薄膜晶体管及其制造方法以及显示装置制造方法及图纸

本发明专利技术的薄膜晶体管的目的在于提供可以使优异的导通特性与优异的截止特性并存、电特性相对于源电极以及漏电极的调换成为对称的薄膜晶体管，具备：基板（100）；栅电极（110）；栅极绝缘层（120）；形成于栅电极（110）的上方的栅极绝缘层（120）上的结晶硅层（131）；形成于栅极绝缘层（120）上且结晶硅层（131）的两侧、膜厚比结晶硅层（131）的膜厚薄的非晶硅层（130）；形成于结晶硅层（131）上的沟道保护层（140）；源电极（171）以及漏电极（172）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及薄膜晶体管及其制造方法以及显示装置。
技术介绍
近年来，作为代替液晶显示器的下一代平板显示器之一的、使用了有机材料的EL(Electro Luminescence,电致发光)的有机EL显示器受到关注。有机EL显示器与电压驱动型的液晶显示器不同，为电流驱动型的设备，作为有源矩阵方式的显示装置的驱动电路加速开发出具有优异的导通截止特性的薄膜晶体管(薄膜半导体装置)。作为实现优异的导通截止特性的薄膜晶体管，公开了在栅极绝缘层上形成一层半导体层并将其形成为凸形状的沟道层的薄膜晶体管(专利文献I)。在该公开技术中，使从凸形状的底面到凸形状的两侧 上表面的膜厚比从凸形状的底面到凸形状的中央上表面的膜厚薄。S卩，在作为电流路径的沟道层的凸形状的下部，在电流经由沟道层的凸形状的两侧的下部在源电极与漏电极之间流动时，沟道层的凸形状的两侧的下部的膜厚比沟道层的凸形状的上部薄，所以可以减小沟道层的垂直方向的电阻成分。因此，可以将沟道层的凸形状的下部的横截面电阻抑制得较低，可以增大薄膜晶体管的导通电流。另外，非晶硅的迁移率为lcm2/Vs左右，相对于此，结晶硅的迁移率为100cm2/Vs左右，较大。因此，为了实现具有优异的导通特性的薄膜晶体管，半导体层优选由结晶硅形成。另外，作为实现优异的导通特性和截止特性的薄膜晶体管，公开了在栅极绝缘层上形成结晶硅层并在结晶硅层的两侧形成有非晶硅层的薄膜晶体管(专利文献2)。在该公开技术中，为了将非晶硅结晶化作为沟道层，从源电极与漏电极之间的开口部向非晶硅照射激光。由此，将沟道层的中央区域的非晶硅形成为结晶硅，作为沟道层中的电流路径而形成结晶硅，由此增加薄膜晶体管的导通电流。另外，一般在薄膜晶体管进行截止工作的情况下，沟道层和漏极成为反偏压状态而形成的耗尽层成为载流子的势垒，使截止工作实现。然而，在耗尽层内因热性而产生电子以及空穴，作为热生成电流而使截止特性变差。进而，如果向截止侧较大地施加栅极电压，则会在面向栅电极的沟道层形成耗尽层。在此，在耗尽层集中地施加较大的电场，所以沟道层的价带较大地曲折，会产生隧道电流，作为泄漏电流而使截止特性变差。在该公开技术中，在结晶硅层的两侧形成有非晶硅层。与结晶硅相比，非晶硅的带隙较大，为了热生成电子以及空穴而需要的能量和/或隧道效应所引起的势垒大，所以通过在结晶硅层的两侧形成非晶硅层，防止热生成电流以及隧道泄漏电流的产生，使截止电流下降。这样，通过将使导通电流增大的结晶硅与使截止电流下降的非晶硅形成为沟道层，可以实现优异的导通特性和截止特性。专利文献1:美国专利第6794682号说明书专利文献2:日本特开2005-322898号公报
技术实现思路
然而，在专利文献I的公开技术中，在中央部的膜厚较厚的区域和两侧端部的膜厚较薄的区域，膜质相同，所以在使截止电流下降上也是有限的。即，在两侧端部的膜厚较薄区域，与膜厚减薄的量相关联耗尽层的体积也减小，有泄漏电流减小的倾向。然而，如专利文献2所示，难以超过在结晶硅层的两侧设置非晶硅层的情况而使截止电流进一步减少。因此，在专利文献I的公开技术中，在沟道层包含结晶硅的薄膜晶体管中，热生成电流以及隧道电流使截止特性显著变差，在实现优异的截止特性上成为深刻的问题。另外，在专利文献2的公开技术中，源电极、漏电极、沟道保护层与沟道层重叠的部分为非晶硅。即，在由沟道保护层的宽度定义的薄膜晶体管的沟道长度之中，非晶硅层所占的比例较大。非晶硅层作为电阻成分而起作用，在沟道层中成为水平的电流路径的障碍。另外，结晶硅层的膜厚与非晶硅层的膜厚相同，结晶硅层的上表面与非晶硅层的上表面是平坦的连续的面。因此，在电流经由沟道层的两侧在源电极与漏电极之间流动时，沟道层的两侧的非晶硅具有厚度，所以非晶硅层作为电阻成分而起作用，在沟道层中成为垂直的电流路径的障碍。这样，由非晶硅形成的电阻成分在沟道层中在水平方向和垂直方向上都存在，所以要提高导通特性也是有限的。进而，在形成源电极以及漏电极时，会产生制造不均一，所以难以相对于在源电极以及漏电极的形成前存在的下层完全均等地形成源电极以及漏电极的位置。在源电极以及漏电极相对于下层不均匀地配置的情况下，如果从源电极以及漏电极的开口部向非晶硅层进行激光照射而通过非晶硅层的结晶化来形成结晶硅层，则沟道路径中的从结晶硅层到源电极的距离与从结晶硅区域到漏电极的距离会变得不均等。即，关于由存在于源电极、漏电极、沟道保护层与沟道层重叠的部分的非晶硅层形成的沟道路径中的电阻成分，在源电极侧或者漏电极侧的某一侧产生偏倚，所以不同的基板之间的薄膜晶体管的特性会不均一。在大型基板形成薄膜晶体管的情况下，与小型基板相比源电极以及漏电极的形成时的位置偏离大，所以在大型基板形成薄膜晶体管上特别成问题。另外，在同一基板内，在使源电极与漏电极调换工作的情况下，电特性相对于源电极以及漏电极的调换会变得不对称。如果电特性相对于源电极以及漏电极的调换变得不对称，则在通过薄膜晶体管构成的驱动电路的工作中，会产生与电特性的不对称性附随的问题。例如，在将电特性不对称的薄膜晶体管作为液晶显示器的开关晶体管而使用的情况下，会产生闪烁，有损图像显示装置的显示特性。因此，本专利技术是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供可以使优异的导通特性与优异的截止特性并存且电特性相对于源电极以及漏电极的调换变得对称的薄膜晶体管及其制造方法以及显示装置。为了达成上述目的，本专利技术的薄膜晶体管具备:基板；形成于所述基板上的栅电极；形成于所述栅电极上的栅极绝缘层；形成于所述栅电极的上方的所述栅极绝缘层上的结晶硅层；形成于所述栅极绝缘层上且所述结晶硅层的两侧、膜厚比所述结晶硅层的膜厚薄的非晶硅层；形成于所述结晶硅层上的沟道保护层；以及沿着所述沟道保护层的端部的上表面、所述沟道保护层以及所述结晶硅层的侧面以及所述非晶硅层的上表面而形成于所述非晶硅层的一方的上方的源电极以及形成于所述非晶硅层的另一方的上方的漏电极。根据本专利技术，可以提供可以使优异的导通特性与优异的截止特性并存、电特性相对于源电极以及漏电极的调换成为对称的薄膜晶体管及其制造方法以及显示装置。附图说明图1是示意性表示本专利技术的第I实施方式所涉及的薄膜晶体管的结构的剖面图。图2是示意性表示本专利技术的第I实施方式所涉及的薄膜晶体管的制造方法中的各工序的构成的剖面图。图3是表示使沟道层的结晶性变化时的薄膜晶体管的电流电压特性的变化的图。图4A是表示在激光退火中使非晶硅层的激光的吸收率和激光的扫描速度变化时的结晶硅层的结晶性的变化的图。图4B是用于对向非晶硅层的光吸收率的计算方法进行说明的图。图5A是表示在激光退火中使非晶硅层的膜厚和栅极绝缘层的膜厚分别变化的情况下的非晶硅层的吸收率的计算结果的等高线图。图5B是表示在激光退火中使非晶硅层的膜厚和栅极绝缘层的膜厚分别变化的情况下的非晶硅层的吸收率的计算结果的等高线图。图5C是表示在激光退火中使非晶硅层的膜厚和栅极绝缘层的膜厚分别变化的情况下的非晶硅层的吸收率的计算结果的等高线图。图是表示在激光退火中使非晶硅层的膜厚和栅极绝缘层的膜厚分别变化的情况下的非晶硅层的吸收率的计算结果的等高线图。图5E是表示在激光退火中使非晶硅层的膜厚和栅极绝缘层的膜厚分别变化的情况下的非晶硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种薄膜晶体管，具备: 基板； 形成于所述基板上的栅电极； 形成于所述栅电极上的栅极绝缘层； 形成于所述栅电极的上方的所述栅极绝缘层上的结晶硅层； 形成于所述栅极绝缘层上且所述结晶硅层的两侧、膜厚比所述结晶硅层的膜厚薄的非晶娃层; 形成于所述结晶硅层上的沟道保护层；以及 沿着所述沟道保护层的端部的上表面、所述沟道保护层以及所述结晶硅层的侧面以及所述非晶硅层的上表面而形成于所述非晶硅层的一方的上方的源电极以及形成于所述非晶硅层的另一方的上方的漏电极。2.如权利要求1所述的薄膜晶体管， 所述结晶硅层所含的晶体的平均粒径为IOnm以上且I μ m以下。3.如权利要求1所述的薄膜晶体管， 所述结晶硅层的侧面与所述沟道保护层的侧面在同一平面。4.一种薄膜晶体管，具备: 基板； 形成于所述基板上的栅电极； 形成于所述栅电极上的栅极绝缘层； 形成于所述栅电极的上方的所述栅极绝缘层上的第I结晶硅层； 形成于所述栅极绝缘层上且所述第I结晶硅层的两侧、膜厚比所述第I结晶硅层的膜厚薄的第2结晶硅层； 形成于所述第I结晶硅层上的沟道保护层；以及 沿着所述沟道保护层的端部的上表面、所述沟道保护层以及所述第I结晶硅层的侧面以及所述第2结晶硅层的上表面而形成于所述第2结晶硅层的一方的上方的源电极以及形成于所述第2结晶硅层的另一方的上方的漏电极； 所述第I结晶硅层所含的晶体的平均粒径比所述第2结晶硅层所含的晶体的平均粒径大。5.如权利要求4所述的薄膜晶体管， 所述第I结晶硅层所含的晶体的平均粒径为40nm以上且I μ m以下； 所述第2结晶硅层所含的晶体的平均粒径为IOnm以上且小于40nm。6.如权利要求4所述的薄膜晶体管， 所述第I结晶硅层的侧面与所述沟道保护层的侧面在同一平面。7.一种薄膜晶体管的制造方法，包括: 准备基板的第I工序； 在所述基板上形成栅电极的第2工序； 在所述栅电极上形成栅极绝缘层的第3工序； 在所述栅极绝缘层上形成非晶硅层的第4工序； 在所述非晶硅层上形成沟道保护层的第5工序；通过对所述非晶硅层以及所述沟道保护层进行加工而形成上层为沟道保护层、下层为非晶娃层的凸部的第6工序； 对所述非晶硅层的所述凸部、所述凸部下方的部分以及所述凸部两侧的部分照射激光，使所述非晶硅层的所述凸部以及所述凸部下方的部分成为结晶硅层，使所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分以原来的非晶硅层残留的第7工序；以及 沿着所述沟道保护层的端部的上表面、所述沟道保护层以及所述结晶硅层的侧面以及所述非晶硅层的上表面，在所述非晶硅层的一方的上方形成源电极，在所述非晶硅层的另一方的上方形成漏电极的第8工序； 在所述第7工序中，所述非晶硅层对于所述激光的吸收率中，与所述沟道保护层的下方对应的、所述非晶硅层的所述凸部以及所述凸部下方的部分的吸收率比所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分的吸收率大。8.如权利要求7所述的薄膜晶体管的制造方法， 在所述第7工序中，通过所述激光的照射，形成包含平均粒径为IOnm以上且I μπι以下的晶体的所述结晶硅层。9.如权利要求7或8所述的薄膜晶体管的制造方法， 在所述第 工序中，所述激光的波长为473nm以上且561nm以下。10.一种薄膜晶体管的制造方法，包括: 准备基板的第I工序； 在所述基板上形成栅电极的第2工序； 在所述栅电极上形成栅极绝缘层的第3工序； 在所述栅极绝缘层上形成非晶硅层的第4工序； 在所述非晶硅层上形成沟道保护层的第5工序； 通过对所述非晶硅层以及所述沟道保护层进行加工而形成上层为沟道保护层、下层为非晶娃层的凸部的第6工序； 对所述非晶硅层的所述凸部、所述凸部下方的部分以及所述凸部两侧的部分照射激光，使所述非晶硅层的所述凸部以及所述凸部下方的部分成为第I结晶硅层，使所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分成为第2结晶硅层的第7工序；以及 沿着所述沟道保护层的端部的上表面、所述沟道保护层以及所述第I结晶硅层的侧面以及所述第2结晶硅层的上表面，在所述第2结晶硅层的一方的上方形成源电极，在所述第2结晶硅层的另一方的上方形成漏电极的第8工序； 在所述弟7工序中， 所述非晶硅层对于所述激光的吸收率中，与所述沟道保护层的下方对应的、所述非晶硅层的所述凸部以及所述凸部下方的部分的吸收率比所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分的吸收率大， 形成包含平均粒径比所述第2结晶硅层所含的晶体的平均粒径大的晶体的所述第I结晶娃层。11.如权利要求10所述 的薄膜晶体管的制造方法， 所述第I结晶硅层所含的晶体的平均粒径为40nm以上且I μ m以下； 所述第2结晶硅层所含的晶体的平均粒径为IOnm以上且小于40nm。12.如权利要求10或11所述的薄膜晶体管的制造方法， 在所述第 工序中，所述激光的波长为473nm以上且561nm以下。13.如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法， 在所述第7工序中，所述激光的波长为473nm ； 在所述第6工序中，将所述凸部形成为从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分的上表面的膜厚比从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部的上表面的膜厚薄13nm以上。14.如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法， 在所述第7工序中，所述激光的波长为532nm ； 在所述第6工序中，将所述凸部形成为从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分的上表面的膜厚比从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部的上表面的膜厚薄15nm以上。15.如权利要求12所述的薄膜晶体管的制造方法， 在所述第7工序中，所述激光的波长为561nm ； 在所述第6工序中，将所述凸部形成为从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分的上表面的膜厚比从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部的上表面的膜厚薄16nm以上。16.如权利要求10 15中的任意一项所述的薄膜晶体管的制造方法， 在所述第7工序中，所述非晶硅层的所述凸部及其下方的部分的所述激光的吸收率与所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分的所述激光的吸收率之差为3%以上。17.如权利要求9或12所述的薄膜晶体管的制造方法， 在所述第7工序中，所述激光的波长为473nm ； 在所述第6工序中，将所述凸部形成为从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分的上表面的膜厚比从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部的上表面的膜厚薄4nm以上。18.如权利要求17所述的薄膜晶体管的制造方法， 在所述第6工序中，将所述凸部形成为从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分的上表面的膜厚大于Onm且为27nm以下，从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部的上表面的膜厚为35nm以上。19.如权利要求9或12所述的薄膜晶体管的制造方法， 在所述第7工序中，所述激光的波长为532nm ； 在所述第6工序中，将所述凸部形成为从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分的上表面的膜厚比从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部的上表面的膜厚薄5nm以上。20.如权利要求19所述的薄膜晶体管的制造方法， 在所述第6工序中，将所述凸部形成为从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部两侧的部分的上表面的膜厚 大于Onm且为30nm以下，从所述非晶硅层的底面到所述非晶硅层的所述凸部的上表面的膜厚为40nm以上。21.如权利要求9或12所述的薄膜晶体管的制造方法，在所述第I工序中，所述激光的波长为561nm ； 在所述第6工...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宏，川岛孝启，河内玄士朗，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，松下液晶显示器株式会社，
类型：
国别省市：