JP2021086841A - Thin film transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、本発明は、ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、半導体材料による活性層、及びゲート絶縁層を有する薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film transistor having a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an active layer made of a semiconductor material, and a gate insulating layer, and a method for producing the same.
酸化物半導体は新しい特性を持つ電子・光デバイスの実現に必要不可欠な材料であり、特にZnOやInGaZnOなどの酸化物半導体材料は、薄膜トランジスタの活性層として用いた場合にa−Si(アモルファスシリコン)を凌駕する性能を示すことが明らかになり、液晶パネルや有機ELパネルなどの駆動用背面板としての利用が試みられている。また、上記材料は、成膜条件を適切に制御することにより、成膜時あるいは成膜後の加熱なしや低温加熱により良好な半導体特性を得られることが知られており、耐熱性の乏しい樹脂フィルムなどを基材とするフレキシブルデバイスの実現にも大きな期待が寄せられている。 Oxide semiconductors are indispensable materials for the realization of electronic and optical devices with new characteristics. In particular, oxide semiconductor materials such as ZnO and InGaZnO are a-Si (amorphous silicon) when used as the active layer of thin film transistors. It has been clarified that the performance surpasses that of the above, and its use as a driving back plate for liquid crystal panels, organic EL panels, etc. has been attempted. Further, it is known that the above-mentioned material can obtain good semiconductor characteristics at the time of film formation or after film formation without heating or at low temperature heating by appropriately controlling the film formation conditions, and is a resin having poor heat resistance. There are also great expectations for the realization of flexible devices based on films and the like.
このような薄膜トランジスタとしては、例えば図4に示すように、ゲート電極2が形成された基板1上にゲート絶縁層3、ソース電極5及びドレイン電極6、及び活性層4を順次積層して、ソース電極5とドレイン電極6との間に活性層4を介在させた構造が知られている。
As such a thin film transistor, for example, as shown in FIG. 4, a
従来、試みられている酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタでは、上記ゲート絶縁層3として、Al2O3、SiO2、Y2O3、Ta2O5、Hf2O5、SiNなどの無機絶縁膜が主に用いられている。これは、良好な絶縁性が得られやすいという理由だけでなく、これらの絶縁膜は、活性層4となる酸化物半導体の成膜時のプラズマダメージを受け難く、活性層4が良好な半導体特性を維持することができるためである。
In the conventional thin film transistor using an oxide semiconductor, the
これらAl2O3、SiO2、Y2O3、Ta2O5、Hf2O5、SiNなどの金属酸化物の絶縁体薄膜を形成する方法としては、工業的にはCVD法やスパッタリング(以下、スパッタと略す)法が用いられることが多く、特に基板1としてポリエチレンテレフタレート(PET) のようなフィルム基材を用いる場合には、無加熱でスパッタ成膜が行われる。 As a method for forming an insulator thin film of a metal oxide such as Al 2 O 3 , SiO 2 , Y 2 O 3 , Ta 2 O 5 , Hf 2 O 5 , SiN, etc., industrially, a CVD method or sputtering (sputtering method) is used. Hereinafter, the method (abbreviated as sputtering) is often used, and particularly when a film base material such as polyethylene terephthalate (PET) is used as the substrate 1, sputtering deposition is performed without heating.
しかしながら、ゲート絶縁層3をスパッタ法で形成する場合、成膜速度が非常に遅いためにスループットが悪い。このため、特に厚いゲート絶縁層3が必要である場合には非常に時間が長くなり生産性が悪くなる。
However, when the
また、基板加熱を行わない場合やポストアニールを行わないような条件で無機絶縁膜によるゲート絶縁層3の形成を行った場合には、十分な耐電圧特性や低リーク電流を得ることが難しく、またフレキシブル性にも乏しい。
Further, when the
一方、薄膜トランジスタのゲート絶縁層3としてポリビニルフェノール(PVP)やポリイミドといった有機材料が用いられることも多い。有機系絶縁膜材料はスピンコートやインクジェット法などの塗布プロセスで形成することが可能であり、ミクロンオーダーの厚膜を形成することも容易である。また、焼成温度も200℃ 以下と比較的低く、可撓性のあるプラスチック基板上への形成も可能である。
On the other hand, an organic material such as polyvinylphenol (PVP) or polyimide is often used as the
しかしながら、これらの有機系絶縁膜は有機系半導体を活性層4に用いた場合には非常に適しているものの、酸化物半導体との組み合わせでは良好な半導体特性を維持すること
が難しい。これは図4のようなボトムゲート構造を適用した場合には有機系絶縁膜からなるゲート絶縁層3上に酸化物半導体の活性層4を形成するため、有機系絶縁膜が、酸化物半導体の形成時にプラズマダメージを受けることが原因と考えられる。
However, although these organic insulating films are very suitable when an organic semiconductor is used for the active layer 4, it is difficult to maintain good semiconductor characteristics in combination with an oxide semiconductor. This is because when the bottom gate structure as shown in FIG. 4 is applied, the active layer 4 of the oxide semiconductor is formed on the
それ故、高い電界効果移動度を示す酸化物半導体を活性層4 として用いる場合には、ゲート絶縁層3として無機絶縁膜が必要となるが、無機絶縁膜の形成には時間がかかるとともに、無機絶縁膜はフレキシブル性に乏しい為、フレキシブル性を必要とするデバイスでは無機絶縁膜を使用することは困難である。
Therefore, when an oxide semiconductor exhibiting high field effect mobility is used as the active layer 4, an inorganic insulating film is required as the
従って、高いフレキシブル性を示す有機絶縁膜をゲート絶縁層3に用いる場合には、活性層4に酸化物半導体を適用することが出来ず、電界効果移動度の低い有機系半導体を活性層4 として使用することが不可避であった。
Therefore, when an organic insulating film exhibiting high flexibility is used for the
このように、図4の従来の構造では、無加熱スパッタ成膜法で形成することができ高い電界効果移動度を示す優れた酸化物半導体で形成した活性層4と、塗布により容易に形成することができ高い耐電圧を示す有機ゲート絶縁層3とを組み合わせた薄膜トランジスタを実現することは困難であった。
As described above, in the conventional structure of FIG. 4, it is easily formed by coating with the active layer 4 formed of an excellent oxide semiconductor which can be formed by the non-heated sputtering film forming method and exhibits high field effect mobility. It has been difficult to realize a thin film transistor in combination with the organic
また、図4のようなソース電極5とドレイン電極6との間に活性層4が介在した構造の薄膜トランジスタを実際に作製した場合、活性層4とソース電極5及びドレイン電極6の接触が悪く、Vd−Id特性(ソース−ドレイン間の電圧に対する電流特性)が悪くなるという問題もあった。
Further, when a thin film transistor having a structure in which the active layer 4 is interposed between the
尚、本発明に関連する先行技術としては、非特許文献1を例示することができる。 As the prior art related to the present invention, Non-Patent Document 1 can be exemplified.
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、酸化物半導体で形成した活性層(半導体層)と、塗布により容易に形成することができ高いフレキシブル性を示す有機ゲート絶縁層と、を組み合わせ、活性層とソース電極並びにドレイン電極との接触を良好にさせ、生産性やトランジスタ特性の問題を生じることがない、高性能な薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and combines an active layer (semiconductor layer) formed of an oxide semiconductor and an organic gate insulating layer that can be easily formed by coating and exhibits high flexibility. An object of the present invention is to provide a high-performance thin film transistor and a method for manufacturing the same, which improves the contact between the active layer and the source electrode and the drain electrode and does not cause problems of productivity and transistor characteristics.
上記の課題を解決する手段として、本発明は下記(1) の薄膜トランジスタを提供する。
(1)ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極、活性層、及びゲート絶縁層を具備する薄膜トランジスタであって、
基板上に、前記活性層、前記ソース電極並びに前記ドレイン電極、前記ゲート絶縁層、前記ゲート電極がこの順に形成されており、
前記活性層は酸化物半導体からなり、前記ゲート絶縁層は有機絶縁膜からなり、
前記ソース電極並びに前記ドレイン電極は、それぞれ前記活性層上に、平面視で一部が前記活性層の両端部に重なるように形成され、
前記活性層の導電率が、1.0×10−6S/cm以上、1.0×10−3S/cm以下であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
As a means for solving the above problems, the present invention provides the following thin film transistor (1).
(1) A thin film transistor including a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an active layer, and a gate insulating layer.
The active layer, the source electrode, the drain electrode, the gate insulating layer, and the gate electrode are formed on the substrate in this order.
The active layer is made of an oxide semiconductor, and the gate insulating layer is made of an organic insulating film.
The source electrode and the drain electrode are each formed on the active layer so as to partially overlap both ends of the active layer in a plan view.
A thin film transistor characterized in that the conductivity of the active layer is 1.0 × 10 -6 S / cm or more and 1.0 × 10 -3 S / cm or less.
更に検討を進めた結果、本発明の薄膜トランジスタの好適な実施態様として下記(2)〜(5) の薄膜トランジスタを提供する。
(2)前記活性層は、InGaZnOにより形成されたものであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
(3)前記ソース電極及びドレイン電極は、MoNbにより形成されたものであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
(4)前記ゲート絶縁層が、ポリイミド、アクリル樹脂及びフッ素系樹脂よりなる群から選ばれた1種又は2種以上の材料からなる有機絶縁膜であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
(5)前記ゲート電極が、MoNbにより形成されたものであることを特徴とする薄膜トランジスタ。
As a result of further studies, the following thin film transistors (2) to (5) are provided as preferred embodiments of the thin film transistor of the present invention.
(2) A thin film transistor in which the active layer is formed of InGaZnO.
(3) A thin film transistor in which the source electrode and the drain electrode are formed of MoNb.
(4) A thin film transistor characterized in that the gate insulating layer is an organic insulating film made of one or more materials selected from the group consisting of polyimide, acrylic resin and fluororesin.
(5) A thin film transistor in which the gate electrode is formed of MoNb.
更に本発明は、上記本発明の薄膜トランジスタを製造する方法として下記(6)〜(8)の製造方法を提供する。
(6)前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、スパッタ法を用いて形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
(7)前記活性層は、スパッタ法を用いて形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
(8)前記ゲート電極は、スパッタ法を用いて形成されることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
Further, the present invention provides the following manufacturing methods (6) to (8) as a method for manufacturing the thin film transistor of the present invention.
(6) A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the source electrode and the drain electrode are formed by using a sputtering method.
(7) A method for producing a thin film transistor, wherein the active layer is formed by using a sputtering method.
(8) A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the gate electrode is formed by using a sputtering method.
本発明によれば、酸化物半導体で形成した活性層と有機ゲート絶縁層とを組み合わせ、酸化物半導体の活性層とソース電極並びにドレイン電極との接触を良好にさせた高性能な薄膜トランジスタを、生産性やトランジスタ特性の問題を生じることなく得ることができる。 According to the present invention, a high-performance thin film transistor is produced by combining an active layer formed of an oxide semiconductor and an organic gate insulating layer to improve contact between the active layer of the oxide semiconductor and the source electrode and the drain electrode. It can be obtained without causing problems of properties and transistor characteristics.
以下、本発明につき更に詳しく説明する。本発明の薄膜トランジスタは、上述のように、活性層を酸化物半導体で形成すると共に、ゲート絶縁層を有機絶縁膜で形成し、例えば図1に示した構成の薄膜トランジスタ100を例示することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In the thin film transistor of the present invention, as described above, the active layer is formed of an oxide semiconductor and the gate insulating layer is formed of an organic insulating film. For example, the
図1の薄膜トランジスタ100は、基板1上に酸化物半導体からなる活性層4を形成し、活性層4上にソース電極5並びにドレイン電極6を形成し、更に活性層4、及びソース電極5並びにドレイン電極6上に有機絶縁膜からなるゲート絶縁層3を形成し、更にゲート絶縁層3上にゲート電極2を形成した構造としたものである。
In the
前記で、ソース電極5並びにドレイン電極6は、それぞれ活性層4上に、平面視で一部が活性層4の両端部に重なるように形成され、従って両電極5、6間に活性層4を介在させた形態となっている。
In the above, the
さらに、本発明の薄膜トランジスタは、ソース電極5及びドレイン電極6を形成後の活性層4の導電率が、1.0×10−6S/cm以上、1.0×10−3S/cm以下であることを特徴とする。導電率の値をこのように調整することで、良好なトランジスタ特性を得ることができる。一方、この値の範囲を外れると所望のトランジスタ特性を得ることができないため、好ましくない。
Further, in the thin film transistor of the present invention, the conductivity of the active layer 4 after forming the
ソース電極5及びドレイン電極6積層後の活性層4の導電率を1.0×10−6S/cm以上、1.0×10−3S/cm以下となるように調整することは、活性層4上にソース電極5及びドレイン電極6を積層する際にスパッタ法を用いることで可能である。すなわち、スパッタ法を用いることで、特にソース電極5及びドレイン電極6直下付近の活性層4がダメージを受け、活性層4の表面から軽元素である酸素が外部に飛び出し、酸素が欠乏して還元状態となり、n+化領域(高濃度電子キャリア領域)7となる。従って、スパッタ条件(ガス圧、電力等)を変更することで活性層4の導電率を調整することができる。
Adjusting the conductivity of the active layer 4 after laminating the
上記のように、本発明の薄膜トランジスタでは、酸化物半導体からなる活性層4上に有機絶縁膜からなるゲート絶縁層3を形成する構成とすることで、酸化物半導体からなる活性層4と有機絶縁膜3との組み合わせによる性能低下を図4の従来構造よりも抑制する。
As described above, in the thin film transistor of the present invention, the
また、上記のように、酸化物半導体からなる活性層4のうち、特にソース電極5及びドレイン電極6直下付近の領域にn+化領域7を形成することで、生産性を低下させることなく、活性層4とソース電極5及びドレイン電極6の接触が良く、Vd−Id特性が良好で、高性能な薄膜トランジスタを製造することができる。
Further, as described above, among the active layer 4 made of the oxide semiconductor, by forming the n + conversion region 7 in the region immediately below the
活性層4の材料となる酸化物半導体としては、InGaZnOが好ましい。活性層4は、物理的気相成長法により成膜形成することができるが、良好なトランジスタ特性を得るために、DCスパッタ法、RFスパッタ法などのスパッタ法を採用することが好ましい。スパッタリングターゲットとしては、In−Ga−Zn−O(1:1:1:4 at%)焼結体ターゲットが好ましい。 InGaZnO is preferable as the oxide semiconductor used as the material of the active layer 4. The active layer 4 can be formed into a film by a physical vapor deposition method, but it is preferable to employ a sputtering method such as a DC sputtering method or an RF sputtering method in order to obtain good transistor characteristics. As the sputtering target, an In-Ga-Zn-O (1: 1: 1: 4 at%) sintered body target is preferable.
活性層4の抵抗率は、1.0×10−1〜1.0×104Ω・c m 、特に1.0〜1.0×103Ω・c m とすることが好ましく、抵抗値をこのように調整することにより、電解効果移動度、及び薄膜トランジスタのスイッチィング機能を示すオン/ オフ比が十分に高い値となる。酸化物半導体からなる活性層4の厚さは、特に制限されるものではないが、5〜100nm、特に10〜50nm とすることが好ましい。 The resistivity of the active layer 4 is preferably 1.0 × 10 -1 to 1.0 × 10 4 Ω · cm, particularly 1.0 to 1.0 × 10 3 Ω · cm, and the resistance value. By adjusting the above, the mobility of the electrolytic effect and the on / off ratio indicating the switching function of the thin film transistor become sufficiently high values. The thickness of the active layer 4 made of an oxide semiconductor is not particularly limited, but is preferably 5 to 100 nm, particularly preferably 10 to 50 nm.
ソース電極5及びドレイン電極6の材料としては、特に制限はなく、公知の材料で形成することができ、例えばインジウム錫酸化物(ITO)やAlをドープしたZnO(AZO)などの透明導電膜、AlやAuなどの金属膜が使用できるが、特にはMoNb膜が好ましく、Mo:Nb=90:10(at%)ターゲットを用い、スパッタ法により成膜形成することが好ましい。
The material of the
ソース電極5及びドレイン電極6の抵抗率は、特に制限されるものではないが、5.0×10−5〜1.0×10−2Ω・c m程度とし、厚みは50nm〜300nm程度とすることが好ましい。
The resistivity of the
ゲート絶縁層3を形成する有機絶縁膜としてはポリビニルフェノール(PVP)やポリイミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アモルファスフッ素樹脂等のフッ素系樹脂、メラミン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーン樹脂などを例示することができ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも特
にポリイミド、アクリル樹脂、フッ素系樹脂が好ましく用いられる。
Examples of the organic insulating film forming the
ゲート絶縁層3の厚さは、特に制限されるものではないが、500nm〜10μmとすることが好ましく、500nm未満であると、ゲートリーク電流の制御を十分に行うことができない場合があり、10μmを超えるとゲート電極2に印加するゲート電圧を必要以上に高くしなければならない場合がある。ゲート絶縁層3の抵抗率は、特に制限されるものではないが、1×1011Ω ・c m 以上、特に1×1013Ω ・c m 以上とすることが好ましい。
The thickness of the
ゲート絶縁層3を形成する有機絶縁膜は、溶媒に溶解させた上記材料を基板表面に塗布し、乾燥させ、必要に応じて加熱処理することにより形成することができる。この場合、ゲート絶縁層3を容易に形成することができる塗布法としては、スピンコーティング、スクリーン印刷等を用いることができる。乾燥した後に加熱処理する場合の加熱処理温度は、従来と同様に100〜200 ℃ 、加熱時間は15分〜3時間程度とすることができる。
The organic insulating film forming the
ゲート電極2としては、特に制限はなく、公知のゲート電極材料で形成することができ、例えばインジウム錫酸化物(ITO)やAlをドープしたZnO(AZO) などの透明導電膜、AlやAuなどの金属膜が使用できるが、特にはMoNb膜が好ましい。
The
ゲート電極2は、物理的気相成長法により成膜形成することができるが、DCスパッタ法、RFスパッタ法などのスパッタ法を採用することが好ましい。スパッタ法を用いることで、良好なトランジスタ特性を得ることができる。Mo:Nb=90:10(at%)ターゲットを用い、スパッタ法により成膜形成することが好ましい。
The
ゲート電極2の抵抗率は、特に制限されるものではないが、5.0×10−5〜1.0×10−2Ω・c m程度とし、厚みは50nm〜300nm程度とすることが好ましい。
The resistivity of the
基板1としては、例えばケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラスを使用することができ、またフレキシブルデバイスとする場合にはアクリル、ポリエチレンテレフタレート(PET) 、ポリイミド樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN) 等の種々の合成樹脂からなる板状基板やフィルム状基板を用いることができる。なお、基板の厚さは特に制限はないが、従来と同様に0.01〜1mm、特に0.02〜0.1mmとすることが好ましい。 As the substrate 1, for example, glass such as alkaline silicate glass, non-alkali glass, and quartz glass can be used, and in the case of a flexible device, acrylic, polyethylene terephthalate (PET), polyimide resin, polyethylene naphthalate, etc. can be used. A plate-shaped substrate or a film-shaped substrate made of various synthetic resins such as (PEN) can be used. The thickness of the substrate is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 1 mm, particularly 0.02 to 0.1 mm as in the conventional case.
以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following examples.
図1に示す、本発明の実施形態の薄膜トランジスタを以下のように作製した。 The thin film transistor of the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 was produced as follows.
ガラス板(Corning社製、イーグルXG無アルカリガラス基板)を基板1として、基板1に活性層4として酸化物半導体InGaZnOを無加熱スパッタ法によりシャドウマスク(ステンシルマスクやメタルマスクとも呼ばれる)を用いて成膜形成した。スパッタ条件は、75mmφのIn-Ga-Zn-O(1:1:1:4 at%)焼結体ターゲットを使用し、Ar/O2=50/0.2sccmのガス流量で1.0Paの圧力下に、300WのRF電源をターゲットに印加してスパッタ成膜を行った。約10分間の成膜を行って厚さ約35nmのInGaZnO膜を成膜形成した。 A glass plate (Eagle XG non-alkali glass substrate manufactured by Corning Inc.) is used as a substrate 1, and an oxide semiconductor InGaZnO is used as an active layer 4 on the substrate 1 by a non-heating sputtering method using a shadow mask (also called a stencil mask or a metal mask). A film was formed. As for the sputtering conditions, a 75 mmφ In-Ga-Zn-O (1: 1: 1: 4 at%) sintered body target was used, and the gas flow rate of Ar / O 2 = 50 / 0.2 sccm was 1.0 Pa. Under pressure, a 300 W RF power source was applied to the target to perform sputter film formation. A film was formed for about 10 minutes to form an InGaZnO film having a thickness of about 35 nm.
次に活性層4が形成された基板1上に、ソース電極5及びドレイン電極6として、MoNbを無加熱スパッタ法により、シャドウマスクを用いソース電極5並びにドレイン電極6がそれぞれ活性層4上に平面視で一部が活性層4の両端部に重なるように成膜形成した。この後、Agilent社製の「半導体パラメーターアナライザーB1500A」を使用して、導電率測定を行った。活性層の導電率は、1.7×10−5S/cmで、1.0×10−6S/cm以上、1.0×10−3S/cm以下の値の範囲内であることを確認した。スパッタ条件は、75mmφのMo:Nb=90:10(at%)焼結体ターゲットを使用し、Ar=45sccmのガス流量で1.0Paの圧力下に、200WのDC電源をターゲットに印加してスパッタ成膜を行った。約12分間の成膜を行い厚さ約100nm のMoNb膜を成膜形成した。
Next, on the substrate 1 on which the active layer 4 is formed, as the
さらにゲート絶縁層3として、アクリル樹脂(ダウ・ケミカルグループ ローム・アンド・ハース電子材料株式会社製「ATNTM1011」) をスピンコート(730rpm/30秒間)により一様に塗布し、90℃、2min仮焼成(プリベーク)後、露光及び現像により、所望のパターンを形成し、200℃、1hrの本焼成により、厚さ1.00μmのゲート絶縁層3を形成した。
Further, as the
最後に前記ゲート絶縁層3上に、ゲート電極2としてMoNbを無加熱スパッタ法によりシャドウマスクを用いて成膜形成した。スパッタ条件は、75mmφのMo:Nb=90:10(at%)焼結体ターゲットを使用し、Ar=45sccmのガス流量で1.0Paの圧力下に、200WのDC電源をターゲットに印加してスパッタ成膜を行った。約12分間の成膜を行って厚さ約100nmのMoNb膜を成膜形成した。さらに、150℃のアニールを行い、図1に示した構造の薄膜トランジスタ100を作製した。
Finally, MoNb was formed as the
作製した薄膜トランジスタ100のチャネル部C(図1参照)のX方向の長さであるチャネル長Lは200μm、Y方向の長さであるチャネル幅は2000μmである。
The channel length L, which is the length in the X direction, of the channel portion C (see FIG. 1) of the manufactured
<比較例>
図4に示す、従来の形態の薄膜トランジスタを以下のように作製した。
<Comparison example>
The thin film transistor of the conventional form shown in FIG. 4 was produced as follows.
ガラス板(Corning社製、イーグルXG無アルカリガラス基板)を基板1として、基板1にゲート電極2としてMoNbを無加熱スパッタ法によりシャドウマスクを用いて成膜形成した。スパッタ条件は、75mmφのMo:Nb=90:10(at%)焼結体ターゲットを使用し、Ar=45sccmのガス流量で1.0Paの圧力下に、200WのDC電源をターゲットに印加してスパッタ成膜を行った。約12分間の成膜を行って、厚さ約100nmのMoNb膜を成膜形成した。
A glass plate (Eagle XG non-alkali glass substrate manufactured by Corning Inc.) was used as a substrate 1, and MoNb was formed on the substrate 1 as a
次にゲート絶縁層3としてアクリル樹脂(ダウ・ケミカルグループ ローム・アンド・ハース電子材料株式会社製「ATNTM1011」)をスピンコート(730rpm/30秒間) により塗布し、90℃、2min仮焼成後、露光&現像により、所望のパターンを形成し、200℃、1hrの本焼成により、厚さ1.00μmのゲート絶縁層3を形成した。
Next, acrylic resin (“ATN TM 1011” manufactured by Rohm and Haas Electronic Materials Co., Ltd., Dow Chemical Group) was applied as the
さらにソース電極5及びドレイン電極6としてMoNbを無加熱スパッタ法によりシャドウマスクを用いて成膜形成した。スパッタ条件は、75mmφのMo:Nb=90:10(at%)焼結体ターゲットを使用し、Ar=45sccmのガス流量で1.0Paの圧力下に、200WのDC電源をターゲットに印加してスパッタ成膜を行った。約12分間の成膜を行って、厚さ約100nmのMoNb膜を成膜形成した。
Further, MoNb was formed as a
最後に、活性層4として酸化物半導体InGaZnOを無加熱スパッタ法によりシャド
ウマスクを用いて成膜形成した。スパッタ条件は、75mmφのIn−Ga−Zn−O(1:1:1:4 at%)焼結体ターゲットを使用し、Ar/O2=50/0.2sccmのガス流量で1.0Paの圧力下に、300WのRF電源をターゲットに印加してスパッタ成膜を行った。約10分間の成膜を行って厚さ約35nmのInGaZnO膜を成膜形成した。さらに、150℃のアニールを行い、図4に示した従来の構造の薄膜トランジスタ500を作製した。
Finally, an oxide semiconductor InGaZnO was formed as the active layer 4 by a non-heating sputtering method using a shadow mask. As for the sputtering conditions, a 75 mmφ In-Ga-Zn-O (1: 1: 1: 4 at%) sintered body target was used, and the gas flow rate of Ar / O 2 = 50 / 0.2 sccm was 1.0 Pa. Under pressure, a 300 W RF power source was applied to the target to perform sputter film formation. A film was formed for about 10 minutes to form an InGaZnO film having a thickness of about 35 nm. Further, annealing was performed at 150 ° C. to prepare a
作製した薄膜トランジスタ500のチャネル部C(図4参照)のX方向の長さであるチャネル長Lは200μm、Y方向の長さであるチャネル幅は2000μmである。
The channel length L, which is the length in the X direction, of the channel portion C (see FIG. 4) of the manufactured
[トランジスタ特性の評価]
実施例及び比較例で得られた各薄膜トランジスタにつき、トランジスタ特性を測定した。測定は、Agilent社製の「半導体パラメーターアナライザーB1500A」を使用して行った。図2、図4にVgs=0、1、2、3、4、5VのときのVds−Ids特性を示し、図3、図6にVd=15Vの時のVgs−Ids特性を示す。
[Evaluation of transistor characteristics]
Transistor characteristics were measured for each thin film transistor obtained in Examples and Comparative Examples. The measurement was performed using a "semiconductor parameter analyzer B1500A" manufactured by Agilent. 2 and 4 show the Vds-Ids characteristic when Vgs = 0, 1, 2, 3, 4, 5V, and FIGS. 3 and 6 show the Vgs-Ids characteristic when Vd = 15V.
実施例の薄膜トランジスタ100の場合には、図2に示すように、典型的なVds−Ids特性を示し、活性層4とソース・ドレイン電極5、6の接触が良好であることが確認できた。さらに図3に示すように、ゲート電圧の変化によって活性層が変調され、明瞭なオン/オフ変化を示し、スイッチング機能を発現することが確認された。
In the case of the
これに対し、比較例の薄膜トランジスタ500の場合、図5のように活性層4とソース・ドレイン電極5、6の接触が悪いために電流が多く流れ、図6に示すように、ゲート電圧による変調が起こらずに常にオン状態になっており、スイッチング機能を持たないことが分かった。
On the other hand, in the case of the
以上のようにして、本発明の薄膜トラジスタが良好なトランジスタ特性を有するものであることが確認された。 As described above, it was confirmed that the thin film transistor of the present invention has good transistor characteristics.
100・・・本発明の薄膜トランジスタの一例
500・・・従来の薄膜トランジスタの一例
1・・・・・基板
2・・・・・ゲート電極
3・・・・・ゲート絶縁層
4・・・・・活性層(半導体層)
5・・・・・ソース電極
6・・・・・ドレイン電極
7・・・・・n+化領域
C・・・・・チャネル部
L・・・・・チャネル長
100 ... Example of thin film transistor of the
5 ・ ・ ・ ・ ・
Claims (8)
基板上に、前記活性層、前記ソース電極並びに前記ドレイン電極、前記ゲート絶縁層、前記ゲート電極がこの順に形成されており、
前記活性層は酸化物半導体からなり、前記ゲート絶縁層は有機絶縁膜からなり、
前記ソース電極並びに前記ドレイン電極は、それぞれ前記活性層上に、平面視で一部が前記活性層の両端部に重なるように形成され、
前記活性層の導電率が、1.0×10−6S/cm以上、1.0×10−3S/cm以下であることを特徴とする薄膜トランジスタ。 A thin film transistor including a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, an active layer, and a gate insulating layer.
The active layer, the source electrode, the drain electrode, the gate insulating layer, and the gate electrode are formed on the substrate in this order.
The active layer is made of an oxide semiconductor, and the gate insulating layer is made of an organic insulating film.
The source electrode and the drain electrode are each formed on the active layer so as to partially overlap both ends of the active layer in a plan view.
A thin film transistor characterized in that the conductivity of the active layer is 1.0 × 10 -6 S / cm or more and 1.0 × 10 -3 S / cm or less.
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