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JP2019036615A - Display device and manufacturing method of display device - Google Patents

Display device and manufacturing method of display device Download PDF

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JP2019036615A
JP2019036615A JP2017156386A JP2017156386A JP2019036615A JP 2019036615 A JP2019036615 A JP 2019036615A JP 2017156386 A JP2017156386 A JP 2017156386A JP 2017156386 A JP2017156386 A JP 2017156386A JP 2019036615 A JP2019036615 A JP 2019036615A
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film
insulating film
display device
oxide semiconductor
region
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JP2017156386A
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裕一 渡邊
Yuichi Watanabe
裕一 渡邊
功 鈴村
Isao Suzumura
功 鈴村
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Abstract

【課題】薄膜トランジスタでは、酸化物半導体で構成されるソース領域およびドレイン領域の低抵抗化が必要である。【解決手段】表示装置は、基板上に薄膜トランジスタを備える。前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有すると共に前記チャネル領域の一方の側にソース領域、他方の側にドレイン領域を有する酸化物半導体膜と、前記酸化物半導体膜に接して設けられると共に第一接続孔を有する無機絶縁膜と、前記第一接続孔を介して前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ接続されたソース電極およびドレイン電極と、を備える。前記無機絶縁膜は金属およびイオン注入で用いられたイオン種を含む絶縁膜で構成され、前記酸化物半導体膜は、前記ソース領域および前記ドレイン領域に、前記金属をドーパントとして含む低抵抗領域を有する。【選択図】図2Kind Code: A1 In a thin film transistor, it is necessary to reduce the resistance of a source region and a drain region formed of an oxide semiconductor. A display device includes a thin film transistor on a substrate. The thin film transistor includes a gate electrode, an oxide semiconductor film having a channel region facing the gate electrode and having a source region on one side of the channel region and a drain region on the other side of the channel region, and the oxide semiconductor film. an inorganic insulating film provided in contact with and having a first connection hole; and a source electrode and a drain electrode respectively connected to the source region and the drain region through the first connection hole. The inorganic insulating film is composed of an insulating film containing a metal and an ion species used in ion implantation, and the oxide semiconductor film has low-resistance regions containing the metal as a dopant in the source region and the drain region. . [Selection drawing] Fig. 2

Description

本開示は表示装置に関し、例えば酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを備える表示装置に適用可能である。   The present disclosure relates to a display device and can be applied to a display device including a thin film transistor using an oxide semiconductor, for example.

アクティブ駆動方式の液晶表示装置または有機EL(Electroluminescence )表示装置では、薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)がスイッチング素子として用いられている。薄膜トランジスタに酸化物半導体を使うものがある(例えば、日本国特開2012−15436号公報(特許文献1)またはそれに対応する米国特許出願公開第2012/0001167号明細書(特許文献2))。   In an active drive type liquid crystal display device or an organic EL (Electroluminescence) display device, a thin film transistor (TFT) is used as a switching element. Some thin film transistors use an oxide semiconductor (for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-15436 (Patent Document 1) or US Patent Application Publication No. 2012/0001167 (Patent Document 2) corresponding thereto).

特開2012−15436号公報JP 2012-15436 A 米国特許出願公開第2012/0001167号明細書US Patent Application Publication No. 2012/0001167

特許文献1または特許文献2のような薄膜トランジスタでは、酸化物半導体で構成されるソース領域およびドレイン領域の低抵抗化が必要である。
その他の課題と新規な特徴は、本開示の記述および添付図面から明らかになるであろう。
In a thin film transistor such as Patent Document 1 or Patent Document 2, it is necessary to reduce the resistance of a source region and a drain region formed of an oxide semiconductor.
Other problems and novel features will become apparent from the description of the present disclosure and the accompanying drawings.

本開示のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、表示装置は、基板上に薄膜トランジスタを備える。前記薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有すると共に前記チャネル領域の一方の側にソース領域、他方の側にドレイン領域を有する酸化物半導体膜と、前記酸化物半導体膜に接して設けられると共に第一接続孔を有する無機絶縁膜と、前記第一接続孔を介して前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ接続されたソース電極およびドレイン電極と、を備える。前記無機絶縁膜は金属およびイオン注入で用いられたイオン種を含む絶縁膜で構成され、前記酸化物半導体膜は、前記ソース領域および前記ドレイン領域に、前記金属をドーパントとして含む低抵抗領域を有する。
The outline of a representative one of the present disclosure will be briefly described as follows.
That is, the display device includes a thin film transistor on a substrate. The thin film transistor includes a gate electrode, an oxide semiconductor film having a channel region facing the gate electrode, a source region on one side of the channel region, and a drain region on the other side, and the oxide semiconductor film And an inorganic insulating film having a first connection hole, and a source electrode and a drain electrode respectively connected to the source region and the drain region through the first connection hole. The inorganic insulating film is composed of an insulating film containing a metal and an ion species used in ion implantation, and the oxide semiconductor film has a low resistance region containing the metal as a dopant in the source region and the drain region. .

実施例1に係る薄膜トランジスタの構造を表す平面図FIG. 6 is a plan view illustrating the structure of the thin film transistor according to the first embodiment. 図1のA1−A2断面図A1-A2 sectional view of FIG. 図2の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図Sectional drawing showing the manufacturing method of the thin-film transistor of FIG. 図2の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図Sectional drawing showing the manufacturing method of the thin-film transistor of FIG. 図2の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図Sectional drawing showing the manufacturing method of the thin-film transistor of FIG. 図2の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図Sectional drawing showing the manufacturing method of the thin-film transistor of FIG. 図2の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図Sectional drawing showing the manufacturing method of the thin-film transistor of FIG. 図2の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図Sectional drawing showing the manufacturing method of the thin-film transistor of FIG. 実施例2に係る薄膜トランジスタの構造を表す平面図FIG. 7 is a plan view illustrating a structure of a thin film transistor according to the second embodiment. 図9のB1−B2断面図B1-B2 sectional view of FIG. 図10の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図Sectional drawing showing the manufacturing method of the thin-film transistor of FIG. 図10の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図Sectional drawing showing the manufacturing method of the thin-film transistor of FIG. 図10の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図Sectional drawing showing the manufacturing method of the thin-film transistor of FIG. 図10の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図Sectional drawing showing the manufacturing method of the thin-film transistor of FIG. 実施例1または実施例2に係る薄膜トランジスタが適用される液晶表示装置の平面図FIG. 6 is a plan view of a liquid crystal display device to which the thin film transistor according to the first embodiment or the second embodiment is applied. 図15のA−A断面図AA sectional view of FIG. 図15の液晶表示装置の表示領域の断面図Sectional drawing of the display area of the liquid crystal display device of FIG. 実施例1または実施例2に係る薄膜トランジスタが適用される有機EL表示装置の平面図The top view of the organic electroluminescence display with which the thin-film transistor which concerns on Example 1 or Example 2 is applied 図18のB−B断面図BB sectional view of FIG. 図18の有機EL表示装置の表示領域の断面図Sectional drawing of the display area of the organic electroluminescence display of FIG.

実施形態に係る薄膜トランジスタは、酸化物半導体膜上に金属を含む膜を形成し、低抵抗化したい領域の金属を含む膜にイオン種をイオン注入する。ノックオンにより膜に含まれる金属が酸化物半導体膜に侵入して低抵抗化することができる。なお、膜にはイオン種が含まれる。膜は金属膜でも金属を含む絶縁膜でもよい。金属膜の場合は、イオン注入後金属膜を取り除くか金属膜の絶縁膜化が必要であるが、絶縁膜の場合はそのまま酸化物半導体膜のバリア膜として機能することができるので好ましい。絶縁膜としては、例えば金属酸化膜(例えば、酸化アルミニウム(AlO)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化チタン(TiO)等)、金属窒化膜(例えば、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ハフニウム(HfN)、窒化チタン(TiN)等)、金属酸窒化膜(例えば、窒化酸化アルミニウム(AlON)、窒化酸化ハフニウム(HfON)、窒化酸化チタン(TiON)等)等である。イオン種は、水素以外であればよく、例えばアルゴン(Ar)、ホウ素(B)、リン(P)等通常のイオン注入で用いられるものが好ましい。なお、水素を除くのは、酸化物半導体膜で水素還元が行われないようにするためである。   In the thin film transistor according to the embodiment, a film containing metal is formed over an oxide semiconductor film, and ion species are ion-implanted into the film containing metal in a region where resistance is desired to be reduced. By knock-on, the metal contained in the film can enter the oxide semiconductor film to reduce resistance. The film contains ionic species. The film may be a metal film or an insulating film containing a metal. In the case of a metal film, it is necessary to remove the metal film after ion implantation or to make the metal film an insulating film. However, an insulating film is preferable because it can function as a barrier film of an oxide semiconductor film as it is. As the insulating film, for example, a metal oxide film (for example, aluminum oxide (AlO), hafnium oxide (HfO), titanium oxide (TiO), etc.), a metal nitride film (for example, aluminum nitride (AlN), hafnium nitride (HfN), Titanium nitride (TiN) and the like, metal oxynitride films (for example, aluminum nitride oxide (AlON), nitrided hafnium oxide (HfON), titanium nitride oxide (TiON), and the like). The ion species may be other than hydrogen, and for example, those used in normal ion implantation such as argon (Ar), boron (B), and phosphorus (P) are preferable. Note that hydrogen is removed so that hydrogen reduction is not performed on the oxide semiconductor film.

水素の還元等を利用して酸化物半導体膜の酸素濃度を低下させて低抵抗化領域を形成する方法および金属を熱拡散させて低抵抗化領域を形成する方法よりも、イオン注入方式の方が、短チャネル長化を抑制しやすい(ΔLが小さい)。   The ion implantation method is more effective than the method of forming a low-resistance region by reducing the oxygen concentration of an oxide semiconductor film by using hydrogen reduction or the like and the method of forming a low-resistance region by thermally diffusing metal. However, it is easy to suppress a short channel length (ΔL is small).

アルミニウム(Al)等の金属はソースドレイン領域を低抵抗化しやすい。イオン注入ではアルミニウム(Al)等の金属のイオン種は特殊であるので、アルミニウム(Al)等の金属を酸化物半導体膜に直接注入するよりもイオン種として一般的なアルゴン(Ar)ガス等を用いてアルミニウム(Al)等の金属を弾き出して酸化物半導体膜に注入するのが好ましい。   A metal such as aluminum (Al) tends to lower the resistance of the source / drain region. Since ion species of metal such as aluminum (Al) are special in ion implantation, a general argon (Ar) gas or the like is used as an ion species rather than directly implanting a metal such as aluminum (Al) into an oxide semiconductor film. It is preferable to use metal such as aluminum (Al) to eject and inject it into the oxide semiconductor film.

以下に、実施例について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。   Hereinafter, examples will be described with reference to the drawings. It should be noted that the disclosure is merely an example, and those skilled in the art can easily conceive of appropriate modifications while maintaining the gist of the invention are naturally included in the scope of the present invention. In addition, for the sake of clarity, the drawings may be schematically represented with respect to the width, thickness, shape, etc. of each part as compared to the actual embodiment, but are merely examples, and the interpretation of the present invention is not limited. It is not limited. In addition, in the present specification and each drawing, elements similar to those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description may be omitted as appropriate.

実施例1に係る薄膜トランジスタの構造について図1、2を用いて説明する。図1は実施例1に係る薄膜トランジスタを示す平面図である。図2は図1の一点鎖線A1−A2に対応する断面図である。なお、図1には図2の断面構造の一部の層のみが示されている。   The structure of the thin film transistor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing the thin film transistor according to the first embodiment. 2 is a cross-sectional view corresponding to the one-dot chain line A1-A2 in FIG. FIG. 1 shows only some layers of the cross-sectional structure of FIG.

薄膜トランジスタ10は、液晶表示装置や有機EL表示装置などのスイッチング素子や駆動素子として用いられるものであり、例えば、基板100に遮光層12、アンダコート膜13、酸化物半導体膜20、ゲート絶縁膜30、ゲート電極40、無機絶縁膜70、層間絶縁膜50、ソース電極60Sおよびドレイン電極60Dがこの順に積層されたトップゲート型の構成を有している。   The thin film transistor 10 is used as a switching element or a driving element for a liquid crystal display device or an organic EL display device. For example, the light shielding layer 12, the undercoat film 13, the oxide semiconductor film 20, and the gate insulating film 30 are provided on the substrate 100. The gate electrode 40, the inorganic insulating film 70, the interlayer insulating film 50, the source electrode 60 </ b> S, and the drain electrode 60 </ b> D are stacked in this order.

基板100は、例えば、ガラス基板やプラスチックフィルムなどにより構成されている。   The substrate 100 is made of, for example, a glass substrate or a plastic film.

酸化物半導体膜20は、アンダコート膜13上に、ゲート電極40およびその近傍を含む島状に設けられ、薄膜トランジスタ10の活性層としての機能を有するものである。酸化物半導体膜20は、例えば厚みが50nm程度であり、ゲート電極40に対向してチャネル領域20Aを有している。チャネル領域20A上には、ゲート絶縁膜30およびゲート電極40がこの順に同一形状で設けられており、チャネル領域20Aの一方の側にはソース領域20S、他方の側にはドレイン領域20Dがそれぞれ設けられている。   The oxide semiconductor film 20 is provided in an island shape including the gate electrode 40 and the vicinity thereof on the undercoat film 13 and has a function as an active layer of the thin film transistor 10. The oxide semiconductor film 20 has a thickness of about 50 nm, for example, and has a channel region 20 </ b> A facing the gate electrode 40. On the channel region 20A, the gate insulating film 30 and the gate electrode 40 are provided in the same shape in this order. The source region 20S is provided on one side of the channel region 20A, and the drain region 20D is provided on the other side. It has been.

ここで酸化物半導体とは、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、スズ(Sn)等の元素と、酸素とを含む化合物である。具体的には、非晶質の酸化物半導体としては、酸化インジウムガリウム亜鉛(In−Ga−Zn−O:IGZO)が挙げられ、結晶性の酸化物半導体としては、酸化亜鉛(ZnO),酸化インジウム亜鉛(In−Zn−O)、酸化インジウムガリウム(In−Ga−O:IGO)、酸化インジウムスズ(Indium Tin Oxide:ITO)、酸化インジウム(InO)等が挙げられる。   Here, the oxide semiconductor is a compound including an element such as indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), tin (Sn), and oxygen. Specifically, the amorphous oxide semiconductor includes indium gallium zinc oxide (In—Ga—Zn—O: IGZO), and the crystalline oxide semiconductor includes zinc oxide (ZnO) and oxide. Indium zinc (In-Zn-O), indium gallium oxide (In-Ga-O: IGO), indium tin oxide (ITO), indium oxide (InO), and the like can be given.

ソース領域20Sおよびドレイン領域20Dは、それぞれ、低抵抗領域21を有している。低抵抗領域21は、アルミニウム(Al)をドーパントとして含んでいることにより低抵抗化されている。低抵抗領域21に含まれるアルミニウム濃度は、チャネル領域20Aよりも高いことが好ましい。アルミニウム(Al)はソース領域20Sおよびドレイン領域20Dの上面から下面まで含まれており、ソース領域20Sおよびドレイン領域20Dの全体が低抵抗領域21になっている。   Each of the source region 20S and the drain region 20D has a low resistance region 21. The low resistance region 21 is reduced in resistance by containing aluminum (Al) as a dopant. The aluminum concentration contained in the low resistance region 21 is preferably higher than that of the channel region 20A. Aluminum (Al) is included from the upper surface to the lower surface of the source region 20S and the drain region 20D, and the entire source region 20S and the drain region 20D are the low-resistance region 21.

ゲート絶縁膜30は、例えば、厚みが300nm程度であり、酸化シリコン(SiO)膜、窒化シリコン(SiN)膜、窒化酸化シリコン(SiON)膜または酸化アルミニウム(AlO)膜などの単層膜または積層膜により構成されている。特に、酸化シリコン(SiO)膜または酸化アルミニウム(AlO)膜は、酸化物半導体膜20を還元させにくいので好ましい。   The gate insulating film 30 has a thickness of about 300 nm, for example, and is a single layer film or a stacked layer such as a silicon oxide (SiO) film, a silicon nitride (SiN) film, a silicon nitride oxide (SiON) film, or an aluminum oxide (AlO) film. It is comprised by the film | membrane. In particular, a silicon oxide (SiO) film or an aluminum oxide (AlO) film is preferable because the oxide semiconductor film 20 is difficult to reduce.

ゲート電極40は、基板100上の選択的な領域に設けられ、例えば、厚みが10nm〜500nm、具体的には200nm程度であり、モリブデン(Mo)により構成されている。ゲート電極40は低抵抗であることが望ましいので、その構成材料としては、例えば、アルミニウム(Al)または銅(Cu)などの低抵抗金属が好ましい。また、アルミニウム(Al)または銅(Cu)よりなる低抵抗層と、チタン(Ti)またはモリブデン(Mo)よりなるバリア層とを組み合わせた積層膜も好ましい。ゲート電極40の低抵抗化が可能となるからである。   The gate electrode 40 is provided in a selective region on the substrate 100, and has a thickness of, for example, 10 nm to 500 nm, specifically about 200 nm, and is made of molybdenum (Mo). Since it is desirable that the gate electrode 40 has a low resistance, a low resistance metal such as aluminum (Al) or copper (Cu) is preferable as a constituent material thereof. A laminated film in which a low resistance layer made of aluminum (Al) or copper (Cu) and a barrier layer made of titanium (Ti) or molybdenum (Mo) are combined is also preferable. This is because the resistance of the gate electrode 40 can be reduced.

無機絶縁膜70は、酸化物半導体膜20、ゲート絶縁膜30およびゲート電極40に接して設けられている。これにより、この薄膜トランジスタ10は、層間絶縁膜50に起因する不良を抑え、セルフアライン構造を有する薄膜トランジスタ10の電気的特性を向上させ信頼性を向上させることが可能となっている。   The inorganic insulating film 70 is provided in contact with the oxide semiconductor film 20, the gate insulating film 30, and the gate electrode 40. Thus, the thin film transistor 10 can suppress defects due to the interlayer insulating film 50, improve the electrical characteristics of the thin film transistor 10 having a self-aligned structure, and improve the reliability.

無機絶縁膜70は、イオン注入に用いられたイオン源種であるArを含有する酸化アルミニウム(AlO)膜である。無機絶縁膜70の厚みは、例えば10nm〜100nmであり、25nm〜50nmが好ましい。   The inorganic insulating film 70 is an aluminum oxide (AlO) film containing Ar which is an ion source species used for ion implantation. The thickness of the inorganic insulating film 70 is, for example, 10 nm to 100 nm, and preferably 25 nm to 50 nm.

層間絶縁膜50は、例えば、酸化シリコン(SiO)の単層膜、または酸化シリコン(SiO)と窒化シリコン(SiN)の積層膜等の無機絶縁膜である。なお、層間絶縁膜50は、例えば、厚みが2μm〜3μm程度であり、ポリイミド等のイミド系樹脂等の有機樹脂膜により構成されている有機絶縁膜であってもよい。   The interlayer insulating film 50 is an inorganic insulating film such as a single layer film of silicon oxide (SiO) or a laminated film of silicon oxide (SiO) and silicon nitride (SiN), for example. The interlayer insulating film 50 may be, for example, an organic insulating film having a thickness of about 2 μm to 3 μm and formed of an organic resin film such as an imide resin such as polyimide.

ソース電極60Sおよびドレイン電極60Dは、層間絶縁膜50に設けられた接続孔50Aおよび無機絶縁膜70に設けられた接続孔70Aを介してソース領域20Sおよびドレイン領域20Dの低抵抗領域21に接続されている。ソース電極60Sおよびドレイン電極60Dは、例えば、厚みが200nm程度であり、モリブデン(Mo)により構成されている。また、ソース電極60Sおよびドレイン電極60Dは、ゲート電極40と同様に、アルミニウム(Al)または銅(Cu)などの低抵抗金属配線により構成されていることが好ましい。更に、アルミニウム(Al)または銅(Cu)よりなる低抵抗層と、チタン(Ti)またはモリブデン(Mo)よりなるバリア層とを組み合わせた積層膜も好ましい。このような積層膜を用いることにより、配線遅延の少ない駆動が可能となる。   The source electrode 60S and the drain electrode 60D are connected to the low resistance region 21 of the source region 20S and the drain region 20D through the connection hole 50A provided in the interlayer insulating film 50 and the connection hole 70A provided in the inorganic insulating film 70. ing. The source electrode 60S and the drain electrode 60D have, for example, a thickness of about 200 nm and are made of molybdenum (Mo). Similarly to the gate electrode 40, the source electrode 60S and the drain electrode 60D are preferably made of a low resistance metal wiring such as aluminum (Al) or copper (Cu). Furthermore, a laminated film in which a low resistance layer made of aluminum (Al) or copper (Cu) and a barrier layer made of titanium (Ti) or molybdenum (Mo) are combined is also preferable. By using such a laminated film, driving with less wiring delay is possible.

また、ソース電極60Sおよびドレイン電極60Dは、ゲート電極40直上の領域を回避して設けられていることが望ましい。ゲート電極40とソース電極60Sおよびドレイン電極60Dとの交差領域に形成される寄生容量を低減することが可能となるからである。   Further, it is desirable that the source electrode 60S and the drain electrode 60D are provided so as to avoid a region immediately above the gate electrode 40. This is because it is possible to reduce the parasitic capacitance formed in the intersection region between the gate electrode 40, the source electrode 60S, and the drain electrode 60D.

次に、薄膜トランジスタ10の製造方法について図3〜8を用いて説明する。図3〜8は、図2の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図であり、工程順に表している。
まず、基板100の全面に、例えばスパッタリング法により、金属膜を形成する。次いで、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、金属膜を所望の形状に成形し遮光層12を形成する。次いで、図3に示すように、基板11および遮光層12の全面に酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)と酸化シリコン(SiO)の積層、酸化アルミニウム(AlOx)と酸化シリコン(SiO)の積層などでアンダコート膜13を形成する。
Next, a method for manufacturing the thin film transistor 10 will be described with reference to FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the thin film transistor of FIG.
First, a metal film is formed on the entire surface of the substrate 100 by, eg, sputtering. Next, the light shielding layer 12 is formed by shaping the metal film into a desired shape by, for example, photolithography and etching. Next, as shown in FIG. 3, silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN) and silicon oxide (SiO) are laminated on the entire surface of the substrate 11 and the light shielding layer 12, and aluminum oxide (AlOx) and silicon oxide (SiO) are laminated. An undercoat film 13 is formed by lamination or the like.

次に、アンダコート膜13の全面に、例えばスパッタリング法により、上述した材料よりなる酸化物半導体膜20を、50nm程度の厚みで形成する。   Next, the oxide semiconductor film 20 made of the above-described material is formed on the entire surface of the undercoat film 13 by a sputtering method, for example, with a thickness of about 50 nm.

次いで、図4に示すように、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより酸化物半導体膜20を島状に成形する。   Next, as illustrated in FIG. 4, the oxide semiconductor film 20 is formed into an island shape by, for example, photolithography and etching.

続いて、アンダコート膜13および酸化物半導体膜20の全面に、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長)法等により、酸化シリコン(SiO)膜または酸化アルミニウム(AlO)膜などのゲート絶縁材料膜を、300nm程度の厚みで形成する。酸化シリコン(SiO)膜はプラズマCVD法のほか、反応性スパッタリング法により形成することが可能である。また、酸化アルミニウム(AlO)膜は、反応性スパッタリング法または原子層成膜法により形成することが可能である。   Subsequently, a gate such as a silicon oxide (SiO) film or an aluminum oxide (AlO) film is formed on the entire surface of the undercoat film 13 and the oxide semiconductor film 20 by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. An insulating material film is formed with a thickness of about 300 nm. The silicon oxide (SiO) film can be formed by a reactive sputtering method in addition to the plasma CVD method. The aluminum oxide (AlO) film can be formed by a reactive sputtering method or an atomic layer deposition method.

そののち、ゲート絶縁材料膜の全面に、例えばスパッタリング法により、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)等の単層膜あるいは積層膜よりなるゲート電極材料膜を、200nm程度の厚みで形成する。   After that, a gate electrode material film made of a single layer film or a laminated film of molybdenum (Mo), titanium (Ti), aluminum (Al) or the like is formed on the entire surface of the gate insulating material film by sputtering, for example, to a thickness of about 200 nm. Form with.

ゲート電極材料膜を形成したのち、図5に示すように、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、ゲート電極材料膜を所望の形状に成形して、酸化物半導体膜20上にゲート電極40を形成する。   After forming the gate electrode material film, as shown in FIG. 5, the gate electrode material film is formed into a desired shape by photolithography and etching, for example, and the gate electrode 40 is formed on the oxide semiconductor film 20.

引き続き、同じく図5に示すように、ゲート電極40をマスクとしてゲート絶縁材料膜をエッチングすることによりゲート絶縁膜30を形成する。これにより、酸化物半導体膜20上に、ゲート絶縁膜30およびゲート電極40がこの順に同一形状で形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 5 as well, the gate insulating film 30 is formed by etching the gate insulating material film using the gate electrode 40 as a mask. Thus, the gate insulating film 30 and the gate electrode 40 are formed in this order on the oxide semiconductor film 20 in this order.

ゲート絶縁膜30およびゲート電極40を形成した後、図6に示すように、アンダコート膜13、酸化物半導体膜20、ゲート絶縁膜30およびゲート電極40の表面に、例えばスパッタリング法により酸化アルミニウム(AlO)膜70Bを、例えば10nm〜100nmであり、具体的には25nm〜50nmの厚みで形成する。   After forming the gate insulating film 30 and the gate electrode 40, as shown in FIG. 6, aluminum oxide (on the surface of the undercoat film 13, the oxide semiconductor film 20, the gate insulating film 30 and the gate electrode 40 is formed by sputtering, for example. The (AlO) film 70B is formed with a thickness of, for example, 10 nm to 100 nm, specifically 25 nm to 50 nm.

酸化アルミニウム(AlO)膜70を形成した後、アルゴン(Ar)のイオン注入を行うことにより、図7に示すように、酸化アルミニウム(AlO)膜70Bからアルミニウム(Al)をノックオンする(弾き出す)ことでソース領域20Sおよびドレイン領域20Dの酸化アルミニウム(AlO)膜70Bと接する上面側から、ソース領域20Sおよびドレイン領域20D中にアルミニウム(Al)が侵入していく。酸化アルミニウム(AlO)膜70Bとチャネル領域20Aの間にはゲート絶縁膜30およびゲート電極40が設けられているので、アルミニウム(Al)はチャネル領域20Aの真上からチャネル領域20Aにほとんど侵入しない。これにより、ソース領域20Sおよびドレイン領域20Dに、チャネル領域20Aよりもアルミニウム(Al)濃度が高い低抵抗領域21が形成される。なお、熱拡散によるものとは異なり、アルミニウム(Al)はソース領域20Sおよびドレイン領域20Dの上面付近のみならず下面にも含まれる。ただし、通常のイオン注入のプロファイル同様に、下面付近の濃度は上面付近の濃度よりも小さい。また、アルゴン(Ar)を酸化アルミニウム(AlO)膜70Bに注入することにより、酸化アルミニウム(AlO)にArが含まれる無機絶縁膜70が形成される。   After the aluminum oxide (AlO) film 70 is formed, argon (Ar) is ion-implanted to knock on the aluminum (Al) from the aluminum oxide (AlO) film 70B as shown in FIG. Thus, aluminum (Al) enters the source region 20S and the drain region 20D from the upper surface side of the source region 20S and the drain region 20D that are in contact with the aluminum oxide (AlO) film 70B. Since the gate insulating film 30 and the gate electrode 40 are provided between the aluminum oxide (AlO) film 70B and the channel region 20A, aluminum (Al) hardly penetrates into the channel region 20A from directly above the channel region 20A. Thereby, the low resistance region 21 having a higher aluminum (Al) concentration than the channel region 20A is formed in the source region 20S and the drain region 20D. Note that, unlike thermal diffusion, aluminum (Al) is included not only near the upper surface of the source region 20S and the drain region 20D but also on the lower surface. However, the concentration in the vicinity of the lower surface is smaller than the concentration in the vicinity of the upper surface, as in the normal ion implantation profile. Further, by injecting argon (Ar) into the aluminum oxide (AlO) film 70B, the inorganic insulating film 70 containing Ar in the aluminum oxide (AlO) is formed.

なお、無機絶縁膜70は、酸化物半導体膜20のソース領域20Sおよびドレイン領域20D以外に、ゲート絶縁膜30またはゲート電極40上などにも形成される。   Note that the inorganic insulating film 70 is formed over the gate insulating film 30 or the gate electrode 40 in addition to the source region 20S and the drain region 20D of the oxide semiconductor film 20.

ここで、液晶表示装置や有機EL表示装置等の応用において、光を薄膜トランジスタ10の基板100方向に透過する必要がある場合においては、無機絶縁膜70を残した場合においては、無機絶縁膜70の透過率が低く、輝度が低下してしまい表示装置としての表示品位が低下する場合がある。この様な場合においては、酸化物半導体膜20と接している無機絶縁膜70以外の領域をフォトリソグラフィとエッチングプロセスを行うことにより除去することも可能である。このようなプロセス工程を経ることで、表示装置の透過率を向上させることが可能になるので、液晶表示装置や有機EL表示装置の応用において、光を薄膜トランジスタ10の基板100を通して透過する応用に本実施例の技術を用いることも可能となる。   Here, in applications such as liquid crystal display devices and organic EL display devices, when it is necessary to transmit light in the direction of the substrate 100 of the thin film transistor 10, when the inorganic insulating film 70 is left, In some cases, the transmittance is low, the luminance is lowered, and the display quality as a display device is lowered. In such a case, a region other than the inorganic insulating film 70 in contact with the oxide semiconductor film 20 can be removed by performing photolithography and an etching process. Through such process steps, the transmittance of the display device can be improved. Therefore, the present invention is applied to an application in which light is transmitted through the substrate 100 of the thin film transistor 10 in an application of a liquid crystal display device or an organic EL display device. It is also possible to use the technique of the embodiment.

低抵抗領域21を形成したのち、図8に示すように、無機絶縁膜70上に、例えばプラズマCVD法等により、酸化シリコン(SiO)の単層膜または酸化シリコン(SiO)と窒化シリコン(SiN)の積層膜などの層間絶縁膜50を、300nm程度の厚みで形成する。酸化シリコン(SiO)膜および窒化シリコン(SiN)膜はプラズマCVD法のほか、反応性スパッタリング法により形成することが可能である。続いて、例えば、フォトリソグラフィおよびエッチングにより接続孔50Aを形成する。なお、層間絶縁膜50は、有機樹脂膜で形成してもよい。この場合、例えばスピンコーター等を用いて上述した材料よりなる有機樹脂を上述した厚みで塗布し、露光および現像を行うことにより所望のパターンを形成する。続いて例えば200℃〜300℃程度の温度でアニールすることにより、接続孔50Aを有する有機樹脂膜を形成する。   After forming the low-resistance region 21, as shown in FIG. 8, a single layer film of silicon oxide (SiO) or silicon oxide (SiO) and silicon nitride (SiN) is formed on the inorganic insulating film 70 by, for example, plasma CVD. ) Is formed with a thickness of about 300 nm. The silicon oxide (SiO) film and the silicon nitride (SiN) film can be formed by a reactive sputtering method in addition to the plasma CVD method. Subsequently, the connection hole 50A is formed by, for example, photolithography and etching. Note that the interlayer insulating film 50 may be formed of an organic resin film. In this case, for example, an organic resin made of the above-described material is applied with the above-described thickness using a spin coater or the like, and a desired pattern is formed by performing exposure and development. Subsequently, for example, by annealing at a temperature of about 200 ° C. to 300 ° C., an organic resin film having the connection holes 50A is formed.

続いて、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、無機絶縁膜70に接続孔70Aを形成する。その後、層間絶縁膜50の上に、例えばスパッタリング法により、例えばモリブデン(Mo)膜を200nmの厚みで形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより所定の形状に成形する。これにより、図8に示すように、接続孔を介してソース電極60Sおよびドレイン電極60Dをソース領域20Sおよびドレイン領域20Dの低抵抗領域21に接続する。以上により、図1に示した薄膜トランジスタ10が完成する。   Subsequently, a connection hole 70A is formed in the inorganic insulating film 70 by, for example, photolithography and etching. Thereafter, a molybdenum (Mo) film, for example, is formed with a thickness of 200 nm on the interlayer insulating film 50 by, eg, sputtering, and is formed into a predetermined shape by photolithography and etching. Thereby, as shown in FIG. 8, the source electrode 60S and the drain electrode 60D are connected to the low resistance region 21 of the source region 20S and the drain region 20D through the connection holes. Thus, the thin film transistor 10 shown in FIG. 1 is completed.

薄膜トランジスタ10では、図示しない配線層を通じてゲート電極40に所定のしきい値電圧以上の電圧(ゲート電圧)が印加されると、酸化物半導体膜20のチャネル領域20A中に電流(ドレイン電流)が生じる。   In the thin film transistor 10, when a voltage (gate voltage) higher than a predetermined threshold voltage is applied to the gate electrode 40 through a wiring layer (not shown), a current (drain current) is generated in the channel region 20 </ b> A of the oxide semiconductor film 20. .

また、酸化物半導体膜20のソース領域20Sおよびドレイン領域20Dに、チャネル領域20Aよりもアルミニウムをドナーとして多く含む低抵抗領域21が設けられているので、素子特性が安定したものとなる。   Further, since the low resistance region 21 containing more aluminum as a donor than the channel region 20A is provided in the source region 20S and the drain region 20D of the oxide semiconductor film 20, the element characteristics are stabilized.

実施例2に係る薄膜トランジスタは実施例1の無機絶縁膜70に代えてゲート絶縁膜を用いる例である。実施例2に係る薄膜トランジスタの構造について図9、10を用いて説明する。図9は実施例2に係る薄膜トランジスタを示す平面図である。図10は図9の一点鎖線B1−B2に対応する断面図である。なお、図9には図10の断面構造の一部の層のみが示されている。   The thin film transistor according to the second embodiment is an example in which a gate insulating film is used instead of the inorganic insulating film 70 of the first embodiment. The structure of the thin film transistor according to Example 2 will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a plan view of the thin film transistor according to the second embodiment. 10 is a cross-sectional view corresponding to the one-dot chain line B1-B2 in FIG. Note that FIG. 9 shows only some layers of the cross-sectional structure of FIG.

薄膜トランジスタ10Aは、例えば、基板100に遮光層12およびアンダコート膜13、酸化物半導体膜20、ゲート絶縁膜80、ゲート電極40、層間絶縁膜50、ソース電極60Sおよびドレイン電極60Dがこの順に積層されたトップゲート型の構成を有している。ゲート絶縁膜80は酸化物半導体膜20のチャネル領域21Aのみならずソース領域21S、ドレイン領域21Dおよびアンダコート膜13も覆っている。言い換えると、無機絶縁膜であるゲート絶縁膜80は酸化物半導体膜20のソース領域21S(ドレイン領域21D)からチャネル領域21Aとゲート電極40との間に延伸している。酸化物半導体膜20には実施例1と同様な低抵抗領域21を有しているソース領域20Sおよびドレイン領域20Dを備えている。   In the thin film transistor 10A, for example, the light shielding layer 12 and the undercoat film 13, the oxide semiconductor film 20, the gate insulating film 80, the gate electrode 40, the interlayer insulating film 50, the source electrode 60S, and the drain electrode 60D are stacked in this order on the substrate 100. It has a top gate type configuration. The gate insulating film 80 covers not only the channel region 21A of the oxide semiconductor film 20 but also the source region 21S, the drain region 21D, and the undercoat film 13. In other words, the gate insulating film 80 that is an inorganic insulating film extends from the source region 21S (drain region 21D) of the oxide semiconductor film 20 between the channel region 21A and the gate electrode 40. The oxide semiconductor film 20 includes a source region 20S and a drain region 20D each having a low resistance region 21 similar to that in the first embodiment.

ゲート絶縁膜80は、例えば、厚みが300nm程度であり、酸化アルミニウム(AlO)の単層膜または酸化アルミニウム(AlO)と酸化シリコン(SiO)膜の積層膜により構成されている。ゲート絶縁膜80は、酸化物半導体膜20(チャネル領域20A、ソース領域20Sおよびドレイン領域20D)およびアンダコート膜13に接して設けられている。これにより、この薄膜トランジスタ10Aは、層間絶縁膜50に起因する不良を抑え、セルフアライン構造を有する薄膜トランジスタ10Aの信頼性を向上させることが可能となっている。   The gate insulating film 80 has a thickness of about 300 nm, for example, and is formed of a single layer film of aluminum oxide (AlO) or a laminated film of aluminum oxide (AlO) and silicon oxide (SiO) film. The gate insulating film 80 is provided in contact with the oxide semiconductor film 20 (channel region 20A, source region 20S and drain region 20D) and the undercoat film 13. Thus, the thin film transistor 10A can suppress defects due to the interlayer insulating film 50 and improve the reliability of the thin film transistor 10A having a self-aligned structure.

ゲート絶縁膜80は無機絶縁膜であり、外気に対して良好なバリア性を有するので、酸化物半導体膜20の電気的特性を変化させる酸素や水分の影響を低減し、薄膜トランジスタ10Aの電気特性を安定化させることが可能となる。   Since the gate insulating film 80 is an inorganic insulating film and has a good barrier property against the outside air, the influence of oxygen and moisture that change the electrical characteristics of the oxide semiconductor film 20 is reduced, and the electrical characteristics of the thin film transistor 10A are reduced. It can be stabilized.

次に、薄膜トランジスタ10Aの製造方法について図11〜14を用いて説明する。図11〜14は、図10の薄膜トランジスタの製造方法を表す断面図であり、工程順に表している。実施例2に係る薄膜トランジスタの製造方法の工程のうち酸化物半導体膜を形成するまでの工程は実施例1の図3、4の工程と同様である。   Next, a manufacturing method of the thin film transistor 10A will be described with reference to FIGS. 11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the thin film transistor of FIG. Of the steps of the method for manufacturing the thin film transistor according to the second embodiment, the steps up to the formation of the oxide semiconductor film are the same as the steps of FIGS.

酸化物半導体膜20を形成した後、図11に示すように、アンダコート膜13および酸化物半導体膜20の全面に、例えばスパッタリング法等により、酸化アルミニウム(AlO)の単層膜または酸化シリコン(SiO)膜と酸化アルミニウム(AlO)膜の積層膜のゲート絶縁材料膜80Bを、300nm程度の厚みで形成する。酸化シリコン(SiO)膜はプラズマCVD法のほか、反応性スパッタリング法により形成することが可能である。また、酸化アルミニウム(AlO)膜は、反応性スパッタリング法または原子層成膜法により形成することが可能である。   After the oxide semiconductor film 20 is formed, as shown in FIG. 11, a single layer film of aluminum oxide (AlO) or silicon oxide (by a sputtering method or the like is formed on the entire surface of the undercoat film 13 and the oxide semiconductor film 20. A gate insulating material film 80B, which is a stacked film of an SiO) film and an aluminum oxide (AlO) film, is formed with a thickness of about 300 nm. The silicon oxide (SiO) film can be formed by a reactive sputtering method in addition to the plasma CVD method. The aluminum oxide (AlO) film can be formed by a reactive sputtering method or an atomic layer deposition method.

その後、ゲート絶縁材料膜の全面に、例えばスパッタリング法により、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)等の単層膜あるいは積層膜よりなるゲート電極材料膜を、200nm程度の厚みで形成する。   Thereafter, a gate electrode material film made of a single layer film or a laminated film of molybdenum (Mo), titanium (Ti), aluminum (Al) or the like is formed on the entire surface of the gate insulating material film by sputtering, for example, with a thickness of about 200 nm. Form.

ゲート電極材料膜を形成した後、図12に示すように、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、ゲート電極材料膜を所望の形状に成形して、酸化物半導体膜20上にゲート電極40を形成する。   After forming the gate electrode material film, as shown in FIG. 12, the gate electrode material film is formed into a desired shape by photolithography and etching, for example, and the gate electrode 40 is formed on the oxide semiconductor film 20.

ゲート電極40を形成した後、ゲート絶縁材料膜80Bのゲート電極40がない部分にアルゴン(Ar)のイオン注入を行うことにより、図13に示すように、ゲート絶縁材料膜80Bからアルミニウム(Al)をノックオンすることでソース領域20Sおよびドレイン領域20Dのゲート絶縁材料膜80Bと接する上面側から、ソース領域20Sおよびドレイン領域20D中にAlが侵入していく。なお、チャネル領域20Aではゲート絶縁材料膜80Bの上にゲート電極40が形成されているので、ゲート電極40の下のゲート絶縁材料膜80Bからアルミニウム(Al)が注入されることはほとんどない。これにより、ソース領域20Sおよびドレイン領域20Dに、チャネル領域20Aよりも(Al)濃度が高い低抵抗領域21が形成される。アルゴン(Ar)がゲート絶縁材料膜80Bのゲート電極40に接しない部分に注入されることにより、アルゴン(Ar)が含まれるゲート絶縁膜80が形成される。   After the gate electrode 40 is formed, argon (Ar) is ion-implanted into a portion of the gate insulating material film 80B where the gate electrode 40 is not present, so that aluminum (Al) is formed from the gate insulating material film 80B as shown in FIG. Is turned on, Al enters the source region 20S and the drain region 20D from the upper surface side in contact with the gate insulating material film 80B of the source region 20S and the drain region 20D. In the channel region 20A, since the gate electrode 40 is formed on the gate insulating material film 80B, aluminum (Al) is hardly implanted from the gate insulating material film 80B below the gate electrode 40. As a result, the low resistance region 21 having a higher (Al) concentration than the channel region 20A is formed in the source region 20S and the drain region 20D. Argon (Ar) is injected into a portion of the gate insulating material film 80B that does not contact the gate electrode 40, whereby the gate insulating film 80 containing argon (Ar) is formed.

低抵抗領域21を形成した後、図14に示すように、ゲート電極40およびゲート絶縁膜80上に、実施例1と同様に、層間絶縁膜50を形成し、接続孔50Aを形成する。   After forming the low resistance region 21, as shown in FIG. 14, the interlayer insulating film 50 is formed on the gate electrode 40 and the gate insulating film 80 in the same manner as in the first embodiment, and the connection hole 50A is formed.

続いて、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、ゲート絶縁膜80に接続孔80Aを形成する。その後、層間絶縁膜50の上に、例えばスパッタリング法により、例えばモリブデン(Mo)膜を200nmの厚みで形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングにより所定の形状に成形する。これにより、図14に示すように、接続孔50Aおよび接続孔80Aを介してソース電極60Sおよびドレイン電極60Dをソース領域20Sおよびドレイン領域20Dの低抵抗領域21に接続する。以上により、図10に示した薄膜トランジスタ10Aが完成する。   Subsequently, a connection hole 80A is formed in the gate insulating film 80 by, for example, photolithography and etching. Thereafter, a molybdenum (Mo) film, for example, is formed with a thickness of 200 nm on the interlayer insulating film 50 by, eg, sputtering, and is formed into a predetermined shape by photolithography and etching. Thereby, as shown in FIG. 14, the source electrode 60S and the drain electrode 60D are connected to the low resistance region 21 of the source region 20S and the drain region 20D through the connection hole 50A and the connection hole 80A. Thus, the thin film transistor 10A shown in FIG. 10 is completed.

また、酸化物半導体膜20のソース領域20Sおよびドレイン領域20Dに、チャネル領域20Aよりもアルミニウムをドナーとして多く含む低抵抗領域21が設けられているので、素子特性が安定したものとなる。   Further, since the low resistance region 21 containing more aluminum as a donor than the channel region 20A is provided in the source region 20S and the drain region 20D of the oxide semiconductor film 20, the element characteristics are stabilized.

<適用例1>
薄膜トランジスタ10、10Aをスイッチング素子として備えた表示装置について説明する。
<Application example 1>
A display device including the thin film transistors 10 and 10A as a switching element will be described.

図15は、実施例1または実施例2に係る薄膜トランジスタが適用される液晶表示装置の平面図である。図16は、図15のA−A断面図である。図17は液晶表示装置の表示領域の断面図である。液晶表示装置1では、基板100と対向基板200が対向して形成され、基板100と対向基板200の間に液晶層300(図17参照)が挟持されている。基板100の下には下偏光板130が貼り付けられ、対向基板200の上側には上偏光板230が貼り付けられている。   FIG. 15 is a plan view of a liquid crystal display device to which the thin film transistor according to the first embodiment or the second embodiment is applied. 16 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. FIG. 17 is a cross-sectional view of the display area of the liquid crystal display device. In the liquid crystal display device 1, the substrate 100 and the counter substrate 200 are formed to face each other, and a liquid crystal layer 300 (see FIG. 17) is sandwiched between the substrate 100 and the counter substrate 200. A lower polarizing plate 130 is attached under the substrate 100, and an upper polarizing plate 230 is attached above the counter substrate 200.

基板100は対向基板200よりも大きく形成され、基板100が1枚になっている部分が端子部150となっており、液晶表示装置1に外部から信号や電力を供給するためのフレキシブル配線基板160が接続される。液晶表示パネルは自身では発光しないので、液晶表示装置1は背面にバックライト400を配置している。   The substrate 100 is formed to be larger than the counter substrate 200, and a portion where the substrate 100 is a single portion is a terminal portion 150, and a flexible wiring substrate 160 for supplying signals and power from the outside to the liquid crystal display device 1. Is connected. Since the liquid crystal display panel does not emit light by itself, the liquid crystal display device 1 has a backlight 400 disposed on the back surface.

液晶表示装置1は、図15に示すように、表示領域240と周辺領域250に分けることができる。表示領域240には多数の画素がマトリクス状に形成され、各画素はスイッチング素子である薄膜トランジスタを有している。周辺領域250には、走査線、映像信号線等を駆動するための、駆動回路が形成されている。   The liquid crystal display device 1 can be divided into a display area 240 and a peripheral area 250 as shown in FIG. In the display region 240, a large number of pixels are formed in a matrix, and each pixel includes a thin film transistor that is a switching element. In the peripheral region 250, a driving circuit for driving scanning lines, video signal lines and the like is formed.

図17において、基板100の上にTFTアレイ層120が形成されている。TFTアレイ層120は図2、10等で示す薄膜トランジスタ10、10Aの層構造を有している。図16では、その上に有機パッシベーション膜117が形成されている。   In FIG. 17, a TFT array layer 120 is formed on a substrate 100. The TFT array layer 120 has the layer structure of the thin film transistors 10 and 10A shown in FIGS. In FIG. 16, an organic passivation film 117 is formed thereon.

図17はIPS方式の液晶表示装置の場合であり、有機パッシベーション膜117の上にコモン電極121が平面状に形成されている。コモン電極121を覆って容量絶縁膜122が形成され、その上に画素電極123が形成されている。画素電極123は、櫛歯状あるいはストライプ状である。画素電極123を覆って液晶分子301を初期配向させるための配向膜124が形成されている。   FIG. 17 shows a case of an IPS liquid crystal display device, in which a common electrode 121 is formed in a planar shape on an organic passivation film 117. A capacitor insulating film 122 is formed so as to cover the common electrode 121, and a pixel electrode 123 is formed thereon. The pixel electrode 123 has a comb shape or a stripe shape. An alignment film 124 for covering the pixel electrode 123 and for initial alignment of the liquid crystal molecules 301 is formed.

画素電極123とコモン電極121の間に映像信号が印加されると、矢印で示すように電気力線が発生し、液晶分子301を回転させて液晶層300の透過率を制御することによって、画像を形成する。   When a video signal is applied between the pixel electrode 123 and the common electrode 121, electric lines of force are generated as indicated by arrows, and the liquid crystal molecules 301 are rotated to control the transmittance of the liquid crystal layer 300, thereby generating an image. Form.

図17において液晶層300を挟んで対向基板200が配置されている。対向基板200にはカラーフィルタ201とブラックマトリクス202が形成されている。カラーフィルタ201とブラックマトリクス202を覆ってオーバーコート膜203が形成され、その上に液晶分子301を初期配向させるための配向膜204が形成されている。   In FIG. 17, the counter substrate 200 is disposed with the liquid crystal layer 300 interposed therebetween. On the counter substrate 200, a color filter 201 and a black matrix 202 are formed. An overcoat film 203 is formed to cover the color filter 201 and the black matrix 202, and an alignment film 204 for initial alignment of the liquid crystal molecules 301 is formed thereon.

液晶表示装置1において、画素電極123に映像信号が書き込まれると、画素電極123とコモン電極121と容量絶縁膜122によって形成される保持容量によって、1フレームの間、電圧が保持される。この時薄膜トランジスタのリーク電流が大きいと、画素電極123の電圧が変化し、フリッカ等が発生して、良好な画像を形成できなくなる。酸化物半導体膜で構成される薄膜トランジスタ10、10Aを用いることによって、リーク電流が小さい、良好な画像を有する液晶表示装置を実現することができる。   In the liquid crystal display device 1, when a video signal is written to the pixel electrode 123, a voltage is held for one frame by a storage capacitor formed by the pixel electrode 123, the common electrode 121, and the capacitor insulating film 122. At this time, if the leakage current of the thin film transistor is large, the voltage of the pixel electrode 123 changes, flickering occurs, and a good image cannot be formed. By using the thin film transistors 10 and 10A each including an oxide semiconductor film, a liquid crystal display device having a small leak current and a favorable image can be realized.

<適用例2>
実施例1乃至2で説明した薄膜トランジスタは、有機EL表示装置にも適用することが出来る。図18は、有機EL表示装置2の平面図である。図19は図18のB−B断面図である。図20は有機EL表示装置の表示領域の断面図である。
<Application example 2>
The thin film transistors described in Embodiments 1 and 2 can be applied to an organic EL display device. FIG. 18 is a plan view of the organic EL display device 2. 19 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. FIG. 20 is a cross-sectional view of the display area of the organic EL display device.

図18において、表示領域240と周辺領域250が形成されている。表示領域240には、有機EL駆動薄膜トランジスタやスイッチング薄膜トランジスタが形成されている。スッチング薄膜トランジスタには、リーク電流の小さい酸化物半導体膜で構成される薄膜トランジスタ10、10Aが好適である。なお、有機EL表示装置はバックライトを設けないので、薄膜トランジスタ10、10Aの遮光層12は設けなくてもよい。   In FIG. 18, a display area 240 and a peripheral area 250 are formed. In the display area 240, an organic EL driving thin film transistor and a switching thin film transistor are formed. As the switching thin film transistor, the thin film transistors 10 and 10A including an oxide semiconductor film with a small leakage current are preferable. Note that since the organic EL display device is not provided with a backlight, the light shielding layer 12 of the thin film transistors 10 and 10A may not be provided.

図18において、表示領域240を覆って反射防止用偏光板220が貼り付けられている。有機EL表示装置2には反射電極が形成されているので、外光反射を抑えるために偏光板220が使用されている。表示領域240以外の部分に端子部150が形成され、端子部150には有機EL表示装置2に電源や信号を供給するためのフレキシブル配線基板160が接続している。   In FIG. 18, an antireflection polarizing plate 220 is attached so as to cover the display area 240. Since a reflective electrode is formed on the organic EL display device 2, a polarizing plate 220 is used to suppress external light reflection. Terminal portions 150 are formed in portions other than the display region 240, and a flexible wiring substrate 160 for supplying power and signals to the organic EL display device 2 is connected to the terminal portions 150.

図19において、基板100に有機EL層を含む表示素子層210が形成されている。表示素子層210は図18の表示領域240に対応して形成されている。有機EL材料は水分によって分解するので、外部からの水分の侵入を防止するために、表示素子層210を覆って保護膜214が窒化シリコン(SiN)等によって形成されている。保護膜214の上に偏光板220が貼り付けられている。また、表示素子層210以外の部分には端子部150が形成され、端子部150にフレキシブル配線基板160が接続している。   In FIG. 19, a display element layer 210 including an organic EL layer is formed on a substrate 100. The display element layer 210 is formed corresponding to the display area 240 of FIG. Since the organic EL material is decomposed by moisture, the protective film 214 is formed of silicon nitride (SiN) or the like so as to cover the display element layer 210 in order to prevent moisture from entering from the outside. A polarizing plate 220 is attached on the protective film 214. Further, terminal portions 150 are formed in portions other than the display element layer 210, and the flexible wiring board 160 is connected to the terminal portions 150.

図20において、基板100の上にTFTアレイ層120が形成されている。図2,10等で示す薄膜トランジスタ10、10Aの層構造を有している。図20において、TFTアレイ層120の上に有機パッシベーション膜117が形成されている。   In FIG. 20, the TFT array layer 120 is formed on the substrate 100. The thin film transistors 10 and 10A shown in FIGS. In FIG. 20, an organic passivation film 117 is formed on the TFT array layer 120.

図20において、有機パッシベーション膜117の上にカソードとしての下部電極211が形成されている。下部電極は反射電極としてのアルミニウム(Al)合金等と、カソードとしてのITO等との積層膜で形成されている。下部電極211の上には、有機EL層212が形成されている。有機EL層212は、例えば電子注入層、電子輸送層、発光層、ホール輸送層、ホール注入層等で形成される。有機EL層212の上には、アノードとしての上部電極213が形成される。上部電極213は、透明導電膜である酸化インジウム亜鉛、ITO等によって形成されるほか、銀等の金属の薄膜で形成される場合もある。上部電極213を覆って保護膜214が窒化シリコン(SiN)等によって形成され、保護膜214には反射を防止するための偏光板220が粘着材221によって接着している。   In FIG. 20, a lower electrode 211 as a cathode is formed on the organic passivation film 117. The lower electrode is formed of a laminated film of an aluminum (Al) alloy or the like as a reflective electrode and ITO or the like as a cathode. An organic EL layer 212 is formed on the lower electrode 211. The organic EL layer 212 is formed of, for example, an electron injection layer, an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, a hole injection layer, or the like. On the organic EL layer 212, an upper electrode 213 as an anode is formed. The upper electrode 213 is formed of a transparent conductive film made of indium zinc oxide, ITO, or the like, or may be formed of a metal thin film such as silver. A protective film 214 is formed of silicon nitride (SiN) or the like so as to cover the upper electrode 213, and a polarizing plate 220 for preventing reflection is bonded to the protective film 214 with an adhesive material 221.

1…液晶表示装置、2…有機EL表示装置、10…薄膜トランジスタ、20…酸化物半導体薄膜、20A…チャネル領域、20S…ソース領域、20D…ドレイン領域、21…低抵抗領域、30…ゲート絶縁膜、40…ゲート電極、50…層間絶縁膜、60S…ソース電極、60D…ドレイン電極、70…無機絶縁膜、100…基板、200…対向基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid crystal display device, 2 ... Organic EL display device, 10 ... Thin film transistor, 20 ... Oxide semiconductor thin film, 20A ... Channel region, 20S ... Source region, 20D ... Drain region, 21 ... Low-resistance region, 30 ... Gate insulating film 40 ... Gate electrode, 50 ... Interlayer insulating film, 60S ... Source electrode, 60D ... Drain electrode, 70 ... Inorganic insulating film, 100 ... Substrate, 200 ... Counter substrate

Claims (20)

表示装置は、基板上に薄膜トランジスタを備え、
前記薄膜トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極に対向してチャネル領域を有すると共に前記チャネル領域の一方の側にソース領域、他方の側にドレイン領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜に接して設けられると共に第一接続孔を有する無機絶縁膜と、
前記第一接続孔を介して前記ソース領域および前記ドレイン領域にそれぞれ接続されたソース電極およびドレイン電極と、
を備え、
前記無機絶縁膜は金属およびイオン注入で用いられたイオン種を含む絶縁膜で構成され、
前記酸化物半導体膜は、前記ソース領域および前記ドレイン領域に、前記金属をドーパントとして含む低抵抗領域を有する。
The display device includes a thin film transistor on a substrate,
The thin film transistor
A gate electrode;
An oxide semiconductor film having a channel region facing the gate electrode and having a source region on one side of the channel region and a drain region on the other side;
An inorganic insulating film provided in contact with the oxide semiconductor film and having a first connection hole;
A source electrode and a drain electrode respectively connected to the source region and the drain region via the first connection hole;
With
The inorganic insulating film is composed of an insulating film containing metal and ion species used in ion implantation,
The oxide semiconductor film has a low resistance region containing the metal as a dopant in the source region and the drain region.
請求項1の表示装置において、
前記無機絶縁膜は、酸化アルミニウムの単層膜または酸化アルミニウムと酸化シリコン膜の積層膜であり、
前記イオン種はアルゴンであり、
前記金属はアルミニウムである。
The display device according to claim 1.
The inorganic insulating film is a single layer film of aluminum oxide or a laminated film of aluminum oxide and silicon oxide film,
The ion species is argon;
The metal is aluminum.
請求項1の表示装置において、
前記金属は前記酸化物半導体膜の上部から下部まで含まれている。
The display device according to claim 1.
The metal is included from the top to the bottom of the oxide semiconductor film.
請求項1の表示装置において、
前記薄膜トランジスタは、さらに、前記酸化物半導体膜の前記チャネル領域と前記ゲート電極との間にゲート絶縁膜を備え、
前記無機絶縁膜は前記ゲート電極が前記ゲート絶縁膜と接する面とは異なる面に接して設けられる。
The display device according to claim 1.
The thin film transistor further includes a gate insulating film between the channel region of the oxide semiconductor film and the gate electrode,
The inorganic insulating film is provided in contact with a surface different from a surface in which the gate electrode is in contact with the gate insulating film.
請求項4の表示装置において、
前記酸化物半導体膜は遮光層の上方に設けられ、
前記酸化物半導体膜の前記チャネル領域上に前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極がこの順に同一形状で設けられ、
前記無機絶縁膜の表面に層間絶縁膜が設けられる。
The display device according to claim 4.
The oxide semiconductor film is provided above the light shielding layer,
The gate insulating film and the gate electrode are provided in the same shape in this order on the channel region of the oxide semiconductor film,
An interlayer insulating film is provided on the surface of the inorganic insulating film.
請求項1の表示装置において、
前記無機絶縁膜は前記酸化物半導体の前記チャネル領域と前記ゲート電極との間に延伸して設けられ、前記ゲート電極が層間絶縁膜と接する面とは異なる面に接して設けられる部分は、ゲート絶縁膜である。
The display device according to claim 1.
The inorganic insulating film is provided to extend between the channel region of the oxide semiconductor and the gate electrode, and a portion of the gate electrode provided in contact with a surface different from a surface in contact with the interlayer insulating film is a gate It is an insulating film.
請求項6の表示装置において、
前記酸化物半導体膜は遮光層上に設けられ、
前記無機絶縁膜および前記ゲート電極の表面に前記層間絶縁膜が設けられる。
The display device according to claim 6.
The oxide semiconductor film is provided on the light shielding layer,
The interlayer insulating film is provided on the surfaces of the inorganic insulating film and the gate electrode.
請求項1乃至7のいずれか1項の表示装置において、
前記薄膜トランジスタは表示領域に形成されている。
The display device according to any one of claims 1 to 7,
The thin film transistor is formed in the display region.
請求項1乃至7のいずれか1項の表示装置において、
前記表示装置は液晶表示装置である。
The display device according to any one of claims 1 to 7,
The display device is a liquid crystal display device.
請求項1乃至7のいずれか1項の表示装置において、
前記表示装置は有機EL表示装置である。
The display device according to any one of claims 1 to 7,
The display device is an organic EL display device.
表示装置の製造方法は、
(a)基板上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
(b)前記酸化物半導体膜の表面に、金属を含む膜を形成する工程と、
(c)前記金属を含む膜にイオン注入を行い、前記金属を含む膜から前記酸化物半導体膜のソース領域およびドレイン領域に前記金属を侵入させる工程と、
を備える。
The manufacturing method of the display device is as follows:
(A) forming an oxide semiconductor film over the substrate;
(B) forming a film containing a metal on the surface of the oxide semiconductor film;
(C) performing ion implantation on the metal-containing film and allowing the metal to penetrate into the source region and the drain region of the oxide semiconductor film from the metal-containing film;
Is provided.
請求項11の表示装置の製造方法において、
前記金属を含む膜は無機絶縁膜である。
In the manufacturing method of the display device of Claim 11,
The film containing metal is an inorganic insulating film.
請求項12の表示装置の製造方法において、さらに、
(d)前記(b)工程の前に、前記酸化物半導体膜の上に、ゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する工程を備える。
The method for manufacturing a display device according to claim 12, further comprising:
(D) A step of forming a gate insulating film and a gate electrode on the oxide semiconductor film is provided before the step (b).
請求項13の表示装置の製造方法において、さらに、
(e)前記(a)工程の前に、前記基板の上に遮光層を形成する工程と、
(f)前記(a)工程の前に、前記遮光層および前記基板の表面にアンダコート層を形成する工程と、
(g)前記無機絶縁膜の表面に層間絶縁膜を形成する工程と、
(h)前記層間絶縁膜をおよび前記無機絶縁膜に接続孔を形成する工程と、
(i)前記接続孔の中および前記層間絶縁膜の上に金属膜を形成する工程と、
を備える。
The method for manufacturing a display device according to claim 13, further comprising:
(E) before the step (a), forming a light shielding layer on the substrate;
(F) before the step (a), forming an undercoat layer on the surface of the light shielding layer and the substrate;
(G) forming an interlayer insulating film on the surface of the inorganic insulating film;
(H) forming a connection hole in the interlayer insulating film and the inorganic insulating film;
(I) forming a metal film in the connection hole and on the interlayer insulating film;
Is provided.
請求項12の表示装置の製造方法において、さらに、
(d)前記(c)工程の前に、前記無機絶縁膜の上に、ゲート電極を形成する工程を備える。
The method for manufacturing a display device according to claim 12, further comprising:
(D) A step of forming a gate electrode on the inorganic insulating film is provided before the step (c).
請求項15の表示装置の製造方法において、さらに、
(e)前記(a)工程の前に、前記基板の上に遮光層を形成する工程と、
(f)前記(a)工程の前に、前記遮光層および前記基板の表面にアンダコート層を形成する工程と、
(g)前記無機絶縁膜および前記ゲート電極の表面に層間絶縁膜を形成する工程と、
(h)前記層間絶縁膜をおよび前記無機絶縁膜に接続孔を形成する工程と、
(i)前記接続孔の中および前記層間絶縁膜の上に金属膜を形成する工程と、
を備える。
The method of manufacturing a display device according to claim 15, further comprising:
(E) before the step (a), forming a light shielding layer on the substrate;
(F) before the step (a), forming an undercoat layer on the surface of the light shielding layer and the substrate;
(G) forming an interlayer insulating film on the surfaces of the inorganic insulating film and the gate electrode;
(H) forming a connection hole in the interlayer insulating film and the inorganic insulating film;
(I) forming a metal film in the connection hole and on the interlayer insulating film;
Is provided.
請求項12の表示装置の製造方法において、
前記無機絶縁膜は酸化アルミニウムであり、前記金属はアルミニウムである。
In the manufacturing method of the display device according to claim 12,
The inorganic insulating film is aluminum oxide, and the metal is aluminum.
請求項17の表示装置の製造方法において、
前記イオン注入のイオン種はアルゴンである。
In the manufacturing method of the display device according to claim 17,
The ion species for the ion implantation is argon.
請求項15の表示装置の製造方法において、
前記無機絶縁膜は酸化アルミニウム膜の単相膜または酸化アルミニウム膜と酸化シリコン膜の積層膜で構成され、前記金属はアルミニウムである。
In the manufacturing method of the display device according to claim 15,
The inorganic insulating film is formed of a single phase film of an aluminum oxide film or a laminated film of an aluminum oxide film and a silicon oxide film, and the metal is aluminum.
請求項19の表示装置の製造方法において、
前記イオン注入のイオン種はアルゴンである。
In the manufacturing method of the display device according to claim 19,
The ion species for the ion implantation is argon.
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