JP2019179861A - Field-effect transistor, display device, image display unit, and system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電界効果型トランジスタ、表示素子、画像表示装置、及びシステムに関する。 The present invention relates to a field effect transistor, a display element, an image display device, and a system.
電界効果型トランジスタ(Field Effect Transistor;FET)は、ゲート電流が低いことに加え、構造が平面的であるため、バイポーラトランジスタと比較して作製及び集積化が容易である。そのため、FETは、現在の電子機器で使用される集積回路では必要不可欠な素子となっている。 A field effect transistor (FET) has a low gate current and has a planar structure, and thus can be easily manufactured and integrated as compared with a bipolar transistor. Therefore, the FET is an indispensable element in the integrated circuit used in the current electronic equipment.
電界効果型トランジスタのゲート絶縁層には、従来はシリコン系の絶縁膜が広く用いられていた。しかし、近年、電界効果型トランジスタの更なる高集積化、低消費電力化の要求が高まり、ゲート絶縁層にシリコン系の絶縁膜より格段に高い比誘電率を有する所謂high−k絶縁膜を用いる技術が検討されており、例えば、アルカリ土類金属とGa、Sc、Y、及びランタノイドの中から選ばれた元素とを含有する複合金属酸化物をゲート絶縁層とした電界効果型トランジスタや半導体メモリが提案されている。 Conventionally, a silicon-based insulating film has been widely used for a gate insulating layer of a field effect transistor. However, in recent years, demands for further higher integration and lower power consumption of field-effect transistors have increased, and so-called high-k insulating films having a dielectric constant much higher than that of silicon-based insulating films are used for gate insulating layers. For example, field effect transistors and semiconductor memories using, as a gate insulating layer, a composite metal oxide containing an alkaline earth metal and an element selected from Ga, Sc, Y, and a lanthanoid Has been proposed.
一方、近年、基板サイズの大型化に伴う製造装置の大型化による製造コストの増大といった問題等から、半導体デバイスを塗布プロセスで製造するための技術開発が盛んに行われており、前記アルカリ土類金属とGa、Sc、Y、及びランタノイドの中から選ばれた元素とを含有する複合金属酸化物絶縁膜に関しても、インク、絶縁膜の製造方法、半導体装置の製造方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, in recent years, due to problems such as an increase in manufacturing cost due to an increase in manufacturing equipment accompanying an increase in substrate size, technological development for manufacturing semiconductor devices by a coating process has been actively conducted. As for a composite metal oxide insulating film containing a metal and an element selected from Ga, Sc, Y, and a lanthanoid, an ink, a method for manufacturing the insulating film, and a method for manufacturing a semiconductor device have been proposed (for example, , See Patent Document 1).
しかしながら、前記複合金属酸化物絶縁膜の膜厚分布は、被塗布基材の材質や形状に影響されやすく、例えば電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜に前記複合金属酸化物絶縁膜を用いた場合、下層の電極(ゲート電極、またはソース・ドレイン電極)パターンの影響で膜厚が不均一となりやすく、結果、リーク電流が増加する可能性がある。 However, the film thickness distribution of the composite metal oxide insulating film is easily affected by the material and shape of the substrate to be coated. For example, when the composite metal oxide insulating film is used as a gate insulating film of a field effect transistor, The film thickness is likely to be non-uniform due to the influence of the underlying electrode (gate electrode or source / drain electrode) pattern, and as a result, the leakage current may increase.
本発明は、high−kのゲート絶縁膜を用いつつ、リーク電流を低く抑えることができる電界効果型トランジスタを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a field-effect transistor that can suppress a leakage current while using a high-k gate insulating film.
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
本発明の電界効果型トランジスタは、
ゲート絶縁膜を有する電界効果型トランジスタであって、
前記ゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のいずれかである第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜と接し、アルカリ土類金属元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかの元素とを含む酸化物を有する第2のゲート絶縁膜と、を有する、ことを特徴とする。
Means for solving the problems are as follows. That is,
The field effect transistor of the present invention is
A field effect transistor having a gate insulating film,
The gate insulating film is in contact with the first gate insulating film, which is one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film, the alkaline earth metal element, and Ga And a second gate insulating film having an oxide containing at least one element of a lanthanoid excluding Sc, Y, and Ce.
本発明によると、high−kのゲート絶縁膜を用いつつ、リーク電流を低く抑えることができる電界効果型トランジスタを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a field-effect transistor that can suppress a leakage current while using a high-k gate insulating film.
(電界効果型トランジスタ)
本発明の電界効果型トランジスタは、ゲート絶縁膜を少なくとも有し、更に必要に応じて、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、半導体層などのその他の部材を有する。
(Field effect transistor)
The field effect transistor of the present invention includes at least a gate insulating film, and further includes other members such as a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, and a semiconductor layer as necessary.
本発明の電界効果型トランジスタは、以下で詳しく説明するように、前記ゲート絶縁膜が、第1のゲート絶縁膜と、第2のゲート絶縁膜と、を有する。
前記第1のゲート絶縁は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のいずれかである。
前記第2のゲート絶縁膜は、アルカリ土類金属元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかの元素とを含む酸化物(以下、「複合酸化物」と称することがある)を有する。
前記第2のゲート絶縁膜は、前記第1のゲート絶縁膜と接する。
In the field effect transistor of the present invention, as described in detail below, the gate insulating film includes a first gate insulating film and a second gate insulating film.
The first gate insulation is any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.
The second gate insulating film is an oxide containing an alkaline earth metal element and at least one of lanthanoid elements excluding Ga, Sc, Y, and Ce (hereinafter referred to as “composite oxide”). Have).
The second gate insulating film is in contact with the first gate insulating film.
本発明の電界効果型トランジスタはボトムゲート構造の電界効果型トランジスタに好適に用いられ、特に第2のゲート絶縁膜と半導体層を連続して成膜した後、半導体層、第2のゲート絶縁膜の順でエッチングするプロセスで作製したボトムゲートボトムコンタクト構造の電界効果型トランジスタに好適に用いられる。 The field effect transistor of the present invention is suitably used for a bottom gate structure field effect transistor. In particular, after the second gate insulating film and the semiconductor layer are continuously formed, the semiconductor layer and the second gate insulating film are formed. It is suitably used for a field effect transistor having a bottom gate bottom contact structure manufactured by a process of etching in this order.
<ゲート絶縁膜>
前記ゲート絶縁膜は、第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜と接する第2のゲート絶縁膜とを少なくとも有する。
前記ゲート絶縁膜は、第1のゲート絶縁膜と第2のゲート絶縁膜との2層構造に限定されず、更に、第3のゲート絶縁膜を有する3層構造であってもよい。
<Gate insulation film>
The gate insulating film includes at least a first gate insulating film and a second gate insulating film in contact with the first gate insulating film.
The gate insulating film is not limited to a two-layer structure of a first gate insulating film and a second gate insulating film, and may further have a three-layer structure having a third gate insulating film.
前記ゲート絶縁膜における、前記第1のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜の配置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記第1のゲート絶縁膜が前記第2のゲート絶縁膜よりも前記半導体層側に配置されていてもよいし、前記第2のゲート絶縁膜が前記第1のゲート絶縁膜よりも前記半導体層側に配置されていてもよい。例えば、前記第1のゲート絶縁膜が前記第2のゲート絶縁膜よりも前記半導体層側に配置され、前記第1のゲート絶縁膜が、前記半導体層と接していてもよい。他方、前記第2のゲート絶縁膜が前記第1のゲート絶縁膜よりも前記半導体層側に配置され、前記第2のゲート絶縁膜が、前記半導体層と接していてもよい。また、前記第1のゲート絶縁膜の上面及び側面を覆うように前記第2のゲート絶縁膜が配置されていてもよいし、前記第2のゲート絶縁膜の上面及び側面を覆うように前記第1のゲート絶縁膜が配置されていてもよい。 The arrangement of the first gate insulating film and the second gate insulating film in the gate insulating film is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. The first gate insulating film May be disposed closer to the semiconductor layer than the second gate insulating film, or the second gate insulating film may be disposed closer to the semiconductor layer than the first gate insulating film. Good. For example, the first gate insulating film may be disposed closer to the semiconductor layer than the second gate insulating film, and the first gate insulating film may be in contact with the semiconductor layer. On the other hand, the second gate insulating film may be disposed closer to the semiconductor layer than the first gate insulating film, and the second gate insulating film may be in contact with the semiconductor layer. The second gate insulating film may be disposed so as to cover the upper surface and the side surface of the first gate insulating film, and the second gate insulating film may be disposed so as to cover the upper surface and the side surface of the second gate insulating film. One gate insulating film may be disposed.
スパッタリング法、CVD法のような真空成膜法により成膜したシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜は、緻密で体積抵抗値、絶縁耐圧が高い特性が得られるメリットがあるが、等方的に堆積するため、下地の凹凸に沿って、ほぼ同じ膜厚で均一に堆積し、下地段差と変わらない絶縁膜表面段差が生じる。しかしながら、アルカリ土類金属元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかの元素とを含む酸化物からなる第2のゲート絶縁膜を形成するための塗布液は、塗布直後には液体であることにより、表面張力と粘度のバランスにより、下地の凹凸を平坦化する効果が得られる。したがって、第1のゲート絶縁膜と第2のゲート絶縁膜を比較的薄く形成した場合でも、ゲート絶縁膜の上に形成したソース電極、ドレイン電極とゲート絶縁膜の下に形成してあるゲート電極間に電圧を印可した場合に電界集中が発生する確率が低くなるために、欠陥率が低下した。 A silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film formed by a vacuum film formation method such as a sputtering method and a CVD method have a merit that a dense, volume resistance value and high withstand voltage can be obtained. Since it is isotropically deposited, it is uniformly deposited with substantially the same film thickness along the unevenness of the base, resulting in an insulating film surface step that is not different from the base step. However, the coating solution for forming the second gate insulating film made of an oxide containing an alkaline earth metal element and at least one of lanthanoid elements excluding Ga, Sc, Y, and Ce is used immediately after coating. In the case of being a liquid, the effect of flattening the unevenness of the base is obtained by the balance between the surface tension and the viscosity. Therefore, even when the first gate insulating film and the second gate insulating film are formed relatively thin, the source electrode formed on the gate insulating film, the drain electrode, and the gate electrode formed below the gate insulating film When a voltage is applied between them, the probability of occurrence of electric field concentration is lowered, so that the defect rate is lowered.
−第1のゲート絶縁膜−
前記第1のゲート絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化、及びシリコン酸窒化膜が好適に用いられる。
-First gate insulating film-
As the first gate insulating film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film are preferably used.
前記シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜は、スパッタリング法、PLD法(Pulsed Laser Deposition パルスレーザー堆積法)ALD(Atomic Layer Deposition 原子層堆積法)、CVD(Chemical Vapor Deposition 化学気相成長法)等で作製することができる。中でもCVDで作製されたシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜は生産性が高く、欠陥が少なく優れた絶縁性を持つ安定な材料であることが知られており、TFT(Thin Film Transistor 薄膜トランジスタ)のゲート絶縁膜として広く用いられている。 The silicon oxide film, silicon nitride film, and silicon oxynitride film are formed by sputtering, PLD (pulsed laser deposition pulsed laser deposition) ALD (Atomic Layer Deposition atomic layer deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition) chemical vapor deposition. ) And the like. Among them, a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film manufactured by CVD are known to be stable materials having high productivity, few defects, and excellent insulating properties, and TFT (Thin Film Transistor). Widely used as a gate insulating film of a thin film transistor.
ストイキオメトリーなシリコン酸化膜はSiO2と表記され、同様にストイキオメトリーシリコン窒化膜はSi3N4と表記されるが、シリコン酸窒化膜SiONはSiO2とSi3N4の任意の混合組成を作製することが可能であり、中間的物性を有する、例えばSiO2の比誘電率は3.9であり、Si3N4の比誘電率は7.5であり、SiOxNyはx及びyの値により3.9から7.5の間の比誘電率をとる膜を作製することが可能である。
前記比誘電率は、例えば、下部電極、誘電層(前記第1のゲート絶縁膜)、及び上部電極を積層したキャパシタを作製して、LCRメータ等を用いて測定することができる。
A stoichiometric silicon oxide film is expressed as SiO 2, and a stoichiometric silicon nitride film is expressed as Si 3 N 4 , but a silicon oxynitride film SiON is an arbitrary mixture of SiO 2 and Si 3 N 4. It is possible to produce a composition and have intermediate physical properties, for example, the relative dielectric constant of SiO 2 is 3.9, the relative dielectric constant of Si 3 N 4 is 7.5, and SiO x N y is A film having a relative dielectric constant between 3.9 and 7.5 can be produced depending on the values of x and y.
The relative dielectric constant can be measured using, for example, an LCR meter or the like by fabricating a capacitor in which a lower electrode, a dielectric layer (the first gate insulating film), and an upper electrode are stacked.
スパッタリング法を用いて前記シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜を形成する場合はSi、SiO2、Si3N4、所望の組成のSiOxNyのターゲットを用いて、Arなどの不活性ガスと必要に応じて酸素ガス、窒素ガス等を混合した真空中でプラズマを発生させることで、前記シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜を形成することができる。PLD法を用いる場合はスパッタリング法と同様なターゲットを用いて、真空中でターゲットにパルス状のレーザーを照射することにより前記シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜を形成することができる。
しかしながらスパッタリング法、PLD法で1辺1メートル以上の大面積基板に成膜するためには、巨大なターゲット用いる必要があるため、生産性を上げることが困難である。
したがって一般的にシリコン酸化膜、シリコン窒化及びシリコン酸窒化膜を成膜するためには真空中にプラズマを発生させ、原料を分解して基板上に堆積させるプラズマCVD法を用いる場合が多い。
When the silicon oxide film, silicon nitride film, silicon oxynitride film is formed by sputtering, Si, SiO 2 , Si 3 N 4 , SiO x N y target having a desired composition, Ar, etc. The silicon oxide film, silicon nitride film, and silicon oxynitride film can be formed by generating plasma in a vacuum in which an inert gas is mixed with oxygen gas, nitrogen gas, or the like as necessary. When the PLD method is used, the silicon oxide film, the silicon nitride film, and the silicon oxynitride film can be formed by irradiating the target with a pulsed laser in a vacuum using a target similar to the sputtering method.
However, in order to form a film on a large-area substrate having a side of 1 meter or more by the sputtering method or the PLD method, it is necessary to use a huge target, so that it is difficult to increase productivity.
Therefore, in general, in order to form a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film, a plasma CVD method is often used in which plasma is generated in a vacuum and raw materials are decomposed and deposited on a substrate.
プラズマCVDによりシリコン酸化膜を堆積させるためには、基板温度300℃から400℃でSiH3(シラン)とO2、N2O、Ar等の混合ガスを用いて成膜することができる。また液体有機シラン材料であるテトラエトキシシラン(TEOS)を原料に用いる場合には、気化したTEOSとO2ガスの混合ガスを用いる場合には、基板温度200℃から300℃と比較的低温で高速にシリコン酸化膜を堆積することができる。 In order to deposit a silicon oxide film by plasma CVD, it can be formed using a mixed gas such as SiH 3 (silane), O 2 , N 2 O, and Ar at a substrate temperature of 300 ° C. to 400 ° C. Also, when tetraethoxysilane (TEOS), which is a liquid organic silane material, is used as a raw material, when a mixed gas of vaporized TEOS and O 2 gas is used, the substrate temperature is 200 ° C. to 300 ° C. at a relatively low temperature and high speed. A silicon oxide film can be deposited.
シリコン窒化膜はSiH4(シラン)、NH3(アンモニア)、N2(窒素)、N2Oを原料として、基板温度300℃から400℃でプラズマCVDで成膜することができる。
シリコン窒化膜はアモルファスであり、すべてのSiの不対電子に完全に窒素を結合させることが困難であるため、微量の水素を添加したa−SiNx:H水素化アモルファスシリコン窒化物が一般に用いられている。同様に微量の水素を添加したSiOxNy:H水素化シリコン酸窒化物も用いられている。一部水素化することにより電気絶縁性が向上することが知られている。
The silicon nitride film can be formed by plasma CVD using SiH 4 (silane), NH 3 (ammonia), N 2 (nitrogen), and N 2 O as raw materials at a substrate temperature of 300 ° C. to 400 ° C.
Silicon nitride film is amorphous, since is possible to combine completely nitrogen unpaired electrons of all Si is difficult, a-SiN was added trace hydrogen x: H hydrogenated amorphous silicon nitride is generally used It has been. Similarly, SiO x N y : H hydrogenated silicon oxynitride to which a small amount of hydrogen is added is also used. It is known that electrical insulation is improved by partial hydrogenation.
第1のゲート絶縁膜が半導体層と接する場合、前記スパッタリング法、PLD法、ALD法、CVD法などの真空成膜法で第1のゲート絶縁膜を設け、引き続き、真空中でスパッタリング法などで半導体層を形成することにより、第1のゲート絶縁膜と半導体層との界面が大気に晒されることなく形成できるため清浄な界面での接合ができ、第1のゲート絶縁膜と半導体層との界面(すなわち電流が流れるチャネル部分)のフォトリソグラフィによる汚染、異物の付着等の欠陥を回避することができる。 When the first gate insulating film is in contact with the semiconductor layer, the first gate insulating film is provided by a vacuum film forming method such as the sputtering method, the PLD method, the ALD method, or the CVD method. By forming the semiconductor layer, the interface between the first gate insulating film and the semiconductor layer can be formed without being exposed to the atmosphere, so that a bond can be made at a clean interface, and the first gate insulating film and the semiconductor layer can be joined. It is possible to avoid defects such as contamination of the interface (that is, the channel portion where current flows) by photolithography and adhesion of foreign matter.
前記第1のゲート絶縁膜の平均厚みとしては、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、20nm〜2μmが好ましく、50nm〜500nmがより好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as average thickness of the said 1st gate insulating film, Although it can select suitably according to the objective, 20 nm-2 micrometers are preferable, and 50 nm-500 nm are more preferable.
−第2のゲート絶縁膜−
前記第2のゲート絶縁膜は、複合酸化物を含有する。
前記第2のゲート絶縁膜は、前記複合酸化物それ自体で形成されることが好ましい。
-Second gate insulating film-
The second gate insulating film contains a complex oxide.
The second gate insulating film is preferably formed of the complex oxide itself.
−−複合酸化物−−
前記複合酸化物は、アルカリ土類金属である第A元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかである第B元素とを少なくとも含有し、好ましくは、Al(アルミニウム)、Ti(チタニウム)、Zr(ジルコニウム)、Hf(ハフニウム)、Nb(ニオブ)、及びTa(タンタル)の少なくともいずれかである第C元素を含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
-Composite oxide-
The composite oxide contains at least an element A which is an alkaline earth metal and a element B which is at least one of lanthanoids excluding Ga, Sc, Y and Ce, and preferably Al (aluminum) , Ti (titanium), Zr (zirconium), Hf (hafnium), Nb (niobium), and Ta (tantalum) element C is contained, and if necessary, other components are contained To do.
前記複合酸化物は、常誘電体アモルファス酸化物であることが好ましい。
第2のゲート絶縁膜が半導体層と接する場合、第2のゲート絶縁膜がアモルファス材料で形成されていることは、トランジスタの特性をより向上させる点で好ましい形態である。第2のゲート絶縁膜が結晶性の材料で形成されていると結晶粒界に起因するリーク電流を低く抑えることができず、トランジスタ特性の悪化につながるためである。
また、第2のゲート絶縁膜が常誘電体であることは、トランジスタのトランスファー特性におけるヒステリシスを低減させる点で必要となる。トランジスタをメモリ等の用途で使用する特殊な場合は例外であるが、通常トランジスタのスイッチング特性を利用するデバイスにおいてはヒステリシスが存在することは好ましくない。
常誘電体とは、圧電体、焦電体、強誘電体以外の誘電体であり、すなわち圧力によって分極が発生したり、外部電界のない状態で自発分極を有したりすることがない誘電体を指す。また、圧電体、焦電体及び強誘電体は、その特性を発現させるために結晶である必要がある。すなわち、第2のゲート絶縁膜をアモルファス材料で形成すると、必然的にこの第2のゲート絶縁膜は常誘電体となる。
The composite oxide is preferably a paraelectric amorphous oxide.
In the case where the second gate insulating film is in contact with the semiconductor layer, it is preferable that the second gate insulating film be formed of an amorphous material in terms of further improving the characteristics of the transistor. This is because if the second gate insulating film is formed using a crystalline material, leakage current due to crystal grain boundaries cannot be suppressed to a low level, leading to deterioration of transistor characteristics.
Further, it is necessary that the second gate insulating film is a paraelectric material in order to reduce hysteresis in the transfer characteristics of the transistor. The exception is the special case where the transistor is used for a memory or the like, but it is not preferable that hysteresis exists in a device that normally uses the switching characteristics of the transistor.
A paraelectric material is a dielectric material other than a piezoelectric material, pyroelectric material, or ferroelectric material, that is, a dielectric material that does not generate polarization due to pressure or has spontaneous polarization in the absence of an external electric field. Point to. In addition, the piezoelectric body, pyroelectric body, and ferroelectric need to be crystals in order to exhibit their characteristics. That is, when the second gate insulating film is formed of an amorphous material, the second gate insulating film necessarily becomes a paraelectric material.
前記常誘電体アモルファス酸化物は、大気中において安定であり、かつ広範な組成範囲で安定的にアモルファス構造を形成することができる。これは、本発明者らが、アルカリ土類金属である第A元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかである第B元素とを含む酸化物系が、大気中において安定であり、かつ広範な組成範囲で安定的にアモルファス構造を形成することができること、を見出したことによる。 The paraelectric amorphous oxide is stable in the atmosphere and can stably form an amorphous structure in a wide composition range. This is because the oxide system containing the element A, which is an alkaline earth metal, and the element B, which is at least one of lanthanoids excluding Ga, Sc, Y, and Ce, is in the atmosphere. In other words, an amorphous structure can be stably formed in a wide composition range.
一般的に、アルカリ土類金属の単純酸化物は、大気中の水分や二酸化炭素と反応しやすく、容易に水酸化物や炭酸塩を形成してしまい、単独では電子デバイスへの応用は適さない。また、希土類元素の単純酸化物は、結晶化しやすく、電子デバイスへの応用を考えたときにリーク電流が問題となる。しかしながら、本発明者らは、アルカリ土類金属である第A元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかである第B元素とを含有した前記常誘電体アモルファス酸化物が、広範な組成範囲で安定的にアモルファス膜を形成することを見出した。前記常誘電体アモルファス酸化物は、広範な組成範囲で安定的に存在するため、その組成比によって、形成される常誘電体アモルファス酸化物の比誘電率、及び線膨張係数を広範に制御することができる。 In general, simple oxides of alkaline earth metals easily react with moisture and carbon dioxide in the atmosphere, easily form hydroxides and carbonates, and are not suitable for electronic devices alone. . Further, simple oxides of rare earth elements are easily crystallized, and leakage current becomes a problem when considering application to electronic devices. However, the present inventors have described the paraelectric amorphous oxide containing the element A which is an alkaline earth metal and the element B which is at least one of lanthanoids excluding Ga, Sc, Y and Ce. However, it has been found that an amorphous film can be stably formed in a wide composition range. Since the paraelectric amorphous oxide exists stably in a wide composition range, the relative dielectric constant and the linear expansion coefficient of the formed paraelectric amorphous oxide can be controlled widely by the composition ratio. Can do.
前記複合酸化物は、Al、Ti、Zr、Hf、Nb、及びTaの少なくともいずれかである第C元素を含有することが好ましい。前記複合酸化物が前記Al、前記Ti、前記Zr、前記Hf、前記Nb、及び前記Taの少なくともいずれかを含有することにより、熱安定性、耐熱性、及び緻密性をより向上させることができる。 The composite oxide preferably contains a C element that is at least one of Al, Ti, Zr, Hf, Nb, and Ta. When the composite oxide contains at least one of Al, Ti, Zr, Hf, Nb, and Ta, thermal stability, heat resistance, and denseness can be further improved. .
前記複合酸化物において、前記アルカリ土類金属である第A元素としては、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 In the composite oxide, the element A which is the alkaline earth metal includes Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium). These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
前記複合酸化物において、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかである第B元素としては、Ga(ガリウム)、Sc(スカンジウム)、Y(イットリウム)、La(ランタン)、Pr(プラセオジム)、Nd(ネオジム)、Pm(プロメチウム)、Sm(サマリウム)、Eu(ユウロピウム)、Gd(ガドリニウム)、Tb(テルビウム)、Dy(ジスプロシウム)、Ho(ホルミウム)、Er(エルビウム)、Tm(ツリウム)、Yb(イッテルビウム)、Lu(ルテチウム)が挙げられる。 In the composite oxide, as the B element which is at least one of lanthanoids excluding Ga, Sc, Y, and Ce, Ga (gallium), Sc (scandium), Y (yttrium), La (lanthanum), Pr (Praseodymium), Nd (neodymium), Pm (promethium), Sm (samarium), Eu (europium), Gd (gadolinium), Tb (terbium), Dy (dysprosium), Ho (holmium), Er (erbium), Tm (Thulium), Yb (ytterbium), and Lu (lutetium).
前記複合酸化物における前記アルカリ土類金属である第A元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかである第B元素との組成比としては、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、以下の範囲であることが好ましい。
前記複合酸化物において、前記アルカリ土類金属である第A元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかである第B元素との組成比(前記第A元素:前記第B元素)としては、酸化物(BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、Ga2O3、Sc2O3、Y2O3、La2O3、Pr2O3、Nd2O3、Pm2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3)換算で、10.0mol%〜67.0mol%:33.0mol%〜90.0mol%が好ましい。
The composition ratio of the element A which is the alkaline earth metal and the element B which is at least one of lanthanoids excluding Ga, Sc, Y and Ce in the composite oxide is not particularly limited, Although it can be appropriately selected depending on the above, it is preferably in the following range.
In the composite oxide, the composition ratio of the element A which is an alkaline earth metal and the element B which is at least one of lanthanoids excluding Ga, Sc, Y and Ce (the element A: the element the element B), an oxide (BeO, MgO, CaO, SrO , BaO, Ga 2 O 3, Sc 2 O 3, Y 2 O 3, La 2 O 3, Pr 2 O 3, Nd 2 O 3, Pm 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Lu In terms of 2 O 3 ), 10.0 mol% to 67.0 mol%: 33.0 mol% to 90.0 mol% is preferable.
前記複合酸化物における前記アルカリ土類金属である第A元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかである第B元素と、前記Al、前記Ti、前記Zr、前記Hf、前記Nb、及び前記Taの少なくともいずれかである第C元素との組成比としては、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、以下の範囲であることが好ましい。 In the composite oxide, the A element that is the alkaline earth metal, the B element that is at least one of lanthanoids excluding Ga, Sc, Y, and Ce, the Al, the Ti, the Zr, and the Hf The composition ratio with the C element which is at least one of Nb and Ta is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably within the following range.
前記複合酸化物において、前記アルカリ土類金属である第A元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかである第B元素と、前記Al、前記Ti、前記Zr、前記Hf、前記Nb、及び前記Taの少なくともいずれかである第C元素との組成比(前記A元素:前記B元素:前記C元素)としては、酸化物(BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、Ga2O3、Sc2O3、Y2O3、La2O3、Pr2O3、Nd2O3、Pm2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3、Al2O3、TiO2、ZrO2、HfO2、Nb2O5、Ta2O5)換算で、5.0mol%〜22.0mol%:33.0mol%〜90.0mol:5.0mol%〜45.0mol%が好ましい。 In the composite oxide, the element A being the alkaline earth metal, the element B being at least one of lanthanoids excluding Ga, Sc, Y, and Ce, the Al, the Ti, the Zr, and the As the composition ratio (the A element: the B element: the C element) with respect to the C element which is at least one of Hf, Nb, and Ta, oxides (BeO, MgO, CaO, SrO, BaO, Ga 2 O 3, Sc 2 O 3, Y 2 O 3, La 2 O 3, Pr 2 O 3, Nd 2 O 3, Pm 2 O 3, Sm 2 O 3, Eu 2 O 3, Gd 2 O 3, Tb 2 O 3, Dy 2 O 3, Ho 2 O 3, Er 2 O 3, Tm 2 O 3, Yb 2 O 3, Lu 2 O 3, Al 2 O 3, TiO 2, ZrO 2, HfO 2, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5 ) In terms of conversion, 5.0 mol% to 22.0 mol%: 33.0 mol% to 90.0 mol: 5.0 mol% to 45.0 mol% is preferable.
前記複合酸化物における酸化物(BeO、MgO、CaO、SrO、BaO、Ga2O3、Sc2O3、Y2O3、La2O3、Pr2O3、Nd2O3、Pm2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Tb2O3、Dy2O3、Ho2O3、Er2O3、Tm2O3、Yb2O3、Lu2O3、Al2O3、TiO2、ZrO2、HfO2、Nb2O5、Ta2O5)の割合は、例えば、蛍光X線分析、電子線マイクロ分析(EPMA)、誘電結合プラズマ発光分光分析(ICP−AES)等により酸化物の陽イオン元素を分析することにより算出できる。 The oxide in the composite oxide (BeO, MgO, CaO, SrO , BaO, Ga 2 O 3, Sc 2 O 3, Y 2 O 3, La 2 O 3, Pr 2 O 3, Nd 2 O 3, Pm 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Eu 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Tb 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Er 2 O 3 , Tm 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Lu 2 The ratio of O 3 , Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 ) is, for example, fluorescent X-ray analysis, electron beam microanalysis (EPMA), dielectric coupled plasma emission It can be calculated by analyzing the cation element of the oxide by spectroscopic analysis (ICP-AES) or the like.
前記第2のゲート絶縁膜の比誘電率としては、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。
前記第2のゲート絶縁膜の比誘電率は、たとえば、前記第1のゲート絶縁膜の比誘電率と同様の手法で測定することができる。
The relative dielectric constant of the second gate insulating film is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
The relative dielectric constant of the second gate insulating film can be measured, for example, by the same method as the relative dielectric constant of the first gate insulating film.
前記第2のゲート絶縁膜の線膨張係数としては、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。
前記線膨張係数は、例えば、熱機械分析装置を用いて測定することができる。この測定においては、前記電界効果型トランジスタを作製せずとも、前記第2のゲート絶縁膜と同じ組成の測定用サンプルを別途作製して測定することで、前記線膨張係数を測定することができる。
There is no restriction | limiting in particular as a linear expansion coefficient of a said 2nd gate insulating film, According to the objective, it can select suitably.
The linear expansion coefficient can be measured using, for example, a thermomechanical analyzer. In this measurement, the linear expansion coefficient can be measured by separately preparing and measuring a measurement sample having the same composition as the second gate insulating film without producing the field effect transistor. .
前記第2のゲート絶縁膜の平均厚みとしては、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、20nm〜2μmが好ましく、50nm〜500nmがより好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as average thickness of a said 2nd gate insulating film, Although it can select suitably according to the objective, 20 nm-2 micrometers are preferable, and 50 nm-500 nm are more preferable.
−−絶縁膜形成用インク−−
前記第2のゲート絶縁膜は、例えば、ゲート絶縁膜形成用インクを塗布することで形成することができる。
--Insulating film forming ink--
The second gate insulating film can be formed, for example, by applying a gate insulating film forming ink.
前記ゲート絶縁膜形成用インクは、例えば、金属の金属有機酸塩及び有機金属錯体の少なくとも一つを含む。尚、本発明において、「有機金属錯体」とは、金属−炭素結合を有する有機金属化合物と、配位結合を有する金属錯体との、両者を含んでいる。 The ink for forming a gate insulating film includes, for example, at least one of a metal organic acid salt and an organometallic complex. In the present invention, the “organometallic complex” includes both an organometallic compound having a metal-carbon bond and a metal complex having a coordination bond.
また、前記金属有機酸塩は、例えば、置換若しくは無置換のカルボン酸塩である。一例として、酢酸マグネシウム、プロピオン酸カルシウム、ナフテン酸ジルコニウム、オクチル酸バリウム、2−エチルヘキサン酸ランタン、等を用いることが出来るが、これに限定されるものではない。 The metal organic acid salt is, for example, a substituted or unsubstituted carboxylate. As an example, magnesium acetate, calcium propionate, zirconium naphthenate, barium octylate, lanthanum 2-ethylhexanoate, and the like can be used, but are not limited thereto.
また、前記有機金属錯体は、例えば、アセチルアセトナート誘導体、置換若しくは無置換のフェニル基、或いは置換若しくは無置換のアルコキシ基を含む。一例として、ストロンチウムアセチルアセトナート水和物、トリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタネディオネート)ネオジウム、テトラエトキシアセチルアセトナトタンタル、チタニウムブトキシド、アルミニウムジ(s−ブトキシド)アセト酢酸エステルキレート、等を用いることが出来るが、これに限定されるものではない。 The organometallic complex includes, for example, an acetylacetonate derivative, a substituted or unsubstituted phenyl group, or a substituted or unsubstituted alkoxy group. Examples include strontium acetylacetonate hydrate, tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate) neodymium, tetraethoxyacetylacetonatotantalum, titanium butoxide, aluminum di (s- Butoxide) acetoacetic acid ester chelate can be used, but is not limited thereto.
更に、前記有機金属錯体は、カルボニル基、置換若しくは無置換のアルキル基、置換若しくは無置換のシクロジエニル基を含む有機金属錯体であってもよい。一例として、ニオブペンタカルボニル、トリス(シクロペンタジエニル)イットリウム、テトラベンジルハフニウム、ジエチルアルミニウム、等を用いることが出来るが、これに限定されるものではない。 Furthermore, the organometallic complex may be an organometallic complex containing a carbonyl group, a substituted or unsubstituted alkyl group, or a substituted or unsubstituted cyclodienyl group. As an example, niobium pentacarbonyl, tris (cyclopentadienyl) yttrium, tetrabenzylhafnium, diethylaluminum, and the like can be used, but are not limited thereto.
また、更には、前記第2のゲート絶縁膜形成用インクは、例えば、前記金属の無機塩を含む。一例として、炭酸ストロンチウム、硝酸スカンジウム水和物、硫酸ガリウム、等を用いることが出来るが、これに限定されるものではない。 Further, the second gate insulating film forming ink contains, for example, the inorganic salt of the metal. As an example, strontium carbonate, scandium nitrate hydrate, gallium sulfate, or the like can be used, but is not limited thereto.
前記ゲート絶縁膜形成用インクに使用される溶媒は、金属原料化合物を安定に溶解若しくは分散することが可能な溶媒を適切に選択して使用することが出来る。一例として、トルエン、イソプロパノール、安息香酸エチル、N,N−ジメチルホルムアミド、炭酸プロピレン、2−エチルヘキサン酸、ミネラルスピリッツ、ジメチルプロピレンウレア、4−ブチロラクトン、2−メトキシエタノール、水、等を用いることが出来るが、これに限定されるものではない。 As the solvent used in the gate insulating film forming ink, a solvent capable of stably dissolving or dispersing the metal raw material compound can be appropriately selected and used. As an example, toluene, isopropanol, ethyl benzoate, N, N-dimethylformamide, propylene carbonate, 2-ethylhexanoic acid, mineral spirits, dimethylpropylene urea, 4-butyrolactone, 2-methoxyethanol, water, etc. may be used. Yes, but not limited to this.
また、塗布する方法や下地に合わせて、粘度調整用の増粘剤や界面活性剤などを添加しても良い。 Moreover, you may add the thickener for adjusting viscosity, surfactant, etc. according to the application method and the foundation | substrate.
本発明者らは、ゲート絶縁膜を、エッチング選択比の異なる前記第1のゲート絶縁膜と前記第2のゲート絶縁膜の積層構造とすることで、ゲート絶縁膜を形成する工程より後の工程で形成されるゲート電極、半導体層、ソース電極、及びドレイン電極の材料の選択肢が大幅に広がることを見出した。 The inventors of the present invention have a step after the step of forming the gate insulating film by forming the gate insulating film in a stacked structure of the first gate insulating film and the second gate insulating film having different etching selection ratios. It has been found that the choice of materials for the gate electrode, semiconductor layer, source electrode, and drain electrode formed in (1) is greatly expanded.
後述する図1と図2のボトムゲート型の電界効果型トランジスタにおいては、ゲート絶縁膜上の前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記半導体層をエッチングする際に、前記第1のゲート絶縁膜がエッチングされてしまうのを前記第2のゲート絶縁膜が防ぐことができる。よって、前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記半導体層のエッチング時に前記第1のゲート絶縁膜をエッチングしてしまうエッチャントも前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記半導体層のエッチャントとして使用することができる。エッチャントの材料の選択肢が広がることで、ゲート電極、半導体層、ソース電極、及びドレイン電極の材料の選択肢も大幅に広がる。
図3と図4のボトムゲート型の電界効果型トランジスタにおいては、前記ゲート絶縁膜上の前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記半導体層をエッチングする際に、前記第2のゲート絶縁膜がエッチングされてしまうのを前記第1のゲート絶縁膜が防ぐことができる。よって、前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記半導体層のエッチング時に前記ゲート絶縁膜をエッチングしてしまうエッチャントも前記ソース電極、前記ドレイン電極、及び前記半導体層のエッチャントとして使用することができる。エッチャントの材料の選択肢が広がることで、ゲート電極、半導体層、ソース電極、及びドレイン電極の材料の選択肢も大幅に広がる。
In the bottom gate type field effect transistor of FIGS. 1 and 2 to be described later, when the source electrode, the drain electrode, and the semiconductor layer on the gate insulating film are etched, the first gate insulating film is The second gate insulating film can be prevented from being etched. Therefore, an etchant that etches the first gate insulating film when the source electrode, the drain electrode, and the semiconductor layer are etched can be used as the etchant for the source electrode, the drain electrode, and the semiconductor layer. it can. By expanding the choice of etchant materials, the choice of gate electrode, semiconductor layer, source electrode, and drain electrode materials is also greatly expanded.
In the bottom gate type field effect transistor of FIGS. 3 and 4, the second gate insulating film is etched when the source electrode, the drain electrode, and the semiconductor layer on the gate insulating film are etched. This can be prevented by the first gate insulating film. Therefore, an etchant that etches the gate insulating film when the source electrode, the drain electrode, and the semiconductor layer are etched can also be used as the etchant for the source electrode, the drain electrode, and the semiconductor layer. By expanding the choice of etchant materials, the choice of gate electrode, semiconductor layer, source electrode, and drain electrode materials is also greatly expanded.
本発明者らは、ゲート絶縁膜を、前記第1のゲート絶縁膜、及び前記第1のゲート絶縁膜に接する前記第2のゲート絶縁膜の積層構造とすることで、大気中の水分、酸素、水素に対して優れたバリア性を示すことを見出した。従って、前記ゲート絶縁膜を用いたトップゲート型の電界効果型トランジスタにおいては、前記ゲート絶縁膜によって、半導体層から大気中の水分、酸素、水素が隔離され、保護層のない状態でも、BTS試験に対する閾値電圧の変動が小さく、高信頼性を示す電界効果型トランジスタを提供することができる。 The inventors of the present invention have a stacked structure of the first gate insulating film and the second gate insulating film in contact with the first gate insulating film as the gate insulating film, so that moisture, oxygen in the atmosphere, The present inventors have found that it exhibits excellent barrier properties against hydrogen. Therefore, in the top gate type field effect transistor using the gate insulating film, the gate insulating film isolates moisture, oxygen, and hydrogen in the atmosphere from the semiconductor layer, and the BTS test is performed even in the absence of the protective layer. Thus, it is possible to provide a field-effect transistor that exhibits a small change in threshold voltage and exhibits high reliability.
また、本発明者らは、ゲート絶縁膜を、前記第1のゲート絶縁膜、及び前記第1のゲート絶縁膜に接する前記第2のゲート絶縁膜の積層構造とし、前記第2のゲート絶縁膜が、半導体層と接するように配置することで、前記ゲート絶縁膜と、前記半導体層間での界面の欠陥が少ない構造が作り出せることを見出した。従って、前記ゲート絶縁膜と前記半導体層を組み合わせた電界効果型トランジスタは、前記ゲート絶縁膜と前記半導体層との間の界面の欠陥が少なく、BTS試験に対する閾値電圧の変動量が小さくなり、高信頼性を示す電界効果型トランジスタを提供することができる。また、前記半導体層に酸化物半導体を用いることで、より前記ゲート絶縁膜と半導体層の界面の欠陥が少なくなり、BTS試験に対する閾値電圧の変動量がより小さくなり、高信頼性を示す電界効果型トランジスタを提供することができる。 In addition, the inventors of the present invention have a gate insulating film having a stacked structure of the first gate insulating film and the second gate insulating film in contact with the first gate insulating film, and the second gate insulating film However, it has been found that a structure with few defects at the interface between the gate insulating film and the semiconductor layer can be created by placing the semiconductor layer in contact with the semiconductor layer. Therefore, the field effect transistor in which the gate insulating film and the semiconductor layer are combined has fewer defects at the interface between the gate insulating film and the semiconductor layer, and the amount of variation in threshold voltage with respect to the BTS test is reduced. A field-effect transistor that exhibits reliability can be provided. In addition, by using an oxide semiconductor for the semiconductor layer, there are fewer defects at the interface between the gate insulating film and the semiconductor layer, the amount of variation in threshold voltage with respect to the BTS test is smaller, and a field effect that exhibits high reliability. Type transistors can be provided.
<ゲート電極>
前記ゲート電極としては、前記電界効果型トランジスタにゲート電圧を印加するための電極であれば、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。
<Gate electrode>
The gate electrode is not particularly limited as long as it is an electrode for applying a gate voltage to the field effect transistor, and can be appropriately selected according to the purpose.
前記ゲート電極は、例えば、前記ゲート絶縁膜と接し、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層と対向する。 For example, the gate electrode is in contact with the gate insulating film and faces the semiconductor layer with the gate insulating film interposed therebetween.
前記ゲート電極の材質としては、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、Mo、Al、Au、Ag、Cu等の金属及びこれらの合金、酸化インジウムスズ(ITO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)等の透明導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリアニリン(PANI)等の有機導電体などが挙げられる。 The material of the gate electrode is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, metals such as Mo, Al, Au, Ag, Cu and alloys thereof, indium tin oxide (ITO), Examples thereof include transparent conductive oxides such as antimony-doped tin oxide (ATO), and organic conductors such as polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and polyaniline (PANI).
−ゲート電極の形成方法−
前記ゲート電極の形成方法としては、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、(i)スパッタ法、ディップコーティング法等による成膜後、フォトリソグラフィによってパターニングする方法、(ii)インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜する方法などが挙げられる。
-Formation method of gate electrode-
The method for forming the gate electrode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, (i) a method of patterning by photolithography after film formation by sputtering, dip coating, or the like, ii) A method of directly forming a desired shape by a printing process such as inkjet, nanoimprint, or gravure.
前記ゲート電極の平均膜厚としては、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、20nm〜1μmが好ましく、50nm〜300nmがより好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as an average film thickness of the said gate electrode, Although it can select suitably according to the objective, 20 nm-1 micrometer are preferable and 50 nm-300 nm are more preferable.
<ソース電極、及びドレイン電極>
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極としては、前記電界効果型トランジスタから電流を取り出すための電極であれば、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。
<Source electrode and drain electrode>
The source electrode and the drain electrode are not particularly limited as long as they are electrodes for taking out current from the field effect transistor, and can be appropriately selected according to the purpose.
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極は、例えば、前記ゲート絶縁膜と接するように形成される。 The source electrode and the drain electrode are formed, for example, in contact with the gate insulating film.
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の材質としては、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、Mo、Al、Au、Ag、Cu等の金属及びこれらの合金、酸化インジウムスズ(ITO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)等の透明導電性酸化物、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリアニリン(PANI)等の有機導電体などが挙げられる。 The material of the source electrode and the drain electrode is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, metals such as Mo, Al, Au, Ag, Cu, and alloys thereof, indium oxide Examples thereof include transparent conductive oxides such as tin (ITO) and antimony-doped tin oxide (ATO), and organic conductors such as polyethylenedioxythiophene (PEDOT) and polyaniline (PANI).
−ソース電極、及びドレイン電極の形成方法−
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の形成方法としては、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、(i)スパッタ法、ディップコーティング法等による成膜後、フォトリソグラフィによってパターニングする方法、(ii)インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷プロセスによって、所望の形状を直接成膜する方法などが挙げられる。
-Method for forming source electrode and drain electrode-
There is no restriction | limiting in particular as a formation method of the said source electrode and the said drain electrode, According to the objective, it can select suitably, For example, (i) After film-forming by a sputtering method, a dip-coating method, etc., by photolithography Examples thereof include a patterning method, and (ii) a method of directly forming a desired shape by a printing process such as inkjet, nanoimprint, and gravure.
前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の平均膜厚としては、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、20nm〜1μmが好ましく、50nm〜300nmがより好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as an average film thickness of the said source electrode and the said drain electrode, Although it can select suitably according to the objective, 20 nm-1 micrometer are preferable and 50 nm-300 nm are more preferable.
<半導体層>
前記半導体層は、少なくとも前記ソース電極、及び前記ドレイン電極の間に形成される。
ここで、「間」とは、前記半導体層が前記ソース電極及び前記ドレイン電極と共に、前記電界効果型トランジスタを機能させるような位置であり、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。
<Semiconductor layer>
The semiconductor layer is formed at least between the source electrode and the drain electrode.
Here, “between” is a position where the semiconductor layer functions together with the source electrode and the drain electrode so that the field effect transistor functions. It can be selected as appropriate according to the conditions.
前記半導体層は、例えば、前記ゲート絶縁膜、前記ソース電極、及び前記ドレイン電極と接する。 For example, the semiconductor layer is in contact with the gate insulating film, the source electrode, and the drain electrode.
前記半導体層の材質としては、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、シリコン半導体、酸化物半導体などが挙げられる。
前記シリコン半導体としては、例えば、非晶質シリコン、多結晶シリコンなどが挙げられる。
前記酸化物半導体としては、例えば、In−Ga−Zn−O、In−Zn−O、In−Mg−Oなどが挙げられる。
これらのなかでも、酸化物半導体が好ましい。
There is no restriction | limiting in particular as a material of the said semiconductor layer, According to the objective, it can select suitably, For example, a silicon semiconductor, an oxide semiconductor, etc. are mentioned.
Examples of the silicon semiconductor include amorphous silicon and polycrystalline silicon.
Examples of the oxide semiconductor include In—Ga—Zn—O, In—Zn—O, In—Mg—O, and the like.
Among these, an oxide semiconductor is preferable.
−半導体層の形成方法−
前記半導体層の形成方法としては、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、スパッタ法、パルスレーザーデポジッション(PLD)法、化学気相蒸着(CVD)法、原子層蒸着(ALD)法等の真空プロセスや、ディップコーティング、スピンコート、ダイコート等の溶液プロセスによる成膜後、フォトリソグラフィーによってパターニングする方法、インクジェット、ナノインプリント、グラビア等の印刷法によって、所望の形状を直接成膜する方法などが挙げられる。
-Semiconductor layer formation method-
There is no restriction | limiting in particular as a formation method of the said semiconductor layer, According to the objective, it can select suitably, For example, a sputtering method, a pulse laser deposition (PLD) method, a chemical vapor deposition (CVD) method, an atomic layer After forming a film by a vacuum process such as an evaporation (ALD) method or a solution process such as dip coating, spin coating, or die coating, a desired pattern is directly formed by a method such as patterning by photolithography, or a printing method such as inkjet, nanoimprint, or gravure. Examples include a method of forming a film.
前記半導体層の平均膜厚としては、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、5nm〜1μmが好ましく、10nm〜0.5μmがより好ましい。 There is no restriction | limiting in particular as an average film thickness of the said semiconductor layer, Although it can select suitably according to the objective, 5 nm-1 micrometer are preferable and 10 nm-0.5 micrometer are more preferable.
<電界効果型トランジスタ>
本発明の電界効果型トランジスタの一例を図を用いて説明する。
図1のように、電界効果型トランジスタ10は、基材11と、ゲート電極12と、第1のゲート絶縁膜13と、第2のゲート絶縁膜14と、半導体層15と、ソース電極16と、ドレイン電極17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。図1では第1のゲート絶縁膜上に第2のゲート絶縁膜が形成されているが、図2のようにボトムゲート/ボトムコンタクト型でもよい。
また、図3及び図4に示すように、図1及び図2の電界効果トランジスタにおいて、第1のゲート絶縁膜、及び第2のゲート絶縁膜が、逆に配されていてもよい。
更に、本発明の電界効果型トランジスタは、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ってもよいし、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ってもよい。
<Field effect transistor>
An example of the field effect transistor of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the field effect transistor 10 includes a base material 11, a gate electrode 12, a first gate insulating film 13, a second gate insulating film 14, a semiconductor layer 15, and a source electrode 16. , A bottom gate / top contact field effect transistor having a drain electrode 17. In FIG. 1, the second gate insulating film is formed on the first gate insulating film, but a bottom gate / bottom contact type may be used as shown in FIG.
Also, as shown in FIGS. 3 and 4, in the field effect transistor of FIGS. 1 and 2, the first gate insulating film and the second gate insulating film may be arranged in reverse.
Furthermore, the field effect transistor of the present invention may be a top gate / top contact field effect transistor or a top gate / bottom contact field effect transistor.
(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。
(Display element)
The display element of the present invention includes at least a light control element and a drive circuit that drives the light control element, and further includes other members as necessary.
<光制御素子>
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。
<Light control element>
The light control element is not particularly limited as long as it is an element that controls light output in accordance with a drive signal, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, an electroluminescence (EL) element, electrochromic ( EC) element, liquid crystal element, electrophoretic element, electrowetting element and the like.
<駆動回路>
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。
<Drive circuit>
The drive circuit is not particularly limited as long as it has the field effect transistor of the present invention, and can be appropriately selected according to the purpose.
<その他の部材>
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。
<Other members>
There is no restriction | limiting in particular as said other member, According to the objective, it can select suitably.
前記表示素子は、本発明の前記電界効果型トランジスタを有しているため、高速駆動が可能、長寿命、かつ素子間のばらつきを小さくすることが可能となる。また、前記表示素子に経時変化が起きても駆動トランジスタを一定のゲート電圧で動作させることができる。 Since the display element includes the field effect transistor of the present invention, high-speed driving is possible, long life is possible, and variation between elements can be reduced. In addition, the driving transistor can be operated with a constant gate voltage even if the display element changes with time.
(画像表示装置)
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。
(Image display device)
The image display device of the present invention includes at least a plurality of display elements, a plurality of wirings, and a display control device, and further includes other members as necessary.
<複数の表示素子>
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。
<Multiple display elements>
The plurality of display elements are not particularly limited as long as they are a plurality of the display elements of the present invention arranged in a matrix, and can be appropriately selected according to the purpose.
<複数の配線>
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信号電圧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。
<Multiple wiring>
The plurality of wirings are not particularly limited as long as the gate voltage and the signal voltage can be individually applied to each field effect transistor in the plurality of display elements, and can be appropriately selected according to the purpose.
<表示制御装置>
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。
<Display control device>
The display control device is not particularly limited as long as the gate voltage and the signal voltage of each field effect transistor can be individually controlled via the plurality of wirings according to image data. It can be selected appropriately.
<その他の部材>
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。
前記画像表示装置は、本発明の前記表示素子を有しているため、素子間のばらつきも小さくすることが可能になり、大画面で高品質の画像を表示することが可能となる。
<Other members>
There is no restriction | limiting in particular as said other member, According to the objective, it can select suitably.
Since the image display device includes the display element of the present invention, it is possible to reduce variation between elements, and to display a high-quality image on a large screen.
(システム)
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。
前記システムは、本発明の前記画像表示装置を備えているため、画像情報を高精細に表示することが可能となる。
(system)
The system of the present invention includes at least the image display device of the present invention and an image data creation device.
The image data creation device creates image data based on image information to be displayed, and outputs the image data to the image display device.
Since the system includes the image display device of the present invention, it is possible to display image information with high definition.
以下、本発明の表示素子、画像表示装置、及びシステムを、図を用いて説明する。
まず、本発明のシステムとしてのテレビジョン装置を、図5を用いて説明する。なお、図5の構成は一例であって、本発明のシステムとしてのテレビジョン装置は、これに限定されない。
Hereinafter, a display element, an image display device, and a system of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a television device as a system of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the configuration of FIG. 5 is an example, and the television apparatus as the system of the present invention is not limited to this.
図5において、テレビジョン装置100は、主制御装置101、チューナ103、ADコンバータ(ADC)104、復調回路105、TS(Transport Stream)デコーダ106、音声デコーダ111、DAコンバータ(DAC)112、音声出力回路113、スピーカ114、映像デコーダ121、映像・OSD合成回路122、映像出力回路123、画像表示装置124、OSD描画回路125、メモリ131、操作装置132、ドライブインターフェース(ドライブIF)141、ハードディスク装置142、光ディスク装置143、IR受光器151、及び通信制御装置152を備える。
映像デコーダ121と、映像・OSD合成回路122と、映像出力回路123と、OSD描画回路125とが、画像データ作成装置を構成する。
In FIG. 5, a television apparatus 100 includes a main control device 101, a tuner 103, an AD converter (ADC) 104, a demodulation circuit 105, a TS (Transport Stream) decoder 106, an audio decoder 111, a DA converter (DAC) 112, an audio output. Circuit 113, speaker 114, video decoder 121, video / OSD synthesis circuit 122, video output circuit 123, image display device 124, OSD drawing circuit 125, memory 131, operation device 132, drive interface (drive IF) 141, hard disk device 142 An optical disk device 143, an IR light receiver 151, and a communication control device 152.
The video decoder 121, the video / OSD synthesis circuit 122, the video output circuit 123, and the OSD drawing circuit 125 constitute an image data creation device.
主制御装置101は、CPU、フラッシュROM、及びRAMなどから構成され、テレビジョン装置100の全体を制御する。
前記フラッシュROMには、前記CPUにて解読可能なコードで記述されたプログラム、及び前記CPUでの処理に用いられる各種データなどが格納されている。
また、RAMは、作業用のメモリである。
The main control device 101 includes a CPU, a flash ROM, a RAM, and the like, and controls the entire television device 100.
The flash ROM stores a program described by codes readable by the CPU, various data used for processing by the CPU, and the like.
The RAM is a working memory.
チューナ103は、アンテナ210で受信された放送波の中から、予め設定されているチャンネルの放送を選局する。 The tuner 103 selects a preset channel broadcast from the broadcast waves received by the antenna 210.
ADC104は、チューナ103の出力信号(アナログ情報)をデジタル情報に変換する。 The ADC 104 converts the output signal (analog information) of the tuner 103 into digital information.
復調回路105は、ADC104からのデジタル情報を復調する。 The demodulation circuit 105 demodulates the digital information from the ADC 104.
TSデコーダ106は、復調回路105の出力信号をTSデコードし、音声情報及び映像情報を分離する。 The TS decoder 106 performs TS decoding on the output signal of the demodulation circuit 105 and separates audio information and video information.
音声デコーダ111は、TSデコーダ106からの音声情報をデコードする。 The audio decoder 111 decodes the audio information from the TS decoder 106.
DAコンバータ(DAC)112は、音声デコーダ111の出力信号をアナログ信号に変換する。 The DA converter (DAC) 112 converts the output signal of the audio decoder 111 into an analog signal.
音声出力回路113は、DAコンバータ(DAC)112の出力信号をスピーカ114に出力する。 The audio output circuit 113 outputs the output signal of the DA converter (DAC) 112 to the speaker 114.
映像デコーダ121は、TSデコーダ106からの映像情報をデコードする。 The video decoder 121 decodes the video information from the TS decoder 106.
映像・OSD合成回路122は、映像デコーダ121の出力信号とOSD描画回路125の出力信号を合成する。 The video / OSD synthesis circuit 122 synthesizes the output signal of the video decoder 121 and the output signal of the OSD drawing circuit 125.
映像出力回路123は、映像・OSD合成回路122の出力信号を画像表示装置124に出力する。 The video output circuit 123 outputs the output signal of the video / OSD synthesis circuit 122 to the image display device 124.
OSD描画回路125は、画像表示装置124の画面に文字や図形を表示するためのキャラクタ・ジェネレータを備えており、操作装置132、IR受光器151からの指示に応じて表示情報が含まれる信号を生成する。 The OSD drawing circuit 125 includes a character generator for displaying characters and figures on the screen of the image display device 124. The OSD drawing circuit 125 receives a signal including display information in response to an instruction from the operation device 132 and the IR light receiver 151. Generate.
メモリ131には、AV(Audio−Visual)データ等が一時的に蓄積される。 AV (Audio-Visual) data and the like are temporarily stored in the memory 131.
操作装置132は、例えば、コントロールパネルなどの入力媒体(図示省略)を備え、ユーザから入力された各種情報を主制御装置101に通知する。 The operation device 132 includes, for example, an input medium (not shown) such as a control panel, and notifies the main control device 101 of various information input by the user.
ドライブIF141は、双方向の通信インターフェースであり、一例としてATAPI(AT Attachment Packet Interface)に準拠している。 The drive IF 141 is a bidirectional communication interface, and is compliant with ATAPI (AT Attachment Packet Interface) as an example.
ハードディスク装置142は、ハードディスクと、該ハードディスクを駆動するための駆動装置などから構成されている。駆動装置は、ハードディスクにデータを記録するとともに、ハードディスクに記録されているデータを再生する。 The hard disk device 142 includes a hard disk and a drive device for driving the hard disk. The drive device records data on the hard disk and reproduces data recorded on the hard disk.
光ディスク装置143は、光ディスク(例えば、DVDなど)にデータを記録するとともに、光ディスクに記録されているデータを再生する。 The optical disk device 143 records data on an optical disk (for example, a DVD) and reproduces data recorded on the optical disk.
IR受光器151は、リモコン送信機220からの光信号を受信し、主制御装置101に通知する。 The IR light receiver 151 receives the optical signal from the remote control transmitter 220 and notifies the main control device 101 of it.
通信制御装置152は、インターネットとの通信を制御する。インターネットを介して各種情報を取得することができる。 The communication control device 152 controls communication with the Internet. Various information can be acquired via the Internet.
図6は、本発明の画像表示装置の一例を示す概略構成図である。
図6において、画像表示装置124は、表示器300と、表示制御装置400とを有する。
表示器300は、図7に示されるように、複数(ここでは、n×m個)の表示素子302がマトリックス状に配置されたディスプレイ310を有する。
また、ディスプレイ310は、図8に示されるように、X軸方向に沿って等間隔に配置されているn本の走査線(X0、X1、X2、X3、・・・、Xn−2、Xn−1)と、Y軸方向に沿って等間隔に配置されているm本のデータ線(Y0、Y1、Y2、Y3、・・・、Ym−1)、Y軸方向に沿って等間隔に配置されているm本の電流供給線(Y0i、Y1i、Y2i、Y3i、・・・・・、Ym−1i)とを有する。
よって、走査線とデータ線とによって、表示素子を特定することができる。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an example of the image display apparatus of the present invention.
In FIG. 6, the image display device 124 includes a display device 300 and a display control device 400.
As shown in FIG. 7, the display device 300 includes a display 310 in which a plurality of (here, n × m) display elements 302 are arranged in a matrix.
Further, as shown in FIG. 8, the display 310 has n scanning lines (X0, X1, X2, X3,..., Xn-2, Xn) arranged at equal intervals along the X-axis direction. -1) and m data lines (Y0, Y1, Y2, Y3,..., Ym-1) arranged at equal intervals along the Y-axis direction, at equal intervals along the Y-axis direction. And m current supply lines (Y0i, Y1i, Y2i, Y3i,..., Ym-1i) arranged.
Therefore, the display element can be specified by the scanning line and the data line.
以下、本発明の表示素子を図9を用いて説明する。
図9は、本発明の表示素子の一例を示す概略構成図である。
前記表示素子は、一例として図9に示されるように、有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子350と、該有機EL素子350を発光させるためのドライブ回路320とを有している。ドライブ回路320は電流駆動型の2Tr−1Cの基本回路であるが、これに限定されるものではない。即ち、ディスプレイ310は、いわゆるアクティブマトリックス方式の有機ELディスプレイである。
Hereinafter, the display element of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an example of the display element of the present invention.
As shown in FIG. 9 as an example, the display element includes an organic EL (electroluminescence) element 350 and a drive circuit 320 for causing the organic EL element 350 to emit light. The drive circuit 320 is a current-driven 2Tr-1C basic circuit, but is not limited thereto. That is, the display 310 is a so-called active matrix organic EL display.
図10には、表示素子302における有機EL素子350とドライブ回路としての電界効果型トランジスタ20との位置関係の一例が示されている。ここでは、電界効果型トランジスタ20の横に有機EL素子350が配置されている。なお、電界効果型トランジスタ10及びキャパシタ(図示せず)も同一基材上に形成されている。 FIG. 10 shows an example of the positional relationship between the organic EL element 350 in the display element 302 and the field effect transistor 20 as a drive circuit. Here, the organic EL element 350 is disposed beside the field effect transistor 20. The field effect transistor 10 and the capacitor (not shown) are also formed on the same substrate.
図10には図示されていないが、活性層22の上部に保護膜を設けることも好適である。前記保護膜の材料としては、SiO2、SiON、SiNx、Al2O3、フッ素系ポリマー等、適宜利用できる。なお、符号21は基板を示し、符号23はソース電極を示し、符号24はドレイン電極を示し、符号25はゲート絶縁膜を示し、符号26はゲート電極を示す。 Although not shown in FIG. 10, it is also preferable to provide a protective film on the active layer 22. As a material for the protective film, SiO 2 , SiON, SiNx, Al 2 O 3 , a fluorine-based polymer, or the like can be used as appropriate. Reference numeral 21 denotes a substrate, reference numeral 23 denotes a source electrode, reference numeral 24 denotes a drain electrode, reference numeral 25 denotes a gate insulating film, and reference numeral 26 denotes a gate electrode.
また、例えば、図11に示されるように、電界効果型トランジスタ20の上に有機EL素子350が配置されてもよい。この場合には、ゲート電極26に透明性が要求されるので、ゲート電極26には、ITO、In2O3、SnO2、ZnO、Gaが添加されたZnO、Alが添加されたZnO、Sbが添加されたSnO2などの導電性を有する透明な酸化物が用いられる。なお、符号360は層間絶縁膜(平坦化膜)である。この層間絶縁膜にはポリイミドやアクリル系の樹脂等を利用できる。 For example, as shown in FIG. 11, the organic EL element 350 may be disposed on the field effect transistor 20. In this case, since the transparent gate electrode 26 is required, the gate electrode 26, ITO, In 2 O 3, ZnO of SnO 2, ZnO, ZnO doped with Ga, Al is added, Sb A transparent oxide having conductivity such as SnO 2 to which is added is used. Reference numeral 360 denotes an interlayer insulating film (flattening film). For this interlayer insulating film, polyimide, acrylic resin, or the like can be used.
図12は、有機EL素子の一例を示す概略構成図である。
図12において、有機EL素子350は、陰極312と、陽極314と、有機EL薄膜層340とを有する。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an organic EL element.
In FIG. 12, the organic EL element 350 includes a cathode 312, an anode 314, and an organic EL thin film layer 340.
陰極312の材質としては、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、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)−銀(Ag)合金、アルミニウム(Al)−リチウム(Li)合金、ITO(Indium Tin Oxide)などが挙げられる。なお、マグネシウム(Mg)−銀(Ag)合金は、充分厚ければ高反射率電極となり、極薄膜(20nm程度未満)では半透明電極となる。図12では陽極側から光を取り出しているが、陰極を透明、又は半透明電極とすることによって陰極側から光を取り出すことができる。 The material of the cathode 312 is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, aluminum (Al), magnesium (Mg) -silver (Ag) alloy, aluminum (Al) -lithium (Li) An alloy, ITO (Indium Tin Oxide), etc. are mentioned. A magnesium (Mg) -silver (Ag) alloy becomes a high reflectance electrode if it is sufficiently thick, and a semitransparent electrode if it is an extremely thin film (less than about 20 nm). Although light is extracted from the anode side in FIG. 12, light can be extracted from the cathode side by using a transparent or semi-transparent electrode for the cathode.
陽極314の材質としては、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、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、銀(Ag)−ネオジウム(Nd)合金などが挙げられる。なお、銀合金を用いた場合は、高反射率電極となり、陰極側から光を取り出す場合に好適である。 There is no restriction | limiting in particular as a material of the anode 314, According to the objective, it can select suitably, For example, ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), a silver (Ag) -neodymium (Nd) alloy, etc. Is mentioned. In addition, when a silver alloy is used, it becomes a high reflectance electrode and is suitable when taking out light from the cathode side.
有機EL薄膜層340は、電子輸送層342と、発光層344と、正孔輸送層346とを有する。電子輸送層342は、陰極312に接続され、正孔輸送層346は、陽極314に接続されている。陽極314と陰極312との間に所定の電圧を印加すると、発光層344が発光する。 The organic EL thin film layer 340 includes an electron transport layer 342, a light emitting layer 344, and a hole transport layer 346. The electron transport layer 342 is connected to the cathode 312, and the hole transport layer 346 is connected to the anode 314. When a predetermined voltage is applied between the anode 314 and the cathode 312, the light emitting layer 344 emits light.
ここで、電子輸送層342と発光層344が1つの層を形成してもよく、また、電子輸送層342と陰極312との間に電子注入層が設けられてもよく、更に、正孔輸送層346と陽極314との間に正孔注入層が設けられてもよい。 Here, the electron transport layer 342 and the light emitting layer 344 may form one layer, an electron injection layer may be provided between the electron transport layer 342 and the cathode 312, and hole transport is further performed. A hole injection layer may be provided between the layer 346 and the anode 314.
また、基材側から光を取り出すいわゆる「ボトムエミッション」の場合について説明したが、基材と反対側から光を取り出す「トップエミッション」であってもよい。 Further, the case of so-called “bottom emission” in which light is extracted from the substrate side has been described, but “top emission” in which light is extracted from the side opposite to the substrate may be used.
図9におけるドライブ回路320について説明する。
ドライブ回路320は、2つの電界効果型トランジスタ10及び20と、キャパシタ30を有する。
The drive circuit 320 in FIG. 9 will be described.
The drive circuit 320 includes two field effect transistors 10 and 20 and a capacitor 30.
電界効果型トランジスタ10は、スイッチ素子として動作する。電界効果型トランジスタ10のゲート電極Gは、所定の走査線に接続され、電界効果型トランジスタ10のソース電極Sは、所定のデータ線に接続されている。また、電界効果型トランジスタ10のドレイン電極Dは、キャパシタ30の一方の端子に接続されている。 The field effect transistor 10 operates as a switch element. The gate electrode G of the field effect transistor 10 is connected to a predetermined scanning line, and the source electrode S of the field effect transistor 10 is connected to a predetermined data line. The drain electrode D of the field effect transistor 10 is connected to one terminal of the capacitor 30.
電界効果型トランジスタ20は、有機EL素子350に電流を供給する。電界効果型トランジスタ20のゲート電極Gは、電界効果型トランジスタ10のドレイン電極Dと接続されている。そして、電界効果型トランジスタ20のドレイン電極Dは、有機EL素子350の陽極314に接続され、電界効果型トランジスタ20のソース電極Sは、所定の電流供給線に接続されている。 The field effect transistor 20 supplies current to the organic EL element 350. The gate electrode G of the field effect transistor 20 is connected to the drain electrode D of the field effect transistor 10. The drain electrode D of the field effect transistor 20 is connected to the anode 314 of the organic EL element 350, and the source electrode S of the field effect transistor 20 is connected to a predetermined current supply line.
キャパシタ30は、電界効果型トランジスタ10の状態、即ちデータを記憶する。キャパシタ30の他方の端子は、所定の電流供給線に接続されている。 The capacitor 30 stores the state of the field effect transistor 10, that is, data. The other terminal of the capacitor 30 is connected to a predetermined current supply line.
そこで、電界効果型トランジスタ10が「オン」状態になると、信号線Y2を介して画像データがキャパシタ30に記憶され、電界効果型トランジスタ10が「オフ」状態になった後も、電界効果型トランジスタ20を画像データに対応した「オン」状態に保持することによって、有機EL素子350は駆動される。 Therefore, when the field effect transistor 10 is turned on, image data is stored in the capacitor 30 via the signal line Y2, and even after the field effect transistor 10 is turned off, the field effect transistor 10 is turned on. The organic EL element 350 is driven by holding 20 in the “on” state corresponding to the image data.
図13は、本発明の画像表示装置の他の一例を示す概略構成図である。
図13において、画像表示装置は、表示素子302と、配線(走査線、データ線、電流供給線)と、表示制御装置400とを有する。
表示制御装置400は、画像データ処理回路402と、走査線駆動回路404と、データ線駆動回路406とを有する。
画像データ処理回路402は、映像出力回路123の出力信号に基づいて、ディスプレイにおける複数の表示素子302の輝度を判断する。
走査線駆動回路404は、画像データ処理回路402の指示に応じてn本の走査線に個別に電圧を印加する。
データ線駆動回路406は、画像データ処理回路402の指示に応じてm本のデータ線に個別に電圧を印加する。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing another example of the image display device of the present invention.
In FIG. 13, the image display device includes a display element 302, wiring (scanning line, data line, current supply line), and a display control device 400.
The display control device 400 includes an image data processing circuit 402, a scanning line driving circuit 404, and a data line driving circuit 406.
The image data processing circuit 402 determines the luminance of the plurality of display elements 302 in the display based on the output signal of the video output circuit 123.
The scanning line driving circuit 404 individually applies voltages to the n scanning lines in accordance with an instruction from the image data processing circuit 402.
The data line driving circuit 406 individually applies voltages to the m data lines in accordance with an instruction from the image data processing circuit 402.
また、上記実施形態では、光制御素子が有機EL素子の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、光制御素子がエレクトロクロミック素子であってもよい。この場合は、上記ディスプレイは、エレクトロクロミックディスプレイとなる。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where a light control element was an organic EL element, it is not limited to this, For example, a light control element may be an electrochromic element. In this case, the display is an electrochromic display.
また、前記光制御素子が液晶素子であってもよく、この場合ディスプレイは、液晶ディスプレイとなり、図14に示されるように、表示素子302’に対する電流供給線は不要となる。また、図15に示されるように、ドライブ回路320’は、電界効果型トランジスタ10及び20と同様の1つの電界効果型トランジスタ40により構成することができる。電界効果型トランジスタ40において、ゲート電極Gが所定の走査線に接続され、ソース電極Sが所定のデータ線に接続されている。また、ドレイン電極Dが、キャパシタ361及び液晶素子370の画素電極に接続されている。 The light control element may be a liquid crystal element. In this case, the display is a liquid crystal display, and a current supply line to the display element 302 ′ is not required as shown in FIG. 14. Further, as shown in FIG. 15, the drive circuit 320 ′ can be configured by one field effect transistor 40 similar to the field effect transistors 10 and 20. In the field effect transistor 40, the gate electrode G is connected to a predetermined scanning line, and the source electrode S is connected to a predetermined data line. Further, the drain electrode D is connected to the capacitor 361 and the pixel electrode of the liquid crystal element 370.
また、前記光制御素子は、電気泳動素子、無機EL素子、エレクトロウェッティング素子であってもよい。 The light control element may be an electrophoretic element, an inorganic EL element, or an electrowetting element.
以上、本発明のシステムがテレビジョン装置である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、画像及び情報を表示する装置として画像表示装置124を備えていればよい。例えば、コンピュータ(パソコンを含む)と画像表示装置124とが接続されたコンピュータシステムであってもよい。 As described above, the case where the system of the present invention is a television device has been described. However, the present invention is not limited to this, and the image display device 124 may be provided as a device for displaying images and information. For example, a computer system in which a computer (including a personal computer) and an image display device 124 are connected may be used.
また、携帯電話、携帯型音楽再生装置、携帯型動画再生装置、電子BOOK、PDA(Personal Digital Assistant)などの携帯情報機器、スチルカメラやビデオカメラなどの撮像機器における表示手段に画像表示装置124を用いることができる。また、車、航空機、電車、船舶等の移動体システムにおける各種情報の表示手段に画像表示装置124を用いることができる。さらに、計測装置、分析装置、医療機器、広告媒体における各種情報の表示手段に画像表示装置124を用いることができる。 In addition, the image display device 124 is used as a display unit in a portable information device such as a mobile phone, a portable music player, a portable video player, an electronic BOOK, or a PDA (Personal Digital Assistant), or an imaging device such as a still camera or a video camera. Can be used. Further, the image display device 124 can be used as a display unit for various information in a mobile system such as a car, an aircraft, a train, and a ship. Furthermore, the image display device 124 can be used as a display unit for various information in a measurement device, an analysis device, a medical device, and an advertising medium.
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。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
(実施例1)
<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の製造>
実施例1では、図1に示すボトムゲート/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。作製工程を、図16A〜図16Jを用いて説明する。
Example 1
<Manufacture of bottom gate / top contact type field effect transistor>
In Example 1, the bottom gate / top contact type field effect transistor shown in FIG. 1 was fabricated. A manufacturing process will be described with reference to FIGS.
<<ゲート電極の形成>>
基材11上に、DCスパッタリングにより、膜厚30nm/200nm/20nmのMo/Al/Mo積層膜(ゲート電極前駆体12A)を成膜した(図16A)。成膜したMo/Al/Mo積層膜(ゲート電極前駆体12A)上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、エッチングを行って、所定の形状のゲート電極12を形成した(図16B)。
<< Formation of gate electrode >>
A Mo / Al / Mo laminated film (gate electrode precursor 12A) having a film thickness of 30 nm / 200 nm / 20 nm was formed on the substrate 11 by DC sputtering (FIG. 16A). A resist pattern was formed on the formed Mo / Al / Mo laminated film (gate electrode precursor 12A) by photolithography, and etching was performed to form a gate electrode 12 having a predetermined shape (FIG. 16B).
<<第1のゲート絶縁膜の形成>>
基材11上およびゲート電極12上に、RFマグネトロンスパッタリング法により、膜厚200nmのSiO2膜(第1のゲート絶縁膜前駆体13A)を成膜した(図16C)。SiO2膜上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、エッチングを行って、所定の形状の第1のゲート絶縁膜13を形成した(図16D)。
<< Formation of First Gate Insulating Film >>
A 200 nm-thick SiO 2 film (first gate insulating film precursor 13A) was formed on the base material 11 and the gate electrode 12 by RF magnetron sputtering (FIG. 16C). A resist pattern was formed on the SiO 2 film by photolithography, and etching was performed to form a first gate insulating film 13 having a predetermined shape (FIG. 16D).
<<第2のゲート絶縁膜の形成>>
次に、第2のゲート絶縁膜14を形成した。まず、第2のゲート絶縁膜形成用塗布液を作製した。具体的には、シクロヘキシルベンゼン1.2mLに、2−エチルヘキサン酸ランタントルエン溶液(La含量7%、Wako 122−03371、株式会社ワコーケミカル製)1.95mLと、2−エチルヘキサン酸ストロンチウムトルエン溶液(Sr含量2%、Wako 195−09561、株式会社ワコーケミカル製)0.57mLと、2−エチルヘキサン酸酸化ジルコニウムミネラルスピリット溶液(Zr含量12%、Wako 269−01116、株式会社ワコーケミカル製)0.09mLとを混合し、第2のゲート絶縁膜形成用塗布液を得た。
<< Formation of Second Gate Insulating Film >>
Next, a second gate insulating film 14 was formed. First, a second gate insulating film forming coating solution was prepared. Specifically, lanthanum toluene solution of ethyl 2-ethylhexanoate (La content 7%, Wako 122-03371, manufactured by Wako Chemical Co., Ltd.) 1.95 mL of cyclohexylbenzene and strontium 2-ethylhexanoate toluene solution (Sr content 2%, Wako 195-09561, manufactured by Wako Chemical Co., Ltd.) 0.57 mL, 2-ethylhexanoic acid zirconium oxide mineral spirit solution (Zr content 12%, Wako 269-01116, manufactured by Wako Chemical Co., Ltd.) 0 0.09 mL was mixed to obtain a second gate insulating film forming coating solution.
次に、第2のゲート絶縁膜形成用塗布液を第1のゲート絶縁膜13上へ滴下し、所定の条件でスピンコートした。続いて、大気中で120℃1時間の乾燥処理後、O2雰囲気下で400℃3時間の焼成を行い、常誘電体であり、アモルファスであるストロンチウムランタンジルコニウム酸化物(第2のゲート絶縁膜前駆体14A)を得た(図16E)。膜厚は約100nmであった。 Next, a second gate insulating film forming coating solution was dropped onto the first gate insulating film 13 and spin-coated under predetermined conditions. Subsequently, after drying in air at 120 ° C. for 1 hour, firing is performed in an O 2 atmosphere at 400 ° C. for 3 hours, and strontium lanthanum zirconium oxide that is a paraelectric material and is amorphous (second gate insulating film) Precursor 14A) was obtained (FIG. 16E). The film thickness was about 100 nm.
アモルファスストロンチウムランタンジルコニウム酸化物膜上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、エッチングを行って、所定の形状の第2のゲート絶縁膜14を形成した(図16F)。 A resist pattern was formed on the amorphous strontium lanthanum zirconium oxide film by photolithography, and etching was performed to form a second gate insulating film 14 having a predetermined shape (FIG. 16F).
<<半導体層の形成>>
次に、半導体層15を形成した。具体的には、DCスパッタリングにより、Mg−In系酸化物(In2MgO4)膜(半導体層前駆体15A)を平均膜厚が約20nmとなるように成膜した(図16G)。この後、Mg−In系酸化物膜上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、エッチングを行って、所定の形状の半導体層15を形成した(図16H)。
<< Semiconductor Layer Formation >>
Next, the semiconductor layer 15 was formed. Specifically, an Mg—In-based oxide (In 2 MgO 4 ) film (semiconductor layer precursor 15A) was formed by DC sputtering so as to have an average film thickness of about 20 nm (FIG. 16G). Thereafter, a resist pattern was formed on the Mg—In-based oxide film by photolithography, and etching was performed to form a semiconductor layer 15 having a predetermined shape (FIG. 16H).
<<ソース電極及びドレイン電極の形成>>
次に、ソース電極16及びドレイン電極17を形成した。
具体的には、第2のゲート絶縁膜14及び半導体層15上に、DCスパッタリングにより、厚み30nm/200nm/20nmなるようにMo/Al/Mo積層膜(電極前駆体16A)を形成した(図16I)。成膜したMo/Al/Mo積層膜上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、エッチングを行って、所定の形状のソース電極16及びドレイン電極17を形成した(図16J)。
<< Formation of Source and Drain Electrodes >>
Next, the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed.
Specifically, a Mo / Al / Mo laminated film (electrode precursor 16A) was formed on the second gate insulating film 14 and the semiconductor layer 15 by DC sputtering so as to have a thickness of 30 nm / 200 nm / 20 nm (FIG. 16). 16I). A resist pattern was formed by photolithography on the formed Mo / Al / Mo laminated film, and etching was performed to form a source electrode 16 and a drain electrode 17 having a predetermined shape (FIG. 16J).
以上の工程により、電界効果型トランジスタ10を作製した。半導体層15、ソース電極16及びドレイン電極17により形成されるチャネル領域のサイズは、W(幅)30μm、L(長さ)10μmとなった。 Through the above steps, the field effect transistor 10 was manufactured. The size of the channel region formed by the semiconductor layer 15, the source electrode 16 and the drain electrode 17 was W (width) 30 μm and L (length) 10 μm.
以上のようにフォトマスク5枚を用いて5回のフォトリソグラフィ及びエッチングを行うことにより電界効果型トランジスタを作製することができた。 As described above, a field effect transistor could be manufactured by performing photolithography and etching five times using five photomasks.
(実施例2)
<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の製造>
実施例2では、図1に示すボトムゲート/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。作製工程を図17A〜図17Iを用いて説明する。
(Example 2)
<Manufacture of bottom gate / top contact type field effect transistor>
In Example 2, the bottom gate / top contact type field effect transistor shown in FIG. 1 was fabricated. A manufacturing process will be described with reference to FIGS.
<<ゲート電極の形成>>
実施例1と同様にゲート電極12を形成した(図17A及び図17B)。
<< Formation of gate electrode >>
A gate electrode 12 was formed in the same manner as in Example 1 (FIGS. 17A and 17B).
<<第1のゲート絶縁膜、第2のゲート絶縁膜の形成>>
基材11上およびゲート電極12上に、RFマグネトロンスパッタリング法により、膜厚200nmのSiO2膜(第1のゲート絶縁膜前駆体13A)を成膜した(図17C)。
<< Formation of First Gate Insulating Film and Second Gate Insulating Film >>
A 200 nm-thickness SiO 2 film (first gate insulating film precursor 13A) was formed on the base material 11 and the gate electrode 12 by RF magnetron sputtering (FIG. 17C).
実施例1と同様にして、SiO2膜上に、膜厚100nmのストロンチウムランタンジルコニウム酸化物(第2のゲート絶縁膜前駆体14A)を得た(図17D)。 In the same manner as in Example 1, a 100 nm-thick strontium lanthanum zirconium oxide (second gate insulating film precursor 14A) was obtained on the SiO 2 film (FIG. 17D).
アモルファスストロンチウムランタンジルコニウム酸化物膜上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、まず、第2のゲート絶縁膜前駆体14Aのエッチングを行い、引き続き第1のゲート絶縁膜前駆体13Aのエッチングを行い、所定の形状の第2のゲート絶縁膜14、第1のゲート絶縁膜13を形成した(図17E)。 A resist pattern is formed on the amorphous strontium lanthanum zirconium oxide film by photolithography. First, the second gate insulating film precursor 14A is etched, and then the first gate insulating film precursor 13A is etched. A second gate insulating film 14 and a first gate insulating film 13 having the shape shown in FIG. 17 were formed (FIG. 17E).
<<半導体層の形成>>
次に、実施例1と同様に半導体層15を形成した。具体的には、DCスパッタリングにより、Mg−In系酸化物(In2MgO4)膜(半導体層前駆体15A)を平均膜厚が約20nmとなるように成膜した(図17F)。この後、Mg−In系酸化物膜上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、エッチングを行って、所定の形状の半導体層15を形成した(図17G)。
<< Semiconductor Layer Formation >>
Next, the semiconductor layer 15 was formed in the same manner as in Example 1. Specifically, the DC sputtering was formed as Mg-In-based oxide (In 2 MgO 4) film (semiconductor layer precursor 15A) the average film thickness of about 20 nm (FIG. 17F). Thereafter, a resist pattern was formed on the Mg—In-based oxide film by photolithography, and etching was performed to form a semiconductor layer 15 having a predetermined shape (FIG. 17G).
<<ソース電極及びドレイン電極の形成>>
最後に実施例1と同様に、ソース電極16及びドレイン電極17を形成した(図17H及び図17I)。
<< Formation of Source and Drain Electrodes >>
Finally, as in Example 1, the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed (FIGS. 17H and 17I).
以上の工程により、電界効果型トランジスタ10を作製した。半導体層15、ソース電極16及びドレイン電極17により形成されるチャネル領域のサイズは、W(幅)30μm、L(長さ)10μmとなった。 Through the above steps, the field effect transistor 10 was manufactured. The size of the channel region formed by the semiconductor layer 15, the source electrode 16 and the drain electrode 17 was W (width) 30 μm and L (length) 10 μm.
以上のようにフォトマスク4枚を用いて4回のフォトリソグラフィと5回のエッチングを行うことにより電界効果型トランジスタを作製することができた。 As described above, a field effect transistor could be manufactured by performing four photolithographys and five etchings using four photomasks.
(実施例3)
<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の製造>
実施例3では図1に示すボトムゲート/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。作製工程を図18A〜図18Iを用いて説明する。
(Example 3)
<Manufacture of bottom gate / top contact type field effect transistor>
In Example 3, the bottom gate / top contact type field effect transistor shown in FIG. 1 was produced. A manufacturing process will be described with reference to FIGS.
<<ゲート電極の形成>>
実施例1と同様にゲート電極12を形成した(図18A及び図18B)。
<< Formation of gate electrode >>
A gate electrode 12 was formed in the same manner as in Example 1 (FIGS. 18A and 18B).
<<第1のゲート絶縁膜、第2のゲート絶縁膜、半導体層の形成>>
実施例1と同様に第1のゲート絶縁膜前駆体13A、第2のゲート絶縁膜前駆体14A、半導体層前駆体15Aを連続して作製し積層膜を形成した(図18C〜図18E)。
半導体のフォトマスクを用いて、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、半導体層前駆体15Aのエッチングを行うことにより半導体層15のパターンを形成した(図18F)。引き続き第2のゲート絶縁膜のフォトマスクを用いて、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、第2のゲート絶縁膜前駆体14Aのエッチングを行うことにより第2のゲート絶縁膜14のパターンを形成した。そのまま第1のゲート絶縁膜前駆体13Aをエッチングすることにより第1のゲート絶縁膜13のパターンを形成した(図18G)。
<< Formation of First Gate Insulating Film, Second Gate Insulating Film, Semiconductor Layer >>
Similarly to Example 1, a first gate insulating film precursor 13A, a second gate insulating film precursor 14A, and a semiconductor layer precursor 15A were successively formed to form a laminated film (FIGS. 18C to 18E).
A resist pattern was formed by photolithography using a semiconductor photomask, and the semiconductor layer precursor 15A was etched to form a pattern of the semiconductor layer 15 (FIG. 18F). Subsequently, a resist pattern was formed by photolithography using a photomask for the second gate insulating film, and the pattern of the second gate insulating film 14 was formed by etching the second gate insulating film precursor 14A. . The first gate insulating film precursor 13A was etched as it was to form a pattern of the first gate insulating film 13 (FIG. 18G).
<<ソース電極及びドレイン電極の形成>>
最後に実施例1と同様に、ソース電極16及びドレイン電極17を形成した(図18H及び図18I)。
<< Formation of Source and Drain Electrodes >>
Finally, as in Example 1, the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed (FIGS. 18H and 18I).
以上の工程により、電界効果型トランジスタ10を作製した。半導体層15、ソース電極16及びドレイン電極17により形成されるチャネル領域のサイズは、W(幅)30μm、L(長さ)10μmとなった。 Through the above steps, the field effect transistor 10 was manufactured. The size of the channel region formed by the semiconductor layer 15, the source electrode 16 and the drain electrode 17 was W (width) 30 μm and L (length) 10 μm.
以上のようにフォトマスク4枚を用いて4回のフォトリソグラフィと5回のエッチングを行うことにより電界効果型トランジスタを作製することができた。 As described above, a field effect transistor could be manufactured by performing four photolithographys and five etchings using four photomasks.
(実施例4)
<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の製造>
実施例3では図1に示すボトムゲート/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。作製工程を図19A〜図19Jを用いて説明する。
Example 4
<Manufacture of bottom gate / top contact type field effect transistor>
In Example 3, the bottom gate / top contact type field effect transistor shown in FIG. 1 was produced. A manufacturing process will be described with reference to FIGS.
<<ゲート電極の形成>>
実施例1と同様にゲート電極12を形成した(図19A及び図19B)。
<< Formation of gate electrode >>
A gate electrode 12 was formed in the same manner as in Example 1 (FIGS. 19A and 19B).
<<第1のゲート絶縁膜、第2のゲート絶縁膜、半導体層の形成>>
実施例1と同様に第1のゲート絶縁膜前駆体13A、第2のゲート絶縁膜前駆体14A、半導体層前駆体15Aを連続して作製し積層膜を形成した(図19C〜図19E)。
半導体のフォトマスクを用いて、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、半導体層前駆体15Aのエッチングを行うことにより半導体層15のパターンを形成した(図19F)。引き続き第2のゲート絶縁膜のフォトマスクを用いて、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、第2のゲート絶縁膜前駆体14Aのエッチングを行うことにより第2のゲート絶縁膜14のパターンを形成した(図19G)。引き続き第1のゲート絶縁膜のフォトマスクを用いて第1のゲート絶縁膜前駆体13Aをエッチングすることにより第1のゲート絶縁膜13のパターンを形成した。(図19H)。
<< Formation of First Gate Insulating Film, Second Gate Insulating Film, Semiconductor Layer >>
Similarly to Example 1, a first gate insulating film precursor 13A, a second gate insulating film precursor 14A, and a semiconductor layer precursor 15A were successively formed to form a laminated film (FIGS. 19C to 19E).
A resist pattern was formed by photolithography using a semiconductor photomask, and the semiconductor layer precursor 15A was etched to form a pattern of the semiconductor layer 15 (FIG. 19F). Subsequently, a resist pattern was formed by photolithography using a photomask for the second gate insulating film, and the pattern of the second gate insulating film 14 was formed by etching the second gate insulating film precursor 14A. (FIG. 19G). Subsequently, the pattern of the first gate insulating film 13 was formed by etching the first gate insulating film precursor 13A using a photomask of the first gate insulating film. (FIG. 19H).
<<ソース電極及びドレイン電極の形成>>
最後に実施例1と同様に、ソース電極16及びドレイン電極17を形成した(図19I及び図19J)。
<< Formation of Source and Drain Electrodes >>
Finally, as in Example 1, the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed (FIGS. 19I and 19J).
以上の工程により、電界効果型トランジスタ10を作製した。半導体層15、ソース電極16及びドレイン電極17により形成されるチャネル領域のサイズは、W(幅)30μm、L(長さ)10μmとなった。 Through the above steps, the field effect transistor 10 was manufactured. The size of the channel region formed by the semiconductor layer 15, the source electrode 16 and the drain electrode 17 was W (width) 30 μm and L (length) 10 μm.
以上のようにフォトマスク5枚を用いて5回のフォトリソグラフィと5回のエッチングを行うことにより電界効果型トランジスタを作製することができた。 As described above, a field effect transistor could be manufactured by performing five photolithographys and five etchings using five photomasks.
(実施例5)
<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の製造>
実施例5では図1に示すボトムゲート/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。作製工程を図20A〜図20Jを用いて説明する。
(Example 5)
<Manufacture of bottom gate / top contact type field effect transistor>
In Example 5, the bottom gate / top contact type field effect transistor shown in FIG. 1 was produced. A manufacturing process will be described with reference to FIGS.
<<ゲート電極の形成>>
実施例1と同様にゲート電極12を形成した(図20A及び図20B)。
<< Formation of gate electrode >>
A gate electrode 12 was formed in the same manner as in Example 1 (FIGS. 20A and 20B).
<<第1のゲート絶縁膜の形成>>
実施例1と同様に第1のゲート絶縁膜13を形成した(図20C及び図20D)。
<< Formation of First Gate Insulating Film >>
A first gate insulating film 13 was formed in the same manner as in Example 1 (FIGS. 20C and 20D).
<<第2のゲート絶縁膜、半導体層の形成>>
実施例1と同様に第2のゲート絶縁膜前駆体14A、半導体層前駆体15Aを連続して作製し積層膜を形成した(図20E及び図20F)。
半導体のフォトマスクを用いて、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、半導体層前駆体15Aのエッチングを行うことにより半導体層15のパターンを形成した(図20G)。引き続き第2のゲート絶縁膜のフォトマスクを用いて、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、第2のゲート絶縁膜前駆体14Aのエッチングを行うことにより第2のゲート絶縁膜14のパターンを形成した(図20H)。
<< Formation of Second Gate Insulating Film and Semiconductor Layer >>
Similarly to Example 1, a second gate insulating film precursor 14A and a semiconductor layer precursor 15A were successively formed to form a laminated film (FIGS. 20E and 20F).
A resist pattern was formed by photolithography using a semiconductor photomask, and the semiconductor layer precursor 15A was etched to form a pattern of the semiconductor layer 15 (FIG. 20G). Subsequently, a resist pattern was formed by photolithography using a photomask for the second gate insulating film, and the pattern of the second gate insulating film 14 was formed by etching the second gate insulating film precursor 14A. (FIG. 20H).
<<ソース電極及びドレイン電極の形成>>
最後に実施例1と同様に、ソース電極16及びドレイン電極17を形成した(図20I及び図20J)。
<< Formation of Source and Drain Electrodes >>
Finally, as in Example 1, the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed (FIGS. 20I and 20J).
以上の工程により、電界効果型トランジスタ10を作製した。半導体層15、ソース電極16及びドレイン電極17により形成されるチャネル領域のサイズは、W(幅)30μm、L(長さ)10μmとなった。 Through the above steps, the field effect transistor 10 was manufactured. The size of the channel region formed by the semiconductor layer 15, the source electrode 16 and the drain electrode 17 was W (width) 30 μm and L (length) 10 μm.
以上のようにフォトマスク5枚を用いて5回のフォトリソグラフィと5回のエッチングを行うことにより電界効果型トランジスタを作製することができた。 As described above, a field effect transistor could be manufactured by performing five photolithographys and five etchings using five photomasks.
(比較例1)
<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の製造>
比較例1では図21Hに示すボトムゲート/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。作製工程を図21A〜図21Hを用いて説明する。
(Comparative Example 1)
<Manufacture of bottom gate / top contact type field effect transistor>
In Comparative Example 1, a bottom gate / top contact type field effect transistor shown in FIG. 21H was manufactured. A manufacturing process will be described with reference to FIGS.
<<ゲート電極の形成>>
実施例1と同様にゲート電極12を形成した(図21A及び図21B)。
<< Formation of gate electrode >>
A gate electrode 12 was formed in the same manner as in Example 1 (FIGS. 21A and 21B).
<<ゲート絶縁膜、半導体層の形成>>
実施例1の<<第2のゲート絶縁膜の形成>>と同様にして、ゲート絶縁膜前駆体130Aを形成し、更にフォトリソグラフィによりゲート絶縁膜130を形成した(図21C及び図21D)。更に実施例1の<<半導体層の形成>>と同様にして、半導体層15を形成した(図21E及び図21F)。
<< Formation of gate insulating film and semiconductor layer >>
A gate insulating film precursor 130A was formed in the same manner as <<<< Formation of Second Gate Insulating Film >>>> in Example 1, and further a gate insulating film 130 was formed by photolithography (FIGS. 21C and 21D). Further, the semiconductor layer 15 was formed in the same manner as in <<< Semiconductor Layer Formation >> in Example 1 (FIGS. 21E and 21F).
<<ソース電極及びドレイン電極の形成>>
最後に実施例1と同様に、ソース電極16及びドレイン電極17を形成した(図21G及び図21H)。
<< Formation of Source and Drain Electrodes >>
Finally, as in Example 1, the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed (FIGS. 21G and 21H).
以上の工程により、電界効果型トランジスタ10を作製した。半導体層15、ソース電極16及びドレイン電極17により形成されるチャネル領域のサイズは、W(幅)30μm、L(長さ)10μmとなった。 Through the above steps, the field effect transistor 10 was manufactured. The size of the channel region formed by the semiconductor layer 15, the source electrode 16 and the drain electrode 17 was W (width) 30 μm and L (length) 10 μm.
以上のように電界効果型トランジスタを作製することができた。 As described above, a field effect transistor could be fabricated.
(実施例6)
<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の製造>
実施例6では、図1に示すボトムゲート/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。作製工程を図17A〜図17Iを用いて説明する。
(Example 6)
<Manufacture of bottom gate / top contact type field effect transistor>
In Example 6, the bottom gate / top contact type field effect transistor shown in FIG. 1 was fabricated. A manufacturing process will be described with reference to FIGS.
<<ゲート電極の形成>>
実施例1と同様にゲート電極12を形成した(図17A及び図17B)。
<< Formation of gate electrode >>
A gate electrode 12 was formed in the same manner as in Example 1 (FIGS. 17A and 17B).
<<第1のゲート絶縁膜の形成>>
基材11上およびゲート電極12上に、SiターゲットとAr、O2、N2混合ガスを用いてRFマグネトロンスパッタリング法により、膜厚200nmのSiO1.8N0.13膜(第1のゲート絶縁膜前駆体13A)を成膜した(図17C)。
<< Formation of First Gate Insulating Film >>
A SiO 1.8 N 0.13 film (first gate) having a thickness of 200 nm is formed on the substrate 11 and the gate electrode 12 by RF magnetron sputtering using a Si target and an Ar, O 2 , and N 2 mixed gas. An insulating film precursor 13A) was formed (FIG. 17C).
<<第2のゲート絶縁膜の形成>>
実施例1と同様にして、SiO2膜上に、膜厚100nmのストロンチウムランタンジルコニウム酸化物(第2のゲート絶縁膜前駆体14A)を得た(図17D)。
<< Formation of Second Gate Insulating Film >>
In the same manner as in Example 1, a 100 nm-thick strontium lanthanum zirconium oxide (second gate insulating film precursor 14A) was obtained on the SiO 2 film (FIG. 17D).
アモルファスストロンチウムランタンジルコニウム酸化物膜上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、まず、第2のゲート絶縁膜前駆体14Aのエッチングを行い、引き続き第1のゲート絶縁膜前駆体13Aのエッチングを行い、所定の形状の第2のゲート絶縁膜14、第1のゲート絶縁膜13を形成した(図17E)。 A resist pattern is formed on the amorphous strontium lanthanum zirconium oxide film by photolithography. First, the second gate insulating film precursor 14A is etched, and then the first gate insulating film precursor 13A is etched. A second gate insulating film 14 and a first gate insulating film 13 having the shape shown in FIG. 17 were formed (FIG. 17E).
<<半導体層の形成>>
次に、実施例1と同様に半導体層15を形成した。具体的には、DCスパッタリングにより、Mg−In系酸化物(In2MgO4)膜(半導体層前駆体15A)を平均膜厚が約20nmとなるように成膜した(図17F)。この後、Mg−In系酸化物膜上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、エッチングを行って、所定の形状の半導体層15を形成した(図17G)。
<< Semiconductor Layer Formation >>
Next, the semiconductor layer 15 was formed in the same manner as in Example 1. Specifically, an Mg—In-based oxide (In 2 MgO 4 ) film (semiconductor layer precursor 15A) was formed by DC sputtering so as to have an average film thickness of about 20 nm (FIG. 17F). Thereafter, a resist pattern was formed on the Mg—In-based oxide film by photolithography, and etching was performed to form a semiconductor layer 15 having a predetermined shape (FIG. 17G).
<<ソース電極及びドレイン電極の形成>>
最後に実施例1と同様に、ソース電極16及びドレイン電極17を形成した(図17H及び図17I)。
<< Formation of Source and Drain Electrodes >>
Finally, as in Example 1, the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed (FIGS. 17H and 17I).
以上の工程により、電界効果型トランジスタ10を作製した。半導体層15、ソース電極16及びドレイン電極17により形成されるチャネル領域のサイズは、W(幅)30μm、L(長さ)10μmとなった。 Through the above steps, the field effect transistor 10 was manufactured. The size of the channel region formed by the semiconductor layer 15, the source electrode 16 and the drain electrode 17 was W (width) 30 μm and L (length) 10 μm.
以上のようにフォトマスク4枚を用いて4回のフォトリソグラフィと5回のエッチングを行うことにより電界効果型トランジスタを作製することができた。 As described above, a field effect transistor could be manufactured by performing four photolithographys and five etchings using four photomasks.
(実施例7)
<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の製造>
実施例7では、図1に示すボトムゲート/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。作製工程を図17A〜図17Iを用いて説明する。
<<ゲート電極の形成>>
実施例1と同様にゲート電極12を形成した(図17A及び図17B)。
(Example 7)
<Manufacture of bottom gate / top contact type field effect transistor>
In Example 7, the bottom gate / top contact type field effect transistor shown in FIG. 1 was produced. A manufacturing process will be described with reference to FIGS.
<< Formation of gate electrode >>
A gate electrode 12 was formed in the same manner as in Example 1 (FIGS. 17A and 17B).
<<第1のゲート絶縁膜の形成>>
基材11上およびゲート電極12上に、SiターゲットとAr、N2混合ガスを用いてRFマグネトロンスパッタリング法により、膜厚200nmのSi3N4膜を成膜した。
<< Formation of First Gate Insulating Film >>
A Si 3 N 4 film having a thickness of 200 nm was formed on the substrate 11 and the gate electrode 12 by RF magnetron sputtering using a Si target and an Ar, N 2 mixed gas.
<<第2のゲート絶縁膜の形成>>
実施例1と同様にして、SiO2膜上に、膜厚100nmのストロンチウムランタンジルコニウム酸化物(第2のゲート絶縁膜前駆体14A)を得た(図17D)。
<< Formation of Second Gate Insulating Film >>
In the same manner as in Example 1, on the SiO 2 film to obtain strontium lanthanum-zirconium oxide with a thickness of 100nm (second gate insulating film precursor 14A) (FIG. 17D).
アモルファスストロンチウムランタンジルコニウム酸化物膜上にフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、まず、第2のゲート絶縁膜前駆体14Aのエッチングを行い、引き続き第1のゲート絶縁膜前駆体13Aのエッチングを行い、所定の形状の第2のゲート絶縁膜14、第1のゲート絶縁膜13を形成した(図17E)。 A resist pattern is formed on the amorphous strontium lanthanum zirconium oxide film by photolithography. First, the second gate insulating film precursor 14A is etched, and then the first gate insulating film precursor 13A is etched. A second gate insulating film 14 and a first gate insulating film 13 having the shape shown in FIG. 17 were formed (FIG. 17E).
<<半導体層の形成>>
次に、実施例1と同様に半導体層15を形成した。具体的には、DCスパッタリングにより、Mg−In系酸化物(In2MgO4)膜(半導体層前駆体15A)を平均膜厚が約20nmとなるように成膜した(図17F)。この後、Mg−In系酸化物膜上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、エッチングを行って、所定の形状の半導体層15を形成した(図17G)。
<< Semiconductor Layer Formation >>
Next, the semiconductor layer 15 was formed in the same manner as in Example 1. Specifically, an Mg—In-based oxide (In 2 MgO 4 ) film (semiconductor layer precursor 15A) was formed by DC sputtering so as to have an average film thickness of about 20 nm (FIG. 17F). Thereafter, a resist pattern was formed on the Mg—In-based oxide film by photolithography, and etching was performed to form a semiconductor layer 15 having a predetermined shape (FIG. 17G).
<<ソース電極及びドレイン電極の形成>>
最後に実施例1と同様に、ソース電極16及びドレイン電極17を形成した(図17H及び図17I)。
<< Formation of Source and Drain Electrodes >>
Finally, as in Example 1, the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed (FIGS. 17H and 17I).
以上の工程により、電界効果型トランジスタ10を作製した。半導体層15、ソース電極16及びドレイン電極17により形成されるチャネル領域のサイズは、W(幅)30μm、L(長さ)10μmとなった。 Through the above steps, the field effect transistor 10 was manufactured. The size of the channel region formed by the semiconductor layer 15, the source electrode 16 and the drain electrode 17 was W (width) 30 μm and L (length) 10 μm.
以上のようにフォトマスク4枚を用いて4回のフォトリソグラフィと5回のエッチングを行うことにより電界効果型トランジスタを作製することができた。 As described above, a field effect transistor could be manufactured by performing four photolithographys and five etchings using four photomasks.
(実施例8)
<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の製造>
実施例1と同様に電界効果型トランジスタを作製した。
ただし第2のゲート絶縁膜形成用塗布液として、2−エチルヘキサン酸カルシウムミネラルスピリット溶液(Ca含量5wt%、ワコーケミカル351−01162)2.4mLと2−エチルヘキサン酸イットリウムトルエン溶液(Y含量8wt%、和光純薬工業258−00301)7.8mLを混合し、更にトルエン10mLを加え希釈した塗布液を用いて第2のゲート絶縁膜14(アモルファスカルシウムイットリウム酸化物)を形成した。
(Example 8)
<Manufacture of bottom gate / top contact type field effect transistor>
A field effect transistor was fabricated in the same manner as in Example 1.
However, as the second gate insulating film forming coating solution, 2.4 mL of 2-ethylhexanoate calcium mineral spirit solution (Ca content 5 wt%, Wako Chemical 351-01162) and 2-ethylhexanoate yttrium toluene solution (Y content 8 wt. %, Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 258-00301) 7.8 mL was mixed, and 10 mL of toluene was further added to dilute the coating solution to form a second gate insulating film 14 (amorphous calcium yttrium oxide).
(実施例9)
<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の製造>
実施例1と同様に電界効果型トランジスタを作製した。
ただし第2のゲート絶縁膜形成用塗布液として、2−メトキシエタノール15mLに硝酸マグネシウム6水和物(和光純薬工業130−09532)0.77gと硝酸ランタン6水和物(和光純薬工業128−01732)4.3gとハフニウム(IV)ジクロリドオキシド八水和物(STREM93−7207)0.82gとを溶解した塗布液を用いて第2のゲート絶縁膜14(アモルファスランタンマグネシウムハフニウム酸化物)を形成した。
Example 9
<Manufacture of bottom gate / top contact type field effect transistor>
A field effect transistor was fabricated in the same manner as in Example 1.
However, as a second gate insulating film forming coating solution, 2-methoxyethanol 15 mL, magnesium nitrate hexahydrate (Wako Pure Chemical Industries 130-09532) 0.77 g and lanthanum nitrate hexahydrate (Wako Pure Chemical Industries 128) -01732) A second gate insulating film 14 (amorphous lanthanum magnesium hafnium oxide) is formed using a coating solution in which 4.3 g and 0.82 g of hafnium (IV) dichloride oxide octahydrate (STREM93-7207) are dissolved. Formed.
(実施例10)
<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の製造>
実施例1と同様に電界効果型トランジスタを作製した。
ただし第2のゲート絶縁膜形成用塗布液として、2−エチルヘキサン酸マグネシウムトルエン溶液(Mg含量3wt%、STREM12−1260)2mLと2−エチルヘキサン酸イットリウムトルエン溶液(Y含量8wt%、和光純薬工業258−00301)11mLとチタニウムn−ブトキシド(Aldrich244112)0.35mLを混合し、更にトルエン15mLを加え希釈した塗布液を用いて第2のゲート絶縁膜14(アモルファスイットリウムマグネシウムチタン酸化物)を形成した。
(Example 10)
<Manufacture of bottom gate / top contact type field effect transistor>
A field effect transistor was fabricated in the same manner as in Example 1.
However, as the second gate insulating film forming coating solution, 2 mL of 2-ethylhexanoate magnesium toluene solution (Mg content 3 wt%, STREM12-1260) and 2-ethylhexanoate yttrium toluene solution (Y content 8 wt%, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) Industrial 258-00301) 11 mL and titanium n-butoxide (Aldrich 244112) 0.35 mL are mixed, and 15 mL of toluene is further added to form a second gate insulating film 14 (amorphous yttrium magnesium titanium oxide) using a diluted coating solution. did.
(実施例11)
実施例11では、図3に示すボトムゲート/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。作製工程を図22A〜図22Iを用いて説明する。
(Example 11)
In Example 11, the bottom gate / top contact field effect transistor shown in FIG. 3 was produced. A manufacturing process will be described with reference to FIGS.
<<ゲート電極の形成>>
基材11上に実施例1と同様にゲート電極12を形成した(図22A及び図22B)。
<< Formation of gate electrode >>
A gate electrode 12 was formed on the substrate 11 in the same manner as in Example 1 (FIGS. 22A and 22B).
<<第1のゲート絶縁膜、第2のゲート絶縁膜、半導体層の形成>>
次に、実施例1で調製した第2のゲート絶縁膜形成用塗布液を基材11及びゲート電極12上へ滴下し、所定の条件でスピンコートした。続いて、大気中で120℃1時間の乾燥処理後、O2雰囲気下で400℃3時間の焼成を行い、常誘電体であり、アモルファスであるストロンチウムランタンジルコニウム酸化物(第2のゲート絶縁膜前駆体14A)を得た。膜厚は約100nmであった(図22C)。
<< Formation of First Gate Insulating Film, Second Gate Insulating Film, Semiconductor Layer >>
Next, the second coating liquid for forming a gate insulating film prepared in Example 1 was dropped onto the substrate 11 and the gate electrode 12 and spin-coated under predetermined conditions. Subsequently, after drying in air at 120 ° C. for 1 hour, firing is performed in an O 2 atmosphere at 400 ° C. for 3 hours, and strontium lanthanum zirconium oxide that is a paraelectric material and is amorphous (second gate insulating film) Precursor 14A) was obtained. The film thickness was about 100 nm (FIG. 22C).
第2のゲート絶縁膜前駆体14A上に、RFマグネトロンスパッタリング法により、膜厚200nmのSiO2膜(第1のゲート絶縁膜前駆体13A)を成膜した(図22D)。 A 200 nm thick SiO 2 film (first gate insulating film precursor 13A) was formed on the second gate insulating film precursor 14A by RF magnetron sputtering (FIG. 22D).
次に、第1のゲート絶縁膜前駆体14A上に実施例1と同様に半導体層前駆体15Aを形成した(図22E)。所定のフォトマスクを用いて所定の形状に半導体層をエッチングし半導体層15を形成した(図22F)。
次にゲート絶縁膜のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィによりレジストパターンを形成し、まず、第1のゲート絶縁膜前駆体13Aのエッチングを行い、引き続き第2のゲート絶縁膜前駆体14Aのエッチングを行い、所定の形状の第2のゲート絶縁膜14、第1のゲート絶縁膜13を形成した(図22G)。
Next, a semiconductor layer precursor 15A was formed on the first gate insulating film precursor 14A in the same manner as in Example 1 (FIG. 22E). A semiconductor layer 15 was formed by etching the semiconductor layer into a predetermined shape using a predetermined photomask (FIG. 22F).
Next, a resist pattern is formed by photolithography using a photomask for the gate insulating film. First, the first gate insulating film precursor 13A is etched, and then the second gate insulating film precursor 14A is etched. A second gate insulating film 14 and a first gate insulating film 13 having a predetermined shape were formed (FIG. 22G).
<<ソース電極及びドレイン電極の形成>>
最後に実施例1と同様に、ソース電極16及びドレイン電極17を形成した(図22H及び図22I)。
<< Formation of Source and Drain Electrodes >>
Finally, as in Example 1, the source electrode 16 and the drain electrode 17 were formed (FIGS. 22H and 22I).
以上の工程により、電界効果型トランジスタ10を作製した。半導体層15、ソース電極16及びドレイン電極17により形成されるチャネル領域のサイズは、W(幅)30μm、L(長さ)10μmとなった。 Through the above steps, the field effect transistor 10 was manufactured. The size of the channel region formed by the semiconductor layer 15, the source electrode 16 and the drain electrode 17 was W (width) 30 μm and L (length) 10 μm.
以上のようにフォトマスク4枚を用いて4回のフォトリソグラフィと5回のエッチングを行うことにより電界効果型トランジスタを作製することができた。 As described above, a field effect transistor could be manufactured by performing four photolithographys and five etchings using four photomasks.
(電界効果型トランジスタの評価)
実施例1〜11及び比較例1で作製した電界効果型トランジスタについて、下記評価を実施し、表1に示した。
・基板上に絶縁膜のみ形成されている領域での第1及び第2のゲート絶縁膜の膜厚aとチャネル領域での第1及び第2のゲート絶縁膜の膜厚b
・ゲート電極とソース電極間に+20Vの電圧をかけた時に両電極間に流れるリーク電流
いずれの電界効果型トランジスタにおいても、第2のゲート絶縁膜は、下層の電極パターン上領域で、膜厚が薄くなっていることがわかる。その結果、比較例1で作製した電界効果型トランジスタではゲート電極とソース電極間のリーク電流が1.2×10−10(A)と非常に多いことがわかった。一方で実施例1〜11で作製された電界効果型トランジスタはリーク電流が1×10−13(A)以下と非常に低く抑えられていることがわかった。
(Evaluation of field effect transistor)
The field effect transistors produced in Examples 1 to 11 and Comparative Example 1 were evaluated as shown in Table 1.
The film thickness a of the first and second gate insulating films in the region where only the insulating film is formed on the substrate and the film thickness b of the first and second gate insulating films in the channel region
-Leakage current that flows between the two electrodes when a voltage of +20 V is applied between the gate electrode and the source electrode In any field effect transistor, the second gate insulating film has a film thickness in the region above the lower electrode pattern. You can see that it is getting thinner. As a result, it was found that the leakage current between the gate electrode and the source electrode was as large as 1.2 × 10 −10 (A) in the field effect transistor manufactured in Comparative Example 1. On the other hand, it was found that the leakage current of the field effect transistors manufactured in Examples 1 to 11 was as low as 1 × 10 −13 (A) or less.
以上のように第1のゲート絶縁膜としてシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はシリコン酸窒化膜を用いることにより高い絶縁性を有する電界効果トランジスタを作製することができ、第2のゲート絶縁膜としてアルカリ土類金属の中から選ばれた1または2種類以上の元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの中から選ばれた1または2種類以上の元素とを含む複合酸化物を用いることにより、前記第2のゲート絶縁膜と、前記半導体層間での界面の欠陥が少ない構造が作り出せることを見出した。従って、前記ゲート絶縁膜と前記半導体層を組み合わせた電界効果型トランジスタは、前記ゲート絶縁膜と前記半導体層との間の界面の欠陥が少なく、BTS試験に対する閾値電圧の変動量が小さくなり、高信頼性を示す電界効果型トランジスタを提供することができる。
また、本発明における絶縁膜形成用インクを用いることにより、下層の凹凸を平坦化し、電極断面におけるエッジに電界が集中しないため、絶縁破壊電圧を上昇させるため、トランジスタを高電圧で駆動することができる。さらに成膜プロセスが全く異なる真空成膜と液相成膜を組み合わせるため、同一箇所に欠陥が生じる確率が著しく小さくなるために、欠陥率をほぼゼロにすることができる。また、前記半導体層に酸化物半導体を用いることで、より前記ゲート絶縁膜と半導体層の界面の欠陥が少なくなり、BTS試験に対する閾値電圧の変動量がより小さくなり、特に第2のゲート絶縁膜エッチング前に半導体の積層、エッチングを行った後、ゲート絶縁膜のフォトリソ、エッチングを行った場合に、チャネルである第2ゲート絶縁膜/半導体界面が清浄に保たれるため、高信頼性を示す電界効果型トランジスタを提供することができる。
As described above, by using a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film as the first gate insulating film, a field effect transistor having high insulating properties can be manufactured, and as the second gate insulating film, A composite oxide comprising one or more elements selected from alkaline earth metals and one or more elements selected from lanthanoids excluding Ga, Sc, Y, and Ce It has been found that a structure having few defects at the interface between the second gate insulating film and the semiconductor layer can be created by using the second gate insulating film. Therefore, the field effect transistor in which the gate insulating film and the semiconductor layer are combined has fewer defects at the interface between the gate insulating film and the semiconductor layer, and the amount of variation in threshold voltage with respect to the BTS test is reduced. A field-effect transistor that exhibits reliability can be provided.
In addition, by using the insulating film forming ink in the present invention, the unevenness of the lower layer is flattened, and the electric field is not concentrated on the edge in the electrode cross section, so that the breakdown voltage is increased. Therefore, the transistor can be driven at a high voltage. it can. Furthermore, since the vacuum film formation and the liquid phase film formation that are completely different from each other are combined, the probability that a defect is generated at the same location is remarkably reduced, so that the defect rate can be made almost zero. In addition, by using an oxide semiconductor for the semiconductor layer, defects at the interface between the gate insulating film and the semiconductor layer are further reduced, and a variation amount of the threshold voltage with respect to the BTS test is further reduced. In particular, the second gate insulating film Highly reliable because the second gate insulating film / semiconductor interface, which is a channel, is kept clean when the gate insulating film is photolithography and etched after the semiconductor is stacked and etched before etching. A field effect transistor can be provided.
本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
<1> ゲート絶縁膜を有する電界効果型トランジスタであって、
前記ゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のいずれかである第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜と接し、アルカリ土類金属元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかの元素とを含む酸化物を有する第2のゲート絶縁膜と、を有する、ことを特徴とする電界効果型トランジスタである。
<2> 前記酸化物が、更に、Al、Ti、Zr、Hf、Nb、及びTaの少なくともいずれかの元素を含む前記<1>に記載の電界効果型トランジスタである。
<3> 前記電界効果型トランジスタが、更に、半導体層を有し、
前記第2のゲート絶縁膜が、前記半導体層と接する、前記<1>から<2>のいずれかに記載の電界効果型トランジスタである。
<4> 前記電界効果型トランジスタが、更に、半導体層を有し、
前記第1のゲート絶縁膜が、前記半導体層と接する、前記<1>から<2>のいずれかに記載の電界効果型トランジスタである。
<5> 駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と、
前記<1>から<4>のいずれか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である。
<6> 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、電気泳動素子、及びエレクトロウェッティング素子のいずれかを有する前記<5>に記載の表示素子である。
<7> 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前記<5>から<6>のいずれか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と信号電圧と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前記ゲート電圧と前記信号電圧と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である。
<8> 前記<7>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である。
Aspects of the present invention are as follows, for example.
<1> A field effect transistor having a gate insulating film,
The gate insulating film is in contact with the first gate insulating film, which is any one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film; an alkaline earth metal element; and Ga And a second gate insulating film having an oxide containing at least one element of a lanthanoid excluding Sc, Y, and Ce.
<2> The field effect transistor according to <1>, wherein the oxide further includes at least one element of Al, Ti, Zr, Hf, Nb, and Ta.
<3> The field effect transistor further includes a semiconductor layer,
The field effect transistor according to any one of <1> to <2>, wherein the second gate insulating film is in contact with the semiconductor layer.
<4> The field effect transistor further includes a semiconductor layer,
The field effect transistor according to any one of <1> to <2>, wherein the first gate insulating film is in contact with the semiconductor layer.
<5> a light control element whose light output is controlled according to the drive signal;
A drive circuit that includes the field-effect transistor according to any one of <1> to <4>, and that drives the light control element;
It is a display element characterized by comprising.
<6> The display element according to <5>, wherein the light control element includes any one of an electroluminescence element, an electrochromic element, a liquid crystal element, an electrophoretic element, and an electrowetting element.
<7> An image display device that displays an image according to image data,
A plurality of the display elements according to any one of <5> to <6> arranged in a matrix;
A plurality of wirings for individually applying a gate voltage and a signal voltage to each field effect transistor in the plurality of display elements;
A display control device that individually controls the gate voltage and the signal voltage of each field-effect transistor through the plurality of wirings according to the image data;
An image display apparatus comprising:
<8> The image display device according to <7>,
Creating image data based on image information to be displayed, and outputting the image data to the image display device;
It is a system characterized by comprising.
10 電界効果型トランジスタ
11 基材
12A ゲート電極前駆体
12 ゲート電極
13A 第1のゲート絶縁膜前駆体
13 第1のゲート絶縁膜
14A 第2のゲート絶縁膜前駆体
14 第2のゲート絶縁膜
15A 半導体層前駆体
15 半導体層
16A 電極前駆体
16 ソース電極
17 ドレイン電極
302、302’ 表示素子
310 ディスプレイ
320、320’ ドライブ回路
370 液晶素子
400 表示制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Field effect transistor 11 Base material 12A Gate electrode precursor 12 Gate electrode 13A 1st gate insulating film precursor 13 1st gate insulating film 14A 2nd gate insulating film precursor 14 2nd gate insulating film 15A Semiconductor Layer precursor 15 Semiconductor layer 16A Electrode precursor 16 Source electrode 17 Drain electrode 302, 302 'Display element 310 Display 320, 320' Drive circuit 370 Liquid crystal element 400 Display control device
Claims (8)
前記ゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びシリコン酸窒化膜のいずれかである第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜と接し、アルカリ土類金属元素と、Ga、Sc、Y、及びCeを除くランタノイドの少なくともいずれかの元素とを含む酸化物を有する第2のゲート絶縁膜と、を有する、ことを特徴とする電界効果型トランジスタ。 A field effect transistor having a gate insulating film,
The gate insulating film is in contact with the first gate insulating film, which is one of a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film, the alkaline earth metal element, and Ga And a second gate insulating film having an oxide containing at least one element of a lanthanoid excluding Sc, Y, and Ce.
前記第2のゲート絶縁膜が、前記半導体層と接する、請求項1から2のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。 The field effect transistor further includes a semiconductor layer,
The field effect transistor according to claim 1, wherein the second gate insulating film is in contact with the semiconductor layer.
前記第1のゲート絶縁膜が、前記半導体層と接する、請求項1から2のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。 The field effect transistor further includes a semiconductor layer,
The field effect transistor according to claim 1, wherein the first gate insulating film is in contact with the semiconductor layer.
請求項1から4のいずれか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。 A light control element whose light output is controlled according to a drive signal;
A drive circuit that includes the field-effect transistor according to claim 1 and that drives the light control element;
A display element comprising:
マトリックス状に配置された複数の請求項5から6のいずれか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と信号電圧と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前記ゲート電圧と前記信号電圧と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。 An image display device that displays an image according to image data,
A plurality of display elements according to any one of claims 5 to 6 arranged in a matrix;
A plurality of wirings for individually applying a gate voltage and a signal voltage to each field effect transistor in the plurality of display elements;
A display control device that individually controls the gate voltage and the signal voltage of each field-effect transistor through the plurality of wirings according to the image data;
An image display device comprising:
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。
An image display device according to claim 7,
Creating image data based on image information to be displayed, and outputting the image data to the image display device;
A system comprising:
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