JP2013143495A - 薄膜トランジスタ及びその製造方法、表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ゲート電極12と、酸化物半導体からなり、チャネルが構成される半導体層14と、ゲート電極12及び半導体層14の間に設けられたゲート絶縁層13と、トランジスタのソース・ドレイン電極の電極層16と、半導体層13と電極層16との間に形成された、疎な絶縁材から成る膜である第1の保護膜15と、半導体層13の電極層16と対向しない部分に接して形成された、第1の保護膜15よりも緻密な絶縁材から成る第2の保護膜17とを含む薄膜トランジスタ20を構成する。
【選択図】図1
Description
酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタと比較して、電子移動度が大きく、優れた電気特性を有している。また、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタは、オフ特性も良好であり、室温付近の温度でも高い移動度が期待できる。
また、保護層(絶縁層)の上にソース・ドレイン電極層を形成した場合、酸化物半導体層と電極層とのコンタクトが取れなくなることから、電極層を形成する前に保護層にコンタクトホールを開口する加工をする必要がある。そのため、工程数が多くなるという問題があり、また、加工の際に酸化物半導体層へダメージが入ることも懸念される。
酸化物半導体層へダメージが入ると、薄膜トランジスタの特性が劣化して、製造歩留まりが低下する。
そして、半導体層と電極層との間に形成された、疎な絶縁材から成る膜である第1の保護膜と、半導体層の電極層と対向しない部分に接して形成された、第1の保護膜よりも緻密な絶縁材から成る第2の保護膜とを含む。
そして、保護膜上に電極層を形成する工程と、電極層に開口を形成して、ソース・ドレイン電極を形成する工程と、開口の下の部分の保護膜に酸素を導入して、酸素が導入されていない第1の保護膜と、酸素が導入された第2の保護膜を形成する工程とを有する。
また、半導体層の電極層と対向しない部分には、第1の保護膜よりも緻密な絶縁材からなる第2の保護膜が形成されているので、この第2の保護膜によって、その部分の半導体層を保護して、かつ十分に絶縁することが可能になる。
さらに、電極層に開口を形成して、この開口の下の部分の保護膜に酸素を導入して、酸素が導入されていない第1の保護膜と、酸素が導入された第2の保護膜を形成するので、第2の保護膜は酸素が導入されて緻密になり、十分な絶縁性を有する。これにより、第2の保護膜によって、その下の部分の半導体層を絶縁し、開口の両側の電極層を絶縁することができる。
従って、本技術により、製造時の半導体層へ与えるダメージを抑制することができ、信頼性が高く、歩留まり良く製造することが可能な構成の薄膜トランジスタを実現することができる。
また、保護膜を加工する工程が不要になることから、従来の薄膜トランジスタの構成と比較して、製造工程数を削減することが可能になる。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(薄膜トランジスタ)
2.第2の実施の形態(表示装置)
3.変形例
第1の実施の形態の薄膜トランジスタの概略構成図(断面図)を、図1に示す。
図1に示す薄膜トランジスタ20は、ガラス基板等の絶縁基板11上に形成された、ゲート電極12と、絶縁層13と、チャネルが形成される半導体層14と、電極層16とを有して構成されている。
また、薄膜トランジスタ20の全体を覆って、絶縁層18が形成されている。
絶縁層13は、薄膜トランジスタ20のゲート絶縁層となるものであり、ゲート電極12上を覆って形成されている。絶縁層13の材料には、例えば、SiOx(酸化シリコン)等を使用することができる。
半導体層14は、酸化物半導体から成り、絶縁層13の上に所定のパターンで形成されている。半導体層14の酸化物半導体としては、IGZO(インジウムゲルマニウム錫酸化物)、AZTO(AlZnSnO)、ZnO、TiO2、SrTiO3、ITO(インジウム錫酸化物)、ZTO(亜鉛錫酸化物)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、GZTO(GaZnSnO)等を使用することができる。
電極層16は、薄膜トランジスタ20のソース・ドレイン電極となるものであり、半導体層14の図中右側の部分の上と、半導体層14の図中左側の部分との上に、それぞれ1つずつ形成されている。電極層16の材料には、例えば、Ti,Al,Mo等を使用することができる。また、複数の異なる電極材料を積層して電極層16を形成することも可能である。
第1の保護膜15は、半導体層14と電極層16とのコンタクトが可能なように、疎な絶縁材(酸化物や窒化物等)から成る膜によって形成されている。
第2の保護膜17は、第1の保護膜15と同種の材料を使用して、酸化の程度がより進んでいる絶縁材から成ることにより、第1の保護膜15よりも緻密になっている。第2の保護膜17は、半導体層14の開口の下の部分、即ち電極層16とは対向していない部分に形成されている。
第2の保護膜17は、第1の保護膜15と比較して、酸素の組成比yが大きい構成とすればよい。
しかし、第1の保護膜15は疎な絶縁材から成る膜であることから、電流をリークさせることが可能であり、トンネル電流により、第1の保護膜15を挟んだ半導体層14と配線層16との間で十分な導通が得られる。
そして、ゲート電極12の上を覆って、全面に絶縁層13を形成する。
さらに、図2Aに示すように、絶縁層13上に、酸化物半導体から成る半導体層14を形成する。
半導体層14の酸化物半導体としては、IGZO(インジウムゲルマニウム錫酸化物)等の前述した各種材料を使用する。
第1の保護膜15を形成する方法としては、ALD(原子層成長)法、リモートプラズマソースCVD法、シリコンを含む材料とオゾン等酸素を含む材料を組み合わせた熱CVD法等が挙げられる。これらの方法では、下地の層へのダメージ、即ち図1の薄膜トランジスタでは半導体層14へのダメージを、小さく抑えることが可能である。
第1の保護膜15の材料としては、SiOx、HfO2等の前述した各種材料を使用することができる。
第1の保護膜15は、厚さを、例えば、1nm〜50nmの範囲内で形成する。
電極層16の材料としては、前述した材料、例えば、Ti,Al,Moを使用することができる。また、例えばTi/Al/Tiのように、複数の異なる材料を積層して電極層16を形成することもできる。
第1の保護膜15のうち、主に図中矢印で示す部分付近で、半導体層14と電極層16との導通が取られる。そして、第1の保護膜15が疎な膜であるため、トンネル電流によってリークが生じやすく、十分な導通を取ることができる。
これにより、電極層16に開口を形成する際に半導体層14に生じたダメージを回復することができる。また、電極層16の間の開口の下の第1の保護膜15に酸素を供給して、第1の保護膜15の開口の部分のみを酸化させて、緻密な第2の保護膜17に変化させることができる。また、半導体層14へのプラズマ等によるダメージを、第2の保護膜17で抑制することができると共に、十分なチャネル性能回復効果が得られる。
この絶縁層18は、例えば、CVD法、スパッタ法、塗布法により形成することができる。この際も、半導体層14が第1の保護膜15及び第2の保護膜17で覆われているので、半導体層14へのダメージを抑制することができる。
このようにして、図1に示した薄膜トランジスタ20を製造することができる。
これにより、第1の保護膜15が疎な絶縁材から成る膜であるため、第1の保護膜15内で電流のリークを生じることから、第1の保護膜15を挟む、半導体層14と電極層16との導通を十分に取ることができる。
そして、第1の保護膜15で半導体層14の上面及び側面を覆っているので、薄膜トランジスタ20を製造する際の、電極層16を形成する工程や電極層16を加工して開口を形成する工程において、半導体層14へのダメージを抑制することができる。
これにより、第2の保護膜17で電極層16の開口の下の半導体層14を保護することができる。また、第2の保護膜17が緻密であることから、第2の保護膜17の下の部分の半導体層14を十分に絶縁し、左の電極層16と右の電極層16との間を十分に絶縁することができる。
これにより、電極層16を形成する前に第1の保護膜15を加工する必要がなく、保護膜を加工することによる半導体層14へのダメージは生じない。
また、第1の保護膜15を加工する必要がなくなることから、保護膜を加工する工程がなくなる分、従来の構成と比較して、製造工程数を削減することが可能になる。
本技術に係る薄膜トランジスタを適用可能な表示装置としては、例えば、LCD(液晶ディスプレイ)、OLED(有機ELディスプレイ)等が挙げられる。また、エレクトロデポジション型表示素子やエレクトロクロミック型表示素子を用いた表示装置等にも、本技術に係る薄膜トランジスタを適用可能である。
また、画像を表示する表示装置(テレビジョン装置やモニタ等)に限らず、表示部を含む機器に、本技術を適用することが可能である。表示部を含む機器としては、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラ、携帯電話機等を挙げることができる。
第2の実施の形態の表示装置の概略構成図を、図4A及び図4Bに示す。図4Aは表示装置の一画素の要部の平面図を示し、図4Bは図4AのX−X´における断面図を示している。
本実施の形態の表示装置は、有機EL素子による発光素子を表示素子として用いた、OLED(有機ELディスプレイ)に、本技術の薄膜トランジスタを適用した構成である。
容量素子44は、上部電極51、下部電極52、及びこれらの電極51,52の間に形成された、図示しない誘電体膜を有する。
第1の薄膜トランジスタ45は、ゲート電極53と、酸化物半導体から成る半導体層54と、電極層55,56とを有する。そして、右の電極層55が電源線43と接続され、左の電極層56がコンタクト部62を介して第1電極層61に接続されており、ゲート電極53が容量素子44の下部電極52と接続されている。
第2の薄膜トランジスタ46は、ゲート電極57と、酸化物半導体から成る半導体層58と、電極層59,60とを有する。そして、右の電極層59が容量素子44の下部電極52と接続され、左の電極層60がソース配線41に接続されており、ゲート電極57がゲート配線42と接続されている。
第1電極層61は、有機EL素子による発光素子を構成する電極であり、第1の薄膜トランジスタ45及び第2の薄膜トランジスタ46によって、発光素子が駆動される。
本実施の形態の表示装置では、第1の薄膜トランジスタ45及び第2の薄膜トランジスタ46の少なくとも一方には、本技術の薄膜トランジスタを使用する。
薄膜トランジスタの左の電極層56(16)と第1電極層61を接続するコンタクト部62は、絶縁層18に埋め込まれた導電体層によって形成されている。
第1電極層61は、絶縁層18の平坦化された表面上に形成されている。そして、第1電極層61の右端部上を覆って、絶縁層18上に、絶縁体から成る隔壁63が形成されている。
第1電極層61上から隔壁63上にわたって、電界発光層64が形成されている。この電界発光層64を覆って、第2電極層65が形成されている。第1電極層61と電界発光層64と第2電極層65の3層により、発光素子が構成される。
第1電極層61には、例えば、仕事関数が小さい材料、例えば、Ca,Al,CaF,MgAg,AlLi等を使用することができ。
第2電極層65には、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)等の透明導電材料を使用することができる。
隔壁63には、例えば、有機樹脂膜、無機絶縁膜、有機ポリシロキサンを使用することができる。
図5の発光素子47は、図4Bの第1電極層61と電界発光層64と第2電極層65の3層により構成される。
従って、製造時の半導体層へ与えるダメージを抑制することができ、表示装置の信頼性を向上し、表示装置を歩留まり良く製造することを可能にする。
(1)ゲート電極と、酸化物半導体からなり、チャネルが構成される半導体層と、前記ゲート電極及び前記半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、トランジスタのソース・ドレイン電極の電極層と、前記半導体層と前記電極層との間に形成された、疎な絶縁材から成る膜である第1の保護膜と、前記半導体層の前記電極層と対向しない部分に接して形成された、前記第1の保護膜よりも緻密な絶縁材から成る第2の保護膜とを含む薄膜トランジスタ。
(2)前記第1の保護膜が、前記半導体層の上面及び側面を覆って形成されている前記(1)に記載の薄膜トランジスタ。
(3)ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、前記ゲート絶縁層上に、酸化物半導体からなる半導体層を形成する工程と、前記半導体層上に、疎な絶縁材によって保護膜を形成する工程と、前記保護膜上に、電極層を形成する工程と、前記電極層に開口を形成して、ソース・ドレイン電極を形成する工程と、前記開口の下の部分の前記保護膜に酸素を導入して、酸素が導入されていない第1の保護膜と、酸素が導入された第2の保護膜を形成する工程とを有する薄膜トランジスタの製造方法。
(4)前記保護膜を形成する工程において、前記半導体層の上面及び側面を覆って前記保護膜を形成する前記(3)に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(5)表示素子と、前記表示素子を駆動する薄膜トランジスタとを備えた表示装置であって、前記表示素子と、ゲート電極と、酸化物半導体からなり、チャネルが構成される半導体層と、前記ゲート電極及び前記半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、トランジスタのソース・ドレイン電極の電極層と、前記半導体層と前記電極層との間に形成された、疎な絶縁材から成る膜である第1の保護膜と、前記半導体層の前記電極層と対向しない部分に接して形成された、前記第1の保護膜よりも緻密な絶縁材から成る第2の保護膜とを含む、前記薄膜トランジスタとを備えた表示装置。
Claims (5)
- ゲート電極と、
酸化物半導体からなり、チャネルが構成される半導体層と、
前記ゲート電極及び前記半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、
トランジスタのソース・ドレイン電極の電極層と、
前記半導体層と前記電極層との間に形成された、疎な絶縁材から成る膜である第1の保護膜と、
前記半導体層の前記電極層と対向しない部分に接して形成された、前記第1の保護膜よりも緻密な絶縁材から成る第2の保護膜とを含む
薄膜トランジスタ。 - 前記第1の保護膜が、前記半導体層の上面及び側面を覆って形成されている、請求項1に記載の薄膜トランジスタ。
- ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記ゲート絶縁層上に、酸化物半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層上に、疎な絶縁材によって保護膜を形成する工程と、
前記保護膜上に、電極層を形成する工程と、
前記電極層に開口を形成して、ソース・ドレイン電極を形成する工程と、
前記開口の下の部分の前記保護膜に酸素を導入して、酸素が導入されていない第1の保護膜と、酸素が導入された第2の保護膜を形成する工程とを有する
薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記保護膜を形成する工程において、前記半導体層の上面及び側面を覆って前記保護膜を形成する、請求項3に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 表示素子と、前記表示素子を駆動する薄膜トランジスタとを備えた表示装置であって、
前記表示素子と、
ゲート電極と、酸化物半導体からなり、チャネルが構成される半導体層と、前記ゲート電極及び前記半導体層の間に設けられたゲート絶縁層と、トランジスタのソース・ドレイン電極の電極層と、前記半導体層と前記電極層との間に形成された、疎な絶縁材から成る膜である第1の保護膜と、前記半導体層の前記電極層と対向しない部分に接して形成された、前記第1の保護膜よりも緻密な絶縁材から成る第2の保護膜とを含む、前記薄膜トランジスタとを備えた
表示装置。
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