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JP2012015140A - Thin film transistor manufacturing method, thin film transistor and display device - Google Patents

Thin film transistor manufacturing method, thin film transistor and display device Download PDF

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JP2012015140A
JP2012015140A JP2010147101A JP2010147101A JP2012015140A JP 2012015140 A JP2012015140 A JP 2012015140A JP 2010147101 A JP2010147101 A JP 2010147101A JP 2010147101 A JP2010147101 A JP 2010147101A JP 2012015140 A JP2012015140 A JP 2012015140A
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JP
Japan
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thin film
silicon film
film transistor
film
polycrystalline silicon
Prior art date
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Pending
Application number
JP2010147101A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihisa Asano
悟久 浅野
Hiroshi Nakatsuji
広志 中辻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2010147101A priority Critical patent/JP2012015140A/en
Publication of JP2012015140A publication Critical patent/JP2012015140A/en
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Abstract

【課題】信頼性を向上させると共に、電気的特性を改善することができる薄膜トランジスタの製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス基板11上に成膜された非晶質シリコン膜20に、ガラス基板11の裏面側からレーザ光を照射することによって、縦成長モードで多結晶シリコン膜30を形成する。多結晶シリコン膜30は、溶融した半導体の表面に高い密度で形成された種結晶からガラス基板11側に向かって固化することにより形成される。これにより、多結晶シリコン膜30の表面付近には、微結晶シリコン領域を多く含む不完全結晶層32が形成される。そこで、不完全結晶層32をエッチングにより除去して、多結晶シリコン膜33を形成し、多結晶シリコン膜33を活性層とするTFTを製造する。
【選択図】図4
A method of manufacturing a thin film transistor capable of improving reliability and improving electrical characteristics is provided.
A polycrystalline silicon film is formed in a vertical growth mode by irradiating an amorphous silicon film formed on a glass substrate with laser light from the back side of the glass substrate. The polycrystalline silicon film 30 is formed by solidifying the seed crystal formed at a high density on the surface of the molten semiconductor toward the glass substrate 11 side. As a result, an incomplete crystal layer 32 including many microcrystalline silicon regions is formed near the surface of the polycrystalline silicon film 30. Therefore, the incomplete crystal layer 32 is removed by etching to form a polycrystalline silicon film 33, and a TFT having the polycrystalline silicon film 33 as an active layer is manufactured.
[Selection] Figure 4

Description

本発明は、薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、および表示装置に関し、より詳しくは、アクティブマトリクス型表示装置に好適に用いられる薄膜トランジスタの製造方法、薄膜トランジスタ、および表示装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor, a thin film transistor, and a display device. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor, a thin film transistor, and a display device that are suitably used for an active matrix display device.

近年、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下「TFT」という)によって駆動されるアクティブマトリクス型の液晶表示装置や有機EL(Electro Luminescence)表示装置が注目を集めている。このような表示装置における表示品位を向上させるべく、非晶質シリコンからなる活性層ではなく、多結晶シリコンからなる活性層を備えるTFTが用いられている。多結晶シリコンを用いたTFTは、非晶質シリコンを用いたTFTに比べて、移動度を大きく向上させることができる。このため、多結晶シリコンを用いたTFTは、画素形成部のスイッチング素子のみならず、ゲートドライバやソースドライバなどの周辺回路を構成するTFTとしても使用されるようになってきた。このような多結晶シリコンの形成方法として、固相成長法、レーザアニール法などが知られているが、特にエキシマレーザを用いるレーザアニール法は、結晶性の高い多結晶シリコンを形成する方法として最も多く使用されている。   In recent years, active matrix liquid crystal display devices and organic EL (Electro Luminescence) display devices driven by thin film transistors (hereinafter referred to as “TFTs”) have attracted attention. In order to improve display quality in such a display device, a TFT having an active layer made of polycrystalline silicon instead of an active layer made of amorphous silicon is used. A TFT using polycrystalline silicon can greatly improve mobility compared to a TFT using amorphous silicon. For this reason, TFTs using polycrystalline silicon have come to be used not only as switching elements in pixel forming portions but also as TFTs constituting peripheral circuits such as gate drivers and source drivers. As a method for forming such polycrystalline silicon, a solid phase growth method, a laser annealing method, and the like are known. In particular, a laser annealing method using an excimer laser is the most preferable method for forming polycrystalline silicon having high crystallinity. Many are used.

しかし、レーザアニール法を用いた場合、レーザ光を照射することにより溶融したシリコン(以下、「溶融シリコン」という)と基板との温度勾配が大きくなるので、溶融シリコンは速く固化して多結晶シリコンになる。このため、レーザアニール法によって形成された多結晶シリコンの結晶粒は小さくなる。   However, when the laser annealing method is used, the temperature gradient between the molten silicon (hereinafter referred to as “molten silicon”) and the substrate is increased by irradiating the laser beam, so the molten silicon solidifies quickly and becomes polycrystalline silicon. become. For this reason, the crystal grain of the polycrystalline silicon formed by the laser annealing method becomes small.

特許文献1は、結晶粒の大きな多結晶シリコンを形成するレーザアニール法を開示している。具体的には、まず、ガラス基板上に形成されたベースコート膜の表面に非晶質シリコン膜を成膜する。次に、ガラス基板の裏面側からXeClエキシマレーザ(以下、「レーザ光」という)を照射して非晶質シリコン膜を溶融させ、その後固化させる。このとき、ガラス基板と非晶質シリコン膜とは、レーザ光によって同時に加熱されるので、ガラス基板と非晶質シリコン膜との温度勾配が小さくなる。これにより、溶融シリコンはゆっくり固化するようになるので、結晶粒径の大きな多結晶シリコン膜が形成される。   Patent Document 1 discloses a laser annealing method for forming polycrystalline silicon having large crystal grains. Specifically, first, an amorphous silicon film is formed on the surface of the base coat film formed on the glass substrate. Next, XeCl excimer laser (hereinafter referred to as “laser light”) is irradiated from the back side of the glass substrate to melt the amorphous silicon film, and then solidify. At this time, since the glass substrate and the amorphous silicon film are simultaneously heated by the laser beam, the temperature gradient between the glass substrate and the amorphous silicon film is reduced. As a result, the molten silicon solidifies slowly, so that a polycrystalline silicon film having a large crystal grain size is formed.

また、ガラス基板の表面側から非晶質シリコン膜にレーザ光を照射することによって多結晶シリコン膜を形成する場合、固化は裏面から表面に向かって進むので、例えば50nm程度の大きな段差を有する凹凸が多結晶シリコン膜の表面に形成される。このような多結晶シリコン膜の表面にゲート絶縁膜を形成すれば、ゲート絶縁膜の膜厚が凸部で局所的に薄くなる。このため、TFTの動作中にゲート絶縁膜の薄くなった箇所で絶縁破壊が生じやすくなり、TFTの信頼性が低下する。   In addition, when a polycrystalline silicon film is formed by irradiating an amorphous silicon film with laser light from the surface side of the glass substrate, solidification proceeds from the back surface to the surface, so that unevenness having a large step of about 50 nm, for example. Is formed on the surface of the polycrystalline silicon film. If a gate insulating film is formed on the surface of such a polycrystalline silicon film, the thickness of the gate insulating film is locally reduced at the convex portions. For this reason, dielectric breakdown is likely to occur at the thinned portion of the gate insulating film during the operation of the TFT, and the reliability of the TFT is lowered.

そこで、特許文献1に開示されているように、ガラス基板の裏面側からレーザ光を非晶質シリコン膜に照射する。非晶質シリコン膜は溶融シリコンになり、その表面の温度よりも裏面の温度が高くなる。このため、溶融シリコンの固化は、表面から始まり、裏面に向かって進む。この場合、ガラス基板の表面側からレーザ光を照射する場合と異なり、多結晶シリコン膜の表面に形成される凹凸の段差は、例えば30nm程度まで小さくなる。このような多結晶シリコン膜の表面にゲート絶縁膜を形成しても、ゲート絶縁膜の膜厚は凸部で局所的に薄くなりにくくなる。これにより、ゲート絶縁膜は絶縁破壊しにくくなり、TFTの信頼性を向上させることができる。   Therefore, as disclosed in Patent Document 1, the amorphous silicon film is irradiated with laser light from the back side of the glass substrate. The amorphous silicon film becomes molten silicon, and the back surface temperature is higher than the surface temperature. For this reason, solidification of molten silicon starts from the front surface and proceeds toward the back surface. In this case, unlike the case where the laser beam is irradiated from the surface side of the glass substrate, the uneven step formed on the surface of the polycrystalline silicon film is reduced to, for example, about 30 nm. Even if a gate insulating film is formed on the surface of such a polycrystalline silicon film, the thickness of the gate insulating film is not easily locally reduced at the convex portion. As a result, the gate insulating film is difficult to break down, and the reliability of the TFT can be improved.

特開平9−330879号公報JP-A-9-330879

しかし、特許文献1に記載されたレーザアニール法を用いて形成した多結晶シリコン膜を活性層とするTFTについて電気的特性を測定したところ、移動度は184cm2/V・sであり、S係数(subthreshold voltage swing)は0.32V/degであった。一方、ガラス基板の表面側からレーザ光を照射して形成した多結晶シリコン膜を活性層とするTFTにおける移動度は220cm2/V・sであり、S係数は0.25V/degであった。このことから、ガラス基板の裏面側からレーザ光を照射した場合には、ガラス基板の表面側から照射した場合に比べて、各電気的特性が20%程度悪くなることがわかった。   However, when the electrical characteristics of a TFT having a polycrystalline silicon film formed by using the laser annealing method described in Patent Document 1 as an active layer were measured, the mobility was 184 cm 2 / V · s, and the S coefficient ( subthreshold voltage swing) was 0.32 V / deg. On the other hand, the mobility in a TFT having a polycrystalline silicon film formed by irradiating laser light from the surface side of a glass substrate as an active layer was 220 cm 2 / V · s, and the S coefficient was 0.25 V / deg. From this, it was found that when the laser beam was irradiated from the back side of the glass substrate, each electrical characteristic was deteriorated by about 20% compared to the case of irradiation from the front side of the glass substrate.

そこで、本発明の目的は、信頼性を向上させると共に、電気的特性を改善することができる薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、そのような製造方法によって製造された薄膜トランジスタおよび表示装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a thin film transistor capable of improving reliability and improving electrical characteristics. Another object of the present invention is to provide a thin film transistor and a display device manufactured by such a manufacturing method.

第1の発明は、可視光領域で透明な絶縁基板上に形成された薄膜トランジスタの製造法であって、
前記絶縁基板の表面上に半導体膜を成膜する工程と、
前記絶縁基板の裏面側から前記半導体膜にレーザ光を照射することにより、微結晶半導体領域を含む不完全結晶層を表面に有する第1の多結晶半導体膜を縦成長モードで形成する工程と、
前記第1の多結晶半導体膜から前記不完全結晶層を除去して第2の多結晶半導体膜を形成する工程と、
前記第2の多結晶半導体膜をパターニングして活性層を形成する工程と、
前記活性層を覆うようにゲート絶縁膜を成膜する工程と、
前記ゲート絶縁膜の表面にゲート電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
The first invention is a method of manufacturing a thin film transistor formed on an insulating substrate transparent in the visible light region,
Forming a semiconductor film on the surface of the insulating substrate;
Irradiating the semiconductor film with a laser beam from the back side of the insulating substrate to form a first polycrystalline semiconductor film having an incomplete crystal layer including a microcrystalline semiconductor region on a surface in a vertical growth mode;
Removing the incomplete crystalline layer from the first polycrystalline semiconductor film to form a second polycrystalline semiconductor film;
Patterning the second polycrystalline semiconductor film to form an active layer;
Forming a gate insulating film so as to cover the active layer;
Forming a gate electrode on the surface of the gate insulating film.

第2の発明は、第1の発明において、
前記不完全結晶層の除去は、ドライエッチング法を用いて前記第1の多結晶半導体膜から前記不完全結晶層を除去することを特徴とする。
According to a second invention, in the first invention,
The incomplete crystal layer is removed by removing the incomplete crystal layer from the first polycrystalline semiconductor film by using a dry etching method.

第3の発明は、第1の発明において、
前記不完全結晶層の除去は、ウエットエッチング法を用いて前記第1の多結晶半導体膜から前記不完全結晶層を除去することを特徴とする。
According to a third invention, in the first invention,
The incomplete crystal layer is removed by removing the incomplete crystal layer from the first polycrystalline semiconductor film using a wet etching method.

第4の発明は、第1から第3までのいずれかの発明において、
前記半導体膜は、非晶質半導体膜であることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
The semiconductor film is an amorphous semiconductor film.

第5の発明は、第1から第4までのいずれかの発明において、
前記レーザ光は、その一部が前記絶縁基板に吸収される波長の光であることを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
A part of the laser light is light having a wavelength that is absorbed by the insulating substrate.

第6の発明は、第5の発明において、
前記レーザ光は、パルス発振XeClエキシマレーザであることを特徴とする。
According to a sixth invention, in the fifth invention,
The laser beam is a pulsed XeCl excimer laser.

第7の発明は、第1から第6までのいずれかの発明に係る薄膜トランジスタの製造方法によって製造された薄膜トランジスタである。   A seventh invention is a thin film transistor manufactured by the method of manufacturing a thin film transistor according to any one of the first to sixth inventions.

第8の発明は、第7の発明に係る薄膜トランジスタと、画像表示部とを備える表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、前記画像表示部のスイッチング素子として用いられていることを特徴とする。
An eighth invention is a display device comprising the thin film transistor according to the seventh invention and an image display unit,
The thin film transistor is used as a switching element of the image display unit.

第9の発明は、第8の発明において、
前記画像表示部を駆動する周辺回路をさらに備え、
前記周辺回路は、前記薄膜トランジスタを含むことを特徴とする。
In a ninth aspect based on the eighth aspect,
A peripheral circuit for driving the image display unit;
The peripheral circuit includes the thin film transistor.

上記第1の発明によれば、可視光領域で透明な絶縁基板上に成膜された半導体膜に、絶縁基板の裏面側からレーザ光を照射することによって、縦成長モードで第1の多結晶半導体膜を形成する。第1の多結晶半導体膜は、溶融した半導体の表面に高い密度で形成された種結晶から絶縁基板側に向かって固化することにより形成される。このようにして形成された第1の多結晶半導体膜の表面付近に、微結晶半導体を含む領域が形成されている。そこで、微結晶半導体を含む領域をエッチングにより除去して、第2の多結晶半導体膜を形成する。これにより、第1の多結晶半導体膜の表面に形成された小さな段差の凹凸が、凹凸の段差を維持したまま、第2の多結晶半導体膜の表面に転写されるので、信頼性を向上させた薄膜トランジスタを製造することができる。さらに、第2の多結晶半導体膜の結晶性が高くなるので、キャリアの移動度を高くしたり、S係数を低くしたりすることができるなど、電気的特性を改善した薄膜トランジスタを製造することができる。   According to the first aspect of the present invention, the first polycrystal is formed in the vertical growth mode by irradiating the semiconductor film formed on the transparent insulating substrate in the visible light region with the laser beam from the back surface side of the insulating substrate. A semiconductor film is formed. The first polycrystalline semiconductor film is formed by solidifying the seed crystal formed at a high density on the surface of the molten semiconductor toward the insulating substrate. A region containing a microcrystalline semiconductor is formed in the vicinity of the surface of the first polycrystalline semiconductor film thus formed. Therefore, the region including the microcrystalline semiconductor is removed by etching to form a second polycrystalline semiconductor film. As a result, the unevenness of small steps formed on the surface of the first polycrystalline semiconductor film is transferred to the surface of the second polycrystalline semiconductor film while maintaining the uneven steps, thereby improving the reliability. Thin film transistors can be manufactured. Furthermore, since the crystallinity of the second polycrystalline semiconductor film is increased, it is possible to manufacture a thin film transistor with improved electrical characteristics, such as an increase in carrier mobility and a decrease in S coefficient. it can.

上記第2の発明によれば、第1の多結晶半導体膜の表面に形成された不完全結晶層をドライエッチング法によって除去するので、エッチング条件を調整して、膜厚の面内ばらつきが小さな第2の多結晶半導体膜を形成することができる。これにより、電気的特性が安定した薄膜トランジスタを製造することができる。   According to the second aspect, since the incomplete crystal layer formed on the surface of the first polycrystalline semiconductor film is removed by the dry etching method, the etching conditions are adjusted and the in-plane variation in film thickness is small. A second polycrystalline semiconductor film can be formed. Thereby, a thin film transistor having stable electrical characteristics can be manufactured.

上記第3の発明によれば、ウエットエッチング法により、第1の多結晶半導体膜の表面に形成された不完全結晶層を容易に除去することができる。これにより、薄膜トランジスタの製造方法を簡略化することができる。   According to the third aspect, the incomplete crystal layer formed on the surface of the first polycrystalline semiconductor film can be easily removed by wet etching. Thereby, the manufacturing method of a thin-film transistor can be simplified.

上記第4の発明によれば、非晶質半導体膜は成膜が容易な半導体膜であるので、薄膜トランジスタの製造方法を簡略化することができる。   According to the fourth aspect, since the amorphous semiconductor film is a semiconductor film that can be easily formed, the method for manufacturing the thin film transistor can be simplified.

上記第5の発明によれば、レーザ光の一部が絶縁基板に吸収されることにより、絶縁基板の温度が高くなり、絶縁基板と溶融した半導体との温度勾配が小さくなる。このため、溶融した半導体はゆっくり固化して、結晶粒の大きな第1の多結晶半導体膜になる。これにより、電気的特性が改善された薄膜トランジスタを製造することができる。   According to the fifth aspect, a part of the laser light is absorbed by the insulating substrate, so that the temperature of the insulating substrate is increased and the temperature gradient between the insulating substrate and the molten semiconductor is decreased. For this reason, the melted semiconductor is slowly solidified to become a first polycrystalline semiconductor film having large crystal grains. Thus, a thin film transistor with improved electrical characteristics can be manufactured.

上記第6の発明によれば、レーザ光としてXeClエキシマレーザを用いることにより、絶縁基板に吸収されるレーザ光の割合を高くして、絶縁基板と溶融した半導体との温度勾配をより小さくすることができる。また、レーザ光はパルス発振されるので、半導体膜を全層溶融させることもない。これにより、第1の多結晶半導体膜の結晶粒をより大きくすることができるので、電気的特性がより改善された薄膜トランジスタを製造することができる。   According to the sixth aspect of the invention, by using the XeCl excimer laser as the laser light, the ratio of the laser light absorbed by the insulating substrate is increased, and the temperature gradient between the insulating substrate and the molten semiconductor is further reduced. Can do. In addition, since the laser light is pulse-oscillated, the entire semiconductor film is not melted. Thereby, since the crystal grains of the first polycrystalline semiconductor film can be made larger, a thin film transistor with improved electrical characteristics can be manufactured.

上記第7の発明によれば、第2の多結晶半導体膜の表面に形成される凹凸の段差は小さく、その結晶性は高い。このような第2の多結晶半導体膜を活性層とすることにより、ゲート絶縁膜の絶縁破壊を生じにくくすると共に、結晶性を高くすることができる。これにより、信頼性を向上させると共に、電気的特性を改善した薄膜トランジスタが得られる。   According to the seventh aspect, the uneven step formed on the surface of the second polycrystalline semiconductor film is small and its crystallinity is high. By using such a second polycrystalline semiconductor film as an active layer, it is possible to make it difficult for dielectric breakdown of the gate insulating film to occur and to increase crystallinity. Thus, a thin film transistor with improved reliability and improved electrical characteristics can be obtained.

上記第8の発明によれば、薄膜トランジスタを表示装置の画素形成部のスイッチング素子として用いれば、薄膜トランジスタの移動度が大きく、S係数が小さいので、スイッチング動作を高速で行なうことができる。これにより、薄膜トランジスタは、ソース配線から与えられる映像信号を、短時間で画素容量に充電できるようになるので、画素形成部の数を増やして画像表示部を高精細化することができる。   According to the eighth aspect, when a thin film transistor is used as a switching element in a pixel formation portion of a display device, the mobility of the thin film transistor is large and the S coefficient is small, so that the switching operation can be performed at high speed. As a result, the thin film transistor can charge the pixel capacitor with the video signal supplied from the source wiring in a short time, so that the number of the pixel forming portions can be increased and the image display portion can be made high definition.

上記第9の発明によれば、薄膜トランジスタを用いて周辺回路を構成すれば、周辺回路の動作速度を速くすることができる。これにより、周辺回路の回路規模が小さくなるので、画像表示部が形成された表示パネルの額縁部を小さくして、表示装置を小型化することができる。また、表示装置を高性能化、高画質化することができる。   According to the ninth aspect, if the peripheral circuit is configured using thin film transistors, the operation speed of the peripheral circuit can be increased. As a result, the circuit scale of the peripheral circuit is reduced, so that the frame portion of the display panel on which the image display unit is formed can be reduced, and the display device can be reduced in size. In addition, the display device can have high performance and high image quality.

(a)は、ベースコート膜を介して非晶質シリコン膜を成膜したガラス基板の断面図であり、(b)は、(a)に示すガラス基板の裏面側から非晶質シリコン膜にレーザ光を照射して多結晶シリコン膜を形成するレーザアニール法を示す断面図である。(A) is sectional drawing of the glass substrate which formed the amorphous silicon film through the basecoat film, (b) is a laser to an amorphous silicon film from the back surface side of the glass substrate shown to (a). It is sectional drawing which shows the laser annealing method which irradiates light and forms a polycrystalline-silicon film. 図1に示すレーザアニール法によって形成された多結晶シリコン膜の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a polycrystalline silicon film formed by the laser annealing method shown in FIG. 図2に示す不完全結晶層を除去した多結晶シリコン膜の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the polycrystalline silicon film from which the incomplete crystal layer shown in FIG. 2 is removed. (a)〜(d)は、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタの各製造工程を示す工程断面図である。(A)-(d) is process sectional drawing which shows each manufacturing process of the thin-film transistor which concerns on embodiment of this invention. (a)〜(c)は、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタの各製造工程を示す工程断面図である。(A)-(c) is process sectional drawing which shows each manufacturing process of the thin-film transistor which concerns on embodiment of this invention. (a)は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルを示す斜視図であり、(b)は、(a)に示す液晶パネルに含まれるTFT基板を示す斜視図である。(A) is a perspective view which shows the liquid crystal panel of an active-matrix liquid crystal display device, (b) is a perspective view which shows the TFT substrate contained in the liquid crystal panel shown to (a).

<1.基礎検討>
可視光領域で透明な絶縁基板であるガラス基板上に形成されたベースコート膜の表面に非晶質シリコン膜を成膜した後に、ガラス基板の裏面側から非晶質シリコン膜にレーザ光を照射(以下、「裏面照射」という)して、多結晶シリコン膜を形成する場合の問題点とその解決方法を検討する。
<1. Basic study>
After an amorphous silicon film is formed on the surface of the base coat film formed on the glass substrate which is a transparent insulating substrate in the visible light region, the amorphous silicon film is irradiated with laser light from the back side of the glass substrate ( Hereinafter, a problem and a method for solving the problem in forming a polycrystalline silicon film will be examined.

図1(a)は、ベースコート膜15を介して非晶質シリコン膜20を成膜したガラス基板11の断面図であり、(b)は、(a)に示すガラス基板11の裏面側から非晶質シリコン膜20にレーザ光を照射して多結晶シリコン膜30を形成するレーザアニール法を示す断面図である。図1(a)に示すように、ガラス基板11上に窒化シリコン(SiNx)などからなるベースコート膜15を成膜し、ベースコート膜15の表面に非晶質シリコン膜20を成膜する。   FIG. 1A is a cross-sectional view of a glass substrate 11 on which an amorphous silicon film 20 is formed via a base coat film 15, and FIG. 1B is a cross-sectional view from the back side of the glass substrate 11 shown in FIG. 4 is a cross-sectional view showing a laser annealing method for forming a polycrystalline silicon film 30 by irradiating a crystalline silicon film 20 with laser light. FIG. As shown in FIG. 1A, a base coat film 15 made of silicon nitride (SiNx) or the like is formed on a glass substrate 11, and an amorphous silicon film 20 is formed on the surface of the base coat film 15.

図1(b)に示すように、非晶質シリコン膜20にレーザ光を裏面照射(図1(b)の下側から照射)する。このとき、非晶質シリコン膜20が全層溶融(フルメルト)しないように、照射するレーザ光のエネルギー密度とスキャン速度を調整する。非晶質シリコン膜20は、レーザ光を照射することによって溶融シリコン21になり、さらに縦成長モードで結晶成長して多結晶シリコン膜30になる。   As shown in FIG. 1B, the amorphous silicon film 20 is irradiated with a laser beam on the back surface (irradiated from the lower side of FIG. 1B). At this time, the energy density and scanning speed of the laser beam to be irradiated are adjusted so that the amorphous silicon film 20 does not melt (full melt) in all layers. The amorphous silicon film 20 becomes molten silicon 21 when irradiated with laser light, and further crystal grows in a vertical growth mode to become a polycrystalline silicon film 30.

このような方法で形成した多結晶シリコン膜30を活性層とするTFTを製造して、その移動度とS係数を測定した。その結果、TFTの移動度は150cm2/V・sであり、S係数は0.39V/degであった。 A TFT having the polycrystalline silicon film 30 formed by such a method as an active layer was manufactured, and its mobility and S coefficient were measured. As a result, the mobility of the TFT was 150 cm 2 / V · s, and the S coefficient was 0.39 V / deg.

一方、ガラス基板の表面側から非晶質シリコン膜にレーザ光を照射(以下、「表面照射」という)して多結晶シリコン膜を形成する。この多結晶シリコン膜を活性層とするTFTを製造して、その移動度とS係数を測定した。その結果、TFTの移動度は220cm2/V・sであり、S係数は0.25V/degであった。なお、S係数は、ゲート電圧が閾値電圧以下の状態において、ドレイン電流を1桁変化させるのに必要なゲート電圧として定義され、S係数が小さければ小さいほどオン/オフをより早く切り換えることができる。 On the other hand, a polycrystalline silicon film is formed by irradiating the amorphous silicon film with laser light (hereinafter referred to as “surface irradiation”) from the surface side of the glass substrate. A TFT having this polycrystalline silicon film as an active layer was manufactured, and its mobility and S coefficient were measured. As a result, the mobility of the TFT was 220 cm 2 / V · s, and the S coefficient was 0.25 V / deg. The S coefficient is defined as a gate voltage required to change the drain current by one digit in a state where the gate voltage is equal to or lower than the threshold voltage. The smaller the S coefficient, the faster the on / off switching. .

上記結果から、裏面照射によって形成された多結晶シリコン膜30を活性層とするTFTでは、表面照射によって形成された多結晶シリコン膜を活性層とするTFTに比べて、その電気的特性が20%程度悪くなることがわかった。   From the above results, the TFT using the polycrystalline silicon film 30 formed by the backside irradiation as the active layer has an electrical characteristic of 20% as compared with the TFT using the polycrystalline silicon film formed by the surface irradiation as the active layer. It turned out to be worse.

図2は、裏面照射によって形成された多結晶シリコン膜30の構造を示す断面図である。図2に示すように、多結晶シリコン膜30の表面には、非晶質シリコン膜20(半導体膜)が結晶化されずにそのまま残った非晶質シリコンや0.1μm以下の小さな結晶粒からなる微結晶シリコンを含む領域(以下、「微結晶シリコン領域31」という)が存在する。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the polycrystalline silicon film 30 formed by backside irradiation. As shown in FIG. 2, the amorphous silicon film 20 (semiconductor film) is not crystallized on the surface of the polycrystalline silicon film 30 and remains from the amorphous silicon or small crystal grains of 0.1 μm or less. There is a region containing microcrystalline silicon (hereinafter referred to as “microcrystalline silicon region 31”).

この微結晶シリコン領域31は、次のようにして多結晶シリコン膜30の表面に形成されると考えられる。裏面照射によって非晶質シリコン膜20が溶融シリコン21になると、溶融シリコン21の裏面(ガラス基板11側の面)よりも温度が低い表面に、高い密度で種結晶が形成される。なお、種結晶は、肉眼では見えないほど小さいので、図2には記載されていない。溶融シリコン21は、その表面に形成された種結晶から裏面側に向かって徐々に結晶成長し、多結晶シリコン膜30になる。このとき、温度の低い表面側の結晶化が十分に進まないので、表面付近に微結晶シリコン領域31が形成されやすい。特に、微結晶シリコン領域31は、多結晶シリコン膜30の表面から10〜20μmの深さまでの間に形成されやすい。そこで、本明細書においては、多結晶シリコン膜30の表面付近に形成された、微結晶シリコン領域31を多く含む層を不完全結晶層32ということとする。   The microcrystalline silicon region 31 is considered to be formed on the surface of the polycrystalline silicon film 30 as follows. When the amorphous silicon film 20 becomes the molten silicon 21 by the back surface irradiation, seed crystals are formed at a high density on the surface whose temperature is lower than the back surface of the molten silicon 21 (the surface on the glass substrate 11 side). Note that the seed crystal is not shown in FIG. 2 because it is so small that it cannot be seen with the naked eye. The molten silicon 21 gradually grows from the seed crystal formed on the surface thereof toward the back surface, and becomes a polycrystalline silicon film 30. At this time, since the crystallization on the surface side at a low temperature does not proceed sufficiently, the microcrystalline silicon region 31 is likely to be formed near the surface. In particular, the microcrystalline silicon region 31 is easily formed between the surface of the polycrystalline silicon film 30 and a depth of 10 to 20 μm. Therefore, in this specification, a layer that is formed near the surface of the polycrystalline silicon film 30 and includes a large amount of the microcrystalline silicon region 31 is referred to as an incomplete crystal layer 32.

これに対して、表面照射によって形成された多結晶シリコン膜では、種結晶は溶融シリコンの裏面(ガラス基板側)に形成される。溶融シリコンは、裏面に形成された種結晶からその表面側に向かって徐々に結晶成長し、多結晶シリコン膜になる。このため、表面照射によって形成された多結晶シリコン膜には、その裏面付近に微結晶シリコン領域が多く存在する。   On the other hand, in the polycrystalline silicon film formed by surface irradiation, the seed crystal is formed on the back surface (glass substrate side) of the molten silicon. The molten silicon gradually grows from the seed crystal formed on the back surface toward the front surface side to become a polycrystalline silicon film. For this reason, a polycrystalline silicon film formed by front surface irradiation has many microcrystalline silicon regions near the back surface thereof.

多結晶シリコン膜30を用いてTFTの活性層を形成した場合、オン電流が流れるゲート電極側の多結晶シリコン膜30の表面に微結晶シリコン領域31が多数存在するので、結晶粒界が多くなり、移動度は小さくなる。一方、表面照射によって形成した多結晶シリコン膜を用いてTFTの活性層を形成した場合、ゲート電極側の多結晶シリコン膜の表面に微結晶シリコン領域がほとんど存在しないので、結晶粒界は少なくなり、移動度は大きくなる。   When an active layer of a TFT is formed using the polycrystalline silicon film 30, a large number of microcrystalline silicon regions 31 are present on the surface of the polycrystalline silicon film 30 on the gate electrode side through which an on-current flows, so that the number of crystal grain boundaries increases. The mobility becomes small. On the other hand, when a TFT active layer is formed using a polycrystalline silicon film formed by surface irradiation, there are almost no microcrystalline silicon regions on the surface of the polycrystalline silicon film on the gate electrode side, so there are fewer grain boundaries. , Mobility increases.

また、多結晶シリコン膜30を用いてTFTの活性層を形成した場合、ゲート電極側の多結晶シリコン膜30の表面に微結晶シリコン領域31が多数存在するので、TFTをオフした時にゲート電圧の低下に伴うオフ電流の減少割合が少なくなり、S係数は大きくなる。一方、表面照射によって形成した多結晶シリコン膜を用いてTFTの活性層を形成した場合、ゲート電極側の多結晶シリコン膜の表面に微結晶シリコン領域がほとんど存在しないので、オフ電流の減少割合が大きくなり、S係数は小さくなる。これらのことから、表面照射によって形成された多結晶シリコン膜を活性層とするTFTは、裏面照射によって形成され、表面に微結晶シリコン領域31が存在する多結晶シリコン膜30を活性層とするTFTよりも、良好な電気的特性を示すことがわかる。   Further, when the TFT active layer is formed using the polycrystalline silicon film 30, since there are many microcrystalline silicon regions 31 on the surface of the polycrystalline silicon film 30 on the gate electrode side, the gate voltage is reduced when the TFT is turned off. The reduction rate of the off-current due to the decrease decreases, and the S coefficient increases. On the other hand, when the active layer of the TFT is formed using a polycrystalline silicon film formed by surface irradiation, since there is almost no microcrystalline silicon region on the surface of the polycrystalline silicon film on the gate electrode side, the reduction rate of off-current is The S coefficient becomes small as it increases. Therefore, a TFT having an active layer made of a polycrystalline silicon film formed by front surface irradiation is a TFT having an active layer made of a polycrystalline silicon film 30 having a microcrystalline silicon region 31 on the surface formed by back surface irradiation. It can be seen that better electrical characteristics are exhibited.

一方、上述のように、裏面照射によって形成された多結晶シリコン膜30では、その表面に形成された凹凸の段差が小さくなる。このため、裏面照射によって形成された多結晶シリコン膜30を活性層とするTFTにおいて、ゲート絶縁膜の絶縁破壊が生じにくくなり、信頼性が向上する。   On the other hand, as described above, in the polycrystalline silicon film 30 formed by the backside irradiation, the uneven step formed on the surface is reduced. For this reason, in the TFT having the polycrystalline silicon film 30 formed by the backside irradiation as the active layer, the dielectric breakdown of the gate insulating film hardly occurs, and the reliability is improved.

そこで、裏面照射によって多結晶シリコン膜30を形成後、その表面の不完全結晶層32を除去すれば、上述の問題点を解決できることがわかる。図3は、不完全結晶層32を除去した多結晶シリコン膜33の断面図である。図3に示すように、裏面照射によって形成された多結晶シリコン膜30の表面の不完全結晶層32をエッチングにより除去し、多結晶シリコン膜33(第2の多結晶シリコン膜)を残す。このようにして得られた多結晶シリコン膜33を活性層とするTFTでは、信頼性が向上すると共に、電気的特性が改善される。なお、裏面照射による溶融シリコン21の固化時に多結晶シリコン膜30の表面に形成される凹凸は、不完全結晶層32をエッチングによって除去した後も多結晶シリコン膜33の表面に転写され、同じ段差を維持した状態で残されている。   Therefore, it can be understood that the above-described problems can be solved by removing the incomplete crystal layer 32 on the front surface after forming the polycrystalline silicon film 30 by backside irradiation. FIG. 3 is a cross-sectional view of the polycrystalline silicon film 33 with the incomplete crystal layer 32 removed. As shown in FIG. 3, the incomplete crystal layer 32 on the surface of the polycrystalline silicon film 30 formed by backside illumination is removed by etching, leaving a polycrystalline silicon film 33 (second polycrystalline silicon film). In the TFT using the polycrystalline silicon film 33 thus obtained as an active layer, reliability is improved and electrical characteristics are improved. The unevenness formed on the surface of the polycrystalline silicon film 30 when the molten silicon 21 is solidified by backside irradiation is transferred to the surface of the polycrystalline silicon film 33 even after the incomplete crystalline layer 32 is removed by etching, and the same step is formed. It is left in a state of maintaining.

<2.薄膜トランジスタの製造方法>
図4および図5は、裏面照射により結晶化した多結晶シリコン膜30を活性層とするTFT10の各製造工程を示す工程断面図である。なお、図1〜図3に示す構成要素と同じ構成要素には、同じ参照符号を付して説明する。
<2. Thin Film Transistor Manufacturing Method>
4 and 5 are process cross-sectional views showing respective manufacturing processes of the TFT 10 using the polycrystalline silicon film 30 crystallized by backside irradiation as an active layer. The same components as those shown in FIGS. 1 to 3 will be described with the same reference numerals.

図4(a)に示すように、可視光領域で透明な絶縁基板であるガラス基板11上にベースコート膜15を成膜する。ベースコート膜15は、窒化シリコンまたは酸化シリコン(SiO2)からなり、プラズマCVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法などによって成膜される。ベースコート膜の表面に、膜厚30〜70nmの非晶質シリコン膜20を成膜する。非晶質シリコン膜20は、水素(H2)ガスおよびモノシラン(SiH4)ガスを原料ガスとする減圧CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法などによって成膜される。 As shown in FIG. 4A, a base coat film 15 is formed on a glass substrate 11 which is an insulating substrate transparent in the visible light region. The base coat film 15 is made of silicon nitride or silicon oxide (SiO 2 ), and is formed by a plasma enhanced chemical vapor deposition (plasma CVD) method or the like. An amorphous silicon film 20 having a thickness of 30 to 70 nm is formed on the surface of the base coat film. The amorphous silicon film 20 is formed by a low pressure chemical vapor deposition (CVD) method using hydrogen (H 2 ) gas and monosilane (SiH 4 ) gas as source gases.

図4(b)に示すように、ガラス基板11の裏面側(図4(b)の下側)から、レーザ光を照射して、非晶質シリコン膜20をアニールする。照射するレーザ光は、波長308nmのパルス発振XeClエキシマレーザである。縦成長モードで結晶化して多結晶シリコン膜30を形成するために、非晶質シリコン膜20が全層溶融しないように、レーザ光のエネルギー密度とスキャン速度を調整する必要がある。本実施形態においては、例えばエネルギー密度を200〜500mJ/cm2、スキャン速度を5〜10mm/secとする。なお、図4(b)に示す不完全結晶層32にも、図2に示す不完全結晶領域31が形成されているが、図4(b)では不完全結晶領域31の記載を省略した。また、本実施形態において、パルス発振レーザの代わりに、連続発振レーザを非晶質シリコン膜20に照射すれば、非晶質シリコン膜20は全層溶融してしまう。このため、本実施形態では、連続発振レーザを使用することはできない。 As shown in FIG. 4B, the amorphous silicon film 20 is annealed by irradiating a laser beam from the back side of the glass substrate 11 (the lower side of FIG. 4B). The laser beam to be irradiated is a pulsed XeCl excimer laser with a wavelength of 308 nm. In order to form the polycrystalline silicon film 30 by crystallization in the vertical growth mode, it is necessary to adjust the energy density and scanning speed of the laser beam so that the amorphous silicon film 20 does not melt all layers. In this embodiment, for example, the energy density is 200 to 500 mJ / cm 2 and the scan speed is 5 to 10 mm / sec. 2B is also formed in the incomplete crystal layer 32 shown in FIG. 4B, the illustration of the incomplete crystal region 31 is omitted in FIG. 4B. Further, in this embodiment, if the amorphous silicon film 20 is irradiated with a continuous wave laser instead of the pulsed laser, the amorphous silicon film 20 is entirely melted. For this reason, in this embodiment, a continuous wave laser cannot be used.

波長308nmのレーザ光の約50%は、ガラス基板11に吸収されてガラス基板11を加熱するのに使われる。ガラス基板11に吸収されなかった残りの約50%のレーザ光は、非晶質シリコン膜20を加熱して溶融シリコン21に変えるのに使われる。このように、レーザ光を1回照射することにより、非晶質シリコン膜20とガラス基板11とを同時に加熱することができる。これにより、ガラス基板11と溶融シリコン21との温度勾配が小さくなるので、結晶粒径の大きな多結晶シリコン膜30を形成することができる。   About 50% of the laser beam having a wavelength of 308 nm is absorbed by the glass substrate 11 and used to heat the glass substrate 11. The remaining approximately 50% of the laser light that has not been absorbed by the glass substrate 11 is used to heat the amorphous silicon film 20 and convert it into molten silicon 21. Thus, the amorphous silicon film 20 and the glass substrate 11 can be heated simultaneously by irradiating the laser beam once. Thereby, since the temperature gradient between the glass substrate 11 and the molten silicon 21 is reduced, the polycrystalline silicon film 30 having a large crystal grain size can be formed.

また、溶融シリコン21の温度は、裏面側で高く、その表面側で低いので、溶融シリコン21の表面に多数の種結晶が形成される。溶融シリコン21の固化は、この種結晶から裏面側に向かって徐々に進む。このようにして形成された多結晶シリコン膜30のうち、表面から深さ10〜20nmまでは、微結晶シリコン領域31を多く存在する不完全結晶層32である。また、固化は、溶融シリコン21の表面から裏面に向かって進むので、不完全結晶層32の表面に形成される凹凸の段差も小さい。   Further, since the temperature of the molten silicon 21 is high on the back surface side and low on the front surface side, a large number of seed crystals are formed on the surface of the molten silicon 21. Solidification of the molten silicon 21 proceeds gradually from the seed crystal toward the back surface. Of the polycrystalline silicon film 30 formed in this way, the portion from the surface to a depth of 10 to 20 nm is an incomplete crystal layer 32 in which many microcrystalline silicon regions 31 exist. Further, since the solidification proceeds from the surface of the molten silicon 21 toward the back surface, the uneven step formed on the surface of the incomplete crystal layer 32 is small.

基礎検討で検討したように、多結晶シリコン膜30の表面の不完全結晶層32をドライエッチング法によって除去し、多結晶シリコン膜33を形成する(図4(c)参照)。エッチングガスとして、四フッ化炭素(CF4)ガス、六フッ化硫黄(SF6)ガスなどのフッ素系ガス、または四塩化炭素(CCl4)ガスなどの塩素系ガスを用いる。例えば、CF4ガスを用いた場合、ガス流量を100〜300sccm、RFパワーを1000〜5000W、チャンバ内の温度を30〜50℃、チャンバ内の圧力を3〜50Paとなる条件でエッチングすることが好ましい。この場合、多結晶シリコン膜のエッチング速度は、0.5〜2nm/secなり、エッチング後の多結晶シリコン膜33の面内ばらつきを±3nm程度に抑えることができる。 As studied in the basic study, the incomplete crystal layer 32 on the surface of the polycrystalline silicon film 30 is removed by a dry etching method to form a polycrystalline silicon film 33 (see FIG. 4C). As an etching gas, a fluorine-based gas such as carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas or sulfur hexafluoride (SF 6) gas, or a chlorine-based gas such as carbon tetrachloride (CCl 4 ) gas is used. For example, when CF4 gas is used, it is preferable to perform etching under the conditions that the gas flow rate is 100 to 300 sccm, the RF power is 1000 to 5000 W, the temperature in the chamber is 30 to 50 ° C., and the pressure in the chamber is 3 to 50 Pa. . In this case, the etching rate of the polycrystalline silicon film is 0.5 to 2 nm / sec, and the in-plane variation of the polycrystalline silicon film 33 after etching can be suppressed to about ± 3 nm.

このように、ドライエッチング法を用いれば、不完全結晶層32をエッチングした後に残る多結晶シリコン膜33の膜厚が面内でほぼ均一になるので、多結晶シリコン膜33を活性層とするTFT10の電気的特性をより改善することができる。なお、不完全結晶層32をエッチングにより除去しても、その表面に形成されていた凹凸は、その段差を維持した状態で多結晶シリコン膜33の表面に転写される。しかし、裏面照射によって不完全結晶層32の表面に形成される凹凸の段差は、表面照射によって形成される凹凸の段差に比べて小さいので、多結晶シリコン膜33の表面に転写される凹凸の段差も小さくなる。   As described above, when the dry etching method is used, the thickness of the polycrystalline silicon film 33 remaining after etching the incomplete crystal layer 32 becomes substantially uniform in the plane. Therefore, the TFT 10 using the polycrystalline silicon film 33 as an active layer. The electrical characteristics of can be further improved. Even if the incomplete crystal layer 32 is removed by etching, the unevenness formed on the surface thereof is transferred to the surface of the polycrystalline silicon film 33 while maintaining the level difference. However, since the uneven step formed on the surface of the imperfect crystal layer 32 by the backside irradiation is smaller than the uneven step formed by the front surface irradiation, the uneven step transferred to the surface of the polycrystalline silicon film 33. Becomes smaller.

なお、ドライエッチング法の代わりに、ウエットエッチング法を用いて不完全結晶層32を除去してもよい。不完全結晶層32をウエットエッチングするためのエッチャントとして、例えばフッ酸(HF)、硝酸(HNO3)、酢酸(CH3COOH)を含む混合液が使用される。 Note that the incomplete crystal layer 32 may be removed using a wet etching method instead of the dry etching method. As an etchant for wet etching the incomplete crystal layer 32, for example, a mixed solution containing hydrofluoric acid (HF), nitric acid (HNO 3 ), and acetic acid (CH 3 COOH) is used.

図4(d)に示すように、不完全結晶層32が除去された多結晶シリコン膜33の表面に所望の形状のレジストパターン35を形成する。次に、レジストパターン35をマスクにして多結晶シリコン膜33をエッチングして、島状の活性層40を形成する。   As shown in FIG. 4D, a resist pattern 35 having a desired shape is formed on the surface of the polycrystalline silicon film 33 from which the incomplete crystal layer 32 has been removed. Next, the polycrystalline silicon film 33 is etched using the resist pattern 35 as a mask to form an island-shaped active layer 40.

図5(a)に示すようにさらに、活性層40を含むガラス基板11の全面を覆うようにゲート絶縁膜50を成膜する。ゲート絶縁膜50は、例えば膜厚100nmの酸化シリコンからなり、プラズマCVD法などによって成膜される。次に、ゲート絶縁膜50の表面に、スパッタリング法によってタンタル(Ta)膜60を成膜し、フォトリソグラフィ法を用いてタンタル膜60をパターニングする。これにより、活性層40の中央部に対応するゲート絶縁膜50の位置にゲート電極70を形成する。なお、タンタル膜60の代わりに、タングステン(W)膜、チタン(Ti)膜、モリブデン(Mo)膜などの金属膜またはそれらを積層した積層金属膜を成膜してもよい。   Further, as shown in FIG. 5A, a gate insulating film 50 is formed so as to cover the entire surface of the glass substrate 11 including the active layer 40. The gate insulating film 50 is made of, for example, silicon oxide having a thickness of 100 nm, and is formed by a plasma CVD method or the like. Next, a tantalum (Ta) film 60 is formed on the surface of the gate insulating film 50 by a sputtering method, and the tantalum film 60 is patterned by using a photolithography method. Thereby, the gate electrode 70 is formed at the position of the gate insulating film 50 corresponding to the central portion of the active layer 40. Instead of the tantalum film 60, a metal film such as a tungsten (W) film, a titanium (Ti) film, a molybdenum (Mo) film, or a stacked metal film formed by stacking them may be formed.

ゲート電極70をマスクとして、リン(P)イオンなどのn型不純物イオンをイオン注入法またはイオンドーピング法などによって活性層40にドープする。その後、ゲート電極70の上方からレーザ光を照射することによって、活性層40にドープしたn型不純物イオンを活性化する。これにより、活性層40の両端に高濃度のn型領域からなるソース領域41とドレイン領域42がそれぞれ形成され、ソース領域41とドレイン領域42に挟まれた領域はチャネル領域43になる。   Using gate electrode 70 as a mask, active layer 40 is doped with n-type impurity ions such as phosphorus (P) ions by ion implantation or ion doping. Thereafter, the n-type impurity ions doped in the active layer 40 are activated by irradiating laser light from above the gate electrode 70. As a result, a source region 41 and a drain region 42 composed of high-concentration n-type regions are formed at both ends of the active layer 40, respectively, and a region sandwiched between the source region 41 and the drain region 42 becomes a channel region 43.

図5(c)に示すように、ゲート電極70を含むガラス基板11の全面を覆うように、層間絶縁膜80を形成する。層間絶縁膜80は、酸化シリコンからなり、例えばTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate:Si(OC254)を用いたプラズマCVD法を用いて成膜される。 As shown in FIG. 5C, an interlayer insulating film 80 is formed so as to cover the entire surface of the glass substrate 11 including the gate electrode 70. The interlayer insulating film 80 is made of silicon oxide, and is formed using a plasma CVD method using, for example, TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate: Si (OC 2 H 5 ) 4 ).

層間絶縁膜80に、ソース領域41およびドレイン領域42にそれぞれ達するコンタクトホール81、82と、ゲート電極70に達するコンタクトホール(図示しない)を開孔する。コンタクトホール81、82の内部を含む層間絶縁膜80の表面に、スパッタリング法を用いて例えばアルミニウム(Al)膜(図示しない)などの金属膜を成膜する。次に、フォトリソグラフィ法を用いてアルミニウム膜をパターニングすることにより、コンタクトホール81を介してソース領域41と電気的に接続されたソース電極91、および、コンタクトホール82を介してドレイン領域42と電気的に接続されたドレイン電極92を形成する。その後、水素雰囲気中で熱処理を施すことにより、nチャネル型のTFT10が完成する。   Contact holes 81 and 82 reaching the source region 41 and the drain region 42 and contact holes (not shown) reaching the gate electrode 70 are opened in the interlayer insulating film 80. A metal film such as an aluminum (Al) film (not shown) is formed on the surface of the interlayer insulating film 80 including the insides of the contact holes 81 and 82 by sputtering. Next, by patterning the aluminum film using a photolithography method, the source electrode 91 electrically connected to the source region 41 through the contact hole 81 and the drain region 42 through the contact hole 82 are electrically connected. A drain electrode 92 connected in a connected manner is formed. Thereafter, heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere to complete the n-channel TFT 10.

<2.2 効果>
本実施形態によれば、裏面照射により形成された多結晶シリコン膜30の表面の凹凸の段差を小さくすることができるので、信頼性を向上させたTFT10を製造することができる。さらに、TFT10の活性層40の結晶性が高いので、キャリアの移動度を高くしたり、S係数を低くしたりすることができるなど、TFT10の電気的特性を改善することができる。
<2.2 Effect>
According to the present embodiment, since the uneven step on the surface of the polycrystalline silicon film 30 formed by backside illumination can be reduced, the TFT 10 with improved reliability can be manufactured. Furthermore, since the crystallinity of the active layer 40 of the TFT 10 is high, the electrical characteristics of the TFT 10 can be improved, for example, the carrier mobility can be increased and the S coefficient can be decreased.

多結晶シリコン膜30から微結晶シリコン領域31が多く存在する不完全結晶層32を除去するためにドライエッチング法を用いれば、不完全結晶層32を均一にエッチングすることができる。これにより、面内の膜厚がほぼ均一な多結晶シリコン膜33を容易に形成することができるので、電気的特性が安定したTFT10を製造することができる。   If the dry etching method is used to remove the incomplete crystal layer 32 in which many microcrystalline silicon regions 31 are present from the polycrystalline silicon film 30, the incomplete crystal layer 32 can be uniformly etched. As a result, the polycrystalline silicon film 33 having a substantially uniform in-plane film thickness can be easily formed, and the TFT 10 with stable electrical characteristics can be manufactured.

多結晶シリコン膜30から微結晶シリコン領域31が多く存在する不完全結晶層32を除去するためにウエットエッチング法を用いれば、不完全結晶層32を容易に除去することができるので、TFT10の製造方法を簡略化することができる。     If the wet etching method is used to remove the incomplete crystal layer 32 in which many microcrystalline silicon regions 31 are present from the polycrystalline silicon film 30, the incomplete crystal layer 32 can be easily removed. The method can be simplified.

<2.3 変形例>
本実施形態では、レーザアニールに使用するレーザ光としてXeClエキシマレーザを使用した。しかし、XeClエキシマレーザに限定されることなく、ガラス基板11による吸収率が高い波長を有するレーザであればよい。
<2.3 Modification>
In this embodiment, a XeCl excimer laser is used as a laser beam used for laser annealing. However, the laser is not limited to the XeCl excimer laser, and any laser having a wavelength with a high absorption rate by the glass substrate 11 may be used.

本実施形態では、非晶質半導体膜および多結晶半導体膜として、それぞれ非晶質シリコン膜20および多結晶シリコン膜30を例に挙げて説明した。しかし、例えば非晶質シリコンゲルマニウム膜および多結晶シリコンゲルマニウム膜などの半導体膜にも、本実施形態を同様の適用することができる。   In the present embodiment, the amorphous silicon film 20 and the polycrystalline silicon film 30 have been described as examples of the amorphous semiconductor film and the polycrystalline semiconductor film, respectively. However, the present embodiment can be similarly applied to semiconductor films such as an amorphous silicon germanium film and a polycrystalline silicon germanium film.

本実施形態では、非晶質シリコン膜20をレーザアニール法により溶融固化させて多結晶シリコン膜30を形成した。しかし、非晶質シリコン膜20の代わりに多結晶シリコン膜を成膜し、多結晶シリコン膜をレーザアニール法により溶融固化させて多結晶シリコン膜を形成してもよい。この場合、結晶性がより高い多結晶シリコン膜を形成することができる。   In the present embodiment, the polycrystalline silicon film 30 is formed by melting and solidifying the amorphous silicon film 20 by laser annealing. However, a polycrystalline silicon film may be formed instead of the amorphous silicon film 20, and the polycrystalline silicon film may be melted and solidified by a laser annealing method. In this case, a polycrystalline silicon film with higher crystallinity can be formed.

本実施形態では、ソース領域41およびドレイン領域42を形成するためにn型不純物であるリンイオンを注入したが、リンイオンの代わりに、p型不純物であるボロン(B)イオンを注入してもよい。この場合、TFTはpチャネル型のTFTになる。   In this embodiment, phosphorus ions that are n-type impurities are implanted to form the source region 41 and the drain region 42. However, boron (B) ions that are p-type impurities may be implanted instead of phosphorus ions. In this case, the TFT is a p-channel TFT.

<3.液晶表示装置>
図6(a)は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネル100を示す斜視図であり、(b)は、(a)に示す液晶パネル100に含まれるTFT基板120を示す斜視図である。図6(a)に示すように、液晶パネル100は、対向して配置された2枚のガラス基板120、140と、2枚のガラス基板120、140によって挟持された液晶層(図示しない)を封止する封止材150とを含む、フルモノリシック型のパネルである。2枚のガラス基板120、140のうち、TFTを含む複数の画素形成部がマトリクス状に形成されたガラス基板をTFT基板120といい、TFT基板120と対向して配置され、カラーフィルタ(Color Filter)などが形成されたガラス基板をCF基板140という。
<3. Liquid crystal display>
FIG. 6A is a perspective view showing a liquid crystal panel 100 of an active matrix liquid crystal display device, and FIG. 6B is a perspective view showing a TFT substrate 120 included in the liquid crystal panel 100 shown in FIG. As shown in FIG. 6 (a), the liquid crystal panel 100 includes two glass substrates 120 and 140 disposed opposite to each other and a liquid crystal layer (not shown) sandwiched between the two glass substrates 120 and 140. It is a full monolithic panel including a sealing material 150 for sealing. Of the two glass substrates 120 and 140, a glass substrate in which a plurality of pixel forming portions including TFTs are formed in a matrix is called a TFT substrate 120, and is arranged to face the TFT substrate 120. ) Or the like is referred to as a CF substrate 140.

図6(b)に示すように、TFT基板120は、複数の画素形成部131が配置された画像表示部130を含む。画素形成部131には、スイッチング素子132と、スイッチング素子132に接続された画素電極133とが形成されている。画像表示部130の外側の額縁部には、ソースドライバ121、ゲートドライバ122などの周辺回路が設けられている。ゲートドライバ122は、スイッチング素子132をオン/オフさせるタイミングを制御する制御信号をゲート配線GLに出力し、ソースドライバ121は、画素形成部131に画像を表示する画像信号や画像信号を出力するタイミングを制御する制御信号をソース配線SLに出力する。   As shown in FIG. 6B, the TFT substrate 120 includes an image display unit 130 in which a plurality of pixel formation units 131 are arranged. In the pixel formation portion 131, a switching element 132 and a pixel electrode 133 connected to the switching element 132 are formed. Peripheral circuits such as a source driver 121 and a gate driver 122 are provided on the outer frame portion of the image display unit 130. The gate driver 122 outputs a control signal for controlling the timing for turning on / off the switching element 132 to the gate wiring GL, and the source driver 121 outputs an image signal for displaying an image or an image signal on the pixel formation unit 131. A control signal for controlling is output to the source line SL.

ゲート配線GLを順に活性化して、活性化されたゲート配線GLに接続されたスイッチング素子132をオン状態にすることにより、ソース配線SLに与えられた画像信号はスイッチング素子132を介して、画素電極133に与えられる。画素電極133は、CF基板140に形成された共通電極(図示しない)と共に画素容量を形成し、与えられた画像信号を保持する。TFT基板120の下面に設けられたバックライトユニット(図示しない)から発せられたバックライト光が、画像信号に応じて画素形成部131を透過し、画像が液晶パネル100の画像表示部130に表示される。   By sequentially activating the gate wiring GL and turning on the switching element 132 connected to the activated gate wiring GL, the image signal applied to the source wiring SL is connected to the pixel electrode via the switching element 132. 133. The pixel electrode 133 forms a pixel capacitance together with a common electrode (not shown) formed on the CF substrate 140 and holds a given image signal. Backlight emitted from a backlight unit (not shown) provided on the lower surface of the TFT substrate 120 is transmitted through the pixel forming unit 131 according to an image signal, and an image is displayed on the image display unit 130 of the liquid crystal panel 100. Is done.

このような液晶パネル100において、画素形成部131のスイッチング素子132としてTFT10を用いれば、TFT10の移動度が大きく、S係数が小さいので、スイッチング動作を高速で行なうことができる。これにより、TFT10は、ソース配線SLから与えられる映像信号を短時間で画素容量に充電することができるので、画素形成部131の数を増やして液晶パネル100の画像表示部130を高精細化することができる。   In such a liquid crystal panel 100, when the TFT 10 is used as the switching element 132 of the pixel formation portion 131, the TFT 10 has a high mobility and a small S coefficient, and therefore a switching operation can be performed at high speed. As a result, the TFT 10 can charge the video signal supplied from the source wiring SL to the pixel capacitor in a short time, so that the number of the pixel forming portions 131 is increased and the image display portion 130 of the liquid crystal panel 100 is made high definition. be able to.

また、移動度の大きなTFT10を用いて周辺回路を構成すれば、ソースドライバ121やゲートドライバ122などの周辺回路の動作速度を速くすることができる。これにより、周辺回路の回路規模が小さくなるので、液晶パネル100の額縁部を小さくして、液晶パネル100を小型化することができる。また、液晶表示装置を高性能化、高画質化することができる。   Further, if the peripheral circuit is configured using the TFT 10 having high mobility, the operation speed of the peripheral circuits such as the source driver 121 and the gate driver 122 can be increased. As a result, the circuit scale of the peripheral circuit is reduced, so that the frame portion of the liquid crystal panel 100 can be reduced and the liquid crystal panel 100 can be downsized. In addition, the liquid crystal display device can have high performance and high image quality.

なお、TFT10を適用可能な表示装置として、液晶表示装置を例に挙げて説明した。しかし、TFT10を、有機EL(Electro Luminescence)表示装置やプラズマ表示装置などの表示装置にも適用することができる。   Note that a liquid crystal display device has been described as an example of a display device to which the TFT 10 can be applied. However, the TFT 10 can also be applied to a display device such as an organic EL (Electro Luminescence) display device or a plasma display device.

10…TFT(薄膜トランジスタ)
11…ガラス基板
20…非晶質シリコン膜(半導体膜)
30…多結晶シリコン膜(第1の多結晶シリコン膜)
31…微結晶シリコン領域(微結晶シリコンを含む領域)
32…不完全結晶層
33…多結晶シリコン膜(第2の多結晶シリコン膜)
40…活性層
50…ゲート絶縁膜
70…ゲート電極
100…液晶パネル
121…ソースドライバ
122…ゲートドライバ
130…画像表示部
132…スイッチング素子
10 ... TFT (Thin Film Transistor)
11 ... Glass substrate 20 ... Amorphous silicon film (semiconductor film)
30. Polycrystalline silicon film (first polycrystalline silicon film)
31 ... Microcrystalline silicon region (region including microcrystalline silicon)
32 ... Incomplete crystal layer 33 ... Polycrystalline silicon film (second polycrystalline silicon film)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 40 ... Active layer 50 ... Gate insulating film 70 ... Gate electrode 100 ... Liquid crystal panel 121 ... Source driver 122 ... Gate driver 130 ... Image display part 132 ... Switching element

Claims (9)

可視光領域で透明な絶縁基板上に形成された薄膜トランジスタの製造法であって、
前記絶縁基板の表面上に半導体膜を成膜する工程と、
前記絶縁基板の裏面側から前記半導体膜にレーザ光を照射することにより、微結晶半導体領域を含む不完全結晶層を表面に有する第1の多結晶半導体膜を縦成長モードで形成する工程と、
前記第1の多結晶半導体膜から前記不完全結晶層を除去して第2の多結晶半導体膜を形成する工程と、
前記第2の多結晶半導体膜をパターニングして活性層を形成する工程と、
前記活性層を覆うようにゲート絶縁膜を成膜する工程と、
前記ゲート絶縁膜の表面にゲート電極を形成する工程とを備えることを特徴とする、薄膜トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a thin film transistor formed on an insulating substrate transparent in the visible light region,
Forming a semiconductor film on the surface of the insulating substrate;
Irradiating the semiconductor film with a laser beam from the back side of the insulating substrate to form a first polycrystalline semiconductor film having an incomplete crystal layer including a microcrystalline semiconductor region on a surface in a vertical growth mode;
Removing the incomplete crystalline layer from the first polycrystalline semiconductor film to form a second polycrystalline semiconductor film;
Patterning the second polycrystalline semiconductor film to form an active layer;
Forming a gate insulating film so as to cover the active layer;
And a step of forming a gate electrode on the surface of the gate insulating film.
前記不完全結晶層の除去は、ドライエッチング法を用いて前記第1の多結晶半導体膜から前記不完全結晶層を除去することを特徴とする、請求項1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   2. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the incomplete crystal layer is removed by removing the incomplete crystal layer from the first polycrystalline semiconductor film using a dry etching method. 前記不完全結晶層の除去は、ウエットエッチング法を用いて前記第1の多結晶半導体膜から前記不完全結晶層を除去することを特徴とする、請求項1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   2. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the incomplete crystal layer is removed by removing the incomplete crystal layer from the first polycrystalline semiconductor film using a wet etching method. 前記半導体膜は、非晶質半導体膜であることを特徴とする、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   4. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein the semiconductor film is an amorphous semiconductor film. 5. 前記レーザ光は、その一部が前記絶縁基板に吸収される波長の光であることを特徴とする、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   5. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 1, wherein a part of the laser light is light having a wavelength that is absorbed by the insulating substrate. 6. 前記レーザ光は、パルス発振XeClエキシマレーザであることを特徴とする、請求項5に記載の薄膜トランジスタの製造方法。   6. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 5, wherein the laser beam is a pulsed XeCl excimer laser. 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法によって製造された、薄膜トランジスタ。   A thin film transistor manufactured by the method for manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 6. 請求項7に記載の薄膜トランジスタと、画像表示部とを備える表示装置であって、
前記薄膜トランジスタは、前記画像表示部のスイッチング素子として用いられていることを特徴とする、表示装置。
A display device comprising the thin film transistor according to claim 7 and an image display unit,
The display device, wherein the thin film transistor is used as a switching element of the image display unit.
前記画像表示部を駆動する周辺回路をさらに備え、
前記周辺回路は、前記薄膜トランジスタを含むことを特徴とする、請求項8に記載の表示装置。
A peripheral circuit for driving the image display unit;
The display device according to claim 8, wherein the peripheral circuit includes the thin film transistor.
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