JP2021190599A - Thin film transistor and manufacturing method for the same - Google Patents

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充 中田
Mitsuru Nakada
達哉 武井
Tatsuya Takei
博史 辻
Hiroshi Tsuji
幹司 宮川
Mikiji Miyakawa
元隆 越智
Mototaka Ochi
功兵 西山
Kohei Mishiyama
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Abstract

To provide a thin film transistor having high carrier mobility, suppressing the negative shift of threshold voltage, and including an oxide semiconductor layer, and a manufacturing method for the same.SOLUTION: In a manufacturing method for a thin film transistor in which at least an oxide semiconductor layer, a gate insulating film, and a gate electrode are formed in this order on a substrate, metal elements in the oxide semiconductor layer include In, Ga, Zn, and Sn, and the oxide semiconductor layer is irradiated with predetermined light from the gate electrode side, so that a region in the oxide semiconductor layer not overlapping with the gate electrode has lower resistance and source and drain regions are formed. Regarding the ratio of the metal elements, preferably, In is contained by 45 atom% or more and 65 atom% or less, Ga is contained by 5 atom% or more and 16 atom% or less, Zn is contained by 10 atom% or more and 40 atom% or less, and Sn is contained by 3 atom% or more and 10 atom% or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、薄膜トランジスタ及びその製造方法に関し、特に、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタとその製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film transistor and a method for manufacturing the same, and more particularly to a thin film transistor using an oxide semiconductor and a method for manufacturing the thin film transistor.

金属酸化物半導体(以下、単に「酸化物半導体」という。)は、汎用のアモルファスシリコンに比べて高いキャリア移動度を有している。また酸化物半導体は、光学バンドギャップが大きく、低温で成膜できるため、大型・高解像度・高速駆動が要求される次世代ディスプレイや、耐熱性の低い樹脂基板等への適用が期待されている。 Metal oxide semiconductors (hereinafter, simply referred to as “oxide semiconductors”) have higher carrier mobility than general-purpose amorphous silicon. Oxide semiconductors have a large optical bandgap and can be formed at low temperatures, so they are expected to be applied to next-generation displays that require large size, high resolution, and high-speed drive, and resin substrates with low heat resistance. ..

酸化物半導体を薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)の半導体層として用いる場合、薄膜トランジスタのスイッチング特性に優れていることが要求される。具体的には、(1)オン電流(ゲート電極とドレイン電極に正電圧をかけたときの最大ドレイン電流)が大きく、(2)オフ電流(ゲート電極に負電圧を、ドレイン電圧に正電圧を夫々かけたときのドレイン電流)が小さく、(3)S値(Subthreshold Swing:ドレイン電流を1桁あげるのに必要なゲート電圧)が小さく、(4)しきい値電圧(ドレイン電極に正電圧をかけ、ゲート電圧に正負いずれかの電圧をかけたときにドレイン電流が流れ始める電圧)が時間的に変化せずに安定であること、等が要求される。 When an oxide semiconductor is used as a semiconductor layer of a thin film transistor (TFT), it is required to have excellent switching characteristics of the thin film transistor. Specifically, (1) the on current (the maximum drain current when a positive voltage is applied to the gate electrode and the drain electrode) is large, and (2) the off current (a negative voltage is applied to the gate electrode and a positive voltage is applied to the drain voltage). (Drain current when applied respectively) is small, (3) S value (Subthreshold Swing: gate voltage required to raise the drain current by one digit) is small, and (4) threshold voltage (positive voltage is applied to the drain electrode). It is required that the voltage at which the drain current starts to flow when a positive or negative voltage is applied to the gate voltage) does not change with time and is stable.

ここで、オン電流を増加させるためには、キャリア移動度(以下、単に移動度と称する場合がある。)が高いこと、チャネル長が短いこと等が要求される。 Here, in order to increase the on-current, it is required that the carrier mobility (hereinafter, may be simply referred to as mobility) is high, the channel length is short, and the like.

上記酸化物半導体として、インジウム、ガリウム、亜鉛、及び酸素からなるIn−Ga−Zn系酸化物半導体(IGZO)やインジウム、ガリウム、錫、及び酸素からなるIn−Ga−Sn系酸化物半導体が良く知られている(特許文献1、2)。例えば、In−Ga−Zn系酸化物半導体では、10cm2/Vs程度の移動度が得られることが知られて
いる。
As the oxide semiconductor, an In-Ga-Zn-based oxide semiconductor (IGZO) composed of indium, gallium, zinc, and oxygen and an In-Ga-Sn-based oxide semiconductor composed of indium, gallium, tin, and oxygen are preferable. It is known (Patent Documents 1 and 2). For example, it is known that an In-Ga-Zn-based oxide semiconductor can obtain a mobility of about 10 cm 2 / Vs.

一方、薄膜トランジスタの半導体層に低抵抗のソース・ドレイン領域をゲート電極と位置合わせして形成し、寄生容量の低減及び製造効率の向上を図った自己整合型の薄膜トランジスタが注目されており、このような酸化物半導体をチャネルに用いた自己整合型薄膜トランジスタの製造技術の確立が求められている。自己整合の製造技術としては、例えば、エキシマレーザーを利用した製造方法(特許文献3)及びArプラズマを利用した製造方法(非特許文献1)が提案されている。 On the other hand, self-aligned thin film transistors, in which a low-resistance source / drain region is formed in the semiconductor layer of the thin film transistor in alignment with the gate electrode to reduce parasitic capacitance and improve manufacturing efficiency, are attracting attention. There is a need to establish a manufacturing technology for self-aligned thin film transistors that use various oxide semiconductors as channels. As a self-alignment manufacturing technique, for example, a manufacturing method using an excimer laser (Patent Document 3) and a manufacturing method using Ar plasma (Non-Patent Document 1) have been proposed.

特許第5357342号Patent No. 5357342 特開2011−174134号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-174134 特開2014−135474号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-135474

J. Park, et al., "Self-aligned top-gate amorphous gallium indium zinc oxide thin film transistors", Applied Physics Letters 93, 053501 (2008).J. Park, et al., "Self-aligned top-gate amorphous gallium indium zinc oxide thin film transistors", Applied Physics Letters 93, 053501 (2008). S. Hong, et al., "Study on the Lateral Carrier Diffusion and Source-Drain Series Resistance in Self-Aligned Top Gate Coplanar InGaZnO Thin-Film Transistors", Scientific Reports 9, 6588 (2019).S. Hong, et al., "Study on the Lateral Carrier Diffusion and Source-Drain Series Resistance in Self-Aligned Top Gate Coplanar InGaZnO Thin-Film Transistors", Scientific Reports 9, 6588 (2019).

しかしながら、IGZO等の従来の酸化物半導体を用いて作製した薄膜トランジスタは、十分なオン電流が得られない等、その特性は十分なものではない。 However, a thin film transistor manufactured by using a conventional oxide semiconductor such as IGZO does not have sufficient characteristics such as not being able to obtain a sufficient on-current.

また、製造工程の効率化を図る自己整合型薄膜トランジスタの課題として、非特許文献2に示されているように、低抵抗化したソース・ドレイン領域がチャネル内に拡散することが挙げられる。この場合、寄生容量の増大、寄生容量の面内ばらつき、チャネル領域のキャリア密度増大に起因したしきい値電圧の負側へのシフトといった問題を引き起こす。 Further, as a problem of the self-aligned thin film transistor for improving the efficiency of the manufacturing process, as shown in Non-Patent Document 2, a source / drain region having a low resistance is diffused in the channel. In this case, problems such as an increase in parasitic capacitance, in-plane variation in parasitic capacitance, and a shift of the threshold voltage to the negative side due to an increase in carrier density in the channel region are caused.

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、高いキャリア移動度を有するとともに、ソース・ドレイン領域の拡散を防止し、しきい値電圧の負側へのシフトを抑制することができる、酸化物半導体層を備える薄膜トランジスタとその製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention made in view of the above-mentioned problems is to have high carrier mobility, prevent diffusion of the source / drain region, and suppress the shift of the threshold voltage to the negative side. It is an object of the present invention to provide a thin film transistor provided with an oxide semiconductor layer and a method for manufacturing the thin film transistor.

上記課題を解決するために本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法は、基板上に少なくとも酸化物半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極を、この順に形成する薄膜トランジスタの製造方法であって、前記酸化物半導体層を構成する金属元素がIn、Ga、Zn、及びSnを含み、前記ゲート電極の側から前記酸化物半導体層に対して所定の光を照射せしめて、前記ゲート電極と重ならない前記酸化物半導体層の領域を低抵抗化し、ソース・ドレイン領域を形成することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the method for manufacturing a thin film according to the present invention is a method for manufacturing a thin film in which at least an oxide semiconductor layer, a gate insulating film, and a gate electrode are formed in this order on a substrate. The metal element constituting the layer contains In, Ga, Zn, and Sn, and the oxide semiconductor layer is irradiated with predetermined light from the side of the gate electrode so that the oxide semiconductor layer does not overlap with the gate electrode. It is characterized by lowering the resistance of the layer region and forming a source / drain region.

また、前記薄膜トランジスタの製造方法は、前記酸化物半導体層における全金属元素の合計(In+Ga+Zn+Sn)に対する各金属元素の割合が、In:45原子%以上65原子%以下、Ga:5原子%以上16原子%以下、Zn:10原子%以上40原子%以下、及びSn:3原子%以上10原子%以下であることが望ましい。 Further, in the method for manufacturing the thin film, the ratio of each metal element to the total of all metal elements (In + Ga + Zn + Sn) in the oxide semiconductor layer is In: 45 atomic% or more and 65 atomic% or less, Ga: 5 atomic% or more and 16 atoms. % Or less, Zn: 10 atomic% or more and 40 atomic% or less, and Sn: 3 atomic% or more and 10 atomic% or less are desirable.

また、前記薄膜トランジスタの製造方法は、全金属元素の合計(In+Ga+Zn+Sn)に対するInの割合が、50原子%以上60原子%以下であることが望ましい。 Further, in the method for manufacturing the thin film transistor, it is desirable that the ratio of In to the total of all metal elements (In + Ga + Zn + Sn) is 50 atomic% or more and 60 atomic% or less.

また、前記薄膜トランジスタの製造方法は、前記光の照射強度が120mJ/cm2以上であることが望ましい。 Further, in the method for manufacturing the thin film transistor, it is desirable that the irradiation intensity of the light is 120 mJ / cm 2 or more.

また、前記薄膜トランジスタの製造方法は、前記光の照射強度が150〜240mJ/cm2であることが望ましい。 Further, in the method for manufacturing the thin film transistor, it is desirable that the irradiation intensity of the light is 150 to 240 mJ / cm 2.

また、前記薄膜トランジスタの製造方法は、前記所定の光を前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体層に照射し、前記ソース・ドレイン領域を形成することが望ましい。 Further, in the method for manufacturing the thin film transistor, it is desirable that the oxide semiconductor layer is irradiated with the predetermined light through the gate insulating film to form the source / drain region.

上記課題を解決するために本発明に係る薄膜トランジスタは、基板上に少なくとも酸化物半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極を、この順に積層してなる薄膜トランジスタであって、前記酸化物半導体層を構成する金属元素がIn、Ga、Zn、及びSnを含み、前記ゲート電極の端部と前記酸化物半導体層に設けられたソース・ドレイン領域の端部の位置が一致しており、前記ソース・ドレイン領域は、前記酸化物半導体層と同じ金属元素の組成を有し、酸素欠損によりチャネル領域よりも低いシート抵抗を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the thin film according to the present invention is a thin film in which at least an oxide semiconductor layer, a gate insulating film, and a gate electrode are laminated in this order on a substrate, and constitutes the oxide semiconductor layer. The metal element contains In, Ga, Zn, and Sn, and the positions of the end of the gate electrode and the end of the source / drain region provided in the oxide semiconductor layer are the same, and the source / drain region is the same. Is characterized by having the same composition of metal elements as the oxide semiconductor layer and having a sheet resistance lower than that of the channel region due to oxygen deficiency.

また、前記薄膜トランジスタは、前記酸化物半導体層における全金属元素の合計(In+Ga+Zn+Sn)に対する各金属元素の割合が、In:45原子%以上65原子%以下、Ga:5原子%以上16原子%以下、Zn:10原子%以上40原子%以下、及びSn:3原子%以上10原子%以下であることが望ましい。 Further, in the thin film, the ratio of each metal element to the total of all metal elements (In + Ga + Zn + Sn) in the oxide semiconductor layer is In: 45 atomic% or more and 65 atomic% or less, Ga: 5 atomic% or more and 16 atomic% or less. It is desirable that Zn: 10 atomic% or more and 40 atomic% or less, and Sn: 3 atomic% or more and 10 atomic% or less.

また、前記薄膜トランジスタは、前記ソース・ドレイン領域が、1.5×1018cm-3以上の酸素欠損を有することが望ましい。 Further, it is desirable that the thin film transistor has an oxygen deficiency of 1.5 × 10 18 cm -3 or more in the source / drain region.

本発明における薄膜トランジスタとその製造方法によれば、高いキャリア移動度を有するとともに、ソース・ドレイン領域の拡散を防止し、しきい値電圧の負側へのシフトを抑制することができる。 According to the thin film transistor and the manufacturing method thereof in the present invention, it is possible to have high carrier mobility, prevent diffusion of the source / drain region, and suppress the shift of the threshold voltage to the negative side.

本発明の薄膜トランジスタとその製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the thin film transistor of this invention and the manufacturing method thereof. 比較例の薄膜トランジスタとその製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the thin film transistor of the comparative example and the manufacturing method thereof. 酸化物半導体(IGZTO)のシート抵抗の照射強度依存性を示す図である。It is a figure which shows the irradiation intensity dependence of the sheet resistance of an oxide semiconductor (IGZTO). レーザー照射強度の異なる薄膜トランジスタの伝達特性を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic of the thin film transistor which has different laser irradiation intensities. レーザー照射とArプラズマ処理による薄膜トランジスタのしきい値電圧のチャネル長依存性を示す図である。It is a figure which shows the channel length dependence of the threshold voltage of the thin film transistor by laser irradiation and Ar plasma processing. レーザー照射とArプラズマ処理による薄膜トランジスタの伝達特性を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic of the thin film transistor by laser irradiation and Ar plasma processing.

本発明者らは、In、Ga、Zn及びSnを含む酸化物半導体が高いキャリア移動度を有し、また、当該酸化物半導体を所定の光で照射することにより、高いキャリア濃度を有する領域を形成し得ることを見出した。さらに、In、Ga、Zn及びSnの含有量の合計に対する、In、Ga、Zn及びSnの含有量の割合がそれぞれ所定の範囲になるように酸化物半導体の組成を制御することにより、当該酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタが良好な特性を示すことを発見した。なお、本明細書において、In、Ga、Zn、Sn及びO(酸素)から構成される酸化物を「IGZTO」と称する場合がある。 The present inventors have a region in which an oxide semiconductor containing In, Ga, Zn and Sn has a high carrier mobility, and the oxide semiconductor is irradiated with a predetermined light to have a high carrier concentration. We have found that it can be formed. Further, by controlling the composition of the oxide semiconductor so that the ratio of the contents of In, Ga, Zn and Sn to the total content of In, Ga, Zn and Sn is within a predetermined range, the oxidation is performed. It was discovered that a thin film transistor using a physical semiconductor exhibits good characteristics. In the present specification, an oxide composed of In, Ga, Zn, Sn and O (oxygen) may be referred to as "IGZTO".

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図1は、本発明の薄膜トランジスタとその製造方法を説明する図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a thin film transistor of the present invention and a method for manufacturing the same.

まず、図1(a)に示すように、ガラス等の基板1上に下地膜2を形成する。この下地膜2は、例えばSiOx(酸化シリコン)であり、CVD(Chemical Vapor Deposition)法又はPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)等によって製膜する。この下地膜2は、50〜200nm程度の厚さが望ましく、基板1と酸化物半導体層3との密着性を向上させると共に、基板1から酸化物半導体層3への不純物の拡散等を防止する機能がある。ただし、薄膜トランジスタの動作上必須のものではなく、下地膜2は、省略することもできる。 First, as shown in FIG. 1A, the base film 2 is formed on a substrate 1 such as glass. The undercoat film 2 is, for example, SiO x (silicon oxide), and is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), or the like. The thickness of the base film 2 is preferably about 50 to 200 nm, which improves the adhesion between the substrate 1 and the oxide semiconductor layer 3 and prevents the diffusion of impurities from the substrate 1 to the oxide semiconductor layer 3. There is a function. However, it is not essential for the operation of the thin film transistor, and the undercoat film 2 may be omitted.

次いで、下地膜2上にスパッタ等を用いて、金属元素としてIn、Ga、Zn、及びSnを含む酸化物半導体層(酸化物半導体薄膜)3を製膜する。この酸化物半導体(IGZTO)は、酸化物半導体層3における全金属元素の合計(In+Ga+Zn+Sn)に対する各金属元素の割合(以下、「原子数比」と呼ぶことがある)が、
In:45原子%以上65原子%以下、
Ga:5原子%以上16原子%以下、
Zn:10原子%以上40原子%以下、及び
Sn:3原子%以上10原子%以下
であることが望ましい。
Next, an oxide semiconductor layer (oxide semiconductor thin film) 3 containing In, Ga, Zn, and Sn as metal elements is formed on the base film 2 by using sputtering or the like. In this oxide semiconductor (IGZTO), the ratio of each metal element to the total number of all metal elements (In + Ga + Zn + Sn) in the oxide semiconductor layer 3 (hereinafter, may be referred to as “atomic number ratio”) is determined.
In: 45 atomic% or more and 65 atomic% or less,
Ga: 5 atomic% or more and 16 atomic% or less,
It is desirable that Zn: 10 atomic% or more and 40 atomic% or less, and Sn: 3 atomic% or more and 10 atomic% or less.

Inは導電性(電気伝導性)の向上に寄与する元素である。In原子数比が大きくなるほど、すなわち、全金属元素に占めるIn量が多くなるほど、酸化物半導体層3の導電性が向上するため、キャリア濃度及びキャリア移動度が増加する。この作用を有効に発揮させるには、In原子数比は、45原子%以上とする必要があり、好ましくは50原子%以上である。但し、In原子数比が大き過ぎると、酸化物半導体層3の抵抗が低下してキャリア濃度が高くなり過ぎ、しきい値電圧が低下する等の問題がある。そのため、In原子数比は、65原子%以下とする必要があり、好ましくは60原子%以下、より好ましくは55原子%以下である。 In is an element that contributes to the improvement of conductivity (electrical conductivity). As the In atomic number ratio increases, that is, as the amount of In in all metal elements increases, the conductivity of the oxide semiconductor layer 3 improves, so that the carrier concentration and carrier mobility increase. In order to effectively exert this effect, the In atom number ratio needs to be 45 atomic% or more, preferably 50 atomic% or more. However, if the In atom number ratio is too large, there is a problem that the resistance of the oxide semiconductor layer 3 decreases, the carrier concentration becomes too high, and the threshold voltage decreases. Therefore, the In atom number ratio needs to be 65 atomic% or less, preferably 60 atomic% or less, and more preferably 55 atomic% or less.

Gaは酸素欠損の低減及びキャリア密度の制御に寄与する元素である。Ga原子数比が大きくなるほど、すなわち、全金属元素に占めるGa量が多くなるほど、酸化物半導体層3の電気的安定性が向上し、キャリアの過剰発生を抑制する効果を発揮する。また、Gaは過酸化水素系のCuエッチング液によるエッチングを抑制する元素でもある。よって、Ga原子数比が大きくなるほど、ソース・ドレイン電極としてのCu電極のエッチング加工に用いられる過酸化水素系エッチング液に対して選択比が大きくなり、ダメージを受け難くなる。Ga原子数比が5原子%未満であると、エッチング耐性が低下し、また、光ストレス耐性(光照射状態での電圧印加(光ストレス)により生じるトランジスタの特性変化、又はストレスを除去した後に残存する特性変化に対する耐性)が劣化するため、上記作用を有効に発揮させるには、Gaは5原子%以上とする必要がある。Ga原子数比は、好ましくは8原子%以上、より好ましくは10原子%以上である。但し、Ga原子数比が大き過ぎると、酸化物半導体層3のキャリア密度が低くなり、移動度が低下する。また、酸化物半導体層を形成するためのスパッタリングターゲット材の電導度が低下し、成膜時に直流放電が安定して持続することが困難となる。そのため、Ga原子数比は、16原子%以下とする必要があり、好ましくは15原子%以下、より好ましくは12原子%以下である。 Ga is an element that contributes to the reduction of oxygen deficiency and the control of carrier density. The larger the Ga atomic number ratio, that is, the larger the amount of Ga in the total metal elements, the better the electrical stability of the oxide semiconductor layer 3 and the more the effect of suppressing the excessive generation of carriers is exhibited. Ga is also an element that suppresses etching by a hydrogen peroxide-based Cu etching solution. Therefore, the larger the Ga atom number ratio, the larger the selection ratio with respect to the hydrogen peroxide-based etching solution used for etching the Cu electrode as the source / drain electrode, and the less likely it is to be damaged. When the Ga atomic number ratio is less than 5 atomic%, the etching resistance is lowered, and the light stress resistance (change in the characteristics of the transistor caused by voltage application (light stress) in the light irradiation state or remaining after stress is removed). Since resistance to changes in characteristics) deteriorates, Ga must be 5 atomic% or more in order to effectively exert the above action. The Ga atomic number ratio is preferably 8 atomic% or more, more preferably 10 atomic% or more. However, if the Ga atomic number ratio is too large, the carrier density of the oxide semiconductor layer 3 becomes low, and the mobility decreases. In addition, the conductivity of the sputtering target material for forming the oxide semiconductor layer decreases, and it becomes difficult for the DC discharge to be stably maintained during film formation. Therefore, the Ga atomic number ratio needs to be 16 atomic% or less, preferably 15 atomic% or less, and more preferably 12 atomic% or less.

Znは他の金属元素ほど薄膜トランジスタ特性に対して敏感ではないが、酸化物半導体の加工特性に影響する。Zn原子数比が10原子%未満であると、過水系やシュウ酸などに対するエッチングレートが低くなる。従って、Zn原子数比は、10原子%以上とする必要があり、好ましくは20原子%以上、より好ましくは30原子%以上である。但し、Zn原子数比が大き過ぎると、酸化物半導体層3が結晶化する傾向がある。特にディスプレイ等の大面積での成膜が必要な分野では、部分的に結晶が形成されると、酸化物半導体層3の均一性が低下する要因になる。また、ソース・ドレイン電極用エッチング液に対する酸化物半導体層3の溶解性が高くなる結果、ウエットエッチング耐性が劣化しやすくなる。また、In量が相対的に減少するため、電界効果移動度が低下し、あるいは、Gaが相対的に減少するため、酸化物半導体層3の電気的安定性が低下し易くなる。そのため、Zn原子数比は、40原子%以下とする必要があり、好ましくは35原子%以下である。 Zn is not as sensitive to thin film transistor characteristics as other metal elements, but it affects the processing characteristics of oxide semiconductors. When the Zn atom number ratio is less than 10 atomic%, the etching rate for a superwater system, oxalic acid, or the like is low. Therefore, the Zn atom number ratio needs to be 10 atomic% or more, preferably 20 atomic% or more, and more preferably 30 atomic% or more. However, if the Zn atom number ratio is too large, the oxide semiconductor layer 3 tends to crystallize. In particular, in fields such as displays where film formation over a large area is required, partial formation of crystals causes a decrease in the uniformity of the oxide semiconductor layer 3. Further, as a result of increasing the solubility of the oxide semiconductor layer 3 in the etching solution for the source / drain electrode, the wet etching resistance tends to deteriorate. Further, since the amount of In is relatively reduced, the mobility of the electric field effect is lowered, or Ga is relatively reduced, so that the electrical stability of the oxide semiconductor layer 3 is likely to be lowered. Therefore, the Zn atom number ratio needs to be 40 atomic% or less, preferably 35 atomic% or less.

Snが添加された酸化物半導体は水素拡散によってキャリア密度の増加が見られシート抵抗が低下し、また、Sn添加量が適度であれば薄膜トランジスタの光ストレスに対する信頼性が向上する。この作用を有効に発揮させるには、Sn原子数比は、3原子%以上とする必要があり、好ましくは5原子%以上、より好ましくは6原子%以上である。一方、Snは酸系の薬液によるエッチングを阻害する元素である。このため、Sn原子数比が大き過ぎると、酸化物半導体層3の有機酸及び/又は無機酸のエッチング液に対する耐性が必要以上に高まり、酸化物半導体層3のエッチング加工が困難になる。また、Sn原子数比が大き過ぎると、水素拡散の影響を強く受けることで、チャネルサイズの変化に対するドレイン電流の変化の線形性が低下するおそれがある。そのため、Sn原子数比は、10原子%以下とする必要があり、好ましくは8原子%以下、より好ましくは7原子%以下である。 In the oxide semiconductor to which Sn is added, the carrier density is increased due to hydrogen diffusion and the sheet resistance is lowered, and if the Sn addition amount is appropriate, the reliability of the thin film transistor against light stress is improved. In order to effectively exert this effect, the Sn atom number ratio needs to be 3 atomic% or more, preferably 5 atomic% or more, and more preferably 6 atomic% or more. On the other hand, Sn is an element that inhibits etching by an acid-based chemical solution. Therefore, if the Sn atom number ratio is too large, the resistance of the oxide semiconductor layer 3 to the etching solution of the organic acid and / or the inorganic acid becomes higher than necessary, and the etching process of the oxide semiconductor layer 3 becomes difficult. Further, if the Sn atomic number ratio is too large, the linearity of the change in the drain current with respect to the change in the channel size may be lowered due to the strong influence of hydrogen diffusion. Therefore, the Sn atomic number ratio needs to be 10 atomic% or less, preferably 8 atomic% or less, and more preferably 7 atomic% or less.

本発明の1つの実施形態において、酸化物半導体は、Inと、Gaと、Znと、Snと、Oと、不可避的不純物とからなる。不可避的不純物は、原料、資材又は製造設備等の状況によって持ち込まれ得る。不可避的不純物としては、例えば、Al、Pb、Si、Fe、Ni、Ti、Mg、Cr及びZr等が挙げられる。不可避的不純物の含有量は、酸化物半導体層3の質量に対して、好ましくは1質量%以下、より好ましくは500質量ppm以下である。 In one embodiment of the invention, the oxide semiconductor comprises In, Ga, Zn, Sn, O and unavoidable impurities. Inevitable impurities can be introduced depending on the situation of raw materials, materials, manufacturing equipment, and the like. Examples of unavoidable impurities include Al, Pb, Si, Fe, Ni, Ti, Mg, Cr and Zr. The content of unavoidable impurities is preferably 1% by mass or less, more preferably 500% by mass or less, based on the mass of the oxide semiconductor layer 3.

Sn含有量に対するZn含有量の割合(Sn原子数比に対するZn原子数比の割合)が、2.4超であることが好ましい。これにより、ドレイン電流IdのチャネルサイズW/Lに対する線形性を高めることが容易となる。また、Sn含有量に対するZn含有量の割合を2.4超とすることにより、実効的なチャネルサイズの変動を抑制することがより容易となる。Sn含有量に対するZn含有量の割合は、より好ましくは3.0以上、更に好ましくは4.0以上であり、より好ましくは7.0以下、更に好ましくは5.5以下である。 The ratio of the Zn content to the Sn content (ratio of the Zn atom number ratio to the Sn atom number ratio) is preferably more than 2.4. This makes it easy to improve the linearity of the drain current Id with respect to the channel size W / L. Further, by setting the ratio of the Zn content to the Sn content to be more than 2.4, it becomes easier to suppress the effective fluctuation of the channel size. The ratio of the Zn content to the Sn content is more preferably 3.0 or more, further preferably 4.0 or more, still more preferably 7.0 or less, still more preferably 5.5 or less.

なお、所望の組成の酸化物半導体をスパッタ法で製膜する際には、各金属のスパッタ特性等を考慮しつつ、スパッタリングターゲットの組成を目的とする酸化物半導体の組成にほぼ近い組成とすることが好ましい。 When forming a film of an oxide semiconductor having a desired composition by a sputtering method, the composition of the sputtering target is set to be substantially close to the composition of the target oxide semiconductor while considering the sputtering characteristics of each metal. Is preferable.

酸化物半導体層3の厚みは特に限定されるものではないが、10nm以上であるとソース・ドレイン電極のエッチング加工時の選択性に優れるため好ましく、より好ましくは15nm以上である。また、高移動度の維持の観点からは、例えば50nm以下であることが好ましい。 The thickness of the oxide semiconductor layer 3 is not particularly limited, but is preferably 10 nm or more because it is excellent in selectivity during etching processing of the source / drain electrode, and more preferably 15 nm or more. Further, from the viewpoint of maintaining high mobility, it is preferably 50 nm or less, for example.

なお、高移動度の薄膜トランジスタを実現するためには、酸化物半導体層3の膜構造も重要な要素となり、酸化物半導体層3はアモルファス構造、又は、少なくとも一部が結晶化されたアモルファス構造であることが好ましい。すなわち、酸化物半導体層3を形成する酸化物が、アモルファス、又は、少なくとも一部が結晶化されたアモルファスであることが好ましい。 In order to realize a thin film transistor with high mobility, the film structure of the oxide semiconductor layer 3 is also an important factor, and the oxide semiconductor layer 3 has an amorphous structure or at least a partially crystallized amorphous structure. It is preferable to have. That is, it is preferable that the oxide forming the oxide semiconductor layer 3 is amorphous or at least partially crystallized amorphous.

酸化物半導体層3は、スループット(Throughput)の高いスパッタ法で成膜されるため、通常、膜構造はアモルファスになると考えられている。しかし実際には、膜構造にはアモルファス構造の中にサブミクロン・レベル(ナノレベル)の結晶が分散している。酸化物半導体の上記構造は、酸化物半導体層形成の際に、ガス圧1〜5mTorrの範囲に制御すると共に、保護膜を形成の後、200℃以上の温度で熱処理することにより得ることができる。 Since the oxide semiconductor layer 3 is formed by a sputtering method having a high throughput, it is usually considered that the film structure is amorphous. However, in reality, submicron level (nano level) crystals are dispersed in the amorphous structure in the film structure. The structure of the oxide semiconductor can be obtained by controlling the gas pressure in the range of 1 to 5 mTorr at the time of forming the oxide semiconductor layer, forming a protective film, and then heat-treating at a temperature of 200 ° C. or higher. ..

また、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタの作製プロセスには、幾つかの加熱処理過程が含まれる(成膜時や熱処理など)ため、アモルファス化率はこれらの加熱処理過程を総合した結果により決まることになる。酸化物半導体層3の構造は、キャリア移動度に影響するため、高移動度の薄膜トランジスタを実現するためには、最適なプロセス条件を探索することが望ましい。 In addition, since the process for manufacturing a thin film transistor using an oxide semiconductor includes several heat treatment processes (during film formation, heat treatment, etc.), the amorphization rate is determined by the total result of these heat treatment processes. become. Since the structure of the oxide semiconductor layer 3 affects the carrier mobility, it is desirable to search for the optimum process conditions in order to realize a thin film transistor having high mobility.

また、保護膜を形成する前、すなわち、酸化物半導体層3をスパッタ製膜し、さらに熱処理を加えた後の酸化物半導体層3のシート抵抗は1.0×105Ω/□以下が好ましく、5.0×104Ω/□以下がより好ましい。このようなシート抵抗を有する酸化物半導体層が薄膜トランジスタの移動度を高くするには好ましい。なお、一般的な酸化物半導体のシート抵抗は107Ω/□程度であり、比較的抵抗が低いIGZO酸化物半導体層であってもシート抵抗は1.0×105Ω/□超の値を示すことが多い。なお、酸化物半導体層3を有する薄膜トランジスタの場合は、その製造工程において、保護膜を形成した後の酸化物半導体層3のシート抵抗は増加する傾向にある。これは、酸化物半導体は一般的にバンドギャップを有しているが、保護膜を形成することによって、バンドベンディングが生じるためである。 Further, before forming the protective layer, i.e., the oxide semiconductor layer 3 by sputtering film formation, further the sheet resistance of the oxide semiconductor layer 3 after the addition of the heat treatment is preferably from 1.0 × 10 5 Ω / □ or less , 5.0 × 10 4 Ω / □ or less is more preferable. An oxide semiconductor layer having such a sheet resistance is preferable for increasing the mobility of the thin film transistor. The sheet resistance of common oxide semiconductor is 10 7 Ω / □ extent, relatively low resistance IGZO oxide sheet resistance be a semiconductor layer is 1.0 × 10 5 Ω / □ super value Often indicates. In the case of a thin film transistor having an oxide semiconductor layer 3, the sheet resistance of the oxide semiconductor layer 3 after forming the protective film tends to increase in the manufacturing process thereof. This is because oxide semiconductors generally have a band gap, but band bending occurs by forming a protective film.

また、酸化物半導体層3のOH基が増加すると、高移動度は維持されながら、光ストレス耐性の向上が得られる。すなわち、このようなOH基が増加した酸化物半導体層3を表示パネルに使用した場合、長時間においてバックライトなどの光照射を受けても薄膜トランジスタの特性が変化しにくくなる。この理由は、酸化物半導体層中に水素が侵入してOH基が形成されると、効果的にチャネル層の酸素関連欠陥や不安定な水素関連欠陥が抑制され、安定なメタル−酸素の結合を形成することによると考えられている。なお、酸化物半導体層中のOH基の密度は、ポストアニールによって有効に制御することができる。 Further, when the OH group of the oxide semiconductor layer 3 is increased, the photostress resistance is improved while the high mobility is maintained. That is, when the oxide semiconductor layer 3 having such an increased OH group is used for the display panel, the characteristics of the thin film transistor are less likely to change even if it is irradiated with light such as a backlight for a long time. The reason for this is that when hydrogen invades the oxide semiconductor layer to form OH groups, oxygen-related defects and unstable hydrogen-related defects in the channel layer are effectively suppressed, and stable metal-oxygen bonds are suppressed. Is believed to be due to the formation of. The density of OH groups in the oxide semiconductor layer can be effectively controlled by post-annealing.

酸化物半導体層3を製膜した後、フォトリソグラフィを用いてパターニングする。パターニングは有機酸及び/又は無機酸によるウエットエッチングを利用することができる。パターニングの直後には、酸化物半導体の膜質改善のために熱処理を行うことが好ましく、これにより、薄膜トランジスタ特性のオン電流及び移動度が上昇し、性能が向上する。熱処理としては、300℃以上で30分以上処理することが好ましい。 After forming the oxide semiconductor layer 3, patterning is performed using photolithography. Wet etching with organic and / or inorganic acids can be used for patterning. Immediately after patterning, it is preferable to perform a heat treatment to improve the film quality of the oxide semiconductor, whereby the on-current and mobility of the thin film transistor characteristics are increased, and the performance is improved. The heat treatment is preferably performed at 300 ° C. or higher for 30 minutes or longer.

次に、酸化物半導体層3上にゲート絶縁膜4を形成する。ゲート絶縁膜4は、例えば、SiOxをCVD又はPECVD法によって製膜する。なお、ゲート絶縁膜4は、所望の誘電率を有する他の絶縁材料で形成してもよく、SiN、SiON、或いは他の高誘電率絶縁膜等を用いることができる。ゲート絶縁膜4の厚さは、薄膜トランジスタのしきい値電圧及びゲート耐電圧等を考慮して決定されるが、求めるスイッチング特性に応じて100〜500nmの厚さで形成するのが望ましい。 Next, the gate insulating film 4 is formed on the oxide semiconductor layer 3. For the gate insulating film 4, for example, SiO x is formed by a CVD or PECVD method. The gate insulating film 4 may be formed of another insulating material having a desired dielectric constant, and SiN, SiON, or another high dielectric constant insulating film may be used. The thickness of the gate insulating film 4 is determined in consideration of the threshold voltage of the thin film transistor, the gate withstand voltage, and the like, but it is desirable to form the gate insulating film 4 with a thickness of 100 to 500 nm depending on the desired switching characteristics.

その後、ゲート電極材料としてMo等の金属を形成した後、フォトリソグラフィを用いてパターニングを行い、ゲート電極5を形成する。ゲート電極材料としては、この後に実施するレーザー処理に用いるレーザーに対してより吸収率が低い(反射率が高い)材料が好ましい。レーザー吸収率が高い場合は、照射レーザー吸収によるゲート電極の温度上昇が大きく、形状の変形やアブレーションを招くおそれがある。ゲート電極材料としては、Mo,Cr,Al,Ti,Cu,或いはこれら金属を主体とした合金等、一般の半導体電極として利用できる金属であってよい。ゲート電極の厚さは、ゲート電極の加工性、ゲート電極抵抗、レーザー吸収率等を考慮して設定するが、50〜500nm程度の厚さが望ましい。 Then, after forming a metal such as Mo as the gate electrode material, patterning is performed using photolithography to form the gate electrode 5. As the gate electrode material, a material having a lower absorption rate (higher reflectance) than the laser used for the laser treatment to be performed later is preferable. When the laser absorption rate is high, the temperature of the gate electrode rises significantly due to the irradiation laser absorption, which may lead to deformation or ablation of the shape. The gate electrode material may be a metal that can be used as a general semiconductor electrode, such as Mo, Cr, Al, Ti, Cu, or an alloy mainly composed of these metals. The thickness of the gate electrode is set in consideration of workability of the gate electrode, resistance of the gate electrode, laser absorption rate, etc., but a thickness of about 50 to 500 nm is desirable.

この後、上面(ゲート電極5の側)より、酸化物半導体層3に対して所定の光を照射する。ここでは、透光性のゲート絶縁膜4を介して光を照射する。照射光としては指向性が高く、波長が一定のレーザーが望ましい。このレーザーの照射により、レーザーが照射された酸化物半導体(IGZTO)が低抵抗化し、ソース領域3a,ドレイン領域3bが形成される。レーザーは、酸化物半導体が吸収可能な波長域のレーザーであることが必要であり、紫外光が望ましい。例えば、YAGレーザーを用いることができる。照射する光は固体レーザーに限ることはなく、XeClエキシマレーザー等のエキシマレーザー及びCWレーザー等任意のレーザーを用いることができる。さらに、フラッシュランプを用いてもよい。なお、光照射はパルス状とすることが望ましい。また、後述するように、レーザー光の照射強度は120mJ/cm2以上であることが望ましい。 After that, a predetermined light is irradiated to the oxide semiconductor layer 3 from the upper surface (the side of the gate electrode 5). Here, light is irradiated through the translucent gate insulating film 4. A laser having high directivity and a constant wavelength is desirable as the irradiation light. By this laser irradiation, the oxide semiconductor (IGZTO) irradiated with the laser has a low resistance, and a source region 3a and a drain region 3b are formed. The laser needs to be a laser in a wavelength range that can be absorbed by the oxide semiconductor, and ultraviolet light is desirable. For example, a YAG laser can be used. The light to be irradiated is not limited to the solid-state laser, and any laser such as an excimer laser such as an XeCl excimer laser and a CW laser can be used. Further, a flash lamp may be used. It is desirable that the light irradiation be in the form of a pulse. Further, as will be described later, it is desirable that the irradiation intensity of the laser beam is 120 mJ / cm 2 or more.

ゲート電極5が形成されている領域はレーザーが反射され、ゲート電極5に覆われていない(ゲート電極5と重ならない)酸化物半導体層3の領域のみがレーザーに照射されてソース領域3a、ドレイン領域3bとなることから、ゲート電極5とソース領域3a、ドレイン領域3bとが自己整合(自動的に位置合わせ)して形成される。レーザー光は指向性(直進性)が高いため、低抵抗化したソース・ドレイン領域3a,3bが、ゲート電極5の下部に入り込むことがない。 The laser is reflected in the region where the gate electrode 5 is formed, and only the region of the oxide semiconductor layer 3 that is not covered by the gate electrode 5 (does not overlap with the gate electrode 5) is irradiated with the laser, and the source region 3a and the drain Since the region 3b is formed, the gate electrode 5, the source region 3a, and the drain region 3b are formed by self-alignment (automatic alignment). Since the laser beam has high directivity (straightness), the low resistance source / drain regions 3a and 3b do not enter the lower part of the gate electrode 5.

この後、図1(b)に示すように、薄膜トランジスタを覆う絶縁膜6を形成する。この絶縁膜6は、保護膜又は層間膜として機能する。絶縁膜6として、例えば、PECVDを用いてSiOxを、100〜800nm程度形成する。この絶縁膜6の製膜温度によっては、低抵抗化した領域の抵抗が上昇してしまうという問題があるため、抵抗上昇が生じない製膜温度(例えば、250℃以下)に適宜調節することが好ましい。なお、SiOx等の絶縁膜はレーザー光の透過性が高いことから、絶縁膜6を形成した後にレーザー照射を実施し、ソース・ドレイン領域3a,3bを形成してもよい。この場合、抵抗上昇を抑制するための製膜温度の調整をする必要がなく、プロセスマージンが広がる効果がある。 After that, as shown in FIG. 1 (b), the insulating film 6 covering the thin film transistor is formed. The insulating film 6 functions as a protective film or an interlayer film. As the insulating film 6, for example, PECVD is used to form SiO x at about 100 to 800 nm. Since there is a problem that the resistance in the region where the resistance is lowered increases depending on the film forming temperature of the insulating film 6, it is possible to appropriately adjust the film forming temperature (for example, 250 ° C. or less) at which the resistance does not increase. preferable. Since the insulating film such as SiO x has high transmission of laser light, laser irradiation may be performed after the insulating film 6 is formed to form the source / drain regions 3a and 3b. In this case, it is not necessary to adjust the film forming temperature in order to suppress the increase in resistance, which has the effect of widening the process margin.

次いで、ソース・ドレイン電極7(7a,7b)とソース・ドレイン領域3a,3bを接続するために、絶縁膜6とゲート絶縁膜4にコンタクトホールとなる穴をフォトリソグラフィとドライエッチングを用いて形成する。そして、スパッタを用いてソース・ドレイン電極材料を製膜する。ソース・ドレイン電極材料は、Mo,Cr,Al,Ti,Cu,或いはこれら金属を主体とした合金等、半導体装置の配線・電極として用いられる任意の金属を用いることができる。電極材料の厚さは、電極・配線の抵抗及び加工性等を考慮して適宜設定し得るが、50〜500nm程度が望ましい。製膜された金属層をフォトリソグラフィとウエットエッチングを用いてパターニングを行い、ソース電極7a,ドレイン電極7bを形成する。以上で、本発明における自己整合型の薄膜トランジスタの作製が完了する。 Next, in order to connect the source / drain electrodes 7 (7a, 7b) and the source / drain regions 3a, 3b, holes to be contact holes are formed in the insulating film 6 and the gate insulating film 4 by using photolithography and dry etching. do. Then, the source / drain electrode material is formed by using sputtering. As the source / drain electrode material, any metal used as a wiring / electrode of a semiconductor device such as Mo, Cr, Al, Ti, Cu, or an alloy mainly composed of these metals can be used. The thickness of the electrode material can be appropriately set in consideration of the resistance and workability of the electrodes and wiring, but it is preferably about 50 to 500 nm. The formed metal layer is patterned by photolithography and wet etching to form a source electrode 7a and a drain electrode 7b. This completes the production of the self-aligned thin film transistor in the present invention.

上記の製造方法による薄膜トランジスタは、酸化物半導体層3、ゲート絶縁膜4、及びゲート電極5をこの順に積層し、ゲート電極5をマスクとして酸化物半導体層3にレーザー照射を行い、ソース・ドレイン領域3a,3bを形成することから、ゲート電極5の端部と酸化物半導体層に設けられたソース・ドレイン領域3a,3bの端部の位置が一致する。また、何らのドーピングを行わないから、ソース・ドレイン領域3a,3bが拡散して領域が変動することも殆どない。したがって、上記の製造方法により、設計値どおりのチャネル長を有する薄膜トランジスタを形成することができる。 In the thin film transistor according to the above manufacturing method, the oxide semiconductor layer 3, the gate insulating film 4, and the gate electrode 5 are laminated in this order, the oxide semiconductor layer 3 is irradiated with laser using the gate electrode 5 as a mask, and the source / drain region is formed. Since 3a and 3b are formed, the positions of the ends of the gate electrode 5 and the ends of the source / drain regions 3a and 3b provided in the oxide semiconductor layer coincide with each other. Further, since no doping is performed, the source / drain regions 3a and 3b are hardly diffused and the regions are hardly changed. Therefore, by the above manufacturing method, it is possible to form a thin film transistor having a channel length as designed.

(実施例とその特性の検証)
本発明の実施例を以下に示す。ここでは本発明のレーザーによる低抵抗化プロセスを用いた自己整合型薄膜トランジスタを作製し、その特性を検証した。さらに、比較例として、従来のArプラズマによる低抵抗化プロセスを用いた自己整合型薄膜トランジスタを作製し、実施例と特性を比較した。
(Verification of Examples and their characteristics)
Examples of the present invention are shown below. Here, a self-aligned thin film transistor using the laser-based laser resistance reduction process of the present invention was produced, and its characteristics were verified. Further, as a comparative example, a self-aligned thin film transistor using a conventional Ar plasma low resistance process was produced, and the characteristics were compared with the examples.

実施例と比較例は、ゲート電極5の形成まではどちらも同じプロセスを用いた。両者の製造工程について、ゲート電極5の形成までを図1(a)に基づいて説明する。 In both the examples and the comparative examples, the same process was used until the formation of the gate electrode 5. The manufacturing process of both will be described up to the formation of the gate electrode 5 with reference to FIG. 1 (a).

ガラス基板1上に下地膜2としてPECVDを用いてSiOxを100nm形成した。次に、前述の実施の形態に記載した組成のIGZTO膜を以下の製膜条件で製膜した。
成膜法:DCスパッタ法
成膜温度:室温
ガス圧:0.2Pa
キャリアガス:Ar
酸素分圧:100×O2/(Ar+O2)=30%
A SiO x of 100 nm was formed on the glass substrate 1 by using PECVD as the base film 2. Next, the IGZTO film having the composition described in the above-described embodiment was formed under the following film-forming conditions.
Film formation method: DC sputtering method Film formation temperature: Room temperature Gas pressure: 0.2Pa
Carrier gas: Ar
Oxygen partial pressure: 100 × O 2 / (Ar + O 2 ) = 30%

上記の製膜条件で酸化物半導体(IGZTO)膜3を15nm形成し、フォトリソグラフィとウエットエッチングを用いてIGZTO膜3をパターニングした。次に、ホットプレートを用いて空気中で300℃のアニールを1時間実施した。アニールによって薄膜トランジスタの移動度及び信頼性が向上する。 An oxide semiconductor (IGZTO) film 3 was formed at 15 nm under the above film forming conditions, and the IGZTO film 3 was patterned using photolithography and wet etching. Next, annealing at 300 ° C. in air using a hot plate was carried out for 1 hour. Annealing improves the mobility and reliability of the thin film transistor.

次に、PECVDを用いてゲート絶縁膜4としてSiOxを140nm製膜し、その上に、ゲート電極5としてMo合金を70nm製膜した。ゲート電極5をフォトリソグラフィとウエットエッチングを用いてパターニングした。 Next, using PECVD, SiO x was formed into a film of 140 nm as the gate insulating film 4, and Mo alloy was formed into a film of 70 nm as the gate electrode 5 on the SiO x. The gate electrode 5 was patterned using photolithography and wet etching.

以下の工程は、実施例のレーザープロセスと比較例のArプラズマプロセスとで実施するプロセスが異なる。 The following steps are different between the laser process of the example and the Ar plasma process of the comparative example.

[実施例:レーザープロセス]
図1(a)を用いて、レーザーによる低抵抗化プロセスを用いた薄膜トランジスタとその製造方法について説明する。本実施例では、レーザーは波長266nm、パルス幅7nsの固体YAGレーザーを用いた。用いたレーザーはゲート絶縁膜4のSiOxを透過するので、ゲート絶縁膜4をパターニングする必要はない。これによってプロセスが簡略化され、スループット向上の効果が得られる。また後述するゲート絶縁膜の加工ばらつきも生じないから、加工精度に起因した寄生抵抗や寄生容量の上昇を抑制することができる。
[Example: Laser process]
A thin film transistor using a laser-based low resistance process and a method for manufacturing the thin film transistor will be described with reference to FIG. 1 (a). In this example, a solid-state YAG laser having a wavelength of 266 nm and a pulse width of 7 ns was used as the laser. Since the laser used passes through the SiO x of the gate insulating film 4, it is not necessary to pattern the gate insulating film 4. This simplifies the process and has the effect of improving throughput. Further, since the processing variation of the gate insulating film, which will be described later, does not occur, it is possible to suppress an increase in parasitic resistance and parasitic capacitance due to processing accuracy.

薄膜トランジスタの上面側(ゲート電極5の側)から、ゲート電極5をマスクとして、酸化物半導体層3にレーザー照射を行うことにより、ゲート電極5と位置合わせされたソース領域3a及びドレイン領域3bを形成した。レーザーの照射強度については、後述する。 By irradiating the oxide semiconductor layer 3 with a laser from the upper surface side (the side of the gate electrode 5) of the thin film transistor using the gate electrode 5 as a mask, a source region 3a and a drain region 3b aligned with the gate electrode 5 are formed. did. The laser irradiation intensity will be described later.

次に、図1(b)に示すように、PECVDを用いて製膜温度250℃でSiOxを300nm形成し、これを絶縁膜(層間膜)6とした。 Next, as shown in FIG. 1 (b), SiO x was formed at a film forming temperature of 250 ° C. at 300 nm using PECVD, and this was used as an insulating film (interlayer film) 6.

次いで、フォトリソグラフィとドライエッチングを用いて絶縁膜(層間膜)6及びゲート絶縁膜4にコンタクトホールを形成した。その後、スパッタを用いてMo合金を70nmの厚さに製膜し、フォトリソグラフィとウエットエッチングを用いてパターニングし、ソース・ドレイン電極7(7a,7b)を形成した。以上によりレーザーによる低抵抗化プロセスを用いた自己整合型の薄膜トランジスタの作製が完了する。 Next, contact holes were formed in the insulating film (interlayer film) 6 and the gate insulating film 4 by using photolithography and dry etching. Then, the Mo alloy was formed into a film having a thickness of 70 nm by sputtering, and patterned by photolithography and wet etching to form the source / drain electrodes 7 (7a, 7b). This completes the production of a self-aligned thin film transistor using a laser-based low resistance process.

図3に、酸化物半導体(IGZTO)のシート抵抗の照射強度依存性を示す。実験は、ガラス上にIGZTO膜を15nm形成したサンプルを複数用意して、照射強度を変えてレーザーを照射した。レーザー照射前のシート抵抗は108Ω/□以上であった。照射強度が上昇するに伴いシート抵抗は減少し、照射強度200mJ/cm2でシート抵抗は1.9×103Ω/□で最小となった。これは、後述の長時間Arプラズマ処理したときのシート抵抗の最小値2×103Ω/□と同等以上の良好な値である。 FIG. 3 shows the irradiation intensity dependence of the sheet resistance of the oxide semiconductor (IGZTO). In the experiment, a plurality of samples in which an IGZTO film was formed at 15 nm on glass were prepared, and the irradiation intensity was changed to irradiate the laser. Sheet resistance before laser irradiation was 10 8 Ω / □ or more. The sheet resistance decreased as the irradiation intensity increased, and the sheet resistance became the minimum at 1.9 × 10 3 Ω / □ at the irradiation intensity of 200 mJ / cm 2. This is a good value equal to or higher than the minimum value of 2 × 10 3 Ω / □ of the sheet resistance when Ar plasma treatment is performed for a long time, which will be described later.

なお、図3のシート抵抗の照射強度に対するデータは表1のとおりである(照射強度の単位はmJ/cm2、シート抵抗の単位はΩ/□)。 The data for the irradiation intensity of the sheet resistance in FIG. 3 are shown in Table 1 (the unit of the irradiation intensity is mJ / cm 2 , and the unit of the sheet resistance is Ω / □).

Figure 2021190599
Figure 2021190599

照射強度上昇に伴い、膜の温度が上昇すると考えられる。温度上昇によって金属イオンと酸素イオンの結合が切断され、IGZTO内に酸素欠損が形成されると同時に自由電子が発生し、キャリア密度が上昇する。これによって、金属元素の組成が一定のままで、酸化物半導体のレーザー照射領域の抵抗が低減する。ただし、照射強度が強すぎると、シート抵抗がまた高くなる傾向がある。 It is considered that the temperature of the film rises as the irradiation intensity increases. As the temperature rises, the bond between the metal ion and the oxygen ion is broken, oxygen deficiency is formed in the IGZTO, and at the same time, free electrons are generated and the carrier density rises. As a result, the resistance of the laser irradiation region of the oxide semiconductor is reduced while the composition of the metal element remains constant. However, if the irradiation intensity is too strong, the sheet resistance tends to increase again.

照射強度120mJ/cm2以上で1.0×105Ω/□以下と、電界効果トランジスタのソース・ドレイン領域として使用できるシート抵抗を示した。また、照射強度150〜240mJ/cm2で1.9×103〜3.7×103Ω/□と、最小値とほぼ同等の値を示しており、プロセスマージンが広いと言える。 The sheet resistance that can be used as the source / drain region of the field effect transistor is shown as 1.0 × 10 5 Ω / □ or less at an irradiation intensity of 120 mJ / cm 2 or more. Further, when the irradiation intensity is 150 to 240 mJ / cm 2 , the value is 1.9 × 10 3 to 3.7 × 10 3 Ω / □, which is almost the same as the minimum value, and it can be said that the process margin is wide.

なお、測定されたシート抵抗に基づいて推定すると、IGZTO内には、照射強度120mJ/cm2以上で1.5×1018cm-3以上の酸素欠損が形成され、照射強度150〜240mJ/cm2で3.8×1019cm-3以上の酸素欠損が形成されている。 Estimating based on the measured sheet resistance, oxygen deficiency of 1.5 × 10 18 cm -3 or more is formed in the IGZTO at an irradiation intensity of 120 mJ / cm 2 or more, and an irradiation intensity of 150 to 240 mJ / cm. In 2 , an oxygen deficiency of 3.8 × 10 19 cm -3 or more is formed.

図4は、レーザー照射強度の異なる薄膜トランジスタの伝達特性である。レーザー照射強度100、120、200mJ/cm2の条件で低抵抗化プロセスを実施して作製した自己整合型薄膜トランジスタの電圧−電流特性を示す。チャネル長(L)は10μm、チャネル幅(W)は50μm(チャネル長・チャネル幅は設計値)である。照射強度100、120、200mJ/cm2のIGZTOのシート抵抗はそれぞれ、108以上、7.3×104、1.9×103Ω/□であった。照射強度上昇に伴い、オン電流が上昇した。ソース・ドレイン領域の抵抗が寄生抵抗として作用するため、シート抵抗が高い照射強度100mJ/cm2の場合では、オン電流の低下が引き起こされる。照射強度120mJ/cm2の場合では、オン電流として10-6(A)が確保できた。照射強度200mJ/cm2の場合、ソース・ドレイン電流のシート抵抗はチャネル抵抗と比較して無視できるほど小さい。照射強度200mJ/cm2でオン電流は10-5(A)であり、移動度31cm2/Vsが得られた。この移動度は、従来の代表的な酸化物半導体材料であるIGZOと比較して、約3倍であった。 FIG. 4 shows the transmission characteristics of thin film transistors having different laser irradiation intensities. The voltage-current characteristics of a self-aligned thin film transistor manufactured by performing a low resistance process under the conditions of laser irradiation intensity of 100, 120, and 200 mJ / cm 2 are shown. The channel length (L) is 10 μm, and the channel width (W) is 50 μm (channel length and channel width are design values). Each sheet resistance of IGZTO the irradiation intensity 100,120,200mJ / cm 2, 10 8 or more, 7.3 × 10 4, was 1.9 × 10 3 Ω / □. As the irradiation intensity increased, the on-current increased. Since the resistance in the source / drain region acts as a parasitic resistance, a decrease in the on-current is caused when the sheet resistance is high and the irradiation intensity is 100 mJ / cm 2. When the irradiation intensity was 120 mJ / cm 2 , 10-6 (A) could be secured as the on-current. When the irradiation intensity is 200 mJ / cm 2 , the sheet resistance of the source / drain current is negligibly small as compared with the channel resistance. The on-current was 10 -5 (A) at an irradiation intensity of 200 mJ / cm 2 , and a mobility of 31 cm 2 / Vs was obtained. This mobility was about 3 times that of IGZO, which is a typical oxide semiconductor material in the past.

[比較例:Arプラズマプロセス]
比較例として、Arプラズマ処理による低抵抗化プロセスを用いた薄膜トランジスタとその製造方法について説明する。
[Comparative example: Ar plasma process]
As a comparative example, a thin film transistor using a process for reducing resistance by Ar plasma treatment and a method for manufacturing the thin film transistor will be described.

基板1、下地膜2、酸化物半導体(IGZTO)膜3、ゲート絶縁膜4、及びゲート電極5の形成までは、図1(a)で示した実施例と同じ製造条件及び工程を用いた。続く工程を、図2(a)を用いて説明する。 The same manufacturing conditions and steps as in the examples shown in FIG. 1A were used up to the formation of the substrate 1, the base film 2, the oxide semiconductor (IGZTO) film 3, the gate insulating film 4, and the gate electrode 5. The following steps will be described with reference to FIG. 2 (a).

Arプラズマプロセスの場合、IGZTO膜3にArプラズマを晒す必要があるので、ソース・ドレイン領域となるIGZTO膜3の上部のゲート絶縁膜4をエッチング除去する。この処理は、ゲート電極5をマスクにしてゲート絶縁膜4のSiOxをドライエッチングでパターニングすることで、ゲート電極5と絶縁膜4の除去部とが自己整合するように形成した。 In the case of the Ar plasma process, since it is necessary to expose the Ar plasma to the IGZTO film 3, the gate insulating film 4 above the IGZTO film 3 which is the source / drain region is removed by etching. In this treatment, the SiO x of the gate insulating film 4 was patterned by dry etching using the gate electrode 5 as a mask, so that the gate electrode 5 and the removed portion of the insulating film 4 were self-aligned.

次にArプラズマ処理を3分間実施し、ソース領域3a,ドレイン領域3bを形成した。膜厚15nmのIGZTOの場合、Arプラズマ3分間の実施で、108Ω/□のシート抵抗が2×103Ω/□まで低下した。Arプラズマは処理時間3分以下の場合、照射時間が長いほど抵抗が低減する傾向があり、3分以上では抵抗がほぼ同一となることを確認した。 Next, Ar plasma treatment was carried out for 3 minutes to form a source region 3a and a drain region 3b. For IGZTO of thickness 15 nm, in the practice of the Ar plasma for 3 minutes, 10 8 Ω / □ sheet resistance is lowered to 2 × 10 3 Ω / □. It was confirmed that when the treatment time of Ar plasma is 3 minutes or less, the resistance tends to decrease as the irradiation time is longer, and the resistance becomes almost the same when the treatment time is 3 minutes or more.

ゲート電極5をマスクにしてゲート絶縁膜4をエッチングする場合、ゲート電極5のサイズに対して、必ず加工ばらつきが発生する。図2(a)において、ゲート電極5よりもゲート絶縁膜4の幅が大きい場合(ゲート電極外側に絶縁膜のテーパーが生じるとき)、ゲート電極5下のチャネル領域とソース・ドレイン領域3a,3bの間に低抵抗化されないオフセット領域が形成される。このとき、オフセット領域が寄生抵抗となって薄膜トランジスタのオン電流を低下させる要因となる。また、ゲート電極5よりもゲート絶縁膜4の幅が小さい場合(オーバーエッチが生じたとき)、チャネル領域にソース・ドレイン領域3a,3bが侵入することとなる。この場合、ゲート電極5とソース・ドレイン領域3a,3bの重なりが生じ、寄生容量増大の要因となる。 When the gate insulating film 4 is etched using the gate electrode 5 as a mask, processing variations always occur with respect to the size of the gate electrode 5. In FIG. 2A, when the width of the gate insulating film 4 is larger than that of the gate electrode 5 (when the insulating film is tapered on the outside of the gate electrode), the channel region and the source / drain regions 3a and 3b under the gate electrode 5 are formed. An offset region that is not reduced in resistance is formed between the two. At this time, the offset region becomes a parasitic resistance and becomes a factor of reducing the on-current of the thin film transistor. Further, when the width of the gate insulating film 4 is smaller than that of the gate electrode 5 (when overetching occurs), the source / drain regions 3a and 3b invade the channel region. In this case, the gate electrode 5 and the source / drain regions 3a and 3b overlap each other, which causes an increase in parasitic capacitance.

また、後述のとおり、ゲート電極5とゲート絶縁膜4の側面が一致していても、Arプラズマはランダムな方向で衝突するので、IGZTO膜3の露出した領域からゲート絶縁膜4の下方へも進入する。したがって、ソース・ドレイン領域3a,3bが、ゲート電極5の下部に拡散する傾向がある。 Further, as described later, even if the side surfaces of the gate electrode 5 and the gate insulating film 4 are aligned with each other, the Ar plasma collides in a random direction, so that the exposed region of the IGZTO film 3 also moves downward from the gate insulating film 4. enter in. Therefore, the source / drain regions 3a and 3b tend to diffuse to the lower part of the gate electrode 5.

次に、図2(b)に示すように、PECVDを用いて製膜温度250℃でSiOxを300nm形成し、絶縁膜(層間膜)6とし、さらに、フォトリソグラフィとドライエッチングを用いて、絶縁膜(層間膜)6にソース・ドレイン領域3a,3bに達するコンタクトホールを形成した。スパッタを用いてソース・ドレイン電極7となるMo合金を70nm製膜し、これをフォトリソグラフィとウエットエッチングを用いてパターニングし、ソース電極7a,ドレイン電極7bを形成した。これによりArプラズマによる低抵抗化プロセスを用いた自己整合型薄膜トランジスタの作製が完了した。 Next, as shown in FIG. 2B, a SiO x of 300 nm was formed at a film forming temperature of 250 ° C. using PECVD to form an insulating film (interlayer film) 6, and further, photolithography and dry etching were used. Contact holes reaching the source / drain regions 3a and 3b were formed in the insulating film (interlayer film) 6. A Mo alloy to be a source / drain electrode 7 was formed into a 70 nm film by sputtering, and this was patterned by photolithography and wet etching to form a source electrode 7a and a drain electrode 7b. This completes the production of a self-aligned thin film transistor using a process of reducing resistance with Ar plasma.

(レーザープロセスとプラズマプロセスとの比較)
レーザーによる低抵抗化プロセスを用いた電界効果トランジスタと、Arプラズマによる低抵抗化プロセスを用いた電界効果トランジスタの特性を比較した。
(Comparison between laser process and plasma process)
The characteristics of the field-effect transistor using the laser-based low resistance process and the field-effect transistor using the Ar plasma low-resistance process were compared.

まず、短チャネルでのしきい値電圧のシフト抑制の効果を調べるために、レーザープロセスとArプラズマプロセスによって作製された自己整合型薄膜トランジスタにおける伝達特性のチャネル長依存性を評価した。図5に、レーザー照射とArプラズマ処理による薄膜トランジスタのしきい値電圧Vtのチャネル長依存性を示す。しきい値電圧Vtは、ドレイン電流(Id)をゲート幅(W)及びチャネル長(L)で規格化した電流値Id×(L/W)が、10-9Aとなるゲート電圧をしきい値電圧Vtと定義して導出した。 First, in order to investigate the effect of suppressing the shift of the threshold voltage in a short channel, the channel length dependence of the transfer characteristics in the self-aligned thin film transistor produced by the laser process and the Ar plasma process was evaluated. FIG. 5 shows the channel length dependence of the threshold voltage Vt of the thin film transistor by laser irradiation and Ar plasma processing. The threshold voltage Vt is the gate voltage at which the current value Id × (L / W) obtained by normalizing the drain current (Id) with the gate width (W) and the channel length (L) is 10 -9 A. It was derived by defining it as the value voltage Vt.

図5から明らかなように、どちらのプロセスでもチャネル長(L)が5μm以上の場合、Vtは殆ど同じであった。しかし、Arプラズマ処理の場合はチャネル長(L)が4μm以下になると、しきい値電圧Vtが急速に負側にシフトした。一方、レーザー照射の場合は、チャネル長(L)が3μm以下になると、しきい値電圧Vtが負側にシフトしたが、その傾向は緩やかであった。 As is clear from FIG. 5, in both processes, when the channel length (L) was 5 μm or more, the Vt was almost the same. However, in the case of Ar plasma treatment, when the channel length (L) becomes 4 μm or less, the threshold voltage Vt rapidly shifts to the negative side. On the other hand, in the case of laser irradiation, when the channel length (L) becomes 3 μm or less, the threshold voltage Vt shifts to the negative side, but the tendency is gradual.

Vtシフトの大きい薄膜トランジスタを画素回路や駆動回路で用いる場合、より大きい駆動電圧が必要になるため、消費電力が増大するといった課題が生じる。Arプラズマ処理でチャネル長L(設計値)が2μm以下の場合、OFF電流が非常に高く、スイッチング特性が得られなかった。これは、Arプラズマプロセスにおいて、Arイオンがランダムな方向でIGZTOと衝突し、斜め方向に進むArイオンがゲート電極5下にも侵入すること、また、3分の長い処理時間のために、ソース・ドレイン領域3a,3bである低抵抗領域がチャネル領域内に拡散したことに起因すると考えられる。低抵抗領域がチャネル領域に拡散すると、チャネル領域のキャリア密度が上昇し、OFF特性を得るのに必要な負のゲート電圧が大きくなる。 When a thin film transistor having a large Vt shift is used in a pixel circuit or a drive circuit, a larger drive voltage is required, which causes a problem of increased power consumption. When the channel length L (design value) was 2 μm or less in the Ar plasma treatment, the OFF current was very high and switching characteristics could not be obtained. This is because in the Ar plasma process, Ar ions collide with IGZTO in random directions, and Ar ions traveling diagonally also penetrate under the gate electrode 5, and due to the long processing time of 3 minutes, the source. -It is considered that this is because the low resistance regions, which are the drain regions 3a and 3b, are diffused in the channel region. When the low resistance region diffuses into the channel region, the carrier density in the channel region increases, and the negative gate voltage required to obtain the OFF characteristic increases.

Arプラズマ処理の場合は、ゲート電極5をマスクにプラズマ照射をしても、ゲート電極下へのソース・ドレイン領域3a,3bの拡散が生じ、ゲート電極5端部とソース・ドレイン領域3a,3b端部の正確な位置合わせを実現することができないことが確認された。 In the case of Ar plasma treatment, even if plasma irradiation is performed using the gate electrode 5 as a mask, the source / drain regions 3a and 3b are diffused under the gate electrode, and the gate electrode 5 ends and the source / drain regions 3a and 3b are diffused. It was confirmed that accurate alignment of the edges could not be achieved.

図6は、レーザー照射とArプラズマ処理による薄膜トランジスタの伝達特性である。それぞれのプロセスによるチャネル長L=3μm及び1μmのトップゲート薄膜トランジスタのゲート電圧―ドレイン電流特性を示す。ゲート幅Wを10μmに固定し、ドレイン電圧0.1Vで測定した。 FIG. 6 shows the transmission characteristics of the thin film transistor by laser irradiation and Ar plasma processing. The gate voltage-drain current characteristics of the top gate thin film transistors with channel lengths L = 3 μm and 1 μm by each process are shown. The gate width W was fixed at 10 μm, and the measurement was performed at a drain voltage of 0.1 V.

図5及び図6(a)から明らかなように、レーザープロセスでは、L=3μmにおいて、大きな負のVtシフトは見られなかった。さらに、図6(b)に示されるように、L=1μmにおいて、Vtの負側へのシフトが観察されたものの、レーザープロセスでは、L=1μmの場合でもスイッチング性能が得られた。これらの結果は、パルス幅7nsという非常に短い処理時間であること、及び、高い指向性を備えたレーザーの照射プロセスにより、ソース・ドレイン領域3a,3bのチャネル領域への拡散が抑制されることに起因している。 As is clear from FIGS. 5 and 6 (a), no large negative Vt shift was observed at L = 3 μm in the laser process. Further, as shown in FIG. 6 (b), although a shift of Vt to the negative side was observed at L = 1 μm, in the laser process, switching performance was obtained even at L = 1 μm. These results show that the processing time is very short with a pulse width of 7 ns, and that the diffusion of the source / drain regions 3a and 3b into the channel region is suppressed by the irradiation process of the laser having high directivity. Is due to.

一方、Arプラズマプロセスによる薄膜トランジスタは、L=3μmにおいて、レーザー照射による薄膜トランジスタに比べて大きなVtの負側へのシフトが生じている。また、L=1μmのときはゲート電圧によってドレイン電流を制御できず、スイッチング特性が得られなかった。 On the other hand, in the thin film transistor by the Ar plasma process, at L = 3 μm, a large shift to the negative side of Vt occurs as compared with the thin film transistor by laser irradiation. Further, when L = 1 μm, the drain current could not be controlled by the gate voltage, and the switching characteristic could not be obtained.

以上のとおり、薄膜トランジスタの半導体層にIGZTOを適用し、レーザーによる低抵抗化プロセスを用いて薄膜トランジスタを作製することで、高移動度かつ負側へのしきい値電圧Vtのシフトが抑制された自己整合型の薄膜トランジスタを実現することが可能である。 As described above, by applying IGZTO to the semiconductor layer of the thin film transistor and manufacturing the thin film transistor by using a laser-based low resistance process, self-mobility and the shift of the threshold voltage Vt to the negative side are suppressed. It is possible to realize a matched thin film transistor.

本発明を諸図面や実施形態・実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 Although the present invention has been described based on the drawings, embodiments and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and modifications based on the present disclosure. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and modifications can be made without departing from the scope of claims.

1 基板
2 下地膜
3 酸化物半導体層
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 絶縁膜
7 ソース・ドレイン電極
1 Substrate 2 Base film 3 Oxide semiconductor layer 4 Gate insulating film 5 Gate electrode 6 Insulation film 7 Source / drain electrode

Claims (9)

基板上に少なくとも酸化物半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極を、この順に形成する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記酸化物半導体層を構成する金属元素がIn、Ga、Zn、及びSnを含み、
前記ゲート電極の側から前記酸化物半導体層に対して所定の光を照射せしめて、前記ゲート電極と重ならない前記酸化物半導体層の領域を低抵抗化し、ソース・ドレイン領域を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
A method for manufacturing a thin film transistor in which at least an oxide semiconductor layer, a gate insulating film, and a gate electrode are formed on a substrate in this order.
The metal element constituting the oxide semiconductor layer contains In, Ga, Zn, and Sn, and contains In, Ga, Zn, and Sn.
The oxide semiconductor layer is irradiated with a predetermined light from the side of the gate electrode to reduce the resistance of the region of the oxide semiconductor layer that does not overlap with the gate electrode, thereby forming a source / drain region. A method for manufacturing a thin film transistor.
請求項1に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
前記酸化物半導体層における全金属元素の合計(In+Ga+Zn+Sn)に対する各金属元素の割合が、
In:45原子%以上65原子%以下、
Ga:5原子%以上16原子%以下、
Zn:10原子%以上40原子%以下、及び
Sn:3原子%以上10原子%以下
であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
In the method for manufacturing a thin film transistor according to claim 1,
The ratio of each metal element to the total of all metal elements (In + Ga + Zn + Sn) in the oxide semiconductor layer is
In: 45 atomic% or more and 65 atomic% or less,
Ga: 5 atomic% or more and 16 atomic% or less,
A method for manufacturing a thin film transistor, characterized in that Zn: 10 atomic% or more and 40 atomic% or less, and Sn: 3 atomic% or more and 10 atomic% or less.
請求項2に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
全金属元素の合計(In+Ga+Zn+Sn)に対するInの割合が、50原子%以上60原子%以下であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
In the method for manufacturing a thin film transistor according to claim 2.
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the ratio of In to the total of all metal elements (In + Ga + Zn + Sn) is 50 atomic% or more and 60 atomic% or less.
請求項1乃至3のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
前記光の照射強度が120mJ/cm2以上であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
In the method for manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 3.
A method for manufacturing a thin film transistor, characterized in that the irradiation intensity of light is 120 mJ / cm 2 or more.
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
前記光の照射強度が150〜240mJ/cm2であることを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
In the method for manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 4.
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein the irradiation intensity of the light is 150 to 240 mJ / cm 2.
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の薄膜トランジスタの製造方法において、
前記所定の光を前記ゲート絶縁膜を介して前記酸化物半導体層に照射し、前記ソース・ドレイン領域を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
The method for manufacturing a thin film transistor according to any one of claims 1 to 5.
A method for manufacturing a thin film transistor, which comprises irradiating the oxide semiconductor layer with the predetermined light through the gate insulating film to form the source / drain region.
基板上に少なくとも酸化物半導体層、ゲート絶縁膜、ゲート電極を、この順に積層してなる薄膜トランジスタであって、
前記酸化物半導体層を構成する金属元素がIn、Ga、Zn、及びSnを含み、
前記ゲート電極の端部と前記酸化物半導体層に設けられたソース・ドレイン領域の端部の位置が一致しており、
前記ソース・ドレイン領域は、前記酸化物半導体層と同じ金属元素の組成を有し、チャネル領域よりも低いシート抵抗を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
A thin film transistor in which at least an oxide semiconductor layer, a gate insulating film, and a gate electrode are laminated in this order on a substrate.
The metal element constituting the oxide semiconductor layer contains In, Ga, Zn, and Sn, and contains In, Ga, Zn, and Sn.
The positions of the end of the gate electrode and the end of the source / drain region provided in the oxide semiconductor layer are the same.
A thin film transistor having the same metal element composition as the oxide semiconductor layer in the source / drain region and having a sheet resistance lower than that of the channel region.
請求項7に記載の薄膜トランジスタにおいて、
前記酸化物半導体層における全金属元素の合計(In+Ga+Zn+Sn)に対する各金属元素の割合が、
In:45原子%以上65原子%以下、
Ga:5原子%以上16原子%以下、
Zn:10原子%以上40原子%以下、及び
Sn:3原子%以上10原子%以下
であることを特徴とする薄膜トランジスタ。
In the thin film transistor according to claim 7,
The ratio of each metal element to the total of all metal elements (In + Ga + Zn + Sn) in the oxide semiconductor layer is
In: 45 atomic% or more and 65 atomic% or less,
Ga: 5 atomic% or more and 16 atomic% or less,
A thin film transistor having Zn: 10 atomic% or more and 40 atomic% or less, and Sn: 3 atomic% or more and 10 atomic% or less.
請求項7又は8に記載の薄膜トランジスタにおいて、
前記ソース・ドレイン領域は、1.5×1018cm-3以上の酸素欠損を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
In the thin film transistor according to claim 7 or 8.
The source / drain region is a thin film transistor characterized by having an oxygen deficiency of 1.5 × 10 18 cm -3 or more.
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