JP2023085193A - Oxide semiconductor thin film transistor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、酸化物半導体薄膜トランジスタ装置及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to an oxide semiconductor thin film transistor device and manufacturing method thereof.
酸化物半導体薄膜トランジスタ(酸化物半導体TFT)の応用は、ディスプレイからメモリへも広がりつつあり、今後一層の高精細化、高密度化が求められる。酸化物半導体TFTの半導体層は、チャネル領域と、チャネル領域を挟むソース/ドレイン領域を含む。高精細化、高密度化のため、ソース/ドレイン領域も小さくすることが求められる。ソース/ドレイン領域は、チャネル領域より低抵抗の低抵抗化領域である。 Applications of oxide semiconductor thin film transistors (oxide semiconductor TFTs) are expanding from displays to memories, and there will be a demand for even higher definition and higher density in the future. A semiconductor layer of an oxide semiconductor TFT includes a channel region and source/drain regions sandwiching the channel region. For higher definition and higher density, it is required to reduce the size of the source/drain regions. The source/drain regions are low resistance regions having a lower resistance than the channel region.
高精細化された酸化物半導体TFTにおいては、特に、酸化物半導体部のチャネル領域が、設計通りの特性を示すことができるように構成されていることが重要である。 In a high-definition oxide semiconductor TFT, it is particularly important that the channel region of the oxide semiconductor portion is configured so as to exhibit characteristics as designed.
本開示の一態様は、酸化物半導体薄膜トランジスタ装置であって、ゲート電極部と、酸化物半導体部と、第1ソース/ドレイン電極部と、第2ソース/ドレイン電極部と、を含み、前記酸化物半導体部は、酸化物半導体を高抵抗化することができる元素の濃度分布を有し、前記濃度分布は、前記ゲート電極部と平面視において重なるチャネル領域の重心位置において、第1の濃度を示し、前記チャネル領域の外周端を画定する少なくとも一部の境界の近傍において、前記第1の濃度より高い濃度を示す。 One aspect of the present disclosure is an oxide semiconductor thin film transistor device including a gate electrode portion, an oxide semiconductor portion, a first source/drain electrode portion, and a second source/drain electrode portion, wherein the oxidation The physical semiconductor portion has a concentration distribution of an element capable of increasing the resistance of the oxide semiconductor, and the concentration distribution has a first concentration at a center position of the channel region overlapping the gate electrode portion in a plan view. and exhibiting a concentration higher than the first concentration in the vicinity of at least a portion of the boundary defining the outer peripheral edge of the channel region.
本開示の他の一態様は、酸化物半導体薄膜トランジスタ装置の製造方法であって、酸化物半導体層を形成し、ゲート電極を形成し、前記酸化物半導体層の選択された領域に酸化物半導体を高抵抗化することができる元素を注入し、第1ソース/ドレイン電極及び第2ソース/ドレイン電極を形成する、ことを含む。 Another aspect of the present disclosure is a method for manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor device, comprising forming an oxide semiconductor layer, forming a gate electrode, and forming an oxide semiconductor in a selected region of the oxide semiconductor layer. Implanting an element capable of increasing the resistance to form a first source/drain electrode and a second source/drain electrode.
本開示の一態様によれば、酸化物半導体薄膜トランジスタの特性を改善できる。 According to one aspect of the present disclosure, characteristics of an oxide semiconductor thin film transistor can be improved.
以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。本実施形態は本開示を実現するための一例に過ぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。説明をわかりやすくするため、図示した物の寸法、形状については、誇張して記載している場合もある。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present embodiment is merely an example for realizing the present disclosure and does not limit the technical scope of the present disclosure. In order to make the description easier to understand, the dimensions and shapes of the illustrated objects may be exaggerated.
[概略]
以下において、酸化物半導体薄膜トランジスタ(酸化物半導体TFT)を含む装置(酸化物半導体TFT装置)の例として、OLED(Organic Light-Emitting Diode)表示装置を説明する。本開示のOLED表示装置は、画素回路内及び/又は周辺回路内に、酸化物半導体薄膜トランジスタ(TFT)を含む。酸化物半導体の例は、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)である。酸化物半導体TFTは、OLEDに限らず、液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ、メモリデバイスや高耐圧デバイスなどの電子デバイスにも用いることができる。
[Overview]
An OLED (Organic Light-Emitting Diode) display device will be described below as an example of a device (oxide semiconductor TFT device) including an oxide semiconductor thin film transistor (oxide semiconductor TFT). The OLED display device of the present disclosure includes oxide semiconductor thin film transistors (TFTs) in the pixel circuits and/or in the peripheral circuits. An example of an oxide semiconductor is IGZO (Indium Gallium Zinc Oxide). Oxide semiconductor TFTs can be used not only for OLEDs, but also for flat panel displays such as liquid crystal displays, and electronic devices such as memory devices and high-voltage devices.
酸化物半導体TFTのリーク電流が小さいため、例えば、酸化物半導体TFTは、画素回路における駆動トランジスタのゲート電位を維持するための保持容量(容量素子)に接続されたスイッチトランジスタに利用される。なお、本開示の構成は、表示装置と異なる装置に適用することができる。 Since the leakage current of the oxide semiconductor TFT is small, the oxide semiconductor TFT is used, for example, as a switch transistor connected to a storage capacitor (capacitor element) for maintaining the gate potential of the drive transistor in the pixel circuit. Note that the configuration of the present disclosure can be applied to a device other than the display device.
酸化物半導体TFTの酸化物半導体部は、ゲート電位によってキャリアの流れを制御するチャネル領域と、そのチャネル領域を挟むソース/ドレイン領域を含む。ソース/ドレイン領域は、チャネル領域より低抵抗の低抵抗化領域である。 An oxide semiconductor portion of an oxide semiconductor TFT includes a channel region for controlling the flow of carriers by a gate potential and source/drain regions sandwiching the channel region. The source/drain regions are low resistance regions having a lower resistance than the channel region.
酸化物半導体TFTが所望の特性を示すためには、チャネル領域が設計通りの構成を有することが重要である。酸化物半導体TFTの高密度化に応じて、チャネル領域のサイズ及びソース/ドレイン領域のサイズが小さくなる。そのため、チャネル領域が、設計通りのチャネル長及びチャネル幅において、設計された抵抗を示すことがより強く求められる。 In order for the oxide semiconductor TFT to exhibit desired characteristics, it is important that the channel region has the structure as designed. As the density of oxide semiconductor TFTs increases, the size of the channel region and the size of the source/drain regions decrease. Therefore, there is a strong demand for the channel region to exhibit the designed resistance at the designed channel length and channel width.
ソース/ドレイン領域は、いくつかの方法により低抵抗化され得る。例えば、ソース/ドレイン電極の接触により、酸化物半導体は低抵抗化される。具体的には、ソース/ドレイン電極を構成する金属が酸化物半導体から酸素元素を引き抜き、酸化物半導体の酸素欠損が増加することで、酸化物半導体が低抵抗化される。また、酸化物半導体周囲の絶縁膜からの水素拡散、プラズマ処理、又は不純物イオン注入によっても、酸化物半導体は低抵抗化され得る。 The source/drain regions can be made low resistance by several methods. For example, the contact of the source/drain electrodes reduces the resistance of the oxide semiconductor. Specifically, the metal forming the source/drain electrodes extracts oxygen elements from the oxide semiconductor, increasing the oxygen vacancies in the oxide semiconductor, thereby reducing the resistance of the oxide semiconductor. The resistance of the oxide semiconductor can also be reduced by diffusion of hydrogen from an insulating film around the oxide semiconductor, plasma treatment, or impurity ion implantation.
チャネル領域として設計された領域は、低抵抗化の影響を受け得る。特に、設計されたチャネル領域の周縁(外周端の近傍領域)において、抵抗が低くなりやすい。酸化物半導体の低抵抗領域が設計上のチャネル領域まで広がると、酸化物半導体TFTが設計通りに動作しないことがあり得る。 Regions designed as channel regions can be affected by low resistance. In particular, the resistance tends to be low at the periphery of the designed channel region (the region near the outer edge). If the low resistance region of the oxide semiconductor extends to the designed channel region, the oxide semiconductor TFT may not operate as designed.
しかし、チャネル長を画定する端近傍の低抵抗化を避けるためにソース/ドレイン電極とゲート電極との距離を大きくすると、酸化物半導体TFTの高密度化を妨げることになる。または、チャネル幅を画定する端近傍が低抵抗となると、酸化物半導体TFTは、ハンプ(hump)特性を示し得る。 However, if the distance between the source/drain electrodes and the gate electrode is increased in order to avoid lowering the resistance in the vicinity of the edges that define the channel length, this impedes the densification of oxide semiconductor TFTs. Alternatively, when the vicinity of the edge defining the channel width has a low resistance, the oxide semiconductor TFT may exhibit hump characteristics.
本明細書の一実施形態は、酸化物半導体の選択された領域に、酸化物半導体を高抵抗化することができる元素を注入する。これにより、チャネルの端近傍の領域が低抵抗となることを抑制する。 In one embodiment of the present specification, an element capable of increasing the resistance of the oxide semiconductor is implanted into selected regions of the oxide semiconductor. This prevents the region near the edge of the channel from becoming low resistance.
[表示装置構成]
図1は、OLED表示装置1の構成例を模式的に示す。OLED表示装置1は、OLED素子及び画素回路が形成されるTFT(Thin Film Transistor)基板10と、有機発光素子を封止する薄膜封止構造(TFE:Thin Film Encapsulation)20と、を含んで構成されている。薄膜封止構造20は、封止構造部の一つであり、他の例として、封止構造部は、有機発光素子を封止する封止基板と、TFT基板10と封止基板とを接合する接合部(ガラスフリットシール部)を含むことができる。TFT基板10と封止基板との間には、例えば、乾燥窒素や乾燥空気が封入される。
[Display device configuration]
FIG. 1 schematically shows a configuration example of an OLED display device 1. As shown in FIG. The OLED display device 1 includes a TFT (Thin Film Transistor)
TFT基板10の表示領域25の外側のカソード電極形成領域14の周囲に、走査ドライバ31、エミッションドライバ32、保護回路33、ドライバIC34、デマルチプレクサ36が配置されている。ドライバIC34は、FPC(Flexible Printed Circuit)35を介して外部の機器と接続される。走査ドライバ31、エミッションドライバ32、保護回路33は、TFT基板10に形成された周辺回路である。
A
走査ドライバ31はTFT基板10の走査線を駆動する。エミッションドライバ32は、エミッション制御線を駆動して、各画素の発光期間を制御する。ドライバIC34は、例えば、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)を用いて実装される。
A
保護回路33は、画素回路内の素子の静電破壊を防ぐ。ドライバIC34は、走査ドライバ31及びエミッションドライバ32に電源及びタイミング信号(制御信号)を与える。さらに、ドライバIC34は、デマルチプレクサ36に、電源及びデータ信号を与える。
The
デマルチプレクサ36は、ドライバIC34の一つのピンの出力を、d本(dは2以上の整数)のデータ線に順次出力する。デマルチプレクサ36は、ドライバIC34からのデータ信号の出力先データ線を、走査期間内にd回切り替えることで、ドライバIC34の出力ピン数のd倍のデータ線を駆動する。
The
[回路構成]
TFT基板10上には、複数の副画素(単に画素とも呼ぶ)のアノード電極にそれぞれ供給する電流を制御する複数の画素回路が形成されている。図2は、画素回路の構成例を示す。各画素回路は、駆動トランジスタT1と、選択トランジスタT2と、エミッショントランジスタT3と、保持容量C1とを含む。画素回路は、OLED素子E1の発光を制御する。トランジスタは、TFTである。駆動トランジスタT1以外のトランジスタは、スイッチトランジスタである。
[Circuit configuration]
A plurality of pixel circuits are formed on the
選択トランジスタT2は副画素を選択するスイッチである。選択トランジスタT2はnチャネル型酸化物半導体TFTであり、ゲート端子は、走査線16に接続されている。ソース端子は、データ線15に接続されている。ドレイン端子は、駆動トランジスタT1のゲート端子に接続されている。
A selection transistor T2 is a switch for selecting a sub-pixel. The selection transistor T2 is an n-channel oxide semiconductor TFT, and has a gate terminal connected to the
駆動トランジスタT1はOLED素子E1の駆動用のトランジスタ(駆動TFT)である。駆動トランジスタT1はpチャネル型低温ポリシリコンTFTであり、そのゲート端子は選択トランジスタT2のドレイン端子に接続されている。駆動トランジスタT1のソース端子は、エミッショントランジスタT3のドレイン端子に接続され、ドレイン端子はOLED素子E1に接続されている。駆動トランジスタT1のゲート端子と電源線18との間に保持容量C1が形成されている。
The drive transistor T1 is a transistor (drive TFT) for driving the OLED element E1. The drive transistor T1 is a p-channel low-temperature polysilicon TFT, and its gate terminal is connected to the drain terminal of the selection transistor T2. The source terminal of the driving transistor T1 is connected to the drain terminal of the emission transistor T3, and the drain terminal is connected to the OLED element E1. A holding capacitor C1 is formed between the gate terminal of the driving transistor T1 and the
エミッショントランジスタT3は、OLED素子E1への駆動電流の供給と停止を制御するスイッチである。エミッショントランジスタT3はpチャネル型低温ポリシリコンTFTであり、ゲート端子はエミッション制御線17に接続されている。エミッショントランジスタT3のソース端子は、電源線18に接続されている。ドレイン端子は駆動トランジスタT1のソース端子に接続されている。
The emission transistor T3 is a switch that controls supply and stop of the driving current to the OLED element E1. The emission transistor T3 is a p-channel type low-temperature polysilicon TFT, and its gate terminal is connected to the
次に、画素回路の動作を説明する。走査ドライバ31が走査線16に選択パルスを出力し、選択トランジスタT2をオン状態にする。データ線15を介してドライバIC34から供給されたデータ電圧は、保持容量C1に格納される。保持容量C1は、格納された電圧を、1フレーム期間を通じて保持する。保持電圧によって、駆動トランジスタT1のコンダクタンスがアナログ的に変化し、駆動トランジスタT1は、発光階調に対応した順バイアス電流をOLED素子E1に供給する。
Next, the operation of the pixel circuit will be described. The
エミッショントランジスタT3は、駆動電流の供給経路上に位置する。エミッションドライバ32は、エミッション制御線17に制御信号を出力して、エミッショントランジスタT3のオンオフを制御する。エミッショントランジスタT3がオン状態のとき、駆動電流がOLED素子E1に供給される。エミッショントランジスタT3がオフ状態のとき、この供給が停止される。エミッショントランジスタT3のオンオフを制御することにより、1フレーム周期内の点灯期間(デューティ比)を制御することができる。なお、図2の画素回路は例であって、画素回路は他の構成を有してよい。
The emission transistor T3 is located on the drive current supply path. The
[TFT基板の構成]
以下において、低温ポリシリコンTFT及び酸化物半導体TFTを含むTFT基板の構成例を説明する。酸化物半導体は、例えば、IGZOである。本明細書で説明する構成は、他の種類の酸化物半導体のTFTを含むTFT基板に適用することができる。
[Configuration of TFT substrate]
A configuration example of a TFT substrate including a low-temperature polysilicon TFT and an oxide semiconductor TFT will be described below. The oxide semiconductor is, for example, IGZO. The configuration described herein can be applied to TFT substrates including other types of oxide semiconductor TFTs.
図3は、TFT基板の一部の断面構造を模式的に示す。絶縁基板101上に、低温ポリシリコンTFT141、酸化物半導体TFT142、保持容量143、及びOLED素子144が形成されている。これらは、それぞれ、図2に示す駆動トランジスタT1、選択トランジスタT2、保持容量C1及びOLED素子E1に対応する。
FIG. 3 schematically shows a cross-sectional structure of part of the TFT substrate. A low-
絶縁基板101は、樹脂又はガラスで形成された可撓性又は不撓性の基板である。低温ポリシリコンTFT141は、低温ポリシリコン部102を含む。低温ポリシリコン部102は、低温ポリシリコン層に含まれ、一つの島状の低温ポリシリコン膜又はより大きな低温ポリシリコン膜の一部である。低温ポリシリコン部102は、ソース/ドレイン領域104、105と、面内方向においてソース/ドレイン領域104、105の間のチャネル領域103を含む。
The insulating
ソース/ドレイン領域104、105は、高濃度不純物注入により低抵抗化された低温ポリシリコンで形成され、ソース/ドレイン電極部109、110と接続される。チャネル領域103は、低抵抗化されていない低温ポリシリコン(高抵抗低温ポリシリコン)で形成されている。
The source/
低温ポリシリコン部102は、低温ポリシリコン層に含まれる。低温ポリシリコン層は、複数の画素回路の低温ポリシリコンTFTの低温ポリシリコン部を含む。低温ポリシリコン層は、絶縁基板101の上に(直接)形成されている。図3の例において低温ポリシリコン部102は、絶縁基板101に接触しているが、これらの間に他の絶縁体層(例えばシリコン窒化物層)が存在してもよい。
A low
低温ポリシリコンTFT141はトップゲート構造を有する。低温ポリシリコンTFT141は、トップゲートに加えてボトムゲートを含んでもよい。低温ポリシリコンTFT141は、さらに、ゲート電極部107と、積層方向においてゲート電極部107とチャネル領域103との間に存在するゲート絶縁体部を含む。ゲート絶縁体部は、絶縁体層106におけるゲート電極部107とチャネル領域103との間の部分である。絶縁体層106は、他の低温ポリシリコンTFTのゲート絶縁体部を含む。チャネル領域103、ゲート絶縁体部及びゲート電極部107は、この順で下から(基板側から)並ぶように積層されており、ゲート絶縁体部は、チャネル領域103及びゲート電極部107と接触している。
The low
ゲート電極部107は導体で形成され、導体層に含まれる。ゲート電極部107は、例えば、金属で形成される。金属材料は任意であり、例えば、Mo、W、Nb、Al等が使用される。絶縁体層106は、本例においてシリコン酸化物で形成される。
The
層間絶縁膜108は、低温ポリシリコン部102、ゲート絶縁体部、及びゲート電極部107を覆うように形成されている。層間絶縁膜108は、絶縁体層である。層間絶縁膜108は、例えば、シリコン窒化膜である。ソース/ドレイン電極部109、110は層間絶縁膜108上に形成され、層間絶縁膜108及び絶縁体層106のコンタクトホールを介して、ソース/ドレイン領域104、105に接続している。ソース/ドレイン電極部109、110の材料は、例えば、AlやTiを使用できる。
An interlayer insulating
保持容量143は、下部電極部111、下部電極部111に対向する上部電極部120、及び、下部電極部111と上部電極部120との間の絶縁体部を含む。下部電極部111は、層間絶縁膜108上において、ソース/ドレイン電極部110と連続している。下部電極部111は、ソース/ドレイン電極部109、110と同一の導体層に含まれる。
The
層間絶縁膜112が、層間絶縁膜108上に積層されている。層間絶縁膜112は、例えば、シリコン酸化膜である。層間絶縁膜112は、下部電極部111、ソース/ドレイン電極部109、110及び層間絶縁膜108を覆うように形成されている。下部電極部111と上部電極部120との間の領域において、層間絶縁膜112が絶縁体部を構成する。
An interlayer insulating
酸化物半導体TFT142は、酸化物半導体部113を含む。酸化物半導体部113は、例えば、一つの酸化物半導活性膜又はその一部であり、ソース/ドレイン領域115、116と、面内方向においてソース/ドレイン領域115、116間のチャネル領域114を含む。酸化物半導体部113を、酸化物半導体TFTの活性層とも呼ぶ。
The
ソース/ドレイン領域115、116は、低抵抗化されたIGZOで形成され、ソース/ドレイン電極部122、123と接続される。チャネル領域114は、低抵抗化されていないIGZO(高抵抗IGZO)で形成されている。
The source/
酸化物半導体部113は、酸化物半導体層に含まれる。酸化物半導体層は、複数の酸化物半導体TFTの酸化物半導体部を含む。酸化物半導体層は、層間絶縁膜112上に形成されている。
The
酸化物半導体TFT142は、トップゲート構造を有する。酸化物半導体TFT142は、トップゲートに加えてボトムゲートを含んでもよい。酸化物半導体TFT142は、さらに、ゲート電極部119と、積層方向においてゲート電極部119とチャネル領域114との間に存在するゲート絶縁体部を含む。ゲート絶縁体部は、絶縁体層117におけるゲート電極部119とチャネル領域114との間の部分である。
The
チャネル領域114、ゲート絶縁体部及びゲート電極部119は、この順で下から(基板側から)並ぶように積層されており、ゲート絶縁体部は、チャネル領域114及びゲート電極部119と接触している。ゲート電極部119は導体で形成され、導体層に含まれる。ゲート電極部119は、例えば、金属で形成される。金属材料は任意であり、例えば、Mo、W、Nb、Al等が使用される。絶縁体層117は、例えば、シリコン酸化物で構成できる。
The
図3は、一つの低温ポリシリコンTFT及び一つの酸化物半導体TFTを例として示すが、画素回路内の他の低温ポリシリコンTFT及び酸化物半導体TFTも同様の構造を有している。 Although FIG. 3 shows one low-temperature polysilicon TFT and one oxide semiconductor TFT as an example, other low-temperature polysilicon TFTs and oxide semiconductor TFTs in the pixel circuit have similar structures.
層間絶縁膜121が、酸化物半導体TFT142の酸化物半導体部113、ゲート絶縁体部、及びゲート電極部119、並びに、保持容量143の上部電極部120、を覆うように形成されている。層間絶縁膜121は、層間絶縁膜112の一部を覆う。層間絶縁膜121は、例えば、シリコン酸化膜である。
An interlayer insulating
酸化物半導体TFT142のソース/ドレイン電極部122、123が、層間絶縁膜121上に形成されている。ソース/ドレイン電極部122、123は、層間絶縁膜121及び絶縁体層117に形成されたコンタクトホールを介して、酸化物半導体TFT142のソース/ドレイン領域115、116に接続されている。
Source/
さらに、ソース/ドレイン電極部123と連続する接続部129は、層間絶縁膜121及び絶縁体層117に形成されたコンタクトホールを介して、保持容量143の上部電極部120に接続され、層間絶縁膜121、112、108及び絶縁体層117に形成されたコンタクトホールを介して、低温ポリシリコンTFT141のゲート電極部107に接続されている。
Furthermore, the
接続部129は、ソース/ドレイン電極部123、上部電極部120及びゲート電極部107を相互接続する。ソース/ドレイン電極部122、123及び接続部129は導体層に含まれる。導体層の材料は任意であり、例えば、AlやTiを使用することができる。
A
上記導体層及び層間絶縁膜121の露出部分を覆うように、絶縁性の平坦化膜124が積層されている。平坦化膜124は、例えば、有機材料で形成できる。平坦化膜124の上に、アノード電極部125が形成されている。アノード電極部125は、平坦化膜124、層間絶縁膜121、112及び絶縁体層117のコンタクトホールを介して、低温ポリシリコンTFT141のソース/ドレイン電極部109に接続されている。
An insulating
アノード電極部125は、例えば、ITO、IZO等の透明膜、Ag、Mg、Al、Pt等の金属又はこれらの金属を含む合金の反射膜、上記透明膜の3層を含む。なお、アノード電極部125の3層構成は、一例であり2層でもよい。
The
アノード電極部125の上に、OLED素子144を分離する絶縁性の画素定義層126が形成されている。画素定義層126は、例えば、有機材料で形成できる。アノード電極部125上に、有機発光膜127が形成される。有機発光膜127は、下層側から、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層によって構成される。有機発光膜127の積層構造は設計により決められる。
An insulating
さらに、有機発光膜127の上にカソード電極部128が形成される。一つのOLED素子144のカソード電極部128は、連続する導体膜の一部である。カソード電極部128は、有機発光膜127からの可視光の一部を透過させる。画素定義層126の開口に形成された、アノード電極部125、有機発光膜127及びカソード電極部128の積層膜が、OLED素子144を構成する。
Furthermore, a
次に、TFT基板上のドライバ回路31、32に含まれるCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)回路構成を説明する。図4は、CMOS回路の例を示す。CMOS回路は、pチャネル型低温ポリシリコンTFT201とnチャネル型酸化物半導体TFT202とを含む。低温ポリシリコンTFT201のソース/ドレインが、nチャネル型酸化物半導体TFT202のソース/ドレインと接続されている。低温ポリシリコンTFT201及び酸化物半導体TFT202のゲートは接続され、それらに同一の信号が入力される。
Next, a CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) circuit configuration included in the
図5は、図4に示すCMOS回路の断面構造例を模式的に示す。図3に示す断面構造例との相違点を主に説明する。図5に示す構造例において、図3に示す構造例の保持容量143が削除されている。さらに、低温ポリシリコンTFT201のソース/ドレイン電極部210と酸化物半導体TFT202のソース/ドレイン電極部223が接続され、さらに、ゲート電極部207とゲート電極部219が接続されている。
FIG. 5 schematically shows a cross-sectional structural example of the CMOS circuit shown in FIG. Differences from the cross-sectional structure example shown in FIG. 3 will be mainly described. In the structural example shown in FIG. 5, the
一例において、図5における低温ポリシリコンTFT201は、図3に示す低温ポリシリコンTFT141と同様の構成を有する。これらのサイズは異なっていてよい。低温ポリシリコンTFT201は、低温ポリシリコン部208、ゲート絶縁体部及びゲート電極部207を含む。ゲート絶縁体部は、絶縁体層106における、ゲート電極部207と低温ポリシリコン部208との間の部分である。
In one example, the low
低温ポリシリコン部208は、チャネル領域203及びソース/ドレイン領域204、205を含む。ソース/ドレイン電極部209、210は、層間絶縁膜108及び絶縁体層106のコンタクトホールを介して、ソース/ドレイン領域204、205に接続されている。
The low
低温ポリシリコン部208、ゲート絶縁体部、ゲート電極部207は、ソース/ドレイン電極部209、210は、それぞれ、図3に示す、低温ポリシリコン部102、ゲート絶縁体部、ゲート電極部107及びソース/ドレイン電極部109、110に対応する。対応する構成要素は同一層に含まれる。
The low
一例において、図5における酸化物半導体TFT202は、図3に示す酸化物半導体TFT142と同様の構成を有する。これらのサイズは異なっていてよい。酸化物半導体TFT202は、酸化物半導体部213、ゲート絶縁体部及びゲート電極部219を含む。ゲート絶縁体部は、絶縁体層117におけるゲート電極部219と酸化物半導体部213との間の部分である。
In one example, the
酸化物半導体部213は、チャネル領域214及びソース/ドレイン領域215、216を含む。酸化物半導体部213、ゲート絶縁体部及びゲート電極部219は、それぞれ、図3に示す、酸化物半導体部113、ゲート絶縁体部及びゲート電極部119に対応する。対応する構成要素は同一層に含まれる。
The
接続部229は、酸化物半導体TFT202のソース/ドレイン電極部223に連続し、層間絶縁膜112、121及び絶縁体層117を貫通するコンタクトホールを介して、低温ポリシリコンTFT201のソース/ドレイン電極部210と接続する。接続部230は、層間絶縁膜121及び平坦化膜124を貫通するコンタクトホールを介して、酸化物半導体TFT202のゲート電極部219と接続する。接続部230は、さらに、層間絶縁膜108、112、121、平坦化膜124及び絶縁体層117を貫通するコンタクトホールを介して、低温ポリシリコンTFT201のゲート電極部207と接続する。
The connecting
[酸化物半導体TFTの構成及び製造]
以下において、酸化物半導体TFTを製造する方法の例を説明する。図6Aから6Dは一つの方法を示し、ゲート絶縁体越しに酸素イオンを酸化物半導体に注入する。図6Aを参照して、製法は、層間絶縁膜112を、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)を使用して形成した後、酸化物半導体部113を形成する。酸化物半導体部113の形成は、例えば、スパッタ法等により酸化物半導体層を成膜し、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後に酸化物半導体層をエッチングして行う。
[Structure and manufacture of oxide semiconductor TFT]
An example of a method for manufacturing an oxide semiconductor TFT is described below. Figures 6A-6D show one method, in which oxygen ions are implanted into the oxide semiconductor through the gate insulator. With reference to FIG. 6A, the manufacturing method forms the
次に、製法は、絶縁体層117を、例えばCVDを使用して形成する。さらに、製法は、スパッタ法等により金属膜を成膜し、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後に金属膜をエッチングして、ゲート電極部119を形成する。
Next, the process forms
図6Bを参照して、製法は、ゲート電極部119をマスクとして、絶縁体層117越しに酸素イオンを酸化物半導体部113に注入する。このように、本明細書の一実施形態は、酸化物半導体部113のソース/ドレイン領域となる部分151、152に、酸素欠損を補う物質として、酸素元素を予め導入する。
Referring to FIG. 6B, the manufacturing method implants oxygen ions into
図6Cを参照して、製法は、ゲート電極部119及び絶縁体層117を覆うように、層間絶縁膜121を形成する。層間絶縁膜121の形成は、例えば、CVDを使用することができる。
Referring to FIG. 6C, the manufacturing method forms an
図6Dを参照して、製法は、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後のエッチングによりコンタクトホールを層間絶縁膜121及び絶縁体層117に形成する。さらに、製法は、スパッタ法等により金属膜を成膜し、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後に金属膜エッチングして、ソース/ドレイン電極部122、123を形成する。その後、熱処理が行われる。
Referring to FIG. 6D, the manufacturing method forms contact holes in the
酸素元素が予め注入されている部分151、152において、金属のソース/ドレイン電極部122、123との接触により、酸素欠損が形成さる。具体的には、ソース/ドレイン電極部122、123が、酸化物半導体から酸素を引き抜き、酸化物半導体中に酸素欠損が増加する。酸素欠損は、ソース/ドレイン電極部122、123との接触部分から、チャネル領域114に向かって拡散する。酸素欠損により、部分151、152が低抵抗化され、低抵抗のソース/ドレイン領域151、152が形成される。
Oxygen vacancies are formed in the
上述のように、部分151、152には、酸素が予め注入されている。酸素は、酸素欠損の拡散(生成)を抑制する。そのため、ゲート電極部119と平面視(積層方向において見て)で重なる領域(オーバーラップ領域)の内側まで過剰に広がることを防ぐことができる。上記例において、オーバーラップ領域は、チャネル領域114である。なお、酸素欠損は、絶縁体層内の水素等他の要因により形成され得るが、予め注入された酸素により、同様に、過剰な酸素欠損の生成を抑制できる。
As described above,
図7は、酸化物半導体部113及びゲート絶縁体層117における、酸素濃度分布を断面で模式的に示している。酸素イオン注入の加速電圧は、深さ方向の注入酸素濃度が酸化物半導体部113において最も高くなるように制御される。
FIG. 7 schematically shows the oxygen concentration distribution in the
イオン注入による酸素は、酸化物半導体部113に加えて、ゲート絶縁体層117にも存在する。酸素イオンはゲート電極部119をマスクとして注入される。そのため、平面視においてゲート電極部119の外側の領域171の酸素濃度は、ゲート電極部119に覆われた領域172の酸素濃度より高い。領域171及び領域172は、下側の酸化物半導体部113に隣接する。領域171及び領域172は、酸化物半導体部113の近傍位置を含む。平面視において、領域172は、ゲート電極部119の重心位置を含む。
Oxygen due to the ion implantation exists not only in the
領域171は、ソース/ドレイン(S/D)電極部122とゲート電極部119との間の領域であり、酸素イオンの一部は、この領域171を通過して酸化物半導体部113に注入され、酸素イオンの一部は領域171内にとどまる。
A
酸化物半導体部113の直下の層間絶縁膜112においても、ゲート絶縁体層117と類似する酸素濃度分布が現われ得る。具体的には、層間絶縁膜112内の酸化物半導体部113に隣接する領域において、領域171に対向する部分の酸素濃度は、領域172に対向する部分の酸素濃度より高い。
An oxygen concentration distribution similar to that of the
酸化物半導体部113においては、上述のように、ソース/ドレイン電極部122、123により酸素が引き抜かれ、チャネル領域114からソース/ドレイン電極部122、123近傍に向かって酸素欠損が増加する。引き抜かれる酸素は、ソース/ドレイン電極部122、123に近い程多い。
In the
図7の例において、領域155は、領域156よりもソース/ドレイン電極部122に近い。領域156は、領域155と、ゲート電極部119と重なる領域(本例においてチャネル領域114)との間に位置する。領域155の酸素濃度は、領域156の酸素濃度より低い。また、領域156の酸素濃度は、チャネル領域114における酸素濃度より高い。この構成により、チャネル領域114に対して低抵抗化領域が侵入することを効果的に抑えることができる。
In the example of FIG. 7,
領域156は、平面視においてゲート電極部119の外側にあり、ソース/ドレイン電極部122から見てゲート電極部119の外縁の直前に位置する。チャネル長は、図7における左右方向において定義される。つまり、領域156は、チャネル領域114のチャネル長を画定する境界に隣接する、当該境界の近傍領域である。
The
例えば、酸化物半導体部113における酸素濃度分布は、平面視においてゲート電極部119の重心と重なる位置でより低い酸素濃度を示し、領域156においてチャネル領域114の直前の位置において、より高い酸素濃度を示す。なお、領域155、156についての説明は、反対側のソース/ドレイン領域に対しても適用され得る。
For example, the oxygen concentration distribution in the
上述のように、酸化物半導体部113においてゲート電極部119とのオーバーラップ領域の外側に酸素を注入することで、チャネル領域114へ酸素欠損の拡散による低抵抗化を効果的に抑制できる。これにより、ゲート電極部119とソース/ドレイン電極部122、123との間の距離Loffの小さい所望特性を有する酸化物半導体TFTが可能になり、TFT基板の高精細化、高密度化が実現される。
As described above, by implanting oxygen outside the overlap region with the
上記例は、ソース/ドレイン電極部122、123を形成する前に、酸素イオンを酸化物半導体部113に注入する。他の例は、ソース/ドレイン電極部122、123を形成した後に、酸化物半導体部113に酸素イオンを注入してもよい。
In the above example, oxygen ions are implanted into the
図8は、ソース/ドレイン電極部122、123を形成した後に、酸化物半導体部113に酸素イオンを注入する例を示す。ゲート絶縁体層117において、ソース/ドレイン電極部122、123を含む金属層に覆われた領域173の酸素濃度と、ゲート電極部119下の領域172の酸素濃度は、略等しい。また、ゲート電極部119(を含む金属層)及びソース/ドレイン電極部122、123を含む金属層の外側の領域174の酸素濃度は、領域172、173の酸素濃度より高い。酸化物半導体部113の酸素濃度については、図7を参照した説明が適用され得る。
FIG. 8 shows an example of implanting oxygen ions into the
次に、酸化物半導体TFTの他の製造方法の例を説明する。図9Aから9Dは、酸化物半導体TFT他の一つの製造方法を示し、ゲート絶縁体をエッチング除去して不純物を酸化物半導体に注入する。 Next, an example of another method for manufacturing an oxide semiconductor TFT will be described. Figures 9A-9D illustrate another method of fabricating an oxide semiconductor TFT, etching away the gate insulator and implanting impurities into the oxide semiconductor.
次に、図9Aを参照して、製法は、層間絶縁膜162を、例えばCVDを使用して形成した後、酸化物半導体部163を形成する。酸化物半導体部163の形成は、例えば、スパッタ法等により酸化物半導体層を成膜し、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後に酸化物半導体層をエッチングして行う。
Next, referring to FIG. 9A, the manufacturing method forms an
次に、製法は、絶縁体層176を、例えばCVDを使用して形成する。さらに、スパッタ法等により金属膜を成膜し、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後に金属膜エッチングして、ゲート電極部169を形成する。
Next, the process forms insulator layer 176 using, for example, CVD. Further, a metal film is formed by a sputtering method or the like, and after patterning a mask by photolithography, the metal film is etched to form the
図9Bを参照して、製法は、ゲート電極部169をマスクとして、絶縁体層176をエッチングして、ゲート絶縁体部177を形成する。これにより、酸化物半導体部163のゲート電極部169で覆われていない領域上の絶縁体が除去され、露出する。
Referring to FIG. 9B, the manufacturing method uses
その後、酸素イオンを酸化物半導体部163に注入する。このように、本明細書の一実施形態は、酸化物半導体部163のソース/ドレイン領域となる部分165、166に、酸素欠損を補う物質として、酸素元素を予め導入する。
After that, oxygen ions are implanted into the
図9Cを参照して、製法は、ゲート電極部169及び絶縁体層178を覆うように、層間絶縁膜181を形成する。層間絶縁膜181の形成は、例えば、CVDを使用することができる。図9Dを参照して、製法は、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後のエッチングによりコンタクトホールを層間絶縁膜181及び絶縁体層178に形成する。さらに、製法は、スパッタ法等により金属膜を成膜し、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後に金属膜エッチングして、ソース/ドレイン電極部182、183を形成する。その後、熱処理が行われる。
Referring to FIG. 9C, the manufacturing method forms an interlayer insulating film 181 so as to cover the
酸素元素が予め注入されている部分165、166において、金属のソース/ドレイン電極部182、183との接触により、酸素欠損が形成さる。具体的には、ソース/ドレイン電極部182、183が、酸化物半導体から酸素を引き抜き、酸化物半導体中に酸素欠損が増加する。酸素欠損は、ソース/ドレイン電極部182、183との接触部分から、チャネル領域164に向かって拡散する。酸素欠損により、部分165、166が低抵抗化され、低抵抗のソース/ドレイン領域167、168が形成される。以上により、酸化物半導体TFT192が構成される。
Oxygen vacancies are formed in the
図10は、図9A~9Dを参照して説明した方法により作成された層間絶縁膜162における、酸素濃度分布を模式的に示している。酸化物半導体部163の酸素濃度分布に対しては、図7を参照した酸化物半導体部113の説明が適用され得る。酸素イオン注入は、注入酸素濃度が酸化物半導体部163において最も高くなるように制御される。
FIG. 10 schematically shows the oxygen concentration distribution in the
図9A~9Dを参照して説明したように、酸素イオンは、ゲート電極部169をマスクとして、露出した酸化物半導体部163に照射される。そのため、酸化物半導体部163を通過した酸素が、酸化物半導体部163直下の層間絶縁膜162に注入される。
As described with reference to FIGS. 9A to 9D, the exposed
平面視においてゲート電極部169の外側の領域621の酸素濃度は、ゲート電極部169に覆われた領域622の酸素濃度より高い。領域621及び領域622は、上側の酸化物半導体部163に隣接する。領域621及び領域622は、酸化物半導体部163の近傍位置を含む。平面視において、領域622は、ゲート電極部169の重心位置を含む。領域621は、ソース/ドレイン(S/D)電極部182とゲート電極部169との間の領域であり、酸素イオンの一部は、酸化物半導体部163を通過して、この領域に注入される。
The oxygen concentration of the
酸化物半導体TFTの他の構成例及びその製造方法を説明する。図7から図10を参照して説明した構成例において、ゲート電極部と両側のソース/ドレイン電極部それぞれとの間の距離Loffが共通である。他の構成例において、一方の距離が他方の距離より長くてもよい。また、距離Loffが長いためにチャネル領域への酸素欠損の拡散の問題がない場合、距離Loffが長いソース/ドレイン領域の少なくとも一部に対して、酸素イオンを注入しなくてもよい。 Another configuration example of an oxide semiconductor TFT and a manufacturing method thereof will be described. In the configuration examples described with reference to FIGS. 7 to 10, the distance Loff between the gate electrode portion and the source/drain electrode portions on both sides is common. In other configuration examples, one distance may be longer than the other distance. Moreover, if there is no problem of diffusion of oxygen vacancies into the channel region due to the long distance Loff, oxygen ions do not need to be implanted into at least part of the source/drain regions with the long distance Loff.
図11Aから11Cを参照して、酸化物半導体TFTの製造方法の他の例を説明する。図11Aを参照して、製法は、層間絶縁膜312を、例えばCVDを使用して形成した後、酸化物半導体部313を形成する。酸化物半導体部313の形成は、例えば、スパッタ法等により酸化物半導体層を成膜し、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後に酸化物半導体層をエッチングして行う。
Another example of the method for manufacturing an oxide semiconductor TFT will be described with reference to FIGS. 11A to 11C. Referring to FIG. 11A, the manufacturing method forms an
次に、製法は、絶縁体層317を、例えばCVDを使用して形成する。さらに、製法は、スパッタ法等により金属膜を成膜し、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後に金属膜エッチングして、ゲート電極部319を形成する。
Next, the method forms
さらに、製法は、ゲート電極部319の全域及び距離Loffが長いソース/ドレイン領域の一部を保護用レジスト381で覆う。製法は、保護用レジスト381の外側の領域に、酸素イオンを注入する。これにより、酸化物半導体部313の部分352、351に酸素が注入される。部分352は、距離Loffが短いソース/ドレイン領域に対応し、部分351は、距離Loffが長いソース/ドレイン領域の一部に対応する。部分352は、平面視において、ゲート電極部319に隣接している。部分351は、平面視において、ゲート電極部319から離間している。
Further, in the manufacturing method, the entire
図11Bを参照して、製法は、保護用レジスト381を除去し、ゲート電極部119をマスクとして、絶縁体層317越しに不純物イオンを酸化物半導体部313に注入する。不純物元素の例は、B、He、Ne、Ar、H、P。不純物イオンの注入された酸化物半導体部の部分353、354は、低抵抗化される。
Referring to FIG. 11B, the manufacturing method removes protective resist 381 and implants impurity ions into
その後、製法は、ゲート電極部319及び絶縁体層317を覆うように、不図示の層間絶縁膜を形成し、さらに、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後のエッチングによりコンタクトホールを不図示の層間絶縁膜及び絶縁体層317に形成する。
After that, the manufacturing method is to form an interlayer insulating film (not shown) so as to cover the
図11Cを参照して、製法は、スパッタ法等により金属膜を成膜し、フォトリソグラフィによるマスクのパターニングの後に金属膜エッチングして、ソース/ドレイン電極部322、323を形成する。その後、熱処理が行われる。
Referring to FIG. 11C, the manufacturing method is to form a metal film by a sputtering method or the like, pattern a mask by photolithography, and then etch the metal film to form source/
ソース/ドレイン電極部322、323との接触により、酸化物半導体部313において酸素欠損が形成される。上記他の例を参照して説明したように、距離Loffが短いソース/ドレイン領域において、酸素濃度が異なる領域356、357が形成される。チャネル領域314と隣接する領域357の酸素濃度は、チャネル領域314及び領域356の酸素濃度より高い。一方、距離Loffが長いソース/ドレイン領域355においては、領域357に対応する領域は形成されない。
Oxygen vacancies are formed in the
なお、酸化物半導体部313の直上及び直下の絶縁体317、312の酸素濃度分布は、酸素イオンが注入された領域について、上記他の例と同様の説明を適用することができる。
Note that for the oxygen concentration distributions of the
[酸素欠損を補う物質]
次に、酸素欠損を補う物質について説明する。酸素欠損を補うために注入される酸素イオンとして、酸素の同位体の内、16Oが選択される。16Oが選択的に注入されるため、酸素が注入された領域における同位体元素比は、自然界における同位体元素比と異なる。
[Substance that compensates for oxygen deficiency]
Next, a substance that compensates for oxygen deficiency will be described. Among oxygen isotopes, 16 O is selected as oxygen ions implanted to compensate for oxygen vacancies. Because 16 O is selectively implanted, the isotope ratio in the oxygen-implanted region differs from the isotope ratio in nature.
自然界に存在する酸素の同位体元素の比率は、次の通りである。16Oは99.76%であり、17Oは0.04%であり、18Oは0.21%である。16Oをイオン注入した領域は、注入していない領域と比べて16Oの存在比が大きくなる。つまり、17O及び18Oの存在比が小さくなる。 The ratio of isotopic elements of oxygen existing in nature is as follows. 16 O is 99.76%, 17 O is 0.04% and 18 O is 0.21%. A region into which 16 O is ion-implanted has a larger abundance ratio of 16 O than a region into which it is not implanted. That is, the abundance ratio of 17 O and 18 O becomes smaller.
酸素欠損を補う物質として、酸素の他に、例えば、フッ素F、窒素N、又は硫黄Sを使用することができる。図12は、IGZOに対して異なるイオンを注入した実験結果を示す。注入されたイオンは、フッ素イオン、窒素イオン及び酸素イオンである。実験は、IGZO単層膜を生成した後、上記イオンから選択したイオンを注入し、300℃のアニール処理を行った。図12のグラフにおいて、横軸は、注入前、注入後及びアニール後のフェーズを示し、縦軸はシート抵抗を示す。 Other than oxygen, for example, fluorine (F), nitrogen (N), or sulfur (S) can be used as a substance that compensates for oxygen deficiency. FIG. 12 shows experimental results of implanting different ions into IGZO. The implanted ions are fluorine ions, nitrogen ions and oxygen ions. In the experiment, after the IGZO single-layer film was produced, ions selected from the above ions were implanted and annealed at 300.degree. In the graph of FIG. 12, the horizontal axis indicates the pre-implantation, post-implantation, and post-annealing phases, and the vertical axis indicates the sheet resistance.
図12に示すように、フッ素F、窒素N及び酸素Oの全ては、注入後において、IGZO膜を高抵抗化している。フッ素F及び窒素Nの抵抗値は、酸素Oの抵抗値より高い。アニールにより、酸素Oはさらに、抵抗を高くする。一方、フッ素F及び窒素Nは、抵抗を低くする。しかし、アニール後においても、フッ素F又は窒素Nの注入により、抵抗値が注入前より高い。図12に示すように、フッ素F及び窒素Nは、酸素Oと同様に、酸化物半導体の低抵抗化を抑制する効果を奏することができる。また、硫黄Sは酸素Oの同族元素であり、酸素と同様に、酸素欠損を補う効果を示すことができる。 As shown in FIG. 12, fluorine F, nitrogen N and oxygen O all make the IGZO film highly resistive after implantation. The resistance values of fluorine (F) and nitrogen (N) are higher than that of oxygen (O). Annealing causes oxygen O to further increase the resistance. On the other hand, fluorine F and nitrogen N lower the resistance. However, even after annealing, due to the fluorine F or nitrogen N implantation, the resistance value is higher than before the implantation. As shown in FIG. 12, fluorine (F) and nitrogen (N), like oxygen (O), can have the effect of suppressing the resistance of the oxide semiconductor from being lowered. In addition, sulfur S is a homologous element of oxygen O, and can exhibit an effect of compensating for oxygen vacancies like oxygen.
なお、フッ素F、窒素N又は硫黄Sを酸素Oに代えて注入する場合、積層方向における元素濃度プロファイルは、酸化物半導体部内でピークを示すように、注入エネルギ(eV)が制御されてよい。 When fluorine F, nitrogen N, or sulfur S is implanted instead of oxygen O, the implantation energy (eV) may be controlled so that the element concentration profile in the stacking direction shows a peak within the oxide semiconductor portion.
[酸素イオン注入領域]
以下において、酸化物半導体部において酸素イオンを注入する領域の他の例を説明する。上記例は、ソース/ドレイン領域に酸素イオンを注入する。以下に説明する例は、チャネル領域に酸素イオンを注入する。より具体的には、チャネル領域の幅を画定する境界近傍(幅端部)に酸素イオンを注入する。これにより、酸化物半導体TFTのハンプ特性を抑制することができる。
[Oxygen ion implantation region]
Another example of the region into which oxygen ions are implanted in the oxide semiconductor portion is described below. The above example implants oxygen ions into the source/drain regions. The example described below implants oxygen ions into the channel region. More specifically, oxygen ions are implanted in the vicinity of the boundary (width edge) that defines the width of the channel region. Thereby, the hump characteristic of the oxide semiconductor TFT can be suppressed.
図13は、図6A~図7を参照して説明したように、ソース/ドレイン領域115、116に酸素イオンを注入する例を示す、平面図である。チャネル幅は、図13における縦方向(W方向)において定義され、チャネル長は、図13における左右方向(L方向)において定義される。チャネル長を画定する境界は、ソース/ドレイン領域とチャネル領域の境界である。
FIG. 13 is a plan view showing an example of implanting oxygen ions into the source/
図14は、チャネル領域の幅端部に酸素イオンを注入する例を示す、平面図である。図14の例において、チャネル領域に加えて、ソース/ドレイン領域の幅端部に対しても酸素イオンを注入する。図14の構成例において、ソース/ドレイン電極部422とゲート電極部419との間にソース/ドレイン領域415があり、ソース/ドレイン電極部423とゲート電極部419との間にソース/ドレイン領域416がある。
FIG. 14 is a plan view showing an example of implanting oxygen ions into the width edge of the channel region. In the example of FIG. 14, oxygen ions are implanted into the width edges of the source/drain regions in addition to the channel region. In the configuration example of FIG. 14, there are source/
酸化物半導体部の幅方向(W方向)における両端に、酸素イオン注入領域451、452が形成されている。領域451、452の酸素濃度は、酸化物半導体部の幅方向における中央(ゲート電極部の重心位置を含む)の酸素濃度より、高い。酸素イオン注入により、図12を参照して説明したように、酸化物半導体は高抵抗化される。つまり、チャネル幅端部での低抵抗化が抑制される。これにより、酸化物半導体TFTのハンプ特性を抑制することができる。
Oxygen ion-implanted
なお、酸素に代えて、図12を参照して説明した他の元素を使用してもよい。一方の幅端部のみに酸素イオンを注入することは排除されない。ソース/ドレイン領域に対して酸素イオンは注入されなくてもよい。チャネル領域の幅端の近傍領域に加えて、図6Aから図11Cを参照して説明したように、ソース/ドレイン領域に酸素イオンを注入してもよい。 Note that, instead of oxygen, other elements described with reference to FIG. 12 may be used. It is not excluded to implant oxygen ions only at one width edge. Oxygen ions may not be implanted into the source/drain regions. In addition to the regions near the width edges of the channel region, oxygen ions may be implanted into the source/drain regions as described with reference to FIGS. 6A-11C.
図15Aは、チャネル領域の幅端部に酸素イオンを注入する方法の例を示す、W方向断面図である。製法は、層間絶縁膜412を形成した後、酸化物半導体部414を形成する。これらの形成方法は、図6Aを参照して説明した通りである。製法は、酸化物半導体部414の中央領域を覆い、幅端の近傍領域(幅端部)を露出させるように、保護用レジスト481を形成する。このステップは、ゲート電極部を含む金属層を形成する前に行われる。製法は、保護用レジスト481をマスクとして、酸素イオンを注入する。これにより、図14に示す幅端領域451、452に対して、酸素イオンが注入される。
FIG. 15A is a W-direction cross-sectional view showing an example of a method of implanting oxygen ions into the width end portion of the channel region. The manufacturing method forms the
層間絶縁膜412は、酸化物半導体部414の直下にあって、直接接触している。層間絶縁膜412の一部領域に、酸素イオンが注入される。平面視において酸化物半導体部414の外側の領域471の酸素濃度は、酸化物半導体部414に覆われている領域472の酸素濃度より高い。層間絶縁膜412中の酸素は、層間絶縁膜412内の固定電荷を抑制し、チャネル幅端部の低抵抗化をさらに抑制することができる。
The
図15Bは、酸化物半導体TFTが形成された後の、酸化物半導体部414の構成を模式的に示す、W方向断面図である。図14を参照して説明したように、チャネル幅を画定する両端に、酸素イオン注入領域451、452が形成されている。なお、チャネル領域において、チャネル長を画定する両端(チャネル長端)の一方又は双方の近傍に、酸素イオンを注入してもよい。
FIG. 15B is a W-direction cross-sectional view schematically showing the configuration of the
図3から図15Bを参照して説明した酸化物半導体TFTの構成例は、トップゲートを含む。本明細書の実施形態に係る特徴は、トップゲート電極に代えてボトムゲート電極を含む酸化物半導体TFTに適用してもよい。 The configuration example of the oxide semiconductor TFT described with reference to FIGS. 3 to 15B includes a top gate. Features according to embodiments herein may be applied to oxide semiconductor TFTs that include a bottom gate electrode instead of a top gate electrode.
図16は、酸化物半導体部の上のトップゲート電極部に加えて、酸化物半導体部の下にもボトムゲート電極を備えたデュアルゲート型TFTの構成例の一つである。ボトムゲート電極部710の上にボトムゲート絶縁体部720が形成されている。ボトムゲート絶縁体部720の上に酸化物半導体部730、731が形成されている。酸化物半導体部731は低抵抗化されている。酸化物半導体部730の上にトップゲート絶縁体部740が形成されており、トップゲート絶縁体部740の上にトップゲート電極部750が形成されている。
FIG. 16 shows one configuration example of a dual-gate TFT having a bottom gate electrode under the oxide semiconductor portion in addition to the top gate electrode portion over the oxide semiconductor portion. A bottom
本明細書の一実施形態において、トップゲート電極部750は、ボトムゲート電極部710よりもチャネル長方向(図16における左右方向)の長さが短いパターン(形状)で形成されている。平面視において、トップゲート電極部750のチャネル長方向の両端(図16における左右端)は、ボトムゲート電極部710のチャネル長方向の両端の内側に位置する。トップゲート絶縁体部740及び酸化物半導体部731上に層間絶縁膜760が形成されている。層間絶縁膜760の上に、S/D電極部770が形成されており、層間絶縁膜760に形成されたコンタクトホール761を通じて酸化物半導体部731と接続されている。
In one embodiment of the present specification, the top gate electrode portion 750 is formed in a pattern (shape) whose length in the channel length direction (horizontal direction in FIG. 16) is shorter than that of the bottom
図16は、トップゲート絶縁体部740をトップゲート電極部750に沿ってエッチングした例であり、図9Bと同様に酸素イオンを注入して酸化物半導体部731へ酸素欠損を補う物質として、酸素元素を導入する。そのため、平面視においてボトムゲート電極部710の外側の領域721の酸素濃度は、平面視においてボトムゲート電極部710と重なりトップゲート電極部750と重ならない領域722の酸素濃度とほぼ等しく、平面視においてボトムゲート電極部710及びトップゲート電極部750と重なる領域723の酸素濃度より高い。
FIG. 16 shows an example in which the top
このような構成とすることで、図9Dの例と同様にチャネル長を画定する端近傍の低抵抗化を防ぐことが可能になるのに加えて、トップゲート電極部750及びボトムゲート電極部710の両方からゲート電界を印加することが出来るためにより高いオン電流を得られる効果がある。 With such a configuration, it becomes possible to prevent the resistance from being lowered near the ends defining the channel length, as in the example of FIG. 9D. Since the gate electric field can be applied from both sides, there is an effect that a higher on-current can be obtained.
図17は、酸化物半導体部の上のトップゲート電極部に加えて、酸化物半導体部の下にもボトムゲート電極を備えたデュアルゲート型TFTの構成例の一つである。図16との差異は、トップゲート電極部750は、ボトムゲート電極部710よりもチャネル長方向の長さが長いパターンで形成されている点である。トップゲート電極部750のチャネル長方向の両端は、ボトムゲート電極部710の外側に延出している。
FIG. 17 shows one configuration example of a dual-gate TFT having a bottom gate electrode under the oxide semiconductor portion in addition to the top gate electrode portion over the oxide semiconductor portion. The difference from FIG. 16 is that the top gate electrode portion 750 is formed in a pattern longer in the channel length direction than the bottom
図17は、トップゲート絶縁体部740をトップゲート電極部750に沿ってエッチングした例であり、図9Bと同様に酸素イオンを注入して酸化物半導体部731へ酸素欠損を補う物質として、酸素元素を導入する。そのため、平面視においてボトムゲート電極部710及びトップゲート電極部750の外側の領域721の酸素濃度は、平面視においてボトムゲート電極部710の外側でトップゲート電極部750と重なる領域722の酸素濃度や、平面視においてボトムゲート電極部710及びトップゲート電極部750と重なる領域723の酸素濃度より高い。
FIG. 17 shows an example in which the top
図17の構成も、図16の構成と同様に、チャネル長を画定する端近傍の低抵抗化を防ぐことが可能になるのに加えて、トップゲート電極部750及びボトムゲート電極部710の両方からゲート電界を印加することが出来るためにより高いオン電流を得られる効果がある。 The configuration of FIG. 17, like the configuration of FIG. Since it is possible to apply a gate electric field from .theta.
以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示が上記の実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、上記の実施形態の各要素を、本開示の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。 Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiments. A person skilled in the art can easily change, add, or convert each element of the above-described embodiments within the scope of the present disclosure. A part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.
1 OLED表示装置、10 TFT基板、31 走査ドライバ、32 エミッションドライバ、101 絶縁基板、102 低温ポリシリコン部、106 絶縁体層、107 ゲート電極部、111 下部電極部、113 酸化物半導体部、114 チャネル領域、115、116 ソース/ドレイン領域、117 絶縁体層、119 ゲート電極部、120 上部電極部、122、123 ソース/ドレイン電極部、134 OLED素子、141 低温ポリシリコンTFT、142 酸化物半導体TFT、143 保持容量、144 OLED素子、156、171、174、621 高酸素濃度領域
Reference Signs List 1
Claims (16)
ゲート電極部と、
酸化物半導体部と、
第1ソース/ドレイン電極部と、
第2ソース/ドレイン電極部と、
を含み、
前記酸化物半導体部は、酸化物半導体を高抵抗化することができる元素の濃度分布を有し、
前記濃度分布は、
前記ゲート電極部と平面視において重なるチャネル領域の重心位置において、第1の濃度を示し、
前記チャネル領域の外周端を画定する少なくとも一部の境界の近傍において、前記第1の濃度より高い濃度を示す、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置。 An oxide semiconductor thin film transistor device,
a gate electrode portion;
an oxide semiconductor portion;
a first source/drain electrode portion;
a second source/drain electrode portion;
including
The oxide semiconductor portion has a concentration distribution of an element capable of increasing the resistance of the oxide semiconductor,
The concentration distribution is
showing a first concentration at a center of gravity position of a channel region that overlaps the gate electrode portion in a plan view;
exhibiting a concentration higher than the first concentration in the vicinity of at least a portion of a boundary defining an outer peripheral edge of the channel region;
Oxide semiconductor thin film transistor device.
前記酸化物半導体部は、前記チャネル領域の外側の前記第1ソース/ドレイン電極部側の第1ソース/ドレイン領域を含み、
前記濃度分布は、前記第1ソース/ドレイン領域における前記チャネル領域の境界の近傍において、前記第1の濃度より高い濃度を示す、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置。 The oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 1,
the oxide semiconductor portion includes a first source/drain region on the side of the first source/drain electrode portion outside the channel region;
the concentration distribution exhibits a concentration higher than the first concentration in the vicinity of a boundary of the channel region in the first source/drain region;
Oxide semiconductor thin film transistor device.
前記元素は、酸素、フッ素、窒素及び硫黄から選択された一つの元素である、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置。 The oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 1,
the element is one element selected from oxygen, fluorine, nitrogen and sulfur;
Oxide semiconductor thin film transistor device.
前記ゲート電極部は、トップゲート電極部である、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置。 The oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 1,
The gate electrode portion is a top gate electrode portion,
Oxide semiconductor thin film transistor device.
前記酸化物半導体部は、前記チャネル領域の外側の前記第2ソース/ドレイン電極部側の第2ソース/ドレイン領域を含み、
前記濃度分布は、前記第2ソース/ドレイン領域における前記チャネル領域の境界の近傍において、前記第1の濃度より高い濃度を示す、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置。 The oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 2,
the oxide semiconductor portion includes a second source/drain region on the second source/drain electrode portion side outside the channel region;
the concentration distribution exhibits a higher concentration than the first concentration in the vicinity of a boundary of the channel region in the second source/drain region;
Oxide semiconductor thin film transistor device.
前記元素は酸素であり、
前記濃度分布は、前記第1ソース/ドレイン領域における前記チャネル領域の境界の近傍において、前記第1ソース/ドレイン電極部と接触している領域より高い濃度を示す、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置。 The oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 2,
the element is oxygen;
the concentration distribution exhibits a higher concentration in the first source/drain region near the boundary of the channel region than in a region in contact with the first source/drain electrode portion;
Oxide semiconductor thin film transistor device.
前記濃度分布は、前記チャネル領域における、チャネル幅を画定する両端の近傍において、前記第1の濃度より高い濃度を示す、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置。 The oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 1,
wherein the concentration distribution exhibits a higher concentration than the first concentration near both ends defining a channel width in the channel region;
Oxide semiconductor thin film transistor device.
前記ゲート電極部と前記酸化物半導体部との間にゲート絶縁体層をさらに含み、
前記ゲート絶縁体層において、平面視において前記ゲート電極部の外側の領域の酸素濃度は、平面視において前記ゲート電極部と重なる領域の酸素濃度より大きい、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置。 The oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 1,
further comprising a gate insulator layer between the gate electrode portion and the oxide semiconductor portion;
In the gate insulator layer, the oxygen concentration in the region outside the gate electrode portion in plan view is higher than the oxygen concentration in the region overlapping with the gate electrode portion in plan view,
Oxide semiconductor thin film transistor device.
前記酸化物半導体部の下側の絶縁体層をさらに含み、
前記ゲート電極部は、前記酸化物半導体部より上層に位置し、
前記絶縁体層において、平面視において前記ゲート電極部の外側の領域の酸素濃度は、平面視において前記ゲート電極部と重なる領域の酸素濃度より大きい、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置。 The oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 1,
further comprising an insulator layer under the oxide semiconductor section;
the gate electrode portion is positioned above the oxide semiconductor portion;
In the insulator layer, the oxygen concentration in the region outside the gate electrode portion in plan view is higher than the oxygen concentration in the region overlapping with the gate electrode portion in plan view,
Oxide semiconductor thin film transistor device.
前記ゲート電極部は、前記酸化物半導体部より上層に位置するトップゲート電極部であり、
前記酸化物半導体部の下側の絶縁層と
前記絶縁層の下に、チャネル長方向の長さが前記トップゲート電極部よりも長いパターンのボトムゲート電極部をさらに含み、
前記絶縁層において、平面視において前記ボトムゲート電極部の外側の領域の酸素濃度は、
平面視において前記ボトムゲート電極部と重なり、前記トップゲート電極部とは重ならない領域の酸素濃度と等しく、
平面視において前記ボトムゲート電極部及び前記トップゲート電極部と重なる領域の酸素濃度より大きい、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置。 The oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 1,
the gate electrode portion is a top gate electrode portion positioned above the oxide semiconductor portion;
an insulating layer under the oxide semiconductor part; and a bottom gate electrode part having a pattern longer than the top gate electrode part in a channel length direction under the insulating layer,
In the insulating layer, the oxygen concentration in the region outside the bottom gate electrode portion in plan view is
is equal to the oxygen concentration of a region that overlaps with the bottom gate electrode portion but does not overlap with the top gate electrode portion in plan view,
higher than the oxygen concentration in a region overlapping with the bottom gate electrode portion and the top gate electrode portion in plan view;
Oxide semiconductor thin film transistor device.
前記ゲート電極部は、前記酸化物半導体部より上層に位置するトップゲート電極部であり、
前記酸化物半導体部の下側の絶縁層と
前記絶縁層の下に、チャネル長方向の長さが前記トップゲート電極部よりも短いパターンのボトムゲート電極部をさらに含み、
前記絶縁層において、平面視において前記ボトムゲート電極部及びトップゲート電極部の外側の領域の酸素濃度は、平面視において前記ボトムゲート電極部と重ならず、前記トップゲート電極部と重なる領域の酸素濃度、並びに、平面視において前記ボトムゲート電極部及び前記トップゲート電極部と重なる領域の酸素濃度より大きい、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置。 The oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 1,
the gate electrode portion is a top gate electrode portion positioned above the oxide semiconductor portion;
an insulating layer under the oxide semiconductor part; and a bottom gate electrode part having a pattern shorter in a channel length direction than the top gate electrode part under the insulating layer,
In the insulating layer, the oxygen concentration in the region outside the bottom gate electrode portion and the top gate electrode portion in plan view is the oxygen concentration in the region that does not overlap the bottom gate electrode portion and overlaps the top gate electrode portion in plan view. concentration, and greater than the oxygen concentration in the region overlapping the bottom gate electrode portion and the top gate electrode portion in plan view,
Oxide semiconductor thin film transistor device.
酸化物半導体層を形成し、
ゲート電極部を形成し、
前記酸化物半導体層の選択された領域に酸化物半導体を高抵抗化することができる元素を注入し、
第1ソース/ドレイン電極及び第2ソース/ドレイン電極を形成する、
ことを含む、酸化物半導体薄膜トランジスタ装置の製造方法。 A method for manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor device,
forming an oxide semiconductor layer;
forming a gate electrode portion;
implanting an element capable of increasing the resistance of the oxide semiconductor into a selected region of the oxide semiconductor layer;
forming a first source/drain electrode and a second source/drain electrode;
A method for manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor device, comprising:
前記選択された領域は、前記ゲート電極部の外側に存在し、
前記元素の注入は、前記ゲート電極部をマスクとして使用する、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置の製造方法。 A method for manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 12,
the selected region exists outside the gate electrode portion;
implanting the element using the gate electrode portion as a mask;
A method for manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor device.
前記元素は、酸素、フッ素、窒素及び硫黄から選択された元素である、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置の製造方法。 A method for manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 12,
the element is an element selected from oxygen, fluorine, nitrogen and sulfur;
A method for manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor device.
前記元素の注入は、前記第1ソース/ドレイン電極及び前記第2ソース/ドレイン電極を形成する前に実行される、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置の製造方法。 A method for manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 12,
the implantation of the element is performed before forming the first source/drain electrode and the second source/drain electrode;
A method for manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor device.
前記選択された領域は、前記ゲート電極部と重なるチャネル領域において、チャネル幅を画定する両端の近傍の領域である、
酸化物半導体薄膜トランジスタ装置の製造方法。 A method for manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor device according to claim 12,
The selected regions are regions near both ends defining a channel width in a channel region overlapping with the gate electrode portion,
A method for manufacturing an oxide semiconductor thin film transistor device.
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JP2022136788A Pending JP2023085193A (en) | 2021-12-08 | 2022-08-30 | Oxide semiconductor thin film transistor device and method of manufacturing the same |
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-
2022
- 2022-08-30 JP JP2022136788A patent/JP2023085193A/en active Pending
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