JP2008235871A - Method for forming thin film transistor and display unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタの形成方法及び表示装置に関し、特に、酸化物半導体をチャネル層に用いた薄膜トランジスタの形成方法及び表示装置に関する。 The present invention relates to a method for forming a thin film transistor and a display device, and more particularly, to a method for forming a thin film transistor using an oxide semiconductor for a channel layer and a display device.
近年、ZnOを主成分として用いた透明伝導性酸化物多結晶薄膜をチャネル層に用いた薄膜トランジスタ(TFT)の開発が活発に行われている(特許文献1)。 In recent years, development of a thin film transistor (TFT) using a transparent conductive oxide polycrystalline thin film containing ZnO as a main component in a channel layer has been actively performed (Patent Document 1).
上記薄膜は、低温で成膜できかつ可視光に透明であるため、プラスチック板やフィルムなどの基板上にフレキシブルな透明TFTを形成することが可能であるとされている。 Since the thin film can be formed at a low temperature and is transparent to visible light, it is said that a flexible transparent TFT can be formed on a substrate such as a plastic plate or a film.
また、特許文献2及び非特許文献1には、インジウム、ガリウム、亜鉛及び酸素からなる透明アモルファス酸化物半導体膜(a−IGZO)をTFTのチャネル層に用いる技術が開示されている。 Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 disclose a technique in which a transparent amorphous oxide semiconductor film (a-IGZO) made of indium, gallium, zinc, and oxygen is used for a TFT channel layer.
さらに室温でポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルムなどの基板上に良好な電界効果移動度6−9cm2V−1s−1を示すフレキシブルで透明なTFTを形成することが可能であると示されている。 Furthermore, it is shown that it is possible to form a flexible and transparent TFT having a good field effect mobility of 6-9 cm 2 V −1 s −1 on a substrate such as a polyethylene terephthalate (PET) film at room temperature. Yes.
さらに、非特許文献2では、a−IZGOをTFTのチャネル層に用いた薄膜トランジスタの絶縁層及び素子分離領域にSiONを用いることの記載がある。
アモルファスシリコン薄膜トランジスタ(TFT)をはじめとして、一般的にTFTは多くの微細加工プロセスにより形成されている。低コストで安定動作をするTFTの製造には、微細加工プロセスの簡略化が重要である。 In general, TFTs including amorphous silicon thin film transistors (TFTs) are formed by a number of microfabrication processes. Simplification of the microfabrication process is important for manufacturing a TFT that operates stably at a low cost.
特許文献1、特許文献2及び非特許文献1に記載されているような亜鉛及び酸素からなる透明半導体膜をTFTのチャネル領域に用いた場合には、以下のような難点がある。 When a transparent semiconductor film made of zinc and oxygen as described in Patent Document 1, Patent Document 2 and Non-Patent Document 1 is used for the channel region of the TFT, there are the following problems.
すなわち、導電性透明酸化物チャネル領域の形成は、フォトリソグラフィー法とドライエッチング又はウェットエッチングを用いて形成される。 That is, the conductive transparent oxide channel region is formed using a photolithography method and dry etching or wet etching.
ドライエッチングは通常高価な真空装置を用いて行われ製造コスト増加の要因となる。低コスト化の上ではウェットエッチングが有効である。 Dry etching is usually performed using an expensive vacuum apparatus, which causes an increase in manufacturing cost. Wet etching is effective for cost reduction.
しかし、ウェットエッチングでは、微細加工精度の低下及びウェットプロセスによるチャネル領域への水分吸着など素子サイズに制限が加わる場合や乾燥プロセスの付加などスループットを低下させる場合がある。 However, in wet etching, there is a case where the element size is restricted such as a decrease in fine processing accuracy and moisture adsorption to the channel region due to the wet process, or a throughput is reduced such as addition of a drying process.
そこで、本発明は、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタの形成プロセスの簡略化により低コストで安定な表示素子及びその形成方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a low-cost and stable display element and a method for forming the same by simplifying a process for forming a thin film transistor using an oxide semiconductor.
本発明は、上記課題を解決するための手段として、基板上にゲート電極が形成される薄膜トランジスタの形成方法において、前記ゲート電極を形成する工程と、該ゲート電極を覆うように金属酸化物層を形成する工程と、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、不活性ガス中で熱処理することにより前記金属酸化物層の一部をチャネル領域に変化させる工程と、を含むことを特徴とする。 As a means for solving the above problems, the present invention provides a method for forming a thin film transistor in which a gate electrode is formed on a substrate, a step of forming the gate electrode, and a metal oxide layer so as to cover the gate electrode. And forming a source electrode and a drain electrode, and changing the part of the metal oxide layer into a channel region by heat treatment in an inert gas.
本発明によれば、高抵抗領域とチャネル領域を形成するための金属酸化物層を1度の成膜プロセスで形成する。例えば、高抵抗の金属酸化物層を形成し、当該高抵抗層の一部に熱処理を行うことで局所的に低抵抗化する。そして当該低抵抗化した領域をチャネル領域として利用するものである。その結果、高抵抗領域とチャネル領域を同一成膜プロセスで形成した金属酸化物層を利用して形成することができる。このように金属酸化物層(高抵抗層)の一部を局所的に変質させることにより、高抵抗領域とチャネル層として機能する領域(チャネル領域)を形成することで、従来必要であった半導体領域のエッチングプロセスを省略することができる。 According to the present invention, the metal oxide layer for forming the high resistance region and the channel region is formed by a single film formation process. For example, a high-resistance metal oxide layer is formed, and a part of the high-resistance layer is subjected to heat treatment to locally reduce the resistance. Then, the low resistance region is used as a channel region. As a result, the high resistance region and the channel region can be formed using a metal oxide layer formed by the same film formation process. In this way, a part of the metal oxide layer (high resistance layer) is locally altered to form a high resistance region and a region functioning as a channel layer (channel region). The region etching process can be omitted.
この酸化物半導体TFT及び形成方法を用いることにより、低コストで安定な薄膜TFTからなる電子素子の提供が可能となる。 By using the oxide semiconductor TFT and the formation method, it is possible to provide an electronic element including a thin film TFT which is stable at low cost.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
本発明の実施形態の薄膜トランジスタは、高抵抗領域とチャネル領域を同一金属酸化物層で構成されていることを特徴とする。 The thin film transistor of the embodiment of the present invention is characterized in that the high resistance region and the channel region are formed of the same metal oxide layer.
そして、本発明は、以下に説明する特定の金属酸化物材料に特定の熱処理を行うことにより、局所的に金属酸化物材料の特性を変化させることで同一アモルファス酸化物層により高抵抗領域とチャネル領域を形成するものである。 In addition, the present invention provides a high resistance region and a channel with the same amorphous oxide layer by locally changing the characteristics of the metal oxide material by performing a specific heat treatment on the specific metal oxide material described below. A region is formed.
本発明において、「金属酸化物層の一部をチャネル領域に変化させる」とは、金属酸化物層の少なくとも一部の領域を熱処理によって変質させ、半導体装置のチャネル層としての機能を果たす電気特性に変化させることをいう。 In the present invention, “a part of the metal oxide layer is changed into a channel region” means an electrical characteristic that functions as a channel layer of a semiconductor device by changing at least a part of the metal oxide layer by heat treatment. To change to.
図8は、本発明の一形態である薄膜トランジスタの製造工程を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart illustrating a manufacturing process of a thin film transistor which is one embodiment of the present invention.
基板上にゲート電極が形成される薄膜トランジスタの形成方法について工程に沿って説明する。 A method for forming a thin film transistor in which a gate electrode is formed over a substrate will be described along the steps.
(ゲート電極を形成する工程:S11)
この工程は使用する基板のサイズやその目的に合わせて、予め電圧降下分、又は上昇する熱量等を考慮に入れ、ゲート電極材料や、ゲート電極幅、ゲート電極膜厚を計算し設計される。所望のゲート電極は、真空蒸着、又はスパッタ法で形成、ホトリソグラフィープロセス(フォトリソグラフィープロセスともいう)を経て形成される。
(Step of forming gate electrode: S11)
This process is designed by calculating the gate electrode material, the gate electrode width, and the gate electrode film thickness in advance in consideration of the voltage drop or the amount of heat that rises according to the size of the substrate to be used and its purpose. A desired gate electrode is formed by vacuum deposition or sputtering, and is formed through a photolithography process (also referred to as a photolithography process).
(金属酸化物層を形成する工程:S12)
この工程は所望のゲート電極形成後、該ゲート電極を覆うように金属酸化物層を形成する工程で、ゲート絶縁膜としても使用できうる高抵抗な膜をスパッタ法等で形成する。この工程では、ホトリソグラフィープロセスによるパターニングを省くことも可能である。
(Step of forming a metal oxide layer: S12)
In this step, after forming a desired gate electrode, a metal oxide layer is formed so as to cover the gate electrode. A high-resistance film that can be used as a gate insulating film is formed by a sputtering method or the like. In this step, patterning by a photolithography process can be omitted.
(ソース電極及びドレイン電極を形成する工程:S13)
この工程は所望の位置にメタル等でソース電極及びドレイン電極をホトリソグラフィープロセス等によりパターニングする工程である。
(Step of forming source and drain electrodes: S13)
This step is a step of patterning the source electrode and the drain electrode with a metal or the like at a desired position by a photolithography process or the like.
(金属酸化物層の一部をチャネル領域に変化させる工程:S14)
この工程は本発明の重要な工程の一つで、不活性ガス中で熱処理することで、金属酸化物層(高抵抗層)の一部を局所的に変質させることにより、高抵抗領域とチャネル層として機能する領域(チャネル領域)を形成する工程である。また、この工程は複数回繰り返して、所望のチャネル領域を得ることもできる。
(Step of changing a part of the metal oxide layer into a channel region: S14)
This step is one of the important steps of the present invention. By heat-treating in an inert gas, a part of the metal oxide layer (high resistance layer) is locally altered, so that a high resistance region and a channel are formed. This is a step of forming a region functioning as a layer (channel region). Further, this process can be repeated a plurality of times to obtain a desired channel region.
以上の工程を経て、本発明の薄膜トランジスタが形成される。 Through the above steps, the thin film transistor of the present invention is formed.
また、図9は、本発明の別の形態である、別途ゲート絶縁膜を設ける工程を有する薄膜トランジスタの製造工程を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing a manufacturing process of a thin film transistor having a process of separately providing a gate insulating film, which is another embodiment of the present invention.
図8の工程図の説明と同様に図9に示した各工程を説明する。 Each step shown in FIG. 9 will be described in the same manner as the step diagram of FIG.
(基板上にゲート電極を形成する工程:S21)
この工程は、基板上にゲート電極を形成するに際して使用する基板のサイズやその目的に合わせて、予め電圧降下分又は上昇する熱量等を考慮に入れ、ゲート電極材料や、ゲート電極幅、ゲート電極膜厚を計算し設計される。所望のゲート電極は、真空蒸着又はスパッタ法で形成、ホトリソグラフィープロセスを経て形成される。
(Step of forming gate electrode on substrate: S21)
This process takes into account the voltage drop or the amount of heat that rises in advance in accordance with the size of the substrate used when forming the gate electrode on the substrate and the purpose thereof, and the gate electrode material, gate electrode width, gate electrode The film thickness is calculated and designed. A desired gate electrode is formed by vacuum deposition or sputtering, and is formed through a photolithography process.
(ゲート絶縁膜を形成する工程:S22)
この工程は、ゲート電極を覆うように形成され、ゲートリーク電流が薄膜トランジスタの動作に悪影響を与えない、膜質、膜厚、ゲート電極カバーレッジを少なくとも有していなくてはならない。
(Step of forming a gate insulating film: S22)
This process must be formed so as to cover the gate electrode and have at least film quality, film thickness, and gate electrode coverage so that the gate leakage current does not adversely affect the operation of the thin film transistor.
(金属酸化物層を形成する工程:S23)
この工程はゲート絶縁膜形成後に金属酸化物層を形成する工程で、ゲート絶縁膜としても使用可能な高抵抗な膜を、スパッタ法等で薄膜に形成する。ここでは、ゲート絶縁膜としての機能を必ずしも持つ必要はないので、薄膜形成ができる。また、この工程では、ホトリソグラフィープロセスによるパターニングを省くことも可能である。
(Step of forming a metal oxide layer: S23)
In this step, a metal oxide layer is formed after the gate insulating film is formed, and a high-resistance film that can also be used as the gate insulating film is formed into a thin film by sputtering or the like. Here, a thin film can be formed because it does not necessarily have a function as a gate insulating film. In this step, patterning by a photolithography process can be omitted.
(ソース電極及びドレイン電極を形成する工程:S24)
この工程は所望の位置にメタル等でソース電極及びドレイン電極をホトリソグラフィープロセス等によりパターニングする工程である。
(Step of forming source and drain electrodes: S24)
This step is a step of patterning the source electrode and the drain electrode with a metal or the like at a desired position by a photolithography process or the like.
(前記金属酸化物層の一部をチャネル領域に変化させる工程:S25)
この工程は本発明の重要な工程の一つで、不活性ガス中で熱処理することで、金属酸化物層(高抵抗層)の一部を局所的に変質させることにより、高抵抗領域とチャネル層として機能する領域(チャネル領域)を形成する工程である。また、この工程は複数回繰り返して、所望のチャネル領域を得ることもできる。以上の工程を経て、本発明の薄膜トランジスタが形成される。
(Step of changing a part of the metal oxide layer into a channel region: S25)
This step is one of the important steps of the present invention. By heat-treating in an inert gas, a part of the metal oxide layer (high resistance layer) is locally altered, so that a high resistance region and a channel are formed. This is a step of forming a region functioning as a layer (channel region). Further, this process can be repeated a plurality of times to obtain a desired channel region. Through the above steps, the thin film transistor of the present invention is formed.
本発明の実施形態の薄膜トランジスタの高抵抗領域とチャネル領域は、Zn、Inを含む酸化物を用いることが好ましい。 For the high resistance region and the channel region of the thin film transistor of the embodiment of the present invention, an oxide containing Zn and In is preferably used.
そして、高抵抗領域は、Znと、In、Ga、Al、Fe、Sn、Mg、Ca、Si、Geのうち少なくとも1種とを含み、その抵抗値が108Ω・cm以上であるアモルファス酸化物を用いることが好ましい。 The high resistance region includes Zn and at least one of In, Ga, Al, Fe, Sn, Mg, Ca, Si, and Ge, and has a resistance value of 10 8 Ω · cm or more. It is preferable to use a product.
さらに、好ましくはその抵抗値が1010Ω・cm以上であるアモルファス酸化物を用いることが好ましい。 Furthermore, it is preferable to use an amorphous oxide having a resistance value of 10 10 Ω · cm or more.
本実施の形態の薄膜トランジスタからなる電子素子は表示装置の駆動トランジスタとして用いることができる。 An electronic element including the thin film transistor of this embodiment can be used as a driving transistor of a display device.
その場合、200dpi画素サイズから想定される、隣り合ったTFTのソース・ドレイン電極間距離は10μm程度、画素内でのTFT幅は100μm程度となる。 In that case, the distance between the source and drain electrodes of adjacent TFTs assumed from the 200 dpi pixel size is about 10 μm, and the TFT width in the pixel is about 100 μm.
この素子間を電気的に分離する高抵抗領域は膜厚50nmと仮定して当該領域(素子間分離膜ともいう)の抵抗率を変数としてリーク電流を見積もると図7のようになる。 Assuming that the high resistance region that electrically isolates the elements has a film thickness of 50 nm, the leakage current is estimated using the resistivity of the region (also referred to as an inter-element separation film) as a variable as shown in FIG.
有機EL駆動TFTとして用いるには、上記リーク電流は10−11A以下が要求されるため上記高抵抗領域(素子間分離膜)は上記のように1010Ω・cm以上の膜抵抗率が必要となる。 In order to use as an organic EL driving TFT, the leak current is required to be 10 −11 A or less, and thus the high resistance region (inter-element separation film) needs a film resistivity of 10 10 Ω · cm or more as described above. It becomes.
次に、本発明のアモルファス酸化物半導体を高抵抗領域(高抵抗層)として機能させる場合についてさらに説明する。 Next, the case where the amorphous oxide semiconductor of the present invention functions as a high resistance region (high resistance layer) will be further described.
ZnOを主成分とした多結晶導電性透明酸化物では、酸素欠陥が入りやすく、キャリア電子が多数発生する。また、結晶粒界部分が存在するため、抵抗率が上記した値よりも小さくなるため、本発明の高抵抗領域とすることが困難である。 In a polycrystalline conductive transparent oxide containing ZnO as a main component, oxygen defects are likely to occur and a large number of carrier electrons are generated. In addition, since the crystal grain boundary part exists, the resistivity is smaller than the above-described value, and it is difficult to obtain the high resistance region of the present invention.
本発明では、酸化物半導体中のキャリア電子の生成を抑制し、かつ酸化物がアモルファス構造を形成しやすくしている元素(具体的にはGa)を添加する。このようにすることにより素子間分離領域として機能するために十分な1010Ω・cm以上の高抵抗率の酸化物膜(高抵抗層)を得ることができる。 In the present invention, an element (specifically, Ga) that suppresses generation of carrier electrons in an oxide semiconductor and makes the oxide easily form an amorphous structure is added. Thus, an oxide film (high resistance layer) having a high resistivity of 10 10 Ω · cm or more sufficient to function as an element isolation region can be obtained.
本発明の高抵抗領域にもとめられる電気特性は、108Ω・cm以上1010Ω・cm以下が好ましい。1010Ω・cm以上に高抵抗な場合は、アニール処理後にチャネル層とすることが難しい。また108Ω・cm以下の場合はリーク電流が大きくなるため、素子間分離領域(素子間分離膜)としての機能が低下する。 The electrical characteristics held in the high resistance region of the present invention are preferably 10 8 Ω · cm or more and 10 10 Ω · cm or less. When the resistance is higher than 10 10 Ω · cm, it is difficult to form a channel layer after annealing. On the other hand, when it is 10 8 Ω · cm or less, the leakage current increases, and the function as an element isolation region (an element isolation film) deteriorates.
一方、本発明のチャネル領域は、上記高抵抗領域(高抵抗層)に熱処理を行うことによりチャネル層として機能するように半導体の電気特性を変質させるものである。 On the other hand, the channel region of the present invention changes the electrical characteristics of the semiconductor so as to function as a channel layer by performing heat treatment on the high resistance region (high resistance layer).
本発明のチャネル領域に求められる電気特性は101Ω・cm以上107Ω・cm以下が好ましい。当該範囲を超えると、TFTとした場合の特性が低下する。本発明において上記高抵抗領域をチャネル領域として機能するように変質させるには以下の熱処理(アニール)を行う。 The electrical characteristics required for the channel region of the present invention are preferably 10 1 Ω · cm or more and 10 7 Ω · cm or less. If the range is exceeded, the characteristics of the TFT are degraded. In the present invention, the following heat treatment (annealing) is performed in order to change the high resistance region so as to function as a channel region.
すなわち、真空中から大気圧の範囲から選択される圧力(例えば1.1×105〜1.0×10-3Pa)不活性ガス(N2,Ar,He,Ne,Kr,Xe等)雰囲気中で150℃〜250℃の温度範囲で、数十秒から数十分の熱処理を行う。 That is, a pressure (for example, 1.1 × 10 5 to 1.0 × 10 −3 Pa) selected from the range of vacuum to atmospheric pressure, an inert gas (N 2, Ar, He, Ne, Kr, Xe, etc.) atmosphere Among them, heat treatment is performed for several tens of seconds to several tens of minutes in a temperature range of 150 ° C to 250 ° C.
また、本発明において、上記熱処理(アニール)を行った後のチャネル領域は、アモルファスの状態が維持されていることが重要である。例えば、熱処理(アニール)の温度範囲の条件が上記本発明の範囲と異なるとチャネル領域が結晶化する場合がある。このようにチャネル領域が結晶化すると、必要以上に低抵抗化して、チャネルとしての特性が低下する場合や、チャネルとして機能しなくなる場合がある。 In the present invention, it is important that the channel region after the heat treatment (annealing) is maintained in an amorphous state. For example, the channel region may crystallize if the temperature range of the heat treatment (annealing) is different from the range of the present invention. When the channel region is crystallized in this way, the resistance may be lowered more than necessary and the characteristics as a channel may be deteriorated or the channel may not function.
また、本発明において局所的に金属酸化物層(膜)の抵抗率を変化させる(チャネル領域に変質させる)具体的な方法としては、以下の方法が挙げられる。 Moreover, the following method is mentioned as a concrete method of changing the resistivity of a metal oxide layer (film | membrane) locally in this invention (it changes to a channel area | region).
ソース電極又はドレイン電極にメタル又は、酸化物絶縁体層よりもバンドギャップが小さい材料(ITO,IZO等)を用い、UVランプ、可視光ランプ、赤外線ランプ、近赤外線ランプ、遠赤外線ランプ又は可視光レーザー等を照射する。このようにすることで、ソース電極又はドレイン電極が選択的に加熱されるため、当該電極と接している領域を局所的に低抵抗化することができる。この場合も上記の場合と同様に熱処理(アニール)を行った領域のアモルファス状態が当該熱処理の前後で維持されることが重要である。 Using a metal or material (ITO, IZO, etc.) whose band gap is smaller than that of the oxide insulator layer for the source electrode or drain electrode, UV lamp, visible light lamp, infrared lamp, near infrared lamp, far infrared lamp, or visible light Irradiate a laser or the like. By doing so, since the source electrode or the drain electrode is selectively heated, the resistance of the region in contact with the electrode can be locally reduced. In this case as well, it is important that the amorphous state of the region where the heat treatment (annealing) is performed is maintained before and after the heat treatment as in the above case.
また、ソース電極又はドレイン電極に金属を用いて、紫外線レーザーや、エキシマレーザーを酸化物半導体に照射する。上記金属からなる電極は紫外線レーザーや、エキシマレーザーを反射する(吸収し難い)。 Further, a metal is used for the source electrode or the drain electrode, and the oxide semiconductor is irradiated with an ultraviolet laser or an excimer laser. The electrode made of the metal reflects an ultraviolet laser or an excimer laser (it is difficult to absorb).
したがって、このようにすることにより、より素早くソース電極とドレイン電極間の領域を、局所的に低抵抗化してチャネル領域とすることができる。この場合も上記の場合と同様に熱処理(アニール)を行った領域のアモルファス状態が当該熱処理の前後で維持されることが重要である。 Therefore, by doing in this way, the region between the source electrode and the drain electrode can be locally reduced in resistance and used as a channel region. In this case as well, it is important that the amorphous state of the region where the heat treatment (annealing) is performed is maintained before and after the heat treatment as in the above case.
また、トップゲート型TFTを使用する場合は、基板上にソース電極及びドレイン電極を形成する。次いで、ソース電極及びドレイン電極上に、ゲート絶縁膜としても使用可能な高抵抗な金属酸化物層を形成し、所望の位置にゲート電極を形成する。 In the case of using a top gate type TFT, a source electrode and a drain electrode are formed on the substrate. Next, a high-resistance metal oxide layer that can also be used as a gate insulating film is formed over the source electrode and the drain electrode, and a gate electrode is formed at a desired position.
ソース電極及びドレイン電極近傍を不活性ガス中で基板裏面側より、上記光源を用いて照射することで上記と同様の熱処理(アニール)ができる。この熱処理により、高抵抗領域とチャネル層として機能する領域(チャネル領域)を形成することができる。 Heat treatment (annealing) similar to the above can be performed by irradiating the vicinity of the source and drain electrodes in the inert gas from the back side of the substrate using the light source. By this heat treatment, a high resistance region and a region functioning as a channel layer (channel region) can be formed.
この場合も熱処理(アニール)を行った領域のアモルファス状態が熱処理の前後で維持されることが重要である。 Also in this case, it is important that the amorphous state in the region where the heat treatment (annealing) is performed is maintained before and after the heat treatment.
また、トップゲート型TFTにおいても、基板上にソース電極及びドレイン電極を形成し、ソース電極及びドレイン電極上に、ゲート絶縁膜を形成した後、ゲート絶縁膜としても使用可能な高抵抗な金属酸化物層を形成する。 Also in the top gate type TFT, a source electrode and a drain electrode are formed on a substrate, a gate insulating film is formed on the source electrode and the drain electrode, and then a high resistance metal oxide that can be used as a gate insulating film. A physical layer is formed.
その後所望の位置にゲート電極を形成し熱処理をすることで薄膜トランジスタを形成することもできる。 Thereafter, a thin film transistor can be formed by forming a gate electrode at a desired position and performing heat treatment.
この場合、高抵抗な金属酸化物層は、ゲート絶縁膜としての機能を必ずしも持つ必要はないので、アニール後にチャネル層として機能する領域(チャネル領域)を形成できる膜厚で形成することができる。 In this case, the high-resistance metal oxide layer does not necessarily have a function as a gate insulating film, and thus can be formed with a thickness that can form a region (channel region) functioning as a channel layer after annealing.
本発明において、高抵抗領域とチャネル領域としてInと、Znと、Oとを含むアモルファス酸化物を用いる場合、室温で作製することができるため、絶縁膜もスパッタ法を用いればすべての成膜工程を室温で形成できる。 In the present invention, when an amorphous oxide containing In, Zn, and O is used as the high resistance region and the channel region, the amorphous oxide film can be formed at room temperature. Can be formed at room temperature.
また、基板として金属基板やガラス基板はもちろん、プラスチック基板やプラスチックフィルムなどを用いることもできる。 In addition to a metal substrate and a glass substrate, a plastic substrate or a plastic film can be used as the substrate.
(第1の実施形態:逆スタガ型TFT)
図1は、本発明の第1の実施形態の薄膜トランジスタとして、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
(First embodiment: Inverted stagger type TFT)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a bottom-gate thin film transistor as the thin film transistor of the first embodiment of the present invention.
基板1上にゲート電極4を設け、その上に1010Ω・cm以上の高抵抗率を示す、金属酸化物層としての高抵抗酸化物層7を設ける。 A gate electrode 4 is provided on the substrate 1, and a high resistance oxide layer 7 as a metal oxide layer having a high resistivity of 10 10 Ω · cm or more is provided thereon.
この上にソース電極6及びドレイン電極5を設ける当該電極材料としては、例えばMo、Ti、W、Alから選択される金属、又は当該金属の合金からなる、少なくとも1層を用いることができる。具体的には、相対的に低抵抗の金属からなる導電体を上下に別の導電体で挟んだ3層構成(Mo/W/Mo,Mo/Al/Mo,Ti/Al/Ti,Ti/Mo/Ti,MoW/Al/MoWなど)である。 As the electrode material for providing the source electrode 6 and the drain electrode 5 thereon, for example, at least one layer made of a metal selected from Mo, Ti, W, Al, or an alloy of the metal can be used. Specifically, a three-layer structure (Mo / W / Mo, Mo / Al / Mo, Ti / Al / Ti, Ti /) in which a conductor made of a relatively low resistance metal is sandwiched between upper and lower conductors. Mo / Ti, MoW / Al / MoW, etc.).
その後、図3に示す高抵抗酸化物層をArガス中で熱処理(以後アニールと記す)した際の抵抗率の変化をもとに、所望の温度でアニールすることで高抵抗酸化物層の一部を低抵抗化することによりチャネル領域2を設ける。 Thereafter, the high resistance oxide layer shown in FIG. 3 is annealed at a desired temperature on the basis of the change in resistivity when the high resistance oxide layer is heat-treated in Ar gas (hereinafter referred to as annealing). The channel region 2 is provided by reducing the resistance of the portion.
その際、半導体領域として103Ω・cm以上107Ω・cm以下の抵抗値とすることが望ましい。この抵抗値をとることにより電界効果移動度1cm2/Vs以上を得ることができる。ここでは、Arガス雰囲気中、大気圧で、可視光ランプを用い、10分間照射し、ソース電極及びドレイン電極に隣接した領域を局所的に低抵抗化することでチャネル領域を形成した。 At that time, it is desirable that the semiconductor region has a resistance value of 10 3 Ω · cm to 10 7 Ω · cm. By taking this resistance value, a field effect mobility of 1 cm 2 / Vs or higher can be obtained. Here, a channel region was formed by locally irradiating the region adjacent to the source electrode and the drain electrode by irradiating with a visible light lamp in an Ar gas atmosphere at atmospheric pressure for 10 minutes.
こうして、半導体領域のエッチングプロセスを用いることなく素子分離領域と酸化物半導体領域を一体形成した逆スタガ型ボトムゲート薄膜トランジスタを形成することができる。 Thus, an inverted staggered bottom-gate thin film transistor in which the element isolation region and the oxide semiconductor region are integrally formed can be formed without using the etching process of the semiconductor region.
このように、半導体領域のエッチングプロセスをなくすことで、生産時のスループットが上がる。さらに、半導体層と、ゲート絶縁膜との成膜に伴う物理的な界面が存在しないため、界面準位が減少し、ヒステリシスの改善や、長期安定性も向上することができる。 In this way, the throughput during production is increased by eliminating the etching process of the semiconductor region. Further, since there is no physical interface associated with the formation of the semiconductor layer and the gate insulating film, the interface state is reduced, and the hysteresis can be improved and the long-term stability can be improved.
また、アモルファスは測定対象薄膜に入射角度0.5度程度の低入射角によるX線回折を行った場合に明瞭な回折ピークが検出されないことで確認できる。明瞭な回折ピークが検出されないということは、ハローパターンが観測されることである。 Amorphous can be confirmed by the fact that a clear diffraction peak is not detected when X-ray diffraction is performed on the thin film to be measured at a low incident angle of about 0.5 degrees. The fact that a clear diffraction peak is not detected means that a halo pattern is observed.
なお、本実施形態において、上記した材料を電界効果型トランジスタの素子分離領域と酸化物半導体領域に用いる場合に、素子分離領域と酸化物半導体領域が微結晶状態の構成材料を含むことを除外するものではない。 Note that in this embodiment, when the above-described materials are used for the element isolation region and the oxide semiconductor region of the field effect transistor, it is excluded that the element isolation region and the oxide semiconductor region include a constituent material in a microcrystalline state. It is not a thing.
(第2の実施形態:逆スタガ型TFT)
図2は、本発明の第2の実施形態の薄膜トランジスタとして、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの構成を示す断面図である。
Second Embodiment: Inverted Staggered TFT
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a bottom-gate thin film transistor as the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention.
基板1上にゲート電極4を設け、さらにゲート絶縁膜3、その上に1010Ω・cm以上の高抵抗率を示す、金属酸化物層としての高抵抗酸化物層7を設ける。 A gate electrode 4 is provided on the substrate 1, a gate insulating film 3, and a high resistance oxide layer 7 as a metal oxide layer showing a high resistivity of 10 10 Ω · cm or more is provided thereon.
この上にソース電極6及びドレイン電極5を設ける。 A source electrode 6 and a drain electrode 5 are provided thereon.
その後、図3に示す高抵抗酸化物層を不活性ガス中でアニールした際の抵抗率の変化をもとに、所望の温度でアニールすることで、高抵抗酸化物層の一部を低抵抗化することによりチャネル領域2を設ける。アニールの際に用いる不活性ガスとしてはHeガスを使用する。その際、半導体領域として103Ω・cm以上107Ω・cm以下の抵抗値とすることが望ましい。この抵抗値をとることにより電界効果移動度1cm2/Vs以上を得ることができる。ここでは、Heガス雰囲気中大気圧で、近赤外線ランプを用い、15分間照射し、ソース電極及びドレイン電極に隣接した領域を局所的に低抵抗化することでチャネル領域を形成した。 Then, based on the change in resistivity when the high resistance oxide layer shown in FIG. 3 is annealed in an inert gas, a part of the high resistance oxide layer is reduced in resistance by annealing at a desired temperature. Thus, the channel region 2 is provided. He gas is used as an inert gas used for annealing. At that time, it is desirable that the semiconductor region has a resistance value of 10 3 Ω · cm to 10 7 Ω · cm. By taking this resistance value, a field effect mobility of 1 cm 2 / Vs or more can be obtained. Here, the channel region was formed by locally irradiating the region adjacent to the source electrode and the drain electrode by irradiating with a near-infrared lamp at atmospheric pressure in a He gas atmosphere for 15 minutes.
こうして、半導体領域のエッチングプロセスを用いることなく素子分離領域と酸化物半導体領域を一体形成した逆スタガ型ボトムゲート薄膜トランジスタを形成することができる。 Thus, an inverted staggered bottom-gate thin film transistor in which the element isolation region and the oxide semiconductor region are integrally formed can be formed without using the etching process of the semiconductor region.
また、アモルファスは、測定対象薄膜に入射角度0.5度程度の低入射角によるX線回折を行った場合に明瞭な回折ピークが検出されないことで確認できる。明瞭な回折ピークが検出されないということは、ハローパターンが観測されることである。 Amorphous can be confirmed by the fact that a clear diffraction peak is not detected when X-ray diffraction is performed on a thin film to be measured at a low incident angle of about 0.5 degrees. The fact that a clear diffraction peak is not detected means that a halo pattern is observed.
なお、本実施形態において、上記した材料を電界効果型トランジスタの素子分離領域と酸化物半導体領域に用いる場合に、当該素子分離領域と酸化物半導体領域が微結晶状態の構成材料を含むことを除外するものではない。 Note that in this embodiment, when the above-described materials are used for the element isolation region and the oxide semiconductor region of the field effect transistor, it is excluded that the element isolation region and the oxide semiconductor region include a constituent material in a microcrystalline state. Not what you want.
(第3の実施形態:表示装置)
次に上記薄膜トランジスタの出力端子であるドレインに、有機又は無機のエレクトロルミネッセンス(EL)素子、液晶素子等の表示素子の電極に接続することで表示装置を構成することができる。
(Third embodiment: display device)
Next, a display device can be formed by connecting a drain which is an output terminal of the thin film transistor to an electrode of a display element such as an organic or inorganic electroluminescence (EL) element or a liquid crystal element.
以下に表示装置の図を用いて具体的な表示装置構成の例を説明する。 An example of a specific display device configuration will be described below with reference to the drawing of the display device.
図4は、表示素子としてのエレクトロルミネッセンス素子を用いた例を示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example in which an electroluminescence element as a display element is used.
たとえば、図4に示すように、基体411上に、ゲート電極416及びゲート絶縁膜415を形成後、高抵抗率を示す高抵抗酸化物層421を形成する。 For example, as shown in FIG. 4, after forming the gate electrode 416 and the gate insulating film 415 on the base 411, a high resistance oxide layer 421 having a high resistivity is formed.
さらに、ソース電極413及びドレイン電極414を形成後、不活性ガス中でアニールすることで、高抵抗酸化物層421の一部を低抵抗化することによりチャネル領域412を形成しTFTを形成する。 Further, after forming the source electrode 413 and the drain electrode 414, annealing is performed in an inert gas, whereby a part of the high-resistance oxide layer 421 is reduced in resistance to form a channel region 412 and a TFT is formed.
そして、ドレイン電極414に層間絶縁膜417を介して電極418が接続されている。電極418上には発光層419が積層され、さらに発光層419上には電極420が積層されている。 An electrode 418 is connected to the drain electrode 414 through an interlayer insulating film 417. A light emitting layer 419 is stacked on the electrode 418, and an electrode 420 is stacked on the light emitting layer 419.
このような構成により、発光層419に注入する電流をソース電極413からドレイン電極414にチャネル領域412を介して流れる電流値によって制御することが可能となる。 With such a structure, a current injected into the light emitting layer 419 can be controlled by a current value flowing from the source electrode 413 to the drain electrode 414 through the channel region 412.
したがって、これをTFTのゲート416の電圧によって制御することができる。ここで、電極418、発光層419及び電極420は無機又は有機のエレクトロルミネッセンス素子を構成する。 Therefore, this can be controlled by the voltage at the gate 416 of the TFT. Here, the electrode 418, the light emitting layer 419, and the electrode 420 constitute an inorganic or organic electroluminescence element.
図5は、表示素子としての液晶セルを用いた例を示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example using a liquid crystal cell as a display element.
図5に示すように、ドレイン電極514が延長されて電極518を兼ねており、これを高抵抗膜522及び524に挟まれた液晶セルや電気泳動型粒子セル523へ電圧を印加する電極518とする構成を取ることができる。 As shown in FIG. 5, the drain electrode 514 is extended to serve as the electrode 518, and the electrode 518 applies a voltage to the liquid crystal cell or the electrophoretic particle cell 523 sandwiched between the high resistance films 522 and 524. You can take a configuration to do.
液晶セルや電気泳動型粒子セル523、高抵抗領域522並びに524、電極518及び電極520は表示素子を構成する。 The liquid crystal cell, the electrophoretic particle cell 523, the high resistance regions 522 and 524, the electrode 518, and the electrode 520 constitute a display element.
これら表示素子に印加する電圧を、ソース電極513からドレイン電極514にチャネル領域512を介して流れる電流値によって制御することが可能となる。 The voltage applied to these display elements can be controlled by the value of current flowing from the source electrode 513 to the drain electrode 514 through the channel region 512.
したがって、これをTFTのゲート電極516の電圧によって制御することができる。ここで表示素子の表示媒体が流体と粒子を絶縁性皮膜中に封止したカプセルであるなら、高抵抗膜522及び524は不要である。 Therefore, this can be controlled by the voltage of the gate electrode 516 of the TFT. Here, if the display medium of the display element is a capsule in which a fluid and particles are sealed in an insulating film, the high resistance films 522 and 524 are unnecessary.
また、上記の2例においては、表示素子を駆動する一対の電極が基体と平行に設けられた例を図示したが、本実施形態は必ずしも本構成に限定されるものではない。 In the above two examples, an example in which a pair of electrodes for driving the display element is provided in parallel with the base body is illustrated, but this embodiment is not necessarily limited to this configuration.
例えば、TFTの出力端子であるドレイン電極と表示素子の接続が位相幾何的に同一であれば、いずれかの電極又は両電極が基体と垂直に設けられていてもよい。 For example, as long as the connection between the drain electrode, which is the output terminal of the TFT, and the display element are topologically the same, either electrode or both electrodes may be provided perpendicular to the substrate.
さらに、上記の2例においては、表示素子に接続されるTFTを一つだけ図示したが、必ずしも本構成に限定されるものではない。 Furthermore, in the above two examples, only one TFT connected to the display element is shown, but the present invention is not necessarily limited to this configuration.
例えば、図中に示したTFTがさらに別のTFTに接続されていてもよく、図中のTFTはそれらTFTによる回路の最終段であればよい。 For example, the TFT shown in the figure may be connected to another TFT, and the TFT in the figure may be the final stage of the circuit using these TFTs.
ここで、表示素子を駆動する一対の電極が基体と平行に設けられ、表示素子がエレクトロルミネッセンス素子又は反射型液晶素子等の反射型表示素子である場合、以下のようにする必要がある。それは、一対の電極のうちのいずれかを発光波長又は反射光の波長に対して透明にすることである。また、透過型液晶素子等の透過型表示素子ならば両電極とも透過光に対して透明にする必要がある。 Here, when a pair of electrodes for driving the display element is provided in parallel with the substrate and the display element is a reflective display element such as an electroluminescence element or a reflective liquid crystal element, the following is necessary. That is to make one of the pair of electrodes transparent to the emission wavelength or the wavelength of the reflected light. In the case of a transmissive display element such as a transmissive liquid crystal element, both electrodes need to be transparent to transmitted light.
さらに、本実施形態のTFTでは、全ての構成体を透明にすることも可能であり、これにより透明な表示素子を形成することもできる。 Furthermore, in the TFT of this embodiment, it is possible to make all the constituents transparent, thereby forming a transparent display element.
また、軽量可撓で透明な樹脂製プラスチック基板など低耐熱性基体の上にも、かかる表示素子を設けることができる。 Further, such a display element can be provided on a low heat-resistant substrate such as a lightweight, flexible and transparent resin plastic substrate.
図6は、エレクトロルミネッセンス素子(ここでは有機エレクトロルミネッセンス素子)と薄膜トランジスタを含む画素を二次元状に配置した表示装置の回路を示す回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a circuit of a display device in which pixels including an electroluminescent element (here, an organic electroluminescent element) and a thin film transistor are two-dimensionally arranged.
図6において、61は有機EL層64を駆動するトランジスタであり、62は画素を選択するトランジスタである。 In FIG. 6, 61 is a transistor for driving the organic EL layer 64, and 62 is a transistor for selecting a pixel.
また、コンデンサ63は選択された状態を保持するためのものであり、共通電極線67とトランジスタ2のソース部分との間に電荷を蓄え、トランジスタ1のゲートの信号を保持している。画素選択は走査電極線65と信号電極線66により決定される。 Further, the capacitor 63 is for holding the selected state, stores electric charge between the common electrode line 67 and the source portion of the transistor 2, and holds the signal of the gate of the transistor 1. Pixel selection is determined by the scanning electrode line 65 and the signal electrode line 66.
より具体的に説明すると、画像信号がドライバ回路(不図示)から走査電極65を通してゲート電極へパルス信号で印加される。 More specifically, an image signal is applied as a pulse signal from a driver circuit (not shown) to the gate electrode through the scanning electrode 65.
それと同時に、別のドライバ回路(不図示)から信号電極66を通してやはりパルス信号でトランジスタ62へと印加されて画素が選択される。 At the same time, a pixel is selected by applying a pulse signal from another driver circuit (not shown) through the signal electrode 66 to the transistor 62.
そのとき、トランジスタ62がONとなり信号電極線66とトランジスタ62のソースの間にあるコンデンサ63に電荷が蓄積される。 At that time, the transistor 62 is turned on, and charges are accumulated in the capacitor 63 between the signal electrode line 66 and the source of the transistor 62.
これにより、トランジスタ61のゲート電圧が所望の電圧に保持されトランジスタ61はONになる。 As a result, the gate voltage of the transistor 61 is maintained at a desired voltage, and the transistor 61 is turned on.
この状態は次の信号を受け取るまで保持される。 This state is maintained until the next signal is received.
トランジスタ61がONである状態の間、有機EL層64には電圧、電流が供給され続け発光が維持されることになる。 While the transistor 61 is ON, voltage and current are continuously supplied to the organic EL layer 64 and light emission is maintained.
この図6の例では1画素にトランジスタ2個コンデンサー1個の構成であるが、性能を向上させるためにさらに多くのトランジスタ等を組み込んでも構わない。 In the example of FIG. 6, the configuration includes two transistors and one capacitor per pixel, but more transistors or the like may be incorporated in order to improve performance.
本質的なのはトランジスタ部分に本発明の低温で形成でき透明のTFTであるIn−Ga−Zn−O系のTFTを用いることにより、有効なエレクトロルミネッセンス素子が得られる。 Essentially, an effective electroluminescent element can be obtained by using an In—Ga—Zn—O-based TFT which is a transparent TFT and can be formed at a low temperature according to the present invention in the transistor portion.
次に本発明の実施例について図面を用いて説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施例1)
本実施例では、図1に示す逆スタガ(ボトムゲート)型MISFET素子の形成方法を示す。
Example 1
In this embodiment, a method of forming the inverted staggered (bottom gate) type MISFET element shown in FIG. 1 will be described.
先ずガラス基板(コーニング社製1737)にフォトリソグラフィー法とリフトオフ法を用いTi10nm/Au100nmのゲート端子を形成した。 First, a gate terminal of Ti 10 nm / Au 100 nm was formed on a glass substrate (Corning Corporation 1737) using a photolithography method and a lift-off method.
さらにその上に、スパッタ法で、高抵抗率を示す高抵抗酸化物層を厚さ400nmの金属組成比がIn:Ga:Zn=1.00:0.94:0.65となるアモルファスIn−Ga−Zn−O膜を室温形成する。 Furthermore, a high resistance oxide layer having a high resistivity is formed on the amorphous In— layer having a metal composition ratio of 400 nm in thickness of In: Ga: Zn = 1.00: 0.94: 0.65 by sputtering. A Ga—Zn—O film is formed at room temperature.
なお、ターゲットとしては、In:Ga:Zn=1:1:1の焼結体を用いる。 As a target, a sintered body of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 is used.
その際、スパッタガスとして酸素アルゴン混合ガスを用い、酸素アルゴン混合ガスの全圧は5.0×10-1Paであり、酸素分圧は7.0×10-2Paとする。 At that time, an oxygen-argon mixed gas is used as a sputtering gas, the total pressure of the oxygen-argon mixed gas is 5.0 × 10 −1 Pa, and the oxygen partial pressure is 7.0 × 10 −2 Pa.
こうして得られる膜は素子分離領域として機能するために十分な1010Ω・cm以上の高抵抗率の酸化物薄膜を得ることが可能となる。 Since the film thus obtained functions as an element isolation region, an oxide thin film having a high resistivity of 10 10 Ω · cm or more sufficient can be obtained.
その後、Mo100nm/Ti5nmを電子ビーム蒸着法により成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法によりソース電極及びドレイン電極を形成する。 Thereafter, Mo 100 nm / Ti 5 nm is formed by an electron beam evaporation method, and a source electrode and a drain electrode are formed by a photolithography method and a lift-off method.
さらにその後、不活性ガス雰囲気下において、可視光域の光に透明な高抵抗アモルファスIn−Ga−Zn−O膜をランプ加熱する。ここでは、Arガス雰囲気中、大気圧で、可視光ランプを用い、10分間照射し、ソース電極及びドレイン電極に隣接した領域を局所的に低抵抗化することでチャネル領域を形成した。 After that, the high-resistance amorphous In—Ga—Zn—O film transparent to visible light is lamp-heated in an inert gas atmosphere. Here, a channel region was formed by locally irradiating the region adjacent to the source electrode and the drain electrode by irradiating with a visible light lamp in an Ar gas atmosphere at atmospheric pressure for 10 minutes.
ソース・ドレイン電極がランプの光を吸収反射するため、ソース・ドレイン電極を局所的に150℃以上250℃以下に加熱することが可能となり半導体領域(チャネル領域)を形成する。 Since the source / drain electrodes absorb and reflect the light of the lamp, the source / drain electrodes can be locally heated to 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, thereby forming a semiconductor region (channel region).
こうして、半導体領域のエッチングプロセスを用いることなく素子分離領域と酸化物半導体領域を一体形成した図1に示す逆スタガ(ボトムゲート)型MISFET素子を完成することが可能である。 In this way, it is possible to complete the inverted staggered (bottom gate) type MISFET element shown in FIG. 1 in which the element isolation region and the oxide semiconductor region are integrally formed without using the etching process of the semiconductor region.
このMISFET素子は、電界効果移動度1cm2/Vs以上、またオフ電流1E−11(A)以下が可能となる。 This MISFET element can have a field effect mobility of 1 cm 2 / Vs or more and an off current of 1E-11 (A) or less.
(実施例2)
本実施例では、図2に示す逆スタガ(ボトムゲート)型MISFET素子の形成方法を示す。
(Example 2)
In this embodiment, a method of forming the inverted staggered (bottom gate) type MISFET element shown in FIG. 2 will be described.
先ずガラス基板(コーニング社製1737)にフォトリソグラフィー法とリフトオフ法を用いTi10nm/Ni100nmのゲート端子を形成した。 First, a gate terminal of Ti 10 nm / Ni 100 nm was formed on a glass substrate (Corning Corporation 1737) using a photolithography method and a lift-off method.
さらにその上に、スパッタ法によりa−SiOxによる絶縁層を100nm形成した。 Further, an insulating layer made of a-SiOx was formed to 100 nm thereon by sputtering.
その際、スパッタターゲットにはSiO2ターゲットを用い、スパッタガスに酸素アルゴン混合ガスを用いた。 At that time, a SiO 2 target was used as the sputtering target, and an oxygen-argon mixed gas was used as the sputtering gas.
そして、その上に、室温においてスパッタ法で、素子分離領域と酸化物半導体領域として用いる厚さ35nmの金属組成比がIn:Ga:Zn=1.00:0.94:0.65となるアモルファスIn−Ga−Zn−O膜を形成する。 Then, an amorphous material having a metal composition ratio of 35 nm used as an element isolation region and an oxide semiconductor region of In: Ga: Zn = 1.00: 0.94: 0.65 by sputtering at room temperature is used. An In—Ga—Zn—O film is formed.
その際、スパッタガスとして酸素アルゴン混合ガスを用い、酸素アルゴン混合ガスの全圧は5.1×10-1Paであり、酸素分圧は6.5×10-2Paとする。 At that time, an oxygen-argon mixed gas is used as the sputtering gas, the total pressure of the oxygen-argon mixed gas is 5.1 × 10 −1 Pa, and the oxygen partial pressure is 6.5 × 10 −2 Pa.
こうして得られる膜は素子分離領域として機能するために十分な1010Ω・cm以上の高抵抗率の酸化物薄膜を得ることが可能となる。 Since the film thus obtained functions as an element isolation region, an oxide thin film having a high resistivity of 10 10 Ω · cm or more sufficient can be obtained.
その後、不活性ガス雰囲気下(Heガス)において、可視光域の光に透明な絶縁層であるa−SiOxと高抵抗アモルファスIn−Ga−Zn−O膜をランプ加熱する。ここでは、Heガス雰囲気中、大気圧で、近赤外ランプを用い、15分間照射し、ソース電極及びドレイン電極に隣接した領域を局所的に低抵抗化することでチャネル領域を形成した。 Thereafter, in an inert gas atmosphere (He gas), the a-SiOx and the high-resistance amorphous In-Ga-Zn-O film, which are insulating layers transparent to light in the visible light range, are heated by lamp. Here, the channel region was formed by locally irradiating the region adjacent to the source electrode and the drain electrode by irradiation for 15 minutes using a near-infrared lamp in a He gas atmosphere at atmospheric pressure.
ゲート電極のみがランプの光を吸収反射するため、ゲート電極上部のみを局所的に150℃以上200℃以下に加熱することが可能となり半導体領域(チャネル領域)を形成する。 Since only the gate electrode absorbs and reflects the light of the lamp, only the upper portion of the gate electrode can be locally heated to 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, thereby forming a semiconductor region (channel region).
最後にAu100nm/Ti5nmを電子ビーム蒸着法により成膜し、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法によりソース及びドレイン端子を形成する。 Finally, Au 100 nm / Ti 5 nm is formed by an electron beam evaporation method, and source and drain terminals are formed by a photolithography method and a lift-off method.
こうして、半導体領域のエッチングプロセスを用いることなく素子分離領域と酸化物半導体領域を一体形成した図2に示す逆スタガ(ボトムゲート)型MISFET素子を完成することが可能である。 In this way, it is possible to complete the inverted staggered (bottom gate) type MISFET element shown in FIG. 2 in which the element isolation region and the oxide semiconductor region are integrally formed without using the etching process of the semiconductor region.
このMISFET素子は、電界効果移動度1cm2/Vs以上、またオフ電流1E-11(A)以下が可能となる。 This MISFET element can have a field effect mobility of 1 cm 2 / Vs or more and an off current of 1E-11 (A) or less.
(実施例3)
本実施例では、図5の液晶セルを用いた表示装置について説明する。
(Example 3)
In this embodiment, a display device using the liquid crystal cell of FIG. 5 will be described.
TFTの製造工程は実施例2と同様である。 The manufacturing process of the TFT is the same as that of the second embodiment.
上記TFTにおいて、ドレイン電極をなすITO膜の島の短辺を100μmまで延長し、延長された90μmの部分を残し、ソース電極及びゲート電極への配線を確保した上で、TFTを絶縁層で被覆する。 In the above TFT, extend the short side of the ITO film island forming the drain electrode to 100 μm, leave the extended 90 μm portion, and secure the wiring to the source and gate electrodes, and then cover the TFT with an insulating layer To do.
この上にポリイミド膜を塗布し、ラビング工程を施す。 A polyimide film is applied thereon and a rubbing process is performed.
一方で、同じくプラスチック基板上にITO膜とポリイミド膜を形成し、ラビング工程を施したものを用意し、上記TFTを形成した基板と5μmの空隙を空けて対向させ、ここにネマチック液晶を注入する。 On the other hand, an ITO film and a polyimide film are similarly formed on a plastic substrate, and a rubbing process is prepared. The substrate on which the TFT is formed is opposed to the substrate with a 5 μm gap, and a nematic liquid crystal is injected therein. .
さらにこの構造体の両側に一対の偏光板を設ける。 Further, a pair of polarizing plates is provided on both sides of the structure.
ここで、TFTのソース電極に電圧を印加しゲート電極の印加電圧を変化させると、ドレイン電極から延長されたITO膜の島の一部である30μm×90μmの領域のみ光透過率が変化する。 Here, when a voltage is applied to the source electrode of the TFT to change the voltage applied to the gate electrode, the light transmittance changes only in a 30 μm × 90 μm region that is a part of the island of the ITO film extended from the drain electrode.
またその透過率は、TFTがオン状態となるゲート電圧の下ではソース−ドレイン間電圧によっても連続的に変化させることができる。 The transmittance can be continuously changed by the source-drain voltage under the gate voltage at which the TFT is turned on.
このようにして、図5に対応した、液晶セルを表示素子とする表示装置を作成する。 In this manner, a display device having a liquid crystal cell as a display element corresponding to FIG. 5 is produced.
本実施例において、TFTを形成する基板として白色のプラスチック基板を用い、TFTの各電極を金に置き換え、ポリイミド膜と偏光板を廃する構成とする。 In this embodiment, a white plastic substrate is used as a substrate for forming a TFT, each electrode of the TFT is replaced with gold, and the polyimide film and the polarizing plate are discarded.
そして、白色と透明のプラスチック基板の空隙に粒子と流体を絶縁性皮膜にて被覆したカプセルを充填させる構成とする。 And it is set as the structure filled with the capsule which coat | covered the particle | grains and the fluid with the insulating film in the space | gap of a white and transparent plastic substrate.
この構成の表示装置の場合、本TFTによって延長されたドレイン電極と上部のITO膜間の電圧が制御され、よってカプセル内の粒子が上下に移動する。 In the case of a display device having this configuration, the voltage between the drain electrode extended by the TFT and the upper ITO film is controlled, so that the particles in the capsule move up and down.
それによって、透明基板側から見た延長されたドレイン電極領域の反射率を制御することで表示を行うことができる。 Accordingly, display can be performed by controlling the reflectance of the extended drain electrode region viewed from the transparent substrate side.
また、本実施例において、TFTを複数隣接して形成して、4トランジスタ1キャパシタ構成の電流制御回路を構成し最終段トランジスタの一つを図4のTFTとして、エレクトロルミネッセンス素子を駆動することもできる。 In this embodiment, a plurality of TFTs are formed adjacent to each other to form a current control circuit having a 4-transistor 1-capacitor configuration, and one of the final stage transistors is used as the TFT of FIG. 4 to drive the electroluminescence element. it can.
たとえば、上記のITO膜をドレイン電極とするTFTを用いる。 For example, a TFT using the above ITO film as a drain electrode is used.
そして、ドレイン電極から延長されたITO膜の島の一部である30μm×90μmの領域に電荷注入層と発光層からなる有機エレクトロルミネッセンス素子を形成する。 Then, an organic electroluminescence element composed of a charge injection layer and a light emitting layer is formed in a 30 μm × 90 μm region that is a part of the island of the ITO film extended from the drain electrode.
こうして、エレクトロルミネッセンス素子を用いる表示装置を形成することができる。 Thus, a display device using an electroluminescent element can be formed.
(実施例4)
本実施例では、実施例3の表示素子とTFTとを二次元に配列させる。
Example 4
In this embodiment, the display element and TFT of Embodiment 3 are arranged two-dimensionally.
たとえば、実施例3の液晶セルやエレクトロルミネッセンス素子等の表示素子とTFTとを含めて約30μm×115μmの面積を占める画素を、以下のように配列する。短辺方向に40μmピッチ、長辺方向に120μmピッチでそれぞれ7425×1790個である。 For example, the pixels occupying an area of about 30 μm × 115 μm including the display element such as the liquid crystal cell and electroluminescence element of Example 3 and the TFT are arranged as follows. The number is 7425 × 1790 at 40 μm pitch in the short side direction and 120 μm pitch in the long side direction.
そして、長辺方向に7425個のTFTのゲート電極を貫くゲート配線を1790本、1790個のTFTのソース電極が非晶質酸化物半導体膜の島から5μmはみ出した部分を短辺方向に貫く信号配線を7425本設ける。 Then, there are 1790 gate wirings penetrating the gate electrodes of 7425 TFTs in the long side direction, and signals that the source electrodes of 1790 TFTs protrude 5 μm from the island of the amorphous oxide semiconductor film in the short side direction. 7425 wirings are provided.
そして、それぞれをゲートドライバ回路及びソースドライバ回路に接続する。 Then, each is connected to a gate driver circuit and a source driver circuit.
さらに液晶表示素子の場合、液晶表示素子と同サイズで位置を合わせRGBが長辺方向に反復するカラーフィルタを表面に設ければ約211ppiでA4サイズのアクティブマトリクス型カラー画像表示装置を構成することができる。 Further, in the case of a liquid crystal display element, an A4 size active matrix type color image display device is constructed with about 211 ppi if a color filter having the same size as that of the liquid crystal display element and having RGB repeating in the long side direction is provided on the surface. Can do.
また、エレクトロルミネッセンス素子においても一つのエレクトロルミネッセンス素子に含まれる2TFTのうち第1TFTのゲート電極をゲート線に配線し、第2TFTのソース電極を信号線に配線する。そして、エレクトロルミネッセンス素子の発光波長を長辺方向にRGBで反復させる。 Also, in the electroluminescence element, the gate electrode of the first TFT among the two TFTs included in one electroluminescence element is wired to the gate line, and the source electrode of the second TFT is wired to the signal line. Then, the emission wavelength of the electroluminescence element is repeated in RGB in the long side direction.
このようにすることで、同じ解像度の発光型カラー画像表示装置を構成することができる。 By doing in this way, the light emission type color image display apparatus of the same resolution can be comprised.
ここで、アクティブマトリクスを駆動するドライバ回路は、画素のTFTと同じ本発明のTFTを用いて構成しても良いし、既存のICチップを用いても良い。 Here, the driver circuit for driving the active matrix may be configured using the same TFT of the present invention as the TFT of the pixel, or an existing IC chip may be used.
(実施例5)
本実施例では、図5の液晶セルと同様な構成を有する電気泳動型表示装置について説明する。
(Example 5)
In this embodiment, an electrophoretic display device having a configuration similar to that of the liquid crystal cell of FIG. 5 will be described.
TFTの製造工程は実施例2と同様である。ただし、本実施例で用いられるTFTのサイズは、チャネル長が70μm、チャネル幅が140μm、ゲートオーバーラップ長が5μmで、画素サイズにあわせたTFTを用いた。 The manufacturing process of the TFT is the same as that of the second embodiment. However, the TFT used in this example has a channel length of 70 μm, a channel width of 140 μm, a gate overlap length of 5 μm, and a TFT suitable for the pixel size.
上記TFTにおいて、ドレイン電極をなすITO膜の島の短辺を338μmまで延長し、延長された230μmの部分を残し、ソース電極及びゲート電極への配線を確保した上で、TFTを絶縁層で被覆する。 In the above TFT, extend the short side of the ITO film island forming the drain electrode to 338 μm, leave the extended 230 μm portion, and secure the wiring to the source and gate electrodes, and then cover the TFT with an insulating layer To do.
また、不図示の透明基板上に電極を形成し、その電極面を、前記ITO膜側と対向するように配置し、電気泳動粒子を含んだ着色溶媒が漏れないように、隔壁等で封止し、電極間距離80μmを保持した。この電極間に黒の色素で着色した溶媒と、白の泳動粒子(酸化チタン:平均粒径 6μm)を分散した。ここに、TFT側から電圧を印加することで白黒表示をすることができる。 In addition, an electrode is formed on a transparent substrate (not shown), the electrode surface is disposed so as to face the ITO film side, and sealed with a partition or the like so that the colored solvent containing the electrophoretic particles does not leak. The distance between the electrodes was maintained at 80 μm. A solvent colored with a black pigment and white migrating particles (titanium oxide: average particle size 6 μm) were dispersed between the electrodes. Here, monochrome display can be performed by applying a voltage from the TFT side.
また、無色透明液体シリコーンオイルに、着色帯電泳動粒子ポリスチレン樹脂にカーボンを混ぜた粒子(平均粒径1.5μm)を用いても、白黒表示をすることができる。ただし、この場合の電極は高反射率の金属の方が、コントラストが取れて良い。 Further, black and white display can also be achieved by using particles (average particle diameter of 1.5 μm) obtained by mixing carbon in colored charged electrophoretic particle polystyrene resin with colorless transparent liquid silicone oil. However, the electrode in this case may have higher contrast when the metal with high reflectivity is used.
また、この着色帯電泳動粒子は、粒径10μm以下の小粒径カラートナーも使用でき、容易にカラー表示することもできる。 Further, the colored charged electrophoretic particles can be small color toner having a particle size of 10 μm or less, and can be easily displayed in color.
また、この電極が対向した電極間に、コレステリック液晶を注入し、このコレステリック液晶の特性に合った光を反射することで、カラー化することもできる。 Coloring can also be achieved by injecting cholesteric liquid crystal between the electrodes facing each other and reflecting light that matches the characteristics of the cholesteric liquid crystal.
本発明に係る薄膜トランジスタ(TFT)からなる電子素子は、LCDや有機ELディスプレイのスイッチング素子として応用することができる。 The electronic device comprising the thin film transistor (TFT) according to the present invention can be applied as a switching device for LCDs and organic EL displays.
また、プラスチックフィルムをはじめとするフレキシブル素材に低温でTFTの全てのプロセスを形成することが可能であり、フレキシブル・ディスプレイをはじめ、ICカードやIDタグなどに幅広く応用できる。 In addition, it is possible to form all TFT processes at low temperatures on flexible materials such as plastic films, and it can be widely applied to flexible displays, IC cards and ID tags.
1 基板
2 チャネル領域(半導体領域)
3 ゲート絶縁膜
4 ゲート電極(ゲート端子)
5 ドレイン電極(ドレイン端子)
6 ソース電極(ソース端子)
7 高抵抗酸化物層(金属酸化物層)
411 基体
412 チャネル領域
413 ソース電極
414 ドレイン電極
415 ゲート絶縁
416 ゲート電極
417 層間絶縁膜
418 電極
419 発光層
420 電極
421 高抵抗酸化物層
511 基体
512 チャネル領域
513 ソース電極
514 ドレイン電極
515 ゲート絶縁
516 ゲート電極
517 保護層
518 電極
520 電極
521 高抵抗領域
522 高抵抗膜
523 液晶セルや電気泳動型粒子セル
524 高抵抗膜
1 substrate 2 channel region (semiconductor region)
3 Gate insulation film 4 Gate electrode (gate terminal)
5 Drain electrode (drain terminal)
6 Source electrode (source terminal)
7 High resistance oxide layer (metal oxide layer)
411 base body 412 channel region 413 source electrode 414 drain electrode 415 gate insulation 416 gate electrode 417 interlayer insulating film 418 electrode 419 light emitting layer 420 electrode 421 high resistance oxide layer 511 base body 512 channel region 513 source electrode 514 drain electrode 515 gate insulation 516 gate Electrode 517 Protective layer 518 Electrode 520 Electrode 521 High resistance region 522 High resistance film 523 Liquid crystal cell or electrophoretic particle cell 524 High resistance film
Claims (10)
該ゲート電極を覆うように金属酸化物層を形成する工程と、
該金属酸化物層の上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
不活性ガス中で、前記金属酸化物層のチャネル領域となるべき領域を熱処理することにより、前記金属酸化物層の一部を前記チャネル領域に変化させる工程と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの形成方法。 Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a metal oxide layer so as to cover the gate electrode;
Forming a source electrode and a drain electrode on the metal oxide layer;
And a step of changing a part of the metal oxide layer into the channel region by heat-treating a region to be a channel region of the metal oxide layer in an inert gas. Forming method.
該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、
前記ゲート絶縁膜の上に金属酸化物層を形成する工程と、
該金属酸化物層の上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
不活性ガス中で、前記金属酸化物層のチャネル領域となるべき領域を熱処理することにより、前記金属酸化物層の一部を前記チャネル領域に変化させる工程と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの形成方法。 Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film so as to cover the gate electrode;
Forming a metal oxide layer on the gate insulating film;
Forming a source electrode and a drain electrode on the metal oxide layer;
And a step of changing a part of the metal oxide layer into the channel region by heat-treating a region to be a channel region of the metal oxide layer in an inert gas. Forming method.
該ソース電極及び該ドレイン電極を覆うように金属酸化物層を形成する工程と、
該金属酸化物層の上に、ゲート電極を形成する工程と、
不活性ガス中で、前記金属酸化物層のチャネル領域となるべき領域を熱処理することにより、前記金属酸化物層の一部を前記チャネル領域に変化させる工程と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの形成方法。 Forming a source electrode and a drain electrode on a substrate;
Forming a metal oxide layer so as to cover the source electrode and the drain electrode;
Forming a gate electrode on the metal oxide layer;
And a step of changing a part of the metal oxide layer into the channel region by heat-treating a region to be a channel region of the metal oxide layer in an inert gas. Forming method.
前記ソース電極及び前記ドレイン電極の上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上に金属酸化物層を形成する工程と、
該金属酸化物層の上に、ゲート電極を形成する工程と、
不活性ガス中で、前記金属酸化物層のチャネル領域となるべき領域を熱処理することにより、前記金属酸化物層の一部を前記チャネル領域に変化させる工程と、を含むことを特徴とする薄膜トランジスタの形成方法。 Forming a source electrode and a drain electrode on a substrate;
Forming a gate insulating film on the source electrode and the drain electrode;
Forming a metal oxide layer on the gate insulating film;
Forming a gate electrode on the metal oxide layer;
And a step of changing a part of the metal oxide layer into the channel region by heat-treating a region to be a channel region of the metal oxide layer in an inert gas. Forming method.
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