JP2019165053A - 電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置、システム、及び製造方法 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
図1(a)は、第1の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの一例の断面図である。図1(a)を参照すると、本実施の形態の電界効果型トランジスタは、基板21と、ゲート電極となる導電層25と、ゲート絶縁膜26と、ソース電極となる導電層23と、ドレイン電極となる導電層24と、半導体層22とを有するボトムゲート/トップコンタクト型の電界効果型トランジスタである。また、必要に応じて、ゲート絶縁膜26上に、導電層23(ソース電極)と、導電層24(ドレイン電極)と、半導体層22の一部または全部を被覆するパッシベーション層(不図示)が形成されている。
基板21の形状、構造、及び大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。基板21の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ガラス基材、セラミック基材、プラスチック基材、フィルム基材等を用いることができる。例えば、ガラス基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、無アルカリガラス、シリカガラスなどが挙げられる。また、プラスチック基材やフィルム基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等が挙げられる。なお、基板21としては、表面の清浄化及び密着性向上の点で、酸素プラズマ、UVオゾン、UV照射洗浄などの前処理が行われることが好ましい。
ゲート電極となる導電層25は、基板21上の所定領域に形成されている。導電層25(ゲート電極)は、ゲート電圧を印加するための電極である。導電層25(ゲート電極)は、ゲート絶縁膜26と接し、ゲート絶縁膜26を介して半導体層22と対向する。導電層25(ゲート電極)と同一層に、ゲート電極に接続された配線(ゲート配線)となる導電層25が形成されている。
ゲート絶縁膜26としては、基板21とパッシベーション層(不図示)との間に形成された絶縁膜であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。図1(a)では、ゲート絶縁膜26は、導電層25(ゲート電極)と半導体層22との間に設けられ、導電層25(ゲート電極)と半導体層22とを絶縁している。
導電層23(ソース電極)及び導電層24(ドレイン電極)、並びに導電層23(ソース配線)及び導電層24(ドレイン配線)は、ゲート絶縁膜26上に形成されている。導電層23(ソース電極)及び導電層24(ドレイン電極)は、ゲート絶縁膜26と接するように、所定の間隔を隔てて形成されている。導電層23(ソース電極)及び導電層24(ドレイン電極)は、導電層25(ゲート電極)へのゲート電圧の印加に応じて電流を取り出すための電極である。
半導体層22は、少なくとも導電層23(ソース電極)及び導電層24(ドレイン電極)の間に形成され、ゲート絶縁膜26、導電層23(ソース電極)、及び導電層24(ドレイン電極)と接している。ここで、「間」とは、半導体層22が導電層23(ソース電極)及び導電層24(ドレイン電極)と共に、電界効果型トランジスタを機能させる位置であり、そのような位置であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
図4は第1の実施の形態の変形例に係る電界効果型トランジスタと配線の断面図である。図4(a)を参照すると、本変形例の電界効果型トランジスタは、基板21と、ゲート電極となる導電層25と、ゲート絶縁膜26と、ソース電極となる導電層23と、ドレイン電極となる導電層24と、活性層である半導体層22とを有するボトムゲート/ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタである。また、必要に応じて、ゲート絶縁膜26上に、導電層23(ソース電極)と、導電層24(ドレイン電極)と、半導体層22の一部または全部を被覆するパッシベーション層(不図示)が形成されている。
図7は第1の実施の形態の他の変形例(第2の変形例)に係る電界効果型トランジスタと配線の断面図である。図7(a)を参照すると、本変形例の電界効果型トランジスタは、基板21と、ソース電極となる導電層23と、ドレイン電極となる導電層24と、活性層である半導体層22と、ゲート絶縁膜26と、ゲート電極となる導電層25と、を有するトップゲート/ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタである。また、必要に応じて、ゲート絶縁膜26上に、導電層25(ゲート電極)の一部または全部を被覆するパッシベーション層(不図示)が形成されている。
図12は第1の実施の形態のさらに他の変形例(第3の変形例)に係る電界効果型トランジスタと配線の断面図である。図12(a)を参照すると、本変形例の電界効果型トランジスタは、基板21と、活性層である半導体層22と、ソース電極となる導電層23と、ドレイン電極となる導電層24と、ゲート絶縁膜26と、ゲート電極となる導電層25と、を有するトップゲート/トップコンタクト型の電界効果型トランジスタである。また、必要に応じて、ゲート絶縁膜26上に、導電層25(ゲート電極)の一部または全部を被覆するパッシベーション層(不図示)が形成されている。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
以下のように、図1に示されるボトムゲート/トップコンタクト型の電界効果型トランジスタを作製した。まず、基板21としてガラス基材を用い、酸素プラズマ処理等の前処理を施した後、スパッタリング法を用いてAl合金膜を形成した。フォトリソグラフィ、エッチングによりゲート電極となる導電層25を所望の形状にパターニングした。
得られた電界効果型トランジスタについて、半導体パラメータ・アナライザ装置(アジレントテクノロジー社製、半導体パラメータ・アナライザB1500A)を用いて、トランジスタ性能評価を実施した。ソース・ドレイン電極間の電圧Vdsを10Vとし、ゲート電圧をVg=−15Vから+15Vに変化させて、電流−電圧特性(伝達特性)を評価した。また、ソース電極とゲート電極間で、容量を評価した。また、ソース・ドレイン電極間で電流電圧特性を評価し、IV曲線の線形性を評価した。線形である場合を○、非線形である場合を×とした。結果を表1に示す。また、電界効果型トランジスタのオンオフ比、ソース・ドレイン電極とゲート電極間のリーク電流(ゲートリーク電流)、ソース・ドレイン電極とゲート電極間の寄生容量(ゲートソース間容量)を示す。
実施例1において、(絶縁膜前駆体層形成工程2、転化工程2)を実施しないこと、を除いて、実施例1と同様にして電界効果型トランジスタを作成した。また、実施例1と同様にして、トランジスタ性能を評価した。結果を表2に示す。
実施例1において、(パターニング工程)を実施しないこと、を除いて、実施例1と同様にして電界効果型トランジスタを作成した。また、実施例1と同様にして、トランジスタ性能を評価した。結果を表2に示す。
実施例1において、半導体層22の膜厚を7nmとしたことと、(パターニング工程)を実施しないことを除いて、実施例1と同様にして電界効果型トランジスタを作成した。また、実施例1と同様にして、トランジスタ性能を評価した。結果を表2に示す。
実施例1において、半導体層22の形成工程と、導電層23(ソース電極)及び導電層24(ドレイン電極)の形成工程の順序を入れ替えたことを除いて、実施例1と同様にして、電界効果型トランジスタを製造した。これにより、図4に示されるボトムゲート/ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタを作製した。実施例1と同様にして、トランジスタ性能を評価した。結果を表1に示す。
以下のように、図7に示されるトップゲート/ボトムコンタクト型の電界効果型トランジスタを作製した。まず、基板21としてガラス基材を用い、酸素プラズマ処理等の前処理を施した後、スパッタリング法を用いてITO膜を形成した。フォトリソグラフィ、エッチングによりパターン加工して、導電層23(ソース電極)及び導電層24(ドレイン電極)を形成した。
以下のように、図12に示されるトップゲート/トップコンタクト型の電界効果型トランジスタを作製した。まず、基板21としてガラス基材を用い、酸素プラズマ処理等の前処理を施した後、特許文献3の実施例に記載の方法で、スパッタリング法により基板21に全面にMg−In系酸化物半導体からなる半導体層22を形成した。ターゲットには、In2MgO4の組成を有する多結晶焼成体を用いた。スパッタチャンバー内の到達真空度は2×10−5Paとした。スパッタ時に流すアルゴンガスと酸素ガスの流量を調整し、全圧を0.3Paとした。得られた酸化物半導体層の膜厚は20nmであった。次いでフォトリソグラフィとエッチングを行って、半導体層22を所望の形状にパターン形成した。
(表示素子)
本発明の表示素子は、少なくとも、光制御素子と、前記光制御素子を駆動する駆動回路とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
前記光制御素子としては、駆動信号に応じて光出力を制御する素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エレクトロルミネッセンス(EL)素子、エレクトロクロミック(EC)素子、液晶素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子などが挙げられる。
前記駆動回路としては、本発明の前記電界効果型トランジスタを有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
本発明の画像表示装置は、少なくとも、複数の表示素子と、複数の配線と、表示制御装置とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
前記複数の表示素子としては、マトリックス状に配置された複数の本発明の前記表示素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記複数の配線は、前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧と画像データ信号とを個別に印加可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記表示制御装置としては、画像データに応じて、各電界効果型トランジスタのゲート電圧と信号電圧とを前記複数の配線を介して個別に制御可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
本発明のシステムは、少なくとも、本発明の前記画像表示装置と、画像データ作成装置とを有する。前記画像データ作成装置は、表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する。
22 半導体層
23 導電層
24 導電層
25 導電層
26 ゲート絶縁膜
26a、26a2 凹部
26b、26c、26d、26e、26f、26g、26h、26i、26j、26k、26l、26m 絶縁膜
27a、27b、27c、27d、27e、27f、27g、27h フォトレジスト
Claims (9)
- ゲート電極と、
ソース電極及びドレイン電極と、
酸化物半導体からなる活性層と、
前記ゲート電極と前記活性層との間に設けられたゲート絶縁膜と、を備え、
前記ゲート電極と前記ソース電極及び前記ドレイン電極は第1重畳部を有し、
前記活性層のチャネル領域と前記ゲート電極は第2重畳部を有し、
前記第1重畳部の前記ゲート絶縁膜の膜厚T1と、前記第2重畳部の前記ゲート絶縁膜の膜厚T2について、T1>T2であることを特徴とする、
電界効果型トランジスタ。 - 前記ゲート電極と同一層の第1配線と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と同一層の第2配線と、をさらに備え、
前記第1配線と前記第2配線は第3重畳部を有し、
前記第1重畳部の前記ゲート絶縁膜の膜厚T1と、前記第3重畳部の前記ゲート絶縁膜の膜厚T3について、T3>T1であることを特徴とする、
請求項1に記載の電界効果型トランジスタ。 - 前記ゲート絶縁膜が、アルカリ土類金属である第A元素と、Ga、Sc、Y、及びランタノイドの少なくとも何れかである第B元素とを含む酸化物膜であることを特徴とする、
請求項1または請求項2に記載の電界効果型トランジスタ。 - 駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタを含み、前記光制御素子を駆動する駆動回路と、を備えることを特徴とする
表示素子。 - 前記光制御素子が、エレクトロルミネッセンス素子、エレクトロクロミック素子、液晶素子及び電気泳動素子のいずれかを含む
請求項4に記載の表示素子。 - 画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、
マトリックス状に配置された複数の請求項4または5に記載の表示素子と、
前記複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧を個別に印加するための複数の配線と、
前記画像データに応じて、前記各電界効果型トランジスタのゲート電圧を前記複数の配線を介して個別に制御する表示制御装置と、を備えることを特徴とする
画像表示装置。 - 請求項6に記載の画像表示装置と、
表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、該画像データを前記画像表示装置に出力する画像データ作成装置と、を備えることを特徴とする
システム。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
(I)前記ゲート絶縁膜となる絶縁膜前駆体層を形成する工程と、
(II)前記絶縁膜前駆体層または前記絶縁膜前駆体層を転化してなる第1絶縁膜をパターニングする工程と、
(III)前記ゲート電極と、前記絶縁膜前駆体層または前記第1絶縁膜の上に、第2の絶縁膜前駆体層を形成する工程と、を順に含むことを特徴とする
電界効果型トランジスタの製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
(I)前記ゲート絶縁膜となる絶縁膜前駆体層を形成し、第2絶縁膜に転化する工程と、
(II)前記第2絶縁膜を部分的にエッチングして除去する工程と、を順に含むことを特徴とする
電界効果型トランジスタの製造方法。
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