以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる形態で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、従来のフォトリソグラフィ技術を用いず、チャネル保護を形成する方法、及びチャネル保護膜を有する薄膜トランジスタの作製方法について、図1を用いて説明する。
図1(A)に示すように、基板50の片側にゲート電極51、ゲート絶縁層52、半導体層53、光吸収層54、絶縁層55を順に形成する。
基板50としては、後に照射されるレーザビームを透過する基板を用いる。ここでは、ガラス基板、プラスチック基板、セラミック基板等を適宜用いることができる。基板50がガラス基板やプラスチック基板の場合、320mm×400mm、370mm×470mm、550mm×650mm、600mm×720mm、680mm×880mm、1000mm×1200mm、1100mm×1250mm、1150mm×1300mmのような大面積基板を用いることができる。
ここでは、基板50としてガラス基板を用いる。
ゲート電極51としては、後に照射されるレーザビームを遮光する導電層を用いて形成する。ゲート電極51は、導電層を成膜し、当該導電層を選択的にエッチングしてゲート電極を形成することができる。導電層は、印刷法、電解メッキ法、PVD法(Physical Vapor Deposition)、CVD法(Chemical Vapor Deposition)、蒸着法等の公知の手法により導電性材料を用いて形成することが好ましい。
ゲート電極51は、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、及びバリウム(Ba)のいずれか一つ以上の金属元素で形成される金属、または上記金属元素の2つ以上で形成される合金を用いることができる。更に好ましくは、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)などを用いることができる。また、上記金属のいずれか2つ以上で形成される合金(モリブデンータングステン合金、アルミニウムーチタン合金等)を用いることができる。また、金属を窒化させた金属窒化物を用いることができる。或いは、当該金属窒化物からなる第1の層と当該金属から成る第2の層とを積層させた構造としても良い。また、上記金属元素のいずれか一つ以上の導電性粒子、または当該金属元素を有する化合物粒子を含む組成物の液滴を微細な孔から吐出して所定の形状の層を形成する液滴吐出法を用いて形成してもよい。さらには上記組成物を用いて印刷法によりゲート電極51を形成してもよい。
なお、ゲート電極51としては、レーザビームを吸収、または反射する導電層を用いて形成することが好ましい。さらには、基板側からレーザビームを反射する層、レーザビームを吸収する層と積層構造にしてもよい。レーザビームを反射する導電層としては、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)等で形成される導電層がある。また、レーザビームを反射する層としては誘電体ミラーを用いることができる。誘電体ミラーとは、屈折率の異なる2種類の透明な絶縁層を交互に積層したものである。このとき2種類の透明な絶縁層の屈折率が大きいほど、また層数が多いほど反射効率は高くなる。なお、誘電体ミラーは照射されるレーザビームの波長により適宜積層する材料を選択する。例えば可視光を反射する誘電体ミラーの積層構造としては、二酸化チタン及び酸化珪素の積層構造、硫化亜鉛及びフッ化マグネシウムの積層構造、アモルファスシリコン及び窒化珪素の積層構造などがある。
ゲート電極51として、レーザビームを反射する導電層で形成することや、レーザビームを反射する層を設けることで、レーザビームのエネルギーを吸収することを抑制することが可能であり、のちにレーザビームを照射するときに、ゲート電極51がレーザビームの照射によるダメージを防ぐことが可能であり、歩留まりを高めることができる。
ここでは、スパッタリング法により誘電体ミラーとなる二酸化チタン及び酸化珪素の複数層の積層と、タングステンで形成される厚さ100〜300nmの導電層とを形成し、当該積層及び導電層を選択的にエッチングしてゲート電極51を形成する。
ゲート絶縁層52としては、後に照射されるレーザビームを透過する材料であって、絶縁性を示す材料を用いて形成する。レーザビームを透過する材料としては、後に照射されるレーザビームのエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する材料を用いて形成する。ゲート絶縁層52は、CVD法やPVD法等の薄膜形成方法により、酸化珪素層、窒化珪素層、酸化窒化珪素層等を適宜形成する。また、CVD法やPVD法等の薄膜形成方法により、酸化珪素層、窒化珪素層、酸化窒化珪素層等を適宜形成した後、その表面を酸素、水素、及び希ガス流入しながら高密度プラズマによって処理してもよい。また、ゲート絶縁層52として、塗布法または印刷法により形成したポリイミド、ポリアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)、アクリルなどの有機樹脂を用いることができる。また、塗布法または印刷法により形成したシロキサン、ポリシラザン等を用いることができる。
ここでは、ゲート絶縁層52として、CVD法を用いて厚さ100〜400nmの酸化窒化珪素層及び厚さ30〜150nmの窒化珪素層を積層する。
半導体層53としては、一定の割合以上のレーザビームを透過することが可能な半導体層を用いて形成する。半導体層の材料としては、シリコン、ゲルマニウム等を用いることができる。また、非晶質半導体、非晶質状態と結晶状態とが混在し、非晶質半導体中に0.5nm〜20nmの結晶粒を観察することができる微結晶半導体、及び結晶性半導体から選ばれたいずれかの状態を有する層を用いることができる。結晶性半導体の場合は、非晶質若しくは微結晶質の半導体を、レーザ光の照射により結晶化させた結晶性半導体、加熱処理により結晶化させた結晶性半導体、加熱処理とレーザ光の照射を組み合わせて結晶化させた結晶性半導体を適用することが好ましい。加熱処理においては、シリコン半導体の結晶化を助長する作用のあるニッケルなどの金属元素を用いた結晶化法を適用することができる。また、半導体層53として、有機化合物半導体を用いることができる。
ここでは、半導体層53として、CVD法により厚さ50〜300nmの非晶質珪素層を形成した後、450〜500℃1〜4時間の加熱を行って非晶質珪素層に過剰に含まれる水素を除去し、当該非晶質珪素層を選択的にエッチングして半導体層53を形成する。
光吸収層54としては、後に照射されるレーザビームを吸収する材料を用いて形成する。レーザビームを吸収する材料としては、後に照射されるレーザビームのエネルギーよりも小さなバンドギャップエネルギーを有する材料を用いて形成する。また、光吸収層54は、ゲート絶縁層52及び半導体層53の融点よりも低い沸点または昇華点を有する材料を用いることが好ましい。このような材料を光吸収層に用いることにより、ゲート絶縁層52及び半導体層53の溶融を避けつつ、レーザビームを吸収し、当該レーザビームのエネルギーを用いて光吸収層及び光吸収層に接する絶縁層の一部を除去することができる。
レーザビームのエネルギーにより昇華または蒸発することが可能な光吸収層としては、100〜2000℃程度の昇華点が低い材料が好ましい。または、沸点が1000〜2700℃であり、且つ熱伝導率が0.1〜100W/mKである材料を用いることができる。
光吸収層54としては、後に照射されるレーザビームを吸収する半導体材料または絶縁物材料を適宜用いることができる。
絶縁物材料としては、上記元素の酸素化合物、炭素化合物、若しくはハロゲン化合物の単層で形成することができる。また、これらの積層を用いることができる。代表的には、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、硫化亜鉛、窒化珪素、酸化珪素、硫化水銀、塩化アルミニウム等がある。また、光を吸収することが可能な粒子が分散された絶縁層、代表的にはシリコン微結晶が分散された酸化珪素層を用いることができる。また、ポリイミド、ポリアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)、アクリルなどの有機樹脂を用いることができる。また、シロキサン、ポリシラザン等を用いることができる。また、色素が上記有機樹脂、シロキサン、ポリシラザン等に溶解または分散された絶縁層を用いることができる。
半導体材料としては、シリコン、ゲルマニウム等を用いることができる。また、非晶質半導体、非晶質状態と結晶状態とが混在し、非晶質半導体中に0.5nm〜20nmの結晶粒を観察することができる微結晶半導体、及び結晶性半導体膜から選ばれたいずれかの状態を有する膜を用いることができる。さらには、リン、ヒ素、ボロン等のアクセプター型元素又はドナー型元素が含まれていても良い。但し光吸収層を半導体材料で形成する場合は、半導体層53と異なる結晶性を有する必要がある。具体的には光吸収層を非晶質珪素層で形成し、半導体層53を結晶性珪素層で形成し、レーザビーム56を可視光とする。可視光は結晶性珪素層には吸収されず、非晶質珪素層にのみ吸収されるため、選択的に光吸収層でレーザビームのエネルギーを吸収させることができる。
さらに、光吸収層54としては、後に照射されるレーザビームを吸収し、且つレーザビームのエネルギーにより光吸収層内における気体の放出、光吸収層の昇華または蒸発等により光吸収層の一部または光吸収層に接する層の一部を物理的に解離させることが可能な材料を用いて形成することが好ましい。このような材料を用いることにより、容易に光吸収層を選択的に除去することができる。
レーザビームのエネルギーにより光吸収層内における気体を放出することが可能な光吸収層としては、水素及び希ガス元素の少なくとも一方が含まれる材料で形成される層がある。代表的には、水素を含む半導体層、希ガスまたは水素を含む導電層、希ガスまたは水素を含む絶縁層等がある。この場合、光吸収層内における気体の放出とともに、光吸収層の一部において物理的に解離が生じるため、容易に光吸収層上の透光性を有する層を除去することができる。
レーザビームのエネルギーにより昇華することが可能な光吸収層としては、100〜2000℃程度の昇華点が低い材料が好ましい。または、融点が1500〜3500℃であり、且つ熱伝導率が0.1〜100W/mKである材料を用いることができる。昇華することが可能な光吸収層としては、100〜2000℃程度の昇華点が低い材料があり、その代表例としては、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、硫化亜鉛、窒化珪素、硫化水銀、塩化アルミニウム等がある。沸点が1000〜2700℃であり、且つ熱伝導率が0.1〜100W/mKである材料としては、ゲルマニウム(Ge)、酸化珪素(SiO2)、クロム(Cr)、チタン(Ti)等がある。
光吸収層54の形成方法としては、塗布法、電解メッキ法、PVD法(Physical Vapor Deposition)、又はCVD法(Chemical Vapor Deposition)を用いる。
ここでは光吸収層54として、厚さ30〜100nmの非晶質珪素層を形成する。光吸収層54として形成する非晶質珪素層は、過剰の水素が含まれる。この結果、のちに照射されるレーザビームにより非晶質珪素層に過剰含まれる水素を放出させると共に、非晶質珪素層を解離させることができる。
絶縁層55は、後のチャネル保護膜となる絶縁層である。このため、絶縁層55は、CVD法またはスパッタリング法により形成した酸化珪素層、窒化珪素層、酸化窒化珪素層等を適宜形成する。また、塗布法または印刷法により形成したポリイミド、ポリアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)、アクリルなどの有機樹脂を用いることができる。また、塗布法または印刷法により形成したシロキサン、ポリシラザン等を用いることができる。
ここでは、絶縁層55として、CVD法により厚さ50〜200nmの酸化珪素層を形成する。
なお、基板50及びゲート電極51の間に下地膜として機能する絶縁層を形成してもよい。下地膜として機能する絶縁層を形成することで、ゲート電極を形成する際のエッチング工程において、基板をエッチングすることを回避することができる。下地膜として機能する絶縁層は、適する材料を適宜用いて形成すればよい。代表的には、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化アルミニウム等がある。
次に、基板50側からゲート電極51、ゲート絶縁層52、及び半導体層53を介して光吸収層54にレーザビーム56を照射する。
レーザビーム56としては、基板50、ゲート絶縁層52、及び半導体層53を透過し、光吸収層54に吸収されるエネルギーを有するものを適宜選択する。代表的には、紫外領域、可視領域、又は赤外領域のレーザビームを適宜選択して照射する。
レーザビームを発振するレーザ発振器としては、Arレーザ、Krレーザ、エキシマレーザ(KrF、ArF、KrF、XeCl)などの気体レーザ、単結晶のYAG、YVO4、フォルステライト(Mg2SiO4)、YAlO3、GdVO4、若しくは多結晶(セラミック)のYAG、Y2O3、YVO4、YAlO3、GdVO4に、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等の半導体レーザ発振器、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。レーザ媒体が固体である固体レーザを用いると、メンテナンスフリーの状態を長く保てるという利点や、出力が比較的に安定している利点を有している。
レーザビーム56としては、連続発振のレーザビームやパルス発振のレーザビームを適宜適用することができる。パルス発振のレーザビームにおいては、通常、数十Hz〜数kHzの周波数帯を用いるが、それよりも著しく高い10MHz以上の発振周波数、パルス幅をピコ秒台の周波数、或いはパルス幅がフェムト秒(10−15秒)台のパルス発振レーザを用いてもよい。特に、パルス幅を1フェムト秒〜10ピコ秒で発振されるパルスレーザから射出されるレーザビームは、高強度のレーザビームが得られ、非線形光学効果(多光子吸収)が生じ、レーザビームのエネルギーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有する透光性を有する材料で形成される層をもレーザビームのエネルギーにより除去することができる。
レーザビーム56は、光吸収層103内における気体の放出や光吸収層の昇華または蒸発等に十分なエネルギー密度、代表的には、1μJ/cm2〜100J/cm2のエネルギー密度範囲内とすることができる。十分に高いエネルギー密度を持ったレーザビーム56が光吸収層54に吸収される。このとき、光吸収層54は吸収したレーザビームのエネルギーによって局所的に急激に加熱され昇華または蒸発する。この昇華または蒸発に伴う体積膨張により、光吸収層54及び光吸収層に接する絶縁層55が物理的に解離され飛散する。以上により、図1(B)に示すように、半導体層53上に、残存する光吸収層57及びチャネル保護膜58を形成することができる。
レーザビーム56の照射は大気圧下、または減圧下で行うことができる。減圧下で行うと、光吸収層54及び絶縁層55を除去する場合に生じる飛散物の回収が容易となる。このため、飛散物が基板上に残存することを抑制することが可能である。
さらには、基板50を加熱しながらレーザビーム56を光吸収層に照射してもよい。
ここでは、レーザビーム56としてYAG第2高調波(波長532nm)を用いる。
以上の工程により、フォトリソグラフィ工程を用いずとも、レーザビームを光吸収層に照射することで、基板上にチャネル保護膜58を形成することができる。
次に、図1(C)に示すように、半導体層53、光吸収層57及びチャネル保護膜58上に導電性を有する半導体層59及び導電層60を形成する。
導電性を有する半導体層59としては、CVD法またはスパッタリング法に形成されたリン、ヒ素、ボロン等のアクセプター型元素又はドナー型元素が含まれている半導体層を用いる。
ここでは、導電性を有する半導体層59として、CVD法により、厚さ30〜100nmのリンがドープされた非晶質珪素層を形成する。
導電層60としては、CVD法またはスパッタリング法に形成されたチタン(Ti)とアルミニウム(Al)の積層構造、モリブデン(Mo)とアルミニウム(Al)との積層構造など、アルミニウム(Al)のような低抵抗材料と、チタン(Ti)やモリブデン(Mo)などの高融点金属材料を用いたバリアメタルとの組み合わせで形成することが好ましい。また、導電性を有する金属酸化物を用いることができる。金属酸化物の代表例としては、酸化インジウムスズ(ITO:IndiumTin Oxide)、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛、酸化インジウムに2〜20%の酸化亜鉛を混合した酸化インジウム亜鉛等がある。また、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、モリブデン(Mo)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、及びバリウム(Ba)のいずれか一つ以上の導電性粒子、または当該金属元素を有する化合物粒子を含む組成物の液滴を微細な孔から吐出して所定の形状の層を形成する液滴吐出法を用いて形成してもよい。更には上記組成物を用いて印刷法により導電層60を形成してもよい。
ここでは、導電層60として、厚さ50〜100nmの窒化チタン層、厚さ200〜500〜nmのアルミニウム層、厚さ50〜100nmのチタン層を積層して形成する。
次に、導電層60にレーザビーム61を照射して、導電層60の一部を除去する。この結果、図1(D)に示すようなソース電極及びドレイン電極63を形成する。
次に、ソース電極及びドレイン電極63をマスクとして導電性を有する半導体層59をエッチングして、ソース領域及びドレイン領域62を形成する。なお、このときチャネル保護膜58の一部もエッチングされる。一部エッチングされたチャネル保護縁層をチャネル保護膜58aと示す。
次に、ソース電極及びドレイン電極63、チャネル保護膜58a、ソース領域及びドレイン領域62、ゲート絶縁層52の露出部に水素を含む絶縁層を形成した後、450〜550℃で1〜4時間加熱して半導体層53を水素化し、半導体層53のダングリングボンドを終端化して、半導体層53及びゲート絶縁層52の界面準位密度を低減することが可能である。この結果、リーク電流が低減された薄膜トランジスタを作製することができる。
この後、図4に示すように、ソース電極及びドレイン電極63、チャネル保護膜58a、ゲート絶縁層52上に層間絶縁層を形成し、層間絶縁層の一部をエッチングして開口部を形成した後、ソース電極及びドレイン電極63に接続する配線86を形成してもよい。
以上の工程により、フォトリソグラフィ技術を用いずとも、チャネル保護膜を形成することができる。また、チャネル保護膜を有する薄膜トランジスタを作製することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、光吸収層として導電層を用いることが可能なチャネル保護膜の作製方法について、図2を用いて説明する。
図2(A)に示すように、実施の形態1と同様に基板50上に、ゲート電極51、ゲート絶縁層52、及び半導体層71を形成する。次に、半導体層71上に第1の絶縁層72、光吸収層73、及び第2の絶縁層74を順に形成する。
本実施の形態では、半導体層71は所望の形状に分離されておらず、ゲート絶縁層52上に形成されている。なお、半導体層71の材料としては、実施の形態1に示す半導体層53と同様とすることができる。
なお、半導体層は水素出しが行われていることが好ましい。この結果、のちに照射されるレーザビームにより、半導体層の一部が解離されるのを防ぐことができる。
第1の絶縁層72としては、後に照射されるレーザビームを透過する材料であって、絶縁性を示す材料を用いて形成する。また、第1の絶縁層72は後のチャネル保護膜となる。このため、実施の形態1で示す絶縁層55において、後に照射されるレーザビームを透過する材料を適宜用いることができる。なお、半導体層71及び光吸収層73の間に第1の絶縁層72が形成されているため、光吸収層73を導電層で形成することができる。
ここでは、第1の絶縁層72として、CVD法により厚さ50〜200nmの酸化窒化珪素層を形成する。
光吸収層73としては、導電材料、半導体材料、絶縁物材料を適宜用いることができる。導電材料としては、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ネオジム(Nd)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、珪素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、バリウム(Ba)から選ばれた元素を用いることができる。また、該元素を主成分とする合金材料、窒素化合物等の単層または積層で形成することができる。半導体材料及び絶縁物材料は、実施の形態1に示す光吸収層54と同様に形成することができる。ここでは、光吸収層73として、スパッタリング法により厚さ10〜100nm、好ましくは30〜50nmのクロム層を用いる。
第2の絶縁層74としては、特段制約がなく、導電材料、半導体材料、絶縁物材料のどのような材料を用いて形成してもよい。ここでは、代表的に第1の絶縁層72または実施の形態1で示す絶縁層55の材料を適宜用いて形成することができる。なお、光吸収層が導電層の場合、吸収したレーザビームのエネルギーが照射領域の外側へ伝導するのを避けるため、さらには容易に光吸収層を昇華または蒸発させるため、光吸収層の膜厚は薄いことが好ましい。但し、光吸収層上に第2の絶縁層を形成せずレーザビームを照射して、第1の絶縁層をエッチングするマスクとして形成する場合、光吸収層の膜厚が薄いと第1の絶縁層をエッチングする際に、マスクである光吸収層もエッチングされてしまい、第1の絶縁層を所望の形状に形成するのが困難である。この結果、歩留まりの低下及び半導体装置の不良の原因となる。しかしながら、光吸収層上に第2の絶縁層を形成することで、レーザビームの照射により残存した第2の絶縁層、さらには光吸収層をマスクとして用いることができる。第2の絶縁層の膜厚は任意に設定することが可能であるため、第1の絶縁層を加工するためのマスクとして機能させることが可能である。このため、光吸収層上に第2の絶縁層を形成することにより、歩留まりを高めることが可能である。
ここでは、第2の絶縁層74として、CVD法により厚さ20〜100nmの酸化窒化珪素層を形成する。
ここで、第1の絶縁層72及び第2の絶縁層74の膜厚について説明する。第1の絶縁層72の厚さをt1、第2の絶縁層74の厚さをt2とする。第2の絶縁層74は、後に第1の絶縁層72の一部をエッチングし、半導体層の一部を露出させるためのマスクとして機能する。第1の絶縁層72により第2の絶縁層74の膜厚が厚いと、第1の絶縁層72とともに半導体層をもエッチングしてしまう。このため、第2の絶縁層74の膜厚t2は、第1の絶縁層72の膜厚t1以下であることが好ましい。
次に、実施の形態1と同様に、基板50側からゲート電極51、ゲート絶縁層52、半導体層71、第1の絶縁層72を介して光吸収層73にレーザビーム56を照射する。
この結果、図2(B)に示すように、残存された光吸収層75及び第2の絶縁層76を形成することができる。また、レーザビーム56として、半導体層71にある程度吸収される波長を用いることで、ゲート電極51と重畳する半導体層71bは非晶質半導体層だが、ゲート電極51と重畳しない半導体層71aは結晶性半導体層となる。
次に、図2(C)に示すように、レーザビーム61を半導体層に照射して半導体層の一部を除去して、分断された半導体層77及び第1の絶縁層78を形成する。
次に、第1の絶縁層78、光吸収層75、及び第2の絶縁層76を異方的にエッチングする。この場合、光吸収層75及び第2の絶縁層76をすべて除去するとともに、第1の絶縁層の一部が半導体層77上に残存するようにエッチングする。ここでは、光吸収層75及び第2の絶縁層76はエッチングされながらも第1の絶縁層78のマスクとして機能する。よって、光吸収層75及び第2の絶縁層76がすべて除去されたとき、第1の絶縁層78は一部突出した形状、具体的には光吸収層75及び第2の絶縁層76に覆われた第1の絶縁層が突出した形状となる。そのまま、第1の絶縁層78をエッチングし続けることで、図2(D)に示すように、半導体層77を露出するとともに、ゲート電極と重畳する領域においては、第1の絶縁層79を残存することができる。
具体的には、第1の絶縁層78及び第2の絶縁層76のエッチング速度がほぼ同様である場合、第1の絶縁層76をエッチングする際に第1の絶縁層78をもエッチングする。光吸収層75に覆われる領域の第1の絶縁層78の厚さはt1である。一方、光吸収層75に覆われない領域の第1の絶縁層78の厚さはt1−t2である。次に、光吸収層75をエッチングする。このときの光吸収層75のエッチング速度より第1の絶縁層78のエッチング速度が遅ければ、第1の絶縁層78はエッチングされず、光吸収層75が優先的にエッチングされる。また、第1の絶縁層78のエッチング速度が光吸収層75と同様または速い場合は、光吸収層75とともに第1の絶縁層78がエッチングされる。光吸収層75が完全に除去された後、第1の絶縁層78を全面的にエッチングする。こののち、光吸収層75に覆われていた第1の絶縁層78が残存し、光吸収層75に覆われていない第1の絶縁層78がすべてエッチングされた時点で、エッチング処理を終わらせることで、第1の絶縁層79を残存させることができる。このとき第1の絶縁層79の厚さは第2の絶縁層74の厚さt2と同様またはt2より若干薄くなる程度である。t2より若干薄くなる程度とは、光吸収層75をエッチングしている際に第1の絶縁層72がエッチングされる厚さ程度である。
この後、実施の形態1と同様にソース領域及びドレイン領域62、ソース電極及びドレイン電極63を形成する。また、これらの形成工程において、一部エッチングされたチャネル保護膜をチャネル保護膜79aと示す。また、ソース電極及びドレイン電極63、チャネル保護膜58a、ソース領域及びドレイン領域62、ゲート絶縁層52の露出部に水素を含む絶縁層を形成した後、450〜550℃で1〜4時間加熱して半導体層53を水素化し、半導体層53のダングリングボンドを終端化して、半導体層53及びゲート絶縁層52の界面準位密度を低減することが可能である。この結果、リーク電流が低減された薄膜トランジスタを作製することができる。
以上の工程により、フォトリソグラフィ技術を用いずとも、チャネル保護膜を形成することができる。また、光吸収層の選択幅を広げることが可能であり、低コストの材料を用いることができる。さらには、チャネル保護膜を有する薄膜トランジスタを形成することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、光吸収層として導電層を用いることが可能なチャネル保護膜の作製方法について、図3を用いて説明する。
図3(A)に示すように、実施の形態1と同様に基板50上に、ゲート電極51、ゲート絶縁層52、及び半導体層71を形成する。次に、半導体層71上に絶縁層80、及び光吸収層73を順に形成する。
本実施の形態では、半導体層71は所望の形状に分離されておらず、ゲート絶縁層52上に形成されている。なお、半導体層71の材料としては、実施の形態1に示す半導体層53と同様とすることができる。また、実施の形態1と同様に、分断された半導体層を形成してもよい。
絶縁層80としては、実施の形態2で示す第1の絶縁層72と同様の材料を用いて形成することができる。また、絶縁層80は後のチャネル保護膜となるため、チャネル保護膜として必要な膜厚で形成すればよい。なお、半導体層71及び光吸収層73の間に絶縁層80が形成されているため、光吸収層73を導電層で形成することができる。
ここでは、絶縁層80として、CVD法により厚さ50〜200nmの酸化窒化珪素層を形成する。
光吸収層73としては、実施の形態2に示す光吸収層73において、絶縁層80と比較してエッチング速度の遅い材料を用いることが好ましい。または、絶縁層80と比較して光吸収層73の厚さを厚くすることが好ましい。代表的には、絶縁層80の厚さの1〜3倍、好ましくは1.2〜2倍とする。このような材料を用いることにより、絶縁層80をエッチングする際のマスクとして光吸収層の一部を用いることができる。ここでは、光吸収層73として、スパッタリング法により厚さ10〜200nm、好ましくは100〜150nmのクロム層を用いる。
次に、実施の形態1と同様に、基板50側からゲート電極51、ゲート絶縁層52、半導体層71、絶縁層80を介して光吸収層73にレーザビーム56を照射する。
この結果、図3(B)に示すように、残存された光吸収層75を形成することができる。また、レーザビーム56として、半導体層71にある程度吸収される波長を用いることで、ゲート電極51と重畳する半導体層71bは非晶質半導体層だが、ゲート電極51と重畳しない半導体層71aは結晶性半導体層となる。
次に、図3(C)に示すように、半導体層の一部を除去して、分断された半導体層77及び絶縁層81を形成する。
次に、図3(D)に示すように、光吸収層75をマスクとして絶縁層81をエッチングする。この結果、図3(E)に示すように、チャネル保護膜82を形成することができる。
次に、図3(E)に示すように、光吸収層75を除去し、実施の形態1と同様にソース領域及びドレイン領域62、ソース電極及びドレイン電極63、チャネル保護膜79aを形成する。
以上の工程により、フォトリソグラフィ技術を用いずとも、チャネル保護膜を形成することができる。また、光吸収層の選択幅を広げることが可能であり、低コストの材料を用いることができる。また、チャネル保護膜を形成するための材料を削減することが可能である。また、チャネル保護膜を有する薄膜トランジスタを形成することができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態1乃至3と異なるソース領域及びドレイン領域、並びにソース配線及びドレイン配線の形成方法について図5を用いて説明する。なお、本実施の形態では実施の形態1を用いて説明するが、実施の形態2または3に適用することもできる。
実施の形態1と同様に、基板50上にゲート電極51、ゲート絶縁層52、半導体層53を形成し、ゲート電極51と重畳する半導体層53表面に光吸収層57及びチャネル保護膜58を形成する。次に、ゲート絶縁層52、半導体層53、光吸収層57及びチャネル保護膜58上に導電性を有する半導体層59を形成する。次に、導電性を有する半導体層59に選択的にレーザビーム61を照射して半導体層をアブレーション(昇華)して、導電性を有する半導体層59の一部を除去する。このときのレーザビーム61は、半導体層59に吸収される波長であることが好ましい。
この結果、図5(B)に示すように、ソース領域及びドレイン領域62を形成することができる。この後、ゲート絶縁層52、半導体層53、チャネル保護膜58、ソース領域及びドレイン領域62上に導電層を形成する。この後、導電性を有する半導体層と同様の工程により、図4(C)に示すようなソース電極及びドレイン電極63を形成することができる。
なお、ソース領域及びドレイン領域62、並びにソース電極及びドレイン電極63を形成する際、チャネル保護膜58も若干エッチングされる。エッチングされた絶縁層をチャネル保護膜58aと示す。
本実施例では、半導体装置として液晶表示パネルを形成する。また、図6においては、液晶表示パネルの一画素の断面図を示して、以下説明する。
図6(A)に示すように、基板50上に実施の形態1で示す薄膜トランジスタ1188、及び薄膜トランジスタ1188覆う絶縁層1190を形成する。ここでは塗布法により組成物を塗布し焼成してポリイミドで形成される絶縁層1190を形成する。なお、ここでは、薄膜トランジスタ1188として実施の形態1で示す薄膜トランジスタを用いたが、実施の形態2乃至4で示す薄膜トランジスタを適宜用いることができる。
次に、絶縁層1190の一部をレーザビームの照射により開口部を設け、開口部を有する絶縁層1191を形成する。この後、ソース電極またはドレイン電極63の表面に形成される酸化物を除去してもよい。
次に、図6(B)に示すように、開口部及び絶縁層1190の表面にソース電極またはドレイン電極63に接続する導電層を形成する。なお、導電層1192は画素電極として機能する。ここでは、ITOを用いて導電層1192を形成する。透光性を有する導電層1192を形成することで後に透過型発光表示パネルを作製することができる。また、導電層1192として、Ag(銀)、Au(金)、Cu(銅)、W(タングステン)、Al(アルミニウム)等の反射性を有する導電層を形成することで、後に反射型発光表示パネルを作製することができる。さらには、上記透光性を有する導電層及び反射性を有する導電層を一画素ごとに形成することで、半透過型表示パネルを作製することができる。
なお、図6(B)に示すように、ソース電極またはドレイン電極63の表面において導電層1192が接するように開口部を形成することができる。
また、図6(C)に示すように、ソース領域及びドレイン領域62の表面で導電性を有する半導体層199及び導電性を有する半導体層199が接するように開口部を形成することができる。
以上の工程により、アクティブマトリクス基板を形成することができる。
次に、印刷法やスピンコート法により、絶縁膜を成膜し、ラビングを行って配向膜1193を形成する。なお、配向膜1193は、斜方蒸着法により形成することもできる。
次に、配向膜1264、第2の画素電極(対向電極)1263、及び着色層1262が設けられた対向基板1261において、画素部の周辺の領域に液滴吐出法により閉ループ状のシール材(図示しない。)を形成する。シール材には、フィラーが混入されていてもよく、さらに、対向基板1261にはカラーフィルタや遮蔽膜(ブラックマトリクス)などが形成されていても良い。
次に、ディスペンサ式(滴下式)により、シール材で形成された閉ループ内側に、液晶材料を滴下したのち、真空中で、対向基板とアクティブマトリクス基板とを貼り合わせ、紫外線硬化を行って、液晶材料が充填された液晶層1265を形成する。なお、液晶層1265を形成する方法として、ディスペンサ式(滴下式)の代わりに、対向基板を貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶材料を注入するディップ式(汲み上げ式)を用いることができる。
この後、走査線、信号線の接続端子部に、接続導電層を介して配線基板、代表的にはFPCを貼り付ける。以上の工程により、液晶表示パネルを形成することができる。
なお、本実施の形態ではTN型の液晶パネルについて示しているが、上記のプロセスは他の方式の液晶パネルに対しても同様に適用することができる。例えば、ガラス基板と平行に電界を印加して液晶を配向させる横電界方式の液晶パネルに本実施の形態を適用することができる。また、VA(Vertical Alignment)方式の液晶パネルに本実施の形態を適用することができる。
図7と図8は、VA型液晶パネルの画素構造を示している。図7は平面図であり、図中に示す切断線I−Jに対応する断面構造を図8に表している。以下の説明ではこの両図を参照して説明する。
この画素構造は、一つの画素に複数の画素電極が有り、それぞれの画素電極にTFTが接続されている。各TFTは、異なるゲート信号で駆動されるように構成されている。すなわち、マルチドメイン設計された画素において、個々の画素電極に印加する信号を、独立して制御する構成を有している。
画素電極層1624は開口(コンタクトホール)1623により、配線層1618でTFT1628と接続している。また、画素電極層1626は開口(コンタクトホール)1627により、配線層1619でTFT1629と接続している。TFT1628のゲート配線層1602と、TFT1629のゲート電極層1603には、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ線として機能する配線層1616は、TFT1628とTFT1629で共通に用いられている。
TFT1628及びTFT1629それぞれには、チャネル保護膜1612、1613が形成されている。これらのTFT1628及びTFT1629は上記実施の形態を適宜用いて形成することができる。
画素電極層1624と画素電極層1626の形状は異なっており、スリット1625によって分離されている。V字型に広がる画素電極層1624の外側を囲むように画素電極層1626が形成されている。画素電極層1624と画素電極層1626に印加する電圧のタイミングを、TFT1628及びTFT1629により異ならせることで、液晶の配向を制御している。対向基板1601には、遮光膜1632、着色層1636、対向電極層1640が形成されている。また、着色層1636と対向電極層1640の間には平坦化膜1637が形成され、液晶の配向乱れを防いでいる。図9に対向基板側の構造を示す。対向電極層1640は異なる画素間で共通化されている電極であるが、スリット1641が形成されている。このスリット1641と、画素電極層1624及び画素電極層1626側のスリット1625とを交互に咬み合うように配置することで、斜め電界が効果的に発生させて液晶の配向を制御することができる。これにより、液晶が配向する方向を場所によって異ならせることができ、視野角を広げている。
本実施例は、上記の実施の形態と適宜自由に組み合わせることができる。
なお、静電破壊防止のための保護回路、代表的にはダイオードなどを、接続端子とソース配線(ゲート配線)の間または画素部に設けてもよい。この場合、上記したTFTと同様の工程で作製し、画素部のゲート配線層とダイオードのドレイン又はソース配線層とを接続することにより、静電破壊を防止することができる。
本発明により、チャネル保護膜を有する薄膜トランジスタおよび当該薄膜トランジスタを有する液晶表示パネルを作製することができる。
本実施例では、半導体装置として発光表示パネルを形成する。さらに、図10においては、発光表示パネルの一画素を示して、以下説明する。
実施例1と同様に、図10(A)に示すように、基板50上に実施の形態1で示す薄膜トランジスタ1188、及び薄膜トランジスタ1188を覆い、且つ開口部を有する絶縁層1191を形成する。
次に、図10(B)に示すように、実施例1と同様にソース電極またはドレイン電極63に接続する第1の導電層201を形成する。なお、第1の導電層201は画素電極として機能する。
次に、図10(C)に示すように、画素電極として機能する第1の導電層201の端部を覆う絶縁層202を形成する。このような絶縁層としては、絶縁層1191及び第1の導電層201上に図示しない絶縁層を形成し、第1の導電層201上の絶縁層を除去することで形成することができる。
次に、図10(D)に示すように、第1の導電層201の露出部及び絶縁層202の一部に発光物質を有する層1203を形成し、その上に画素電極として機能する第2の導電層1204を形成する。以上の工程により第1の導電層201、発光物質を有する層1203、及び第2の導電層1204で構成される発光素子1205を形成することができる。発光物質を有する層1203は、有機発光材料、無機発光材料を適宜用いることができる。
ここでは、赤色を表示する発光素子として、第1の画素電極として機能する第1の導電層201として膜厚125nmの酸化珪素を含むITO層を形成する。また、発光物質を含む層1203として、DNTPDを50nm、NPBを10nm、ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(アセチルアセトナート)(略称:Ir(Fdpq)2(acac))が添加されたNPBを30nm、Alq3を30nm、Alq3を30nm、及びLiFを1nm積層して形成する。第2の画素電極として機能する第2の導電層1204として、膜厚200nmのAl層を形成する。
また、緑色を表示する発光素子として、第1の画素電極として機能する第1の導電層201として膜厚125nmの酸化珪素を含むITO層を形成する。また、発光物質を含む層1203として、DNTPDを50nm、NPBを10nm、クマリン545T(C545T)が添加されたAlq3を40nm、Alq3を30nm、及びLiFを1nm積層して形成する。第2の画素電極として機能する第2の導電層1204として、膜厚200nmのAl層を形成する。
また、青色を表示する発光素子として、第1の画素電極として機能する第1の導電層201として膜厚125nmの酸化珪素を含むITO層を形成する。また、発光物質を含む層1203として、DNTPDを50nm、NPBを10nm、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン(略称:TBP)が添加された、9−[4−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(略称:CzPA:)を30nm、Alq3を30nm、及びLiFを1nm積層して形成する。第2の画素電極として機能する第2の導電層1204として、膜厚200nmのAl層を形成する。
次に、第2の導電層1204上に保護膜を形成することが好ましい。
この後、走査線、信号線の接続端子部に、接続導電層を介して配線基板、代表的にはFPCを貼り付ける。以上の工程により、発光表示パネルを形成することができる。
なお、静電破壊防止のための保護回路、代表的にはダイオードなどを、接続端子とソース配線(ゲート配線)の間または画素部に設けてもよい。
ここで、基板50側に発光素子が光を放射する場合、つまり下方放射を行う場合について、図11(A)を用いて説明する。この場合、薄膜トランジスタ1188に電気的に接続するように、ソース電極またはドレイン電極63に接して、透光性を有する導電層484、発光物質を含む層485、遮光性または反射性を有する導電層486が順に積層される。光が透過する基板50は少なくとも可視領域の光に対して透光性を有する必要がある。
次に、基板50と反対側に発光素子が光を放射する場合、つまり上方放射を行う場合について、図11(B)を用いて説明する。薄膜トランジスタ1188は、前述した薄膜トランジスタの同様に形成することができる。薄膜トランジスタ1188に電気的に接続するソース電極またはドレイン電極63が遮光性または反射性を有する導電層463と接し、電気的に接続する。遮光性または反射性を有する導電層463、発光物質を含む層464、透光性を有する導電層465が順に積層される。導電層463は遮光性または反射性を有する金属層であり、発光素子から放射される光を矢印の上面に反射する。なお、遮光性または反射性を有する導電層463上に透光性を有する導電層を形成してもよい。発光素子から放射する光は透光性を有する導電層465を透過して放出されるので、透光性を有する導電層465は、少なくとも可視領域において透光性を有する材料で形成する。
次に、光が基板50側とその反対側の両側に発光素子が光を放射する場合、つまり両方放射を行う場合について、図11(C)を用いて説明する。薄膜トランジスタ1188の半導体層に電気的に接続するソース電極またはドレイン電極63に、第1の透光性を有する導電層472が電気的に接続している。第1の透光性を有する導電層472、発光物質を含む層473、第2の透光性を有する導電層474が順に積層される。このとき、第1の透光性を有する導電層472と第2の透光性を有する導電層474のどちらも少なくとも可視領域において透光性を有する材料、又は光を透過できる厚さで形成すると、両方放射が実現する。この場合、光が透過する絶縁層や基板50も少なくとも可視領域の光に対して透光性を有する必要がある。
なお、本実施例の表示装置において、画面表示の駆動方法は特に限定されず、例えば、点順次駆動方法や線順次駆動方法や面順次駆動方法などを用いればよい。代表的には、線順次駆動方法とし、時分割階調駆動方法や面積階調駆動方法を適宜用いればよい。また、表示装置のソース線に入力する映像信号は、アナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよく、適宜、映像信号に合わせて駆動回路などを設計すればよい。
以上のように、多様な画素回路を採用することができる。
本実施例により、チャネル保護膜を有する薄膜トランジスタおよび当該薄膜トランジスタを有する発光表示パネルを作製することができる。