JP2017108161A - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
近年、酸化物半導体層を用いた薄膜トランジスタ(TFT)(Thin Film Transistor)が知られている(下記特許文献1参照)。具体的には、特許文献1に開示の薄膜トランジスタは、ゲート電極層と、ゲート電極上に配置されたゲート絶縁層と、当該ゲート絶縁層上に配置された酸化物半導体層と、当該酸化物半導体層上にソース及びドレイン電極層を有する。そして、当該薄膜トランジスタの移動度を向上させるとともにオフ電流の増大を抑制するために、当該薄膜トランジスタは、当該ゲート絶縁層上に複数の導電性を有する酸化物クラスターを有する。 In recent years, a thin film transistor (TFT) using an oxide semiconductor layer is known (see Patent Document 1 below). Specifically, the thin film transistor disclosed in Patent Document 1 includes a gate electrode layer, a gate insulating layer disposed over the gate electrode, an oxide semiconductor layer disposed over the gate insulating layer, and the oxide semiconductor. A source and drain electrode layer is provided on the layer. In order to improve the mobility of the thin film transistor and suppress increase in off-state current, the thin film transistor includes a plurality of conductive oxide clusters over the gate insulating layer.
ここで、一般に、上記のような酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタにおいては、薄膜トランジスタ形成後に水蒸気アニールを行う。これにより、酸素原子等(例えば、OやOH)が酸化物半導体中に拡散し、薄膜トランジスタの移動度等の特性を向上することができる。 Here, in general, in a thin film transistor using an oxide semiconductor as described above, water vapor annealing is performed after the formation of the thin film transistor. Thus, oxygen atoms or the like (for example, O or OH) diffuse into the oxide semiconductor, and characteristics such as mobility of the thin film transistor can be improved.
しかしながら、上記のような薄膜トランジスタにおいては、酸素原子等を酸化物半導体中に十分かつ均一に拡散させることが困難である。また、酸素原子等をより酸化物半導体中により十分に拡散させるためには、上記水蒸気アニールを、高温で、かつ、長時間行う必要がある。 However, in the above thin film transistor, it is difficult to diffuse oxygen atoms and the like sufficiently and uniformly in the oxide semiconductor. Further, in order to sufficiently diffuse oxygen atoms or the like in the oxide semiconductor, it is necessary to perform the water vapor annealing at a high temperature for a long time.
上記課題に鑑みて、本発明は、半導体層に酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタを有する半導体装置において、当該酸化物半導体中に酸素原子等をより十分かつ均一に拡散し、薄膜トランジスタの特性をより向上させることができる半導体装置または当該半導体装置の製造方法を実現することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a semiconductor device having a thin film transistor using an oxide semiconductor in a semiconductor layer, in which oxygen atoms and the like are diffused more sufficiently and uniformly in the oxide semiconductor, and the characteristics of the thin film transistor are further improved. An object of the present invention is to realize a semiconductor device that can be manufactured or a method for manufacturing the semiconductor device.
(1)本発明の半導体装置は、ゲート電極と、前記ゲート電極の一方の表面を覆うように配置されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に重ねて配置された酸化物半導体と、前記酸化物半導体に重ねて配置されたソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極及びドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜層との間に、前記酸化物半導体に接するように配置された酸素原子含有膜と、を有する。 (1) A semiconductor device of the present invention includes a gate electrode, a gate insulating film disposed so as to cover one surface of the gate electrode, an oxide semiconductor disposed over the gate insulating film, and the oxidation A source electrode and a drain electrode arranged to overlap with a physical semiconductor; and an oxygen atom-containing film arranged so as to be in contact with the oxide semiconductor between the source electrode and the drain electrode and the gate insulating film layer; Have
(2)上記(1)に記載の半導体装置において、前記酸化物半導体は、第1の酸化物半導体層と、第2の酸化物半導体層を含み、前記酸素原子含有膜は、前記第1の酸化物半導体層と、前記第2の酸化物半導体層との間に配置されたことを特徴とする。 (2) In the semiconductor device according to (1), the oxide semiconductor includes a first oxide semiconductor layer and a second oxide semiconductor layer, and the oxygen atom-containing film includes the first oxide semiconductor layer. The oxide semiconductor layer is disposed between the oxide semiconductor layer and the second oxide semiconductor layer.
(3)上記(1)または(2)に記載の半導体装置において、前記酸素原子含有膜は、水分を含有した水分含有膜であることを特徴とする。 (3) In the semiconductor device according to (1) or (2), the oxygen atom-containing film is a moisture-containing film containing moisture.
(4)上記(3)に記載の半導体装置において、前記水分含有膜の水分濃度は、前記酸化物半導体に含まれる水分濃度よりも高いことを特徴とする。 (4) In the semiconductor device according to (3), a moisture concentration of the moisture-containing film is higher than a moisture concentration contained in the oxide semiconductor.
(5)上記(3)または(4)に記載の半導体装置において、前記水分含有膜の水分濃度は、1atm%乃至30atm%であることを特徴とする。 (5) In the semiconductor device according to (3) or (4), the moisture concentration of the moisture-containing film is 1 atm% to 30 atm%.
(6)上記(1)乃至(5)のいずれかに記載の半導体装置において、前記酸素原子含有膜は、前記酸化物半導体の厚さの2割から8割の間に設けられることを特徴とする。 (6) In the semiconductor device according to any one of (1) to (5), the oxygen atom-containing film is provided between 20% and 80% of the thickness of the oxide semiconductor. To do.
(7)上記(1)乃至(6)のいずれかに記載の半導体装置において、前記酸素原子含有膜は、不連続膜であることを特徴とする。 (7) In the semiconductor device according to any one of (1) to (6), the oxygen atom-containing film is a discontinuous film.
(8)上記(1)乃至(7)のいずれかに記載の半導体装置において、前記酸化物半導体の厚さは、5nm乃至200nmであることを特徴とする。 (8) In the semiconductor device according to any one of (1) to (7), the oxide semiconductor has a thickness of 5 nm to 200 nm.
(9)上記(1)乃至(8)のいずれかに記載の半導体装置において、前記第1の酸化物半導体層の材料は、前記第2の酸化物半導体層の材料と異なることを特徴とする。 (9) In the semiconductor device according to any one of (1) to (8), a material of the first oxide semiconductor layer is different from a material of the second oxide semiconductor layer. .
(10)本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に少なくとも第1の電極層を形成し、前記少なくとも第1の電極層が形成された基板に、酸化物半導体層と酸素原子含有膜を含むチャネル層を形成し、前記チャネル層が形成された基板に、少なくとも第2の電極層を形成し、前記酸素原子含有膜に含まれる酸素原子を前記酸化物半導体層に拡散する、ことを特徴とする。 (10) In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, at least a first electrode layer is formed on a substrate, and an oxide semiconductor layer and an oxygen atom-containing film are formed on the substrate on which the at least first electrode layer is formed. A channel layer is formed, and at least a second electrode layer is formed on the substrate on which the channel layer is formed, and oxygen atoms contained in the oxygen atom-containing film are diffused into the oxide semiconductor layer. And
(11)上記(10)に記載の半導体装置において、前記酸化物半導体層は、第1の酸化物半導体層と第2の酸化物半導体層を含み、前記第1の電極層が形成された基板に、少なくとも前記第1の酸化物半導体層を形成し、前記第1の酸化物半導体層上に、前記酸素原子含有膜を形成し、前記酸素原子含有膜上に、前記第2の酸化物半導体層を形成する、ことにより前記チャネル層を形成することを特徴とする。 (11) In the semiconductor device according to (10), the oxide semiconductor layer includes a first oxide semiconductor layer and a second oxide semiconductor layer, and the substrate on which the first electrode layer is formed. Forming at least the first oxide semiconductor layer, forming the oxygen atom-containing film on the first oxide semiconductor layer, and forming the second oxide semiconductor on the oxygen atom-containing film. The channel layer is formed by forming a layer.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面については、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, about drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same or equivalent element, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明の実施の形態に係る表示装置を示す概略図である。図1に示すように、例えば、表示装置100は、TFT等(図示せず)が形成されたTFT基板102と、当該TFT基板102に対向し、カラーフィルタ(図示せず)が設けられたフィルタ基板101を有する。また、表示装置100は、TFT基板102及びフィルタ基板101に挟まれた領域に封入された液晶材料(図示せず)と、TFT基板102のフィルタ基板101側と反対側に接して位置するバックライト103を有する。
FIG. 1 is a schematic view showing a display device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, for example, the
図2は、図1に示したTFT基板上に形成された画素回路の概念図である。図2に示すように、TFT基板102は、図2の横方向に略等間隔に配置した複数のゲート信号線105と、図2の縦方向に略等間隔に配置した複数の映像信号線107を有する。また、ゲート信号線105は、シフトレジスタ回路104に接続され、また、映像信号線107は、ドライバ106に接続される。
FIG. 2 is a conceptual diagram of a pixel circuit formed on the TFT substrate shown in FIG. As shown in FIG. 2, the
シフトレジスタ回路104は、複数のゲート信号線105それぞれに対応する複数の基本回路(図示せず)を有する。なお、各基本回路は、複数のTFT等や容量等を含んで構成され、ドライバ106からの制御信号115に応じて、1フレーム期間のうち、対応するゲート走査期間(信号ハイ期間)にはハイ電圧となり、それ以外の期間(信号ロー期間)にはロー電圧となるゲート信号を、対応するゲート信号線105に出力する。
The
ゲート信号線105及び映像信号線107によりマトリクス状に区画された各画素領域130は、それぞれ、TFT109、画素電極110、及び、コモン電極111を有する。ここで、TFT109のゲートは、ゲート信号線105に接続され、ソース又はドレインの一方は、映像信号線107に接続され、他方は、画素電極110に接続される。コモン電極111は、コモン信号線108に接続される。なお、画素電極110とコモン電極111は、互いに対向する。
Each
次に、上記のように構成された画素回路の動作について説明する。ドライバ106は、コモン信号線108を介して、コモン電極111に、基準電圧を印加する。また、ドライバ106により制御されるシフトレジスタ回路104は、ゲート信号線105を介して、TFT109のゲート電極に、ゲート信号を出力する。更に、ドライバ106は、ゲート信号が出力されたTFT109に、映像信号線107を介して、映像信号の電圧を供給し、当該映像信号の電圧は、更に、TFT109を介して、画素電極110に印加する。この際、画素電極110とコモン電極111との間に電位差が生じる。
Next, the operation of the pixel circuit configured as described above will be described. The
そして、ドライバ106が画素電極110とコモン電極111との間に生じる電位差を制御することにより、画素電極110とコモン電極111の間に挿入された液晶材料の液晶分子の配光等を制御する。ここで、液晶材料には、バックライト103からの光が案内されていることから、上記のように液晶分子の配光等を制御することにより、バックライト103からの光の量を調節でき、結果として、画像を表示することができる。
The
図3は、図2に示したTFTの構成について説明するための図である。具体的には、図3は、図2に示したTFT基板102のTFT109周辺の上面の一部を示す。なお、図3に示したTFTに示した構成は一例であって、これに限定されない。例えば、図3においては、いわゆるボトムゲート型TFTの構成の一例を示しているが、後述するようにいわゆるトップゲート型TFTの構成を有してもよい。
FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the TFT shown in FIG. Specifically, FIG. 3 shows a part of the upper surface around the
図3に示すように、図中上方からみて、TFT基板102には、ゲート信号線105から延伸してゲート電極402が設けられる。また、映像信号線107から延伸するとともに、当該ゲート電極402の一部と重なるように、ソース電極405及びドレイン電極406が設けられる。更に、ゲート信号線105及び映像信号線107に隣接するように設けられた画素電極110の一部、及び、ゲート電極402の一部と重なるようにドレイン電極406及びソース電極405が設けられる。なお、各TFT109は、当該ゲート電極402、ソース電極405、及び、ドレイン電極406を有することはいうまでもない。
As shown in FIG. 3, when viewed from above, the
図4は、本実施の形態におけるTFTの断面の構成について説明するための図である。図4に示すように、TFT109は、図中下方から順に、ガラス基板401、ゲート電極402、ゲート絶縁膜403、積層チャネル404、及び、ソース電極405及びドレイン電極406を有する。
FIG. 4 is a diagram for explaining a cross-sectional configuration of the TFT in this embodiment. As shown in FIG. 4, the
積層チャネル404は、酸化物半導体407、409と水分含有膜408を有する。ここで、酸化物半導体407、409は、例えば、図4に示すように下層酸化物半導体407と、上層酸化物半導体409を有し、当該下層酸化物半導体407と上層酸化物半導体409との間に当該酸化物半導体407、409に接するように水分含有膜408が配置される。なお、上記においては、水分含有膜408が下層酸化物半導体407と上層酸化物半導体409との間に配置される場合について説明したが、その他、単層の酸化物半導体に接するように配置してもよい。具体的には、例えば、当該水分含有膜408は、上記単層の酸化物半導体とゲート絶縁膜403との間、または、ソース電極405及びドレイン電極406と、上記単層の酸化物半導体との間に配置してもよい。
The
また、当該水分含有膜408は、酸化物半導体(下層酸化物半導体407と上層酸化物半導体409の和)の厚さの2割から8割の間に配置することが望ましい。また、少なくとも後述するアニール処理前の水分含有膜408は、水分を含む膜であってもよいし、O原子またはOH原子を含む、O原子含有膜やOH原子含有膜であってもよい。なお、当該水分含有膜408の材料としては、例えば、酸化シリコン(SiO)膜、窒化シリコン(SiN)膜、窒酸化シリコン(SiON)膜等を用いる。その他、当該水分含有膜408としては、例えば、絶縁膜、半金属膜、金属膜等を用いてもよい。
The moisture-containing
また、当該水分含有膜408の水分やO原子等の濃度は、酸化物半導体407、409の水分やO原子の濃度と比較して高い。具体的には、例えば、当該水分含有膜408の濃度は、1atm%乃至30atm%とすればよい。更に、また、後述するように、当該水分含有膜408の膜厚は、例えば2nm以下であることが望ましい。また、当該水分含有膜408は、図4に示したような連続した連続膜として設ける必要はなく、不連続に下層酸化物半導体407上部等に設けてもよい。
In addition, the concentration of moisture, O atoms, and the like in the moisture-containing
酸化物半導体(下層酸化物半導体407と上層酸化物半導体409の和)の厚さは、例えば、5nm乃至200nmとするのが望ましい。なお、酸化物半導体が上記のように単層で形成される場合は、当該酸化物半導体の厚さを、例えば5nm乃至200nmとすればよい。なお、上層酸化物半導体409と下層酸化物半導体407は、同一の材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。また、酸化物半導体407、409の材料としては、例えば、後述するようにIn−Ga−Zn−Oや、In、Ga、Zn、Snの少なくとも1種類の元素を含むアモルファスもしくは結晶性酸化物半導体を用いる。
The thickness of the oxide semiconductor (the sum of the
また、ゲート電極402としては、例えば、Mo、W、Al、Cu、Cu−Al合金、Al−Si合金、Mo−W合金等の低抵抗金属の単層、もしくはこれらの積層構造、ゲート絶縁膜403としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸窒化膜(SiON)等の絶縁膜の単層もしくはこれらの積層構造を用いる。また、ソース・ドレイン電極405、406(ソースまたはドレイン電極405、406に接続される配線部を含む)としては、例えば、Mo、W、Al、Cu、Cu−Al合金、Al−Si合金、Mo−W合金等の低抵抗金属の単層、もしくはこれらの積層構造)を用いる。
Further, as the
次に、図5A乃至G及び図6を用いて、本実施の形態におけるTFTの製造方法について説明する。ここで、図5A乃至Gは、当該製造方法のフローの各段階におけるTFTの断面構造を示す図である。図6は、本実施の形態における製造方法のフローについて説明するための図である。 Next, a manufacturing method of the TFT in this embodiment will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 5A thru | or G are figures which show the cross-section of TFT in each step of the flow of the said manufacturing method. FIG. 6 is a diagram for explaining the flow of the manufacturing method in the present embodiment.
図5Aに示すように、まず、ガラス基板401上に、ゲート電極402を形成するゲート電極層、例えば、Al、約300nmと、Mo、約50nmを、スパッタ装置を用いて、成膜する。また、周知のフォトリソグラフィー、及び、ウエットエッチングまたはドライエッチングにより、前記ゲート電極層を島状に加工してゲート電極402を形成する(S101)。なお、当該ゲート電極層は、上記の他、Mo、W、Al、Cu、Cu−Al合金、Al−Si合金、Mo−W合金等の低抵抗金属の単層としてもよいし、これらの積層構造としてもよい。
As shown in FIG. 5A, first, a gate electrode layer for forming a
次に、図5Bに示すように、ゲート絶縁膜403となる、例えば、シリコン酸化膜(SiO)を、プラズマ化学気相成長(PECVD)装置で、成膜温度350℃、成膜ガスに、SiH4とN2Oを使い、約200nm成膜する(S102)。なお、当該ゲート絶縁膜403は、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸窒化膜(SiON)等の絶縁膜の単層もしくはこれらの積層構造でもよい。
Next, as shown in FIG. 5B, for example, a silicon oxide film (SiO) to be the
次に、図5C及び図5Dに示すように、下層酸化物半導体407、水分含有膜408、上層酸化物半導体409を有する積層チャネル404を形成する。当該下層及び上層酸化物半導体407、409には、例えばIn−Ga−Zn−Oの酸化物を使用する。
Next, as illustrated in FIGS. 5C and 5D, a
具体的には、まず、例えば、図5Cに示すように、スパッタ装置で、ターゲット材にIn2Ga2ZnO7を使い、Arガスに酸素を添加して、当該In−Ga−Zn−Oの酸化物を25nm成膜することにより、下層酸化物半導体407を形成する(S103)。そして、PECVD装置で、温度400℃、成膜ガスにTEOSとO2を使い、水分含有膜408を、約1nm成膜する(S104)。次に、図5Dに示すように、DCスパッタ装置で、ターゲット材にIn2Ga2ZnO7を使い、Arガスに酸素を添加して、In−Ga−Zn−O(IGZO)の酸化物を25nm成膜することにより、上層酸化物半導体409を形成する(S105)。
Specifically, first, as shown in FIG. 5C, for example, with a sputtering apparatus, In 2 Ga 2 ZnO 7 is used as a target material, oxygen is added to Ar gas, and an oxide of In—Ga—Zn—O is formed to a thickness of 25 nm. By forming a film, the
なお、上記酸化物半導体407、409の材料は、上記In−Ga−Zn−O以外にも、In、Ga、Zn、Snの少なくとも1種類の元素を含むアモルファスもしくは結晶性酸化物半導体であってもよい。具体的には、例えば、In−Ga−Zn酸化物、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物、In−Sn酸化物、Zn−Ga酸化物、Zn酸化物等であってもよい。また、下層及び上層酸化物半導体407、409は、同一材料を用いてもよいし、下層酸化物半導体407としてIGZO、上層酸化物半導体409としてITOを用いる等、異なる材料を用いてもよい。
Note that the material of the
ここで、水分含有膜408のTEOS膜は本来絶縁膜であるが、その膜厚が約2nm以下であると、当該水分含有膜を流れる電流はトンネル電流として流れ、オン電流には影響を与えない。一方、約2nm以上であると絶縁膜として機能し、オン電流が激減する。このため、水分含有膜408のTEOS膜を約2nm以下になるように形成する。
Here, the TEOS film of the moisture-containing
なお、約2nm以下のTEOS膜を成膜すると、均一に成膜するのは困難である場合があり、よって、島状にTEOS膜が成膜され、それ以外の部分は成膜されない場合もある。この場合、成膜されてない部分にも成膜ガスの残留物であるSiOやSi、O2、OH等が残る。当該残留物のO2やOHは、後述するアニール処理によりIGZO膜に拡散し、IGZO膜を酸素終端し、オン電流向上に寄与できる。したがって、水分含有膜408は島状に成膜された状態でもよい。
When a TEOS film of about 2 nm or less is formed, it may be difficult to form a uniform film. Therefore, the TEOS film may be formed in an island shape, and the other portions may not be formed. . In this case, SiO, Si, O 2, OH, etc., which are residues of the film forming gas, remain in the portions where the film is not formed. O2 and OH of the residue are diffused into the IGZO film by an annealing process to be described later, and the IGZO film is terminated with oxygen, which can contribute to improvement of on-current. Therefore, the moisture-containing
次に、図5Eに示すように、周知のフォトリソグラフィーや、ウエットエッチングもしくはドライエッチングにより島状に加工して、積層チャネル404を形成する(S106)。
Next, as shown in FIG. 5E, the
次に、図5Fに示すように、ソース・ドレイン電極405、406(配線含む)を形成するTi50nm/Al400nm/Ti50nmの積層構造(ソース・ドレイン電極層)をスパッタ装置で成膜する(S107)。当該ソース・ドレイン電極層は、Mo、W、Al、Cu、Cu−Al合金、Al−Si合金、Mo−W合金等の低抵抗金属の単層、もしくは、これらの積層構造でもよい。
Next, as shown in FIG. 5F, a laminated structure (source / drain electrode layer) of Ti 50 nm / Al 400 nm / Ti 50 nm for forming the source /
次に、図5Gに示すように、前記ソース・ドレイン電極層を所定の形状に加工して、ソース電極405、ドレイン電極406、それらの配線部を形成する(S108)。なお、図5Gに示した形状は、例示であって、これに限定されない。
Next, as shown in FIG. 5G, the source / drain electrode layer is processed into a predetermined shape to form a
次に、パシベーション膜(図示なし)となる、例えば、シリコン酸化膜を、PECVD装置により、成膜温度、約250℃、成膜ガスにSiH4とN2Oを用いて、約400nm成膜する。なお、当該パシベーション膜は、窒化シリコン(SiN)膜、窒酸化シリコン(SiON)膜、その他金属酸化膜等の絶縁膜でもよい。また、成膜方法は、その他スパッタ、蒸着等を用いてもよい。 Next, for example, a silicon oxide film, which becomes a passivation film (not shown), is formed by a PECVD apparatus at a film forming temperature of about 250 ° C. and a film forming gas of SiH 4 and N 2 O with a thickness of about 400 nm. Note that the passivation film may be an insulating film such as a silicon nitride (SiN) film, a silicon nitride oxide (SiON) film, and other metal oxide films. Further, as the film forming method, other sputtering, vapor deposition, or the like may be used.
最後に、約300℃、窒素雰囲気で、約1時間アニール処理を行う(S110)。これにより、水分含有膜408の水分をIGZO膜に拡散させ、In−Ga−Zn−Oの酸化物を酸素で終端させることができる。結果として、TFT109のオン電流を向上させることができる。なお、上記においては、アニール処理を最後に行う場合について説明したが、上層酸化物半導体409の形成(S105)以降で行えば、異なる段階で行ってもよい。
Finally, annealing is performed for about 1 hour in a nitrogen atmosphere at about 300 ° C. (S110). Accordingly, moisture in the moisture-containing
本実施の形態によれば、水分含有膜408が酸素や水分等の貯蔵層として働くため、水分含有膜408の成膜中やTFT109形成後のアニール処理により、酸化物半導体407、409中に酸素及び水分等をより均一かつ十分に熱拡散させることができる。その結果、酸化物半導体407、409の移動度を増大させ、TFT109のオン電流を増大させることができる。さらに、ゲート電圧に対するドレイン電流の立ち上がりを急峻にし、スイッチ特性をより良好にする(S値の減少)こともできる。また、アニール処理に要する時間をより短縮することもできる。結果として、表示装置100における額縁領域の狭小化や、高精細化を図ることもできる。
According to this embodiment, since the moisture-containing
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, it can be replaced with a configuration that is substantially the same as the configuration described in the above embodiment, a configuration that exhibits the same operational effects, or a configuration that can achieve the same purpose.
[第2の実施形態]
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。上記第1の実施の形態がいわゆるボトムゲート型薄膜トランジスタ構造を有するに対し、本実施の形態においては、いわゆるトップゲート型薄膜トランジスタ構造を有する点が、主に、異なる。なお、下記において、第1の実施形態と同様である点については説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. While the first embodiment has a so-called bottom gate thin film transistor structure, the present embodiment is mainly different in that it has a so-called top gate thin film transistor structure. In the following, description of the same points as in the first embodiment will be omitted.
図7は、本実施の形態におけるTFT109の断面の構成について説明するための図である。図7に示すように、TFT109は、図中下方から順に、ガラス基板701、汚染バリア膜702、ソース・ドレイン電極703、704、積層チャネル705、ゲート絶縁膜706、ゲート電極707を有する。ここで、汚染バリア膜702としては、例えば、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸窒化膜(SiON)等の絶縁膜の単層もしくはこれらの積層構造を用いる。なお、積層チャネル705は、上記第1の実施形態と同様に、下層酸化物半導体708、水分含有膜709、上層酸化物半導体710を積層して構成される。
FIG. 7 is a diagram for explaining a cross-sectional configuration of the
次に、図8A乃至図8G及び図9を用いて、本実施の形態におけるTFT109の製造方法について説明する。図8A乃至図8Gは、当該製造方法のフローの各段階における断面構造を示す図である。図9は、本実施の形態における製造方法のフローについて説明するための図である。
Next, a manufacturing method of the
まず、図8Aに示すように、ガラス基板701上に、汚染バリア膜702(絶縁膜)であるシリコン窒化膜を、例えば、PECVD装置を用いて、成膜する(S201)。
First, as shown in FIG. 8A, a silicon nitride film that is a contamination barrier film 702 (insulating film) is formed on a
図8Bに示すように、ソース・ドレイン電極703、704やその配線部を形成する、例えば、Ti50nm/Al400nm/Ti50nmの積層構造(ソース・ドレイン電極層)を、スパッタ装置を用いて、成膜する(S202)。なお、当該ソース・ドレイン電極層は、その他、Mo、W、Al、Cu、Cu−Al合金、Al−Si合金、Mo−W合金等の低抵抗金属の単層、もしくは、これらの積層構造であってもよい。
As shown in FIG. 8B, source /
図8Cに示すように、当該ソース・ドレイン電極層を加工して、ソース・ドレイン電極703、704等を形成する(S203)。なお、図8Cに示した形状は、例示であって、ソース・ドレイン電極703、704等の形状はこれに限定されない。
As shown in FIG. 8C, the source / drain electrode layer is processed to form source /
次に、図8Dに示すように、下層酸化物半導体708、水分含有膜709、上層酸化物半導体710を有する積層チャネル705を形成する積層チャネル層を形成する。なお、当該酸化物半導体708、710には、例えば、In−Ga−Zn−Oの酸化物を用いればよい。
Next, as illustrated in FIG. 8D, a stacked channel layer that forms the stacked
具体的には、例えば、まず、スパッタ装置で、ターゲット材にIn2Ga2ZnO7を使い、Arガスに酸素を添加して、当該In−Ga−Zn−Oの酸化物を約25nm成膜する。これにより、下層酸化物半導体708を形成する下層酸化物半導体層を形成する(S204)。
Specifically, for example, first, using a sputtering apparatus, In 2 Ga 2 ZnO 7 is used as a target material, oxygen is added to Ar gas, and the oxide of In—Ga—Zn—O is formed to a thickness of about 25 nm. Thus, a lower oxide semiconductor layer for forming the
次に、水分含有膜709を、PECVD装置で、温度400℃、成膜ガスにTEOSとO2を使い、約1nm成膜する(S205)。
Next, a moisture-containing
次に、In−Ga−Zn−O(IGZO)の酸化物をDCスパッタ装置で、ターゲット材にIn2Ga2ZnO7を使い、Arガスに酸素を添加して、約25nm成膜する。これにより、上層酸化物半導体710を形成する上層酸化物半導体層を形成する(S206)。
Next, an oxide of In—Ga—Zn—O (IGZO) is formed with a DC sputtering apparatus using In 2 Ga 2 ZnO 7 as a target material and oxygen is added to Ar gas to form a film with a thickness of about 25 nm. Thus, an upper oxide semiconductor layer for forming the
なお、上記第1の実施の形態と同様、酸化物半導体708、710の材料は、上記In−Ga−Zn−O以外にも、In、Ga、Zn、Snの少なくとも1種類の元素を含むアモルファスもしくは結晶性酸化物半導体であってもよい。具体的には、たとえば、In−Ga−Zn酸化物、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物、In−Sn酸化物、Zn−Ga酸化物、Zn酸化物等でもよい。また、下層及び上層酸化物半導体708、710は、同一材料を用いてもよいし、下層酸化物半導体708としてIGZO、上層酸化物半導体710としてITOを用いる等、異なる材料を用いてもよい。
Note that as in the first embodiment, the
ここで、上記第1の実施形態と同様に、水分含有膜709のTEOS膜は本来絶縁膜であるが、その膜厚が約2nm以下であると、当該水分含有膜709を流れる電流はトンネル電流として流れ、オン電流には影響を与えない。一方、約2nm以上であると絶縁膜として機能し、オン電流が激減する。このため、水分含有膜709のTEOS膜を2nm以下になるように形成する。
Here, as in the first embodiment, the TEOS film of the moisture-containing
また、上記第1の実施形態と同様に、約2nm以下のTEOS膜を成膜すると、均一に成膜するのは困難である場合があり、よって、島状にTEOS膜が成膜され、それ以外の部分は成膜されない場合もある。この場合、成膜されてない部分にも成膜ガスの残留物であるSiOやSi、O2、OH等が残る。当該残留物のO2やOHは、後述するアニール処理によりIGZO膜に拡散し、IGZO膜を酸素終端し、オン電流向上に寄与できる。したがって、水分含有膜709は島状に成膜された状態でもよい。なお、水分含有膜709の材料は、酸化シリコン(SiO)膜、窒化シリコン(SiN)膜、窒酸化シリコン(SiON)膜、AlO、TiO等の絶縁膜でもよい。
Similarly to the first embodiment, when a TEOS film having a thickness of about 2 nm or less is formed, it may be difficult to form a uniform film. Therefore, a TEOS film is formed in an island shape. Other portions may not be formed. In this case, SiO, Si, O 2, OH, etc., which are residues of the film forming gas, remain in the portions where the film is not formed. O2 and OH of the residue are diffused into the IGZO film by an annealing process to be described later, and the IGZO film is terminated with oxygen, which can contribute to improvement of on-current. Therefore, the moisture-containing
次に、図8Eに示すように、フォトリソグラフィーやウエットエッチングもしくはドライエッチングにより上記積層チャネル層を島状に加工し、積層チャネル705を形成する(S207)。 Next, as shown in FIG. 8E, the laminated channel layer is processed into an island shape by photolithography, wet etching, or dry etching to form a laminated channel 705 (S207).
次に、図8Fに示すように、例えば、ゲート絶縁膜706となるシリコン酸化膜を、プラズマ化学気相成長(PECVD)装置で、成膜温度350℃、成膜ガスにSiH4とN2Oを使い、約200nm成膜する(S208)。なお、当該ゲート絶縁膜706は、シリコン酸化膜(SiO)、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸窒化膜(SiON)等の絶縁膜の単層もしくはこれらの積層構造でもよい。そして、ゲート電極707を形成するMo50nmとAl300nmとMo50nmの積層(ゲート電極層)をスパッタ装置で成膜する(S209)。なお、当該ゲート電極707を形成する材料は、例えば、Mo、W、Al、Cu、Cu−Al合金、Al−Si合金、Mo−W合金等の低抵抗金属の単層、または、これらの積層構造でもよい。
Next, as shown in FIG. 8F, for example, a silicon oxide film to be the
次に、図8Gに示すように、フォトリソグラフィーやウエットエッチングもしくはドライエッチングにより、上記ゲート電極層を島状に加工し、ゲート電極707を形成する(S210)。 Next, as shown in FIG. 8G, the gate electrode layer is processed into an island shape by photolithography, wet etching, or dry etching to form a gate electrode 707 (S210).
次に、パシベーション膜(図示なし)となる、例えば、シリコン酸化膜を、PECVD装置で、成膜温度250℃、成膜ガスにSiH4とN2Oを使い、約400nm成膜する(S211)。なお、当該パシベーション膜は、窒化シリコン(SiN)膜、窒酸化シリコン(SiON)膜、その他金属酸化膜等の絶縁膜でもよい。また、成膜方法としては、その他スパッタ、蒸着等を用いてもよい。 Next, for example, a silicon oxide film to be a passivation film (not shown) is formed with a PECVD apparatus at a film forming temperature of 250 ° C., using SiH 4 and N 2 O as film forming gas (S211) (S211). Note that the passivation film may be an insulating film such as a silicon nitride (SiN) film, a silicon nitride oxide (SiON) film, and other metal oxide films. Further, as a film forming method, other sputtering, vapor deposition, or the like may be used.
最後に、300℃、窒素雰囲気で、約1時間アニール処理を行う(S212)。これにより、上記第1の実施形態と同様に、水分含有膜709の水分等をIGZO膜に拡散させ、In−Ga−Zn−Oの酸化物を酸素で終端させることができる。結果として、TFT109のオン電流を向上させることができる。なお、上記においては、アニール処理を最後に行う場合について説明したが、上層酸化物半導体710の形成(S206)以降で行えば、異なる段階で行ってもよい。
Finally, annealing is performed for about 1 hour in a nitrogen atmosphere at 300 ° C. (S212). Accordingly, similarly to the first embodiment, moisture or the like of the moisture-containing
上記第1の実施の形態と同様に、本実施の形態によれば、水分含有膜709が酸素や水分等の貯蔵層として働くため、水分含有膜709の成膜中やTFT109形成後のアニール処理により、酸化物半導体708、710中に酸素及び水分等をより均一かつ十分に熱拡散させることができる。その結果、酸化物半導体708、710の移動度をより増大させ、TFT109のオン電流をより増大させることができる。さらに、ゲート電圧に対するドレイン電流の立ち上がりを急峻にし、スイッチ特性をより良好にする(S値の減少)こともできる。また、アニール処理に要する時間をより短縮することもできる。
Similar to the first embodiment, according to the present embodiment, since the moisture-containing
なお、本発明は、上記第1または第2の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記第1または第2の実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。 The present invention is not limited to the first or second embodiment, and various modifications can be made. For example, it can be replaced with a configuration that is substantially the same as the configuration described in the first or second embodiment, a configuration that exhibits the same operational effects, or a configuration that can achieve the same purpose.
例えば、上記においては、主として、液晶表示装置について説明したが、これに限られず、例えば、有機EL素子、無機EL素子、FED(Field-Emission Device)等、各種の発光素子を用いた表示装置に適用してもよい。また、上記においては、画素領域130におけるTFT109について説明したが、これに限られず、シフトレジスタ回路104やドライバ106等を構成するTFTに適用してもよい。
For example, in the above description, the liquid crystal display device has been mainly described. However, the present invention is not limited to this. You may apply. In the above description, the
また、以上説明した本実施形態に係る画像表示装置は、パソコン用ディスプレイ、TV放送受信用ディスプレイ、公告表示用ディスプレイ等の各種の情報表示用の表示装置として採用できる。また、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、カーオーディオ、ゲーム機器、携帯情報端末など、各種の電子機器の表示部として利用することも可能である。なお、特許請求の範囲における第1の電極層は、例えば、ゲート電極402を形成する電極層、または、ソース電極703及びドレイン電極704を形成する電極層を含み、また、第2の電極層は、ソース電極405及びドレイン電極406を形成する電極層、または、ゲート電極707を形成する電極層を含む。
In addition, the image display device according to the present embodiment described above can be employed as a display device for displaying various information such as a personal computer display, a TV broadcast reception display, and a notification display. Further, it can be used as a display unit of various electronic devices such as a digital still camera, a video camera, a car navigation system, a car audio, a game device, and a portable information terminal. Note that the first electrode layer in the claims includes, for example, an electrode layer that forms the
100 表示装置、101 フィルタ基板、102 TFT基板、103 バックライト、104 シフトレジスタ回路、105 ゲート信号線、106 ドライバ、109 TFT、110 画素電極、111 コモン電極、130 画素領域、401、701 ガラス基板、402、707 ゲート電極、403、706 ゲート絶縁膜、404、705 積層チャネル、405、703 ソース電極、406、704 ドレイン電極、407 下層酸化物半導体、408 水分含有膜、409 上層酸化物半導体、702 汚染バリア膜。
100 display device, 101 filter substrate, 102 TFT substrate, 103 backlight, 104 shift register circuit, 105 gate signal line, 106 driver, 109 TFT, 110 pixel electrode, 111 common electrode, 130 pixel region, 401, 701 glass substrate, 402, 707 Gate electrode, 403, 706 Gate insulating film, 404, 705 Stacked channel, 405, 703 Source electrode, 406, 704 Drain electrode, 407 Lower oxide semiconductor, 408 Water-containing film, 409 Upper oxide semiconductor, 702 Contamination Barrier film.
Claims (18)
前記第1の基板の上側に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極上に形成された酸化物半導体と、
前記酸化物半導体の上側に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上側に形成されたゲート電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極と、前記ゲート絶縁膜との間に、前記酸化物半導体に接するように配置された酸素原子含有膜と、を備えることを特徴とする表示装置。 A first substrate;
A source electrode and a drain electrode formed on the upper side of the first substrate;
An oxide semiconductor formed on the source electrode and the drain electrode;
A gate insulating film formed on the oxide semiconductor;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
A display device comprising: an oxygen atom-containing film disposed between the source and drain electrodes and the gate insulating film so as to be in contact with the oxide semiconductor.
前記少なくとも第1の電極層が形成された第1の基板に、酸化物半導体層と酸素原子含有膜を含むチャネル層を形成し、
前記チャネル層が形成された基板に、少なくとも第2の電極層を形成し、
前記酸素原子含有膜に含まれる酸素原子を、窒素雰囲気中でアニールすることにより、前記酸化物半導体層に拡散することを特徴とする表示装置の製造方法。 Forming at least a first electrode layer on an upper side of the first substrate;
Forming a channel layer including an oxide semiconductor layer and an oxygen atom-containing film on the first substrate on which the at least first electrode layer is formed;
Forming at least a second electrode layer on the substrate on which the channel layer is formed;
A method for manufacturing a display device, characterized in that oxygen atoms contained in the oxygen atom-containing film are diffused into the oxide semiconductor layer by annealing in a nitrogen atmosphere.
The method of manufacturing a display device according to claim 11, wherein the annealing is performed after the second electrode layer is formed.
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