JP2015164150A - トランジスタの製造方法および表示装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)基板に、ゲート電極、ゲート絶縁膜および酸化物半導体層を含む積層体を形成する工程
(B)積層体の表面に、金属または金属酸化物よりなる粒子を樹脂に混合した混合物を塗布し、塗布層を形成する工程
(C)粒子を塗布層の積層体側の面に偏析させることにより、塗布層を粒子濃厚領域および樹脂領域に分離させる工程
(D)塗布層をアニールすることにより、粒子濃厚領域に金属酸化物層を形成すると共に、樹脂領域に層間絶縁層を形成する工程
1.第1の実施の形態(トップゲート型TFT;金属よりなる粒子の酸化により、金属酸化物層を形成すると共に、酸化物半導体層に低抵抗領域を形成する例)
2.第2の実施の形態(第1の実施の形態をボトムゲート型TFTに適用する例)
3.第3の実施の形態(ボトムゲート型TFT;金属酸化物よりなる粒子を用いて金属酸化物層を形成し、この金属酸化物層をパッシベーション層として用いる例)
4.第4の実施の形態(表示装置)
5.適用例
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の断面構造を表すものである。薄膜トランジスタ1は、アクティブ駆動方式の表示装置の駆動素子などとして用いられるものであり、例えば、基板10と、積層体20と、金属酸化物層31および層間絶縁層32とを有している。積層体20は、基板10に、酸化物半導体層21,ゲート絶縁膜22およびゲート電極23がこの順に積層されたトップゲート型の構成を有している。酸化物半導体層21には、ソース電極24Sおよびドレイン電極24Dが接続されている。
図2ないし図7は、薄膜トランジスタ1の製造方法を工程順に表したものである。まず、基板10の上面に、例えばスパッタリング法により、上述した材料よりなる酸化物半導体層21を、50nm程度の厚みで形成する。その際、ターゲットとしては、形成しようとする酸化物半導体層21と同一組成のセラミックターゲットを用いる。また、酸化物半導体層21中のキャリア濃度はスパッタリングの際の酸素分圧に大きく依存するので、所望のトランジスタ特性が得られるように酸素分圧を制御する。
積層体20を形成したのち、図5に示したように、基板10および積層体20の表面に、金属よりなる粒子33を樹脂34に混合した混合物を塗布し、塗布層35を形成する。混合物は、例えば、溶剤と、樹脂34と、金属よりなる粒子33とを含む。粒子33は、樹脂34に例えば数%、均等に混合されていることが好ましい。また、混合物は、後述する条件(ii)を満たすように調整されていることが好ましい。塗布層35の形成方法としては、例えば、スピンコータまたはスリットコータを用いた塗布プロセスを用いる。塗布層35の厚みは、例えば1μmないし2μm程度とする。
続いて、塗布層35を乾燥させると、図6に示したように、粒子33が沈降して、塗布層35の底面(積層体20側の面)に偏析する。これにより、塗布層35は、下層(積層体20側)の粒子濃厚領域31Aと、上層の樹脂領域32Aとに分離する。なお、塗布層35の乾燥工程は通常のプロセスにより行うことが可能である。
D=kT/(6πμR)
で評価される。ここでR(m)は粒子33の半径、μ(Pa・s)は混合物の粘性係数、T(K)は混合物の温度、k(J/K)はボルツマン定数である。
(i)
塗布層35の表面に粒子濃厚領域31A、底面に高分子層(樹脂領域32A)が形成されるのは、Pe>10かつPe>>Pepの場合である。
(ii)
Pep>>Peでは逆に高分子(樹脂34)が表面に偏析し、粒子33の濃度は底面でより高くなる。
(iii)
Pe〜Pep<<10(PeとPepとがおおまかに等しい値で、10よりもかなり小さい値)なら粒子33、高分子(樹脂34)とも膜内に均一に分布する。式中の「〜」は、おおまかに等しい(二つの数字の桁が一致する場合に使われる)ことを意味する。
粒子33を偏析させたのち、塗布層35を例えば150℃〜300℃程度の温度でアニールする。これにより、図7に示したように、粒子濃厚領域31Aでは、金属よりなる粒子33の酸化反応により金属酸化物層31が形成される。また、樹脂領域32Aでは、樹脂34の焼成・熱硬化により層間絶縁層32が形成される。
図8は、本開示の第2の実施の形態に係る薄膜トランジスタの断面構成を表したものである。本実施の形態は、上記第1の実施の形態をボトムゲート型TFTに適用したものである。すなわち、この薄膜トランジスタ1Aでは、積層体20は、基板10に、ゲート電極23、ゲート絶縁膜22、酸化物半導体層21およびストッパー層25をこの順に積層したボトムゲート構造を有するものである。このことを除いては、この薄膜トランジスタ1Aは、上記第1の実施の形態の薄膜トランジスタ1と同様の構成を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
図9ないし図14は、薄膜トランジスタ1Aの製造方法を工程順に表したものである。まず、基板10の上面に、例えばスパッタリング法や蒸着法を用いて、ゲート電極23の材料となるモリブデン(Mo)膜を、例えば200nm程度の厚みで形成する。このモリブデン膜を、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることにより、図9に示したように、ゲート電極23を形成する。
積層体20を形成したのち、図12に示したように、第1の実施の形態と同様にして、基板10および積層体20の表面に、金属よりなる粒子33を樹脂34に混合した混合物を塗布し、塗布層35を形成する。混合物は、第1の実施の形態と同様に、条件(ii)を満たすように調整されていることが好ましい。
続いて、塗布層35を乾燥させると、図13に示したように、粒子33が沈降して、塗布層35の底面(積層体20側の面)に偏析する。これにより、塗布層35は、下層(積層体20側)の粒子濃厚領域31Aと、上層の樹脂領域32Aとに分離する。なお、塗布層35の乾燥工程は通常のプロセスにより行うことが可能である。
粒子33を偏析させたのち、第1の実施の形態と同様にして、塗布層35を例えば150℃〜300℃程度の温度でアニールする。これにより、図14に示したように、粒子濃厚領域31Aでは、金属よりなる粒子33の酸化反応により金属酸化物層31が形成される。また、樹脂領域32Aでは、樹脂34の焼成・熱硬化により層間絶縁層32が形成される。
図15は、本開示の第3の実施の形態に係る薄膜トランジスタの構造を表したものである。本実施の形態は、金属酸化物よりなる粒子33を用いて金属酸化物31を形成し、この金属酸化物層31をパッシベーション層として用いるようにしたものである。このことを除いては、この薄膜トランジスタ1Bは、上記第1または第2の実施の形態の薄膜トランジスタ1,1Aと同様の構成を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
図16ないし図19は、薄膜トランジスタ1Bの製造方法を工程順に表したものである。まず、第2の実施の形態と同様にして、図16に示したように、基板10に、ゲート電極23、ゲート絶縁膜22、酸化物半導体層21およびストッパー層25を順に形成する。
積層体20を形成したのち、図17に示したように、基板10および積層体20の表面に、金属酸化物よりなる粒子33を樹脂34に混合した混合物を塗布し、塗布層35を形成する。混合物は、第1の実施の形態と同様に、条件(ii)を満たすように調整されていることが好ましい。粒子33は、例えば、アルミニウム酸化物またはシリコン酸化物のナノ粒子により構成されていることが好ましい。このことを除いては、本実施の形態の塗布層35の形成工程は第1の実施の形態と同様である。
続いて、塗布層35を乾燥させると、図18に示したように、粒子33が沈降して、塗布層35の底面(積層体20側の面)に偏析する。これにより、塗布層35は、下層(積層体20側)の粒子濃厚領域31Aと、上層の樹脂領域32Aとに分離する。なお、塗布層35の乾燥工程は通常のプロセスにより行うことが可能である。
粒子33を偏析させたのち、第1の実施の形態と同様にして、塗布層35を例えば150℃〜300℃程度の温度でアニールする。これにより、図19に示したように、粒子濃厚領域31Aでは、金属酸化物よりなる粒子33により金属酸化物層31が形成される。また、樹脂領域32Aでは、樹脂34の焼成・熱硬化により層間絶縁層32が形成される。以上により、図15に示した薄膜トランジスタ1Bが完成する。
図20は、本開示の第4の実施の形態に係る表示装置の全体構成を表したものである。この表示装置100は、例えば、画素アレイ部102と、これを駆動する駆動部(信号セレクタ103,主スキャナ104,および電源スキャナ105)とを有している。
続いて、図23ないし図26を参照して、上記実施の形態に係る表示装置の適用例について説明する。上記実施の形態の表示装置は、テレビジョン装置のほか、デスクトップ型、ノート型、タブレット型などのコンピュータやゲーム機のモニター装置、デジタルサイネージ、携帯電話、スマートフォン、電子書籍リーダー、携帯音楽プレーヤ等の携帯端末装置など、広い分野の電子機器に適用することが可能である。
上記実施の形態の表示装置は、例えば、図23に示したようなモジュールとして、後述する適用例1〜3などの種々の電子機器に組み込まれる。このモジュールは、例えば、中央部の画素アレイ部102(図20参照。)と、この画素アレイ部102の外側の周辺領域106とを有している。周辺領域106には、図20に示した駆動部(信号セレクタ103,主スキャナ104,および電源スキャナ105)が設けられると共に、画素アレイ部102の配線が延長されて外部接続端子(図示せず)が設けられている。外部接続端子には、信号の入出力のためのフレキシブルプリント配線基板(FPC;Flexible Printed Circuit)107が接続されていてもよい。
図24は、上記実施の形態の表示装置により構成されたテレビジョン装置110の外観を表したものである。このテレビジョン装置110は、例えば、フロントパネル111およびフィルターガラス112を含む映像表示画面部113を有している。映像表示画面部113が上記実施の形態の表示装置により構成されている。
図25は、上記実施の形態の表示装置により構成されたスマートフォン120の外観を表したものである。スマートフォン120は、上記実施の形態の表示装置により構成され、画素アレイ部102がタッチパネル部121、周辺領域106が額縁領域122となっている。額縁領域122には、下方に操作ボタン123、上方に受話口124および近接センサ、照度センサ等のセンサ類125が設けられている。側面には電源ボタン126が設けられている。裏面にはカメラ(図示せず)が設けられている。
図26は、上記実施の形態の表示装置により構成されたタブレット型コンピュータ130の外観を表したものである。タブレット型コンピュータ130は、上記実施の形態の表示装置により構成され、表示アレイ部102がタッチパネル部131、周辺領域106が額縁領域132となっている。額縁領域132には、照度センサ133およびフロントカメラ134が設けられている。側面にはスピーカ135、電源キー、マイク、各種の操作ボタン(いずれも図示せず)が配置されている。裏面にはメインカメラ(図示せず)が設けられている。
(1)
基板に、ゲート電極、ゲート絶縁膜および酸化物半導体層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面に、金属または金属酸化物よりなる粒子を樹脂に混合した混合物を塗布し、塗布層を形成する工程と、
前記粒子を前記塗布層の前記積層体側の面に偏析させることにより、前記塗布層を粒子濃厚領域および樹脂領域に分離させる工程と、
前記塗布層をアニールすることにより、前記粒子濃厚領域に金属酸化物層を形成すると共に、前記樹脂領域に層間絶縁層を形成する工程と
を含む薄膜トランジスタの製造方法。
(2)
前記粒子を偏析させる工程において、前記粒子のペクレ数Peおよび前記樹脂のペクレ数Pepとが、Pep>>Peを満たす
前記(1)記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(3)
前記樹脂として感光性樹脂を用いる
前記(1)または(2)記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(4)
前記積層体を形成する工程は、
前記基板に、チャネル領域を有すると共に前記チャネル領域の一方の側にソース領域、他方の側にドレイン領域を有する前記酸化物半導体層を形成する工程と、
前記チャネル領域上に前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極をこの順に同一形状で形成する工程と
を含む前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(5)
前記積層体を形成する工程は、
前記基板の一部領域に前記ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の表面に前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上に、チャネル領域を有すると共に前記チャネル領域の一方の側にソース領域、他方の側にドレイン領域を有する前記酸化物半導体層を形成する工程と、
前記チャネル領域上にストッパー層を形成する工程と
を含む前記(1)ないし(3)のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(6)
前記塗布層をアニールする工程において、前記粒子の酸化により、前記粒子濃厚領域に前記金属酸化物層を形成すると共に、前記ソース領域および前記ドレイン領域の上面から深さ方向における少なくとも一部に低抵抗領域を形成する
前記(4)または(5)記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(7)
前記低抵抗領域は、前記チャネル領域よりも低い酸素濃度を有する
前記(6)記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(8)
前記低抵抗領域は、前記粒子をドーパントとして含む
前記(6)記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(9)
前記粒子として、チタン(Ti)またはアルミニウム(Al)を用いる
前記(4)ないし(8)のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(10)
前記塗布層をアニールする工程において、前記金属酸化物層をパッシベーション層として用いる
前記(5)記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(11)
前記粒子として、アルミニウム酸化物またはシリコン酸化物を用いる
前記(10)記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(12)
前記積層体を形成する工程は、前記ソース領域上にソース電極、前記ドレイン領域上にドレイン電極を形成する工程を更に含む
前記(10)または(11)記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(13)
薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記薄膜トランジスタの上層に表示素子を形成する工程と
を含み、
前記薄膜トランジスタを形成する工程は、
基板に、ゲート電極、ゲート絶縁膜および酸化物半導体層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面に、金属または金属酸化物よりなる粒子を樹脂に混合した混合物を塗布し、塗布層を形成する工程と、
前記粒子を前記塗布層の前記積層体側の面に偏析させることにより、前記塗布層を粒子濃厚領域および樹脂領域に分離させる工程と、
前記塗布層をアニールすることにより、前記粒子濃厚領域に金属酸化物層を形成すると共に、前記樹脂領域に層間絶縁層を形成する工程と
を含む表示装置の製造方法。
Claims (13)
- 基板に、ゲート電極、ゲート絶縁膜および酸化物半導体層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面に、金属または金属酸化物よりなる粒子を樹脂に混合した混合物を塗布し、塗布層を形成する工程と、
前記粒子を前記塗布層の前記積層体側の面に偏析させることにより、前記塗布層を粒子濃厚領域および樹脂領域に分離させる工程と、
前記塗布層をアニールすることにより、前記粒子濃厚領域に金属酸化物層を形成すると共に、前記樹脂領域に層間絶縁層を形成する工程と
を含む薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記粒子を偏析させる工程において、前記粒子のペクレ数Peおよび前記樹脂のペクレ数Pepとが、Pep>>Peを満たす
請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記樹脂として感光性樹脂を用いる
請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記積層体を形成する工程は、
前記基板に、チャネル領域を有すると共に前記チャネル領域の一方の側にソース領域、他方の側にドレイン領域を有する前記酸化物半導体層を形成する工程と、
前記チャネル領域上に前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極をこの順に同一形状で形成する工程と
を含む請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記積層体を形成する工程は、
前記基板の一部領域に前記ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の表面に前記ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上に、チャネル領域を有すると共に前記チャネル領域の一方の側にソース領域、他方の側にドレイン領域を有する前記酸化物半導体層を形成する工程と、
前記チャネル領域上にストッパー層を形成する工程と
を含む請求項1記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記塗布層をアニールする工程において、前記粒子の酸化により、前記粒子濃厚領域に前記金属酸化物層を形成すると共に、前記ソース領域および前記ドレイン領域の上面から深さ方向における少なくとも一部に低抵抗領域を形成する
請求項4記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記低抵抗領域は、前記チャネル領域よりも低い酸素濃度を有する
請求項6記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記低抵抗領域は、前記粒子をドーパントとして含む
請求項6記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記粒子として、チタン(Ti)またはアルミニウム(Al)を用いる
請求項4記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記塗布層をアニールする工程において、前記金属酸化物層をパッシベーション層として用いる
請求項5記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記粒子として、アルミニウム酸化物またはシリコン酸化物を用いる
請求項10記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記積層体を形成する工程は、前記ソース領域上にソース電極、前記ドレイン領域上にドレイン電極を形成する工程を更に含む
請求項10記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記薄膜トランジスタの上層に表示素子を形成する工程と
を含み、
前記薄膜トランジスタを形成する工程は、
基板に、ゲート電極、ゲート絶縁膜および酸化物半導体層を含む積層体を形成する工程と、
前記積層体の表面に、金属または金属酸化物よりなる粒子を樹脂に混合した混合物を塗布し、塗布層を形成する工程と、
前記粒子を前記塗布層の前記積層体側の面に偏析させることにより、前記塗布層を粒子濃厚領域および樹脂領域に分離させる工程と、
前記塗布層をアニールすることにより、前記粒子濃厚領域に金属酸化物層を形成すると共に、前記樹脂領域に層間絶縁層を形成する工程と
を含む表示装置の製造方法。
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