JP2012023320A - Thin film transistor, display device using the same, and method for manufacturing thin film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタ及びこれを用いた表示装置、並びに、薄膜トランジスタの製造方法に関し、特に、有機EL素子等の電流駆動型の表示素子における表示素子の駆動用に適した薄膜トランジスタ等に関する。 The present invention relates to a thin film transistor, a display device using the same, and a method for manufacturing the thin film transistor, and more particularly, to a thin film transistor suitable for driving a display element in a current driven display element such as an organic EL element.
従来、FPD(Flat Panel Display)の開発が盛んに行われており、有機EL(Electro Luminescence)素子又はLCD(Liquid Crystal Display)素子を用いた表示装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, FPD (Flat Panel Display) has been actively developed, and display devices using an organic EL (Electro Luminescence) element or an LCD (Liquid Crystal Display) element are known.
近年、電流駆動型の有機EL素子を用いた有機EL表示装置が次世代の表示装置として注目されている。中でも、アクティブマトリクス駆動型の有機EL表示装置では、電界効果トランジスタが用いられており、その電界効果トランジスタの1つとして、絶縁表面を有する基板上に設けられた半導体層がチャネル形成領域となる薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が知られている。 In recent years, organic EL display devices using current-driven organic EL elements have attracted attention as next-generation display devices. In particular, in an active matrix driving type organic EL display device, a field effect transistor is used. As one of the field effect transistors, a thin film transistor in which a semiconductor layer provided over a substrate having an insulating surface serves as a channel formation region. (TFT: Thin Film Transistor) is known.
アクティブマトリクス駆動型の有機EL表示装置に用いられる薄膜トランジスタとしては、少なくとも有機EL素子のオン/オフ等の駆動のタイミングを制御するためのスイッチングトランジスタと、有機EL素子の発光量を制御するための駆動トランジスタとが必要となる。これらの薄膜トランジスタについては、それぞれ優れたトランジスタ特性であることが好ましく、種々の研究がなされている。 As a thin film transistor used in an active matrix driving type organic EL display device, at least a switching transistor for controlling driving timing such as on / off of the organic EL element, and driving for controlling the light emission amount of the organic EL element. A transistor is required. Each of these thin film transistors preferably has excellent transistor characteristics, and various studies have been made.
例えば、スイッチングトランジスタについては、オフ電流をさらに低減し、オン電流とオフ電流との両者のばらつきを低減することが必要とされている。また、駆動トランジスタについては、オン電流をさらに向上するとともに、オン電流のばらつきを低減することが必要とされている。 For example, for a switching transistor, it is necessary to further reduce the off current and reduce the variation in both the on current and the off current. In addition, for the drive transistor, it is necessary to further improve the on-current and reduce the variation of the on-current.
そこで、従来、薄膜トランジスタのチャネル層として微結晶シリコン層を用いる技術が提案されている。このようにチャネル層に微結晶シリコン層を用いることにより、チャネル層におけるキャリア移動度を大きくすることができるので、高いオン電流を確保することができる。 Therefore, conventionally, a technique using a microcrystalline silicon layer as a channel layer of a thin film transistor has been proposed. By using a microcrystalline silicon layer for the channel layer in this manner, carrier mobility in the channel layer can be increased, so that high on-state current can be ensured.
また、薄膜トランジスタにおいて、ソース電極又はドレイン電極とチャネル層との間に、コンタクト層として低濃度の不純物が含有されたシリコン層を用いる技術も提案されている。このように、コンタクト層として低濃度不純物層を用いることにより、オフ電流を抑制することができる。 In addition, in a thin film transistor, a technique of using a silicon layer containing a low-concentration impurity as a contact layer between a source or drain electrode and a channel layer has been proposed. Thus, off current can be suppressed by using a low-concentration impurity layer as the contact layer.
このように、トランジスタ特性の改善を試みた従来技術が提案されており、例えば、特許文献1には、チャネル層上に、コンタクト層(ドレイン層又はソース層)として、低濃度の不純物を含む第1シリコン層と高濃度の不純物を含む第2シリコン層との積層を用いた薄膜トランジスタが開示されている。
As described above, a conventional technique for improving transistor characteristics has been proposed. For example,
また、特許文献2には、チャネル層として、多結晶シリコン膜と水素化非晶質シリコン膜との積層構造を用い、さらにコンタクト層として、不純物添加シリコン膜を用いた薄膜トランジスタが開示されている。
しかしながら、特許文献1に開示された薄膜トランジスタでは、オン電流を確保することはできるが、オフ電流の抑制が十分でないという課題がある。
However, the thin film transistor disclosed in
また、特許文献2に開示された薄膜トランジスタでは、水素化非晶質シリコン膜によってオフ電流を抑制することができるが、これに伴いオン電流が確保できずオン特性が悪くなるという課題がある。
In the thin film transistor disclosed in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、オフ電流を抑制するとともにオン電流を確保することができる薄膜トランジスタ及び表示装置並びに薄膜トランジスタの製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide a thin film transistor, a display device, and a method of manufacturing the thin film transistor that can suppress the off current and ensure the on current.
上記課題を解決するために、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様は、基板と、前記基板の上方に形成されたゲート電極及びゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と対向するように配置されたチャネル層と、前記チャネル層に接続されたバッファ層と、前記バッファ層に接続され、所定の不純物が添加された第1コンタクト層と、前記第1コンタクト層に接続され、前記第1コンタクト層よりも不純物濃度が高い第2コンタクト層と、前記第2コンタクト層に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を備え、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間におけるキャリアの移動経路は、前記チャネル層、前記バッファ層、前記第1コンタクト層及び前記第2コンタクト層を経由する第1経路と、前記チャネル層及び前記2コンタクト層を経由する第2経路とを含むものである。 In order to solve the above problems, one embodiment of a thin film transistor according to the present invention is a substrate, a gate electrode and a gate insulating film formed over the substrate, and the gate electrode facing the gate electrode. A channel layer arranged as described above, a buffer layer connected to the channel layer, a first contact layer connected to the buffer layer and doped with a predetermined impurity, connected to the first contact layer, A carrier contact path between the source electrode and the drain electrode, the second contact layer having a higher impurity concentration than the first contact layer; and a source electrode and a drain electrode connected to the second contact layer. Includes a first path passing through the channel layer, the buffer layer, the first contact layer, and the second contact layer, and the channel layer and It is intended to include a second path via the serial second contact layer.
これにより、オフ電流又はオン電流は、第1経路又は第2経路に沿って流れることになる。 Thereby, an off current or an on current flows along the first path or the second path.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記チャネル層は、結晶質シリコン膜であることが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, the channel layer is preferably a crystalline silicon film.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記バッファ層は、非晶質シリコン膜であることが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, the buffer layer is preferably an amorphous silicon film.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記第1経路において、前記キャリアは、前記チャネル層と、前記バッファ層と、前記第1コンタクト層と、前記第2コンタクト層とを、この順に、または、この逆の順に移動し、前記第2経路において、前記キャリアは、前記チャネル層と前記第2コンタクト層とを、この順に、または、この逆の順に移動することが好ましい。 Furthermore, in one aspect of the thin film transistor according to the present invention, in the first path, the carriers are the channel layer, the buffer layer, the first contact layer, and the second contact layer in this order. Alternatively, it is preferable that the carriers move in the reverse order, and in the second path, the carriers move through the channel layer and the second contact layer in this order or in the reverse order.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記第1コンタクト層と前記第2コンタクト層との第1界面を有することが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, it is preferable to have a first interface between the first contact layer and the second contact layer.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記第1界面は、前記基板の主面に対して略平行であることが好ましい。 Furthermore, in one aspect of the thin film transistor according to the present invention, it is preferable that the first interface is substantially parallel to the main surface of the substrate.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記チャネル層と前記第2コンタクト層との第2界面を有することが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, it is preferable to have a second interface between the channel layer and the second contact layer.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記第2界面は、前記基板の主面に対して略垂直であることが好ましい。 Furthermore, in one aspect of the thin film transistor according to the present invention, it is preferable that the second interface is substantially perpendicular to the main surface of the substrate.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記第2界面は、前記基板の主面に対して略平行であることが好ましい。 Furthermore, in one aspect of the thin film transistor according to the present invention, it is preferable that the second interface is substantially parallel to the main surface of the substrate.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記バッファ層と前記第2コンタクト層との第3界面を有することが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, it is preferable to have a third interface between the buffer layer and the second contact layer.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記バッファ層及び前記第1コンタクト層を貫通するコンタクトホールを有し、前記第2コンタクト層は、前記コンタクトホールを介して前記チャネル層と接続されていることが好ましい。 Furthermore, in one aspect of the thin film transistor according to the present invention, the thin film transistor has a contact hole penetrating the buffer layer and the first contact layer, and the second contact layer is connected to the channel layer through the contact hole. Preferably it is.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記基板上に、少なくとも前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記チャネル層及び前記バッファ層が、この順で形成されることが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, it is preferable that at least the gate electrode, the gate insulating film, the channel layer, and the buffer layer are formed in this order on the substrate.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記チャネル層上又は前記バッファ層上に形成されたチャネル保護層を有することが好ましい。 Furthermore, one embodiment of the thin film transistor according to the present invention preferably includes a channel protective layer formed on the channel layer or the buffer layer.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記薄膜トランジスタの前記基板に対して垂直方向に割断したときの割断断面において、互いに離間した前記ソース電極と前記ドレイン電極との離間部の距離をLchとし、ゲート電極の長さをLgmとすると、Lgm>Lchであることが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, a distance of a separation portion between the source electrode and the drain electrode that are separated from each other in a cut section when the thin film transistor is cut in a direction perpendicular to the substrate is Lch. When the length of the gate electrode is Lgm, it is preferable that Lgm> Lch.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記チャネル層の長さをLsiとすると、Lgm<Lsiであることが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, it is preferable that Lgm <Lsi where the length of the channel layer is Lsi.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記ソース電極又は前記ドレイン電極と前記第2コンタクト層との第4界面を有することが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, it is preferable to have a fourth interface between the source electrode or the drain electrode and the second contact layer.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記薄膜トランジスタの前記基板に対して垂直方向に割断したときの割断断面において、互いに離間した前記ソース電極と前記ドレイン電極との離間部の距離をLchとし、ゲート電極の長さをLgmとすると、Lgm<Lchであることが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, a distance of a separation portion between the source electrode and the drain electrode that are separated from each other in a cut section when the thin film transistor is cut in a direction perpendicular to the substrate is Lch. When the length of the gate electrode is Lgm, it is preferable that Lgm <Lch.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記基板上に、少なくとも前記チャネル層、前記ゲート絶縁膜及び前記ゲート電極が、この順で形成されることが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, it is preferable that at least the channel layer, the gate insulating film, and the gate electrode are formed in this order on the substrate.
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの一態様において、前記チャネル層と前記ゲート絶縁膜の間に前記バッファ層が形成されることが好ましい。 Furthermore, in one embodiment of the thin film transistor according to the present invention, it is preferable that the buffer layer is formed between the channel layer and the gate insulating film.
また、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法の一態様は、基板と、前記基板の上方に形成されたゲート電極及びゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と対向するように配置されたチャネル層と、前記チャネル層に接続されたバッファ層と、前記バッファ層に接続され、所定の不純物が添加された第1コンタクト層と、前記第1コンタクト層に接続され、前記第1コンタクト層よりも不純物濃度が高い第2コンタクト層と、前記第2コンタクト層に接続されたソース電極及びドレイン電極とを備える薄膜トランジスタの製造方法であって、前記バッファ層と前記第1コンタクト層とを連続成膜し、前記バッファ層と前記第1コンタクト層とを同一パターンでエッチングする工程と、前記第2コンタクト層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極とを同一パターンでエッチングする工程と、を含むものである。 In one embodiment of the method for manufacturing a thin film transistor according to the present invention, a substrate, a gate electrode and a gate insulating film formed above the substrate, and the gate electrode are disposed so as to face the gate electrode. A channel layer, a buffer layer connected to the channel layer, a first contact layer connected to the buffer layer and doped with a predetermined impurity, connected to the first contact layer, and the first contact A method of manufacturing a thin film transistor, comprising: a second contact layer having a higher impurity concentration than the layer; and a source electrode and a drain electrode connected to the second contact layer, wherein the buffer layer and the first contact layer are continuously formed. Forming a film and etching the buffer layer and the first contact layer in the same pattern; and the second contact layer and the source It is intended to include a step of etching the electrode and the drain electrode in the same pattern.
また、本発明に係る表示装置の一態様は、上記の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに接続された表示素子と、を備えるものである。 One embodiment of a display device according to the present invention includes the above thin film transistor and a display element connected to the thin film transistor.
本発明に係る薄膜トランジスタ及びその製造方法によれば、オン時の駆動電流を維持しつつ、オフ時のリーク電流を抑制することができ、電流の立ち上がりを良くすることができる。 According to the thin film transistor and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to suppress the leakage current at the time of off while maintaining the driving current at the time of on, and to improve the rising of the current.
また、本発明に係る表示装置によれば、電気的特性が優れた薄膜トランジスタを備えているので、高性能な表示装置を実現することができる。 In addition, according to the display device of the present invention, since the thin film transistor having excellent electrical characteristics is provided, a high-performance display device can be realized.
以下、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ及びその製造方法並びに表示装置について、図面を参照しながら説明する。なお、各図は、説明のための模式図であり、膜厚及び各部の大きさの比などは、必ずしも厳密ではない。 Hereinafter, a thin film transistor, a manufacturing method thereof, and a display device according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Each figure is a schematic diagram for explanation, and the film thickness, the ratio of the size of each part, and the like are not necessarily strict.
(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタについて、図1A及び図1Bを用いて説明する。図1Aは、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。また、図1Bは、図1Aに示す本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタの平面図である。
(First embodiment)
First, a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. FIG. 1A is a cross-sectional view showing a configuration of a thin film transistor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a plan view of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1A.
図1A及び図1Bに示すように、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1は、ボトムゲート型のn型の薄膜トランジスタであって、基板10と、基板10上に形成されたゲート電極11と、ゲート電極11上に形成されたゲート絶縁膜12と、ゲート絶縁膜12を介してゲート電極と対向するように配置されたチャネル層13と、チャネル層13に接続されたバッファ層14と、バッファ層14に接続された一対の第1コンタクト層15a及び15bと、一対の第1コンタクト層15a及び15b上に形成された一対の第2コンタクト層16a及び16bと、一対の第2コンタクト層16a及び16b上に形成されたソース電極17S及びドレイン電極17Dとを備える。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a
基板10は、例えば、石英ガラス等のガラス材料によって構成されるガラス基板からなる絶縁性基板である。なお、図示しないが、基板10の表面には、基板中に含まれるナトリウムやリン等の不純物が半導体膜に侵入することを防止するために、シリコン窒化膜(SiN)等の絶縁膜からなるアンダーコート膜を形成してもよい。
The
ゲート電極11は、例えば、モリブデン(Mo)からなり、帯状にパターン形成された電極である。ゲート電極11としては、モリブデン(Mo)以外の金属であってもよく、例えば、モリブデンタングステン(MoW)等によって構成してもよい。なお、ゲート電極11の材料としては、薄膜トランジスタ1の製造過程に加熱工程を含む場合は、熱で変質しにくい高融点金属材料であることが好ましい。本実施形態では、ゲート電極11として、膜厚が100nm程度のモリブデン(Mo)を用いた。
The
ゲート絶縁膜12は、ゲート電極11上にゲート電極11を覆うようにして形成される。ゲート絶縁膜12の材料としては、例えば、二酸化シリコン(SiO2)を用いることができる。その他、ゲート絶縁膜12の材料としては、シリコン窒化膜(SiN)やシリコン酸窒化膜、またはこれらの積層膜等によって構成することができる。
The
なお、本実施形態では、ゲート絶縁膜12上に形成するチャネル層として結晶質半導体膜を用いているので、ゲート絶縁膜12としては二酸化シリコンを用いることが好ましい。ゲート絶縁膜12としては二酸化シリコンを用いることにより、チャネル層との界面状態を良好なものにすることができ、TFTにおける良好な閾値電圧特性を維持することができる。本実施形態では、ゲート絶縁膜12として、膜厚が200nm程度の二酸化シリコンを用いた。
In this embodiment, since a crystalline semiconductor film is used as the channel layer formed on the
チャネル層13は、ゲート電極11上方においてゲート絶縁膜12上に島状にパターン形成される。チャネル層13は、結晶質半導体膜によって構成することができ、これにより、TFTのオン電流を高くすることができる。
The
チャネル層13としては、結晶シリコンを含んだ結晶質シリコン膜を用いることができる。結晶質シリコン膜は、微結晶シリコン又は多結晶シリコンによって構成することができる。結晶質シリコンは、非晶質シリコン(アモルファスシリコン)をアニール等の加熱処理で結晶化することにより形成することができる。本実施形態では、チャネル層13として、膜厚が30nm程度の結晶質シリコン膜を用いた。また、本実施形態において、結晶質シリコン膜における結晶粒径は1μm以下である。なお、チャネル層13としては、非晶質構造と結晶質構造との混晶であっても構わない。
As the
バッファ層14は、チャネル層13上に積層され、島状にパターン形成される。バッファ層14は、チャネル層13と同時に島状にパターン形成される。バッファ層14は、チャネル層13よりもバンドギャップが大きいことが好ましく、オフ時においてリークパスとして機能する。バッファ層14としては、例えば、非晶質シリコン(アモルファスシリコン)等の非晶質半導体膜を用いることができる。本実施形態では、バッファ層14として、膜厚が70nm程度の水素化非晶質シリコン膜を用いた。
The
なお、バッファ層14は、アンドープ層であり、意図的な不純物の添加は行われていない。但し、製造過程において意図せずに水素化非晶質シリコン膜に不純物が混ざってしまうことが考えられる。そのため、バッファ層14である水素化非晶質シリコン膜中の不純物濃度は、1×1018/cm3以下であることが好ましい。さらに、バッファ層14としては、限りなく不純物の濃度が低いことが好ましいため、バッファ層14の不純物濃度としては、1×1017/cm3以下であることが、より好ましい。なお、バッファ層14である水素化非晶質シリコン膜の不純物濃度が高いと、オフ電流(Ioff)が大きくなってしまうので好ましくない。
The
一対の第1コンタクト層15a及び15bは、不純物を低濃度に含む非晶質シリコン膜(n-Si)によって構成されており、バッファ層14上に離間して形成される。一対の第1コンタクト層15a及び15bは、バッファ層14と接して形成されている。第1コンタクト層15a及び15bは、例えば、膜厚が20nm程度の非晶質シリコンにリン(P)等のn型不純物を低濃度に添加することによって形成することができる。
The pair of first contact layers 15 a and 15 b are composed of an amorphous silicon film (n − Si) containing impurities at a low concentration, and are formed on the
本実施形態において、第1コンタクト層15a及び15bの不純物濃度は、第2コンタクト層16a及び16bよりも一桁以上低い濃度の不純物であればよい。具体的には、第1コンタクト層15a及び15bにおける不純物の濃度は、5×1020/cm3以下であることが好ましく、特に、1×1019/cm3以上1×1020/cm3以下であることが好ましい。このように、第1コンタクト層15a及び15bの不純物濃度を設定することにより、第2コンタクト層16a及び16bとの界面における電界集中を緩和することができる。 In the present embodiment, the impurity concentration of the first contact layers 15a and 15b may be an impurity whose concentration is one digit or more lower than that of the second contact layers 16a and 16b. Specifically, the concentration of impurities in the first contact layers 15a and 15b is preferably 5 × 10 20 / cm 3 or less, particularly 1 × 10 19 / cm 3 or more and 1 × 10 20 / cm 3 or less. It is preferable that Thus, by setting the impurity concentration of the first contact layers 15a and 15b, the electric field concentration at the interface with the second contact layers 16a and 16b can be reduced.
なお、第1コンタクト層15a及び15bにおけるn型不純物としては、リンに限定されるものではなく、リン以外の他の第V族の元素であっても構わない。また、n型不純物に限定するものではなく、例えば、ホウ素(B)等の第III族の元素を含むp型不純物を用いても構わない。また、本実施形態では、バッファ層14と第1コンタクト層15a及び15bとの間に他の膜を形成する必要はなく、バッファ層14上に第1コンタクト層15a及び15bを連続して成膜することが好ましい。これにより、バッファ層14と第1コンタクト層15a及び15bとの間に自然酸化膜が形成することを防止することができる。
The n-type impurity in the first contact layers 15a and 15b is not limited to phosphorus, and may be a group V element other than phosphorus. Moreover, it is not limited to n-type impurities, and for example, p-type impurities containing Group III elements such as boron (B) may be used. In the present embodiment, it is not necessary to form another film between the
一対の第2コンタクト層16a及び16bは、不純物を高濃度に含む非晶質シリコン膜(n+Si)によって構成されており、第1コンタクト層15a及び15bの上に形成される。また、第2コンタクト層16aと第2コンタクト層16bとは離間して形成される。本実施形態において、第2コンタクト層16a及び16bは、例えば、膜厚が20nm程度の非晶質シリコンに、リン(P)等のn型不純物を高濃度に添加することによって形成することができる。
The pair of second contact layers 16a and 16b is composed of an amorphous silicon film (n + Si) containing impurities at a high concentration, and is formed on the first contact layers 15a and 15b. Further, the
さらに、本実施形態における第2コンタクト層16a及び16bは、チャネル層13の側面及びバッファ層14の側面も覆うようにして形成されており、第1コンタクト層15a及び15bの上面からゲート絶縁膜12の上面までの間の領域を覆うようにして形成されている。つまり、一対の第2コンタクト層16a及び16bは、第1コンタクト層15a及び15bに接するとともに、チャネル層13及びバッファ層14にも接している。
Further, the second contact layers 16a and 16b in the present embodiment are formed so as to cover the side surfaces of the
このように、本実施形態では、第2コンタクト層16a(16b)と第1コンタクト層15a(15b)との界面である第1界面と、第2コンタクト層16a(16b)とチャネル層13との界面である第2界面と、第2コンタクト層16a(16b)とバッファ層14との界面である第3界面と、第2コンタクト層16a(16b)とソース電極17S又はドレイン電極17Dとの界面である第4界面とを有する。また、本実施形態においては、図1Aに示すように、第1界面及び第4界面には、基板10の主面に対して略垂直な垂直面と基板10の主面に対して略水平な水平面とが存在し、第2界面及び第3界面には、基板10の主面に対して略垂直な垂直面のみが存在する。
Thus, in the present embodiment, the first interface, which is the interface between the
なお、本実施形態において、第2コンタクト層16a及び16bの不純物濃度は、第1コンタクト層15a及び15bよりも一桁以上高い濃度の不純物であればよい。具体的には、第2コンタクト層16a及び16bにおける不純物の濃度は、1×1021/cm3以上から1×1022/cm3以下であることが好ましい。この濃度は、一般的に、シリコン膜に高濃度の不純物を入れる際に容易に実現できる濃度である。 In the present embodiment, the impurity concentration of the second contact layers 16a and 16b may be an impurity having a concentration higher by one digit or more than that of the first contact layers 15a and 15b. Specifically, the impurity concentration in the second contact layers 16a and 16b is preferably 1 × 10 21 / cm 3 or more and 1 × 10 22 / cm 3 or less. This concentration is generally a concentration that can be easily realized when a high-concentration impurity is introduced into a silicon film.
また、第2コンタクト層16a及び16bにおけるn型不純物としては、リンに限定されるものではなく、リン以外の他の第V族の元素であっても構わない。また、n型不純物に限定するものではなく、例えば、ホウ素(B)等の第III族の元素を含むp型不純物を用いても構わない。 Further, the n-type impurity in the second contact layers 16a and 16b is not limited to phosphorus, and may be a group V element other than phosphorus. Moreover, it is not limited to n-type impurities, and for example, p-type impurities containing Group III elements such as boron (B) may be used.
ソース電極17S及びドレイン電極17Dは、それぞれ第2コンタクト層16a及び16b上に形成されており、互いに離間するようにしてパターン形成されている。また、ソース電極17S及びドレイン電極17Dは、第2コンタクト層16a及び16bとオーミック接合されており、また、第2コンタクト層16a及び16bと側面が一致するようにして形成されている。
The
ソース電極17S及びドレイン電極17Dは、それぞれ導電性材料及び合金等の単層構造又は多層構造であり、例えば、チタン(Ti)タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)などの金属からなる単層または2つ以上の材料からなる積層膜が膜厚が50〜1000nm程度となるように形成される。ソース電極17S及びドレイン電極17Dの形成方法としては、例えば、スパッタリング法が用いられる。本実施形態では、ソース電極17S及びドレイン電極17Dとして、Mo/Al/Moからなる3層金属層を50nm/300nm/50nmの膜厚で成膜した。
The
以上、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1は、チャネル層13の側面及びバッファ層14の側面が高濃度不純物の第2コンタクト層16a及び16bによって覆われており、チャネル層13及びバッファ層14は第2コンタクト層16a及び16bを介してソース電極17S及びドレイン電極17Dと電気的に接続されている。また、バッファ層14の上面には低濃度不純物の第1コンタクト層15a及び15bによって覆われており、バッファ層14の上面は第1コンタクト層15a及び15bを介して第2コンタクト層16a及び16bと電気的に接続されている。
As described above, in the
なお、本実施形態における薄膜トランジスタ1は、チャネル層13とソース電極17S又はドレイン電極17Dとの間にオーミックコンタクト層が形成されている。本実施形態において、オーミックコンタクト層は、第1コンタクト層15a及び15b、第2コンタクト層16a及び16b、又は、バッファ層14である。
In the
この構成により、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの間においてキャリアが流れるキャリア移動経路としては、チャネル層13、バッファ層14、第1コンタクト層15a(15b)及び第2コンタクト層16a(16b)を経由してキャリアが移動する第1経路Ch1と、チャネル層13及び第2コンタクト層16a(16b)を経由してキャリアが移動する第2経路Ch2とが存在することになる。
With this configuration, as a carrier movement path through which carriers flow between the
より具体的には、本実施形態に係る薄膜トランジスタ1は、オフ時におけるキャリアの移動は第1経路Ch1が支配的になってオフ電流が第1経路Ch1に沿って流れることになり、オン時におけるキャリアの移動は第2経路Ch2が支配的になってオン電流が第2経路Ch2に沿って流れることになる。すなわち、オフ時におけるキャリアは、ドレイン電極17Dからソース電極17Sまでの間を、第1経路Ch1に沿って、第2コンタクト層16b、第1コンタクト層15b、バッファ層14、チャネル層13、バッファ層14、第1コンタクト層15a及び第2コンタクト層16aの順に移動する。また、オン時におけるキャリアは、ソース電極17Sからドレイン電極17Dまでの間を、第2経路Ch2に沿って、第2コンタクト層16a、チャネル層13及び第2コンタクト層16bの順に移動する。このように、本実施形態に係る薄膜トランジスタは、オフ時とオン時とで、キャリアは異なる経路を移動することになる。
More specifically, in the
これにより、オン時のTFT駆動電流を維持しつつ、オフ時のリーク電流を抑制することができるので、電流の立ち上がりのよい薄膜トランジスタを実現することができる。 As a result, it is possible to suppress the leakage current at the time of turning off while maintaining the TFT driving current at the time of turning on, so that a thin film transistor with a good current rising can be realized.
次に、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1の電気的特性について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタの電流−電圧(Id−Vg)特性を示す図である。なお、図2において、「本発明」は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1の特性を示しており、また、「比較例1」及び「比較例2」は、比較例1及び比較例2に係る薄膜トランジスタ100及び200の特性を示している。また、図2において、横軸は、ゲート電極におけるゲート電圧の電圧値Vg[V]を示し、縦軸は、ドレイン電流の電流値Id[A]を示す。
Next, electrical characteristics of the
ここで、比較例1及び比較例2に係る薄膜トランジスタ100及び200の構成について、図3A及び図3Bを用いて説明する。図3Aは、比較例1に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図であり、図3Bは、比較例2に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
Here, the structure of the
図3Aに示すように、比較例1に係る薄膜トランジスタ100は、基板110上に、ゲート電極111、ゲート絶縁膜112、結晶質シリコン膜からなるチャネル層113、低濃度不純物の第1コンタクト層115a及び115b、高濃度不純物層の第2コンタクト層116a及び116b、ソース電極117S及びドレイン電極117Dが積層されたものである。
As shown in FIG. 3A, a
また、図3Bに示すように、比較例2に係る薄膜トランジスタ200は、基板210上に、ゲート電極211、ゲート絶縁膜212、結晶質シリコン膜からなるチャネル層213、非晶質シリコンからなるバッファ層214、低濃度不純物の第1コンタクト層215a及び215b、高濃度不純物層である第2コンタクト層216a及び216b、ソース電極217S及びドレイン電極217Dが積層されたものである。但し、本発明の第1の実施形態と異なり、高濃度不純物層の第2コンタクト層216a及び216bは、第1コンタクト層215a及び215bの上面にのみ形成されている。
As shown in FIG. 3B, a
図2に示すように、比較例1に係る薄膜トランジスタ100(「比較例1」)は、オン(ON)時のゲート電圧(Vg)が高くオン電流(Id)も高くなっているが、オフ(OFF)時のゲート電圧(Vg)も高くオン電流(Id)も高くなっていることが分かる。一方、比較例2に係る薄膜トランジスタ200(「比較例2」)は、オフ時のゲート電圧(Vg)は低くオン電流(Id)も低くなっているものの、オン時のゲート電圧(Vg)も低くオン電流(Id)も低くなっていることが分かる。
As shown in FIG. 2, the
これに対し、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1(「本発明」)は、比較例1に係る薄膜トランジスタ100(「比較例1」)と比較して、オフ時のゲート電圧(Vg)が低くなっており、オフ電流が低いことが分かる。さらに、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1(「本発明」)は、比較例2に係る薄膜トランジスタ200(「比較例2」)と比較して、オン時のゲート電圧(Vg)が高くなっており、オン電流も高いことが分かる。
On the other hand, the
このように、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1(「本発明」)は、オン電流は高く、かつ、オフ電流は低いという、優れた電流電圧特性を有する。 As described above, the thin film transistor 1 (“the present invention”) according to the first embodiment of the present invention has excellent current-voltage characteristics such as high on-current and low off-current.
次に、本発明の第1実施形態に係る薄膜トランジスタの電流−電圧(Id−Vd)特性について、図4を用いて説明する。図4は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタにおける電流−電圧(Id−Vd)特性を示す図である。なお、図4において、「本発明」、「比較例1」及び「比較例2」は、図2で説明した薄膜トランジスタと同じものである。また、図4において、横軸は、ドレイン電圧の電圧値Vd[V]を示し、縦軸は、ドレイン電流の電流値Id[A]を示している。 Next, the current-voltage (Id-Vd) characteristics of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing current-voltage (Id-Vd) characteristics in the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 4, “present invention”, “comparative example 1”, and “comparative example 2” are the same as the thin film transistors described in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the drain voltage value Vd [V], and the vertical axis indicates the drain current value Id [A].
ここで、Id−Vd特性は、図4に示すグラフのうち、各々の薄膜トランジスタにおける線形領域内の傾きを見ることとする。この場合、線形領域とは、ソース電極−ドレイン電極間の電圧(Vd)が低い領域であり、所定の傾きを有する領域である。一方、飽和領域とは、ソース電極−ドレイン電極間の電圧が高い領域であり、傾きを有さない領域である。 Here, as for the Id-Vd characteristic, it is assumed that the slope in the linear region of each thin film transistor in the graph shown in FIG. 4 is seen. In this case, the linear region is a region where the voltage (Vd) between the source electrode and the drain electrode is low, and is a region having a predetermined inclination. On the other hand, the saturation region is a region where the voltage between the source electrode and the drain electrode is high and has no inclination.
そして、線形領域におけるIdの傾きが大きいほどオン時抵抗(Ron抵抗)が低く、線形領域におけるIdの傾きが小さいほどRon抵抗が高いことを示す。さらに、Ron抵抗が低いことは、線形領域内の電流の立ち上がりがよいということを示す。逆に、線形領域内の電流の立ち上がりがよいということは、Ron抵抗が低いことを示す。 The larger the Id gradient in the linear region, the lower the on-time resistance (Ron resistance), and the smaller the Id gradient in the linear region, the higher the Ron resistance. Furthermore, a low Ron resistance indicates that the current rise in the linear region is good. On the contrary, the good rise of current in the linear region indicates that the Ron resistance is low.
図4に示すように、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1(「本発明」)は、比較例2に係る薄膜トランジスタ200(「比較例2」)と比較して、線形領域におけるIdの立ち上がりがよいことが分かる。つまり、線形領域における傾きが、本発明の方が比較例2に対して大きいことが分かる。従って、本発明は、比較例2と比べて、Ron抵抗が低いということが分かる。
As shown in FIG. 4, the thin film transistor 1 (“present invention”) according to the first embodiment of the present invention has an Id in the linear region as compared with the
以上、図2及び図4に示す本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1の電気特性の結果に基づいて考察した結果、以下の知見を得ることができた。
As described above, as a result of consideration based on the result of the electrical characteristics of the
ソース電極−ドレイン電極間の電圧(Vd)が高い飽和領域においては、すなわち、オフ時の場合、キャリアは、主に、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの間の離間距離が近い経路を移動すると考えられる。従って、本実施形態に係る薄膜トランジスタ1において、オフ時の場合、キャリアは、主として、図1Aの第1経路Ch1を移動することになると考えられる。この場合、第1経路Ch1において、第2コンタクト層16a及び16bと第1コンタクト層15a及び15bとは不純物濃度が一桁以上異なるので、ソース・ドレイン電界の電荷の集中を低減することができ、ゲート電圧がOFF時のオフ電流を抑制することができる。
In the saturation region where the voltage (Vd) between the source electrode and the drain electrode is high, that is, when the carrier electrode is off, carriers mainly move along a path with a short separation distance between the
また、このソース・ドレイン電界の電荷の集中を防ぐことにより、薄膜トランジスタの寿命を延ばすこともできる。さらに、本実施形態では、結晶質シリコンのチャネル層13の上に非晶質シリコンのバッファ層14を形成しているので、チャネル層13とバッファ層14との接合界面を良好に形成することができる。これにより、当該接合界面におけるリーク電流も抑制することができる。
Further, the lifetime of the thin film transistor can be extended by preventing the concentration of charges in the source / drain electric field. Furthermore, in this embodiment, since the amorphous
一方、ソース電極−ドレイン電極間の電圧(Vd)が低い線形領域内においては、すなわち、オン時の場合は、キャリアは、主に、キャリア移動度がより高い経路を流れることになる。従って、本実施形態に係る薄膜トランジスタ1において、オン時の場合、キャリアは、主として、図1Aの第2経路Ch2を移動することになると考えられる。この場合、第2経路Ch2では、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの間に、チャネル層13と高濃度不純物の第2コンタクト層16a及び16bとしかなく、高い抵抗成分となる非晶質シリコンで構成されるバッファ層14が存在しない。この結果、本実施形態における薄膜トランジスタ1は、線形領域内における電流の立ち上がりが良くなる。
On the other hand, in the linear region where the voltage (Vd) between the source electrode and the drain electrode is low, that is, in the on state, carriers mainly flow along a path with higher carrier mobility. Therefore, in the
以上説明したように、本発明の第1の実施形態1に係る薄膜トランジスタによれば、オン時のTFT駆動電流を維持しつつ、オフ時のリーク電流を抑制することができ、電流の立ち上がりのよい薄膜トランジスタを実現することができる。 As described above, according to the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention, it is possible to suppress the leakage current at the time of OFF while maintaining the TFT drive current at the time of ON, and the current rise is good. A thin film transistor can be realized.
なお、本実施形態では、図1Aに示すように、ゲート電極11の長さ(Lgm)は、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの離間距離(Lch)よりも長く、さらに、チャネル層13の長さ(Lsi)よりも長くなるように構成することが好ましい。
In this embodiment, as shown in FIG. 1A, the length (Lgm) of the
これにより、図4に示すグラフの線形領域内で、第2コンタクト層16a及び16bがチャネル層13に直接接触している領域に、ゲート電極11からの電界が印加されることとなる。その結果、Ron抵抗を効果的に小さくすることができる。また、表示装置におけるスイッチングトランジスタはRon抵抗が小さいことが好ましいので、上記構成とすることにより、スイッチングトランジスタに適した薄膜トランジスタを実現することができる。特に、有機EL表示装置では、スイッチング周期が短くなることが考えられる。従って、Ron抵抗が小さい薄膜トランジスタを用いることにより、優れた表示性能を有する有機EL表示装置を実現することができる。
As a result, the electric field from the
次に、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法について、図5A〜5Lを用いて説明する。図5A〜図5Lは、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程を示す断面図である。
Next, a method for manufacturing the
まず、図5Aに示すように、絶縁性のガラス基板からなる基板10上に、スパッタリング法によって、モリブデン等からなるゲート金属膜11Mを100nm程度の膜厚で成膜する。なお、ゲート金属膜11Mを形成する前に、基板10上にアンダーコート膜を形成してもよい。
First, as shown in FIG. 5A, a
次に、ゲート金属膜11Mに対してフォトリソグラフィー及びウエットエッチングを施すことにより、ゲート金属膜11Mをパターニングして、図5Bに示すように、所定形状のゲート電極11を形成する。
Next, the
次に、図5Cに示すように、プラズマCVDによって、ゲート電極11を覆うようにして、基板10上にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜12を200nm程度の膜厚で成膜する。
Next, as shown in FIG. 5C, a
次に、図5Dに示すように、ゲート絶縁膜12上に結晶質シリコンからなるチャネル層用膜13Fを30nm程度の膜厚で形成する。結晶質シリコンからなるチャネル層用膜13Fは、CVD法によって直接微結晶シリコンを成膜したり、また、プラズマCVDによって非晶質シリコンを成膜した後でレーザ又はランプによる加熱処理を施すことによって結晶化したりすることによって形成することができる。
Next, as shown in FIG. 5D, a
次に、図5Eに示すように、プラズマCVDによって、チャネル層用膜13Fを覆うようにして、水素化非晶質シリコン膜からなるバッファ層用膜14Fを20nm程度の膜厚で成膜する。
Next, as shown in FIG. 5E, a
次に、図5Fに示すように、プラズマCVDによって、バッファ層用膜14Fを覆うようにして、n型不純物としてリンが低濃度に添加された非晶質シリコンからなる第1コンタクト層用膜15Fを成膜する。
Next, as shown in FIG. 5F, the first
本実施形態では、第1コンタクト層用膜15Fは、バッファ層用膜14Fと連続して成膜される。この場合、成膜ガスとしては、例えば、モノシラン(SiH4)と水素(H2)を用い、n型の不純物としてリンをドープするためにホスフィン(PH3)を用いることができる。
In the present embodiment, the first
なお、バッファ層用膜14Fと第1コンタクト層用膜15Fの連続成膜を、同一の装置を用いて行う場合であっても、異なる成膜チャンバーを用いてそれぞれ成膜した方が第1コンタクト層用膜15Fの不純物濃度は制御しやすい。但し、この場合、成膜チャンバーを移動する際、バッファ層用膜14Fが酸化されないように真空中で別のチャンバーに搬送することが好ましい。また、同一の成膜チャンバー内で成膜する場合であっても、ガス流量、圧力又は放電パワー等を適宜調整することによって添加する不純物濃度を制御することができる。なお、バッファ層用膜14Fを成膜した後に、成膜チャンバーから他の真空空間に成膜後の基板を一旦退避させておき、その間に成膜チャンバー内の条件調整を行ってから、再び成膜チャンバー内に基板を搬送してから成膜する等の方法でも可能である。
Note that, even when continuous film formation of the
次に、図5Gに示すように、フォトリソグラフィー及びウエットエッチングを施すことにより、積層されたチャネル層用膜13Fとバッファ層用膜14Fと第1コンタクト層用膜15Fとを選択的に同時にパターニングして、島状にパターニングされた、チャネル層13及びバッファ層14を形成することができる。なお、第1コンタクト層用膜15Fもチャネル層13及びバッファ層14と同じ形状でパターニングされる。
Next, as shown in FIG. 5G, the laminated
次に、図5Hに示すように、プラズマCVDによって、チャネル層13、バッファ層14及び第1コンタクト層用膜15Fの島状の積層構造を覆うようにして、n型不純物としてリンが高濃度に添加された非晶質シリコンからなる第2コンタクト層用膜16Fを成膜する。
Next, as shown in FIG. 5H, phosphorus is used as an n-type impurity in a high concentration so as to cover the island-shaped stacked structure of the
なお、本実施形態では、第1コンタクト層用膜15F及び第2コンタクト層用膜16Fである不純物が添加されたシリコン膜は、CVD法によって成膜したが、イオン注入法によって不純物が添加されたシリコン膜を形成することもできる。イオン注入法とは、n型不純物を含まない状態でシリコン膜を成膜した後に、不純物を添加するシリコン膜のみに不純物を導入して濃度勾配を有する不純物領域を形成する方法である。また、イオン注入法は、CVD法と異なり、濃度管理又はCVD装置内での不純物汚染の管理等を行う必要がない。但し、製造装置コストを考慮すると、イオン注入機を必要としないCVD法の方が好ましい。
In the present embodiment, the silicon film to which the impurity that is the first
次に、図5Iに示すように、スパッタ法によって、第2コンタクト層用膜16F上に、ソースドレイン金属膜17Mを成膜する。本実施形態では、ソースドレイン金属膜17Mとして、Mo/Al/Moからなる3層金属層を50nm/300nm/50nmの膜厚で成膜した。
Next, as shown in FIG. 5I, a source /
次に、図5Jに示すように、フォトリソグラフィー及びウエットエッチングを施すことにより、ソースドレイン金属膜17Mをパターニングして、ソース電極17S及びドレイン電極17Dを分離形成する。なお、ソースドレイン金属膜17Mのエッチングは、例えば、リン酸、硝酸及び酢酸からなる混酸によるウエットエッチングによって行うことができる。これにより、第2コンタクト層用膜16Fが露出する。
Next, as shown in FIG. 5J, by performing photolithography and wet etching, the source /
次に、図5Kに示すように、エッチングによって、第2コンタクト層用膜16F及び第1コンタクト層用膜15Fをパターニングして、所定形状の一対の第2コンタクト層16a及び16b、並びに、一対の第1コンタクト層15a及び15bを分離形成する。このとき、一対の第2コンタクト層16a及び16bは、ソース電極17S及びドレイン電極17Dと側面が一致するようにしてパターニングされる。また、第2コンタクト層16a及び16bは、図5Kに示すように、第1コンタクト層15a及び15bの上面、バッファ層14の側面及びチャネル層13の側面を覆うようにして形成される。
Next, as shown in FIG. 5K, the second
第2コンタクト層用膜16F及び第1コンタクト層用膜15Fのエッチングは、例えば、フッ素系のCHF3等のガスを用いたドライエッチングによって行うことができる。このとき、バッファ層14及びチャネル層13もシリコンによって構成される膜であるので、バッファ層14とチャネル層13もドライエッチングされる可能性がある。このため、ドライエッチング時における、パワー、圧力、ガス流量又はエッチング時間等は厳密に管理することが好ましい。
The etching of the second
なお、本実施形態では、図5Kに示すように、チャネル層13上のコンタクト層分離領域にはバッファ層14を残す構造であり、バッファ層14の上面の一部をドライエッチングしている。この構造は、チャネル層13へのエッチングダメージを考慮したものである。但し、図示していないが、チャネル層13上のコンタクト層分離領域におけるバッファ層14を完全に除去し、後の工程において加熱又は水素化処理等を施すことにより、チャネル層13上のエッチングダメージを回復する方法を用いても構わない。エッチングダメージを回復させる方法としては、例えば、水素プラズマ処理、水素雰囲気下での加熱処理、又は、酸素の少ない条件下あるいは真空雰囲気下での加熱処理等が挙げられる。
In this embodiment, as shown in FIG. 5K, the
これにより、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1を製造することができる。
Thereby, the
なお、その後、図5Lに示すように、基板10の全面を覆う状態で、例えば、シリコン窒化膜(SiN2)からなるパッシベーション膜18を400nmの膜厚で成膜してもよい。また、図示しないが、その後続けて、フォトリソグラフィー及びウエットエッチングを施すことにより、パッシベーション膜18に対して、ソース電極17S、ドレイン電極17D及びゲート電極11へのコンタクトホールを同時に形成する工程を経て、ソース電極17S、ドレイン電極17D及びゲート電極11と、装置内の配線電極とを接続する。
Thereafter, as shown in FIG. 5L, a
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ2について、図6を用いて説明する。図6は、本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a
図6に示す本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタは、図1Aに示す本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1と基本的な構成は同じである。従って、図6において、図1Aに示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付しており、その説明は省略する。
The thin film transistor according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 6 has the same basic configuration as the
図6に示す本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ2が、図1Aに示す本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1と異なる点は、チャネル層の構成である。
The
すなわち、図6に示すように、本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ2では、チャネル層23の長さ(Lsi)とバッファ層14の長さとは異なっており、チャネル層23とバッファ層14とは同時にエッチングされない。本実施形態では、チャネル層23の長さ(Lsi)は、ゲート電極11の長さ(Lgm)よりも長くなるように構成されている。
That is, as shown in FIG. 6, in the
また、チャネル層23の側面は第2コンタクト層16a及び16bの側面と一致するように構成されており、第1の実施形態と比べて、チャネル層23と第2コンタクト層16a及び16bとが接している領域が大きくなっている。さらに、チャネル層23と第2コンタクト層16a及び16bとが接している領域は、チャネル層23と第2コンタクト層16a及び16bの積層方向(基板垂直方向)のみである。
Further, the side surface of the
本実施形態においても、第2コンタクト層16a(16b)と第1コンタクト層15a(15b)との界面である第1界面と、第2コンタクト層16a(16b)とチャネル層23との界面である第2界面と、第2コンタクト層16a(16b)とバッファ層14との界面である第3界面と、第2コンタクト層16a(16b)とソース電極17S又はドレイン電極17Dとの界面である第4界面とを有する。但し、本実施形態においては、第1の実施形態とは異なり、図6に示すように、第1界面及び第4界面には、基板10の主面に対して略垂直な垂直面と基板10の主面に対して略水平な水平面とが存在し、第2界面には、基板10の主面に対して略水平な水平面のみが存在し、第3界面には、基板10の主面に対して略垂直な垂直面のみが存在する。
Also in this embodiment, the first interface which is the interface between the
以上、本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ2も、第1の実施形態と同様に、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの間においてキャリアが流れるキャリア移動経路としては、図1Aに示すような第1経路Ch1と第2経路Ch2とが存在する。そして、オフ時におけるキャリアの移動は第1経路Ch1が支配的になってオフ電流が第1経路Ch1に沿って流れることになり、オン時におけるキャリアの移動は第2経路Ch2が支配的になってオン電流が第2経路Ch2に沿って流れることになる。
As described above, in the
すなわち、オフ時におけるキャリアは、ドレイン電極17Dからソース電極17Sまでの間を、第1経路Ch1に沿って、第2コンタクト層16b、第1コンタクト層15b、バッファ層14、チャネル層23、バッファ層14、第1コンタクト層15a及び第2コンタクト層16aの順に移動する。また、オン時におけるキャリアは、ソース電極17Sからドレイン電極17Dまでの間を、第2経路Ch2に沿って、第2コンタクト層16a、チャネル層23及び第2コンタクト層16bの順に移動する。
That is, the carrier at the time of OFF is between the
これにより、第2の実施形態でも、オン時のTFT駆動電流を維持しつつ、オフ時のリーク電流を抑制することができるので、電流の立ち上がりのよい薄膜トランジスタを実現することができる。 Thereby, also in the second embodiment, it is possible to suppress the leakage current at the time of turning off while maintaining the TFT driving current at the time of turning on, so that a thin film transistor having a good current rising can be realized.
また、図1Aに示す第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1では、基板垂直方向におけるゲート電極11とソース電極17S(又はドレイン電極17D)との間には高濃度不純物の第2コンタクト層16a及び16bとゲート絶縁膜12とのみが形成される領域が存在していた。これに対し、図6に示す本実施形態に係る薄膜トランジスタ2では、基板垂直方向におけるゲート電極11とソース電極17S(又はドレイン電極17D)との間には高濃度不純物の第2コンタクト層16a及び16bとゲート絶縁膜12とのみの領域が除去されており、基板垂直方向におけるゲート電極11とソース電極17S(又はドレイン電極17D)との間には、少なくとも高濃度不純物の第2コンタクト層16a及び16b、チャネル層23、並びに、ゲート絶縁膜12が形成されている。
In the
すなわち、本実施形態では、チャネル層23と第2コンタクト層16a及び16bとの界面が基板水平方向に沿ってのみ形成されており、第1の実施形態のように、チャネル層13と第2コンタクト層16a及び16bとの界面が基板垂直方向に沿って形成される領域が存在しない。つまり、本実施形態では、チャネル層23の側面部において、当該チャネル層23と第2コンタクト層16a及び16bとの基板垂直方向における界面が存在しない。
That is, in the present embodiment, the interface between the
この構成により、ゲート電極11とソース電極17S(又はドレイン電極17D)との間における寄生容量(CgdあるいはCgs)を低減することができる。従って、本実施形態に係る薄膜トランジスタ2を、表示装置における画素のスイッチングトランジスタとして使用することにより、ゲート電極11がONからOFFになるときに上記寄生容量を介した飛び込み電圧が発生することを防止することができる。
With this configuration, the parasitic capacitance (Cgd or Cgs) between the
さらに、本実施形態に係る薄膜トランジスタ2は、第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1に対して、ゲート電極11とソース電極17S(又はドレイン電極17D)との間の膜厚がチャネル層23の分だけ厚くなっているので、短絡不良も発生しにくくなる。
Furthermore, the
次に、本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ2の製造方法について、図5A〜図5Lを参照しながら図6を用いて説明する。本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ2の製造方法は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法と、多くの工程で共通する。従って、第1の実施形態に係る製造方法と異なる点を中心に説明する。
Next, a method for manufacturing the
本実施形態に係る製造方法と第1の実施形態に係る製造方法とが異なる点は、第1の実施形態では、チャネル層13とバッファ層14と第1コンタクト層15a及び15bとの3層を同時にエッチングしてパターニングしていたのに対し、第2の実施形態では、チャネル層23と第1コンタクト層15a及び15bとの2層のみを同時にエッチングしてパターニングする点である。
The difference between the manufacturing method according to the present embodiment and the manufacturing method according to the first embodiment is that in the first embodiment, three layers of a
なお、それ以外の工程は、第1の実施形態と基本的には同じであるので、第1の実施形態に係る製造方法及び図5A〜図5Lを参照しながら説明する。 The other steps are basically the same as those in the first embodiment, and will be described with reference to the manufacturing method according to the first embodiment and FIGS. 5A to 5L.
まず、図5A〜図5Dにおいて説明した方法と同様の方法によって、基板10上にゲート電極11をパターン形成し(図5A、図5B)、その後、ゲート電極11を覆う状態でゲート絶縁膜12を形成し(図5C)、その後、ゲート絶縁膜12上に結晶質シリコンからなるチャネル層用膜を形成する(図5D)。
First, the
次に、第1の実施形態では引き続いてバッファ層用膜を形成したが、本実施形態では、バッファ層用膜を形成する前に、チャネル層用膜に対してフォトリソグラフィー及びウエットエッチングを施すことにより、図6に示すように所定形状のチャネル層23をパターン形成する。
Next, in the first embodiment, the buffer layer film is subsequently formed. In this embodiment, however, the channel layer film is subjected to photolithography and wet etching before the buffer layer film is formed. As a result, a
次に、図5E及び図5Fにおいて説明した方法と同様の方法によって、チャネル層23を覆うようにして、水素化非晶質シリコンからなるバッファ層用膜14Fを成膜し(図5E)、その後、n型不純物としてリンが低濃度に添加された非晶質シリコンからなる第1コンタクト層用膜15Fを成膜する(図5F)。
Next, a
次に、図5Gにおいて説明した方法と同様にして、フォトリソグラフィー及びウエットエッチングを施すことにより、バッファ層用膜14Fと第1コンタクト層用膜15Fとを選択的に同時にパターニングして、島状にパターニングされたバッファ層14及び第1コンタクト層用膜15Fを形成することができる。
Next, in the same manner as described in FIG. 5G, by performing photolithography and wet etching, the
次に、図5H及び図5Iにおいて説明した方法と同様にして、チャネル層23とバッファ層14と第1コンタクト層用膜15Fを覆うようにして、n型不純物としてリンが高濃度に添加された非晶質シリコンからなる第2コンタクト層用膜16Fを成膜し(図5H)、第2コンタクト層用膜16F上に、ソースドレイン金属膜17Mを成膜する(図5I)。
Next, in the same manner as described in FIGS. 5H and 5I, phosphorus is added as a n-type impurity at a high concentration so as to cover the
次に、図5J及び図5Kにおいて説明した方法と同様にして、ソースドレイン金属膜17Mをパターニングしてソース電極17S及びドレイン電極17Dを分離形成し(図5J)、その後、第2コンタクト層用膜16F及び第1コンタクト層用膜15Fをパターニングして所定形状の一対の第2コンタクト層16a及び16b並びに一対の第1コンタクト層15a及び15bを分離形成する。
Next, in the same manner as the method described in FIGS. 5J and 5K, the source /
これにより、本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ2を製造することができる。
Thereby, the
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る薄膜トランジスタ3について、図7A及び図7Bを用いて説明する。図7Aは、本発明の第3の実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。また、図7Bは、図7Aに示す本発明の第3の実施形態に係る薄膜トランジスタの平面図である。
(Third embodiment)
Next, a
図7A及び図7Bに示す本発明の第3の実施形態に係る薄膜トランジスタ3は、図6に示す本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ2と基本的な構成は同じであり、図7A及び図7Bにおいて、図6に示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付している。
The
図7A及び図7Bに示す本発明の第3の実施形態に係る薄膜トランジスタ3が、図6に示す本発明の第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ2と異なる点は、チャネル層23より上方に形成される、バッファ層34、一対の第1コンタクト層15a及び15b、並びに、一対の第2コンタクト層36a及び36bの構成である。
The
図7Aに示すように、本発明の第3の実施形態に係る薄膜トランジスタ3は、チャネル層23の上に、バッファ層34、一対の第1コンタクト層15a及び15b、並びに、一対の第2コンタクト層36a及び36bが形成されている。また、一対の第2コンタクト層36a及び36bの上にはソース電極17S及びドレイン電極17Dが形成されている。
As shown in FIG. 7A, the
そして、本実施形態では、第1コンタクト層15bとバッファ層34とを貫通するコンタクトホール38が形成されており、このコンタクトホール38を介して高濃度不純物の第2コンタクト層36a及び36bとチャネル層23とが直接接続されている。なお、本実施形態では、第2の実施形態とは異なり、第2コンタクト層36a及び36bとチャネル層23とはコンタクトホール38を介してのみ直接接続されている。
In the present embodiment, a
なお、本実施形態において、コンタクトホール38の平面視形状は、図7Bに示すように、矩形状としたが、円形等その他の形状であっても構わない。また、コンタクトホール38は1つのみ形成したが、複数個形成しても構わない。また、コンタクトホール38は、ソース電極17S側のみに形成したが、ドレイン電極17D側のみに形成してもよいし、ソース電極17S側とドレイン電極17D側の両方に形成しても構わない。但し、ドレイン電極17D側の方が電界が集中することから、少なくともドレイン電極17D側に形成することが好ましい。
In the present embodiment, the shape of the
また、本実施形態では、第2コンタクト層36bと第1コンタクト層15bとの界面である第1界面(コンタクトホール38の側面)と、第2コンタクト層36bとチャネル層23との界面である第2界面(コンタクトホール38の最下面)と、第2コンタクト層36bとバッファ層34との界面である第3界面(コンタクトホール38の側面)と、第2コンタクト層36a(36b)とソース電極17S又はドレイン電極17Dとの界面である第4界面とを有する。そして、本実施形態においては、図7Aに示すように、第1界面及び第3界面には、基板10の主面に対して略垂直な垂直面のみが存在し、第2界面には、基板10の主面に対して略平行な平行面のみが存在し、第4界面には、基板10の主面に対して略垂直な垂直面と基板10の主面に対して略平行な平行面とが存在する。
In the present embodiment, the first interface (side surface of the contact hole 38) that is the interface between the
以上、本発明の第3の実施形態に係る薄膜トランジスタ3も、第1及び第2の実施形態と同様に、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの間においてキャリアが流れるキャリア移動経路としては、オフ時に支配的となる第1経路とオン時に支配的となる第2経路とが存在する。そして、オフ時におけるキャリアの移動は第1経路が支配的になってオフ電流が第1経路に沿って流れることになり、オン時におけるキャリアの移動は第2経路が支配的になってオン電流が第2経路に沿って流れることになる。
As described above, in the
これにより、第3の実施形態でも、オン時のTFT駆動電流を維持しつつ、オフ時のリーク電流を抑制することができるので、電流の立ち上がりのよい薄膜トランジスタを実現することができる。 Thereby, also in the third embodiment, it is possible to suppress the leakage current at the time of turning off while maintaining the TFT driving current at the time of turning on, so that a thin film transistor with a good current rising can be realized.
さらに、本実施形態では、上記の構成により、第1の実施形態及び第2の実施形態と比較して、チャネル層23と第2コンタクト層36a又は36bとの界面部分が少ない。すなわち、本実施形態では、チャネル層23と第2コンタクト層36bとがコンタクトホール38を介してのみ接触しており、チャネル層23と第2コンタクト層36a又は36bとが接触する面積が小さい。
Furthermore, in the present embodiment, due to the configuration described above, the interface portion between the
従って、チャネル層23と第2コンタクト層36a又は36bとの界面部分が少ない程、Ron抵抗が大きくなってオフ電流をより低減することができる。従って、本実施形態に係る薄膜トランジスタ3は、第2の実施形態と比べて、オフ電流をさらに小さくすることができる。
Therefore, the smaller the interface portion between the
さらに、本実施形態に係る薄膜トランジスタ3は、第1及び第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ1、2に対して、ゲート電極11とソース電極17S(又はドレイン電極17D)との間の膜厚が厚くなっているので、第1及び第2の実施形態と比べて、さらに短絡不良の発生を低減することができる。
Further, the
なお、本実施形態に係る薄膜トランジスタ3の製造方法は、第2の実施形態とマスクパターンが異なるだけであり、本実施形態に係る薄膜トランジスタ3は、第2の実施形態に係る薄膜トランジスタ2の製造方法と同様の方法によって製造することができる。
Note that the manufacturing method of the
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係る薄膜トランジスタ4について、図8を用いて説明する。図8は、本発明の第4の実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
(Fourth embodiment)
Next, a
図8に示す本発明の第4の実施形態に係る薄膜トランジスタ4は、図1Aに示す本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタと基本的な構成は同じであり、図8において、図1Aに示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付している。
The
図8に示す本発明の第4の実施形態に係る薄膜トランジスタ4が、図1Aに示す本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1と異なる点は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ4がチャネル保護層を備えている点である。
The
すなわち、本発明の第4の実施形態に係る薄膜トランジスタ4では、チャネル層13の上にチャネル保護層48が形成されており、チャネル保護層48の両端側を覆うようにしてバッファ層44a及び44bが形成されている。なお、本実施形態において、チャネル層13上のバッファ層はTFTのチャネル部分が除去されて、分離されたバッファ層44a及び44bとなっている。従って、バッファ層44a及び44bは、TFTのチャネル層としての機能よりも、コンタクト層としての機能の方がより支配的になると考えられる。
That is, in the
チャネル保護層48は、シリコン窒化膜等の窒化膜からなる絶縁膜が用いられる。チャネル保護層48は、当該チャネル保護層48の後に形成されるバッファ層44a(44b)と第1コンタクト層15a(15b)と第2コンタクト層16a(16b)とをエッチング等によりパターン形成する際、チャネル部分のエッチングストッパ層として機能する。このように、チャネル保護層48が形成されることにより、エッチングによってチャネル層13がダメージを受けてしまうことを防止することができる。従って、チャネル保護層48を形成することは、チャネル層13にエッチングのダメージを残さないという利点がある。
As the channel
以上、本発明の第4の実施形態に係る薄膜トランジスタ4も、第1の実施形態と同様に、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの間においてキャリアが流れるキャリア移動経路としては、図1Aに示すように、オフ時に支配的となる第1経路Ch1とオン時に支配的となる第2経路Ch2とが存在する。そして、オフ時にはオフ電流が第1経路Ch1に沿って流れることになり、オン時にはオン電流が第2経路Ch2に沿って流れることになる。
As described above, in the
これにより、第4の実施形態でも、オン時のTFT駆動電流を維持しつつ、オフ時のリーク電流を抑制することができるので、電流の立ち上がりのよい薄膜トランジスタを実現することができる。 Thereby, also in the fourth embodiment, it is possible to suppress the leakage current at the time of OFF while maintaining the TFT drive current at the time of ON, so that a thin film transistor with a good current rising can be realized.
このとき、本実施形態に係る薄膜トランジスタ4では、チャネル層13の上層にチャネル保護層48が直接形成されているので、第1の実施形態と比べて、オフ時において第2経路Ch2のバッファ層44a及び44bにキャリアが流れる割合が減少する。
At this time, in the
また、本実施形態に係る薄膜トランジスタ4は、チャネル保護層48を備えているので、エッチングの際におけるエッチング速度の制御を厳密に行わなくても、チャネル層がエッチングされてしまうことを防止することができる。これにより、製造管理を容易に行うことができる。
In addition, since the
なお、本実施形態では、チャネル保護層48としてシリコン窒化膜を用いたが、これに限らない。その他、チャネル保護層48としては、シリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜、又はシリコン窒化膜やこれらの層との積層膜等が用いられる。あるいは、チャネル保護層48として、不純物が添加されたシリコン膜等のエッチングが困難な難エッチング材、その他絶縁物で構成される絶縁膜を用いることもできる。
In the present embodiment, a silicon nitride film is used as the channel
また、本実施形態では、図8に示すように、チャネル層13に接する形でチャネル保護層48を形成したが、これに限らない。例えば、バッファ層用膜をエッチングせずにバッファ層上にチャネル保護層48を形成し、チャネル保護層48がチャネル層13と接触しないように構成しても構わない。
In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the channel
さらに、本実施形態では、バッファ層44a及び44bとして水素化非晶質シリコン膜を用いており、これにより、チャネル保護層48中の不純物が半導体層のチャネル部に混入することを防ぐことができる。この結果、チャネル保護層48そのものを成膜する際におけるチャネル部へのダメージを低減することができる。その他、チャネル保護層48としては、エッチングの際にチャネル層13を保護することができるような構成であれば、どのような構成であっても構わない。
Furthermore, in the present embodiment, hydrogenated amorphous silicon films are used as the buffer layers 44a and 44b, thereby preventing impurities in the channel
なお、本実施形態に係る薄膜トランジスタ4の構成は、第1の実施形態だけでなく、第2の実施形態又は第3の実施形態に適用しても構わない。すなわち、第2及び第3の実施形態に係る薄膜トランジスタ2、3において、チャネル保護層を形成することもできる。
Note that the configuration of the
次に、本発明の第4の実施形態に係る薄膜トランジスタ4の製造方法について、図5A〜図5Lを参照しながら図8を用いて説明する。本発明の第4の実施形態に係る薄膜トランジスタ4の製造方法は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法と、多くの工程で共通する。従って、第1の実施形態に係る製造方法と異なる点を中心に説明する。
Next, a method of manufacturing the
本実施形態に係る製造方法と第1の実施形態に係る製造方法とが異なる点は、本実施形態では、チャネル保護層48を形成する工程が追加された点である。
The difference between the manufacturing method according to the present embodiment and the manufacturing method according to the first embodiment is that in this embodiment, a step of forming the channel
なお、それ以外の工程は、第1の実施形態と基本的には同じであるので、第1の実施形態に係る製造方法及び図5A〜図5Lを参照しながら説明する。 The other steps are basically the same as those in the first embodiment, and will be described with reference to the manufacturing method according to the first embodiment and FIGS. 5A to 5L.
まず、図5A〜図5Dにおいて説明した方法と同様の方法によって、基板10上にゲート電極11をパターン形成し(図5A、図5B)、その後、ゲート電極11を覆う状態でゲート絶縁膜12を形成し(図5C)、その後、ゲート絶縁膜12上に結晶質シリコンからなるチャネル層用膜13Fを形成する(図5D)。
First, the
次に、本実施形態では、チャネル層用膜13Fの上に窒化膜等の絶縁膜を形成し、この絶縁膜に対してフォトリソグラフィー及びウエットエッチングを施すことにより、所定形状のチャネル保護層48をパターン形成する。
Next, in the present embodiment, an insulating film such as a nitride film is formed on the
その後、図5E〜図5Jで説明した方法と同様の方法によって、チャネル層13とチャネル保護層48とを覆うようにしてバッファ層用膜を形成し(図5E)、その後、第1コンタクト層用膜の成膜(図5F)、第1コンタクト層用膜、バッファ層及びチャネル層の島化(図5G)、第2コンタクト層用膜の成膜(図5H)、ソースドレイン金属膜の形成(図5I)、及び、ソース電極及びドレイン電極のパターン形成(図5J)を行う。
Thereafter, a buffer layer film is formed so as to cover the
次に、図5Kで説明した方法と同様の方法によって、第2コンタクト層用膜をエッチングで除去し、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの離間部はチャネル保護層48で保護しながら、チャネル保護層48上におけるバッファ層用膜と第1コンタクト層用膜と第2コンタクト層用膜をエッチングによって完全に除去する。
Next, the second contact layer film is removed by etching in the same manner as described with reference to FIG. 5K, and the
これにより、本発明の第4の実施形態に係る薄膜トランジスタ4を製造することができる。
Thereby, the
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態に係る薄膜トランジスタ5について、図9を用いて説明する。図9は、本発明の第5の実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。なお、図9において、図1A及び図8に示す構成要素と同じ材料で構成される構成要素については、同じ符号を付しており、その材料や寸法等の詳しい説明は省略する。
(Fifth embodiment)
Next, a thin film transistor 5 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a thin film transistor according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 9, the same reference numerals are given to constituent elements made of the same material as the constituent elements shown in FIGS. 1A and 8, and detailed description of the materials, dimensions, and the like is omitted.
図9に示すように、本発明の第5の実施形態に係る薄膜トランジスタ5は、トップゲート型の薄膜トランジスタであって、基板10と、ソース電極17S及びドレイン電極と、一対の第2コンタクト層16a及び16bと、一対の第1コンタクト層15a及び15bと、一対のバッファ層44a及び44bと、チャネル層13と、ゲート絶縁膜12と、ゲート電極11と、を備える。
As shown in FIG. 9, the thin film transistor 5 according to the fifth embodiment of the present invention is a top-gate thin film transistor, and includes a
ソース電極17S及びドレイン電極17Dは、それぞれ導電性材料及び合金等の単層構造又は多層構造であり、基板10上に分離形成されている。
The source electrode 17 </ b> S and the
一対の第2コンタクト層16a及び16bは、不純物を高濃度に含む非晶質シリコン膜(n+Si)であり、ソース電極17S及びドレイン電極17Dを覆うように形成されている。一対の第2コンタクト層16a及び16bは、第1コンタクト層15a及び15bに接するとともに、チャネル層13にも接している。なお、一対の第2コンタクト層16a及び16bの不純物濃度は、一対の第1コンタクト層15a及び15bの不純物濃度よりも一桁以上高い濃度である。
The pair of second contact layers 16a and 16b are amorphous silicon films (n + Si) containing impurities at a high concentration, and are formed so as to cover the
一対の第1コンタクト層15a及び15bは、第2コンタクト層16a及び16bよりも不純物濃度が低い非晶質シリコン膜(n-Si)によって構成されており、一対の第2コンタクト層16a及び16bの上に形成されている。 The pair of first contact layers 15a and 15b is composed of an amorphous silicon film (n − Si) having an impurity concentration lower than that of the second contact layers 16a and 16b, and the pair of second contact layers 16a and 16b. Formed on top.
一対のバッファ層44a及び44bは、それぞれ、非晶質シリコン(アモルファスシリコン)等の非晶質半導体膜によって構成されており、一対の第1コンタクト層15a及び15bの上に形成されている。
The pair of
チャネル層13は、結晶質シリコン膜によって構成されており、一対のバッファ層44a及び44bを覆うようにして基板10上にも形成されている。
The
ゲート絶縁膜12は、二酸化シリコン等の絶縁材料で構成されており、チャネル層13上に形成されている。
The
ゲート電極11は、モリブデン等の金属からなり、ゲート絶縁膜12上に形成されている。
The
本実施形態では、第2コンタクト層16a(16b)と第1コンタクト層15a(15b)との界面である第1界面と、第2コンタクト層16a(16b)とチャネル層13との界面である第2界面と、第2コンタクト層16a(16b)とソース電極17S又はドレイン電極17Dとの界面である第4界面とを有する。なお、第2コンタクト層16a(16b)とバッファ層44a(44b)との界面は存在しない。また、本実施形態においては、図9に示すように、第1界面及び第4界面には、基板10の主面に対して略水平な水平面が存在し、第2界面には、基板10の主面に対して略垂直な垂直面のみが存在する。
In the present embodiment, a first interface that is an interface between the
以上、本発明の第5の実施形態に係る薄膜トランジスタ5も、第1の実施形態と同様に、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの間においてキャリアが流れるキャリア移動経路としては、チャネル層13、バッファ層44a(44b)、第1コンタクト層15a(15b)及び第2コンタクト層16a(16b)を経由してキャリアが移動する第1経路と、チャネル層13及び第2コンタクト層16a(16b)を経由してキャリアが移動する第2経路とが存在することになる。
As described above, in the thin film transistor 5 according to the fifth embodiment of the present invention, as in the first embodiment, the carrier moving path through which carriers flow between the
より具体的には、本実施形態に係る薄膜トランジスタ5でも、オフ時におけるキャリアの移動は第1経路が支配的になってオフ電流が第1経路に沿って流れることになり、オン時におけるキャリアの移動は第2経路が支配的になってオン電流が第2経路に沿って流れることになる。 More specifically, also in the thin film transistor 5 according to the present embodiment, the movement of carriers in the off state is that the first path is dominant and the off current flows along the first path. In the movement, the second path is dominant and the on-current flows along the second path.
これにより、第5の実施形態に係る薄膜トランジスタ5であっても、第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1と同様に、Ronの抵抗を小さくすることができるので、オン時のTFT駆動電流を維持しつつ、オフ時のリーク電流を抑制することができ、電流の立ち上がりのよい薄膜トランジスタを実現することができる。
Accordingly, even in the thin film transistor 5 according to the fifth embodiment, the resistance of Ron can be reduced similarly to the
さらに、本実施形態に係る薄膜トランジスタ5は、チャネル層13上にゲート絶縁膜12が形成されており、さらに、チャネル層13が薄膜トランジスタの製造工程の最後の方の工程で形成される。このため、製造工程中のエッチング工程においてチャネル層13がエッチングされてしまうことを防止することができ、かつ、チャネル層13に不純物が混入して汚染されてしまうことを防止することができる。
Furthermore, in the thin film transistor 5 according to this embodiment, the
次に、本発明の第5の実施形態に係る薄膜トランジスタ5の製造方法について図9を参照して説明する。なお、本実施形態に係る各構成要素の製造工程は、第1の実施形態に係る各構成要素の製造方法と同様にして行うことができる。すなわち、本実施形態に係る製造方法と第1の実施形態に係る製造方法とは、基本的には、工程の順序やマスクパターン等が異なるだけで、第1の実施形態と同じ材料の構成要素については、第1の実施形態と同様の成膜方法や同様のエッチング方法を用いることができる。 Next, a manufacturing method of the thin film transistor 5 according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, the manufacturing process of each component which concerns on this embodiment can be performed similarly to the manufacturing method of each component which concerns on 1st Embodiment. That is, the manufacturing method according to the present embodiment and the manufacturing method according to the first embodiment are basically the same material components as those in the first embodiment, except that the order of the processes and the mask pattern are different. For the above, the same film forming method and the same etching method as those in the first embodiment can be used.
まず、基板10上にソースドレイン金属膜を成膜し、フォトリソグラフィー及びウエットエッチングにより、ソース電極17S及びドレイン電極17Dをパターン形成する。
First, a source / drain metal film is formed on the
次に、ソース電極17S及びドレイン電極17Dを覆うようにして、リンが高濃度に添加された非晶質シリコンからなる第2コンタクト層用膜、リンが低濃度に添加された非晶質シリコンからなる第1コンタクト層用膜、及び、水素化非晶質シリコン膜からなるバッファ層用膜を順次成膜する。その後、フォトリソグラフィー及びエッチングを施すことにより、これらの膜を所定形状に同時にパターニングし、一対の第2コンタクト層16a及び16b、一対の第1コンタクト層15a及び15b、並びに、一対のバッファ層44a及び44bを同時にパターン形成する。
Next, the second contact layer film made of amorphous silicon to which phosphorus is added at a high concentration so as to cover the
次に、バッファ層44a及び44bを覆うようにして、結晶質シリコンからなるチャネル層用膜を形成し、チャネル層13をパターン形成する。その後、チャネル層13上に、シリコン酸化膜等からなるゲート絶縁膜とモリブデン等からなるゲート金属膜とを成膜する。その後、フォトリソグラフィー及びエッチングを施すことにより、所定形状のゲート絶縁膜12とゲート電極11とをパターン形成する。
Next, a channel layer film made of crystalline silicon is formed so as to cover the buffer layers 44a and 44b, and the
これにより、本発明の第5の実施形態に係る薄膜トランジスタ5を製造することができる。 Thereby, the thin film transistor 5 according to the fifth embodiment of the present invention can be manufactured.
なお、本実施形態では、チャネル層13を形成するときに、既にチャネル層13の下層に、高濃度不純物の第2コンタクト層16a(16b)、ソース電極17S又はドレイン電極17Dが形成されているため、高温プロセスを使用することは好ましくない。従って、結晶質シリコン膜からなるチャネル層13を形成する際は、非晶質シリコン膜をアニールして結晶化するのではなく、CVD法等で直接微結晶シリコン等の結晶質シリコン膜を成膜する方法が適している。
In the present embodiment, when the
(第6の実施形態)
次に、本発明の第6の実施形態及び第6の実施形態の他の例に係る薄膜トランジスタ6、6Aについて、それぞれ図10及び図11を用いて説明する。図10は、本発明の第6の実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。また、図11は、本発明の第6の実施形態の他の例に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。なお、図10及び図11において、図1A及び図9に示す構成要素と同じ材料で構成される構成要素については、同じ符号を付しており、その材料や寸法等の詳しい説明は省略する。
(Sixth embodiment)
Next,
まず、図10に示すように、本発明の第6の実施形態に係る薄膜トランジスタ6は、トップゲート型の薄膜トランジスタであって、基板10と、チャネル層13と、バッファ層14と、一対の第1コンタクト層15a及び15bと、一対の第2コンタクト層16a及び16bと、ソース電極17S及びドレイン電極17Dと、ゲート絶縁膜12と、ゲート電極11と、層間絶縁膜68と、を備える。
First, as shown in FIG. 10, a
チャネル層13は、結晶質シリコン膜によって構成されており、基板10上に形成されている。
The
バッファ層14は、非晶質シリコン(アモルファスシリコン)等の非晶質半導体膜によって構成されており、チャネル層13上に形成される。
The
一対の第1コンタクト層15a及び15bは、不純物を低濃度に含む非晶質シリコン膜(n-Si)によって構成されており、チャネル層13上において離間して形成されている。一対の第1コンタクト層15a及び15bの不純物濃度は、一対の第2コンタクト層16a及び15bの不純物濃度よりも一桁以上低い濃度である。
The pair of first contact layers 15 a and 15 b are made of an amorphous silicon film (n − Si) containing impurities at a low concentration, and are formed on the
一対の第2コンタクト層16a及び16bは、不純物を高濃度に含む非晶質シリコン膜(n+Si)であり、第1コンタクト層15a及び15bの上面、チャネル層13の側面及びバッファ層14の側面を覆うようにして離間して形成されている。一対の第2コンタクト層16a及び16bは、第1コンタクト層15a及び15bに接するとともに、チャネル層13及びバッファ層14にも接している。
The pair of second contact layers 16a and 16b are amorphous silicon films (n + Si) containing impurities at a high concentration. The top surfaces of the first contact layers 15a and 15b, the side surfaces of the
ソース電極17S及びドレイン電極17Dは、それぞれ導電性材料及び合金等の単層構造又は多層構造であり、第2コンタクト層16a及び16b上に分離形成されている。
The
ゲート絶縁膜12は、二酸化シリコン等の絶縁材料で構成されており、第1コンタクト層15aと第1コンタクト層15bの間であってバッファ層14上に島状に形成されている。
The
ゲート電極11は、モリブデン等の金属からなり、ゲート絶縁膜12上に島状に形成されている。ゲート電極11は、ゲート絶縁膜12と同時にパターン形成されており、ゲート絶縁膜12と側面が一致している。
The
層間絶縁膜68は、島状のゲート絶縁膜12及びゲート電極11を覆うようにして、第2コンタクト層16aと第2コンタクト層16bとの間に形成されている。
The
本実施形態に係る薄膜トランジスタ6が第5の実施形態に係る薄膜トランジスタ5と異なる点の一つは、チャネル層13の下にソース電極17S及びドレイン電極17Dが存在しないという点である。
One of the differences between the
また、本実施形態では、第2コンタクト層16a(16b)と第1コンタクト層15a(15b)との界面である第1界面と、第2コンタクト層16a(16b)とチャネル層13との界面である第2界面と、第2コンタクト層16a(16b)とバッファ層14との界面である第3界面と、第2コンタクト層16a(16b)とソース電極17S又はドレイン電極17Dとの界面である第4界面とを有する。そして、本実施形態においては、図10に示すように、第1界面には、基板10の主面に対して略垂直な垂直面と基板10の主面に対して略水平な水平面とが存在し、第2界面及び第3界面には、基板10の主面に対して略垂直な垂直面のみが存在し、第4界面には、基板10の主面に対して略水平な水平面のみが存在する。
In the present embodiment, the first interface which is the interface between the
以上、本発明の第6の実施形態に係る薄膜トランジスタ6も、第5の実施形態と同様に、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの間においてキャリアが流れるキャリア移動経路としては、チャネル層13、バッファ層14、第1コンタクト層15a(15b)及び第2コンタクト層16a(16b)を経由してキャリアが移動する第1経路と、チャネル層13及び第2コンタクト層16a(16b)を経由してキャリアが移動する第2経路とが存在することになる。
As described above, in the
そして、本実施形態に係る薄膜トランジスタ6でも、オフ時におけるキャリアの移動は第1経路が支配的になってオフ電流が第1経路に沿って流れることになり、オン時におけるキャリアの移動は第2経路が支配的になってオン電流が第2経路に沿って流れることになる。
Also in the
これにより、第6の実施形態に係る薄膜トランジスタ6であっても、第5の実施形態に係る薄膜トランジスタ6と同様に、Ronの抵抗を小さくすることができるので、オン時のTFT駆動電流を維持しつつ、オフ時のリーク電流を抑制することができ、電流の立ち上がりのよい薄膜トランジスタを実現することができる。
Thereby, even in the
また、本実施形態では、チャネル層13の下にソース電極17S及びドレイン電極17Dが存在しないので、結晶質シリコンからなるチャネル層13を形成する際に、非晶質シリコンをアニールすることによって結晶化する方法を用いることができる。この場合、この結晶化する加熱プロセスを考慮して、ソース電極17S及びドレイン電極17Dに高融点金属を用いる必要がない。
In the present embodiment, since the
また、図10に示す本実施形態に係る薄膜トランジスタ6の構造によれば、チャネル層13がエッチングされることを防止することができる。
In addition, according to the structure of the
次に、本発明の第6の実施形態の他の例に係る薄膜トランジスタ6Aについて、図11を用いて説明する。
Next, a
図11に示すように、本発明の第6の実施形態の他の例に係る薄膜トランジスタ6Aもトップゲート型の薄膜トランジスタであって、基本的な構成は、図10に示す第6の実施形態に係る薄膜トランジスタ6と同じである。従って、図11において、図10に示す構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付しており、その詳しい説明は省略する。
As shown in FIG. 11, the
図11に示す本発明の第6の実施形態の他の例に係る薄膜トランジスタ6Aが、図10に示す本発明の第6の実施形態に係る薄膜トランジスタ6と異なる点は、バッファ層の構成である。
A
すなわち、図11に示す本実施形態に係る薄膜トランジスタ6Aは、島状のゲート絶縁膜12及びゲート電極11の下のバッファ層部分が完全に除去されており、ゲート絶縁膜12がチャネル層13上に形成されている。つまり、ゲート電極11の下には、基板10上において、ゲート絶縁膜12とチャネル層13のみが形成されている。
That is, in the
このように構成される図11に示す本発明の第6の実施形態の他の例に係る薄膜トランジスタ6Aも、図10に示す薄膜トランジスタ6と同様の効果を奏する。さらに、本実施形態では、ゲート電極11の下には、ゲート絶縁膜12及びチャネル層13しか形成されていないので、Id−Vg特性の立ち上がり特性が良くなる。つまり、Ron抵抗をさらに小さくすることができる。
The
次に、本発明の第6の実施形態に係る薄膜トランジスタ6及び第6の実施形態の他の例に係る薄膜トランジスタ6Aの製造方法について、図10及び図11を参照しながら説明する。なお、本実施形態でも、第1の実施形態と同じ材料の構成要素については、第1の実施形態と同様の成膜方法や同様のエッチング方法を用いることができる。
Next, a method for manufacturing the
まず、基板10上に、結晶質シリコン膜からなるチャネル層用膜を成膜し、その後、通常のフォトリソグラフィーとエッチングを行うことにより、チャネル層13をパターン形成する。
First, a channel layer film made of a crystalline silicon film is formed on the
次に、チャネル層13を覆うようにして、水素化非晶質シリコン膜からなるバッファ層14を成膜し、不純物を低濃度に含有する第1コンタクト層用膜を成膜する。
Next, a
その後、フォトリソグラフィーとエッチングを行うことにより、第1コンタクト層用膜をエッチングすることにより、一対の第1コンタクト層15a及び15bをパターン形成する。なお、このとき、第1コンタクト層15aと第1コンタクト層15bとの間の分離領域(エッチング除去領域)にあわせてバッファ層もエッチング除去することにより、図11に示す構造とすることができる。
Thereafter, the first contact layer film is etched by photolithography and etching, thereby patterning the pair of first contact layers 15a and 15b. At this time, the structure shown in FIG. 11 can be obtained by etching and removing the buffer layer in accordance with the separation region (etching removal region) between the
次に、第1コンタクト層15a及び15bの分離領域に、ゲート絶縁膜12及びゲート電極11を同時に島状にパターン形成する。その後、全面を覆うように絶縁膜を成膜して、フォトリソグラフィーとエッチングを行うことにより、ゲート電極11とゲート絶縁膜12と第1コンタクト層15a及び15bの一部を覆うように、層間絶縁膜68をパターン形成する。
Next, the
次に、不純物を高濃度に含有する第2コンタクト層用膜とソースドレイン金属膜とを順次成膜し、フォトリソグラフィーとエッチングを行うことにより、ソース電極17S及びドレイン電極17Dをパターン形成する。その後、第2コンタクト層用膜に対してエッチングを施すことにより、第1コンタクト層15a及び15bの上面、チャネル層13の側面、及び、バッファ層14(44a、44b)の側面を覆うようにして、第2コンタクト層16a及び16bをパターン形成する。
Next, a second contact layer film containing a high concentration of impurities and a source / drain metal film are sequentially formed, and photolithography and etching are performed to pattern the
これにより、本発明の第6の実施形態及び第6の実施形態の他の例に係る薄膜トランジスタ6、6Aを製造することができる。
Thereby, the
なお、図10に示す本発明の第6の実施形態に係る薄膜トランジスタ6においては、チャネル層13のパターニングの後に、バッファ層14のパターニングを行ったが、これに限らない。例えば、チャネル層用膜とバッファ層用膜とを連続成膜し、その後、チャネル層13とバッファ層14とを同時にパターニングしても構わない。
In the
また、第1コンタクト層15a及び15bのパターニングは、バッファ層14のパターニングの後に行ったが、これに限らない。例えば、チャネル層用膜とバッファ層用膜と第1コンタクト層用膜とを連続成膜した後に、これらを同時にパターニングし、さらにその後、第1コンタクト層15a及び15bのパターニングを行っても構わない。
Further, the patterning of the first contact layers 15a and 15b is performed after the patterning of the
また、図11に示す本発明の第6の実施形態の他の例に係る薄膜トランジスタ6Aにおいては、チャネル層13をパターニングした後に、バッファ層44a及び44bと第1コンタクト層15a及び15bとを同時にパターニングしたが、これに限らない。例えば、チャネル層用膜とバッファ層用膜と第1コンタクト層用膜とを連続成膜した後に、これらを同時にパターニングし、さらにその後、バッファ層44a及び44bと第1コンタクト層15a及び15bとのパターニングを行っても構わない。
In the
(第7の実施形態)
次に、本発明の第7の実施形態に係る薄膜トランジスタについて、図12を用いて説明する。図12は、本発明の第7の実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
(Seventh embodiment)
Next, a thin film transistor according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of a thin film transistor according to the seventh embodiment of the present invention.
なお、図12に示す本発明の第7の実施形態に係る薄膜トランジスタ7は、図1Aに示す本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタと基本的な構成は同じである。従って、図12において、図1Aに示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付しており、その説明は省略する。 The thin film transistor 7 according to the seventh embodiment of the present invention shown in FIG. 12 has the same basic configuration as the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1A. Therefore, in FIG. 12, the same components as those shown in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図12に示す本発明の第7の実施形態に係る薄膜トランジスタ7が、図1Aに示す本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1と異なる点は、ゲート電極の長さ(Lgm)である。それ以外の構成は、第1の実施形態と同じである。
The thin film transistor 7 according to the seventh embodiment of the present invention shown in FIG. 12 is different from the
図12に示すように、本発明の第7の実施形態に係る薄膜トランジスタ7は、ゲート電極71の長さ(Lgm)が、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの間における離間部の長さ(Lch)よりも長く、チャネル層13の長さ(Lsi)よりも短い。
As shown in FIG. 12, in the thin film transistor 7 according to the seventh embodiment of the present invention, the length (Lgm) of the
つまり、本実施形態に係る薄膜トランジスタ7は、第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1と異なり、基板垂直方向におけるゲート電極71とソース電極17S(又はドレイン電極17D)との間には、ゲート絶縁膜12のみが存在する領域がない。
That is, unlike the
この構成により、ゲート電極71とソース電極17S(又はドレイン電極17D)との間における寄生容量(CgdあるいはCgs)を低減することができる。従って、本実施形態に係る薄膜トランジスタ7を、表示装置における画素のスイッチングトランジスタとして使用することにより、ゲート電極71がONからOFFになるときに上記寄生容量を介した飛び込み電圧が発生することを防止することができる。
With this configuration, the parasitic capacitance (Cgd or Cgs) between the
さらに、本実施形態に係る薄膜トランジスタ7は、第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1のように、ゲート電極11とソース電極17S(又はドレイン電極17D)との間に絶縁膜だけが存在するものと比較して、ゲート電極71とソース電極17S(又はドレイン電極17D)との間の膜厚がチャネル層13及びバッファ層14の分だけ厚くなっているので、短絡不良も発生しにくくなる。
Furthermore, the thin film transistor 7 according to the present embodiment is compared with the thin film transistor 7 according to the first embodiment in which only the insulating film exists between the
なお、キャリアの移動経路に関しては、本発明の第7の実施形態に係る薄膜トランジスタ7は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1と同様の効果を奏する。
Regarding the carrier movement path, the thin film transistor 7 according to the seventh embodiment of the present invention has the same effect as the
以上、本発明の第7の実施形態に係る薄膜トランジスタ7の構成は、第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1に限らず、他の実施形態に係る薄膜トランジスタにも適用することができる。
As described above, the configuration of the thin film transistor 7 according to the seventh embodiment of the present invention can be applied not only to the
(第8の実施形態)
次に、本発明の第8の実施形態に係る薄膜トランジスタ8について、図13を用いて説明する。図13は、本発明の第8の実施形態に係る薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
(Eighth embodiment)
Next, a thin film transistor 8 according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of a thin film transistor according to the eighth embodiment of the present invention.
なお、図13に示す本発明の第8の実施形態に係る薄膜トランジスタ8は、図1Aに示す本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタと基本的な構成は同じである。従って、図13において、図1Aに示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付しており、その説明は省略する。 Note that the thin film transistor 8 according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 13 has the same basic configuration as the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1A. Therefore, in FIG. 13, the same components as those shown in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図13に示す本発明の第8の実施形態に係る薄膜トランジスタ8が、図1Aに示す本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1と異なる点は、第7の実施形態と同様に、ゲート電極の長さ(Lgm)である。それ以外の構成は、第1の実施形態と同じである。
The thin film transistor 8 according to the eighth embodiment of the present invention shown in FIG. 13 is different from the
図13に示すように、本発明の第8の実施形態に係る薄膜トランジスタ8は、ゲート電極81の長さ(Lgm)が、チャネル層13の長さ(Lsi)よりも短く、さらに、ソース電極17Sとドレイン電極17Dとの間における離間部の長さ(Lsi)よりも短い。
As shown in FIG. 13, in the thin film transistor 8 according to the eighth embodiment of the present invention, the length (Lgm) of the
従って、本実施形態に係る薄膜トランジスタ8は、基板垂直方向において、ゲート電極81とソース電極17S(又はドレイン電極17D)とは交差せず、ゲート電極81とソース電極17S(又はドレイン電極17D)とが重なる領域は存在しない。
Therefore, in the thin film transistor 8 according to the present embodiment, the
これにより、ゲート電極81とソース電極17S(又はドレイン電極17D)との間における短絡不良は、ほとんど発生しない。
Thereby, the short circuit defect between the
なお、キャリアの移動経路に関しては、本発明の第8の実施形態に係る薄膜トランジスタ8は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1と同様の効果を奏する。但し、本実施形態に係る薄膜トランジスタ8は、第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1と比べると、オン電流を低減することにはなるものの、オフ電流は最も抑制することができる。従って、本実施形態に係る薄膜トランジスタ8は、スイッチングトランジスタとして有効である。但し、チャネル層13としては、移動度の高い結晶質シリコン膜を用いることが好ましい。
Regarding the carrier movement path, the thin film transistor 8 according to the eighth embodiment of the present invention has the same effect as the
以上、本発明の第8の実施形態に係る薄膜トランジスタ8の構成は、第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ1に限らず、他の実施形態に係る薄膜トランジスタにも適用することができる。
As described above, the configuration of the thin film transistor 8 according to the eighth embodiment of the present invention can be applied not only to the
(第9の実施形態)
次に、上記の第1〜第8の実施形態に係る薄膜トランジスタを表示装置に適用した場合である本発明の第9の実施形態に係る表示装置について、図14を用いて説明する。なお、本実施形態では、有機EL表示装置に適用した例について説明する。図14は、本発明の第9の実施形態に係る有機EL表示装置の一部切り欠き斜視図である。上述した各実施形態に係る薄膜トランジスタは、有機EL表示装置のアクティブマトリクス基板の駆動トランジスタ又はスイッチングトランジスタとして用いることができる。
(Ninth embodiment)
Next, a display device according to a ninth embodiment of the present invention in which the thin film transistor according to the first to eighth embodiments is applied to a display device will be described with reference to FIG. In the present embodiment, an example applied to an organic EL display device will be described. FIG. 14 is a partially cutaway perspective view of an organic EL display device according to a ninth embodiment of the present invention. The thin film transistor according to each embodiment described above can be used as a drive transistor or a switching transistor of an active matrix substrate of an organic EL display device.
図14に示すように、有機EL表示装置300は、アクティブマトリクス基板310と、アクティブマトリクス基板310上にマトリクス状に複数配置された画素320と、画素320に接続され、アクティブマトリクス基板310上にアレイ状に複数配置された画素回路330と、画素320と画素回路330の上に順次積層された下部電極340(陽極)、有機EL層350及び上部電極360(陰極)と、各画素回路330と制御回路(不図示)とを接続する複数本のソース線370及びゲート線380と、を備えている。有機EL層350は、電子輸送層、発光層、正孔輸送層等の各層が積層されて構成されている。
As shown in FIG. 14, the organic
次に、上記有機EL表示装置300における画素320の回路構成について、図15を用いて説明する。図15は、本発明の第1〜第8の実施形態のいずれかの薄膜トランジスタを用いた画素の回路構成図である。
Next, the circuit configuration of the
図15に示すように、画素320は、有機EL素子321と、有機EL素子321の発光量を制御するための駆動トランジスタ322と、有機EL素子321のオン/オフ等の駆動のタイミングを制御するためのスイッチングトランジスタ323と、コンデンサ324とを備える。なお、駆動トランジスタ322又はスイッチングトランジスタ323として、本発明の第1〜第8の実施形態のいずれかの薄膜トランジスタが用いられる。
As illustrated in FIG. 15, the
スイッチングトランジスタ323のソース電極323Sは、ソース線370に接続され、ゲート電極323Gは、ゲート線380に接続され、ドレイン電極323Dは、コンデンサ324及び駆動トランジスタ322のゲート電極322Gに接続されている。
The source electrode 323S of the switching
また、駆動トランジスタ322のドレイン電極322Dは、電源線390に接続され、ソース電極322Sは有機EL素子321のアノードに接続されている。
Further, the
この構成において、ゲート線380にゲート信号が入力され、スイッチングトランジスタ323をオン状態にすると、ソース線370を介して供給された信号電圧がコンデンサ324に書き込まれる。そして、コンデンサ324に書き込まれた保持電圧は、1フレーム期間を通じて保持される。この保持電圧により、駆動トランジスタ322のコンダクタンスがアナログ的に変化し、発光階調に対応した駆動電流が、有機EL素子321のアノードからカソードへと流れる。これにより、有機EL素子321が発光し、画像として表示される。
In this configuration, when a gate signal is input to the
次に、上記の第1〜第8の実施形態に係る薄膜トランジスタを、有機EL表示装置の画素における駆動トランジスタ又はスイッチングトランジスタとして用いた場合について、図16を用いてさらに詳細に説明する。図16は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタを駆動トランジスタとして用いた場合における有機EL表示装置の一画素の断面図である。 Next, the case where the thin film transistor according to the first to eighth embodiments is used as a drive transistor or a switching transistor in a pixel of an organic EL display device will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 16 is a cross-sectional view of one pixel of an organic EL display device when the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention is used as a drive transistor.
図16に示すように、本実施形態に係る有機EL表示装置400は、駆動トランジスタ1Aとスイッチングトランジスタ(不図示)とが形成されたTFTアレイ基板である基板10上に、第1層間絶縁膜410と、第2層間絶縁膜420と、第1コンタクト部430と、第2コンタクト部440と、バンク450とを備え、さらに、図14で説明したような、下部電極340と、有機EL層350と、上部電極360とを備える。
As shown in FIG. 16, the organic
図16に示すように、駆動トランジスタ1Aを覆うようにして、第1層間絶縁膜410が形成されている。第1層間絶縁膜410上にはソース線370及び電源線390が形成されており、電源線390と駆動トランジスタ1Aのドレイン電極17Dとは、第1層間絶縁膜410を貫通する第1コンタクト部430を介して電気的に接続されている。また、ソース線370と電源線390とを覆うようにして、第2層間絶縁膜420が形成されている。
As shown in FIG. 16, a first
第2層間絶縁膜420上には、隣接する画素との境界部分にバンク450が形成されている。従って、バンク450は基板10上に複数個形成されており、隣接するバンク450によって開口部が形成される。バンク450の開口部には、下部電極340と有機EL層350と上部電極360とで構成される有機EL素子321が形成されている。
On the second
下部電極340は、画素単位で配置された陽極(アノード)であり、第2層間絶縁膜420上に形成されている。下部電極340と駆動トランジスタ1Aのソース電極17Sとは、第1層間絶縁膜410と第2層間絶縁膜420とを貫通する第2コンタクト部440を介して電気的に接続されている。
The
有機EL層(有機発光層)350は、色(サブ画素列)単位又はサブ画素単位で形成されており、上述のとおり、所定の有機発光材料で構成されている。 The organic EL layer (organic light emitting layer) 350 is formed in units of colors (sub pixel columns) or sub pixels, and is composed of a predetermined organic light emitting material as described above.
上部電極360は、有機EL層350の上方に配置され、複数の画素を跨ぐように形成された陰極(カソード)であり、ITO等の透明電極によって構成される。
The
以上、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタを備える有機EL表示装置400は、本実施形態に係る当該薄膜トランジスタが優れたトランジスタ特性を有するので、表示性能に優れた表示装置を実現することができる。
As described above, the organic
なお、本実施形態では、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタを駆動トランジスタとして用いた場合について説明したが、本発明の他の実施形態に係る薄膜トランジスタを駆動トランジスタとして用いても構わない。 In the present embodiment, the case where the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention is used as a drive transistor has been described. However, the thin film transistor according to another embodiment of the present invention may be used as a drive transistor.
また、本実施形態では、駆動トランジスタに適用した場合について説明したが、スイッチングトランジスタに適用しても構わない。この場合、特に、スイッチングトランジスタは、限られた時間内にコンデンサを充電する必要があるので、オン電流を大きくし、かつ、Ron抵抗を低く保持するためにオフ電流を低くする必要がある。従って、Ron抵抗が小さい本発明の各実施形態に係る薄膜トランジスタは、スイッチングトランジスタとして、特に有用である。 In this embodiment, the case where the present invention is applied to the drive transistor has been described. However, the present invention may be applied to a switching transistor. In this case, in particular, since the switching transistor needs to charge the capacitor within a limited time, it is necessary to increase the on-current and reduce the off-current in order to keep the Ron resistance low. Therefore, the thin film transistor according to each embodiment of the present invention having a small Ron resistance is particularly useful as a switching transistor.
以上、本発明に係る薄膜トランジスタ及びその製造方法、並びに表示装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。 As described above, the thin film transistor, the manufacturing method thereof, and the display device according to the present invention have been described based on the embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments.
例えば、本発明に係る表示装置の一実施形態として、有機EL表示装置を用いて説明したが、これに限定されない。例えば、本発明の第1〜第8の実施形態に係る薄膜トランジスタは、無機EL表示素子又は液晶表示素子等の他の表示素子を備えた表示装置にも適用することができる。 For example, although an organic EL display device has been described as an embodiment of the display device according to the present invention, the present invention is not limited to this. For example, the thin film transistor according to the first to eighth embodiments of the present invention can be applied to a display device including another display element such as an inorganic EL display element or a liquid crystal display element.
また、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタを備えた表示装置については、フラットパネルディスプレイとして利用することができ、図17に示すようなテレビジョンセット500、パーソナルコンピュータ、携帯電話などのあらゆるディスプレイに適用することができる。
In addition, the display device including the thin film transistor according to the embodiment of the present invention can be used as a flat panel display, and can be applied to all displays such as a
また、個々の薄膜トランジスタの性能ばらつきを低減し、表示装置としての性能や寿命を確保するために、表示装置の一画素において、スイッチングトランジスタを2つ以上設ける場合もある。この場合、本発明の第1〜3、第5、第7、第8の実施形態に係る薄膜トランジスタであれば、いずれも製造方法に大きな変更がなく、マスクパターンを変更するだけで、同一基板上に異なるトランジスタを容易に形成することができる。従って、一画素内又は表示装置内において、本発明における複数の実施形態に係る薄膜トランジスタの組み合わせ、又は、本発明に係る薄膜トランジスタと従来の薄膜トランジスタとの組み合わせによって、容易な設計により有機EL表示装置を得ることもできる。 In addition, in order to reduce the performance variation of individual thin film transistors and ensure the performance and life of the display device, two or more switching transistors may be provided in one pixel of the display device. In this case, the thin film transistors according to the first to third, fifth, seventh, and eighth embodiments of the present invention are not greatly changed in the manufacturing method, and only on the same substrate by changing the mask pattern. Different transistors can be easily formed. Accordingly, an organic EL display device can be obtained with an easy design by combining the thin film transistors according to the embodiments of the present invention or the combination of the thin film transistors according to the present invention and the conventional thin film transistors in one pixel or display device. You can also.
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 In addition, the present invention includes various modifications made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Moreover, you may combine each component in several embodiment arbitrarily in the range which does not deviate from the meaning of invention.
本発明に係る薄膜トランジスタ及び表示装置は、例えば、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置などの表示装置、あるいは、これらの表示装置を備えたテレビジョンセット、パーソナルコンピュータ又は携帯電話などの表示装置を備えた電気機器において、広く利用することができる。 The thin film transistor and the display device according to the present invention include, for example, a display device such as a liquid crystal display device or an electroluminescence display device, or a display device such as a television set, a personal computer, or a mobile phone including these display devices. It can be widely used in electrical equipment.
1、2、3、4、5、6、6A、7、8、100、200 薄膜トランジスタ
1A、322 駆動トランジスタ
10、110、210 基板
11、71、81、111、211 ゲート電極
11M ゲート金属膜
12、112、212 ゲート絶縁膜
13、23、213 チャネル層
13F チャネル層用膜
14、34、44a、44b、214 バッファ層
14F バッファ層用膜
15a、15b、115a、115b、215a、215b 第1コンタクト層
15F 第1コンタクト層用膜
16a、16b、36a、36b、116a、116b、216a、216b 第2コンタクト層
16F 第2コンタクト層用膜
17S、117S、217S ソース電極
17D、117D、217D ドレイン電極
17M ソースドレイン金属膜
18 パッシベーション膜
38 コンタクトホール
48 チャネル保護層
68 層間絶縁膜
113 チャネル層
300、400 有機EL表示装置
310 アクティブマトリクス基板
320 画素
321 有機EL素子
322G ゲート電極
322S ソース電極
322D ドレイン電極
323 スイッチングトランジスタ
323G ゲート電極
323S ソース電極
323D ドレイン電極
324 コンデンサ
330 画素回路
340 下部電極
350 有機EL層
360 上部電極
370 ソース線
380 ゲート線
390 電源線
410 層間絶縁膜
420 層間絶縁膜
430 コンタクト部
440 コンタクト部
450 バンク
500 テレビジョンセット
1, 2, 3, 4, 5, 6, 6A, 7, 8, 100, 200
Claims (21)
前記基板の上方に形成された、ゲート電極及びゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記ゲート電極と対向するように配置されたチャネル層と、
前記チャネル層に接続されたバッファ層と、
前記バッファ層に接続され、所定の不純物が添加された第1コンタクト層と、
前記第1コンタクト層に接続され、前記第1コンタクト層よりも不純物濃度が高い第2コンタクト層と、
前記第2コンタクト層に接続された、ソース電極及びドレイン電極と、を備え、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間におけるキャリアの移動経路は、
前記チャネル層、前記バッファ層、前記第1コンタクト層及び前記第2コンタクト層を経由する第1経路と、
前記チャネル層及び前記2コンタクト層を経由する第2経路と、を含む
薄膜トランジスタ。 A substrate,
A gate electrode and a gate insulating film formed above the substrate;
A channel layer disposed to face the gate electrode through the gate insulating film;
A buffer layer connected to the channel layer;
A first contact layer connected to the buffer layer and doped with a predetermined impurity;
A second contact layer connected to the first contact layer and having a higher impurity concentration than the first contact layer;
A source electrode and a drain electrode connected to the second contact layer,
The carrier movement path between the source electrode and the drain electrode is:
A first path passing through the channel layer, the buffer layer, the first contact layer, and the second contact layer;
And a second path passing through the channel layer and the two contact layers.
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 1, wherein the channel layer is a crystalline silicon film.
請求項1又は請求項2に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 1, wherein the buffer layer is an amorphous silicon film.
前記チャネル層と、前記バッファ層と、前記第1コンタクト層と、前記第2コンタクト層とを、この順に、または、この逆の順に移動し、
前記第2経路において、前記キャリアは、
前記チャネル層と前記第2コンタクト層とを、この順に、または、この逆の順に移動する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 In the first path, the carrier is
Move the channel layer, the buffer layer, the first contact layer, and the second contact layer in this order, or vice versa.
In the second path, the carrier is
The thin film transistor according to claim 1, wherein the channel layer and the second contact layer are moved in this order or in the reverse order.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 1, further comprising a first interface between the first contact layer and the second contact layer.
請求項5に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 5, wherein the first interface is substantially parallel to a main surface of the substrate.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 1, further comprising a second interface between the channel layer and the second contact layer.
請求項7に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 7, wherein the second interface is substantially perpendicular to a main surface of the substrate.
請求項7に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 7, wherein the second interface is substantially parallel to a main surface of the substrate.
請求項5〜9のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 5, further comprising a third interface between the buffer layer and the second contact layer.
前記第2コンタクト層は、前記コンタクトホールを介して前記チャネル層と接続されている
請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 And a contact hole penetrating the buffer layer and the first contact layer,
The thin film transistor according to claim 1, wherein the second contact layer is connected to the channel layer through the contact hole.
請求項1〜11のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 1, wherein at least the gate electrode, the gate insulating film, the channel layer, and the buffer layer are formed in this order on the substrate.
請求項12に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 12, further comprising a channel protective layer formed on the channel layer or the buffer layer.
互いに離間した前記ソース電極と前記ドレイン電極との離間部の距離をLchとし、ゲート電極の長さをLgmとすると、
Lgm>Lchである
請求項12に記載の薄膜トランジスタ。 In the cut section when the thin film transistor is cut in the direction perpendicular to the substrate,
When the distance between the spaced apart source electrode and the drain electrode is Lch and the length of the gate electrode is Lgm,
The thin film transistor according to claim 12, wherein Lgm> Lch.
Lgm<Lsiである
請求項14に記載の薄膜トランジスタ。 Furthermore, when the length of the channel layer is Lsi,
The thin film transistor according to claim 14, wherein Lgm <Lsi.
請求項14に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 14, further comprising a fourth interface between the source electrode or the drain electrode and the second contact layer.
互いに離間した前記ソース電極と前記ドレイン電極との離間部の距離をLchとし、ゲート電極の長さをLgmとすると、
Lgm<Lchである
請求項12に記載の薄膜トランジスタ。 In the cut section when the thin film transistor is cut in the direction perpendicular to the substrate,
When the distance between the spaced apart source electrode and the drain electrode is Lch and the length of the gate electrode is Lgm,
The thin film transistor according to claim 12, wherein Lgm <Lch.
請求項1〜11のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 1, wherein at least the channel layer, the gate insulating film, and the gate electrode are formed in this order on the substrate.
請求項18に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 18, wherein the buffer layer is formed between the channel layer and the gate insulating film.
前記バッファ層と前記第1コンタクト層とを連続成膜し、前記バッファ層と前記第1コンタクト層とを同一パターンでエッチングする工程と、
前記第2コンタクト層と前記ソース電極及び前記ドレイン電極とを同一パターンでエッチングする工程と、を含む
薄膜トランジスタの製造方法。 A substrate, a gate electrode and a gate insulating film formed above the substrate, a channel layer disposed so as to face the gate electrode through the gate insulating film, and a buffer layer connected to the channel layer A first contact layer connected to the buffer layer and doped with a predetermined impurity; a second contact layer connected to the first contact layer and having an impurity concentration higher than that of the first contact layer; A method of manufacturing a thin film transistor comprising a source electrode and a drain electrode connected to two contact layers,
Continuously forming the buffer layer and the first contact layer, and etching the buffer layer and the first contact layer in the same pattern;
Etching the second contact layer, the source electrode and the drain electrode in the same pattern.
前記薄膜トランジスタに接続された表示素子と、を備える
表示装置。 The thin film transistor according to any one of claims 1 to 19,
A display device connected to the thin film transistor.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010162310A JP2012023320A (en) | 2010-07-16 | 2010-07-16 | Thin film transistor, display device using the same, and method for manufacturing thin film transistor |
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| JP2010162310A JP2012023320A (en) | 2010-07-16 | 2010-07-16 | Thin film transistor, display device using the same, and method for manufacturing thin film transistor |
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