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Description
前記コンタクト膜はSiを主成分とした膜であり、前記薄膜トランジスタがpチャネル導電型の場合は前記コンタクト膜中のIII族の不純物濃度のピークが、前記薄膜トランジスタがnチャネル導電型の場合は前記コンタクト膜中のV族の不純物濃度のピークが、3nm以上離れていることを特徴とする。
前記コンタクト膜はSiを主成分とした膜であり、前記薄膜トランジスタがpチャネル導電型の場合は前記コンタクト膜中のIII族の不純物濃度が、前記薄膜トランジスタがnチャネル導電型の場合は前記コンタクト膜中のV族の不純物濃度が、前記半導体膜側(前記コンタクト膜と前記半導体膜との界面側)で高くなっていることを特徴とする。
〔実施例1〕
本実施例の逆スタガ型薄膜トランジスタの構成と製造方法について、図1−1、図1−2及び図2を用いて説明する。図1−1は、本発明の実施例1である逆スタガ型薄膜トランジスタの概略構成(主要構成部位)を示す断面図、図1−2はP濃度ピークのソース・ドレイン電極からの距離とTFT移動度の関係を示す図、図2は本発明の実施例1である逆スタガ型薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。本実施例1では、逆スタガ型薄膜トランジスタに本発明を適用した例について説明する。
まず、絶縁性基板1上に金属膜をスパッタリング法などにより成膜する。その後、ホトリソグラフィを適用して前記金属膜をパターンニングすることにより、絶縁性基板1上にゲート電極2を形成する。
まず、Pをドープした微結晶Si膜や非晶質Si膜を、SiH4やSiF4などの原料ガスと、PH3を添加したH2や希ガスを用いたPECVD法などで形成する。ついで、P濃度の高い層を形成するため、SiH4やSiF4を抜きPECVD法を引き続き実施する。これにより、P濃度の高い層を形成できる。さらに、続けて、再度SiH4やSiF4を再び導入することにより、Pをドープした微結晶Si膜や非晶質Si膜を形成する。この部分の膜厚を3nm以上にすることにより前述のP濃度分布を形成することができる。
次に、スパッタなどにより、ソース電極及びドレイン電極として機能する一対の電極(ソース電極6,ドレイン電極7)の構成部位となる金属膜を成膜する。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用し、図2(b)に示すように、前記金属膜をパターンニングしてソース電極6及びドレイン電極7を形成する。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用し、ソース電極6と外部の装置との電気的接触を可能にするコンタクトホール9等を形成する。さらに、金属膜あるいは酸化物導電膜等からなる電極膜を成膜した後、ホトリソグラフィ工程を適用し、前記電極膜をパターンニングして画素電極10を形成する。画素電極10は、コンタクトホール9を通してソース電極6と電気的に接続される。ここまでの工程を図2(c)に示す。
上記の特許文献1(特開2008−258345号公報)や特許文献2(特開平7−58334号公報)に開示されているP濃度は図3のようになる。この不純物濃度分布では、コンタクト膜の金属膜側(ソース・ドレイン電極側)の界面に不P濃度のピーク値が位置する。一方、本発明では、図4に示すようなP濃度分布((a)乃至(d))を考案した。これらの構成では、コンタクト膜5中のP濃度のピークは、コンタクト膜5とソース電極6及びドレイン電極7(ソース・ドレイン電極)との界面から3nm以上離れている、或いは、コンタクト膜5中のP濃度のピークがコンタクト膜5と半導体膜4との界面(半導体膜4側)に位置する構成となっている。また、P濃度のピーク値は1020cm−3以上であることが望ましい。
本実施例の逆スタガ型薄膜トランジスタの構成と製造方法について、前述の実施例1の図1−1及び図2を用いて説明する。本実施例2では、銅を主体とした電極を具備した逆スタガ型薄膜トランジスタに本発明を適用した例について説明する。
まず、絶縁性基板1上に、主たる成分が銅より構成される金属膜をスパッタリング法などにより成膜する。前記金属膜の1つの構成例として、前記絶縁性基板1との密着性を確保するための銅合金層、実質的な電極の抵抗を決める純銅層の積層が挙げられる。銅合金の中に含まれる添加元素としては、Mn、Mg、Ni、Al、Zn、Zr、In、Caの中から1種類以上含まれていることが好ましい。また、密着性をより強固にするため、銅合金成膜時に酸素ガスを流しスパッタしてもよい。その後、ホトリソグラフィを適用して前記金属膜をパターンニングすることにより、絶縁性基板1上にゲート電極2を形成する。
まず、Pをドープした微結晶Si膜や非晶質Si膜を、SiH4やSiF4などの原料ガスと、PH3を添加したH2や希ガスを用いたPECVD法などで形成する。ついで、P濃度の高い層を形成するため、SiH4やSiF4を抜きPECVD法を引き続き実施する。これにより、P濃度の高い層を形成できる。さらに、続けて、再度SiH4やSiF4を再び導入することにより、Pをドープした微結晶Si膜や非晶質Si膜を形成する。この部分の膜厚を3nm以上にすることにより前述のP濃度分布を形成することができる。
次に、スパッタなどにより、主たる成分が銅より成り、ソース電極及びドレイン電極として機能する一対の電極(ソース電極6,ドレイン電極7)の構成部位となる金属膜を成膜する。前記金属膜の1つの構成例として、コンタクト膜5との密着性を確保するための銅合金層、実質的な電極の抵抗を決める純銅層の積層が挙げられる。銅合金の中に含まれる添加元素としては、Mn、Mg、Ni、Al、Zn、Zr、In、Caの中から1種類以上含まれていることが好ましい。
この後、エッチングなどにより、ソース電極6及びドレイン電極7から露出するコンタクト膜5を選択的に除去する。また、別の方法としては、コンタクト膜5をO2プラズマ、光酸化あるいはオゾン水酸化などにより酸化し高抵抗化する方法も適用できる。この場合、酸化膜厚の増大とともにプロセス時間が増大することから、コンタクト膜5の膜厚を10nm以下、好ましくは8nm以下、さらに好ましくは6nm以下に設定すると良い。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用し、ソース電極6と外部の装置との電気的接触を可能にするコンタクトホール9等を形成する。さらに、金属膜あるいは酸化物導電膜等からなる電極膜を成膜した後、ホトリソグラフィ工程を適用し、前記電極膜をパターンニングして画素電極10を形成する。画素電極10は、コンタクトホール9を通してソース電極6と電気的に接続される。ここまでの工程を図2(c)に示す。
本実施例の逆スタガ型薄膜トランジスタの構成と製造方法について、図6及び図7を用いて説明する。図6は、本発明の実施例3である逆スタガ型薄膜トランジスタの概略構成(主要構成部位)を示す断面図、図7は本発明の実施例3である逆スタガ型薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。本実施例3では、ソース・ドレイン電極下に半導体膜が存在する構成の逆スタガ型薄膜トランジスタに本発明を適用した例について説明する。
まず、絶縁性基板1上に金属膜をスパッタリング法などにより成膜する。その後、ホトリソグラフィを適用して前記金属膜をパターンニングすることにより、絶縁性基板1上にゲート電極2を形成する。
まず、Pをドープした微結晶Si膜や非晶質Si膜を、SiH4やSiF4などの原料ガスと、PH3を添加したH2や希ガスを用いたPECVD法などで形成する。ついで、P濃度の高い層を形成するため、SiH4やSiF4を抜く。これにより、P濃度の高い層を形成できる。さらに、続けて、SiH4やSiF4を再び導入することにより、Pをドープした微結晶Si膜や非晶質Si膜を形成する。この部分の膜厚を3nm以上にすることにより前述のP濃度分布を形成することができる。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用して、図7(a)に示すように、金属膜M1、コンタクト膜5、半導体膜4を島状に加工する。このホトリソグラフィ工程では、レジスト厚さを2段階にするため、ハーフトーンマスクなどを用いた露光を実施する。ついで、アッシングによりチャネル部のレジストを除去した後、この部分の金属膜(ソース・ドレイン電極の金属膜)M1をエッチングしてソース電極6及びドレイン電極7を形成する(図7(b)参照)。
ついで、O2プラズマ処理などにより、チャネル部のコンタクト膜5a(ソース電極6とドレイン電極7との間のコンタクト膜5a)を酸化し高抵抗化する(図7(b)参照)。別の方法としては、光酸化あるいはオゾン水酸化などにより酸化し高抵抗化する方法も適用できる。この場合、酸化膜厚の増大とともにプロセス時間が増大することから、コンタクト膜5の膜厚を10nm以下、好ましくは8nm以下、さらに好ましくは6nm以下に設定すると良い。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用し、ソース電極6と外部の装置との電気的接触を可能にするコンタクトホール9等を形成する。さらに、金属膜あるいは酸化物導電膜等からなる電極膜を成膜した後、ホトリソグラフィ工程を適用し、前記電極膜をパターンニングして画素電極10を形成する。画素電極10は、コンタクトホール9を通してソース電極6と電気的に接続される。ここまでの工程を図7(c)に示す。
本実施例の逆スタガ型薄膜トランジスタの構成と製造方法について、前述の実施例3の図6及び図7を用いて説明する。
まず、実施例3と同様に絶縁性基板1上に金属膜をスパッタリング法などにより成膜する。その後、ホトリソグラフィを適用して前記金属膜をパターンニングすることにより、絶縁性基板1上にゲート電極2を形成する。
さらに、この上に、実施例3と同様の方法でコンタクト膜5を成膜する。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用して、図7(a)に示すように、金属膜M1、コンタクト膜5、半導体膜4を島状に加工する。このホトリソグラフィ工程では、レジスト厚さを2段階にするため、ハーフトーンマスクなどを用いた露光を実施する。ついで、アッシングによりチャネル部のレジストを除去した後、この部分の金属膜(ソース・ドレイン電極の金属膜)M1をエッチングしてソース電極6及びドレイン電極7を形成する(図7(b)参照)。
ついで、O2プラズマ処理などにより、チャネル部のコンタクト膜5a(ソース電極6とドレイン電極7との間のコンタクト膜5a)を酸化し高抵抗化する(図7(b)参照)。別の方法としては、光酸化あるいはオゾン水酸化などにより酸化し高抵抗化する方法も適用できる。この場合、酸化膜厚の増大とともにプロセス時間が増大することから、コンタクト膜5の膜厚を10nm以下、好ましくは8nm以下、さらに好ましくは6nm以下に設定すると良い。また、この酸化プロセスで酸化物半導体のバックチャネルを酸化改質することも可能である。
なお、この工程により、本実施例の薄膜トランジスタQ2a(図6参照)が形成される。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用し、ソース電極6と外部の装置との電気的接触を可能にするコンタクトホール9等を形成する。さらに、金属膜あるいは酸化物導電膜等からなる電極膜を成膜した後、ホトリソグラフィ工程を適用し、前記電極膜をパターンニングして画素電極10を形成する。画素電極10は、コンタクトホール9を通してソース電極6と電気的に接続される。ここまでの工程を図7(c)に示す。
本実施例の正スタガ型薄膜トランジスタの構成と製造方法について、図8及び図9を用いて説明する。図8は、本発明の実施例4である正スタガ型薄膜トランジスタの概略構成(主要構成部位)を示す断面図、図9は本発明の実施例4である正スタガ型薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。本実施例4では、正スタガ型薄膜トランジスタに本発明を適用した例について説明する。
まず、絶縁性基板1上に金属膜をスパッタリング法などにより成膜する。その後、コンタクト膜5としてP(燐)などをドープしたSi膜を成膜する。このコンタクト膜5の形成では、まず、Pをドープした微結晶Si膜や非晶質Si膜を、SiH4やSiF4をなどの原料ガスと、PH3を添加したH2や希ガスを用いたPECVD法などで形成する。この膜の厚さを3nm以上とする。ついで、P濃度の高い層を形成するため、SiH4やSiF4を抜く。これにより、P濃度の高い膜を形成でき本発明の構成を実現できる。さらに、SiH4やSiF4を再び導入することにより、Pをドープした微結晶Si膜や非晶質Si膜を形成しても良い。この構成では、P濃度の高い膜を薬液などから保護できるためプロセス耐性が向上する。
ホトリソグラフィを適用して前記金属膜とコンタクト膜5の積層体をパターンニングすることにより、絶縁性基板1上にソース電極6及びドレイン電極7を形成する。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用し、図9(b)に示すように、前記金属膜をパターンニングしてゲート電極2を形成する。
その後、ホトリソグラフィ工程を適用し、ソース電極6と外部の装置との電気的接触を可能にするコンタクトホール9等を形成する。さらに、金属膜あるいは酸化物導電膜からなる電極膜を成膜した後、ホトリソグラフィ工程を適用し、前記電極膜をパターンニングして画素電極10を形成する。画素電極10は、コンタクトホール9を通してソース電極6と電気的に接続される。ここまでの工程を図9(c)に示す。
ここで示す実施例の液晶表示装置は、前述の実施例1から5で作製した薄膜トランジスタを有する絶縁性基板に、さらにスペーサを形成した後、対向基板を張り合わせ液晶を封入し完成する。本実施例の液晶表示装置の概略構成を図10に示す。なお、図10では、薄膜トランジスタの一例として図1−1で示した逆スタガ型薄膜トランジスタQ1を示している。
ここで示す実施例の有機EL表示装置は前述の実施例1から5で作製した薄膜トランジスタを有する絶縁性基板に、電荷輸送層、発光層、電荷輸送層を積層して有機EL発光素子を形成する。本実施例の有機EL表示装置の概略構成を図11に示す。なお、図11では、薄膜トランジスタの一例として図1で示した逆スタガ型薄膜トランジスタQ1を示している。
前述の実施例1乃至5に記載の方法で保護性絶縁膜8まで形成した後、平坦化層15を形成する。平坦化層15は、感光性樹脂を塗布した後、露光現像によりスルーホール15aを開けて形成する。ついで画素電極10を前述の実施例1乃至5と同様な方法で形成する。その後、この上に、有機EL発光素子の電荷輸送層16、発光層17、電荷輸送層18を蒸着法により形成し、さらに上部電極19として透明導電膜を蒸着及びスパッタリングで形成し、封止膜20としてSiN膜をCat−CVDを用いて形成し、有機EL表示装置を作製した。
2…ゲート電極
3…ゲート絶縁膜
3a,3b…絶縁膜
4…半導体膜
5,5a…コンタクト膜
6…ソース電極
7…ドレイン電極
8…保護性絶縁膜
9…コンタクトホール
10…画素電極
11…スペーサ
12…配向膜
13…対向基板
14…液晶
15…平坦化層
15a…スルーホール
16…電荷輸送層
17…発光層
18…電荷輸送層
19…上部電極
20…封止膜
Q1,Q1a,Q2,Q2a,Q3…薄膜トランジスタ
Claims (13)
- ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、半導体膜と、コンタクト膜と、ソース電極及びドレイン電極として機能する一対の電極とを具備し、前記半導体膜と前記ソース電極及び前記ドレイン電極との間に前記コンタクト膜が配置された薄膜トランジスタを有する表示装置であって、
前記コンタクト膜がSiを主成分とした膜であり、前記薄膜トランジスタがpチャネル導電型の場合は前記コンタクト膜中のIII族の不純物濃度ピークが、前記薄膜トランジスタがnチャネル導電型の場合は前記コンタクト膜中のV族の不純物濃度ピークが、前記コンタクト膜と前記ソース電極や前記ドレイン電極との界面から3nm以上離れていることを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記薄膜トランジスタは基板上に形成され、
前記半導体膜は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極より前記基板側に存在することを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記薄膜トランジスタは基板上に形成され、前記ソース電極及び前記ドレイン電極より前記基板側に必ず前記半導体膜が重畳して存在することを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記コンタクト膜の厚さは5nm以上であることを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記コンタクト膜の厚さは10nm以下であることを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記半導体膜は、非晶質Si膜あるいは微結晶Si膜あるいはそれらの膜の積層であることを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記半導体膜は、酸化物半導体膜であることを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、銅あるいは銅を含有する合金であることを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記コンタクト膜は酸素を含有することを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に、前記ゲート電極、前記ゲート絶縁膜、前記半導体膜、前記コンタクト膜、前記ソース電極及びドレイン電極が順次積層された逆スタガ型構造であることを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置において、
前記薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に、前記ソース電極及びドレイン電極、前記コンタクト膜、前記半導体膜、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極が順積層された正スタガ型構造であることを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置は、各々が画素電極と前記画素電極に電気的に接続されたアクティブ素子とを含む複数の画素領域をマトリクス状に配置した液晶表示パネルを有する液晶表示装置であり、
前記薄膜トランジスタは前記アクティブ素子であることを特徴とする表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置は、各々が有機EL発光素子と前記有機EL発光素子の画素電極と電気的に接続されたスイッチング素子とを含む複数の画素領域をマトリクス状に配置した有機EL表示装置であり、
前記薄膜トランジスタは、前記スイッチング素子であることを特徴とする表示装置。
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