JP2013057950A - Display device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a display device using an oxide semiconductor whose characteristic variation due to a heat treatment is suppressed.SOLUTION: There are provided a thin-film transistor comprising: an insulating layer; a gate electrode on the insulating layer; a semiconductor layer which is disposed on the gate electrode through a gate insulating layer and is formed by an oxide layer; and a source electrode and a drain electrode which are disposed on the semiconductor layer apart from each other across the gate electrode, and a display device comprising: a pixel electrode having an electric resistance lower than that of the semiconductor layer which are connected to any one of the source electrode and the drain electrode and are formed by the oxide layer; an optical element which causes at least either a change in optical characteristics or light emission by an electric signal supplied to the pixel electrode; and a film disposed below the pixel electrode and is formed by the same material as the gate insulating layer, wherein the surface on the side of the semiconductor layer of the gate insulating film on the gate electrode has higher smoothness than the surface on the side of the pixel electrode of a film disposed below the pixel electrode.

Description

本発明は、表示装置に関する。   The present invention relates to a display device.

薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)は、液晶表示装置や有機EL表示装置等に広く用いられている。
大型液晶表示装置に用いられているアモルファスシリコンTFTは、移動度は1cm/(V・s)程度ではあるものの、大面積に低コストかつ均一に形成できる。しかしながら、近年さらに大型高精細化が望まれており、また大きな駆動電流を必要とするアクティブマトリクス型有機EL表示装置が開発されており、低コスト、高均一、高信頼性、高移動度の新規活性材料が望まれている。
Thin film transistors (TFTs) are widely used in liquid crystal display devices, organic EL display devices, and the like.
An amorphous silicon TFT used in a large liquid crystal display device can be uniformly formed at a low cost and a large area, although its mobility is about 1 cm 2 / (V · s). However, in recent years, there has been a demand for larger size and higher definition, and active matrix organic EL display devices that require a large drive current have been developed. New low cost, high uniformity, high reliability, and high mobility. An active material is desired.

上記開発状況において、最近ではTFTのチャネル層に適用し得る材料として、酸化物半導体が注目されてきている。
例えばZnOを主成分とする透明伝導性酸化物薄膜をチャネル層に用いたTFTの開発が活発に行われている。上記薄膜は比較的低温で大面積に成膜でき、アモルファスシリコンに比べ高移動度が実現できる。例えば、特許文献1には、In−Ga−Zn−O系のアモルファス酸化物を用いたTFTが開示されている。上記薄膜は、低温で成膜でき、かつ可視域で透明であるため、プラスチックやフィルムの基板上に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されている。さらには、アモルファスシリコンに対して10倍程度の電界効果移動度が得られている。
In the development situation described above, an oxide semiconductor has recently attracted attention as a material that can be applied to a channel layer of a TFT.
For example, TFTs using a transparent conductive oxide thin film mainly composed of ZnO as a channel layer are being actively developed. The thin film can be formed in a large area at a relatively low temperature, and high mobility can be realized as compared with amorphous silicon. For example, Patent Document 1 discloses a TFT using an In—Ga—Zn—O-based amorphous oxide. Since the thin film can be formed at a low temperature and is transparent in the visible range, it is said that a flexible and transparent TFT can be formed on a plastic or film substrate. Furthermore, field effect mobility about 10 times that of amorphous silicon is obtained.

その一方で、例えば酸化物半導体の導電率がスパッタリング成膜中の酸素濃度によって変化することが報告されている(例えば、非特許文献1参照)ように、酸化物半導体においては、含有する酸素濃度に電気的特性が非常に敏感であり、例えば熱処理によって酸素濃度が変化して、その結果、特性が劣化する。これが酸化物半導体を用いたTFTの実用化を妨げる大きな要因となっている。   On the other hand, for example, it has been reported that the conductivity of an oxide semiconductor varies depending on the oxygen concentration during sputtering film formation (see, for example, Non-Patent Document 1). The electrical characteristics are very sensitive to, for example, the oxygen concentration is changed by heat treatment, and as a result, the characteristics deteriorate. This is a major factor that hinders the practical application of TFTs using oxide semiconductors.

特開2004−103957号公報JP 2004-103957 A

Applied Physics Letters, 90, 192101(2007)Applied Physics Letters, 90, 192101 (2007)

本発明は、熱処理による特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた表示装置を提供する。   The present invention provides a display device using an oxide semiconductor in which a variation in characteristics due to heat treatment is suppressed.

本発明の実施形態によれば、絶縁層と、前記絶縁層の上に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極の上にゲート絶縁膜を介して設けられ、酸化物層より形成された半導体層と、前記半導体層の上において、前記ゲート電極を挟むように離間して設けられたソース電極及びドレイン電極と、を含む薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタの前記ソース電極及び前記ドレイン電極のいずれか一方に接続され、前記酸化物層より形成され、前記半導体層よりも電気抵抗が低い画素電極と、前記画素電極に与えられる電気信号によって、光学特性の変化と、発光と、の少なくともいずれかを生ずる光学素子と、前記画素電極の下に設けられ、前記ゲート絶縁膜と同じ材料で形成された膜と、を備え、前記ゲート電極の上の前記ゲート絶縁膜の前記半導体層の側の表面は、前記画素電極の下に設けられた前記膜の前記画素電極の側の表面よりも平滑性が高い表示装置が提供される。   According to an embodiment of the present invention, an insulating layer, a gate electrode provided on the insulating layer, and a semiconductor layer provided on the gate electrode via a gate insulating film and formed from an oxide layer A thin film transistor including a source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor layer so as to sandwich the gate electrode, and connected to any one of the source electrode and the drain electrode of the thin film transistor An optical element that is formed of the oxide layer and has at least one of a change in optical characteristics and light emission by an electric signal applied to the pixel electrode, and a pixel electrode having an electric resistance lower than that of the semiconductor layer And a film provided under the pixel electrode and formed of the same material as the gate insulating film, and in front of the gate insulating film on the gate electrode Surface side of the semiconductor layer, smoothness is high display apparatus is provided than the side of the pixel electrode surface of the film provided under the pixel electrode.

本発明によれば、熱処理による特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた表示装置が提供される。   According to the present invention, a display device using an oxide semiconductor in which a variation in characteristics due to heat treatment is suppressed is provided.

本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタの構造を例示する模式的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of a thin film transistor according to a first embodiment of the invention. 本発明の第1の実施例に係る薄膜トランジスタの製造方法を例示する工程順模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view in order of the processes, illustrating a method for manufacturing a thin film transistor according to the first example of the invention. 図2に続く工程順模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in order of the steps following FIG. 2. 本発明の第1の実施例に係る薄膜トランジスタの特性を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates the characteristic of the thin-film transistor which concerns on 1st Example of this invention. 第1の比較例の薄膜トランジスタの構造を例示する模式的断面図である。It is a typical sectional view which illustrates the structure of the thin film transistor of the 1st comparative example. 第1の比較例の薄膜トランジスタの特性を例示するグラフ図である。It is a graph which illustrates the characteristic of the thin-film transistor of the 1st comparative example. 第2の比較例の薄膜トランジスタの構造を例示する模式的断面図である。It is a typical sectional view which illustrates the structure of the thin film transistor of the 2nd comparative example. 実験に用いた薄膜トランジスタの構成及び実験結果を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the structure and experimental result of the thin-film transistor used for experiment. 本発明の第1の実施形態に係る変形例の薄膜トランジスタの構成を例示する模式的平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view illustrating the configuration of a thin film transistor of a modification example according to the first embodiment of the invention. 本発明の第2の実施例に係る薄膜トランジスタの製造方法を例示する工程順模式的断面図である。It is process order typical sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on the 2nd Example of this invention. 本発明の第3の実施例に係る薄膜トランジスタの製造方法を例示する工程順模式的断面図である。It is process order typical sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on the 3rd Example of this invention. 図11に続く工程順模式的断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view in order of the steps, following FIG. 11. 本発明の第2の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a display device according to a second embodiment of the invention. 本発明の第4の実施例に係る表示装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。It is process order typical sectional drawing which illustrates the manufacturing method of the display apparatus which concerns on the 4th Example of this invention. 図14に続く工程順模式的断面図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view in order of the steps, following FIG. 14. 本発明の第5の実施例に係る表示装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view in order of the processes, illustrating a method for manufacturing a display device according to the fifth example of the invention. 本発明の第2の実施形態に係る別の表示装置の等価回路を例示する回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of another display device according to the second embodiment of the invention; 本発明の第2の実施形態に係る別の表示装置の等価回路を例示する回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of another display device according to the second embodiment of the invention; 本発明の第3の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を例示するフローチャート図である。It is a flowchart figure which illustrates the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る表示装置の製造方法を例示するフローチャート図である。FIG. 9 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a display device according to a fourth embodiment of the invention. 本発明の第4の実施形態に係る表示装置の別の製造方法を例示するフローチャート図である。It is a flowchart figure which illustrates another manufacturing method of the display apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio coefficient of the size between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratio coefficient may be represented differently depending on the drawing.
Further, in the present specification and each drawing, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with reference to the previous drawings, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタの構造を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図(a)は模式的平面図であり、同図(b)は省略された模式的平面図であり、同図(c)及び同図(d)は同図(a)のそれぞれA−A’線及びB−B’線断面図である。
図1に表したように、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ11は、絶縁層110の主面111の上に設けられたゲート電極120と、ゲート電極120の上に、ゲート絶縁膜130を介して設けられ、酸化物より形成された半導体層140と、半導体層140の上に設けられたチャネル保護層150と、半導体層140の一部及びチャネル保護層150の一部を覆うように離間して設けられたソース電極161及びドレイン電極162と、を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of a thin film transistor according to the first embodiment of the invention.
That is, FIG. 4A is a schematic plan view, FIG. 4B is a schematic plan view omitted, and FIG. 4C and FIG. It is AA 'line and BB' line sectional drawing.
As shown in FIG. 1, the thin film transistor 11 according to the first embodiment of the present invention includes a gate electrode 120 provided on the main surface 111 of the insulating layer 110, and a gate insulating film on the gate electrode 120. 130, the semiconductor layer 140 formed of an oxide, the channel protective layer 150 provided on the semiconductor layer 140, and a part of the semiconductor layer 140 and a part of the channel protective layer 150 are covered. A source electrode 161 and a drain electrode 162 that are spaced apart from each other.

なお、同図(a)は、絶縁層110及びゲート絶縁膜130が省略されており、同図(b)は、絶縁層110、ゲート絶縁膜130、ソース電極161及びドレイン電極162が省略されている。
同図(b)に例示ししたように、半導体層140は、ソース電極161及びドレイン電極162とそれぞれ電気的に接続されるソースコンタクト領域141及びドレインコンタクト領域142を有する。ソースコンタクト領域141及びドレインコンタクト領域142は、ゲート電極120を挟むようにして、互いに離間して設けられている。
In FIG. 6A, the insulating layer 110 and the gate insulating film 130 are omitted. In FIG. 5B, the insulating layer 110, the gate insulating film 130, the source electrode 161, and the drain electrode 162 are omitted. Yes.
As illustrated in FIG. 2B, the semiconductor layer 140 includes a source contact region 141 and a drain contact region 142 that are electrically connected to the source electrode 161 and the drain electrode 162, respectively. The source contact region 141 and the drain contact region 142 are provided apart from each other with the gate electrode 120 interposed therebetween.

そして、チャネル保護層150は、ソースコンタクト領域141及びドレインコンタクト領域142を除いて、半導体層140の側面140s及び上面140uを覆うように設けられている。ただし、後述するように、チャネル保護層150は、半導体層140の側面140sの少なくとも一部及び上面140uを覆うように設けても良い。   The channel protective layer 150 is provided so as to cover the side surface 140 s and the upper surface 140 u of the semiconductor layer 140 except for the source contact region 141 and the drain contact region 142. However, as will be described later, the channel protective layer 150 may be provided so as to cover at least a part of the side surface 140s of the semiconductor layer 140 and the upper surface 140u.

すなわち、薄膜トランジスタ11は、絶縁層110と、絶縁層110の上に設けられたゲート電極120と、ゲート電極120の上にゲート絶縁膜130を介して設けられ、酸化物からなる半導体層140と、半導体層140の上において、ゲート電極120を挟むように離間して設けられたソース電極161及びドレイン電極162と、ソース電極161及びドレイン電極162と、半導体層140と、の間に設けられ、ゲート電極120の上において、ソース電極161及びドレイン電極162から露出した半導体層140の側面140sの少なくとも一部を覆うチャネル保護層150と、を備える。   That is, the thin film transistor 11 includes an insulating layer 110, a gate electrode 120 provided on the insulating layer 110, a semiconductor layer 140 made of an oxide provided on the gate electrode 120 with a gate insulating film 130 interposed therebetween, On the semiconductor layer 140, the gate electrode 120 is provided between the source electrode 161 and the drain electrode 162, the source electrode 161 and the drain electrode 162, and the semiconductor layer 140 so as to sandwich the gate electrode 120. On the electrode 120, a channel protective layer 150 covering at least part of the side surface 140s of the semiconductor layer 140 exposed from the source electrode 161 and the drain electrode 162 is provided.

絶縁層110は、例えば基板の上に設けられる。この時、基板には、例えば、透光性のガラス基板を用いることができる。ただし、これに限らず、例えば、プラスチック基板やカラーフィルタ付き基板、シリコンやステンレスのような非透光性の基板を用いることができる。また、基板が絶縁性であれば、基板自体を絶縁層110としても良い。以下では、絶縁層110が絶縁性の基板である場合として説明する。   The insulating layer 110 is provided on a substrate, for example. At this time, for example, a translucent glass substrate can be used as the substrate. However, the present invention is not limited to this, and for example, a plastic substrate, a substrate with a color filter, or a non-translucent substrate such as silicon or stainless steel can be used. Further, if the substrate is insulating, the substrate itself may be the insulating layer 110. Hereinafter, the case where the insulating layer 110 is an insulating substrate will be described.

ゲート電極120には、例えば、MoW、Ta、Wのような高融点金属を用いることができ、また、ヒロック対策を施したAlを主成分とするAl合金を用いても良く、Alと高融点金属の積層膜としても良い。ただし、本発明はこれに限らず、ゲート電極120には、導電性の任意の材料を用いることができる。   For the gate electrode 120, for example, a refractory metal such as MoW, Ta, or W can be used, and an Al alloy mainly composed of Al with a hillock countermeasure may be used. A metal laminated film may be used. However, the present invention is not limited to this, and any conductive material can be used for the gate electrode 120.

ゲート絶縁膜130には、例えば、酸化シリコン(SiO)を用いることができる。ただし、本発明はこれに限らず、窒化シリコン(SiN)や酸窒化シリコンなどの任意の絶縁膜を用いることができ、さらには、これらの膜の積層膜を用いても良い。 For the gate insulating film 130, for example, silicon oxide (SiO x ) can be used. However, the present invention is not limited to this, and any insulating film such as silicon nitride (SiN x ) or silicon oxynitride can be used, and a laminated film of these films may be used.

半導体層140には、例えばIn−Ga−Zn−O系等のアモルファス酸化物半導体を用いることができる。このアモルファス酸化物半導体からなる半導体層140は、例えば反応性スパッタリング法で形成される。なお、アモルファス酸化物半導体層においては、例えば、透過電子顕微鏡やX線回折で観察しても回折パターン等は観察されない。なお、半導体層140には、上記の他、例えばZn等を含む任意の酸化物半導体を用いることができる。
なお、半導体層140の厚さは、電気的特性の確保のために、10nm程度あれば良く、具体的には、半導体層140の厚さは、10nm〜100nm程度とすることができる。
For the semiconductor layer 140, for example, an amorphous oxide semiconductor such as an In—Ga—Zn—O-based semiconductor can be used. The semiconductor layer 140 made of this amorphous oxide semiconductor is formed by, for example, reactive sputtering. Note that in the amorphous oxide semiconductor layer, for example, a diffraction pattern or the like is not observed even when observed with a transmission electron microscope or X-ray diffraction. Note that the semiconductor layer 140 can be formed using any oxide semiconductor containing Zn, for example, in addition to the above.
Note that the thickness of the semiconductor layer 140 may be about 10 nm in order to ensure electrical characteristics. Specifically, the thickness of the semiconductor layer 140 may be about 10 nm to 100 nm.

チャネル保護層150には、半導体層140よりも耐酸性の強い、例えば酸化シリコンが用いられる。ただし、本発明はこれに限らず、酸素を含有する任意の絶縁材料を用いることができ、例えばアルミナや酸窒化シリコンなども用いることができる。さらには、これらの膜の積層膜を用いても良い。   For the channel protective layer 150, for example, silicon oxide having higher acid resistance than the semiconductor layer 140 is used. However, the present invention is not limited to this, and any insulating material containing oxygen can be used. For example, alumina or silicon oxynitride can also be used. Furthermore, a stacked film of these films may be used.

ソース電極161及びドレイン電極162には、任意の導電材料を用いることができ、また、例えば、Ti/Al/TiやMo/Al/Mo等の任意の導電性の積層膜を用いることができる。本具体例では、ソース電極161及びドレイン電極162には、Mo膜166、Al膜167及びMo膜168の積層膜が用いられている。   For the source electrode 161 and the drain electrode 162, any conductive material can be used, and for example, any conductive laminated film such as Ti / Al / Ti or Mo / Al / Mo can be used. In this specific example, a stacked film of a Mo film 166, an Al film 167, and a Mo film 168 is used for the source electrode 161 and the drain electrode 162.

なお、上記において、ソースコンタクト領域141とドレインコンタクト領域142とを互いに入れ替えても良く、すなわち、ソース電極161とドレイン電極162とを互いに入れ替えても良い。   In the above, the source contact region 141 and the drain contact region 142 may be interchanged with each other, that is, the source electrode 161 and the drain electrode 162 may be interchanged with each other.

なお、薄膜トランジスタ11の信頼性を維持するために、同図に例示した構造の全体を覆うように、例えば、SiN等の絶縁物からなるパッシベーション膜が形成されるが、同図では省略されている。また、その上に平坦化のための有機樹脂等の絶縁層や、場合によってはカラーフィルタ等の着色された有機樹脂等の絶縁層が形成されるが、同図では省略されている。
このように、一般的に薄膜トランジスタをTFT−LCDや有機EL用のアクティブマトリクス型の表示装置等に応用する場合は、パッシベーション膜が形成され、この時、薄膜トランジスタは例えば150℃以上の温度で熱処理される。また、例えばPE−CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)を用いてパッシベーション膜を形成する際は、加熱温度は250℃程度となる。
In order to maintain the reliability of the thin film transistor 11, for example, a passivation film made of an insulator such as SiN x is formed so as to cover the entire structure illustrated in FIG. Yes. Further, an insulating layer such as an organic resin for planarization or an insulating layer such as a colored organic resin such as a color filter is formed on the insulating layer, but is omitted in the drawing.
Thus, in general, when a thin film transistor is applied to a TFT-LCD or an active matrix display device for organic EL, a passivation film is formed. At this time, the thin film transistor is heat-treated at a temperature of 150 ° C. or more, for example. The For example, when forming a passivation film using PE-CVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), the heating temperature is about 250 ° C.

この時、上記のパッシベーション層の形成の際に半導体層140が加熱されるが、本実施形態に係る薄膜トランジスタ11においては、半導体層140のソースコンタクト領域141及びドレインコンタクト領域142はそれぞれソース電極161及びドレイン電極162に覆われている。そして、半導体層140のこれらの電極から露出する領域においては、半導体層140の上面140u及び側面140sがチャネル保護層150によって覆われている。このため、上記の熱処理が施された時の半導体層140における酸素濃度の変動を抑制し、特性が変化することがない。
このように、本実施形態に係る薄膜トランジスタ11によれば、熱処理によって引き起こされる酸素濃度の変動を抑え、特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタが提供できる。
At this time, the semiconductor layer 140 is heated when the passivation layer is formed. However, in the thin film transistor 11 according to the present embodiment, the source contact region 141 and the drain contact region 142 of the semiconductor layer 140 are the source electrode 161 and the drain contact region 142, respectively. The drain electrode 162 is covered. In the region of the semiconductor layer 140 exposed from these electrodes, the upper surface 140 u and the side surface 140 s of the semiconductor layer 140 are covered with the channel protective layer 150. For this reason, the fluctuation | variation of the oxygen concentration in the semiconductor layer 140 when said heat processing is performed is suppressed, and a characteristic does not change.
Thus, according to the thin film transistor 11 according to the present embodiment, it is possible to provide a thin film transistor using an oxide semiconductor in which fluctuations in oxygen concentration caused by heat treatment are suppressed and characteristic fluctuations are suppressed.

(第1の実施例)
本実施形態に係る第1の実施例に係る薄膜トランジスタ11a(図示しない)は図1に例示した構造を有する。以下では、第1の実施例の薄膜トランジスタ11aの製造方法について説明する。
(First embodiment)
The thin film transistor 11a (not shown) according to the first example according to this embodiment has the structure illustrated in FIG. Below, the manufacturing method of the thin-film transistor 11a of 1st Example is demonstrated.

図2は、本発明の第1の実施例に係る薄膜トランジスタの製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図3は、図2に続く工程順模式的断面図である。
図2及び図3において、図中の左側の図は、図1(a)のA−A’線断面に相当する断面図であり、右側の図は、図1(a)C−C’線断面に相当する断面図である。また、これらの図においては、薄膜トランジスタの部分の他に、コンタクト部に関しても合わせて例示されている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in order of the processes, illustrating the method for manufacturing the thin film transistor according to the first example of the invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in order of the processes following FIG.
2 and 3, the left side of the drawing is a cross-sectional view corresponding to the cross section along line AA ′ of FIG. 1A, and the right side of FIG. 1A is the line CC ′ of FIG. It is sectional drawing equivalent to a cross section. In these drawings, in addition to the thin film transistor portion, the contact portion is also illustrated.

図2(a)に表したように、まず、絶縁層110であるガラス基板110g(基板110g)の主面111の上に、Al膜121f及びMo膜122fをそれぞれ100nm及び30nmの厚さでスパッタリングにより成膜し、所定のパターンに加工して、ゲート電極120を形成した。なお、パターニングにはフォトリソグラフィを用い、エッチングには燐酸・酢酸・硝酸・水からなる混酸を用いた。このとき、薄膜トランジスタのゲート電極120のコンタクト部123も同時に形成した。コンタクト部123も、Al膜121f及びMo膜122fの積層膜からなる。   As shown in FIG. 2A, first, an Al film 121f and a Mo film 122f are sputtered to a thickness of 100 nm and 30 nm on the main surface 111 of the glass substrate 110g (substrate 110g) as the insulating layer 110, respectively. The gate electrode 120 was formed by forming a film and processing it into a predetermined pattern. Photolithography was used for patterning, and mixed acid composed of phosphoric acid, acetic acid, nitric acid, and water was used for etching. At this time, the contact portion 123 of the gate electrode 120 of the thin film transistor was also formed at the same time. The contact portion 123 is also composed of a laminated film of an Al film 121f and a Mo film 122f.

次に、図2(b)に表したように、ゲート絶縁膜130としてSiO膜130fを、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原料としたPE−CVD法で、厚さ200nmで堆積した。この時、成膜温度は350℃とした。 Next, as shown in FIG. 2B, a SiO 2 film 130 f was deposited as a gate insulating film 130 with a thickness of 200 nm by PE-CVD using TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) as a raw material. At this time, the film forming temperature was 350 ° C.

さらに、ゲート絶縁膜130の上に、半導体層140となるIn−Ga−Zn−O酸化物からなる酸化物層140f(酸化物の層)をリアクティブDCスパッタリング法により厚さ30nmで成膜した。このとき、酸素の割合はアルゴンに対して5%とした。そして酸化物層140fを2%のシュウ酸を用いてゲート電極120を横切る所定のパターンに加工し、半導体層140を形成した。   Further, an oxide layer 140f (oxide layer) made of an In—Ga—Zn—O oxide to be the semiconductor layer 140 was formed to a thickness of 30 nm on the gate insulating film 130 by a reactive DC sputtering method. . At this time, the ratio of oxygen was 5% with respect to argon. Then, the oxide layer 140f was processed into a predetermined pattern across the gate electrode 120 using 2% oxalic acid to form the semiconductor layer 140.

さらに、図2(c)に表したように、チャネル保護層150となるSiO膜150fを、厚さ200nmで、TEOSのPE−CVD法により堆積した。この時、成膜ガスはOとTEOSの混合ガスとし、成膜温度は350℃とした。この後に、このSiO膜150fを、後にソースコンタクト領域141及びドレインコンタクト領域142となる領域を除いて、半導体層140の側面140s及び上面140uを覆う所定のパターンに加工し、チャネル保護層150を形成した。 Further, as shown in FIG. 2C, a SiO 2 film 150f to be the channel protective layer 150 was deposited with a thickness of 200 nm by a TEOS PE-CVD method. At this time, the film forming gas was a mixed gas of O 2 and TEOS, and the film forming temperature was 350 ° C. Thereafter, the SiO 2 film 150f is processed into a predetermined pattern covering the side surface 140s and the upper surface 140u of the semiconductor layer 140 except for the regions that will later become the source contact region 141 and the drain contact region 142, and the channel protective layer 150 is formed. Formed.

なお、この時、SiO膜150fの加工の際のフォトリソグラフィには、マスク露光と、ゲート電極120をマスクとして用いる裏面露光と、を組み合わせて用いた。また、このときのエッチングは、CFガスを用いたRIE(Reactive Ion Etching)により行った。 At this time, the mask exposure and the back exposure using the gate electrode 120 as a mask were used in combination for the photolithography at the time of processing the SiO 2 film 150f. The etching at this time was performed by RIE (Reactive Ion Etching) using CF 4 gas.

この後、空気雰囲気において350℃で1時間のアニールを施し、SiO膜150fの成膜のPE−CVDプロセスによる半導体層140のダメージを取り除いた。 Thereafter, annealing was performed at 350 ° C. for 1 hour in an air atmosphere to remove damage to the semiconductor layer 140 due to the PE-CVD process of forming the SiO 2 film 150f.

そして、図3(a)に表したように、ゲート電極120の取り出し用のコンタクト部123においてゲート絶縁膜130となるSiO膜130fにコンタクトホール123hを形成した。すなわち、ゲート絶縁膜130のSiO膜130fを、バッファードフッ酸を用い所定形状にエッチングした。 Then, as illustrated in FIG. 3A, a contact hole 123 h is formed in the SiO 2 film 130 f serving as the gate insulating film 130 in the contact portion 123 for taking out the gate electrode 120. That is, the SiO 2 film 130f of the gate insulating film 130 was etched into a predetermined shape using buffered hydrofluoric acid.

その後、図3(b)に表したように、ソース電極161及びドレイン電極162となるMo膜166、Al膜167及びMo膜168(図示しない)を、それぞれ10nm、300nm及び50nmの厚さでスパッタリング法により成膜した積層膜160fを形成し、この積層膜160fを混酸を用いて所定のパターンに加工し、ソース電極161及びドレイン電極162を形成した。これにより、薄膜トランジスタ11aの形状が完成する。また、このMo膜166、Al膜167及びMo膜168の積層膜160fをコンタクトホール123hの内部に埋め込み、所定形状に加工してコンタクト部123が作製される。   Thereafter, as shown in FIG. 3B, the Mo film 166, the Al film 167, and the Mo film 168 (not shown) to be the source electrode 161 and the drain electrode 162 are sputtered to a thickness of 10 nm, 300 nm, and 50 nm, respectively. A laminated film 160f formed by the method was formed, and this laminated film 160f was processed into a predetermined pattern using a mixed acid, whereby a source electrode 161 and a drain electrode 162 were formed. Thereby, the shape of the thin film transistor 11a is completed. Further, the laminated film 160f of the Mo film 166, the Al film 167, and the Mo film 168 is embedded in the contact hole 123h and processed into a predetermined shape, so that the contact portion 123 is manufactured.

この後、プロセス中の素子ダメージをとるために、クリーンオーブン中において230℃で1時間程度のアニールを行うことで、本実施例に係る薄膜トランジスタ11aが完成する。   Thereafter, in order to take element damage during the process, annealing is performed at 230 ° C. for about 1 hour in a clean oven to complete the thin film transistor 11a according to the present embodiment.

図4は、本発明の第1の実施例に係る薄膜トランジスタの特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、第1の実施例に係る薄膜トランジスタ11aが完成した後に熱処理を行い、その熱処理条件を変えた時の特性を例示している。実線A1は熱処理なしの初期特性を例示し、破線A2はAr雰囲気中における160℃の熱処理後の特性を例示し、一点鎖線A3はAr雰囲気中における230℃の熱処理後の特性を例示している。なお、同図において、横軸はゲート電圧Vgを表し、縦軸はドレイン電流Idを表している。
FIG. 4 is a graph illustrating characteristics of the thin film transistor according to the first example of the invention.
That is, this figure illustrates characteristics when heat treatment is performed after the thin film transistor 11a according to the first embodiment is completed and the heat treatment conditions are changed. The solid line A1 illustrates the initial characteristics without heat treatment, the broken line A2 illustrates the characteristics after heat treatment at 160 ° C. in an Ar atmosphere, and the alternate long and short dash line A3 illustrates the characteristics after heat treatment at 230 ° C. in an Ar atmosphere. . In the figure, the horizontal axis represents the gate voltage Vg, and the vertical axis represents the drain current Id.

図4に表したように、薄膜トランジスタ11aにおいては、熱処理なしの初期特性(実線A1)、160℃熱処理(破線A2)、及び、230℃熱処理(一点鎖線A3)、のいずれの場合も高いオン/オフ比が得られ、また、熱処理によって特性はほとんど変化していない。これは、半導体層140が、チャネル保護層150並びにソース電極161及びドレイン電極162によって覆われることで、熱処理によって半導体層140に含まれる酸素濃度が変化することが抑制されたことの効果であり、これにより、安定した動作が実現できている。   As shown in FIG. 4, in the thin film transistor 11a, the initial characteristics without heat treatment (solid line A1), the heat treatment at 160 ° C. (dashed line A2), and the heat treatment at 230 ° C. (one-dot chain line A3) are high. An off-ratio is obtained, and the characteristics are hardly changed by the heat treatment. This is an effect that the semiconductor layer 140 is covered with the channel protective layer 150, the source electrode 161, and the drain electrode 162, thereby suppressing the oxygen concentration contained in the semiconductor layer 140 from being changed by the heat treatment. Thereby, a stable operation can be realized.

(第1の比較例)
図5は、第1の比較例の薄膜トランジスタの構造を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図(a)は模式的平面図であり、同図(b)は省略された模式的平面図であり、同図(c)及び同図(d)は同図(a)のそれぞれA−A’線及びB−B’線断面図である。
図5に表したように、第1の比較例の薄膜トランジスタ91では、チャネル保護層150が半導体層140の上面140uを覆っているが、側面140sを露出して設けられている。これ以外は、本実施形態に係る薄膜トランジスタ11と同様なので説明を省略する。すなわち、第1の比較例の薄膜トランジスタ91は、第1の実施形態に係る薄膜トランジスタ11や第1の実施例の薄膜トランジスタ11aにおいて、半導体層140の側面140sがチャネル保護層150から露出しているものである。
(First comparative example)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of the thin film transistor of the first comparative example.
That is, FIG. 4A is a schematic plan view, FIG. 4B is a schematic plan view omitted, and FIG. 4C and FIG. It is AA 'line and BB' line sectional drawing.
As shown in FIG. 5, in the thin film transistor 91 of the first comparative example, the channel protective layer 150 covers the upper surface 140u of the semiconductor layer 140, but is provided with the side surface 140s exposed. Other than this, it is the same as the thin film transistor 11 according to the present embodiment, and a description thereof will be omitted. That is, the thin film transistor 91 of the first comparative example is the thin film transistor 11 according to the first embodiment or the thin film transistor 11a of the first example, in which the side surface 140s of the semiconductor layer 140 is exposed from the channel protective layer 150. is there.

なお、この薄膜トランジスタ91の構造は、半導体層140として、酸化物半導体ではなく、アモルファスシリコンやポリシリコン等のシリコン系の半導体を用いた場合には、一般的な構造である。
薄膜トランジスタ91は、以下のようにして作製される。
Note that the structure of the thin film transistor 91 is a general structure when a silicon-based semiconductor such as amorphous silicon or polysilicon is used as the semiconductor layer 140 instead of an oxide semiconductor.
The thin film transistor 91 is manufactured as follows.

ガラス基板などの絶縁層110の主面111上にゲート電極120となるAl膜121f及びMo膜122fをそれぞれ厚さ100nm及び30nmでスパッタリングにより成膜し、所定のパターンに加工する。パターニングにはフォトリソグラフィを用い、エッチングには燐酸・酢酸・硝酸・水の混酸を用いる。   An Al film 121f and a Mo film 122f to be the gate electrode 120 are formed on the main surface 111 of the insulating layer 110 such as a glass substrate by sputtering with a thickness of 100 nm and 30 nm, respectively, and processed into a predetermined pattern. Photolithography is used for patterning, and a mixed acid of phosphoric acid, acetic acid, nitric acid, and water is used for etching.

その後、ゲート絶縁膜130としてSiO膜130fをTEOSのPE−CVD法により厚さ200nmで堆積する。さらに、ゲート絶縁膜130の上に半導体層140としてIn−Ga−Zn−O酸化物からなる酸化物層140fをリアクティブDCスパッタリング法により厚さ30nmで成膜する。このとき、酸素の割合はアルゴンに対して5%である。 Thereafter, a SiO 2 film 130f is deposited as a gate insulating film 130 with a thickness of 200 nm by TEOS PE-CVD. Further, an oxide layer 140f made of In—Ga—Zn—O oxide is formed as a semiconductor layer 140 over the gate insulating film 130 with a thickness of 30 nm by a reactive DC sputtering method. At this time, the ratio of oxygen is 5% with respect to argon.

そして、チャネル保護層150としてSiO膜150fを厚さ200nmで、TEOSのPE−CVD法によって堆積する。この後、このSiO膜150fを所定のパターンに加工する。この時、このSiO膜150fの加工におけるフォトリソグラフィには、マスク露光と、ゲート電極120をマスクとして用いる裏面露光とを組み合わせて用いた。このときのエッチングはCFガスを用いたRIEにより行った。 Then, a SiO 2 film 150f having a thickness of 200 nm is deposited as a channel protective layer 150 by a TEOS PE-CVD method. Thereafter, the SiO 2 film 150f is processed into a predetermined pattern. At this time, photolithography in the processing of the SiO 2 film 150f used a combination of mask exposure and back exposure using the gate electrode 120 as a mask. Etching at this time was performed by RIE using CF 4 gas.

そして、酸化物層140fを2%のシュウ酸を用いて所定のパターンに加工する。その後、PE−CVD中の半導体層140のダメージを回復させるために、空気雰囲気において350℃で1時間のアニールをする。この後、ゲート電極120の取り出し用のコンタクトホール(図示しない)を形成するために、露出したゲート絶縁膜130を、バッファードフッ酸を用いてエッチング除去する。さらに、ソース電極161及びドレイン電極162となるMo膜166、Al膜167及びMo膜168をそれぞれ厚さ10nm、300nm及び50nmで、スパッタリング法により成膜し、上記、混酸を用いて所定のパターンに加工する。この後、プロセス中の半導体層140のダメージを回復させるために、空気雰囲気において230℃で1時間のアニールをする。   Then, the oxide layer 140f is processed into a predetermined pattern using 2% oxalic acid. Thereafter, in order to recover damage to the semiconductor layer 140 during PE-CVD, annealing is performed at 350 ° C. for 1 hour in an air atmosphere. Thereafter, in order to form a contact hole (not shown) for taking out the gate electrode 120, the exposed gate insulating film 130 is removed by etching using buffered hydrofluoric acid. Further, the Mo film 166, the Al film 167, and the Mo film 168 to be the source electrode 161 and the drain electrode 162 are formed by sputtering with a thickness of 10 nm, 300 nm, and 50 nm, respectively, and the above-described mixed acid is used to form a predetermined pattern. Process. Thereafter, in order to recover the damage of the semiconductor layer 140 during the process, annealing is performed at 230 ° C. for 1 hour in an air atmosphere.

このような構造を有する薄膜トランジスタ91においては、この後のパッシベーション膜形成時の熱処理によって特性が大きく変動し、実用的に問題がある。
図6は、第1の比較例の薄膜トランジスタの特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、第1の比較例の薄膜トランジスタ91が完成した後に熱処理を行い、その熱処理条件を変えた時の特性を例示している。実線A1は熱処理なしの初期特性を例示し、破線A2はAr雰囲気中における160℃の熱処理後の特性を例示し、一点鎖線A3はAr雰囲気中における230℃の熱処理後の特性を例示している。なお、同図において、横軸はゲート電圧Vgを表し、縦軸はドレイン電流Idを表している。
The thin film transistor 91 having such a structure has a problem in practical use because its characteristics greatly fluctuate due to the heat treatment in the subsequent formation of the passivation film.
FIG. 6 is a graph illustrating characteristics of the thin film transistor of the first comparative example.
That is, this figure illustrates the characteristics when heat treatment is performed after the thin film transistor 91 of the first comparative example is completed and the heat treatment conditions are changed. The solid line A1 illustrates the initial characteristics without heat treatment, the broken line A2 illustrates the characteristics after heat treatment at 160 ° C. in an Ar atmosphere, and the alternate long and short dash line A3 illustrates the characteristics after heat treatment at 230 ° C. in an Ar atmosphere. . In the figure, the horizontal axis represents the gate voltage Vg, and the vertical axis represents the drain current Id.

図6に表したように、薄膜トランジスタ91では、熱処理なしの初期特性(実線A1)においては高いオン/オフ比が得られているが、160℃の熱処理(破線A2)においてはId−Vg特性曲線は低Vgの方向にシフトし、また、Id−Vg特性曲線上に凸部A2aが現れている。また、230℃の熱処理(一点鎖線A3)においては、オン/オフ比は非常に低くなり、ほとんどオン状態(導通状態)となっている。   As shown in FIG. 6, in the thin film transistor 91, a high on / off ratio was obtained in the initial characteristics without heat treatment (solid line A1), but in the heat treatment at 160 ° C. (broken line A2), the Id-Vg characteristic curve. Shifts in the direction of low Vg, and a convex portion A2a appears on the Id-Vg characteristic curve. In addition, in the heat treatment at 230 ° C. (the one-dot chain line A3), the on / off ratio is very low, and is almost on (conductive state).

これは、薄膜トランジスタ91においては、半導体層140の側面140sがチャネル保護層150から露出しているため、熱処理によって半導体層140の側面140sの表面の酸素濃度が変化してしまい、具体的には半導体層140に含有される酸素が離脱して、半導体層140が低抵抗化するためである。   This is because in the thin film transistor 91, the side surface 140 s of the semiconductor layer 140 is exposed from the channel protective layer 150, so that the oxygen concentration on the surface of the side surface 140 s of the semiconductor layer 140 changes due to the heat treatment. This is because oxygen contained in the layer 140 is released and the resistance of the semiconductor layer 140 is reduced.

(第2の比較例)
図7は、第2の比較例の薄膜トランジスタの構造を例示する模式的断面図である。
すなわち、同図(a)は模式的平面図であり、同図(b)及び同図(c)は同図(a)のそれぞれA−A’線及びB−B’線断面図である。
図7に表したように、第2の比較例の薄膜トランジスタ92は、チャネル保護層150が設けられていない。すなわち、薄膜トランジスタ92は、バックチャネルカット構造を有す。薄膜トランジスタ92は、以下のようにして作製される。
(Second comparative example)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the structure of the thin film transistor of the second comparative example.
1A is a schematic plan view, and FIG. 1B and FIG. 1C are sectional views taken along lines AA ′ and BB ′ in FIG. 1A, respectively.
As shown in FIG. 7, the thin film transistor 92 of the second comparative example is not provided with the channel protective layer 150. That is, the thin film transistor 92 has a back channel cut structure. The thin film transistor 92 is manufactured as follows.

ガラス基板などの絶縁層110の主面111上にゲート電極120となるAl膜121f及びMo膜122fをそれぞれ厚さ100nm及び30nmでスパッタリングにより成膜し、所定のパターンに加工する。パターニングにはフォトリソグラフィを用い、エッチングには燐酸・酢酸・硝酸・水の混酸を用いる。   An Al film 121f and a Mo film 122f to be the gate electrode 120 are formed on the main surface 111 of the insulating layer 110 such as a glass substrate by sputtering with a thickness of 100 nm and 30 nm, respectively, and processed into a predetermined pattern. Photolithography is used for patterning, and a mixed acid of phosphoric acid, acetic acid, nitric acid, and water is used for etching.

その後、ゲート絶縁膜130としてSiO膜130fをTEOSのPE−CVD法により厚さ200nmで堆積する。さらに、ゲート絶縁膜130の上に半導体層140としてIn−Ga−Zn−O酸化物からなる酸化物層140fをリアクティブDCスパッタリング法により厚さ30nmで成膜する。このとき、酸素の割合はアルゴンに対して5%である。そして、酸化物層140fを2%のシュウ酸を用いて所定のパターンに加工し、半導体層140を形成する。 Thereafter, a SiO 2 film 130f is deposited as a gate insulating film 130 with a thickness of 200 nm by TEOS PE-CVD. Further, an oxide layer 140f made of In—Ga—Zn—O oxide is formed as a semiconductor layer 140 over the gate insulating film 130 with a thickness of 30 nm by a reactive DC sputtering method. At this time, the ratio of oxygen is 5% with respect to argon. Then, the oxide layer 140f is processed into a predetermined pattern using 2% oxalic acid to form the semiconductor layer 140.

この後、ゲート電極120の取り出し用のコンタクトホール(図示しない)を形成するために、露出したゲート絶縁膜130を、バッファードフッ酸を用いてエッチング除去する。さらに、ソース電極161及びドレイン電極162となるMo膜166、Al膜167及びMo膜168をそれぞれ10nm、300nm及び50nmの厚さで、スパッタリング法により成膜し、上記の混酸を用いて所定のパターンに加工する。この後、プロセス中の半導体層140のダメージを回復させるために、空気雰囲気において230℃で1時間のアニールをする。   Thereafter, in order to form a contact hole (not shown) for taking out the gate electrode 120, the exposed gate insulating film 130 is removed by etching using buffered hydrofluoric acid. Further, the Mo film 166, the Al film 167, and the Mo film 168 to be the source electrode 161 and the drain electrode 162 are formed by sputtering at a thickness of 10 nm, 300 nm, and 50 nm, respectively, and a predetermined pattern is formed using the above mixed acid. To process. Thereafter, in order to recover the damage of the semiconductor layer 140 during the process, annealing is performed at 230 ° C. for 1 hour in an air atmosphere.

このような構造を有する薄膜トランジスタ92においては、チャネル保護層150が設けられていないので、半導体層140の上面140u及び側面140sが露出している。このため、この後のパッシベーション膜等の形成のための熱処理によって特性が大きく変動する。例えば、図6に例示した薄膜トランジスタ91の特性よりもさらに顕著に、熱処理によって特性が劣化し、実用的にはさらに問題である。これは、半導体層140の露出した上面140u及び側面140sにおいて、半導体層140に含有される酸素が離脱して、半導体層140が低抵抗化するためである。   In the thin film transistor 92 having such a structure, since the channel protective layer 150 is not provided, the upper surface 140u and the side surface 140s of the semiconductor layer 140 are exposed. For this reason, the characteristics fluctuate greatly due to the subsequent heat treatment for forming a passivation film or the like. For example, the characteristics are deteriorated by heat treatment more remarkably than the characteristics of the thin film transistor 91 illustrated in FIG. This is because oxygen contained in the semiconductor layer 140 is released from the exposed upper surface 140u and side surface 140s of the semiconductor layer 140, and the resistance of the semiconductor layer 140 is reduced.

一般的に薄膜トランジスタをTFT−LCDや有機EL用のアクティブマトリクス型の表示装置等に応用する場合は、信頼性向上のために、パッシベーション膜を形成する必要があるが、上記の第1及び第2の比較例の薄膜トランジスタ91及び92においては、150℃以上の温度で不活性雰囲気や真空中に曝すことで、電気特性が劣化する。これは、露出した部分のIn−Ga−Zn−O酸化物からなる酸化物層140fの表面の酸素が離脱することによって半導体層140が低抵抗化することによる。一般に、PE−CVDを用いてパッシベーション膜を形成する際は、パッシベーション膜のバリア性を考慮すると200℃程度の熱処理を行う必要があるが、薄膜トランジスタ91及び92においては、このような熱処理を行うと電気特性が劣化する。   In general, when a thin film transistor is applied to a TFT-LCD, an active matrix display device for organic EL, or the like, it is necessary to form a passivation film in order to improve reliability. In the thin film transistors 91 and 92 of the comparative example, the electrical characteristics deteriorate when exposed to an inert atmosphere or vacuum at a temperature of 150 ° C. or higher. This is because the resistance of the semiconductor layer 140 is reduced by the release of oxygen from the surface of the oxide layer 140f formed of the In—Ga—Zn—O oxide in the exposed portion. In general, when forming a passivation film using PE-CVD, it is necessary to perform a heat treatment at about 200 ° C. in consideration of the barrier property of the passivation film. However, in the thin film transistors 91 and 92, Electrical characteristics deteriorate.

この時、例えば、酸化雰囲気において350℃以上で熱処理することで、この劣化した特性を回復させることができる。しかしながら、このような高温の処理を行うと、例えば、半導体層140のIn−Ga−Zn−O酸化物とソース電極161及びドレイン電極162との反応が起こり、特性が劣化する。また、ソース電極161及びドレイン電極162にAlを用いるとこれらの電極にヒロックが発生し、このヒロックが例えばパッシベーション膜に損傷を与えるという問題が発生し実用的には上記の熱処理を採用するのに困難がある。   At this time, for example, the deteriorated characteristics can be recovered by performing a heat treatment at 350 ° C. or higher in an oxidizing atmosphere. However, when such a high temperature treatment is performed, for example, a reaction between the In—Ga—Zn—O oxide of the semiconductor layer 140 and the source electrode 161 and the drain electrode 162 occurs, and the characteristics deteriorate. Further, when Al is used for the source electrode 161 and the drain electrode 162, hillocks are generated in these electrodes, and this hillock causes a problem of damaging, for example, the passivation film. There are difficulties.

これに対し、本実施形態に係る薄膜トランジスタ11及び第1の実施例に係る薄膜トランジスタ11aにおいては、半導体層140の上面140u及び側面140sが、チャネル保護層150並びにソース電極161及びドレイン電極162によって覆われる。これにより、熱処理によって半導体層140に含まれる酸素濃度が変化することが抑制され、図2に例示したように、パッシベーション膜の形成等の際の熱処理を行っても安定した動作が実現できる。   In contrast, in the thin film transistor 11 according to this embodiment and the thin film transistor 11a according to the first example, the upper surface 140u and the side surface 140s of the semiconductor layer 140 are covered with the channel protective layer 150, the source electrode 161, and the drain electrode 162. . Accordingly, the oxygen concentration contained in the semiconductor layer 140 is suppressed from being changed by the heat treatment, and a stable operation can be realized even if the heat treatment is performed when forming a passivation film, as illustrated in FIG.

以上説明したように、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタにおいて、半導体層140の上面140uだけでなく側面140sをチャネル保護層150によって覆うことで熱処理に対して耐性のある良好な特性が得られる。本実施形態に係る薄膜トランジスタ11の構造とその効果は、以下のような実験結果に基づいて見出されたものである。   As described above, in a thin film transistor using an oxide semiconductor, not only the upper surface 140u of the semiconductor layer 140 but also the side surface 140s is covered with the channel protective layer 150, and thus favorable characteristics resistant to heat treatment can be obtained. The structure and the effect of the thin film transistor 11 according to the present embodiment have been found based on the following experimental results.

発明者は、チャネル保護層150を用いない第2の比較例の薄膜トランジスタ92において、熱処理によって特性が劣化することは予見していた。すなわち、チャネル保護層150を用いない構造においては、製造工程中の各種のプロセスにおいて半導体層140が損傷を受け易く、例えばアモルファスシリコンやポリシリコン等の半導体層を用いた薄膜トランジスタにおいても場合によっては特性が劣化する。従って、特性が変動し易い酸化物半導体を用いた場合には、より損傷し易いと推測した。   The inventor foreseen that the characteristics of the thin film transistor 92 of the second comparative example that does not use the channel protective layer 150 are deteriorated by the heat treatment. That is, in the structure that does not use the channel protective layer 150, the semiconductor layer 140 is easily damaged in various processes during the manufacturing process. For example, even in a thin film transistor using a semiconductor layer such as amorphous silicon or polysilicon, there are characteristics in some cases. Deteriorates. Therefore, it was estimated that when an oxide semiconductor whose characteristics are easily changed is used, the oxide semiconductor is more easily damaged.

一方、例えば、図5に例示した第1の比較例の薄膜トランジスタ91の構造において、半導体層140として酸化物半導体ではなく、アモルファスシリコンやポリシリコン等のシリコン系の半導体を用いた場合には、問題にはならない。すなわち、アモルファスシリコンやポリシリコン等は熱処理によって表面の水素が離脱することがあるが、水素離脱した部分は高抵抗化するため、一般的に問題とならない。このため、半導体層140の側面が露出していても、熱処理によって特性が大きく変化することがない。   On the other hand, for example, in the structure of the thin film transistor 91 of the first comparative example illustrated in FIG. 5, there is a problem when a silicon-based semiconductor such as amorphous silicon or polysilicon is used as the semiconductor layer 140 instead of an oxide semiconductor. It will not be. That is, amorphous silicon, polysilicon, or the like may have surface hydrogen released by heat treatment, but the portion from which hydrogen has been released has a high resistance, so there is generally no problem. For this reason, even if the side surface of the semiconductor layer 140 is exposed, the characteristics are not significantly changed by the heat treatment.

このため、半導体層140として酸化物半導体を用いた場合においても、チャネル保護層150を半導体層140の上面140uに設けることで、特性変動が実用的には問題にならない程度に抑制されると期待した。しかしながら、既に図6に例示したように、第1の比較例の薄膜トランジスタ91においては、実際には、熱処理によって特性が大きく変動した。   For this reason, even when an oxide semiconductor is used as the semiconductor layer 140, it is expected that by providing the channel protective layer 150 on the upper surface 140u of the semiconductor layer 140, the characteristic variation is suppressed to an extent that does not cause a problem in practice. did. However, as already illustrated in FIG. 6, the characteristics of the thin film transistor 91 of the first comparative example actually fluctuated greatly due to the heat treatment.

そこで、発明者は、チャネル保護層150及び半導体層140の配置と電気的特性との関係についての実験を行った。
図8は、実験に用いた薄膜トランジスタの構成及び実験結果を例示する模式図である。 すなわち、同図(a)は、実験に用いた薄膜トランジスタの構成を例示する模式的平面図であり、同図(b)は、薄膜トランジスタの電気特性を例示する等価回路図であり、同図(c)及び(d)は、熱処理条件を変えた時の特性の測定結果を例示するグラフ図である。同図(c)及び(d)において横軸はゲート電圧Vgを表し、同図(c)の縦軸はドレイン電流Idを対数目盛で表し、そして、同図(d)の縦軸はドレイン電流Idを等間隔目盛で表している。また、同図(c)及び同図(d)において、実線A1は熱処理なしの初期特性を例示し、破線A2はAr雰囲気中における160℃の熱処理後の特性を例示している。また、同図(d)における点線A4は、低いゲート電圧Vgの領域における破線A2の特性を、高いゲート電圧Vgの領域に延長した仮想的な特性である。
Therefore, the inventor conducted an experiment on the relationship between the electrical characteristics and the arrangement of the channel protective layer 150 and the semiconductor layer 140.
FIG. 8 is a schematic view illustrating the configuration of the thin film transistor used in the experiment and the experimental result. That is, FIG. 4A is a schematic plan view illustrating the configuration of the thin film transistor used in the experiment, and FIG. 4B is an equivalent circuit diagram illustrating the electrical characteristics of the thin film transistor. ) And (d) are graphs illustrating measurement results of characteristics when the heat treatment conditions are changed. In FIGS. 7C and 7D, the horizontal axis represents the gate voltage Vg, the vertical axis in FIG. 5C represents the drain current Id in a logarithmic scale, and the vertical axis in FIG. Id is represented by an equal interval scale. Moreover, in the same figure (c) and the same figure (d), the continuous line A1 illustrates the initial characteristic without heat processing, and the broken line A2 illustrates the characteristic after the heat processing of 160 degreeC in Ar atmosphere. A dotted line A4 in FIG. 4D is a virtual characteristic obtained by extending the characteristic of the broken line A2 in the region of the low gate voltage Vg to the region of the high gate voltage Vg.

図8(a)に表したように、実験に用いた薄膜トランジスタ93においては、チャネル保護層150よりも半導体層140の方が大きい平面形状を有している。すなわち、ゲート電極120の上の領域において、ソース電極161とドレイン電極162とが対向するチャネル領域に対応する半導体層140の上面140uはチャネル保護層150によって被覆されている。しかしながら、チャネル領域以外の半導体層140の上面140u及び側面140sは、チャネル保護層150から露出している。   As shown in FIG. 8A, in the thin film transistor 93 used in the experiment, the semiconductor layer 140 has a larger planar shape than the channel protective layer 150. That is, the upper surface 140 u of the semiconductor layer 140 corresponding to the channel region in which the source electrode 161 and the drain electrode 162 are opposed to each other in the region above the gate electrode 120 is covered with the channel protective layer 150. However, the upper surface 140 u and the side surface 140 s of the semiconductor layer 140 other than the channel region are exposed from the channel protective layer 150.

このような構造を有する薄膜トランジスタ93は、図8(c)及び(d)に例示した特性を示した。
すなわち、図8(c)に例示したように、薄膜トランジスタ93においては、熱処理なしの初期特性(実線A1)においては、高いオン/オフ比が得られているが、160℃の熱処理(破線A2)においては、オン/オフ比は非常に低くなり、ほとんどオン状態(導通状態)となっている。すなわち、図6に例示した薄膜トランジスタ91の160℃の特性(破線A2)の特性よりも、さらにオン/オフ比が劣化している。これは、薄膜トランジスタ91よりも薄膜トランジスタ93の方が、半導体層140がチャネル保護層150から露出している面積が大きいことが原因と考えられる。
The thin film transistor 93 having such a structure exhibited the characteristics illustrated in FIGS. 8C and 8D.
That is, as illustrated in FIG. 8C, in the thin film transistor 93, in the initial characteristics without heat treatment (solid line A1), a high on / off ratio is obtained, but heat treatment at 160 ° C. (broken line A2). , The on / off ratio is very low and is almost on (conducting). That is, the on / off ratio is further deteriorated from the characteristics of the thin film transistor 91 illustrated in FIG. 6 at 160 ° C. (broken line A2). This is presumably because the thin film transistor 93 has a larger area where the semiconductor layer 140 is exposed from the channel protective layer 150 than the thin film transistor 91.

そして、図8(d)に表したように、図8(c)の特性を等間隔目盛でみると、160℃の熱処理の特性(破線A2)は、熱処理なしの初期特性(実線A1)と類似した形状を有している。すなわち、実線A1及び破線A2の両方において、約−4V以上のゲート電圧において、ドレイン電流Idは急激に上昇する。しかしながら、破線A2においては、ゲート電圧が約−4Vよりも低い電圧の時も点線A4で例示された大きな電流が流れており、この電流(点線A4)と、約−4V以上のゲート電圧で急激に増大する電流と、が合成されて、破線A2の特性となっていると推測された。   As shown in FIG. 8 (d), when the characteristics of FIG. 8 (c) are seen on an equally spaced scale, the characteristics of the heat treatment at 160 ° C. (broken line A2) are the initial characteristics without heat treatment (solid line A1). It has a similar shape. That is, in both the solid line A1 and the broken line A2, the drain current Id increases rapidly at a gate voltage of about −4V or more. However, in the broken line A2, a large current exemplified by the dotted line A4 flows even when the gate voltage is lower than about −4V, and this current (dotted line A4) and the gate voltage of about −4V or more rapidly increase. It is estimated that the current increases to the characteristic of the broken line A2.

この特性から、160℃の熱処理後の薄膜トランジスタ93の破線A2の特性は、互いに異なる特性を有する素子が並列に接続された構造の特性であると推測された。   From this characteristic, it was presumed that the characteristic of the broken line A2 of the thin film transistor 93 after the heat treatment at 160 ° C. was a characteristic of a structure in which elements having different characteristics were connected in parallel.

すなわち、図8(a)に例示したように、ソース電極161とドレイン電極162とが対向する領域においてチャネル保護層150に覆われたチャネル部電流経路145cにおける特性と、チャネル保護層150から露出した半導体層140の側面140s等の周辺部電流経路145sにおける特性と、が合成された特性となっていると考えられる。   That is, as illustrated in FIG. 8A, the characteristics in the channel current path 145 c covered with the channel protective layer 150 in the region where the source electrode 161 and the drain electrode 162 face each other, and the channel protective layer 150 is exposed. It is considered that the characteristics in the peripheral current path 145s such as the side surface 140s of the semiconductor layer 140 are combined.

すなわち、図8(b)に表したように、薄膜トランジスタ93は、チャネル部電流経路145cに対応するチャネル部トランジスタ93aと、周辺部電流経路145sに対応する周辺部トランジスタ93bとが並列に接続されたもの構造と見なすことができる。そして、チャネル部トランジスタ93aは、図8(d)に例示した実線A1の特性を有していると考えられる。一方、周辺部トランジスタ93bは、図8(d)に例示した点線A4の特性に類似した特性を有していると考えられる。   That is, as shown in FIG. 8B, in the thin film transistor 93, a channel transistor 93a corresponding to the channel current path 145c and a peripheral transistor 93b corresponding to the peripheral current path 145s are connected in parallel. It can be regarded as a structure of things. The channel part transistor 93a is considered to have the characteristic of the solid line A1 illustrated in FIG. On the other hand, the peripheral transistor 93b is considered to have characteristics similar to the characteristics of the dotted line A4 illustrated in FIG.

この結果、破線A2においては、チャネル部トランジスタ93aと周辺部トランジスタ93bとが並列して接続された特性となり、すなわち、実線A1と点線A4とを合成した特性になっていると考えられる。   As a result, the broken line A2 is considered to have a characteristic in which the channel transistor 93a and the peripheral transistor 93b are connected in parallel, that is, a characteristic obtained by synthesizing the solid line A1 and the dotted line A4.

このように、半導体層140がチャネル保護層150から露出していると、熱処理によって特性が劣化することが分かった。具体的には、露出している部分の半導体層140において酸素が離脱し、これにより半導体層140の抵抗が低下し、このために、特性が変化すると考えられる。   Thus, when the semiconductor layer 140 was exposed from the channel protective layer 150, it turned out that a characteristic deteriorates by heat processing. Specifically, it is considered that oxygen is released from the exposed portion of the semiconductor layer 140, thereby reducing the resistance of the semiconductor layer 140, and thus the characteristics are changed.

このため、第2の比較例の薄膜トランジスタ92においては、チャネル保護層150が設けられていないので、半導体層140の上面140u及び側面140sの大きな面積で半導体層140の表面が露出するので、熱処理によって大きく特性が変動する。   For this reason, in the thin film transistor 92 of the second comparative example, since the channel protective layer 150 is not provided, the surface of the semiconductor layer 140 is exposed in a large area of the upper surface 140u and the side surface 140s of the semiconductor layer 140. The characteristics fluctuate greatly.

また第1の比較例の薄膜トランジスタ91においては、半導体層140は側面140sにおいてチャネル保護層150から露出しており、この部分において、熱処理によって特性が変化したものと推測される。すなわち、例えば図6に例示した破線A2においては、既に説明したように、凸部A2aが発生しており、このことも、破線A2の特性がチャネル部トランジスタ93aと周辺部トランジスタ93bとが並列に接続された特性であることを示唆している。   Further, in the thin film transistor 91 of the first comparative example, the semiconductor layer 140 is exposed from the channel protective layer 150 on the side surface 140s, and it is assumed that the characteristics have been changed by the heat treatment in this portion. That is, for example, in the broken line A2 illustrated in FIG. 6, as described above, the protrusion A2a occurs, and this also indicates that the characteristic of the broken line A2 is that the channel transistor 93a and the peripheral transistor 93b are in parallel. This suggests that it is a connected characteristic.

以上説明したように、図5に例示した第1の比較例の薄膜トランジスタ91の構造において、半導体層140としてアモルファスシリコンやポリシリコン等の半導体を用いた場合には問題にはならないが、酸素の量に電気的特性が大きく依存する酸化物半導体を用いた場合には問題となることが分かった。すなわち、酸化物半導体を用いた場合には、半導体層140の側面140sが露出していると、その部分において例えば熱処理によって酸素の量が変動し、結果として特性が大きく劣化する。このように、半導体層140の上面140uと同時に側面140sをチャネル保護層150で被覆することは、従来のアモルファスシリコンやポリシリコン等の半導体を用いた薄膜トランジスタにおいては必要がなかったものであり、酸化物半導体からなる半導体層140を用いた薄膜トランジスタにおいて特有に必要とされる構造である。   As described above, in the structure of the thin film transistor 91 of the first comparative example illustrated in FIG. 5, there is no problem when a semiconductor such as amorphous silicon or polysilicon is used as the semiconductor layer 140, but the amount of oxygen It has been found that there is a problem in the case of using an oxide semiconductor whose electrical characteristics are greatly dependent on. That is, in the case where an oxide semiconductor is used, if the side surface 140s of the semiconductor layer 140 is exposed, the amount of oxygen fluctuates, for example, by heat treatment in the portion, and as a result, the characteristics are greatly deteriorated. Thus, covering the side surface 140s with the channel protective layer 150 at the same time as the upper surface 140u of the semiconductor layer 140 is not necessary in a conventional thin film transistor using a semiconductor such as amorphous silicon or polysilicon. This is a structure specifically required in a thin film transistor using a semiconductor layer 140 made of a physical semiconductor.

ここで、本実施形態に係る薄膜トランジスタ11及び第1の実施例の薄膜トランジスタ11aにおいて、チャネル保護層150は、半導体層140と、ソース電極161及びドレイン電極162と、の間に設けられる層である。すなわち、チャネル保護層150は、半導体層140の上面140uの少なくとも一部を覆う。そして、チャネル保護層150の少なくとも一部は、ソース電極161及びドレイン電極162によって覆われる。   Here, in the thin film transistor 11 according to this embodiment and the thin film transistor 11 a of the first example, the channel protective layer 150 is a layer provided between the semiconductor layer 140, the source electrode 161, and the drain electrode 162. That is, the channel protective layer 150 covers at least a part of the upper surface 140 u of the semiconductor layer 140. At least a part of the channel protective layer 150 is covered with the source electrode 161 and the drain electrode 162.

すなわち、チャネル保護層150は、半導体層140を保護するためのものであるので、半導体層140よりも後に形成される。そして、チャネル保護層150は、ソース電極161及びドレイン電極162よりも前に形成される。これは、図2(c)〜図3(b)に関して既に説明したように、半導体層140の上にチャネル保護層150を例えばPE−CVDで成膜した際の半導体層140のダメージを回復させるために、例えば空気雰囲気において350℃で1時間等の高温のアニールを行うことを可能にするためである。   That is, the channel protective layer 150 is for protecting the semiconductor layer 140 and thus is formed after the semiconductor layer 140. The channel protective layer 150 is formed before the source electrode 161 and the drain electrode 162. As described above with reference to FIGS. 2C to 3B, this recovers damage to the semiconductor layer 140 when the channel protective layer 150 is formed on the semiconductor layer 140 by, for example, PE-CVD. Therefore, for example, it is possible to perform high-temperature annealing such as 1 hour at 350 ° C. in an air atmosphere.

すなわち、例えば半導体層140を形成し、その後、ソース電極161及びドレイン電極162となる膜を形成し、その後にチャネル保護層150を形成すると、チャネル保護層150形成時のダメージの回復のための高温処理が、ソース電極161及びドレイン電極162にも施されることになる。ソース電極161及びドレイン電極162にこのような高温処理が施されると、既に説明したように、半導体層140とソース電極161及びドレイン電極162との反応に起因した特性劣化や、ヒロックが発生し、実用的にはこのプロセスを採用できない。   That is, for example, when the semiconductor layer 140 is formed, and then a film to be the source electrode 161 and the drain electrode 162 is formed, and then the channel protective layer 150 is formed, a high temperature for recovery of damage when the channel protective layer 150 is formed. The processing is also performed on the source electrode 161 and the drain electrode 162. When such a high temperature treatment is performed on the source electrode 161 and the drain electrode 162, characteristic degradation and hillocks caused by the reaction between the semiconductor layer 140 and the source electrode 161 and the drain electrode 162 occur as described above. In practice, this process cannot be adopted.

このため、本実施形態に係る薄膜トランジスタ11及び第1の実施例の薄膜トランジスタ11aにおいては、半導体層140の上にチャネル保護層150を形成する際のダメージを回復させる高温処理を可能とするために、チャネル保護層150は、半導体層140と、ソース電極161及びドレイン電極162と、の間に設けられる。   For this reason, in the thin film transistor 11 according to the present embodiment and the thin film transistor 11a of the first example, in order to enable a high temperature treatment to recover the damage when forming the channel protective layer 150 on the semiconductor layer 140, The channel protective layer 150 is provided between the semiconductor layer 140 and the source electrode 161 and the drain electrode 162.

本実施形態に係る薄膜トランジスタ11及び第1の実施例の薄膜トランジスタ11aにおいては、チャネル保護層150は、ソース電極161及びドレイン電極162に覆われていない半導体層140の上面140u及び側面140sを覆うように設けられているが、本発明の実施形態はこれには限定されない。すなわち、図8に関して説明した周辺部トランジスタ93bとなる電流経路の少なくとも一部を遮断するように、チャネル保護層150が設けられれば良く、各種の変形が可能である。   In the thin film transistor 11 according to the present embodiment and the thin film transistor 11a of the first example, the channel protective layer 150 covers the upper surface 140u and the side surface 140s of the semiconductor layer 140 not covered with the source electrode 161 and the drain electrode 162. Although provided, embodiments of the present invention are not limited to this. That is, the channel protective layer 150 may be provided so as to cut off at least a part of the current path serving as the peripheral transistor 93b described with reference to FIG. 8, and various modifications are possible.

図9は、本発明の第1の実施形態に係る変形例の薄膜トランジスタの構成を例示する模式的平面図である。
なお、これらの図において、絶縁層110及びゲート絶縁膜130は省略されている。 図9(a)に表したように、本実施形態に係る変形例の薄膜トランジスタ12においては、半導体層140は、ソース電極161及びドレイン電極162の外側に露出した領域を有している。ただし、ソース電極161とドレイン電極162とが互いに対向するチャネル領域のチャネル方向(ゲート長方向)の半導体層140の端部はチャネル保護層150によって覆われている。
FIG. 9 is a schematic plan view illustrating the configuration of a thin film transistor of a modification according to the first embodiment of the invention.
In these drawings, the insulating layer 110 and the gate insulating film 130 are omitted. As shown in FIG. 9A, in the thin film transistor 12 of the modification according to this embodiment, the semiconductor layer 140 has a region exposed outside the source electrode 161 and the drain electrode 162. However, the end portion of the semiconductor layer 140 in the channel direction (gate length direction) of the channel region where the source electrode 161 and the drain electrode 162 face each other is covered with the channel protective layer 150.

すなわち、この場合は、ソース電極161のドレイン電極162と対向する辺の延長線161pと、ドレイン電極162のソース電極161と対向する辺の延長線162pと、の間における半導体層140の側面140sが、チャネル保護層150によって覆われている。このため、延長線161p及び延長線162pとの間における側面140sの近傍領域146sにおいて、側面140sは熱処理の影響を受けず高抵抗である。   That is, in this case, the side surface 140s of the semiconductor layer 140 between the extension line 161p of the side facing the drain electrode 162 of the source electrode 161 and the extension line 162p of the side facing the source electrode 161 of the drain electrode 162 is formed. The channel protective layer 150 is covered. For this reason, in the vicinity region 146s of the side surface 140s between the extension line 161p and the extension line 162p, the side surface 140s is not affected by the heat treatment and has high resistance.

このため、周辺部電流経路145sは、延長線161p及び延長線162pとの間における側面140sの近傍領域146sにおいて遮断される。これにより、薄膜トランジスタ12によって、パッシベーション膜等の形成のための熱処理を行っても、熱処理によって引き起こされる酸素濃度の変動を抑え、特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタが提供される。   For this reason, the peripheral current path 145s is blocked in the vicinity region 146s of the side surface 140s between the extension line 161p and the extension line 162p. Accordingly, a thin film transistor using an oxide semiconductor that suppresses fluctuations in oxygen concentration caused by the heat treatment and suppresses characteristic fluctuations even when heat treatment for forming a passivation film or the like is performed by the thin film transistor 12 is provided.

また、図9(b)に表したように、本実施形態に係る別の変形例の薄膜トランジスタ13においては、半導体層140は、ソース電極161及びドレイン電極162の外側に露出した領域を有している。そして、ソース電極161のドレイン電極162と対向する辺の延長線161pと、ドレイン電極162のソース電極161と対向する辺の延長線162pと、の間の領域において、半導体層140は内側に後退した凹部を有している。そして、この場合も、ソース電極161とドレイン電極162とが互いに対向するチャネル領域のチャネル方向(ゲート長方向)の半導体層140の端部はチャネル保護層150によって覆われている。   In addition, as illustrated in FIG. 9B, in the thin film transistor 13 of another modified example according to this embodiment, the semiconductor layer 140 has a region exposed to the outside of the source electrode 161 and the drain electrode 162. Yes. In the region between the extension line 161p of the side of the source electrode 161 facing the drain electrode 162 and the extension line 162p of the side of the drain electrode 162 facing the source electrode 161, the semiconductor layer 140 recedes inward. Has a recess. Also in this case, the end portion of the semiconductor layer 140 in the channel direction (gate length direction) of the channel region where the source electrode 161 and the drain electrode 162 face each other is covered with the channel protective layer 150.

すなわち、この場合も、ソース電極161のドレイン電極162と対向する辺の延長線161pと、ドレイン電極162のソース電極161と対向する辺の延長線162pと、の間における半導体層140の側面140sが、チャネル保護層150によって覆われている。   That is, also in this case, the side surface 140s of the semiconductor layer 140 between the extension line 161p of the side of the source electrode 161 facing the drain electrode 162 and the extension line 162p of the side of the drain electrode 162 facing the source electrode 161 is formed. The channel protective layer 150 is covered.

このため、延長線161p及び延長線162pとの間における側面140sの近傍領域146sにおいて、側面140sは熱処理の影響を受けず高抵抗である。このため、周辺部電流経路145sは、延長線161p及び延長線162pとの間における側面140sの近傍領域146sにおいて遮断される。これにより、薄膜トランジスタ13によって、パッシベーション膜等の形成のための熱処理を行っても、熱処理によって引き起こされる酸素濃度の変動を抑え、特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタが提供される。   For this reason, in the vicinity region 146s of the side surface 140s between the extension line 161p and the extension line 162p, the side surface 140s is not affected by the heat treatment and has high resistance. For this reason, the peripheral current path 145s is blocked in the vicinity region 146s of the side surface 140s between the extension line 161p and the extension line 162p. Thus, even when heat treatment for forming a passivation film or the like is performed by the thin film transistor 13, a thin film transistor using an oxide semiconductor that suppresses a variation in oxygen concentration caused by the heat treatment and suppresses a characteristic variation is provided.

このように、チャネル保護層150は、ソース電極161のドレイン電極162と対向する辺の延長線161pと、ドレイン電極162のソース電極161と対向する辺の延長線162pと、の間における半導体層140の側面140s及び上面140uを覆うように設けられれば良い。これにより、周辺部電流経路145sが、延長線161p及び延長線162pとの間における側面140sの近傍領域146sにおいて実質的に遮断され、ソース電極161及びドレイン電極162から半導体層140の側面140sや上面140uが露出した部分があったとしても、周辺部電流経路145sが遮断されているので、熱処理による半導体層140の特性変動の影響を実質的に受けない。   As described above, the channel protective layer 150 includes the semiconductor layer 140 between the extension line 161p of the side of the source electrode 161 facing the drain electrode 162 and the extension line 162p of the side of the drain electrode 162 facing the source electrode 161. It may be provided so as to cover the side surface 140s and the upper surface 140u. Accordingly, the peripheral current path 145s is substantially blocked in the vicinity region 146s of the side surface 140s between the extension line 161p and the extension line 162p, and the side surface 140s and the upper surface of the semiconductor layer 140 from the source electrode 161 and the drain electrode 162. Even if there is a portion where 140u is exposed, the peripheral current path 145s is cut off, so that it is not substantially affected by the characteristic variation of the semiconductor layer 140 due to the heat treatment.

また、図9(c)に表したように、本実施形態に係る別の変形例の薄膜トランジスタ13aにおいても、半導体層140は、ソース電極161及びドレイン電極162の外側に露出した領域を有している。そして、ゲート電極120の上において、ソース電極161のドレイン電極162と対向する辺の延長線161pと、ドレイン電極162のソース電極161と対向する辺の延長線162pと、の間の領域において、半導体層140の側面140sの一部がチャネル保護層150で覆われておる。すなわち、この場合も、ソース電極161とドレイン電極162とが互いに対向するチャネル領域のチャネル方向(ゲート長方向)の半導体層140の端部の一部がチャネル保護層150によって覆われている。   In addition, as illustrated in FIG. 9C, also in the thin film transistor 13 a of another modified example according to this embodiment, the semiconductor layer 140 has a region exposed outside the source electrode 161 and the drain electrode 162. Yes. Then, on the gate electrode 120, in the region between the extension line 161p of the side of the source electrode 161 facing the drain electrode 162 and the extension line 162p of the side of the drain electrode 162 facing the source electrode 161, the semiconductor A part of the side surface 140 s of the layer 140 is covered with the channel protective layer 150. That is, also in this case, a part of the end portion of the semiconductor layer 140 in the channel direction (gate length direction) of the channel region where the source electrode 161 and the drain electrode 162 face each other is covered with the channel protective layer 150.

これにより、周辺部電流経路145sが、延長線161p及び延長線162pとの間における側面140sの一部において実質的に遮断され、ソース電極161及びドレイン電極162から半導体層140の側面140sや上面140uが露出した部分があったとしても、周辺部電流経路145sが遮断されているので、熱処理による半導体層140の特性変動の影響を実質的に受けない。
このように、チャネル保護層150は、半導体層140に周辺部電流経路145sを遮断するように、半導体層140の側面140sの少なくとも一部に設けられれば良い。
Accordingly, the peripheral current path 145s is substantially cut off at a part of the side surface 140s between the extension line 161p and the extension line 162p, and the side surface 140s and the upper surface 140u of the semiconductor layer 140 are separated from the source electrode 161 and the drain electrode 162. Even if there is an exposed portion, the peripheral current path 145 s is cut off, so that it is not substantially affected by fluctuations in the characteristics of the semiconductor layer 140 due to heat treatment.
As described above, the channel protective layer 150 may be provided on at least a part of the side surface 140 s of the semiconductor layer 140 so as to block the peripheral current path 145 s in the semiconductor layer 140.

なお、図9(a)、(b)及び(c)に例示した構造において、半導体層140がソース電極161及びドレイン電極162から露出してはみ出した領域は、ソース電極161及びドレイン電極162とチャネル保護層150とをマスクとして用いて、エッチング除去しても良い。   Note that in the structure illustrated in FIGS. 9A, 9 </ b> B, and 9 </ b> C, the region where the semiconductor layer 140 is exposed from the source electrode 161 and the drain electrode 162 is the source electrode 161, the drain electrode 162, and the channel. Etching may be performed using the protective layer 150 as a mask.

また、図9(d)に表したように、本実施形態に係る別の変形例の薄膜トランジスタ14においては、チャネル保護層150は、島状に形成されるのではなく、半導体層140の全体を覆うように大きな面積で設けられ、半導体層140とソース電極161及びドレイン電極162とがコンタクトする部分において、チャネル保護層150に開口部161q及び162qが設けられている。   Further, as shown in FIG. 9D, in the thin film transistor 14 of another modification according to the present embodiment, the channel protective layer 150 is not formed in an island shape, but the entire semiconductor layer 140 is formed. Opening portions 161q and 162q are provided in the channel protective layer 150 at portions where the semiconductor layer 140 is in contact with the source electrode 161 and the drain electrode 162.

これにより、薄膜トランジスタ14においては、ソース電極161とドレイン電極162とが対向するチャネル領域のチャネル部電流経路145cに対応するチャネル部トランジスタ93aのみが形成され、周辺部電流経路145sに対応する周辺部トランジスタ93bは形成されない。これにより、薄膜トランジスタ14によって、パッシベーション膜等の形成のための熱処理を行っても、熱処理によって引き起こされる酸素濃度の変動を抑え、特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタが提供される。   Thus, in the thin film transistor 14, only the channel transistor 93a corresponding to the channel current path 145c in the channel region where the source electrode 161 and the drain electrode 162 face each other is formed, and the peripheral transistor corresponding to the peripheral current path 145s. 93b is not formed. Accordingly, a thin film transistor using an oxide semiconductor that suppresses fluctuations in oxygen concentration caused by the heat treatment and suppresses characteristic fluctuations even when heat treatment for forming a passivation film or the like is performed by the thin film transistor 14 is provided.

なお、この場合も、ソース電極161のドレイン電極162と対向する辺の延長線161pと、ドレイン電極162のソース電極161と対向する辺の延長線162pと、の間における半導体層140の側面140s及び上面140uは、チャネル保護層150によって覆われている。   Also in this case, the side surface 140s of the semiconductor layer 140 between the extension line 161p of the side of the source electrode 161 facing the drain electrode 162 and the extension line 162p of the side of the drain electrode 162 facing the source electrode 161 and The upper surface 140u is covered with the channel protective layer 150.

(第2の実施例)
本発明の第2の実施例に係る薄膜トランジスタ15は、図2及び図3に関して説明した薄膜トランジスタ11aと同様の構造を有している。ただし、薄膜トランジスタ11aとは異なる製造方法によって作製される。すなわち、チャネル保護層150を加工するためのフォトリソグラフィと、ゲート電極120を取り出す部分の加工のためのフォトリソグラフィと、を同時に行うことで、工程数を減少させている。以下、本実施例に係る薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
(Second embodiment)
The thin film transistor 15 according to the second embodiment of the present invention has the same structure as the thin film transistor 11a described with reference to FIGS. However, it is manufactured by a manufacturing method different from that of the thin film transistor 11a. That is, the number of processes is reduced by simultaneously performing photolithography for processing the channel protective layer 150 and photolithography for processing a portion from which the gate electrode 120 is extracted. Hereinafter, a method for manufacturing the thin film transistor according to this embodiment will be described.

図10は、本発明の第2の実施例に係る薄膜トランジスタの製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
同図は、図1(a)のA−A’線断面に相当する断面図である。同図においては、薄膜トランジスタの部分の他に、コンタクト部に関しても合わせて例示されている。
まず、図10(a)に表したように、絶縁層110であるガラス基板110gの主面111の上に、Al膜121f及びMo膜122fをそれぞれ100nm及び30nmの厚さでスパッタリングにより成膜した後、所定のパターンに加工して、ゲート電極120を形成した。なお、パターニングにはフォトリソグラフィを用い、エッチングには燐酸・酢酸・硝酸・水からなる混酸を用いた。このとき、薄膜トランジスタのゲート電極120のコンタクト部123も同時に形成した。コンタクト部123も、Al膜121f及びMo膜122fの積層膜からなる。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view in order of the processes, illustrating a method for manufacturing a thin film transistor according to the second example of the invention.
This figure is a cross-sectional view corresponding to the cross section taken along the line AA ′ of FIG. In the figure, in addition to the thin film transistor portion, the contact portion is also illustrated.
First, as shown in FIG. 10A, an Al film 121f and a Mo film 122f were formed on the main surface 111 of the glass substrate 110g, which is the insulating layer 110, by sputtering to a thickness of 100 nm and 30 nm, respectively. Thereafter, the gate electrode 120 was formed by processing into a predetermined pattern. Photolithography was used for patterning, and mixed acid composed of phosphoric acid, acetic acid, nitric acid, and water was used for etching. At this time, the contact portion 123 of the gate electrode 120 of the thin film transistor was also formed at the same time. The contact portion 123 is also composed of a laminated film of an Al film 121f and a Mo film 122f.

次に、図10(b)に表したように、ゲート絶縁膜130としてSiO膜130fを、TEOSを原料としたPE−CVD法によって、厚さ200nmで堆積した。この時、成膜温度は350℃とした。 Next, as shown in FIG. 10B, a SiO 2 film 130f as a gate insulating film 130 was deposited with a thickness of 200 nm by PE-CVD using TEOS as a raw material. At this time, the film forming temperature was 350 ° C.

さらに、ゲート絶縁膜130の上に、半導体層140となるIn−Ga−Zn−O酸化物からなる酸化物層140fをリアクティブDCスパッタリング法により厚さ30nmで成膜した。このとき、酸素の割合はアルゴンに対して5%とした。そして酸化物層140fを2%のシュウ酸を用いてゲート電極120を横切る所定のパターンに加工し、半導体層140を形成した。   Further, an oxide layer 140 f made of an In—Ga—Zn—O oxide to be the semiconductor layer 140 was formed to a thickness of 30 nm on the gate insulating film 130 by a reactive DC sputtering method. At this time, the ratio of oxygen was 5% with respect to argon. Then, the oxide layer 140f was processed into a predetermined pattern across the gate electrode 120 using 2% oxalic acid to form the semiconductor layer 140.

さらに、図10(c)に表したように、チャネル保護層150となるSiO膜150fを、厚さ200nmで、TEOSのPE−CVD法によって堆積した。この時、成膜ガスはOとTEOSの混合ガスとし、成膜温度は350℃とした。この後に、このSiO膜150fを、後にソースコンタクト領域141及びドレインコンタクト領域142となる領域を除いて、半導体層140の側面140s及び上面140uを覆う所定のパターンに加工し、チャネル保護層150を形成した。 Further, as shown in FIG. 10C, a SiO 2 film 150f to be the channel protective layer 150 was deposited with a thickness of 200 nm by a TEOS PE-CVD method. At this time, the film forming gas was a mixed gas of O 2 and TEOS, and the film forming temperature was 350 ° C. Thereafter, the SiO 2 film 150f is processed into a predetermined pattern covering the side surface 140s and the upper surface 140u of the semiconductor layer 140 except for the regions that will later become the source contact region 141 and the drain contact region 142, and the channel protective layer 150 is formed. Formed.

なお、SiO膜150fの加工の際のフォトリソグラフィには、マスク露光と、ゲート電極120をマスクとして用いる裏面露光と、を組み合わせて行った。また、このときのエッチングは、CFガスを用いたRIEにより行った。 Note that the photolithography at the time of processing the SiO 2 film 150f was performed by combining mask exposure and back surface exposure using the gate electrode 120 as a mask. The etching at this time was performed by RIE using CF 4 gas.

この時、コンタクト部123の上に堆積されたチャネル保護層150のSiO膜150fを除去するのに引き続き、ゲート絶縁膜130のSiO膜130fを除去して、コンタクト部123のAl膜121f及びMo膜122fの積層膜を露出させた。 At this time, after removing the SiO 2 film 150f of the channel protective layer 150 deposited on the contact portion 123, the SiO 2 film 130f of the gate insulating film 130 is removed, and the Al film 121f of the contact portion 123 and The laminated film of the Mo film 122f was exposed.

この後、空気雰囲気において350℃で1時間のアニールを施し、SiO膜150fの成膜のPE−CVDプロセスによる半導体層140のダメージを取り除いた。 Thereafter, annealing was performed at 350 ° C. for 1 hour in an air atmosphere to remove damage to the semiconductor layer 140 due to the PE-CVD process of forming the SiO 2 film 150f.

その後、図10(d)に表したように、ソース電極161及びドレイン電極162となるMo膜166、Al膜167及びMo膜168を、それぞれ10nm、300nm及び50nmの厚さでスパッタリング法により成膜して積層膜160fを形成し、この積層膜160fを混酸を用いて所定のパターンに加工し、ソース電極161及びドレイン電極162を形成した。これにより、薄膜トランジスタ11aの形状が完成する。また、このMo膜166、Al膜167及びMo膜168の積層膜160fが、コンタクト部123となるAl膜121f及びMo膜122fの積層膜の上に設けられ、コンタクト部123が作製される。   Thereafter, as shown in FIG. 10D, the Mo film 166, the Al film 167, and the Mo film 168 to be the source electrode 161 and the drain electrode 162 are formed by sputtering at a thickness of 10 nm, 300 nm, and 50 nm, respectively. Thus, a laminated film 160f was formed, and this laminated film 160f was processed into a predetermined pattern using a mixed acid to form a source electrode 161 and a drain electrode 162. Thereby, the shape of the thin film transistor 11a is completed. Further, the laminated film 160f of the Mo film 166, the Al film 167, and the Mo film 168 is provided on the laminated film of the Al film 121f and the Mo film 122f to be the contact part 123, and the contact part 123 is manufactured.

この後、プロセス中の素子ダメージを除去するために、クリーンオーブン中において230℃で1時間程度のアニールを行うことで、本実施例に係る薄膜トランジスタ15が得られる。   Thereafter, in order to remove element damage during the process, annealing is performed at 230 ° C. for about 1 hour in a clean oven, whereby the thin film transistor 15 according to the present embodiment is obtained.

このように、チャネル保護層150の加工とゲート電極120を取り出すためのコンタクト部123の加工とを同一の工程のフォトリソグラフィによって行うことで、図3(a)に例示したコンタクトホール123hの加工の工程が省略でき、より製造し易くなる。
このような方法によって製造された薄膜トランジスタ15においても、熱処理によって引き起こされる酸素濃度の変動を抑え、特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタが提供される。
In this manner, the processing of the contact hole 123h illustrated in FIG. 3A is performed by processing the channel protective layer 150 and processing the contact portion 123 for taking out the gate electrode 120 by photolithography in the same process. The process can be omitted, making it easier to manufacture.
Also in the thin film transistor 15 manufactured by such a method, a thin film transistor using an oxide semiconductor in which fluctuations in oxygen concentration caused by heat treatment are suppressed and characteristic fluctuations are suppressed is provided.

(第3の実施例)
本発明の第3の実施例に係る薄膜トランジスタは第1の実施例に係る薄膜トランジスタ11aを改良したものであり、チャネル長を短くできてトランジスタの電流駆動能力を向上することができ、またソース電極161及びドレイン電極162とチャネルの反応による特性劣化を低減できる。
(Third embodiment)
The thin film transistor according to the third embodiment of the present invention is an improvement of the thin film transistor 11a according to the first embodiment. The channel length can be shortened and the current drive capability of the transistor can be improved. In addition, characteristic deterioration due to the reaction between the drain electrode 162 and the channel can be reduced.

図11は、本発明の第3の実施例に係る薄膜トランジスタの製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図12は、図11に続く工程順模式的断面図である。
これらの同図は、図1(a)のA−A’線断面に相当する断面図である。また、これらの図においては、薄膜トランジスタの部分の他に、コンタクト部に関しても合わせて例示されている。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view in order of the processes, illustrating a method for manufacturing a thin film transistor according to the third example of the invention.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view in order of the processes following FIG.
These drawings are cross-sectional views corresponding to the cross section taken along the line AA ′ of FIG. In these drawings, in addition to the thin film transistor portion, the contact portion is also illustrated.

まず、図11(a)に表したように、絶縁層110であるガラス基板110gの主面111の上に、Al膜121f及びMo膜122fをそれぞれ100nm及び30nmの厚さでスパッタリングにより成膜し、所定のパターンに加工して、ゲート電極120を形成した。なお、パターニングにはフォトリソグラフィを用い、エッチングには燐酸・酢酸・硝酸・水からなる混酸を用いた。このとき、薄膜トランジスタのゲート電極120のコンタクト部123も同時に形成した。コンタクト部123も、Al膜121f及びMo膜122fの積層膜からなる。   First, as shown in FIG. 11A, an Al film 121f and a Mo film 122f are formed on the main surface 111 of the glass substrate 110g, which is the insulating layer 110, by sputtering to a thickness of 100 nm and 30 nm, respectively. The gate electrode 120 was formed by processing into a predetermined pattern. Photolithography was used for patterning, and mixed acid composed of phosphoric acid, acetic acid, nitric acid, and water was used for etching. At this time, the contact portion 123 of the gate electrode 120 of the thin film transistor was also formed at the same time. The contact portion 123 is also composed of a laminated film of an Al film 121f and a Mo film 122f.

次に、図11(b)に表したように、ゲート絶縁膜130としてSiO膜130fを、TEOSを原料としたPE−CVD法によって、厚さ200nmで堆積した。この時、成膜温度は350℃とした。 Next, as shown in FIG. 11B, a SiO 2 film 130f as a gate insulating film 130 was deposited with a thickness of 200 nm by PE-CVD using TEOS as a raw material. At this time, the film forming temperature was 350 ° C.

さらに、ゲート絶縁膜130の上に、半導体層140となるIn−Ga−Zn−O酸化物からなる酸化物層140fをリアクティブDCスパッタリング法により厚さ30nmで成膜した。このとき、酸素の割合はアルゴンに対して5%とした。そして酸化物層140fを2%のシュウ酸を用いてゲート電極120を横切る所定のパターンに加工し、半導体層140を形成した。   Further, an oxide layer 140 f made of an In—Ga—Zn—O oxide to be the semiconductor layer 140 was formed to a thickness of 30 nm on the gate insulating film 130 by a reactive DC sputtering method. At this time, the ratio of oxygen was 5% with respect to argon. Then, the oxide layer 140f was processed into a predetermined pattern across the gate electrode 120 using 2% oxalic acid to form the semiconductor layer 140.

さらに、図11(c)に表したように、チャネル保護層150となるSiO膜150fを、厚さ200nmで、TEOSのPE−CVD法によって堆積した。この時、成膜ガスはOとTEOSの混合ガスとし、成膜温度は350℃とした。この後に、このSiO膜150fを、後にソースコンタクト領域141及びドレインコンタクト領域142となる領域を除いて、半導体層140の側面140s及び上面140uを覆う所定のパターンに加工し、チャネル保護層150を形成した。 Further, as shown in FIG. 11C, a SiO 2 film 150f to be the channel protective layer 150 was deposited by a TEOS PE-CVD method with a thickness of 200 nm. At this time, the film forming gas was a mixed gas of O 2 and TEOS, and the film forming temperature was 350 ° C. Thereafter, the SiO 2 film 150f is processed into a predetermined pattern covering the side surface 140s and the upper surface 140u of the semiconductor layer 140 except for the regions that will later become the source contact region 141 and the drain contact region 142, and the channel protective layer 150 is formed. Formed.

なお、SiO膜150fの加工の際のフォトリソグラフィには、マスク露光と、ゲート電極120をマスクとして用いる裏面露光と、を組み合わせて行った。また、このときのエッチングは、CFガスを用いたRIEにより行った。 Note that the photolithography at the time of processing the SiO 2 film 150f was performed by combining mask exposure and back surface exposure using the gate electrode 120 as a mask. The etching at this time was performed by RIE using CF 4 gas.

この後、空気雰囲気において350℃で1時間のアニールを施し、SiO膜150fの成膜のPE−CVDプロセスによる半導体層140のダメージを取り除いた。 Thereafter, annealing was performed at 350 ° C. for 1 hour in an air atmosphere to remove damage to the semiconductor layer 140 due to the PE-CVD process of forming the SiO 2 film 150f.

次に、図12(a)に表したように、パッシベーション膜181となるSiN膜を、PE−CVD法で堆積した。なお、成膜温度は250℃とした。
そして、ソースコンタクト領域141及びドレインコンタクト領域142にそれぞれ対応する位置にコンタクトホール141h及び142hを形成した。なお、この時、ゲート電極120の取り出し用のコンタクトホール123hも一緒に形成した。
Next, as shown in FIG. 12A, a SiN film to be a passivation film 181 was deposited by a PE-CVD method. The film forming temperature was 250 ° C.
Then, contact holes 141h and 142h were formed at positions corresponding to the source contact region 141 and the drain contact region 142, respectively. At this time, a contact hole 123h for taking out the gate electrode 120 was also formed.

その後、図12(b)に表したように、ソース電極161及びドレイン電極162となるMo膜166、Al膜167及びMo膜168を、それぞれ10nm、300nm及び50nmの厚さでスパッタリング法により成膜して積層膜160fを形成し、この積層膜160fを混酸を用いて所定のパターンに加工し、ソース電極161及びドレイン電極162を形成した。これにより、薄膜トランジスタ15aの形状が完成する。また、このMo膜166、Al膜167及びMo膜168の積層膜160fが、コンタクト部123となるAl膜121f及びMo膜122fの積層膜の上に設けられ、コンタクト部123が作製される。
このようにして、本実施例に係る薄膜トランジスタ15aが形成される。
After that, as shown in FIG. 12B, the Mo film 166, the Al film 167, and the Mo film 168 to be the source electrode 161 and the drain electrode 162 are formed by sputtering with thicknesses of 10 nm, 300 nm, and 50 nm, respectively. Thus, a laminated film 160f was formed, and this laminated film 160f was processed into a predetermined pattern using a mixed acid to form a source electrode 161 and a drain electrode 162. Thereby, the shape of the thin film transistor 15a is completed. Further, the laminated film 160f of the Mo film 166, the Al film 167, and the Mo film 168 is provided on the laminated film of the Al film 121f and the Mo film 122f to be the contact part 123, and the contact part 123 is manufactured.
In this manner, the thin film transistor 15a according to the present embodiment is formed.

上記において、チャネル保護層150から露出し、パッシベーション膜181であるSiN層に覆われているIn−Ga−Zn−O酸化物からなる酸化物層140fは、パッシベーション膜181となるSiN膜の成膜の際の160℃以上の加熱により、酸素が離脱して低抵抗化する。そして、この部分は、SiN膜をエッチング除去しても低抵抗化しているため、ソース電極161及びドレイン電極162とチャネル部との間の直列抵抗を低く抑えることができる。なお、チャネル部は酸素を含有するSiO膜150fからなるチャネル保護層150によって保護され、この部分においては酸化物層140fから酸素が離脱することがなく、高抵抗を維持できる。 In the above, the oxide layer 140 f made of In—Ga—Zn—O oxide exposed from the channel protective layer 150 and covered with the SiN layer that is the passivation film 181 is formed as the SiN film that becomes the passivation film 181. By heating at 160 ° C. or higher at this time, oxygen is released and the resistance is lowered. Since this portion has a low resistance even after the SiN film is removed by etching, the series resistance between the source electrode 161 and the drain electrode 162 and the channel portion can be kept low. Note that the channel portion is protected by the channel protective layer 150 made of the SiO 2 film 150f containing oxygen, and in this portion, oxygen is not separated from the oxide layer 140f, and high resistance can be maintained.

(第2の実施の形態)
図13は、本発明の第2の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
なお、同図に例示されている薄膜トランジスタの部分は、図1(a)のA−A’線断面に相当する断面として例示されている。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a display device according to the second embodiment of the invention.
The portion of the thin film transistor illustrated in the figure is illustrated as a cross section corresponding to the cross section along line AA ′ of FIG.

図13に表したように、本発明の第2の実施形態に係る表示装置51は、第1の実施形態の第1の実施例に係る薄膜トランジスタ11aと、薄膜トランジスタ11aのドレイン電極162に接続された画素電極140dと、画素電極140dに与えられる電気信号によって、光学特性の変化と、発光と、の少なくともいずれかを生ずる光学素子300と、を備える。   As shown in FIG. 13, the display device 51 according to the second embodiment of the present invention is connected to the thin film transistor 11a according to the first example of the first embodiment and the drain electrode 162 of the thin film transistor 11a. A pixel electrode 140d and an optical element 300 that generates at least one of a change in optical characteristics and light emission by an electrical signal applied to the pixel electrode 140d are provided.

本具体例においては、薄膜トランジスタ11aが用いられているが、第1の実施形態に係る各種の具体例の薄膜トランジスタ11、11a、12、13、13a、14、15及び15aのいずれかを用いることができる。   In this specific example, the thin film transistor 11a is used. However, any one of various thin film transistors 11, 11a, 12, 13, 13a, 14, 15 and 15a according to the first embodiment is used. it can.

画素電極140dは、薄膜トランジスタ11の半導体層140となる酸化物よりなり、半導体層140よりも電気抵抗が低い。すなわち、画素電極140dは、半導体層140となる酸化物層140fで形成され、画素電極140dと半導体層140とは同層である。そして、画素電極140dの部分においては、半導体層140よりも低い抵抗値が要求される。このため、後述するように、半導体層140に用いられる酸化物層140fが、画素電極140dの部分においては低抵抗化される工夫が導入されている。   The pixel electrode 140 d is made of an oxide that becomes the semiconductor layer 140 of the thin film transistor 11, and has an electric resistance lower than that of the semiconductor layer 140. That is, the pixel electrode 140d is formed of the oxide layer 140f that becomes the semiconductor layer 140, and the pixel electrode 140d and the semiconductor layer 140 are the same layer. In the pixel electrode 140d portion, a resistance value lower than that of the semiconductor layer 140 is required. For this reason, as will be described later, a measure is introduced to reduce the resistance of the oxide layer 140f used for the semiconductor layer 140 in the pixel electrode 140d portion.

また、本具体例では、光学素子300としては、有機EL素子が用いられている。すなわち、画素電極140dの上に、正孔注入層となる厚さ25nmのCuフタロシアニン層191、正孔輸送層となる厚さ35nmのα−NPD(N-N'-Di(1-naphtyl)- N,N'-diphenylbenzidine)層192、発光層となる厚さ50nmのAlq3(tris-(8-hydroxyquinoline) aluminium)層193、厚さ0.6nmのLiF層194、カソードとなる厚さ150nmのAl層195が順に設けられており、有機EL層を形成されている。すなわち、本具体例では、光学素子300は、画素電極140dに与えられる電気信号によって、発光を生ずる。なお、光学素子300としては、画素電極140dに与えられる電気信号によって複屈折性や旋光性、散乱性、吸収性などの光学特性の変化を生じる液晶などを用いても良い。   In this specific example, an organic EL element is used as the optical element 300. That is, on the pixel electrode 140d, a Cu phthalocyanine layer 191 having a thickness of 25 nm serving as a hole injection layer, and an α-NPD (N—N′-Di (1-naphtyl) −) having a thickness of 35 nm serving as a hole transport layer. N, N'-diphenylbenzidine) layer 192, 50 nm thick Alq3 (tris- (8-hydroxyquinoline) aluminum) layer 193 to be the light emitting layer, 0.6 nm thick LiF layer 194, 150 nm thick Al to be the cathode A layer 195 is provided in order, and an organic EL layer is formed. That is, in this specific example, the optical element 300 emits light by an electrical signal applied to the pixel electrode 140d. As the optical element 300, a liquid crystal that changes optical characteristics such as birefringence, optical rotatory power, scattering, and absorption by an electric signal applied to the pixel electrode 140d may be used.

なお、図13に例示した構造をさらに、ガラス封止を行い信頼性の高い表示パネルとするが、ここでは省略する。   Note that the structure illustrated in FIG. 13 is further sealed with glass to provide a highly reliable display panel, but is omitted here.

本実施形態に係る表示装置51においては、本発明の第1の実施形態に係る薄膜トランジスタのいずれかを用いているので、薄膜トランジスタを形成した後のパッシベーション膜等の形成のための熱処理を行っても、熱処理による特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを用いた表示装置が提供できる。   In the display device 51 according to this embodiment, since any one of the thin film transistors according to the first embodiment of the present invention is used, heat treatment for forming a passivation film or the like after forming the thin film transistors is performed. In addition, a display device using a thin film transistor using an oxide semiconductor in which variation in characteristics due to heat treatment is suppressed can be provided.

さらに、半導体層140に用いられる酸化物層140fを用いて画素電極140dを形成できるので画素電極140dの形成のための工程が増えることがなく、生産性が高い。   Furthermore, since the pixel electrode 140d can be formed using the oxide layer 140f used for the semiconductor layer 140, the number of steps for forming the pixel electrode 140d is not increased, and the productivity is high.

すなわち、薄膜トランジスタ11のチャネルとなる半導体層140がチャネル保護層150に覆われており、この部分の酸化物層140fにおいては酸素が離脱し難い。これに対して、画素電極140dとなる酸化物層140fがチャネル保護層150から露出しているので、この部分においては熱処理によって酸素が離脱し易い。このことを利用して、薄膜トランジスタ11のチャネルとなる半導体層140と同じ材料の酸化物層140fを画素電極140dに用いながら、選択的に画素電極140dとなる酸化物層140fを低抵抗化することができる。
このように、画素電極140dに含まれる酸素濃度は、半導体層140に含まれる酸素濃度よりも低く、これにより、画素電極140dの電気抵抗を半導体層140よりも低くする。
That is, the semiconductor layer 140 serving as the channel of the thin film transistor 11 is covered with the channel protective layer 150, and oxygen is not easily released from this portion of the oxide layer 140f. On the other hand, since the oxide layer 140f to be the pixel electrode 140d is exposed from the channel protective layer 150, oxygen is easily released by heat treatment in this portion. By utilizing this fact, the oxide layer 140f that becomes the pixel electrode 140d is selectively made to have a low resistance while the oxide layer 140f made of the same material as the semiconductor layer 140 that becomes the channel of the thin film transistor 11 is used for the pixel electrode 140d. Can do.
As described above, the oxygen concentration contained in the pixel electrode 140 d is lower than the oxygen concentration contained in the semiconductor layer 140, thereby making the electric resistance of the pixel electrode 140 d lower than that of the semiconductor layer 140.

(第4の実施例)
以下、第4の実施例として、本実施形態に係る表示装置の製造方法について説明する。 図14は、本発明の第4の実施例に係る表示装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図15は、図14に続く工程順模式的断面図である。
これらの図においても、薄膜トランジスタの部分は、図1(a)のA−A’線断面に相当する断面として例示されている。
(Fourth embodiment)
Hereinafter, as a fourth example, a method for manufacturing a display device according to the present embodiment will be described. FIG. 14 is a schematic cross-sectional view in order of the processes, illustrating the method for manufacturing the display device according to the fourth example of the invention.
15 is a schematic cross-sectional view in order of the steps, following FIG.
Also in these drawings, the thin film transistor portion is illustrated as a cross section corresponding to the cross section taken along the line AA ′ of FIG.

図14(a)に表したように、まず、絶縁層110であるガラス基板110gの主面111の上に、Al膜121f及びMo膜122fをそれぞれ100nm及び30nmの厚さでスパッタリングにより成膜し、所定のパターンに加工して、ゲート電極120を形成した。なお、パターニングにはフォトリソグラフィを用い、エッチングには燐酸・酢酸・硝酸・水からなる混酸を用いた。この時、薄膜トランジスタのゲート電極120のコンタクト部123も同時に形成した。コンタクト部123も、Al膜121f及びMo膜122fの積層膜からなる。   As shown in FIG. 14A, first, an Al film 121f and a Mo film 122f are formed by sputtering on the main surface 111 of the glass substrate 110g, which is the insulating layer 110, with thicknesses of 100 nm and 30 nm, respectively. The gate electrode 120 was formed by processing into a predetermined pattern. Photolithography was used for patterning, and mixed acid composed of phosphoric acid, acetic acid, nitric acid, and water was used for etching. At this time, the contact portion 123 of the gate electrode 120 of the thin film transistor was also formed at the same time. The contact portion 123 is also composed of a laminated film of an Al film 121f and a Mo film 122f.

次に、図14(b)に表したように、ゲート絶縁膜130としてSiO膜130fを、TEOSを原料としたPE−CVD法によって、厚さ200nmで堆積した。この時、成膜温度は350℃とした。 Next, as shown in FIG. 14B, a SiO 2 film 130f as a gate insulating film 130 was deposited with a thickness of 200 nm by PE-CVD using TEOS as a raw material. At this time, the film forming temperature was 350 ° C.

さらに、SiO膜130fの上に、半導体層140及び画素電極140dとなる酸化物層140fとして、In−Ga−Zn−O酸化物膜をリアクティブDCスパッタリング法により厚さ30nmで成膜した。このとき、酸素の割合はアルゴンに対して5%とした。そして、酸化物層140fを、2%のシュウ酸を用いて、ゲート電極120を横切る所定のチャネルパターンと画素電極140dとが繋がる形状に加工して、半導体層140及び画素電極140dの形状を作製した。 Further, an In—Ga—Zn—O oxide film with a thickness of 30 nm was formed as a semiconductor layer 140 and an oxide layer 140f to be the pixel electrode 140d on the SiO 2 film 130f by a reactive DC sputtering method. At this time, the ratio of oxygen was 5% with respect to argon. Then, the oxide layer 140f is processed into a shape in which a predetermined channel pattern crossing the gate electrode 120 and the pixel electrode 140d are connected using 2% oxalic acid, and the shapes of the semiconductor layer 140 and the pixel electrode 140d are manufactured. did.

さらに、図14(c)に表したように、チャネル保護層150となるSiO膜150fを、厚さ200nmで、TEOSを用いたPE−CVD法によって堆積した。この時、成膜ガスはOとTEOSとの混合ガスとし、成膜温度は350℃とした。この後、空気雰囲気において350℃で1時間のアニールを施し、SiO膜150fの形成の際のPE−CVDプロセスによる酸化物層140fのダメージを取り除いた。 Further, as shown in FIG. 14C, a SiO 2 film 150f to be the channel protective layer 150 was deposited with a thickness of 200 nm by a PE-CVD method using TEOS. At this time, the film forming gas was a mixed gas of O 2 and TEOS, and the film forming temperature was 350 ° C. Thereafter, annealing was performed in an air atmosphere at 350 ° C. for 1 hour to remove damage to the oxide layer 140f due to the PE-CVD process when the SiO 2 film 150f was formed.

この後に、SiO膜150fを、後にソースコンタクト領域141及びドレインコンタクト領域142となる領域を除いて、半導体層140の側面140s及び上面140uを覆う所定のパターンに加工してチャネル保護層150を形成した。この時、画素電極140dの上のSiO膜150fはエッチングして除去し、チャネル保護層150から画素電極140dとなる酸化物層140fを露出させた。
なお、この時、SiO膜150fのエッチングは、CFを用いたRIEにより行い、SiO膜150fに引き続いて、チャネル保護層150の形状加工のためのレジストと半導体層140とをマスクにして、ゲート絶縁膜130となるSiO膜130fを、ゲート電極120のコンタクト部123となるAl膜121f及びMo膜122fを露出するまでエッチングした。
Thereafter, the channel protection layer 150 is formed by processing the SiO 2 film 150f into a predetermined pattern covering the side surface 140s and the upper surface 140u of the semiconductor layer 140 except for the regions that will later become the source contact region 141 and the drain contact region 142. did. At this time, the SiO 2 film 150f on the pixel electrode 140d was removed by etching, and the oxide layer 140f to be the pixel electrode 140d was exposed from the channel protective layer 150.
Incidentally, at this time, etching of the SiO 2 film 150f is carried out by RIE using CF 4, subsequent to the SiO 2 film 150f, and the resist and the semiconductor layer 140 for shaping the channel protective layer 150 as a mask Then, the SiO 2 film 130f to be the gate insulating film 130 was etched until the Al film 121f and the Mo film 122f to be the contact part 123 of the gate electrode 120 were exposed.

その後、図15(a)に表したように、ソース電極161及びドレイン電極162となるMo膜166、Al膜167及びMo膜168を、それぞれ10nm、300nm及び50nmの厚さでスパッタリング法により成膜して積層膜160fを形成した後、積層膜160fを混酸を用いて所定のパターンに加工し、ソース電極161及びドレイン電極162を形成した。これにより、薄膜トランジスタ11a及びコンタクト部123が完成する。   Thereafter, as shown in FIG. 15A, the Mo film 166, the Al film 167, and the Mo film 168 to be the source electrode 161 and the drain electrode 162 are formed by sputtering at a thickness of 10 nm, 300 nm, and 50 nm, respectively. After forming the laminated film 160f, the laminated film 160f was processed into a predetermined pattern using a mixed acid to form the source electrode 161 and the drain electrode 162. Thereby, the thin film transistor 11a and the contact portion 123 are completed.

この後、図15(b)に表したように、PE−CVD法により、パッシベーション膜181となるSiN膜を厚さ100nmで堆積させた。なお、SiN膜の成膜温度を230℃程度とすることで、パッシベーション膜181において十分なバリア特性を得ることができる。
さらに、感光性透明樹脂を用いて、画素電極140d及びコンタクト部123を除く所定の形状のバンク182を形成した。なお、感光性透明樹脂としては、感光性アクリルや感光性ポリイミドを用いることができ、焼成温度は例えば230℃で行う。バンク182を形成した後、バンク182をマスクにしてパッシベーション膜181であるSiN膜をエッチングして除去した。
Thereafter, as shown in FIG. 15B, a SiN film to be a passivation film 181 was deposited with a thickness of 100 nm by PE-CVD. In addition, by setting the deposition temperature of the SiN film to about 230 ° C., sufficient barrier characteristics can be obtained in the passivation film 181.
Further, a bank 182 having a predetermined shape excluding the pixel electrode 140d and the contact portion 123 was formed using a photosensitive transparent resin. As the photosensitive transparent resin, photosensitive acrylic or photosensitive polyimide can be used, and the baking temperature is 230 ° C., for example. After the bank 182 was formed, the SiN film as the passivation film 181 was removed by etching using the bank 182 as a mask.

この後、バンク182どうしの間に有機ELの発光部を形成した。すなわち、正孔注入層となるCuフタロシアニン層191を厚さ25nmで、正孔輸送層となるα−NPD層192を厚さ35nmで、発光層となるAlq3層193を厚さ50nmで、LiF層194を厚さ0.6nmで、カソード層となるAl層を厚さ150nmで、蒸着装置によって成膜した。
このようにして、図13に例示した表示装置51が作製される。
Thereafter, an organic EL light emitting portion was formed between the banks 182. That is, the Cu phthalocyanine layer 191 serving as the hole injection layer is 25 nm thick, the α-NPD layer 192 serving as the hole transport layer is 35 nm thick, the Alq3 layer 193 serving as the light emitting layer is 50 nm thick, and the LiF layer 194 having a thickness of 0.6 nm and an Al layer serving as a cathode layer having a thickness of 150 nm were formed by a vapor deposition apparatus.
In this way, the display device 51 illustrated in FIG. 13 is manufactured.

ここで、画素電極140dとなる部分の酸化物層140fの上には、SiN膜が230℃の成膜温度で形成され、これにより、画素電極140dとなる部分の酸化物層140fにおいては酸素の離脱が起こり、低抵抗化する。一方、ゲート電極120の上の半導体層140となる酸化物層140fは、酸素を含有するSiO膜150fからなるチャネル保護層150で覆われているので、SiN膜の成膜温度である230℃の加熱によっても低抵抗化されない。また、この後のバンク182の形成における加熱処理においても同様に、画素電極140dの部分の酸化物層140fにおいてはさらに酸素の離脱が起こり、さらに低抵抗化され、一方、ゲート電極120の上の半導体層140となる酸化物層140fにおいては、高抵抗が維持される。 Here, an SiN film is formed at a deposition temperature of 230 ° C. on a portion of the oxide layer 140f that becomes the pixel electrode 140d, and thereby, in the oxide layer 140f that becomes the pixel electrode 140d, oxygen Separation occurs and resistance decreases. On the other hand, the oxide layer 140f to be the semiconductor layer 140 on the gate electrode 120 is covered with the channel protective layer 150 made of the SiO 2 film 150f containing oxygen, so that the film forming temperature of the SiN film is 230 ° C. The resistance is not reduced even by heating. Similarly, in the subsequent heat treatment for forming the bank 182, oxygen is further released from the oxide layer 140 f in the pixel electrode 140 d, and the resistance is further reduced. High resistance is maintained in the oxide layer 140f to be the semiconductor layer 140.

このように、本実施形態に係る表示装置51及びその製造方法においては、薄膜トランジスタ11aのチャネルとなる半導体層140と同じ材料(酸化物層140f)を画素電極140dに用いながら、チャネル部の半導体層140となる酸化物層140fを、酸化物を含むチャネル保護層150で覆いつつ、画素電極140dとなる酸化物層140fをチャネル保護層150から露出させ、例えばSiN膜で覆うことで、選択的に画素電極140dとなる酸化物層140fを低抵抗化する。   As described above, in the display device 51 and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the same material (oxide layer 140f) as the semiconductor layer 140 that becomes the channel of the thin film transistor 11a is used for the pixel electrode 140d, and the semiconductor layer of the channel portion is used. The oxide layer 140f to be 140 is covered with the channel protective layer 150 containing oxide, and the oxide layer 140f to be the pixel electrode 140d is exposed from the channel protective layer 150 and covered with, for example, a SiN film, thereby selectively. The resistance of the oxide layer 140f to be the pixel electrode 140d is reduced.

このように、本実施形態に係る表示装置51及びその製造方法によれば、画素電極140dの形成のための別の膜の形成のための工程を省略でき、熱処理による特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた表示装置及びその製造方法が提供できる。   As described above, according to the display device 51 and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the step of forming another film for forming the pixel electrode 140d can be omitted, and the oxide in which the characteristic variation due to the heat treatment is suppressed is suppressed. A display device using a semiconductor and a manufacturing method thereof can be provided.

(第5の実施例)
本発明の第5の実施例に係る表示装置52(図示せず)は、半導体層140となる酸化物層140fの膜構造を制御することで、半導体層140と画素電極140dとで抵抗を異ならせるものである。
(Fifth embodiment)
In the display device 52 (not shown) according to the fifth embodiment of the present invention, the resistance of the semiconductor layer 140 and the pixel electrode 140d are different by controlling the film structure of the oxide layer 140f to be the semiconductor layer 140. It is something to make.

すなわち、発明者の実験によると、酸化物半導体層における電気抵抗は、酸化物半導体層に含有される酸素濃度の他に、酸化物半導体層の膜構造に依存することが分かった。例えば、酸化物半導体層を成膜する時の下地層の表面の平滑性によって、酸化物半導体層の膜構造が変化する。   That is, according to the experiment by the inventors, it was found that the electrical resistance in the oxide semiconductor layer depends on the film structure of the oxide semiconductor layer in addition to the oxygen concentration contained in the oxide semiconductor layer. For example, the film structure of the oxide semiconductor layer changes depending on the smoothness of the surface of the base layer when the oxide semiconductor layer is formed.

例えば、半導体層140の下地となるゲート絶縁膜130の表面が粗い面の場合は、その上に成膜される酸化物からなる半導体層140は柱状構造(コラムナー構造)となる。この時、半導体層140の断面をSEM(Scanning Electron Microscope:走査電子顕微鏡)やTEM(Transmission Electron Microscope:透過電子顕微鏡)により観察すると、結晶的にはアモルファス状態であるが、大きさが10〜30nm程度の柱状の粒が観察される。   For example, when the surface of the gate insulating film 130 serving as a base of the semiconductor layer 140 is a rough surface, the semiconductor layer 140 made of an oxide film formed thereon has a columnar structure (columner structure). At this time, when the cross section of the semiconductor layer 140 is observed with an SEM (Scanning Electron Microscope) or a TEM (Transmission Electron Microscope), the crystal is in an amorphous state, but the size is 10 to 30 nm. About a columnar grain is observed.

一方、下地であるゲート絶縁膜130の表面が平滑な場合は、半導体層140は柱状構造ではなく、均一な膜構造となり上記の観察手法では特異的な粒は観察されない。   On the other hand, when the surface of the underlying gate insulating film 130 is smooth, the semiconductor layer 140 does not have a columnar structure, but has a uniform film structure, and specific grains are not observed by the above observation method.

成膜条件にもよるが、例えば、下地であるゲート絶縁膜130の表面粗さが例えば10〜5nmの時は、半導体層140は柱状構造となることが分かった。そして、ゲート絶縁膜130の表面粗さが例えば1〜0.1nmのように平滑な時は、半導体層140は均一な膜構造となることが分かった。そして、柱状構造の時の粒径は、例えば10〜30nmである。   Although it depends on the film formation conditions, for example, it was found that the semiconductor layer 140 has a columnar structure when the surface roughness of the underlying gate insulating film 130 is, for example, 10 to 5 nm. Then, it was found that when the surface roughness of the gate insulating film 130 is as smooth as 1 to 0.1 nm, for example, the semiconductor layer 140 has a uniform film structure. And the particle size at the time of columnar structure is 10-30 nm, for example.

そして、粒径が大きい柱状構造における電気抵抗は、均一な膜構造の電気抵抗よりも、相対的に低い。すなわち、半導体層140の下地のモフォロジー(形態)によって半導体層140の抵抗率が変化する。そして、半導体層140の膜構造が柱状構造になり粒径が大きくなると、抵抗率が相対的に低くなる。   The electric resistance in the columnar structure having a large particle size is relatively lower than the electric resistance of the uniform film structure. That is, the resistivity of the semiconductor layer 140 varies depending on the underlying morphology (form) of the semiconductor layer 140. Then, when the film structure of the semiconductor layer 140 becomes a columnar structure and the particle size increases, the resistivity becomes relatively low.

例えば、柱状構造の場合の抵抗値が0.1〜10Ωcmであるのに対し、均一な膜構造の場合、抵抗値は1×10Ωcm以上にすることができる。 For example, the resistance value in a columnar structure is 0.1 to 10 Ωcm, whereas in the case of a uniform film structure, the resistance value can be 1 × 10 8 Ωcm or more.

この実験結果を応用して、本実施形態に係る表示装置52においては半導体層140の粒径を制御して電気抵抗の分布を制御する。   By applying this experimental result, in the display device 52 according to this embodiment, the particle size of the semiconductor layer 140 is controlled to control the distribution of electrical resistance.

図16は、本発明の第5の実施例に係る表示装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
同図においても、薄膜トランジスタの部分は、図1(a)のA−A’線断面に相当する断面として例示されている。
図16(a)に表したように、まず、絶縁層110であるガラス基板110gの主面111の上に、Al膜121f及びMo膜122fをそれぞれ100nm及び30nmの厚さでスパッタリングにより成膜し、所定のパターンに加工して、ゲート電極120を形成した。なお、パターニングにはフォトリソグラフィを用い、エッチングには燐酸・酢酸・硝酸・水からなる混酸を用いた。この時、薄膜トランジスタのゲート電極120のコンタクト部123も同時に形成した。コンタクト部123も、Al膜121f及びMo膜122fの積層膜からなる。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view in order of the processes, illustrating the method for manufacturing the display device according to the fifth example of the invention.
Also in this figure, the thin film transistor portion is illustrated as a cross section corresponding to the cross section along line AA ′ of FIG.
As shown in FIG. 16A, first, an Al film 121f and a Mo film 122f are formed on the main surface 111 of the glass substrate 110g, which is the insulating layer 110, by sputtering to a thickness of 100 nm and 30 nm, respectively. The gate electrode 120 was formed by processing into a predetermined pattern. Photolithography was used for patterning, and mixed acid composed of phosphoric acid, acetic acid, nitric acid, and water was used for etching. At this time, the contact portion 123 of the gate electrode 120 of the thin film transistor was also formed at the same time. The contact portion 123 is also composed of a laminated film of an Al film 121f and a Mo film 122f.

次に、図16(b)に表したように、ゲート絶縁膜130としてSiO膜130fを、シラン及びTEOSを原料としたPE−CVD法で、厚さ200nmで堆積した。この時、成膜温度は350℃である。 Next, as shown in FIG. 16B, a SiO 2 film 130f as a gate insulating film 130 was deposited with a thickness of 200 nm by PE-CVD using silane and TEOS as raw materials. At this time, the film forming temperature is 350 ° C.

この後、薄膜トランジスタのチャネルとなる部分のみが開口したレジスト130rを形成し、チャネル部分に対応するSiO膜130fを、Ar及びCFの混合ガスでRIE処理した。 Thereafter, a resist 130r having an opening only in a channel portion of the thin film transistor was formed, and the SiO 2 film 130f corresponding to the channel portion was subjected to RIE treatment with a mixed gas of Ar and CF 4 .

これにより、図16(c)に表したように、レジスト130rから露出した部分に平滑化面130gが形成される。すなわち、レジスト130rから露出したSiO膜130fの領域においてはRIE処理が施され、RIE処理が施されないSiO膜130f(すなわち、PE−CVDで成膜されたままのSiO膜130f)の表面モフォロジーに比べ、平滑化され、この領域が平滑化面130gとなる。なお、このRIE処理によって、10nm程度以上の深さでSiO膜130fを削ることで、SiO膜130fの表面は十分平滑化される。
なお、SiO膜130fの平滑化面130gの表面粗さは、例えば1〜0.1nm程度であり、平滑化の表面処理が行われない部分のSiO膜130fの表面粗さは例えば10〜5nmである。
As a result, as shown in FIG. 16C, the smoothed surface 130g is formed in the portion exposed from the resist 130r. That, RIE process in the region of the SiO 2 film 130f exposed from the resist 130r is applied, the surface of the SiO 2 film 130f which RIE processing is not performed (i.e., SiO 2 film 130f that remains deposited in a PE-CVD) Compared to the morphology, the surface is smoothed, and this region becomes the smoothed surface 130g. By this RIE process, the surface of the SiO 2 film 130f is sufficiently smoothed by cutting the SiO 2 film 130f to a depth of about 10 nm or more.
The surface roughness of the smoothed surface 130g of the SiO 2 film 130f is, for example, about 1 to 0.1 nm, and the surface roughness of the portion of the SiO 2 film 130f that is not subjected to the smoothing surface treatment is, for example, 10 to 10. 5 nm.

さらに、図16(d)に表したように、この平滑化面130gを有するSiO膜130fの上に、半導体層140及び画素電極140dとなる酸化物層140fとして、In−Ga−Zn−O酸化物膜をリアクティブDCスパッタリング法により厚さ30nmで成膜した。このとき、酸素の割合はアルゴンに対して5%とした。 Further, as illustrated in FIG. 16D, an In—Ga—Zn—O film is formed as an oxide layer 140f to be the semiconductor layer 140 and the pixel electrode 140d on the SiO 2 film 130f having the smoothed surface 130g. An oxide film was formed to a thickness of 30 nm by a reactive DC sputtering method. At this time, the ratio of oxygen was 5% with respect to argon.

この酸化物層140fの膜構造を調べたところ、平滑化面130g以外の上の領域140nの酸化物層140fは、粒径が10nm〜30nm程度の柱状構造となっていた。これに対し、平滑化面130gの上の領域140mの酸化物層140fは、柱状構造ではなく、膜構造が目立たない均一な構造であった。   When the film structure of the oxide layer 140f was examined, the oxide layer 140f in the upper region 140n other than the smoothing surface 130g had a columnar structure with a particle size of about 10 nm to 30 nm. On the other hand, the oxide layer 140f in the region 140m on the smoothed surface 130g was not a columnar structure, but a uniform structure with an inconspicuous film structure.

このように、下地となるゲート絶縁膜130の表面の平滑性を制御することで、その上に成膜される酸化物層140fの膜構造を選択的に変化させ、これにより、酸化物層140fに高抵抗領域と低抵抗領域とを選択的に形成することができる。
例えば、下地が粗い時の柱状構造の場合の抵抗値が0.1〜10Ωcmであるのに対し、下地が平滑な時の均一な構造の場合、抵抗値を1×10Ωcmにすることができる。
In this way, by controlling the smoothness of the surface of the gate insulating film 130 serving as a base, the film structure of the oxide layer 140f formed thereon is selectively changed, whereby the oxide layer 140f In addition, a high resistance region and a low resistance region can be selectively formed.
For example, the resistance value in the case of a columnar structure when the base is rough is 0.1 to 10 Ωcm, whereas the resistance value is 1 × 10 8 Ωcm in the case of a uniform structure when the base is smooth. it can.

そして、その後、酸化物層140fを、2%のシュウ酸を用いて、ゲート電極120を横切る所定のチャネルパターンと画素電極140dとが繋がる形状に加工して、半導体層140及び画素電極140dの形状を作製した。これにより、平滑化面130gに対応する酸化物層140fで高抵抗の半導体層140が形成され、平滑化面130g以外に対応する酸化物層140fで低抵抗の画素電極140dが形成される。なお、薄膜トランジスタのソース電極161及びドレイン電極162のいずれかと、画素電極140dと、の間を酸化物層140fで電気的に接続する場合は、その接続する部分の下地となるゲート絶縁膜130(SiO膜130f)を平滑化されない領域とし、低抵抗の部分にさせる。 After that, the oxide layer 140f is processed into a shape in which a predetermined channel pattern crossing the gate electrode 120 and the pixel electrode 140d are connected using 2% oxalic acid, and the shapes of the semiconductor layer 140 and the pixel electrode 140d are formed. Was made. Thereby, the high-resistance semiconductor layer 140 is formed by the oxide layer 140f corresponding to the smoothing surface 130g, and the low-resistance pixel electrode 140d is formed by the oxide layer 140f corresponding to other than the smoothing surface 130g. Note that in the case where any one of the source electrode 161 and the drain electrode 162 of the thin film transistor and the pixel electrode 140d are electrically connected by the oxide layer 140f, the gate insulating film 130 (SiO2) serving as a base of the connection portion The second film 130f) is set as a non-smoothed region and a low resistance portion.

この後、例えば、図14(c)〜図15(b)に関して説明した工程を経て、本実施例に係る表示装置52が作製できるが、説明を省略する。   Thereafter, for example, the display device 52 according to the present embodiment can be manufactured through the steps described with reference to FIGS. 14C to 15B, but the description thereof is omitted.

このように、本実施例に係る表示装置52及びその製造方法においては、画素電極140dは、半導体層140に用いられる酸化物より形成され、半導体層よりも電気抵抗が低い。すなわち、画素電極140dには、チャネルとなる半導体層140と同じ材料、すなわち、同じ酸化物層140fが用いられる。ただし、膜構造が異なる。   Thus, in the display device 52 and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the pixel electrode 140d is formed of an oxide used for the semiconductor layer 140 and has a lower electrical resistance than the semiconductor layer. That is, the same material as the semiconductor layer 140 to be a channel, that is, the same oxide layer 140f is used for the pixel electrode 140d. However, the film structure is different.

すなわち、画素電極140dにおける酸化物層140fは柱状構造を有することができる。例えば、柱状構造の粒径は10〜30nmである。一方、チャネルとなる酸化物層140fは、均一な膜構造とすることができ、この場合は、粒は観察されない。これにより、チャネルに対応する半導体層140よりも画素電極140dを相対的に低抵抗化できる。   That is, the oxide layer 140f in the pixel electrode 140d can have a columnar structure. For example, the particle size of the columnar structure is 10 to 30 nm. On the other hand, the oxide layer 140f serving as a channel can have a uniform film structure, and in this case, no grains are observed. Thereby, the resistance of the pixel electrode 140d can be made relatively lower than that of the semiconductor layer 140 corresponding to the channel.

その際、上記のように、下地であるゲート絶縁膜130の表面の平滑性を選択的に制御することで、画素電極140dとなる部分の酸化物層140fを選択的に柱状構造にし、チャネルとなる酸化物層140fを均一な膜構造とすることができる。   At that time, as described above, by selectively controlling the smoothness of the surface of the gate insulating film 130 which is a base, the oxide layer 140f in the portion to be the pixel electrode 140d is selectively formed into a columnar structure, and the channel and The resulting oxide layer 140f can have a uniform film structure.

すなわち、表示装置52は、画素電極140dの下に設けられ、ゲート絶縁膜130と同じ材料で形成された膜をさらに備える。この膜は、上記では、ゲート絶縁膜130として説明している。
そして、ゲート電極120の上のゲート絶縁膜130の半導体層140の側の表面は、画素電極140dの下に設けられた前記膜(ゲート絶縁膜130)の画素電極140dの側の表面よりも平滑性が高い。
That is, the display device 52 further includes a film that is provided below the pixel electrode 140 d and is formed of the same material as the gate insulating film 130. In the above description, this film is described as the gate insulating film 130.
The surface of the gate insulating film 130 on the gate electrode 120 on the semiconductor layer 140 side is smoother than the surface on the pixel electrode 140d side of the film (gate insulating film 130) provided under the pixel electrode 140d. High nature.

例えば、ゲート電極120の上のゲート絶縁膜130の半導体層140の側の表面の凹凸は、0.1〜1nmとすることができる。これにより、その上の酸化物層140fは均一な膜構造となり、高抵抗となる。   For example, the unevenness of the surface of the gate insulating film 130 on the gate electrode 120 on the semiconductor layer 140 side can be 0.1 to 1 nm. As a result, the oxide layer 140f thereon has a uniform film structure and a high resistance.

そして、例えば、画素電極140dの下のゲート絶縁膜130(ゲート絶縁膜130と同じ材料で形成された上記の膜)の画素電極140dの側の表面の凹凸は、5〜10nmとすることができる。これにより、その上の酸化物層140fは柱状構造となり、低抵抗となる。   For example, the unevenness of the surface on the pixel electrode 140d side of the gate insulating film 130 (the film formed of the same material as the gate insulating film 130) under the pixel electrode 140d can be set to 5 to 10 nm. . As a result, the oxide layer 140f thereon has a columnar structure and a low resistance.

なお、上記では、平滑化面130gをRIEにより形成したが、その形成方法は任意である。また、逆に画素電極140dの部分を露出させ、その表面の粗さを粗くする表面処理を行っても良い。   In the above, the smoothing surface 130g is formed by RIE, but the formation method is arbitrary. Conversely, a surface treatment may be performed in which the portion of the pixel electrode 140d is exposed to roughen the surface.

すなわち、本実施形態に係る表示装置の製造方法において、酸化物層140fの形成の前に、ゲート絶縁膜130の表面の平滑性を選択的に変化させる表面処理をさらに行うことができる。そして、その表面処理は、画素電極140dの形成される領域のゲート絶縁膜130の表面がそれ以外の部分よりも相対的に粗くなる表面処理とすることができる。すなわち、表面処理を施す表面は、チャネルとなる半導体層140に対応する部分でも良く、また、画素電極140dに対応する部分でも良く、どちらでも良い。   That is, in the method for manufacturing the display device according to this embodiment, a surface treatment for selectively changing the smoothness of the surface of the gate insulating film 130 can be further performed before the formation of the oxide layer 140f. The surface treatment can be a surface treatment in which the surface of the gate insulating film 130 in the region where the pixel electrode 140d is formed becomes relatively rougher than other portions. That is, the surface to be subjected to the surface treatment may be a portion corresponding to the semiconductor layer 140 to be a channel, or a portion corresponding to the pixel electrode 140d.

本実施形態に係る表示装置51及び52は、薄膜トランジスタと画素電極とをマトリクス状に配置したマトリクス型の表示装置とすることができる。
図17は、本発明の第2の実施形態に係る別の表示装置の等価回路を例示する回路図である。
すなわち、同図(a)及び(b)は、有機ELを用いたアクティブマトリクス型の2種類の表示装置の等価回路を例示している。
The display devices 51 and 52 according to this embodiment can be a matrix type display device in which thin film transistors and pixel electrodes are arranged in a matrix.
FIG. 17 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of another display device according to the second embodiment of the invention.
That is, FIGS. 5A and 5B illustrate an equivalent circuit of two types of display devices of an active matrix type using an organic EL.

図17(a)に表したように、本実施形態に係る有機ELを用いたアクティブマトリクス型の表示装置60は、画素選択用の第1トランジスタTr1と、電源線320に接続され、有機EL層302(光学素子300)を駆動する画素駆動用のトランジスタDTrを備えている。第1トランジスタTr1のゲートは走査線210に接続され、ソースが信号線220に接続されている。これら第1トランジスタTr1と画素駆動用のトランジスタDTrに、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタのいずれかを使用できる。   As shown in FIG. 17A, the active matrix display device 60 using the organic EL according to the present embodiment is connected to the first transistor Tr1 for pixel selection and the power supply line 320, and the organic EL layer A pixel driving transistor DTr for driving 302 (optical element 300) is provided. The gate of the first transistor Tr1 is connected to the scanning line 210, and the source is connected to the signal line 220. Any of the thin film transistors according to the embodiment of the present invention can be used for the first transistor Tr1 and the pixel driving transistor DTr.

また、図17(b)に表したように、本実施形態に係る別の有機ELを用いたアクティブマトリクス型の表示装置61は、画素選択用の第1〜第4トランジスタTr1〜Tr4と、画素駆動用のトランジスタDTrを備えている。第2トランジスタTr2のゲートは、n番目の走査線210に接続され、第1トランジスタTr1及び第4トランジスタTr4のゲートは、(n−1)番目の走査線210n−1に接続されている。そして、第2トランジスタTr2のソースは信号線220に接続されている。これら第1〜第4トランジスタTr1〜Tr4及び画素駆動用のトランジスタDTrに、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタのいずれかを使用できる。 In addition, as illustrated in FIG. 17B, the active matrix display device 61 using another organic EL according to the present embodiment includes the first to fourth transistors Tr <b> 1 to Tr <b> 4 for pixel selection, A driving transistor DTr is provided. The gate of the second transistor Tr2 is connected to the nth scanning line 210n, and the gates of the first transistor Tr1 and the fourth transistor Tr4 are connected to the (n-1) th scanning line 210n -1 . . The source of the second transistor Tr2 is connected to the signal line 220. Any of the thin film transistors according to the embodiment of the present invention can be used for the first to fourth transistors Tr1 to Tr4 and the pixel driving transistor DTr.

これらの有機ELを用いたアクティブマトリクス型の表示装置60及び61は、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタのいずれかを用いているので、熱処理による特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタにより、高性能で製造し易い表示装置が得られる。   Since the active matrix display devices 60 and 61 using these organic ELs use any of the thin film transistors according to the embodiment of the present invention, the active matrix display devices 60 and 61 include thin film transistors using an oxide semiconductor that suppresses characteristic variation due to heat treatment. A high-performance and easy-to-manufacture display device can be obtained.

図18は、本発明の第2の実施形態に係る別の表示装置の等価回路を例示する回路図である。
図18に表したように、本発明の第2の実施形態に係るアクティブマトリクス型の表示装置62の1つの要素においては、光学素子300となる液晶層301は、画素電極140dと対向電極310とに挟まれた電気的負荷であり、それが、補助容量電極240で形成される補助容量Csと並列に接続される。なお、補助容量電極240は、補助容量線230に接続される。そして、画素電極140dは、薄膜トランジスタ21を介して信号線220と接続されている。薄膜トランジスタ21のゲート電極120は走査線210に接続されている。走査線210によって薄膜トランジスタ21のゲート電極120を、順次オン・オフし、所望の電荷を液晶層301に書き込み、表示装置62は表示を行う。
FIG. 18 is a circuit diagram illustrating an equivalent circuit of another display device according to the second embodiment of the invention.
As shown in FIG. 18, in one element of the active matrix display device 62 according to the second embodiment of the present invention, the liquid crystal layer 301 serving as the optical element 300 includes the pixel electrode 140 d, the counter electrode 310, and the like. And is connected in parallel with the auxiliary capacitance Cs formed by the auxiliary capacitance electrode 240. The auxiliary capacitance electrode 240 is connected to the auxiliary capacitance line 230. The pixel electrode 140d is connected to the signal line 220 via the thin film transistor 21. The gate electrode 120 of the thin film transistor 21 is connected to the scanning line 210. The gate electrode 120 of the thin film transistor 21 is sequentially turned on / off by the scanning line 210, and a desired charge is written into the liquid crystal layer 301. The display device 62 performs display.

液晶を用いたアクティブマトリクス型の表示装置62は、本発明の実施形態に係る薄膜トランジスタのいずれかを用いているので、熱処理による特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタにより、高性能で製造し易い表示装置が得られる。   Since the active matrix type display device 62 using liquid crystal uses any of the thin film transistors according to the embodiment of the present invention, it is manufactured with high performance by using a thin film transistor using an oxide semiconductor in which characteristic variation due to heat treatment is suppressed. An easy-to-use display device is obtained.

このように、本実施形態に係る表示装置60、61及び62は、マトリクス状に配置された本発明の実施形態に係るいずれかの複数の薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタのそれぞれのゲート電極に接続された走査線と、前記薄膜トランジスタのそれぞれのソース電極及びそれぞれのドレイン電極のいずれか一方に接続された信号線220と、前記薄膜トランジスタのそれぞれのソース電極及びそれぞれのドレイン電極のいずれか他方に接続された画素電極140dと、前記画素電極に与えられる電気信号によって発光を生ずる光学素子300と、を備える。   As described above, the display devices 60, 61, and 62 according to the present embodiment are connected to any of the plurality of thin film transistors according to the embodiment of the present invention arranged in a matrix and the respective gate electrodes of the thin film transistors. A scanning line, a signal line 220 connected to one of the source electrode and the drain electrode of the thin film transistor, and a pixel connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the thin film transistor 140 d of electrodes, and the optical element 300 which light-emits by the electrical signal given to the said pixel electrode are provided.

この時、上記の画素電極140dは、前記薄膜トランジスタの半導体層140となる酸化物層140fより形成され、半導体層140よりも電気抵抗が低いものとすることができる。   At this time, the pixel electrode 140d may be formed of the oxide layer 140f serving as the semiconductor layer 140 of the thin film transistor and have a lower electrical resistance than the semiconductor layer 140.

ただし、本発明はこれには限定されず、用いる薄膜トランジスタが本発明の実施形態に係るいずれかの薄膜トランジスタである限り、画素電極140dの構成は任意である。ただし、既に説明したように、画素電極140dとして、前記薄膜トランジスタの半導体層140となる酸化物層140fより形成され、半導体層140よりも電気抵抗が低いものとすることで、画素電極140dとして別の導電膜を形成する工程が省略でき有利である。   However, the present invention is not limited to this, and the configuration of the pixel electrode 140d is arbitrary as long as the thin film transistor to be used is any one of the thin film transistors according to the embodiment of the present invention. However, as already described, the pixel electrode 140d is formed of the oxide layer 140f that is to be the semiconductor layer 140 of the thin film transistor and has a lower electrical resistance than the semiconductor layer 140. This is advantageous because the step of forming the conductive film can be omitted.

(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施形態は、薄膜トランジスタの製造方法である。
すなわち、基板110gと、基板110gの上に設けられたゲート電極120と、ゲート電極120の上にゲート絶縁膜130を介して設けられ、酸化物より形成された半導体層140と、半導体層140の上において、ゲート電極120を挟むように離間して設けられたソース電極161及びドレイン電極162と、ソース電極161及びドレイン電極162と、半導体層140と、の間に設けられたチャネル保護層150と、を有する薄膜トランジスタの製造方法である。以下、その製造方法の特徴の部分について説明する。
(Third embodiment)
The third embodiment of the present invention is a method for manufacturing a thin film transistor.
That is, the substrate 110g, the gate electrode 120 provided on the substrate 110g, the semiconductor layer 140 provided on the gate electrode 120 through the gate insulating film 130 and formed of an oxide, and the semiconductor layer 140 The channel protection layer 150 provided between the source electrode 161 and the drain electrode 162 provided apart from each other with the gate electrode 120 interposed therebetween, the source electrode 161 and the drain electrode 162, and the semiconductor layer 140. , A method for manufacturing a thin film transistor. Hereinafter, the characteristic part of the manufacturing method will be described.

図19は、本発明の第3の実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を例示するフローチャート図である。
図19に表したように、本実施形態に係る薄膜トランジスタの製造方法においては、まず、基板110gの上にゲート電極120を形成する(ステップS110)。
そして、ゲート電極120の上にゲート絶縁膜130を形成する(ステップS120)。
そして、ゲート絶縁膜130の上に半導体層140を形成する(ステップS130)。
FIG. 19 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the thin film transistor according to the third embodiment of the invention.
As shown in FIG. 19, in the thin film transistor manufacturing method according to the present embodiment, first, the gate electrode 120 is formed on the substrate 110g (step S110).
Then, the gate insulating film 130 is formed on the gate electrode 120 (step S120).
Then, the semiconductor layer 140 is formed on the gate insulating film 130 (step S130).

そして、ゲート電極120の上における半導体層140の側面140sの少なくとも一部を覆うように前記チャネル保護層150を形成する(ステップS140)。すなわち、例えば、半導体層140のソース電極161及びドレイン電極162と接続される領域を除いて、半導体層140の側面140sの少なくとも一部を覆うようにチャネル保護層150を形成する。なお、この時、半導体層140の上面140uも覆う。   Then, the channel protective layer 150 is formed to cover at least a part of the side surface 140s of the semiconductor layer 140 on the gate electrode 120 (step S140). That is, for example, the channel protective layer 150 is formed so as to cover at least part of the side surface 140 s of the semiconductor layer 140 except for the region connected to the source electrode 161 and the drain electrode 162 of the semiconductor layer 140. At this time, the upper surface 140u of the semiconductor layer 140 is also covered.

そして、半導体層140及びチャネル保護層150を160℃以上の温度で加熱処理する(ステップS150)。   Then, the semiconductor layer 140 and the channel protective layer 150 are heat-treated at a temperature of 160 ° C. or higher (step S150).

その後、半導体層140及びチャネル保護層150の上にソース電極161及びドレイン電極162を形成する(ステップS160)。すなわち、例えば、半導体層140のソース電極161及びドレイン電極162と接続される領域のそれぞれの上にソース電極161及びドレイン電極162を形成する。
すなわち、上記の製造方法においては、図2及び図3に関して説明した方法を用いることができる。
Thereafter, the source electrode 161 and the drain electrode 162 are formed on the semiconductor layer 140 and the channel protective layer 150 (step S160). That is, for example, the source electrode 161 and the drain electrode 162 are formed on regions of the semiconductor layer 140 that are connected to the source electrode 161 and the drain electrode 162, respectively.
That is, in the above manufacturing method, the method described with reference to FIGS. 2 and 3 can be used.

上記の製造方法によれば、ステップS150における加熱処理によって、チャネル保護層150の成膜の際に生じる半導体層140のダメージを回復させることができる。なお、この加熱処理(ステップS150)の後にステップS160を実施することで、ソース電極161及びドレイン電極162にダメージを与えることがない。そして、この加熱処理(ステップS150)の際に、半導体層140において電流経路となり得る側面140sの少なくとも一部(及び上面140u)をチャネル保護層150で保護することで、半導体層140から酸素が離脱して低抵抗化することがない。これにより、熱処理による特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタの製造方法が提供できる。   According to the above manufacturing method, damage to the semiconductor layer 140 that occurs when the channel protective layer 150 is formed can be recovered by the heat treatment in step S150. Note that the source electrode 161 and the drain electrode 162 are not damaged by performing step S160 after the heat treatment (step S150). In the heat treatment (step S150), at least a part of the side surface 140s (and the upper surface 140u) that can serve as a current path in the semiconductor layer 140 is protected by the channel protective layer 150, whereby oxygen is released from the semiconductor layer 140. Therefore, the resistance is not lowered. Thus, a method for manufacturing a thin film transistor using an oxide semiconductor in which characteristic variation due to heat treatment is suppressed can be provided.

なお、上記のステップS140において、チャネル保護層150は、ソース電極161が形成される領域のドレイン電極162が形成される領域と対向する辺の延長線161pと、ドレイン電極162が形成される領域のソース電極161が形成される領域と対向する辺の延長線162pと、の間における半導体層140の側面140sの少なくとも一部を覆うように形成されることができる。これにより、上記の電流経路を効率的に遮断できる。   In step S140 described above, the channel protective layer 150 is formed on the extension line 161p of the side facing the region where the drain electrode 162 is formed in the region where the source electrode 161 is formed and the region where the drain electrode 162 is formed. It may be formed so as to cover at least part of the side surface 140s of the semiconductor layer 140 between the extension line 162p of the side facing the region where the source electrode 161 is formed. Thereby, said current path can be cut off efficiently.

(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施形態は、表示装置の製造方法である。すなわち、基板110gと、基板110gの上に設けられたゲート電極120と、ゲート電極120の上にゲート絶縁膜130を介して設けられ、酸化物より形成された半導体層140と、半導体層140の上において、ゲート電極20を挟むように離間して設けられたソース電極161及びドレイン電極162と、ソース電極161及びドレイン電極162と、半導体層140と、の間に設けられたチャネル保護層150と、を有する薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタのソース電極161及びドレイン電極162のいずれか一方に接続された画素電極140dと、画素電極140dに与えられる電気信号によって、光学特性の変化と、発光と、の少なくともいずれかを生ずる光学素子300と、を有する表示装置の製造方法である。以下、その製造方法の特徴の部分について説明する。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present invention is a method for manufacturing a display device. That is, the substrate 110g, the gate electrode 120 provided on the substrate 110g, the semiconductor layer 140 provided on the gate electrode 120 through the gate insulating film 130 and formed of an oxide, and the semiconductor layer 140 The channel protective layer 150 provided between the source electrode 161 and the drain electrode 162, the source electrode 161 and the drain electrode 162, and the semiconductor layer 140 which are provided so as to sandwich the gate electrode 20. , A pixel electrode 140d connected to one of the source electrode 161 and the drain electrode 162 of the thin film transistor, an optical signal applied to the pixel electrode 140d, and at least one of a change in optical characteristics and light emission And an optical element 300 that produces the above. Hereinafter, the characteristic part of the manufacturing method will be described.

図20は、本発明の第4の実施形態に係る表示装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
図20に表したように、本実施形態に係る表示装置の製造方法においては、まず、基板110gの上にゲート電極120を形成する(ステップS310)。
そして、ゲート電極120の上にゲート絶縁膜130を形成する(ステップS320)。
FIG. 20 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the display device according to the fourth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 20, in the display device manufacturing method according to the present embodiment, first, the gate electrode 120 is formed on the substrate 110g (step S310).
Then, the gate insulating film 130 is formed on the gate electrode 120 (step S320).

そして、ゲート絶縁膜130の上に、半導体層140及び画素電極140dとなる酸化物層140fを形成する(ステップS330)。   Then, an oxide layer 140f to be the semiconductor layer 140 and the pixel electrode 140d is formed on the gate insulating film 130 (Step S330).

そして、ゲート電極120の上における酸化物層140fの側面の少なくとも一部を覆い、画素電極140dの形成される領域の酸化物層140fを露出するように、チャネル保護層150を形成する(ステップS340)。すなわち、例えば、半導体層140のソース電極161及びドレイン電極162と接続される領域を除いて、酸化物層140fの側面140sの少なくとも一部(及び上面140u)を覆い、画素電極140dの形成される領域の酸化物層140fを露出するように、チャネル保護層150を形成する。   Then, the channel protective layer 150 is formed so as to cover at least a part of the side surface of the oxide layer 140f on the gate electrode 120 and to expose the oxide layer 140f in the region where the pixel electrode 140d is formed (step S340). ). That is, for example, the pixel electrode 140d is formed so as to cover at least part of the side surface 140s (and the upper surface 140u) of the oxide layer 140f except for the region connected to the source electrode 161 and the drain electrode 162 of the semiconductor layer 140. The channel protective layer 150 is formed so as to expose the oxide layer 140f in the region.

そして、酸化物層140f及びチャネル保護層150を160℃以上の温度で加熱処理し、チャネル保護層150から露出した酸化物層140fの電気抵抗を低下させて画素電極140dを形成する(ステップS350)。   Then, the oxide layer 140f and the channel protective layer 150 are heat-treated at a temperature of 160 ° C. or higher, and the electric resistance of the oxide layer 140f exposed from the channel protective layer 150 is reduced to form the pixel electrode 140d (step S350). .

その後、半導体層140及びチャネル保護層150の上にソース電極161及びドレイン電極162を形成する(ステップS360)。すなわち、半導体層140のソース電極161及びドレイン電極162と接続される領域のそれぞれの上にソース電極161及びドレイン電極162を形成する。
すなわち、上記の製造方法においては、図14及び図15に関して説明した方法を用いることができる。
Thereafter, the source electrode 161 and the drain electrode 162 are formed on the semiconductor layer 140 and the channel protective layer 150 (step S360). That is, the source electrode 161 and the drain electrode 162 are formed on the regions of the semiconductor layer 140 that are connected to the source electrode 161 and the drain electrode 162, respectively.
That is, in the manufacturing method described above, the method described with reference to FIGS. 14 and 15 can be used.

本実施形態に係る表示装置の製造方法によれば、画素電極140dとなる別の膜を形成する工程を省略でき、高生産性の、熱処理による特性変動を抑制した酸化物半導体を用いた表示装置及びその製造方法が提供できる。   According to the manufacturing method of the display device according to the present embodiment, the step of forming another film to be the pixel electrode 140d can be omitted, and the display device using the oxide semiconductor that has high productivity and suppresses characteristic variation due to heat treatment. And a manufacturing method thereof.

上記のステップS340において、例えば、チャネル保護層150は、ソース電極161が形成される領域のドレイン電極162が形成される領域と対向する辺の延長線161pと、ドレイン電極162が形成される領域のソース電極161が形成される領域と対向する辺の延長線162pと、の間における半導体層140の側面140sの少なくとも一部を覆うように形成されることができる。これにより、上記の電流経路を効率的に遮断できる。   In the above step S340, for example, the channel protective layer 150 is formed in the extension line 161p on the side facing the region where the drain electrode 162 is formed in the region where the source electrode 161 is formed and the region where the drain electrode 162 is formed. It may be formed so as to cover at least part of the side surface 140s of the semiconductor layer 140 between the extension line 162p of the side facing the region where the source electrode 161 is formed. Thereby, said current path can be cut off efficiently.

図21は、本発明の第4の実施形態に係る表示装置の別の製造方法を例示するフローチャート図である。
図21に表したように、別の製造方法では、まず、基板110gの上にゲート電極120を形成する(ステップS410)。
そして、ゲート電極120の上にゲート絶縁膜130を形成する(ステップS420)。
そして、ゲート絶縁膜130の表面の平滑性を選択的に変化させる表面処理を行う(ステップS421)。すなわち、例えば、チャネルとなる半導体層140の下地となる部分のゲート絶縁膜130をRIEで処理して平滑化する。
この時、例えば、画素電極140dの下地となるゲート絶縁膜130は例えばレジストで保護して平滑化されないようにする。また、画素電極140d以外の所望の部分を平滑化されないようにして、任意の導電性の領域を作製し、例えば配線部として利用することができる。
FIG. 21 is a flowchart illustrating another method for manufacturing a display device according to the fourth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 21, in another manufacturing method, first, the gate electrode 120 is formed on the substrate 110g (step S410).
Then, the gate insulating film 130 is formed on the gate electrode 120 (step S420).
Then, a surface treatment for selectively changing the smoothness of the surface of the gate insulating film 130 is performed (step S421). That is, for example, the portion of the gate insulating film 130 that becomes the base of the semiconductor layer 140 that becomes a channel is smoothed by RIE processing.
At this time, for example, the gate insulating film 130 serving as a base of the pixel electrode 140d is protected by, for example, a resist so as not to be smoothed. Further, any desired region other than the pixel electrode 140d is not smoothed, and an arbitrary conductive region can be produced and used as, for example, a wiring portion.

その後、ゲート絶縁膜130の上に、前記酸化物の層を形成する(ステップS430)。すなわち、半導体層140及び画素電極140dとなる酸化物層140fを形成する。これにより、例えば、画素電極140dとなる部分の酸化物層140fは柱状構造となり、相対的に低抵抗となる。   Thereafter, the oxide layer is formed on the gate insulating film 130 (step S430). That is, the oxide layer 140f to be the semiconductor layer 140 and the pixel electrode 140d is formed. Thereby, for example, the oxide layer 140f in the portion to be the pixel electrode 140d has a columnar structure and has a relatively low resistance.

これにより、画素電極140dとなる別の膜を形成する工程を省略し、高生産性の酸化物半導体を用いた表示装置及びその製造方法が提供できる。   Thus, a step of forming another film to be the pixel electrode 140d can be omitted, and a display device using a highly productive oxide semiconductor and a method for manufacturing the same can be provided.

なお、図20で説明したステップS330の酸化物層140fの形成の前に、その下地となるゲート絶縁膜130の表面の平滑性を選択的に変化させる上記のステップS421の表面処理をさらに行っても良い。   Before the formation of the oxide layer 140f in step S330 described in FIG. 20, the surface treatment in the above step S421 for selectively changing the smoothness of the surface of the gate insulating film 130 serving as the base is further performed. Also good.

すなわち、図20に例示したステップS320とステップS330との間に、チャネルとなる半導体層140の下のゲート絶縁膜130と、画素電極140dの下のゲート絶縁膜130と、で表面の平滑性を変える。例えば、上記の表面処理は、画素電極140dの形成される領域のゲート絶縁膜130の表面を、それ以外の部分よりも相対的に粗くする表面処理とすることができる。   That is, the surface smoothness between the gate insulating film 130 under the semiconductor layer 140 and the gate insulating film 130 under the pixel electrode 140d is improved between step S320 and step S330 illustrated in FIG. Change. For example, the surface treatment described above can be a surface treatment that makes the surface of the gate insulating film 130 in the region where the pixel electrode 140d is formed relatively rougher than other portions.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、薄膜トランジスタ、その製造方法、表示装置及びその製造方法を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した薄膜トランジスタ、その製造方法、表示装置及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての薄膜トランジスタ、その製造方法、表示装置及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, regarding the specific configuration of each element constituting the thin film transistor, the manufacturing method thereof, the display device, and the manufacturing method thereof, those skilled in the art can implement the present invention in the same manner by appropriately selecting from a well-known range, and similar effects Is included in the scope of the present invention.
Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.
In addition, on the basis of the above-described thin film transistor, its manufacturing method, display device, and its manufacturing method as embodiments of the present invention, all thin film transistors that can be appropriately modified by a person skilled in the art, its manufacturing method, display device, and The manufacturing method also belongs to the scope of the present invention as long as it includes the gist of the present invention.
In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

11、11a、12、13、13a、14、15、15a、21、91、92、93 薄膜トランジスタ
51、52、60、61、62 表示装置
93a チャネル部トランジスタ
93b 周辺部トランジスタ
110 絶縁層
110g 基板(ガラス基板)
111 主面
120 ゲート電極
121f Al膜
122f Mo膜
123 コンタクト部
123h コンタクトホール
130 ゲート絶縁膜
130f SiO
130g 平滑化面
130r レジスト
140 半導体層
140d 画素電極
140f 酸化物層(酸化物の層)
140m、140n 領域
140s 側面
140u 上面
141 ソースコンタクト領域
141h コンタクトホール
142 ドレインコンタクト領域
142h コンタクトホール
145c チャネル部電流経路
145s 周辺部電流経路
146s 近傍領域
150 チャネル保護層
150f SiO
160f 積層膜
161 ソース電極
161p 延長線
161q 開口部
162 ドレイン電極
162p 延長線
162q 開口部
166、168 Mo膜
167 Al膜
181 パッシベーション膜
182 バンク
191 Cuフタロシアニン層
192 α−NPD層
193 Alq3層
194 LiF層
195 Al層
210、210、210n−1 走査線
220 信号線
230 補助容量線
240 補助容量電極
300 光学素子
301 液晶層
302 有機EL層
310 対向電極
320 電源線
11, 11a, 12, 13, 13a, 14, 15, 15a, 21, 91, 92, 93 Thin film transistor 51, 52, 60, 61, 62 Display device 93a Channel portion transistor 93b Peripheral transistor 110 Insulating layer
110g substrate (glass substrate)
111 Main surface 120 Gate electrode 121f Al film 122f Mo film 123 Contact portion 123h Contact hole 130 Gate insulating film 130f SiO 2 film 130g Smoothing surface 130r Resist 140 Semiconductor layer 140d Pixel electrode 140f Oxide layer (oxide layer)
140 m, 140 n region 140 s side surface 140 u upper surface 141 source contact region 141 h contact hole 142 drain contact region 142 h contact hole 145 c channel part current path 145 s peripheral part current path 146 s neighboring area 150 channel protective layer 150 f SiO 2 film 160 f laminated film 161 source electrode 161 p extension 161q opening 162 drain electrode 162p extension 162q openings 166, 168 Mo film 167 Al film 181 a passivation film 182 bank 191 Cu phthalocyanine layer 192 alpha-NPD layer 193 Alq3 layer 194 LiF layer 195 Al layer 210, 210 n, 210 n-1 scanning line 220 signal line 230 auxiliary capacity line 240 auxiliary capacity electrode 300 optical element 301 liquid crystal layer 30 2 Organic EL layer 310 Counter electrode 320 Power line

Claims (6)

絶縁層と、
前記絶縁層の上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極の上にゲート絶縁膜を介して設けられ、酸化物層より形成された半導体層と、
前記半導体層の上において、前記ゲート電極を挟むように離間して設けられたソース電極及びドレイン電極と、
を含む薄膜トランジスタと、
前記薄膜トランジスタの前記ソース電極及び前記ドレイン電極のいずれか一方に接続され、前記酸化物層より形成され、前記半導体層よりも電気抵抗が低い画素電極と、
前記画素電極に与えられる電気信号によって、光学特性の変化と、発光と、の少なくともいずれかを生ずる光学素子と、
前記画素電極の下に設けられ、前記ゲート絶縁膜と同じ材料で形成された膜と、
を備え、
前記ゲート電極の上の前記ゲート絶縁膜の前記半導体層の側の表面は、前記画素電極の下に設けられた前記膜の前記画素電極の側の表面よりも平滑性が高い表示装置。
An insulating layer;
A gate electrode provided on the insulating layer;
A semiconductor layer provided on the gate electrode via a gate insulating film and formed of an oxide layer;
On the semiconductor layer, a source electrode and a drain electrode that are provided so as to sandwich the gate electrode, and
A thin film transistor comprising:
A pixel electrode connected to one of the source electrode and the drain electrode of the thin film transistor, formed from the oxide layer, and having a lower electrical resistance than the semiconductor layer;
An optical element that generates at least one of a change in optical characteristics and light emission by an electrical signal applied to the pixel electrode;
A film provided under the pixel electrode and formed of the same material as the gate insulating film;
With
The surface of the gate insulating film on the semiconductor layer side above the gate electrode is higher in smoothness than the surface on the pixel electrode side of the film provided under the pixel electrode.
前記画素電極の下に設けられた前記膜の前記画素電極の側の表面の凹凸は、5〜10nmである請求項1記載の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein the unevenness of the surface of the film provided under the pixel electrode on the pixel electrode side is 5 to 10 nm. 前記ゲート電極の上の前記ゲート絶縁膜の前記半導体層の側の表面の凹凸は、0.1〜1nmである請求項1または2に記載の表示装置。   3. The display device according to claim 1, wherein unevenness of a surface of the gate insulating film on the gate electrode on the semiconductor layer side is 0.1 to 1 nm. 前記画素電極における前記酸化物層の粒径は前記半導体層における前記酸化物層よりも大きく、かつ、前記画素電極における前記酸化物層の粒は柱状の粒である柱状構造を有する請求項1〜3のいずれか1つに記載の表示装置。   The grain size of the oxide layer in the pixel electrode is larger than that of the oxide layer in the semiconductor layer, and the grain of the oxide layer in the pixel electrode has a columnar structure that is a columnar grain. 4. The display device according to any one of 3. 前記画素電極に含まれる酸素濃度は、前記半導体層に含まれる酸素濃度よりも低い請求項1〜4のいずれか1つに記載の表示装置。   The display device according to claim 1, wherein an oxygen concentration contained in the pixel electrode is lower than an oxygen concentration contained in the semiconductor layer. 前記薄膜トランジスタ及び前記画素電極はマトリクス状にそれぞれ複数配置され、
前記薄膜トランジスタのそれぞれのゲート電極に接続された走査線と、
前記薄膜トランジスタのそれぞれのソース電極及びそれぞれのドレイン電極のいずれか他方に接続された信号線と、
をさらに備えた請求項1〜5のいずれか1つに記載の表示装置。
A plurality of the thin film transistors and the pixel electrodes are arranged in a matrix, respectively.
A scanning line connected to each gate electrode of the thin film transistor;
A signal line connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the thin film transistor;
The display device according to claim 1, further comprising:
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