation region is more suitable for use in a driver circuit because the n-channel type has higher mobility than the p-channel type. It is desirable that all TFTs formed on the same substrate have the same polarity in order to reduce the number of steps. Here, description is made using an n-channel TFT.
図12(A)に示すように、基板50上にスパッタリング装置でゲート電極51を形成する。基板50は、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、若しくはアルミノシリケートガラスなど、フュージョン法やフロート法で作製される無アルカリガラス基板、セラミック基板の他、本作製工程の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、ステンレス合金などの金属基板の表面に絶縁膜を設けた基板を適用しても良い。
As shown in FIG. 12A, a
ゲート電極51は、チタン、モリブデン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅などの金属材料またはその合金材料(アルミニウム・ネオジム合金、アルミニウム・セレン合金等)を用いて形成する。ゲート電極51は、スパッタリング装置で基板50上に導電膜を形成し、当該導電膜上にレジスト塗布/現像装置及び露光装置を用いてマスクパターンを形成する。当該マスクパターンを用いて導電膜をエッチングすることで、ゲート電極51が形成される。ゲート電極51の構成としては、モリブデン及びアルミニウムの積層、チタン及びアルミニウムの積層、窒化チタン及びアルミニウムの積層、窒化タンタル及びアルミニウムの積層、モリブデン及び銅の積層、窒化チタン及び銅の積層、窒化タンタル及び銅の積層等がある。
The
本形態では、基板50上に導電膜としてモリブデン膜をスパッタリング法により成膜し、第1のフォトマスクを用いて形成したマスクパターンを用いて基板50上に形成された導電膜をエッチングしてゲート電極を形成する。
In this embodiment mode, a molybdenum film is formed as a conductive film over the
ゲート電極51は厚さ50nm以上300nm以下で形成する。ゲート電極51の厚さを50nm以上100nm以下とすることで、後に形成される半導体膜や配線の段切れ防止が可能である。また、ゲート電極51の厚さを150nm以上300nm以下とすることで、ゲート電極51の抵抗を低減することが可能であり、大面積化が可能である。
The
次に、ゲート電極51上に、ゲート絶縁層52a、52b、微結晶半導体膜53aをプラズマCVD装置により形成する。
Next,
ゲート絶縁層52a、52bは、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜で形成することができる。本形態では、ゲート絶縁層52aとして窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜を形成し、ゲート絶縁層52bとして酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成して積層する。なお、ゲート絶縁層を2層とせず、ゲート絶縁層を、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜の単層で形成することができる。
The
なお、酸化窒化シリコン膜とは、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、例えば濃度範囲として酸素が55〜65原子%、窒素が1〜20原子%、Siが25〜35原子%、水素(及び/又はOH基)が0.1〜10原子%の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、例えば濃度範囲として酸素が15〜30原子%、窒素が20〜35原子%、Siが25〜35原子%、水素(及び/又はOH基)が15〜25原子%の範囲で含まれるものをいう。 Note that the silicon oxynitride film has a higher oxygen content than nitrogen. For example, the concentration range is oxygen of 55 to 65 atomic%, nitrogen of 1 to 20 atomic%, and Si of 25 to 35 atomic%. , Hydrogen (and / or OH group) is contained in the range of 0.1 to 10 atomic%. The silicon nitride oxide film has a nitrogen content higher than that of oxygen as a composition. For example, the concentration ranges from 15 to 30 atomic% for oxygen, 20 to 35 atomic% for nitrogen, and 25 to 25 for Si. 35 atom%, and hydrogen (and / or OH group) means what is contained in the range of 15 to 25 atom%.
また、図16に示すように、3層のゲート絶縁層52a〜52cで形成し、ゲート絶縁層52aとして窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜を形成し、ゲート絶縁層52bとして酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成し、ゲート絶縁層52cとして窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜を形成することができる。なお、ゲート絶縁層52cは、厚さ1nm〜5nm程度に薄く形成すればよい。ゲート絶縁層52bが、酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜の場合、ゲート絶縁層52bの表面に厚さ1nm以上5nm以下の窒化シリコン膜を形成することで、後に形成される微結晶半導体膜にレーザビームが照射されるときに、微結晶半導体膜及びゲート絶縁層52bの界面において、微結晶半導体膜の表面が酸化されるのを防止することができる。
Further, as shown in FIG. 16, the
また、窒化シリコン膜は、プラズマCVD装置、スパッタリング装置により形成可能である。または、ゲート絶縁層52bに対し、プラズマ処理により窒化してゲート絶縁層52bの表面に窒素シリコン層を形成することができる。プラズマ処理は、マイクロ波、例えば2.45GHzを使うことによって生成される。このような高密度プラズマを用い、窒素(もしくは窒素を含むガス)などをプラズマ励起によって活性化し、これらをゲート絶縁層52bと反応させる。低電子温度が特徴である高密度プラズマは、活性種の運動エネルギーが低いため、従来のプラズマ処理に比べプラズマダメージが少なく欠陥が少ない層を形成することができる。また、高密度プラズマを用いると、ゲート絶縁層52bの表面の粗さが小さくできるため、キャリア移動度を大きくすることができる。さらに、ゲート絶縁層52b上に形成される半導体層を構成する有機半導体材料の配向がそろいやすくなる。
The silicon nitride film can be formed by a plasma CVD apparatus or a sputtering apparatus. Alternatively, the
ゲート絶縁層52aを窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜を用いて形成することで、基板50とゲート絶縁層52aの密着力が高まり、基板50としてガラス基板を用いた場合、基板50からの不純物が微結晶半導体膜に拡散するのを防止することが可能であり、さらにゲート電極51の酸化防止が可能である。即ち、膜剥れを防止することができると共に、後に形成されるTFTの電気特性を向上させることができる。また、ゲート絶縁層52a、52bはそれぞれ厚さ50nm以上であると、ゲート電極51の凹凸による被覆率の低減を緩和することが可能であるため好ましい。
When the
微結晶半導体膜53aは、ギブスの自由エネルギーによれば、非晶質と単結晶の中間的な準安定状態にあるものとして説明される。すなわち、自由エネルギー的に安定な第3の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対して法線方向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマンスペクトルが単結晶シリコンを示す520cm−1よりも低周波数側に、シフトしている。即ち、単結晶シリコンを示す520cm−1とアモルファスシリコンを示す480cm−1の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手(ダングリングボンド)を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも1原子%またはそれ以上含ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる。
The
この微結晶半導体膜は、周波数が数十MHz〜数百MHzの高周波プラズマCVD法、または周波数が1GHz以上のマイクロ波プラズマCVD装置により形成することができる。代表的には、SiH4、Si2H6などの水素化シリコンを水素で希釈して形成することができる。また、水素化シリコン及び水素に加え、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化シリコンに対して水素の流量比を12倍以上1000倍以下、好ましくは50倍以上200倍以下、更に好ましくは100倍とする。なお、水素化シリコンの代わりに、SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等を用いることができる。 This microcrystalline semiconductor film can be formed by a high-frequency plasma CVD method with a frequency of several tens to several hundreds of MHz or a microwave plasma CVD apparatus with a frequency of 1 GHz or more. Typically, silicon hydride such as SiH 4 or Si 2 H 6 can be formed by diluting with hydrogen. In addition to silicon hydride and hydrogen, the microcrystalline semiconductor film can be formed by dilution with one or more kinds of rare gas elements selected from helium, argon, krypton, and neon. The flow rate ratio of hydrogen to silicon hydride at these times is 12 to 1000 times, preferably 50 to 200 times, and more preferably 100 times. Note that SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 , SiCl 4 , SiF 4, or the like can be used instead of silicon hydride.
また、微結晶半導体膜は、価電子制御を目的とした不純物元素を意図的に添加しないときに弱いn型の電気伝導性を示すので、TFTのチャネル形成領域として機能する微結晶半導体膜に対しては、p型を付与する不純物元素を、成膜と同時に、或いは成膜後に添加することで、しきい値制御をすることが可能となる。p型を付与する不純物元素としては、代表的には硼素であり、B2H6、BF3などの不純物気体を1ppm〜1000ppm、好ましくは1〜100ppmの割合で水素化シリコンに混入させると良い。そしてボロンの濃度を、例えば1×1014〜6×1016atoms/cm3とすると良い。 In addition, since the microcrystalline semiconductor film exhibits weak n-type conductivity when an impurity element for the purpose of valence electron control is not intentionally added, the microcrystalline semiconductor film functions as a TFT channel formation region. Thus, the threshold value can be controlled by adding an impurity element imparting p-type at the same time as film formation or after film formation. The impurity element imparting p-type is typically boron, and an impurity gas such as B 2 H 6 or BF 3 may be mixed into silicon hydride at a rate of 1 ppm to 1000 ppm, preferably 1 to 100 ppm. . The boron concentration is preferably 1 × 10 14 to 6 × 10 16 atoms / cm 3 , for example.
また、微結晶半導体膜の酸素濃度を、5×1019atoms/cm3以下、1×1019atoms/cm3以下、窒素及び炭素の濃度それぞれを3×1018atoms/cm3以下とすることが好ましい。酸素、窒素、及び炭素が微結晶半導体膜に混入する濃度を低減することで、微結晶半導体膜がn型化になることを防止することができる。 In addition, the oxygen concentration of the microcrystalline semiconductor film is 5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, 1 × 10 19 atoms / cm 3 or less, and the nitrogen and carbon concentrations are 3 × 10 18 atoms / cm 3 or less. Is preferred. By reducing the concentration of oxygen, nitrogen, and carbon in the microcrystalline semiconductor film, the microcrystalline semiconductor film can be prevented from becoming n-type.
微結晶半導体膜53aは、1nm以上厚く200nm以下、好ましくは1nm以上100nm以下、好ましくは1nm以上50nm以下、好ましくは1nm以上30nm以下、好ましくは1nm以上20nm以下、好ましくは1nm以上15nm未満で形成する。微結晶半導体膜53aは後に形成されるTFTのチャネル形成領域として機能する。微結晶半導体膜53aの厚さを1nm以上50nm以下とすることで、後に形成されるTFTは、完全空乏型となる。また、微結晶半導体膜53aは成膜速度が非晶質半導体膜の成膜速度の1/10〜1/100と遅いため、膜厚を薄くすることでスループットを向上させることができる。
The
次に、微結晶半導体膜53aに対しLP装置によりレーザビーム57を照射する。レーザビーム57のエネルギーは微結晶半導体膜が溶融しないエネルギーで照射する。すなわち、本形態によるレーザ処理(Laser Process、以下「LP」ともいう。)は、輻射加熱により微結晶半導体膜53aを溶融させないで行う固相結晶成長によるものである。すなわち、堆積された微結晶半導体膜53aが液相にならない臨界領域を利用するものであり、その意味において「臨界成長」ともいうことができる。
Next, the
レーザビーム57は微結晶半導体膜53aとゲート絶縁層52bの界面にまで作用させることができる。それにより、微結晶半導体膜53aの表面側における結晶を種として、該表面からゲート絶縁層の界面において固相結晶成長し、結晶性が改善された微結晶半導体膜を形成することができる(図12(B)参照)。本明細書では、成膜後の微結晶半導体膜53aにLP処理を行って得られる微結晶半導体膜をLPSAS(Laser Process Semi Amorphous Semiconductor)膜と呼ぶ。
The
LP処理による固相結晶成長は、結晶粒径を拡大させるものではなく、むしろ膜の厚さ方向における結晶性を改善するものである。即ち、LP処理により、ゲート絶縁層界面領域の結晶性が改善され、ボトムゲート構造を有するTFTの電気的特性を向上させる作用を奏する。このような臨界成長においては、従来の低温ポリシリコンで見られた表面の凹凸(リッジと呼ばれる凸状体)が形成されず、LPSAS膜53bの表面は平滑性が保たれていることも特徴である。本形態におけるように、成膜後の微結晶半導体膜53aに直接的にレーザビーム57を作用させて得られる結晶性の半導体膜は、従来における堆積されたままの微結晶半導体膜、伝導加熱により改質された微結晶半導体膜(非特許文献1におけるもの)とは、その成長メカニズム及び膜質が明らかに異なっている。
Solid phase crystal growth by LP treatment does not increase the crystal grain size, but rather improves the crystallinity in the thickness direction of the film. That is, the LP treatment improves the crystallinity of the interface region of the gate insulating layer and improves the electrical characteristics of the TFT having the bottom gate structure. In such critical growth, the surface irregularities (convex bodies called ridges) found in conventional low-temperature polysilicon are not formed, and the surface of the
また、LPSAS膜53bは微結晶で構成されているため、非晶質半導体膜と比較して抵抗が低い。このため、LPSAS膜53bを用いたTFTは、電流電圧特性を示す曲線の立ち上がり部分の傾きが急峻となり、スイッチング素子としての応答性が優れ、高速動作が可能となる。また、TFTのチャネル形成領域にLPSAS膜53bを用いることで、TFTの閾値の変動を抑制することが可能である。このため、電気特性のばらつきの少ない表示装置を作製することができる。
Further, since the
また、LPSAS膜53bは非晶質半導体膜と比較して移動度が高い。このため、表示素子のスイッチングとして、チャネル形成量領域がLPSAS膜53bで形成されるTFTを用いることで、チャネル形成領域の面積、即ちTFTの面積を縮小することが可能である。このため、一画素あたりに示すTFTの面積が小さくなり、画素の開口率を高めることが可能である。この結果、解像度の高い表示装置を作製することができる。
Further, the
レーザビーム57として、エキシマレーザを用いる場合はパルス発振周波数1Hz以上10MHz未満、好ましくは100Hz〜10kHzとし、レーザエネルギーを0.2〜0.35J/cm2(代表的には0.2〜0.3J/cm2)とする。また、YAGレーザを用いる場合にはその第3高調波を用いパルス発振周波数1Hz以上10MHz未満とし、レーザエネルギーを0.2〜0.35J/cm2(代表的には0.2〜0.3J/cm2)とすると良い。
When an excimer laser is used as the
レーザビーム57を発振するレーザ発振器としては、パルス発振または連続発振することが可能なレーザ発振器を用いることができる。また、レーザ波長は、半導体膜に効率よくレーザビームが吸収されるように可視〜紫外領域(800nm以下)、好ましくは紫外領域(400nm以下)とする。波長が300nm〜400nmの紫外領域のレーザビームを照射することで、微結晶半導体膜に効率良く吸収される。レーザ発振器としては、KrF、ArF、XeCl、XeF等のエキシマレーザ発振器、N2、He、He−Cd、Ar、He−Ne、HF、CO2等の気体レーザ発振器、YAG、GdVO4、YVO4、YLF、YAlO3、ScO3、Lu2O3、Y2O3などの結晶にCr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti、Yb、又はTmをドープした結晶を使った固体レーザ発振器、KGWレーザ、KYWレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ等固体レーザ、ヘリウムカドミウムレーザ等の金属蒸気レーザ発振器等を用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波の第2高調波〜第5高調波を適用するのが好ましい。
As a laser oscillator that oscillates the
代表的には、レーザビーム57として波長400nm以下、代表的には308nmのエキシマレーザビームや、YAGレーザの第3高調波(355nm)を用いる。
Typically, an excimer laser beam having a wavelength of 400 nm or less, typically 308 nm, or the third harmonic (355 nm) of a YAG laser is used as the
LP処理は矩形長尺状に集光し、線状レーザビームとすることで、例えば730mm×920mmのガラス基板上の微結晶半導体膜53aを1回のレーザビームスキャンで処理することができる。この場合、線状レーザビームを重ね合わせる割合(オーバーラップ率)を0〜95%(好ましくは0〜67%)として行う。これにより1枚当たりの基板処理時間が短縮され、生産性を向上させることができる。レーザビームの形状は線状に限定されるものでなく面状としても同様に処理することができる。また、本LP処理は前記ガラス基板のサイズに限定されず、さまざまなものに適用することができる。
The LP process is performed by condensing the rectangular shape into a linear laser beam, so that the
また、レーザビーム57として、連続発振のレーザビームを用いる場合、ポリゴンミラーやガルバノミラーを発振器及び基板の間に設け、レーザビームを高速で走査することで、LP処理のスループットを向上させることが可能であり、例えば730mm×920mmのガラス基板や更にそれより大きいガラス基板上に形成される微結晶半導体膜をLP処理することが可能である。
When a continuous wave laser beam is used as the
なお、アルゴン雰囲気、水素雰囲気、アルゴン及び水素雰囲気、窒素雰囲気等でレーザビーム57を微結晶半導体膜53aに照射してもよい。このように、不活性な雰囲気でレーザビームを微結晶半導体膜53aに照射することで、LPSAS膜53bの表面に酸化膜が形成されにくい。
Note that the
また、微結晶半導体膜53aにレーザビーム57を照射する前に、微結晶半導体膜53aの表面を洗浄することで、微結晶半導体膜53a表面に付着する不純物がレーザビーム57の照射により、微結晶半導体膜中に混入するのを防ぐことができる。
In addition, by cleaning the surface of the
また、微結晶半導体膜53aにレーザビーム57を照射すると共に、微結晶半導体膜53aを加熱してもよい。代表的には、基板50を300℃〜400℃で加熱しながら、レーザビーム57を照射することで、微結晶半導体膜53aの結晶性を高めることが可能である。または、微結晶半導体膜53aにレーザビームを照射すると共に、強光を照射して、瞬間的に微結晶半導体膜53aの温度を上昇させてもよい。強光の代表例としては、赤外光、特に1μm〜2μmにピークを有する赤外光(好ましくはハロゲン光(1.3μm))を用いることができる。
Alternatively, the
なお、LPSAS膜53bの表面に酸化膜が形成された場合、当該酸化膜を洗浄装置又はウエットエッチング装置によって除去することが好ましい。この結果、LPSAS膜53bとバッファ層54界面に形成される絶縁膜によるキャリアの移動の阻害を低減することが可能である。
Note that in the case where an oxide film is formed on the surface of the
次に、図12(C)に示すように、LPSAS膜53b上にバッファ層54及び一導電型を付与する不純物が添加された不純物半導体膜55を形成する。次に、不純物半導体膜55上にマスクパターン56を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 12C, a
バッファ層54は、SiH4、Si2H6などの水素化シリコンを用いて、プラズマCVD法により形成することができる。また、上記水素化シリコンに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈して非晶質半導体膜を形成することができる。水素化シリコンの流量の1倍以上10倍以下、更に好ましくは1倍以上5倍以下の流量の水素を用いて、水素を含む非晶質半導体膜を形成することができる。また、上記水素化シリコンと窒素またはアンモニアとを用いることで、窒素を含む非晶質半導体膜を形成することができる。
The
バッファ層54は、後のソース領域及びドレイン領域の形成プロセスにおいて、一部エッチングされる場合があるが、そのときに、バッファ層54の一部が残存する厚さで形成することが好ましい。代表的には、100nm以上500nm以下、好ましくは200nm以上300nm以下の厚さで形成することが好ましい。TFTの印加電圧の高い(例えば15V程度)表示装置、代表的には液晶表示装置において、バッファ層54の膜厚を上記範囲に示すように厚く形成すると、耐圧が高くなり、TFTに高い電圧が印加されても、TFTが劣化することを回避することができる。
The
なお、バッファ層54には、リンやボロン等の一導電型を付与する不純物が添加されていないことが好ましい。特に、閾値を制御するためにLPSAS膜53bに含まれるボロン、または一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜に含まれるリンがバッファ層54に混入されないことが好ましい。この結果、PN接合によるリーク電流の発生領域をなくすことで、リーク電流の低減を図ることができる。また、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜とLPSAS膜53bとの間に、リンやボロン等の一導電型を付与する不純物が添加されない非晶質半導体膜を形成することで、LPSAS膜53bとソース領域及びドレイン領域それぞれに含まれる不純物が拡散するのを妨げることが可能である。また、LPSAS膜53bを形成した後、プラズマCVD法によりバッファ層54を300℃〜400℃の温度にて成膜することが好ましい。この成膜処理により水素がLPSAS膜53bに供給され、LPSAS膜53bを水素化したのと同等の効果が得られる。すなわち、LPSAS膜53b上にバッファ層54を堆積することにより、LPSAS膜53bに水素を拡散させて、ダングリングボンドの終端をすることができる。
Note that the
LPSAS膜53bの表面に、バッファ層54を形成することで、LPSAS膜53bに含まれる結晶粒の表面の自然酸化を防止することが可能である。すなわち、この段階まで工程を進めた後、ストッカで基板を一時保管しておいても問題がない。複数のロットが流れる生産システムにおいては、各ロットの工程投入タイミングを調節する必要がある。この場合、LPSAS膜53bの表面にバッファ層54を形成しておくことで、複数のロット間のスケジュール調整をすることが容易となる。
By forming the
不純物半導体膜55は、nチャネル型のTFTを形成する場合には、代表的な不純物元素としてリンを添加すれば良く、水素化シリコンにPH3などの不純物気体を加えれば良い。また、pチャネル型のTFTを形成する場合には、代表的な不純物元素としてボロンを添加すれば良く、水素化シリコンにB2H6などの不純物気体を加えれば良い。バッファ層54側に一導電型を付与する不純物が添加された非晶質半導体膜を形成し、その上に一導電型を付与する不純物が添加された微結晶半導体膜を形成することで、抵抗が段階的になるため、キャリアが流れやすくなり、移動度を高めることができる。一導電型を付与する不純物が添加された不純物半導体膜55は2nm以上50nm以下の厚さで形成する。
In the case of forming an n-channel TFT, the
マスクパターン56は、レジスト塗布/現像装置及び露光装置を用いてマスクパターンを形成する。第2のフォトマスクを用いて、一導電型を付与する不純物が添加された不純物半導体膜55上に塗布されたレジストを露光現像して、マスクパターン56を形成する。
The
次に、マスクパターン56を用いて微結晶半導体膜53a、バッファ層54及び不純物半導体膜55をエッチングし分離して、図13(A)に示すように、LPSAS膜61、バッファ層62、及び導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63を形成する。この後、マスクパターン56を除去する。なお、図13(B)(マスクパターン56は除く。)は、図15(A)のA−Bの断面図に相当する。
Next, the
LPSAS膜61、バッファ層62の端部側面が傾斜していることにより、バッファ層62上に形成されるソース領域及びドレイン領域とLPSAS膜61との間にリーク電流が生じること防止することが可能である。また、配線層と、LPSAS膜61との間にリーク電流が生じるのを防止することが可能である。LPSAS膜61及びバッファ層62の端部側面の傾斜角度は、90°〜30°、好ましくは80°〜45°である。このような角度とすることで、段差形状による配線層の段切れを防ぐことができる。
Since the side surfaces of the end portions of the
次に、図13(B)に示すように、導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63及びゲート絶縁層52b上に導電膜65a〜65cを形成し、導電膜65a〜65c上にマスクパターン66を形成する。導電膜65a〜65cは、アルミニウム、若しくは銅、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性向上元素若しくはヒロック防止元素が添加されたアルミニウム合金の単層または積層で形成することが好ましい。また、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜と接する側の膜を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン、またはこれらの元素の窒化物で形成し、その上にアルミニウムまたはアルミニウム合金を形成した積層構造としても良い。更には、アルミニウムまたはアルミニウム合金の上面及び下面を、チタン、タンタル、モリブデン、タングステン、またはこれらの元素の窒化物で挟んだ積層構造としてもよい。ここでは、導電膜としては、導電膜65a〜65cの3層が積層した構造の導電膜を示し、導電膜65a、65cにモリブデン膜、導電膜65bにアルミニウム膜を用いた積層導電膜や、導電膜65a、65cにチタン膜、導電膜65bにアルミニウム膜を用いた積層導電膜を示す。導電膜65a〜65cは、スパッタリング装置で形成する。
Next, as illustrated in FIG. 13B,
マスクパターン66は、マスクパターン56と同様に形成する。そして、図13(C)に示すように、導電膜65a〜65cの一部をエッチングし、一対の配線層71a〜71cを形成する。ここでは、第3のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により形成したマスクパターン66を用いて、導電膜65a〜65cをウエットエッチングすると、導電膜65a〜65cの端部が選択的にエッチングされる。この結果、マスクパターン66より面積の小さい配線層71a〜71cを形成する。
The
次に、図14(A)に示すように、マスクパターン66を用いて一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63をエッチングし分離する。この結果、図14(A)に示すような、一対のソース領域及びドレイン領域72を形成することができる。なお、当該エッチング工程において、バッファ層62の一部もエッチングする。一部エッチングされた、溝が形成されたバッファ層をバッファ層73と示す。ソース領域及びドレイン領域の形成工程と、バッファ層の溝とを同一工程で形成することができる。バッファ層の溝の深さをバッファ層の一番膜厚の厚い領域の1/2〜1/3とすることで、ソース領域及びドレイン領域の距離を離すことが可能であるため、ソース領域及びドレイン領域の間でのリーク電流を低減することができる。この後、マスクパターン66を除去する。
Next, as shown in FIG. 14A, the
なお、図14(A)(マスクパターン66は除く。)は、図15(B)のA−Bの断面図に相当する。図15(B)に示すように、ソース領域及びドレイン領域72の端部は、配線層71cの端部の外側に位置することが分かる。また、バッファ層73の端部は配線層71c及びソース領域及びドレイン領域72の端部の外側に位置する。また、配線層の一方はソース領域及びドレイン領域の他方を囲む形状(具体的には、U字型、C字型)である。このため、キャリアが移動する領域の面積を増加させることが可能であるため、電流量を増やすことが可能であり、TFTの面積を縮小することができる。また、ゲート電極上において、微結晶半導体膜、配線層が重畳されているため、ゲート電極の凹凸の影響が少なく、被覆率の低減及びリーク電流の発生を抑制することができる。
Note that FIG. 14A (excluding the mask pattern 66) corresponds to a cross-sectional view taken along a line AB in FIG. As shown in FIG. 15B, it can be seen that the end portions of the source region and the
図14(B)に示すように、配線層71a〜71cの端部と、ソース領域及びドレイン領域72の端部は一致せずずれた形状となることで、配線層71a〜71cの端部の距離が離れるため、配線層間のリーク電流やショートを防止することができる。このため、信頼性の高いTFTを作製することができる。以上の工程により、チャネルエッチ型のTFT74を形成することができる。
As shown in FIG. 14B, the end portions of the wiring layers 71a to 71c and the end portions of the source region and the
本形態で示すTFTは、ゲート電極上にゲート絶縁層、LPSAS膜、バッファ層、ソース領域及びドレイン領域、配線層が積層され、チャネル形成領域として機能するLPSAS膜の表面をバッファ層が覆う。また、バッファ層の一部には溝が形成されており、当該溝部以外の領域がソース領域及びドレイン領域で覆われる。即ち、バッファ層に形成される溝部により、ソース領域及びドレイン領域の距離が離れているため、ソース領域及びドレイン領域の間でのリーク電流を低減することができる。また、バッファ層の一部をエッチングすることにより溝部を形成するため、ソース領域及びドレイン領域の形成工程において発生するエッチング残渣を除去することができるため、残渣を介してソース領域及びドレイン領域にリーク電流(寄生チャネル)が発生することを低減することができる。 In the TFT shown in this embodiment mode, a gate insulating layer, an LPSAS film, a buffer layer, a source region and a drain region, and a wiring layer are stacked over a gate electrode, and the buffer layer covers the surface of the LPSAS film functioning as a channel formation region. In addition, a groove is formed in a part of the buffer layer, and a region other than the groove is covered with the source region and the drain region. That is, since the distance between the source region and the drain region is separated by the groove formed in the buffer layer, the leakage current between the source region and the drain region can be reduced. In addition, since the groove is formed by etching a part of the buffer layer, etching residues generated in the formation process of the source region and the drain region can be removed, so that leakage occurs in the source region and the drain region through the residue. Generation of current (parasitic channel) can be reduced.
また、チャネル形成領域として機能するLPSAS膜とソース領域及びドレイン領域との間に、バッファ層が形成されている。また、LPSAS膜の表面がバッファ層で覆われている。高抵抗材料で形成されたバッファ層は、LPSAS膜と、ソース領域及びドレイン領域との間にまで延在しているため、TFTにリーク電流が発生することを低減することができると共に、高い電圧の印加による劣化を低減することができる。また、LPSAS膜の表面に水素で表面が終端された非晶質半導体膜がバッファ層として形成されているため、LPSAS膜の酸化を防止することが可能であると共に、ソース領域及びドレイン領域の形成工程に発生するエッチング残渣がLPSAS膜に混入することを防ぐことができる。このため、電気特性が優れ、且つ耐圧に優れたTFTを作製することができる。 In addition, a buffer layer is formed between the LPSAS film functioning as a channel formation region and the source and drain regions. The surface of the LPSAS film is covered with a buffer layer. Since the buffer layer formed of a high resistance material extends between the LPSAS film and the source region and the drain region, it is possible to reduce the occurrence of leakage current in the TFT and to increase the voltage. Degradation due to application of can be reduced. Further, since an amorphous semiconductor film whose surface is terminated with hydrogen is formed as a buffer layer on the surface of the LPSAS film, it is possible to prevent the LPSAS film from being oxidized and to form a source region and a drain region. Etching residues generated in the process can be prevented from entering the LPSAS film. Therefore, a TFT having excellent electrical characteristics and excellent withstand voltage can be manufactured.
また、配線層の端部と、ソース領域及びドレイン領域の端部は一致せずずれた形状となることで、配線層の端部の距離が離れるため、配線層間のリーク電流やショートを防止することができる。 In addition, the end of the wiring layer and the end of the source region and the drain region are not coincident and shifted so that the distance between the ends of the wiring layer is increased, thereby preventing leakage current and short circuit between the wiring layers. be able to.
次に、図13(C)に示すように、配線層71a〜71c、ソース領域及びドレイン領域72、バッファ層73、LPSAS膜61、及びゲート絶縁層52b上にパッシベーション膜76をプラズマCVD装置により形成する。パッシベーション膜76は、ゲート絶縁層52a、52bと同様に形成することができる。なお、パッシベーション膜76は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。また、パッシベーション膜76に窒化シリコン膜を用いることで、バッファ層87中の酸素濃度を5×1019atoms/cm3以下、好ましくは1×1019atoms/cm3以下とすることができる。
Next, as shown in FIG. 13C, a
次に、パッシベーション膜76に第4のフォトマスクを用いて形成したマスクパターンを用いてパッシベーション膜76の一部をエッチングしてコンタクトホールを形成し、当該コンタクトホールにおいて配線層75cに接する画素電極77を形成する。なお、図14(C)は、図15(C)のA−Bの断面図に相当する。
Next, a part of the
画素電極77は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、ITO、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。また、画素電極77として、導電性高分子(導電性ポリマーともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、シート抵抗が10000Ω/□以下、波長550nmにおける透光率が70%以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が0.1Ω・cm以下であることが好ましい。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはこれらの2種以上の共重合体などがあげられる。
The
本形態、画素電極77としては、スパッタリング法によりITOを成膜した後、ITO上にレジストを塗布する。次に、第5のフォトマスクを用いてレジストを露光及び現像し、マスクパターンを形成する。次に、マスクパターンを用いてITOをエッチングして画素電極77を形成する。
In this embodiment, as the
以上により表示装置に用いることが可能な素子基板を形成することができる。 Through the above steps, an element substrate that can be used for a display device can be formed.
次に、上記形態とは異なるTFTの作製方法について、図17乃至図21を参照して説明する。ここでは、上記形態よりフォトマスク数を削減することが可能なプロセスを用いてTFTを作製する工程について示す。 Next, a method for manufacturing a TFT which is different from that described above will be described with reference to FIGS. Here, a process for manufacturing a TFT using a process capable of reducing the number of photomasks from the above mode is described.
図12(A)及び図12(B)と同様に、基板50上に導電膜を形成し、導電膜上にレジストを塗布し、第1のフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程により形成したマスクパターンを用いて導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極51を形成する。次に、ゲート電極51上に、ゲート絶縁層52a、52b、微結晶半導体膜を順に形成する。次に、微結晶半導体膜53aにレーザビーム57を照射して、図17(A)に示すように、LPSAS膜53bを形成する。次に、LPSAS膜53b上に、バッファ層54、一導電型を付与する不純物が添加された不純物半導体膜55、及び導電膜65a〜65cを順に形成する。次に、導電膜65a上にレジスト80を塗布する。レジスト80は、ポジ型レジストまたはネガ型レジストを用いることができる。ここでは、ポジ型レジストを用いて示す。
As in FIGS. 12A and 12B, a mask pattern is formed by forming a conductive film over the
次に、第2のフォトマスクとして多階調マスク59を用いて、レジスト80に光を照射して、レジスト80を露光する。多階調マスクとしては、グレートーンマスク、ハーフトーンマスクなどを適用することができる。
Next, the resist 80 is exposed to light by irradiating the resist 80 with light using the
多階調マスクを用いて露光した後、現像することで、図17(B)に示すように、膜厚の異なる領域を有するマスクパターン81を形成することができる。
By developing after exposure using a multi-tone mask, a
次に、マスクパターン81により、LPSAS膜53b、バッファ層54、一導電型を付与する不純物が添加された不純物半導体膜55、及び導電膜65a〜65cをエッチングし分離する。この結果、図18(A)に示すような、LPSAS膜61、バッファ層62、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63、及び導電膜85a〜85cを形成することができる。なお、図18(A)(マスクパターン81を除く。)は図20(A)のA−Bにおける断面図に相当する。
Next, the
次に、マスクパターン81をアッシングする。この結果、レジストの面積が縮小し、厚さが薄くなる。このとき、膜厚の薄い領域のレジスト(ゲート電極51の一部と重畳する領域)は除去され、図18(A)に示すように、分離されたマスクパターン86を形成することができる。
Next, the
次に、マスクパターン86を用いて、導電膜85a〜85cをエッチングし分離する。この結果、図18(B)に示すような、一対の配線層92a〜92cを形成することができる。マスクパターン86を用いて導電膜89a〜89cをウエットエッチングすると、導電膜89a〜89cの端部が選択的にエッチングされる。この結果、マスクパターン86より面積の小さい配線層92a〜92cを形成することができる。
Next, using the
次に、マスクパターン86を用いて、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63をエッチングして、一対のソース領域及びドレイン領域88を形成する。なお、当該エッチング工程において、バッファ層62の一部もエッチングされる。一部エッチングされたバッファ層をバッファ層87と示す。なお、バッファ層87には凹部が形成される。ソース領域及びドレイン領域の形成工程と、バッファ層の溝とを同一工程で形成することができる。ここでは、バッファ層87の一部が、マスクパターン81と比較して面積が縮小したマスクパターン86で一部エッチングされたため、ソース領域及びドレイン領域88の外側にバッファ層87が突出した形状となる。この後、マスクパターン86を除去する。また、配線層92a〜92cの端部と、ソース領域及びドレイン領域88の端部は一致せずずれており、配線層92a〜92cの端部の外側に、ソース領域及びドレイン領域88の端部が形成される。
Next, using the
なお、図18(C)(マスクパターン86は除く。)は、図20(B)のA−Bの断面図に相当する。図20(B)に示すように、ソース領域及びドレイン領域88の端部は、配線層92cの端部の外側に位置することが分かる。また、バッファ層87の端部は配線層92c及びソース領域及びドレイン領域88の端部の外側に位置する。また、配線層の一方はソース領域及びドレイン領域の他方を囲む形状(具体的には、U字型、C字型)である。このため、キャリアが移動する領域の面積を増加させることが可能であるため、電流量を増やすことが可能であり、TFTの面積を縮小することができる。
Note that FIG. 18C (excluding the mask pattern 86) corresponds to a cross-sectional view taken along a line AB in FIG. As shown in FIG. 20B, it can be seen that the end portions of the source region and the
図18(C)に示すように、配線層92a〜92cの端部と、ソース領域及びドレイン領域88の端部は一致せずずれた形状となることで、配線層92a〜92cの端部の距離が離れるため、配線層間のリーク電流やショートを防止することができる。このため、信頼性の高いTFTを作製することができる。
As shown in FIG. 18C, the end portions of the wiring layers 92a to 92c and the end portions of the source region and the
以上の工程により、チャネルエッチ型のTFT83を形成することができる。また、2枚のフォトマスクを用いてTFTを形成することができる。
Through the above steps, a
次に、図19(A)に示すように、配線層92a〜92c、ソース領域及びドレイン領域88、バッファ層87、LPSAS膜90、及びゲート絶縁層52b上にパッシベーション膜76を形成する。パッシベーション膜76は、ゲート絶縁層52a、52bと同様に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 19A, a
次に、第3のフォトマスクを用いて形成したマスクパターンを用いてパッシベーション膜76の一部をエッチングしてコンタクトホールを形成する。次に、当該コンタクトホールにおいて配線層75cに接する画素電極77を形成する。ここでは、画素電極77としては、スパッタリング法によりITOを成膜した後、ITO上にレジストを塗布する。次に、第4のフォトマスクを用いてレジストを露光及び現像し、マスクパターンを形成する。次に、マスクパターンを用いてITOをエッチングして画素電極77を形成する。なお、図19(B)は、図20(C)のA−Bの断面図に相当する。以上により表示装置に用いることが可能な素子基板を形成することができる。
Next, a part of the
また、図13(B)または図18(B)において、配線層92a〜92cを形成した後、マスクパターン86を除去し、配線層92a〜92cをマスクとして一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63をエッチングしてもよい。この結果、配線層71a〜71cと、ソース領域及びドレイン領域88の端部が一致したTFTを形成することができる。ここでは、図13(B)のマスクパターン86を除去した後、配線層92a〜92cをマスクとして、一導電型を付与する不純物が添加された半導体膜63をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域89の端部と配線層92a〜92cの端部が揃っているTFTを図21に示す。
13B or 18B, after forming the wiring layers 92a to 92c, the
以上の工程により、チャネルエッチ型のTFTを形成することができる。チャネルエッチ型のTFTは、作製工程数が少なく、コスト削減が可能である。また、微結晶半導体膜でチャネル形成領域を構成することにより1〜20cm2/V・secの電界効果移動度を得ることができる。従って、このTFTを画素部の画素のスイッチング用素子として、さらに走査線(ゲート線)側の駆動回路を形成する素子として利用することができる。 Through the above steps, a channel etch TFT can be formed. A channel-etch TFT has a small number of manufacturing steps and can reduce costs. Further, field effect mobility of 1 to 20 cm 2 / V · sec can be obtained by forming a channel formation region using a microcrystalline semiconductor film. Therefore, this TFT can be used as an element for switching a pixel in the pixel portion and an element for forming a driving circuit on the scanning line (gate line) side.
本形態により、電気特性の信頼性の高いTFTを作製することができる。また、電気特性が優れ、信頼性の高いTFTを有する表示基板を作製することができる。本形態によれば、大幅な改造が必要でなく、最小限の生産設備を追加することで従来の非晶質シリコンTFTの性能を超える信頼性の高いTFTが搭載された表示装置を生産することができる。チャネル形成領域を微結晶半導体で構成することにより、しきい値電圧の変動が抑制され、電界効果移動度が向上し、S値も小さくなるので、TFTの高性能化を図ることができる。それにより、表示装置の駆動周波数を高くすることが可能であり、パネルサイズの大面積化や画素の高密度化にも十分対応することができる。さらに、大幅な生産ラインの変更が不要であることから、TFTの高性能化を図りつつ設備投資及び生産コストの増加を抑えることができる。 With this embodiment mode, a TFT with high electrical characteristics can be manufactured. In addition, a display substrate having a TFT with excellent electrical characteristics and high reliability can be manufactured. According to this embodiment, a display device equipped with a highly reliable TFT that exceeds the performance of the conventional amorphous silicon TFT can be produced by adding a minimum production facility without requiring a large modification. Can do. When the channel formation region is formed using a microcrystalline semiconductor, variation in threshold voltage is suppressed, field-effect mobility is improved, and an S value is reduced, so that high performance of the TFT can be achieved. As a result, the drive frequency of the display device can be increased, and it is possible to sufficiently cope with an increase in panel size and an increase in pixel density. Furthermore, since no significant production line change is required, it is possible to suppress the increase in capital investment and production cost while improving the performance of the TFT.
(実施の形態8)
本実施の形態では、表示装置の一形態として、実施の形態7で示すTFTを有する液晶表示装置について、以下に示す。
(Embodiment 8)
In this embodiment, a liquid crystal display device including the TFT described in Embodiment 7 is described below as one embodiment of the display device.
はじめにVA(Vertical Alignment)型の液晶表示装置について示す。VA型の液晶表示装置とは、液晶パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種である。VA型の液晶表示装置は、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。本実施の形態では、特に画素(ピクセル)をいくつかの領域(サブピクセル)に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されている。これをマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計という。以下の説明では、マルチドメイン設計が考慮された液晶表示装置について説明する。 First, a VA (vertical alignment) liquid crystal display device is described. The VA liquid crystal display device is a type of a method for controlling the alignment of liquid crystal molecules in a liquid crystal panel. The VA liquid crystal display device is a method in which liquid crystal molecules face a vertical direction with respect to a panel surface when no voltage is applied. In the present embodiment, the pixel (pixel) is divided into several regions (sub-pixels), and each molecule is devised to tilt the molecules in different directions. This is called multi-domain or multi-domain design. In the following description, a liquid crystal display device considering multi-domain design will be described.
図23及び図24は、それぞれ画素電極及び対向電極を示している。なお、図23は画素電極が形成される基板側の平面図であり、図中に示す切断線A−Bに対応する断面構造を図22に表している。また、図24は対向電極が形成される基板側の平面図である。以下の説明ではこれらの図を参照して説明する。 23 and 24 show a pixel electrode and a counter electrode, respectively. FIG. 23 is a plan view of the substrate side on which the pixel electrode is formed, and FIG. 22 shows a cross-sectional structure corresponding to the cutting line AB in the drawing. FIG. 24 is a plan view of the substrate side on which the counter electrode is formed. The following description will be given with reference to these drawings.
図22は、TFT628とそれに接続する画素電極624、及び保持容量部630が形成された基板600と、対向電極640等が形成される対向基板601とが重ね合わせられ、液晶が注入された状態を示している。
FIG. 22 illustrates a state in which a liquid crystal is injected by superimposing a
対向基板601においてスペーサ642が形成される位置には、遮光膜632、第1の着色膜634、第2の着色膜636、第3着色膜638、対向電極640が形成されている。この構造により、液晶の配向を制御するための突起644とスペーサ642の高さを異ならせている。画素電極624上には配向膜648が形成され、同様に対向電極640上にも配向膜646が形成されている。この間に液晶層650が形成されている。
A
スペーサ642はここでは柱状スペーサを用いて示したがビーズスペーサを散布してもよい。さらには、スペーサ642を基板600上に形成される画素電極624上に形成してもよい。
The
基板600上には、TFT628とそれに接続する画素電極624、及び保持容量部630が形成される。画素電極624は、TFT628、配線、及び保持容量部630を覆う絶縁膜620、絶縁膜を覆う第3絶縁膜622をそれぞれ貫通するコンタクトホール623で、配線618と接続する。TFT628は実施の形態7で示すTFTを適宜用いることができる。また、保持容量部630は、TFT628のゲート配線602と同様に形成した第1の容量配線604と、ゲート絶縁層606と、配線616、618と同様に形成した第2の容量配線617で構成される。
A
画素電極624と液晶層650と対向電極640が重なり合うことで、液晶素子が形成されている。
The
図23に基板600上の構造を示す。画素電極624は実施の形態7で示した材料を用いて形成する。画素電極624にはスリット625を設ける。スリット625は液晶の配向を制御するためのものである。
FIG. 23 shows a structure on the
図23に示すTFT629とそれに接続する画素電極626及び保持容量部631は、それぞれ画素電極624及び保持容量部630と同様に形成することができる。TFT628とTFT629は共に配線616と接続している。この液晶パネルの画素(ピクセル)は、画素電極624と画素電極626により構成されている。画素電極624と画素電極626はサブピクセルである。
The
図24に対向基板側の構造を示す。遮光膜632上に対向電極640が形成されている。対向電極640は、画素電極624と同様の材料を用いて形成することが好ましい。対向電極640上には液晶の配向を制御する突起644が形成されている。また、遮光膜632の位置に合わせてスペーサ642が形成されている。
FIG. 24 shows a structure on the counter substrate side. A
スリット625を設けた画素電極624に電圧を印加すると、スリット625の近傍には電界の歪み(斜め電界)が発生する。このスリット625と、対向基板601側の突起644とを交互に咬み合うように配置することで、斜め電界が効果的に発生させて液晶の配向を制御することで、液晶が配向する方向を場所によって異ならせている。すなわち、マルチドメイン化して液晶パネルの視野角を広げている。
When a voltage is applied to the
次に、上記とは異なるVA型の液晶表示装置について、図25乃至図27を用いて説明する。 Next, a VA liquid crystal display device different from the above is described with reference to FIGS.
図25と図26は、VA型液晶パネルの画素構造を示している。図26は基板600の平面図であり、図中に示す切断線A−Bに対応する断面構造を図25に表している。以下の説明ではこの両図を参照して説明する。
25 and 26 show a pixel structure of a VA liquid crystal panel. FIG. 26 is a plan view of the
この画素構造は、一つの画素に複数の画素電極が有り、それぞれの画素電極にTFTが接続されている。各TFTは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。すなわち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極に印加する信号を、独立して制御する構成を有している。 In this pixel structure, a single pixel has a plurality of pixel electrodes, and a TFT is connected to each pixel electrode. Each TFT is configured to be driven by a different gate signal. In other words, a multi-domain designed pixel has a configuration in which signals applied to individual pixel electrodes are controlled independently.
画素電極624はコンタクトホール623において、配線618でTFT628と接続している。また、画素電極626はコンタクトホール627において、配線619でTFT629と接続している。TFT628のゲート配線602と、TFT629のゲート配線603には、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ線として機能する配線616は、TFT628とTFT629で共通に用いられている。TFT628とTFT629は実施の形態7で示すTFTを適宜用いることができる。
The
画素電極624と画素電極626の形状は異なっており、スリット625によって分離されている。V字型に広がる画素電極624の外側を囲むように画素電極626が形成されている。画素電極624と画素電極626に印加する電圧のタイミングを、TFT628及びTFT629により異ならせることで、液晶の配向を制御している。
The
対向基板601には、遮光膜632、第2の着色膜636、対向電極640が形成されている。また、第2の着色膜636と対向電極640の間には平坦化膜637が形成され、液晶の配向乱れを防いでいる。図27に対向基板側の構造を示す。対向電極640は異なる画素間で共通化されている電極であるが、スリット641が形成されている。このスリット641と、画素電極624及び画素電極626側のスリット625とを交互に咬み合うように配置することで、斜め電界が効果的に発生させて液晶の配向を制御することができる。これにより、液晶が配向する方向を場所によって異ならせることができ、視野角を広げている。
A
画素電極624と液晶層650と対向電極640が重なり合うことで、第1の液晶素子が形成されている。また、画素電極626と液晶層650と対向電極640が重なり合うことで、第2の液晶素子が形成されている。また、一画素に第1の液晶素子と第2の液晶素子が設けられたマルチドメイン構造である。
The
次に、横電界方式の液晶表示装置について示す。横電界方式は、セル内の液晶分子に対して水平方向に電界を加えることで液晶を駆動して階調表現する方式である。この方式によれば、視野角を約180度にまで広げることができる。以下の説明では、横電界方式を採用する液晶表示装置について説明する。 Next, a horizontal electric field liquid crystal display device is described. The horizontal electric field method is a method of expressing gradation by driving a liquid crystal by applying an electric field in a horizontal direction to liquid crystal molecules in a cell. According to this method, the viewing angle can be expanded to about 180 degrees. In the following description, a liquid crystal display device adopting a horizontal electric field method will be described.
図28と図29は、FFS型の液晶表示装置の画素構造を示している。図28は、TFT628とそれに接続する画素電極624が形成された基板600と、対向基板601を重ね合わせ、液晶を注入した状態を示している。対向基板601には遮光膜632、第2の着色膜636、平坦化膜637などが形成されている。画素電極は基板600側に有るので、対向基板601側には設けられていない。基板600と対向基板601の間に液晶層650が形成されている。
28 and 29 show a pixel structure of an FFS type liquid crystal display device. FIG. 28 shows a state in which the
基板600上には、第1の画素電極607及び第1の画素電極607に接続する容量配線604、並びに実施の形態7で示すTFT628が形成される。第1の画素電極607は、実施の形態7で示す画素電極77と同様の材料を用いることができる。また、第1の画素電極607は略画素の形状に区画化した形状で形成する。なお、第1の画素電極607及び容量配線604上にはゲート絶縁層606が形成される。
Over the
TFT628の配線616、配線618がゲート絶縁層606上に形成される。配線616は液晶パネルにおいてビデオ信号をのせるデータ線であり一方向に伸びる配線であると同時に、ソース領域610と接続し、ソース及びドレインの一方の電極となる。配線618はソース及びドレインの他方の電極となり、第2の画素電極624と接続する配線である。
A
配線616、配線618上に第2の絶縁膜620が形成される。また、絶縁膜620上には、絶縁膜620に形成されるコンタクトホールにおいて、配線618に接続する第2の画素電極624が形成される。画素電極624は実施の形態7で示した画素電極77と同様の材料を用いて形成する。
A second
このようにして、基板600上にTFT628とそれに接続する第1の画素電極624が形成される。なお、保持容量は第1の画素電極607と第2の画素電極624の間で形成している。
In this manner, the
図29は、画素電極の構成を示す平面図である。画素電極624にはスリット625が設けられる。スリット625は液晶の配向を制御するためのものである。この場合、電界は第1の画素電極607と第2の画素電極624の間で発生する。第1の画素電極607と第2の画素電極624の間にはゲート絶縁層606が形成されているが、ゲート絶縁層606の厚さは50〜200nmであり、2〜10μmである液晶層の厚さと比較して十分薄いので、実質的に基板600と平行な方向(水平方向)に電界が発生する。この電界により液晶の配向が制御される。この基板と略平行な方向の電界を利用して液晶分子を水平に回転させる。この場合、液晶分子はどの状態でも水平であるため、見る角度によるコントラストなどの影響は少なく、視野角が広がることとなる。また、第1の画素電極607と第2の画素電極624は共に透光性の電極であるので、開口率を向上させることができる。
FIG. 29 is a plan view showing the configuration of the pixel electrode. The
次に、横電界方式の液晶表示装置の他の一例について示す。図30と図31は、IPS型の液晶表示装置の画素構造を示している。図31は平面図であり、図中に示す切断線A−Bに対応する断面構造を図30に表している。以下の説明ではこの両図を参照して説明する。 Next, another example of a horizontal electric field liquid crystal display device is described. 30 and 31 illustrate a pixel structure of an IPS liquid crystal display device. FIG. 31 is a plan view, and FIG. 30 shows a cross-sectional structure corresponding to the cutting line AB shown in the figure. The following description will be given with reference to both the drawings.
図30は、TFT628とそれに接続する画素電極624が形成された基板600と、対向基板601を重ね合わせ、液晶を注入した状態を示している。対向基板601には遮光膜632、第2の着色膜636、平坦化膜637などが形成されている。画素電極は基板600側にあるので、対向基板601側には設けられていない。基板600と対向基板601の間に液晶層650が形成されている。
FIG. 30 shows a state in which the
基板600上には、共通電位線609、及び実施の形態7で示すTFT628が形成される。共通電位線609はTFT628のゲート配線602と同時に形成することができる。また、第1の画素電極607は略画素の形状に区画化した形状で形成する。
Over the
TFT628の配線616、配線618がゲート絶縁層606上に形成される。配線616は液晶パネルにおいてビデオ信号をのせるデータ線であり一方向に伸びる配線であると同時に、ソース領域610と接続し、ソース及びドレインの一方の電極となる。配線618はソース及びドレインの他方の電極となり、第2の画素電極624と接続する配線である。
A
配線616、配線618上に第2の絶縁膜620が形成される。また、絶縁膜620上には、絶縁膜620に形成されるコンタクトホール623において配線618に接続する第2の画素電極624が形成される。画素電極624は実施の形態7で示した画素電極77と同様の材料を用いて形成する。なお、図31に示すように、画素電極624は、共通電位線609と同時に形成した櫛形の電極と横電界が発生するように形成される。また、画素電極624の櫛歯の部分が共通電位線609と同時に形成した櫛形の電極と交互に咬み合うように形成される。
A second
画素電極624に印加される電位と共通電位線609の電位との間に電界が生じると、この電界により液晶の配向が制御される。この基板と略平行な方向の電界を利用して液晶分子を水平に回転させる。この場合、液晶分子はどの状態でも水平であるため、見る角度によるコントラストなどの影響は少なく、視野角が広がることとなる。
When an electric field is generated between the potential applied to the
このようにして、基板600上にTFT628とそれに接続する画素電極624が形成される。保持容量は共通電位線609と容量電極615の間にゲート絶縁層606を設け、それにより形成している。容量電極615と画素電極624はコンタクトホール633を介して接続されている。
In this manner, the
次に、TN型の液晶表示装置の形態について示す。図32と図33は、TN型の液晶表示装置の画素構造を示している。図33は平面図であり、図中に示す切断線A−Bに対応する断面構造を図32に表している。以下の説明ではこの両図を参照して説明する。 Next, a form of a TN liquid crystal display device is described. 32 and 33 show a pixel structure of a TN liquid crystal display device. FIG. 33 is a plan view, and FIG. 32 shows a cross-sectional structure corresponding to the cutting line AB shown in the figure. The following description will be given with reference to both the drawings.
画素電極624はコンタクトホール623により、配線618でTFT628と接続している。データ線として機能する配線616は、TFT628と接続している。TFT628は実施の形態7に示すTFTのいずれかを適用することができる。
The
画素電極624は、実施の形態7で示す画素電極77を用いて形成されている。
The
対向基板601には、遮光膜632、第2の着色膜636、対向電極640が形成されている。また、第2の着色膜636と対向電極640の間には平坦化膜637が形成され、液晶の配向乱れを防いでいる。液晶層650は画素電極624と対向電極640の間に形成されている。画素電極624と液晶161と対向電極640が重なり合うことで、液晶素子が形成されている。
A
また、基板600または対向基板601にカラーフィルタや、ディスクリネーションを防ぐための遮蔽膜(ブラックマトリクス)などが形成されていても良い。また、基板600のTFTが形成されている面とは逆の面に偏光板を貼り合わせ、また対向基板601の対向電極640が形成されている面とは逆の面に、偏光板を貼り合わせておく。
Further, a color filter, a shielding film (black matrix) for preventing disclination, or the like may be formed on the
対向電極141は、画素電極77と同様の材料を適宜用いることができる。画素電極77と液晶161と対向電極141が重なり合うことで、液晶素子132が形成されている。
The counter electrode 141 can be formed using a material similar to that of the
本実施の形態の液晶表示装置は、オフ電流が少なく、電気特性が優れ、信頼性の高いTFTを用いているため、コントラストが高く、視認性の高い液晶表示装置である。実施の形態1乃至6で説明された生産システムは、このような様々な形態の液晶表示装置に生産に適用することができる。
The liquid crystal display device of this embodiment is a liquid crystal display device with high contrast and high visibility because it uses a TFT with low off-state current, excellent electrical characteristics, and high reliability. The production system described in
(実施の形態9)
次に、表示装置の一形態である発光装置について、図17乃至図19、及び図34を用いて説明する。図34に、駆動回路121に用いられるTFT93の断面図と、画素部122に用いられるTFT83の断面図を示す。発光装置としては、ここではエレクトロルミネッセンスを利用する発光素子を用いて示す。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。また、ここでは、TFTの作製工程として図17乃至図19を用いるが、適宜図12乃至図14を用いることができる。
(Embodiment 9)
Next, a light-emitting device that is one embodiment of the display device will be described with reference to FIGS. FIG. 34 shows a cross-sectional view of the
有機EL素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子及び正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア(電子及び正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。 In the organic EL element, by applying a voltage to the light emitting element, electrons and holes are respectively injected from the pair of electrodes into the layer containing a light emitting organic compound, and a current flows. Then, these carriers (electrons and holes) recombine, whereby the light-emitting organic compound forms an excited state, and emits light when the excited state returns to the ground state. Due to such a mechanism, such a light-emitting element is referred to as a current-excitation light-emitting element.
無機EL素子は、その素子構成により、分散型無機EL素子と薄膜型無機EL素子とに分類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明する。また、発光素子の駆動を制御するTFT83として、図18(C)に示すチャネルエッチ型のTFTを用いて示すが、チャネル保護型のTFTを適宜用いることができる。
Inorganic EL elements are classified into a dispersion-type inorganic EL element and a thin-film inorganic EL element depending on the element structure. The dispersion-type inorganic EL element has a light-emitting layer in which particles of a light-emitting material are dispersed in a binder, and the light emission mechanism is donor-acceptor recombination light emission using a donor level and an acceptor level. The thin-film inorganic EL element has a structure in which a light emitting layer is sandwiched between dielectric layers and further sandwiched between electrodes, and the light emission mechanism is localized light emission utilizing inner-shell electron transition of metal ions. Note that description is made here using an organic EL element as a light-emitting element. In addition, a channel etch TFT shown in FIG. 18C is used as the
図17乃至図19の工程を経て、図34に示すように基板50上にTFT83、93を形成し、TFT83、93上に保護膜として機能するパッシベーション膜76を形成する。次に、パッシベーション膜76上に平坦化膜111を形成し、平坦化膜111上にTFT96の配線層に接続する画素電極112を形成する。平坦化膜91は、アクリル、ポリイミド、ポリアミドなどの有機樹脂、またはシロキサンを用いて形成することが好ましい。
Through the steps of FIGS. 17 to 19,
図34(A)では画素のTFT83がn型であるので、画素電極112として、陰極を用いるのが望ましいが、逆にp型の場合は陽極を用いるのが望ましい。具体的には、陰極としては、仕事関数が小さい公知の材料、例えば、Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等を用いることができる。
In FIG. 34A, since the
次に図34(B)に示すように、平坦化膜91及び画素電極112の端部上に、隔壁113を形成する。隔壁113は開口部を有しており、該開口部において画素電極112が露出している。隔壁113は、有機樹脂膜、無機絶縁膜またはシロキサンポリマーを用いて形成する。特に感光性の材料を用い、画素電極上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 34B, a
次に、隔壁113の開口部において画素電極112と接するように、発光層114を形成する。発光層114は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
Next, the
そして発光層114を覆うように、陽極を用いた共通電極115を形成する。共通電極115は、実施の形態7に画素電極77として列挙した透光性を有する導電性材料を用いた透光性導電膜で形成することができる。共通電極115として上記透光性導電膜の他に、窒化チタン膜またはチタン膜を用いても良い。図34(B)では、共通電極115としITOを用いている。隔壁113の開口部において、画素電極112と発光層114と共通電極115が重なり合うことで、発光素子117が形成されている。この後、発光素子117に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、共通電極115及び隔壁113上に保護膜116を形成することが好ましい。保護膜116としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、DLC膜等を形成することができる。
Then, a
さらに、実際には、図34(B)まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材でパッケージング(封入)することが好ましい。 Furthermore, in practice, when completed up to FIG. 34 (B), packaging with a protective film (laminate film, UV curable resin film, etc.) or cover material that is highly airtight and less degassed so as not to be exposed to the outside air ( (Encapsulation) is preferable.
次に、発光素子の構成について、図35を用いて説明する。ここでは、駆動用TFTがn型の場合を例に挙げて、画素の断面構造について説明する。 Next, the structure of the light-emitting element is described with reference to FIG. Here, the cross-sectional structure of the pixel will be described with an example in which the driving TFT is an n-type.
発光素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であればよい。そして、基板上にTFT及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、本実施の形態の画素構成はどの射出構造の発光素子にも適用することができる。 In order to extract light emitted from the light-emitting element, at least one of the anode and the cathode may be transparent. Then, a TFT and a light emitting element are formed on the substrate, and a top emission that extracts light emission from a surface opposite to the substrate, a bottom emission that extracts light emission from the surface on the substrate side, and a surface opposite to the substrate side and the substrate. The pixel structure of this embodiment mode can be applied to a light-emitting element having any emission structure.
上面射出構造の発光素子について図35(A)を用いて説明する。図35(A)に、駆動用TFT701がn型で、発光素子702から発せられる光が陽極705側に抜ける場合の、画素の断面図を示す。図35(A)では、発光素子702の陰極703と駆動用TFT701が電気的に接続されており、陰極703上に発光層704、陽極705が順に積層されている。陰極703は仕事関数が小さく、なおかつ光を反射する導電膜であれば公知の材料を用いることができる。例えば、Ca、Al、CaF、MgAg、AlLi等が望ましい。そして発光層704は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。複数の層で構成されている場合、陰極703上に電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層の順に積層する。なおこれらの層を全て設ける必要はない。陽極705は光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成し、例えば酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、ITO、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性導電膜を用いても良い。
A light-emitting element having a top emission structure will be described with reference to FIG. FIG. 35A is a cross-sectional view of a pixel in the case where the driving
陰極703及び陽極705で発光層704を挟んでいる領域が発光素子702に相当する。図35(A)に示した画素の場合、発光素子702から発せられる光は、白抜きの矢印で示すように陽極705側に射出する。
A region where the
次に、下面射出構造の発光素子について図35(B)を用いて説明する。駆動用TFT711がn型で、発光素子712から発せられる光が陰極713側に射出する場合の、画素の断面図を示す。図35(B)では、駆動用TFT711と電気的に接続された透光性を有する導電性材料717上に、発光素子712の陰極713が成膜されており、陰極713上に発光層714、陽極715が順に積層されている。なお、陽極715が透光性を有する場合、陽極上を覆うように、光を反射または遮蔽するための遮蔽膜716が成膜されていてもよい。陰極713は、図35(A)の場合と同様に、仕事関数が小さい導電膜であれば公知の材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度(好ましくは、5nm〜30nm程度)とする。例えば20nmの膜厚を有するAlを、陰極713として用いることができる。そして発光層714は、図35(A)と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極715は光を透過する必要はないが、図35(A)と同様に、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。そして遮蔽膜716は、例えば光を反射する金属等を用いることができるが、金属膜に限定されない。例えば黒の顔料添加した樹脂等を用いることもできる。
Next, a light-emitting element having a bottom emission structure will be described with reference to FIG. A cross-sectional view of a pixel in the case where the driving
陰極713及び陽極715で、発光層714を挟んでいる領域が発光素子712に相当する。図35(B)に示した画素の場合、発光素子712から発せられる光は、白抜きの矢印で示すように陰極713側に射出する。
A region where the
次に、両面射出構造の発光素子について、図35(C)を用いて説明する。図35(C)では、駆動用TFT721と電気的に接続された透光性を有する導電性材料727上に、発光素子722の陰極723が成膜されており、陰極723上に発光層724、陽極725が順に積層されている。陰極723は、図35(A)の場合と同様に、仕事関数が小さい導電膜であれば公知の材料を用いることができる。ただしその膜厚は、光を透過する程度とする。例えば20nmの膜厚を有するAlを、陰極723として用いることができる。そして発光層724は、図35(A)と同様に、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。陽極725は、図35(A)と同様に、光を透過する透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。
Next, a light-emitting element having a dual emission structure will be described with reference to FIG. In FIG. 35C, the
陰極723と、発光層724と、陽極725とが重なっている部分が発光素子722に相当する。図35(C)に示した画素の場合、発光素子722から発せられる光は、白抜きの矢印で示すように陽極725側と陰極723側の両方に射出する。
A portion where the
なお、ここでは、発光素子として有機EL素子について述べたが、発光素子として無機EL素子を設けることも可能である。 Note that although an organic EL element is described here as a light-emitting element, an inorganic EL element can also be provided as a light-emitting element.
なお本実施の形態では、発光素子の駆動を制御するTFT(駆動用TFT)と発光素子が電気的に接続されている例を示したが、駆動用TFTと発光素子との間に電流制御用TFTが接続されている構成であってもよい。 Note that in this embodiment mode, an example in which a light emitting element (TFT for controlling driving of a light emitting element) and the light emitting element are electrically connected is shown. However, a current controlling TFT is provided between the driving TFT and the light emitting element. A configuration in which TFTs are connected may be used.
なお本実施の形態で示す発光装置は、図35に示した構成に限定されるものではなく、本実施の形態の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 Note that the light-emitting device shown in this embodiment mode is not limited to the structure shown in FIG. 35, and various modifications based on the technical idea of this embodiment mode are possible.
以上の工程により、発光装置を作製することができる。本実施の形態の発光装置は、オフ電流が少なく、電気特性が優れ、信頼性の高いTFTを用いているため、コントラストが高く視認性の高い発光装置である。実施の形態1乃至6で説明された生産システムは、このような様々な形態の液晶表示装置に生産に適用することができる。
Through the above steps, a light-emitting device can be manufactured. The light-emitting device of this embodiment is a light-emitting device with high contrast and high visibility because it uses a TFT with low off-state current, excellent electrical characteristics, and high reliability. The production system described in
10 工程間搬送機構
11 工程内搬送機構
12 ストッカ
13 プラズマCVD装置
14 スパッタリング装置
15 ドライエッチング装置
16 ウエットエッチング装置
17 レジスト塗布/現像装置
18 露光装置
19 剥離装置
20 洗浄装置
21 検査装置
22 カセット
23 レーザ処理装置
24 搬送台車
25 基板搬送ロボット
26 基板搬出入室
27 第1処理室
28 第2処理室
29 第3処理室
30 第4処理室
31 第5処理室
32 搬送室
33 レーザ処理室
34 レーザ光源
35 光導入窓
36 排気手段
37 ガス供給部
38 高周波電源
50 基板
51 ゲート電極
52a ゲート絶縁層
52b ゲート絶縁層
52c ゲート絶縁層
53a 微結晶半導体膜
53b LPSAS膜
54 バッファ層
55 不純物半導体膜
56 マスクパターン
57 レーザビーム
59 多階調マスク
59a グレートーンマスク
59b ハーフトーンマスク
61 LPSAS膜
62 バッファ層
63 半導体膜
65a 導電膜
65b 導電膜
66 マスクパターン
71a 配線層
71c 配線層
72 ドレイン領域
73 バッファ層
74 TFT
75c 配線層
76 パッシベーション膜
77 画素電極
80 レジスト
81 マスクパターン
83 TFT
85a 導電膜
86 マスクパターン
87 バッファ層
88 ドレイン領域
89 ドレイン領域
89a 導電膜
90 LPSAS膜
91 平坦化膜
92a 配線層
92b 配線層
92c 配線層
93 TFT
96 TFT
111 平坦化膜
112 画素電極
113 隔壁
114 発光層
115 共通電極
116 保護膜
117 発光素子
132 液晶素子
141 対向電極
161 液晶
163 基板
164 遮光部
165 回折格子
166 光透過量
167 半透過部
168 遮光部
169 光透過量
600 基板
601 対向基板
602 ゲート配線
603 ゲート配線
604 容量配線
605 容量配線
606 ゲート絶縁層
607 画素電極
609 共通電位線
610 ソース領域
615 容量電極
616 配線
617 容量配線
618 配線
619 配線
620 絶縁膜
622 絶縁膜
623 コンタクトホール
624 画素電極
624 画素電極
625 スリット
626 画素電極
627 コンタクトホール
628 TFT
629 TFT
630 保持容量部
631 保持容量部
632 遮光膜
633 コンタクトホール
634 着色膜
636 着色膜
637 平坦化膜
638 着色膜
640 対向電極
641 スリット
642 スペーサ
644 突起
646 配向膜
648 配向膜
650 液晶層
651 液層素子
652 液晶素子
701 駆動用TFT
702 発光素子
703 陰極
704 発光層
705 陽極
711 駆動用TFT
712 発光素子
713 陰極
714 発光層
715 陽極
716 遮蔽膜
717 導電性材料
721 駆動用TFT
722 発光素子
723 陰極
724 発光層
725 陽極
727 導電性材料
DESCRIPTION OF
85a
96 TFT
111
629 TFT
630
702 Light-emitting
712 Light-emitting
722 Light-emitting
Claims (2)
スパッタリング装置と、
エッチング装置と、
レジスト塗布/現像装置と、
露光装置と、
前記プラズマCVD装置、前記スパッタリング装置、前記エッチング装置、前記レジスト塗布/現像装置及び前記露光装置のそれぞれに工程仕掛品を搬送する工程間搬送機構及び工程内搬送機構と、
を用いて、被処理基板上に微結晶半導体膜を含む薄膜トランジスタを有する表示装置を生産する表示装置の生産方法において、
前記薄膜トランジスタはボトムゲート構造であり、
前記プラズマCVD装置にレーザ処理装置が付加され、
前記プラズマCVD装置によって、前記被処理基板上に前記微結晶半導体膜を形成し、
前記レーザ処理装置によって、前記微結晶半導体膜にレーザ光を照射し、前記微結晶半導体膜のまま前記微結晶半導体膜の表面からゲート絶縁膜方向に結晶性を向上させ、
前記レーザ光は、前記微結晶半導体膜が溶融しないエネルギーであり、
装置内搬送機構により、前記プラズマCVD装置と前記レーザ処理装置の間を大気に晒すことなく前記被処理基板が移動することを特徴とする表示装置の生産方法。 A CVD apparatus;
A sputtering apparatus;
An etching apparatus;
A resist coating / developing device;
An exposure device;
An inter-process transport mechanism and an in-process transport mechanism for transporting process work products to each of the plasma CVD apparatus, the sputtering apparatus, the etching apparatus, the resist coating / developing apparatus, and the exposure apparatus;
In a display device production method for producing a display device having a thin film transistor including a microcrystalline semiconductor film on a substrate to be processed,
The thin film transistor has a bottom gate structure,
A laser processing apparatus is added to the plasma CVD apparatus,
Forming the microcrystalline semiconductor film on the substrate to be processed by the plasma CVD apparatus;
By the laser processing apparatus, the laser light is irradiated to the microcrystalline semiconductor film, to improve the crystallinity of the surface remain the microcrystalline semiconductor layer of the microcrystalline semiconductor film as the gate insulating film direction,
The laser beam is energy that does not melt the microcrystalline semiconductor film,
A method for producing a display device, characterized in that the substrate to be processed moves without being exposed to the atmosphere between the plasma CVD device and the laser processing device by an in-device transport mechanism.
前記レーザ処理装置のレーザ処理室は、前記プラズマCVD装置の処理室と連結していることを特徴とする表示装置の生産方法。 In claim 1,
A method for producing a display device, wherein a laser processing chamber of the laser processing apparatus is connected to a processing chamber of the plasma CVD apparatus.
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