JPWO2013005250A1 - THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND DISPLAY DEVICE - Google Patents
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Abstract
本発明の薄膜トランジスタは、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができ、電気特性がソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称となる薄膜トランジスタを提供することを目的とするものであって、基板(100)と、ゲート電極(110)と、ゲート絶縁層(120)と、ゲート電極(110)の上方のゲート絶縁層(120)上に形成された結晶性シリコン層(131)と、ゲート絶縁層(120)上であって結晶性シリコン層(131)の両側に形成され、結晶性シリコン層(131)の膜厚より膜厚が薄い非結晶性シリコン層(130)と、結晶性シリコン層(131)上に形成されたチャネル保護層(140)と、ソース電極(171)およびドレイン電極(172)とを備える。 The thin film transistor of the present invention aims to provide a thin film transistor that can achieve both excellent on-characteristics and excellent off-characteristics, and whose electric characteristics are symmetric with respect to replacement of the source electrode and the drain electrode. A crystalline silicon layer (131) formed on the substrate (100), the gate electrode (110), the gate insulating layer (120), and the gate insulating layer (120) above the gate electrode (110). An amorphous silicon layer (130) formed on both sides of the crystalline silicon layer (131) on the gate insulating layer (120) and having a thickness smaller than that of the crystalline silicon layer (131); A channel protective layer (140) formed on the crystalline silicon layer (131), a source electrode (171), and a drain electrode (172) are provided.
Description
本発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置に関するものである。 The present invention relates to a thin film transistor, a method for manufacturing the same, and a display device.
近年、液晶ディスプレイに変わる次世代フラットパネルディスプレイの一つとしての有機材料のEL(ElectroLuminescence)を利用した有機ELディスプレイが注目されている。有機ELディスプレイは、電圧駆動型の液晶ディスプレイと異なり電流駆動型のデバイスであり、アクティブマトリクス方式の表示装置の駆動回路として優れたオンオフ特性を有する薄膜トランジスタ(薄膜半導体装置)の開発が急がれている。 In recent years, an organic EL display using EL (ElectroLuminescence) of an organic material as one of the next generation flat panel displays replacing a liquid crystal display attracts attention. Unlike a voltage-driven liquid crystal display, an organic EL display is a current-driven device, and development of a thin film transistor (thin film semiconductor device) having excellent on / off characteristics as a drive circuit for an active matrix display device is urgently required. Yes.
優れたオン特性を実現する薄膜トランジスタとして、ゲート絶縁層上に一層の半導体層を形成し、これを凸形状のチャネル層とした薄膜トランジスタが開示されている(特許文献1)。この開示技術では、凸形状の底面から凸形状の中央上面までの膜厚より、凸形状の底面から凸形状の両側上面までの膜厚を薄くしている。すなわち、電流経路となるチャネル層の凸形状の下部において、チャネル層の凸形状の両側の下部を介して、ソース電極とドレイン電極との間に電流が流れる際、チャネル層の凸形状の両側の下部はチャネル層の凸形状の上部よりは膜厚が薄いので、チャネル層の垂直方向の抵抗成分を小さくすることができる。そのため、チャネル層の凸形状の下部の横断抵抗を低く抑えることができ、薄膜トランジスタのオン電流を増大することができる。なお、非結晶性シリコンの移動度が1cm2/Vs程度であるのに対し、結晶性シリコンの移動度は100cm2/Vs程度と大きい。このため、優れたオン特性を有する薄膜トランジスタを実現するためには、半導体層は結晶性シリコンで形成することが望ましい。As a thin film transistor that realizes excellent on characteristics, a thin film transistor in which a single semiconductor layer is formed on a gate insulating layer and this is used as a convex channel layer is disclosed (Patent Document 1). In this disclosed technique, the film thickness from the convex bottom surface to the convex upper surfaces on both sides is made thinner than the film thickness from the convex bottom surface to the central top surface of the convex shape. That is, when current flows between the source electrode and the drain electrode via the lower portions on both sides of the convex shape of the channel layer at the lower portion of the convex shape of the channel layer serving as a current path, Since the lower part is thinner than the convex upper part of the channel layer, the resistance component in the vertical direction of the channel layer can be reduced. Therefore, the transverse resistance at the lower part of the convex shape of the channel layer can be kept low, and the on-current of the thin film transistor can be increased. Note that the mobility of amorphous silicon is about 1 cm 2 / Vs, whereas the mobility of crystalline silicon is as large as about 100 cm 2 / Vs. Therefore, in order to realize a thin film transistor having excellent on characteristics, the semiconductor layer is preferably formed of crystalline silicon.
また、優れたオン特性とオフ特性とを実現する薄膜トランジスタとして、ゲート絶縁層上に結晶性シリコン層を形成し、結晶性シリコン層の両側に非結晶性シリコン層を形成した薄膜トランジスタが開示されている(特許文献2)。この開示技術では、チャネル層として非結晶性シリコンを結晶化するために、ソース電極とドレイン電極との間の開口部から非結晶性シリコンにレーザー光を照射する。これにより、チャネル層の中央領域の非結晶性シリコンを結晶性シリコンとして形成し、チャネル層での電流経路として結晶性シリコンを形成することで薄膜トランジスタのオン電流を増加している。また、一般に薄膜トランジスタがオフ動作をする場合、チャネル層とドレインとが逆バイアス状態となって形成された空乏層がキャリアの障壁となりオフ動作を実現させている。しかしながら、空乏層内では電子およびホールが熱的に生成され、熱生成電流としてオフ特性を悪化させる。さらに、ゲート電圧をオフ側に大きく印加すると、ゲート電極に面したチャネル層に空乏層が形成する。ここで、空乏層には大きな電界が集中的に印加されるため、チャネル層のバンドが大きく曲がり、トンネル電流が発生し、リーク電流としてオフ特性を悪化させる。この開示技術では、結晶性シリコン層の両側に非結晶性シリコン層を形成している。結晶性シリコンに比べ非結晶性シリコンのバンドギャップは大きく、電子およびホールを熱生成するために必要なエネルギーや、トンネル効果が起こるポテンシャル障壁が大きくなるため、結晶性シリコン層の両側に非結晶性シリコン層を形成することで、熱生成電流およびトンネルリーク電流の発生を防ぎ、オフ電流を低下させている。このように、オン電流を増大させる結晶性シリコンとオフ電流を低下させる非結晶性シリコンとをチャネル層として形成することで、優れたオン特性とオフ特性とを実現することができる。 A thin film transistor in which a crystalline silicon layer is formed on a gate insulating layer and an amorphous silicon layer is formed on both sides of the crystalline silicon layer is disclosed as a thin film transistor that realizes excellent on characteristics and off characteristics. (Patent Document 2). In this disclosed technique, in order to crystallize amorphous silicon as a channel layer, laser light is irradiated to amorphous silicon from an opening between a source electrode and a drain electrode. Thereby, the amorphous silicon in the central region of the channel layer is formed as crystalline silicon, and the crystalline silicon is formed as a current path in the channel layer, thereby increasing the on-current of the thin film transistor. In general, when a thin film transistor performs an off operation, a depletion layer formed with a channel layer and a drain being reverse-biased serves as a carrier barrier to realize the off operation. However, electrons and holes are thermally generated in the depletion layer, which deteriorates off characteristics as a heat generation current. Further, when a large gate voltage is applied to the off side, a depletion layer is formed in the channel layer facing the gate electrode. Here, since a large electric field is intensively applied to the depletion layer, the band of the channel layer is bent greatly, a tunnel current is generated, and the off-characteristic is deteriorated as a leakage current. In this disclosed technique, an amorphous silicon layer is formed on both sides of a crystalline silicon layer. Compared to crystalline silicon, the band gap of amorphous silicon is large, and the energy necessary for heat generation of electrons and holes and the potential barrier for tunnel effect are large. By forming the silicon layer, generation of heat generation current and tunnel leakage current is prevented, and off-current is reduced. As described above, by forming the crystalline silicon that increases the on-current and the amorphous silicon that decreases the off-current as the channel layer, excellent on-characteristics and off-characteristics can be realized.
しかしながら、特許文献1の開示技術では、中央部の膜厚の厚い領域と両側端部の膜厚の薄い領域とでは膜質は同一であるため、オフ電流を低下させるにも限界がある。すなわち、両側端部の膜厚の薄い領域では膜厚を薄くする分だけ連動して空乏層の体積も減少し、リーク電流が減少する傾向はある。しかしながら、特許文献2のように、結晶性シリコン層の両側に非結晶性シリコン層を設ける場合以上にオフ電流を減少させることは困難である。このため、特許文献1の開示技術において、チャネル層が結晶性シリコンからなる薄膜トランジスタでは、熱生成電流およびトンネル電流はオフ特性を著しく悪化させ、優れたオフ特性を実現する上で深刻な問題となる。
However, in the disclosed technique of
また、特許文献2の開示技術では、ソース電極とドレイン電極とチャネル保護層とチャネル層とが重複する部分は非結晶性シリコンとなっている。すなわち、チャネル保護層の幅で定義される薄膜トランジスタのチャネル長のうち、非結晶性シリコン層が占める割合が大きい。非結晶性シリコン層は抵抗成分として働き、チャネル層に水平な電流経路の障壁となる。また、結晶性シリコン層の膜厚と非結晶性シリコン層の膜厚とは同一であって、結晶性シリコン層の上面と非結晶性シリコン層の上面とは平坦な連続した面である。従って、ソース電極とドレイン電極との間にチャネル層の両側を介して電流が流れる際、チャネル層の両側の非結晶性シリコンは厚みを有するので、非結晶性シリコン層は抵抗成分として働き、チャネル層に垂直な電流経路の障壁となる。このように、非結晶性シリコンによる抵抗成分が、チャネル層において、水平な方向にも垂直な方向にも存在するため、オン特性を向上させるにも限界がある。
In the technique disclosed in
さらに、ソース電極およびドレイン電極を形成する際、製造ばらつきが生じるため、ソース電極およびドレイン電極の形成前に存在する下層に対してソース電極およびドレイン電極の位置を全く均等に形成することは困難である。ソース電極およびドレイン電極が下層に対して不均一に配置された場合、ソース電極およびドレイン電極の開口部から非結晶性シリコン層にレーザー照射を行って非結晶性シリコンの結晶化により結晶性シリコン層を形成すると、チャネル経路における結晶性シリコン層からソース電極までの距離と、結晶性シリコン領域からドレイン電極までの距離とが均等ではなくなる。すなわち、ソース電極とドレイン電極とチャネル保護層とチャネル層とが重複する部分に存在する非結晶性シリコン層によるチャネル経路における抵抗成分について、ソース電極側、またはドレイン電極側のいずれかに偏りが生じるため、異なる基板間における薄膜トランジスタの特性がばらついてしまう。大型基板に薄膜トランジスタを形成する場合、小型基板に比べてソース電極およびドレイン電極の形成時の位置ずれは大きくなるため、大型基板に薄膜トランジスタを形成する上で特に問題となる。また、同一の基板内においても、ソース電極とドレイン電極とを入れ替えて動作させる場合、電気特性がソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して非対称となってしまう。電気特性がソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して非対称となると、薄膜トランジスタにより構成される駆動回路の動作において、電気特性の非対称性に付随する問題が発生しうる。例えば、電気特性が非対称な薄膜トランジスタを液晶ディスプレイのスイッチングトランジスタとして用いた場合、フリッカーが生じ、画像表示装置としての表示特性が損なわれてしまう。 Furthermore, manufacturing variations occur when forming the source electrode and the drain electrode. Therefore, it is difficult to form the source electrode and the drain electrode evenly with respect to the lower layer existing before the source electrode and the drain electrode are formed. is there. When the source electrode and the drain electrode are arranged unevenly with respect to the lower layer, the amorphous silicon layer is irradiated with laser from the opening of the source electrode and the drain electrode to crystallize the amorphous silicon layer. Is formed, the distance from the crystalline silicon layer to the source electrode in the channel path is not equal to the distance from the crystalline silicon region to the drain electrode. That is, the resistance component in the channel path by the amorphous silicon layer existing in the portion where the source electrode, the drain electrode, the channel protective layer, and the channel layer overlap is biased on either the source electrode side or the drain electrode side. Therefore, the characteristics of the thin film transistor between different substrates vary. In the case where a thin film transistor is formed over a large substrate, the positional deviation when forming the source electrode and the drain electrode is larger than that in the small substrate, which is a particular problem in forming the thin film transistor over the large substrate. Even in the same substrate, when the source electrode and the drain electrode are switched and operated, the electrical characteristics become asymmetric with respect to the switching of the source electrode and the drain electrode. When the electrical characteristics are asymmetric with respect to the replacement of the source electrode and the drain electrode, problems associated with the asymmetry of the electrical characteristics may occur in the operation of the driving circuit formed of the thin film transistors. For example, when a thin film transistor having an asymmetric electrical characteristic is used as a switching transistor of a liquid crystal display, flicker occurs and display characteristics as an image display device are impaired.
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができ、電気特性がソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称となる薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and can achieve both excellent on-characteristics and excellent off-characteristics, and the electric characteristics are symmetrical with respect to the replacement of the source electrode and the drain electrode. An object of the present invention is to provide a thin film transistor, a manufacturing method thereof, and a display device.
上記目的を達成するために、本発明の薄膜トランジスタは、基板と、前記基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された結晶性シリコン層と、前記ゲート絶縁層上であって前記結晶性シリコン層の両側に形成され、前記結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い非結晶性シリコン層と、前記結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記非結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a thin film transistor of the present invention includes a substrate, a gate electrode formed on the substrate, a gate insulating layer formed on the gate electrode, and the gate insulation above the gate electrode. A crystalline silicon layer formed on the layer; an amorphous silicon layer formed on both sides of the crystalline silicon layer on the gate insulating layer and having a thickness smaller than that of the crystalline silicon layer; A channel protective layer formed on the crystalline silicon layer; an upper surface of an end of the channel protective layer; a side surface of the channel protective layer and the crystalline silicon layer; and an upper surface of the amorphous silicon layer. A source electrode formed above one of the non-crystalline silicon layers and a drain electrode formed above the other non-crystalline silicon layer.
本発明によれば、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができ、電気特性がソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称となる薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置を提供することができる。 According to the present invention, there are provided a thin film transistor, a manufacturing method thereof, and a display device, which can achieve both excellent on characteristics and excellent off characteristics, and whose electrical characteristics are symmetrical with respect to replacement of a source electrode and a drain electrode. be able to.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタは、基板と、前記基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された結晶性シリコン層と、前記ゲート絶縁層上であって前記結晶性シリコン層の両側に形成され、前記結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い非結晶性シリコン層と、前記結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記非結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a thin film transistor according to one embodiment of the present invention includes a substrate, a gate electrode formed over the substrate, a gate insulating layer formed over the gate electrode, and an upper portion of the gate electrode. A crystalline silicon layer formed on the gate insulating layer, and an amorphous film formed on both sides of the crystalline silicon layer on the gate insulating layer and having a thickness smaller than that of the crystalline silicon layer A crystalline silicon layer, a channel protective layer formed on the crystalline silicon layer, an upper surface of an end of the channel protective layer, side surfaces of the channel protective layer and the crystalline silicon layer, and the amorphous silicon layer A source electrode formed on one side of the amorphous silicon layer and a drain electrode formed on the other side of the amorphous silicon layer. And features.
ここで、前記結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径が10nm以上1μm以下であってもよい。 Here, the average grain size of crystals contained in the crystalline silicon layer may be not less than 10 nm and not more than 1 μm.
また、前記結晶性シリコン層の側面と前記チャネル保護層の側面とは面一であってもよい。 The side surface of the crystalline silicon layer and the side surface of the channel protective layer may be flush with each other.
本態様によると、チャネル保護層の下に形成された結晶性シリコン層と、結晶性シリコン層の両側に形成された非結晶性シリコン層とからなる凸形状のチャネル層を形成し、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の上面までの膜厚より、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の両側の部分の上面までの膜厚を薄くしている。結晶性シリコン層はチャネル保護層の下に形成され、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを結晶性シリコン層が占めるため、非結晶性シリコン層によるチャネル層の水平方向の抵抗成分は減少する。さらに、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚に比べ、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が薄くなるため、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚と、チャネル層の底面から凸部の両側の部分の上面までの膜厚とが等しい場合に比較し、非結晶性シリコン層によるチャネル層の垂直方向の抵抗成分は減少する。このように、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを結晶性シリコン層に占めさせるとともに、非結晶性シリコン層によるチャネル層の水平な抵抗成分と、垂直な抵抗成分とを減少させるため、オン特性を著しく向上させることができる。 According to this aspect, a convex channel layer is formed which includes a crystalline silicon layer formed under the channel protective layer and an amorphous silicon layer formed on both sides of the crystalline silicon layer. The film thickness from the bottom surface of the channel layer to the upper surface of both sides of the convex portion of the channel layer is made thinner than the film thickness from the bottom surface to the upper surface of the convex portion of the channel layer. The crystalline silicon layer is formed under the channel protective layer, and since the crystalline silicon layer occupies all of the channel length defined by the width of the channel protective layer, the horizontal direction of the channel layer by the amorphous silicon layer is The resistance component decreases. Furthermore, the film thickness from the bottom surface of the channel layer to the top surface of both sides of the convex portion of the channel layer is smaller than the film thickness from the bottom surface of the channel layer to the top surface of the convex portion. Compared to the case where the film thickness from the bottom surface of the channel layer to the top surface of the portions on both sides of the convex portion is equal, the resistance component in the vertical direction of the channel layer due to the amorphous silicon layer is reduced. . In this way, all of the channel length defined by the width of the channel protective layer is occupied by the crystalline silicon layer, and the horizontal resistance component and the vertical resistance component of the channel layer by the amorphous silicon layer are Therefore, the ON characteristic can be remarkably improved.
また、本態様によると、チャネル層の凸部の両側の部分は非結晶性シリコン層からなるので、チャネルの凸部の両側の部分が結晶性シリコン層からなる場合よりチャネル層の凸部の両側の部分のバンドギャップが大きくなる。従って、熱生成電流およびトンネル電流を大幅に抑制でき、オフ特性を大幅に下げることができる。また、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚に比べ、チャネル層の底面から凸部の両側の部分の上面までの膜厚が薄くなるため、熱生成電流およびトンネル電流の発生源となる空乏層の体積を減少させ、オフ電流を減少させることができ、オフ特性を著しく向上させることができる。 In addition, according to this aspect, since the portions on both sides of the convex portion of the channel layer are made of an amorphous silicon layer, both sides of the convex portion of the channel layer are formed compared to the case where the portions on both sides of the convex portion of the channel are made of a crystalline silicon layer. The band gap of this part becomes large. Therefore, the heat generation current and the tunnel current can be greatly suppressed, and the off characteristics can be greatly reduced. In addition, since the film thickness from the bottom surface of the channel layer to the top surface of both sides of the convex portion is smaller than the film thickness from the bottom surface of the channel layer to the top surface of the convex portion, The volume of the depletion layer can be reduced, the off current can be reduced, and the off characteristics can be remarkably improved.
これらの作用により、優れたオン特性とオフ特性とを両立させることができる。 With these actions, both excellent on-characteristics and off-characteristics can be achieved.
さらに、本態様では、前述したように、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを結晶性シリコン層が占める。従って、ソース電極とドレイン電極とが下層のチャネル保護層に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における結晶性シリコン層からソース電極までの距離と、チャネル経路における結晶性シリコン層からドレイン電極までの距離とが均等となり、異なる基板間における薄膜トランジスタの特性ばらつきを抑えることができる。また、同一の基板内においても、ソース電極とドレイン電極とを入れ替えて動作させる場合、電気特性がソース電極とドレイン電極との入れ替えに対して対称となり、薄膜トランジスタにより構成される駆動回路の動作において、電気特性の非対称性に付随する問題の発生を抑えることができる。 Furthermore, in this aspect, as described above, the crystalline silicon layer occupies all of the channel length defined by the width of the channel protective layer. Therefore, even when the source electrode and the drain electrode are non-uniformly arranged with respect to the underlying channel protective layer, the distance from the crystalline silicon layer to the source electrode in the channel path and the drain from the crystalline silicon layer in the channel path The distance to the electrode is uniform, and variations in characteristics of the thin film transistor between different substrates can be suppressed. Further, even when the source electrode and the drain electrode are exchanged in the same substrate, the electrical characteristics are symmetric with respect to the exchange of the source electrode and the drain electrode. Occurrence of problems associated with asymmetry of electrical characteristics can be suppressed.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタは、基板と、前記基板上に形成されたゲート電極と、前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された第1結晶性シリコン層と、前記ゲート絶縁層上であって前記第1結晶性シリコン層の両側に形成され、前記第1結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い第2結晶性シリコン層と、前記第1結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記第1結晶性シリコン層の側面、並びに前記第2結晶性シリコン層の上面に沿って、前記第2結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記第2結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備え、前記第1結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径が、前記第2結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径より大きいことを特徴とする。 The thin film transistor according to one embodiment of the present invention includes a substrate, a gate electrode formed over the substrate, a gate insulating layer formed over the gate electrode, and the gate insulating layer over the gate electrode. A first crystalline silicon layer formed on the gate insulating layer and on both sides of the first crystalline silicon layer, the second crystalline silicon layer being thinner than the first crystalline silicon layer. A crystalline silicon layer; a channel protective layer formed on the first crystalline silicon layer; an upper surface of an end of the channel protective layer; a side surface of the channel protective layer and the first crystalline silicon layer; A source electrode formed on one side of the second crystalline silicon layer and a drain electrode formed on the other side of the second crystalline silicon layer are provided along the upper surface of the second crystalline silicon layer. , An average particle diameter of crystals contained in the first crystalline silicon layer is characterized by greater than an average grain size of crystals contained in the second crystalline silicon layer.
ここで、前記第1結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は40nm以上1μm以下であり、前記第2結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は10nm以上40nm未満であってもよい。 Here, the average grain size of the crystals contained in the first crystalline silicon layer is 40 nm or more and 1 μm or less, and the average grain size of the crystals contained in the second crystalline silicon layer is 10 nm or more and less than 40 nm. Good.
また、前記第1結晶性シリコン層の側面と前記チャネル保護層の側面とが面一であってもよい。 Further, the side surface of the first crystalline silicon layer may be flush with the side surface of the channel protective layer.
本態様によれば、チャネル保護層の下に形成された低抵抗の第1結晶性シリコン層と、第1結晶性シリコン層の両側に形成された、第1結晶性シリコン層に比べ結晶の平均粒径が小さく高抵抗の第2結晶性シリコン層とからなる凸形状のチャネル層を形成し、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の上面までの膜厚より、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の両側の部分の上面までの膜厚を薄くしている。従って、第1結晶性シリコン層はチャネル保護層の下に形成され、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを低抵抗の結晶性シリコン層が占めるため、高抵抗の結晶性シリコン層によるチャネル層の水平方向の抵抗成分は減少する。さらに、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚に比べ、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が薄くなるため、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚と、チャネル層の底面から凸部の両側の部分の上面までの膜厚とが等しい場合に比較し、高抵抗の結晶性シリコン層によるチャネル層の垂直方向の抵抗成分は減少する。このように、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを低抵抗の結晶性シリコン層に占めさせるとともに、高抵抗の結晶性シリコン層によるチャネル層の水平な抵抗成分と、垂直な抵抗成分とを減少させるため、オン特性を著しく向上させることができる。 According to this aspect, the first crystal silicon layer having a low resistance formed under the channel protective layer and the average of crystals compared to the first crystal silicon layer formed on both sides of the first crystal silicon layer A convex channel layer composed of a second crystalline silicon layer having a small particle size and high resistance is formed, and from the bottom surface of the channel layer to the upper surface of the convex portion of the channel layer, the channel layer is formed from the bottom surface of the channel layer. The film thickness up to the upper surface of the both sides of the convex portion is made thinner. Therefore, the first crystalline silicon layer is formed under the channel protective layer, and the low resistance crystalline silicon layer occupies all of the channel length defined by the width of the channel protective layer. The horizontal resistance component of the channel layer due to the silicon layer decreases. Furthermore, the film thickness from the bottom surface of the channel layer to the top surface of both sides of the convex portion of the channel layer is smaller than the film thickness from the bottom surface of the channel layer to the top surface of the convex portion. Compared with the case where the film thickness from the bottom surface of the channel layer to the top surface of the portions on both sides of the convex portion is equal, the resistance component in the vertical direction of the channel layer by the high resistance crystalline silicon layer is Decrease. In this way, all of the channel length defined by the width of the channel protective layer is occupied by the low-resistance crystalline silicon layer, and the horizontal resistance component of the channel layer by the high-resistance crystalline silicon layer and the vertical Therefore, the on-state characteristics can be remarkably improved.
また、本態様によると、チャネル層の凸部の両側の部分は結晶の平均粒径が小さい結晶性シリコン層からなるので、チャネル層の凸部の両側の部分が結晶の平均粒径が大きい結晶性シリコン層からなる場合より結晶性が低く、バンドギャップが大きな非結晶性シリコンの成分が多くなる。従って、熱生成電流およびトンネル電流を大幅に抑制でき、オフ特性を大幅に下げることができる。また、チャネル層の底面から凸部の上面までの膜厚に比べ、チャネル層の底面から凸部の両側の部分の上面までの膜厚が薄くなるため、熱生成電流およびトンネル電流の発生源となる空乏層の体積を減少させ、オフ電流を減少させることができ、オフ特性を著しく向上させることができる。 In addition, according to this aspect, since the portions on both sides of the convex portion of the channel layer are made of a crystalline silicon layer having a small average grain size of the crystal, the portions on both sides of the convex portion of the channel layer are crystals having a large average grain size of the crystal. As compared with the case of the crystalline silicon layer, there are more amorphous silicon components having lower crystallinity and a large band gap. Therefore, the heat generation current and the tunnel current can be greatly suppressed, and the off characteristics can be greatly reduced. In addition, since the film thickness from the bottom surface of the channel layer to the top surface of both sides of the convex portion is smaller than the film thickness from the bottom surface of the channel layer to the top surface of the convex portion, The volume of the depletion layer can be reduced, the off current can be reduced, and the off characteristics can be remarkably improved.
これらの作用により、優れたオン特性とオフ特性とを両立させることができる。 With these actions, both excellent on-characteristics and off-characteristics can be achieved.
さらに、本態様では、前述したように、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを低抵抗の結晶性シリコン層が占める。従って、ソース電極とドレイン電極とが下層のチャネル保護層に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からソース電極までの距離と、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からドレイン電極までの距離とが均等となり、異なる基板間における薄膜トランジスタの特性ばらつきを抑えることができる。また、同一の基板内においても、ソース電極とドレイン電極とを入れ替えて動作させる場合、電気特性がソース電極とドレイン電極との入れ替えに対して対称となり、薄膜トランジスタにより構成される駆動回路の動作において、電気特性の非対称性に付随する問題の発生を抑えることができる。 Furthermore, in this aspect, as described above, the low resistance crystalline silicon layer occupies all of the channel length defined by the width of the channel protective layer. Therefore, even when the source electrode and the drain electrode are non-uniformly arranged with respect to the underlying channel protection layer, the distance from the low resistance crystalline silicon layer to the source electrode in the channel path and the low resistance in the channel path The distance from the crystalline silicon layer to the drain electrode becomes uniform, and variations in characteristics of thin film transistors between different substrates can be suppressed. Further, even when the source electrode and the drain electrode are exchanged in the same substrate, the electrical characteristics are symmetric with respect to the exchange of the source electrode and the drain electrode. Occurrence of problems associated with asymmetry of electrical characteristics can be suppressed.
さらにまた、本態様によれば、第2結晶性シリコン層を結晶の平均粒径が小さな結晶性シリコン層まで作り分ける自由度がある。従って、チャネル層の凸部およびその下方の結晶性シリコン層と、チャネル層の凸部の両側の部分の結晶性シリコン層とのそれぞれの結晶性を、オン電流を重視する、あるいはオフ電流を重視する等、所望の薄膜トランジスタの設計に応じて作り分けることができる。 Furthermore, according to this aspect, there is a degree of freedom in separately forming the second crystalline silicon layer up to a crystalline silicon layer having a small average crystal grain size. Therefore, the on-state current or the off-state current is important for the crystallinity of the convex part of the channel layer and the crystalline silicon layer below it and the crystalline silicon layer on both sides of the convex part of the channel layer. For example, it can be made according to the design of a desired thin film transistor.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板を準備する第1工程と、前記基板上にゲート電極を形成する第2工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する第3工程と、前記ゲート絶縁層上に非結晶性シリコン層を形成する第4工程と、前記非結晶性シリコン層上にチャネル保護層を形成する第5工程と、前記非結晶性シリコン層および前記チャネル保護層を加工することで、上層がチャネル保護層であり、下層が非結晶性シリコン層である凸部を形成する第6工程と、レーザー光を前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射して、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分を結晶性シリコン層とし、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層のまま残す第7工程と、前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方にソース電極を形成し、前記非結晶性シリコン層の他方の上方にドレイン電極を形成する第8工程とを含み、前記第7工程において、前記非結晶性シリコン層の前記レーザー光に対する吸収率は、前記チャネル保護層の下方に対応する、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分の吸収率が、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の吸収率より大きいことを特徴とする。 The thin film transistor manufacturing method according to one embodiment of the present invention includes a first step of preparing a substrate, a second step of forming a gate electrode over the substrate, and a gate insulating layer formed over the gate electrode. 3 steps, a fourth step of forming an amorphous silicon layer on the gate insulating layer, a fifth step of forming a channel protective layer on the amorphous silicon layer, the amorphous silicon layer, and the By processing the channel protective layer, a sixth step of forming a convex portion in which the upper layer is a channel protective layer and the lower layer is an amorphous silicon layer; and a laser beam is emitted from the convex portion of the amorphous silicon layer, Irradiating the lower part of the convex part and the parts on both sides of the convex part, the convex part of the amorphous silicon layer and the lower part of the convex part are made into a crystalline silicon layer, and the amorphous silicon Said convex part of the layer A seventh step of leaving the portions on both sides as an amorphous silicon layer; an upper surface of an end portion of the channel protective layer; a side surface of the channel protective layer and the crystalline silicon layer; and an upper surface of the amorphous silicon layer. And forming a source electrode above one of the non-crystalline silicon layers and forming a drain electrode above the other non-crystalline silicon layer, and in the seventh step, The absorptivity of the amorphous silicon layer with respect to the laser light is such that the absorptance of the convex part of the amorphous silicon layer and the part below the convex part corresponds to the lower part of the channel protective layer. The absorptance is larger than the absorptance of both sides of the convex portion of the conductive silicon layer.
ここで、前記第7工程において、前記レーザー光の照射により、平均粒径が10nm以上1μm以下の結晶を含む前記結晶性シリコン層を形成してもよい。 Here, in the seventh step, the crystalline silicon layer including crystals having an average particle diameter of 10 nm or more and 1 μm or less may be formed by irradiation with the laser beam.
本態様によれば、チャネル保護層、非結晶性シリコン層およびゲート絶縁層の内部におけるレーザー光の干渉効果と、非結晶性シリコン層およびゲート絶縁層の内部におけるレーザー光の干渉効果とを利用して結晶性シリコン層を形成する。すなわち、チャネル層の凸部におけるチャネル保護層および非結晶性シリコン層の膜厚ならびにゲート絶縁層の膜厚の構成と、チャネル層の凸部の両側における非結晶性シリコン層およびゲート絶縁層の膜厚の構成とを利用し、所望のレーザー波長に対する非結晶性シリコン層のレーザー光の吸収率を制御して結晶性シリコン層を形成する。具体的には、チャネル保護層下の非結晶性シリコン層をレーザー光の吸収率が高くなる膜厚構成とし、凸形状加工によりチャネル保護層下の非結晶性シリコン層の両側に存在する非結晶性シリコン層をレーザー光の吸収率が低くなる膜厚構成とした上でレーザー光を照射して結晶性シリコン層を形成する。チャネル保護層下の非結晶性シリコン層はレーザー光の吸収率が高くなる膜厚構成であるため、レーザー光を照射すると非結晶性シリコン層は結晶性シリコン層として結晶化される。一方、チャネル保護層下の非結晶性シリコン層の両側に存在する非結晶性シリコン層はレーザー光の吸収率が低くなる膜厚構成であるため、レーザー光を照射しても非結晶性シリコン層のままチャネル層として残る。従って、結晶性シリコン層と、結晶性シリコン層の両側に形成された非結晶性シリコン層とからなる凸形状のチャネル層を形成し、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の上面までの膜厚より、チャネル層の底面からチャネル層の凸部の両側の部分の上面までの膜厚を薄くしたチャネル層を実現できる。その結果、優れたオン特性とオフ特性とを両立させることができる。 According to this aspect, the interference effect of laser light inside the channel protective layer, the amorphous silicon layer and the gate insulating layer and the interference effect of laser light inside the amorphous silicon layer and the gate insulating layer are utilized. To form a crystalline silicon layer. That is, the film thickness of the channel protective layer and the amorphous silicon layer in the convex portion of the channel layer and the thickness of the gate insulating layer, and the film of the amorphous silicon layer and the gate insulating layer on both sides of the convex portion of the channel layer The crystalline silicon layer is formed by controlling the absorption rate of the laser light of the amorphous silicon layer with respect to a desired laser wavelength by utilizing the thickness structure. Specifically, the amorphous silicon layer under the channel protective layer is configured to have a film thickness that increases the absorption rate of the laser beam, and the amorphous silicon layer that exists on both sides of the amorphous silicon layer under the channel protective layer by convex processing. A crystalline silicon layer is formed by irradiating laser light after making the crystalline silicon layer have a film thickness structure that reduces the absorption rate of laser light. Since the amorphous silicon layer under the channel protective layer has a film thickness structure that increases the absorption rate of laser light, the amorphous silicon layer is crystallized as a crystalline silicon layer when irradiated with laser light. On the other hand, the non-crystalline silicon layers existing on both sides of the non-crystalline silicon layer under the channel protective layer have a structure in which the absorption rate of laser light is low, so that the non-crystalline silicon layer is irradiated even when irradiated with laser light. It remains as a channel layer. Accordingly, a convex channel layer composed of a crystalline silicon layer and an amorphous silicon layer formed on both sides of the crystalline silicon layer is formed, and a film extending from the bottom surface of the channel layer to the upper surface of the convex portion of the channel layer. It is possible to realize a channel layer in which the film thickness from the bottom surface of the channel layer to the upper surface of the both sides of the convex portion of the channel layer is made thinner than the thickness. As a result, both excellent on characteristics and off characteristics can be achieved.
また、本態様によれば、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを低抵抗の結晶性シリコン層が占める。従って、ソース電極とドレイン電極とが下層のチャネル保護層に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からソース電極までの距離と、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からドレイン電極までの距離とが均等となり、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。 According to this aspect, the low resistance crystalline silicon layer occupies all of the channel length defined by the width of the channel protective layer. Therefore, even when the source electrode and the drain electrode are non-uniformly arranged with respect to the underlying channel protection layer, the distance from the low resistance crystalline silicon layer to the source electrode in the channel path and the low resistance in the channel path The distance from the crystalline silicon layer to the drain electrode is uniform, and the electrical characteristics can be symmetric with respect to the replacement of the source electrode and the drain electrode.
また、前記第7工程において、前記レーザー光の波長が473nm以上561nm以下であってもよい。 In the seventh step, the wavelength of the laser beam may be not less than 473 nm and not more than 561 nm.
本態様によれば、チャネル保護層、非結晶性シリコン層およびゲート絶縁層に内部におけるレーザー光の干渉効果を容易に生じさせることができ、チャネル層の凸部とその両側の部分とでのレーザー光の吸収率の違いを容易に生じさせることができる。 According to this aspect, the channel protective layer, the non-crystalline silicon layer, and the gate insulating layer can easily cause an interference effect of laser light inside, and the laser on the convex portion of the channel layer and the portions on both sides thereof Differences in light absorption can be easily generated.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板を準備する第1工程と、前記基板上にゲート電極を形成する第2工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する第3工程と、前記ゲート絶縁層上に非結晶性シリコン層を形成する第4工程と、前記非結晶性シリコン層上にチャネル保護層を形成する第5工程と、前記非結晶性シリコン層およびチャネル保護層を加工することで、上層がチャネル保護層であり、下層が非結晶性シリコン層である凸部を形成する第6工程と、レーザー光を前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射して、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分を第1結晶性シリコン層とし、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分を第2結晶性シリコン層とする第7工程と、前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記第1結晶性シリコン層の側面、並びに前記第2結晶性シリコン層の上面に沿って、前記第2結晶性シリコン層の一方の上方にソース電極を形成し、前記第2結晶性シリコン層の他方の上方にドレイン電極を形成する第8工程とを含み、前記第7工程において、前記非結晶性シリコン層の前記レーザー光に対する吸収率は、前記チャネル保護層の下方に対応する、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分の吸収率が、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の吸収率より大きく、前記第2結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径より大きい平均粒径の結晶を含む前記第1結晶性シリコン層を形成することを特徴とする。 The thin film transistor manufacturing method according to one embodiment of the present invention includes a first step of preparing a substrate, a second step of forming a gate electrode over the substrate, and a gate insulating layer formed over the gate electrode. 3 steps, a fourth step of forming an amorphous silicon layer on the gate insulating layer, a fifth step of forming a channel protective layer on the amorphous silicon layer, the amorphous silicon layer and the channel By processing the protective layer, a sixth step of forming a convex portion in which the upper layer is a channel protective layer and the lower layer is an amorphous silicon layer; and a laser beam is emitted from the convex portion of the amorphous silicon layer, Irradiating the lower part of the convex part and the parts on both sides of the convex part, the convex part of the non-crystalline silicon layer and the lower part of the convex part serve as a first crystalline silicon layer, and the non-crystalline property The convex part of the silicon layer A seventh step of forming a second crystalline silicon layer on both sides; an upper surface of an end of the channel protective layer; a side surface of the channel protective layer and the first crystalline silicon layer; and the second crystalline silicon layer Forming a source electrode over one of the second crystalline silicon layers and forming a drain electrode over the other of the second crystalline silicon layer along the upper surface of the second crystalline silicon layer, In step 7, the absorptivity of the amorphous silicon layer with respect to the laser light is an absorptance of the convex portion of the amorphous silicon layer and a portion below the convex portion corresponding to the lower portion of the channel protective layer. Wherein the first crystal includes a crystal having an average grain size larger than an absorptance of both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer and larger than an average grain size of crystals contained in the second crystalline silicon layer. Sex Siri And forming a down layer.
ここで、前記第1結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は40nm以上、1μm以下であり、前記第2結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は10nm以上、40nm未満であってもよい。 Here, the average grain size of the crystals contained in the first crystalline silicon layer is 40 nm or more and 1 μm or less, and the average grain size of the crystals contained in the second crystalline silicon layer is 10 nm or more and less than 40 nm. May be.
本態様によれば、第1結晶性シリコンつまり結晶性の高いチャネル層を形成する非結晶性シリコン層の凸部だけでなく、第2結晶性シリコン層つまり結晶性の低いチャネル層を形成する非結晶性シリコン層の凸部の両側の部分にもレーザーを照射する。従って、レーザー光の強度と膜厚構成とを適切に選べば、低結晶性のチャネル層を結晶の平均粒径が小さな結晶性シリコン層まで作り分ける自由度がある。凸形状のチャネル層において、凸部の両側の部分の第2結晶性シリコン層は凸部の第1結晶性シリコン層に比べ結晶の平均粒径が小さく抵抗が大きいため、チャネル層の全領域が第1結晶性シリコン層の平均粒径を有する場合に比べて、オフ特性を低減することができる。また、第1結晶性シリコン層は第2結晶性シリコン層に比べ結晶の平均粒径が大きく抵抗が小さいため、チャネル層の全領域が第2結晶性シリコン層の平均粒径を有する場合に比べて、横断抵抗が低くし、オン電流を増大させることができる。従って、チャネル層において平均粒径が大きな領域と、平均粒径が小さな領域とを、オン電流を重視する、あるいはオフ電流を重視する等、所望の薄膜トランジスタの設計に応じて作り分けることができる。その結果、優れたオン特性とオフ特性とを両立させることができる。 According to this aspect, not only the convex portion of the first crystalline silicon, that is, the noncrystalline silicon layer that forms the highly crystalline channel layer, but also the second crystalline silicon layer, that is, the non-crystalline layer that forms the low crystalline channel layer. The laser is also irradiated to both sides of the convex portion of the crystalline silicon layer. Therefore, if the intensity of the laser beam and the film thickness are appropriately selected, there is a degree of freedom in forming a low crystalline channel layer up to a crystalline silicon layer having a small average crystal grain size. In the convex channel layer, the second crystalline silicon layer on both sides of the convex portion has a smaller average crystal grain size and higher resistance than the first crystalline silicon layer of the convex portion. Compared with the case where the first crystalline silicon layer has an average grain size, the off-characteristic can be reduced. In addition, since the first crystalline silicon layer has a larger average crystal grain size and lower resistance than the second crystalline silicon layer, the entire region of the channel layer has an average grain size of the second crystalline silicon layer. Thus, the transverse resistance can be lowered and the on-current can be increased. Therefore, a region having a large average particle size and a region having a small average particle size in the channel layer can be formed according to a desired thin film transistor design, such as emphasizing on-current or emphasizing off-current. As a result, both excellent on characteristics and off characteristics can be achieved.
また、本態様によれば、チャネル保護層の幅で定義されるチャネル長のうち、全てを低抵抗の結晶性シリコン層が占める。従って、ソース電極とドレイン電極とが下層のチャネル保護層に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からソース電極までの距離と、チャネル経路における低抵抗の結晶性シリコン層からドレイン電極までの距離とが均等となり、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。 According to this aspect, the low resistance crystalline silicon layer occupies all of the channel length defined by the width of the channel protective layer. Therefore, even when the source electrode and the drain electrode are non-uniformly arranged with respect to the underlying channel protection layer, the distance from the low resistance crystalline silicon layer to the source electrode in the channel path and the low resistance in the channel path The distance from the crystalline silicon layer to the drain electrode is uniform, and the electrical characteristics can be symmetric with respect to the replacement of the source electrode and the drain electrode.
また、前記第7工程において、前記レーザー光の波長が473nm以上561nm以下であってもよい。 In the seventh step, the wavelength of the laser beam may be not less than 473 nm and not more than 561 nm.
本態様によれば、チャネル保護層、非結晶性シリコン層およびゲート絶縁層に内部におけるレーザー光の干渉効果を容易に生じさせることができ、チャネル層の凸部およびその下方の部分とその両側の部分とでのレーザー光の吸収率の違いを容易に生じさせることができる。 According to this aspect, the channel protective layer, the non-crystalline silicon layer, and the gate insulating layer can easily cause an interference effect of laser light inside, and the convex portion of the channel layer and the lower portion thereof and the both sides thereof It is possible to easily cause a difference in the absorption rate of the laser light between the portions.
または、前記第7工程において、前記レーザー光の波長は473nmであり、前記第6工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より13nm以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。 Alternatively, in the seventh step, the wavelength of the laser light is 473 nm, and in the sixth step, from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surfaces of both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer. The convex portion may be formed so that the film thickness is 13 nm or more thinner than the film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the top surface of the convex portion of the amorphous silicon layer.
または、前記第7工程において、前記レーザー光の波長は532nmであり、前記第6工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より15nm以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。 Alternatively, in the seventh step, the wavelength of the laser beam is 532 nm, and in the sixth step, from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surfaces of both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer. The convex portion may be formed so that the film thickness is 15 nm or more thinner than the film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the upper surface of the convex portion of the amorphous silicon layer.
または、前記第7工程において、前記レーザー光の波長は561nmであり、前記第6工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より16nm以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。 Alternatively, in the seventh step, the wavelength of the laser beam is 561 nm, and in the sixth step, from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surfaces of both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer. The protrusion may be formed so that the film thickness is 16 nm or more thinner than the film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the top surface of the protrusion of the amorphous silicon layer.
本態様によれば、チャネル層の凸部を多結晶性シリコン層とし、チャネル層の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層又は微結晶シリコン層とすることもできる。 According to this aspect, the convex portion of the channel layer can be a polycrystalline silicon layer, and the portions on both sides of the convex portion of the channel layer can be an amorphous silicon layer or a microcrystalline silicon layer.
また、前記第7工程において、前記非結晶性シリコン層の前記凸部およびその下方の部分の前記レーザー光の吸収率と、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の前記レーザー光の吸収率との差分は、3%以上であってもよい。 In the seventh step, the laser light absorptance of the convex portion of the amorphous silicon layer and a portion below the convex portion, and the laser light of the portions on both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer The difference from the absorption rate may be 3% or more.
本態様によれば、チャネル層の凸部を多結晶性シリコン層とし、チャネル層の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層又は微結晶シリコン層とすることもできる。 According to this aspect, the convex portion of the channel layer can be a polycrystalline silicon layer, and the portions on both sides of the convex portion of the channel layer can be an amorphous silicon layer or a microcrystalline silicon layer.
また、前記第7工程において、前記レーザー光の波長は473nmであり、前記第6工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より4nm以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。具体的には、前記第6工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が27nm以下0nm超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が35nm以上であるように前記凸部を形成してもよい。 In the seventh step, the wavelength of the laser beam is 473 nm, and in the sixth step, from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the upper surfaces of both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer. The convex portion may be formed so that the film thickness is 4 nm or more thinner than the film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the upper surface of the convex portion of the amorphous silicon layer. Specifically, in the sixth step, the film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the top surfaces of both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer is 27 nm or less and greater than 0 nm, The convex portion may be formed so that the film thickness from the bottom surface of the crystalline silicon layer to the upper surface of the convex portion of the amorphous silicon layer is 35 nm or more.
または、前記第7工程において、前記レーザー光の波長は532nmであり、前記第6工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より5nm以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。具体的には、前記第6工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が30nm以下0nm超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が40nm以上であるように前記凸部を形成してもよい。 Alternatively, in the seventh step, the wavelength of the laser beam is 532 nm, and in the sixth step, from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surfaces of both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer. The convex portion may be formed so that the film thickness is 5 nm or more thinner than the film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the upper surface of the convex portion of the amorphous silicon layer. Specifically, in the sixth step, the film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the top surfaces of both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer is 30 nm or less and greater than 0 nm, The convex portion may be formed so that the film thickness from the bottom surface of the crystalline silicon layer to the upper surface of the convex portion of the amorphous silicon layer is 40 nm or more.
または、前記第7工程において、前記レーザー光の波長は561nmであり、前記第6工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より5nm以上薄くなるように前記凸部を形成してもよい。具体的には、前記第6工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が32nm以下0nm超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が42nm以上であるように前記凸部を形成してもよい。 Alternatively, in the seventh step, the wavelength of the laser beam is 561 nm, and in the sixth step, from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surfaces of both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer. The convex portion may be formed so that the film thickness is 5 nm or more thinner than the film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the upper surface of the convex portion of the amorphous silicon layer. Specifically, in the sixth step, a film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surfaces of both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer is 32 nm or less and greater than 0 nm, The convex portion may be formed so that the film thickness from the bottom surface of the crystalline silicon layer to the upper surface of the convex portion of the amorphous silicon layer is 42 nm or more.
本態様によれば、チャネル層の凸部およびその下方の部分を多結晶性シリコン層とし、チャネル層の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層又は微結晶シリコン層とすることもできる。 According to this aspect, the convex portion of the channel layer and the portion below it can be a polycrystalline silicon layer, and the portions on both sides of the convex portion of the channel layer can be an amorphous silicon layer or a microcrystalline silicon layer.
また、前記第7工程において、前記非結晶性シリコン層の前記凸部およびその下方の部分の前記レーザー光の吸収率は30%以上であり、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の前記レーザー光の吸収率は20%以下であってもよい。 In the seventh step, the laser light absorptance of the convex portion of the amorphous silicon layer and the portion below the convex portion is 30% or more, and the both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer are The absorption rate of the laser light in the portion may be 20% or less.
本態様によれば、チャネル層の凸部を多結晶性シリコン層とし、チャネル層の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層又は微結晶シリコン層とすることもできる。 According to this aspect, the convex portion of the channel layer can be a polycrystalline silicon layer, and the portions on both sides of the convex portion of the channel layer can be an amorphous silicon layer or a microcrystalline silicon layer.
また、前記第7工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値は、0.286以下であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値は、0.381以上であってもよい。 Further, in the seventh step, the refractive index of the amorphous silicon layer is integrated to the film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the upper surface of both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer. The value obtained by dividing the optical film thickness of the amorphous silicon layer by the wavelength of the laser beam is 0.286 or less, and the value of the amorphous silicon layer from the bottom surface of the amorphous silicon layer is 0.286 or less. The value obtained by dividing the optical film thickness of the amorphous silicon layer, which is a value obtained by integrating the refractive index of the amorphous silicon layer with the film thickness up to the top surface of the convex portion, is 0.381. It may be the above.
本態様によれば、非結晶性シリコンの凸部のレーザー光の吸収率を30%以上とし、非結晶性シリコン層の凸部の両側の部分のレーザー光の吸収率を20%以下とすることができる。 According to this aspect, the absorptivity of the laser light of the convex part of the amorphous silicon is set to 30% or more, and the absorptivity of the laser light at both sides of the convex part of the amorphous silicon layer is set to 20% or less. Can do.
また、前記第7工程において、lおよびmを0から始まる整数とし、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をXとし、前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をYとし、前記Xおよび前記Yは、下記の(式1)および(式2)を満たしてもよい。 In the seventh step, l and m are integers starting from 0, and the amorphous silicon layer has a thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the top surface of the convex portion of the amorphous silicon layer. A value obtained by dividing the optical film thickness of the amorphous silicon layer, which is a value obtained by integrating the refractive index of the above, is X, and a value obtained by dividing the optical film thickness of the amorphous silicon layer by the wavelength of the laser beam is X. The value obtained by dividing the optical film thickness of the gate insulating layer, which is an integrated value, by the wavelength of the laser beam is Y, and X and Y satisfy the following (Equation 1) and (Equation 2). Good.
(式1)0.50m≦Y≦0.40+0.50m
(式2)−4.00(X−0.50l)+1.92+0.50m≦Y≦−4.00(X−0.50l)+2.68+0.50m(Formula 1) 0.50 m ≦ Y ≦ 0.40 + 0.50 m
(Formula 2) -4.00 (X-0.50 l) + 1.92 + 0.50 m≤Y≤-4.00 (X-0.50 l) + 2.68 + 0.50 m
本態様によれば、最大の吸収率を含み、非結晶性シリコンの凸部のレーザー光の吸収率を例えば50%以上にすることができる。 According to this aspect, the absorption rate of the laser beam of the convex portion of the amorphous silicon can be set to 50% or more, for example, including the maximum absorption rate.
また、前記第3工程において、窒化シリコン層と、前記窒化シリコン層上に形成された酸化シリコン層とから構成される前記ゲート絶縁層を形成してもよい。具体的には、前記ゲート絶縁層は、前記窒化シリコン層および前記酸化シリコン層が構成する直列キャパシタの有する静電容量と、膜厚が100nm以上140nm以下の単層の酸化シリコン層の静電容量とが等しくなるような膜厚で形成されてもよい。 In the third step, the gate insulating layer including a silicon nitride layer and a silicon oxide layer formed on the silicon nitride layer may be formed. Specifically, the gate insulating layer includes a capacitance of a series capacitor formed by the silicon nitride layer and the silicon oxide layer, and a capacitance of a single silicon oxide layer having a thickness of 100 nm to 140 nm. May be formed in such a film thickness that becomes equal to each other.
本態様によれば、ゲート絶縁層を2層構造とし、非結晶性シリコンの凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を増大させることができる。これにより、例えばチャネル層の凸部およびその下方の部分の結晶の平均粒径を大きくして、オン電流を増大させることができる。 According to this aspect, the gate insulating layer has a two-layer structure, and the absorptivity of the laser light at the convex portion of the amorphous silicon and the portion below it can be increased. As a result, for example, the average grain size of the crystal in the convex portion of the channel layer and the portion below the channel layer can be increased to increase the on-current.
また、前記第7工程において、nを0から始まる整数とし、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をXとし、窒化シリコン層と酸化シリコン層とで構成されるゲート絶縁層を酸化シリコン層の屈折率で換算した光学膜厚を、酸化シリコン層の屈折率とレーザー光の波長とを積算した値で除算した値をYとし、前記Xおよび前記Yは、下記の(式3)および(式4)、又は(式5)および(式6)を満たしてもよい。 Further, in the seventh step, n is an integer starting from 0, and the refraction of the non-crystalline silicon layer is from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of the convex portion of the non-crystalline silicon layer. A value obtained by dividing the optical film thickness of the non-crystalline silicon layer, which is a value obtained by dividing the rate by the wavelength of the laser beam, is X, and a gate insulating layer composed of a silicon nitride layer and a silicon oxide layer is formed of silicon oxide. A value obtained by dividing the optical film thickness converted by the refractive index of the layer by a value obtained by integrating the refractive index of the silicon oxide layer and the wavelength of the laser beam is defined as Y, where X and Y are the following (Equation 3) and (Equation 4) or (Equation 5) and (Equation 6) may be satisfied.
(式3)0.226≦Y≦0.26
(式4)−2.90(X−0.5n)+1.39≦Y≦−2.90(X−0.5n)+1.97
(式5)0.340≦Y≦0.543
(式6)−2.90(X−0.5n)+1.70≦Y≦−2.90(X−0.5n)+2.28(Formula 3) 0.226 ≦ Y ≦ 0.26
(Formula 4) -2.90 (X-0.5n) + 1.39≤Y≤-2.90 (X-0.5n) +1.97
(Formula 5) 0.340 ≦ Y ≦ 0.543
(Expression 6) -2.90 (X-0.5n) + 1.70 ≦ Y ≦ -2.90 (X-0.5n) +2.28
本態様によれば、ゲート絶縁層が2層構造を有する構成において、最大の吸収率を含み、非結晶性シリコンの凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を例えば50%以上にすることができる。 According to this aspect, in the configuration in which the gate insulating layer has a two-layer structure, the absorption rate of the laser light including the maximum absorption rate and the convex portion of the amorphous silicon and the lower portion thereof is set to, for example, 50% or more. be able to.
また、前記第6工程において、前記チャネル保護層の膜厚に前記チャネル保護層の屈折率を積算した値である前記チャネル保護層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をZとし、kを0から始まる整数とし、前記Zは、下記の(式7)を満たしてもよい。 In the sixth step, a value obtained by dividing the optical film thickness of the channel protective layer, which is a value obtained by adding the refractive index of the channel protective layer to the film thickness of the channel protective layer, by the wavelength of the laser beam is Z And k is an integer starting from 0, and Z may satisfy the following (formula 7).
(式7)0.5×(k+0.3)≦Z≦0.5×(k+0.7) (Expression 7) 0.5 × (k + 0.3) ≦ Z ≦ 0.5 × (k + 0.7)
本態様によれば、チャネル保護層はレーザー光の反射防止膜の機能を果たし、非結晶性シリコンのレーザー光吸収率を増大させることができる。吸収率の増大具合はチャネル保護層の膜厚に対して周期的に変動するが、吸収率が特に増大する範囲はチャネル保護層の光学膜厚を用いて(式7)で表される。従って、(式7)を満たすチャネル保護層を形成することで、チャネル層の凸部およびその下方のレーザー光の吸収効率を増大させることができる。 According to this aspect, the channel protective layer functions as an antireflection film for laser light, and can increase the laser light absorption rate of amorphous silicon. The degree of increase in the absorptance varies periodically with respect to the film thickness of the channel protective layer, but the range in which the absorptance increases in particular is expressed by (Equation 7) using the optical film thickness of the channel protective layer. Therefore, by forming a channel protective layer that satisfies (Equation 7), it is possible to increase the absorption efficiency of the convex portion of the channel layer and the laser light below it.
また、前記第6工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が100nm以下であるように前記凸部を形成してもよい。 In the sixth step, the convex portion may be formed so that a film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the top surface of the convex portion of the amorphous silicon layer is 100 nm or less.
凸部の非結晶性シリコン層が極端に厚い場合、レーザー光が非結晶性シリコン層を厚さ方向に透過し、電流経路となるゲート絶縁層の直上に届くまでに減衰してしまう。しかし、非結晶性シリコン層の膜厚を100nm以下とすることで、レーザー光が非結晶性シリコン層に深く侵入し、電流経路となるゲート絶縁層の直上の非結晶性シリコン層まで結晶化することができる。これにより、薄膜トランジスタのサブスレショルドスイング特性を向上させることができる。 When the amorphous silicon layer at the convex portion is extremely thick, the laser light is transmitted through the amorphous silicon layer in the thickness direction and attenuated until it reaches directly above the gate insulating layer serving as a current path. However, by setting the film thickness of the amorphous silicon layer to 100 nm or less, the laser light penetrates deeply into the amorphous silicon layer and crystallizes to the amorphous silicon layer directly above the gate insulating layer serving as a current path. be able to. Thereby, the subthreshold swing characteristic of the thin film transistor can be improved.
また、前記第6工程において、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が10nm以上であるように前記凸部を形成してもよい。 Further, in the sixth step, the convex portion is formed so that a film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the upper surface of both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer is 10 nm or more. May be.
凸部の両側の部分の非結晶性シリコン層が極端に薄い場合、非結晶性シリコン層によるレーザー光の吸収率が低くなるため、非結晶性シリコン層を透過したレーザー光のエネルギーの大部分はゲート電極に投入され、ゲート電極が損傷してしまう。しかし、非結晶性シリコン層の膜厚を10nm以上とすることで、過剰なレーザー光によるゲート電極の損傷を防ぐことができる。 When the amorphous silicon layer on both sides of the convex part is extremely thin, the absorption rate of the laser light by the amorphous silicon layer is low, so most of the energy of the laser light transmitted through the amorphous silicon layer is It is thrown into the gate electrode and the gate electrode is damaged. However, by setting the thickness of the amorphous silicon layer to 10 nm or more, damage to the gate electrode due to excessive laser light can be prevented.
また、前記第6工程において、前記下層の非結晶性シリコン層の側面と前記上層のチャネル保護層の側面とが面一となった前記凸部を形成してもよい。 Further, in the sixth step, the convex portion in which the side surface of the lower amorphous silicon layer and the side surface of the upper channel protective layer are flush with each other may be formed.
また、前記第1工程において、表面にアンダーコート層が形成された前記基板を準備し、前記第2工程では、前記アンダーコート層上に前記ゲート電極を形成してもよい。 Moreover, the said board | substrate with which the undercoat layer was formed in the said 1st process may be prepared, and the said gate electrode may be formed on the said undercoat layer in the said 2nd process.
本態様によれば、基板の中に含まれる不純物のチャネル層への侵入を抑えることができる。 According to this aspect, the intrusion of impurities contained in the substrate into the channel layer can be suppressed.
また、前記第2工程において、Mo又はMoWを含む高融点金属または当該高融点金属の合金からなる金属膜を前記ゲート電極として形成してもよい。 In the second step, a metal film made of a refractory metal containing Mo or MoW or an alloy of the refractory metal may be formed as the gate electrode.
また、前記第3工程において、前記レーザー光の波長に対して消衰係数が0.01以下である膜を前記ゲート絶縁層として形成してもよい。 In the third step, a film having an extinction coefficient of 0.01 or less with respect to the wavelength of the laser beam may be formed as the gate insulating layer.
本態様によれば、ゲート絶縁層によるレーザー光の光吸収を抑え、非結晶性シリコンの凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を増大させることができる。 According to this aspect, the light absorption of the laser light by the gate insulating layer can be suppressed, and the absorption rate of the laser light at the convex part of the amorphous silicon and the part below the amorphous silicon can be increased.
また、前記第3工程において、酸化シリコン層を前記ゲート絶縁層として形成してもよい。 In the third step, a silicon oxide layer may be formed as the gate insulating layer.
また、前記第3工程において、窒化シリコン層を前記ゲート絶縁層として形成してもよい。 In the third step, a silicon nitride layer may be formed as the gate insulating layer.
また、前記第5工程において、前記レーザー光の波長に対して消衰係数が0.01以下である膜を前記チャネル保護層として形成してもよい。 In the fifth step, a film having an extinction coefficient of 0.01 or less with respect to the wavelength of the laser beam may be formed as the channel protective layer.
本態様によれば、チャネル保護層によるレーザー光の光吸収を抑え、非結晶性シリコンの凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を増大させることができる。 According to this aspect, the absorption of laser light by the channel protective layer can be suppressed, and the absorption rate of the laser light at the convex part of the amorphous silicon and the part below it can be increased.
また、前記第5工程において、酸化シリコン層をチャネル保護層として形成してもよい。 In the fifth step, a silicon oxide layer may be formed as a channel protective layer.
また、前記第5工程において、窒化シリコン層をチャネル保護層として形成してもよい。 In the fifth step, a silicon nitride layer may be formed as a channel protective layer.
また、前記第7工程において、前記レーザー光は、連続発振モードまたは擬似連続発振モードの光であってもよい。 In the seventh step, the laser light may be light in a continuous oscillation mode or a pseudo continuous oscillation mode.
また、前記第7工程において、前記レーザー光は、固体レーザー装置から発せられた光であってもよい。 In the seventh step, the laser light may be light emitted from a solid-state laser device.
また、前記第7工程において、前記レーザー光は、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置から発せられた光であってもよい。 In the seventh step, the laser light may be light emitted from a laser apparatus using a semiconductor laser element.
また、前記第7工程において、前記レーザー光の前記非結晶性シリコン層上における照射エネルギー密度の変動は、5%未満であってもよい。 In the seventh step, the fluctuation of the irradiation energy density of the laser beam on the amorphous silicon layer may be less than 5%.
本態様によれば、レーザー光に起因するチャネル層の特性のばらつきを抑えることができる。 According to this aspect, it is possible to suppress variations in channel layer characteristics caused by laser light.
また、前記第7工程において、レーザー光を一定のスキャンスピードで、前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射してもよい。 Further, in the seventh step, laser light may be irradiated to the convex portion of the amorphous silicon layer, a portion below the convex portion, and portions on both sides of the convex portion at a constant scanning speed.
また、本発明の一態様に係る表示装置は、液晶パネル又は有機ELパネルを備える表示装置であって、上記薄膜トランジスタを備え、前記薄膜トランジスタは、前記表示装置が前記液晶パネルを備える場合に前記液晶パネルを駆動させ、前記表示装置が前記有機ELパネルを備える場合に前記有機ELパネルを駆動させることを特徴とする。 A display device according to one embodiment of the present invention is a display device including a liquid crystal panel or an organic EL panel, and includes the thin film transistor. The thin film transistor includes the liquid crystal panel when the display device includes the liquid crystal panel. The organic EL panel is driven when the display device includes the organic EL panel.
本態様によれば、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させ、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。 According to this aspect, it is possible to achieve both excellent on-characteristics and excellent off-characteristics, and to make the electrical characteristics symmetrical with respect to the replacement of the source electrode and the drain electrode.
以下、本発明の実施形態における薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a thin film transistor, a manufacturing method thereof, and a display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタについて、以下で説明する。(First embodiment)
First, the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention will be described below.
図1は、本実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the thin film transistor according to this embodiment.
この薄膜トランジスタは、表示装置用のチャネル保護型でボトムゲート型の薄膜トランジスタであって、基板100と、基板100上に形成されたゲート電極110と、ゲート電極110上に形成されたゲート絶縁層120と、ゲート電極110の上方のゲート絶縁層120上に形成された結晶性シリコン層131と、ゲート絶縁層120上であって結晶性シリコン層131の両側に形成され、結晶性シリコン層131の膜厚より膜厚が薄い非結晶性シリコン層(アモルファスシリコン)130と、結晶性シリコン層131上に形成されたチャネル保護層140と、チャネル保護層140の端部の上面、チャネル保護層140および結晶性シリコン層131の側面、並びに非結晶性シリコン層130の上面に沿って、非結晶性シリコン層130の一方の上方に形成されたソース電極171および非結晶性シリコン層130の他方の上方に形成されたドレイン電極172とを備える。さらに、非結晶性シリコン層130とソース電極171との間に形成されたコンタクト層162と、非結晶性シリコン層130とドレイン電極172との間に形成されたコンタクト層161とを備える。
This thin film transistor is a channel protection type bottom gate thin film transistor for a display device, and includes a
次に、図1の薄膜トランジスタについて詳細に説明する。 Next, the thin film transistor of FIG. 1 will be described in detail.
基板100は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラスおよび高耐熱性ガラス等のガラス材料からなるガラス基板である。なお、ガラス基板の中に含まれるナトリウムやリン等の不純物が結晶性シリコン層131および非結晶性シリコン層130に侵入することを防止するために、表面に窒化シリコン(SiNx)、酸化シリコン(SiOy)又はシリコン酸窒化膜(SiOyNx)等からなるアンダーコート層が形成された基板を用いてもよい。また、アンダーコート層は、レーザーアニール等の高温熱処理プロセスにおいて、基板100への熱の影響を緩和させる役割を担うこともある。アンダーコート層の膜厚は、例えば、100nm〜2000nm程度とする。
The
ゲート電極110は、シリコンの融点温度に耐えられる導電性材料又はその合金等の単層構造又は多層構造からなり、例えば、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、タングステン(W)、Ta(タンタル)、Nb(ニオブ)、Ni(ニッケル)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、又はモリブデンタングステン(MoW)等を基板100上に形成し、これを所定形状にパターニングすることで形成される。ゲート電極110の膜厚は、好ましくは30nm以上300nm以下であり、より好ましくは、50nm以上100nm以下である。これは、ゲート電極110の膜厚が薄いと、ゲート電極110の透過率が増加してしまい、レーザー光の反射が低下しやすくなるからである。一方、ゲート電極110の膜厚が厚いとゲート絶縁層120のカバレッジが低下してしまい、特にはゲート電極110の端部でゲート絶縁層120が段切れしてしまう等、薄膜トランジスタの特性が劣化しやすくなるからである。
The
結晶性シリコン層131および非結晶性シリコン層130は、ゲート絶縁層120上に形成される半導体層であって、ゲート電極110の電圧によってキャリアの移動が制御されるチャネル層を構成する。結晶性シリコン層131は、多結晶性シリコン層等の結晶性のシリコン層からなり、非結晶性シリコン層130の非晶質のシリコンの一部をレーザー照射することにより多結晶質化(微結晶化も含む)することで形成される。なお、結晶性シリコン層131は、非結晶性のシリコンと結晶性のシリコン層との混晶構造を有するシリコン層とすることができる。
The
なお、結晶性シリコン層131に含まれる結晶の平均粒径は10nm以上1μm以下である。
Note that the average particle diameter of crystals contained in the
チャネル層は、表面に凸部および平坦部を有する。チャネル層において、チャネル層の底面(結晶性シリコン層131および非結晶性シリコン層130の底面)から平坦部の表面(非結晶性シリコン層130の上面)までの膜厚(平坦部の膜厚)は、チャネル層の底面から凸部の上面(結晶性シリコン層131の上面)までの膜厚(凸部の膜厚)よりも薄い。さらに、チャネル層の凸部は、ゲート電極110の上方に位置し、その両端がゲート電極110の両端より内側に位置する。すなわち、ゲート電極110のゲート長(チャネル長)は、チャネル層のゲート長方向の長さよりも長い。これにより、チャネル層の凸部の両側、つまりチャネル層の平坦部は、電荷の移動経路となる。
The channel layer has a convex part and a flat part on the surface. In the channel layer, the film thickness (film thickness of the flat portion) from the bottom surface of the channel layer (the bottom surfaces of the
ゲート絶縁層120は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコン酸窒化膜、酸化アルミニウム(AlOz)、酸化タンタル(TaOw)又はその積層膜等からなり、基板100上のゲート電極110を覆うように、基板100およびゲート電極110の上に形成される。
The
なお、チャネル層に結晶シリコンを用いているので、ゲート絶縁層120を酸化シリコンで構成することが好ましい。これは、TFTにおける良好な閾値電圧特性を維持するためにはチャネル層とゲート絶縁層120との界面状態を良好なものにすることが好ましいからである。
Note that since crystalline silicon is used for the channel layer, the
チャネル保護層140は、チャネル層を保護する保護膜であって、チャネル層の凸部の上面上に形成される。チャネル保護層140の側面と結晶性シリコン層131の側面(チャネル層の凸部の側面)とは面一である。チャネル保護層140は、一対のコンタクト層161および162を形成するときのエッチング処理時において、チャネル層がエッチングされてしまうことを防止するためのチャネルエッチングストッパ(CES)層として機能する。しかし、コンタクト層161および162をパターニングするときのエッチングによってチャネル保護層140の上部はエッチングされる(不図示)。
The channel
チャネル保護層140は、酸化シリコンや窒化シリコン等の無機材料を主成分とする無機材料層である。なお、チャネル保護層140は、絶縁性を有し、一対のコンタクト層161および162同士は電気的に接続されていない。
The channel
一対のコンタクト層161および162は、不純物を高濃度に含む非晶質半導体層、または不純物を高濃度に含む多結晶半導体層からなり、その一部がチャネル層の上方にチャネル保護層140を介して形成され、他部がチャネル層の上に接して形成される。また、一対のコンタクト層161および162は、チャネル保護層140上において所定の間隔をあけて対向配置されている。
The pair of
一対のコンタクト層161および162のそれぞれは、チャネル保護層140の上面からチャネル層の平坦部までを跨るようにして形成されており、チャネル保護層140の上面および側面、ならびに、チャネル層の凸部の側面および平坦部の上面を覆うように形成されている。より具体的には、2つのコンタクト層161および162は、チャネル層の凸部の両側に別々に設けられ、チャネル保護層140の端部の上面および側面、チャネル保護層140の側面につらなるチャネル層の凸部の側面、ならびにチャネル層の凸部の側面につらなるチャネル層の平坦部の上面上に形成されている。
Each of the pair of
一対のコンタクト層161および162は、例えば、非結晶性シリコンに不純物としてリン(P)をドーピングしたn型半導体層であって、1×1019[atm/cm3]以上の高濃度の不純物を含むn+層である。コンタクト層161および162のそれぞれ膜厚は、例えば5nm〜100nmとすることができる。The pair of
一対のソース電極171およびドレイン電極172は、チャネル保護層140の端部の上面および側面、チャネル保護層140の側面につらなるチャネル層の凸部の側面、およびチャネル層の凸部の側面につらなるチャネル層の平坦部の上面に沿って形成されている。また、一対のソース電極171およびドレイン電極172は、離間して設けられている。
The pair of the
一対のソース電極171およびドレイン電極172は、チャネル層の上方に形成されており、それぞれ対応するコンタクト層161又は162上に形成される。すなわち、ソース電極171は、一対のコンタクト層162上に形成されており、ドレイン電極172は、コンタクト層161上に形成されている。
The pair of
ソース電極171およびドレイン電極172は、それぞれ導電性材料又はこれらの合金等からなる単層構造又は多層構造とすることができ、例えば、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銀(Ag)、銅(Cu)、チタン(Ti)又はクロム(Cr)等の材料により構成される。また、ソース電極171およびドレイン電極172は、MoW/Al/MoWの三層構造とすることもできる。なお、ソース電極171およびドレイン電極172の膜厚は、例えば、100nm〜500nm程度とする。
The
以下、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法について、図2を用いて説明する。図2は、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。 Hereinafter, the manufacturing method of the thin film transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of each step in the method of manufacturing a thin film transistor according to the present embodiment.
この薄膜トランジスタの製造方法は、基板100を準備する第1工程と、基板100上にゲート電極110を形成する第2工程と、ゲート電極110上にゲート絶縁層120を形成する第3工程と、ゲート絶縁層120上に非結晶性シリコン層130を形成する第4工程と、非結晶性シリコン層130上にチャネル保護層140を形成する第5工程と、非結晶性シリコン層130およびチャネル保護層140を加工することで、上層がチャネル保護層140であり、下層が非結晶性シリコン層130である凸部を形成する第6工程と、レーザー光を非結晶性シリコン層130の凸部、凸部の下方の部分および凸部の両側の部分に照射して、非結晶性シリコン層130の凸部および凸部の下方の部分を結晶性シリコン層131とし、非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層130のまま残す第7工程と、チャネル保護層140の端部の上面、チャネル保護層140および結晶性シリコン層131の側面、並びに非結晶性シリコン層130の上面に沿って、非結晶性シリコン層130の一方の上方にソース電極171を形成し、非結晶性シリコン層130の他方の上方にドレイン電極172を形成する第8工程とを含み、第7工程において、非結晶性シリコン層130のレーザー光に対する吸収率は、チャネル保護層140の下方に対応する、非結晶性シリコン層130の凸部および凸部の下方の部分の吸収率が、非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分の吸収率より大きい。
The thin film transistor manufacturing method includes a first step of preparing the
次に、図2の薄膜トランジスタの製造方法について詳細に説明する。 Next, a method for manufacturing the thin film transistor of FIG. 2 will be described in detail.
まず、図2(a)に示すように、基板100としてガラス基板を準備する。なお、ゲート電極110を形成する前に、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)等によって基板100の表面にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、およびシリコン酸窒化膜等からなるアンダーコート層を形成してもよい。アンダーコート層は、1.5<y<2.0のシリコン酸化膜(SiOy)で、300nm以上1500nm以下の膜厚で構成されるのが好ましい。より好ましいアンダーコート層の膜厚範囲は、500nm以上1000nm以下である。これは、アンダーコート層の厚みを厚くすると基板100への熱負荷を低減できるが、厚すぎると膜剥がれやクラックが発生してしまうことによる。
First, as shown in FIG. 2A, a glass substrate is prepared as the
次に、図2(b)に示すように、基板100上に所定形状のゲート電極110を形成する。例えば、基板100上にMo又はMoWを含む高融点金属または当該高融点金属の合金からなるゲート金属膜をゲート電極110としてスパッタによって成膜し、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチング法を用いてゲート金属膜をパターニングすることにより、所定形状のゲート電極110を形成することができる。MoWのウェットエッチングは、例えば、リン酸(HPO4)、硝酸(HNO3)、酢酸(CH3COOH)および水を所定の配合で混合した薬液を用いて行うことができる。なお、基板100の表面にアンダーコート層が形成されている場合には、アンダーコート層上にゲート電極110を形成する。Next, as shown in FIG. 2B, a
次に、図2(c)に示すように、ゲート電極110を覆って基板100およびゲート電極110上にゲート絶縁層120を形成する。例えば、プラズマCVD法により、ゲート電極110の上にゲート絶縁層120として酸化シリコン層又は窒化シリコン層を成膜する。
Next, as illustrated in FIG. 2C, a
次に、図2(d)に示すように、ゲート絶縁層120上に、非結晶性シリコンからなる非結晶性シリコン層130をプラズマCVD等によってゲート絶縁層120の成膜と連続的に成膜する。
Next, as shown in FIG. 2D, an
次に、図2(e)に示すように、非結晶性シリコン層130上に、酸化シリコンからなるチャネル保護層140をプラズマCVD等によって成膜する。
Next, as shown in FIG. 2E, a channel
次に、図2(f)に示すように、非結晶性シリコン層130およびチャネル保護層140の一部を連続的にエッチング除去する。この除去はチャネル保護層140が除去されて非結晶性シリコン層130が表面に露出した後も行われる。従って、非結晶性シリコン層130には凸部および平坦部が形成され、凸部の上にはチャネル保護層140が残留する。非結晶性シリコン層130およびチャネル保護層140のエッチングは連続的に行われるため、つまりセルフアラインで凸部が形成されるため、下層の非結晶性シリコン層130の側面と上層のチャネル保護層140の側面とが面一となった凸部が形成される。
Next, as shown in FIG. 2F, the
次に、図2(g)に示すように、非結晶性シリコン層130をレーザーアニール法により結晶性シリコン層131にする。具体的には、所定のレーザー光を基板100に対して一定の方向に相対移動させて、レーザー光を用いて非結晶性シリコン層130を結晶化させて結晶性シリコン層131を生成する。より具体的には、先ず、形成された非結晶性シリコン層130に対して脱水素処理(非結晶性シリコン層130から水素が抜ける温度である400℃以上の温度での脱水素アニール処理)を実施する。その後、非結晶性シリコン層130をレーザーアニール法により多結晶質(微結晶を含む)にすることにより結晶性シリコン層131を形成する。
Next, as shown in FIG. 2G, the
このとき、レーザー光は、非結晶性シリコン層130の一方の平坦部、凸部および他方の平坦部の順に非結晶性シリコン層130をスキャンするが、平坦部の膜厚は凸部の膜厚より薄いため、平坦部のレーザー光の吸収率は低い。従って、非結晶性シリコン層130において、凸部およびその下方の部分は結晶化されて結晶性シリコン層131が形成されるが、凸部の両側の平坦部は結晶化されずに非結晶性シリコン層130のまま残る。その結果、非結晶性シリコン層130の凸部およびその下方の部分のみを選択的に結晶化し、非結晶性シリコン層130の凸部およびその下方の部分のみに選択的に結晶性シリコン層131を形成することができる。
At this time, the laser beam scans the
また、レーザー光のレーザー光源は、可視光領域の波長のレーザーである。この可視光領域の波長のレーザーは、約380nm〜780nmの波長のレーザーであり、好ましくは473nm以上561nm以下の波長のグリーンレーザーである。また、この可視光領域の波長のレーザー光は、連続発振モードまたは擬似連続発振モードの光であれば好ましい。なぜなら、可視光領域の波長のレーザー光が連続発振モードまたは擬似連続発振モード以外の発振モードのパルス発振モードである場合、非結晶性シリコン層130にレーザー光を非連続に照射することになるため、非結晶性シリコン層130を常時溶融状態に保持することできないからである。また、擬似連続の発振モードも含まれる理由は、非結晶性シリコン層130がその融点以下まで冷却しないうちにパルスを当てて再加熱させることにより、その溶融状態を維持できるからである。従って、擬似連続発振モードの好ましい態様は、非結晶性シリコン層130がその融点以下まで冷却しないうちにパルスを当てて再加熱させることができ、かつ、その溶融状態を維持できるものである。また、可視光領域の波長のレーザー光は、固体レーザー装置から発せられた光であってもよく、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置から発せられた光であってもよい。いずれにせよ、レーザー光を精度よく制御できるため好ましい。さらに、可視光領域の波長のレーザー光は、結晶ムラのない結晶性シリコン層131を形成するため、非結晶性シリコン層130上に照射したときのレーザー光の非結晶性シリコン層130上における照射エネルギー密度の変動が5%未満であれば好ましい。結晶ムラのない結晶性シリコン層131を形成することにより、薄膜トランジスタの当初設計特性が達成でき、また、特性の均一化が実現できる。
The laser light source of the laser light is a laser having a wavelength in the visible light region. The laser having a wavelength in the visible light region is a laser having a wavelength of about 380 nm to 780 nm, and is preferably a green laser having a wavelength of 473 nm to 561 nm. The laser light having a wavelength in the visible light region is preferably light in a continuous oscillation mode or a pseudo continuous oscillation mode. This is because when the laser light having a wavelength in the visible light region is in a pulse oscillation mode other than the continuous oscillation mode or the pseudo continuous oscillation mode, the
また、凸部の非結晶性シリコン層130が極端に厚い場合、レーザー光が非結晶性シリコン層130を厚さ方向に透過し、電流経路となるゲート絶縁層120の直上に届くまでに減衰してしまう。しかし、非結晶性シリコン層130の膜厚を100nm以下とすることで、レーザー光が非結晶性シリコン層130に深く侵入し、電流経路となるゲート絶縁層120の直上の非結晶性シリコン層130まで結晶化することができる。従って、図2(f)の工程では、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の上面までの膜厚が100nm以下であるように凸部が形成されることが好ましい。
In addition, when the
また、非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分の非結晶性シリコン層130が極端に薄い場合、レーザー光の非結晶性シリコン層130による吸収率が低くなる。よって、非結晶性シリコン層130を透過したレーザー光のエネルギーの大部分はゲート電極110に投入され、ゲート電極110が損傷してしまう。しかし、非結晶性シリコン層130の膜厚を10nm以上とすることで、過剰なレーザー光によるゲート電極の損傷を防ぐことができる。従って、図2(f)の工程では、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が10nm以上であるように凸部が形成されることが好ましい。
In addition, when the
また、レーザー光がゲート絶縁層120により光吸収されるのを抑え、非結晶性シリコン層130のレーザー光の吸収率を増大させるため、図2(c)の工程では、図2(g)のレーザー光の波長に対して消衰係数が0.01以下である酸化シリコン又は窒化シリコンなどの膜をゲート絶縁層120として形成することが好ましい。
Further, in order to suppress the laser light from being absorbed by the
また、レーザー光がチャネル保護層140により光吸収されるのを抑え、非結晶性シリコン層130のレーザー光の吸収率を増大させるため、図2(e)の工程では、図2(g)のレーザー光の波長に対して消衰係数が0.01以下である酸化シリコン又は窒化シリコンなどの膜をチャネル保護層140として形成することが好ましい。
Further, in order to prevent the laser light from being absorbed by the channel
なお、線状に集光されたレーザー光を非結晶性シリコン層130に照射するが、照射の方法は例えば2つあり、1つは線状に集光されたレーザー光の照射位置は固定であり、非結晶性シリコン層130の形成された基板100が載せられたステージを移動させる方法、もう1つは、ステージは固定であり、レーザー光の照射位置が移動する方法である。何れの方法においても、レーザー光が非結晶性シリコン層130に対して相対的に移動しながら照射される。このように、レーザー光が照射された非結晶性シリコン層130は、レーザー光のエネルギーを吸収し温度上昇して結晶化されることにより結晶性シリコン層131になる。
The
次に、図2(h)に示すように、チャネル保護層140の上面から非結晶性シリコン層130の平坦部までを跨るようにして、コンタクト層161および162となるコンタクト層160を形成する。具体的には、チャネル保護層140の上面および側面上と、結晶性シリコン層131の凸部の側面および非結晶性シリコン層130の平坦部の上面上とを覆うようにして、例えばプラズマCVDによってリン等の5価元素の不純物をドープした非結晶性シリコンからなるコンタクト層160を成膜する。
Next, as illustrated in FIG. 2H, a
次に、図2(i)に示すように、コンタクト層160を覆うようにして、ソース電極171およびドレイン電極172となるソースドレイン金属膜170を形成する。例えば、スパッタによって、MoW/Al/MoWの三層構造のソースドレイン金属膜170を成膜する。
Next, as illustrated in FIG. 2I, a source /
次に、図示しないが、所定形状のソース電極171およびドレイン電極172を形成するために、ソースドレイン金属膜170上にレジスト材料を塗布し、露光および現像を行って、所定形状にパターニングされたレジストを形成する。その後、図2(j)に示すように、このレジストをマスクとしてエッチングを施してソースドレイン金属膜170をパターニングすることにより所定形状のソース電極171およびドレイン電極172を形成する。このとき、コンタクト層160がエッチングストッパとして機能する。その後、ソース電極171およびドレイン電極172上のレジストを除去し、ソース電極171およびドレイン電極172をマスクとしてドライエッチングを施すことにより、コンタクト層160をパターニングするとともにチャネル層を島状にパターニングする。これにより、所定形状の一対のコンタクト層161および162と島状のチャネル層とを形成することができる。
Next, although not shown, in order to form the
以下、本実施形態に係る薄膜トランジスタの特性について、図3〜図8Cを用いて説明する。 Hereinafter, the characteristics of the thin film transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図3は、チャネル層の結晶性を変化させたときの薄膜トランジスタの電流電圧特性の変化を示す図である。なお、図3は、ソース・ドレイン間に12Vの電圧が印加された場合の特性を示しており、横軸はゲート・ソース電圧、縦軸はソース・ドレイン電流を示している。 FIG. 3 is a diagram illustrating a change in current-voltage characteristics of the thin film transistor when the crystallinity of the channel layer is changed. FIG. 3 shows the characteristics when a voltage of 12 V is applied between the source and drain, the horizontal axis shows the gate-source voltage, and the vertical axis shows the source-drain current.
図1の薄膜トランジスタでは、チャネル層が非結晶性シリコン層130と結晶性シリコン層131とから構成されるが、非結晶性シリコン層130のみでチャネル層を構成した場合と結晶性シリコン層131のみでチャネル層を構成した場合とでチャネル層は異なる特性を示す。つまり、図3に示されるように、非結晶性シリコン層130のみでチャネル層を構成した場合には、オフ特性は良いが、オン特性は悪い。一方、結晶性シリコン層131のみでチャネル層を構成した場合には、オフ特性は悪いが、オン特性は良い。
In the thin film transistor of FIG. 1, the channel layer is composed of the
図1の薄膜トランジスタは、図3の結晶性の違いによる特性の変化を利用して良好なオフ特性とオン特性とを両立させるものである。つまり、チャネル層のチャネル保護層140下方の凸部およびその下方の部分を全て結晶性シリコン層131としてオン電流を増加させつつ、チャネル層の凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層130としてオフ電流(リーク電流)を低減するものである。
The thin film transistor of FIG. 1 uses the change in characteristics due to the difference in crystallinity in FIG. 3 to achieve both good off characteristics and on characteristics. That is, the convex portion of the channel layer below the channel
図4Aは、図2(g)の工程のレーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層130のレーザー光の吸収率と、レーザー光のスキャンスピードとを変化させたときの結晶性シリコン層131の結晶性の変化を示す図である。
FIG. 4A shows the crystallinity of the
なお、非結晶性シリコン層130の吸収率を変化させることは、非結晶性シリコン層130の膜厚つまりチャネル層の膜厚を変化させることで実現している。
Note that changing the absorptance of the
また、図4Aの測定では、レーザー出力が60kW/cm2、ゲート電極110が膜厚50nmのMoW、ゲート絶縁層120が膜厚120nmの酸化シリコンからなるサンプルを用いている。4A, a sample is used in which the laser output is 60 kW / cm 2 , the
また、図4Aの「a−Si」は結晶性シリコン層131が結晶性シリコンとして結晶化せず、非結晶性シリコンとなることを示し、「SPC」は結晶性シリコン層131の結晶の平均粒径が25nm以上35nm以下程度であることを示し、「Ex&.SPC」は結晶性シリコン層131の平均粒径が40nm以上60nm未満程度であることを示し、「p―Si」は結晶性シリコン層131の平均粒径が60nm以上1μm以下程度であることを示し、「abration」は結晶性シリコン層131がチャネル層として機能しなくなることを示している。
In FIG. 4A, “a-Si” indicates that the
図4Aに示されるように、レーザーアニールのスキャンスピードおよび非結晶性シリコン層130の吸収率を変化させることで異なる結晶性のシリコン層を形成できる。そして、スキャンスピードを一定とした場合でも、図2(f)の工程において、非結晶性シリコン層130の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率と、非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分のレーザー光の吸収率との差分を1%以上とすることで、非結晶性のシリコン層と結晶性のシリコン層とを1回のレーザースキャンで同時に形成でき、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層131と凸部の両側の非結晶性シリコン層130とを形成できる。
As shown in FIG. 4A, different crystalline silicon layers can be formed by changing the scanning speed of laser annealing and the absorption rate of the
なお、非結晶性シリコン層130の吸収率は、チャネル保護層140の構成、膜厚および光学定数、非結晶性シリコン層130の膜厚および光学定数、ゲート絶縁層120の構成、膜厚および光学定数、さらに下地のゲート電極110を形成する金属材料の光学定数をパラメータとして、レーザー光の多重干渉を考慮した光学計算により導かれる。以下、光学計算の実施例を詳細に説明する。
Note that the absorptance of the
図4Bは、非結晶性シリコン層130の光吸収率の計算方法を説明するための図である。
FIG. 4B is a diagram for explaining a method for calculating the light absorption rate of the
図4Bは、図1に示す薄膜トランジスタの構造をモデル化した多層構造のモデル構造を示している。図4Bに示すモデル構造では、複素屈折率N1の層401と、複素屈折率N2の402と、複素屈折率N3の層403と、複素屈折率N4の層404と、複素屈折率N5の基板405とを備える。このモデル構造では、層404、層403、層402及び層401がこの順に基板405上に積層されたものを示している。また、図中に示す複素屈折率N0の領域は、モデル構造の外部であり、レーザー光がモデル構造に入射される側を示している。この領域は、例えば空気であり、その場合、屈折率1、消衰係数0である。FIG. 4B shows a model structure of a multilayer structure in which the structure of the thin film transistor shown in FIG. 1 is modeled. In the model structure shown in FIG. 4B, a
基板405は、例えば透明なガラスまたは石英からなる絶縁基板であり、例えば屈折率1.46を有し、図1に示す基板100に対応する。層404は、例えば屈折率3.47、消衰係数3.78の50nmのMoWで構成されており、図1に示すゲート電極110に対応する。層403は、例えば屈折率1.467、消衰係数0の酸化シリコンで構成されており、図1に示すゲート絶縁層120に対応している。層402は、例えば屈折率5.074、消衰係数0.621の非結晶性シリコン層130に対応する。層401は、例えば屈折率1.467、消衰係数0の酸化シリコンで構成されており、図1に示すチャネル保護層140に対応している。
The
図4Bに示すように、外部から層401へ入射される光に対する振幅反射係数をr01、層401から層402へ入射される光に対する振幅反射係数をr12、層402から層403へ入射される光に対する振幅反射係数をr23、層403から層404へ入射される光に対する振幅反射係数をr34としている。また、外部から層401へ入射される光の振幅透過係数をt01、層401から層402へ入射される光の振幅透過係数をt12、層402から層403へ入射される光の振幅透過係数をt23、層403から層404へ入射される光の振幅透過係数をt34としている。As shown in FIG. 4B, the amplitude reflection coefficient for light incident on the
さらに、ゲート電極110に対応する層404が形成されている領域上方の各層全体の振幅反射係数をそれぞれr01234(R1)、r1234(R2)、r234(R3)としている。具体的には、層404及び層403を1層とみなしたときの振幅反射係数をr234(R3)としている。同様に、層404、層403及び層402を1層とみなしたときの振幅反射係数をr1234(R2)とし、層404、層403、層402及び層401を1層とみなしたときの振幅反射係数をr01234(R1)としている。また、第1領域の各層全体の振幅透過係数をそれぞれt01234(T1)、t1234(T2)、t234(T3)としている。具体的には、層404、層403を1層とみなしたときの振幅透過係数をt234(T3)としている。同様に、層404、層403及び層402を1層とみなしたときの振幅透過係数をt1234(T2)とし、層404及び層403、層402及び層401を1層とみなしたときの振幅透過係数をt01234(T1)としている。Further, the amplitude reflection coefficients of the entire layers above the region where the
そして、第1領域の各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数は、下記の(式12)〜(式17)で表すことができる。 Then, the amplitude reflection coefficient and amplitude transmission coefficient of each layer in the first region can be expressed by the following (Expression 12) to (Expression 17).
また、第2領域の各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数は、下記の(式18)〜(式23)で表すことができる。 In addition, the amplitude reflection coefficient and amplitude transmission coefficient of each layer in the second region can be expressed by the following (Expression 18) to (Expression 23).
ここで、 here,
また、θは下式のスネルの法則より以下に示す通りに算出できる。 Further, θ can be calculated as shown below from Snell's law of the following equation.
また、各層それぞれの振幅反射係数r01、r12、r23、r34、r35及び振幅透過係数t01、t12、t12、t34、t35は下記の(式24)〜(式33)を用いて算出できる。The amplitude reflection coefficients r 01 , r 12 , r 23 , r 34 , r 35 and the amplitude transmission coefficients t 01 , t 12 , t 12 , t 34 , t 35 of each layer are expressed by the following (formula 24) to (formula). 33).
なお、ここで光は単色レーザー光であり、その偏光はP偏光を仮定している。 Here, the light is monochromatic laser light, and its polarization is assumed to be P-polarized light.
次に、以上の式を用いて、次のようにして第1領域における各層全体の振幅反射係数、振幅透過係数を算出する。すなわち、まず、r234を、(式14)に(式26)及び(式27)を代入することにより算出する。次いで、r1234を、(式13)に(式25)及びr234を代入することにより算出する。次いで、r01234を、(式12)に(式24)及びr1234を代入することにより算出する。次いで、t234を、(式17)に(式26)、(式27)、(式31)及び(式32)を代入することにより算出する。次いで、t1234を、(式16)に(式25)、(式30)、r234及びt234を代入することにより算出する。次いで、t01234を、(式15)に(式24)、(式29)、r1234及びt1234を代入することにより算出する。Next, using the above equations, the amplitude reflection coefficient and amplitude transmission coefficient of the entire layer in the first region are calculated as follows. That is, first, r 234 is calculated by substituting (Equation 26) and (Equation 27) into (Equation 14). Next, r 1234 is calculated by substituting (Equation 25) and r 234 into (Equation 13). Next, r 01234 is calculated by substituting (Equation 24) and r 1234 into (Equation 12). Next, t 234 is calculated by substituting (Equation 26), (Equation 27), (Equation 31), and (Equation 32) into (Equation 17). Next, t 1234 is calculated by substituting (Equation 25), (Equation 30), r 234 and t 234 into (Equation 16). Next, t 01234 is calculated by substituting (Equation 24), (Equation 29), r 1234 and t 1234 into (Equation 15).
次に、各層での反射率R1、R2及びR3、透過率T1、T2及びT3を(式34)〜(式39)により算出する。 Next, the reflectances R1, R2 and R3 and the transmittances T1, T2 and T3 in each layer are calculated by (Expression 34) to (Expression 39).
最後に、(式40)によって、非結晶性シリコン層への光吸収率ASiを算出することができる。Finally, the light absorption rate A Si for the amorphous silicon layer can be calculated by (Equation 40).
次に、上述した計算方法を用いて、図4Bに示すモデル構造に対して垂直に、すなわちθ0=0、またはsinθ0=0が近似的に成り立つ範囲の入射角θ0において波長473nm以上561nm以下のグリーンレーザー光を入射した場合に、非結晶性シリコン層130のレーザー光の吸収率を計算した。また、この場合、レーザー光の偏光がS偏光としても計算結果は同じである。Next, using the calculation method described above, perpendicular to the model structure shown in FIG. 4B, ie theta 0 = 0 or sin [theta 0 = 0 is longer than the wavelength 473nm at an incident angle theta 0 range holds an approximation, 561 nm When the following green laser light was incident, the absorptance of the laser light of the
なお、本例では、MoWからなるゲート電極110、酸化シリコンからなるゲート絶縁層120、非結晶性シリコン130、酸化シリコンからなるチャネル保護層140からなるモデル構造の実施例を示したが、ゲート絶縁膜120が酸化シリコンと窒化シリコンとの積層構造からなる場合やチャネル保護層140が存在しない場合などの変形ケースも図4Bのモデル構造を適切に変形することで同様に計算できる。ゲート電極110の材質を変更する場合(ゲート電極110の材質を例えばCu(屈折率1.04、消衰係数2.59)、Al(屈折率0.867、消衰係数6.42)、Mo(屈折率3.61、消衰係数3.79)、W(屈折率3.48、消衰係数2.72)とする場合)、ゲート絶縁層120やチャネル保護層140の材質を変更する場合(ゲート絶縁層120やチャネル保護層140の材質を例えば窒化シリコン(屈折率1.947、消衰係数0)とする場合)も物性値を適宜変更することで、同様に計算できる。
In this example, an example of a model structure including the
図5A〜図5Fは、図2(g)の工程のレーザーアニールにおいて、非結晶性シリコン層130の膜厚と、ゲート絶縁層120の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層130の吸収率の計算結果を示す等高線図である。図6Aは、図5Dおよび図5Fにおいて酸化シリコンからなるゲート絶縁層120の膜厚を120nmとしたときの非結晶性シリコン層130の吸収率の変化を示す図である。
5A to 5F show amorphous silicon when the thickness of the
なお、図5A〜図5Fでは、下の横軸は、非結晶性シリコン層130の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層130の膜厚に非結晶性シリコン層130の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値を示している。左の縦軸は、ゲート絶縁層120の光学膜厚、すなわちゲート絶縁層120の膜厚にゲート絶縁層120の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値を示している。参考までに、レーザー光の波長で規格化することなくレーザー光の波長を532nmとしたときの非結晶性シリコン層130の膜厚を上の横軸に、ゲート絶縁層120の膜厚を右の縦軸に示している。また、図6Aでは、非結晶性シリコン層130の光学膜厚をレーザー光の波長で除算した値を横軸に、非結晶性シリコン層130の吸収率を縦軸に示している。
5A to 5F, the lower horizontal axis represents the optical film thickness of the
また、図5Aの計算では、ゲート電極110がCuからなり、ゲート絶縁層120が酸化シリコンからなり、チャネル保護層140が0nmである(チャネル保護層140が形成されていない)モデルを用いている。図5Bの計算では、ゲート電極110がAlからなり、ゲート絶縁層120が酸化シリコンからなり、チャネル保護層140が0nmであるモデルを用いている。図5Cの計算では、ゲート電極110がMoからなり、ゲート絶縁層120が酸化シリコンからなり、チャネル保護層140が0nmであるモデルを用いている。図5Dの計算では、ゲート電極110がMoWからなり、ゲート絶縁層120が酸化シリコンからなり、チャネル保護層140が0nmであるモデルを用いている。図5Eの計算では、ゲート電極110がWからなり、ゲート絶縁層120が酸化シリコンからなり、チャネル保護層140が0nmであるモデルを用いている。図5Fの計算では、ゲート電極110がMoWからなり、ゲート絶縁層120が酸化シリコンからなり、チャネル保護層140が275nmの酸化シリコンからなるモデルを用いている。
5A uses a model in which the
ところで、例えば、波長532nmのときの非結晶性シリコン層130の屈折率を用いると、図5A〜図5Fの横軸の値を非結晶性シリコン層130の膜厚に変換することができる。図6Bは、図5A〜図5Fの横軸の値を非結晶性シリコン層130の膜厚に変換した値の例を示す図である。図6Bには、波長532nmのとき、波長473nmのとき、及び波長569nmのときの、図5A〜図5Fの横軸の値を非結晶性シリコン層130の膜厚に変換した値を示している。
By the way, for example, when the refractive index of the
同様に、例えば、波長532nmのときのゲート絶縁層120の屈折率を用いると、図5A〜図5Fの縦軸の値をゲート絶縁層120の膜厚に変換することができる。図6Cは、図5A〜図5Fの縦軸の値を酸化シリコンからなるゲート絶縁層120、または窒化シリコンからなるゲート絶縁層120の膜厚に変換した値の例を示す図である。図6Cには、波長532nmのとき、波長473nmのとき、及び波長569nmのときの、図5A〜図5Fの縦軸の値をゲート絶縁層120の膜厚に変換した値を示している。なお、図6Cは後述する図7において、横軸と縦軸の値を酸化シリコン、または窒化シリコンからなるチャネル保護層140の膜厚、またはゲート絶縁層120の膜厚に変換した値の例を示す図としても適用できる。
Similarly, for example, when the refractive index of the
図4〜図6Cから、ゲート電極110の材料およびチャネル保護層140の膜厚によらず、図2(g)の工程において、レーザー光の波長は473nmであり、図2(f)の工程において、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の上面までの膜厚より4nm以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層131と凸部の両側の非結晶性シリコン層130とを形成できる。具体的には、図2(f)の工程において、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が27nm以下0nm超であり、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の上面までの膜厚が35nm以上であるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層131と凸部の両側の非結晶性シリコン層130とを形成できる。
4C, the wavelength of the laser beam is 473 nm in the process of FIG. 2G regardless of the material of the
言い換えると、ゲート電極110の材料およびチャネル保護層140の膜厚によらず、図2(g)の工程において、レーザー光の波長が532nmであり、図2(f)の工程において、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の上面までの膜厚より5nm以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層131と凸部の両側の非結晶性シリコン層130とを形成できる。具体的には、図2(f)の工程において、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が30nm以下0nm超であり、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の上面までの膜厚が40nm以上であるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層131と凸部の両側の非結晶性シリコン層130とを形成できる。
In other words, regardless of the material of the
さらに言い換えると、ゲート電極110の材料およびチャネル保護層140の膜厚によらず、図2(g)の工程において、レーザー光波長は561nmであり、図2(f)の工程において、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の上面までの膜厚より5nm以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層131と凸部の両側の非結晶性シリコン層130とを形成できる。具体的には、図2(f)の工程において、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が32nm以下0nm超であり、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の上面までの膜厚が42nm以上であるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層131と凸部の両側の非結晶性シリコン層130とを形成できる。
In other words, the laser light wavelength is 561 nm in the step of FIG. 2G regardless of the material of the
また、図5A〜図6Cから、ゲート電極110の材料およびチャネル保護層140の膜厚によらず、図2(f)の工程において、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分の上面までの膜厚に非結晶性シリコン層130の屈折率を積算した値である非結晶性シリコン層130の光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値が0.286以下であり、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の上面までの膜厚に非結晶性シリコン層130の屈折率を積算した値である非結晶性シリコン層130の光学膜厚をレーザー光の波長で除算した値が0.381以上であれば、非結晶性シリコン層130の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率と、非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分のレーザー光の吸収率との差を10%以上とすることができる。例えば、非結晶性シリコン層130の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を30%以上とし、非結晶性シリコン層130の凸部の両側の部分のレーザー光の吸収率を20%以下とすることができる。従って、チャネル層の凸部の結晶性シリコン層131と凸部の両側の非結晶性シリコン層130とを形成できる。
5A to 6C, the
また、図5A〜図5Fから、ゲート電極110の材料およびチャネル保護層140の膜厚によらず、図2(f)の工程において、lおよびmを0から始まる整数とし、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の上面までの膜厚に非結晶性シリコン層130の屈折率を積算した値である非結晶性シリコン層130の光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値をXとし、ゲート絶縁層120の膜厚にゲート絶縁層120の屈折率を積算した値であるゲート絶縁層120の光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値をYとし、XおよびYが下記の(式1)および(式2)を満たせば、最大の吸収率を含み、非結晶性シリコン層130の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を例えば50%以上とすることができる。なお、図5A〜図5FのAは、それぞれXおよびYが下記の(式1)および(式2)を満たす範囲を示している。
5A to 5F, regardless of the material of the
(式1)0.50m≦Y≦0.40+0.50m
(式2)−4.00(X−0.50l)+1.92+0.50m≦Y≦−4.00(X−0.50l)+2.68+0.50m(Formula 1) 0.50 m ≦ Y ≦ 0.40 + 0.50 m
(Formula 2) -4.00 (X-0.50 l) + 1.92 + 0.50 m≤Y≤-4.00 (X-0.50 l) + 2.68 + 0.50 m
図7は、図2(g)の工程のレーザーアニールにおいて、チャネル保護層140の膜厚と、ゲート絶縁層120の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層130の凸部の吸収率の計算結果を示す等高線図である。図8A〜図8Cは、チャネル保護層140の膜厚を変化させた場合の、非結晶性シリコン層130の凸部の吸収率の変化を示す図である。
FIG. 7 shows a protrusion of the
なお、図7では、下の横軸は、チャネル保護層140の光学膜厚、すなわちチャネル保護層140の膜厚にチャネル保護層140の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値を示している。左の縦軸は、ゲート絶縁層120の光学膜厚、すなわちゲート絶縁層120の膜厚にゲート絶縁層120の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値を示している。参考までに、レーザー光の波長で規格化することなくレーザー光の波長を532nmとしたときのチャネル保護層140の膜厚を上の横軸に、ゲート絶縁層120の膜厚を右の縦軸に示している。また、図8A〜図8Cでは、チャネル保護層140の光学膜厚をレーザー光の波長で除算した値を横軸に、非結晶性シリコン層130の凸部の吸収率を縦軸に示している。
In FIG. 7, the lower horizontal axis represents the optical film thickness of the channel
また、図7の計算では、ゲート電極110がMoWからなり、ゲート絶縁層120が酸化シリコンからなり、非結晶性シリコン層130の凸部の非結晶性シリコン層130の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層130の凸部の膜厚に非結晶性シリコン層130の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が0.477(波長532nmで非結晶性シリコン層膜厚が50nmに対応)からなり、チャネル保護層140が酸化シリコンの場合からなるモデルを用いている。
In the calculation of FIG. 7, the
また、図8Aの計算では、ゲート電極110がMoWからなり、ゲート絶縁層120の光学膜厚、すなわちゲート絶縁層120の膜厚にゲート絶縁層120の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が0.331(波長532nmで酸化シリコン層膜厚が120nmに対応)からなり、チャネル保護層140が酸化シリコンの場合からなるモデルを用いている。
8A, the
そして、図8Aの破線、二点鎖線および実線は、それぞれ非結晶性シリコン層130の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層130の凸部の膜厚に非結晶性シリコン層130の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が0.286(波長532nmで非結晶性シリコン層膜厚が30nmに対応)、0.763(波長532nmで非結晶性シリコン層膜厚が80nmに対応)および0.954(波長532nmで非結晶性シリコン層膜厚が100nmに対応)の場合の計算結果を示している。
8A, the broken line, the two-dot chain line, and the solid line respectively indicate the refractive index of the
また、図8Bの計算では、ゲート電極110がMoWからなり、ゲート絶縁層120が酸化シリコンからなり、非結晶性シリコン層130の凸部の非結晶性シリコン層130の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層130の凸部の膜厚に非結晶性シリコン層130の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が0.477(波長532nmで非結晶性シリコン層膜厚が50nmに対応)からなり、チャネル保護層140が酸化シリコンの場合からなるモデルを用いている。
Further, in the calculation of FIG. 8B, the
そして、図8Bの破線、二点鎖線および実線は、それぞれゲート絶縁層120の光学膜厚、すなわちゲート絶縁層120の膜厚にゲート絶縁層120の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が0.276(波長532nmで酸化シリコン層膜厚が100nmに対応)、0.552(波長532nmで酸化シリコン層膜厚が200nmに対応)および1.103(波長532nmで酸化シリコン層膜厚が400nmに対応)の場合の計算結果を示している。
8B represents the optical film thickness of the
また、図8Cの計算では、ゲート絶縁層120が酸化シリコンからなり、非結晶性シリコン層130の凸部の非結晶性シリコン層130の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層130の凸部の膜厚に非結晶性シリコン層130の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値が0.477(波長532nmで非結晶性シリコン層膜厚が50nmに対応)からなり、チャネル保護層140が酸化シリコンの場合からなるモデルを用いている。そして、図8Cの破線、二点鎖線および実線は、それぞれゲート電極110がCu、AlおよびMoWの場合の計算結果を示している。
Further, in the calculation of FIG. 8C, the
図7〜図8Cから、図2(f)の工程において、チャネル保護層140の光学膜厚をレーザー光の波長で除算した値をZとし、kを0から始まる整数とし、Zが下記の(式3)を満たせば、非結晶性シリコン層130の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収効率を増大させることができる。なお、図7のAは、Zが下記の(式3)を満たす範囲を示している。また、図8A〜図8Cのk=0、1、2はそれぞれ(式3)でk=0、1、2のときのZの範囲を示している。
From FIG. 7 to FIG. 8C, in the process of FIG. 2 (f), the value obtained by dividing the optical film thickness of the channel
(式3)0.5×(k+0.3)≦Z≦0.5×(k+0.7) (Formula 3) 0.5 × (k + 0.3) ≦ Z ≦ 0.5 × (k + 0.7)
以上のように本実施形態の薄膜トランジスタによれば、チャネル層の凸部が結晶性シリコン層131で形成され、凸部の両側が非結晶性シリコン層130で形成される。従って、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができる。
As described above, according to the thin film transistor of this embodiment, the convex portion of the channel layer is formed of the
また、ソース電極171とドレイン電極172とが下層のチャネル保護層140に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における結晶性シリコン層131からソース電極171までの距離と、チャネル経路における結晶性シリコン層131からドレイン電極172までの距離とが均等となる。従って、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。
Even when the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタについて、以下で説明する。(Second Embodiment)
Next, a thin film transistor according to a second embodiment of the present invention will be described below.
図9は、本実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the thin film transistor according to this embodiment.
本実施形態に係る薄膜トランジスタは、非結晶性シリコン層130が第2結晶性シリコン層230に置き換えられ、結晶性シリコン層131が第1結晶性シリコン層231に置き換えられているという点で本実施形態の薄膜トランジスタと異なる。以下、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
The thin film transistor according to the present embodiment is different from the present embodiment in that the
この薄膜トランジスタは、基板100と、基板100上に形成されたゲート電極110と、ゲート電極110上に形成されたゲート絶縁層120と、ゲート電極110の上方のゲート絶縁層120上に形成された第1結晶性シリコン層231と、ゲート絶縁層120上であって第1結晶性シリコン層231の両側に形成され、第1結晶性シリコン層231の膜厚より膜厚が薄い第2結晶性シリコン層230と、第1結晶性シリコン層231上に形成されたチャネル保護層140と、チャネル保護層140の端部の上面、チャネル保護層140および第2結晶性シリコン層230の側面、並びに第2結晶性シリコン層230の上面に沿って、第2結晶性シリコン層230の一方の上方に形成されたソース電極171および第2結晶性シリコン層230の他方の上方に形成されたドレイン電極172とを備え、第1結晶性シリコン層231に含まれる結晶の平均粒径が、第2結晶性シリコン層230に含まれる結晶の平均粒径より大きい。さらに、第2結晶性シリコン層230とソース電極171との間に形成されたコンタクト層162と、第2結晶性シリコン層230とドレイン電極172との間に形成されたコンタクト層161とを備える。
The thin film transistor includes a
次に、図9の薄膜トランジスタについて詳細に説明する。 Next, the thin film transistor of FIG. 9 will be described in detail.
第1結晶性シリコン層231および第2結晶性シリコン層230は、ゲート絶縁層120上に形成される半導体層であって、ゲート電極110の電圧によってキャリアの移動が制御されるチャネル層を構成する。第1結晶性シリコン層231および第2結晶性シリコン層230は、結晶性のシリコン層からなり、それぞれ非結晶性シリコン層の非晶質のシリコンをレーザー照射することにより多結晶質化(微結晶化も含む)することで形成される。なお、第1結晶性シリコン層231および第2結晶性シリコン層230は、非結晶性のシリコンと結晶性のシリコン層との混晶構造を有するシリコン層とすることもできる。
The first
なお、第1結晶性シリコン層231に含まれる結晶の平均粒径は40nm以上1μm以下であり、第2結晶性シリコン層230に含まれる結晶の平均粒径は10nm以上40nm未満である。
The average grain size of crystals contained in the first
チャネル層は、表面に凸部および平坦部を有する。チャネル層において、チャネル層の底面(第1結晶性シリコン層231および第2結晶性シリコン層230の底面)から平坦部の表面(第2結晶性シリコン層230の上面)までの膜厚(平坦部の膜厚)は、チャネル層の底面から凸部の上面(第1結晶性シリコン層231の上面)までの膜厚(凸部の膜厚)よりも薄い。さらに、チャネル層の凸部は、ゲート電極110の上方に位置し、その両端がゲート電極110の両端より内側に位置する。
The channel layer has a convex part and a flat part on the surface. In the channel layer, the film thickness (flat portion) from the bottom surface of the channel layer (bottom surfaces of the first
チャネル保護層140の側面と第1結晶性シリコン層231の側面(チャネル層の凸部の側面)とは面一である。
The side surface of the channel
以下、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法について、図10を用いて説明する。図10は、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程の構成を模式的に示した断面図である。 Hereinafter, the manufacturing method of the thin film transistor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of each step in the method of manufacturing a thin film transistor according to this embodiment.
この薄膜トランジスタの製造方法は、基板100を準備する第1工程と、基板100上にゲート電極110を形成する第2工程と、ゲート電極110上にゲート絶縁層120を形成する第3工程と、ゲート絶縁層120上に非結晶性シリコン層330を形成する第4工程と、非結晶性シリコン層330上にチャネル保護層140を形成する第5工程と、非結晶性シリコン層330およびチャネル保護層140を加工することで、上層がチャネル保護層140であり、下層が非結晶性シリコン層330である凸部を形成する第6工程と、レーザー光を非結晶性シリコン層330の凸部、凸部の下方の部分および凸部の両側の部分に照射して、非結晶性シリコン層330の凸部および凸部の下方の部分を第1結晶性シリコン層231とし、非結晶性シリコン層330の凸部の両側の部分を第2結晶性シリコン層230とする第7工程と、チャネル保護層140の端部の上面、チャネル保護層140および第1結晶性シリコン層231の側面、並びに第2結晶性シリコン層230の上面に沿って、第2結晶性シリコン層230の一方の上方にソース電極171を形成し、第2結晶性シリコン層230の他方の上方にドレイン電極172を形成する第8工程とを含み、第7工程において、非結晶性シリコン層330のレーザー光に対する吸収率は、チャネル保護層140の下方に対応する、非結晶性シリコン層330の凸部および凸部の下方の部分の吸収率が、非結晶性シリコン層330の凸部の両側の部分の吸収率より大きく、第2結晶性シリコン層230に含まれる結晶の平均粒径より大きい平均粒径の結晶を含む第1結晶性シリコン層231を形成する。
The thin film transistor manufacturing method includes a first step of preparing the
次に、図10の薄膜トランジスタの製造方法について詳細に説明する。 Next, a method for manufacturing the thin film transistor of FIG. 10 will be described in detail.
まず、図10(a)に示すように、基板100としてガラス基板を準備する。
First, as shown in FIG. 10A, a glass substrate is prepared as the
次に、図10(b)に示すように、基板100上に所定形状のゲート電極110を形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, a
次に、図10(c)に示すように、ゲート電極110を覆って基板100およびゲート電極110上にゲート絶縁層120を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 10C, a
次に、図10(d)に示すように、ゲート絶縁層120上に、非結晶性シリコンからなる非結晶性シリコン層330をプラズマCVD等によってゲート絶縁層120の成膜と連続的に成膜する。なお、非結晶性シリコン層330は、非結晶性シリコン層130と同じ材料から構成される。
Next, as shown in FIG. 10D, an
次に、図10(e)に示すように、非結晶性シリコン層330上に、チャネル保護層140を成膜する。
Next, as shown in FIG. 10E, a channel
次に、図10(f)に示すように、非結晶性シリコン層330およびチャネル保護層140の一部を連続的にエッチング除去する。これにより、セルフアラインで非結晶性シリコン層330の凸部が形成され、下層の非結晶性シリコン層330の側面と上層のチャネル保護層140の側面とが面一となった非結晶性シリコン層330の凸部が形成される。
Next, as shown in FIG. 10F, the
次に、図10(g)に示すように、非結晶性シリコン層330をレーザーアニール法により第1結晶性シリコン層231および第2結晶性シリコン層230にする。具体的には、所定のレーザー光を基板100に対して一定の方向に相対移動させて、レーザー光を用いて非結晶性シリコン層330を結晶化させて第1結晶性シリコン層231および第2結晶性シリコン層230を生成する。より具体的には、先ず、形成された非結晶性シリコン層330に対して脱水素処理を実施する。その後、非結晶性シリコン層330をレーザーアニール法により多結晶質(微結晶を含む)にすることにより第1結晶性シリコン層231および第2結晶性シリコン層230を形成する。
Next, as shown in FIG. 10G, the
このとき、レーザー光は、非結晶性シリコン層330の一方の平坦部、凸部および他方の平坦部の順に非結晶性シリコン層330をスキャンするが、平坦部の膜厚は凸部の膜厚より薄いため、平坦部のレーザー光の吸収率は低い。従って、非結晶性シリコン層330において、凸部およびその下方の部分には結晶の平均粒径が大きい第1結晶性シリコン層231が形成されるが、凸部の両側の平坦部には結晶の平均粒径が小さい第2結晶性シリコン層230が形成される。
At this time, the laser beam scans the
また、レーザー光のレーザー光源は、可視光領域の波長のレーザーである。この可視光領域の波長のレーザーは、約380nm〜780nmの波長のレーザーであり、好ましくは473nm以上561nm以下の波長のグリーンレーザーである。この可視光領域の波長のレーザー光は、連続発振モードまたは擬似連続発振モードの光であれば好ましい。なぜなら、可視光領域の波長のレーザー光が連続発振モードまたは擬似連続発振モード以外の発振モードのパルス発振モードである場合、非結晶性シリコン層330にレーザー光を非連続に照射することになるため、非結晶性シリコン層330を常時溶融状態に保持することできないからである。また、擬似連続発振モードも含まれる理由は、非結晶性シリコン層330がその融点以下まで冷却しないうちにパルスを当てて再加熱させることにより、その溶融状態を維持できるからである。従って、擬似連続発振モードの好ましい態様は、非結晶性シリコン層330がその融点以下まで冷却しないうちにパルスを当てて再加熱させることができ、かつ、その溶融状態を維持できるものである。また、可視光領域の波長のレーザー光は、固体レーザー装置から発せられた光であってもよく、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置から発せられた光であってもよい。いずれにせよ、レーザー光を精度よく制御できるため好ましい。さらに、可視光領域の波長のレーザー光は、結晶ムラのない結晶性シリコン層を形成するため、非結晶性シリコン層330上に照射したときのレーザー光の非結晶性シリコン層330上における照射エネルギー密度の変動が5%未満であれば好ましい。結晶ムラのない第1結晶性シリコン層231および第2結晶性シリコン層230を形成することにより、薄膜トランジスタの当初設計特性が達成でき、また、特性の均一化が実現できる。
The laser light source of the laser light is a laser having a wavelength in the visible light region. The laser having a wavelength in the visible light region is a laser having a wavelength of about 380 nm to 780 nm, and is preferably a green laser having a wavelength of 473 nm to 561 nm. The laser light having a wavelength in the visible light region is preferably light in a continuous oscillation mode or a pseudo continuous oscillation mode. This is because when the laser light having a wavelength in the visible light region is in a pulse oscillation mode other than the continuous oscillation mode or the pseudo continuous oscillation mode, the
また、レーザー光がゲート絶縁層120の直上に届くまでに減衰してしまわないように、図10(f)の工程では、非結晶性シリコン層330の底面から非結晶性シリコン層330の凸部の上面までの膜厚が100nm以下であるように凸部が形成されることが好ましい。
Further, in the process of FIG. 10F, the convex portion of the
また、レーザー光が非結晶性シリコン層330を透過し、ゲート電極110を損傷することを抑えるため、図10(f)の工程では、非結晶性シリコン層330の底面から非結晶性シリコン層330の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が10nm以上であるように凸部が形成されることが好ましい。
Further, in order to prevent the laser light from being transmitted through the
また、レーザー光がゲート絶縁層120により光吸収されるのを抑えるため、図10(c)の工程では、図10(g)のレーザー光の波長に対して消衰係数が0.01以下である酸化シリコン又は窒化シリコンなどの膜をゲート絶縁層120として形成することが好ましい。
In addition, in order to prevent the laser light from being absorbed by the
また、レーザー光がチャネル保護層140により光吸収されるのを抑えるため、図10(e)の工程では、図10(g)のレーザー光の波長に対して消衰係数が0.01以下である酸化シリコン又は窒化シリコンなどの膜をチャネル保護層140として形成することが好ましい。
Further, in order to prevent the laser light from being absorbed by the channel
なお、線状に集光されたレーザー光を非結晶性シリコン層330に照射するが、照射の方法は上述したように例えば2つある。
Note that the
次に、図10(h)に示すように、チャネル保護層140の上面から第2結晶性シリコン層230の平坦部までを跨るようにして、コンタクト層161および162となるコンタクト層160を形成する。具体的には、チャネル保護層140の上面および側面上と、第1結晶性シリコン層231の凸部の側面および第2結晶性シリコン層230の平坦部の上面上とを覆うようにして、コンタクト層160を成膜する。
Next, as shown in FIG. 10H, the
次に、図10(i)に示すように、コンタクト層160を覆うようにして、ソース電極171およびドレイン電極172となるソースドレイン金属膜170を形成する。
Next, as shown in FIG. 10I, a source /
次に、図10(j)に示すように、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、ソース電極171およびドレイン電極172と、それぞれに対応するコンタクト層161および162とを形成する。
Next, as shown in FIG. 10J, a
ここで、図4A〜図6Cから、ゲート電極110の材料およびチャネル保護層140の膜厚によらず、図10(g)の工程において、レーザー光の波長は473nmであり、図10(f)の工程において、非結晶性シリコン層330の底面から非結晶性シリコン層330の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層330の底面から非結晶性シリコン層330の凸部の上面までの膜厚より13nm以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の第1結晶性シリコン層231と凸部の両側の第2結晶性シリコン層230とを形成できる。
Here, from FIGS. 4A to 6C, the wavelength of the laser beam is 473 nm in the step of FIG. 10G regardless of the material of the
言い換えると、ゲート電極110の材料およびチャネル保護層140の膜厚によらず、図10(g)の工程において、レーザー光の波長は532nmであり、図10(f)の工程において、非結晶性シリコン層330の底面から非結晶性シリコン層330の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層330の底面から非結晶性シリコン層330の凸部の上面までの膜厚より15nm以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の第1結晶性シリコン層231と凸部の両側の第2結晶性シリコン層230とを形成できる。
In other words, regardless of the material of the
さらに言い換えると、ゲート電極110の材料およびチャネル保護層140の膜厚によらず、図10(g)の工程において、レーザー光の波長は561nmであり、図10(f)の工程において、非結晶性シリコン層330の底面から非結晶性シリコン層330の凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、非結晶性シリコン層330の底面から非結晶性シリコン層330の凸部の上面までの膜厚より16nm以上薄くなるように凸部を形成することで、チャネル層の凸部の第1結晶性シリコン層231と凸部の両側の第2結晶性シリコン層230とを形成できる。
In other words, regardless of the material of the
また、図4Aから、図10(f)の工程において、スキャンスピードを一定とした場合でも、非結晶性シリコン層330の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率と、非結晶性シリコン層330の凸部の両側の部分のレーザー光の吸収率との差分を3%以上とすることで、結晶の平均粒径が異なるシリコン層を1回のレーザースキャンで同時に形成でき、チャネル層の凸部の第1結晶性シリコン層231と、凸部の両側の第2結晶性シリコン層230とを形成できる。
4A to FIG. 10F, even in the case where the scan speed is constant, the laser light absorptance of the convex portion of the
以上のように本実施形態の薄膜トランジスタによれば、チャネル層の凸部が結晶の平均粒径が大きい第1結晶性シリコン層231で形成され、凸部の両側が結晶の平均粒径が小さい第2結晶性シリコン層230で形成される。従って、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができる。
As described above, according to the thin film transistor of this embodiment, the convex portion of the channel layer is formed of the first
また、ソース電極171とドレイン電極172とが下層のチャネル保護層140に対して不均一に配置された場合でも、チャネル経路における第1結晶性シリコン層231からソース電極171までの距離と、チャネル経路における第1結晶性シリコン層231からドレイン電極172までの距離とが均等となる。従って、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。
Even when the
(変形例)
次に、本発明の第1および第2の実施形態に係る薄膜トランジスタの変形例について、以下に説明する。なお、以下では、第1の実施形態に係る薄膜トランジスタの変形例を説明するが、第2の実施形態に係る薄膜トランジスタに適用可能であることはいうまでもない。(Modification)
Next, modifications of the thin film transistor according to the first and second embodiments of the present invention will be described below. In the following, a modification of the thin film transistor according to the first embodiment will be described, but it is needless to say that the modification can be applied to the thin film transistor according to the second embodiment.
図11は、本変形例に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。 FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the thin film transistor according to this modification.
この薄膜トランジスタは、ゲート絶縁層120が2層構造を有し、窒化シリコン層121と、窒化シリコン層121上に形成された酸化シリコン層122とから構成されるという点で第1および第2の実施形態と異なる。以下、第1および第2の実施形態と異なる点を中心に説明する。
In this thin film transistor, the first and second embodiments are that the
この薄膜トランジスタは、基板100と、ゲート電極110と、ゲート絶縁層120と、結晶性シリコン層131と、非結晶性シリコン層130と、チャネル保護層140と、ソース電極171およびドレイン電極172と、コンタクト層162および161とを備える。
This thin film transistor includes a
ゲート絶縁層120は、窒化シリコン層121および酸化シリコン層122が構成する直列キャパシタの有する静電容量と、膜厚が100nm以上140nm以下の単層の酸化シリコン層122の静電容量とが等しくなるような膜厚を有する。
In the
本変形例の薄膜トランジスタの製造方法は、図2で示した製造方法と同様であるが、図2(c)の工程において、窒化シリコン層121と、窒化シリコン層121上に形成された酸化シリコン層122とから構成されるゲート絶縁層120を形成するという点で図2の製造方法と異なる。ゲート絶縁層120を2層構造とすることで、図2(g)におけるレーザーアニールのレーザー光をゲート絶縁層120が反射し易くなるため、非結晶性シリコン層130のレーザー光吸収率を増大させることができる。
The manufacturing method of the thin film transistor of this modification is the same as the manufacturing method shown in FIG. 2, but in the step of FIG. 2C, the
以下、本変形例に係る薄膜トランジスタの特性について、図12〜図13Dを用いて説明する。 Hereinafter, characteristics of the thin film transistor according to the present modification will be described with reference to FIGS.
図12は、本変形例の図2(g)の工程において、非結晶性シリコン層130のレーザー光の吸収率と、レーザー光のスキャンスピードとを変化させたときの結晶性シリコン層131の結晶性の変化を示す図である。
FIG. 12 shows the crystal of the
なお、非結晶性シリコン層130の吸収率を変化させることは、非結晶性シリコン層130の膜厚つまりチャネル層の膜厚を変化させることで実現している。
Note that changing the absorptance of the
また、図12の測定では、レーザー出力が40kW/cm2、ゲート電極110が膜厚50nmのMoW、ゲート絶縁層120が膜厚65nmの窒化シリコン層121と、膜厚85nmの酸化シリコン層122とからなるサンプルを用いている。In the measurement of FIG. 12, the laser output is 40 kW / cm 2 , the
また、図12の「a−Si」は結晶性シリコン層131が結晶性シリコンとして結晶化せず、非結晶性シリコンとなることを示し、「SPC」は結晶性シリコン層131の結晶の平均粒径が25nm以上35nm以下程度であることを示し、「Ex&.SPC」は結晶性シリコン層131の平均粒径が40nm以上60nm未満程度であることを示し、「p―Si」は結晶性シリコン層131の平均粒径が60nm以上1μm以下程度であることを示し、「abration」は結晶性シリコン層131がチャネル層として機能しなくなることを示している。
Further, “a-Si” in FIG. 12 indicates that the
図12に示されるように、レーザーアニールのスキャンスピードおよび非結晶性シリコン層130の吸収率を変化させることで非結晶性のシリコン層と結晶性のシリコン層とを形成できる。そして、スキャンスピードを一定とした場合でも、非結晶性シリコン層130の凸部の吸収率と平坦部の吸収率とに1%以上の差をつけることで、チャネル層の平坦部の非結晶性シリコン層130と凸部の結晶性シリコン層131とを形成できる。なお、本変形例が第2の実施形態に係る薄膜トランジスタに適用された場合、非結晶性シリコン層330の凸部の吸収率と平坦部の吸収率とに3%以上の差をつけることで、チャネル層の凸部の第1結晶性シリコン層231と凸部の両側の第2結晶性シリコン層230とを形成できる。
As shown in FIG. 12, an amorphous silicon layer and a crystalline silicon layer can be formed by changing the scanning speed of laser annealing and the absorption rate of the
図13Aは、本変形例の図2(g)の工程において、非結晶性シリコン層130の膜厚と、ゲート絶縁層120の膜厚とをそれぞれ変化させた場合の、非結晶性シリコン層130の吸収率の計算結果を示す等高線図である。
FIG. 13A shows an
なお、図13Aでは、下の横軸は、非結晶性シリコン層130の光学膜厚、すなわち非結晶性シリコン層130の膜厚に非結晶性シリコン層130の屈折率を積算した値を、レーザー光の波長で除算した値を示している。左の縦軸は、窒化シリコン層121と酸化シリコン層122とで構成されるゲート絶縁層120を酸化シリコン層122の屈折率で換算した光学膜厚、すなわち窒化シリコン層121の膜厚に窒化シリコン層121の屈折率を積算した値と酸化シリコン層122の膜厚に酸化シリコン層122の屈折率を積算した値との和を、酸化シリコン層122の屈折率とレーザー光の波長とを積算した値で除算した値を示している。参考までに、レーザー光の波長で規格化することなくレーザー光の波長を532nmとしたときの非結晶性シリコン層130の膜厚を上の横軸に、ゲート絶縁層120の膜厚(膜厚120nmの単層の酸化シリコン層122の静電容量となる膜厚)を右の縦軸に示している。さらに、右の縦軸では、酸化シリコン層122および窒化シリコン層121の膜厚比も「酸化シリコン層122の膜厚/窒化シリコン層121の膜厚」により示している。
In FIG. 13A, the lower horizontal axis indicates the optical thickness of the
また、図13Aの計算では、ゲート電極110がMoWからなり、チャネル保護層140が0nmであるモデルを用いている。
13A uses a model in which the
ところで、例えば波長532nmのとき、酸化シリコン層122と窒化シリコン層121のそれぞれの屈折率を用いることで、図13Aの縦軸の値からゲート絶縁層120を構成している酸化シリコン層122と窒化シリコン層121のそれぞれの膜厚を算出することができる。図13B〜図13Dは、図13Aの縦軸の値を、ゲート絶縁層120を構成する酸化シリコン層122と窒化シリコン層121の膜厚に変換した値の例を示す図である。図13Bには、波長532nmのときの酸化シリコン層122と窒化シリコン層121のそれぞれの膜厚を算出した値を示している。同様に、図13C、図13Dにはそれぞれ、波長561nm、波長473nmのときの酸化シリコン層122と窒化シリコン層121のそれぞれの膜厚を算出した値を示している。ここで、酸化シリコン層122と窒化シリコン層121のそれぞれの比誘電率を4.1、7.9として算出している。なお、図中のCは、酸化シリコン層と窒化シリコン層で構成される積層膜のトータルキャパシタンスに対応する酸化シリコン層単層の膜厚を示しており、ゲート絶縁層120が膜厚Cの酸化シリコン層単層で構成されている場合のキャパシタンスの値に積層膜のトータルキャパシタンスが固定されていることを示している。例えば、C=140nmなら、ゲート絶縁層120のトータルキャパシタンスの値が140nmの酸化シリコン層単層のキャパシタンスの値であることを示している。同様に例えば、C=120nmまたはC=100nmのとき、ゲート絶縁層120のトータルキャパシタンスの値が120nmまたは100nmの酸化シリコン層単層のキャパシタンスの値であることを示している。
By the way, for example, when the wavelength is 532 nm, by using the respective refractive indexes of the
図12〜図13Dから、ゲート電極110の材料およびチャネル保護層140の膜厚によらず、本変形例の図2(f)の工程において、nを0から始まる整数とし、非結晶性シリコン層130の底面から非結晶性シリコン層130の凸部の上面までの膜厚に非結晶性シリコン層130の屈折率を積算した値である非結晶性シリコン層130の光学膜厚を、レーザー光の波長で除算した値をXとし、窒化シリコン層121と酸化シリコン層122とで構成されるゲート絶縁層120を酸化シリコン層122の屈折率で換算した光学膜厚、すなわち窒化シリコン層121の膜厚に窒化シリコン層121の屈折率を積算した値と酸化シリコン層122の膜厚に酸化シリコン層122の屈折率を積算した値との和を、酸化シリコン層122の屈折率とレーザー光の波長とを積算した値で除算した値をYとし、XおよびYが下記の(式4)および(式5)、又は(式6)および(式7)を満たせば、最大の吸収率を含み、非結晶性シリコン層130の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を例えば50%以上とすることができる。なお、図12のAはXおよびYが下記の(式4)および(式5)を満たす範囲を示し、図12のBはXおよびYが下記の(式6)および(式7)を満たす範囲を示している。
From FIG. 12 to FIG. 13D, regardless of the material of the
(式4)0.226≦Y≦0.26
(式5)−2.90(X−0.5n)+1.39≦Y≦−2.90(X−0.5n)+1.97
(式6)0.340≦Y≦0.543
(式7)−2.90(X−0.5n)+1.70≦Y≦−2.90(X−0.5n)+2.28(Formula 4) 0.226 ≦ Y ≦ 0.26
(Formula 5) -2.90 (X-0.5n) + 1.39≤Y≤-2.90 (X-0.5n) +1.97
(Formula 6) 0.340 ≦ Y ≦ 0.543
(Expression 7) -2.90 (X-0.5n) + 1.70 ≦ Y ≦ -2.90 (X-0.5n) +2.28
以上のように、本変形例の薄膜トランジスタによれば、第1の実施形態と同様の理由により、優れたオン特性と優れたオフ特性とを両立させることができる。また、電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。 As described above, according to the thin film transistor of the present modification, it is possible to achieve both excellent on characteristics and excellent off characteristics for the same reason as in the first embodiment. Further, the electrical characteristics can be made symmetrical with respect to the replacement of the source electrode and the drain electrode.
また、本変形例の薄膜トランジスタによれば、ゲート絶縁層120が2層構造を有するので、非結晶性シリコン層130の凸部およびその下方の部分のレーザー光の吸収率を増大させることができる。従って、例えばチャネル層の凸部およびその下方の部分の結晶の平均粒径を大きくして、オン電流を増大させることができる。
Further, according to the thin film transistor of this modification, since the
(比較例)
次に、本発明の第1および第2の実施形態に係る薄膜トランジスタの比較例について、以下で説明する。(Comparative example)
Next, comparative examples of the thin film transistors according to the first and second embodiments of the present invention will be described below.
図14は、本比較例に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示した断面図である。 FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a thin film transistor according to this comparative example.
この薄膜トランジスタは、結晶性シリコン層131がソース電極171およびドレイン電極172をマスクとして、非結晶性シリコン層130にレーザー光を照射することにより形成されるという点で第1および第2の実施形態と異なる。
This thin film transistor is the same as the first and second embodiments in that the
この薄膜トランジスタは、基板100と、ゲート電極110と、ゲート絶縁層120と、結晶性シリコン層131と、非結晶性シリコン層130と、チャネル保護層140と、ソース電極171およびドレイン電極172と、コンタクト層162および161とを備える。
This thin film transistor includes a
結晶性シリコン層131は、チャネル保護層140の下方の全領域に形成されておらず、一部の領域にのみ形成されている。従って、チャネル保護層140の幅で定義されるチャネル長のうち一部(図14のCおよびD)を高抵抗の非結晶性シリコン層130が占め、第1および第2の実施形態と比べ、チャネル層の水平方向の抵抗成分が増加する。
The
ソース電極171およびドレイン電極172が下層のチャネル保護層140に対して不均一に配置されている。従って、チャネル経路(図14のB)における結晶性シリコン層131からソース電極171までの距離と、チャネル経路における結晶性シリコン層131からドレイン電極172までの距離とが不均等となる。その結果、ソース電極171およびドレイン電極172を入れ替えて動作させる場合、電気特性がソース電極171およびドレイン電極172の入れ替えに対して非対称となる。
The
以上より、第1および第2の実施形態に係る薄膜トランジスタは、本比較例に係る薄膜トランジスタと比べ優れたオン特性と優れたオフ特性とを実現でき、かつ電気特性をソース電極およびドレイン電極の入れ替えに対して対称とすることができる。 As described above, the thin film transistor according to the first and second embodiments can realize excellent on characteristics and excellent off characteristics as compared with the thin film transistor according to this comparative example, and the electrical characteristics can be switched between the source electrode and the drain electrode. It can be symmetric.
(第3の実施形態)
図15は、本発明の第3の実施形態に係る表示装置の外観図である。図16は、本実施形態に係る有機ELパネルの一部切り欠き斜視図である。(Third embodiment)
FIG. 15 is an external view of a display device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 16 is a partially cutaway perspective view of the organic EL panel according to the present embodiment.
この表示装置340は、有機ELパネルを備える表示装置であって、第1又は第2の実施形態の薄膜トランジスタを備え、薄膜トランジスタは有機ELパネルを駆動させる。この表示装置340は、第1又は第2の実施形態の薄膜トランジスタを、アクティブマトリクス基板のスイッチングトランジスタ又は駆動トランジスタとして用いた有機ELパネル320を備える。
The
有機ELパネル320は、アクティブマトリクス基板321と、アクティブマトリクス基板321上にマトリクス状に複数配置された画素322と、画素322に接続され、アクティブマトリクス基板321上にアレイ状に複数配置された画素回路323と、画素322と画素回路323の上に順次積層された陽極324、有機EL層325および陰極326(透明電極)と、各画素回路323と制御回路(不図示)とを接続する複数本のソース線327およびゲート線328とを備える。有機EL層325は、電子輸送層、発光層、および正孔輸送層等の各層が積層されて構成されている。
The
図17は、図16の有機ELパネル320の画素322の回路構成を示す図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a circuit configuration of the
図17に示すように、画素322は、駆動トランジスタ331と、スイッチングトランジスタ332と、有機EL素子333と、コンデンサ334とを備える。駆動トランジスタ331は、有機EL素子333を駆動するトランジスタであり、また、スイッチングトランジスタ332は、画素322を選択するためのトランジスタである。
As illustrated in FIG. 17, the
スイッチングトランジスタ332のソース電極332Sは、ソース線327に接続され、ゲート電極332Gは、ゲート線328に接続され、ドレイン電極332Dは、コンデンサ334および駆動トランジスタ331のゲート電極331Gに接続されている。
The source electrode 332S of the switching
また、駆動トランジスタ331のドレイン電極331Dは、電源線335に接続され、ソース電極331Sは有機EL素子333のアノードに接続されている。
Further, the
この構成において、ゲート線328にゲート信号が入力され、スイッチングトランジスタ332をオン状態にすると、ソース線327を介して供給された信号電圧がコンデンサ334に書き込まれる。そして、コンデンサ334に書き込まれた保持電圧は、1フレーム期間を通じて保持される。この保持電圧により、駆動トランジスタ331のコンダクタンスがアナログ的に変化し、発光階調に対応した駆動電流が、有機EL素子333のアノードからカソードへと流れる。これにより、有機EL素子333が発光し、画像として表示される。
In this structure, when a gate signal is input to the
なお、本実施形態において、有機ELパネルを用いた有機EL表示装置について説明したが、第1又は第2の実施形態の薄膜トランジスタは液晶表示装置の液晶パネルを駆動するトランジスタに適用することもできる。この場合、この表示装置は、液晶パネルを備える表示装置であって、第1又は第2の実施形態の薄膜トランジスタを備え、薄膜トランジスタは液晶パネルを駆動させる。 In this embodiment, the organic EL display device using the organic EL panel has been described. However, the thin film transistor of the first or second embodiment can also be applied to a transistor that drives the liquid crystal panel of the liquid crystal display device. In this case, the display device includes a liquid crystal panel, and includes the thin film transistor according to the first or second embodiment, and the thin film transistor drives the liquid crystal panel.
以上、本発明の薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態の限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。 As described above, the thin film transistor, the manufacturing method thereof, and the display device of the present invention have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments. The present invention includes various modifications made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
例えば、上記実施形態の表示装置については、フラットパネルディスプレイとして利用することができ、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、および携帯電話等のあらゆる表示部を有する電子機器に適用することができる。 For example, the display device of the above embodiment can be used as a flat panel display, and can be applied to an electronic device having any display unit such as a television set, a personal computer, and a mobile phone.
本発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに表示装置に利用でき、特にテレビジョンセット、パーソナルコンピュータおよび携帯電話等の表示装置、又はその他薄膜トランジスタを有する様々な電気機器等に利用することができる。 The present invention can be used for a thin film transistor, a manufacturing method thereof, and a display device, and in particular, can be used for a display device such as a television set, a personal computer, and a mobile phone, or various electric devices having a thin film transistor.
100 基板
110、331G、332G ゲート電極
120 ゲート絶縁層
121 窒化シリコン層
122 酸化シリコン層
130、330 非結晶性シリコン層
131 結晶性シリコン層
140 チャネル保護層
160、161、162 コンタクト層
170 ソースドレイン金属膜
171、331S、332S ソース電極
172、331D、332D ドレイン電極
230 第2結晶性シリコン層
231 第1結晶性シリコン層
320 有機ELパネル
321 アクティブマトリクス基板
322 画素
323 画素回路
324 陽極
325 有機EL層
326 陰極
327 ソース線
328 ゲート線
331 駆動トランジスタ
332 スイッチングトランジスタ
333 有機EL素子
334 コンデンサ
335 電源線
340 表示装置100
Claims (46)
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された結晶性シリコン層と、
前記ゲート絶縁層上であって前記結晶性シリコン層の両側に形成され、前記結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い非結晶性シリコン層と、
前記結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、
前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記非結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備える、
薄膜トランジスタ。A substrate,
A gate electrode formed on the substrate;
A gate insulating layer formed on the gate electrode;
A crystalline silicon layer formed on the gate insulating layer above the gate electrode;
An amorphous silicon layer formed on both sides of the crystalline silicon layer on the gate insulating layer and having a thickness smaller than that of the crystalline silicon layer;
A channel protective layer formed on the crystalline silicon layer;
The upper surface of the end portion of the channel protective layer, the side surface of the channel protective layer and the crystalline silicon layer, and the upper surface of the amorphous silicon layer are formed above one of the amorphous silicon layers. A source electrode and a drain electrode formed above the other of the amorphous silicon layer,
Thin film transistor.
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。The average particle size of crystals contained in the crystalline silicon layer is 10 nm or more and 1 μm or less.
The thin film transistor according to claim 1.
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。The side surface of the crystalline silicon layer and the side surface of the channel protective layer are flush with each other.
The thin film transistor according to claim 1.
前記基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート電極の上方の前記ゲート絶縁層上に形成された第1結晶性シリコン層と、
前記ゲート絶縁層上であって前記第1結晶性シリコン層の両側に形成され、前記第1結晶性シリコン層の膜厚より膜厚が薄い第2結晶性シリコン層と、
前記第1結晶性シリコン層上に形成されたチャネル保護層と、
前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記第1結晶性シリコン層の側面、並びに前記第2結晶性シリコン層の上面に沿って、前記第2結晶性シリコン層の一方の上方に形成されたソース電極および前記第2結晶性シリコン層の他方の上方に形成されたドレイン電極とを備え、
前記第1結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径が、前記第2結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径より大きい、
薄膜トランジスタ。A substrate,
A gate electrode formed on the substrate;
A gate insulating layer formed on the gate electrode;
A first crystalline silicon layer formed on the gate insulating layer above the gate electrode;
A second crystalline silicon layer formed on both sides of the first crystalline silicon layer on the gate insulating layer and having a thickness smaller than that of the first crystalline silicon layer;
A channel protective layer formed on the first crystalline silicon layer;
An upper surface of an end portion of the channel protective layer, side surfaces of the channel protective layer and the first crystalline silicon layer, and an upper surface of the second crystalline silicon layer along the upper surface of the second crystalline silicon layer. And a drain electrode formed on the other side of the second crystalline silicon layer,
An average grain size of crystals contained in the first crystalline silicon layer is larger than an average grain size of crystals contained in the second crystalline silicon layer;
Thin film transistor.
前記第2結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は10nm以上40nm未満である、
請求項4に記載の薄膜トランジスタ。The average grain size of crystals contained in the first crystalline silicon layer is 40 nm or more and 1 μm or less,
The average grain size of crystals contained in the second crystalline silicon layer is 10 nm or more and less than 40 nm,
The thin film transistor according to claim 4.
請求項4に記載の薄膜トランジスタ。The side surface of the first crystalline silicon layer and the side surface of the channel protective layer are flush with each other.
The thin film transistor according to claim 4.
前記基板上にゲート電極を形成する第2工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する第3工程と、
前記ゲート絶縁層上に非結晶性シリコン層を形成する第4工程と、
前記非結晶性シリコン層上にチャネル保護層を形成する第5工程と、
前記非結晶性シリコン層および前記チャネル保護層を加工することで、上層がチャネル保護層であり、下層が非結晶性シリコン層である凸部を形成する第6工程と、
レーザー光を前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射して、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分を結晶性シリコン層とし、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分を非結晶性シリコン層のまま残す第7工程と、
前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記結晶性シリコン層の側面、並びに前記非結晶性シリコン層の上面に沿って、前記非結晶性シリコン層の一方の上方にソース電極を形成し、前記非結晶性シリコン層の他方の上方にドレイン電極を形成する第8工程とを含み、
前記第7工程において、
前記非結晶性シリコン層の前記レーザー光に対する吸収率は、前記チャネル保護層の下方に対応する、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分の吸収率が、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の吸収率より大きい、
薄膜トランジスタの製造方法。A first step of preparing a substrate;
A second step of forming a gate electrode on the substrate;
A third step of forming a gate insulating layer on the gate electrode;
A fourth step of forming an amorphous silicon layer on the gate insulating layer;
A fifth step of forming a channel protective layer on the amorphous silicon layer;
A sixth step of processing the amorphous silicon layer and the channel protective layer to form a convex portion in which the upper layer is a channel protective layer and the lower layer is an amorphous silicon layer;
Laser light is applied to the convex portion of the amorphous silicon layer, a portion below the convex portion, and a portion on both sides of the convex portion, and the convex portion of the amorphous silicon layer and the lower portion of the convex portion. A seventh step of leaving the portion of both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer as the amorphous silicon layer;
A source electrode is provided above one of the amorphous silicon layers along the upper surface of the end portion of the channel protective layer, the side surfaces of the channel protective layer and the crystalline silicon layer, and the upper surface of the amorphous silicon layer. And an eighth step of forming a drain electrode over the other of the non-crystalline silicon layer,
In the seventh step,
The absorptance of the amorphous silicon layer with respect to the laser light is such that the absorptance of the convex portion of the amorphous silicon layer and the portion under the convex portion corresponding to the lower portion of the channel protective layer Greater than the absorptance of the portions on both sides of the convex portion of the crystalline silicon layer,
A method for manufacturing a thin film transistor.
前記レーザー光の照射により、平均粒径が10nm以上1μm以下の結晶を含む前記結晶性シリコン層を形成する、
請求項7に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The crystalline silicon layer containing crystals having an average particle diameter of 10 nm or more and 1 μm or less is formed by the laser light irradiation.
A method for manufacturing the thin film transistor according to claim 7.
前記レーザー光の波長が473nm以上561nm以下である、
請求項7又は8に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The wavelength of the laser light is 473 nm or more and 561 nm or less,
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 7 or 8.
前記基板上にゲート電極を形成する第2工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する第3工程と、
前記ゲート絶縁層上に非結晶性シリコン層を形成する第4工程と、
前記非結晶性シリコン層上にチャネル保護層を形成する第5工程と、
前記非結晶性シリコン層およびチャネル保護層を加工することで、上層がチャネル保護層であり、下層が非結晶性シリコン層である凸部を形成する第6工程と、
レーザー光を前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射して、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分を第1結晶性シリコン層とし、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分を第2結晶性シリコン層とする第7工程と、
前記チャネル保護層の端部の上面、前記チャネル保護層および前記第1結晶性シリコン層の側面、並びに前記第2結晶性シリコン層の上面に沿って、前記第2結晶性シリコン層の一方の上方にソース電極を形成し、前記第2結晶性シリコン層の他方の上方にドレイン電極を形成する第8工程とを含み、
前記第7工程において、
前記非結晶性シリコン層の前記レーザー光に対する吸収率は、前記チャネル保護層の下方に対応する、前記非結晶性シリコン層の前記凸部および前記凸部の下方の部分の吸収率が、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の吸収率より大きく、
前記第2結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径より大きい平均粒径の結晶を含む前記第1結晶性シリコン層を形成する、
薄膜トランジスタの製造方法。A first step of preparing a substrate;
A second step of forming a gate electrode on the substrate;
A third step of forming a gate insulating layer on the gate electrode;
A fourth step of forming an amorphous silicon layer on the gate insulating layer;
A fifth step of forming a channel protective layer on the amorphous silicon layer;
A sixth step of forming a convex portion in which the upper layer is a channel protective layer and the lower layer is an amorphous silicon layer by processing the amorphous silicon layer and the channel protective layer;
Laser light is applied to the convex portion of the amorphous silicon layer, a portion below the convex portion, and a portion on both sides of the convex portion, and the convex portion of the amorphous silicon layer and the lower portion of the convex portion. A seventh crystalline silicon layer as a first crystalline silicon layer, and a portion on both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer as a second crystalline silicon layer;
An upper surface of an end portion of the channel protective layer, side surfaces of the channel protective layer and the first crystalline silicon layer, and an upper surface of the second crystalline silicon layer along the upper surface of the second crystalline silicon layer. Forming a source electrode, and forming a drain electrode above the other of the second crystalline silicon layers,
In the seventh step,
The absorptance of the amorphous silicon layer with respect to the laser light is such that the absorptance of the convex portion of the amorphous silicon layer and the portion under the convex portion corresponding to the lower portion of the channel protective layer Greater than the absorptance of both sides of the convex part of the crystalline silicon layer,
Forming the first crystalline silicon layer including crystals having an average grain size larger than an average grain size of crystals contained in the second crystalline silicon layer;
A method for manufacturing a thin film transistor.
前記第2結晶性シリコン層に含まれる結晶の平均粒径は10nm以上40nm未満である、
請求項10に記載の薄膜トランジスタの製造方法。The average grain size of crystals contained in the first crystalline silicon layer is 40 nm or more and 1 μm or less,
The average grain size of crystals contained in the second crystalline silicon layer is 10 nm or more and less than 40 nm,
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 10.
前記レーザー光の波長が473nm以上561nm以下である、
請求項10又は11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The wavelength of the laser light is 473 nm or more and 561 nm or less,
The method for producing a thin film transistor according to claim 10 or 11.
前記レーザー光の波長は473nmであり、
前記第6工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より13nm以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The wavelength of the laser beam is 473 nm,
In the sixth step,
The film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of the both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer is such that the convex portion of the non-crystalline silicon layer extends from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer. Forming the protrusion so as to be 13 nm or thinner than the film thickness up to the upper surface of
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 12.
前記レーザー光の波長は532nmであり、
前記第6工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より15nm以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The wavelength of the laser beam is 532 nm,
In the sixth step,
The film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of the both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer is such that the convex portion of the non-crystalline silicon layer extends from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer. Forming the convex portion so as to be thinner than the film thickness up to 15 nm by 15 nm or more.
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 12.
前記レーザー光の波長は561nmであり、
前記第6工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より16nm以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The wavelength of the laser beam is 561 nm,
In the sixth step,
The film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of the both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer is such that the convex portion of the non-crystalline silicon layer extends from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer. Forming the convex portion so as to be thinner than the film thickness up to 16 nm by 16 nm or more,
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 12.
前記非結晶性シリコン層の前記凸部およびその下方の部分の前記レーザー光の吸収率と、前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の前記レーザー光の吸収率との差分は、3%以上である、
請求項10〜15のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The difference between the absorptance of the laser light at the convex portion of the amorphous silicon layer and the portion below the convex portion and the absorptance of the laser light at the portions on both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer is as follows: 3% or more,
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 10-15.
前記レーザー光の波長は473nmであり、
前記第6工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より4nm以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項9又は12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The wavelength of the laser beam is 473 nm,
In the sixth step,
The film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of the both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer is such that the convex portion of the non-crystalline silicon layer extends from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer. Forming the protrusions so as to be 4 nm or more thinner than the film thickness up to the upper surface of
The method for producing a thin film transistor according to claim 9 or 12.
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が27nm以下0nm超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が35nm以上であるように前記凸部を形成する、
請求項17に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the sixth step,
The film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer is 27 nm or less and over 0 nm, and the non-crystalline property from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer Forming the protrusion so that the film thickness up to the upper surface of the protrusion of the silicon layer is 35 nm or more;
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 17.
前記レーザー光の波長は532nmであり、
前記第6工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より5nm以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項9又は12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The wavelength of the laser beam is 532 nm,
In the sixth step,
The film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of the both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer is such that the convex portion of the non-crystalline silicon layer extends from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer. Forming the convex portion so as to be 5 nm or more thinner than the film thickness up to the upper surface of
The method for producing a thin film transistor according to claim 9 or 12.
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が30nm以下0nm超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が40nm以上であるように前記凸部を形成する、
請求項19に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the sixth step,
The film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer is 30 nm or less and over 0 nm, and the non-crystalline property from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer Forming the protrusion so that the film thickness up to the upper surface of the protrusion of the silicon layer is 40 nm or more;
The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 19.
前記レーザー光の波長は561nmであり、
前記第6工程において、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚より5nm以上薄くなるように前記凸部を形成する、
請求項9又は12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The wavelength of the laser beam is 561 nm,
In the sixth step,
The film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of the both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer is such that the convex portion of the non-crystalline silicon layer extends from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer. Forming the convex portion so as to be 5 nm or more thinner than the film thickness up to the upper surface of
The method for producing a thin film transistor according to claim 9 or 12.
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が32nm以下0nm超であり、前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が42nm以上であるように前記凸部を形成する、
請求項21に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the sixth step,
The film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer is 32 nm or less and over 0 nm, and the non-crystalline property from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer Forming the protrusion so that the film thickness up to the upper surface of the protrusion of the silicon layer is 42 nm or more;
The method for producing a thin film transistor according to claim 21.
前記非結晶性シリコン層の前記凸部およびその下方の部分の前記レーザー光の吸収率は30%以上であり、
前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の前記レーザー光の吸収率は20%以下である、
請求項7〜22のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The absorptivity of the laser light of the convex part and the lower part of the amorphous silicon layer is 30% or more,
The absorptance of the laser light at the portions on both sides of the convex portion of the amorphous silicon layer is 20% or less,
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-22.
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値は、0.286以下であり、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値は、0.381以上である、
請求項7〜23のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The non-crystalline silicon having a value obtained by integrating the refractive index of the non-crystalline silicon layer to the film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of both sides of the convex portion of the non-crystalline silicon layer The value obtained by dividing the optical film thickness of the layer by the wavelength of the laser beam is 0.286 or less,
The optical film of the non-crystalline silicon layer having a value obtained by integrating the refractive index of the non-crystalline silicon layer to the film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of the convex portion of the non-crystalline silicon layer A value obtained by dividing the thickness by the wavelength of the laser beam is 0.381 or more.
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-23.
lおよびmを0から始まる整数とし、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をXとし、
前記ゲート絶縁層の膜厚に前記ゲート絶縁層の屈折率を積算した値である前記ゲート絶縁層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をYとし、
前記Xおよび前記Yは、下記の(式1)および(式2)を満たす、
請求項7〜24のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(式1)0.50m≦Y≦0.40+0.50m
(式2)−4.00(X−0.50l)+1.92+0.50m≦Y≦−4.00(X−0.50l)+2.68+0.50mIn the seventh step,
Let l and m be integers starting from 0,
The optical film of the non-crystalline silicon layer having a value obtained by integrating the refractive index of the non-crystalline silicon layer to the film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of the convex portion of the non-crystalline silicon layer A value obtained by dividing the thickness by the wavelength of the laser beam is X,
A value obtained by dividing the optical film thickness of the gate insulating layer, which is a value obtained by integrating the refractive index of the gate insulating layer with the film thickness of the gate insulating layer, is divided by the wavelength of the laser beam, and Y.
X and Y satisfy the following (formula 1) and (formula 2).
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-24.
(Formula 1) 0.50 m ≦ Y ≦ 0.40 + 0.50 m
(Formula 2) -4.00 (X-0.50 l) + 1.92 + 0.50 m≤Y≤-4.00 (X-0.50 l) + 2.68 + 0.50 m
窒化シリコン層と、前記窒化シリコン層上に形成された酸化シリコン層とから構成される前記ゲート絶縁層を形成する、
請求項7〜24のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the third step,
Forming the gate insulating layer composed of a silicon nitride layer and a silicon oxide layer formed on the silicon nitride layer;
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-24.
請求項26に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the gate insulating layer, the capacitance of the series capacitor formed by the silicon nitride layer and the silicon oxide layer is equal to the capacitance of a single silicon oxide layer having a thickness of 100 nm to 140 nm. Formed with different film thickness,
27. A method of manufacturing a thin film transistor according to claim 26.
nを0から始まる整数とし、
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚に前記非結晶性シリコン層の屈折率を積算した値である前記非結晶性シリコン層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をXとし、
窒化シリコン層と酸化シリコン層とで構成されるゲート絶縁層を酸化シリコン層の屈折率で換算した光学膜厚を、酸化シリコン層の屈折率とレーザー光の波長とを積算した値で除算した値をYとし、
前記Xおよび前記Yは、下記の(式3)および(式4)、又は(式5)および(式6)を満たす、
請求項26又は27に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(式3)0.226≦Y≦0.26
(式4)−2.90(X−0.5n)+1.39≦Y≦−2.90(X−0.5n)+1.97
(式5)0.340≦Y≦0.543
(式6)−2.90(X−0.5n)+1.70≦Y≦−2.90(X−0.5n)+2.28In the seventh step,
Let n be an integer starting from 0,
The optical film of the non-crystalline silicon layer having a value obtained by integrating the refractive index of the non-crystalline silicon layer to the film thickness from the bottom surface of the non-crystalline silicon layer to the top surface of the convex portion of the non-crystalline silicon layer A value obtained by dividing the thickness by the wavelength of the laser beam is X,
A value obtained by dividing the optical film thickness obtained by converting the gate insulating layer composed of the silicon nitride layer and the silicon oxide layer by the refractive index of the silicon oxide layer by the sum of the refractive index of the silicon oxide layer and the wavelength of the laser beam. Is Y,
X and Y satisfy the following (formula 3) and (formula 4), or (formula 5) and (formula 6).
28. A method of manufacturing a thin film transistor according to claim 26 or 27.
(Formula 3) 0.226 ≦ Y ≦ 0.26
(Formula 4) -2.90 (X-0.5n) + 1.39≤Y≤-2.90 (X-0.5n) +1.97
(Formula 5) 0.340 ≦ Y ≦ 0.543
(Expression 6) -2.90 (X-0.5n) + 1.70 ≦ Y ≦ -2.90 (X-0.5n) +2.28
前記チャネル保護層の膜厚に前記チャネル保護層の屈折率を積算した値である前記チャネル保護層の光学膜厚を、前記レーザー光の波長で除算した値をZとし、kを0から始まる整数とし、
前記Zは、下記の(式7)を満たす、
請求項7〜28のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(式7)0.5×(k+0.3)≦Z≦0.5×(k+0.7) In the sixth step,
The value obtained by dividing the optical thickness of the channel protective layer by the thickness of the channel protective layer and the thickness of the channel protective layer divided by the wavelength of the laser beam is Z, and k is an integer starting from 0 age,
Said Z satisfies the following (formula 7):
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-28.
(Expression 7) 0.5 × (k + 0.3) ≦ Z ≦ 0.5 × (k + 0.7)
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の上面までの膜厚が100nm以下であるように前記凸部を形成する、
請求項7〜29のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the sixth step,
Forming the convex portion so that the film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the top surface of the convex portion of the amorphous silicon layer is 100 nm or less;
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-29.
前記非結晶性シリコン層の底面から前記非結晶性シリコン層の前記凸部の両側の部分の上面までの膜厚が10nm以上であるように前記凸部を形成する、
請求項7〜30のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the sixth step,
Forming the protrusions so that the film thickness from the bottom surface of the amorphous silicon layer to the upper surface of the both sides of the protrusions of the amorphous silicon layer is 10 nm or more;
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-30.
前記下層の非結晶性シリコン層の側面と前記上層のチャネル保護層の側面とが面一となった前記凸部を形成する、
請求項7〜31のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the sixth step,
Forming the convex part in which the side surface of the lower amorphous silicon layer and the side surface of the upper channel protective layer are flush with each other;
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-31.
表面にアンダーコート層が形成された前記基板を準備し、
前記第2工程では、
前記アンダーコート層上に前記ゲート電極を形成する、
請求項7〜32のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the first step,
Preparing the substrate having an undercoat layer formed on the surface;
In the second step,
Forming the gate electrode on the undercoat layer;
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-32.
Mo又はMoWを含む高融点金属または当該高融点金属の合金からなる金属膜を前記ゲート電極として形成する、
請求項7〜33のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the second step,
Forming a metal film made of a refractory metal containing Mo or MoW or an alloy of the refractory metal as the gate electrode;
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-33.
前記レーザー光の波長に対して消衰係数が0.01以下である膜を前記ゲート絶縁層として形成する、
請求項7〜34のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the third step,
A film having an extinction coefficient of 0.01 or less with respect to the wavelength of the laser beam is formed as the gate insulating layer.
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-34.
酸化シリコン層を前記ゲート絶縁層として形成する、
請求項7〜35のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the third step,
Forming a silicon oxide layer as the gate insulating layer;
36. A method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 7 to 35.
窒化シリコン層を前記ゲート絶縁層として形成する、
請求項7〜35のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the third step,
Forming a silicon nitride layer as the gate insulating layer;
36. A method of manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 7 to 35.
前記レーザー光の波長に対して消衰係数が0.01以下である膜を前記チャネル保護層として形成する、
請求項7〜37のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the fifth step,
A film having an extinction coefficient of 0.01 or less with respect to the wavelength of the laser beam is formed as the channel protective layer.
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-37.
酸化シリコン層をチャネル保護層として形成する、
請求項38に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the fifth step,
Forming a silicon oxide layer as a channel protective layer;
39. A method of manufacturing a thin film transistor according to claim 38.
窒化シリコン層をチャネル保護層として形成する、
請求項38に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the fifth step,
Forming a silicon nitride layer as a channel protective layer;
39. A method of manufacturing a thin film transistor according to claim 38.
前記レーザー光は、連続発振モードまたは擬似連続発振モードの光である、
請求項7〜40のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The laser light is light in a continuous oscillation mode or a pseudo continuous oscillation mode.
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-40.
前記レーザー光は、固体レーザー装置から発せられた光である、
請求項7〜40のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The laser light is light emitted from a solid-state laser device.
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-40.
前記レーザー光は、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置から発せられた光である、
請求項7〜40のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The laser light is light emitted from a laser device using a semiconductor laser element.
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-40.
前記レーザー光の前記非結晶性シリコン層上における照射エネルギー密度の変動は、5%未満である、
請求項7〜43のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
The variation of the irradiation energy density of the laser beam on the amorphous silicon layer is less than 5%.
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-43.
レーザー光を一定のスキャンスピードで、前記非結晶性シリコン層の前記凸部、前記凸部の下方の部分および前記凸部の両側の部分に照射する、
請求項7〜44のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。In the seventh step,
Irradiating the convex part of the non-crystalline silicon layer, a part below the convex part, and a part on both sides of the convex part with a constant scanning speed with a laser beam;
The manufacturing method of the thin-film transistor of any one of Claims 7-44.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを備え、
前記薄膜トランジスタは、前記表示装置が前記液晶パネルを備える場合に前記液晶パネルを駆動させ、前記表示装置が前記有機ELパネルを備える場合に前記有機ELパネルを駆動させる、
表示装置。A display device comprising a liquid crystal panel or an organic EL panel,
The thin film transistor according to any one of claims 1 to 6, comprising:
The thin film transistor drives the liquid crystal panel when the display device includes the liquid crystal panel, and drives the organic EL panel when the display device includes the organic EL panel.
Display device.
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