JPWO2013030865A1 - Thin film transistor array manufacturing method, thin film transistor array, and display device - Google Patents

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Abstract

本発明の薄膜トランジスタアレイの製造方法は、複数のゲート電極(12)上にゲート絶縁層(13)を形成する第3工程と、ゲート絶縁層(13)上に非晶質シリコン層(14)を形成する第4工程と、非晶質シリコン層(14)を結晶化させて結晶質シリコン層(15)を生成する第5工程と、ソース電極およびドレイン電極(18)を形成する第6工程とを含み、第3工程において、複数のゲート電極(12)上のゲート絶縁層(13)の膜厚を、ゲート電極(12)上の非晶質シリコン層(14)のレーザー光に対する光吸収率とゲート絶縁層(13)の等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成し、第4工程において、複数のゲート電極(12)上の非晶質シリコン層(14)の膜厚を、非晶質シリコン層(14)の膜厚変化に対する光吸収率の変動が第1基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成する。The thin film transistor array manufacturing method of the present invention includes a third step of forming a gate insulating layer (13) on a plurality of gate electrodes (12), and an amorphous silicon layer (14) on the gate insulating layer (13). A fourth step of forming, a fifth step of crystallizing the amorphous silicon layer (14) to produce a crystalline silicon layer (15), and a sixth step of forming the source and drain electrodes (18). In the third step, the thickness of the gate insulating layer (13) on the plurality of gate electrodes (12) is set to the light absorption rate of the amorphous silicon layer (14) on the gate electrode (12) with respect to the laser light. And an equivalent oxide film thickness of the gate insulating layer (13) are formed in a film thickness range in a positive correlation. In the fourth step, the amorphous silicon layers (14) on the plurality of gate electrodes (12) are formed. The film thickness of the amorphous silicon layer (14) Variation of light absorption rate with respect to the thickness change is formed in a thickness range of the area is within a predetermined range from the first reference.

Description

本発明は薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイおよび表示装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor array, a thin film transistor array, and a display device.

例えば、液晶パネルまたは有機ELパネルに用いられる薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)アレイがある。薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタのチャネル部は、非晶質シリコンであるa−Siまたは結晶質で多結晶シリコンであるPoly−Siで形成されている。薄膜トランジスタのチャネル部の結晶質シリコン層(Poly−Si層)は、一般的に、非晶質シリコン層(a−Si層)を形成後、その非晶質シリコン層に例えばエキシマ等のレーザー光を照射して瞬間的に温度を上昇させて結晶化することにより、形成される。   For example, there is a thin film transistor (TFT) array used for a liquid crystal panel or an organic EL panel. The channel portion of each thin film transistor constituting the thin film transistor array is formed of a-Si that is amorphous silicon or Poly-Si that is crystalline and polycrystalline silicon. For the crystalline silicon layer (Poly-Si layer) in the channel portion of the thin film transistor, generally, after forming an amorphous silicon layer (a-Si layer), laser light such as excimer is applied to the amorphous silicon layer. It is formed by irradiating and instantaneously raising the temperature to crystallize.

また、薄膜トランジスタの構造としては、ゲートメタルがチャネル部のx−Si(xは、aまたはPoly)からみて基板側に配置されているボトムゲート構造と、ゲートメタルおよびソース・ドレインメタルがチャネル部のx−Siからみて基板と反対方向に配置されているトップゲート構造とが存在する。ボトムゲート構造は、非晶質シリコン層で形成されたチャネル部を有するa−Si TFTで主に用いられており、トップゲート構造は、結晶質シリコン層で形成されたチャネル部を有するPoly−Si TFTで主に用いられている。なお、大面積の表示装置に用いられる液晶パネルまたは有機ELパネルを構成する薄膜トランジスタの構造としては、ボトムゲート構造が一般的である。   The structure of the thin film transistor includes a bottom gate structure in which the gate metal is disposed on the substrate side when viewed from the x-Si (x is a or poly) of the channel portion, and the gate metal and the source / drain metal of the channel portion. There is a top gate structure arranged in the direction opposite to the substrate as viewed from x-Si. The bottom gate structure is mainly used in an a-Si TFT having a channel portion formed of an amorphous silicon layer, and the top gate structure is a Poly-Si having a channel portion formed of a crystalline silicon layer. Mainly used in TFT. Note that a bottom gate structure is generally used as a structure of a thin film transistor included in a liquid crystal panel or an organic EL panel used in a large-area display device.

さらに、ボトムゲート構造でPoly−Si TFTが用いられる場合も存在し、その場合には、作製コストが抑えられるといった長所を持っている。このようなボトムゲート構造のPoly−Si TFTでは、非晶質シリコン層にレーザーが照射され結晶化されることで結晶質シリコン層が形成される。この手法(レーザーアニール結晶化法)では、レーザー光照射に基づく熱で非晶質シリコン層を結晶化させる。   Furthermore, there is a case where a Poly-Si TFT is used in a bottom gate structure, and in that case, there is an advantage that a manufacturing cost can be suppressed. In such a bottom-gate Poly-Si TFT, the amorphous silicon layer is irradiated with a laser and crystallized to form a crystalline silicon layer. In this method (laser annealing crystallization method), the amorphous silicon layer is crystallized by heat based on laser light irradiation.

また、例えば有機ELパネルに用いられる薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタには、特に均一な特性が求められる。この要求に応えるために、基板全面に均一な結晶性を有する結晶質シリコン層を形成する技術が開発されてきた。しかし、開発された形成技術を用いて、レーザーアニール結晶化法によりボトムゲート構造の薄膜トランジスタの製造を行う場合には不都合(問題)が生じてしまう。以下、その理由を説明する。   In addition, for example, uniform characteristics are required for each thin film transistor constituting a thin film transistor array used in an organic EL panel. In order to meet this demand, a technique for forming a crystalline silicon layer having uniform crystallinity on the entire surface of the substrate has been developed. However, in the case of manufacturing a bottom gate thin film transistor by the laser annealing crystallization method using the developed formation technique, a disadvantage (problem) occurs. The reason will be described below.

ボトムゲート構造の薄膜トランジスタを製造する場合、非晶質シリコン層をレーザーアニールにより結晶化する際、一般的にゲート電極が存在する領域(「第一領域」とする)の非晶質シリコン層とゲート電極が存在しない領域(「第二領域」とする)の非晶質シリコン層とで、レーザーアニールに使用されるレーザー光に対する光吸収率が異なる。これは、ゲート電極の有無により、非晶質シリコン層とゲート絶縁層とにより構成される多層薄膜でのレーザー光の多重干渉の効果が変化するためである。   When a thin film transistor having a bottom gate structure is manufactured, when the amorphous silicon layer is crystallized by laser annealing, the amorphous silicon layer and the gate in a region where the gate electrode is generally present (referred to as a “first region”) are formed. The light absorption rate with respect to the laser beam used for laser annealing differs from the amorphous silicon layer in the region where no electrode exists (referred to as “second region”). This is because the effect of multiple interference of laser light in a multilayer thin film composed of an amorphous silicon layer and a gate insulating layer changes depending on the presence or absence of a gate electrode.

そして、上記2つの領域での非晶質シリコン層の光吸収率に差が生じると、レーザー照射直後において上記2つの領域の非晶質シリコン層で発熱温度差が生じ、温度分布が不均一になる。レーザーアニール結晶化により得られる結晶質シリコン層の結晶性は、レーザー照射による非晶質シリコン層の発熱温度に強く依存している。そのため、上記2つの領域の非晶質シリコン層で発熱温度が不均一になり、得られる結晶質シリコン層の結晶性が不均一になるという問題が生じていた。   If there is a difference in the light absorption rate of the amorphous silicon layer in the two regions, a difference in heat generation temperature occurs in the amorphous silicon layer in the two regions immediately after laser irradiation, resulting in uneven temperature distribution. Become. The crystallinity of the crystalline silicon layer obtained by laser annealing crystallization strongly depends on the heat generation temperature of the amorphous silicon layer by laser irradiation. Therefore, the heat generation temperature becomes nonuniform in the amorphous silicon layers in the two regions, and the crystallinity of the obtained crystalline silicon layer becomes nonuniform.

例えば特許文献1に、この問題を解決するための技術が開示されている。特許文献1では、ゲート絶縁層および非晶質シリコン層の膜厚を調節し、第一領域の非晶質シリコン層の光吸収率と第二領域の非晶質シリコン層の光吸収率が等しくなるような膜厚構成にする技術が開示されている。それにより、レーザー照射直後における、両領域間での非晶質シリコン層の発熱温度の不均一性を極力低減させ、基板全面に均一な結晶性を有する結晶質シリコン薄膜を形成する。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for solving this problem. In Patent Document 1, the thicknesses of the gate insulating layer and the amorphous silicon layer are adjusted so that the light absorption rate of the amorphous silicon layer in the first region is equal to the light absorption rate of the amorphous silicon layer in the second region. A technique for forming such a film thickness structure is disclosed. Thereby, the non-uniformity of the heat generation temperature of the amorphous silicon layer between both regions immediately after laser irradiation is reduced as much as possible, and a crystalline silicon thin film having uniform crystallinity is formed on the entire surface of the substrate.

しかしながら、特許文献1に開示される技術では、以下の場合、基板全面に均一な結晶性を有する結晶質シリコン薄膜を形成することができないという問題がある。以下、その理由について説明する。   However, the technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that a crystalline silicon thin film having uniform crystallinity cannot be formed on the entire surface of the substrate in the following cases. The reason will be described below.

一般的に、表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイの製造工程において、非晶質シリコン層やゲート絶縁層は、プラズマ援用化学気相堆積法(PECVD:Plasma−enhanced Chemical Vapor Deposition)などのプロセスで形成される。このようなプロセスにより形成された薄膜は、基板面内で、成膜条件にも依存するものの、ある程度の膜厚のバラツキを有する。   In general, in a manufacturing process of a thin film transistor array used in a display device, an amorphous silicon layer and a gate insulating layer are formed by a process such as plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The The thin film formed by such a process has a certain degree of film thickness variation within the substrate surface, although it depends on the film forming conditions.

この場合、すなわち基板面内に非晶質シリコン層やゲート絶縁層に膜厚のバラツキが生じた場合、レーザーアニールに使用されるレーザー光の波長にも依存するが、その膜厚バラツキ量(狙い膜厚からの膜厚のズレ量)に対応して、光吸収率のバラツキが生じるのは避けられない。   In this case, that is, when a variation in film thickness occurs in the amorphous silicon layer or the gate insulating layer within the substrate surface, the variation in film thickness (target) depends on the wavelength of the laser beam used for laser annealing. It is inevitable that variations in the light absorptance occur corresponding to the amount of film thickness deviation from the film thickness.

仮に第一領域と第二領域とにおける非晶質シリコン層の光吸収率が等しくなるような膜厚を狙って非晶質シリコン層とゲート絶縁層とを形成したとしても、基板面内に膜厚のバラツキが生じる。それにより、基板全面において第一領域と第二領域における非晶質シリコン層の光吸収率を等しくすることができない。   Even if the amorphous silicon layer and the gate insulating layer are formed aiming at a film thickness that makes the light absorption rate of the amorphous silicon layer equal in the first region and the second region, the film is not formed in the substrate plane. Thickness variation occurs. As a result, the light absorption rate of the amorphous silicon layer in the first region and the second region cannot be made equal over the entire surface of the substrate.

つまり、非晶質シリコン層やゲート絶縁層の形成をプラズマ援用化学気相堆積法などのプロセスで行った場合、レーザーアニールの工程において、基板全面において、第一領域と第二領域との非晶質シリコン層の発熱温度の均一化を実現することができず、得られる結晶質シリコン層の結晶性も基板面内で不均一となってしまうという問題がある。   In other words, when the amorphous silicon layer and the gate insulating layer are formed by a process such as plasma-assisted chemical vapor deposition, the first region and the second region are amorphous over the entire surface of the substrate in the laser annealing step. There is a problem that the heat generation temperature of the crystalline silicon layer cannot be made uniform, and the crystallinity of the obtained crystalline silicon layer becomes nonuniform within the substrate surface.

そこで、このような理由から、少なくとも、薄膜トランジスタのチャネルが形成される領域(第一領域)にのみ注目し、そこに形成される結晶質シリコン層の結晶性が基板全面で均一にするための技術が開示されている(例えば、特許文献2)。   Therefore, for this reason, at least attention is paid to the region (first region) where the channel of the thin film transistor is formed, and a technique for making the crystallinity of the crystalline silicon layer formed there uniform over the entire surface of the substrate Is disclosed (for example, Patent Document 2).

特許文献2では、第一領域上に形成される結晶質シリコン層の結晶性を基板全体で均一になるように、非晶質シリコン層、およびゲート絶縁層の膜厚変動に対して、第一領域上の非晶質シリコン層の光吸収率の変動を最小にする膜厚条件を採用する。このような膜厚条件を採用することにより、第一領域上の非晶質シリコン層のレーザーアニールにおける発熱、そして、得られる結晶質シリコン層の結晶性に対する、非晶質シリコン層の膜厚バラツキ、およびゲート絶縁層の膜厚バラツキの影響を最小にすることが可能になる。   In Patent Document 2, first crystallinity of a crystalline silicon layer formed on a first region is reduced with respect to film thickness variations of an amorphous silicon layer and a gate insulating layer so that the entire substrate has uniform crystallinity. A film thickness condition that minimizes the variation in the light absorption rate of the amorphous silicon layer on the region is adopted. By adopting such a film thickness condition, the heat generation in laser annealing of the amorphous silicon layer on the first region and the film thickness variation of the amorphous silicon layer with respect to the crystallinity of the obtained crystalline silicon layer. In addition, the influence of the film thickness variation of the gate insulating layer can be minimized.

特開2007−220918号公報JP 2007-220918 A 特開2011−066243号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-066243

しかしながら、上記特許文献2に開示される技術を用いても、次に述べるような課題がある。すなわち、基板全面にわたって、第一領域上に形成される結晶質シリコン層の結晶性の均一化が達成できたとしても、それをチャネルとする薄膜トランジスタの特性、とくにオン特性の均一化を実現することはできない。   However, even if the technique disclosed in Patent Document 2 is used, there are the following problems. That is, even if the crystallinity of the crystalline silicon layer formed on the first region can be made uniform over the entire surface of the substrate, the characteristics of the thin film transistor having the channel as a channel, particularly the on-characteristics, can be realized. I can't.

なぜなら、薄膜トランジスタのオン特性は、薄膜トランジスタのチャネルとなる結晶質シリコン層の結晶性だけでなく、ゲート絶縁層のゲート容量にも依存するからである。つまり、基板面内のゲート絶縁層の膜厚の変動が、ゲート絶縁層のゲート容量のバラツキを生じさせるため、チャネルとなる結晶質シリコン層の結晶性が各々の薄膜トランジスタにおいて均一であっても、ゲート容量が変動すると、各々の薄膜トランジスタのオン特性がバラツいてしまう。   This is because the on-characteristic of the thin film transistor depends not only on the crystallinity of the crystalline silicon layer serving as the channel of the thin film transistor but also on the gate capacitance of the gate insulating layer. That is, fluctuations in the film thickness of the gate insulating layer in the substrate surface cause variations in the gate capacitance of the gate insulating layer, so that even if the crystalline silicon layer serving as a channel has a uniform crystallinity in each thin film transistor, When the gate capacitance fluctuates, the on characteristics of each thin film transistor vary.

図1は、薄膜トランジスタアレイにおける各薄膜トランジスタのオン電流の基板面内分布の例を示す図である。ここで、図1に示す薄膜トランジスタアレイは、レーザーアニール結晶化法により形成した結晶質シリコン層を利用したボトムゲートTFTにより構成され、その薄膜トランジスタアレイの基板面(図中)は、224個×224個の薄膜トランジスタで構成されている。図1では、薄膜トランジスタアレイにおける各薄膜トランジスタのオン電流の大小を濃淡で表すことにより、オン電流の基板面内分布を可視化している。また、オン電流の単位は、規格化して任意単位で示してある。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an in-plane distribution of on-current of each thin film transistor in a thin film transistor array. Here, the thin film transistor array shown in FIG. 1 is constituted by a bottom gate TFT using a crystalline silicon layer formed by a laser annealing crystallization method, and the substrate surface (in the drawing) of the thin film transistor array has 224 × 224. The thin film transistor is used. In FIG. 1, the distribution of the on-current in the substrate surface is visualized by expressing the magnitude of the on-current of each thin film transistor in the thin film transistor array in shades. The unit of the on-current is standardized and shown in an arbitrary unit.

図1により、薄膜トランジスタのオン電流が基板面内で不均一であり、特性のムラを有していることがわかる。このオン特性のムラは、前述したように、薄膜トランジスタアレイの基板面内で、ゲート絶縁層の膜厚が位置により異なり、それに応じてゲート電極上のゲート絶縁層容量が変化することに起因している。   As can be seen from FIG. 1, the on-current of the thin film transistor is non-uniform in the substrate surface and has uneven characteristics. As described above, the unevenness of the ON characteristics is caused by the fact that the thickness of the gate insulating layer varies depending on the position in the substrate surface of the thin film transistor array, and the capacitance of the gate insulating layer on the gate electrode changes accordingly. Yes.

図1では、薄膜トランジスタアレイの基板面内の中央部のゲート絶縁層の膜厚が周辺部に比べて厚くなっているため、ゲート絶縁層の容量が低下している。そのため、その中央部の領域において、オン特性が低下している。つまり、図1では、オン特性が低下している中央部の領域がムラとなって表れている。   In FIG. 1, since the thickness of the gate insulating layer in the central portion in the substrate surface of the thin film transistor array is thicker than that in the peripheral portion, the capacity of the gate insulating layer is reduced. Therefore, the on-characteristics are degraded in the central region. That is, in FIG. 1, the central region where the on-characteristics are reduced appears as unevenness.

また、薄膜トランジスタのチャネル構成層の膜厚変動は、パネル作製に用いる基板の大型化に伴って、ますます制御が困難になる。そのため、表示装置の大型化に伴い、表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイにおける各薄膜トランジスタのゲート絶縁容量のバラツキは大きくなってしまう。仮に基板全面にわたって結晶性の均一な結晶質シリコン層が形成できたとしても、ゲート容量の変動に起因する薄膜トランジスタのオン特性のバラツキが、表示装置の大型化に伴いより顕著になってしまう。つまり、より大面積な表示装置の作製をする場合には、薄膜トランジスタのオン特性のバラツキによる画質のムラが一層深刻な課題となる。   Further, the film thickness variation of the channel constituent layer of the thin film transistor becomes increasingly difficult to control as the substrate used for panel fabrication becomes larger. Therefore, with an increase in the size of the display device, variation in gate insulating capacitance of each thin film transistor in the thin film transistor array used in the display device increases. Even if a crystalline silicon layer with uniform crystallinity can be formed over the entire surface of the substrate, the variation in on-state characteristics of the thin film transistor due to the variation in gate capacitance becomes more conspicuous as the display device becomes larger. That is, when a display device having a larger area is manufactured, unevenness in image quality due to variation in on-state characteristics of thin film transistors becomes a more serious problem.

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたもので、均一なオン特性を有する薄膜トランジスタで構成することができる薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a method of manufacturing a thin film transistor array, a thin film transistor array, and a display device using the thin film transistor array, which can be configured with thin film transistors having uniform on characteristics. And

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アレイの製造方法は、基板を準備する第1工程と、前記基板上に複数のゲート電極を形成する第2工程と、前記複数の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晶質性シリコン層を形成する第4工程と、レーザーから照射されるレーザー光を用いて前記非晶質性シリコン層を結晶化させて結晶性シリコン層を生成する第5工程と、前記複数のゲート電極の各々に前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極およびドレイン電極を形成する第6工程と、を含み、前記第3工程において、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の膜厚を、前記ゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光に対する光吸収率と前記ゲート絶縁層の等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成し、前記第4工程において、前記複数のゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の膜厚を、前記非晶質性シリコン層の膜厚変化に対する前記光吸収率の変動が第1基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成する。   In order to achieve the above object, a thin film transistor array manufacturing method according to an aspect of the present invention includes a first step of preparing a substrate, a second step of forming a plurality of gate electrodes on the substrate, and the plurality of the plurality of gate electrodes. 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; and the amorphousness using laser light emitted from a laser. A fifth step of crystallizing the silicon layer to form a crystalline silicon layer; and a sixth step of forming a source electrode and a drain electrode in a region on the crystalline silicon layer in each of the plurality of gate electrodes. And in the third step, the film thickness of the gate insulating layer on the plurality of gate electrodes is determined based on the light absorption rate of the amorphous silicon layer on the gate electrode with respect to the laser light and the gate insulation. In the fourth step, the thickness of the amorphous silicon layer on the plurality of gate electrodes in the fourth step is changed to the amorphous thickness of the amorphous oxide layer. The variation of the light absorptance with respect to the change in film thickness of the conductive silicon layer is formed in a film thickness range in a region within a predetermined range from the first reference.

本発明によれば、均一なオン特性を有する薄膜トランジスタで構成することができる薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を実現することができる。   According to the present invention, it is possible to realize a thin film transistor array manufacturing method, a thin film transistor array, and a display device using the thin film transistor array that can be configured with thin film transistors having uniform on characteristics.

具体的には、基板上のアレイを構成する各々の薄膜トランジスタに対応するゲート電極領域上の非晶質シリコン層および、ゲート絶縁層を、それぞれの膜厚が所定の条件を満足するように形成することにより、可視光領域の波長のレーザーを用いて、第一領域上のゲート絶縁層のゲート容量の増減に対応して、そのゲート容量の増減の影響を相殺させるように結晶性が変動した結晶質シリコン層を形成し、基板全面に形成された薄膜トランジスタアレイの各々の薄膜トランジスタのオン特性が均一である薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を実現することができる。   Specifically, an amorphous silicon layer on the gate electrode region corresponding to each thin film transistor constituting the array on the substrate and a gate insulating layer are formed so that each film thickness satisfies a predetermined condition. By using a laser with a wavelength in the visible light region, a crystal whose crystallinity has fluctuated so as to offset the influence of the increase or decrease of the gate capacitance corresponding to the increase or decrease of the gate capacitance of the gate insulating layer on the first region A thin film transistor array manufacturing method, a thin film transistor array, and a display device using the thin film transistor array can be realized in which a thin silicon layer is formed and the thin film transistor array formed on the entire surface of the substrate has uniform thin film transistor ON characteristics.

図1は、薄膜トランジスタアレイにおける各薄膜トランジスタのオン電流の基板面内分布の例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of an in-plane distribution of on-current of each thin film transistor in a thin film transistor array. 図2は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the thin film transistor constituting the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図3は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイの単位セルの等価回路を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of a unit cell of the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造工程を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a manufacturing process of a thin film transistor constituting the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図5Aは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 5A is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a thin film transistor constituting the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図5Bは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the thin film transistor constituting the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図5Cは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 5C is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the thin film transistor constituting the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図5Dは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 5D is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the thin film transistor constituting the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図5Eは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 5E is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the thin film transistor constituting the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図5Fは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 5F is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the thin film transistor that constitutes the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図5Gは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 5G is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the thin film transistor constituting the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図5Hは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 5H is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the thin film transistor constituting the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図5Iは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 5I is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the thin film transistor constituting the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図5Jは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造方法を説明するための断面図である。FIG. 5J is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing the thin film transistor constituting the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図6は、図4のS14におけるレーザーアニールを模式的に示した図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing laser annealing in S14 of FIG. 図7は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイの単位繰り返しセルの等価回路の断面の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of a cross section of an equivalent circuit of a unit repeating cell of the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 図8は、振幅透過率および振幅透過率の計算方法を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the amplitude transmittance and the calculation method of the amplitude transmittance. 図9は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層を形成する場合に、非晶質シリコン層の膜厚に好適な膜厚範囲があることを説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining that there is a film thickness range suitable for the film thickness of the amorphous silicon layer when the crystalline silicon layer is formed by the laser annealing crystallization method. 図10Aは、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層を形成する場合に、ゲート絶縁層を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲があることを示すための図である。FIG. 10A is a diagram showing that there is a preferable film thickness range for the insulating film constituting the gate insulating layer when the crystalline silicon layer is formed by the laser annealing crystallization method. 図10Bは、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層を形成する場合に、ゲート絶縁層を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲があることを示すための図である。FIG. 10B is a diagram for illustrating that there is a preferable thickness range for the thickness of the insulating film constituting the gate insulating layer when the crystalline silicon layer is formed by the laser annealing crystallization method. 図11は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層を形成する場合に、ゲート絶縁層を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲の具体例を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a specific example of a film thickness range suitable for the film thickness of the insulating film constituting the gate insulating layer when the crystalline silicon layer is formed by the laser annealing crystallization method. 図12Aは、ゲート絶縁層が条件1で構成された場合に、バラツいたゲート絶縁層の膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層の吸収率との関係を示す図である。FIG. 12A is a diagram showing the relationship between the capacitance formed by the varying thickness of the gate insulating layer and the absorption rate of the amorphous silicon layer when the gate insulating layer is configured under condition 1. 図12Bは、ゲート絶縁層が条件2で構成された場合に、バラツいたゲート絶縁層の膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層の吸収率との関係を示す図である。FIG. 12B is a diagram showing the relationship between the capacitance formed by the varying gate insulating film thickness and the absorption rate of the amorphous silicon layer when the gate insulating layer is configured under condition 2. 図12Cは、ゲート絶縁層が条件3で構成された場合に、バラツいたゲート絶縁層の膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層の吸収率との関係を示す図である。FIG. 12C is a diagram showing the relationship between the capacitance formed by the varying thickness of the gate insulating layer and the absorption rate of the amorphous silicon layer when the gate insulating layer is configured under Condition 3. 図13Aは、ゲート絶縁層が条件1で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と非結晶質シリコン層の結晶性との関係を示す図である。FIG. 13A is a diagram showing the relationship between the capacitance formed by the varying film thickness and the crystallinity of the amorphous silicon layer when the gate insulating layer is configured under Condition 1. FIG. 図13Bは、ゲート絶縁層が条件2で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と非結晶質シリコン層の結晶性との関係を示す図である。FIG. 13B is a diagram showing the relationship between the capacitance formed by the varying film thickness and the crystallinity of the amorphous silicon layer when the gate insulating layer is configured under condition 2. 図13Cは、ゲート絶縁層が条件3で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と非結晶質シリコン層の結晶性との関係を示す図である。FIG. 13C is a diagram showing the relationship between the capacitance formed by the varying film thickness and the crystallinity of the amorphous silicon layer when the gate insulating layer is configured under condition 3. 図14Aは、ゲート絶縁層が条件1で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と結晶質シリコン層をチャネルとした薄膜トランジスタのオン電流との関係を示す図である。FIG. 14A is a diagram showing the relationship between the capacitance formed by the varying film thickness and the on-state current of the thin film transistor using the crystalline silicon layer as a channel when the gate insulating layer is configured under condition 1. 図14Bは、ゲート絶縁層が条件2で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と結晶質シリコン層をチャネルとした薄膜トランジスタのオン電流との関係を示す図である。FIG. 14B is a diagram showing the relationship between the capacitance formed by the varying film thickness and the on-state current of the thin film transistor using the crystalline silicon layer as a channel when the gate insulating layer is configured under condition 2. 図14Cは、ゲート絶縁層が条件3で構成された場合に、バラツいた膜厚が形成する容量と結晶質シリコン層をチャネルとした薄膜トランジスタのオン電流との関係を示す図である。FIG. 14C is a diagram showing the relationship between the capacitance formed by the varying film thickness and the on-state current of the thin film transistor using the crystalline silicon layer as a channel when the gate insulating layer is configured under Condition 3. 図15は、本発明の薄膜トランジスタアレイを備えた表示装置の一例を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an example of a display device including the thin film transistor array of the present invention.

第1の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法は、基板を準備する第1工程と、前記基板上に複数のゲート電極を形成する第2工程と、前記複数の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晶質性シリコン層を形成する第4工程と、レーザーから照射されるレーザー光を用いて前記非晶質性シリコン層を結晶化させて結晶性シリコン層を生成する第5工程と、前記複数のゲート電極の各々に前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極およびドレイン電極を形成する第6工程と、を含み、前記第3工程において、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の膜厚を、前記ゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光に対する光吸収率と前記ゲート絶縁層の等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成し、前記第4工程において、前記複数のゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の膜厚を、前記非晶質性シリコン層の膜厚変化に対する前記光吸収率の変動が第1基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成する。   The thin film transistor array manufacturing method according to the first aspect includes a first step of preparing a substrate, a second step of forming a plurality of gate electrodes on the substrate, and forming a gate insulating layer on the plurality of gate electrodes. A third step, a fourth step of forming an amorphous silicon layer on the gate insulating layer, and crystallizing the amorphous silicon layer using laser light emitted from a laser to form crystalline silicon A fifth step of generating a layer, and a sixth step of forming a source electrode and a drain electrode in a region on the crystalline silicon layer in each of the plurality of gate electrodes, and in the third step, the plurality of steps The film thickness of the gate insulating layer on the gate electrode is positively correlated with the light absorption rate of the amorphous silicon layer on the gate electrode with respect to the laser beam and the equivalent oxide thickness of the gate insulating layer. is there In the fourth step, the film thickness of the amorphous silicon layer on the plurality of gate electrodes is changed to the light absorption rate with respect to the film thickness change of the amorphous silicon layer. Is formed in a film thickness range in a region where the fluctuation is within a predetermined range from the first reference.

ここで、等価酸化膜厚とは、ゲート絶縁層の物理的な厚さを、SiO膜と等価な電気的膜厚に換算した値である。Here, the equivalent oxide film thickness is a value obtained by converting the physical thickness of the gate insulating layer into an electrical film thickness equivalent to the SiO 2 film.

本態様によれば、薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタのゲート電極上の領域に対応する、非晶質シリコン層のレーザーアニールに用いられるレーザー光に対する光吸収率と、同様に各々のゲート電極上の領域に対応するゲート絶縁層容量との相関が、非晶質シリコン層の膜厚がある狙いの膜厚に対して変動しても、負の関係をとるようになる。この関係により、薄膜トランジスタアレイを構成するゲート絶縁層の膜厚が狙いの膜厚に対して変動しても、基板面内における各々のゲート電極上に対応するゲート絶縁層容量の分布に対応して、具体的にはゲート絶縁層容量の増加に伴いレーザーアニール結晶化によってゲート電極上に形成される結晶質シリコン層の結晶性が低下するような分布を有する結晶質シリコン層を形成することが可能となる。また、この基板面内において、ゲート絶縁層容量とある一定の関係を有するように結晶性の分布を変化させた結晶質シリコン層を用いて薄膜トランジスタアレイを形成する。それにより、各々の薄膜トランジスタの、ゲート絶縁層膜厚の変動に起因するゲート絶縁層容量のバラツキによって引き起こされる薄膜トランジスタのオン特性のバラツキが、結晶性が制御された薄膜トランジスタのチャネル層の結晶質シリコン層によって相殺される効果を奏することが可能となる。   According to this aspect, the light absorptance with respect to the laser beam used for laser annealing of the amorphous silicon layer corresponding to the region on the gate electrode of each thin film transistor constituting the thin film transistor array, and similarly on each gate electrode. Even if the correlation with the gate insulating layer capacitance corresponding to this region fluctuates with respect to the target film thickness, the negative relationship is obtained. Due to this relationship, even if the film thickness of the gate insulating layer constituting the thin film transistor array fluctuates with respect to the target film thickness, it corresponds to the distribution of the corresponding gate insulating layer capacitance on each gate electrode in the substrate surface. Specifically, it is possible to form a crystalline silicon layer having such a distribution that the crystallinity of the crystalline silicon layer formed on the gate electrode is lowered by laser annealing crystallization as the gate insulating layer capacity increases. It becomes. In addition, a thin film transistor array is formed using a crystalline silicon layer in which the distribution of crystallinity is changed so as to have a certain relationship with the gate insulating layer capacitance in the substrate surface. As a result, the variation in the on-characteristics of the thin film transistor caused by the variation in the gate insulating layer capacitance due to the variation in the thickness of the gate insulating layer of each thin film transistor is reduced by the crystalline silicon layer of the channel layer of the thin film transistor in which the crystallinity is controlled. It is possible to achieve an effect that is offset by.

第2の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記レーザーは、固体レーザー装置で構成される。   In the method of manufacturing the thin film transistor array according to the second aspect, the laser is constituted by a solid-state laser device.

第3の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記レーザーは、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置で構成される。   As a method of manufacturing the thin film transistor array according to the third aspect, the laser is constituted by a laser device using a semiconductor laser element.

第4の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第5工程において、前記レーザー光の前記非晶質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%程度未満である。   As a method of manufacturing the thin film transistor array according to the fourth aspect, in the fifth step, the fluctuation of the irradiation energy density of the laser light on the amorphous silicon layer is less than about 5%.

第5の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記レーザーの波長範囲は、400nm以上600nm以下である。   In the method of manufacturing the thin film transistor array according to the fifth aspect, the wavelength range of the laser is 400 nm or more and 600 nm or less.

第6の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第4工程において、前記非晶質性シリコン層の膜厚を、前記第1基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲として、前記レーザー光の波長λで規格化された前記ゲート絶縁層の光学膜厚によって規格化された非晶質シリコン層のレーザー光波長λの吸収率を、前記レーザー光の波長λで規格化された、前記非晶質シリコン層の光学膜厚で微分したときの微分係数が−5以上、+5以下となる膜厚範囲で形成する。   As a method of manufacturing a thin film transistor array according to a sixth aspect, in the fourth step, the film thickness of the amorphous silicon layer is set as a film thickness range of a region within a predetermined range from the first reference. The absorptance of the laser light wavelength λ of the amorphous silicon layer normalized by the optical film thickness of the gate insulating layer normalized by the laser light wavelength λ was normalized by the laser light wavelength λ, The amorphous silicon layer is formed in a film thickness range in which the differential coefficient when differentiated by the optical film thickness is −5 or more and +5 or less.

第7の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第4工程において、前記非晶質性シリコン層は、前記複数のゲート電極上の前記非晶質シリコン層の平均膜厚が、下記の式1)で表される範囲に含まれるように、形成されている。   As a method of manufacturing a thin film transistor array according to a seventh aspect, in the fourth step, the amorphous silicon layer has an average film thickness of the amorphous silicon layer on the plurality of gate electrodes expressed by the following formula: It is formed so as to be included in the range represented by 1).

式1)0.426≦na−Si×da−Si/λSi≦0.641、ここで、da−Siは前記非晶質シリコン層平均膜厚を表し、λSiは前記レーザー光波長を表し、na−Siは前記非晶質シリコン層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。Formula 1) 0.426 ≦ n a-Si × d a-Si / λ Si ≦ 0.641, where d a-Si represents the average thickness of the amorphous silicon layer, and λ Si represents the laser beam. The wavelength represents the wavelength, and na -Si represents the refractive index of the amorphous silicon layer with respect to the laser beam having the wavelength λ.

第8の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第3工程において、前記ゲート絶縁層は、前記レーザー光の波長に対する前記ゲート絶縁層の消衰係数が0.01以下で形成されている。   In the method of manufacturing the thin film transistor array according to the eighth aspect, in the third step, the gate insulating layer is formed such that the extinction coefficient of the gate insulating layer with respect to the wavelength of the laser light is 0.01 or less.

第9の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記ゲート絶縁層は、酸化珪素膜である。   In the thin film transistor array manufacturing method according to the ninth aspect, the gate insulating layer is a silicon oxide film.

第10の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記ゲート絶縁層は、窒化珪素膜である。   In the method of manufacturing the thin film transistor array according to the tenth aspect, the gate insulating layer is a silicon nitride film.

第11の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記ゲート絶縁層は、酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜から構成される。   In the manufacturing method of the thin film transistor array according to the eleventh aspect, the gate insulating layer is composed of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

第12の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第3工程において、前記ゲート絶縁層は、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の平均膜厚が、下記の式2)で表される範囲または下記の式3)で表される範囲に含まれるように形成される。   As a method of manufacturing a thin film transistor array according to a twelfth aspect, in the third step, the gate insulating layer has an average film thickness of the gate insulating layer on the plurality of gate electrodes expressed by the following formula 2): Or a range represented by the following formula 3).

式2)0.44≦nGI×dGI/λ≦0.74、式3)0.96≦nGI×dGI/λ≦1.20、ここで、dGIは前記ゲート絶縁層の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、nGIは前記ゲート絶縁層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。Formula 2) 0.44 ≦ n GI × d GI /λ≦0.74, Formula 3) 0.96 ≦ n GI × d GI /λ≦1.20, where d GI is the average of the gate insulating layer The film thickness is represented, λ represents the wavelength of the laser beam, and n GI represents the refractive index of the gate insulating layer with respect to the laser beam having the wavelength λ.

第13の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第3工程において、前記ゲート絶縁層は、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の平均膜厚が、下記の式4)で表される範囲または下記の式5)で表される範囲に含まれるように形成される。   According to a thirteenth aspect of the thin film transistor array manufacturing method, in the third step, the gate insulating layer has an average film thickness of the gate insulating layer on the plurality of gate electrodes expressed by the following formula 4): Or a range represented by the following formula 5).

式4)0.47≦nGI×dGI/λ≦0.62、式5)1.04≦nGI×dGI/λ≦1.13、ここで、dGIは前記ゲート絶縁層の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、nGIは前記絶縁層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。Formula 4) 0.47 ≦ n GI × d GI /λ≦0.62, Formula 5) 1.04 ≦ n GI × d GI /λ≦1.13, where d GI is the average of the gate insulating layer The film thickness is represented, λ represents the wavelength of the laser beam, and n GI represents the refractive index of the insulating layer with respect to the laser beam having the wavelength λ.

第14の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記複数のゲート電極上の前記酸化珪素膜の平均膜厚と前記複数のゲート電極上の前記窒化珪素膜の平均膜厚とが、下記の式6)および式7)で表される領域、または式8)および式9)で表される領域に含まれるように形成される。   As a method of manufacturing a thin film transistor array according to a fourteenth aspect, an average film thickness of the silicon oxide film on the plurality of gate electrodes and an average film thickness of the silicon nitride film on the plurality of gate electrodes are expressed by the following formula: It is formed so as to be included in the region represented by 6) and 7) or the region represented by 8) and 9).

式6)Y≧−1070X+1400X−688X+153X−12.90X−1.02X+0.439、式7)Y≦49.9X−131X+127X−56.8X+11.8X−2.01X+0.736、式8)Y≧−7.34X+8.48X+8.65X−16.0X+7.24X−2.04X+0.961、式9)Y≦−3.75X+11.8X−13.1X+6.09X−1.12X−0.87X+1.20、ここで、X=dSiO×nSiO/λ、かつ、Y=dSiN×nSiN/λであり、dSiOは前記酸化珪素膜の平均膜厚を表し、dSiNは前記窒化珪素膜の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、nSiOは前記酸化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表し、nSiNは前記窒化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。Formula 6) Y ≧ −1070X 6 + 1400X 5 −688X 4 + 153X 3 −12.90X 2 −1.02X + 0.439, Formula 7) Y ≦ 49.9X 6 −131X 5 + 127X 4 −56.8X 3 + 11.8X 2 −2.01X + 0.736, Formula 8) Y ≧ −7.34X 6 + 8.48X 5 + 8.65X 4 −16.0X 3 + 7.24X 2 −2.04X + 0.961, Formula 9) Y ≦ −3.75X 6 + 11.8X 5 -13.1X 4 + 6.09X 3 -1.12X 2 -0.87X + 1.20, where, X = d SiO × n SiO / λ, and, Y = d SiN × n SiN / λ in and, d SiO represents an average film thickness of the silicon oxide film, d SiN represents the average thickness of the silicon nitride film, lambda represents the wavelength of laser light, the wavelength of the n SiO is the silicon oxide film lambda It represents a refractive index with respect to the laser beam, n SiN represents the refractive index with respect to laser light having a wavelength λ of the silicon nitride film.

第15の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法としては、前記第3工程において、前記ゲート絶縁層は、前記複数のゲート電極上の前記酸化珪素膜の平均膜厚と前記複数のゲート電極上の前記窒化珪素膜の平均膜厚とが、下記の式10)および式11)で表される領域、または、式12)および式13)で表される領域に含まれるように形成される。   According to a fifteenth aspect of the thin film transistor array manufacturing method, in the third step, the gate insulating layer is formed by forming an average film thickness of the silicon oxide film on the plurality of gate electrodes and the nitriding on the plurality of gate electrodes. The average film thickness of the silicon film is formed so as to be included in the region represented by the following formula 10) and formula 11) or the region represented by formula 12) and formula 13).

式10)Y≧−132.6X+181X−93.8X+21.3X−1.33X−1.04X+0.473、式11)Y≦23.7X−4.56X−35.4X+27.2X−5.75X−0.973X+0.619、式12)Y≧7.46X−32.4X+50.8X−35.7X+11.0X−2.20X+1.04、式13)Y≦−5.34X+16.7X−18.7X+9.18X−1.96X−0.821X+1.13、ここで、X=dSiO×nSiO/λ、かつ、Y=dSiN×nSiN/λであり、dSiOは前記酸化珪素膜の平均膜厚を表し、dSiNは前記窒化珪素膜の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、nSiOは前記酸化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表し、nSiNは前記窒化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。Formula 10) Y ≧ −132.6X 6 + 181X 5 −93.8X 4 + 21.3X 3 −1.33X 2 −1.04X + 0.473, Formula 11) Y ≦ 23.7X 6 −4.56X 5 −35. 4X 4 + 27.2X 3 −5.75X 2 −0.973X + 0.619, Formula 12) Y ≧ 7.46X 6 −32.4X 5 + 50.8X 4 −35.7X 3 + 11.0X 2 −2.20X + 1. 04, formula 13) Y ≦ −5.34X 6 + 16.7X 5 −18.7X 4 + 9.18X 3 −1.96X 2 −0.821X + 1.13, where X = d SiO × n SiO 2 / λ, and a Y = d SiN × n SiN / λ, d SiO represents an average film thickness of the silicon oxide film, d SiN represents the average thickness of the silicon nitride film, lambda represents the wavelength of laser light , N SiO is the oxidation The refractive index of the silicon film with respect to the laser beam having the wavelength λ is represented, and n SiN represents the refractive index of the silicon nitride film with respect to the laser beam having the wavelength λ.

第16の態様の薄膜トランジスタアレイの製造方法として、前記第2工程は、前記基板上に透明絶縁膜からなるアンダーコート層を形成する工程と、前記アンダーコート層上に複数のゲート電極を形成する工程とを含む。   As a method of manufacturing a thin film transistor array according to a sixteenth aspect, the second step includes a step of forming an undercoat layer made of a transparent insulating film on the substrate and a step of forming a plurality of gate electrodes on the undercoat layer. Including.

第17の態様の薄膜トランジスタアレイは、基板と、前記基板に形成された複数のゲート電極と、前記複数のゲート電極上に共通に形成されたゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上に形成された結晶性シリコン層と、前記複数のゲート電極の各々の前記結晶性シリコン層上の領域に形成されたソース電極およびドレイン電極とを備え、前記結晶性シリコン層は、前記ゲート絶縁層上に形成された非晶質性シリコン層を、レーザーから照射されるレーザー光を用いて結晶化させて形成され、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の膜厚は、前記ゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光に対する光吸収率と前記等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成され、前記複数のゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の膜厚は、前記非晶質性シリコン層の膜厚変化に対する前記光吸収率の変動が第1基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成されている。   A thin film transistor array according to a seventeenth aspect is formed on a substrate, a plurality of gate electrodes formed on the substrate, a gate insulating layer commonly formed on the plurality of gate electrodes, and the gate insulating layer. A crystalline silicon layer; and a source electrode and a drain electrode formed in a region on the crystalline silicon layer of each of the plurality of gate electrodes, and the crystalline silicon layer is formed on the gate insulating layer. The amorphous silicon layer is formed by crystallization using laser light emitted from a laser, and the film thickness of the gate insulating layer on the plurality of gate electrodes is set to be amorphous on the gate electrodes. The amorphous silicon on the plurality of gate electrodes is formed in a film thickness range in a region where the light absorption rate of the crystalline silicon layer with respect to the laser beam and the equivalent oxide film thickness are positively correlated. The thickness variation of the light absorption rate with respect to the thickness change of the amorphous silicon layer is formed in a thickness range of a region of the first reference within a predetermined range.

第18の態様の薄膜トランジスタアレイでは、前記ゲート電極上における前記結晶性シリコン層の平均結晶粒径は、前記ゲート電極上の前記ゲート絶縁層のゲート容量に対して、負の相関を有している。   In the thin film transistor array of the eighteenth aspect, the average crystal grain size of the crystalline silicon layer on the gate electrode has a negative correlation with the gate capacitance of the gate insulating layer on the gate electrode. .

第19の態様の薄膜トランジスタアレイでは、前記ゲート電極上における前記結晶性シリコン層における520cm−1付近のラマン散乱スペクトルピークの半値幅は、前記ゲート電極上の前記ゲート絶縁層のゲート容量に対して、正の相関を有している。In the thin film transistor array of the nineteenth aspect, the half-value width of the Raman scattering spectrum peak near 520 cm −1 in the crystalline silicon layer on the gate electrode is equal to the gate capacitance of the gate insulating layer on the gate electrode. It has a positive correlation.

第20の態様の表示装置は、液晶パネルまたはELパネルを含む表示装置であって、第17〜19の態様のいずれかに記載の薄膜トランジスタアレイを備え、前記薄膜トランジスタアレイは、前記液晶パネルまたはELパネルを駆動させる。   A display device according to a twentieth aspect is a display device including a liquid crystal panel or an EL panel, comprising the thin film transistor array according to any of the seventeenth to nineteenth aspects, wherein the thin film transistor array is the liquid crystal panel or the EL panel. Drive.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図2は、本発明の実施の形態に係る表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタを示す断面図である。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a thin film transistor constituting a thin film transistor array used in the display device according to the embodiment of the present invention.

図2に示す薄膜トランジスタ100は、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタであり、基板10と、アンダーコート層11と、ゲート電極12と、ゲート絶縁層13と、結晶質シリコン層15と、非晶質シリコン層16と、n+シリコン層17と、ソース・ドレイン電極18とを備える。   A thin film transistor 100 illustrated in FIG. 2 is a bottom gate thin film transistor, and includes a substrate 10, an undercoat layer 11, a gate electrode 12, a gate insulating layer 13, a crystalline silicon layer 15, and an amorphous silicon layer 16. And an n + silicon layer 17 and source / drain electrodes 18.

基板10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る。   The substrate 10 is an insulating substrate made of, for example, transparent glass or quartz.

アンダーコート層11は、基板10上に形成され、例えば酸化珪素(SiOx)層、窒化珪素(SiNx)層、およびその積層等から構成される。ここで、アンダーコート層11は、1.5<x<2.0の酸化珪素(SiOx)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11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11の厚みを厚くすると基板10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まうことによる。   The undercoat layer 11 is formed on the substrate 10 and includes, for example, a silicon oxide (SiOx) layer, a silicon nitride (SiNx) layer, and a stacked layer thereof. Here, the undercoat layer 11 is preferably made of silicon oxide (SiOx) of 1.5 <x <2.0 and having a thickness of 300 nm to 1500 nm. A more preferable thickness range of the undercoat layer 11 is 500 nm or more and 1000 nm or less. This is because if the thickness of the undercoat layer 11 is increased, the thermal load on the substrate 10 can be reduced, but if it is too thick, film peeling or cracking occurs.

ゲート電極12は、アンダーコート層11上に形成され、典型的にはモリブデン(Mo)等の金属やMo合金等(例えばMoW(モリブデン・タングステン合金))の金属からなる。なお、ゲート電極12は、シリコンの融点温度に耐えられる金属であればよいので、W(タングステン)、Ta(タンタル)、Nb(ニオブ)、Ni(ニッケル)、Cr(クロム)およびMoを含むこれらの合金からなるとしてもよい。ゲート電極12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12の膜厚が薄いと、ゲート電極12の透過率が増加してしまい、以下に記すレーザー光の反射が低下しやすくなるからである。また、ゲート電極12の膜厚が厚いと以下に説明するゲート絶縁層13のカバレッジが低下してしまい、特にはゲート電極の端部でゲート絶縁膜が段切れすることでゲート電極12とn+シリコン層17とが電気的に導通してしまうなど、薄膜トランジスタ100の特性が劣化しやすくなるからである。   The gate electrode 12 is formed on the undercoat layer 11 and is typically made of a metal such as molybdenum (Mo) or a metal such as Mo alloy (for example, MoW (molybdenum / tungsten alloy)). The gate electrode 12 only needs to be a metal that can withstand the melting point temperature of silicon. Therefore, those containing W (tungsten), Ta (tantalum), Nb (niobium), Ni (nickel), Cr (chromium), and Mo. It may be made of an alloy of The film thickness of the gate electrode 12 is preferably 30 nm or more and 300 nm or less, and more preferably 50 nm or more and 100 nm or less. This is because if the thickness of the gate electrode 12 is small, the transmittance of the gate electrode 12 increases, and the reflection of laser light described below tends to decrease. Further, when the thickness of the gate electrode 12 is large, the coverage of the gate insulating layer 13 described below is lowered. In particular, the gate insulating film is disconnected at the end of the gate electrode, so that the gate electrode 12 and the n + silicon are separated. This is because the characteristics of the thin film transistor 100 are likely to deteriorate, for example, the layer 17 is electrically connected.

ゲート絶縁層13は、ゲート電極12を覆うように形成され、例えば酸化珪素層、または窒化珪素層、または酸化珪素層と窒化珪素層との積層構造からなる。ゲート絶縁層は典型的にはCVD装置により形成される。CVD装置の特性上、基板10上の各々のゲート電極12に対応するゲート絶縁層13の膜厚の基板面内の分布は、狙い膜厚に対して±15%程度の変動があり得る。ゲート絶縁層13がどのような構成で形成されているかに係わらず、各々のゲート電極12上のゲート絶縁層13の等価酸化膜厚が、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14のレーザー光に対する光吸収率に対して正の相関を有する膜厚範囲内の膜厚で形成されている。ここで、等価酸化膜厚とは、ゲート絶縁層の物理的な厚さを、SiO膜と等価な電気的膜厚に換算した値である。The gate insulating layer 13 is formed so as to cover the gate electrode 12 and has, for example, a silicon oxide layer, a silicon nitride layer, or a stacked structure of a silicon oxide layer and a silicon nitride layer. The gate insulating layer is typically formed by a CVD apparatus. Due to the characteristics of the CVD apparatus, the distribution in the substrate surface of the film thickness of the gate insulating layer 13 corresponding to each gate electrode 12 on the substrate 10 may vary by about ± 15% with respect to the target film thickness. Regardless of the configuration of the gate insulating layer 13, the equivalent oxide thickness of the gate insulating layer 13 on each gate electrode 12 is equal to the laser beam of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12. The film thickness is in the film thickness range having a positive correlation with the light absorption rate. Here, the equivalent oxide film thickness is a value obtained by converting the physical thickness of the gate insulating layer into an electrical film thickness equivalent to the SiO 2 film.

さらに言い換えると、各々のゲート電極12上のゲート絶縁層13のゲート容量が、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14のレーザー光に対する光吸収率に対して負の相関を有する膜厚範囲内の膜厚でゲート絶縁層13は形成されている。つまり、ゲート絶縁層13の膜厚の分布(もしくは膜厚分布の中心値)は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層15を形成する場合に好適な範囲があるということである。この好適な範囲の詳細については後述するが、ゲート絶縁層13の構造、構成層の種類に応じて一定の関係式で表現される。   In other words, the gate capacitance of the gate insulating layer 13 on each gate electrode 12 is within a film thickness range in which the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12 has a negative correlation with the optical absorptance with respect to laser light. The gate insulating layer 13 is formed with a thickness of. That is, the thickness distribution (or the center value of the film thickness distribution) of the gate insulating layer 13 has a suitable range when the crystalline silicon layer 15 is formed by the laser annealing crystallization method. The details of this preferable range will be described later, but are expressed by a certain relational expression according to the structure of the gate insulating layer 13 and the type of the constituent layers.

結晶質シリコン層15は、ゲート絶縁層13上に形成され、多結晶のシリコン層(Poly−Si層)からなる。なお、この結晶質シリコン層15は、ゲート絶縁層13上にa−Siからなる非晶質シリコン層14(不図示)が形成後、その非晶質シリコン層14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)することにより形成される。   The crystalline silicon layer 15 is formed on the gate insulating layer 13 and is made of a polycrystalline silicon layer (Poly-Si layer). The crystalline silicon layer 15 is polycrystalline by irradiating the amorphous silicon layer 14 with a laser after an amorphous silicon layer 14 (not shown) made of a-Si is formed on the gate insulating layer 13. It is formed by crystallization (including microcrystallization).

ここで、多結晶とは、50nm以上の結晶からなる狭義の意味での多結晶だけでなく、50nm以下の結晶からなる狭義の意味での微結晶を含んだ広義の意味としている。以下、多結晶を広義の意味として記載する。   Here, the term “polycrystal” has a broad meaning including not only a polycrystal in a narrow sense consisting of crystals of 50 nm or more but also a microcrystal in a narrow sense consisting of crystals of 50 nm or less. Hereinafter, polycrystal is described in a broad sense.

なお、レーザー照射に用いられるレーザー光源は、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400nm〜600nmの波長のレーザーである。この範囲であることが好ましい理由は、レーザー光の波長が400nmより小さい紫外光になると、多重干渉の効果が小さくなり、ゲート絶縁層13の膜厚の変化に対する非晶質シリコン層のレーザー光の吸収率の変化がほとんどなくなり、本発明で期待する効果が得られなくなるからである。一方、レーザー光の波長が600nmより大きくなると、非晶質シリコン層14に対するレーザー光の吸収が著しく低下し、レーザー結晶化において結晶化の効率が低下してしまうので、生産的観点から好ましくないからである。   The laser light source used for laser irradiation 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 preferably a laser having a wavelength of 400 nm to 600 nm. The reason why this range is preferable is that when the wavelength of the laser light is less than 400 nm, the effect of multiple interference is reduced, and the laser light of the amorphous silicon layer with respect to the change in the film thickness of the gate insulating layer 13 is reduced. This is because there is almost no change in the absorption rate, and the effect expected in the present invention cannot be obtained. On the other hand, if the wavelength of the laser light is larger than 600 nm, the absorption of the laser light with respect to the amorphous silicon layer 14 is remarkably lowered, and the crystallization efficiency is lowered in laser crystallization. It is.

また、この可視光領域の波長のレーザーは、パルス発振、連続発振または擬似連続の発振モードの何れかであればよい。   In addition, the laser having a wavelength in the visible light region may be in any one of a pulse oscillation mode, a continuous oscillation mode, and a pseudo continuous oscillation mode.

非晶質シリコン層14は、非晶質のシリコンすなわちa−Siからなり、ゲート絶縁層13上に形成される。非晶質シリコン層14は、ゲート電極12上の非晶質シリコンのレーザー光に対する光吸収率の、非晶質シリコン層14の膜厚の変動に対する変化が少ない膜厚範囲内の膜厚で形成されている。つまり、非晶質シリコン層14の膜厚の分布(膜厚分布の中心値)は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層15を形成する場合に好適な範囲があるということである。この好適な範囲の詳細については後述するが、非晶質シリコン層14の屈折率、レーザー結晶化に用いられるレーザー光の波長に応じて一定の関係式で表現される。   The amorphous silicon layer 14 is made of amorphous silicon, that is, a-Si, and is formed on the gate insulating layer 13. The amorphous silicon layer 14 is formed with a film thickness within a film thickness range in which the optical absorptance of the amorphous silicon on the gate electrode 12 with respect to the laser beam changes little with respect to variations in the film thickness of the amorphous silicon layer 14. Has been. That is, the film thickness distribution of the amorphous silicon layer 14 (the center value of the film thickness distribution) has a suitable range when the crystalline silicon layer 15 is formed by the laser annealing crystallization method. Although details of this preferable range will be described later, it is expressed by a certain relational expression according to the refractive index of the amorphous silicon layer 14 and the wavelength of the laser beam used for laser crystallization.

非晶質シリコン層16は、結晶質シリコン層15上に形成されている。このようにして、薄膜トランジスタ100は、結晶質シリコン層15に非晶質シリコン層16が積層された構造のチャネル層を有する。   The amorphous silicon layer 16 is formed on the crystalline silicon layer 15. Thus, the thin film transistor 100 has a channel layer having a structure in which the amorphous silicon layer 16 is stacked on the crystalline silicon layer 15.

n+シリコン層17は、非晶質シリコン層16と結晶質シリコン層15の側面とゲート絶縁層13とを覆うように形成されている。   The n + silicon layer 17 is formed so as to cover the amorphous silicon layer 16, the side surfaces of the crystalline silicon layer 15, and the gate insulating layer 13.

ソース・ドレイン電極18は、n+シリコン層17上に形成され、例えばMo、若しくはMo合金などの金属、チタニウム(Ti)、アルミニウム(Al)若しくはAl合金などの金属、銅(Cu)若しくはCu合金などの金属、または、銀(Ag)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)若しくはタングステン(W)等の金属の材料からなる。   The source / drain electrodes 18 are formed on the n + silicon layer 17 and, for example, a metal such as Mo or Mo alloy, a metal such as titanium (Ti), aluminum (Al) or Al alloy, copper (Cu) or Cu alloy, etc. Or a metal material such as silver (Ag), chromium (Cr), tantalum (Ta), or tungsten (W).

以上のように薄膜トランジスタ100は、構成されている。   As described above, the thin film transistor 100 is configured.

図3は、本発明の実施の形態に係る表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイの単位繰り返しセルの等価回路の一例を示す図である。図3に示す等価回路は、スイッチングトランジスタ1と、駆動トランジスタ2と、データ線3と、走査線4と、電流供給線5と、キャパシタンス6と、発光素子7とを備える。   FIG. 3 is a diagram showing an example of an equivalent circuit of a unit repeating cell of the thin film transistor array used in the display device according to the embodiment of the present invention. The equivalent circuit shown in FIG. 3 includes a switching transistor 1, a drive transistor 2, a data line 3, a scanning line 4, a current supply line 5, a capacitance 6, and a light emitting element 7.

スイッチングトランジスタ1は、データ線3と走査線4とキャパシタンス6とに接続されている。   The switching transistor 1 is connected to the data line 3, the scanning line 4, and the capacitance 6.

駆動トランジスタ2は、例えば図2に示す薄膜トランジスタ100に相当し、電流供給線5とキャパシタンス6と発光素子7とに接続されている。   The drive transistor 2 corresponds to, for example, the thin film transistor 100 illustrated in FIG. 2 and is connected to the current supply line 5, the capacitance 6, and the light emitting element 7.

データ線3は、発光素子7の画素の明暗を決めるデータ(電圧値の大小)が、発光素子7の画素に伝達される配線である。   The data line 3 is a wiring through which data (the magnitude of the voltage value) that determines the brightness of the pixel of the light emitting element 7 is transmitted to the pixel of the light emitting element 7.

走査線4は、発光素子7の画素のスイッチ(ON/OFF)を決めるデータが発光素子7の画素に伝達される配線である。   The scanning line 4 is a wiring through which data for determining the switch (ON / OFF) of the pixel of the light emitting element 7 is transmitted to the pixel of the light emitting element 7.

電流供給線5は、駆動トランジスタ2に大きな電流を供給するための配線である。   The current supply line 5 is a wiring for supplying a large current to the drive transistor 2.

キャパシタンス6は、電圧値(電荷)を一定時間保持する。   The capacitance 6 holds a voltage value (charge) for a certain time.

以上のようにして表示装置は構成されている。   The display device is configured as described above.

次に、上述した薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタ100の製造方法について説明する。   Next, a manufacturing method of the thin film transistor 100 constituting the above-described thin film transistor array will be described.

図4は、本発明の実施の形態に係る表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタの製造工程を示すフローチャートである。この薄膜トランジスタ100は、基板上に同時に複数製造されるが、以下では、説明を簡単にするため、1つの薄膜トランジスタを製造する方法として説明する。図5A〜図5Jは、本発明の実施の形態に係る表示装置に用いられる薄膜トランジスタアレイの製造方法を説明するための図である。図6は、図4のS14におけるレーザーアニールを模式的に示した図である。   FIG. 4 is a flowchart showing a manufacturing process of a thin film transistor constituting the thin film transistor array used in the display device according to the embodiment of the present invention. A plurality of the thin film transistors 100 are manufactured on the substrate at the same time, but in the following description, a method of manufacturing one thin film transistor will be described in order to simplify the description. 5A to 5J are diagrams for explaining a method of manufacturing a thin film transistor array used in the display device according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram schematically showing laser annealing in S14 of FIG.

まず、基板10を準備し、基板10上に、アンダーコート層11を形成し(S10)、続いて、アンダーコート層11上にゲート電極を形成する(S11)。   First, the substrate 10 is prepared, the undercoat layer 11 is formed on the substrate 10 (S10), and then the gate electrode is formed on the undercoat layer 11 (S11).

具体的には、基板10上にプラズマCVD法により、アンダーコート層11を成膜し、続いて、スパッタ法によりゲート電極となる金属膜を堆積し、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより薄膜トランジスタ100におけるゲート電極12を形成する(図5A)。ここで、ゲート電極12は、典型的にはMo等あるいはMo合金等(例えばMoW(モリブデン・タングステン合金))の金属材料で形成される。   Specifically, an undercoat layer 11 is formed on the substrate 10 by plasma CVD, and then a metal film to be a gate electrode is deposited by sputtering, and the gate electrode 12 in the thin film transistor 100 is formed by photolithography and etching. (FIG. 5A). Here, the gate electrode 12 is typically formed of a metal material such as Mo or an Mo alloy (for example, MoW (molybdenum / tungsten alloy)).

続いて、ゲート電極12上にゲート絶縁層13を形成する(S12)。そして、ゲート絶縁層13上に非晶質シリコン層14を形成する(S13)。   Subsequently, a gate insulating layer 13 is formed on the gate electrode 12 (S12). Then, an amorphous silicon layer 14 is formed on the gate insulating layer 13 (S13).

具体的には、プラズマCVD法により、ゲート電極12の上にすなわちアンダーコート層11とゲート電極12とを覆うように、酸化珪素膜または窒化珪素膜、または、酸化珪素膜と窒化珪素膜の積層膜を形成することによりゲート絶縁層13を成膜し(図5B)、成膜したゲート絶縁層13上に非晶質シリコン層14を連続的に成膜する(図5C)。   Specifically, a silicon oxide film or a silicon nitride film, or a stack of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed by plasma CVD so as to cover the undercoat layer 11 and the gate electrode 12 on the gate electrode 12. A gate insulating layer 13 is formed by forming a film (FIG. 5B), and an amorphous silicon layer 14 is continuously formed on the formed gate insulating layer 13 (FIG. 5C).

次に、非晶質シリコン層14をレーザーアニール法により結晶質シリコン層15にする(S14)。具体的には、ある所定のレーザーから照射されるレーザー光を用いて非晶質シリコン層14を結晶化させて結晶質シリコン層15を生成する。より具体的には、先ず、形成された非晶質シリコン層14に対して脱水素処理を実施する。脱水素処理としては、窒素雰囲気中のアニール炉での450℃以上の温度で加熱する方法が一般的である。その後、非晶質シリコン層14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質シリコン層15を形成する(図5D)。   Next, the amorphous silicon layer 14 is turned into a crystalline silicon layer 15 by laser annealing (S14). Specifically, the amorphous silicon layer 14 is crystallized using laser light emitted from a predetermined laser to generate the crystalline silicon layer 15. More specifically, first, a dehydrogenation process is performed on the formed amorphous silicon layer 14. As the dehydrogenation treatment, a method of heating at a temperature of 450 ° C. or higher in an annealing furnace in a nitrogen atmosphere is common. Thereafter, the amorphous silicon layer 14 is made polycrystalline (including microcrystals) by laser annealing to form a crystalline silicon layer 15 (FIG. 5D).

ここで、このレーザーアニール法において、レーザー照射に用いられるレーザー光源は、上述したように、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400nm〜600mの波長のレーザーである。また、この可視光領域の波長のレーザーは、パルス発振、連続発振または擬似連続の発振モードであればよい。また、この可視光領域の波長のレーザーは、固体レーザー装置で構成されていてもよく、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置で構成されていてもよい。さらに、可視光領域の波長のレーザーは、非晶質シリコン層14上に照射したときの照射エネルギー密度の変動が5%程度未満である。   Here, in this laser annealing method, the laser light source used for laser irradiation is a laser having a wavelength in the visible light region as described above. The laser having a wavelength in the visible light region is a laser having a wavelength of about 380 nm to 780 nm, and preferably a laser having a wavelength of 400 nm to 600 m. The laser having a wavelength in the visible light region may be in a pulse oscillation mode, a continuous oscillation mode, or a pseudo continuous oscillation mode. The laser having a wavelength in the visible light region may be constituted by a solid-state laser device or a laser device using a semiconductor laser element. Further, the laser having a wavelength in the visible light region has a variation in irradiation energy density of less than about 5% when irradiated on the amorphous silicon layer 14.

また、S14の工程すなわち図5Cから図5Dの工程では、図6に示すように、線状に集光されたレーザー光が、非晶質シリコン層14に照射されることで結晶質シリコン層15を生成する。レーザー光の照射方法には、具体的に2つの方法がある。すなわち、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、非晶質シリコン層14が形成された基板10がステージに載せられステージが移動する方法である。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、レーザー光が非晶質シリコン層14に対して相対的に移動しながら照射される。このように、レーザー光を照射された非晶質シリコン層14は、レーザー光のエネルギーを吸収し温度上昇することにより結晶化して結晶質シリコン層15になる。   In the step of S14, that is, the steps of FIGS. 5C to 5D, as shown in FIG. 6, the crystalline silicon layer 15 is irradiated by irradiating the amorphous silicon layer 14 with a laser beam condensed in a linear shape. Is generated. There are two specific methods for irradiating laser light. That is, one is a method in which the irradiation position of the laser beam condensed linearly is fixed, the substrate 10 on which the amorphous silicon layer 14 is formed is placed on the stage, and the stage moves. The other is a method in which the stage is fixed and the irradiation position of the laser beam moves. In either method, the laser beam is irradiated while moving relative to the amorphous silicon layer 14. As described above, the amorphous silicon layer 14 irradiated with the laser light is crystallized by absorbing the energy of the laser light and rising in temperature to become the crystalline silicon layer 15.

なお、線状に集光されたレーザー光以外でもよく、スポット状(円形や楕円形その他も含む)のレーザー光を用いるとしてもよい。その場合には、結晶化に適したスキャン方法でレーザー光の照射を実施することが好ましい。   In addition, the laser beam may be other than the laser beam focused in a linear shape, or a spot-like (including circular or elliptical) laser beam may be used. In that case, it is preferable to perform laser light irradiation by a scanning method suitable for crystallization.

次に、2層目の非晶質シリコン層16を形成し(S15)、薄膜トランジスタ100のチャネル領域のシリコン層をパターニングする(S16)。   Next, a second amorphous silicon layer 16 is formed (S15), and the silicon layer in the channel region of the thin film transistor 100 is patterned (S16).

具体的には、プラズマCVD法により、ゲート絶縁層13上に、2層目の非晶質シリコン層16を形成する(図5E)。そして、薄膜トランジスタ100のチャネル領域が残るようにシリコン層膜層(結晶質シリコン層15および非晶質シリコン層16の層)をパターニングし、除去すべき非晶質シリコン層16と結晶質シリコン層15とをエッチングにより除去する(図5F)。それにより、薄膜トランジスタ100において所望のチャネル層を形成することができる。   Specifically, a second amorphous silicon layer 16 is formed on the gate insulating layer 13 by plasma CVD (FIG. 5E). Then, the silicon layer film layer (the crystalline silicon layer 15 and the amorphous silicon layer 16) is patterned so that the channel region of the thin film transistor 100 remains, and the amorphous silicon layer 16 and the crystalline silicon layer 15 to be removed are patterned. Are removed by etching (FIG. 5F). Accordingly, a desired channel layer can be formed in the thin film transistor 100.

次に、n+シリコン層17とソース・ドレイン電極18とを成膜する(S17)。   Next, the n + silicon layer 17 and the source / drain electrodes 18 are formed (S17).

具体的には、プラズマCVD法により、非晶質シリコン層16と結晶質シリコン層15の側面とゲート絶縁層13とを覆うようにn+シリコン層17を成膜する(図5G)。そして、成膜したn+シリコン層17上に、スパッタ法によりソース・ドレイン電極18となる金属が堆積される(図5H)。ここで、ソース・ドレイン電極は、Mo若しくはMo合金などの金属、チタニウム(Ti)、アルミニウム(Al)若しくはAl合金などの金属、銅(Cu)若しくはCu合金などの金属、または、銀(Ag)、クロム(Cr)、タンタル(Ta)若しくはタングステン(W)等の金属の材料で形成される。   Specifically, an n + silicon layer 17 is formed by plasma CVD so as to cover the amorphous silicon layer 16, the side surfaces of the crystalline silicon layer 15, and the gate insulating layer 13 (FIG. 5G). Then, a metal to be the source / drain electrode 18 is deposited on the deposited n + silicon layer 17 by sputtering (FIG. 5H). Here, the source / drain electrodes are a metal such as Mo or Mo alloy, a metal such as titanium (Ti), aluminum (Al) or Al alloy, a metal such as copper (Cu) or Cu alloy, or silver (Ag). , Chromium (Cr), tantalum (Ta), or tungsten (W).

次に、ソース・ドレイン電極18のパターニングを行う(S18)。そして、n+シリコン層17をエッチングし、その過程で、2層目の非晶質シリコン層16を一部エッチングする(S19)。   Next, the source / drain electrode 18 is patterned (S18). Then, the n + silicon layer 17 is etched, and in the process, the second amorphous silicon layer 16 is partially etched (S19).

具体的には、ソース・ドレイン電極18をフォトリソグラフィーおよびウェットエッチングにより形成する(図5I)。また、n+シリコン層17をエッチングし、薄膜トランジスタ100のチャネル領域の非晶質シリコン層16を一部エッチングする(図5J)。言い換えると、非晶質シリコン層16は、薄膜トランジスタ100のチャネル領域の非晶質シリコン層16を一部残すようにチャネルエッチングされる。   Specifically, the source / drain electrodes 18 are formed by photolithography and wet etching (FIG. 5I). Further, the n + silicon layer 17 is etched, and the amorphous silicon layer 16 in the channel region of the thin film transistor 100 is partially etched (FIG. 5J). In other words, the amorphous silicon layer 16 is channel etched so as to leave a part of the amorphous silicon layer 16 in the channel region of the thin film transistor 100.

このようにして、薄膜トランジスタ100は製造される。   In this way, the thin film transistor 100 is manufactured.

最後に、薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタ100を互いに電気的に接続する工程を簡単に説明する。ここで、図7は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタアレイの単位繰り返しセルの等価回路の断面の一例を示す図である。なお、図3および図5A〜図5Jと同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。   Finally, a process of electrically connecting the thin film transistors 100 constituting the thin film transistor array will be briefly described. Here, FIG. 7 is a diagram showing an example of a cross section of an equivalent circuit of the unit repeating cell of the thin film transistor array according to the embodiment of the present invention. 3 and FIGS. 5A to 5J are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

図7に示されるように、基板10全面に、薄膜トランジスタ100の保護とパッシベーションのために、層間絶縁膜として窒化珪素膜をプラズマCVDで形成する。続いて、ソース・ドレイン電極18上にコンタクトホールを開口する。これは、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより行う。その後、基板10全面に主にAlまたはCuからなる金属薄膜をスパッタ法にて形成し、フォトリソグラフィー、ウェットエッチングにて、データ線3および、電流供給線5を形成する。   As shown in FIG. 7, a silicon nitride film is formed as an interlayer insulating film by plasma CVD on the entire surface of the substrate 10 in order to protect and passivate the thin film transistor 100. Subsequently, contact holes are opened on the source / drain electrodes 18. This is performed by photolithography and dry etching. Thereafter, a metal thin film mainly made of Al or Cu is formed on the entire surface of the substrate 10 by sputtering, and the data lines 3 and the current supply lines 5 are formed by photolithography and wet etching.

以上のように、本実施の形態における薄膜トランジスタ100は、ボトムゲート構造を有するPoly−Si TFTとして形成される。この薄膜トランジスタ100の製造時には、ゲート絶縁層13と非晶質シリコン層14を、上述した関係を成立させる膜厚の範囲で成膜する。そして、非晶質シリコン層14を、可視光領域の波長、より好ましくは400nm〜600nmの波長のレーザー光にてレーザーアニールを行い結晶化することで、非晶質シリコン層14を結晶質シリコン層15にする。このとき、薄膜トランジスタが形成されるチャネル領域における結晶質シリコン層15の結晶性を、ゲート絶縁層13のゲート容量に応じて変化させることが可能となる。具体的には、ゲート絶縁層13のゲート容量に対して、結晶質シリコン層15の結晶性が負の相関を有するように、結晶質シリコン層15を基板全面に形成することができる。言い換えれば、ゲート絶縁層13のゲート容量に対して、ゲート電極上の結晶質シリコン層15の平均結晶粒径が、負の相関を有するように、結晶質シリコン層15を基板全面に形成することができる。さらに言い換えれば、ゲート絶縁層13のゲート容量に対して、ゲート電極上の結晶質シリコン層15のラマン散乱スペクトルにおける520cm−1付近のピークの半値幅が正の相関を有するように、結晶質シリコン層15を基板全面に形成することができる。As described above, the thin film transistor 100 in this embodiment is formed as a Poly-Si TFT having a bottom gate structure. When the thin film transistor 100 is manufactured, the gate insulating layer 13 and the amorphous silicon layer 14 are formed in a thickness range that satisfies the above-described relationship. Then, the amorphous silicon layer 14 is crystallized by laser annealing with a laser beam having a wavelength in the visible light region, more preferably 400 nm to 600 nm, so that the amorphous silicon layer 14 is crystallized. Set to 15. At this time, the crystallinity of the crystalline silicon layer 15 in the channel region where the thin film transistor is formed can be changed according to the gate capacitance of the gate insulating layer 13. Specifically, the crystalline silicon layer 15 can be formed on the entire surface of the substrate so that the crystallinity of the crystalline silicon layer 15 has a negative correlation with the gate capacitance of the gate insulating layer 13. In other words, the crystalline silicon layer 15 is formed on the entire surface of the substrate so that the average crystal grain size of the crystalline silicon layer 15 on the gate electrode has a negative correlation with the gate capacitance of the gate insulating layer 13. Can do. In other words, the crystalline silicon has a positive correlation with the gate capacitance of the gate insulating layer 13 so that the half width of the peak near 520 cm −1 in the Raman scattering spectrum of the crystalline silicon layer 15 on the gate electrode has a positive correlation. Layer 15 can be formed over the entire surface of the substrate.

このようにして形成された結晶質シリコン層15をチャネルに備えた薄膜トランジスタ100は、ゲート絶縁層13の膜厚に応じたゲート容量分の駆動能力を、結晶質シリコン層15の結晶性、すなわち電気伝導能力で相殺できるため、異なる膜厚で異なる容量を有するゲート絶縁層13を備える薄膜トランジスタ間のオン特性のバラツキを低減させることが可能となる。よって、このような薄膜トランジスタ100から構成される薄膜トランジスタアレイは、そのオン特性の面内分布が均一になる。   The thin film transistor 100 provided with the crystalline silicon layer 15 formed in this way in the channel has a driving capacity corresponding to the gate capacity corresponding to the film thickness of the gate insulating layer 13. Since it can be canceled by the conduction capability, it is possible to reduce variations in on characteristics between thin film transistors including the gate insulating layer 13 having different capacities with different film thicknesses. Therefore, a thin film transistor array including such thin film transistors 100 has a uniform in-plane distribution of on characteristics.

以上のように、ゲート絶縁層13と非晶質シリコン層14との膜厚を上述した条件を満たすように形成し、上記のレーザー光を用いて非晶質シリコン層14を結晶化して形成した結晶質シリコン層15を薄膜トランジスタのチャネル層として用いる。それにより、その薄膜トランジスタにより構成された薄膜トランジスタアレイを備えた表示装置の大型化が進んでも、薄膜トランジスタの構成層膜厚バラツキによるオン特性不均一による表示ムラを発生させることなく、その表示品位を向上させることができる効果を奏する。   As described above, the film thicknesses of the gate insulating layer 13 and the amorphous silicon layer 14 are formed so as to satisfy the above-described conditions, and the amorphous silicon layer 14 is crystallized using the laser beam described above. The crystalline silicon layer 15 is used as a channel layer of the thin film transistor. As a result, even if the display device including the thin film transistor array including the thin film transistor is increased in size, the display quality is improved without causing display unevenness due to uneven ON characteristics due to variations in the thickness of the thin film transistors. There is an effect that can be.

以下の実施例において、本発明の効果が得られるゲート絶縁層13および非晶質シリコン層14の膜厚の範囲の導出を具体的に説明する。   In the following examples, the derivation of the film thickness ranges of the gate insulating layer 13 and the amorphous silicon layer 14 that can provide the effects of the present invention will be specifically described.

(実施例)
まず、ゲート絶縁層、および非晶質シリコン層を形成する場合、それぞれの膜厚は狙った膜厚(狙い膜厚)から変動する。
(Example)
First, when forming a gate insulating layer and an amorphous silicon layer, each film thickness fluctuates from the target film thickness (target film thickness).

具体的には、例えば基板10上に多数形成されたゲート電極12上に、連続的に、ゲート絶縁層13および非晶質シリコン層14を形成するとする。ここで、ゲート絶縁層13の狙い膜厚をdGI、および非晶質シリコン層14の狙い膜厚をda−Siとおく。言い換えると、例えばCVD装置により基板10上にゲート絶縁層13、そして非晶質シリコン層14をそれぞれの狙い膜厚で形成するとする。その場合、ゲート絶縁層13および非晶質シリコン層14は、その面内で狙い膜厚から変動が生じている。Specifically, for example, it is assumed that the gate insulating layer 13 and the amorphous silicon layer 14 are continuously formed on the gate electrodes 12 formed in large numbers on the substrate 10. Here, the target film thickness of the gate insulating layer 13 is d GI and the target film thickness of the amorphous silicon layer 14 is da -Si . In other words, for example, the gate insulating layer 13 and the amorphous silicon layer 14 are formed on the substrate 10 with respective target film thicknesses by a CVD apparatus, for example. In that case, the gate insulating layer 13 and the amorphous silicon layer 14 vary from the target film thickness within the plane.

この変動は、CVD装置の成膜チャンバ内のガスの気流のゆらぎやプラズマの定在波の形成のされ方に依存するため、一般的に0にはできないが、CVD装置の成膜条件により最適化できる。   This fluctuation depends on the fluctuation of the gas flow in the film forming chamber of the CVD apparatus and how the plasma standing wave is formed. Can be

本実施例では、狙い膜厚に対して最大±15%の膜厚ズレが生じると仮定して説明する。なお、基板面内の膜厚の変動が狙い膜厚に対して正規分布を形成すると仮定すると、ゲート絶縁層13の狙い膜厚、および、非晶質シリコン層14の狙い膜厚は、面内の平均膜厚になっていると考えることができる。   In the present embodiment, description will be made on the assumption that a film thickness deviation of a maximum of ± 15% occurs with respect to the target film thickness. Assuming that the variation in the film thickness in the substrate surface forms a normal distribution with respect to the target film thickness, the target film thickness of the gate insulating layer 13 and the target film thickness of the amorphous silicon layer 14 are in-plane. It can be considered that the average film thickness is as follows.

ここで、dGIの15%の変動量をΔdGI、da−Siの15%の変動量をΔda−Siとおく。すると、ゲート絶縁層13および非晶質シリコン層14において、狙いの膜厚の組(dGI、da−Si)に対応して、最大に変動した変動膜厚の組(dGI±ΔdGI、da−Si±Δda−Si)(復号任意)が0でない確率で基板上に形成されると考えることができる。Here, it is assumed that the fluctuation amount of 15% of d GI is Δd GI and the fluctuation amount of 15% of d a-Si is Δd a-Si . Then, in the gate insulating layer 13 and the amorphous silicon layer 14, a set (d GI ± Δd GI ) of the film thickness that fluctuates to the maximum corresponding to the target set of film thicknesses (d GI , d a-Si ). , D a-Si ± Δd a-Si ) (decoding arbitrary) can be considered to be formed on the substrate with a probability that it is not zero.

次に、狙い膜厚の組(dGI、da−Si)を含む変動膜厚の組に対応する、非晶質シリコン層14の吸収率Aを考える。ここで、吸収率Aは、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14の波長λのレーザー光に対する吸収率である。吸収率Aは、ゲート絶縁層13の膜厚および非晶質シリコン層14の膜厚の関数となるので、狙い膜厚のそれぞれの組(変動膜厚の組)に対して、吸収率Aを一義的に計算できる。なお、例えばゲート絶縁層13が複数の種類の膜にて構成されている場合(例えば、膜131と膜132)、膜131の膜厚をdGI1、膜132の膜厚dGI2として、それぞれの膜に対する15%の変動ΔdGI1、およびΔdGI2を考えればよい。膜の種類がこれ以上の場合も、同様に考えることができる。Next, the absorptance A of the amorphous silicon layer 14 corresponding to the variable film thickness group including the target film thickness group (d GI , d a-Si ) will be considered. Here, the absorption rate A is the absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12 with respect to laser light having a wavelength λ. Since the absorption rate A is a function of the film thickness of the gate insulating layer 13 and the film thickness of the amorphous silicon layer 14, the absorption rate A is set for each set of target film thicknesses (a set of variable film thicknesses). Can be calculated uniquely. For example, when the gate insulating layer 13 is composed of a plurality of types of films (for example, the film 131 and the film 132), the film 131 has a thickness d GI1 and the film 132 has a film thickness d GI2 . Consider a 15% variation Δd GI1 and Δd GI2 for the membrane. The same can be considered when there are more types of membranes.

さて、狙い膜厚の組(dGI、da−Si)に対応した変動膜厚の組(狙い膜厚の組も含む)におけるゲート電極12上の非晶質シリコン層の吸収率Aを計算した場合、吸収率Aと変動膜厚(dGI±ΔdGI、da−Si±Δda−Si)との相関が定義できる。ここで、ゲート絶縁層13の変動の組はゲート絶縁層13のゲート容量の変動の組(CGI±ΔCGIと定義する)に置き換えてもよい。すなわち(dGI±ΔdGI、da−Si±Δda−Si)は(CGI±ΔCGI、da−Si±Δda−Si)と置き換えて考えることができるので、同様にして吸収率Aとゲート容量の変動の組との相関が定義できる。換言すると、1)複数のゲート電極12上の各々に対応するゲート絶縁層13の膜厚(具体的にはゲート絶縁層13の等価酸化膜厚)と、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14のレーザー光に対する吸収率とが正の相関にある領域の膜厚範囲は、レーザー光波長λと変動膜厚の組(dGI±ΔdGI、da−Si±Δda−Si)によって定義される吸収率Aとゲート容量(CGI±ΔCGI)との相関が負の相関(例えば、近似直線を引いたときに、その傾きが負の値をとる)となるゲート絶縁層13の狙い膜厚の取り得る範囲と等価である。Now, the absorptance A of the amorphous silicon layer on the gate electrode 12 in the variable film thickness set (including the target film thickness set) corresponding to the target film thickness set (d GI , d a-Si ) is calculated. In this case, the correlation between the absorption rate A and the fluctuation film thickness (d GI ± Δd GI , d a-Si ± Δd a-Si ) can be defined. The gate combination of the variation of the insulating layer 13 may be replaced by a set of variations in the gate capacitance of the gate insulating layer 13 (defined as C GI ± ΔC GI). That is, (d GI ± Δd GI , d a-Si ± Δd a-Si ) can be considered to be replaced with (C GI ± ΔC GI , d a-Si ± Δd a-Si ). The correlation between A and the gate capacitance variation set can be defined. In other words, 1) the thickness of the gate insulating layer 13 corresponding to each of the plurality of gate electrodes 12 (specifically, the equivalent oxide thickness of the gate insulating layer 13), and the amorphous silicon layer on the gate electrode 12 The film thickness range of the region in which the absorptance with respect to 14 laser beams has a positive correlation is defined by a set of laser light wavelength λ and variable film thickness (d GI ± Δd GI , d a-Si ± Δd a-Si ). The target of the gate insulating layer 13 in which the correlation between the absorption rate A and the gate capacitance (C GI ± ΔC GI ) is a negative correlation (for example, when the approximate straight line is drawn, the slope takes a negative value) This is equivalent to the possible range of film thickness.

さらに、2)複数のゲート電極12上の各々に対応する非晶質シリコン層14は、その光吸収率が非晶質シリコン層14の膜厚変化に対する小さい領域の膜厚範囲で形成される。この膜厚範囲は、このとき定義される吸収率Aとゲート容量(CGI±ΔCGI)との相関性が良い(例えば、近似直線を引いたときに、R2乗値が0より大きく、最低でも0.3以上)状態を与える非晶質シリコン層14の狙い膜厚の取り得る範囲と等価である。Further, 2) the amorphous silicon layer 14 corresponding to each of the plurality of gate electrodes 12 is formed in a film thickness range in which the light absorptance is small with respect to the film thickness change of the amorphous silicon layer 14. This film thickness range has a good correlation between the absorption rate A and the gate capacitance (C GI ± ΔC GI ) defined at this time (for example, when an approximate straight line is drawn, the R-square value is larger than 0 and the lowest) However, it is equivalent to the range of the target film thickness of the amorphous silicon layer 14 that gives the state.

上記の考え方に基づくと、本発明の効果が得られるゲート絶縁層13および非晶質シリコン層14の膜厚の範囲は、次のように計算することができる。   Based on the above concept, the film thickness ranges of the gate insulating layer 13 and the amorphous silicon layer 14 that can obtain the effects of the present invention can be calculated as follows.

すなわち、まず、狙い膜厚(dGI、da−Si)に対応する仮想の変動膜厚の組と、その変動膜厚の組のそれぞれに対応したゲート電極上の非晶質シリコン層14の波長λのレーザー光に対する吸収率Aとを計算する。そして、この吸収率Aと、仮想の変動膜厚から得られる変動容量との相関を調べ、その相関の近似直線が負の傾であり、かつそのR2乗値として0より大きい値である膜厚を、膜厚の範囲(狙い膜厚の取り得る値の範囲)として、計算することができる。That is, first, a set of hypothetical variable film thickness corresponding to the target film thickness (d GI , d a-Si ) and the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode corresponding to each of the set of variable film thickness. The absorptance A with respect to the laser beam having the wavelength λ is calculated. Then, the correlation between the absorption rate A and the fluctuation capacity obtained from the imaginary fluctuation film thickness is examined, and the approximate straight line of the correlation has a negative inclination, and the R square value of the film thickness is a value greater than zero. Can be calculated as the range of the film thickness (the range of values that the target film thickness can take).

以下では、一例として、ゲート絶縁層13が絶縁膜1301と絶縁膜1302との積層膜で構成されているとして説明する。具体的には、ゲート電極12上に絶縁膜1301が形成され、絶縁膜1301上に絶縁膜1302が形成されてゲート絶縁層13を構成しているとして説明する。この構造において、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14の波長λのレーザー光に対する吸収率の計算の手順について以下で説明する。   Hereinafter, as an example, it is assumed that the gate insulating layer 13 is configured by a laminated film of an insulating film 1301 and an insulating film 1302. Specifically, description will be made on the assumption that an insulating film 1301 is formed on the gate electrode 12 and an insulating film 1302 is formed on the insulating film 1301 to form the gate insulating layer 13. In this structure, the calculation procedure of the absorptance of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12 with respect to the laser beam having the wavelength λ will be described below.

薄膜トランジスタ100を構成する多層薄膜の光吸収率は、各々の構成膜に対する振幅反射率および振幅透過率を計算することによって求められる。図8は、振幅反射率および振幅透過率の計算方法を説明するための図である。   The light absorptance of the multilayer thin film constituting the thin film transistor 100 is obtained by calculating the amplitude reflectance and the amplitude transmittance for each constituent film. FIG. 8 is a diagram for explaining a method of calculating the amplitude reflectance and the amplitude transmittance.

図8は、図2に示す薄膜トランジスタ100の構造をモデル化した多層構造のモデル構造を示す図である。図8に示すモデル構造では、複素屈折率N1からなる層401と、複素屈折率N2からなる402と、複素屈折率N3からなる層403と、複素屈折率N4からなる層404と、複素屈折率N5からなる基板層405(不図示)とを備える。このモデル構造では、層404、層403、層402および層401がこの順に基板層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、またはNガスである。FIG. 8 is a diagram showing a model structure of a multilayer structure in which the structure of the thin film transistor 100 shown in FIG. 2 is modeled. In the model structure shown in FIG. 8, a layer 401 composed of a complex refractive index N1, a layer 402 composed of a complex refractive index N2, a layer 403 composed of a complex refractive index N3, a layer 404 composed of a complex refractive index N4, and a complex refractive index. And a substrate layer 405 (not shown) made of N5. In this model structure, a layer 404, a layer 403, a layer 402, and a layer 401 are stacked on the substrate layer 405 in this order. Further, the region of the complex refractive index N0 shown in the figure is outside the model structure and indicates the side on which the laser light is incident on the model structure. This region is, for example, air or N 2 gas.

基板層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、図5Aに示す基板10に対応する。層404は、レーザー光に対する透過率が1%以下になる膜厚の金属薄膜で構成されており、例えばMo、Cr、W等の高融点金属で構成されており、図5Aに示すゲート電極12に対応する。層403は、絶縁膜1301で構成されており、層402は、絶縁膜1302で構成されている。ここで、絶縁膜1301および絶縁膜1302は、例えば、窒化珪素および酸化珪素等の誘電体の薄膜である。これら2層(層403および層404)による積層膜が図5Aに示すゲート絶縁層13に対応する。層401は、非晶質シリコン層14に対応する。なお、ゲート電極12の光透過を無視して考えるため、図8に示すモデル構造においては、アンダーコート層11に対応する層を省略している。   The substrate layer 405 is an insulating substrate made of, for example, transparent glass or quartz, and corresponds to the substrate 10 shown in FIG. 5A. The layer 404 is made of a metal thin film having a film thickness of 1% or less with respect to the laser beam. For example, the layer 404 is made of a refractory metal such as Mo, Cr, or W, and the gate electrode 12 shown in FIG. 5A. Corresponding to The layer 403 is composed of an insulating film 1301, and the layer 402 is composed of an insulating film 1302. Here, the insulating film 1301 and the insulating film 1302 are, for example, dielectric thin films such as silicon nitride and silicon oxide. A stacked film of these two layers (layer 403 and layer 404) corresponds to the gate insulating layer 13 shown in FIG. 5A. The layer 401 corresponds to the amorphous silicon layer 14. In order to ignore the light transmission through the gate electrode 12, the layer corresponding to the undercoat layer 11 is omitted in the model structure shown in FIG.

ここで、図8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。   Here, as shown in FIG. 8, the amplitude reflection coefficient for light incident on the layer 401 from the outside is r01, the amplitude reflection coefficient for light incident on the layer 402 from the layer 401 is r12, and the amplitude reflection coefficient is incident on the layer 401 from the layer 402. The amplitude reflection coefficient for the incident light is r23, and the amplitude reflection coefficient for the light incident on the layer 404 from the layer 403 is r34. Further, the amplitude transmission coefficient of light incident on the layer 401 from the outside is t01, the amplitude transmission coefficient of light incident on the layer 402 from the layer 401 is t12, and the amplitude transmission coefficient of light incident on the layer 402 from the layer 402 is t23, the amplitude transmission coefficient of light incident on the layer 404 from the layer 403 is t34.

さらに、ゲート電極12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および層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および層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および層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、図8に示す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および層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および層403、層402および層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 layer 404 corresponding to the gate electrode 12 is formed are r01234 (R1), r1234 (R2), and r234 (R3), respectively. Specifically, the amplitude reflection coefficient when the layers 404 and 403 are regarded as one layer is r234 (R3). Similarly, the amplitude reflection coefficient when the layers 404, 403, and 402 are regarded as one layer is r1234 (R2), and the amplitude reflection when the layers 404, 403, 402, and 401 are regarded as one layer. The coefficient is r01234 (R1). Further, the amplitude transmission coefficients of the entire layers shown in FIG. 8 are t01234 (T1), t1234 (T2), and t234 (T3), respectively. Specifically, the amplitude transmission coefficient when the layers 404 and 403 are regarded as one layer is t234 (T3). Similarly, the amplitude transmission coefficient when the layers 404, 403, and 402 are regarded as one layer is t1234 (T2), and the amplitude transmission when the layers 404, 403, 402, and 401 are regarded as one layer. The coefficient is t01234 (T1).

そして、ゲート電極12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、振幅透過係数は、下記の(式1)〜(式6)で表すことができる。   The amplitude reflection coefficient and amplitude transmission coefficient of the entire layer above the region where the layer 404 corresponding to the gate electrode 12 is formed can be expressed by the following (Expression 1) to (Expression 6).

Figure 2013030865
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ここで、

Figure 2013030865
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であり、dは各層の膜厚、θは各層での入射角・透過角、λはレーザー光の波長である。here,
Figure 2013030865
Figure 2013030865
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In and, d n is the film thickness of each layer, theta n the angle of incidence and transmission angles of each layer, lambda is the wavelength of the laser beam.

また、θは下式のスネルの法則より以下の(式7)に示す通りに算出できる。   Further, θ can be calculated as shown in the following (Expression 7) from Snell's law of the following expression.

Figure 2013030865
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また、各層それぞれの振幅反射係数r01、r12、r23、r34、および振幅透過係数t01、t12、t12、t34は下記の(式8)〜(式15)を用いて算出できる。   Further, the amplitude reflection coefficients r01, r12, r23, and r34 and the amplitude transmission coefficients t01, t12, t12, and t34 of each layer can be calculated using the following (Expression 8) to (Expression 15).

Figure 2013030865
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Figure 2013030865
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Figure 2013030865
Figure 2013030865

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、次のようにしてゲート電極12に対応する層404が形成されている領域上方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3)に(式10)および(式11)を代入することにより算出する。次いで、r1234を、(式2)に(式9)およびr234を代入することにより算出する。次いで、r01234を、(式3)に(式8)およびr1234を代入することにより算出する。次いで、t234を、(式6)に(式10)、(式11)、(式14)および(式15)を代入することにより算出する。次いで、t1234を、(式5)に(式9)、(式13)、r234およびt234を代入することにより算出する。次いで、t01234を、(式4)に(式8)、(式12)、r1234および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 above the region where the layer 404 corresponding to the gate electrode 12 is formed are calculated as follows. That is, first, r234 is calculated by substituting (Equation 10) and (Equation 11) into (Equation 3). Next, r1234 is calculated by substituting (Equation 9) and r234 into (Equation 2). Next, r01234 is calculated by substituting (Equation 8) and r1234 into (Equation 3). Next, t234 is calculated by substituting (Expression 10), (Expression 11), (Expression 14), and (Expression 15) into (Expression 6). Next, t1234 is calculated by substituting (Equation 9), (Equation 13), r234, and t234 into (Equation 5). Next, t01234 is calculated by substituting (Equation 8), (Equation 12), r1234, and t1234 into (Equation 4).

次に、ゲート電極12に対応する層404が形成されている領域上方のおける各層での反射率R1、R2およびR3、透過率T1、T2およびT3を(式16)〜(式21)により算出する。   Next, the reflectances R1, R2 and R3 and the transmittances T1, T2 and T3 in the respective layers above the region where the layer 404 corresponding to the gate electrode 12 is formed are calculated by (Expression 16) to (Expression 21). To do.

Figure 2013030865
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Figure 2013030865
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最後に、(式22)によって、ゲート電極上の非晶質シリコン層への光吸収率Aを算出することができる。   Finally, the light absorption rate A to the amorphous silicon layer on the gate electrode can be calculated by (Equation 22).

Figure 2013030865
Figure 2013030865

上述した計算方法を用いて、図8に示すモデル構造に対して垂直に、すなわちθ=0、またはsinθ=0が近似的に成り立つ範囲の入射角θにおいて波長λのレーザー光を入射した場合の、ゲート電極上の非晶質シリコン層の光吸収率を算出できる。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。Using the above-described calculation method, laser light having a wavelength λ is incident on the model structure shown in FIG. 8 at an incident angle θ 0 that is perpendicular to the model structure, that is, in a range in which θ 0 = 0 or sin θ 0 = 0 approximately holds. In this case, the light absorption rate of the amorphous silicon layer on the gate electrode can be calculated. In this case, the calculation result is the same even if the polarization of the laser beam is S polarization.

以上の方法により、非晶質シリコン層14の膜厚がda−Siであり、例えば、ゲート絶縁層13を構成する絶縁膜1301を窒化珪素膜とし、絶縁膜1302を酸化珪素膜とした場合、それぞれの膜厚(窒化珪素膜の膜厚:dSiN、酸化珪素膜の膜厚:dSiO)を用いて、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14のレーザー光に対する吸収率を算出することができる。また、以上の方法を用いれば、例えば絶縁膜1301と絶縁膜1302とが同物質で構成されると仮定することにより、ゲート絶縁層13が単層の絶縁膜から構成されている場合における、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14のレーザー光に対する吸収率を算出することができる。By the above method, the amorphous silicon layer 14 has a thickness of da -Si . For example, the insulating film 1301 constituting the gate insulating layer 13 is a silicon nitride film and the insulating film 1302 is a silicon oxide film. Using the respective film thicknesses (silicon nitride film thickness: d SiN , silicon oxide film thickness: d SiO 2 ), the absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12 with respect to the laser light is calculated. be able to. Further, when the above method is used, it is assumed that the insulating film 1301 and the insulating film 1302 are made of the same material, for example, so that the gate insulating layer 13 is formed of a single-layer insulating film. The absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the electrode 12 with respect to the laser beam can be calculated.

次に、本発明の効果を得るための非晶質シリコン層14の膜厚には、好適な範囲があることを説明する。   Next, it will be described that the film thickness of the amorphous silicon layer 14 for obtaining the effects of the present invention has a suitable range.

図9は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層を形成する場合に、非晶質シリコン層の膜厚に好適な膜厚範囲があることを説明するための図である。   FIG. 9 is a diagram for explaining that there is a film thickness range suitable for the film thickness of the amorphous silicon layer when the crystalline silicon layer is formed by the laser annealing crystallization method.

具体的には、図9は、ゲート絶縁層13が酸化珪素膜単層で形成されているときにおける、レーザー光波長λで規格化された、非晶質シリコン層14の光学膜厚(na−Si×da−Si/λ)と、レーザー光波長λで規格化された酸化珪素膜の光学膜厚によって規格化された非晶質シリコン層14のレーザー光波長λの吸収率(A/(nSiO×dSiO/λ))との関係を表している。図9に示す各々の曲線は、レーザー光波長λで規格化された酸化珪素膜の光学膜厚(nSiO×dSiO/λ)の値に対応している。また、図9に示す関係は、レーザー光の波長範囲を400nm〜600nmとしたときに、上述したゲート電極12上の非晶質シリコン層14のレーザー光に対する吸収率の計算方法により導かれる。Specifically, FIG. 9 is definitive when the gate insulating layer 13 is formed of a silicon oxide film monolayer, standardized by the laser beam wavelength lambda, the optical thickness of the amorphous silicon layer 14 (n a -Si × da -Si / λ) and the absorption rate (A / A) of the laser light wavelength λ of the amorphous silicon layer 14 normalized by the optical film thickness of the silicon oxide film normalized by the laser light wavelength λ. (N SiO xd SiO 2 / λ)). Each curve shown in FIG. 9 corresponds to the value of the optical film thickness (n SiO × d SiO / λ) of the silicon oxide film normalized by the laser light wavelength λ. Further, the relationship shown in FIG. 9 is derived by the above-described method for calculating the absorptance of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12 with respect to the laser light when the wavelength range of the laser light is 400 nm to 600 nm.

図9に示すように、nSiO×dSiO/λに応じて曲線の極大を与えるna−Si×da−Si/λがシフトしている。As shown in FIG. 9, in accordance with the n SiO × d SiO / λ gives a maximum of the curve n a-Si × d a- Si / λ is shifted.

ここで、薄膜トランジスタアレイにおいて、各々の薄膜トランジスタ100が均一なオン特性を有するためには、非晶質シリコン層14の膜厚の変動がゲート電極上の非晶質シリコン層14の吸収率の変動に影響しないことが必要である。そのため、本実施例では、非晶質シリコン層14を、その非晶質シリコン層14の膜厚の変動がゲート電極上の非晶質シリコン層14の吸収率の変動に与える影響が少なくなる膜厚の範囲で形成する必要がある。   Here, in the thin film transistor array, in order for each thin film transistor 100 to have a uniform on characteristic, a change in the film thickness of the amorphous silicon layer 14 causes a change in the absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode. It is necessary not to affect. Therefore, in this embodiment, the amorphous silicon layer 14 is a film in which the influence of the variation in the thickness of the amorphous silicon layer 14 on the variation in the absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode is reduced. It is necessary to form in the thickness range.

図9において、非晶質シリコン層14の膜厚の変動がゲート電極上の非晶質シリコン層14の吸収率の変動に与える影響が少なくなる膜厚の範囲は、いずれのnSiO×dSiO/λの曲線に対しても、その極大を与えるna−Si×da−Si/λの近傍の非晶質シリコン層14の膜厚の範囲に相当する。つまり、非晶質シリコン層14の好適な膜厚の範囲とは、いずれのnSiO×dSiO/λの曲線に対しても、極大値を基準とした所定の範囲内の領域に対応する膜厚の範囲である。換言すると、A/(nSiO×dSiO/λ)の曲線をna−Si×da−Si/λで微分したときの微分係数0(極大値)を基準として、微分係数が例えば−5から+5である範囲内に対応する膜厚の範囲で非晶質シリコン層14を形成することに相当する。In FIG. 9, the range of the film thickness where the influence of the variation in the thickness of the amorphous silicon layer 14 on the variation in the absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode is any n SiO xd SiO 2. The / λ curve also corresponds to the film thickness range of the amorphous silicon layer 14 in the vicinity of n a-Si × d a-Si / λ giving the maximum. That is, the preferable film thickness range of the amorphous silicon layer 14 is a film corresponding to a region within a predetermined range with respect to the maximum value for any curve of n SiO xd SiO / λ. It is in the thickness range. In other words, the differential coefficient is, for example, −5 with respect to the differential coefficient 0 (maximum value) obtained by differentiating the curve of A / (n SiO × d SiO / λ) by na −Si × d a−Si / λ. This corresponds to the formation of the amorphous silicon layer 14 in a film thickness range corresponding to the range of +5 to +5.

具体的には、微分係数が−5から+5である範囲内に対応する膜厚の範囲は、(式23)で与えることができる。   Specifically, the range of the film thickness corresponding to the range where the differential coefficient is −5 to +5 can be given by (Equation 23).

0.426≦na−Si×da−Si/λ≦0.641 (式23) 0.426 ≦ n a-Si × d a-Si /λ≦0.641 ( Formula 23)

なお、ゲート絶縁層13を構成する絶縁膜がレーザー光に対して透明である限り、すなわち、ゲート絶縁層13を構成する絶縁膜の消衰係数が、多重干渉に影響を与えない程度に小さい(0.01以下)であるならば、ゲート絶縁層13がレーザー光を吸収することはない。そのため、非晶質シリコン層14の膜厚の好適範囲は、その構成によらず成立する。   As long as the insulating film constituting the gate insulating layer 13 is transparent to laser light, that is, the extinction coefficient of the insulating film constituting the gate insulating layer 13 is small enough not to affect multiple interference ( 0.01 or less), the gate insulating layer 13 does not absorb laser light. Therefore, a preferable range of the film thickness of the amorphous silicon layer 14 is established regardless of its configuration.

また、本実施例では説明を簡単にするために、ゲート絶縁層13が酸化珪素層単層で構成されているとして説明したが、それに限らない。ゲート絶縁層13が透明な絶縁膜で構成されている限り、その光学膜厚(絶縁層の屈折率と膜厚の積の和)を上述の酸化珪素層の光学膜厚に置き換えれば、同様のことが成立する。   In the present embodiment, the gate insulating layer 13 is described as being composed of a single silicon oxide layer for the sake of simplicity, but the present invention is not limited to this. As long as the gate insulating layer 13 is composed of a transparent insulating film, the optical film thickness (sum of the product of the refractive index and the film thickness of the insulating layer) is replaced with the optical film thickness of the silicon oxide layer described above. This is true.

以下、本発明の効果を得るための、非晶質シリコン層14の膜厚の好適な範囲について、より具体的に説明する。以下では、レーザー光の波長範囲が400nmから600nmであり、na−Si×da−Si/λの範囲が0.426から0.641の範囲であるとする。また、上述したゲート絶縁層13を構成する絶縁膜1301を例えば窒化珪素膜とし、絶縁膜1302を例えば酸化珪素膜として説明する。Hereinafter, a preferable range of the film thickness of the amorphous silicon layer 14 for obtaining the effects of the present invention will be described more specifically. In the following, it is assumed that the wavelength range of the laser light is 400 nm to 600 nm, and the range of na -Si x da -Si / λ is 0.426 to 0.641. Further, the insulating film 1301 constituting the gate insulating layer 13 described above is described as a silicon nitride film, for example, and the insulating film 1302 is described as a silicon oxide film, for example.

この場合、ゲート絶縁層13のゲート容量CGIは、酸化珪素膜の容量と窒化珪素膜の容量の合成容量となることから、(式24)で計算できる。ここで、酸化珪素膜の比誘電率をεSiO、窒化珪素膜の比誘電率をεSiN、真空の誘電率をεとしている。In this case, the gate capacitance CGI of the gate insulating layer 13 is a combined capacitance of the capacitance of the silicon oxide film and the capacitance of the silicon nitride film, and can be calculated by (Equation 24). Here, the relative dielectric constant of the silicon oxide film is ε SiO 2 , the relative dielectric constant of the silicon nitride film is ε SiN , and the dielectric constant of vacuum is ε 0 .

Figure 2013030865
Figure 2013030865

また、以下では、吸収率Aとの相関性を調べるときに用いるゲート容量として、ゲート絶縁層13の容量の変動(変動容量)を表すゲート容量CGI±ΔCGIをゲート絶縁層13の狙いの膜厚に対するゲート容量CGIで規格化したゲート容量CGI’=(CGI±ΔCGI)/CGIを用いた。In the following, the gate capacitance C GI ± ΔC GI representing the capacitance variation (variable capacitance) of the gate insulating layer 13 is used as the gate capacitance used when examining the correlation with the absorption rate A. using the gate capacitance C GI '= (C GI ± ΔC GI) / C GI normalized by the gate capacitance C GI with respect to the film thickness.

そして、上述した数式を用いて、まず、変動膜厚の組(da−Si±Δda−Si、dSiO±ΔdSiO、dSiN±ΔdSiN)(復号任意)のそれぞれに対応するゲート電極上の非晶質シリコン層14の吸収率Aと、規格化ゲート容量CGI’との相関を調べた。ここで、変動膜厚の組(da−Si±Δda−Si、dSiO±ΔdSiO、dSiN±ΔdSiN)(復号任意)は、上述したように、レーザー光波長がλのとき、狙い膜厚(da−Si、dSiO、dSiN)に対して、その膜厚から15%変動したときの膜厚の組である。Then, using the formula described above, first, thickness variation of the set (d a-Si ± Δd a -Si, d SiO ± Δd SiO, d SiN ± Δd SiN) corresponding gate electrode in each of the (decoded arbitrary) The correlation between the absorption rate A of the upper amorphous silicon layer 14 and the normalized gate capacitance CGI ′ was examined. Here, thickness variation of the set (d a-Si ± Δd a -Si, d SiO ± Δd SiO, d SiN ± Δd SiN) ( decoding optional), as described above, when the laser beam wavelength is lambda, This is a set of film thicknesses when the film thickness fluctuates 15% from the target film thickness (da -Si , dSiO , dSiN ).

次に、調べた相関(プロット)における近似直線の係数およびR2乗値を、それぞれの狙い膜厚について計算した。   Next, the coefficient and R square value of the approximate line in the examined correlation (plot) were calculated for each target film thickness.

図10Aは、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層15を形成する場合に、ゲート絶縁層13を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲があることを示すための図である。   FIG. 10A is a diagram showing that there is a preferable film thickness range for the film thickness of the insulating film constituting the gate insulating layer 13 when the crystalline silicon layer 15 is formed by the laser annealing crystallization method.

具体的には、図10Aは、吸収率Aと規格化ゲート容量CGI’との相関における近似直線の係数を、等高線図としてプロットしたものである。図10Bは、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層15を形成する場合に、ゲート絶縁層13を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲があることを示すための図である。具体的には、図10Bは、吸収率Aと規格化ゲート容量CGI’との相関における近似直線のR2乗値を、等高線図としてプロットしたものである。図10Aおよび図10Bにおいて、横軸Xは、酸化珪素層の光学膜厚、すなわち、酸化珪素層の屈折率nSiOに酸化珪素層の膜厚dSiOを乗じた値を、レーザー光の波長λで除算した値、すなわちX=(nSiO×dSiO)/λを示している。縦軸Yは、窒化珪素層の光学膜厚、すなわち、窒化珪素層の屈折率nSiNに窒化珪素層の膜厚dSiNを乗じた値を、レーザー光の波長λで除算した値、すなわちY=(nSiN×dSiN)/λを示している。言い換えると、図10Aおよび図10Bに示す値は、レーザー光波長、および、ゲート絶縁層13の光学定数に対して一般化されている。また、ゲート電極12の材料の光学定数、具体的には屈折率nと消衰係数kは、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率Aの絶対値には影響を与えるが、規格化ゲート容量CGI’との相関性には、影響を与えない。言い換えると、図10Aおよび図10Bに示す値はゲート電極12の材料に対しても一般化されている。Specifically, FIG. 10A plots the coefficients of the approximate line in the correlation between the absorption rate A and the normalized gate capacitance CGI ′ as a contour map. FIG. 10B is a diagram showing that there is a preferable film thickness range for the film thickness of the insulating film constituting the gate insulating layer 13 when the crystalline silicon layer 15 is formed by the laser annealing crystallization method. Specifically, FIG. 10B, the R2 squared value of the approximation straight line in the correlation between the absorption factor A and the normalized gate capacitance C GI ', which is a plot as a contour plot. 10A and 10B, the horizontal axis X represents the optical film thickness of the silicon oxide layer, that is, the value obtained by multiplying the refractive index n SiO of the silicon oxide layer by the film thickness d SiO of the silicon oxide layer, and the wavelength λ of the laser beam. A value obtained by dividing by X, that is, X = (n SiO × d SiO ) / λ. The vertical axis Y represents the optical film thickness of the silicon nitride layer, that is, the value obtained by multiplying the refractive index n SiN of the silicon nitride layer by the film thickness d SiN of the silicon nitride layer by the wavelength λ of the laser beam, that is, Y = (N SiN × d SiN ) / λ. In other words, the values shown in FIGS. 10A and 10B are generalized with respect to the laser light wavelength and the optical constant of the gate insulating layer 13. The optical constants of the material of the gate electrode 12, specifically the refractive index n and the extinction coefficient k, affect the absolute value of the absorption rate A of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12. The correlation with the normalized gate capacitance C GI 'is not affected. In other words, the values shown in FIGS. 10A and 10B are generalized for the material of the gate electrode 12.

図10Aに示す領域Aおよび領域Bは、吸収率Aと規格化ゲート容量CGI’との相関における近似直線の係数が負になる領域である。具体的には領域Aは(式25)および(式26)で表される領域であり、領域Bは(式27)および(式28)で表される領域である。Region A and region B shown in FIG. 10A are regions where the coefficient of the approximate straight line in the correlation between the absorption rate A and the normalized gate capacitance C GI ′ is negative. Specifically, the region A is a region expressed by (Expression 25) and (Expression 26), and the region B is a region expressed by (Expression 27) and (Expression 28).

Y≧−1070X+1400X−688X+153X−12.90X−1.02X+0.439 (式25)
Y≦49.9X−131X+127X−56.8X+11.8X−2.01X+0.736 (式26)
Y≧−7.34X+8.48X+8.65X−16.0X+7.24X−2.04X+0.961 (式27)
Y≦−3.75X+11.8X−13.1X+6.09X−1.12X−0.87X+1.20 (式28)
Y ≧ −1070X 6 + 1400X 5 −688X 4 + 153X 3 −12.90X 2 −1.02X + 0.439 (Formula 25)
Y ≦ 49.9X 6 −131X 5 + 127X 4 −56.8X 3 + 11.8X 2 −2.01X + 0.736 (Formula 26)
Y ≧ −7.34X 6 + 8.48X 5 + 8.65X 4 −16.0X 3 + 7.24X 2 −2.04X + 0.961 (Formula 27)
Y ≦ −3.75X 6 + 11.8X 5 −13.1X 4 + 6.09X 3 −1.12X 2 −0.87X + 1.20 (Formula 28)

よって、(式25)および(式26)、または、(式27)および(式28)で示される数式を満足する酸化珪素膜および窒化珪素膜の膜厚を狙い膜厚として採用することにより、基板面内でそれらの膜厚が変動しても、各々のゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率Aと各々のゲート電極12でのゲート容量とが負の相関を持つように、ゲート絶縁層13を形成することができる。   Therefore, by adopting the film thicknesses of the silicon oxide film and the silicon nitride film satisfying the mathematical formulas represented by (Formula 25) and (Formula 26) or (Formula 27) and (Formula 28) as the target film thickness, Even if the film thickness varies in the substrate plane, the absorption rate A of the amorphous silicon layer 14 on each gate electrode 12 and the gate capacitance at each gate electrode 12 have a negative correlation. The gate insulating layer 13 can be formed.

さらに、図10Bに示す領域1および領域2は、吸収率Aと規格化ゲート容量CGI’との相関における近似直線のR2乗値が0.3以上の領域である。具体的には、領域1は(式29)および(式30)で表される領域であり、領域2は(式31)および(式32)で表される領域である。Further, region 1 and region 2 shown in FIG. 10B are regions in which the R-square value of the approximate line in the correlation between the absorption rate A and the normalized gate capacitance C GI ′ is 0.3 or more. Specifically, the region 1 is a region represented by (Equation 29) and (Equation 30), and the region 2 is a region represented by (Equation 31) and (Equation 32).

Y≧−132.6X+181X−93.8X+21.3X−1.33X−1.04X+0.473 (式29)
Y≦23.7X−4.56X−35.4X+27.2X−5.75X−0.973X+0.619 (式30)
Y≧7.46X−32.4X+50.8X−35.7X+11.0X−2.20X+1.04 (式31)
Y≦−5.34X+16.7X−18.7X+9.18X−1.96X−0.821X+1.13 (式32)
Y ≧ −132.6X 6 + 181X 5 −93.8X 4 + 21.3X 3 −1.33X 2 −1.04X + 0.473 (formula 29)
Y ≦ 23.7X 6 −4.56X 5 −35.4X 4 + 27.2X 3 −5.75X 2 −0.973X + 0.619 (Equation 30)
Y ≧ 7.46X 6 −32.4X 5 + 50.8X 4 −35.7X 3 + 11.0X 2 −2.20X + 1.04 (Formula 31)
Y ≦ −5.34X 6 + 16.7X 5 −18.7X 4 + 9.18X 3 −1.96X 2 −0.821X + 1.13 (Formula 32)

よって、(式29)および(式30)、または、(式31)および(式32)で示される数式を満足する酸化珪素膜および窒化珪素膜の膜厚を狙い膜厚として採用することにより、基板面内で非晶質シリコン層14の膜厚が変動しても、各々のゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率Aの変動への影響を最小にすることができる。   Therefore, by adopting the film thicknesses of the silicon oxide film and the silicon nitride film satisfying the mathematical formulas represented by (Formula 29) and (Formula 30) or (Formula 31) and (Formula 32) as the target film thickness, Even if the film thickness of the amorphous silicon layer 14 varies within the substrate surface, the influence on the variation in the absorption rate A of the amorphous silicon layer 14 on each gate electrode 12 can be minimized.

さらに、図10Bには、図10Aで算出した領域Aおよび領域Bが表記されている。したがって、図10Bに示すように、領域1および領域2は、領域Aおよび領域B内に含まれることがわかる。   Further, FIG. 10B shows the region A and the region B calculated in FIG. 10A. Therefore, as shown in FIG. 10B, it can be seen that region 1 and region 2 are included in region A and region B.

つまり、領域1および領域2を表す数式を満足する酸化珪素膜および窒化珪素膜の膜厚を狙い膜厚として採用すれば、自動的に領域Aおよび領域Bの膜厚範囲内に属することになる。そのため、基板面内で窒化珪素膜、酸化珪素膜、および非晶質シリコン膜の膜厚が変動しても、各々のゲート電極上の非晶質シリコン層14の吸収率Aと各々のゲート電極12でのゲート容量とが負の相関を持つように、ゲート絶縁層13を形成することが可能となる。   That is, if the film thicknesses of the silicon oxide film and the silicon nitride film that satisfy the mathematical expressions representing the regions 1 and 2 are adopted as the target film thicknesses, they automatically belong to the film thickness ranges of the regions A and B. . Therefore, even if the film thickness of the silicon nitride film, the silicon oxide film, and the amorphous silicon film varies within the substrate surface, the absorption rate A of the amorphous silicon layer 14 on each gate electrode and each gate electrode Thus, the gate insulating layer 13 can be formed so that the gate capacitance at 12 has a negative correlation.

以上のように、領域1および領域2は、本発明の効果が得られる最も好適な、ゲート絶縁層13、および非晶質シリコン層14の狙い膜厚の膜厚範囲である。   As described above, the region 1 and the region 2 are the most preferable thickness ranges of the gate insulating layer 13 and the amorphous silicon layer 14 in which the effects of the present invention can be obtained.

なお、上記では、ゲート絶縁層13を酸化珪素膜と窒化珪素膜とがこの順序で積層されている場合について説明したが限らない。例えばゲート絶縁層13を構成する窒化珪素膜と酸化珪素膜の順序が逆転している場合には、上記のXとYを入れ替えた上で上述した膜厚範囲を再導出すればよい。   In the above description, the gate insulating layer 13 is not limited to the case where the silicon oxide film and the silicon nitride film are stacked in this order. For example, when the order of the silicon nitride film and the silicon oxide film constituting the gate insulating layer 13 is reversed, the above-described film thickness range may be derived again after exchanging X and Y described above.

また、例えばゲート絶縁層13が単層で構成されているとしてもよい。その場合には、上記と同様の算出方法にて、各々のゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率Aと各々のゲート電極12でのゲート容量とが負の相関を持つように、ゲート絶縁層13の狙い膜厚の膜厚範囲を導出することができる。   For example, the gate insulating layer 13 may be a single layer. In that case, the absorption rate A of the amorphous silicon layer 14 on each gate electrode 12 and the gate capacitance at each gate electrode 12 have a negative correlation by the same calculation method as described above. Thus, the target film thickness range of the gate insulating layer 13 can be derived.

具体的には、(式25)および(式26)または(式27)および(式28)においてX=0を代入する。すると、ゲート絶縁層13が単層の絶縁膜で形成されているときの、波長λに対して一般化された、ゲート絶縁層13の狙い膜厚の取り得る範囲は、以下の(式33)または(式34)として導出される。   Specifically, X = 0 is substituted in (Expression 25) and (Expression 26) or (Expression 27) and (Expression 28). Then, when the gate insulating layer 13 is formed of a single insulating film, the range of possible target film thicknesses of the gate insulating layer 13 generalized with respect to the wavelength λ is as follows (Formula 33) Alternatively, it is derived as (Equation 34).

0.44≦nGI×dGI/λ≦0.74 (式33)
0.96≦nGI×dGI/λ≦1.20 (式34)
0.44 ≦ n GI × d GI /λ≦0.74 (Formula 33)
0.96 ≦ n GI × d GI /λ≦1.20 (Formula 34)

ここで、dGIはゲート絶縁層の平均膜厚を表し、λはレーザー光波長を表し、nGIはゲート絶縁層13の波長λのレーザー光に対する屈折率を表している。Here, d GI represents the average film thickness of the gate insulating layer, λ represents the laser beam wavelength, and n GI represents the refractive index of the gate insulating layer 13 with respect to the laser beam having the wavelength λ.

また、さらに、(式29)および(式30)、または、(式31)および(式32)においてX=0を代入する。すると、ゲート絶縁層13が単層の絶縁膜で形成されているときの、波長λに対して一般化された、ゲート絶縁層13の狙い膜厚の取り得る範囲は、以下の(式35)または(式36)として導出される。   Further, X = 0 is substituted in (Expression 29) and (Expression 30), or (Expression 31) and (Expression 32). Then, when the gate insulating layer 13 is formed of a single insulating film, the range of possible target film thicknesses of the gate insulating layer 13 generalized with respect to the wavelength λ is as follows (Formula 35) Or, it is derived as (Equation 36).

この範囲でゲート絶縁層13を形成することにより、ゲート絶縁層13が単層の絶縁膜で形成されている場合において、基板面内でゲート絶縁層13および非晶質シリコン層14の膜厚が変動しても、各々のゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率Aと各々のゲート電極12でのゲート容量とに負の相関を持たせることができる。つまり、(式35)または(式36)で表される膜厚の範囲は、本発明の効果が得られる最も好適な、ゲート絶縁層13の狙い膜厚の範囲である。   By forming the gate insulating layer 13 within this range, when the gate insulating layer 13 is formed of a single layer insulating film, the film thicknesses of the gate insulating layer 13 and the amorphous silicon layer 14 are within the substrate plane. Even if it fluctuates, the absorptivity A of the amorphous silicon layer 14 on each gate electrode 12 and the gate capacitance at each gate electrode 12 can have a negative correlation. That is, the range of the film thickness represented by (Expression 35) or (Expression 36) is the most preferable range of the target film thickness of the gate insulating layer 13 in which the effect of the present invention is obtained.

0.47≦nGI×dGI/λ≦0.62 (式35)
1.04≦nGI×dGI/λ≦1.13 (式36)
0.47 ≦ n GI × d GI /λ≦0.62 (Formula 35)
1.04 ≦ n GI × d GI /λ≦1.13 (Formula 36)

以上のようにして、薄膜トランジスタ100のゲート絶縁層13が積層構造または単層構造であっても、本発明の効果が得られる非晶質シリコン層14およびゲート絶縁層13の膜厚を導出することができた。しかし、この導出方法は、ゲート絶縁層13が積層構造または単層構造に限らず用いることができる。つまり、本導出の方法を用いれば、ゲート絶縁層13の構成によらず、本発明の効果が得られる非晶質シリコン層14およびゲート絶縁層13の膜厚を導出することが可能である。   As described above, even when the gate insulating layer 13 of the thin film transistor 100 has a stacked structure or a single layer structure, the film thicknesses of the amorphous silicon layer 14 and the gate insulating layer 13 that can obtain the effects of the present invention are derived. I was able to. However, this derivation method can be used regardless of whether the gate insulating layer 13 has a laminated structure or a single layer structure. That is, by using this derivation method, it is possible to derive the film thicknesses of the amorphous silicon layer 14 and the gate insulating layer 13 that can obtain the effects of the present invention regardless of the configuration of the gate insulating layer 13.

以下、具体例として、ゲート絶縁層13が窒化珪素膜と酸化珪素膜から構成された薄膜トランジスタアレイについて説明する。この薄膜トランジスタアレイにおいて、ゲート絶縁層13は、ゲート電極12から順に窒化珪素膜と酸化珪素膜とが積層された構成である。また、結晶質シリコン層15は、波長λ=532nmのレーザー光を用いて、非晶質シリコン層14をレーザーアニールして形成されているとして説明する。   Hereinafter, as a specific example, a thin film transistor array in which the gate insulating layer 13 includes a silicon nitride film and a silicon oxide film will be described. In this thin film transistor array, the gate insulating layer 13 has a structure in which a silicon nitride film and a silicon oxide film are laminated in order from the gate electrode 12. In the following description, it is assumed that the crystalline silicon layer 15 is formed by laser annealing the amorphous silicon layer 14 using a laser beam having a wavelength λ = 532 nm.

図11は、レーザーアニール結晶化法により結晶質シリコン層15を形成する場合に、ゲート絶縁層13を構成する絶縁膜の膜厚に好適な膜厚範囲の具体例を示す図である。具体的には、図11では、図10Bに示すXとYとにおける0から0.8までの範囲を拡大し、かつ、XとYを実際の酸化珪素膜、窒化珪素膜の膜厚に変換して示されている。ここで、酸化珪素膜の屈折率を1.467、窒化珪素膜の屈折率を1.947としている。非晶質シリコン層14の屈折率を5.07、消衰係数を0.61としている。また、非晶質シリコン層14の狙い膜厚範囲は44.7nmから67.3nmを仮定しているが、この膜厚範囲は、上記の(式23)〜(式32)から導出される。   FIG. 11 is a diagram showing a specific example of a film thickness range suitable for the film thickness of the insulating film constituting the gate insulating layer 13 when the crystalline silicon layer 15 is formed by the laser annealing crystallization method. Specifically, in FIG. 11, the range from 0 to 0.8 in X and Y shown in FIG. 10B is expanded, and X and Y are converted into actual silicon oxide film and silicon nitride film thicknesses. It is shown as Here, the refractive index of the silicon oxide film is 1.467, and the refractive index of the silicon nitride film is 1.947. The refractive index of the amorphous silicon layer 14 is 5.07, and the extinction coefficient is 0.61. The target film thickness range of the amorphous silicon layer 14 is assumed to be 44.7 nm to 67.3 nm. This film thickness range is derived from the above (Expression 23) to (Expression 32).

ここで、薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタ100の構造として、ゲート絶縁層13の構成条件(条件1〜条件3)を検討した。図11中に示されているように、条件1は酸化珪素膜の膜厚dSiO=80nm、窒化珪素膜の膜厚dSiN=75nmである(以下ではdSiO/dSiN=80/75nmと記述する)。条件2はdSiO/dSiN=30/160(nm)である。また、条件3はdSiO/dSiN=90/55(nm)である。Here, as the structure of the thin film transistor 100 constituting the thin film transistor array, the structural conditions (conditions 1 to 3) of the gate insulating layer 13 were examined. As shown in FIG. 11, the condition 1 is that the silicon oxide film thickness d SiO = 80 nm and the silicon nitride film thickness d SiN = 75 nm (hereinafter, d SiO / d SiN = 80/75 nm). Write). Condition 2 is dSiO / dSiN = 30/160 (nm). Condition 3 is d SiO / d SiN = 90/55 (nm).

なお、条件1〜条件3すなわち3つのゲート絶縁層13の構成条件は、その等価酸化膜厚がおよそ120nmになるように設定されている。   Note that conditions 1 to 3, that is, the configuration conditions of the three gate insulating layers 13 are set so that the equivalent oxide film thickness is approximately 120 nm.

図11からわかるように、条件1は最も好適である領域1に含まれており、条件2は少なくとも領域Aに含まれている。一方、条件3は領域1および領域Aの何れにも含まれていない。したがって、条件1〜条件3において、条件1が最も好適な条件であり、条件2が好適な条件である。条件3は、好適でない従来の条件となる。   As can be seen from FIG. 11, Condition 1 is included in the most preferable region 1, and Condition 2 is included in at least the region A. On the other hand, the condition 3 is not included in either the region 1 or the region A. Therefore, in conditions 1 to 3, condition 1 is the most preferable condition, and condition 2 is the preferable condition. Condition 3 is an unfavorable conventional condition.

図12A〜図12Cは、バラツいた膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層14の吸収率との関係を示す図である。   12A to 12C are diagrams showing the relationship between the capacitance formed by the varying film thickness and the absorption rate of the amorphous silicon layer 14.

具体的には、図12Aでは、ゲート絶縁層13の狙い膜厚を条件1で構成した場合において、狙い膜厚からそれぞれ膜厚が±15%変動した時の膜厚にて、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14のレーザー光の吸収率とゲート絶縁層13のゲート容量との相関を示している。ここで、図12Aの横軸は、狙い膜厚のゲート絶縁層13のゲート容量で規格化された値である規格化ゲート容量を示し、縦軸は吸収率を示す。また、非晶質シリコン層14の狙い膜厚は60nmに設定した。   Specifically, in FIG. 12A, when the target film thickness of the gate insulating layer 13 is configured under the condition 1, the film thickness on the gate electrode 12 is the film thickness when the film thickness varies ± 15% from the target film thickness. 3 shows the correlation between the absorption rate of the laser beam of the amorphous silicon layer 14 and the gate capacity of the gate insulating layer 13. Here, the horizontal axis of FIG. 12A indicates the normalized gate capacitance that is a value normalized by the gate capacitance of the gate insulating layer 13 having the target film thickness, and the vertical axis indicates the absorption rate. The target film thickness of the amorphous silicon layer 14 was set to 60 nm.

同様に、図12Bは、ゲート絶縁層13の狙い膜厚を条件2で構成した場合の図であり、図12Cは、ゲート絶縁層13の狙い膜厚を条件3で構成した場合の図である。   Similarly, FIG. 12B is a diagram when the target film thickness of the gate insulating layer 13 is configured under condition 2, and FIG. 12C is a diagram when the target film thickness of the gate insulating layer 13 is configured under condition 3. .

図12A〜図12Cにより、狙い膜厚が領域1に含まれる条件1では、ゲート容量とゲート電極上の非晶質シリコン層14の吸収率との関係が強い負の相関を示しており、R2乗値も0.5に近く、非晶質シリコン層14の膜厚変動が吸収率の変動に与える影響が小さいことがわかる。一方、領域1には含まれていないが、少なくとも領域Aに含まれている条件2の膜厚条件では、ゲート容量とゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率との関係は弱い負の相関を示しているが、R2乗値も0.1以下と小さく、非晶質シリコン層14の膜厚変動が吸収率の変動に与える影響が大きいことがわかる。   12A to 12C, under the condition 1 where the target film thickness is included in the region 1, a strong negative correlation is shown between the gate capacitance and the absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode. The multiplier value is also close to 0.5, and it can be seen that the influence of the change in the thickness of the amorphous silicon layer 14 on the change in the absorptance is small. On the other hand, the relationship between the gate capacitance and the absorptance of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12 is weak at least under the condition of the film thickness 2 of the condition 2 that is not included in the region 1 but included in the region A. Although a negative correlation is shown, the R square value is also as small as 0.1 or less, and it can be seen that the film thickness variation of the amorphous silicon layer 14 has a great influence on the absorption rate variation.

これに対して、領域1および領域Aの何れにも含まれていない条件3の膜厚条件では、ゲート容量とゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率との関係は、近似直線の傾きはほぼ0である。これは、この膜厚条件が、ゲート絶縁層13の膜厚変動に対して、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率の変動がないことを示しており、従来技術、例えば特許文献2に開示されるような膜厚条件の一態様であることを意味する。さらに、R2乗値もほぼ0であり、非晶質シリコン層14の膜厚変動が吸収率の変動に与える影響が大きいことがわかる。   On the other hand, under the condition of the film thickness condition 3 that is not included in either the region 1 or the region A, the relationship between the gate capacitance and the absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12 is an approximate straight line. Is almost zero. This indicates that the film thickness condition does not change the absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12 with respect to the film thickness fluctuation of the gate insulating layer 13. It means that it is one mode of the film thickness condition as disclosed in Document 2. Further, the R-square value is almost 0, and it can be seen that the film thickness variation of the amorphous silicon layer 14 has a great influence on the absorption rate variation.

図13A〜図13Cは、バラツいた膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層14の結晶性との関係を示す図である。   13A to 13C are diagrams illustrating the relationship between the capacitance formed by the varying film thickness and the crystallinity of the amorphous silicon layer 14.

具体的には、図13Aでは、ゲート絶縁層13の狙い膜厚を条件1で構成した場合において、狙い膜厚からそれぞれ膜厚が±15%変動した時の膜厚にて、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14の領域をラマン散乱分光法にて測定したときのラマンシフトスペクトルが520cm−1付近に持つピークの半値幅と、ゲート絶縁層13のゲート容量との相関を示している。ここで、図12の横軸は、狙い膜厚のゲート絶縁層13のゲート容量で規格化された値である規格化ゲート容量を示し、縦軸は狙い膜厚のときに得られる結晶質シリコン層15の半値幅で規格化している。   Specifically, in FIG. 13A, when the target film thickness of the gate insulating layer 13 is configured under the condition 1, the film thickness on the gate electrode 12 is the film thickness when the film thickness varies ± 15% from the target film thickness. 6 shows the correlation between the half-width of the peak of the Raman shift spectrum around 520 cm −1 when the region of the amorphous silicon layer 14 is measured by Raman scattering spectroscopy and the gate capacitance of the gate insulating layer 13. . Here, the horizontal axis of FIG. 12 indicates the normalized gate capacitance that is a value normalized by the gate capacitance of the gate insulating layer 13 having the target film thickness, and the vertical axis indicates the crystalline silicon obtained when the target film thickness is obtained. It is normalized by the half width of the layer 15.

同様に、図13Bは、ゲート絶縁層13の狙い膜厚を条件2で構成した場合の図であり、図13Cは、ゲート絶縁層13の狙い膜厚を条件3で構成した場合の図である。   Similarly, FIG. 13B is a diagram when the target film thickness of the gate insulating layer 13 is configured under condition 2, and FIG. 13C is a diagram when the target film thickness of the gate insulating layer 13 is configured under condition 3. .

ここで、半値幅の増加は、結晶質シリコン層15の結晶性が悪化していることを示し、逆に、半値幅の減少は、結晶質シリコン層15の結晶性が良化することを示す。   Here, an increase in the half width indicates that the crystallinity of the crystalline silicon layer 15 is deteriorated, and conversely, a decrease in the half width indicates that the crystallinity of the crystalline silicon layer 15 is improved. .

したがって、図13Aから、ゲート絶縁層13の狙い膜厚を条件1で構成した場合では、ゲート容量が増大すると、ゲート電極12上の結晶質シリコン層15の結晶性が悪化し、逆に、ゲート容量が減少すると、ゲート電極12上の結晶質シリコン層15の結晶性が良化していることがわかる。よって、最も好適である領域1に含まれるように狙い膜厚の条件を設定することにより、図12Aで確認したように、ゲート容量の増加と共に、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率を低下させることが可能となる。それにより、ゲート容量とゲート電極12上にレーザー光照射により形成された結晶質シリコン層15の結晶性との相関を負(ゲート容量−ラマン半値幅の相関が正)にすることが可能となる。   Therefore, from FIG. 13A, when the target film thickness of the gate insulating layer 13 is configured under the condition 1, when the gate capacitance increases, the crystallinity of the crystalline silicon layer 15 on the gate electrode 12 deteriorates. It can be seen that when the capacitance decreases, the crystallinity of the crystalline silicon layer 15 on the gate electrode 12 is improved. Therefore, by setting the target film thickness conditions so as to be included in the most preferable region 1, as confirmed in FIG. 12A, as the gate capacitance increases, the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12 increases. It is possible to reduce the absorption rate. Thereby, the correlation between the gate capacitance and the crystallinity of the crystalline silicon layer 15 formed on the gate electrode 12 by laser light irradiation can be made negative (the correlation between the gate capacitance and the Raman half width is positive). .

一方、図13Bおよび図13Cから、狙いの膜厚が、好適範囲から外れるにつれて、ゲート容量と、ゲート電極12上の結晶質シリコン層15の結晶性とに明確な相関性が減少していくのがわかる。   On the other hand, from FIG. 13B and FIG. 13C, the clear correlation between the gate capacitance and the crystallinity of the crystalline silicon layer 15 on the gate electrode 12 decreases as the target film thickness deviates from the preferred range. I understand.

図14A〜図14Cは、バラツいた膜厚が形成する容量と結晶質シリコン層15をチャネルとした薄膜トランジスタ100のオン電流との関係を示す図である。   14A to 14C are diagrams showing the relationship between the capacitance formed by the varying film thickness and the on-state current of the thin film transistor 100 using the crystalline silicon layer 15 as a channel.

具体的には、図14Aは、ゲート絶縁層13の狙い膜厚を条件1で構成した場合において、バラツいた膜厚が形成する容量と非晶質シリコン層14を結晶化して得られる結晶質シリコン層15をチャネルとした薄膜トランジスタ100のオン電流との関係を示す図である。ここで、評価に用いられた薄膜トランジスタアレイは、上記のレーザーアニール条件にて非晶質シリコン層14を結晶化して得られた結晶質シリコン層15を用いてガラス基板上に形成されている。オン電流は、この薄膜トランジスタアレイの各々の薄膜トランジスタ100の1つで評価した。また、バラツいた膜厚が形成する容量は、対応する薄膜トランジスタ100の近傍に形成されたゲート容量評価TEG(Test Element Group)にて評価した。ここで、図14Aにおいて、ゲート容量およびオン電流を狙い膜厚条件の薄膜トランジスタ100の特性で規格化してある。   Specifically, FIG. 14A shows the crystalline silicon obtained by crystallizing the amorphous silicon layer 14 with the capacitance formed by the varying thickness when the target thickness of the gate insulating layer 13 is configured under the condition 1. It is a figure which shows the relationship with the ON current of the thin-film transistor 100 which used the layer 15 as the channel. Here, the thin film transistor array used for the evaluation is formed on the glass substrate using the crystalline silicon layer 15 obtained by crystallizing the amorphous silicon layer 14 under the laser annealing conditions described above. The on-current was evaluated for one thin film transistor 100 of each thin film transistor array. Further, the capacitance formed by the varying film thickness was evaluated by a gate capacitance evaluation TEG (Test Element Group) formed in the vicinity of the corresponding thin film transistor 100. Here, in FIG. 14A, the gate capacitance and the on-current are aimed at and standardized by the characteristics of the thin film transistor 100 under the film thickness condition.

同様に、図14Bは、ゲート絶縁層13の狙い膜厚を条件2で構成した場合の図であり、図14Cは、ゲート絶縁層13の狙い膜厚を条件3で構成した場合の図である。   Similarly, FIG. 14B is a diagram when the target film thickness of the gate insulating layer 13 is configured under condition 2, and FIG. 14C is a diagram when the target film thickness of the gate insulating layer 13 is configured under condition 3. .

図14Aに示されるように、条件1では、オン電流の最大、最小が中心値に対して±20%以内であり、他の条件と比較して最もオン電流のバラツキが少ない。また、図14Bに示されるように、条件2では、オン電流の最大、最小が中心値に対して±20%をややオーバーしている。   As shown in FIG. 14A, in condition 1, the maximum and minimum of the on-current are within ± 20% of the center value, and the variation in on-current is the smallest compared to other conditions. Further, as shown in FIG. 14B, in condition 2, the maximum and minimum of the on-current are slightly over ± 20% with respect to the center value.

一方、図14Cに示されるように、条件3では、オン電流の最大、最小が中心値に対して±30%以上と、薄膜トランジスタのチャネル領域を構成する膜厚の変動に対して、オン電流のバラツキが大きくなっている。したがって、従来技術では、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率の変動が最も少なくなるような膜厚条件を用いる場合、薄膜トランジスタ100のチャネル層の構成層膜厚が変動した場合、ゲート電極12上の結晶質シリコン層15の結晶性のバラツキは有る程度低減できる。しかし、基板面内に複数薄膜トランジスタ100を形成する場合、それらのオン電流のバラツキを低減させることは困難になるのがわかる。   On the other hand, as shown in FIG. 14C, in the condition 3, the maximum and minimum of the on-current are ± 30% or more with respect to the center value, and the on-current is reduced with respect to the variation of the film thickness constituting the channel region of the thin film transistor. The variation is large. Therefore, in the prior art, when using a film thickness condition that minimizes the variation in the absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12, when the layer thickness of the channel layer of the thin film transistor 100 varies, The variation in crystallinity of the crystalline silicon layer 15 on the gate electrode 12 can be reduced to some extent. However, it can be seen that when a plurality of thin film transistors 100 are formed in the substrate surface, it is difficult to reduce the variation in their on-currents.

以上の実施例によれば、本発明の効果が得られる膜厚領域として導出された領域A(および領域B)、また、さらなる好適範囲である領域1(および領域2)を満たすように狙いの膜厚を設定することにより、変動したゲート容量の増加に対してゲート電極12上の結晶質シリコン層15の結晶性を減少させることができる。その結果、膜厚が狙いの膜厚から変動しても、複数の薄膜トランジスタ100のオン特性の均一化が保たれる。   According to the above embodiment, the aim is to satisfy the region A (and the region B) derived as the film thickness region in which the effect of the present invention is obtained, and the region 1 (and the region 2) which is a further preferable range. By setting the film thickness, the crystallinity of the crystalline silicon layer 15 on the gate electrode 12 can be reduced with respect to the increased increase in gate capacitance. As a result, even if the film thickness varies from the target film thickness, the ON characteristics of the plurality of thin film transistors 100 can be kept uniform.

総括すると、基板上に薄膜トランジスタアレイを形成する場合、薄膜トランジスタ100のゲート絶縁層13、および、レーザーアニール結晶化前の非晶質シリコン層14のそれぞれの狙いの膜厚を、上記のように計算されて膜厚範囲を満たすように形成することによって、基板10上でそれぞれの膜厚が変動しても、ゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率とゲート絶縁層13が形成するゲート容量との相関を負にできる。それにより、非晶質シリコン層14の膜厚の変動に対するゲート電極12上の非晶質シリコン層14の吸収率の変動を小さくすることができる。つまり、このような狙い膜厚を採用することにより、基板10上で膜厚が変動しても、非晶質シリコン層14をレーザーアニール結晶化し結晶質シリコン層15を形成したとき、その各々のゲート電極12に対応する結晶質シリコン層15の結晶性とゲート容量とに負の相関を持たせることが可能になる。それにより、基板10上に形成された薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタ100のゲート容量の変動に起因する駆動能力の変動を結晶質シリコン層15の結晶性で相殺することができ、薄膜トランジスタアレイを構成する各々薄膜トランジスタ100のオン特性の均一性を基板全面で保つことができるという、従来の技術では実現できなかった効果を奏する。   In summary, when a thin film transistor array is formed on a substrate, the target film thicknesses of the gate insulating layer 13 of the thin film transistor 100 and the amorphous silicon layer 14 before laser annealing crystallization are calculated as described above. Thus, even if each film thickness varies on the substrate 10, the absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12 and the gate formed by the gate insulating layer 13 are formed. Correlation with capacity can be negative. Thereby, the variation in the absorption rate of the amorphous silicon layer 14 on the gate electrode 12 with respect to the variation in the film thickness of the amorphous silicon layer 14 can be reduced. That is, by adopting such a target film thickness, even when the film thickness varies on the substrate 10, when the amorphous silicon layer 14 is laser-annealed and the crystalline silicon layer 15 is formed, It becomes possible to have a negative correlation between the crystallinity of the crystalline silicon layer 15 corresponding to the gate electrode 12 and the gate capacitance. As a result, fluctuations in driving ability caused by fluctuations in the gate capacitance of each thin film transistor 100 constituting the thin film transistor array formed on the substrate 10 can be offset by the crystallinity of the crystalline silicon layer 15. The uniformity of the on-characteristics of each thin film transistor 100 that constitutes the entire surface of the substrate can be maintained, which is an effect that could not be realized by the conventional technology.

以上、本発明によれば、均一なオン特性を有する薄膜トランジスタで構成することができる薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を実現することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to realize a thin film transistor array manufacturing method, a thin film transistor array, and a display device using the thin film transistor array that can be configured with thin film transistors having uniform on characteristics.

具体的には、可視光領域の波長のレーザーを用いて、薄膜トランジスタ100のゲート容量の変動に応じて、意図的に結晶性の変動させた結晶質シリコン層15を形成することができる。それにより、作製された薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタ100のオン特性を均一にした薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を実現することができる。   Specifically, the crystalline silicon layer 15 whose crystallinity is intentionally changed according to the change in the gate capacitance of the thin film transistor 100 can be formed using a laser having a wavelength in the visible light region. As a result, a thin film transistor array manufacturing method, a thin film transistor array, and a display device using the same can be realized in which the ON characteristics of the respective thin film transistors 100 constituting the thin film transistor array thus manufactured are made uniform.

より具体的には、非晶質シリコン層14およびゲート絶縁層13を、それぞれの膜厚が所定の条件を満足するように形成することにより、可視光領域の波長のレーザーを用いて、ゲート容量に対するゲート電極12上の結晶質シリコン層15の結晶性が負の相関を有する結晶質シリコン層15を形成することができる。それにより、ゲート容量による薄膜トランジスタ100の駆動能力を相殺する効果を奏し、基板10上に形成された薄膜トランジスタアレイを構成する薄膜トランジスタ100のオン特性を均一化させた薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置を実現することができる。   More specifically, by forming the amorphous silicon layer 14 and the gate insulating layer 13 so that each film thickness satisfies a predetermined condition, a gate capacitance is obtained using a laser having a wavelength in the visible light region. Thus, the crystalline silicon layer 15 having a negative correlation with the crystallinity of the crystalline silicon layer 15 on the gate electrode 12 can be formed. Accordingly, a thin film transistor array manufacturing method, a thin film transistor array, which has the effect of canceling the driving capability of the thin film transistor 100 due to the gate capacitance and uniformizing the on characteristics of the thin film transistor 100 constituting the thin film transistor array formed on the substrate 10, A display device using can be realized.

ここで、図15に示す表示装置に、本発明の薄膜トランジスタアレイを用いた場合には、均一なトランジスタ特性を備える高画質な表示装置を実現することができる。また、表示品位の向上による歩留り向上、コストダウンも可能となる。   Here, in the case where the thin film transistor array of the present invention is used for the display device shown in FIG. 15, a high-quality display device having uniform transistor characteristics can be realized. Further, the yield can be improved and the cost can be reduced by improving the display quality.

なお、本発明によれば、例えば、ゲート電極12のパターン形状等、特に薄膜トランジスタの構造や、回路構成に変更を加えることなく、膜厚条件を上記の範囲にとるだけ効果を実現することが可能になるので、例えば、より高精細な表示装置を作製する場合においても、その設計の柔軟性を保つことが出来る点も従来の技術より優れているといえる。   According to the present invention, for example, the effect can be realized by taking the film thickness condition within the above range without changing the pattern shape of the gate electrode 12 and the like, in particular, the structure of the thin film transistor and the circuit configuration. Therefore, for example, even when a higher-definition display device is manufactured, it can be said that the design flexibility can be maintained over the conventional technology.

以上、本発明の薄膜トランジスタ装置アレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた表示装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。   As described above, the manufacturing method of the thin film transistor device array, the thin film transistor array, and the display device using the same according to the present invention have been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which carried out the various deformation | transformation which those skilled in the art can think to this embodiment, and the structure constructed | assembled combining the component in different embodiment is also contained in the scope of the present invention. .

本発明は、薄膜トランジスタアレイの製造方法、薄膜トランジスタアレイ、それを用いた液晶パネルまたは、有機ELパネル等のELパネルを含む表示装置に利用でき、特に、レーザー結晶化プロセスにおいて、大型基板上で、薄膜トランジスタのチャネル構成層(非晶質シリコン層、ゲート絶縁層)の膜厚が変動しても、薄膜トランジスタアレイを構成する各々の薄膜トランジスタのオン特性が均一である高画質な液晶パネルまたは、有機ELパネル等のELパネルを含む表示装置の製造などに利用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a method of manufacturing a thin film transistor array, a thin film transistor array, a liquid crystal panel using the thin film transistor array, or a display device including an EL panel such as an organic EL panel. Even if the film thickness of the channel constituent layer (amorphous silicon layer, gate insulating layer) varies, the on-state characteristics of each thin film transistor constituting the thin film transistor array are uniform, high-quality liquid crystal panel, organic EL panel, etc. It can be used for manufacturing a display device including an EL panel.

1 スイッチングトランジスタ
2 駆動トランジスタ
3 データ線
4 走査線
5 電流供給線
6 キャパシタンス
7 発光素子
10 基板
11 アンダーコート層
12 ゲート電極
13 ゲート絶縁層
14、16 非晶質シリコン層
15 結晶質シリコン層
17 n+シリコン層
18 ソース・ドレイン電極
100 薄膜トランジスタ
401、402、403、404 層
405 基板層
1301、1302 絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Switching transistor 2 Drive transistor 3 Data line 4 Scan line 5 Current supply line 6 Capacitance 7 Light emitting element 10 Substrate 11 Undercoat layer 12 Gate electrode 13 Gate insulating layer 14, 16 Amorphous silicon layer 15 Crystalline silicon layer 17 n + silicon Layer 18 Source / drain electrode 100 Thin film transistor 401, 402, 403, 404 Layer 405 Substrate layer
1301 and 1302 insulating films

Claims (20)

基板を準備する第1工程と、
前記基板上に複数のゲート電極を形成する第2工程と、
前記複数の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晶質性シリコン層を形成する第4工程と、
レーザーから照射されるレーザー光を用いて前記非晶質性シリコン層を結晶化させて結晶性シリコン層を生成する第5工程と、
前記複数のゲート電極の各々に前記結晶性シリコン層上の領域にソース電極およびドレイン電極を形成する第6工程と、を含み、
前記第3工程において、前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の膜厚を、前記ゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光に対する光吸収率と前記ゲート絶縁層の等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成し、
前記第4工程において、前記複数のゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の膜厚を、前記非晶質性シリコン層の膜厚変化に対する前記光吸収率の変動が第1基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成する、
薄膜トランジスタアレイの製造方法。
A first step of preparing a substrate;
A second step of forming a plurality of gate electrodes on the substrate;
A third step of forming a gate insulating layer on the plurality of gate electrodes;
A fourth step of forming an amorphous silicon layer on the gate insulating layer;
A fifth step of generating a crystalline silicon layer by crystallizing the amorphous silicon layer using laser light emitted from a laser;
A sixth step of forming a source electrode and a drain electrode in a region on the crystalline silicon layer in each of the plurality of gate electrodes,
In the third step, the film thickness of the gate insulating layer on the plurality of gate electrodes is set so that the light absorption rate of the amorphous silicon layer on the gate electrode with respect to the laser light and the equivalent oxidation of the gate insulating layer. Form in the film thickness range of the area where the film thickness is positively correlated,
In the fourth step, the thickness of the amorphous silicon layer on the plurality of gate electrodes is set so that a change in the light absorptance with respect to a change in the thickness of the amorphous silicon layer is predetermined from a first reference. Formed in the film thickness range of the region within the range,
A method of manufacturing a thin film transistor array.
前記レーザーは、固体レーザー装置で構成される、
請求項1に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
The laser is composed of a solid-state laser device,
A method of manufacturing the thin film transistor array according to claim 1.
前記レーザーは、半導体レーザー素子を用いたレーザー装置で構成される、
請求項1に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
The laser is composed of a laser device using a semiconductor laser element,
A method of manufacturing the thin film transistor array according to claim 1.
前記第5工程において、前記レーザー光の前記非晶質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%程度未満である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
In the fifth step, the fluctuation of the irradiation energy density of the laser beam on the amorphous silicon layer is less than about 5%.
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-3.
前記レーザーの波長範囲は、400nm以上600nm以下である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
The wavelength range of the laser is 400 nm or more and 600 nm or less.
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-4.
前記第4工程において、
前記非晶質性シリコン層の膜厚を、前記第1基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲として、前記レーザー光の波長λで規格化された前記ゲート絶縁層の光学膜厚によって規格化された非晶質シリコン層のレーザー光波長λの吸収率を、前記レーザー光の波長λで規格化された、前記非晶質シリコン層の光学膜厚で微分したときの微分係数が−5以上、+5以下となる膜厚範囲で形成する、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
In the fourth step,
Depending on the optical film thickness of the gate insulating layer normalized by the wavelength λ of the laser beam, the film thickness range of the amorphous silicon layer is set as a film thickness range of a region within a predetermined range from the first reference. The differential coefficient when the absorptance of the laser light wavelength λ of the normalized amorphous silicon layer is differentiated by the optical film thickness of the amorphous silicon layer normalized by the wavelength λ of the laser light is − Formed in a film thickness range of 5 or more and +5 or less,
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-5.
前記第4工程において、前記非晶質性シリコン層は、
前記複数のゲート電極上の前記非晶質シリコン層の平均膜厚が、下記の式1)で表される範囲に含まれるように、形成されている、
請求項1〜6のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式1)0.426≦na−Si×da−Si/λSi≦0.641、ここで、da−Siは前記非晶質シリコン層の平均膜厚を表し、λSiは前記レーザー光波長を表し、na−Siは前記非晶質シリコン層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
In the fourth step, the amorphous silicon layer is
The average film thickness of the amorphous silicon layer on the plurality of gate electrodes is formed so as to be included in the range represented by the following formula 1).
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-6.
Formula 1) 0.426 ≦ n a-Si × d a-Si / λ Si ≦ 0.641, where d a-Si represents the average film thickness of the amorphous silicon layer, and λ Si represents the laser. It represents a light wavelength, and na -Si represents a refractive index of the amorphous silicon layer with respect to laser light having a wavelength λ.
前記第3工程において、前記ゲート絶縁層は、前記レーザー光の波長に対する前記ゲート絶縁層の消衰係数が0.01以下で形成されている、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
In the third step, the gate insulating layer is formed with an extinction coefficient of the gate insulating layer with respect to the wavelength of the laser light being 0.01 or less.
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-7.
前記ゲート絶縁層は、酸化珪素膜である、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
The gate insulating layer is a silicon oxide film;
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-8.
前記ゲート絶縁層は、窒化珪素膜である、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
The gate insulating layer is a silicon nitride film;
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-8.
前記ゲート絶縁層は、酸化珪素膜と窒化珪素膜との積層膜から構成される、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
The gate insulating layer is composed of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-8.
前記第3工程において、前記ゲート絶縁層は、
前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の平均膜厚が、下記の式2)で表される範囲または下記の式3)で表される範囲に含まれるように形成される、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式2)0.44≦nGI×dGI/λ≦0.74、
式3)0.96≦nGI×dGI/λ≦1.20、
ここで、dGIは前記ゲート絶縁層の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、nGIは前記ゲート絶縁層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
In the third step, the gate insulating layer comprises:
An average film thickness of the gate insulating layer on the plurality of gate electrodes is formed so as to be included in a range represented by the following formula 2) or a range represented by the following formula 3).
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-10.
Formula 2) 0.44 ≦ n GI × d GI /λ≦0.74,
Formula 3) 0.96 ≦ n GI × d GI /λ≦1.20,
Here, d GI represents the average film thickness of the gate insulating layer, λ represents the laser beam wavelength, and n GI represents the refractive index of the gate insulating layer with respect to the laser beam having the wavelength λ.
前記第3工程において、前記ゲート絶縁層は、
前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の平均膜厚が、下記の式4)で表される範囲または下記の式5)で表される範囲に含まれるように形成される、
請求項1〜12のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式4)0.47≦nGI×dGI/λ≦0.62、
式5)1.04≦nGI×dGI/λ≦1.13、
ここで、dGIは前記ゲート絶縁層の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、nGIは前記絶縁層の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
In the third step, the gate insulating layer comprises:
An average film thickness of the gate insulating layer on the plurality of gate electrodes is formed so as to be included in a range represented by the following formula 4) or a range represented by the following formula 5).
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-12.
Formula 4) 0.47 ≦ n GI × d GI /λ≦0.62.
Formula 5) 1.04 ≦ n GI × d GI /λ≦1.13,
Here, d GI represents the average film thickness of the gate insulating layer, λ represents the wavelength of the laser beam, and n GI represents the refractive index of the insulating layer with respect to the laser beam having the wavelength λ.
前記第3工程において、前記ゲート絶縁層は、
前記複数のゲート電極上の前記酸化珪素膜の平均膜厚と前記複数のゲート電極上の前記窒化珪素膜の平均膜厚とが、下記の式6)および式7)で表される領域、または式8)および式9)で表される領域に含まれるように形成される、
請求項1〜11のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式6)Y≧−1070X+1400X−688X+153X−12.90X−1.02X+0.439、
式7)Y≦49.9X−131X+127X−56.8X+11.8X−2.01X+0.736、
式8)Y≧−7.34X+8.48X+8.65X−16.0X+7.24X−2.04X+0.961、
式9)Y≦−3.75X+11.8X−13.1X+6.09X−1.12X−0.87X+1.20、
ここで、X=dSiO×nSiO/λ、かつ、Y=dSiN×nSiN/λであり、dSiOは前記酸化珪素膜の平均膜厚を表し、dSiNは前記窒化珪素膜の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、nSiOは前記酸化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表し、nSiNは前記窒化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
In the third step, the gate insulating layer comprises:
A region in which an average film thickness of the silicon oxide film on the plurality of gate electrodes and an average film thickness of the silicon nitride film on the plurality of gate electrodes are represented by the following expressions 6) and 7): Formed so as to be included in the region represented by Formula 8) and Formula 9).
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-11.
Formula 6) Y ≧ −1070X 6 + 1400X 5 −688X 4 + 153X 3 −12.90X 2 −1.02X + 0.439,
Formula 7) Y ≦ 49.9X 6 −131X 5 + 127X 4 −56.8X 3 + 11.8X 2 −2.01X + 0.736,
Formula 8) Y ≧ −7.34X 6 + 8.48X 5 + 8.65X 4 −16.0X 3 + 7.24X 2 −2.04X + 0.961,
Formula 9) Y ≦ −3.75X 6 + 11.8X 5 −13.1X 4 + 6.09X 3 −1.12X 2 −0.87X + 1.20,
Here, X = d SiO × n SiO / λ, and a Y = d SiN × n SiN / λ, d SiO represents an average film thickness of the silicon oxide film, d SiN average of the silicon nitride film Λ represents the laser light wavelength, n SiO represents the refractive index of the silicon oxide film with respect to the laser light with the wavelength λ, and n SiN represents the refractive index of the silicon nitride film with respect to the laser light with the wavelength λ. Represent.
前記第3工程において、前記ゲート絶縁層は、
前記複数のゲート電極上の前記酸化珪素膜の平均膜厚と前記複数のゲート電極上の前記窒化珪素膜の平均膜厚とが、下記の式10)および式11)で表される領域、または、式12)および式13)で表される領域に含まれるように形成される、
請求項1〜14のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイの製造方法。
式10)Y≧−132.6X+181X−93.8X+21.3X−1.33X−1.04X+0.473、
式11)Y≦23.7X−4.56X−35.4X+27.2X−5.75X−0.973X+0.619、
式12)Y≧7.46X−32.4X+50.8X−35.7X+11.0X−2.20X+1.04、
式13)Y≦−5.34X+16.7X−18.7X+9.18X−1.96X−0.821X+1.13、
ここで、X=dSiO×nSiO/λ、かつ、Y=dSiN×nSiN/λであり、dSiOは前記酸化珪素膜の平均膜厚を表し、dSiNは前記窒化珪素膜の平均膜厚を表し、λは前記レーザー光波長を表し、nSiOは前記酸化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表し、nSiNは前記窒化珪素膜の波長λのレーザー光に対する屈折率を表す。
In the third step, the gate insulating layer comprises:
A region in which an average film thickness of the silicon oxide film on the plurality of gate electrodes and an average film thickness of the silicon nitride film on the plurality of gate electrodes are represented by the following formulas 10) and 11): , And are formed so as to be included in the region represented by Formula 12) and Formula 13).
The manufacturing method of the thin-film transistor array of any one of Claims 1-14.
Formula 10) Y ≧ −132.6X 6 + 181X 5 −93.8X 4 + 21.3X 3 −1.33X 2 −1.04X + 0.473,
Equation 11) Y ≦ 23.7X 6 -4.56X 5 -35.4X 4 + 27.2X 3 -5.75X 2 -0.973X + 0.619,
Formula 12) Y ≧ 7.46X 6 −32.4X 5 + 50.8X 4 −35.7X 3 + 11.0X 2 −2.20X + 1.04,
Formula 13) Y ≦ −5.34X 6 + 16.7X 5 −18.7X 4 + 9.18X 3 −1.96X 2 −0.821X + 1.13,
Here, X = d SiO × n SiO / λ, and a Y = d SiN × n SiN / λ, d SiO represents an average film thickness of the silicon oxide film, d SiN average of the silicon nitride film Λ represents the laser light wavelength, n SiO represents the refractive index of the silicon oxide film with respect to the laser light with the wavelength λ, and n SiN represents the refractive index of the silicon nitride film with respect to the laser light with the wavelength λ. Represent.
前記第2工程は、
前記基板上に透明絶縁膜からなるアンダーコート層を形成する工程と、前記アンダーコート層上に複数のゲート電極を形成する工程とを含む、
請求項1〜15のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ装置の製造方法。
The second step includes
Forming an undercoat layer made of a transparent insulating film on the substrate; and forming a plurality of gate electrodes on the undercoat layer.
The manufacturing method of the thin-film transistor device of any one of Claims 1-15.
基板と、
前記基板上に形成された複数のゲート電極と、
前記複数のゲート電極上に共通に形成されたゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に形成された結晶性シリコン層と、
前記複数のゲート電極の各々の前記結晶性シリコン層上の領域に形成されたソース電極およびドレイン電極とを備え、
前記結晶性シリコン層は、前記ゲート絶縁層上に形成された非晶質性シリコン層を、レーザーから照射されるレーザー光を用いて結晶化させて形成され、
前記複数のゲート電極上の前記ゲート絶縁層の膜厚は、前記ゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の前記レーザー光に対する光吸収率と前記等価酸化膜厚とが正の相関にある領域の膜厚範囲で形成され、
前記複数のゲート電極上の前記非晶質性シリコン層の膜厚は、前記非晶質性シリコン層の膜厚変化に対する前記光吸収率の変動が第1基準から所定の範囲内にある領域の膜厚範囲で形成されている、
薄膜トランジスタアレイ。
A substrate,
A plurality of gate electrodes formed on the substrate;
A gate insulating layer formed in common on the plurality of gate electrodes;
A crystalline silicon layer formed on the gate insulating layer;
A source electrode and a drain electrode formed in a region on the crystalline silicon layer of each of the plurality of gate electrodes,
The crystalline silicon layer is formed by crystallizing an amorphous silicon layer formed on the gate insulating layer using laser light emitted from a laser,
The thickness of the gate insulating layer on the plurality of gate electrodes is a region in which the light absorption rate of the amorphous silicon layer on the gate electrode with respect to the laser light and the equivalent oxide thickness are positively correlated. Formed with a film thickness range of
The film thickness of the amorphous silicon layer on the plurality of gate electrodes is a region where the variation of the light absorption rate with respect to the film thickness change of the amorphous silicon layer is within a predetermined range from the first reference. Formed in the film thickness range,
Thin film transistor array.
前記ゲート電極上における前記結晶性シリコン層の平均結晶粒径は、前記ゲート電極上の前記ゲート絶縁層のゲート容量に対して、負の相関を有している、
請求項17に記載の薄膜トランジスタアレイ。
The average crystal grain size of the crystalline silicon layer on the gate electrode has a negative correlation with the gate capacitance of the gate insulating layer on the gate electrode.
The thin film transistor array according to claim 17.
前記ゲート電極上における前記結晶性シリコン層における520cm−1付近のラマン散乱スペクトルピークの半値幅は、前記ゲート電極上の前記ゲート絶縁層のゲート容量に対して、正の相関を有している、
請求項17に記載の薄膜トランジスタアレイ。
The half width of the Raman scattering spectrum peak near 520 cm −1 in the crystalline silicon layer on the gate electrode has a positive correlation with the gate capacitance of the gate insulating layer on the gate electrode.
The thin film transistor array according to claim 17.
液晶パネルまたはELパネルを含む表示装置であって、
請求項17〜19のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタアレイを備え、
前記薄膜トランジスタアレイは、前記液晶パネルまたはELパネルを駆動させる、
表示装置。
A display device including a liquid crystal panel or an EL panel,
A thin film transistor array according to any one of claims 17 to 19, comprising:
The thin film transistor array drives the liquid crystal panel or the EL panel.
Display device.
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