JP2010192660A - Thin-film transistor, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】オン電流を低下させることなくオフ電流を低減し、画素回路やゲート駆動回路の制御に適用可能な薄膜トランジスタを提供する。
【解決手段】薄膜トランジスタ100は、中央部がチャネルとなる微結晶シリコン層4と、この微結晶シリコン層4上に設けられた非晶質シリコン層5とを備え、ソース電極7およびドレイン電極8を、コンタクト層6a、6bにそれぞれ接続された下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aと、この下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極7bの上面に形成された上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bとの2層で構成するとともに、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部をそれぞれ下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対して庇状に突出するように構成した。
【選択図】図1A thin film transistor which can reduce off current without reducing on current and can be applied to control of a pixel circuit and a gate driving circuit is provided.
A thin film transistor includes a microcrystalline silicon layer having a central portion serving as a channel and an amorphous silicon layer provided on the microcrystalline silicon layer, and includes a source electrode and a drain electrode. The lower source electrode 7a and the lower drain electrode 8a connected to the contact layers 6a and 6b, respectively, and the upper source electrode 7b and the upper drain electrode 8b formed on the upper surfaces of the lower source electrode 7a and the lower drain electrode 7b. In addition to the layers, the channel-side end portions of the upper source electrode 7b and the upper drain electrode 8b are configured to project in a bowl shape with respect to the channel-side end portions of the lower source electrode 7a and the lower drain electrode 8a, respectively.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、薄膜トランジスタおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the same.
従来の薄膜トランジスタとして、透明基板上に形成されたゲート電極上にゲート絶縁膜を介してチャネル部となる微結晶シリコン層、抵抗層となる非晶質シリコン層、およびコンタクト層となる一対のn型非晶質シリコン層を順次形成し、n型非晶質シリコン層上にソース電極およびドレイン電極を形成した後、チャネル部上のn型非晶質シリコン層をエッチングで除去したものがある。このような薄膜トランジスタにおいては、微結晶シリコン層上に形成された非晶質シリコン層が抵抗として作用し、ドレイン端部に加わる電界を緩和するため、オフ電流の増加を抑制できる(例えば特許文献1、特許文献2参照)。 As a conventional thin film transistor, a microcrystalline silicon layer serving as a channel portion on a gate electrode formed on a transparent substrate, an amorphous silicon layer serving as a resistance layer, and a pair of n-type serving as a contact layer via a gate insulating film In some cases, an amorphous silicon layer is sequentially formed, a source electrode and a drain electrode are formed on the n-type amorphous silicon layer, and then the n-type amorphous silicon layer on the channel portion is removed by etching. In such a thin film transistor, an amorphous silicon layer formed over a microcrystalline silicon layer acts as a resistor and relaxes an electric field applied to a drain end portion, so that an increase in off current can be suppressed (for example, Patent Document 1). And Patent Document 2).
しかしながら、上述のような薄膜トランジスタにおいては、微結晶シリコン層上に設けた非晶質シリコン層が抵抗として作用するため、オフ電流とともにオン電流も低下して、画素回路や周辺駆動回路に使用するには駆動能力が不足するという問題があった。
一方、オン電流を増加させるために非晶質シリコン層を薄く形成すると、非晶質シリコン層の抵抗が低下するため、オフ電流が増加するという問題があった。
However, in the above-described thin film transistor, the amorphous silicon layer provided over the microcrystalline silicon layer acts as a resistor, so that the on-current is reduced together with the off-current, so that the thin film transistor can be used for a pixel circuit or a peripheral driver circuit. Had the problem of lack of driving ability.
On the other hand, when the amorphous silicon layer is formed thin in order to increase the on-current, the resistance of the amorphous silicon layer is lowered, and there is a problem that the off-current increases.
この発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、オン電流を低下させることなくオフ電流を低減し、画素回路やゲート駆動回路の制御に適用可能な薄膜トランジスタを得るものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a thin film transistor that can reduce off-current without reducing on-current and can be applied to control of a pixel circuit and a gate drive circuit.
この発明に係る薄膜トランジスタは、透明基板と、前記透明基板上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して設けられ、中央部がチャネルとなる微結晶シリコン層と、前記微結晶シリコン層上に設けられた非晶質シリコン層と、前記非晶質シリコン層上の両端部に設けられた一対のコンタクト層と、前記一対のコンタクト層上にそれぞれ設けられたソース電極およびドレイン電極とを備え、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記コンタクト層に接続された下部ソース電極および下部ドレイン電極と、この下部ソース電極および下部ドレイン電極の上面に形成され且つ前記下部ソース電極および前記下部ドレイン電極よりも膜厚の薄い上部ソース電極および上部ドレイン電極との2層で構成されるとともに、前記上部ソース電極および前記上部ドレイン電極の前記チャネル側端部がそれぞれ前記下部ソース電極および前記下部ドレイン電極の前記チャネル側端部に対して庇状に突出していることを特徴とするものである。 The thin film transistor according to the present invention includes a transparent substrate, a gate electrode provided on the transparent substrate, a microcrystalline silicon layer provided on the gate electrode via a gate insulating film and having a central portion serving as a channel, An amorphous silicon layer provided on the microcrystalline silicon layer, a pair of contact layers provided on both ends of the amorphous silicon layer, a source electrode provided on each of the pair of contact layers, and A drain electrode, and the source electrode and the drain electrode are formed on a lower source electrode and a lower drain electrode connected to the contact layer, and on an upper surface of the lower source electrode and the lower drain electrode, and the lower source electrode and It is composed of two layers of an upper source electrode and an upper drain electrode that are thinner than the lower drain electrode. The channel-side end portions of the upper source electrode and the upper drain electrode protrude in a bowl shape from the channel-side end portions of the lower source electrode and the lower drain electrode, respectively. .
この発明に係る薄膜トランジスタによれば、オン電流を低下させることなくオフ電流を低減でき、薄膜トランジスタを用いたLCDやOLEDディスプレイ等の表示ムラを低減することができる。 According to the thin film transistor according to the present invention, the off current can be reduced without reducing the on current, and display unevenness of an LCD, an OLED display, or the like using the thin film transistor can be reduced.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における薄膜トランジスタの構造を示す断面図であり、図2ないし図6はこの発明の実施の形態1における薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。また、図7および図9はこの発明の実施の形態1における薄膜トランジスタの特性を比較例とともに示す図であり、図8は比較例の構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 6 are cross-sectional views showing the manufacturing steps of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention. 7 and 9 are diagrams showing the characteristics of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention together with a comparative example, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the comparative example.
まず、図1を参照して、実施の形態1における薄膜トランジスタの構成について説明する。
図1において、薄膜トランジスタ100は、透明なガラス基板1と、このガラス基板1上に設けられたゲート電極2と、このゲート電極2上にゲート絶縁膜3を介して設けられ、中央部がチャネルとなる微結晶シリコン層4と、この微結晶シリコン層4上に設けられた非晶質シリコン層5と、この非晶質シリコン層5上の両端部に設けられ、n型非晶質シリコン層からなる一対のコンタクト層6a、6bと、このコンタクト層6a、6b上にそれぞれ設けられたソース電極7およびドレイン電極8と、表面を保護する保護膜9とを備えている。なお、微結晶シリコンとは、概ね平均粒径が100nm以下の結晶性シリコンをいう。
First, the structure of the thin film transistor in
In FIG. 1, a
ゲート絶縁膜3は、膜厚200〜500nmのシリコン窒化膜(SiN)で形成されており、微結晶シリコン層4は膜厚30〜100nm、非晶質シリコン層5は膜厚50〜100nmでそれぞれ形成されている。また、コンタクト層6a、6bの膜厚は10〜50nmであり、非晶質シリコンに不純物としてリン(P)をドープしたn型非晶質シリコンで形成されている。
The
ソース電極7およびドレイン電極8は、コンタクト層6aおよび6bにそれぞれ接続された下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aと、この下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極7bの上面に形成された上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bとの2層で構成されている。また、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bの膜厚は、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aの膜厚よりも薄く形成されている。
本実施の形態においては、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aを膜厚100〜300nmのアルミニウム(Al)合金で形成し、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bを膜厚50nmのクロム(Cr)で形成している。この上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bはCr以外にモリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)等の4A族、5A族もしくは6A族の金属またはこれらの金属を含む合金で形成してもよい。
The
In the present embodiment, the
さらに、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部はそれぞれ下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対して庇状に突出するように構成されている。この突出長さは0.1μm以上の長さに形成されており、上部ソース電極7bのチャネル側端部と上部ドレイン電極8bの前記チャネル側端部との間には間隙が設けられている。
Further, the channel side end portions of the
また、保護膜9は、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜、またはこれらの多層膜から形成されている。
なお、図1においては、非晶質シリコン層5の上面中央部がエッチバックされ、断面が凹形状に形成されているが、非晶質シリコン層5の上面をエッチバックせず、断面を矩形状に形成してもよい。
The protective film 9 is formed of a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a multilayer film thereof.
In FIG. 1, the central portion of the upper surface of the
次に、図2ないし図6を参照して、薄膜トランジスタ100の製造方法について説明する。
まず、図2に示す工程で、透明なガラス基板1上に金属膜をスパッタ法等で形成した後写真製版によりゲート電極2をパターニングする。次に、ゲート絶縁膜3となるSiN膜をゲート電極2を覆うように200nmから500nmの膜厚で成膜し、その後ゲート絶縁膜3上に膜厚30nmから100nmの微結晶シリコン層4をプラズマCVD法等で形成する。その後、50nmから100nmの膜厚で不純物をドープしない非晶質シリコン層5を形成し、この非晶質シリコン層5上に10nmから50nmの膜厚でリン(P)ドープしたn型非晶質シリコン層6をプラズマCVD法で形成し、パターニングする。そして、n型非晶質シリコン層6およびゲート絶縁膜3上に、Al合金を50nmから300nmの膜厚で成膜して第1の金属層71を形成し、続いてCrを50nm程度の膜厚で成膜して第2の金属層72を形成する。
Next, a method for manufacturing the
First, in the step shown in FIG. 2, a metal film is formed on the
次に、図3に示す工程で、第2の金属層72上に写真製版等によりソース電極およびドレイン電極を形成するためのレジストパターン10を形成する。
その後、図4に示す工程で、第2の金属層72をウエットエッチングすることによって上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bを形成する。このとき用いるエッチング液として、第1の金属層71を実質的にエッチングしないものを選択する。
Next, in a step shown in FIG. 3, a
After that, in the step shown in FIG. 4, the
そして、図5に示す工程で、上記エッチング液とは異なるエッチング液を用いて、第1の金属層71をウエットエッチングすることによって、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aを形成する。このとき、オーバーエッチング時間を制御することによって、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部がそれぞれ下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対して突出する長さを調整し、突出長さを0.1μm以上にする。
Then, in the step shown in FIG. 5, the
続いて、図6に示す工程で、SF6を添加したドライエッチングガスを用いたアノード結合モードのドライエッチングを行うことよってチャネル上のn型非晶質シリコン層6をエッチングし、一対のコンタクト層6a、6bを形成する。このようにSF6を含むドライエッチングガスを用いたアノード結合モードによるドライエッチングを行うことで、n型非晶質シリコン層6a、6bのエッチング端は、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部より突出することがなく除去できる。
本実施の形態においては、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部とコンタクト層6a、6bのチャネル側端部とをほぼ同一平面上に形成している。
Subsequently, in the process shown in FIG. 6, the n-type
In the present embodiment, the channel side end portions of the
そして、レジストパターン10を除去した後、上部ソース電極7bと上部ドレイン電極8bの上面およびチャネル側側面、下部ソース電極7aと下部ドレイン電極8aのチャネル側側面、コンタクト層6a、6bのチャネル側側面、および非晶質シリコン層5上を覆うようにシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜またはこれらの多層膜からなる保護膜9を形成して図1に示す薄膜トランジスタ100を形成する。その後、コンタクトホール(図示せず)および画素電極である透明電極(図示せず)を順次形成し、LCD、OLEDディスプレイ等に搭載する。
Then, after removing the resist
このように、本実施の形態における薄膜トランジスタ100においては、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部をそれぞれ下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対して庇状に突出するように構成したので、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aとn型非晶質シリコン層との接触部のチャネル側端部に発生する電界の集中を緩和できるため、微結晶シリコンのようにバンドギャップが狭く、高電界でのオフ電流が増大する薄膜トランジスタにおいては、オフ電流を大幅に低減できる。
As described above, in the
次に図7および図9を参照して、薄膜トランジスタ100の特性について説明する。
図7は本実施の形態における薄膜トランジスタ100について、二次元デバイスシミュレーターを用いた計算によって算出したゲート電圧とドレイン電流との関係を比較例とともに示す図である。
なお、比較例の薄膜トランジスタは、図8に示す構成を有している。図8において比較例の薄膜トランジスタ101は従来技術のようにソース電極7およびドレイン電極8がAl合金の単層で形成されたものであり、ソース電極7およびドレイン電極8のチャネル側端部はn型非晶質シリコンからなるコンタクト層6a、6bのチャネル側端部とがほぼ同一平面上に形成されている。
Next, the characteristics of the
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a gate voltage and a drain current calculated by calculation using a two-dimensional device simulator, together with a comparative example, for the
Note that the thin film transistor of the comparative example has the configuration shown in FIG. In FIG. 8, the
図7における比較例1は図8における薄膜トランジスタ101において非晶質シリコン層の膜厚Aを50nmとしたものであり、比較例2は図8における薄膜トランジスタ101において非晶質シリコン層の膜厚Aを150nmとしたものである。また、図7における本実施の形態における薄膜トランジスタ100は非晶質シリコン層の膜厚Aを50nmとしたものである。
なお、図7に示した計算では、いずれもソース電極7を接地し、ドレイン電圧8を10Vに設定している。また、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部間の間隔を4μmとしている。
In Comparative Example 1 in FIG. 7, the film thickness A of the amorphous silicon layer in the
In all the calculations shown in FIG. 7, the
図7に示した通り、比較例2のように非晶質シリコン層5の膜厚を150nmまで厚くすると、比較例1(非晶質シリコン層5の膜厚:50nm)と比較してオフ電流の値を小さくすることができるが、同時にオン電流も小さくなる。
しかし、本実施の形態における薄膜トランジスタでは、比較例1と同等のオン電流を維持したまま、比較例1よりもオフ電流を大幅に低減することができる。すなわち、オン電流を低下させることなく、オフ電流を大幅に低減できる。
As shown in FIG. 7, when the film thickness of the
However, in the thin film transistor in this embodiment, the off-current can be significantly reduced as compared with Comparative Example 1 while maintaining the on-current equivalent to that of Comparative Example 1. That is, the off current can be greatly reduced without reducing the on current.
また、図9は、二次元デバイスシミュレーターを用いた計算によって算出した、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部の下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対する突出長さとオフ電流との関係を示す図である。なお、オフ電流の値はドレイン電圧を10V、ゲート電圧を−25V印加した場合のドレイン電流の値である。図9からわかるように、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部の下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対する突出長さが0.1μm以上のときオフ電流は大幅に低減する。したがって、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部の下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対する突出長さは0.1μm以上とすることが望ましい。なお、オフ電流の低減は上記突出長さによって決まるため、薄膜トランジスタの大きさによらず、上記突出長さは0.1μm以上あればよい。
また、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aの膜厚は、エッチストッパー構造で一般的に用いられるチャネル保護膜の膜厚50nmから300nmが望ましい。
Further, FIG. 9 shows a projection length calculated by calculation using a two-dimensional device simulator, at the channel-side end portions of the
The film thickness of the
なお、図9に示した計算においては、n型非晶質シリコン層6の不純物濃度と膜厚をそれぞれ1×1017cm−3、30nmとし、微結晶シリコン層4の膜厚を50nm、ゲート絶縁膜3の膜厚を450nm、下部ソース電極7aおよび上部ソース電極8aの膜厚を100nm、これらのチャネル側端部間の間隔を4μmとしている。
In the calculation shown in FIG. 9, the impurity concentration and film thickness of the n-type
本実施の形態によれば、ソース電極7およびドレイン電極8を、n型非晶質シリコンからなるコンタクト層6a、6bに接続された下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aと、この下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aの上面に形成され且つ下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aよりも厚みの薄い上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bとの2層で構成し、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部がそれぞれ下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8bのチャネル側端部に対して庇状に突出するように構成したことにより、オン電流を低下させることなく、オフ電流を大幅に低減できるので、薄膜トランジスタを用いたLCDやOLEDディスプレイ等の表示ムラを低減することができる。
According to the present embodiment,
また、本実施の形態によれば、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部の突出長さを0.1μm以上としたので、オフ電流を大幅に低減できる。
Further, according to the present embodiment, since the protruding lengths of the channel side end portions of the
さらに、本実施の形態によれば、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極7bのチャネル側端部とn型非晶質シリコン層6のチャネル側端部をほぼ同一平面上に形成したので、ソース電極7とドレイン電極8間のオフ電流をより効果的に低減できる。
Further, according to the present embodiment, the channel side end portions of the
実施の形態2.
図10は、この発明の実施の形態2における薄膜トランジスタの構造を示す断面図であり、図11ないし図15はこの発明の実施の形態2における薄膜トランジスタの製造工程を示す断面図である。また、図16および図17はこの発明の実施の形態2における薄膜トランジスタの特性を比較例とともに示す図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention, and FIGS. 11 to 15 are cross-sectional views showing the manufacturing steps of the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention. FIGS. 16 and 17 are diagrams showing the characteristics of the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention together with a comparative example.
まず、図10を参照して、実施の形態2における薄膜トランジスタの構成について説明する。
図10において、薄膜トランジスタ200は、透明なガラス基板1と、このガラス基板
1上に設けられたゲート電極2と、このゲート電極2上にゲート絶縁膜3を介して設けられ、中央部がチャネルとなる微結晶シリコン層4と、この微結晶シリコン層4上に設けられた非晶質シリコン層5と、この非晶質シリコン層5上の両端部に設けられた一対のn型非晶質シリコンからなるコンタクト層6a、6bと、一方のコンタクト層6a上に設けられた下部ソース電極7aと、他方のコンタクト層6b上に設けられた下部ドレイン電極8aと、下部ソース電極7a、下部ドレイン電極8aおよび非晶質シリコン層5を覆うように形成された保護膜9と、この保護膜9に設けられたコンタクトホール9a、9bを通じて下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aとそれぞれ接続される上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bとを備えている。
First, the structure of the thin film transistor in
In FIG. 10, a
ここで、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bは保護膜9上に設けられる画素電極(図示せず)と同一の層に形成されている。そして、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bは下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aの膜厚よりも薄く形成されている。
本実施の形態においては、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aを膜厚100〜300nmのアルミニウム(Al)合金で形成し、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bを膜厚50nmのクロム(Cr)で形成している。この上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bはCr以外にモリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)等の4A族、5A族もしくは6A族の金属またはこれらの金属を含む合金で形成してもよい。
Here, the
In the present embodiment, the
さらに、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部はそれぞれ下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対して庇状に突出するように構成されている。この突出長さは0.1μm以上の長さに形成されており、上部ソース電極7bのチャネル側端部と上部ドレイン電極8bの前記チャネル側端部との間に間隙が設けられている。
Further, the channel side end portions of the
そして、ゲート絶縁膜3は、膜厚200〜500nmのシリコン窒化膜(SiN)で形成されており、微結晶シリコン層4は膜厚30〜100nm、非晶質シリコン層5は膜厚50〜100nmでそれぞれ形成されている。また、コンタクト層6a、6bの膜厚は10〜50nmであり、非晶質シリコンに不純物としてリン(P)をドープしたn型非晶質シリコンで形成されている。また、保護膜9は、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜、またはこれらの多層膜から形成されている。
なお、図1においては、非晶質シリコン層5の上面中央部がエッチバックされ、断面が凹形に形成されているが、非晶質シリコン層5の上面をエッチバックせず、断面を矩形に形成してもよい。
The
In FIG. 1, the central portion of the upper surface of the
次に、図11ないし図15を参照して、薄膜トランジスタ200の製造方法について説明する。
まず、図11に示す工程で、透明なガラス基板1上に金属膜をスパッタ法等で形成した後写真製版によりゲート電極2をパターニングする。次に、ゲート絶縁膜3となるSiN膜をゲート電極2を覆うように200nmから500nm成膜し、その後ゲート絶縁膜3上に膜厚30nmから100nmの微結晶シリコン層4をプラズマCVD法等で形成する。その後、50nmから100nmの膜厚で不純物をドープしない非晶質シリコン層5を形成し、この非晶質シリコン層5上に10nmから50nmの膜厚でリン(P)ドープしたn型非晶質シリコン層6をプラズマCVD法で形成し、パターニングする。そして、n型非晶質シリコン層6およびゲート絶縁膜3上に、Al合金を50nmから300nmの膜厚で成膜して第1の金属層71を形成し、続いて第1の金属層71上に写真製版等により下部ソース電極および下部ドレイン電極を形成するためのレジストパターン10を形成する。
Next, a method for manufacturing the
First, in the step shown in FIG. 11, after forming a metal film on the
次に、図12に示す工程で、第1の金属層71をウエットエッチングすることによって下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aを形成する。このとき用いるエッチング液として、n型非晶質シリコン層6を実質的にエッチングしないものを選択する。
Next, in the step shown in FIG. 12, the
そして、図13に示す工程で、SF6を添加したドライエッチングガスを用いたアノード結合モードのドライエッチングを行うことよってチャネル上のn型非晶質シリコン層6をエッチングし、一対のコンタクト層6a、6bを形成する。このようにSF6を含むドライエッチングガスを用いたアノード結合モードによるドライエッチングを行うことで、n型非晶質シリコン層6a、6bのエッチング端は、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部より突出することがなく除去できる。
本実施の形態においては、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部とコンタクト層6a、6bのチャネル側端部とをほぼ同一平面上に形成している。
Then, in the step shown in FIG. 13, the n-type
In the present embodiment, the channel side end portions of the
続いて、図14に示す工程で、レジストパターン10を除去した後、下部ソース電極7aと下部ドレイン電極8aの上面およびチャネル側側面、コンタクト層6a、6bのチャネル側側面、および非晶質シリコン層5上を覆うようにシリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜またはこれらの多層膜からなる保護膜9を形成する。
そして、図15に示す工程で、保護膜9にコンタクトホール9a、9bを設けた後、画素電極である透明電極(図示せず)を形成する。
Subsequently, in the step shown in FIG. 14, after removing the resist
Then, in the step shown in FIG. 15, after providing
その後、コンタクトホール9a、9bを通じて下部ソース電極7aと下部ドレイン電極8aと接続するように、上部ソース電極7bと上部ドレイン電極8bを透明電極(図示せず)と同一の層に形成し、図10に示す薄膜トランジスタ200を形成する。このとき、上部ソース電極7bと上部ドレイン電極8bの膜厚は、下部ソース電極7aと下部ドレイン電極8aよりも厚く形成するとともに、上部ソース電極7bと上部ドレイン電極8bのチャネル側端部が下部ソース電極7aと下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対して0.1μm以上庇状に突出するように形成する。
Thereafter, the
このように、本実施の形態における薄膜トランジスタ200においては、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部をそれぞれ下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対して庇状に突出するように構成したので、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aとn型非晶質シリコン層との接触部のチャネル側端部に発生する電界の集中を緩和できるため、微結晶シリコンのようにバンドギャップが狭く、高電界でのオフ電流が増大する薄膜トランジスタにおいては、オフ電流を大幅に低減できる。
As described above, in the
次に図16および図17を参照して、薄膜トランジスタ200の特性について説明する。
図16は本実施の形態における薄膜トランジスタ200について、二次元デバイスシミュレーターを用いた計算によって算出したゲート電圧とドレイン電流との関係を比較例とともに示す図である。
なお、比較例の薄膜トランジスタは、実施の形態1と同様に、図8に示す構成を有しており、図16における比較例1は図8における薄膜トランジスタ101において非晶質シリコン層の膜厚Aを50nmとしたものであり、比較例2は図8における薄膜トランジスタ101において非晶質シリコン層の膜厚Aを150nmとしたものである。また、図16における本実施の形態における薄膜トランジスタ200は非晶質シリコン層の膜厚Aを50nmとしたものである。なお、図16に示した計算では、いずれもソース電極7を接地し、ドレイン電圧を10Vに設定している。
Next, the characteristics of the
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a gate voltage and a drain current calculated by calculation using a two-dimensional device simulator, together with a comparative example, for the
Note that the thin film transistor of the comparative example has the structure shown in FIG. 8 as in the first embodiment, and the comparative example 1 in FIG. 16 has the thickness A of the amorphous silicon layer in the
図16に示した通り、比較例2のように非晶質シリコン層の膜厚を150nmまで厚くすると、比較例1(非晶質シリコン層5の膜厚:50nm)と比較してオフ電流の値を小さくすることができるが、同時にオン電流も小さくなる。
しかし、本実施の形態の構成では、比較例1と同等のオン電流を維持したまま、比較例1よりもオフ電流を大幅に低減することができる。すなわち、オン電流を低下させることなく、オフ電流を大幅に低減できる。
As shown in FIG. 16, when the film thickness of the amorphous silicon layer is increased to 150 nm as in Comparative Example 2, the off current is smaller than that in Comparative Example 1 (film thickness of the amorphous silicon layer 5: 50 nm). Although the value can be reduced, the on-current is also reduced at the same time.
However, in the configuration of the present embodiment, the off-current can be significantly reduced as compared with Comparative Example 1 while maintaining the on-current equivalent to that of Comparative Example 1. That is, the off current can be greatly reduced without reducing the on current.
また、図17は、二次元デバイスシミュレーターを用いた計算によって算出した、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部の下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対する突出長さとオフ電流との関係を示す図である。なお、オフ電流の値はドレイン電圧を10V、ゲート電圧を−25V印加した場合のドレイン電流の値である。なお、計算に用いたパラメータは実施の形態1と同様である。
図17からわかるように、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部の下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対する突出長さが0.1μm以上のときオフ電流は大幅に低減する。したがって、上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部の下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aのチャネル側端部に対する突出長さは0.1μm以上とすることが望ましい。
また、下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8aの膜厚は、100nmから300nm程度のときオフ電流の低減効果が高くなる。
FIG. 17 shows the length of protrusion of the
As can be seen from FIG. 17, when the protruding length of the
Further, when the film thickness of the
本実施の形態によれば、ソース電極およびドレイン電極を、コンタクト層6a、6b上に設けられた下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極7bと、この下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極7bと保護膜9に設けられたコンタクトホール9a、9bを通じて接続されるとともに、保護膜9上に設けられる画素電極と同一の層に形成された上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bとの2層で構成し、且つ上部ソース電極7bおよび上部ドレイン電極8bのチャネル側端部がそれぞれ下部ソース電極7aおよび下部ドレイン電極8bのチャネル側端部に対して庇状に突出するように構成したことにより、オン電流を低下させることなく、オフ電流を大幅に低減できるので、薄膜トランジスタを用いたLCDやOLEDディスプレイ等の表示ムラを低減することができる。
According to the present embodiment, the source and drain electrodes are divided into
1 ガラス基板(透明基板)、 2 ゲート電極、 3 ゲート絶縁膜、 4 微結晶シリコン層、 5 非晶質シリコン層、 6 n型非晶質シリコン層、 6a,6b コンタクト層、 7 ソース電極、 7a 下部ソース電極、 7b 上部ソース電極、 8 ドレイン電極、 8a 下部ドレイン電極、 8b 上部ドレイン電極、 9 保護膜、 9a,9b コンタクトホール、 10 レジストパターン、 71 第1の金属層、 72 第2の金属層。 1 glass substrate (transparent substrate), 2 gate electrode, 3 gate insulating film, 4 microcrystalline silicon layer, 5 amorphous silicon layer, 6 n-type amorphous silicon layer, 6a, 6b contact layer, 7 source electrode, 7a Lower source electrode, 7b Upper source electrode, 8 Drain electrode, 8a Lower drain electrode, 8b Upper drain electrode, 9 Protective film, 9a, 9b Contact hole, 10 Resist pattern, 71 First metal layer, 72 Second metal layer .
Claims (11)
前記透明基板上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して設けられ、中央部がチャネルとなる微結晶シリコン層と、
前記微結晶シリコン層上に設けられた非晶質シリコン層と、
前記非晶質シリコン層上の両端部に設けられた一対のコンタクト層と、
前記一対のコンタクト層上にそれぞれ設けられたソース電極およびドレイン電極とを備え、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記コンタクト層に接続された下部ソース電極および下部ドレイン電極と、この下部ソース電極および下部ドレイン電極の上面に形成され且つ前記下部ソース電極および前記下部ドレイン電極よりも膜厚の薄い上部ソース電極および上部ドレイン電極との2層で構成されるとともに、
前記上部ソース電極および前記上部ドレイン電極の前記チャネル側端部がそれぞれ前記下部ソース電極および前記下部ドレイン電極の前記チャネル側端部に対して庇状に突出していることを特徴とする薄膜トランジスタ。 A transparent substrate;
A gate electrode provided on the transparent substrate;
A microcrystalline silicon layer provided on the gate electrode via a gate insulating film and having a central portion serving as a channel;
An amorphous silicon layer provided on the microcrystalline silicon layer;
A pair of contact layers provided at both ends on the amorphous silicon layer;
A source electrode and a drain electrode respectively provided on the pair of contact layers,
The source electrode and the drain electrode are formed on a lower source electrode and a lower drain electrode connected to the contact layer, and on an upper surface of the lower source electrode and the lower drain electrode, and more than the lower source electrode and the lower drain electrode. It is composed of two layers of a thin upper source electrode and upper drain electrode,
The thin film transistor, wherein the channel-side end portions of the upper source electrode and the upper drain electrode protrude in a bowl shape with respect to the channel-side end portions of the lower source electrode and the lower drain electrode, respectively.
前記透明基板上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して設けられ、中央部がチャネルとなる微結晶シリコン層と、
前記微結晶シリコン層上に設けられた非晶質シリコン層と、
前記非晶質シリコン層上の両端部に設けられた一対のコンタクト層と、
前記一方のコンタクト層上に設けられた下部ソース電極と、
前記他方のコンタクト層上に設けられた下部ドレイン電極と、
前記下部ソース電極、前記下部ドレイン電極および前記コンタクト層を覆うように形成された保護膜と、
前記保護膜に設けられたコンタクトホールを通じて前記下部ソース電極および前記下部ドレイン電極とそれぞれ接続される上部ソース電極および上部ドレイン電極とを備え、
前記上部ソース電極および前記上部ドレイン電極は前記保護膜上に設けられる画素電極と同一の層に形成され、且つ前記下部ソース電極および前記下部ドレイン電極の膜厚よりも薄く形成されるとともに、
前記上部ソース電極および前記上部ドレイン電極の前記チャネル側端部がそれぞれ前記下部ソース電極および下部ドレイン電極の前記チャネル側端部に対して庇状に突出していることを特徴とする薄膜トランジスタ。 A transparent substrate;
A gate electrode provided on the transparent substrate;
A microcrystalline silicon layer provided on the gate electrode via a gate insulating film and having a central portion serving as a channel;
An amorphous silicon layer provided on the microcrystalline silicon layer;
A pair of contact layers provided at both ends on the amorphous silicon layer;
A lower source electrode provided on the one contact layer;
A lower drain electrode provided on the other contact layer;
A protective film formed to cover the lower source electrode, the lower drain electrode and the contact layer;
An upper source electrode and an upper drain electrode respectively connected to the lower source electrode and the lower drain electrode through a contact hole provided in the protective film;
The upper source electrode and the upper drain electrode are formed in the same layer as the pixel electrode provided on the protective film, and are formed thinner than the film thickness of the lower source electrode and the lower drain electrode,
A thin film transistor, wherein the channel side end portions of the upper source electrode and the upper drain electrode protrude in a bowl shape with respect to the channel side end portions of the lower source electrode and the lower drain electrode, respectively.
下部ソース電極および下部ドレイン電極は4A族もしくは5A族もしくは6A族の金属、またはこれらの金属を含む合金で形成されたことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 The upper source electrode and the upper drain electrode are formed of an aluminum alloy,
7. The lower source electrode and the lower drain electrode are formed of a group 4A, group 5A, or group 6A metal, or an alloy containing these metals. Thin film transistor.
前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に中央部がチャネルとなる微結晶シリコン層を形成する工程と、
前記微結晶シリコン層上に非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記非晶質シリコン層上にn型非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記n型非晶質シリコン層上に、第1の金属層を形成する工程と、
前記第1の金属層上に第2の金属層を形成する工程と、
前記第2の金属層をエッチングして、上部ソース電極および上部ドレイン電極を形成する工程と、
前記第1の金属層をエッチングして、下部ソース電極および下部ドレイン電極を形成する工程と、
SF6を添加したドライエッチングガスを用いたアノード結合モードのドライエッチングによって前記チャネル上の前記n型非晶質シリコン層をエッチングし、一対のコンタクト層を形成する工程とを含み、
前記上部ソース電極および前記上部ドレイン電極の前記チャネル側端部は、それぞれ前記下部ソース電極および前記下部ドレイン電極の前記チャネル側端部に対して庇状に突出するように形成したことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 Forming a gate electrode on a transparent substrate;
Forming a gate insulating film so as to cover the gate electrode;
Forming a microcrystalline silicon layer having a central portion serving as a channel on the gate insulating film;
Forming an amorphous silicon layer on the microcrystalline silicon layer;
Forming an n-type amorphous silicon layer on the amorphous silicon layer;
Forming a first metal layer on the n-type amorphous silicon layer;
Forming a second metal layer on the first metal layer;
Etching the second metal layer to form an upper source electrode and an upper drain electrode;
Etching the first metal layer to form a lower source electrode and a lower drain electrode;
Etching the n-type amorphous silicon layer on the channel by dry etching in an anode coupling mode using a dry etching gas added with SF 6 to form a pair of contact layers,
The channel-side end portions of the upper source electrode and the upper drain electrode are formed so as to protrude in a bowl shape with respect to the channel-side end portions of the lower source electrode and the lower drain electrode, respectively. A method for manufacturing a thin film transistor.
前記ゲート電極を覆うようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に中央部がチャネルとなる微結晶シリコン層を形成する工程と、
前記微結晶シリコン層上に非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記非晶質シリコン層上にn型非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記n型非晶質シリコン層上に、第1の金属層を形成する工程と、
前記第1の金属層をエッチングして、下部ソース電極および下部ドレイン電極を形成する工程と、
SF6を添加したドライエッチングガスを用いたアノード結合モードのドライエッチングによって前記チャネル上の前記n型非晶質シリコン層をエッチングし、一対のコンタクト層を形成する工程と、
前記下部ソース電極、前記下部ドレイン電極および前記非晶質シリコン層を覆うように保護膜を形成する工程と、
前記保護膜にコンタクトホールを設ける工程と、
前記コンタクトホールを介して前記下部ソース電極と前記下部ドレイン電極と接続された上部ソース電極および上部ドレイン電極を前記保護膜上に形成する工程とを含み、
前記上部ソース電極および前記上部ドレイン電極の前記チャネル側端部は、それぞれ前記下部ソース電極および前記下部ドレイン電極の前記チャネル側端部に対して庇状に突出するように形成したことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 Forming a gate electrode on a transparent substrate;
Forming a gate insulating film so as to cover the gate electrode;
Forming a microcrystalline silicon layer having a central portion serving as a channel on the gate insulating film;
Forming an amorphous silicon layer on the microcrystalline silicon layer;
Forming an n-type amorphous silicon layer on the amorphous silicon layer;
Forming a first metal layer on the n-type amorphous silicon layer;
Etching the first metal layer to form a lower source electrode and a lower drain electrode;
Etching the n-type amorphous silicon layer on the channel by dry etching in an anode coupling mode using a dry etching gas added with SF 6 to form a pair of contact layers;
Forming a protective film so as to cover the lower source electrode, the lower drain electrode and the amorphous silicon layer;
Providing a contact hole in the protective film;
Forming an upper source electrode and an upper drain electrode connected to the lower source electrode and the lower drain electrode through the contact hole on the protective film,
The channel-side end portions of the upper source electrode and the upper drain electrode are formed so as to protrude in a bowl shape with respect to the channel-side end portions of the lower source electrode and the lower drain electrode, respectively. A method for manufacturing a thin film transistor.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013080900A1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-06-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
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| JP2015184602A (en) * | 2014-03-26 | 2015-10-22 | 三菱電機株式会社 | Thin film transistor substrate and manufacturing method thereof |
-
2009
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