JP2016066636A - Thin film transistor and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film transistor which inhibits deterioration in electrical characteristics.SOLUTION: A thin film transistor 100 comprises: an oxide semiconductor layer 140 composed of an oxide semiconductor containing at least indium; a silicon-rich insulation layer 150 laminated on the oxide semiconductor layer 140; and an insulation layer 160 laminated on the silicon-rich insulation layer 150 on the side opposite to the oxide semiconductor layer 140. The silicon-rich insulation layer 150 has a silicon concentration higher than that of the insulation layer 160, and the oxide semiconductor layer 140 has a silicon-doped layer 142 in which silicon is doped in a surface layer portion which makes contact with the silicon-rich insulation layer 150.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。   The present disclosure relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the same.

液晶を利用した液晶表示装置又は有機EL(Electro Luminescence)を利用した有機EL表示装置などのアクティブマトリクス方式の表示装置のバックプレーンには、スイッチング素子又は駆動素子として薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が用いられている。薄膜トランジスタのチャネル層は、ゲート電極に印加される電圧によってキャリアの移動が制御されるチャネル領域を有する。チャネル層の材料としては、アモルファスシリコンなどの種々の半導体材料が検討されている。   A thin film transistor (TFT) is used as a switching element or a driving element on a backplane of an active matrix type display device such as a liquid crystal display device using liquid crystal or an organic EL display device using organic EL (Electro Luminescence). It is used. The channel layer of the thin film transistor has a channel region in which carrier movement is controlled by a voltage applied to the gate electrode. As a material for the channel layer, various semiconductor materials such as amorphous silicon have been studied.

近年、透明アモルファス酸化物半導体(TAOS:Transparent Amorphous Oxide Semiconductor)をチャネル層に用いた酸化物半導体TFTの開発が進められている。例えば、インジウム(In)、ガリウム(Ga)及び亜鉛(Zn)の金属酸化物(InGaZnO)からなるTAOSをチャネル層に用いた酸化物半導体TFTが実用化されている。   In recent years, development of an oxide semiconductor TFT using a transparent amorphous oxide semiconductor (TAOS) as a channel layer has been promoted. For example, an oxide semiconductor TFT using TAOS made of a metal oxide (InGaZnO) of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) as a channel layer has been put into practical use.

しかし、InGaZnOでは、キャリア移動度が10cm/Vsまでしか見込めないため、近年、さらに高いキャリア移動度を有するTAOS材料が検討されている。 However, in InGaZnO, since carrier mobility can be expected only up to 10 cm 2 / Vs, in recent years, TAOS materials having higher carrier mobility have been studied.

例えば、酸化インジウム(In)に、酸化タングステン(WO)又は酸化シリコン(SiO)などを添加した酸化物半導体(以下、In−X−O系酸化物半導体と記載する)が提案されている。In−X−O系酸化物半導体を用いたTFTは、InGaZnOを用いたTFTより高い移動度を有する。また、In−X−O系酸化物半導体は、酸に可溶な酸化ガリウム(Ga)及び酸化亜鉛(ZnO)を含まないため、ウェットエッチングプロセスを用いた半導体層の加工の制御性が高まるという利点がある(非特許文献1及び2参照)。 For example, an oxide semiconductor in which tungsten oxide (WO 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), or the like is added to indium oxide (In 2 O 3 ) (hereinafter referred to as an In—X—O-based oxide semiconductor) is proposed. Has been. A TFT using an In—X—O-based oxide semiconductor has higher mobility than a TFT using InGaZnO. Further, since an In—X—O-based oxide semiconductor does not contain acid-soluble gallium oxide (Ga 2 O 3 ) and zinc oxide (ZnO), controllability of processing of a semiconductor layer using a wet etching process. (See Non-Patent Documents 1 and 2).

Shinya Aikawa, Peter Darmawan, Keiichi Yanagisawa, Toshihide Nabatame, Yoshiyuki Abe, and Kazuhito Tsukagoshi、「Thin−film transistors fabricated by low−temperature process based on Ga− and Zn−free amorphous oxide semicondutor」 APPLIED PHYSICS LETTERS 102, 102101(2013)Shinya Aikawa, Peter Darmawan, Keiichi Yanagisawa, Toshihide Nabatame, Yoshiyuki Abe, and Kazuhito Tsukagoshi, "Thin-film transistors fabricated by low-temperature process based on Ga- and Zn-free amorphous oxide semicondutor" APPLIED PHYSICS LETTERS 102, 102101 (2013 ) Shinya Aikawa, Toshihide Nabatame, and Kazuhito Tsukagoshi、「Effects of dopants in InOx−based amorphous oxide semiconductors for thin−film transistor applications」 APPLIED PHYSICS LETTERS 103, 172105(2013)Shinya Aikawa, Toshihide Nabatame, and Kazuhito Tsukagoshi, "Effects of dopants in InOx-based amorphous oxide semiconductors for thin-film transistor applications" APPLIED PHYSICS LETTERS 103, 172105 (2013)

しかしながら、In−X−O系酸化物半導体は、結晶化温度が低いので、In−X−O系酸化物半導体を成膜した後に、例えば200℃以上の高温プロセスを経た場合に、In−X−O系酸化物半導体が結晶化してしまう。In−X−O系酸化物半導体が結晶化すると、発生した結晶粒界によってキャリアの伝導が阻害されるため、移動度が低下し、TFTの電気特性が劣化するという問題がある。   However, since the In—X—O-based oxide semiconductor has a low crystallization temperature, the In—X—O-based oxide semiconductor is subjected to, for example, a high temperature process of 200 ° C. or higher after the In—X—O based oxide semiconductor is formed. The —O-based oxide semiconductor is crystallized. When the In—X—O-based oxide semiconductor is crystallized, carrier conduction is hindered by the generated crystal grain boundary, which causes a problem that mobility is lowered and electrical characteristics of the TFT are deteriorated.

そこで、本開示は、電気特性の劣化が抑制された薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供する。   Therefore, the present disclosure provides a thin film transistor in which deterioration of electrical characteristics is suppressed and a method for manufacturing the same.

上記課題を解決するため、本開示に係る薄膜トランジスタは、少なくともインジウムを含む酸化物半導体から構成される酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に積層された第1シリコン絶縁層と、前記第1シリコン絶縁層の、前記酸化物半導体層とは反対側に積層された第2シリコン絶縁層とを備え、前記第1シリコン絶縁層は、前記第2シリコン絶縁層よりシリコン濃度が高く、前記酸化物半導体層は、前記第1シリコン絶縁層に接触する表層部にシリコンがドープされたシリコンドープ層を有する。   In order to solve the above problems, a thin film transistor according to the present disclosure includes an oxide semiconductor layer formed of an oxide semiconductor containing at least indium, a first silicon insulating layer stacked on the oxide semiconductor layer, and the first A second silicon insulating layer stacked on a side of the silicon insulating layer opposite to the oxide semiconductor layer, wherein the first silicon insulating layer has a higher silicon concentration than the second silicon insulating layer, and the oxide The semiconductor layer has a silicon doped layer in which silicon is doped in a surface layer portion in contact with the first silicon insulating layer.

また、本開示に係る薄膜トランジスタの製造方法は、少なくともインジウムを含む酸化物半導体から構成される酸化物半導体層を備える薄膜トランジスタの製造方法であって、前記酸化物半導体層上に第1シリコン絶縁層を形成する第1形成工程と、前記第1シリコン絶縁層上に第2シリコン絶縁層を形成する第2形成工程とを含み、前記第1シリコン絶縁層は、前記第2シリコン絶縁層よりシリコン濃度が高く、前記第1形成工程及び前記第2形成工程の少なくとも一方において、前記第1シリコン絶縁層に含まれるシリコンが前記酸化物半導体層の表層部にドープされることで、前記酸化物半導体層の表層部にシリコンドープ層が形成される。   A method for manufacturing a thin film transistor according to the present disclosure is a method for manufacturing a thin film transistor including an oxide semiconductor layer including an oxide semiconductor containing at least indium, and the first silicon insulating layer is provided on the oxide semiconductor layer. A first forming step of forming, and a second forming step of forming a second silicon insulating layer on the first silicon insulating layer, wherein the first silicon insulating layer has a silicon concentration higher than that of the second silicon insulating layer. Highly, in at least one of the first formation step and the second formation step, silicon included in the first silicon insulating layer is doped into a surface layer portion of the oxide semiconductor layer, so that the oxide semiconductor layer A silicon doped layer is formed on the surface layer portion.

本開示によれば、電気特性の劣化が抑制された薄膜トランジスタを実現することができる。   According to the present disclosure, a thin film transistor in which deterioration of electrical characteristics is suppressed can be realized.

実施の形態1に係る有機EL表示装置の一部切り欠き斜視図である。1 is a partially cutaway perspective view of an organic EL display device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る有機EL表示装置のピクセルバンクの一例を示す斜視図である。2 is a perspective view illustrating an example of a pixel bank of the organic EL display device according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る有機EL表示装置における画素回路の構成を示す電気回路図である。FIG. 3 is an electric circuit diagram illustrating a configuration of a pixel circuit in the organic EL display device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る薄膜トランジスタの概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a thin film transistor according to a first embodiment. 実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the thin film transistor according to the first embodiment. 実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of the thin film transistor according to the first embodiment. 実施の形態1に係るシリコンリッチ絶縁層、第1絶縁層及び第2絶縁層の成膜条件を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing film forming conditions for the silicon-rich insulating layer, the first insulating layer, and the second insulating layer according to the first embodiment. 実施の形態1において作製したサンプルA及びサンプルBの積層方向における元素の濃度分布を示す図である。3 is a diagram showing an element concentration distribution in a stacking direction of Sample A and Sample B produced in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1において作製したサンプルAの酸化物半導体層のX線回折(XRD:X−Ray Diffraction)による測定結果を示す図である。7 is a diagram illustrating a measurement result by X-ray diffraction (XRD) of an oxide semiconductor layer of Sample A manufactured in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1において作製したサンプルBの酸化物半導体層のXRDによる測定結果を示す図である。7 is a diagram illustrating a measurement result by XRD of an oxide semiconductor layer of Sample B manufactured in Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す概略断面図である。5 is a schematic cross-sectional view showing a manufacturing process of a thin film transistor according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係るアモルファスシリコン層及び絶縁層の成膜条件、並びに、酸化性プラズマ処理の条件を示す図である。It is a figure which shows the film-forming conditions of the amorphous silicon layer and insulating layer which concern on Embodiment 2, and the conditions of an oxidative plasma process. 実施の形態の変形例に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of the thin-film transistor which concerns on the modification of embodiment.

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、すでによく知られた事項の詳細説明、及び、実質的に同一の構成に対する重複説明などを省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters and overlapping descriptions for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following description from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art.

なお、発明者らは、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面及び以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。   In addition, the inventors provide the accompanying drawings and the following description in order for those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and these are intended to limit the subject matter described in the claims. is not.

また、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、同じ構成部材については同じ符号を付している。   Each figure is a mimetic diagram and is not necessarily illustrated strictly. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the same structural member.

(実施の形態)
[1.有機EL表示装置]
まず、本実施の形態に係る有機EL表示装置10の構成について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る有機EL表示装置10の一部切り欠き斜視図である。図2は、本実施の形態に係る有機EL表示装置10のピクセルバンクの一例を示す斜視図である。
(Embodiment)
[1. Organic EL display device]
First, the configuration of the organic EL display device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an organic EL display device 10 according to the present embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing an example of a pixel bank of the organic EL display device 10 according to the present embodiment.

[1−1.構成]
図1に示すように、有機EL表示装置10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)20と、下部電極である陽極41、有機材料からなる発光層であるEL層42及び透明な上部電極である陰極43からなる有機EL素子(発光部)40との積層構造により構成される。
[1-1. Constitution]
As shown in FIG. 1, an organic EL display device 10 includes a TFT substrate (TFT array substrate) 20 on which a plurality of thin film transistors are arranged, an anode 41 that is a lower electrode, and an EL layer 42 that is a light emitting layer made of an organic material. And it is comprised by the laminated structure with the organic EL element (light emission part) 40 which consists of the cathode 43 which is a transparent upper electrode.

TFT基板20には複数の画素30がマトリクス状に配置されており、各画素30には画素回路31が設けられている。   A plurality of pixels 30 are arranged in a matrix on the TFT substrate 20, and each pixel 30 is provided with a pixel circuit 31.

有機EL素子40は、複数の画素30のそれぞれに対応して形成されており、各画素30に設けられた画素回路31によって各有機EL素子40の発光の制御が行われる。有機EL素子40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膜(平坦化層)の上に形成される。   The organic EL element 40 is formed corresponding to each of the plurality of pixels 30, and the light emission of each organic EL element 40 is controlled by the pixel circuit 31 provided in each pixel 30. The organic EL element 40 is formed on an interlayer insulating film (planarization layer) formed so as to cover a plurality of thin film transistors.

また、有機EL素子40は、陽極41と陰極43との間にEL層42が配置された構成となっている。陽極41とEL層42との間にはさらに正孔輸送層が積層形成され、EL層42と陰極43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41と陰極43との間には、その他の有機機能層が設けられていてもよい。   The organic EL element 40 has a configuration in which an EL layer 42 is disposed between an anode 41 and a cathode 43. A hole transport layer is further laminated between the anode 41 and the EL layer 42, and an electron transport layer is further laminated between the EL layer 42 and the cathode 43. Note that another organic functional layer may be provided between the anode 41 and the cathode 43.

各画素30は、それぞれの画素回路31によって駆動制御される。また、TFT基板20には、画素30の行方向に沿って配置される複数のゲート配線(走査線)50と、ゲート配線50と交差するように画素30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)60と、ソース配線60と平行に配置される複数の電源配線(図示せず)とが形成されている。各画素30は、例えば、直交するゲート配線50とソース配線60とによって区画されている。   Each pixel 30 is driven and controlled by a respective pixel circuit 31. The TFT substrate 20 includes a plurality of gate wirings (scanning lines) 50 arranged along the row direction of the pixels 30 and a plurality of gate wirings 50 arranged along the column direction of the pixels 30 so as to intersect the gate wiring 50. Source wiring (signal wiring) 60 and a plurality of power supply wirings (not shown) arranged in parallel with the source wiring 60 are formed. Each pixel 30 is partitioned by, for example, an orthogonal gate line 50 and a source line 60.

ゲート配線50は、各画素回路31に含まれるスイッチング素子として動作する薄膜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60は、各画素回路31に含まれるスイッチング素子として動作する薄膜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31に含まれる駆動素子として動作する薄膜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 gate wiring 50 is connected to the gate electrode of the thin film transistor operating as a switching element included in each pixel circuit 31 for each row. The source wiring 60 is connected to the source electrode of the thin film transistor operating as a switching element included in each pixel circuit 31 for each column. The power supply wiring is connected to the drain electrode of the thin film transistor operating as a drive element included in each pixel circuit 31 for each column.

図2に示すように、有機EL表示装置10の各画素30は、3色(赤色、緑色、青色)のサブ画素30R、30G、30Bによって構成されており、これらのサブ画素30R、30G、30Bは、表示面上に複数個マトリクス状に配列されるように形成されている。各サブ画素30R、30G、30Bは、バンク21によって互いに分離されている。   As shown in FIG. 2, each pixel 30 of the organic EL display device 10 is composed of sub-pixels 30R, 30G, and 30B of three colors (red, green, and blue), and these sub-pixels 30R, 30G, and 30B. Are formed in a matrix on the display surface. The sub-pixels 30R, 30G, and 30B are separated from each other by the bank 21.

バンク21は、ゲート配線50に平行に延びる突条と、ソース配線60に平行に延びる突条とが互いに交差するように、格子状に形成されている。そして、この突条で囲まれる部分(すなわち、バンク21の開口部)の各々とサブ画素30R、30G、30Bの各々とが一対一で対応している。なお、本実施の形態において、バンク21はピクセルバンクとしたが、ラインバンクとしても構わない。   The banks 21 are formed in a lattice shape so that the ridges extending in parallel to the gate wiring 50 and the ridges extending in parallel to the source wiring 60 intersect each other. Each of the portions surrounded by the protrusions (that is, the opening of the bank 21) and the sub-pixels 30R, 30G, and 30B have a one-to-one correspondence. In the present embodiment, the bank 21 is a pixel bank, but may be a line bank.

陽極41は、TFT基板20上の層間絶縁膜(平坦化層)上でかつバンク21の開口部内に、サブ画素30R、30G、30B毎に形成されている。同様に、EL層42は、陽極41上でかつバンク21の開口部内に、サブ画素30R、30G、30B毎に形成されている。透明な陰極43は、複数のバンク21上で、かつ、全てのEL層42(全てのサブ画素30R、30G、30B)を覆うように、連続的に形成されている。   The anode 41 is formed for each of the sub-pixels 30R, 30G, and 30B on the interlayer insulating film (flattening layer) on the TFT substrate 20 and in the opening of the bank 21. Similarly, the EL layer 42 is formed for each of the sub-pixels 30R, 30G, and 30B on the anode 41 and in the opening of the bank 21. The transparent cathode 43 is continuously formed on the plurality of banks 21 so as to cover all the EL layers 42 (all the sub-pixels 30R, 30G, and 30B).

さらに、画素回路31は、各サブ画素30R、30G、30B毎に設けられており、各サブ画素30R、30G、30Bと、対応する画素回路31とは、コンタクトホール及び中継電極によって電気的に接続されている。なお、サブ画素30R、30G、30Bは、EL層42の発光色が異なることを除いて同一の構成である。   Furthermore, the pixel circuit 31 is provided for each of the sub-pixels 30R, 30G, and 30B, and each of the sub-pixels 30R, 30G, and 30B and the corresponding pixel circuit 31 are electrically connected by a contact hole and a relay electrode. Has been. The sub-pixels 30R, 30G, and 30B have the same configuration except that the emission color of the EL layer 42 is different.

[1−2.画素回路]
ここで、画素30における画素回路31の回路構成について、図3を用いて説明する。図3は、本実施の形態に係る有機EL表示装置10における画素回路31の構成を示す電気回路図である。
[1-2. Pixel circuit]
Here, the circuit configuration of the pixel circuit 31 in the pixel 30 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an electric circuit diagram showing the configuration of the pixel circuit 31 in the organic EL display device 10 according to the present embodiment.

図3に示すように、画素回路31は、駆動素子として動作する薄膜トランジスタ32と、スイッチング素子として動作する薄膜トランジスタ33と、対応する画素30に表示するためのデータを記憶するキャパシタ34とで構成される。本実施の形態において、薄膜トランジスタ32は、有機EL素子40を駆動するための駆動トランジスタであり、薄膜トランジスタ33は、画素30を選択するためのスイッチングトランジスタである。   As shown in FIG. 3, the pixel circuit 31 includes a thin film transistor 32 that operates as a driving element, a thin film transistor 33 that operates as a switching element, and a capacitor 34 that stores data to be displayed on the corresponding pixel 30. . In the present embodiment, the thin film transistor 32 is a drive transistor for driving the organic EL element 40, and the thin film transistor 33 is a switching transistor for selecting the pixel 30.

薄膜トランジスタ32は、薄膜トランジスタ33のドレイン電極33d及びキャパシタ34の一端に接続されるゲート電極32gと、電源配線70に接続されるドレイン電極32dと、キャパシタ34の他端と有機EL素子40の陽極41とに接続されるソース電極32sと、半導体膜(図示せず)とを備える。薄膜トランジスタ32は、キャパシタ34が保持しているデータ電圧に対応する電流を電源配線70からソース電極32sを通じて有機EL素子40の陽極41に供給する。これにより、有機EL素子40では、陽極41から陰極43へと駆動電流が流れてEL層42が発光する。   The thin film transistor 32 includes a drain electrode 33d of the thin film transistor 33 and a gate electrode 32g connected to one end of the capacitor 34, a drain electrode 32d connected to the power supply wiring 70, the other end of the capacitor 34, and an anode 41 of the organic EL element 40. And a semiconductor film (not shown). The thin film transistor 32 supplies a current corresponding to the data voltage held by the capacitor 34 from the power supply wiring 70 to the anode 41 of the organic EL element 40 through the source electrode 32 s. Thereby, in the organic EL element 40, a drive current flows from the anode 41 to the cathode 43, and the EL layer 42 emits light.

薄膜トランジスタ33は、ゲート配線50に接続されるゲート電極33gと、ソース配線60に接続されるソース電極33sと、キャパシタ34の一端及び薄膜トランジスタ32のゲート電極32gに接続されるドレイン電極33dと、半導体膜(図示せず)とを備える。薄膜トランジスタ33は、接続されたゲート配線50及びソース配線60に所定の電圧が印加されると、当該ソース配線60に印加された電圧がデータ電圧としてキャパシタ34に保存される。   The thin film transistor 33 includes a gate electrode 33g connected to the gate wiring 50, a source electrode 33s connected to the source wiring 60, a drain electrode 33d connected to one end of the capacitor 34 and the gate electrode 32g of the thin film transistor 32, and a semiconductor film. (Not shown). In the thin film transistor 33, when a predetermined voltage is applied to the connected gate wiring 50 and source wiring 60, the voltage applied to the source wiring 60 is stored in the capacitor 34 as a data voltage.

なお、上記構成の有機EL表示装置10では、ゲート配線50とソース配線60との交点に位置する画素30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30(各サブ画素30R、30G、30B)の薄膜トランジスタ32及び33によって、対応する有機EL素子40が選択的に発光し、所望の画像が表示される。   Note that the organic EL display device 10 having the above configuration employs an active matrix system in which display control is performed for each pixel 30 located at the intersection of the gate line 50 and the source line 60. Thereby, the corresponding organic EL element 40 selectively emits light by the thin film transistors 32 and 33 of each pixel 30 (each sub-pixel 30R, 30G, and 30B), and a desired image is displayed.

[2.TFT]
以下では、本実施の形態に係るTFT基板20に形成される薄膜トランジスタについて、図4を用いて説明する。なお、本実施の形態に係る薄膜トランジスタは、ボトムゲート型、かつ、チャネル保護型の薄膜トランジスタである。
[2. TFT]
Hereinafter, the thin film transistor formed on the TFT substrate 20 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Note that the thin film transistor according to this embodiment is a bottom-gate and channel protective thin film transistor.

図4は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ100の概略断面図である。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the thin film transistor 100 according to the present embodiment.

図4に示すように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ100は、基板110と、ゲート電極120と、ゲート絶縁層130と、酸化物半導体層140と、シリコンリッチ絶縁層150と、絶縁層160と、ソース電極170sと、ドレイン電極170dとを備える。   As shown in FIG. 4, the thin film transistor 100 according to this embodiment includes a substrate 110, a gate electrode 120, a gate insulating layer 130, an oxide semiconductor layer 140, a silicon rich insulating layer 150, an insulating layer 160, and the like. , A source electrode 170s and a drain electrode 170d.

薄膜トランジスタ100は、例えば、図3に示す薄膜トランジスタ32である。すなわち、薄膜トランジスタ32は、駆動トランジスタとして利用することができる。具体的には、薄膜トランジスタ100が薄膜トランジスタ32(駆動トランジスタ)である場合、ゲート電極120がゲート電極32gに、ソース電極170sがソース電極32sに、ドレイン電極170dがドレイン電極32dに、それぞれ相当する。   The thin film transistor 100 is, for example, the thin film transistor 32 shown in FIG. That is, the thin film transistor 32 can be used as a drive transistor. Specifically, when the thin film transistor 100 is the thin film transistor 32 (drive transistor), the gate electrode 120 corresponds to the gate electrode 32g, the source electrode 170s corresponds to the source electrode 32s, and the drain electrode 170d corresponds to the drain electrode 32d.

なお、薄膜トランジスタ100は、例えば、図3に示す薄膜トランジスタ33でもよい。すなわち、薄膜トランジスタ100は、スイッチングトランジスタとして利用してもよい。   The thin film transistor 100 may be, for example, the thin film transistor 33 shown in FIG. That is, the thin film transistor 100 may be used as a switching transistor.

[2−1.基板]
基板110は、電気絶縁性を有する材料から構成される基板である。例えば、基板110は、無アルカリガラス、石英ガラス、高耐熱性ガラスなどのガラス材料、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミドなどの樹脂材料、シリコン(Si)、ガリウムヒ素(GaAs)などの半導体材料、又は、絶縁層をコーティングしたステンレスなどの金属材料からなる基板である。
[2-1. substrate]
The substrate 110 is a substrate made of a material having electrical insulation. For example, the substrate 110 may be a glass material such as alkali-free glass, quartz glass, or high heat resistance glass, a resin material such as polyethylene, polypropylene, or polyimide, a semiconductor material such as silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs), or an insulating material. A substrate made of a metal material such as stainless steel coated with a layer.

なお、基板110は、樹脂基板などのフレキシブル基板でもよい。この場合、薄膜トランジスタ100をフレキシブルディスプレイなどに利用することができる。   The substrate 110 may be a flexible substrate such as a resin substrate. In this case, the thin film transistor 100 can be used for a flexible display or the like.

[2−2.ゲート電極]
ゲート電極120は、酸化物半導体層140との間にゲート絶縁層130を挟んで、酸化物半導体層140に対向する位置に設けられている。本実施の形態では、ゲート電極120は、基板110上に所定形状で形成される。ゲート電極120の膜厚は、例えば、20nm〜300nmである。なお、ゲート電極120は、基板110の上方に、例えば、バッファ層(アンダーコート層)などを介して形成されてもよい。
[2-2. Gate electrode]
The gate electrode 120 is provided at a position facing the oxide semiconductor layer 140 with the gate insulating layer 130 interposed between the gate electrode 120 and the oxide semiconductor layer 140. In the present embodiment, the gate electrode 120 is formed on the substrate 110 in a predetermined shape. The film thickness of the gate electrode 120 is, for example, 20 nm to 300 nm. Note that the gate electrode 120 may be formed above the substrate 110 via, for example, a buffer layer (undercoat layer).

なお、数値の範囲について「A〜B」と記載した場合、A以上B以下であることを示す。以降の記載においても同様である。   In addition, when it describes as "A-B" about the range of a numerical value, it shows that it is A or more and B or less. The same applies to the following description.

ゲート電極120は、導電性を有する材料からなる電極である。例えば、ゲート電極120の材料として、モリブデン、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、マンガン、クロム、タンタル、ニオブ、銀、金、プラチナ、パラジウム、インジウム、ニッケル、ネオジムなどの金属、金属の合金、酸化インジウムスズ(ITO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)などの導電性金属酸化物、ポリチオフェン、ポリアセチレンなどの導電性高分子などを用いることができる。また、ゲート電極120は、これらの材料を積層した多層構造であってもよい。   The gate electrode 120 is an electrode made of a conductive material. For example, as a material of the gate electrode 120, molybdenum, aluminum, copper, tungsten, titanium, manganese, chromium, tantalum, niobium, silver, gold, platinum, palladium, indium, nickel, neodymium and other metals, metal alloys, indium oxide Conductive metal oxides such as tin (ITO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), and gallium-doped zinc oxide (GZO), and conductive polymers such as polythiophene and polyacetylene can be used. The gate electrode 120 may have a multilayer structure in which these materials are stacked.

[2−3.ゲート絶縁層]
ゲート絶縁層130は、酸化物半導体層140の、シリコンリッチ絶縁層150とは反対側に設けられた絶縁層である。本実施の形態では、ゲート絶縁層130は、ゲート電極120と酸化物半導体層140との間に形成される。具体的には、ゲート絶縁層130は、ゲート電極120を覆うようにゲート電極120上及び基板110上に形成される。ゲート絶縁層130の膜厚は、例えば、50nm〜500nmである。
[2-3. Gate insulation layer]
The gate insulating layer 130 is an insulating layer provided on the opposite side of the oxide semiconductor layer 140 from the silicon-rich insulating layer 150. In this embodiment, the gate insulating layer 130 is formed between the gate electrode 120 and the oxide semiconductor layer 140. Specifically, the gate insulating layer 130 is formed on the gate electrode 120 and the substrate 110 so as to cover the gate electrode 120. The film thickness of the gate insulating layer 130 is, for example, 50 nm to 500 nm.

ゲート絶縁層130は、電気絶縁性を有する材料から構成される。例えば、ゲート絶縁層130は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜、酸化ハフニウム膜などの単層膜、又は、これらの積層膜である。   The gate insulating layer 130 is made of an electrically insulating material. For example, the gate insulating layer 130 is a single layer film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film, a tantalum oxide film, or a hafnium oxide film, or a stacked film thereof.

[2−4.酸化物半導体層]
酸化物半導体層140は、薄膜トランジスタ100のチャネル層として用いられる。酸化物半導体層140は、ゲート電極120に対向するように、基板110の上方に所定形状で形成される。具体的には、酸化物半導体層140は、ゲート電極120に対向する位置に、かつ、ゲート絶縁層130上に島状に形成される。酸化物半導体層140の膜厚は、例えば、30nm〜150nmである。
[2-4. Oxide semiconductor layer]
The oxide semiconductor layer 140 is used as a channel layer of the thin film transistor 100. The oxide semiconductor layer 140 is formed in a predetermined shape above the substrate 110 so as to face the gate electrode 120. Specifically, the oxide semiconductor layer 140 is formed in an island shape on the gate insulating layer 130 at a position facing the gate electrode 120. The film thickness of the oxide semiconductor layer 140 is, for example, 30 nm to 150 nm.

酸化物半導体層140は、少なくともインジウム(In)を含む酸化物半導体から構成される。本実施の形態では、酸化物半導体層140は、In−X−O系酸化物半導体から構成される。Xは、1種類以上の金属原子を意味し、具体的には、タングステン(W)又はチタン(Ti)などである。酸化物半導体は、透明アモルファス酸化物半導体(TAOS)である。   The oxide semiconductor layer 140 is formed using an oxide semiconductor containing at least indium (In). In this embodiment, the oxide semiconductor layer 140 is formed using an In—X—O-based oxide semiconductor. X means one or more kinds of metal atoms, specifically, tungsten (W) or titanium (Ti). The oxide semiconductor is a transparent amorphous oxide semiconductor (TAOS).

In−X−O酸化物半導体は、例えば、移動度が30cm/Vs以上であり、InGaZnO(大きくても10cm/Vs程度)より大きい。つまり、本実施の形態では、In−X−O系酸化物半導体には、InGaZnOは含まれない。より具体的には、In−X−O系酸化物半導体には、インジウム(In)とガリウム(Ga)と亜鉛(Zn)との原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1になる酸化物半導体は含まれない。 For example, an In—X—O oxide semiconductor has a mobility of 30 cm 2 / Vs or higher, which is higher than InGaZnO (about 10 cm 2 / Vs at most). In other words, in this embodiment, InGaZnO is not included in the In—X—O-based oxide semiconductor. More specifically, in the In—X—O-based oxide semiconductor, the atomic ratio of indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) is In: Ga: Zn = 1: 1: 1. This oxide semiconductor is not included.

酸化物半導体層140は、図4に示すように、InXO層141と、シリコンドープ層142とを有する。   As illustrated in FIG. 4, the oxide semiconductor layer 140 includes an InXO layer 141 and a silicon doped layer 142.

InXO層141は、酸化物半導体層140の主たる層であり、In−X−O系酸化物半導体から構成される。具体的には、InXO層141は、酸化物半導体層140のバルク層であり、ゲート電極120に印加される電圧によってキャリアの移動が制御されるチャネル領域を含む。本実施の形態では、InXO層141は、インジウム及びタングステンを含む酸化物半導体から構成されるInWO層である。   The InXO layer 141 is a main layer of the oxide semiconductor layer 140 and is composed of an In—X—O-based oxide semiconductor. Specifically, the InXO layer 141 is a bulk layer of the oxide semiconductor layer 140 and includes a channel region in which carrier movement is controlled by a voltage applied to the gate electrode 120. In this embodiment, the InXO layer 141 is an InWO layer formed of an oxide semiconductor containing indium and tungsten.

シリコンドープ層142は、酸化物半導体層140の表層部であって、シリコンリッチ絶縁層150に接触する部分にシリコンがドープされた層である。具体的には、シリコンドープ層142は、酸化物半導体層140を構成する酸化物半導体にシリコンがドープされることで形成される。本実施の形態では、シリコンドープ層142は、インジウム、タングステン及びシリコンを含むInWSiO層である。   The silicon doped layer 142 is a surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140 and is a layer in which silicon is doped in a portion in contact with the silicon rich insulating layer 150. Specifically, the silicon doped layer 142 is formed by doping silicon into the oxide semiconductor that forms the oxide semiconductor layer 140. In the present embodiment, the silicon doped layer 142 is an InWSiO layer containing indium, tungsten, and silicon.

本実施の形態では、積層方向におけるシリコン濃度分布において、シリコンドープ層142とシリコンリッチ絶縁層150との界面に、シリコン濃度のピークが存在する。このときの、ピークにおけるシリコン濃度は、1.0×1022atoms/cm〜3.0×1022atoms/cmである。 In the present embodiment, a silicon concentration peak exists at the interface between the silicon doped layer 142 and the silicon rich insulating layer 150 in the silicon concentration distribution in the stacking direction. At this time, the peak silicon concentration is 1.0 × 10 22 atoms / cm 2 to 3.0 × 10 22 atoms / cm 2 .

なお、酸化物半導体層140の膜物性の詳細については、後で説明する。   Note that details of film properties of the oxide semiconductor layer 140 will be described later.

[2−5.シリコンリッチ絶縁層]
シリコンリッチ絶縁層150は、酸化物半導体層140に積層された第1シリコン絶縁層の一例である。シリコンリッチ絶縁層150は、絶縁層160と酸化物半導体層140との間に設けられた、絶縁層160よりシリコン濃度が高い絶縁層である。シリコンリッチ絶縁層150は、酸化物半導体層140を覆うように、ゲート絶縁層130上に形成される。
[2-5. Silicon rich insulating layer]
The silicon rich insulating layer 150 is an example of a first silicon insulating layer stacked on the oxide semiconductor layer 140. The silicon rich insulating layer 150 is an insulating layer having a higher silicon concentration than the insulating layer 160 provided between the insulating layer 160 and the oxide semiconductor layer 140. The silicon rich insulating layer 150 is formed over the gate insulating layer 130 so as to cover the oxide semiconductor layer 140.

シリコンリッチ絶縁層150は、シリコンを含む絶縁層であり、本実施の形態では、シリコン酸化膜(SiO)である。なお、シリコンリッチ絶縁層150は、例えば、シリコン窒化膜(SiN)又はシリコン酸窒化膜(SiON)でもよい。シリコンリッチ絶縁層150の膜厚は、例えば、1nm〜15nmである。   The silicon rich insulating layer 150 is an insulating layer containing silicon, and is a silicon oxide film (SiO) in the present embodiment. The silicon rich insulating layer 150 may be, for example, a silicon nitride film (SiN) or a silicon oxynitride film (SiON). The film thickness of the silicon rich insulating layer 150 is, for example, 1 nm to 15 nm.

なお、シリコンリッチ絶縁層150のシリコン濃度については、後で説明する。   The silicon concentration of the silicon rich insulating layer 150 will be described later.

[2−6.絶縁層]
絶縁層160は、シリコンを含む絶縁層であり、シリコンリッチ絶縁層150の、酸化物半導体層140とは反対側に積層された第2シリコン絶縁層の一例である。絶縁層160は、シリコンリッチ絶縁層150上に形成される。絶縁層160の膜厚は、例えば、50nm〜500nmである。
[2-6. Insulation layer]
The insulating layer 160 is an insulating layer containing silicon, and is an example of a second silicon insulating layer stacked on the opposite side of the silicon rich insulating layer 150 from the oxide semiconductor layer 140. The insulating layer 160 is formed on the silicon rich insulating layer 150. The film thickness of the insulating layer 160 is, for example, 50 nm to 500 nm.

本実施の形態では、絶縁層160は、酸化物半導体層140のチャネル領域を保護する保護膜(チャネル保護層)として機能する。具体的には、絶縁層160は、酸化物半導体層140の上方に形成するドレイン電極170d及びソース電極170sをエッチングによってパターニングする際に、酸化物半導体層140がエッチングされることを防止するエッチングストッパ層として機能する。これにより、ボトムゲート型TFTにおいて、酸化物半導体層140のバックチャネル側のプロセスダメージを低減することができる。また、本実施の形態において、絶縁層160は、基板110の全面に形成された層間絶縁膜である。   In this embodiment, the insulating layer 160 functions as a protective film (channel protective layer) that protects the channel region of the oxide semiconductor layer 140. Specifically, the insulating layer 160 is an etching stopper that prevents the oxide semiconductor layer 140 from being etched when the drain electrode 170d and the source electrode 170s formed over the oxide semiconductor layer 140 are patterned by etching. Acts as a layer. Accordingly, process damage on the back channel side of the oxide semiconductor layer 140 can be reduced in the bottom-gate TFT. In the present embodiment, the insulating layer 160 is an interlayer insulating film formed over the entire surface of the substrate 110.

絶縁層160は、複数の層を含んでいる。具体的には、図4に示すように、絶縁層160は、2層構造であり、順に積層された第1絶縁層161及び第2絶縁層162を含んでいる。   The insulating layer 160 includes a plurality of layers. Specifically, as illustrated in FIG. 4, the insulating layer 160 has a two-layer structure, and includes a first insulating layer 161 and a second insulating layer 162 that are sequentially stacked.

[2−6−1.第1絶縁層]
第1絶縁層161は、酸化物半導体層140上に設けられた絶縁膜である。本実施の形態では、第1絶縁層161は、シリコンを含む絶縁層であり、例えば、シリコン酸化膜である。なお、第1絶縁層161は、シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜でもよい。第1絶縁層161の膜厚は、例えば、5nm〜40nmである。
[2-6-1. First insulating layer]
The first insulating layer 161 is an insulating film provided over the oxide semiconductor layer 140. In the present embodiment, the first insulating layer 161 is an insulating layer containing silicon, for example, a silicon oxide film. The first insulating layer 161 may be a silicon nitride film or a silicon oxynitride film. The film thickness of the first insulating layer 161 is, for example, 5 nm to 40 nm.

[2−6−2.第2絶縁層]
第2絶縁層162は、第1絶縁層161上に設けられた絶縁膜である。例えば、第2絶縁層162は、シリコンを含む絶縁層であり、本実施の形態では、シリコン酸化膜である。なお、第2絶縁層162は、シリコン窒化膜又はシリコン酸窒化膜でもよい。第2絶縁層162の膜厚は、例えば、絶縁層160としての膜厚が500nm以下となるような厚さである。つまり、第2絶縁層162の膜厚は、第1絶縁層161の膜厚と合わせて500nm以下となるような厚さである。
[2-6-2. Second insulating layer]
The second insulating layer 162 is an insulating film provided on the first insulating layer 161. For example, the second insulating layer 162 is an insulating layer containing silicon, and is a silicon oxide film in this embodiment. Note that the second insulating layer 162 may be a silicon nitride film or a silicon oxynitride film. The film thickness of the second insulating layer 162 is, for example, such that the film thickness as the insulating layer 160 is 500 nm or less. That is, the thickness of the second insulating layer 162 is a thickness that is 500 nm or less in total with the thickness of the first insulating layer 161.

なお、第1絶縁層161と第2絶縁層162とは、同じ材料から構成されてもよく、異なる材料から構成されてもよい。   In addition, the 1st insulating layer 161 and the 2nd insulating layer 162 may be comprised from the same material, and may be comprised from a different material.

また、第1絶縁層161及び第2絶縁層162並びにシリコンリッチ絶縁層150には、ドレイン電極170d及びソース電極170sのそれぞれを酸化物半導体層140に接続するためのコンタクトホールが設けられている。ドレイン電極170d及びソース電極170sを構成する材料がそれぞれ、コンタクトホールの壁面に沿って酸化物半導体層140まで達している。あるいは、コンタクトホールには、ドレイン電極170d及びソース電極170sを構成する材料がそれぞれ充填されていてもよい。   The first insulating layer 161, the second insulating layer 162, and the silicon rich insulating layer 150 are provided with contact holes for connecting the drain electrode 170d and the source electrode 170s to the oxide semiconductor layer 140, respectively. The materials constituting the drain electrode 170d and the source electrode 170s each reach the oxide semiconductor layer 140 along the wall surface of the contact hole. Alternatively, the contact holes may be filled with materials that constitute the drain electrode 170d and the source electrode 170s, respectively.

[2−7.ドレイン電極及びソース電極]
ドレイン電極170d及びソース電極170sは、絶縁層160上に所定形状で形成される。例えば、ドレイン電極170d及びソース電極170sは、第2絶縁層162上に、基板水平方向に離間して対向配置されている。具体的には、ドレイン電極170d及びソース電極170sはそれぞれ、コンタクトホールを介して酸化物半導体層140(具体的には、シリコンドープ層142)に接続されるように、第2絶縁層162上に形成される。ドレイン電極170d及びソース電極170sの膜厚は、例えば、100nm〜500nmである。
[2-7. Drain electrode and source electrode]
The drain electrode 170d and the source electrode 170s are formed in a predetermined shape on the insulating layer 160. For example, the drain electrode 170d and the source electrode 170s are disposed on the second insulating layer 162 so as to be spaced apart from each other in the horizontal direction of the substrate. Specifically, the drain electrode 170d and the source electrode 170s are each formed on the second insulating layer 162 so as to be connected to the oxide semiconductor layer 140 (specifically, the silicon doped layer 142) through a contact hole. It is formed. The film thickness of the drain electrode 170d and the source electrode 170s is, for example, 100 nm to 500 nm.

ドレイン電極170d及びソース電極170sは、導電性を有する材料からなる電極である。ドレイン電極170d及びソース電極170sは、例えば、Ta(タンタル)、Mo(モリブデン)、Ti(チタン)、W(タングステン)、Al(アルミニウム)、若しくは、これらのうち少なくとも1つの合金、又は、銅の単層膜(Cu膜)、銅膜及びタングステン膜の積層構造(Cu/W)、銅膜及び窒化チタン膜の積層構造(Cu/TiN)、若しくは、銅及びマンガンの合金膜、銅膜並びにモリブデン膜の積層構造(CuMn/Cu/Mo)などで構成される。あるいは、ドレイン電極170d及びソース電極170sの材料としては、例えば、ゲート電極120の材料と同一の材料を用いることができる。   The drain electrode 170d and the source electrode 170s are electrodes made of a conductive material. The drain electrode 170d and the source electrode 170s are formed of, for example, Ta (tantalum), Mo (molybdenum), Ti (titanium), W (tungsten), Al (aluminum), or at least one alloy thereof, or copper. Single layer film (Cu film), laminated structure of copper film and tungsten film (Cu / W), laminated structure of copper film and titanium nitride film (Cu / TiN), or alloy film of copper and manganese, copper film and molybdenum It is comprised by the laminated structure (CuMn / Cu / Mo) of a film | membrane. Alternatively, as the material of the drain electrode 170d and the source electrode 170s, for example, the same material as the material of the gate electrode 120 can be used.

[3.TFTの製造方法]
続いて、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ100の製造方法について、図5A及び図5Bを用いて説明する。図5A及び図5Bは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ100の製造工程を示す概略断面図である。
[3. Manufacturing method of TFT]
Next, a method for manufacturing the thin film transistor 100 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 5A and 5B. 5A and 5B are schematic cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the thin film transistor 100 according to the present embodiment.

[3−1.ゲート電極の形成]
まず、図5Aの(a)に示すように、基板110を準備し、基板110の上方に所定形状のゲート電極120を形成する。例えば、基板110上に金属膜をスパッタリングによって成膜し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって金属膜を加工することにより、所定形状のゲート電極120を形成する。なお、ゲート電極120を形成する前に、基板110の表面にシリコン酸化膜などのアンダーコート層を形成してもよい。
[3-1. Formation of gate electrode]
First, as shown in FIG. 5A, a substrate 110 is prepared, and a gate electrode 120 having a predetermined shape is formed above the substrate 110. For example, a metal film is formed on the substrate 110 by sputtering, and the metal film is processed by photolithography and etching, whereby the gate electrode 120 having a predetermined shape is formed. Note that an undercoat layer such as a silicon oxide film may be formed on the surface of the substrate 110 before the gate electrode 120 is formed.

具体的には、まず、基板110としてガラス基板を準備し、基板110上に、20nmのMo膜と200nmのCu膜とをスパッタリングによって順に成膜する。そして、フォトリソグラフィ及びウェットエッチングによってMo膜及びCu膜をパターニングすることにより、ゲート電極120を形成する。なお、Mo膜及びCu膜のウェットエッチングは、例えば、過酸化水素水(H)及び有機酸を混合した薬液を用いることができる。 Specifically, first, a glass substrate is prepared as the substrate 110, and a 20 nm Mo film and a 200 nm Cu film are sequentially formed on the substrate 110 by sputtering. Then, the gate electrode 120 is formed by patterning the Mo film and the Cu film by photolithography and wet etching. For wet etching of the Mo film and Cu film, for example, a chemical solution in which hydrogen peroxide water (H 2 O 2 ) and an organic acid are mixed can be used.

[3−2.ゲート絶縁層の形成]
次に、図5Aの(b)に示すように、基板110の上方にゲート絶縁層130を形成する。例えば、ゲート電極120を覆うようにゲート絶縁層130をプラズマCVD(Plasma−Enhanced Chemical Vapor Deposition:PE−CVD)又はスパッタリングによって成膜する。
[3-2. Formation of gate insulating layer]
Next, as illustrated in FIG. 5A (b), a gate insulating layer 130 is formed over the substrate 110. For example, the gate insulating layer 130 is formed by plasma CVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition: PE-CVD) or sputtering so as to cover the gate electrode 120.

具体的には、ゲート電極120を覆うように基板110上に、220nmのシリコン窒化膜と50nmのシリコン酸化膜とをプラズマCVDによって順に成膜することで、ゲート絶縁層130を形成する。このときの成膜温度は、例えば、350℃〜400℃である。   Specifically, a gate insulating layer 130 is formed by sequentially forming a 220 nm silicon nitride film and a 50 nm silicon oxide film on the substrate 110 by plasma CVD so as to cover the gate electrode 120. The film formation temperature at this time is, for example, 350 ° C. to 400 ° C.

シリコン窒化膜は、例えば、シランガス(SiH)、アンモニアガス(NH)及び窒素ガス(N)を導入ガスに用いることで成膜することができる。シリコン酸化膜は、例えば、シランガス(SiH)と亜酸化窒素ガス(NO)とを導入ガスに用いることで成膜することができる。なお、ゲート絶縁層130は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜の単層膜でもよい。 The silicon nitride film can be formed by using, for example, silane gas (SiH 4 ), ammonia gas (NH 3 ), and nitrogen gas (N 2 ) as the introduction gas. The silicon oxide film can be formed by using, for example, silane gas (SiH 4 ) and nitrous oxide gas (N 2 O) as introduction gases. Note that the gate insulating layer 130 may be a single layer film of a silicon oxide film or a silicon nitride film.

[3−3.酸化物半導体層の形成]
次に、図5Aの(c)に示すように、基板110の上方に、かつ、ゲート電極120に対向する位置に所定形状の酸化物半導体層140を形成する。例えば、ゲート絶縁層130上に酸化物半導体膜をスパッタリングによって成膜する。そして、フォトリソグラフィ及びエッチングによって酸化物半導体膜を加工することにより、所定形状の酸化物半導体層140を形成する。スパッタリングは、例えば、DCマグネトロンスパッタリング装置又はRFマグネトロンスパッタリング装置を用いることができる。
[3-3. Formation of oxide semiconductor layer]
Next, as illustrated in FIG. 5A, an oxide semiconductor layer 140 having a predetermined shape is formed above the substrate 110 and at a position facing the gate electrode 120. For example, an oxide semiconductor film is formed over the gate insulating layer 130 by sputtering. Then, the oxide semiconductor film is processed by photolithography and etching, whereby the oxide semiconductor layer 140 having a predetermined shape is formed. For sputtering, for example, a DC magnetron sputtering apparatus or an RF magnetron sputtering apparatus can be used.

具体的には、スパッタリングターゲットとして、インジウム及びタングステンを含む酸化物半導体(InWO)を、真空チャンバー内のカソードに配置する。そして、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(O)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、ゲート絶縁層130上にInWO膜を酸化物半導体層140として成膜することができる。 Specifically, an oxide semiconductor (InWO) containing indium and tungsten is placed as a sputtering target on a cathode in a vacuum chamber. Then, argon (Ar) gas as an inert gas flows into the vacuum chamber, and a gas containing oxygen (O 2 ) as a reactive gas flows, and a voltage with a predetermined power density is applied to the target material. Accordingly, an InWO film can be formed as the oxide semiconductor layer 140 over the gate insulating layer 130.

このとき、成膜条件としては、例えば、DCマグネトロンスパッタリング装置を用いて、真空チャンバー内に流入するガスの全圧が0.2Pa〜0.5Paで、酸素分圧が0.01Pa〜0.05Paにすればよい。また、基板温度は、例えば、室温〜50℃に設定し、パワー密度は、例えば、1.0W/cm〜4.0W/cmにすればよい。 At this time, as film formation conditions, for example, using a DC magnetron sputtering apparatus, the total pressure of the gas flowing into the vacuum chamber is 0.2 Pa to 0.5 Pa, and the oxygen partial pressure is 0.01 Pa to 0.05 Pa. You can do it. The substrate temperature is, for example, set at room temperature to 50 ° C., the power density may be, for example, to 1.0W / cm 2 ~4.0W / cm 2 .

また、ターゲット材(InXO)に含まれる酸化タングステン(WO)の添加量は、例えば1wt%〜5wt%である。このとき、ターゲット材には、酸化チタン(TiO)を1wt%〜5wt%含んでいてもよい。また、ターゲット材が含む酸化インジウム(In)の量は、例えば、89wt%〜99wt%である。 Further, the amount of tungsten oxide (WO 3 ) contained in the target material (InXO) is, for example, 1 wt% to 5 wt%. At this time, the target material may contain 1 wt% to 5 wt% of titanium oxide (TiO 3 ). The amount of indium oxide (In 3 O 2 ) included in the target material is, for example, 89 wt% to 99 wt%.

次に、ゲート絶縁層130上に成膜されたInWOをウェットエッチングすることで、酸化物半導体層140を形成する。InWOのウェットエッチングは、例えば、リン酸(HPO)、硝酸(HNO)、酢酸(CHCOOH)及び水を混合した薬液を用いて行うことができる。 Next, the InWO formed over the gate insulating layer 130 is wet-etched, whereby the oxide semiconductor layer 140 is formed. InWO wet etching can be performed using, for example, a chemical solution in which phosphoric acid (H 3 PO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), acetic acid (CH 3 COOH), and water are mixed.

[3−4.シリコンリッチ絶縁層の形成]
次に、図5Aの(d)に示すように、酸化物半導体層140上にシリコンリッチ絶縁層150を形成する。例えば、酸化物半導体層140を覆うように、全面にシリコンリッチのシリコン酸化膜をプラズマCVDによって成膜する。例えば、平行平板型(容量結合型)のプラズマCVD装置を利用することができる。具体的には、酸化物半導体層140を構成する酸化物半導体の結晶化温度より低い第1温度T1で、シリコンリッチ絶縁層150を成膜する。
[3-4. Formation of silicon-rich insulating layer]
Next, as illustrated in FIG. 5A, the silicon rich insulating layer 150 is formed over the oxide semiconductor layer 140. For example, a silicon-rich silicon oxide film is formed over the entire surface by plasma CVD so as to cover the oxide semiconductor layer 140. For example, a parallel plate type (capacitive coupling type) plasma CVD apparatus can be used. Specifically, the silicon-rich insulating layer 150 is formed at a first temperature T1 that is lower than the crystallization temperature of the oxide semiconductor included in the oxide semiconductor layer 140.

シリコンリッチ絶縁層150の成膜条件を図6に示す。なお、図6は、本実施の形態に係るシリコンリッチ絶縁層150、第1絶縁層161及び第2絶縁層162の成膜条件を示す図である。   The film forming conditions for the silicon rich insulating layer 150 are shown in FIG. FIG. 6 is a diagram showing film forming conditions for the silicon rich insulating layer 150, the first insulating layer 161, and the second insulating layer 162 according to this embodiment.

図6において、温度Tcは、酸化物半導体層140を構成する酸化物半導体の結晶化温度である。本実施の形態では、酸化物半導体としてInWOを用いているので、温度Tcは、InWOの結晶化温度である。具体的には、温度Tcは、約200℃である。   In FIG. 6, the temperature Tc is a crystallization temperature of the oxide semiconductor included in the oxide semiconductor layer 140. In this embodiment, since InWO is used as the oxide semiconductor, the temperature Tc is the crystallization temperature of InWO. Specifically, the temperature Tc is about 200 ° C.

シリコンリッチ絶縁層150の成膜条件は、図6の「Si−rich SiO」の列に示す通りである。具体的には、シリコンリッチ絶縁層150の成膜温度(第1温度T1)は、酸化物半導体の結晶化温度Tcより低い温度である。また、プラズマCVDのパワー密度は、0.55W/cm〜1.0W/cmであり、圧力は100Pa〜400Pa、電極間距離は、400mils〜700milsである。また、シリコンリッチ絶縁層150の膜厚は、1.0nm〜15.0nmであり、好ましくは、5.0nm〜10.0nmである。 The film formation conditions of the silicon rich insulating layer 150 are as shown in the column “Si-rich SiO” in FIG. Specifically, the deposition temperature (first temperature T1) of the silicon rich insulating layer 150 is lower than the crystallization temperature Tc of the oxide semiconductor. The power density of the plasma CVD is 0.55W / cm 2 ~1.0W / cm 2 , pressure 100Pa~400Pa, the inter-electrode distance is 400Mils~700mils. The film thickness of the silicon rich insulating layer 150 is 1.0 nm to 15.0 nm, preferably 5.0 nm to 10.0 nm.

また、反応性ガスとしては、シランガス及び亜酸化窒素ガスを用いる。このとき、希釈ガス(例えば、Arガス)を用いた場合には、亜酸化窒素ガスの使用割合を減らし、低コスト化を実現することができる。しかしながら、酸化物半導体層140の表面及びバルクにダメージ(欠陥)を与えてしまう。したがって、薄膜トランジスタ100の電気特性を向上させるためには、希釈ガスを用いないことが好ましい。   As the reactive gas, silane gas and nitrous oxide gas are used. At this time, when a dilution gas (for example, Ar gas) is used, the usage rate of the nitrous oxide gas can be reduced and cost reduction can be realized. However, the oxide semiconductor layer 140 is damaged (defects) on the surface and the bulk. Therefore, in order to improve the electrical characteristics of the thin film transistor 100, it is preferable not to use a dilution gas.

シラン流量比(SiH/(SiH+NO))は、3.0%〜6.0%であり、好ましくは、2.0%〜5.0%である。規格化トータル流量は、3.0sccm/cm〜8.0sccm/cmである。シラン流量比を大きくすることで、他のシリコン酸化膜(具体的には、絶縁層160)よりシリコン濃度を大きくすることができる。なお、規格化流量は、ガス流量を電極面積で割ることで求められる。 The silane flow rate ratio (SiH 4 / (SiH 4 + N 2 O)) is 3.0% to 6.0%, preferably 2.0% to 5.0%. The normalized total flow rate is 3.0 sccm / cm 2 to 8.0 sccm / cm 2 . By increasing the silane flow ratio, the silicon concentration can be made higher than that of other silicon oxide films (specifically, the insulating layer 160). The normalized flow rate is obtained by dividing the gas flow rate by the electrode area.

[3−5.第1絶縁層及びシリコンドープ層の形成]
次に、図5Bの(e)に示すように、シリコンリッチ絶縁層150上に第1絶縁層161を形成する。例えば、シリコンリッチ絶縁層150上にシリコン酸化膜をプラズマCVDによって成膜する。具体的には、酸化物半導体層140を構成する酸化物半導体の結晶化温度以上の第2温度T2で、第1絶縁層161を成膜する。
[3-5. Formation of first insulating layer and silicon doped layer]
Next, as shown in FIG. 5B (e), a first insulating layer 161 is formed on the silicon-rich insulating layer 150. For example, a silicon oxide film is formed on the silicon rich insulating layer 150 by plasma CVD. Specifically, the first insulating layer 161 is formed at a second temperature T2 that is equal to or higher than the crystallization temperature of the oxide semiconductor included in the oxide semiconductor layer 140.

このとき、第1絶縁層161の成膜中に、シリコンリッチ絶縁層150に含まれるシリコンが酸化物半導体層140の表層部にドープされる。これにより、酸化物半導体層140の表層部にシリコンドープ層142が形成される。なお、ここでは、第1絶縁層161の形成工程において、シリコンがドープされる場合について示すが、シリコンリッチ絶縁層150の形成工程において、シリコンがドープされてもよい。   At this time, during the formation of the first insulating layer 161, silicon included in the silicon rich insulating layer 150 is doped into the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140. Thereby, the silicon doped layer 142 is formed in the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140. Here, although the case where silicon is doped in the formation process of the first insulating layer 161 is shown, silicon may be doped in the formation process of the silicon rich insulating layer 150.

第1絶縁層161の成膜条件は、図6の「ES1−SiO」の列に示す通りである。具体的には、第1絶縁層161の成膜温度(第2温度T2)は、結晶化温度Tc以上の温度である。また、プラズマCVDのパワー密度は、0.55W/cm〜1.2W/cmであり、圧力は70Pa〜400Pa、電極間距離は、400mils〜700milsである。なお、好ましくは、プラズマCVDのパワー密度は、0.9W/cm〜1.2W/cmであり、圧力は100Pa〜200Paであり、電極間距離は500mils〜600milsである。 The film formation conditions of the first insulating layer 161 are as shown in the column “ES1-SiO” in FIG. Specifically, the deposition temperature (second temperature T2) of the first insulating layer 161 is a temperature equal to or higher than the crystallization temperature Tc. The power density of the plasma CVD is 0.55W / cm 2 ~1.2W / cm 2 , pressure 70Pa~400Pa, the inter-electrode distance is 400Mils~700mils. Incidentally, preferably, the power density of the plasma CVD is 0.9W / cm 2 ~1.2W / cm 2 , pressure is 100Pa~200Pa, the inter-electrode distance is 500Mils~600mils.

シラン流量比(SiH/(SiH+NO))は、0.8%〜1.2%である。規格化トータル流量は、7.0sccm/cm〜10.0sccm/cmである。シリコンリッチ絶縁層150の成膜時と同様に、アルゴンガスを用いていない。 The silane flow rate ratio (SiH 4 / (SiH 4 + N 2 O)) is 0.8% to 1.2%. The normalized total flow rate is 7.0 sccm / cm 2 to 10.0 sccm / cm 2 . Similar to the deposition of the silicon rich insulating layer 150, argon gas is not used.

なお、第1絶縁層161の膜厚は、シリコンが酸化物半導体層140の表層部にドープできる程度の厚さであればよい。例えば、第1絶縁層161の膜厚は、20nm以下であればよく、一例として、10nmである。   Note that the thickness of the first insulating layer 161 may be a thickness that allows silicon to be doped into the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140. For example, the film thickness of the first insulating layer 161 may be 20 nm or less, and is 10 nm as an example.

また、シリコンドープ層142の膜厚、すなわち、シリコンがドープされる深さは、例えば、20nm以下である。   The film thickness of the silicon doped layer 142, that is, the depth at which silicon is doped is, for example, 20 nm or less.

[3−6.第2絶縁層の形成]
次に、図5Bの(f)に示すように、第1絶縁層161上に第2絶縁層162を形成する。例えば、第1絶縁層161上にシリコン酸化膜をプラズマCVDによって成膜する。具体的には、第1絶縁層161上に、第2温度T2以上の温度の第3温度T3で第2絶縁層162を成膜する。
[3-6. Formation of second insulating layer]
Next, as shown in FIG. 5B (f), a second insulating layer 162 is formed on the first insulating layer 161. For example, a silicon oxide film is formed on the first insulating layer 161 by plasma CVD. Specifically, the second insulating layer 162 is formed on the first insulating layer 161 at a third temperature T3 that is equal to or higher than the second temperature T2.

第2絶縁層162の成膜条件は、図6の「ES2−SiO」の列に示す通りである。具体的には、第2絶縁層162の成膜温度(第3温度T3)は、結晶化温度Tcより高い温度であり、例えば、第1絶縁層161の成膜温度以上の温度である。例えば、第2絶縁層162の成膜温度は、300℃以下の温度である。   The film forming conditions of the second insulating layer 162 are as shown in the column “ES2-SiO” in FIG. Specifically, the film formation temperature (third temperature T3) of the second insulating layer 162 is higher than the crystallization temperature Tc, for example, a temperature equal to or higher than the film formation temperature of the first insulating layer 161. For example, the film formation temperature of the second insulating layer 162 is 300 ° C. or lower.

また、プラズマCVDのパワー密度は、0.55W/cm〜1.2W/cmであり、圧力は70Pa〜400Pa、電極間距離は、400mils〜700milsである。なお、好ましくは、プラズマCVDのパワー密度は、0.9W/cm〜1.2W/cmであり、圧力は100Pa〜200Paであり、電極間距離は500mils〜600milsである。 The power density of the plasma CVD is 0.55W / cm 2 ~1.2W / cm 2 , pressure 70Pa~400Pa, the inter-electrode distance is 400Mils~700mils. Incidentally, preferably, the power density of the plasma CVD is 0.9W / cm 2 ~1.2W / cm 2 , pressure is 100Pa~200Pa, the inter-electrode distance is 500Mils~600mils.

シラン流量比(SiH/(SiH+NO))は、0.8%〜1.2%である。規格化トータル流量は、7.0sccm/cm〜10.0sccm/cmである。シリコンリッチ絶縁層150の成膜時と同様に、アルゴンガスを用いていない。 The silane flow rate ratio (SiH 4 / (SiH 4 + N 2 O)) is 0.8% to 1.2%. The normalized total flow rate is 7.0 sccm / cm 2 to 10.0 sccm / cm 2 . Similar to the deposition of the silicon rich insulating layer 150, argon gas is not used.

また、第2絶縁層162の膜厚は、第1絶縁層161の膜厚より大きい。例えば、第2絶縁層162の膜厚は、第1絶縁層161との合計膜厚(すなわち、絶縁層160の膜厚)が例えば50nm〜300nmになるように制御される。   The film thickness of the second insulating layer 162 is larger than the film thickness of the first insulating layer 161. For example, the film thickness of the second insulating layer 162 is controlled so that the total film thickness with the first insulating layer 161 (that is, the film thickness of the insulating layer 160) is, for example, 50 nm to 300 nm.

なお、シリコンリッチ絶縁層150、第1絶縁層161及び第2絶縁層162の成膜は、第1温度T1、第2温度T2及び第3温度T3が互いに異なるため、それぞれの温度に設定された真空チャンバー(具体的には、第1温度T1に設定された第1真空チャンバー、第2温度T2に設定された第2真空チャンバー及び第3温度T3に設定された第3真空チャンバー)を用いて、各層ずつ形成する必要がある。その一方で、1つの同じ真空チャンバー内で、基板ステージ温度を切り替えることにより、連続成膜することもできる。これにより、薄膜トランジスタ100の製造装置を簡略化でき、低コスト化を実現することができる。   The film formation of the silicon rich insulating layer 150, the first insulating layer 161, and the second insulating layer 162 was set to the respective temperatures because the first temperature T1, the second temperature T2, and the third temperature T3 were different from each other. Using a vacuum chamber (specifically, a first vacuum chamber set at the first temperature T1, a second vacuum chamber set at the second temperature T2, and a third vacuum chamber set at the third temperature T3). Each layer must be formed. On the other hand, continuous film formation can also be performed by switching the substrate stage temperature in one same vacuum chamber. Thereby, the manufacturing apparatus of the thin-film transistor 100 can be simplified and cost reduction can be realized.

[3−7.ドレイン電極及びソース電極の形成]
次に、図5Bの(g)に示すように、第2絶縁層162(絶縁層160)上にドレイン電極170d及びソース電極170sを形成する。具体的には、まず、絶縁層160及びシリコンリッチ絶縁層150の一部をエッチング除去することで、コンタクトホールを形成する。つまり、酸化物半導体層140(具体的には、シリコンドープ層142)の一部を露出させるためのコンタクトホールを絶縁層160及びシリコンリッチ絶縁層150に形成する。
[3-7. Formation of drain electrode and source electrode]
Next, as illustrated in FIG. 5B (g), the drain electrode 170d and the source electrode 170s are formed on the second insulating layer 162 (insulating layer 160). Specifically, first, a part of the insulating layer 160 and the silicon rich insulating layer 150 is removed by etching to form a contact hole. That is, contact holes for exposing part of the oxide semiconductor layer 140 (specifically, the silicon doped layer 142) are formed in the insulating layer 160 and the silicon rich insulating layer 150.

例えば、シリコンリッチ絶縁層150及び絶縁層160がシリコン酸化膜である場合、ドライエッチングとして反応性イオンエッチング(RIE)を用いることができる。このとき、エッチングガスとしては、例えば、四フッ化炭素(CF)及び酸素ガス(O)を用いることができる。ガス流量、圧力、印加電力及び周波数などのパラメータは、基板サイズ、及び、エッチングの膜厚などによって適宜設定される。 For example, when the silicon rich insulating layer 150 and the insulating layer 160 are silicon oxide films, reactive ion etching (RIE) can be used as dry etching. At this time, for example, carbon tetrafluoride (CF 4 ) and oxygen gas (O 2 ) can be used as the etching gas. Parameters such as the gas flow rate, pressure, applied power, and frequency are appropriately set according to the substrate size, etching film thickness, and the like.

そして、形成したコンタクトホールを埋めるようにして、絶縁層160上に金属膜をスパッタリングによって成膜する。例えば、20nmのMo膜、300nmのCu膜、及び、20nmの銅及びマンガンの合金膜(CuMn膜)を順に絶縁層160上に積層する。その後、フォトリソグラフィ及びエッチングによって、積層した金属膜を加工することで、所定形状のドレイン電極170d及びソース電極170sを形成する。Mo膜、Cu膜及びCuMn膜のウェットエッチングは、例えば、過酸化水素水(H)及び有機酸を混合した薬液を用いることができる。 Then, a metal film is formed on the insulating layer 160 by sputtering so as to fill the formed contact hole. For example, a 20 nm Mo film, a 300 nm Cu film, and a 20 nm copper and manganese alloy film (CuMn film) are sequentially stacked on the insulating layer 160. Thereafter, the stacked metal films are processed by photolithography and etching to form a drain electrode 170d and a source electrode 170s having a predetermined shape. For the wet etching of the Mo film, the Cu film, and the CuMn film, for example, a chemical solution in which hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 ) and an organic acid are mixed can be used.

以上のようにして、図4に示す薄膜トランジスタ100を製造することができる。なお、薄膜トランジスタ100の上方に平坦化膜などを形成した後で、有機EL素子を形成することもできる。   As described above, the thin film transistor 100 illustrated in FIG. 4 can be manufactured. Note that an organic EL element can be formed after a planarization film or the like is formed over the thin film transistor 100.

[4.元素の濃度分布]
続いて、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ100の積層方向における元素の濃度分布について、図7を用いて説明する。図7は、本実施の形態において作製したサンプルの積層方向における元素の濃度分布を示す図である。
[4. Element concentration distribution]
Subsequently, an element concentration distribution in the stacking direction of the thin film transistor 100 according to this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing an element concentration distribution in the stacking direction of the sample manufactured in this embodiment.

[4−1.サンプルの構成及び製造条件]
図7には、2つのサンプル(サンプルA及びサンプルB)のそれぞれの濃度分布を示している。サンプルAとサンプルBとでは、InWOから構成される酸化物半導体を覆うシリコン酸化膜の形成方法が異なっている。
[4-1. Sample configuration and manufacturing conditions]
FIG. 7 shows the concentration distribution of each of the two samples (sample A and sample B). Sample A and sample B differ in the method of forming a silicon oxide film covering an oxide semiconductor composed of InWO.

具体的には、サンプルAでは、180nmのシリコン酸化膜を、InWOから構成される酸化物半導体層140の上に成膜したデバイスである。つまり、サンプルAは、上述したシリコンリッチ絶縁層150及びシリコンドープ層142を備えていない。   Specifically, Sample A is a device in which a 180 nm silicon oxide film is formed on an oxide semiconductor layer 140 made of InWO. That is, the sample A does not include the silicon rich insulating layer 150 and the silicon doped layer 142 described above.

サンプルBでは、図5A及び図5Bに示した製造方法に基づいて、InWOから構成される酸化物半導体層140上に、シリコンリッチ絶縁層150を10nm成膜した後、の第1絶縁層161及びの第2絶縁層162を順に合計170nm成膜したデバイスである。つまり、サンプルBは、シリコンリッチ絶縁層150及びシリコンドープ層142を備えている。   In Sample B, a silicon-rich insulating layer 150 having a thickness of 10 nm is formed on the oxide semiconductor layer 140 made of InWO based on the manufacturing method shown in FIGS. 5A and 5B, and then the first insulating layer 161 and In this device, a total of 170 nm of the second insulating layer 162 is sequentially formed. That is, the sample B includes the silicon rich insulating layer 150 and the silicon doped layer 142.

ここで、サンプルA及びサンプルBの詳細な製造条件について説明する。まず、サンプルAの製造条件について説明する。   Here, detailed manufacturing conditions of the sample A and the sample B will be described. First, the manufacturing conditions of sample A will be described.

基板110としては、シリコン基板又はガラス基板を用いた。基板110の径は、例えば、6インチで、厚みは、例えば、0.7mmである。具体的には、図7に示す元素濃度の測定用のサンプルとしてはシリコン基板を用いて作製し、図8A及び図8Bに示すX線回折用のサンプルとしてはガラス基板を用いて作製した。   As the substrate 110, a silicon substrate or a glass substrate was used. The diameter of the substrate 110 is 6 inches, for example, and the thickness is 0.7 mm, for example. Specifically, the sample for measuring the element concentration shown in FIG. 7 was prepared using a silicon substrate, and the sample for X-ray diffraction shown in FIGS. 8A and 8B was prepared using a glass substrate.

酸化物半導体層140は、インジウム及びタングステンを含む酸化物半導体(InWO)から構成される。InWOの成膜条件としては、以下の通りである。スパッタリング装置として、径が6インチのカソードを備えるDCマグネトロンスパッタリング装置を用いた。また、真空チャンバー内に導入するガスの全圧0.3Paに対して、酸素分圧を0.03Paとした。また、基板温度は、例えば室温に設定し、投入電力は、例えば550Wに設定した。また、ターゲット材(InWO)に含まれるWOの添加量は、例えば、5wt%である。成膜したInWOの膜厚は、60nmである。 The oxide semiconductor layer 140 is formed using an oxide semiconductor (InWO) containing indium and tungsten. The film forming conditions for InWO are as follows. As the sputtering apparatus, a DC magnetron sputtering apparatus having a cathode having a diameter of 6 inches was used. The partial pressure of oxygen was set to 0.03 Pa with respect to the total pressure of 0.3 Pa of the gas introduced into the vacuum chamber. The substrate temperature was set to room temperature, for example, and the input power was set to 550 W, for example. The amount of WO 3 in the target material (InWO) is, for example, 5 wt%. The film thickness of the formed InWO is 60 nm.

サンプルAでは、酸化物半導体層140上に、プラズマCVDによってシリコン酸化膜を形成した。成膜ガスとしては、SiHガス及びNOガスを用いた。このときのシラン流量比(SiH/(SiH+NO))は、1%である。また、投入電力は180Wであり、圧力は3torr(約400Pa)であり、電極間距離は、550milsである。 In Sample A, a silicon oxide film was formed over the oxide semiconductor layer 140 by plasma CVD. SiH 4 gas and N 2 O gas were used as the film forming gas. The silane flow ratio (SiH 4 / (SiH 4 + N 2 O)) at this time is 1%. The input power is 180 W, the pressure is 3 torr (about 400 Pa), and the distance between the electrodes is 550 mils.

なお、シリコン酸化膜の成膜温度を異ならせることで、3つのサンプルAを作製した。3つのサンプルAのそれぞれのシリコン酸化膜の成膜温度は、190℃、220℃、250℃である。   Note that three samples A were produced by varying the deposition temperature of the silicon oxide film. The deposition temperatures of the silicon oxide films of the three samples A are 190 ° C., 220 ° C., and 250 ° C., respectively.

次に、サンプルBの製造条件について説明する。   Next, the manufacturing conditions of sample B will be described.

基板110及び酸化物半導体層140の条件は、サンプルAと同じである。   The conditions of the substrate 110 and the oxide semiconductor layer 140 are the same as those of the sample A.

サンプルBでは、酸化物半導体層140上に、シリコンリッチ絶縁層150として、プラズマCVDによってシリコンリッチのシリコン酸化膜を形成した。成膜ガスとしては、SiHガスを30sccm導入し、NOガスを500sccm導入した。このときのシラン流量比(SiH/(SiH+NO))は、5.7%である。また、投入電力は180Wであり、圧力は3torr(約400Pa)であり、電極間距離は550milsである。シリコンリッチのシリコン酸化膜の膜厚は、約10nmである。成膜温度(第1温度T1)は、190℃であり、InWOの結晶化温度Tcより低い温度である。 In Sample B, a silicon-rich silicon oxide film was formed as a silicon-rich insulating layer 150 on the oxide semiconductor layer 140 by plasma CVD. As a film forming gas, 30 sccm of SiH 4 gas was introduced and 500 sccm of N 2 O gas was introduced. The silane flow ratio (SiH 4 / (SiH 4 + N 2 O)) at this time is 5.7%. The input power is 180 W, the pressure is 3 torr (about 400 Pa), and the distance between the electrodes is 550 mils. The film thickness of the silicon-rich silicon oxide film is about 10 nm. The film formation temperature (first temperature T1) is 190 ° C., which is lower than the crystallization temperature Tc of InWO.

さらに、シリコンリッチ絶縁層150上に、絶縁層160として、プラズマCVDによってシリコン酸化膜を形成した。成膜ガスとしては、SiHガス及びNOガスを用いた。このときのシラン流量比(SiH/(SiH+NO))は、1%である。また、投入電力は180Wであり、圧力は3torr(約400Pa)であり、電極間距離は、550milsである。シリコン酸化膜の膜厚は、約170nmである。 Further, a silicon oxide film was formed as an insulating layer 160 on the silicon rich insulating layer 150 by plasma CVD. SiH 4 gas and N 2 O gas were used as the film forming gas. The silane flow ratio (SiH 4 / (SiH 4 + N 2 O)) at this time is 1%. The input power is 180 W, the pressure is 3 torr (about 400 Pa), and the distance between the electrodes is 550 mils. The thickness of the silicon oxide film is about 170 nm.

なお、シリコン酸化膜(絶縁層160)の成膜温度を異ならせることで、3つのサンプルBを作製した。3つのサンプルBのそれぞれのシリコン酸化膜の成膜温度は、190℃、220℃、250℃である。   Note that three samples B were manufactured by varying the deposition temperature of the silicon oxide film (insulating layer 160). The deposition temperatures of the silicon oxide films of the three samples B are 190 ° C., 220 ° C., and 250 ° C., respectively.

なお、図5A及び図5Bでは、絶縁層160を第1絶縁層161及び第2絶縁層162の2層に分けて積層したが、サンプルBでは、同じ成膜温度で1層の絶縁膜として形成した。   5A and 5B, the insulating layer 160 is divided into two layers of the first insulating layer 161 and the second insulating layer 162, but in Sample B, it is formed as a single insulating film at the same film formation temperature. did.

[4−2.シリコン濃度分布]
図7は、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析によるサンプルA及びサンプルBの積層方向における元素の濃度分布を示している。具体的には、図7の(a)はシリコンの濃度分布を示し、図7の(b)はインジウムの濃度分布を示している。なお、図7に示すサンプルA及びサンプルBは、シリコン酸化膜の成膜温度が250℃のものである。
[4-2. Silicon concentration distribution]
FIG. 7 shows the concentration distribution of elements in the stacking direction of Sample A and Sample B by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) analysis. Specifically, FIG. 7A shows the concentration distribution of silicon, and FIG. 7B shows the concentration distribution of indium. Note that Sample A and Sample B shown in FIG. 7 have a silicon oxide film deposition temperature of 250 ° C.

図7において、深さが0nm〜180nmの範囲がシリコン酸化膜である。なお、サンプルBでは、深さが0nm〜170nmの範囲が絶縁層160に相当し、170nm〜180nmの範囲がシリコンリッチ絶縁層150に相当する。また、深さが180nm〜240nmの範囲が酸化物半導体層140であり、深さが240nm以上の範囲は、シリコン基板である。   In FIG. 7, the silicon oxide film has a depth in the range of 0 nm to 180 nm. In Sample B, the depth range of 0 nm to 170 nm corresponds to the insulating layer 160, and the range of 170 nm to 180 nm corresponds to the silicon rich insulating layer 150. Further, the oxide semiconductor layer 140 has a depth in the range of 180 nm to 240 nm, and the silicon substrate has a depth in the range of 240 nm or more.

図7の(b)に示すように、約180nmから約240nmの範囲では、インジウムの濃度が安定しており、当該範囲が酸化物半導体層140であることが確認された。つまり、上述したように、サンプルA及びサンプルBのいずれでも約60nmのInWOを成膜しているので、所望の膜厚のInWOが成膜できていることが確認された。   As shown in FIG. 7B, it was confirmed that the concentration of indium was stable in the range from about 180 nm to about 240 nm, and that the range was the oxide semiconductor layer 140. That is, as described above, since the InWO film of about 60 nm was formed in both the sample A and the sample B, it was confirmed that the InWO film having a desired film thickness was formed.

なお、サンプルA及びサンプルBのいずれでも、インジウムは、酸化物半導体層140に接する層に拡散している。例えば、サンプルBでは、シリコンリッチ絶縁層150及び絶縁層160が、少量ではあるがインジウムを含んでいる。   Note that in each of the sample A and the sample B, indium is diffused into a layer in contact with the oxide semiconductor layer 140. For example, in Sample B, the silicon-rich insulating layer 150 and the insulating layer 160 contain a small amount of indium.

図7の(a)に示すように、酸化物半導体層140のシリコン酸化膜側の表層部(約180nm〜約200nm)の範囲では、サンプルBの方がサンプルAよりもシリコン濃度が高い。つまり、サンプルBでは、当該表層部にシリコンリッチ絶縁層150からシリコンがドープされていることが分かる。つまり、サンプルBでは、酸化物半導体層140の表層部にシリコンドープ層142が形成されている。   As shown in FIG. 7A, the sample B has a higher silicon concentration than the sample A in the surface layer portion (about 180 nm to about 200 nm) of the oxide semiconductor layer 140 on the silicon oxide film side. That is, in sample B, it can be seen that the surface layer portion is doped with silicon from the silicon-rich insulating layer 150. That is, in Sample B, the silicon doped layer 142 is formed on the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140.

シリコンドープ層142は、例えば、シリコン濃度が1.0×1019atoms/cmより高い領域である。シリコンドープ層142の膜厚は、例えば、約20nmである。 For example, the silicon doped layer 142 is a region where the silicon concentration is higher than 1.0 × 10 19 atoms / cm 2 . The film thickness of the silicon doped layer 142 is, for example, about 20 nm.

さらに、サンプルBでは、酸化物半導体層140(シリコンドープ層142)とシリコンリッチ絶縁層150との界面近傍(約180nmの位置)には、シリコン濃度のピークが現れている。一方で、サンプルAでは、酸化物半導体層140とシリコン酸化膜との界面近傍(約180nmの位置)では、シリコン濃度のピークが現れていない。   Further, in Sample B, a peak of silicon concentration appears in the vicinity of the interface between the oxide semiconductor layer 140 (silicon doped layer 142) and the silicon rich insulating layer 150 (position of about 180 nm). On the other hand, in sample A, the peak of the silicon concentration does not appear in the vicinity of the interface between the oxide semiconductor layer 140 and the silicon oxide film (position of about 180 nm).

具体的には、サンプルBでの当該ピークにおけるシリコン濃度は、約2.0×1022atoms/cmである。ピークにおけるシリコン濃度は、シリコン酸化膜(絶縁層160)のシリコン濃度の平均値(約7.0×1021atoms/cm)よりも大きい。なお、ピークにおけるシリコン濃度は、シリコン基板のシリコン濃度の平均値(約5.0×1021atoms/cm)よりは小さい。 Specifically, the silicon concentration at the peak in sample B is about 2.0 × 10 22 atoms / cm 2 . The silicon concentration at the peak is larger than the average value (about 7.0 × 10 21 atoms / cm 2 ) of the silicon concentration of the silicon oxide film (insulating layer 160). Note that the silicon concentration at the peak is smaller than the average value (about 5.0 × 10 21 atoms / cm 2 ) of the silicon concentration of the silicon substrate.

[4−3.X線回折]
続いて、サンプルA及びサンプルBの酸化物半導体層140のX線回折(XRD)による測定結果について、図8A及び図8Bを用いて説明する。図8A及び図8Bはそれぞれ、サンプルA及びサンプルBの酸化物半導体層のXRDによる測定結果を示す図である。
[4-3. X-ray diffraction]
Next, measurement results by X-ray diffraction (XRD) of the oxide semiconductor layers 140 of Sample A and Sample B will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. 8A and 8B are diagrams illustrating measurement results of the oxide semiconductor layers of Sample A and Sample B by XRD, respectively.

図8Aに示すように、サンプルAでは、190℃の場合は、ピークが発生しないのに対して、220℃及び250℃の場合は、2θが約30.6の位置にピークが発生した。つまり、酸化物半導体層が190℃の場合は結晶化していないのに対して、220℃以上の場合は結晶化していることが分かる。また、220℃よりも250℃の場合の方が、ピーク強度が大きく、結晶化がより進んでいることが分かる。   As shown in FIG. 8A, in sample A, no peak occurred at 190 ° C., whereas at 220 ° C. and 250 ° C., a peak occurred at a position where 2θ was about 30.6. That is, it can be seen that the oxide semiconductor layer is not crystallized when it is 190 ° C., whereas it is crystallized when it is 220 ° C. or higher. It can also be seen that the peak intensity is larger at 250 ° C. than 220 ° C., and the crystallization is more advanced.

以上のことから、サンプルAでは、少なくとも220℃でシリコン酸化膜を成膜した場合に、酸化物半導体が結晶化していることが分かる。また、シリコン酸化膜の成膜温度が高い程、結晶化が進んでいることが分かる。   From the above, it can be seen that in Sample A, the oxide semiconductor is crystallized when the silicon oxide film is formed at least at 220 ° C. It can also be seen that the higher the deposition temperature of the silicon oxide film is, the more crystallization proceeds.

これは、In−X−O系の酸化物半導体上に、シリコン酸化膜などの絶縁層を形成する際には、酸化物半導体と絶縁層との界面に結晶核が発生するためである。当該結晶核によって、絶縁層の成膜中又は成膜後の熱工程で酸化物半導体が結晶化しやすくなる。   This is because crystal nuclei are generated at the interface between the oxide semiconductor and the insulating layer when an insulating layer such as a silicon oxide film is formed over the In—X—O-based oxide semiconductor. The crystal nuclei facilitate the crystallization of the oxide semiconductor during or after the insulating layer is formed.

これに対して、図8Bに示すように、サンプルBでは、190℃、220℃、250℃のいずれの場合においても、ピークは発生していない。すなわち、サンプルBでは、酸化物半導体が結晶化していないことが分かる。   On the other hand, as shown in FIG. 8B, in sample B, no peak occurs at any of 190 ° C., 220 ° C., and 250 ° C. That is, in Sample B, it can be seen that the oxide semiconductor is not crystallized.

シリコンと酸素との結合エネルギーが大きいので、シリコンドープ層142では構造が安定し、界面での結晶核の発生が抑制される。図8Bで示したように、以降のプロセスが高温の熱工程を含む場合であっても、結晶核の発生が抑制されていることが分かる。したがって、高温で絶縁層(第2絶縁層162)を形成することができ、良好な膜質を有する絶縁層160をチャネル保護層として形成することができる。   Since the bond energy between silicon and oxygen is large, the structure of the silicon doped layer 142 is stable, and the generation of crystal nuclei at the interface is suppressed. As shown in FIG. 8B, it can be seen that the generation of crystal nuclei is suppressed even when the subsequent process includes a high-temperature thermal process. Therefore, the insulating layer (second insulating layer 162) can be formed at a high temperature, and the insulating layer 160 having favorable film quality can be formed as the channel protective layer.

[5.効果など]
以上のように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ100は、少なくともインジウムを含む酸化物半導体から構成される酸化物半導体層140と、酸化物半導体層140に積層されたシリコンリッチ絶縁層150と、シリコンリッチ絶縁層150の、酸化物半導体層140とは反対側に積層された絶縁層160とを備え、シリコンリッチ絶縁層150は、絶縁層160よりシリコン濃度が高く、酸化物半導体層140は、シリコンリッチ絶縁層150に接触する表層部にシリコンがドープされたシリコンドープ層142を有する。
[5. Effect etc.]
As described above, the thin film transistor 100 according to this embodiment includes the oxide semiconductor layer 140 formed using an oxide semiconductor containing at least indium, the silicon-rich insulating layer 150 stacked over the oxide semiconductor layer 140, and silicon. The rich insulating layer 150 includes an insulating layer 160 stacked on the opposite side of the oxide semiconductor layer 140. The silicon rich insulating layer 150 has a higher silicon concentration than the insulating layer 160, and the oxide semiconductor layer 140 includes silicon. The surface layer portion in contact with the rich insulating layer 150 has a silicon doped layer 142 doped with silicon.

これにより、酸化物半導体層140の表層部には、シリコンがドープされたシリコンドープ層142が形成されているので、シリコンドープ層142の構造は安定し、結晶核の発生が抑制される。したがって、絶縁層160を高温プロセスで成膜することができるので、絶縁層160の膜質を高めることができる。   Accordingly, since the silicon doped layer 142 doped with silicon is formed on the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140, the structure of the silicon doped layer 142 is stabilized and generation of crystal nuclei is suppressed. Therefore, since the insulating layer 160 can be formed by a high temperature process, the film quality of the insulating layer 160 can be improved.

また、酸化物半導体層140の表層部以外の領域は、In−X−O系の酸化物半導体から構成される。つまり、酸化物半導体層140のチャネル領域を、InGaZnOよりも移動度が高いInWOなどで形成することができる。   The region other than the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140 is formed using an In—X—O-based oxide semiconductor. That is, the channel region of the oxide semiconductor layer 140 can be formed using InWO or the like with higher mobility than InGaZnO.

なお、シリコンは、酸素との結合エネルギーが大きいために、シリコンのドープ量が多くなると、キャリアを発生させる酸素欠陥が生じにくくなる。そのため、シリコンがドープされた表層部の移動度は小さくなる。そこで、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ100は、酸化物半導体層140のバルク部分(チャネル領域が形成される部分)には、移動度の高いIn−X−O系酸化物半導体を用い、かつ、プロセス安定性を高めるために、シリコンを表層部にドープしている。   Note that since silicon has a large binding energy with oxygen, if the amount of silicon doped increases, oxygen defects that generate carriers are less likely to occur. Therefore, the mobility of the surface layer portion doped with silicon is reduced. Therefore, in the thin film transistor 100 according to this embodiment, an In—X—O-based oxide semiconductor with high mobility is used for a bulk portion (a portion where a channel region is formed) of the oxide semiconductor layer 140, and In order to improve the process stability, the surface layer portion is doped with silicon.

このように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ100は、良好な絶縁膜を有し、かつ、高移動度のチャネル領域を有する。したがって、本実施の形態によれば、電気特性の劣化が抑制された薄膜トランジスタ100を実現することができる。   As described above, the thin film transistor 100 according to this embodiment includes a favorable insulating film and a channel region with high mobility. Therefore, according to this embodiment, it is possible to realize the thin film transistor 100 in which deterioration of electrical characteristics is suppressed.

また、例えば、本実施の形態では、積層方向におけるシリコン濃度分布において、シリコンドープ層142とシリコンリッチ絶縁層150との界面に、シリコン濃度のピークが存在する。また、例えば、本実施の形態では、ピークにおけるシリコン濃度は、1.0×1022atoms/cm以上3.0×1022atoms/cm以下である。 Further, for example, in the present embodiment, there is a silicon concentration peak at the interface between the silicon doped layer 142 and the silicon rich insulating layer 150 in the silicon concentration distribution in the stacking direction. For example, in the present embodiment, the silicon concentration at the peak is 1.0 × 10 22 atoms / cm 2 or more and 3.0 × 10 22 atoms / cm 2 or less.

これにより、酸化物半導体層140とシリコンリッチ絶縁層150との界面にシリコン濃度のピークが存在するので、酸化物半導体層140の界面近傍の構造が安定し、界面近傍に結晶核の発生が抑制される。したがって、絶縁層160を高温プロセスで成膜することができるので、絶縁層160の膜質を高めることができる。   As a result, a silicon concentration peak exists at the interface between the oxide semiconductor layer 140 and the silicon-rich insulating layer 150, so that the structure near the interface of the oxide semiconductor layer 140 is stabilized and the generation of crystal nuclei is suppressed near the interface. Is done. Therefore, since the insulating layer 160 can be formed by a high temperature process, the film quality of the insulating layer 160 can be improved.

また、例えば、本実施の形態では、シリコンリッチ絶縁層150の膜厚は、1nm以上15nm以下である。   For example, in the present embodiment, the film thickness of the silicon rich insulating layer 150 is 1 nm or more and 15 nm or less.

これにより、シリコンリッチ絶縁層150の膜厚が薄く、成膜に要する時間が少なくて済むので、シリコンリッチ絶縁層150の成膜中に、酸化物半導体層140に結晶核が発生するのを抑制することができる。   As a result, the silicon-rich insulating layer 150 is thin and requires less time for film formation, so that generation of crystal nuclei in the oxide semiconductor layer 140 during the formation of the silicon-rich insulating layer 150 is suppressed. can do.

また、例えば、本実施の形態では、薄膜トランジスタ100は、さらに、酸化物半導体層140の、シリコンリッチ絶縁層150とは反対側に設けられたゲート絶縁層130と、酸化物半導体層140との間にゲート絶縁層130を挟んで、酸化物半導体層140に対向する位置に設けられたゲート電極120とを備える。   For example, in this embodiment, the thin film transistor 100 includes the oxide semiconductor layer 140 between the gate insulating layer 130 provided on the opposite side of the silicon-rich insulating layer 150 and the oxide semiconductor layer 140. And the gate electrode 120 provided at a position facing the oxide semiconductor layer 140 with the gate insulating layer 130 interposed therebetween.

これにより、薄膜トランジスタ100はボトムゲート型のTFTであるので、チャネル保護層として絶縁層160を備える。つまり、薄膜トランジスタ100は、良好なチャネル保護層を備えるので、電気特性の劣化を抑制することができる。   Accordingly, since the thin film transistor 100 is a bottom-gate TFT, the insulating layer 160 is provided as a channel protective layer. That is, since the thin film transistor 100 includes a good channel protective layer, deterioration of electrical characteristics can be suppressed.

また、例えば、本実施の形態では、酸化物半導体は、さらに、タングステンを含む。   For example, in this embodiment, the oxide semiconductor further contains tungsten.

これにより、InWOは、InGaZnOよりも高移動度であるので、薄膜トランジスタ100を、高精細、大画面、高駆動速度のアクティブマトリクス型の表示装置などに適用することができる。   Accordingly, since InWO has higher mobility than InGaZnO, the thin film transistor 100 can be applied to an active matrix display device having a high definition, a large screen, and a high driving speed.

また、例えば、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ100の製造方法は、少なくともインジウムを含む酸化物半導体から構成される酸化物半導体層140を備える薄膜トランジスタ100の製造方法であって、酸化物半導体層140上にシリコンリッチ絶縁層150を形成する第1形成工程と、シリコンリッチ絶縁層150上に絶縁層160を形成する第2形成工程とを含み、シリコンリッチ絶縁層150は、絶縁層160よりシリコン濃度が高く、第1形成工程及び第2形成工程の少なくとも一方において、シリコンリッチ絶縁層150に含まれるシリコンが酸化物半導体層140の表層部にドープされることで、酸化物半導体層140の表層部にシリコンドープ層142が形成される。   Further, for example, the method for manufacturing the thin film transistor 100 according to this embodiment is a method for manufacturing the thin film transistor 100 including the oxide semiconductor layer 140 including an oxide semiconductor containing at least indium, and includes the oxide semiconductor layer 140 over the oxide semiconductor layer 140. The silicon-rich insulating layer 150 includes a first forming step of forming the silicon-rich insulating layer 150 and a second forming step of forming the insulating layer 160 on the silicon-rich insulating layer 150. The silicon-rich insulating layer 150 has a silicon concentration higher than that of the insulating layer 160. Highly, in at least one of the first formation step and the second formation step, silicon included in the silicon-rich insulating layer 150 is doped into the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140, so that the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140 is doped. A silicon doped layer 142 is formed.

これにより、酸化物半導体層140の表層部にシリコンをドープすることで、酸化物半導体層140の表層部の構造は安定し、結晶核の発生が抑制される。したがって、絶縁層160を高温プロセスで成膜することができるので、絶縁層160の膜質を高めることができる。   Accordingly, by doping silicon in the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140, the structure of the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140 is stabilized, and generation of crystal nuclei is suppressed. Therefore, since the insulating layer 160 can be formed by a high temperature process, the film quality of the insulating layer 160 can be improved.

また、酸化物半導体層140の表層部以外の領域は、In−X−O系の酸化物半導体から構成される。つまり、酸化物半導体層140のチャネル領域を、InGaZnOよりも移動度が高いInWOなどで形成することができる。   The region other than the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140 is formed using an In—X—O-based oxide semiconductor. That is, the channel region of the oxide semiconductor layer 140 can be formed using InWO or the like with higher mobility than InGaZnO.

このように、本実施の形態によれば、良好な絶縁膜を有し、かつ、高移動度のチャネル領域を有する薄膜トランジスタ100を製造することができる。したがって、電気特性の劣化が抑制された薄膜トランジスタ100を製造することができる。   As described above, according to this embodiment, the thin film transistor 100 having a good insulating film and a high mobility channel region can be manufactured. Therefore, the thin film transistor 100 in which deterioration of electrical characteristics is suppressed can be manufactured.

また、例えば、本実施の形態では、第1形成工程では、酸化物半導体の結晶化温度Tcより低い第1温度T1でシリコンリッチ絶縁層150を成膜し、第2形成工程では、酸化物半導体の結晶化温度Tc以上の第2温度T2で絶縁層160を成膜する。   For example, in this embodiment, in the first formation step, the silicon-rich insulating layer 150 is formed at the first temperature T1 lower than the crystallization temperature Tc of the oxide semiconductor, and in the second formation step, the oxide semiconductor The insulating layer 160 is formed at a second temperature T2 that is equal to or higher than the crystallization temperature Tc.

これにより、シリコンリッチ絶縁層150の成膜温度(第1温度T1)が酸化物半導体の結晶化温度Tcよりも低いので、シリコンリッチ絶縁層150の成膜時に酸化物半導体の結晶核が発生するのを抑制することができる。また、絶縁層160を酸化物半導体の結晶化温度Tc以上の高い温度で成膜することができるので、良質な絶縁層160を形成することができる。   Accordingly, since the deposition temperature (first temperature T1) of the silicon-rich insulating layer 150 is lower than the crystallization temperature Tc of the oxide semiconductor, crystal nuclei of the oxide semiconductor are generated when the silicon-rich insulating layer 150 is deposited. Can be suppressed. Further, since the insulating layer 160 can be formed at a temperature higher than the crystallization temperature Tc of the oxide semiconductor, the high-quality insulating layer 160 can be formed.

また、例えば、本実施の形態では、第2形成工程では、(i)シリコンリッチ絶縁層150上に第2温度T2で第1絶縁層161を成膜し、(ii)第1絶縁層161上に、第2温度T2以上の第3温度T3で第2絶縁層162を成膜することで、絶縁層160を形成する。   Further, for example, in the present embodiment, in the second forming step, (i) the first insulating layer 161 is formed on the silicon rich insulating layer 150 at the second temperature T2, and (ii) the first insulating layer 161 is formed. In addition, the insulating layer 160 is formed by forming the second insulating layer 162 at a third temperature T3 that is equal to or higher than the second temperature T2.

これにより、第1絶縁層161と第2絶縁層162との2層構造にすることで、例えば、第1絶縁層161と第2絶縁層162とで成膜温度を異ならせることができる。例えば、第1絶縁層161を、酸化物半導体層140の表層部にシリコンをドープするのに適した温度で成膜し、第2絶縁層162を、チャネル保護層として良質な絶縁膜を成膜するために、より高温で成膜することができる。   Thus, by forming a two-layer structure of the first insulating layer 161 and the second insulating layer 162, for example, the film formation temperature can be made different between the first insulating layer 161 and the second insulating layer 162. For example, the first insulating layer 161 is formed at a temperature suitable for doping silicon on the surface portion of the oxide semiconductor layer 140, and the second insulating layer 162 is formed as a channel protective layer with a high-quality insulating film. Therefore, the film can be formed at a higher temperature.

なお、本実施の形態では、プラズマCVDによって形成したシリコンリッチ絶縁層150のシリコンを酸化物半導体層140の表層部にドープすることによって、シリコンドープ層142を形成した。これに対して、例えば、スパッタリングによって、InXO層141を形成した後に、InWSiO層をシリコンドープ層142として形成することが考えられる。   Note that in this embodiment, the silicon doped layer 142 is formed by doping silicon of the silicon-rich insulating layer 150 formed by plasma CVD into the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140. On the other hand, for example, it is conceivable that the InWSiO layer is formed as the silicon doped layer 142 after the InXO layer 141 is formed by sputtering.

スパッタリングでは、成膜される膜の組成は、ターゲット材の組成と略同じになる。このため、シリコン酸化膜と酸化物半導体層140との界面にシリコン濃度のピークが存在するように、すなわち、膜中の濃度勾配を有するようにInWSiO層を成膜するのは困難である。   In sputtering, the composition of the film to be formed is substantially the same as the composition of the target material. Therefore, it is difficult to form an InWSiO layer so that a silicon concentration peak exists at the interface between the silicon oxide film and the oxide semiconductor layer 140, that is, has a concentration gradient in the film.

このため、InWSiO層とInWO層との積層構造をスパッタリングによって形成した場合、シリコン濃度が高い領域からInWOとゲート絶縁層130との界面までの距離が短くなり、シリコンの拡散がフロントチャネル側にまで進行してしまう可能性がある。フロントチャネルにシリコンが拡散すると、シリコンと酸素との結合エネルギーが大きいために、酸素欠陥の発生が抑制される。このため、チャネル層内のキャリア濃度が低下し、移動度が低下する可能性が高くなる。   For this reason, when the laminated structure of the InWSiO layer and the InWO layer is formed by sputtering, the distance from the region having a high silicon concentration to the interface between the InWO and the gate insulating layer 130 is shortened, and the diffusion of silicon reaches the front channel side. There is a possibility of progress. When silicon diffuses into the front channel, since the binding energy between silicon and oxygen is large, the generation of oxygen defects is suppressed. For this reason, the carrier concentration in the channel layer is lowered, and the possibility that the mobility is lowered is increased.

また、InWSiO層とInWO層との積層構造を形成する場合には、スパッタリングのチャンバーを増設する、又は、ターゲット材の種類を増やすなどの設備投資も必要になる。   In addition, when forming a laminated structure of an InWSiO layer and an InWO layer, it is necessary to make capital investment such as adding a sputtering chamber or increasing the types of target materials.

以上の点に対して、プラズマCVDでシリコンリッチ絶縁層150を形成する場合には、上記のスパッタリングの問題点は生じない。また、基板110が大型化したとしても、既存の大型のプラズマCVD装置で対応することができ、新たな設備投資も必要ではなく、低コストで薄膜トランジスタ100を製造することができる。   On the other hand, when the silicon-rich insulating layer 150 is formed by plasma CVD, the above-mentioned problem of sputtering does not occur. Moreover, even if the substrate 110 is increased in size, it can be handled by an existing large plasma CVD apparatus, and no new equipment investment is required, and the thin film transistor 100 can be manufactured at low cost.

(実施の形態2)
続いて、実施の形態2に係る薄膜トランジスタ及びその製造方法について説明する。本実施の形態では、実施の形態1と比較して、薄膜トランジスタの構成は同じであり、製造方法が異なっている。このため、以下では、実施の形態1と異なる点を中心に説明する。
(Embodiment 2)
Next, a thin film transistor and a manufacturing method thereof according to Embodiment 2 will be described. In this embodiment mode, the structure of the thin film transistor is the same as that in Embodiment Mode 1, and the manufacturing method is different. For this reason, below, it demonstrates focusing on a different point from Embodiment 1. FIG.

実施の形態1では、酸化物半導体層140上にシリコンリッチ絶縁層150を成膜する例について説明したが、本実施の形態では、酸化物半導体層140上にアモルファスシリコン層を成膜し、その後、酸化することでシリコンリッチ絶縁層150を形成する。   In Embodiment 1, an example in which the silicon-rich insulating layer 150 is formed over the oxide semiconductor layer 140 has been described; however, in this embodiment, an amorphous silicon layer is formed over the oxide semiconductor layer 140, and then The silicon rich insulating layer 150 is formed by oxidation.

[1.TFTの製造方法]
図9は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す概略断面図である。
[1. Manufacturing method of TFT]
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film transistor according to the present embodiment.

なお、酸化物半導体層140を形成するまでの工程は、図5Aの(a)〜(c)に示す通りである。   Note that the steps until the oxide semiconductor layer 140 is formed are as illustrated in FIGS.

[1−1.アモルファスシリコン層の形成]
酸化物半導体層140を形成した後、図9の(a)に示すように、酸化物半導体層140上にアモルファスシリコン層250を形成する。例えば、酸化物半導体層140を覆うように、全面にアモルファスシリコン膜をプラズマCVDによって成膜する。例えば、平行平板型のプラズマCVD装置を利用することができる。具体的には、酸化物半導体層140を構成する酸化物半導体の結晶化温度より低い第1温度T1でアモルファスシリコン層250を成膜する。
[1-1. Formation of amorphous silicon layer]
After the oxide semiconductor layer 140 is formed, an amorphous silicon layer 250 is formed over the oxide semiconductor layer 140 as illustrated in FIG. For example, an amorphous silicon film is formed over the entire surface by plasma CVD so as to cover the oxide semiconductor layer 140. For example, a parallel plate type plasma CVD apparatus can be used. Specifically, the amorphous silicon layer 250 is formed at a first temperature T <b> 1 that is lower than the crystallization temperature of the oxide semiconductor included in the oxide semiconductor layer 140.

アモルファスシリコン層250の成膜条件を図10に示す。なお、図10は、本実施の形態に係るアモルファスシリコン層250及び絶縁層260の成膜条件、並びに、酸化性プラズマ処理の条件を示す図である。   The deposition conditions for the amorphous silicon layer 250 are shown in FIG. FIG. 10 is a diagram showing the film formation conditions for the amorphous silicon layer 250 and the insulating layer 260 and the conditions for the oxidizing plasma treatment according to this embodiment.

アモルファスシリコン層250の成膜条件は、図10の「a−Si」の列に示すとおりである。具体的には、アモルファスシリコン層250の成膜温度(第1温度T1)は、酸化物半導体の結晶化温度Tcより低い温度である。また、プラズマCVDのパワー密度は、0.05W/cm〜0.3W/cmであり、圧力は70Pa〜300Pa、電極間距離は、300mils〜900milsである。なお、電極間距離は、好ましくは350mils〜500milsである。また、アモルファスシリコン層250の膜厚は、1.0nm〜10.0nmであり、好ましくは、3.0nm〜5.0nmである。 The deposition conditions for the amorphous silicon layer 250 are as shown in the column “a-Si” in FIG. Specifically, the deposition temperature (first temperature T1) of the amorphous silicon layer 250 is lower than the crystallization temperature Tc of the oxide semiconductor. The power density of the plasma CVD is 0.05W / cm 2 ~0.3W / cm 2 , pressure 70Pa~300Pa, the inter-electrode distance is 300Mils~900mils. The distance between the electrodes is preferably 350 mils to 500 mils. The film thickness of the amorphous silicon layer 250 is 1.0 nm to 10.0 nm, preferably 3.0 nm to 5.0 nm.

また、チャンバー内に導入するガスとしては、シランガス及び水素ガスを用いる。シランガスの規格化流量は、例えば、0.01sccm/cm〜0.25sccm/cmである。水素ガスの規格化流量は、例えば、0sccm/cm〜0.55sccm/cmである。 Moreover, silane gas and hydrogen gas are used as gas introduced into the chamber. The normalized flow rate of silane gas is, for example, 0.01 sccm / cm 2 to 0.25 sccm / cm 2 . Normalized flow rate of hydrogen gas is, for example, 0sccm / cm 2 ~0.55sccm / cm 2 .

このとき、成膜中の水素の発生量の低減、及び、成膜レートの低減化による膜厚制御性の向上のためには、水素ガスを用いない方が好ましい。また、希釈ガス(例えば、Arガス)を用いた場合には、亜酸化窒素ガスの使用割合を減らし、低コスト化を実現することができる。しかしながら、酸化物半導体層140の表面及びバルクにダメージ(欠陥)を与えてしまう。したがって、薄膜トランジスタ100の電気特性を向上させるためには、希釈ガスを用いないことが好ましい。   At this time, it is preferable not to use hydrogen gas in order to reduce the amount of hydrogen generated during film formation and improve film thickness controllability by reducing the film formation rate. In addition, when a dilution gas (for example, Ar gas) is used, it is possible to reduce the use ratio of the nitrous oxide gas and reduce the cost. However, the oxide semiconductor layer 140 is damaged (defects) on the surface and the bulk. Therefore, in order to improve the electrical characteristics of the thin film transistor 100, it is preferable not to use a dilution gas.

[1−2.酸化性プラズマ処理]
次に、図9の(b)に示すように、アモルファスシリコン層250に酸化性プラズマ処理を行うことで、アモルファスシリコン層250を酸化する。つまり、アモルファスシリコン層250をNOプラズマ251に曝すことにより、アモルファスシリコン層250を酸化する。これにより、シリコンリッチ絶縁層150を形成する。具体的には、酸化性プラズマ処理として、NOプラズマ処理を行う。酸化性プラズマ処理は、例えば、平行平板型のプラズマCVD装置を利用することができる。具体的には、アモルファスシリコン層250に酸化性プラズマ処理を、結晶化温度Tc以上の第2温度T2で行うことで、シリコンリッチ絶縁層150を形成する。
[1-2. Oxidative plasma treatment]
Next, as illustrated in FIG. 9B, the amorphous silicon layer 250 is oxidized by performing an oxidizing plasma treatment on the amorphous silicon layer 250. That is, the amorphous silicon layer 250 is oxidized by exposing the amorphous silicon layer 250 to the N 2 O plasma 251. Thereby, the silicon rich insulating layer 150 is formed. Specifically, N 2 O plasma treatment is performed as the oxidizing plasma treatment. For example, a parallel plate type plasma CVD apparatus can be used for the oxidizing plasma treatment. Specifically, the silicon-rich insulating layer 150 is formed by performing an oxidative plasma treatment on the amorphous silicon layer 250 at a second temperature T2 that is equal to or higher than the crystallization temperature Tc.

このとき、酸化性プラズマ処理中に、アモルファスシリコン層250に含まれるシリコンが酸化物半導体層140の表層部にドープされる。これにより、酸化物半導体層140の表層部にシリコンドープ層142が形成される。   At this time, silicon contained in the amorphous silicon layer 250 is doped into the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140 during the oxidizing plasma treatment. Thereby, the silicon doped layer 142 is formed in the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140.

Oプラズマ処理の条件は、図10の「NOプラズマ」の列に示す通りである。具体的には、NOプラズマ処理の処理温度(第2温度T2)は、酸化物半導体の結晶化温度Tc以上の温度である。また、パワー密度は、0.05W/cm〜0.3W/cmであり、圧力は100Pa〜400Pa、電極間距離は、400mils〜700milsである。なお、圧力は、好ましくは、100Pa〜200Paであり、電極間距離は、好ましくは350mils〜500milsである。 The conditions for the N 2 O plasma treatment are as shown in the column “N 2 O plasma” in FIG. Specifically, the processing temperature (second temperature T2) of the N 2 O plasma processing is a temperature equal to or higher than the crystallization temperature Tc of the oxide semiconductor. The power density is 0.05W / cm 2 ~0.3W / cm 2 , pressure 100Pa~400Pa, the inter-electrode distance is 400Mils~700mils. The pressure is preferably 100 Pa to 200 Pa, and the interelectrode distance is preferably 350 mils to 500 mils.

また、チャンバー内に導入するガスとしては、亜酸化窒素(NO)ガスを用いる。NOガスの規格化流量は、例えば、5.0sccm/cm〜10.0sccm/cmである。 Further, nitrous oxide (N 2 O) gas is used as the gas introduced into the chamber. The normalized flow rate of N 2 O gas is, for example, 5.0 sccm / cm 2 to 10.0 sccm / cm 2 .

Oプラズマ処理の処理時間は、例えば、1秒〜300秒であり、好ましくは、30秒〜180秒である。処理時間が短すぎる場合は、アモルファスシリコン層250を酸化することができない。処理時間が長すぎる場合は、酸化物半導体層140にプラズマダメージが発生し、結晶核の発生を促進してしまう。 The processing time of the N 2 O plasma processing is, for example, 1 second to 300 seconds, and preferably 30 seconds to 180 seconds. If the processing time is too short, the amorphous silicon layer 250 cannot be oxidized. When the treatment time is too long, plasma damage occurs in the oxide semiconductor layer 140 and promotes the generation of crystal nuclei.

[1−3.絶縁層の形成]
次に、図9の(c)に示すように、シリコンリッチ絶縁層150上に、絶縁層260を形成する。例えば、シリコンリッチ絶縁層150上に、シリコン酸化膜をプラズマCVDによって成膜する。具体的には、シリコンリッチ絶縁層150上に、結晶化温度Tc以上の第3温度T3で絶縁層260を成膜する。
[1-3. Formation of insulating layer]
Next, as shown in FIG. 9C, the insulating layer 260 is formed on the silicon rich insulating layer 150. For example, a silicon oxide film is formed on the silicon rich insulating layer 150 by plasma CVD. Specifically, the insulating layer 260 is formed on the silicon rich insulating layer 150 at a third temperature T3 that is equal to or higher than the crystallization temperature Tc.

絶縁層260の成膜条件は、図10の「SiO」の列に示す通りである。具体的には、絶縁層260の成膜温度(第3温度T3)は、酸化物半導体の結晶化温度Tcより高い温度であり、例えば、NOプラズマ処理の処理温度以上の温度である。また、プラズマCVDのパワー密度は、0.55W/cm〜1.2W/cmであり、圧力は70Pa〜400Pa、電極間距離は、400mils〜700milsである。なお、好ましくは、パワー密度は、0.9W/cm〜1.2W/cmであり、圧力は100Pa〜200Pa、電極間距離は、500mils〜600milsである。また、絶縁層260の膜厚は、50nm〜300nmである。 The conditions for forming the insulating layer 260 are as shown in the column “SiO 2 ” in FIG. Specifically, the deposition temperature (third temperature T3) of the insulating layer 260 is higher than the crystallization temperature Tc of the oxide semiconductor, for example, a temperature equal to or higher than the processing temperature of the N 2 O plasma treatment. The power density of the plasma CVD is 0.55W / cm 2 ~1.2W / cm 2 , pressure 70Pa~400Pa, the inter-electrode distance is 400Mils~700mils. Incidentally, preferably, the power density was 0.9W / cm 2 ~1.2W / cm 2 , pressure 100Pa~200Pa, the inter-electrode distance is 500Mils~600mils. The thickness of the insulating layer 260 is 50 nm to 300 nm.

シラン流量比(SiH/(SiH+NO))は、0.8%〜1.2%である。規格化トータル流量は、7.0sccm/cm〜10.0sccm/cmである。このとき、アルゴンガスなどの希釈ガスを用いていない。 The silane flow rate ratio (SiH 4 / (SiH 4 + N 2 O)) is 0.8% to 1.2%. The normalized total flow rate is 7.0 sccm / cm 2 to 10.0 sccm / cm 2 . At this time, no dilution gas such as argon gas is used.

なお、本実施の形態では、1層の絶縁層260を成膜したが、実施の形態1と同様に、2層の絶縁層を絶縁層260として形成してもよい。   Note that although one insulating layer 260 is formed in this embodiment mode, two insulating layers may be formed as the insulating layer 260 as in Embodiment Mode 1.

以降、図5Bの(g)に示すように、ドレイン電極170d及びソース電極170sを形成することで、薄膜トランジスタを製造することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 5B (g), a thin film transistor can be manufactured by forming the drain electrode 170d and the source electrode 170s.

[2.サンプルの構成及び製造条件]
ここで、本実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法を用いてサンプルCを作製した。サンプルCは、実施の形態1に係るサンプルBと同様に、シリコンリッチ絶縁層150及びシリコンドープ層142を備えている。このときのシリコンリッチ絶縁層150は、アモルファスシリコン層250が酸化性プラズマ処理によって酸化されたものである。
[2. Sample configuration and manufacturing conditions]
Here, Sample C was manufactured using the method for manufacturing a thin film transistor according to this embodiment. The sample C includes the silicon rich insulating layer 150 and the silicon doped layer 142 similarly to the sample B according to the first embodiment. At this time, the silicon-rich insulating layer 150 is obtained by oxidizing the amorphous silicon layer 250 by oxidizing plasma treatment.

まず、サンプルCの詳細な製造条件について説明する。   First, detailed manufacturing conditions of the sample C will be described.

基板110及び酸化物半導体層140の成膜条件は、サンプルAと同じである。   The deposition conditions of the substrate 110 and the oxide semiconductor layer 140 are the same as those of the sample A.

サンプルCでは、酸化物半導体層140上に、プラズマCVDによってアモルファスシリコン層250を形成した。成膜ガスとしては、SiHガスを30sccm導入した。また、投入電力は50Wであり、圧力は2torr(約267Pa)であり、電極間距離は350milsである。アモルファスシリコン層250の膜厚は、約10nmである。成膜温度は、190℃であり、InWOの結晶化温度Tcより低い温度である。 In Sample C, an amorphous silicon layer 250 was formed over the oxide semiconductor layer 140 by plasma CVD. As a film forming gas, 30 sccm of SiH 4 gas was introduced. The input power is 50 W, the pressure is 2 torr (about 267 Pa), and the distance between the electrodes is 350 mils. The film thickness of the amorphous silicon layer 250 is about 10 nm. The film forming temperature is 190 ° C., which is lower than the crystallization temperature Tc of InWO.

さらに、アモルファスシリコン層250にNOプラズマ処理を行うことで、アモルファスシリコン層250を酸化してシリコンリッチ絶縁層150を形成した。導入ガスとしては、NOガスを1500sccm導入した。また、投入電力は30Wであり、圧力は3torr(約400Pa)であり、電極間距離は550milsである。処理時間は、180秒である。処理温度(第2温度T2)は、200℃であり、InWOの結晶化温度Tcと同じ温度である。 Further, the amorphous silicon layer 250 was subjected to N 2 O plasma treatment to oxidize the amorphous silicon layer 250 to form the silicon rich insulating layer 150. As the introduction gas, 1500 sccm of N 2 O gas was introduced. The input power is 30 W, the pressure is 3 torr (about 400 Pa), and the distance between the electrodes is 550 mils. The processing time is 180 seconds. The processing temperature (second temperature T2) is 200 ° C., which is the same temperature as the crystallization temperature Tc of InWO.

さらに、シリコンリッチ絶縁層150上に、絶縁層260として、プラズマCVDによってシリコン酸化膜を形成した。成膜ガスとしては、SiHガス及びNOガスを用いた。このときのシラン流量比(SiH/(SiH+NO))は、1%である。また、投入電力は180Wであり、圧力は3torr(約400Pa)であり、電極間距離は、550milsである。シリコン酸化膜の膜厚は、約170nmである。 Further, a silicon oxide film was formed as an insulating layer 260 on the silicon rich insulating layer 150 by plasma CVD. SiH 4 gas and N 2 O gas were used as the film forming gas. The silane flow ratio (SiH 4 / (SiH 4 + N 2 O)) at this time is 1%. The input power is 180 W, the pressure is 3 torr (about 400 Pa), and the distance between the electrodes is 550 mils. The thickness of the silicon oxide film is about 170 nm.

なお、シリコン酸化膜(絶縁層260)の成膜温度を異ならせることで、3つのサンプルCを作製した。3つのサンプルCのそれぞれのシリコン酸化膜の成膜温度は、190℃、220℃、250℃である。   Note that three samples C were produced by varying the film formation temperature of the silicon oxide film (insulating layer 260). The deposition temperatures of the silicon oxide films of the three samples C are 190 ° C., 220 ° C., and 250 ° C., respectively.

以上の条件で作製したサンプルCは、図7及び図8Bで示したような膜質のデバイスが作成された。つまり、本実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法によれば、実施の形態1と同様に、良好な膜質を有する絶縁層260をチャネル保護層として形成することができる。   Sample C produced under the above conditions produced a film-quality device as shown in FIGS. 7 and 8B. That is, according to the method for manufacturing a thin film transistor according to this embodiment, as in Embodiment 1, the insulating layer 260 having favorable film quality can be formed as the channel protective layer.

[3.効果など]
以上のように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法は、第1形成工程は、酸化物半導体の結晶化温度Tcより低い第1温度T1でアモルファスシリコン層250を成膜する工程と、アモルファスシリコン層250に酸化性プラズマ処理を、酸化物半導体の結晶化温度Tc以上の第2温度T2で行うことで、シリコンリッチ絶縁層150を形成する工程とを含む。
[3. Effect etc.]
As described above, in the method for manufacturing the thin film transistor according to this embodiment, the first formation step includes forming the amorphous silicon layer 250 at the first temperature T1 lower than the crystallization temperature Tc of the oxide semiconductor, Forming a silicon rich insulating layer 150 by performing an oxidizing plasma treatment on the silicon layer 250 at a second temperature T2 that is equal to or higher than the crystallization temperature Tc of the oxide semiconductor.

これにより、実施の形態1と同様に、酸化物半導体層140の表層部にシリコンをドープすることで、酸化物半導体層140の表層部の構造は安定し、結晶核の発生が抑制される。したがって、絶縁層260を高温プロセスで成膜することができるので、絶縁層260の膜質を高めることができる。   Thus, as in Embodiment 1, by doping silicon into the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140, the structure of the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140 is stabilized, and generation of crystal nuclei is suppressed. Therefore, since the insulating layer 260 can be formed by a high temperature process, the film quality of the insulating layer 260 can be improved.

また、酸化物半導体層140の表層部以外の領域は、In−X−O系の酸化物半導体から構成される。つまり、酸化物半導体層140のチャネル領域を、InGaZnOよりも移動度が高いInWOなどで形成することができる。   The region other than the surface layer portion of the oxide semiconductor layer 140 is formed using an In—X—O-based oxide semiconductor. That is, the channel region of the oxide semiconductor layer 140 can be formed using InWO or the like with higher mobility than InGaZnO.

このように、本実施の形態によれば、良好な絶縁膜を有し、かつ、高移動度のチャネル領域を有する薄膜トランジスタを製造することができる。したがって、電気特性の劣化が抑制された薄膜トランジスタを製造することができる。   Thus, according to this embodiment mode, a thin film transistor having a good insulating film and a high mobility channel region can be manufactured. Therefore, a thin film transistor in which deterioration of electrical characteristics is suppressed can be manufactured.

(変形例)
続いて、上述した実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法の変形例について、図11を用いて説明する。図11は、本変形例に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す概略断面図である。
(Modification)
Subsequently, a modification of the method for manufacturing the thin film transistor according to the above-described embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing process of the thin film transistor according to this modification.

図11の(a)に示すように、酸化物半導体層140を成膜した時点では、表面に微小な凹凸343(又はパーティクル)が形成されている場合がある。微小な凹凸343は結晶核の発生を促進するので、図11の(b)に示すように、シリコンリッチ絶縁層150を形成する前に、酸化物半導体層140を所定の膜厚だけエッチングする。エッチングにより、酸化物半導体層140の表面層を除去し、表面の微小な凹凸343を除去する。   As shown in FIG. 11A, when the oxide semiconductor layer 140 is formed, minute unevenness 343 (or particles) may be formed on the surface. Since the minute unevenness 343 promotes the generation of crystal nuclei, as shown in FIG. 11B, the oxide semiconductor layer 140 is etched by a predetermined thickness before the silicon-rich insulating layer 150 is formed. By etching, the surface layer of the oxide semiconductor layer 140 is removed, and minute unevenness 343 on the surface is removed.

例えば、酸化物半導体層140のウェットエッチングは、例えば、リン酸(HPO)、硝酸(HNO)、酢酸(CHCOOH)及び水を混合した薬液を用いて行うことができる。このとき、エッチングレートが1nm/分になるように、薬液の濃度を調整しておく。酸化物半導体層140に当該薬液を1分〜3分浸すことで、酸化物半導体層140の表面層を除去する。除去される膜厚は、例えば、1nm〜3nmである。 For example, wet etching of the oxide semiconductor layer 140 can be performed using a chemical solution in which phosphoric acid (H 3 PO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), acetic acid (CH 3 COOH), and water are mixed, for example. At this time, the concentration of the chemical solution is adjusted so that the etching rate is 1 nm / min. The surface layer of the oxide semiconductor layer 140 is removed by immersing the chemical solution in the oxide semiconductor layer 140 for 1 to 3 minutes. The film thickness to be removed is, for example, 1 nm to 3 nm.

このように、本変形例に係る薄膜トランジスタの製造方法は、さらに、シリコンリッチ絶縁層150を形成する前に、酸化物半導体層140を所定の膜厚だけエッチングするエッチング工程を含む。   As described above, the method for manufacturing a thin film transistor according to the present modification further includes an etching step of etching the oxide semiconductor layer 140 by a predetermined thickness before forming the silicon-rich insulating layer 150.

これにより、酸化物半導体層140の表面のラフネス(粗さ)を低減することができ、結晶核の発生を抑制することができる。   Accordingly, the roughness (roughness) of the surface of the oxide semiconductor layer 140 can be reduced, and generation of crystal nuclei can be suppressed.

(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
(Other embodiments)
As described above, the embodiments have been described as examples of the technology disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed. Moreover, it is also possible to combine each component demonstrated in the said embodiment and it can also be set as a new embodiment.

そこで、以下では、他の実施の形態を例示する。   Thus, other embodiments will be exemplified below.

例えば、上記の実施の形態では、ボトムゲート型、かつ、チャネル保護型の薄膜トランジスタについて説明したが、これに限らない。薄膜トランジスタは、ボトムゲート型、かつ、チャネルエッチ型でもよく、あるいは、トップゲート型の薄膜トランジスタでもよい。なお、トップゲート型の薄膜トランジスタの場合は、上述した絶縁層160及びシリコンリッチ絶縁層150をゲート絶縁膜として利用することができる。   For example, in the above embodiment, a bottom gate type and channel protection type thin film transistor has been described. However, the present invention is not limited to this. The thin film transistor may be a bottom gate type and a channel etch type, or may be a top gate type thin film transistor. Note that in the case of a top-gate thin film transistor, the above-described insulating layer 160 and the silicon-rich insulating layer 150 can be used as a gate insulating film.

また、例えば、上記の実施の形態では、薄膜トランジスタ100を用いた表示装置として有機EL表示装置10について説明したが、上記実施の形態における薄膜トランジスタ100は、液晶表示装置など、アクティブマトリクス基板が用いられる他の表示装置にも適用することができる。   For example, in the above embodiment, the organic EL display device 10 is described as a display device using the thin film transistor 100. However, the thin film transistor 100 in the above embodiment uses an active matrix substrate such as a liquid crystal display device. The present invention can also be applied to other display devices.

また、上述した有機EL表示装置10などの表示装置(表示パネル)については、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、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、携帯電話など、表示パネルを有するあらゆる電子機器に適用することができる。特に、大画面及び高精細の表示装置に適している。   In addition, the display device (display panel) such as the organic EL display device 10 described above can be used as a flat panel display, and is applied to all electronic devices having a display panel such as a television set, a personal computer, and a mobile phone. can do. In particular, it is suitable for a large-screen and high-definition display device.

以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面及び詳細な説明を提供した。   As described above, the embodiments have been described as examples of the technology in the present disclosure. For this purpose, the accompanying drawings and detailed description are provided.

したがって、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。   Accordingly, among the components described in the attached drawings and detailed description, not only the components essential for solving the problem, but also the components not essential for solving the problem in order to exemplify the above technique. May also be included. Therefore, it should not be immediately recognized that these non-essential components are essential as those non-essential components are described in the accompanying drawings and detailed description.

また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。   Moreover, since the above-mentioned embodiment is for demonstrating the technique in this indication, a various change, substitution, addition, abbreviation, etc. can be performed in a claim or its equivalent range.

本開示に係る薄膜トランジスタ及びその製造方法は、例えば、有機EL表示装置などの表示装置若しくはその他の電子機器、又は、これらの製造方法などに利用することができる。   The thin film transistor and the manufacturing method thereof according to the present disclosure can be used for, for example, a display device such as an organic EL display device or other electronic devices, or a manufacturing method thereof.

10 有機EL表示装置
20 TFT基板
21 バンク
30 画素
30B、30G、30R サブ画素
31 画素回路
32、33、100 薄膜トランジスタ
32d、33d、170d ドレイン電極
32g、33g、120 ゲート電極
32s、33s、170s ソース電極
34 キャパシタ
40 有機EL素子
41 陽極
42 EL層
43 陰極
50 ゲート配線
60 ソース配線
70 電源配線
110 基板
130 ゲート絶縁層
140 酸化物半導体層
141 InXO層
142 シリコンドープ層
150 シリコンリッチ絶縁層
160、260 絶縁層
161 第1絶縁層
162 第2絶縁層
250 アモルファスシリコン層
251 NOプラズマ
343 凹凸
10 Organic EL display device 20 TFT substrate 21 Bank 30 Pixels 30B, 30G, 30R Subpixel 31 Pixel circuits 32, 33, 100 Thin film transistors 32d, 33d, 170d Drain electrodes 32g, 33g, 120 Gate electrodes 32s, 33s, 170s Source electrode 34 Capacitor 40 Organic EL element 41 Anode 42 EL layer 43 Cathode 50 Gate wiring 60 Source wiring 70 Power supply wiring 110 Substrate 130 Gate insulating layer 140 Oxide semiconductor layer 141 InXO layer 142 Silicon doped layer 150 Silicon rich insulating layers 160 and 260 Insulating layer 161 First insulating layer 162 Second insulating layer 250 Amorphous silicon layer 251 N 2 O plasma 343 Concavity and convexity

Claims (12)

少なくともインジウムを含む酸化物半導体から構成される酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に積層された第1シリコン絶縁層と、
前記第1シリコン絶縁層の、前記酸化物半導体層とは反対側に積層された第2シリコン絶縁層とを備え、
前記第1シリコン絶縁層は、前記第2シリコン絶縁層よりシリコン濃度が高く、
前記酸化物半導体層は、前記第1シリコン絶縁層に接触する表層部にシリコンがドープされたシリコンドープ層を有する
薄膜トランジスタ。
An oxide semiconductor layer composed of an oxide semiconductor containing at least indium;
A first silicon insulating layer stacked on the oxide semiconductor layer;
A second silicon insulating layer stacked on the opposite side of the first silicon insulating layer from the oxide semiconductor layer;
The first silicon insulating layer has a higher silicon concentration than the second silicon insulating layer,
The oxide semiconductor layer has a silicon doped layer in which silicon is doped in a surface layer portion in contact with the first silicon insulating layer.
積層方向におけるシリコン濃度分布において、前記シリコンドープ層と前記第1シリコン絶縁層との界面に、シリコン濃度のピークが存在する
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 silicon concentration peak exists at an interface between the silicon doped layer and the first silicon insulating layer in a silicon concentration distribution in a stacking direction.
前記ピークにおけるシリコン濃度は、1.0×1022atoms/cm以上3.0×1022atoms/cm以下である
請求項2に記載の薄膜トランジスタ。
The thin film transistor according to claim 2, wherein a silicon concentration at the peak is 1.0 × 10 22 atoms / cm 2 or more and 3.0 × 10 22 atoms / cm 2 or less.
前記第1シリコン絶縁層の膜厚は、1nm以上15nm以下である
請求項1〜3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 any one of claims 1 to 3, wherein a film thickness of the first silicon insulating layer is not less than 1 nm and not more than 15 nm.
前記薄膜トランジスタは、さらに、
前記酸化物半導体層の、前記第1シリコン絶縁層とは反対側に設けられたゲート絶縁層と、
前記酸化物半導体層との間に前記ゲート絶縁層を挟んで、前記酸化物半導体層に対向する位置に設けられたゲート電極とを備える
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 further comprises:
A gate insulating layer provided on the opposite side of the oxide semiconductor layer from the first silicon insulating layer;
The thin film transistor according to claim 1, further comprising: a gate electrode provided at a position facing the oxide semiconductor layer with the gate insulating layer interposed between the oxide semiconductor layer and the oxide semiconductor layer.
前記酸化物半導体は、さらに、タングステンを含む
請求項1〜5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 oxide semiconductor further contains tungsten.
少なくともインジウムを含む酸化物半導体から構成される酸化物半導体層を備える薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記酸化物半導体層上に第1シリコン絶縁層を形成する第1形成工程と、
前記第1シリコン絶縁層上に第2シリコン絶縁層を形成する第2形成工程とを含み、
前記第1シリコン絶縁層は、前記第2シリコン絶縁層よりシリコン濃度が高く、
前記第1形成工程及び前記第2形成工程の少なくとも一方において、前記第1シリコン絶縁層に含まれるシリコンが前記酸化物半導体層の表層部にドープされることで、前記酸化物半導体層の表層部にシリコンドープ層が形成される
薄膜トランジスタの製造方法。
A method for producing a thin film transistor comprising an oxide semiconductor layer composed of an oxide semiconductor containing at least indium,
A first forming step of forming a first silicon insulating layer on the oxide semiconductor layer;
Forming a second silicon insulating layer on the first silicon insulating layer;
The first silicon insulating layer has a higher silicon concentration than the second silicon insulating layer,
In at least one of the first forming step and the second forming step, silicon included in the first silicon insulating layer is doped into a surface layer portion of the oxide semiconductor layer, so that a surface layer portion of the oxide semiconductor layer is formed. A method of manufacturing a thin film transistor, wherein a silicon doped layer is formed on the substrate.
前記第1形成工程では、前記酸化物半導体の結晶化温度より低い第1温度で前記第1シリコン絶縁層を成膜し、
前記第2形成工程では、前記酸化物半導体の結晶化温度以上の第2温度で前記第2シリコン絶縁層を成膜する
請求項7に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
In the first formation step, the first silicon insulating layer is formed at a first temperature lower than the crystallization temperature of the oxide semiconductor,
The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 7, wherein in the second formation step, the second silicon insulating layer is formed at a second temperature that is equal to or higher than a crystallization temperature of the oxide semiconductor.
前記第1形成工程は、
前記酸化物半導体の結晶化温度より低い第1温度でアモルファスシリコン層を成膜する工程と、
前記アモルファスシリコン層に酸化性プラズマ処理を、前記酸化物半導体の結晶化温度以上の第2温度で行うことで、前記第1シリコン絶縁層を形成する工程とを含む
請求項7に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
The first forming step includes
Forming an amorphous silicon layer at a first temperature lower than the crystallization temperature of the oxide semiconductor;
The thin film transistor according to claim 7, further comprising: performing an oxidizing plasma treatment on the amorphous silicon layer at a second temperature equal to or higher than a crystallization temperature of the oxide semiconductor to form the first silicon insulating layer. Production method.
前記第2形成工程では、(i)前記第1シリコン絶縁層上に前記第2温度で第1絶縁層を成膜し、(ii)前記第1絶縁層上に、前記第2温度以上の第3温度で第2絶縁層を成膜することで、前記第2シリコン絶縁層を形成する
請求項8又は9に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
In the second forming step, (i) a first insulating layer is formed on the first silicon insulating layer at the second temperature, and (ii) a second temperature equal to or higher than the second temperature is formed on the first insulating layer. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 8 or 9, wherein the second silicon insulating layer is formed by forming a second insulating layer at three temperatures.
前記薄膜トランジスタの製造方法は、さらに、前記第1シリコン絶縁層を形成する前に、前記酸化物半導体層を所定の膜厚だけエッチングするエッチング工程を含む
請求項7〜10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 the thin film transistor further includes an etching step of etching the oxide semiconductor layer by a predetermined thickness before forming the first silicon insulating layer. Manufacturing method of the thin film transistor.
前記酸化物半導体は、さらに、タングステンを含む
請求項7〜11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 claim 7, wherein the oxide semiconductor further includes tungsten.
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