JP2015185610A - Thin film transistor and thin film transistor manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)及び薄膜トランジスタの製造方法に関し、より詳しくは、酸化物半導体層を活性層に有する酸化物半導体薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film transistor (TFT) and a method for manufacturing the thin film transistor, and more particularly to an oxide semiconductor thin film transistor having an oxide semiconductor layer as an active layer and a method for manufacturing the same.
TFTは、液晶表示装置又は有機EL(Electro Luminescense)表示装置等のアクティブマトリクス方式の表示装置において、スイッチング素子又は駆動素子として広く用いられている。 A TFT is widely used as a switching element or a driving element in an active matrix display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (Electro Luminescence) display device.
近年、次世代のTFTとして、酸化物半導体、例えばIn−Ga−Zn−Oをチャネル層に用いた酸化物半導体TFTの開発が盛んに行われている。酸化物半導体TFTは、既に実用化されており、モバイル用小型表示装置や大型表示装置に用いられている。 In recent years, an oxide semiconductor TFT using an oxide semiconductor, for example, In—Ga—Zn—O as a channel layer has been actively developed as a next-generation TFT. Oxide semiconductor TFTs have already been put into practical use and are used in mobile small display devices and large display devices.
酸化物半導体TFTとしては、ボトムゲート型又はトップゲート型の構造が知られている。 As an oxide semiconductor TFT, a bottom gate type or top gate type structure is known.
ボトムゲート型構造の酸化物半導体TFTは、液晶ディスプレイの駆動素子として現在事業化されているボトムゲート型アモルファスシリコンTFTと製造プロセスにおいて類似するため、製造設備との整合性が取れるが、ゲート電極とソース電極又はドレイン電極との交差領域に生じる寄生容量が大きくなるといった課題が存在する。 An oxide semiconductor TFT having a bottom gate type structure is similar in manufacturing process to a bottom gate type amorphous silicon TFT currently commercialized as a driving element for a liquid crystal display. There is a problem that the parasitic capacitance generated in the intersection region with the source electrode or the drain electrode is increased.
一方、トップゲート型構造の酸化物半導体TFTは、ボトムゲート型構造における上記寄生容量の課題は生じないが、ボトムゲート型アモルファスシリコンTFTとは製造プロセスが異なるため、製造設備との整合性が取れない。 On the other hand, the top gate type oxide semiconductor TFT does not have the above-mentioned parasitic capacitance problem in the bottom gate type structure, but the manufacturing process is different from the bottom gate type amorphous silicon TFT, so that it is compatible with the manufacturing equipment. Absent.
このため、製造設備との整合性が高くかつ寄生容量も小さいボトムゲート型構造の酸化物半導体TFTが提案されている(特許文献1)。特許文献1には、チャネル領域とオフセット領域(ソース領域及びドレイン領域)とを有する酸化物半導体層を用いたボトムゲート型構造の酸化物半導体TFTが開示されている。
For this reason, an oxide semiconductor TFT having a bottom gate structure that has high consistency with manufacturing equipment and low parasitic capacitance has been proposed (Patent Document 1).
オフセット領域(ソース領域及びドレイン領域)を有するボトムゲート型構造の酸化物半導体TFTでは、オン電流が低くなるという問題がある。 An oxide semiconductor TFT having a bottom-gate structure having an offset region (a source region and a drain region) has a problem that an on-current is lowered.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、酸化物半導体層にソース領域及びドレイン領域を有するボトムゲート型構造の酸化物半導体TFTであって、オン電流の低下を抑制しできる薄膜トランジスタを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and is a bottom-gate type oxide semiconductor TFT having a source region and a drain region in an oxide semiconductor layer, and suppresses a decrease in on-current. It is an object to provide a thin film transistor that can be used.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタは、基板と、前記基板の上方に位置するゲート電極と、前記ゲート電極の上方に位置するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層を挟んで前記ゲート電極と対向するチャネル領域を含む半導体層と、前記半導体層の上方に位置する保護層と、前記半導体層と電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を有し、前記半導体層は、前記保護層の下層に位置し前記ゲート電極の上方に位置する第1領域と、前記第1領域の両側の各々に位置し上方領域の抵抗値が下方領域の抵抗値よりも低い第2領域とを有し、前記第2領域の一方は前記ソース電極と電気的に接続され、前記第2領域の他方は前記ドレイン電極と電気的に接続されており、前記第2領域の上面から前記ゲート絶縁層の上面までの距離が前記第1領域の上面から前記ゲート絶縁層の上面までの距離よりも小さいことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a thin film transistor according to one embodiment of the present invention includes a substrate, a gate electrode located above the substrate, a gate insulating layer located above the gate electrode, and the gate insulating layer. A semiconductor layer including a channel region opposed to the gate electrode, a protective layer positioned above the semiconductor layer, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the semiconductor layer, The semiconductor layer is located below the protective layer and located above the gate electrode, and located on both sides of the first region, and the resistance value of the upper region is lower than the resistance value of the lower region. A second region, wherein one of the second regions is electrically connected to the source electrode, the other of the second regions is electrically connected to the drain electrode, and an upper surface of the second region To the game Wherein the distance to the upper surface of the insulating layer is smaller than the distance from the upper surface of the first region to the upper surface of the gate insulating layer.
ソース電極とドレイン電極との間におけるトータルのキャリアパスを短くすることができるので、オン電流の低下を抑制して高いオン電流を維持することができる。 Since the total carrier path between the source electrode and the drain electrode can be shortened, a decrease in on-current can be suppressed and a high on-current can be maintained.
本発明の一態様に係る薄膜トランジスタは、基板と、前記基板の上方に位置するゲート電極と、前記ゲート電極の上方に位置するゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層を挟んで前記ゲート電極と対向するチャネル領域を含む半導体層と、前記半導体層の上方に位置する保護層と、前記半導体層と電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を有し、前記半導体層は、前記保護層の下層に位置し前記ゲート電極の上方に位置する第1領域と、前記第1領域の両側の各々に位置し上方領域の抵抗値が下方領域の抵抗値よりも低い第2領域とを有し、前記第2領域の一方は前記ソース電極と電気的に接続され、前記第2領域の他方は前記ドレイン電極と電気的に接続されており、前記第2領域の上面から前記ゲート絶縁層の上面までの距離が前記第1領域の上面から前記ゲート絶縁層の上面までの距離よりも小さいことを特徴とする。 A thin film transistor according to one embodiment of the present invention is opposite to the gate electrode with the substrate, the gate electrode located above the substrate, the gate insulating layer located above the gate electrode, and the gate insulating layer in between A semiconductor layer including a channel region; a protective layer located above the semiconductor layer; and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the semiconductor layer, wherein the semiconductor layer is formed of the protective layer. A first region located in a lower layer and located above the gate electrode, and a second region located on each side of the first region, the resistance value of the upper region being lower than the resistance value of the lower region, One of the second regions is electrically connected to the source electrode, and the other of the second regions is electrically connected to the drain electrode, from the upper surface of the second region to the upper surface of the gate insulating layer The distance of Wherein the from the upper surface of the serial first region is smaller than the distance to the upper surface of the gate insulating layer.
本態様によれば、第2領域の上面からゲート絶縁層の上面までの距離が第1領域の上面からゲート絶縁層の上面までの距離よりも小さくなっている。これにより、半導体層においてキャリアが積層方向に移動する距離を短くすることができるので、ソース電極とドレイン電極との間におけるトータルのキャリアパスを短くすることができる。したがって、オン電流の低下を抑制して高いオン電流を維持することができる。 According to this aspect, the distance from the upper surface of the second region to the upper surface of the gate insulating layer is smaller than the distance from the upper surface of the first region to the upper surface of the gate insulating layer. Thereby, since the distance that carriers move in the stacking direction in the semiconductor layer can be shortened, the total carrier path between the source electrode and the drain electrode can be shortened. Therefore, a reduction in on-current can be suppressed and a high on-current can be maintained.
さらに、本態様では、第1領域におけるゲート電極側の下方部分(フロントチャネル)に形成されるフロントキャリアパスと第1領域における保護層側の上方領域(バックチャネル)に形成されるバックキャリアパスとの距離(間隔)を大きくすることもできる。これにより、オフ電流を低減できるとともに、バックチャネル側の欠陥によるTFT動作の劣化を抑制することもできる。 Furthermore, in this aspect, a front carrier path formed in a lower portion (front channel) on the gate electrode side in the first region and a back carrier path formed in an upper region (back channel) on the protective layer side in the first region, The distance (interval) can be increased. Thereby, the off-current can be reduced and the deterioration of the TFT operation due to the defect on the back channel side can be suppressed.
このように、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタによれば、オン特性にもオフ特性も優れた酸化物半導体TFTを実現することができる。 As described above, according to the thin film transistor of one embodiment of the present invention, an oxide semiconductor TFT which has excellent on characteristics and off characteristics can be realized.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記第2領域の上面端部と前記第1領域の側面との接点は、前記第1領域の厚みの1/2の位置よりも下方側に位置するとよい。 In the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, the contact point between the upper surface end of the second region and the side surface of the first region is located below the position of ½ of the thickness of the first region. Good.
本態様によれば、第2領域におけるキャリアパスと第1領域におけるフロントキャリアパスとの間隔よりも、第2領域におけるキャリアパスと第1領域におけるバックキャリアパスとの間隔を大きくすることができる。したがって、より効果的に高いオン電流を維持できるとともに、オフ電流を一層低減することができる。 According to this aspect, the interval between the carrier path in the second region and the back carrier path in the first region can be made larger than the interval between the carrier path in the second region and the front carrier path in the first region. Therefore, a high on-current can be maintained more effectively, and the off-current can be further reduced.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記第2領域における前記半導体層の膜厚は、少なくとも15nm以上であるとよい。 In the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, the thickness of the semiconductor layer in the second region is preferably at least 15 nm or more.
本態様によれば、第2領域を形成する際の低抵抗化元素を析出又は拡散するのに十分な膜厚とすることができる。これにより、第2領域部分における半導体層の抵抗値を十分に下げることができる。 According to this aspect, the film thickness can be sufficient to precipitate or diffuse the resistance-reducing element when forming the second region. Thereby, the resistance value of the semiconductor layer in the second region portion can be sufficiently lowered.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、上面視において、前記第1領域の上面の端部と前記保護層の下面の端部とが重なっているとよい。 In the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, it is preferable that an end portion of the upper surface of the first region overlaps an end portion of the lower surface of the protective layer in a top view.
本態様によれば、保護層をマスクとして半導体層を加工することができる。これにより、第1領域よりも膜厚の薄い第2領域を有する凸形状の半導体層を形成することができるので、製造コストの低コスト化を図ることができる。 According to this aspect, the semiconductor layer can be processed using the protective layer as a mask. As a result, a convex semiconductor layer having a second region having a thickness smaller than that of the first region can be formed, so that the manufacturing cost can be reduced.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記保護層は、有機物を主成分とする材料によって構成されているとよい。 In the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, the protective layer may be formed using a material containing an organic substance as a main component.
保護層が有機物を主成分とする材料によって構成されていると、保護層内に存在する固定電荷量が多くなり、その固定電荷量の影響を受けて半導体層の第1領域の上方部分にバックチャネルパスが形成されやすいが、本態様の薄膜トランジスタでは、上述のようにフロントチャネルパスとバックチャネルパスとの距離を大きくできるので、保護層が有機物を主成分とする材料で構成されていても、バックチャネルパスに流れる電流量を抑制することができる。 When the protective layer is made of a material mainly composed of an organic substance, the amount of fixed charges existing in the protective layer increases, and the back of the upper part of the first region of the semiconductor layer is affected by the amount of fixed charges. Although the channel path is easily formed, in the thin film transistor of this embodiment, the distance between the front channel path and the back channel path can be increased as described above, so even if the protective layer is made of a material mainly composed of organic matter, The amount of current flowing through the back channel path can be suppressed.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板を準備する工程と、前記基板の上方にゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の上方にゲート絶縁層を形成する工程と、少なくとも前記ゲート電極と対向する第1領域を含むように、前記ゲート絶縁層の上方に半導体層を形成する工程と、前記第1領域の両側部分の前記半導体層が露出するように前記第1領域の上方に保護層を形成する工程と、前記半導体層のうち前記保護層から露出した部分を薄膜化する工程と、前記薄膜化した領域をその上方領域の抵抗値が下方領域の抵抗値よりも低くなる処理を行うことで前記第1領域の両側に第2領域を形成する工程と、前記第2領域の一方と電気的に接続するソース電極及び前記第2領域の他方と電気的に接続するドレイン電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 The thin film transistor manufacturing method according to one embodiment of the present invention includes a step of preparing a substrate, a step of forming a gate electrode above the substrate, a step of forming a gate insulating layer above the gate electrode, Forming a semiconductor layer above the gate insulating layer so as to include at least a first region facing the gate electrode; and exposing the semiconductor layer on both side portions of the first region. A step of forming a protective layer above, a step of thinning a portion of the semiconductor layer exposed from the protective layer, and a resistance value of an upper region of the thinned region is lower than a resistance value of a lower region. A step of forming a second region on both sides of the first region by performing a lowering process, and a source electrode electrically connected to one of the second regions and the other of the second regions are electrically connected Dray Characterized in that it comprises a step of forming an electrode, the.
本態様によれば、第2領域の膜厚が第1領域よりも薄い半導体層を形成することができる。つまり、第2領域の上面からゲート絶縁層の上面までの距離を、第1領域の上面からゲート絶縁層の上面までの距離よりも小さくすることができる。これにより、半導体層でのキャリアパスが短くオン電流の低下を抑制できるTFTを得ることができる。 According to this aspect, it is possible to form a semiconductor layer in which the thickness of the second region is thinner than that of the first region. That is, the distance from the upper surface of the second region to the upper surface of the gate insulating layer can be made smaller than the distance from the upper surface of the first region to the upper surface of the gate insulating layer. Thereby, a TFT that has a short carrier path in the semiconductor layer and can suppress a decrease in on-current can be obtained.
さらに、形成された半導体層は、第1領域におけるフロントチャネルパスと第1領域におけるバックチャネルパスとの距離が大きい。これにより、オフ電流を低減できるとともにバックチャネル側の欠陥によるTFT動作の劣化を抑制できる。 Further, the formed semiconductor layer has a large distance between the front channel path in the first region and the back channel path in the first region. As a result, off-current can be reduced and deterioration of TFT operation due to defects on the back channel side can be suppressed.
このように、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、オン特性にもオフ特性も優れたTFTを製造することができる。 As described above, according to the method for manufacturing a thin film transistor according to one embodiment of the present invention, a TFT having excellent on characteristics and off characteristics can be manufactured.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記半導体層を薄膜化する工程では、前記第2領域の上面端部と前記第1領域の側面との接点が前記第1領域の厚みの1/2の位置よりも下方側に位置するように、前記半導体層の前記露出した部分を薄膜化しているとよい。 In the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, in the step of thinning the semiconductor layer, the contact point between the upper end portion of the second region and the side surface of the first region is 1 / th of the thickness of the first region. The exposed portion of the semiconductor layer may be thinned so as to be positioned below the position 2.
本態様によれば、第2領域におけるキャリアパスと第1領域におけるフロントキャリアパスとの間隔よりも、第2領域におけるキャリアパスと第1領域におけるバックキャリアパスとの間隔の方が大きい半導体層を形成することができる。したがって、さらにオン特性及びオフ特性に優れた酸化物半導体TFTを得ることができる。 According to this aspect, the semiconductor layer in which the distance between the carrier path in the second region and the back carrier path in the first region is larger than the distance between the carrier path in the second region and the front carrier path in the first region. Can be formed. Therefore, an oxide semiconductor TFT having further excellent on and off characteristics can be obtained.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記半導体層を薄膜化する工程では、前記第2領域における前記半導体層の膜厚が少なくとも15nm以上となるように前記半導体層の前記露出した部分を薄膜化しているとよい。 In the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, in the step of thinning the semiconductor layer, the exposed portion of the semiconductor layer is formed so that the thickness of the semiconductor layer in the second region is at least 15 nm or more. It should be thin.
本態様によれば、第2領域を形成する際の低抵抗化元素を析出又は拡散するのに十分な膜厚を残すようにして半導体層を薄膜化できる。これにより、所望の低い抵抗値となった第2領域を有する半導体層を形成することができる。 According to this aspect, the semiconductor layer can be thinned so as to leave a film thickness sufficient for precipitating or diffusing the low resistance element when forming the second region. Thereby, a semiconductor layer having the second region having a desired low resistance value can be formed.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記半導体層を薄膜化する工程では、前記保護層をマスクとしてエッチングすることにより、前記半導体層の前記露出した部分を薄膜化しているとよい。 In the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, in the step of thinning the semiconductor layer, the exposed portion of the semiconductor layer may be thinned by etching using the protective layer as a mask.
本態様によれば、保護層をマスクとして酸化物半導体層を加工することで、保護層から露出した部分(半導体層における第1領域の両側の部分)を薄膜化することができるので、製造コストの低コスト化を図ることができる。 According to this aspect, since the oxide semiconductor layer is processed using the protective layer as a mask, portions exposed from the protective layer (portions on both sides of the first region in the semiconductor layer) can be thinned, so that the manufacturing cost can be reduced. The cost can be reduced.
また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記保護層は、有機物を主成分とする材料によって構成されているとよい。 In the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, the protective layer may be formed using a material containing an organic substance as a main component.
本態様によれば、保護層が有機物を主成分とする材料で構成されていて保護層に固定電荷が多く含まれている場合であっても、バックチャネルパスに流れる電流量を効果的に抑制することができる。 According to this aspect, even when the protective layer is made of a material mainly composed of an organic substance and the protective layer contains a large amount of fixed charges, the amount of current flowing through the back channel path is effectively suppressed. can do.
(実施の形態)
以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程(ステップ)、工程の順序等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
(Embodiment)
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that each of the embodiments described below shows a preferred specific example of the present invention. Therefore, numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps (steps), order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples and are intended to limit the present invention. is not. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims showing the highest concept of the present invention are described as optional constituent elements.
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Each figure is a schematic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the substantially same structure, The overlapping description is abbreviate | omitted or simplified.
[薄膜トランジスタの構成]
図1は、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の構成を示す断面図の一例である。
[Configuration of thin film transistor]
FIG. 1 is an example of a cross-sectional view illustrating a configuration of a
図1に示すように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1は、オフセット領域を含む酸化物半導体層をチャネル層とするボトムゲート型の酸化物半導体TFTである。
As shown in FIG. 1, a
薄膜トランジスタ1は、基板10と、アンダーコート層20と、ゲート電極30と、ゲート絶縁層40と、酸化物半導体層50と、保護層60と、層間絶縁層70と、ソース電極80S及びドレイン電極80Dとを備える。なお、本実施の形態における薄膜トランジスタ1は、トップコンタクト構造が採用されている。
The
以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の各構成要素について詳述する。
Hereinafter, each component of the
基板10は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス又は高耐熱性ガラス等のガラス材料で構成されるガラス基板である。なお、基板10は、ガラス基板に限らず、樹脂基板等であってもよい。また、基板10は、リジッド基板ではなく、フレキシブルガラス基板又はフレキシブル樹脂基板等のシート状又はフィルム状の可撓性基板であってもよい。
The
アンダーコート層20は、基板10上に形成されている。アンダーコート層20としては、例えば、シリコン窒化膜(SiNx)、シリコン酸化膜(SiOy)又はシリコン酸窒化膜(SiOyNx)等が用いられる。アンダーコート層20は、ガラス基板である基板10中に含まれるナトリウム及びリン等の不純物がゲート電極30、ゲート絶縁層40及びチャネル層50に侵入することを防止する機能を有する。アンダーコート層20の膜厚は、100nm〜500nmに設定することが好ましい。なお、アンダーコート層20は、必ずしも形成する必要はない。
The
ゲート電極30は、基板10の上方に位置し、アンダーコート層20上に所定形状でパターン形成される。ゲート電極30は、金属等の導電性材料又はその合金等の単層構造又は多層構造の電極であり、例えば、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)又はモリブデンタングステン(MoW)等で構成することができる。ゲート電極30の膜厚は、50nm〜300nmに設定することが好ましい。
The
ゲート絶縁層40は、ゲート電極30の上方に位置するように形成される。本実施の形態において、ゲート絶縁層40は、ゲート電極30を覆うようにアンダーコート層20上に形成される。ゲート絶縁層40としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、タンタル酸化膜又はアルミ酸化膜等の単層膜、あるいは、これらの積層膜等を用いることができる。本実施の形態において、ゲート絶縁層40は、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜である。ゲート絶縁層40の膜厚は、TFTの耐圧等を考慮して設計することができ、例えば、50nm〜500nmとすることが望ましい。
The
酸化物半導体層50は、ゲート絶縁層40を挟んでゲート電極30と対向するチャネル領域を含む半導体層である。酸化物半導体層50は、ゲート絶縁層40上に所定形状で形成されており、第1領域51と、当該第1領域51の両側に形成された第2領域52とによって構成されている。
The
酸化物半導体層50において、第2領域52が形成された部分の膜厚は、第1領域51が形成された部分の膜厚よりも薄くなっている。つまり、第2領域52の上面からゲート絶縁層40の上面までの距離が第1領域51の上面からゲート絶縁層40の上面までの距離よりも小さくなっている。
In the
第1領域51は、酸化物半導体層50において、保護層60の下層に位置し、かつ、ゲート電極30の上方に位置する領域であり、ゲート絶縁層40を挟んでゲート電極30と対向して位置するチャネル領域を含む部分である。
The
第2領域52は、酸化物半導体層50において、第1領域51の両側の各々に位置し、かつ、第1領域51よりも抵抗値の低い低抵抗酸化物半導体層(オフセット領域)である。例えば、第2領域52は、酸化物半導体層にArプラズマや水素プラズマ等のプラズマ照射を選択的に行うことによって、酸化物半導体層の抵抗値を部分的に下げることで形成することができる。
The
第2領域52の一方であるソース領域52Sは、チャネル方向における第1領域51の一方端側に位置し、ソース電極80Sと電気的に接続されている。ソース領域52Sにおいて、上方領域(層間絶縁層70側の領域)の抵抗値は下方領域(ゲート絶縁層40側の領域)の抵抗値よりも低くなっている。つまり、ソース領域52Sでは、積層方向において抵抗値が異なっており、上層部分の抵抗値が下層部分の抵抗値よりも低くなっている。
The
また、第2領域52の他方であるドレイン領域52Dは、チャネル方向における第1領域51の他方端側に位置し、ドレイン電極80Dと電気的に接続されている。ドレイン領域52Dにおいても、上方領域の抵抗値は下方領域の抵抗値よりも低くなっている。つまり、ドレイン領域52Dでも、積層方向において抵抗値が異なっており、上層部分の抵抗値が下層部分の抵抗値よりも低くなっている。
Further, the
酸化物半導体層50を構成する第1領域51及び第2領域52は、同じ材料によって構成されている。酸化物半導体層50の材料には、例えば、透明アモルファス酸化物半導体(TAOS:Transparent Amorphous Oxide Semiconductor)が用いられる。本実施の形態において、酸化物半導体層50は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)及び亜鉛(Zn)を含む酸化物であるInGaZnOX(IGZO)を用いてスパッタ装置によって成膜されている。
The
透明アモルファス酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタは、キャリア移動度が高く、大画面及び高精細の表示装置に適している。また、透明アモルファス酸化物半導体は、低温成膜が可能であるのでフレキシブル基板上に容易に形成することができる。 A thin film transistor using a transparent amorphous oxide semiconductor has high carrier mobility and is suitable for a large-screen and high-definition display device. Further, since the transparent amorphous oxide semiconductor can be formed at a low temperature, it can be easily formed on a flexible substrate.
第1領域51部分の酸化物半導体層50の厚みは、例えば30nm〜500nmである。また、第2領域52(ソース領域52S及びドレイン領域52D)部分の酸化物半導体層50の厚みは、第1領域51部分の酸化物半導体層50の厚みよりも薄ければよいが、少なくとも15nm以上にするとよく、例えば、15nm〜30nmとすることができる。なお、本実施の形態において、ソース領域52Sの膜厚とドレイン領域52Dの膜厚とは同じであるが、異なっていてもよい。
The thickness of the
保護層60は、酸化物半導体層50のうち第1領域51の部分を覆うように所定形状で形成された絶縁層である。保護層60は、第1領域51を保護する層(チャネル保護層)であり、エッチングストッパー層として機能する。
The
保護層60は、有機物を主成分とする材料によって形成されていてもよいし、シリコン酸化膜のように無機物によって形成されていてもよい。本実施の形態において、保護層60は、有機物を主成分とする材料によって構成されている。なお、保護層60は、単層膜であってもよいし、積層膜であってもよい。
The
層間絶縁層70は、保護層60と酸化物半導体層50(ソース領域52S及びドレイン領域52Dの部分)を覆うように形成された絶縁層である。層間絶縁層70は、有機物を主成分とする材料によって形成されていてもよいし、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜又は酸化アルミニウム膜等のように無機物によって形成されていてもよい。また、層間絶縁層70は、単層膜であってもよいし、積層膜であってもよい。
The interlayer insulating
なお、シリコン酸化膜は、シリコン窒化膜と比べて成膜時における水素の発生が少ない。したがって、層間絶縁層70としてシリコン酸化膜を用いることによって、水素還元による酸化物半導体層50の性能劣化を抑制できる。さらに、層間絶縁層70として酸化アルミニウム膜を用いることによって、上層で発生する水素や酸素を酸化アルミニウム膜によってブロックすることができる。これらのことから、層間絶縁層70としては、例えば、シリコン酸化膜、酸化アルミニウム膜及びシリコン酸化膜の3層構造の積層膜を用いるとよい。
The silicon oxide film generates less hydrogen during film formation than the silicon nitride film. Therefore, by using a silicon oxide film as the
また、層間絶縁層70には、当該層間絶縁層70の一部を貫通するように開口部(コンタクトホール)が形成されている。この層間絶縁層70の開口部を介して、酸化物半導体層50のソース領域52S及びドレイン領域52Sとソース電極80S及びドレイン電極80Dとが接続されている。
An opening (contact hole) is formed in the
ソース電極80S及びドレイン電極80Dは、層間絶縁層70上に所定形状にパターニング形成される。また、ソース電極80Sは、層間絶縁層70に形成された開口部を介して酸化物半導体層50のソース領域52Sに接続され、ドレイン電極80Dは、層間絶縁層70に形成された開口部を介して酸化物半導体層50のドレイン領域52Dに接続される。
The
ソース電極80S及びドレイン電極80Dは、導電性材料及びその合金等の単層構造又は多層構造の電極である。ソース電極80S及びドレイン電極80Dの材料には、例えば、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、タングステン(W)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、モリブデンタングステン合金(MoW)又は銅マンガン合金(CuMn)等を用いることができる。ソース電極80S及びドレイン電極80Dの膜厚は、例えば50nm〜300nmに設定することが好ましい。
The
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の作用効果について、図2A及び図2Bを用いて説明する。図2Aは、比較例の薄膜トランジスタのチャネルパスを示す断面図である。図2Bは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタのチャネルパスを示す断面図である。
Next, the function and effect of the
図2Aに示される比較例の薄膜トランジスタ1’では、酸化物半導体層50’の膜厚が一定であり、第1領域51部分に対応する酸化物半導体層50’の膜厚と、第1領域51の両側の第2領域52’(ソース領域52S’及びドレイン領域52D’)部分に対応する酸化物半導体層50’の膜厚とが同じになっている。つまり、第2領域52’(ソース領域52S’及びドレイン領域52D’)の上面からゲート絶縁層40の上面までの距離が、第1領域51の上面からゲート絶縁層40の上面までの距離が同じになっている。
In the
図2Aに示される比較例の薄膜トランジスタ1’を製造する場合、例えば、所定形状の酸化物半導体層を形成した後に、第1領域51以外の部分をArプラズマや水素プラズマ等の方法により低抵抗化することによって第1領域51よりも低抵抗のオフセット領域(低抵抗領域)として第2領域52’(ソース領域52S’及びドレイン領域52D’)を形成する。
In the case of manufacturing the
このようにArプラズマや水素プラズマ等によって酸化物半導体層にソース領域52S’及びドレイン領域52D’を形成した場合、Arや水素の酸化物半導体層への拡散厚み(拡散深さ)は数nm程度になると考えられる。したがって、酸化物半導体層50’におけるソース領域52S’及びドレイン領域52D’では、その上方領域(上部)における抵抗値が下方領域(下部)の抵抗値よりも低くなる。
Thus, when the
この場合、トップゲート型構造の酸化物半導体TFTであれば、オフセット領域におけるキャリアパスは酸化物半導体層の上方領域に形成され、また、オフセット領域以外の領域におけるキャリアパスもゲート電極と近接する酸化物半導体層の上方領域に形成されるため、キャリアパスが直線となり高いオン電流を維持できる。 In this case, in the case of an oxide semiconductor TFT having a top-gate structure, the carrier path in the offset region is formed in the upper region of the oxide semiconductor layer, and the carrier path in the region other than the offset region is also oxidized close to the gate electrode. Since it is formed in the region above the physical semiconductor layer, the carrier path becomes a straight line and a high on-current can be maintained.
しかしながら、図2Aに示すように、ボトムゲート型構造の酸化物半導体TFTである薄膜トランジスタ1’では、第2領域52’(ソース領域52S’及びドレイン領域52D’)におけるキャリアパスは酸化物半導体層50’の上方領域に形成されるが、第1領域51(保護層60の下方領域)におけるキャリアパスはゲート電極30と近接する酸化物半導体層50’の下方領域に形成される。そのため、第2領域52’と第1領域51とのキャリアパスにおいては、第1領域51中又は第2領域52’中において厚み方向(積層方向)にキャリアが移動することになる。つまり、酸化物半導体層50’においてキャリアが積層方向に移動することになる。この結果、トップゲート型構造の酸化物半導体TFTと比べて、ソース電極80Sとドレイン電極80Dとの間におけるトータルのキャリアパスが長くなって、抵抗値が大きくなる。これにより、オン電流が低くなるという問題がある。
However, as shown in FIG. 2A, in the
これに対して、図2Bに示される本実施の形態における薄膜トランジスタ1では、第2領域52の上面からゲート絶縁層40の上面までの距離が第1領域51の上面からゲート絶縁層40の上面までの距離よりも小さくなっている。すなわち、本実施の形態では、第2領域52(ソース領域52S及びドレイン領域52D)の部分に対応する酸化物半導体層50の膜厚が第1領域51の部分に対応する酸化物半導体層50の膜厚よりも薄くなっている。
On the other hand, in the
これにより、図2Bに示すように、酸化物半導体層50においてキャリアが積層方向に移動する距離を短くすることができるので、ソース電極80Sとドレイン電極80Dとの間(ソースドレイン電極間)におけるトータルのキャリアパスを短くすることができる。したがって、オン電流の低下を抑制して高いオン電流を維持することができる。
As a result, as shown in FIG. 2B, the distance that carriers move in the stacking direction in the
さらに、本実施の形態における薄膜トランジスタ1のように、第2領域52部分の酸化物半導体層50の膜厚を第1領域51部分の酸化物半導体層50の膜厚よりも薄くすることで、第1領域51におけるゲート電極30側の下方部分(フロントチャネル)に形成されるフロントキャリアパスと第1領域51における保護層60側の上方領域(バックチャネル)に形成されるバックキャリアパスとの距離(間隔)を大きくすることもできる。これにより、オフ電流を低減できるとともに、バックチャネル側の欠陥によるTFT動作の劣化を抑制することもできる。
Further, like the
このように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1によれば、オン特性にもオフ特性も優れた酸化物半導体TFTを実現することができる。これにより、優れたオン特性が要求される駆動トランジスタと優れたオフ特性が要求されるスイッチングトランジスタとを必要とする有機EL表示装置の画素回路を、同じ薄膜トランジスタ1によって構成することができる。したがって、有機EL表示装置のTFTアレイ基板における全てのTFTを同時に形成することができるので、低コストで有機EL表示装置を製造することができる。
Thus, according to the
また、図2Bに示すように、第2領域52(ソース領域52S又はドレイン領域52D)の上面端部と第1領域51の側面との接点Pは、第1領域51部分の酸化物半導体層50の厚みLの1/2の位置よりも下方側に位置するとよい。つまり、接点Pから第1領域51部分における酸化物半導体層50の下面までの距離L2は、接点Pから第1領域51部分における酸化物半導体層50の上面までの距離L1よりも小さいとよい。
Further, as shown in FIG. 2B, the contact point P between the upper surface end of the second region 52 (
これにより、第2領域52におけるキャリアパスと第1領域51におけるフロントキャリアパスとの間隔よりも、第2領域52におけるキャリアパスと第1領域51におけるバックキャリアパスとの間隔を大きくすることができる。したがって、より効果的に高いオン電流を維持できるとともに、オフ電流を一層低減することができる。
Thereby, the interval between the carrier path in the
また、本実施の形態において、第2領域52における酸化物半導体層50の膜厚は、少なくとも15nm以上にするとよい。
In this embodiment, the thickness of the
酸化物半導体層50に第2領域52を形成する場合、上述のように、例えば酸化物半導体層の第1領域51以外の部分(保護層60から露出する部分)をArプラズマや水素プラズマ等のプラズマ処理によって低抵抗化する。
When the
具体的には、Arプラズマ照射によって酸化物半導体層50内にArを拡散させて酸化物半導体層50内にInを析出させて酸化物半導体層50を部分的に低抵抗化して第2領域52(ソース領域52S及びドレイン領域52D)を形成する。あるいは、水素プラズマ照射によって酸化物半導体層50内に水素を拡散させて酸化物半導体層50を部分的に低抵抗化して第2領域52(ソース領域52S及びドレイン領域52D)を形成する。
Specifically, Ar is diffused in the
このとき、第2領域52部分における酸化物半導体層50の膜厚を15nm以上にすることで、第2領域52を形成する際の低抵抗化元素(InやH等)を析出又は拡散するのに十分な膜厚とすることができる。
At this time, by setting the thickness of the
具体的には、Arプラズマ照射によって第2領域52を形成する場合、第2領域52に対応する部分の酸化物半導体層50の膜厚を15nm以上とすることで、Arプラズマ照射によって酸化物半導体層50内にInを十分析出させることができる。あるいは、水素プラズマ照射によって第2領域52を形成する場合、第2領域52に対応する部分の酸化物半導体層50の膜厚を15nm以上とすることで、水素プラズマ照射によって酸化物半導体層50内に水素の拡散を十分起こさせることができる。これにより、第2領域52部分における酸化物半導体層50の抵抗値を十分に下げることができる。
Specifically, when the
また、本実施の形態では、上面視において、酸化物半導体層50における第1領域51の上面の端部と保護層60の下面の端部とが重なっている。より具体的には、上面視において、酸化物半導体層50における第1領域51の一方端と保護層60の一方端とが重なっており、また、酸化物半導体層50における第1領域51の他方端と保護層60の他方端とが重なっている。例えば、図2Bに示すように、断面視において、酸化物半導体層50における第1領域51の両側面と保護層60の両側面とが面一になっている。
In this embodiment, the upper end portion of the
これにより、保護層60をマスクとして酸化物半導体層50を加工することで、第1領域51よりも膜厚の薄い第2領域52を有する凸形状の酸化物半導体層50を形成することができるので、製造コストの低コスト化を図ることができる。
Accordingly, by processing the
また、本実施の形態では、保護層60が有機物を主成分とする材料によって構成されている。
Further, in the present embodiment, the
第1領域51部分の酸化物半導体層50の上には、保護層60が配置されている。保護層60には固定電荷が存在するので、第1領域51の上方にキャリアが引き寄せられやすい。例えば、保護層60内に正の固定電荷が存在する場合、酸化物半導体層50における第1領域51の上方領域には負のキャリアが引き寄せられる。これにより、第1領域51のうち保護層60側の領域(ゲート電極30とは反対側の領域)である上方領域(例えば保護層60との界面近傍)に、正規のチャネルパスの他にチャネル(バックチャネル)が現われてトランジスタ特性に悪影響を及ぼしてしまう。
A
この場合、保護層60が有機物を主成分とする材料によって構成されていると、保護層60内に存在する固定電荷の電荷量が多くなる。この結果、酸化物半導体層50の第1領域51の上方領域に形成されるバックチャネルパスの影響をさらに受けやすくなる。
In this case, if the
これに対して、本実施の形態における薄膜トランジスタ1では、第2領域52のみを薄膜化しており、第1領域51は薄膜化していない。これにより、第1領域51部分の酸化物半導体層50では、上述のように、フロントチャネルパスとバックチャネルパスとの間隔が大きくなっているので、保護層60の固定電荷の影響を受けにくくなる。したがって、保護層60が有機物を主成分とする材料で構成されていても、バックチャネルパスに流れる電流量を抑制することができる。
On the other hand, in the
[薄膜トランジスタの製造方法]
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法について、図3A〜図3Jを用いて説明する。図3A〜図3Jは、本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程の断面図である。なお、本実施の形態では、1つの薄膜トランジスタについて説明するが、複数の薄膜トランジスタ1をTFTアレイとして同時に形成する場合も同様である。
[Thin Film Transistor Manufacturing Method]
Next, a method for manufacturing the
まず、図3Aに示すように、基板10を準備する。基板10として、例えばガラス基板を準備する。
First, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3Bに示すように、基板10上にアンダーコート層20を形成する。プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)等によって、基板10上に、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜又はシリコン酸窒化膜等で構成されるアンダーコート層20を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, an
次に、図3Cに示すように、基板10の上方にゲート電極30を形成する。本実施の形態では、アンダーコート層20上にモリブデンタングステン(MoW)で構成される金属膜(ゲート金属膜)をスパッタによって成膜した後、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて金属膜をパターニングすることにより、所定形状のゲート電極30を形成した。MoWのウェットエッチングは、例えば、リン酸(HPO4)、硝酸(HNO3)、酢酸(CH3COOH)及び水を所定の配合で混合した薬液を用いて行うことができる。
Next, as shown in FIG. 3C, the
次に、図3Dに示すように、ゲート電極30の上方にゲート絶縁層40を形成する。本実施の形態では、ゲート電極30を被覆するようにプラズマCVD等によって、基板10全体にゲート絶縁層40を形成する。ゲート絶縁層40は、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、タンタル酸化膜、アルミ酸化膜又はそれらの積層膜等である。一例として、プラズマCVD法によってシリコン窒化膜を成膜する場合、シランガス(SiH4)、アンモニアガス(NH3)及び窒素ガス(N2)を導入ガスに用いて成膜する。
Next, as illustrated in FIG. 3D, the
次に、図3Eに示すように、少なくともゲート電極30と対向する第1領域51となる部分を含むように、ゲート絶縁層40の上方に酸化物半導体層50Aを形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁層40上に酸化物半導体膜をスパッタ等で成膜した後に、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法等を用いてパターニングすることにより、ゲート電極30と対向する部分にチャネル領域を有するように島状の酸化物半導体層50Aを形成する。
Next, as illustrated in FIG. 3E, the
本実施の形態において、酸化物半導体層50Aの材料は、InGaZnOXの透明アモルファス酸化物半導体である。この場合、酸化物半導体膜をスパッタで成膜する工程では、ターゲット材としてIn、Ga及びZnを用いて、真空チャンバー内に不活性ガスとしてアルゴン(Ar)ガスを流入するとともに反応性ガスとして酸素(O2)を含むガスを流入し、所定のパワー密度の電圧をターゲット材に印加する。これにより、透明アモルファスInGaZnO膜を成膜することができる。
In this embodiment, the material of the
また、酸化物半導体膜をフォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて所定形状の酸化物半導体層50Aに加工する場合、具体的には、まず、酸化物半導体膜上に所定形状のレジストを形成し、レジストが形成されていない領域の酸化物半導体膜をウェットエッチングによって除去することで、島状の酸化物半導体層50Aを形成することができる。なお、酸化物半導体膜がInGaZnOXである場合、エッチング液としては、例えば、リン酸(H3PO4)、硝酸(HNO3)、酢酸(CH3COOH)及び水を混合した薬液を用いればよい。
When the oxide semiconductor film is processed into the
次に、図3Fに示すように、酸化物半導体層50Aの一部が露出するように第1領域51の上方に保護層60を形成する。具体的には、第1領域51となる部分の両側部分の酸化物半導体層50Aが露出するように保護層60を形成する。本実施の形態では、酸化物半導体層50Aを挟んでゲート電極30と対向する部分に選択的に保護層60を形成する。例えば、酸化物半導体層50A及びゲート絶縁層40を覆うように基板10上の全面に絶縁膜を形成し、ウェットエッチング法やドライエッチング法を用いて絶縁膜をパターニングすることによって所定形状の保護層60を形成することができる。なお、保護層60は、有機物を主成分とする材料を用いて形成してもよいし、シリコン酸化膜のように無機物を用いて形成してもよいが、本実施の形態では、有機物を主成分とする材料を用いて保護層60を形成した。
Next, as illustrated in FIG. 3F, the
次に、酸化物半導体層50Aのうち保護層60から露出した部分を薄膜化する。本実施の形態では、図3Gに示すように、保護層60をマスクとしてエッチングを行うことによって、酸化物半導体層50Aのうち保護層60から露出した部分を選択的にエッチングして薄膜化する。これにより、酸化物半導体層50Aのうちゲート電極30と対向する部分が突出するように形成することができる。
Next, the portion of the
本実施の形態では、保護層60をマスクとして酸化物半導体層50Aのエッチングを行っているので、酸化物半導体層50における第1領域51の両側端と保護層60の両側端との各々が重なるように加工することができる。つまり、セルフアラインによって、酸化物半導体層50における第1領域51の両側面と保護層60の両側面とが面一となるように加工することができる。
In this embodiment, since the
なお、エッチング方法は、ウェットエッチング及びドライエッチングのいずれであってもよいが、本実施の形態では、BCL3ガスを用いたドライエッチングによって酸化物半導体層50Aのエッチングを行った。
Note that the etching method may be either wet etching or dry etching, but in this embodiment, the
次に、図3Hに示すように、酸化物半導体層50Aのうち薄膜化した領域(凹部)をその上方領域の抵抗値が下方領域の抵抗値よりも低くなる処理を行うことで、第1領域51の両側に第2領域52としてソース領域52S及びドレイン領域52Dを形成する。
Next, as shown in FIG. 3H, the first region is obtained by performing a process in which the resistance value of the upper region is lower than the resistance value of the lower region of the thinned region (concave portion) of the
本実施の形態では、保護層60をマスクとしてプラズマを照射することで、酸化物半導体層50Aの薄膜化領域(凹部)の抵抗値を非薄膜化領域(凸部)の抵抗値よりも下げるとともに、薄膜化領域(凹部)における上方領域の抵抗値をその下方領域の抵抗値よりも下げている。これにより、プラズマ照射されていない非薄膜化領域である第1領域51と、プラズマ照射された薄膜化領域である第2領域52(オフセット領域)とを有する酸化物半導体層50を形成することができる。
In this embodiment, the
なお、プラズマ照射としては、例えばArプラズマ照射又は水素プラズマ照射を用いることができる、これらのプラズマ照射を用いることで、酸化物半導体層50Aの抵抗値を十分に下げることができる。
Note that as the plasma irradiation, for example, Ar plasma irradiation or hydrogen plasma irradiation can be used. By using these plasma irradiations, the resistance value of the
このように、本実施の形態では、保護層60をマスクとして、酸化物半導体層50Aの加工工程(エッチング工程)と酸化物半導体層50Aの低抵抗化工程とを行っている。これにより、酸化物半導体層50Aの厚みが薄い領域(薄膜化領域)のみについて、その上方領域を低抵抗化することできる。この結果、厚みが厚い領域(第1領域51)の側面に低抵抗化されている第2領域52の上面端部が接するような形状で酸化物半導体層50を形成することができる。
As described above, in this embodiment, the processing step (etching step) of the
次に、図3Iに示すように、保護層60及び酸化物半導体層50の露出部分を被覆するようにゲート絶縁層40上に層間絶縁層70を形成する。層間絶縁層70は、有機物を主成分とする材料を用いて形成してもよいし、無機物を主成分とする材料を用いて形成してもよい。
Next, as illustrated in FIG. 3I, an
その後、酸化物半導体層50のソース領域52S及びドレイン領域52Dの一部を露出させるように、層間絶縁層70に開口部(コンタクトホール)を形成する。具体的には、フォトリソグラフィ法及びエッチング法によって層間絶縁層70の一部をエッチング除去することによって、酸化物半導体層50のソース領域52S及びドレイン領域52D上に開口部を形成する。例えば、層間絶縁層70がシリコン酸化膜である場合、反応性イオンエッチング(RIE)法によるドライエッチング法によってシリコン酸化膜に開口部を形成することができる。この場合、エッチングガスとしては、例えば、四フッ化炭素(CF4)及び酸素ガス(O2)を用いることができる。
After that, an opening (contact hole) is formed in the
次に、図3Jに示すように、ソース領域52Sと電気的に接続するソース電極80S及びドレイン領域52Dと電気的に接続するドレイン電極80Dを形成する。本実施の形態では、層間絶縁層70に形成した開口部を埋めるようにして層間絶縁層70上に金属膜(ソースドレイン金属膜)をスパッタによって成膜した後に、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて金属膜をパターニングすることにより、所定形状のソース電極80S及びドレイン電極80Dを形成している。
Next, as illustrated in FIG. 3J, a
以上、本実施の形態における薄膜トランジスタ1の製造方法によれば、酸化物半導体層50Aの一部が露出するようにゲート電極30と対向する部分(第1領域51)の上方に保護層60を形成し、酸化物半導体層50Aのうち保護層60から露出した部分を薄膜化し、次いで、薄膜化した領域をその上方領域の抵抗値が下方領域の抵抗値よりも低くなる処理を行うことで第2領域52(ソース領域52S及びドレイン領域52D)を形成している。
As described above, according to the method for manufacturing the
これにより、第2領域52の膜厚が第1領域51よりも薄い酸化物半導体層50を形成することができる。これにより、酸化物半導体層50でのキャリアパスが短くオン電流の低下を抑制できる酸化物半導体TFTを得ることができる。
Thereby, the
この場合、形成された酸化物半導体層50の第1領域51部分では、フロントチャネルパスとバックチャネルパスとの距離が大きくなっている。これにより、オフ電流を低減できるとともにバックチャネル側の欠陥によるTFT動作の劣化を抑制できる酸化物半導体TFTを得ることができる。
In this case, in the
このように、本実施の形態における薄膜トランジスタ1の製造方法によれば、オン特性にもオフ特性も優れた酸化物半導体TFTを製造することができる。
As described above, according to the method for manufacturing the
また、本実施の形態における製造方法において、酸化物半導体層50Aを薄膜化する工程では、第2領域52の上面端部と第1領域51の側面との接点が第1領域51の厚みの1/2の位置よりも下方側に位置するように、酸化物半導体層50Aのうち保護層60から露出した部分を薄膜化している。
In the manufacturing method according to the present embodiment, in the step of thinning the
これにより、第2領域52におけるキャリアパスと第1領域51におけるフロントキャリアパスとの間隔よりも、第2領域52におけるキャリアパスと第1領域51におけるバックキャリアパスとの間隔の方が大きい酸化物半導体層50を形成することができる。したがって、さらにオン特性及びオフ特性に優れた酸化物半導体TFTを得ることができる。
Thus, an oxide in which the distance between the carrier path in the
また、本実施の形態における製造方法において、酸化物半導体層50Aを薄膜化する工程では、第2領域52部分の膜厚が少なくとも15nm以上となるように酸化物半導体層50Aのうち保護層60から露出した部分を薄膜化している。
Further, in the manufacturing method in this embodiment, in the step of thinning the
これにより、第2領域52を形成する際の低抵抗化元素を析出又は拡散するのに十分な膜厚を残すようにして酸化物半導体層50Aを薄膜化できる。これにより、所望の低い抵抗値となった第2領域52を有する酸化物半導体層50を形成することができる。
Accordingly, the
また、本実施の形態における製造方法において、酸化物半導体層50Aを薄膜化する工程では、保護層60をマスクとしてエッチングすることにより、酸化物半導体層50のうち保護層60から露出した部分を薄膜化している。
In the manufacturing method in this embodiment, in the step of thinning the
このように保護層60をマスクとして酸化物半導体層50Aを加工することで保護層60から露出した部分を薄膜化することができるので、製造コストの低コスト化を図ることができる。
In this manner, by processing the
また、本実施の形態における製造方法において、保護層60は、有機物を主成分とする材料によって構成されている。
Moreover, in the manufacturing method in this Embodiment, the
これにより、保護層60が有機物を主成分とする材料で構成されていて保護層60に固定電荷が多く含まれている場合であっても、バックチャネルパスに流れる電流量を効果的に抑制することができる。
Thereby, even when the
[表示装置]
次に、上記の実施の形態に係る薄膜トランジスタ1を表示装置に適用した例について、図4及び図5を用いて説明する。なお、本実施の形態では、有機EL表示装置への適用例について説明する。
[Display device]
Next, an example in which the
図4は、本発明の実施の形態に係る有機EL表示装置の一部切り欠き斜視図である。また、図5は、図4に示す有機EL表示装置における画素回路の電気回路図である。なお、画素回路は、図5に示す構成に限定されるものではない。 FIG. 4 is a partially cutaway perspective view of the organic EL display device according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is an electric circuit diagram of a pixel circuit in the organic EL display device shown in FIG. Note that the pixel circuit is not limited to the configuration shown in FIG.
上述の薄膜トランジスタ1は、有機EL表示装置におけるアクティブマトリクス基板のスイッチングトランジスタ及び駆動トランジスタとして用いることができる。
The above-described
図4に示すように、有機EL表示装置100は、複数個の薄膜トランジスタが配置されたTFT基板(TFTアレイ基板)110と、下部電極(反射電極)である陽極131、EL層(発光層)132及び上部電極(透明電極)である陰極133からなる有機EL素子(発光部)130との積層構造により構成される。
As shown in FIG. 4, the organic
本実施の形態におけるTFT基板110には、上記の薄膜トランジスタ1が用いられている。TFT基板110には複数の画素120がマトリクス状に配置されており、各画素120には画素回路が設けられている。
The
有機EL素子130は、複数の画素120のそれぞれに対応して形成されており、各画素120に設けられた画素回路によって各有機EL素子130の発光の制御が行われる。有機EL素子130は、複数の薄膜トランジスタを覆うように形成された層間絶縁層(平坦化膜)の上に形成される。
The
また、有機EL素子130は、陽極131と陰極133との間にEL層132が配置された構成となっている。陽極131とEL層132との間にはさらに正孔輸送層が積層形成され、EL層132と陰極133との間にはさらに電子輸送層が積層形成されている。なお、陽極131と陰極133との間には、その他の機能層が設けられていてもよい。EL層132をはじめ陽極131と陰極133との間に形成される機能層は、有機材料によって構成された有機層である。
The
各画素120は、それぞれの画素回路によって駆動制御される。また、TFT基板110には、画素120の行方向に沿って配置される複数のゲート配線(走査線)140と、ゲート配線140と交差するように画素120の列方向に沿って配置される複数のソース配線(信号配線)150と、ソース配線150と平行に配置される複数の電源配線(図4では省略)とが形成されている。各画素120は、例えば直交するゲート配線140とソース配線150とによって区画されている。
Each
ゲート配線140は、各画素回路に含まれるスイッチングトランジスタのゲート電極と行毎に接続されている。ソース配線150は、スイッチングトランジスタのソース電極と列毎に接続されている。電源配線は、各画素回路に含まれる駆動トランジスタのドレイン電極と列毎に接続されている。
The
図5に示すように、画素回路は、スイッチングトランジスタSwTrと、駆動トランジスタDrTrと、対応する画素120に表示するためのデータを記憶するキャパシタCとで構成される。本実施の形態において、スイッチングトランジスタSwTrは、画素120を選択するためのTFTであり、駆動トランジスタDrTrは、有機EL素子130を駆動するためのTFTである。
As shown in FIG. 5, the pixel circuit includes a switching transistor SwTr, a drive transistor DrTr, and a capacitor C that stores data to be displayed on the
スイッチングトランジスタSwTrは、ゲート配線140に接続されるゲート電極G1と、ソース配線150に接続されるソース電極S1と、キャパシタC及び第2薄膜トランジスタDrTrのゲート電極G2に接続されるドレイン電極D1と、酸化物半導体層(図示せず)とを備える。スイッチングトランジスタSwTrは、接続されたゲート配線140及びソース配線150に所定の電圧が印加されると、当該ソース配線150に印加された電圧がデータ電圧としてキャパシタCに保存される。
The switching transistor SwTr includes a gate electrode G1 connected to the
駆動トランジスタDrTrは、スイッチングトランジスタSwTrのドレイン電極D1及びキャパシタCに接続されるゲート電極G2と、電源配線160及びキャパシタCに接続されるドレイン電極D2と、有機EL素子130の陽極131に接続されるソース電極S2と、酸化物半導体層(図示せず)とを備える。駆動トランジスタDrTrは、キャパシタCが保持しているデータ電圧に対応する電流を電源配線160からソース電極S2を通じて有機EL素子130の陽極131に供給する。これにより、有機EL素子130では、陽極131から陰極133へと駆動電流が流れてEL層132が発光する。
The drive transistor DrTr is connected to the drain electrode D1 of the switching transistor SwTr and the gate electrode G2 connected to the capacitor C, the drain electrode D2 connected to the
なお、上記構成の有機EL表示装置100では、ゲート配線140とソース配線150との交差点に位置する画素120毎に表示制御を行うアクティブマトリクス方式が採用されている。これにより、各画素120におけるスイッチングトランジスタSwTr及び駆動トランジスタDrTrによって、対応する有機EL素子130が選択的に発光し、所望の画像が表示される。
Note that the organic
以上、本実施の形態におけるTFT基板110には、オン特性及びオフ特性に優れた上記薄膜トランジスタ1が用いられているので、表示性能に優れた有機EL表示装置を実現できる。
As described above, since the
(その他変形例等)
以上、薄膜トランジスタ及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
(Other variations)
As described above, the thin film transistor and the manufacturing method thereof have been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、上記実施の形態では、酸化物半導体層に用いる酸化物半導体として、InGaZnOX(IGZO)のアモルファス酸化物半導体を用いたが、これに限らず、InGaO等の多結晶酸化物半導体を用いてもよい。 For example, in the above embodiment, an amorphous oxide semiconductor of InGaZnO x (IGZO) is used as the oxide semiconductor used for the oxide semiconductor layer, but the present invention is not limited to this, and a polycrystalline oxide semiconductor such as InGaO is used. Also good.
また、上記実施の形態では、薄膜トランジスタを用いた表示装置として有機EL表示装置について説明したが、これに限らない。例えば、上記実施の形態における薄膜トランジスタは、液晶表示装置等の他の表示装置にも適用することもできる。 Moreover, in the said embodiment, although the organic electroluminescent display apparatus was demonstrated as a display apparatus using a thin-film transistor, it is not restricted to this. For example, the thin film transistor in the above embodiment can also be applied to other display devices such as a liquid crystal display device.
この場合、有機EL表示装置(有機ELパネル)は、フラットパネルディスプレイとして利用することができる。例えば、有機EL表示装置は、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ又は携帯電話等、あらゆる電子機器の表示パネルとして利用することができる。 In this case, the organic EL display device (organic EL panel) can be used as a flat panel display. For example, the organic EL display device can be used as a display panel of any electronic device such as a television set, a personal computer, or a mobile phone.
その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。 In addition, the form obtained by making various modifications conceived by those skilled in the art with respect to each embodiment and modification, and the components and functions in each embodiment and modification are arbitrarily set within the scope of the present invention. Forms realized by combining them are also included in the present invention.
本発明に係る薄膜トランジスタは、有機EL表示装置等の表示装置(表示パネル)、表示装置を用いた、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ及び携帯電話等、薄膜トランジスタを有する様々な電気機器に広く利用することができる。 The thin film transistor according to the present invention can be widely used in various electric devices having a thin film transistor such as a display device (display panel) such as an organic EL display device, a television set, a personal computer, and a mobile phone using the display device. it can.
1、1’ 薄膜トランジスタ
10 基板
20 アンダーコート層
30 ゲート電極
40 ゲート絶縁層
50、50’ 酸化物半導体層
51 第1領域
52 第2領域
52S、52S’ ソース領域
52D、52D’ ドレイン領域
60 保護層
70 層間絶縁層
80S ソース電極
80D ドレイン電極
100 有機EL表示装置
110 TFT基板
120 画素
130 有機EL素子
131 陽極
132 EL層
133 陰極
140 ゲート配線
150 ソース配線
160 電源配線
SwTr スイッチングトランジスタ
DrTr 駆動トランジスタ
C キャパシタ
1, 1 ′
Claims (10)
前記基板の上方に位置するゲート電極と、
前記ゲート電極の上方に位置するゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層を挟んで前記ゲート電極と対向するチャネル領域を含む半導体層と、
前記半導体層の上方に位置する保護層と、
前記半導体層と電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を有し、
前記半導体層は、前記保護層の下層に位置し前記ゲート電極の上方に位置する第1領域と、前記第1領域の両側の各々に位置し上方領域の抵抗値が下方領域の抵抗値よりも低い第2領域とを有し、
前記第2領域の一方は前記ソース電極と電気的に接続され、前記第2領域の他方は前記ドレイン電極と電気的に接続されており、
前記第2領域の上面から前記ゲート絶縁層の上面までの距離が前記第1領域の上面から前記ゲート絶縁層の上面までの距離よりも小さい、
薄膜トランジスタ。 A substrate,
A gate electrode located above the substrate;
A gate insulating layer located above the gate electrode;
A semiconductor layer including a channel region facing the gate electrode across the gate insulating layer;
A protective layer located above the semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode electrically connected to the semiconductor layer,
The semiconductor layer is located below the protective layer and located above the gate electrode, and the resistance value of the upper region located on both sides of the first region is lower than the resistance value of the lower region. A low second region,
One of the second regions is electrically connected to the source electrode, and the other of the second region is electrically connected to the drain electrode;
The distance from the upper surface of the second region to the upper surface of the gate insulating layer is smaller than the distance from the upper surface of the first region to the upper surface of the gate insulating layer;
Thin film transistor.
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 2. The thin film transistor according to claim 1, wherein a contact point between an upper surface end portion of the second region and a side surface of the first region is located on a lower side than a position of ½ of the thickness of the first region.
請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 1 or 2, wherein a film thickness of the semiconductor layer in the second region is at least 15 nm or more.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 4. The thin film transistor according to claim 1, wherein when viewed from above, an end of the upper surface of the first region overlaps an end of the lower surface of the protective layer.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 1, wherein the protective layer is made of a material mainly composed of an organic substance.
前記基板の上方にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の上方にゲート絶縁層を形成する工程と、
少なくとも前記ゲート電極と対向する第1領域を含むように、前記ゲート絶縁層の上方に半導体層を形成する工程と、
前記第1領域の両側部分の前記半導体層が露出するように前記第1領域の上方に保護層を形成する工程と、
前記半導体層のうち前記保護層から露出した部分を薄膜化する工程と、
前記薄膜化した領域をその上方領域の抵抗値が下方領域の抵抗値よりも低くなる処理を行うことで前記第1領域の両側に第2領域を形成する工程と、
前記第2領域の一方と電気的に接続するソース電極及び前記第2領域の他方と電気的に接続するドレイン電極を形成する工程と、を含む
薄膜トランジスタの製造方法。 Preparing a substrate;
Forming a gate electrode above the substrate;
Forming a gate insulating layer above the gate electrode;
Forming a semiconductor layer above the gate insulating layer so as to include at least a first region facing the gate electrode;
Forming a protective layer above the first region so that the semiconductor layers on both sides of the first region are exposed;
Thinning a portion of the semiconductor layer exposed from the protective layer;
Forming a second region on both sides of the first region by subjecting the thinned region to a process in which the resistance value of the upper region is lower than the resistance value of the lower region;
Forming a source electrode electrically connected to one of the second regions and a drain electrode electrically connected to the other of the second regions.
請求項6に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 In the step of thinning the semiconductor layer, the contact point between the upper end of the second region and the side surface of the first region is positioned below the position of ½ of the thickness of the first region. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 6, wherein the exposed portion of the semiconductor layer is thinned.
請求項6又は7に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 8. The exposed portion of the semiconductor layer is thinned so that the thickness of the semiconductor layer in the second region is at least 15 nm or more in the step of thinning the semiconductor layer. A method for manufacturing a thin film transistor.
請求項6〜8のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 9. The thin film transistor according to claim 6, wherein in the step of thinning the semiconductor layer, the exposed portion of the semiconductor layer is thinned by etching using the protective layer as a mask. Method.
請求項6〜9のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The method for manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 6 to 9, wherein the protective layer is made of a material containing an organic substance as a main component.
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