JP2013214537A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、金属酸化物半導体膜をチャネル層に使用した電界効果トランジスタを含む半導体装置に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device including a field effect transistor using a metal oxide semiconductor film as a channel layer.
特開2009−170905号公報(特許文献1)には、表示基板上に薄膜トランジスタを形成する技術が記載されている。具体的に、この薄膜トランジスタにおいて、絶縁基板上にゲート電極が形成されており、このゲート電極を覆う絶縁基板上にゲート絶縁膜が形成されている。そして、ゲート絶縁膜上に第1半導体パターンが形成され、さらに、この第1半導体パターン上に第2半導体パターンが形成されている。この第1半導体パターンと第2半導体パターンがチャネル層となる。このチャネル層上には、データ線が直接接触するように形成されており、このデータ線と第2半導体パターンによりオーミックコンタクトが実現されているとしている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2009-170905 (Patent Document 1) describes a technique for forming a thin film transistor on a display substrate. Specifically, in this thin film transistor, a gate electrode is formed on an insulating substrate, and a gate insulating film is formed on the insulating substrate covering the gate electrode. A first semiconductor pattern is formed on the gate insulating film, and a second semiconductor pattern is formed on the first semiconductor pattern. The first semiconductor pattern and the second semiconductor pattern serve as a channel layer. On this channel layer, data lines are formed so as to be in direct contact with each other, and ohmic contact is realized by the data lines and the second semiconductor pattern.
データ線と第2半導体パターンとの間でオーミックコンタクトをとるため、データ線は、例えば、Ni、Co、Ti、Ag、Cu、Mo、Al、Be、Nb、Au、Fe、Se、Taなどからなる単一膜や多層膜構造をとることが望ましいとしている。具体的に、多層膜構造の例として、Ti/Al、Ta/Al、Ni/Al、Co/Al、Mo(Mo合金)/Cuなどの二重膜、あるいは、Ti/Al/Ti、Ta/Al/Ta、Ti/Al/TiN、Ta/Al/TaN、Ni/AL/Ni、Co/Al/Coなどのような三重膜を挙げることができるとしている。 In order to make an ohmic contact between the data line and the second semiconductor pattern, the data line is made of, for example, Ni, Co, Ti, Ag, Cu, Mo, Al, Be, Nb, Au, Fe, Se, or Ta. It is desirable to adopt a single film or multilayer film structure. Specifically, as an example of a multilayer film structure, a double film such as Ti / Al, Ta / Al, Ni / Al, Co / Al, Mo (Mo alloy) / Cu, or Ti / Al / Ti, Ta / Examples include triple films such as Al / Ta, Ti / Al / TiN, Ta / Al / TaN, Ni / AL / Ni, and Co / Al / Co.
現在、液晶ディスプレイの駆動素子として用いられる薄膜トランジスタ(TFT(Thin Film Transistor))では、低い生産コストやTFT特性の高い均一性などの理由から、アモルファスシリコン(a−Si)をチャネル材料として使用している。しかし、アモルファスシリコンをチャネル材料として使用した薄膜トランジスタでは、駆動によって生じるしきい電圧シフトが大きいため、補正回路を組み込む必要があり、今後、液晶ディスプレイの更なる高精細を進める上で大きな課題となっている。 Currently, thin film transistors (TFTs) used as drive elements for liquid crystal displays use amorphous silicon (a-Si) as a channel material because of low production costs and high uniformity of TFT characteristics. Yes. However, a thin film transistor using amorphous silicon as a channel material has a large threshold voltage shift caused by driving. Therefore, it is necessary to incorporate a correction circuit, which will become a major issue in the further advancement of liquid crystal display in the future. Yes.
これに対して、IGZO(酸化インジウムガリウム亜鉛)に代表される金属酸化物半導体膜をチャネル層に用いた薄膜トランジスタでは、駆動時のしきい電圧の安定性から、補正回路を組み込む必要がないなど、今後の高精細ディスプレイ用駆動素子として注目が集まっている。また、薄膜トランジスタを含む半導体装置の現状での製造工程においては、パッシベーション膜を成膜する工程で加熱処理が必要であるが、金属酸化物半導体膜自体は室温で成膜でき、素子間不均一性が少なく大面積基板への応用が可能であるという特徴を備えている。このため、金属酸化物半導体膜をチャネル層に使用した薄膜トランジスタは、作製コストの低減を図ることができるとともに、フレキシブル素子やRFIDタグや薄膜メモリなどへの応用も期待される半導体素子である。 On the other hand, in a thin film transistor using a metal oxide semiconductor film typified by IGZO (indium gallium zinc oxide) as a channel layer, it is not necessary to incorporate a correction circuit because of the stability of the threshold voltage during driving. It is attracting attention as a driving element for future high-definition displays. In addition, in the current manufacturing process of a semiconductor device including a thin film transistor, heat treatment is necessary in the process of forming a passivation film, but the metal oxide semiconductor film itself can be formed at room temperature, and non-uniformity between elements It has a feature that it can be applied to a large area substrate. Therefore, a thin film transistor in which a metal oxide semiconductor film is used for a channel layer is a semiconductor element that can reduce manufacturing costs and is expected to be applied to a flexible element, an RFID tag, a thin film memory, and the like.
一方、液晶ディスプレイの高精細化に伴い、今後、配線の微細化が必要となる。このため、現状のモリブデンやモリブデン−タングステン合金などの配線材料では導電率が不十分となり、配線での信号遅延などの問題が発生する。このような問題を解決するためには、例えば、3μΩ・cm以下という低抵抗な金属材料をソース電極、ドレイン電極および配線材料として用いることが望ましい。このような金属材料として、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などがある。 On the other hand, with the increase in definition of liquid crystal displays, it will be necessary to make wiring finer in the future. For this reason, the current wiring materials such as molybdenum and molybdenum-tungsten alloy have insufficient conductivity, which causes problems such as signal delay in the wiring. In order to solve such a problem, for example, it is desirable to use a metal material having a low resistance of 3 μΩ · cm or less as a source electrode, a drain electrode, and a wiring material. Examples of such a metal material include aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), and copper (Cu).
しかし、上述した抵抗値の低いAl、Ag、Au、Cuに関しては、パッシベーション膜を成膜する工程などの半導体装置の製造工程で加えられる加熱処理によって、Al、Ag、Au、Cuがソース電極やドレイン電極から、ソース電極やドレイン電極に直接接触するチャネル層へ拡散し、拡散したAl、Ag、Au、Cuがチャネル層を構成する金属酸化物半導体膜に含まれる酸素と結合することにより金属酸化物を形成する。この結果、ソース電極(ドレイン電極)とチャネル層との間のコンタクト抵抗が増大し、TFT特性が劣化してしまう問題がある。このような加熱処理に起因してソース電極やドレイン電極を構成する金属元素が金属酸化物半導体膜からなるチャネル層へ拡散する問題に関してはこれまで解決がなされていない。 However, with regard to Al, Ag, Au, and Cu having low resistance values described above, Al, Ag, Au, and Cu are converted to source electrodes or the like by heat treatment applied in the semiconductor device manufacturing process such as a process of forming a passivation film. Diffusion from the drain electrode to the channel layer that is in direct contact with the source electrode or the drain electrode, and the diffused Al, Ag, Au, Cu is combined with oxygen contained in the metal oxide semiconductor film constituting the channel layer, thereby oxidizing the metal. Form things. As a result, there is a problem that the contact resistance between the source electrode (drain electrode) and the channel layer increases and the TFT characteristics deteriorate. There has been no solution to the problem that the metal element constituting the source electrode or the drain electrode diffuses into the channel layer formed of the metal oxide semiconductor film due to such heat treatment.
本発明の目的は、チャネル層に金属酸化物半導体膜を使用した薄膜トランジスタを含む半導体装置、特に、上述した薄膜トランジスタの形成後に熱履歴を有する半導体装置において、薄膜トランジスタの特性劣化を抑制することができる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technology capable of suppressing deterioration of characteristics of a thin film transistor in a semiconductor device including a thin film transistor using a metal oxide semiconductor film for a channel layer, particularly a semiconductor device having a thermal history after the formation of the thin film transistor described above. Is to provide.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明における半導体装置は、絶縁基板上に形成された電界効果トランジスタを含む半導体装置である。このとき、前記電界効果トランジスタは、(a)互いに離間して形成されたソース電極およびドレイン電極と、(b)前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に形成され、かつ、前記ソース電極および前記ドレイン電極のそれぞれに接触するように形成された金属酸化物半導体膜からなるチャネル層と、(c)前記チャネル層と接触するように形成されたゲート絶縁膜と、(d)前記ゲート絶縁膜と接触するように形成されたゲート電極とを備える。ここで、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、(a1)金属膜からなる第1電極層と、(a2)前記第1電極層を構成する金属が前記チャネル層へ拡散するのを防止するように、前記チャネル層と前記第1電極層の間で前記チャネル層に直接接触するように形成された拡散防止層とを有することを特徴とするものである。 The semiconductor device in the present invention is a semiconductor device including a field effect transistor formed on an insulating substrate. In this case, the field effect transistor includes: (a) a source electrode and a drain electrode formed apart from each other; (b) formed between the source electrode and the drain electrode; and the source electrode and the drain electrode. A channel layer made of a metal oxide semiconductor film formed in contact with each of the electrodes; (c) a gate insulating film formed in contact with the channel layer; and (d) in contact with the gate insulating film. And a gate electrode formed in such a manner. Here, the source electrode and the drain electrode are configured to prevent (a1) a first electrode layer made of a metal film and (a2) a metal constituting the first electrode layer from diffusing into the channel layer. And a diffusion preventing layer formed to be in direct contact with the channel layer between the channel layer and the first electrode layer.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
チャネル層に金属酸化物半導体膜を使用した薄膜トランジスタを含む半導体装置、特に、上述した薄膜トランジスタの形成後に熱履歴を有する半導体装置において、薄膜トランジスタの特性劣化を抑制することができる。 In a semiconductor device including a thin film transistor in which a metal oxide semiconductor film is used for a channel layer, in particular, a semiconductor device having a thermal history after formation of the above-described thin film transistor, deterioration of characteristics of the thin film transistor can be suppressed.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is not considered that it is clearly apparent in principle. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.
(実施の形態1)
本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1の構成について図面を参照しながら説明する。図1は、本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1の構成を示す断面図である。図1において、まず、絶縁基板1S上にゲート電極GEが形成されており、このゲート電極GEを覆うように絶縁基板1S上にゲート絶縁膜GOXが形成されている。このゲート絶縁膜GOX上には、チャネル層CHが形成されている。そして、チャネル層CH上に平面的に離間し、かつ、それぞれゲート絶縁膜GOX上に延在するようにソース電極SEおよびドレイン電極DEが形成されている。ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、金属膜からなる第1電極層FEと、第1電極層FEを構成する金属がチャネル層CHへ拡散するのを防止するように、チャネル層CHと第1電極層FEの間でチャネル層CHに直接接触するように形成された拡散防止層DCから構成されている。
(Embodiment 1)
The configuration of the thin film transistor TFT1 in the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the thin film transistor TFT1 in the first embodiment. In FIG. 1, first, a gate electrode GE is formed on an insulating
絶縁基板1Sを構成する材料として例えば、石英、ガラス、サファイア、プラスチックフィルム等を用いることができ、必要に応じて、ゲート電極GEが形成される側の表面にコーティングがなされていても良い。ここでは、絶縁基板1Sとして石英基板を使用している。
For example, quartz, glass, sapphire, a plastic film, or the like can be used as a material constituting the insulating
ゲート電極GEは、導電性の材料、例えば、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)、金(Au)、プラチナ(Pt)、タンタル(Ta)などの金属材料、または、インジウムスズ酸化物(ITO(Indium Tin Oxide))や酸化アルミニウム亜鉛(AZO)などの透明導電材料を用いることができる。また、ゲート電極GEの成膜には、蒸着法やスパッタリング法を用いることができ、そのパターニングには、エッチングプロセスやリフトオフプロセスを適用することができる。例えば、電子線(EB)蒸着法により、厚さ100nmのモリブデン膜(Mo)を成膜し、反応性イオンエッチング(RIE(Reactive Ion Etching))によりパターニングすることにより、絶縁基板1S上にゲート電極GEを形成することができる。
The gate electrode GE is made of a conductive material such as molybdenum (Mo), chromium (Cr), tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), nickel (Ni), silver (Ag). ), Gold (Au), platinum (Pt), tantalum (Ta) or other metal materials, or transparent conductive materials such as indium tin oxide (ITO) or aluminum zinc oxide (AZO). Can do. Further, an evaporation method or a sputtering method can be used for forming the gate electrode GE, and an etching process or a lift-off process can be applied to the patterning. For example, a molybdenum film (Mo) having a thickness of 100 nm is formed by electron beam (EB) vapor deposition, and patterned by reactive ion etching (RIE (Reactive Ion Etching)) to form a gate electrode on the insulating
ゲート絶縁膜GOXとして、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法やスパッタリング法により成膜した酸化シリコン膜(SiOx)、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜や窒化アルミニウム膜などを用いることができる。ここでは、例えば、CVD法により成膜した厚さ100nmの酸化シリコン膜を使用している。 As the gate insulating film GOX, for example, a silicon oxide film (SiO x ), a silicon nitride film, an aluminum oxide film, an aluminum nitride film, or the like formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a sputtering method can be used. Here, for example, a silicon oxide film having a thickness of 100 nm formed by a CVD method is used.
チャネル層CHは、金属酸化物半導体膜から形成されている。例えば、金属酸化物半導体膜としては、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)、酸化スズ亜鉛(ZTO)、酸化亜鉛(ZnO)などを使用することができる。このチャネル層CHの形成には、例えば、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)ターゲットや酸化スズ亜鉛(ZTO)ターゲット、酸化亜鉛(ZnO)ターゲットを用いた蒸着法やスパッタリング法を適用することができる。また、パターニングには、エッチングプロセスやリフトオフプロセスを用いることができる。ここでは、例えば、厚さ25nmの酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)を室温でのRFスパッタリング法により成膜し、その後、ウェットエッチングプロセスを用いてパターニングを行っている。スパッタリングの条件は、成膜時の圧力は、例えば、0.5Pa(酸素アルゴン混合ガス:O2/Ar=1/12)とし、RFパワーは、例えば50Wとしている。 The channel layer CH is formed from a metal oxide semiconductor film. For example, as the metal oxide semiconductor film, indium gallium zinc oxide (IGZO), tin zinc oxide (ZTO), zinc oxide (ZnO), or the like can be used. For forming the channel layer CH, for example, an evaporation method or a sputtering method using an indium gallium zinc oxide (IGZO) target, a tin zinc oxide (ZTO) target, or a zinc oxide (ZnO) target can be applied. For the patterning, an etching process or a lift-off process can be used. Here, for example, indium gallium zinc oxide (IGZO) with a thickness of 25 nm is formed by RF sputtering at room temperature, and then patterned using a wet etching process. As for the sputtering conditions, the pressure during film formation is, for example, 0.5 Pa (oxygen-argon mixed gas: O 2 / Ar = 1/12), and the RF power is, for example, 50 W.
ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、拡散防止層DCと第1電極層FEから形成されている。具体的に、例えば、拡散防止層DCはコバルト(Co)膜から形成されており、第1電極層FEは、比抵抗の小さいアルミニウム膜(Al)、銅膜(Cu)、銀膜(Ag)、金膜(Au)などの単層膜、これらの金属の多層膜、または、これらの金属以外の金属との多層膜を使用することができる。このように構成されているソース電極SEおよびドレイン電極DEは、例えば、スパッタリング法や蒸着法を用いて成膜し、その後、エッチングプロセスやリフトオフプロセスを用いてパターニングを行うことができる。 The source electrode SE and the drain electrode DE are formed of the diffusion prevention layer DC and the first electrode layer FE. Specifically, for example, the diffusion prevention layer DC is formed of a cobalt (Co) film, and the first electrode layer FE includes an aluminum film (Al), a copper film (Cu), and a silver film (Ag) having a small specific resistance. A single layer film such as a gold film (Au), a multilayer film of these metals, or a multilayer film with a metal other than these metals can be used. The source electrode SE and the drain electrode DE configured as described above can be formed using, for example, a sputtering method or a vapor deposition method, and then patterned using an etching process or a lift-off process.
本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1は上記のように構成されており、以下に、その特徴点について説明する。本実施の形態1の特徴点は、図1に示すように、薄膜トランジスタTFT1のソース電極SEとドレイン電極DEを、拡散防止層DCと第1電極層FEから形成している点にある。つまり、本実施の形態1では、ソース電極SEの一部を構成する第1電極層FEとチャネル層CHとの間で、チャネル層CHに直接接触するように拡散防止層DCを形成している点に特徴がある。同様に、本実施の形態1では、ドレイン電極DEの一部を構成する第1電極層FEとチャネル層CHとの間で、チャネル層CHに直接接触するように拡散防止層DCを形成している点に特徴がある。言い換えれば、本実施の形態1では、ソース電極SEおよびドレイン電極DEのそれぞれの一部を構成している第1電極層FEがチャネル層CHへ直接接触しないように構成されている点に特徴があるということもできる。 The thin film transistor TFT1 in the first embodiment is configured as described above, and the characteristic points thereof will be described below. The feature of the first embodiment is that, as shown in FIG. 1, the source electrode SE and the drain electrode DE of the thin film transistor TFT1 are formed of the diffusion prevention layer DC and the first electrode layer FE. That is, in the first embodiment, the diffusion prevention layer DC is formed between the first electrode layer FE constituting the part of the source electrode SE and the channel layer CH so as to be in direct contact with the channel layer CH. There is a feature in the point. Similarly, in the first embodiment, the diffusion prevention layer DC is formed between the first electrode layer FE constituting the part of the drain electrode DE and the channel layer CH so as to be in direct contact with the channel layer CH. There is a feature in that. In other words, the present first embodiment is characterized in that the first electrode layer FE constituting part of each of the source electrode SE and the drain electrode DE is configured not to directly contact the channel layer CH. It can be said that there is.
このようにソース電極SEの一部やドレイン電極DEの一部を構成する第1電極層FEとチャネル層CHとの間で、チャネル層CHに直接接触するように拡散防止層DCを形成している理由について説明する。 In this way, the diffusion prevention layer DC is formed between the first electrode layer FE and the channel layer CH constituting part of the source electrode SE and part of the drain electrode DE so as to be in direct contact with the channel layer CH. Explain why.
例えば、薄膜トランジスタは液晶ディスプレイを構成する画素のそれぞれに存在する液晶の配向方向を変えるために、画素への駆動電圧の印加および非印加を制御するスイッチングデバイスとして使用される。近年では、液晶ディスプレイの高精細化が進められてきており、液晶ディスプレイの高精細化に伴って、今後、薄膜トランジスタに接続する配線の微細化が必要となる。このため、現状のモリブデンやモリブデン−タングステン合金などの配線材料では導電率が不十分となり、配線での信号遅延などの問題が発生する。このような問題を解決するためには、例えば、3μΩ・cm以下という低抵抗な金属材料をソース電極SEやドレイン電極DEおよび配線材料として用いることが望ましい。低抵抗な金属材料として、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などがある。したがって、本実施の形態1では、ソース電極SEやドレイン電極DEの低抵抗化を実現するため、ソース電極SEやドレイン電極DEをアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などからなる第1電極層から形成している。 For example, a thin film transistor is used as a switching device that controls application and non-application of a drive voltage to a pixel in order to change the alignment direction of liquid crystal present in each pixel constituting the liquid crystal display. In recent years, high definition of liquid crystal displays has been promoted, and along with the high definition of liquid crystal displays, it will be necessary to miniaturize wiring connected to thin film transistors in the future. For this reason, the current wiring materials such as molybdenum and molybdenum-tungsten alloy have insufficient conductivity, which causes problems such as signal delay in the wiring. In order to solve such a problem, it is desirable to use a metal material having a low resistance of, for example, 3 μΩ · cm or less as the source electrode SE, the drain electrode DE, and the wiring material. Examples of the low-resistance metal material include aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), and copper (Cu). Therefore, in the first embodiment, in order to reduce the resistance of the source electrode SE and the drain electrode DE, the source electrode SE and the drain electrode DE are made of aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper ( The first electrode layer is made of Cu) or the like.
しかし、上述した抵抗値の低いAl、Ag、Au、Cuに関しては、例えば250℃程度の熱処理を加えるパッシベーション膜成膜程などのように薄膜トランジスタを形成した後に加えられる加熱処理によって、Al、Ag、Au、Cuがソース電極SEやドレイン電極DEから、ソース電極SEやドレイン電極DEに直接接触するチャネル層CHへ拡散する。そして、拡散したAl、Ag、Au、Cuがチャネル層CHを構成する金属酸化物半導体膜に含まれる酸素と結合することにより金属酸化物を形成する。この結果、ソース電極SE(ドレイン電極DE)とチャネル層CHとの間のコンタクト抵抗が増大し、薄膜トランジスタのTFT特性が劣化してしまう問題がある。つまり、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などからなるソース電極SEおよびドレイン電極DEを直接チャネル層CHに接触させると、特に、薄膜トランジスタを形成した後に加えられる熱履歴によって、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などが金属酸化物半導体膜からなるチャネル層CHへ拡散して薄膜トランジスタの特性が劣化することを本発明者は新たに見出したのである。 However, with regard to Al, Ag, Au, and Cu having low resistance values, the Al, Ag, Au, and Cu are formed by heat treatment applied after the thin film transistor is formed, such as a passivation film forming process in which a heat treatment at approximately 250 ° C. is performed. Au and Cu diffuse from the source electrode SE and the drain electrode DE to the channel layer CH in direct contact with the source electrode SE and the drain electrode DE. Then, the diffused Al, Ag, Au, and Cu are combined with oxygen contained in the metal oxide semiconductor film constituting the channel layer CH to form a metal oxide. As a result, there is a problem that the contact resistance between the source electrode SE (drain electrode DE) and the channel layer CH increases, and the TFT characteristics of the thin film transistor are deteriorated. That is, when the source electrode SE and the drain electrode DE made of aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), etc. are brought into direct contact with the channel layer CH, they are added particularly after the thin film transistor is formed. According to the present inventors, the characteristics of the thin film transistor deteriorate due to diffusion of aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), etc. into the channel layer CH made of a metal oxide semiconductor film due to the thermal history. Was newly found.
そこで、本発明者は上述した課題を解決するために薄膜トランジスタの構成に工夫を施している。具体的に、ソース電極SEの一部を構成する第1電極層FEとチャネル層CHとの間で、チャネル層CHに直接接触するように拡散防止層DCを設けるとともに、ドレイン電極DEの一部を構成する第1電極層FEとチャネル層CHとの間で、チャネル層CHに直接接触するように拡散防止層DCを設けている。 Therefore, the present inventor has devised the configuration of the thin film transistor in order to solve the above-described problem. Specifically, a diffusion prevention layer DC is provided between the first electrode layer FE constituting the part of the source electrode SE and the channel layer CH so as to be in direct contact with the channel layer CH, and a part of the drain electrode DE is provided. A diffusion prevention layer DC is provided between the first electrode layer FE and the channel layer CH constituting the channel layer CH so as to be in direct contact with the channel layer CH.
これにより、例えば、薄膜トランジスタの形成後に250℃程度の熱履歴が存在する場合であっても、第1電極層FEを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などのチャネル層CHへの拡散が、拡散防止層DCによって抑制される。この結果、ソース電極SE(ドレイン電極DE)とチャネル層CHとの間のコンタクト抵抗の増大を抑制することができ、それによって、薄膜トランジスタのTFT特性の劣化を抑制できるという顕著な効果を得ることができる。 Thereby, for example, even when a thermal history of about 250 ° C. exists after the formation of the thin film transistor, aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), and copper (Cu) constituting the first electrode layer FE are formed. ) Or the like is suppressed by the diffusion prevention layer DC. As a result, it is possible to suppress an increase in contact resistance between the source electrode SE (drain electrode DE) and the channel layer CH, thereby obtaining a remarkable effect of suppressing deterioration of TFT characteristics of the thin film transistor. it can.
特に、本発明者は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などのチャネル層CHへの拡散を効果的に抑制する物質としてコバルト膜を使用することができることを見出した。つまり、具体的に、本発明者は、拡散防止層DCをコバルト膜から構成することにより、第1電極層FEを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などのチャネル層CHへの拡散を効果的に抑制することができることを見出している。 In particular, the present inventor can use a cobalt film as a substance that effectively suppresses diffusion of aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), etc. into the channel layer CH. I found. That is, specifically, the present inventor configures the diffusion prevention layer DC from a cobalt film, so that the aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), and copper (Cu) constituting the first electrode layer FE are formed. It has been found that diffusion into the channel layer CH can be effectively suppressed.
ここで、図1に示すように、拡散防止層DCは、ソース電極SEやドレイン電極DEの全体にわたって形成されているのではなく、チャネル層CHと直接接触する領域にだけに形成されている。拡散防止層DCは、第1電極層FEを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などがチャネル層CHへ拡散することを抑制すればよいことから、第1電極層FEがチャネル層CHと直接接触しないように拡散防止層DCを形成すればよいからである。つまり、チャネル層CHと直接接触する領域にだけ拡散防止層DCを設ける構成は、第1電極層FEを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などがチャネル層CHへ拡散することを抑制する機能を実現するために必要十分な構成なのである。 Here, as shown in FIG. 1, the diffusion prevention layer DC is not formed over the entire source electrode SE and drain electrode DE, but is formed only in a region in direct contact with the channel layer CH. The diffusion prevention layer DC only needs to suppress diffusion of aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), and the like constituting the first electrode layer FE into the channel layer CH. This is because the diffusion prevention layer DC may be formed so that the first electrode layer FE is not in direct contact with the channel layer CH. That is, the configuration in which the diffusion prevention layer DC is provided only in the region that is in direct contact with the channel layer CH is made of aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), or the like constituting the first electrode layer FE. The configuration is necessary and sufficient to realize a function of suppressing diffusion to the channel layer CH.
このように拡散防止層DCをチャネル層CHと直接接触する領域にだけ形成する理由を以下に示す。すなわち、本実施の形態1では、拡散防止層DCとして充分な機能を果たす材料としてコバルト膜が採用されている。このコバルト膜は、第1電極層FEを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などがチャネル層CHへ拡散することを抑制する観点から望ましいが、一方で、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などよりも抵抗値が高い。したがって、チャネル層CHに直接接触する領域だけでなく、ゲート絶縁膜GOX上に延在するソース電極SEやドレイン電極DEの全体にわたってコバルト膜(拡散防止層DC)を形成すると、ソース電極SEやドレイン電極DEの抵抗値が上昇してしまう。つまり、本実施の形態1では、ソース電極SEやドレイン電極DEの抵抗値を下げるため、抵抗値が3μΩ・cm以下というアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などを使用しており、ソース電極SEやドレイン電極DEの抵抗値を低減する観点からはコバルト膜を使用しないほうが望ましい。そこで、本実施の形態1では、第1電極層FEを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などがチャネル層CHへ拡散することを抑制するために必要十分な領域にだけコバルト膜(拡散防止層DC)を設けているのである。つまり、本実施の形態1において、ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、チャネル層CHと直接接触する領域において、コバルト膜(拡散防止層DC)と第1電極層FEとの積層構造をしているが、その他の領域においては、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などの低抵抗材料から構成される第1電極層FEだけから構成している。このように構成することにより、本実施の形態1によれば、第1電極層FEを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などがチャネル層CHへ拡散することを充分に抑制することができるとともに、ソース電極SEおよびドレイン電極DEの抵抗値を充分に低くすることができるという顕著な効果を得ることができる。 The reason why the diffusion prevention layer DC is formed only in the region in direct contact with the channel layer CH will be described below. That is, in the first embodiment, a cobalt film is employed as a material that performs a sufficient function as the diffusion preventing layer DC. This cobalt film is desirable from the viewpoint of suppressing diffusion of aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), and the like constituting the first electrode layer FE into the channel layer CH. Therefore, the resistance value is higher than aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), and the like. Therefore, when the cobalt film (diffusion prevention layer DC) is formed not only in the region directly in contact with the channel layer CH but also over the entire source electrode SE and drain electrode DE extending on the gate insulating film GOX, the source electrode SE and drain are formed. The resistance value of the electrode DE increases. That is, in the first embodiment, in order to lower the resistance value of the source electrode SE and the drain electrode DE, aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), and copper (Cu) whose resistance value is 3 μΩ · cm or less. From the viewpoint of reducing the resistance value of the source electrode SE and the drain electrode DE, it is preferable not to use a cobalt film. Therefore, in the first embodiment, in order to suppress diffusion of aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), etc. constituting the first electrode layer FE into the channel layer CH. The cobalt film (diffusion prevention layer DC) is provided only in a necessary and sufficient region. That is, in the first embodiment, the source electrode SE and the drain electrode DE have a stacked structure of the cobalt film (diffusion prevention layer DC) and the first electrode layer FE in a region in direct contact with the channel layer CH. However, in the other regions, the first electrode layer FE is made of only a low resistance material such as aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), or copper (Cu). With this configuration, according to the first embodiment, aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), etc. constituting the first electrode layer FE are supplied to the channel layer CH. It is possible to sufficiently suppress the diffusion and to obtain a remarkable effect that the resistance values of the source electrode SE and the drain electrode DE can be sufficiently reduced.
上述したように、本実施の形態1では、拡散防止層DCとしてコバルト膜を使用しているが、このコバルト膜によれば、第1電極層FEを構成する金属のチャネル層CHへの拡散を抑制できる。本実施の形態1では、第1電極層FEをアルミニウム膜(Al)から形成し、拡散防止層DCをコバルト膜から形成する場合を例に挙げて、コバルト膜が充分にアルミニウムの拡散を防止する機能を果たしていることを検証した結果について説明する。 As described above, in the first embodiment, a cobalt film is used as the diffusion prevention layer DC. However, according to this cobalt film, the metal constituting the first electrode layer FE is diffused into the channel layer CH. Can be suppressed. In the first embodiment, the case where the first electrode layer FE is formed from an aluminum film (Al) and the diffusion prevention layer DC is formed from a cobalt film is taken as an example, and the cobalt film sufficiently prevents the diffusion of aluminum. The result of verifying that the function is fulfilled will be described.
ここでは、本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1として、コバルト膜の厚さを5nm、第1電極層FEとして厚さ40nmのアルミニウム膜(単層膜)とした薄膜トランジスタTFT1を取り上げる。コバルト膜およびアルミニウム膜の成膜にはEB蒸着法を使用し、パターニングにはリフトオフ法を用いている。なお、薄膜トランジスタTFT1のチャネル長(L)およびチャネル幅(W)は、それぞれ、L=100μmおよびW=2000μmとなっている。 Here, the thin film transistor TFT1 in which the thickness of the cobalt film is 5 nm and the aluminum film (single layer film) is 40 nm thick as the first electrode layer FE is taken as the thin film transistor TFT1 in the first embodiment. An EB vapor deposition method is used for forming the cobalt film and the aluminum film, and a lift-off method is used for patterning. The channel length (L) and the channel width (W) of the thin film transistor TFT1 are L = 100 μm and W = 2000 μm, respectively.
図2は、本実施の形態1の薄膜トランジスタTFT1において、初期電気特性および250℃加熱後の電気特性を示すグラフである。図2において、縦軸はオン電流(Ion)を示しており、横軸はゲート電圧(Vg)を示している。なお、測定時のソース電極SEとドレイン電極DEの間の電圧(Vd)は1.0Vである。 FIG. 2 is a graph showing initial electrical characteristics and electrical characteristics after heating at 250 ° C. in the thin film transistor TFT1 of the first embodiment. In FIG. 2, the vertical axis represents the on-current (I on ), and the horizontal axis represents the gate voltage (Vg). Note that the voltage (V d ) between the source electrode SE and the drain electrode DE at the time of measurement is 1.0V.
図2に示すように、加熱前の初期電気特性におけるオン電流(Ion)は7.9×10−4Aであり、移動度(μfe)(図示せず)は16cm2V−1s−1である。一方、250℃加熱後の電気特性におけるオン電流(Ion)は1.1x10−3A、移動度(μfe)は18cm2V−1s−1である。ここでのオン電流(Ion)は、ゲート電圧(Vg)がしきい電圧(Vth)+20Vでの電流としている。250℃の加熱前後でのオン電流(Ion)および移動度(μfe)を比較すると、その値はほぼ同等であり、250℃の加熱工程(熱履歴)によるオン電流(Ion)および移動度(μfe)の低下は確認されなかった。つまり、本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1によれば、薄膜トランジスタTFT1を形成した後、例えば250℃程度の熱履歴が加わっても、薄膜トランジスタTFT1の電気的特性の劣化を充分に抑制できることが確認された。 As shown in FIG. 2, the on-state current (I on ) in the initial electrical characteristics before heating is 7.9 × 10 −4 A, and the mobility (μ fe ) (not shown) is 16 cm 2 V −1 s. -1 . On the other hand, the on-state current (I on ) in the electrical characteristics after heating at 250 ° C. is 1.1 × 10 −3 A, and the mobility (μ fe ) is 18 cm 2 V −1 s −1 . The on-current (I on ) here is a current when the gate voltage (Vg) is the threshold voltage (V th ) + 20V. Comparing the on-current (I on ) and mobility (μ fe ) before and after heating at 250 ° C., the values are almost the same, and the on-current (I on ) and movement by the heating step (thermal history) at 250 ° C. A decrease in degree (μ fe ) was not confirmed. That is, according to the thin film transistor TFT1 in the first embodiment, it was confirmed that deterioration of the electrical characteristics of the thin film transistor TFT1 can be sufficiently suppressed even when a thermal history of, for example, about 250 ° C. is applied after the thin film transistor TFT1 is formed. .
次に、図3は、250℃の加熱後の薄膜トランジスタTFT1の各層の元素分布(In、Ga、Zn、Al、Co)を2次イオン質量分析法(SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry))により分析した結果を示す図である。図3の横軸は、アルミニウム(Al)のスパッタレートを用いて算出した深さ(nm)を示しており、縦軸は2次イオンの検出強度を任意単位で表したものである。図3のSIMS分析結果において、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHに相当する深さの位置に着目すると、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)の構成成分であるインジウム(In)や亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)がピークを持つ位置で、アルミニウム(Al)のピークが確認されなかった。このことから、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CH中にアルミニウム(Al)が拡散していないことがわかる。つまり、アルミニウム膜からなる第1電極層FEと、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHの間に設けられているコバルト膜からなる拡散防止層DCによって、第1電極層FEを構成するアルミニウムがチャネル層CHへ拡散することを抑制できることがわかる。以上のように、図2に示す電気特性および図3に示すSIMSの結果から、コバルト膜がアルミニウム膜(Al)と酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHの間に存在する本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1では、250℃の加熱処理による酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHへのアルミニウム(Al)の拡散が抑制される。この結果、アルミニウムが酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)に含まれる酸素と反応することが抑制され、薄膜トランジスタTFT1の電気特性の劣化を抑制できることが確認された。
Next, in FIG. 3, the element distribution (In, Ga, Zn, Al, Co) of each layer of the thin film transistor TFT1 after heating at 250 ° C. was analyzed by secondary ion mass spectrometry (SIMS). It is a figure which shows a result. The horizontal axis of FIG. 3 represents the depth (nm) calculated using the sputtering rate of aluminum (Al), and the vertical axis represents the detection intensity of secondary ions in arbitrary units. In the SIMS analysis result of FIG. 3, when attention is paid to the position of the depth corresponding to the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO), indium (In) and zinc (which are constituent components of indium gallium zinc oxide (IGZO)) The peak of aluminum (Al) was not confirmed at a position where Zn) and gallium (Ga) had peaks. This shows that aluminum (Al) is not diffused in the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO). That is, the first electrode layer FE is configured by the diffusion prevention layer DC made of a cobalt film provided between the first electrode layer FE made of an aluminum film and the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO). It can be seen that aluminum can be prevented from diffusing into the channel layer CH. As described above, from the electrical characteristics shown in FIG. 2 and the SIMS result shown in FIG. 3, the cobalt film is present between the channel layer CH made of an aluminum film (Al) and indium gallium zinc oxide (IGZO). In the thin film transistor TFT1 in
続いて、上述した本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1と比較するための比較例について説明する。図4は、比較例における薄膜トランジスタTFT2の構造を示す断面図である。図4に示す比較例における薄膜トランジスタTFT2の構造は、図1に示す本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1の構造とほぼ同様であるが、比較例における薄膜トランジスタTFT2では、本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1に存在する拡散防止層DCが存在しない点が相違する。 Next, a comparative example for comparison with the thin film transistor TFT1 in the first embodiment described above will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the thin film transistor TFT2 in the comparative example. The structure of the thin film transistor TFT2 in the comparative example shown in FIG. 4 is substantially the same as the structure of the thin film transistor TFT1 in the first embodiment shown in FIG. 1, but the thin film transistor TFT2 in the comparative example is different from the thin film transistor TFT1 in the first embodiment. The difference is that there is no diffusion prevention layer DC.
図4において、比較例における薄膜トランジスタTFT2では、絶縁基板1S上にゲート電極GEが形成されており、このゲート電極GEを覆うように絶縁基板1S上にゲート絶縁膜GOXが形成されている。このゲート絶縁膜GOX上には、チャネル層CHが形成されている。そして、チャネル層CH上に平面的に離間し、かつ、それぞれゲート絶縁膜GOX上に延在するようにソース電極SEおよびドレイン電極DEが形成されている。ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、金属膜からなる第1電極層FEから構成されており、拡散防止層DCは形成されていない。
In FIG. 4, in the thin film transistor TFT2 in the comparative example, the gate electrode GE is formed on the insulating
ここでは、比較例における薄膜トランジスタTFT2として、第1電極層FEとして厚さ100nmのアルミニウム膜(単層膜)とした薄膜トランジスタTFT2を取り上げる。アルミニウム膜の成膜にはEB蒸着法を使用し、パターニングにはリフトオフ法を用いている。なお、薄膜トランジスタTFT2のチャネル長(L)およびチャネル幅(W)は、それぞれ、L=300μmおよびW=2000μmとなっている。 Here, as the thin film transistor TFT2 in the comparative example, a thin film transistor TFT2 in which an aluminum film (single layer film) having a thickness of 100 nm is used as the first electrode layer FE is taken up. An EB vapor deposition method is used for forming the aluminum film, and a lift-off method is used for patterning. The channel length (L) and the channel width (W) of the thin film transistor TFT2 are L = 300 μm and W = 2000 μm, respectively.
図5は、比較例の薄膜トランジスタTFT2において、初期電気特性および250℃加熱後の電気特性を示すグラフである。図5において、縦軸はオン電流(Ion)を示しており、横軸はゲート電圧(Vg)を示している。なお、測定時のソース電極SEとドレイン電極DEの間の電圧(Vd)は1.0Vである。 FIG. 5 is a graph showing initial electrical characteristics and electrical characteristics after heating at 250 ° C. in the thin film transistor TFT2 of the comparative example. In FIG. 5, the vertical axis represents the on-current (I on ), and the horizontal axis represents the gate voltage (Vg). Note that the voltage (V d ) between the source electrode SE and the drain electrode DE at the time of measurement is 1.0V.
図5に示すように、加熱前の初期電気特性におけるオン電流(Ion)は8.7×10−5Aであり、移動度(μfe)(図示せず)は14cm2V−1s−1である。一方、250℃加熱後の電気特性におけるオン電流(Ion)は1.3×10−6A、移動度(μfe)は1cm2V−1s−1である。ここでのオン電流(Ion)は、ゲート電圧(Vg)がしきい電圧(Vth)+20Vでの電流としている。250℃の加熱前後でのオン電流(Ion)および移動度(μfe)を比較すると、加熱後はオン電流(Ion)が1/70程度に、移動度(μfe)が1/14程度に低下していることがわかる。つまり、比較例における薄膜トランジスタTFT2では、薄膜トランジスタTFT2を形成した後、250℃程度の熱履歴が存在すると、薄膜トランジスタTFT2の電気的特性が著しく劣化することが確認された。 As shown in FIG. 5, the on-current (I on ) in the initial electrical characteristics before heating is 8.7 × 10 −5 A, and the mobility (μ fe ) (not shown) is 14 cm 2 V −1 s. -1 . On the other hand, the on-state current (I on ) in electrical characteristics after heating at 250 ° C. is 1.3 × 10 −6 A, and the mobility (μ fe ) is 1 cm 2 V −1 s −1 . The on-current (I on ) here is a current when the gate voltage (Vg) is the threshold voltage (V th ) + 20V. Comparing the on-current (I on ) and mobility (μ fe ) before and after heating at 250 ° C., the on-current (I on ) is about 1/70 and the mobility (μ fe ) is 1/14 after heating. It turns out that it has fallen to the extent. That is, in the thin film transistor TFT2 in the comparative example, it was confirmed that the electrical characteristics of the thin film transistor TFT2 are remarkably deteriorated when a thermal history of about 250 ° C. exists after the thin film transistor TFT2 is formed.
次に、図6は、250℃の加熱後の薄膜トランジスタTFT2の各層の元素分布(In、Ga、Zn、Al)を2次イオン質量分析法(SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry))により分析した結果を示す図である。図6の横軸は、アルミニウム(Al)のスパッタレートを用いて算出した深さ(nm)を示しており、縦軸は2次イオンの検出強度を任意単位で表したものである。 Next, FIG. 6 shows the result of analyzing the element distribution (In, Ga, Zn, Al) of each layer of the thin film transistor TFT2 after heating at 250 ° C. by secondary ion mass spectrometry (SIMS). FIG. The horizontal axis in FIG. 6 represents the depth (nm) calculated using the sputtering rate of aluminum (Al), and the vertical axis represents the secondary ion detection intensity in arbitrary units.
図6のSIMS分析結果において、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHに相当する深さの位置に着目すると、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)の構成成分であるインジウム(In)や亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)がピークを持つ位置と同じ深さの位置に、アルミニウム(Al)のピークが確認された。このことから、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CH中にアルミニウム(Al)が拡散してしまっていることがわかる。つまり、図5に示す電気特性の結果および図6に示すSIMS分析の結果から、アルミニウム膜(Al)が酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHに直接接触する場合、250℃程度の加熱処理によってアルミニウム(Al)が酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CH中に拡散してしまうことがわかる。この結果、アルミニウムが酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)に含まれる酸素と反応してしまい、薄膜トランジスタTFT2の電気特性の劣化(オン電流(Ion)の低下および移動度(μfe)の低下)が生じることが確認された。 In the SIMS analysis result of FIG. 6, when attention is paid to the position of the depth corresponding to the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO), indium (In) or zinc (IG) that is a constituent component of indium gallium zinc oxide (IGZO). A peak of aluminum (Al) was confirmed at a position at the same depth as the position where Zn and gallium (Ga) had peaks. This shows that aluminum (Al) has diffused into the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO). That is, when the aluminum film (Al) is in direct contact with the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) from the result of the electrical characteristics shown in FIG. 5 and the result of the SIMS analysis shown in FIG. It can be seen that aluminum (Al) diffuses into the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) by the treatment. As a result, aluminum reacts with oxygen contained in indium gallium zinc oxide (IGZO), and electrical characteristics of the thin film transistor TFT2 deteriorate (decrease in on-current (I on ) and decrease in mobility (μ fe )). It was confirmed.
上述した本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1と比較例における薄膜トランジスタTFT2を比較すると、本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1においては、比較例における薄膜トランジスタTFT2で確認された250℃程度の加熱処理での酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHへのアルミニウム(Al)の拡散は確認されていない。また、電気特性においても、比較例における薄膜トランジスタTFT2ではオン電流(Ion)および移動度(μfe)の低下が確認されたが、本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1においては確認されなかった。以上のことから、本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1のように、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHとアルミニウム膜(Al)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むことで、アルミニウム(Al)の酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1の電気特性の劣化を防ぐ効果が得られることを確認した。 When the thin film transistor TFT1 in the first embodiment described above and the thin film transistor TFT2 in the comparative example are compared, in the thin film transistor TFT1 in the first embodiment, indium oxide in the heat treatment at about 250 ° C. confirmed in the thin film transistor TFT2 in the comparative example. Diffusion of aluminum (Al) into the channel layer CH made of gallium zinc (IGZO) has not been confirmed. In addition, in the electrical characteristics, a decrease in on-current (I on ) and mobility (μ fe ) was confirmed in the thin film transistor TFT2 in the comparative example, but not in the thin film transistor TFT1 in the first embodiment. From the above, like the thin film transistor TFT1 in the first embodiment, a cobalt film (diffusion prevention) is formed at the interface between the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) and the first electrode layer FE made of an aluminum film (Al). By sandwiching the layer DC), diffusion of aluminum (Al) into the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) can be prevented, thereby deteriorating the electrical characteristics of the thin film transistor TFT1 in the first embodiment. It confirmed that the effect which prevents was acquired.
なお、拡散防止層DCであるコバルト膜を100nmまで段階的に厚くした薄膜トランジスタTFT1においても、図2および図3で示したものと同様の結果が得られた。このことから、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)とアルミニウム膜(Al)との界面に存在するコバルト膜の厚さが5nm以上100nm以下であればアルミニウム(Al)の酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHへの拡散を防ぐ効果が得られることを確認した。 Note that the same results as those shown in FIGS. 2 and 3 were obtained in the thin film transistor TFT1 in which the cobalt film as the diffusion preventing layer DC was gradually increased to 100 nm. From this, if the thickness of the cobalt film existing at the interface between the indium gallium zinc oxide (IGZO) and the aluminum film (Al) is 5 nm or more and 100 nm or less, it is made of indium gallium zinc oxide (IGZO) of aluminum (Al). It was confirmed that the effect of preventing diffusion to the channel layer CH was obtained.
また、第1電極層FEとしてアルミニウム(Al)と金属M(Al、Ag、Cu、Au、Mo、W、Mo−W、Ni、Cr、Ti、Fe、Ta)との積層膜を用いた場合においても、図2および図3で示したものと同様の結果が得られ、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)への金属元素の拡散防止効果が得られることを確認した。 In the case where a laminated film of aluminum (Al) and metal M (Al, Ag, Cu, Au, Mo, W, Mo-W, Ni, Cr, Ti, Fe, Ta) is used as the first electrode layer FE. The results similar to those shown in FIGS. 2 and 3 were obtained, and it was confirmed that the effect of preventing diffusion of metal elements into indium gallium zinc oxide (IGZO) was obtained.
さらに、上述した検証では、チャネル層CHを酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)から形成する例について説明したが、これに限らず、チャネル層CHを酸化スズ亜鉛(ZTO)や酸化亜鉛(ZnO)から形成する場合も、チャネル層CHとアルミニウム膜(Al)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むことで、アルミニウム(Al)のチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、薄膜トランジスタTFT1の電気特性の劣化を防ぐ効果が得られることを確認した。 Further, in the verification described above, an example in which the channel layer CH is formed from indium gallium zinc oxide (IGZO) has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the channel layer CH is formed from tin zinc oxide (ZTO) or zinc oxide (ZnO). In this case, the diffusion of aluminum (Al) into the channel layer CH is prevented by sandwiching the cobalt film (diffusion prevention layer DC) at the interface between the channel layer CH and the first electrode layer FE made of the aluminum film (Al). It was confirmed that the effect of preventing the deterioration of the electrical characteristics of the thin film transistor TFT1 can be obtained.
具体的に、図7は、本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1と、比較例における薄膜トランジスタTFT2の両方のチャネル層CHに酸化スズ亜鉛(ZTO)や酸化亜鉛(ZnO)を使用する場合での、オン電流(Ion)を示す図である。図7に示すように、チャネル層CHに酸化スズ亜鉛(ZTO)や酸化亜鉛(ZnO)を使用するいずれの場合も、本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1の方が比較例における薄膜トランジスタTFT2よりもオン電流(Ion)が大きくなることが確認された。したがって、チャネル層CHを酸化スズ亜鉛(ZTO)や酸化亜鉛(ZnO)から形成する場合も、チャネル層CHとアルミニウム膜(Al)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むことで、アルミニウム(Al)のチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、本実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1の電気特性(オン電流(Ion))の劣化を防ぐ効果が得られることがわかる。 Specifically, FIG. 7 shows the on-state when tin oxide (ZTO) or zinc oxide (ZnO) is used for both channel layers CH of the thin film transistor TFT1 in the first embodiment and the thin film transistor TFT2 in the comparative example. It is a figure which shows electric current ( Ion ). As shown in FIG. 7, in any case where zinc oxide (ZTO) or zinc oxide (ZnO) is used for the channel layer CH, the thin film transistor TFT1 in the first embodiment is more on than the thin film transistor TFT2 in the comparative example. It was confirmed that the current (I on ) increased. Therefore, even when the channel layer CH is formed of tin zinc oxide (ZTO) or zinc oxide (ZnO), a cobalt film (diffusion prevention layer DC) is formed at the interface between the channel layer CH and the first electrode layer FE made of an aluminum film (Al). ) Can be prevented from diffusing into the channel layer CH of aluminum (Al), thereby preventing the deterioration of the electrical characteristics (on-current (I on )) of the thin film transistor TFT1 in the first embodiment. It can be seen that
図1に示す薄膜トランジスタTFT1の構造は、チャネル層CHの下層にゲート電極GEが形成され、かつ、コンタクトをとるソース電極SEおよびドレイン電極DEがチャネル層CHの上層に形成されていることから、ボトムゲート/トップコンタクト型構造と呼ばれる。 The structure of the thin film transistor TFT1 shown in FIG. 1 is that the gate electrode GE is formed in the lower layer of the channel layer CH, and the source electrode SE and the drain electrode DE to be contacted are formed in the upper layer of the channel layer CH. This is called a gate / top contact type structure.
本実施の形態1ではボトムゲート/トップコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1を用いて説明したが、ボトムゲート/ボトムコンタクト型構造、トップゲート/トップコンタクト型構造、トップゲート/ボトムコンタクト型構造に関しても、チャネル層CHとアルミニウム膜(Al)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むことで、アルミニウム(Al)のチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、薄膜トランジスタTFT1の電気特性(オン電流(Ion))の劣化を防ぐ効果が得られる。 In the first embodiment, the thin film transistor TFT1 having the bottom gate / top contact type structure has been described. However, the bottom gate / bottom contact type structure, the top gate / top contact type structure, and the top gate / bottom contact type structure are also used for the channel. By interposing the cobalt film (diffusion prevention layer DC) at the interface between the layer CH and the first electrode layer FE made of the aluminum film (Al), diffusion of aluminum (Al) into the channel layer CH can be prevented, thereby The effect of preventing the deterioration of the electrical characteristics (on-current (I on )) of the thin film transistor TFT1 can be obtained.
具体的に、図8は、ボトムゲート/ボトムコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1を示す断面図である。図8に示すように、ボトムゲート/ボトムコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1は、絶縁基板1S上にゲート電極GEを有し、このゲート電極GEを覆う絶縁膜1S上にゲート絶縁膜GOXを有する。そして、ボトムゲート/ボトムコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1は、ゲート絶縁膜GOX上に平面的に離間して配置され、かつ、それぞれゲート絶縁膜GOX上を延在するように配置されたソース電極SEおよびドレイン電極DEを有し、ソース電極SEとドレイン電極DEの間のゲート絶縁膜GOX上からソース電極SEの端部およびドレイン電極DEの端部へ乗り上げるように形成されたチャネル層CHを有する。このように構成された図8に示す薄膜トランジスタTFT1によれば、チャネル層CHの下層にゲート電極GE、ソース電極SEおよびドレイン電極DEが形成されていることから、ボトムゲート/ボトムコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1と呼ばれる。
Specifically, FIG. 8 is a cross-sectional view showing a thin film transistor TFT1 having a bottom gate / bottom contact type structure. As shown in FIG. 8, the bottom gate / bottom contact type thin film transistor TFT1 has a gate electrode GE on an insulating
このボトムゲート/ボトムコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1においても、チャネル層CHとアルミニウム膜(Al)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むように構成されている。このため、アルミニウム(Al)のチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、薄膜トランジスタTFT1の電気特性(オン電流(Ion))の劣化を防ぐ効果が得られる。 The bottom gate / bottom contact type thin film transistor TFT1 is also configured to sandwich a cobalt film (diffusion prevention layer DC) at the interface between the channel layer CH and the first electrode layer FE made of an aluminum film (Al). For this reason, diffusion of aluminum (Al) into the channel layer CH can be prevented, thereby obtaining an effect of preventing deterioration of the electrical characteristics (on current (I on )) of the thin film transistor TFT1.
次に、図9は、トップゲート/トップコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1を示す断面図である。図9に示すように、トップゲート/トップコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1は、絶縁基板1S上にチャネル層CHを有し、このチャネル層CH上に平面的に離間して配置され、かつ、それぞれ絶縁基板1S上に延在するソース電極SEおよびドレイン電極DEを有する。そして、トップゲート/トップコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1は、ソース電極SEとドレイン電極DEの間のチャネル層CH上からソース電極SEの端部およびドレイン電極DEの端部へ乗り上げるように形成されたゲート絶縁膜GOXを有し、さらに、このゲート絶縁膜GOX上に形成されたゲート電極GEを有する。このように構成された図9に示す薄膜トランジスタTFT1によれば、チャネル層CHの上層にゲート電極GE、ソース電極SEおよびドレイン電極DEが形成されていることから、トップゲート/トップコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1と呼ばれる。
Next, FIG. 9 is a cross-sectional view showing a thin film transistor TFT1 having a top gate / top contact type structure. As shown in FIG. 9, a thin film transistor TFT1 having a top gate / top contact type structure has a channel layer CH on an insulating
このトップゲート/トップコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1においても、チャネル層CHとアルミニウム膜(Al)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むように構成されている。このため、アルミニウム(Al)のチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、薄膜トランジスタTFT1の電気特性(オン電流(Ion))の劣化を防ぐ効果が得られる。 The thin film transistor TFT1 having the top gate / top contact structure is also configured such that a cobalt film (diffusion prevention layer DC) is sandwiched between the interface of the channel layer CH and the first electrode layer FE made of an aluminum film (Al). For this reason, diffusion of aluminum (Al) into the channel layer CH can be prevented, thereby obtaining an effect of preventing deterioration of the electrical characteristics (on current (I on )) of the thin film transistor TFT1.
次に、図10は、トップゲート/ボトムコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1を示す断面図である。図10に示すように、トップゲート/ボトムコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1は、絶縁基板1S上に平面的に離間して配置され、かつ、それぞれ絶縁基板1S上を延在するソース電極SEおよびドレイン電極DEを有する。そして、トップゲート/ボトムコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1は、ソース電極SEとドレイン電極DEの間の絶縁基板1S上からソース電極SEの端部およびドレイン電極DEの端部へ乗り上げるように形成されたチャネル層CHを有し、このチャネル層CH上に形成されたゲート絶縁膜GOXを有する。さらに、トップゲート/ボトムコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1は、ゲート絶縁膜GOX上にゲート電極GEを有する。このように構成された図10に示す薄膜トランジスタTFT1によれば、チャネル層CHの上層にゲート電極GEが形成され、チャネル層CHの下層にソース電極SEおよびドレイン電極DEが形成されていることから、トップゲート/ボトムコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1と呼ばれる。
Next, FIG. 10 is a cross-sectional view showing a thin film transistor TFT1 having a top gate / bottom contact type structure. As shown in FIG. 10, the thin film transistor TFT1 having a top gate / bottom contact type structure is disposed on the insulating
このトップゲート/ボトムコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1においても、チャネル層CHとアルミニウム膜(Al)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むように構成されている。このため、アルミニウム(Al)のチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、薄膜トランジスタTFT1の電気特性(オン電流(Ion))の劣化を防ぐ効果が得られる。 The thin film transistor TFT1 having the top gate / bottom contact type structure is also configured such that a cobalt film (diffusion prevention layer DC) is sandwiched between the interface of the channel layer CH and the first electrode layer FE made of an aluminum film (Al). For this reason, diffusion of aluminum (Al) into the channel layer CH can be prevented, thereby obtaining an effect of preventing deterioration of the electrical characteristics (on current (I on )) of the thin film transistor TFT1.
(実施の形態2)
本実施の形態2における薄膜トランジスタTFT1の構造について図1を参照しながら説明する。本実施の形態2における薄膜トランジスタTFT1は、第1電極層FEを構成する材料をアルミニウム(Al)から銅(Cu)に変更した以外、前記実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1と同様の構造をしている。
(Embodiment 2)
The structure of the thin film transistor TFT1 in the second embodiment will be described with reference to FIG. The thin film transistor TFT1 in the second embodiment has the same structure as the thin film transistor TFT1 in the first embodiment except that the material constituting the first electrode layer FE is changed from aluminum (Al) to copper (Cu). .
前記実施の形態1と同様に、コバルト膜(拡散防止層DC)の厚さを5nm、第1電極層FEとして厚さ40nmの銅膜(Cu)とした本実施の形態2における薄膜トランジスタTFT1、および、コバルト膜(拡散防止層DC)を用いず、第1電極層FEとして厚さ100nmの銅膜(Cu)を用い、銅膜(Cu)からなる第1電極層FEがチャネル層CHに直接接触する構造として比較例における薄膜トランジスタTFT2を作製した。 As in the first embodiment, the thin film transistor TFT1 in the second embodiment in which the cobalt film (diffusion prevention layer DC) has a thickness of 5 nm and the first electrode layer FE has a copper film (Cu) of 40 nm, and The copper film (Cu) having a thickness of 100 nm is used as the first electrode layer FE without using the cobalt film (diffusion prevention layer DC), and the first electrode layer FE made of the copper film (Cu) is in direct contact with the channel layer CH. A thin film transistor TFT2 in a comparative example was produced as a structure to be used.
本実施の形態2における薄膜トランジスタTFT1において、初期電気特性および250℃の加熱処理後の電気特性は、図2と同様の結果を示し、250℃の加熱処理の前後でのオン電流(Ion)および移動度(μfe)の低下は観測されなかった。 In the thin film transistor TFT1 in Embodiment 2, the initial electrical characteristics and the electrical characteristics after the heat treatment at 250 ° C. show the same results as in FIG. 2, and the on-current (I on ) before and after the heat treatment at 250 ° C. and No decrease in mobility (μ fe ) was observed.
次に、図11は、250℃の加熱処理後の本実施の形態2における薄膜トランジスタTFT1の各層での元素分布(In、Zn、Ga、Cu、Co)をSIMS分析した結果を示す図である。図11において、横軸は銅(Cu)のスパッタレートを用いて換算した深さ(nm)を示しており、縦軸は2次イオンの検出強度(任意単位)を示している。酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHに相当する深さの位置に着目すると、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)の構成成分であるインジウム(In)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)のピークが存在する深さ位置に銅(Cu)のピークが確認できないことから、銅(Cu)が酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CH中に拡散していないことが確認された。 Next, FIG. 11 is a diagram showing a result of SIMS analysis of element distribution (In, Zn, Ga, Cu, Co) in each layer of the thin film transistor TFT1 in the second embodiment after the heat treatment at 250 ° C. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the depth (nm) converted using the copper (Cu) sputtering rate, and the vertical axis indicates the detection intensity (arbitrary unit) of the secondary ions. Focusing on the position of the depth corresponding to the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO), indium (In), zinc (Zn), and gallium (Ga), which are constituent components of indium gallium zinc oxide (IGZO), are used. Since the peak of copper (Cu) cannot be confirmed at the depth position where the peak exists, it was confirmed that copper (Cu) was not diffused in the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO).
続いて、比較例における薄膜トランジスタTFT2の初期電気特性および250℃の加熱処理後の電気特性は図5と同様に、250℃程度の加熱処理によりオン電流(Ion)が1/70程度、移動度(μfe)が1/14程度に低下するものであった。さらに、比較例における薄膜トランジスタTFT2の各層での元素分布(In、Zn、Ga、Cu)をSIMSにより分析した結果、図6と同様、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)の構成成分であるインジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)などのスペクトルと同じ深さの位置に、銅(Cu)のスペクトルのピークを検出した。このような電気特性およびSIMS分析の結果から、比較例における薄膜トランジスタTFT2のように、銅(Cu)が酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHに直接接触した場合、250℃の加熱処理によって銅(Cu)が酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CH中に拡散し、比較例における薄膜トランジスタTFT2のオン電流(Ion)および移動度(μfe)が低下する結果を得た。 Then, electrical characteristics after heat treatment of the initial electric characteristics of the thin film transistor TFT2 and 250 ° C. in Comparative Example, similarly to the case of FIG. 5, the on-current by a heat treatment at about 250 ℃ (I on) of about 1/70, mobility (Μ fe ) was reduced to about 1/14. Furthermore, as a result of analyzing the element distribution (In, Zn, Ga, Cu) in each layer of the thin film transistor TFT2 in the comparative example by SIMS, indium (In) which is a constituent component of indium gallium zinc oxide (IGZO) as in FIG. The peak of the spectrum of copper (Cu) was detected at the same depth as the spectrum of gallium (Ga), zinc (Zn) and the like. From such electrical characteristics and SIMS analysis results, when the copper (Cu) is in direct contact with the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) as in the thin film transistor TFT2 in the comparative example, the heat treatment is performed at 250 ° C. Copper (Cu) diffused into the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO), and the on-current (I on ) and mobility (μ fe ) of the thin film transistor TFT2 in the comparative example were reduced.
上述した本実施の形態2における薄膜トランジスタTFT1と比較例における薄膜トランジスタTFT2を比較すると、本実施の形態2における薄膜トランジスタTFT1においては、比較例における薄膜トランジスタTFT2で確認された250℃程度の加熱処理での酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHへの銅(Cu)の拡散は確認されていない。また、電気特性においても、比較例における薄膜トランジスタTFT2ではオン電流(Ion)および移動度(μfe)の低下が確認されたが、本実施の形態2における薄膜トランジスタTFT1においては確認されなかった。以上のことから、本実施の形態2における薄膜トランジスタTFT1のように、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHと銅膜(Cu)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むことで、銅(Cu)の酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、本実施の形態2における薄膜トランジスタTFT1の電気特性の劣化を防ぐ効果が得られることを確認した。 When the thin film transistor TFT1 in the second embodiment described above and the thin film transistor TFT2 in the comparative example are compared, in the thin film transistor TFT1 in the second embodiment, indium oxide in the heat treatment at about 250 ° C. confirmed in the thin film transistor TFT2 in the comparative example. Diffusion of copper (Cu) into the channel layer CH made of gallium zinc (IGZO) has not been confirmed. In addition, in the electrical characteristics, a decrease in on-current (I on ) and mobility (μ fe ) was confirmed in the thin film transistor TFT2 in the comparative example, but not in the thin film transistor TFT1 in the second embodiment. From the above, like the thin film transistor TFT1 in the second embodiment, a cobalt film (diffusion prevention) is formed at the interface between the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) and the first electrode layer FE made of copper film (Cu). By sandwiching the layer DC), diffusion of copper (Cu) into the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) can be prevented, thereby deteriorating the electrical characteristics of the thin film transistor TFT1 in the second embodiment. It confirmed that the effect which prevents was acquired.
なお、拡散防止層DCであるコバルト膜を100nmまで段階的に厚くした薄膜トランジスタTFT1においても、図2および図3で示したものと同様の結果が得られた。このことから、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)と銅膜(Cu)との界面に存在するコバルト膜の厚さが5nm以上100nm以下であれば銅(Cu)の酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHへの拡散を防ぐ効果が得られることを確認した。 Note that the same results as those shown in FIGS. 2 and 3 were obtained in the thin film transistor TFT1 in which the cobalt film as the diffusion preventing layer DC was gradually increased to 100 nm. From this, if the thickness of the cobalt film present at the interface between indium gallium zinc oxide (IGZO) and the copper film (Cu) is 5 nm or more and 100 nm or less, it is made of indium gallium zinc oxide (IGZO) of copper (Cu). It was confirmed that the effect of preventing diffusion to the channel layer CH was obtained.
また、第1電極層FEとして銅(Cu)と金属Mとの積層膜を用いた場合においても、図2および図3で示したものと同様の結果が得られ、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)への金属元素の拡散防止効果が得られることを確認した。 Further, even when a laminated film of copper (Cu) and metal M is used as the first electrode layer FE, the same results as those shown in FIGS. 2 and 3 are obtained, and indium gallium zinc oxide (IGZO) is obtained. It was confirmed that the effect of preventing the diffusion of metal elements into the metal was obtained.
さらに、上述した検証では、チャネル層CHを酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)から形成する例について説明したが、これに限らず、チャネル層CHを酸化スズ亜鉛(ZTO)や酸化亜鉛(ZnO)から形成する場合も、チャネル層CHと銅膜(Cu)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むことで、銅(Cu)のチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、薄膜トランジスタTFT1の電気特性の劣化を防ぐ効果が得られることを確認した。 Further, in the verification described above, an example in which the channel layer CH is formed from indium gallium zinc oxide (IGZO) has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the channel layer CH is formed from tin zinc oxide (ZTO) or zinc oxide (ZnO). In this case, the diffusion of copper (Cu) into the channel layer CH is prevented by sandwiching the cobalt film (diffusion prevention layer DC) at the interface between the channel layer CH and the first electrode layer FE made of the copper film (Cu). It was confirmed that the effect of preventing the deterioration of the electrical characteristics of the thin film transistor TFT1 can be obtained.
本実施の形態2ではボトムゲート/トップコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1を用いて説明したが、ボトムゲート/ボトムコンタクト型構造、トップゲート/トップコンタクト型構造、トップゲート/ボトムコンタクト型構造に関しても、チャネル層CHと銅膜(Cu)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むことで、銅(Cu)のチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、薄膜トランジスタTFT1の電気特性(オン電流(Ion))の劣化を防ぐ効果が得られる。 In the second embodiment, the thin film transistor TFT1 having the bottom gate / top contact type structure has been described. However, the bottom gate / bottom contact type structure, the top gate / top contact type structure, and the top gate / bottom contact type structure are also used for the channel. By interposing the cobalt film (diffusion prevention layer DC) at the interface between the layer CH and the first electrode layer FE made of the copper film (Cu), diffusion of copper (Cu) into the channel layer CH can be prevented, thereby The effect of preventing the deterioration of the electrical characteristics (on-current (I on )) of the thin film transistor TFT1 can be obtained.
(実施の形態3)
本実施の形態3における薄膜トランジスタTFT1の構造について図1を参照しながら説明する。本実施の形態3における薄膜トランジスタTFT1は、第1電極層FEを構成する材料をアルミニウム(Al)から銀(Ag)あるいは金(Au)に変更した以外、前記実施の形態1における薄膜トランジスタTFT1と同様の構造をしている。
(Embodiment 3)
A structure of the thin film transistor TFT1 in the third embodiment will be described with reference to FIG. The thin film transistor TFT1 in the third embodiment is the same as the thin film transistor TFT1 in the first embodiment except that the material constituting the first electrode layer FE is changed from aluminum (Al) to silver (Ag) or gold (Au). Has a structure.
前記実施の形態1と同様に、コバルト膜(拡散防止層DC)の厚さを5nm、第1電極層FEとして厚さ40nmの銀膜(Ag)または金膜(Au)とした本実施の形態3における薄膜トランジスタTFT1、および、コバルト膜(拡散防止層DC)を用いず、第1電極層FEとして厚さ100nmの銀膜(Ag)または金膜(Au)を用い、銀膜(Ag)または金膜(Au)からなる第1電極層FEがチャネル層CHに直接接触する構造として比較例における薄膜トランジスタTFT2を作製した。 As in the first embodiment, the cobalt film (diffusion prevention layer DC) is 5 nm thick, and the first electrode layer FE is a 40 nm thick silver film (Ag) or gold film (Au). The thin film transistor TFT1 in FIG. 3 and the cobalt film (diffusion prevention layer DC) are not used, but a silver film (Ag) or a gold film (Au) with a thickness of 100 nm is used as the first electrode layer FE, The thin film transistor TFT2 in the comparative example was fabricated as a structure in which the first electrode layer FE made of a film (Au) was in direct contact with the channel layer CH.
本実施の形態3における薄膜トランジスタTFT1において、初期電気特性および250℃の加熱処理後の電気特性は、図2と同様の結果を示し、250℃の加熱処理の前後でのオン電流(Ion)および移動度(μfe)の低下は観測されなかった。
In the thin film transistor TFT1 in
また、250℃の加熱処理後の各層での元素分布(In、Zn、Ga、Ag(Au)、Co)のSIMS分析結果においても図3と同様の結果を示し、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHへの銀(Ag)または金(Au)の拡散は確認されなかった。 Further, the SIMS analysis results of the element distribution (In, Zn, Ga, Ag (Au), Co) in each layer after the heat treatment at 250 ° C. show the same results as in FIG. 3, and indium gallium zinc oxide (IGZO) Diffusion of silver (Ag) or gold (Au) into the channel layer CH made of was not confirmed.
続いて、比較例における薄膜トランジスタTFT2の初期電気特性および250℃の加熱処理後の電気特性は図5と同様に、250℃程度の加熱処理によりオン電流(Ion)が1/70程度、移動度(μfe)が1/14程度に低下するものであった。さらに、比較例における薄膜トランジスタTFT2の各層での元素分布(In、Zn、Ga、Ag(Au))をSIMSにより分析した結果、図6と同様、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)の構成成分であるインジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)などのスペクトルと同じ深さの位置に、銀(Ag)または金(Au)のスペクトルのピークを検出した。このような電気特性およびSIMS分析の結果から、比較例における薄膜トランジスタTFT2のように、銀(Ag)または金(Au)が酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHに直接接触した場合、250℃の加熱処理によって銀(Ag)または金(Au)が酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CH中に拡散し、比較例における薄膜トランジスタTFT2のオン電流(Ion)および移動度(μfe)が低下する結果を得た。 Then, electrical characteristics after heat treatment of the initial electric characteristics of the thin film transistor TFT2 and 250 ° C. in Comparative Example, similarly to the case of FIG. 5, the on-current by a heat treatment at about 250 ℃ (I on) of about 1/70, mobility (Μ fe ) was reduced to about 1/14. Furthermore, as a result of analyzing the element distribution (In, Zn, Ga, Ag (Au)) in each layer of the thin film transistor TFT2 in the comparative example by SIMS, indium which is a constituent component of indium gallium zinc oxide (IGZO) as in FIG. The peak of the spectrum of silver (Ag) or gold (Au) was detected at the same depth as the spectrum of (In), gallium (Ga), zinc (Zn), or the like. From the results of such electrical characteristics and SIMS analysis, when the silver (Ag) or gold (Au) is in direct contact with the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) as in the thin film transistor TFT2 in the comparative example, 250 Silver (Ag) or gold (Au) is diffused into the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) by heat treatment at 0 ° C., and the on-current (I on ) and mobility (μ fe ) of the thin film transistor TFT2 in the comparative example ) Was reduced.
上述した本実施の形態3における薄膜トランジスタTFT1と比較例における薄膜トランジスタTFT2を比較すると、本実施の形態3における薄膜トランジスタTFT1においては、比較例における薄膜トランジスタTFT2で確認された250℃程度の加熱処理での酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHへの銀(Ag)または金(Au)の拡散は確認されていない。また、電気特性においても、比較例における薄膜トランジスタTFT2ではオン電流(Ion)および移動度(μfe)の低下が確認されたが、本実施の形態3における薄膜トランジスタTFT1においては確認されなかった。以上のことから、本実施の形態3における薄膜トランジスタTFT1のように、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHと、銀膜(Ag)または金膜(Au)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むことで、銀(Ag)または金(Au)の酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、本実施の形態3における薄膜トランジスタTFT1の電気特性の劣化を防ぐ効果が得られることを確認した。
When the thin film transistor TFT1 in the third embodiment described above and the thin film transistor TFT2 in the comparative example are compared, in the thin film transistor TFT1 in the third embodiment, indium oxide in the heat treatment at about 250 ° C. confirmed in the thin film transistor TFT2 in the comparative example. Diffusion of silver (Ag) or gold (Au) into the channel layer CH made of gallium zinc (IGZO) has not been confirmed. In addition, in the electrical characteristics, a decrease in on-current (I on ) and mobility (μ fe ) was confirmed in the thin film transistor TFT2 in the comparative example, but not in the thin film transistor TFT1 in the third embodiment. From the above, like the thin film transistor TFT1 in the third embodiment, the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) and the first electrode layer FE made of a silver film (Ag) or a gold film (Au). By sandwiching the cobalt film (diffusion prevention layer DC) at the interface, diffusion of silver (Ag) or gold (Au) into the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) can be prevented. It was confirmed that the effect of preventing the deterioration of the electrical characteristics of the thin film transistor TFT1 in
なお、拡散防止層DCであるコバルト膜を100nmまで段階的に厚くした薄膜トランジスタTFT1においても、図2および図3で示したものと同様の結果が得られた。このことから、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)と、銀膜(Ag)あるいは金膜(Au)との界面に存在するコバルト膜の厚さが5nm以上100nm以下であれば銀(Ag)あるいは金(Au)の酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CHへの拡散を防ぐ効果が得られることを確認した。 Note that the same results as those shown in FIGS. 2 and 3 were obtained in the thin film transistor TFT1 in which the cobalt film as the diffusion preventing layer DC was gradually increased to 100 nm. From this, if the thickness of the cobalt film present at the interface between indium gallium zinc oxide (IGZO) and the silver film (Ag) or gold film (Au) is 5 nm or more and 100 nm or less, silver (Ag) or gold ( It was confirmed that an effect of preventing diffusion of Au) into the channel layer CH made of indium gallium zinc oxide (IGZO) was obtained.
また、第1電極層FEとして銀(Ag)と金属Mあるいは金(Au)と金属Mとの積層膜を用いた場合においても、図2および図3で示したものと同様の結果が得られ、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)への金属元素の拡散防止効果が得られることを確認した。 In addition, when a laminated film of silver (Ag) and metal M or gold (Au) and metal M is used as the first electrode layer FE, the same results as those shown in FIGS. 2 and 3 are obtained. It was confirmed that the effect of preventing diffusion of metal elements into indium gallium zinc oxide (IGZO) was obtained.
さらに、上述した検証では、チャネル層CHを酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)から形成する例について説明したが、これに限らず、チャネル層CHを酸化スズ亜鉛(ZTO)や酸化亜鉛(ZnO)から形成する場合も、チャネル層CHと、銀膜(Ag)または金膜(Au)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むことで、銀(Ag)または金(Au)のチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、薄膜トランジスタTFT1の電気特性の劣化を防ぐ効果が得られることを確認した。 Further, in the verification described above, an example in which the channel layer CH is formed from indium gallium zinc oxide (IGZO) has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the channel layer CH is formed from tin zinc oxide (ZTO) or zinc oxide (ZnO). In this case, the cobalt film (diffusion prevention layer DC) is sandwiched between the channel layer CH and the first electrode layer FE made of a silver film (Ag) or a gold film (Au), so that silver (Ag) or gold ( It was confirmed that the diffusion of Au) into the channel layer CH can be prevented, thereby obtaining the effect of preventing the deterioration of the electrical characteristics of the thin film transistor TFT1.
本実施の形態3ではボトムゲート/トップコンタクト型構造の薄膜トランジスタTFT1を用いて説明したが、ボトムゲート/ボトムコンタクト型構造、トップゲート/トップコンタクト型構造、トップゲート/ボトムコンタクト型構造に関しても、チャネル層CHと、銀膜(Ag)または金膜(Au)からなる第1電極層FEの界面にコバルト膜(拡散防止層DC)を挟むことで、銀(Ag)または金(Au)のチャネル層CHへの拡散を防ぐことができ、それにより、薄膜トランジスタTFT1の電気特性(オン電流(Ion))の劣化を防ぐ効果が得られる。 In the third embodiment, the bottom gate / top contact type thin film transistor TFT1 has been described. However, the bottom gate / bottom contact type structure, the top gate / top contact type structure, and the top gate / bottom contact type structure also apply to the channel. A channel layer of silver (Ag) or gold (Au) is formed by sandwiching a cobalt film (diffusion prevention layer DC) between the interface of the layer CH and the first electrode layer FE made of a silver film (Ag) or a gold film (Au). Diffusion to CH can be prevented, thereby obtaining an effect of preventing deterioration of the electrical characteristics (on-current (I on )) of the thin film transistor TFT1.
(実施の形態4)
本実施の形態4では、前記実施の形態1〜3で説明した薄膜トランジスタTFT1をアクティブマトリックス型液晶表示装置に適用する例について説明する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, an example in which the thin film transistor TFT1 described in the first to third embodiments is applied to an active matrix liquid crystal display device will be described.
図12は、本実施の形態4におけるアクティブマトリックス型液晶表示装置を構成するTFTアレイを示す平面図である。図12において、TFTアレイでは、データ配線DLとゲート配線GLが互いに直交するように配置されており、その交点にはデータ配線DLとゲート配線GLとの間の短絡を防ぐための絶縁膜IFが形成されている。そして、複数のデータ配線DLとゲート配線GLで区画されたアレイ状の個々の領域に画素電極PEが形成されている。複数の画素電極PEに対応して薄膜トランジスタTFT1が設けられており、この薄膜トランジスタTFT1のゲート電極がゲート配線GLと電気的に接続されている。また、薄膜トランジスタTFT1のソース電極がデータ配線DLと電気的に接続され、薄膜トランジスタTFT1のドレイン電極が画素電極PEと電気的に接続されている。 FIG. 12 is a plan view showing a TFT array constituting the active matrix liquid crystal display device in the fourth embodiment. In FIG. 12, in the TFT array, the data line DL and the gate line GL are arranged so as to be orthogonal to each other, and an insulating film IF for preventing a short circuit between the data line DL and the gate line GL is formed at the intersection. Is formed. A pixel electrode PE is formed in each array-like region partitioned by a plurality of data lines DL and gate lines GL. A thin film transistor TFT1 is provided corresponding to the plurality of pixel electrodes PE, and a gate electrode of the thin film transistor TFT1 is electrically connected to the gate wiring GL. Further, the source electrode of the thin film transistor TFT1 is electrically connected to the data line DL, and the drain electrode of the thin film transistor TFT1 is electrically connected to the pixel electrode PE.
上述したゲート配線GLにオン電圧をかけると、薄膜トランジスタTFT1がオンし、オン状態となった薄膜トランジスタTFT1を通して、画素電極PEに駆動電圧が供給される。 When an on voltage is applied to the gate wiring GL described above, the thin film transistor TFT1 is turned on, and a driving voltage is supplied to the pixel electrode PE through the thin film transistor TFT1 that is turned on.
次に、本実施の形態4におけるアクティブマトリックス型液晶表示装置に使用される薄膜トランジスタTFT1の断面構造について説明する。図13は、本実施の形態4で使用される薄膜トランジスタTFT1の断面構造を示す断面図である。図13に示すように、まず、絶縁基板1S上にゲート電極GEが形成されており、このゲート電極GEを覆うように絶縁基板1S上にゲート絶縁膜GOXが形成されている。このゲート絶縁膜GOX上には、チャネル層CHが形成されている。そして、チャネル層CH上に平面的に離間し、かつ、それぞれゲート絶縁膜GOX上に延在するようにソース電極SEおよびドレイン電極DEが形成されている。ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、金属膜からなる第1電極層FEと、第1電極層FEを構成する金属がチャネル層CHへ拡散するのを防止するように、チャネル層CHと第1電極層FEの間でチャネル層CHに直接接触するように形成された拡散防止層DCから構成されている。このとき、第1電極層FEは、例えば、比抵抗の小さいアルミニウム膜(Al)、銅膜(Cu)、銀膜(Ag)、金膜(Au)などの単層膜、これらの金属の多層膜、または、これらの金属以外の金属との多層膜から形成されており、拡散防止層DCは、例えば、コバルト膜(Co)から形成されている。
Next, a cross-sectional structure of the thin film transistor TFT1 used in the active matrix liquid crystal display device according to the fourth embodiment will be described. FIG. 13 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of the thin film transistor TFT1 used in the fourth embodiment. As shown in FIG. 13, first, the gate electrode GE is formed on the insulating
上述したようにして、絶縁基板1S上に形成された薄膜トランジスタTFT1を覆うようにパッシベーション膜PASが形成されている。そして、このパッシベーション膜PASを貫通して、薄膜トランジスタTFT1のソース電極SEやドレイン電極DEに達するようにコンタクトホールCNTが形成されている。このコンタクトホールCNTには、比抵抗の小さいアルミニウム膜(Al)、銅膜(Cu)、銀膜(Ag)、金膜(Au)などからなる配線材料が埋め込まれてプラグPLGが形成されている。さらに、プラグPLGを形成したパッシベーション膜PAS上には配線L1が形成されており、この配線L1とプラグPLGとに挟まれる領域に拡散防止層DC2が形成されている。
As described above, the passivation film PAS is formed so as to cover the thin film transistor TFT1 formed on the insulating
パッシベーション膜PASは、例えば、窒化シリコン膜(SiNx)から形成されており、例えば、250℃程度のプラズマCVD法により形成することができる。したがって、絶縁基板1S上に薄膜トランジスタTFT1を形成した後に、250℃程度の熱履歴が存在することになる。しかし、本実施の形態4における薄膜トランジスタTFT1では、例えば、コバルト膜からなる拡散防止層DCを設けているので、薄膜トランジスタTFT1の形成後に250℃程度の熱履歴が存在する場合であっても、第1電極層FEを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などのチャネル層CHへの拡散が、拡散防止層DCによって抑制される。この結果、ソース電極SE(ドレイン電極DE)とチャネル層CHとの間のコンタクト抵抗の増大を抑制することができ、それによって、薄膜トランジスタTFT1の電気特性の劣化を抑制できる。このことから、上述した薄膜トランジスタTFT1をアクティブマトリックス型液晶表示装置に使用する場合、良好なスイッチング特性を得ることができる。
The passivation film PAS is formed of, for example, a silicon nitride film (SiNx), and can be formed by, for example, a plasma CVD method at about 250 ° C. Therefore, after the thin film transistor TFT1 is formed on the insulating
また、本実施の形態4では、図13に示すようにプラグPLGと配線L1との接続部に拡散防止層DC2を設けている。この理由について説明する。例えば、配線L1は画素電極PEとなっており、この画素電極PE(配線L1)には、金属酸化物の透明導体膜であるITO電極が使用される。このITO電極を、プラグPLGを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などと直接接触させる場合、その後の熱履歴によって、プラグPLGを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などがITO電極へ拡散し、ITO電極に含まれる酸素と結合して金属酸化物が形成されてしまう。この結果、プラグPLGとITO電極(配線L1)との接続部が高抵抗化する。つまり、ITO電極とプラグPLGとの接続部においても、第1電極層FEを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などのチャネル層CHへの拡散と同様の問題が生じるのである。そこで、本実施の形態4では、プラグPLGと配線L1(ITO電極)との接続部に、例えば、コバルト膜からなる拡散防止層DC2を設けている。これにより、配線L1(ITO電極)の形成後に250℃程度の熱履歴が存在する場合であっても、プラグPLGを構成するアルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)や銅(Cu)などの配線L1(ITO電極)への拡散が、拡散防止層DC2によって抑制される。この結果、プラグPLGと配線L1(ITO電極)との接続部の高抵抗化を抑制することができる。 In the fourth embodiment, as shown in FIG. 13, the diffusion prevention layer DC2 is provided at the connection portion between the plug PLG and the wiring L1. The reason for this will be described. For example, the wiring L1 is a pixel electrode PE, and an ITO electrode that is a metal oxide transparent conductor film is used for the pixel electrode PE (wiring L1). When this ITO electrode is brought into direct contact with aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), or the like constituting the plug PLG, the aluminum (Al ), Silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), and the like diffuse into the ITO electrode and combine with oxygen contained in the ITO electrode to form a metal oxide. As a result, the resistance of the connecting portion between the plug PLG and the ITO electrode (wiring L1) is increased. In other words, also in the connection portion between the ITO electrode and the plug PLG, diffusion to the channel layer CH such as aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), and copper (Cu) constituting the first electrode layer FE Similar problems arise. Therefore, in the fourth embodiment, a diffusion prevention layer DC2 made of, for example, a cobalt film is provided at a connection portion between the plug PLG and the wiring L1 (ITO electrode). Thereby, even when a thermal history of about 250 ° C. exists after the formation of the wiring L1 (ITO electrode), aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), and copper (Cu) constituting the plug PLG. ) And the like to the wiring L1 (ITO electrode) is suppressed by the diffusion preventing layer DC2. As a result, it is possible to suppress an increase in resistance of the connection portion between the plug PLG and the wiring L1 (ITO electrode).
(実施の形態5)
本実施の形態5では、本発明の技術的思想を薄膜メモリに適用する例について説明する。図14は、本実施の形態5における薄膜メモリをアレイ状に配置したメモリセルアレイを示す平面図である。図14に示すように、ソース配線SLとビット配線BLが互いに並行するように配置されており、並行して延在するソース配線SLとビット配線BLに直交するようにゲート配線GLが配置されている。ソース配線SLとゲート配線GLとの間の短絡およびビット配線BLとゲート配線GLとの間の短絡を防ぐための絶縁膜IFが形成されている。そして、ソース配線SLとビット配線BLの間の個々のセル領域に薄膜メモリTFM1が形成されており、この薄膜メモリTFM1のソース電極がソース配線SLと電気的に接続され、薄膜メモリTFM1のゲート電極がゲート配線GLと電気的に接続されている。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, an example in which the technical idea of the present invention is applied to a thin film memory will be described. FIG. 14 is a plan view showing a memory cell array in which the thin film memories according to the fifth embodiment are arranged in an array. As shown in FIG. 14, the source line SL and the bit line BL are arranged in parallel with each other, and the gate line GL is arranged so as to be orthogonal to the source line SL and the bit line BL extending in parallel. Yes. An insulating film IF for preventing a short circuit between the source line SL and the gate line GL and a short circuit between the bit line BL and the gate line GL is formed. A thin film memory TFM1 is formed in each cell region between the source line SL and the bit line BL. The source electrode of the thin film memory TFM1 is electrically connected to the source line SL, and the gate electrode of the thin film memory TFM1. Are electrically connected to the gate wiring GL.
次に、本実施の形態5における薄膜メモリTFM1の断面構造について説明する。図15は、本実施の形態5における薄膜メモリTFM1の断面構造を示す断面図である。図15に示すように、まず、絶縁基板1S上にゲート電極GEが形成されており、このゲート電極GEを覆うように絶縁基板1S上にゲート絶縁膜GOXが形成されている。このゲート絶縁膜GOX上には、チャネル層CHが形成されている。そして、チャネル層CH上に平面的に離間し、かつ、それぞれゲート絶縁膜GOX上に延在するようにソース電極SEおよびドレイン電極DEが形成されている。ソース電極SEおよびドレイン電極DEは、金属膜からなる第1電極層FEと、第1電極層FEを構成する金属がチャネル層CHへ拡散するのを防止するように、チャネル層CHと第1電極層FEの間でチャネル層CHに直接接触するように形成された拡散防止層DCから構成されている。このとき、第1電極層FEは、例えば、比抵抗の小さいアルミニウム膜(Al)、銅膜(Cu)、銀膜(Ag)、金膜(Au)などの単層膜、これらの金属の多層膜、または、これらの金属以外の金属との多層膜から形成されており、拡散防止層DCは、例えば、コバルト膜(Co)から形成されている。そして、ソース電極SEとドレイン電極DEの間のチャネル層CH上から、ソース電極SEおよびドレイン電極DE上にわたって破壊絶縁層ILが形成されている。この破壊絶縁層ILに開口部が形成されており、この開口部を導電材料で埋め込むことにより、ソース電極SEとソース配線SLが電気的に接続されている。一方、ビット配線BLは、ドレイン電極DE上に破壊絶縁膜ILを介して配置されている。
Next, a cross-sectional structure of the thin film memory TFM1 in the fifth embodiment will be described. FIG. 15 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of thin film memory TFM1 in the fifth embodiment. As shown in FIG. 15, first, the gate electrode GE is formed on the insulating
このように構成されている薄膜メモリTFM1では、ビット配線BLとドレイン電極DEの間に形成されている破壊絶縁層ILの絶縁破壊の有無によって情報を記憶するようになっている。すなわち、例えば、薄膜メモリTFM1に情報「1」を記憶させる場合、ビット配線BLとドレイン電極DEの間に高電圧を印加して、ビット配線BLとドレイン電極DEの間に形成されている破壊絶縁層ILを絶縁破壊させる。このようにして破壊絶縁層ILが一度絶縁破壊されると、その後、ビット配線BLとドレイン電極DEの間に導電経路が形成される。この結果、ソース配線SLとビット配線BLとの間に電位差を与えると薄膜メモリTFM1に電流が流れる。 In the thin film memory TFM1 configured as described above, information is stored depending on whether or not the breakdown insulation layer IL formed between the bit line BL and the drain electrode DE is broken down. That is, for example, when information “1” is stored in the thin film memory TFM1, a high voltage is applied between the bit line BL and the drain electrode DE, and the destructive insulation formed between the bit line BL and the drain electrode DE. Break down the layer IL. Thus, once the breakdown insulating layer IL is broken down, a conductive path is formed between the bit line BL and the drain electrode DE. As a result, when a potential difference is applied between the source line SL and the bit line BL, a current flows through the thin film memory TFM1.
一方、薄膜メモリTFM1に情報「0」を記憶させる場合、ビット配線BLとドレイン電極DEの間に形成されている破壊絶縁層ILを絶縁破壊させない状態を維持する。この場合、ビット配線BLとドレイン電極DEの間に導電経路が形成されないため、ソース配線SLとビット配線BLの間に電位差を与えても、薄膜メモリTFM1には電流が流れない。このように薄膜メモリTFM1に流れる電流の有無によって情報「1」と情報「0」を薄膜メモリTFM1に記憶させることができる。 On the other hand, when information “0” is stored in the thin film memory TFM1, the state in which the breakdown insulating layer IL formed between the bit line BL and the drain electrode DE is not broken down is maintained. In this case, since no conductive path is formed between the bit line BL and the drain electrode DE, no current flows through the thin film memory TFM1 even if a potential difference is applied between the source line SL and the bit line BL. As described above, the information “1” and the information “0” can be stored in the thin film memory TFM1 depending on the presence or absence of the current flowing through the thin film memory TFM1.
続いて、上述した薄膜メモリTFM1の製造方法について簡単に説明する。絶縁基板1Sとして石英基板を使用し、この絶縁基板1S上に、例えば、EB蒸着法を使用してモリブデン膜(Mo)を厚さ100nmで成膜する。その後、RIEエッチングでパターニングすることによりゲート電極GEを形成する。次に、ゲート電極GEを覆う絶縁基板1S上に、例えば、CVD法を用いて酸化シリコン膜(SiO2)を成膜することにより、ゲート絶縁膜GOXを形成する。続いて、酸化インジウムガリウム亜鉛(IGZO)からなるチャネル層CH(25nm)を、成膜時の圧力0.5Pa(酸素アルゴン混合ガス:O2/Ar=1/12)、RFパワー50Wの条件下で形成する。そして、チャネル層CH上からゲート絶縁膜GOX上にわたって、拡散防止層DCと第1電極層FEを順次成膜し、成膜した拡散防止層DCと第1電極層FEを、マスクを用いて順次エッチングすることでパターニングを行い、ソース電極SEおよびドレイン電極DEを形成する。このとき、拡散防止層DCにはコバルト膜(Co)を使用し、第1電極層FEにはアルミニウム膜(Al)を使用している。その後、ソース電極SEとドレイン電極DEの間に露出するチャネル層CH上からソース電極SEおよびドレイン電極DE上にわたって酸化シリコン膜からなる破壊絶縁層ILを形成する。この破壊絶縁層ILは、例えば、250℃程度のCVD法により厚さ10nmで成膜することができる。その後、ソース電極SE上の破壊絶縁層ILに電極取り出し穴である開口部を形成した後、ソース配線SLおよびビット配線BLを形成する。以上のようにして、本実施の形態5における薄膜メモリTFM1を形成することができる。
Next, a method for manufacturing the above-described thin film memory TFM1 will be briefly described. A quartz substrate is used as the insulating
上述したように、薄膜メモリの製造工程では、チャネル層CHとソース電極SEおよびドレイン電極を形成した後、例えば、破壊絶縁層ILの形成工程のように、250℃程度の加熱工程が存在することになる。しかし、本実施の形態5における薄膜メモリTFM1では、例えば、コバルト膜からなる拡散防止層DCを設けているので、チャネル層CHとソース電極SEおよびドレイン電極を形成した後に250℃程度の熱履歴が存在する場合であっても、第1電極層FEを構成するアルミニウム(Al)などのチャネル層CHへの拡散が、コバルト膜からなる拡散防止層DCによって抑制される。この結果、ソース電極SE(ドレイン電極DE)とチャネル層CHとの間のコンタクト抵抗の増大を抑制することができ、それによって、薄膜メモリTFM1の電気特性の劣化を抑制できる。 As described above, in the manufacturing process of the thin film memory, after forming the channel layer CH, the source electrode SE, and the drain electrode, there is a heating process of about 250 ° C. as in the process of forming the destructive insulating layer IL, for example. become. However, in the thin film memory TFM1 according to the fifth embodiment, for example, the diffusion prevention layer DC made of a cobalt film is provided. Even if it exists, the diffusion to the channel layer CH of aluminum (Al) or the like constituting the first electrode layer FE is suppressed by the diffusion prevention layer DC made of a cobalt film. As a result, it is possible to suppress an increase in contact resistance between the source electrode SE (drain electrode DE) and the channel layer CH, thereby suppressing deterioration in electrical characteristics of the thin film memory TFM1.
(実施の形態6)
本実施の形態6では、前記実施の形態1〜3で説明した薄膜トランジスタTFT1と、前記実施の形態5で説明した薄膜メモリTFM1を使用したRFIDタグについて説明する。図16は、本実施の形態6におけるRFIDタグの構成を示すブロック図である。図16に示すように、本実施の形態6におけるRFIDタグは、アンテナ部ANT、整流回路RC、デジタル回路DGCおよびメモリ回路MCを有している。このように構成されているRFIDタグは、リーダ/ライタR/Wとの間で、例えば、周波数が13.56MHzの送受信信号のやり取りを行なう。例えば、リーダ/ライタR/Wから送信された送信信号は、RFIDタグのアンテナ部ANTで受信された後、整流回路RCでDC信号に変換される。その後、整流回路RCで変換されたDC信号は、デジタル回路DGCで処理され、デジタル回路DGCで処理された結果はメモリ回路MCに保存される。このようにして、リーダ/ライタR/WによってRFIDタグに情報の書き込みを行なうことができる。一方、RFIDタグに記憶されている情報を読み出すには、デジタル回路DGCがメモリ回路MCにアクセスしてメモリ回路MCに記憶されている情報を取り出した後、この情報に対する信号を搬送波に重畳してアンテナ部ANTから送信する。そして、送信された信号は、リーダ/ライタR/Wによって受信されてRFIDタグに記憶されている情報が読み出される。
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment, an RFID tag using the thin film transistor TFT1 described in the first to third embodiments and the thin film memory TFM1 described in the fifth embodiment will be described. FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of the RFID tag according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 16, the RFID tag in the sixth embodiment includes an antenna unit ANT, a rectifier circuit RC, a digital circuit DGC, and a memory circuit MC. The RFID tag configured as described above exchanges transmission / reception signals having a frequency of 13.56 MHz with the reader / writer R / W, for example. For example, a transmission signal transmitted from the reader / writer R / W is received by the antenna unit ANT of the RFID tag and then converted into a DC signal by the rectifier circuit RC. Thereafter, the DC signal converted by the rectifier circuit RC is processed by the digital circuit DGC, and the result processed by the digital circuit DGC is stored in the memory circuit MC. In this way, information can be written to the RFID tag by the reader / writer R / W. On the other hand, in order to read the information stored in the RFID tag, the digital circuit DGC accesses the memory circuit MC to extract the information stored in the memory circuit MC, and then superimposes a signal for this information on the carrier wave. Transmit from the antenna unit ANT. The transmitted signal is received by the reader / writer R / W and information stored in the RFID tag is read out.
本実施の形態6では、上述したRFIDタグのアンテナ部ANTをITOからなる透明導電膜で形成している。さらに、整流回路RCに前記実施の形態1〜3で説明した薄膜トランジスタTFT1を使用し、メモリ回路MCに前記実施の形態4で説明した薄膜メモリTFM1を適用している。この結果、本実施の形態6におけるRFIDタグでは、整流回路RCに使用している薄膜トランジスタTFT1の電気的特性と、メモリ回路MCに使用している薄膜メモリMCとの電気的特性の劣化を抑制することができるため、RFIDタグの特性向上を図ることができる。 In the sixth embodiment, the above-described RFID tag antenna portion ANT is formed of a transparent conductive film made of ITO. Further, the thin film transistor TFT1 described in the first to third embodiments is used for the rectifier circuit RC, and the thin film memory TFM1 described in the fourth embodiment is applied to the memory circuit MC. As a result, in the RFID tag in the sixth embodiment, deterioration of the electrical characteristics of the thin film transistor TFT1 used in the rectifier circuit RC and the electrical characteristics of the thin film memory MC used in the memory circuit MC is suppressed. Therefore, the characteristics of the RFID tag can be improved.
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。 The present invention can be widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.
1S 絶縁基板
ANT アンテナ部
BL ビット配線
CH チャネル層
CNT コンタクトホール
DC 拡散防止層
DC2 拡散防止層
DE ドレイン電極
DGC デジタル回路
DL データ配線
FE 第1電極層
GE ゲート電極
GL ゲート配線
GOX ゲート絶縁膜
IF 絶縁膜
IL 破壊絶縁層
L1 配線
MC メモリ回路
PAS パッシベーション膜
PE 画素電極
PLG プラグ
RC 整流回路
R/W リーダ/ライタ
SE ソース電極
SL ソース配線
TFM1 薄膜メモリ
TFT1 薄膜トランジスタ
TFT2 薄膜トランジスタ
1S Insulating substrate ANT Antenna part BL Bit wiring CH Channel layer CNT Contact hole DC Diffusion prevention layer DC2 Diffusion prevention layer DE Drain electrode DGC Digital circuit DL Data wiring FE First electrode layer GE Gate electrode GL Gate wiring GOX Gate insulating film IF Insulating film IL breakdown insulating layer L1 wiring MC memory circuit PAS passivation film PE pixel electrode PLG plug RC rectifier circuit R / W reader / writer SE source electrode SL source wiring TFM1 thin film memory TFT1 thin film transistor TFT2 thin film transistor
Claims (10)
前記電界効果トランジスタは、
(a)互いに離間して形成されたソース電極およびドレイン電極と、
(b)前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に形成され、かつ、前記ソース電極および前記ドレイン電極のそれぞれに接触するように形成された金属酸化物半導体膜からなるチャネル層と、
(c)前記チャネル層と接触するように形成されたゲート絶縁膜と、
(d)前記ゲート絶縁膜と接触するように形成されたゲート電極とを備え、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、
(a1)金属膜からなる第1電極層と、
(a2)前記第1電極層を構成する金属が前記チャネル層へ拡散するのを防止するように、前記チャネル層と前記第1電極層の間で前記チャネル層に直接接触するように形成された拡散防止層とを有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device including a field effect transistor formed on an insulating substrate,
The field effect transistor is
(A) a source electrode and a drain electrode formed apart from each other;
(B) a channel layer made of a metal oxide semiconductor film formed between the source electrode and the drain electrode and formed in contact with each of the source electrode and the drain electrode;
(C) a gate insulating film formed in contact with the channel layer;
(D) a gate electrode formed so as to be in contact with the gate insulating film;
The source electrode and the drain electrode are
(A1) a first electrode layer made of a metal film;
(A2) It is formed between the channel layer and the first electrode layer so as to be in direct contact with the channel layer so as to prevent the metal constituting the first electrode layer from diffusing into the channel layer. A semiconductor device comprising a diffusion prevention layer.
前記電界効果トランジスタは、
前記絶縁基板上に形成された前記ゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うように前記絶縁基板上に形成された前記ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された前記金属酸化物半導体膜からなる前記チャネル層と、
前記チャネル層上に平面的に離間して形成され、かつ、それぞれ前記ゲート絶縁膜上に延在するように形成された前記ソース電極および前記ドレイン電極とを備えることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The field effect transistor is
The gate electrode formed on the insulating substrate;
The gate insulating film formed on the insulating substrate so as to cover the gate electrode;
The channel layer made of the metal oxide semiconductor film formed on the gate insulating film;
A semiconductor device comprising: the source electrode and the drain electrode formed on the channel layer so as to be spaced apart from each other and extending on the gate insulating film.
前記電界効果トランジスタは、
前記絶縁基板上に形成された前記ゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うように前記絶縁基板上に形成された前記ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に平面的に離間して形成され、かつ、それぞれ前記ゲート絶縁膜上に延在するように形成された前記ソース電極および前記ドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記ゲート絶縁膜上から、前記ソース電極の端部および前記ドレイン電極の端部に乗り上げるように形成された前記金属酸化物半導体膜よりなる前記チャネル層とを備えることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The field effect transistor is
The gate electrode formed on the insulating substrate;
The gate insulating film formed on the insulating substrate so as to cover the gate electrode;
The source electrode and the drain electrode formed on the gate insulating film so as to be spaced apart from each other and extending on the gate insulating film,
The channel layer made of the metal oxide semiconductor film formed on the gate insulating film between the source electrode and the drain electrode so as to run over an end portion of the source electrode and an end portion of the drain electrode. A semiconductor device comprising:
前記電界効果トランジスタは、
前記絶縁基板上に形成された前記金属酸化物半導体膜からなる前記チャネル層と、
前記チャネル層上に平面的に離間して形成され、かつ、それぞれ前記絶縁膜上に延在するように形成された前記ソース電極および前記ドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記チャネル層上から、前記ソース電極の端部および前記ドレイン電極の端部へ乗り上げるように形成された前記ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された前記ゲート電極とを備えることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The field effect transistor is
The channel layer made of the metal oxide semiconductor film formed on the insulating substrate;
The source electrode and the drain electrode formed on the channel layer so as to be spaced apart from each other and extending on the insulating film,
The gate insulating film formed so as to run from the channel layer between the source electrode and the drain electrode to an end portion of the source electrode and an end portion of the drain electrode;
A semiconductor device comprising: the gate electrode formed on the gate insulating film.
前記電界効果トランジスタは、
前記絶縁基板上に平面的に離間して形成された前記ソース電極および前記ドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記絶縁基板上から、前記ソース電極の端部および前記ドレイン電極の端部上へ乗り上げるように形成された前記金属酸化物半導体膜よりなる前記チャネル層と、
前記チャネル層上に形成された前記ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された前記ゲート電極とを備えることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The field effect transistor is
The source electrode and the drain electrode formed on the insulating substrate so as to be spaced apart in a plane;
The channel layer made of the metal oxide semiconductor film formed so as to run over the end portion of the source electrode and the end portion of the drain electrode from the insulating substrate between the source electrode and the drain electrode;
The gate insulating film formed on the channel layer;
A semiconductor device comprising: the gate electrode formed on the gate insulating film.
前記拡散防止層は、コバルト膜から形成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The diffusion preventing layer is formed of a cobalt film.
前記第1電極層は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、あるいは、金(Au)のいずれかを含む膜から形成されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 6,
The semiconductor device, wherein the first electrode layer is formed of a film containing any of aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), or gold (Au).
前記拡散防止層の厚さは、5nm以上100nm以下であることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 7,
The diffusion prevention layer has a thickness of 5 nm to 100 nm.
前記チャネル層は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、すず(Sn)より選ばれる少なくとも1つの元素を含む膜から形成されていることを特徴とする半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 8, wherein
The channel layer is formed of a film containing at least one element selected from indium (In), gallium (Ga), zinc (Zn), and tin (Sn).
前記半導体装置は、アクティブマトリックス型液晶ディスプレイ、薄膜メモリ、あるいは、RFIDタグのいずれかに使用されることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 9,
The semiconductor device is used for an active matrix liquid crystal display, a thin film memory, or an RFID tag.
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