JP5084160B2 - Thin film transistor and display device - Google Patents

Thin film transistor and display device Download PDF

Info

Publication number
JP5084160B2
JP5084160B2 JP2006076841A JP2006076841A JP5084160B2 JP 5084160 B2 JP5084160 B2 JP 5084160B2 JP 2006076841 A JP2006076841 A JP 2006076841A JP 2006076841 A JP2006076841 A JP 2006076841A JP 5084160 B2 JP5084160 B2 JP 5084160B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
insulating layer
layer
gate insulating
tft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006076841A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007258223A (en
Inventor
奈穂 板垣
利明 饗場
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2006076841A priority Critical patent/JP5084160B2/en
Publication of JP2007258223A publication Critical patent/JP2007258223A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5084160B2 publication Critical patent/JP5084160B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)

Description

本発明は薄膜トランジスタ及び表示装置に係わり、特に、薄膜トランジスタに含まれるゲート絶縁層の形状構造に関する。本発明の薄膜トランジスタはアクティブマトリクス型液晶表示装置などに好適に用いられるものである。   The present invention relates to a thin film transistor and a display device, and more particularly to a shape structure of a gate insulating layer included in the thin film transistor. The thin film transistor of the present invention is suitably used for an active matrix liquid crystal display device or the like.

薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, TFT)は、ゲート電極、ソース電極、及び、ドレイン電極を備えた3端子素子である。そして、薄膜トランジスタはゲート電極に電圧を印加して、チャンネル層に流れる電流を制御し、ソース電極とドレイン電極間の電流をスイッチングする機能を有する電子アクティブ素子である。   A thin film transistor (TFT) is a three-terminal element including a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode. The thin film transistor is an electronic active element having a function of applying a voltage to the gate electrode to control a current flowing in the channel layer and switching a current between the source electrode and the drain electrode.

TFTはアクティブマトリクス型液晶ディスプレイなどの駆動基板に好適であるが、これらを大面積の液晶表示パネルに適用する場合、基板の低コスト化が求められる。そのため現在では従来の高品質な石英基板に代えて、ガラス基板が採用されるようになってきている。ガラス基板を用いた場合、耐熱性が低い為、600℃以下の低温プロセスにより薄膜トランジスタを形成することが求められる。現在最も広く使われているのは、多結晶シリコン又はアモルファスシリコン膜をチャネル層材料としたMetal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor (MIS−FET)素子である。ただし、低温プロセスとの整合性においてはアモルファスシリコンが優れている。   The TFT is suitable for a driving substrate such as an active matrix liquid crystal display. However, when these are applied to a liquid crystal display panel having a large area, cost reduction of the substrate is required. For this reason, glass substrates are now being used instead of conventional high-quality quartz substrates. When a glass substrate is used, since the heat resistance is low, it is required to form a thin film transistor by a low temperature process of 600 ° C. or lower. Currently, the most widely used is a metal-insulator-semiconductor field effect transistor (MIS-FET) element using a polycrystalline silicon or amorphous silicon film as a channel layer material. However, amorphous silicon is superior in consistency with a low temperature process.

通常のアクティブマトリクス回路の駆動においては、選択時には順バイアス電圧(Nチャネル型では正、Pチャネル型では負の電圧)を印加し、それ以外の非選択時にはその逆の電圧を印加する。非選択時にTFTのソース/ドレイン間の絶縁性が不十分であると画素に蓄積された電荷がただちに放出されてしまい、コントラストの高い映像が得られない。そこで、アクティブマトリクス回路のスイッチング素子としてTFTを使用するには逆バイアスでもリーク電流が小さいことが求められる。アモルファスシリコンによって形成したTFTは多結晶シリコンのものにくらべ電界効果移動度は劣るものの、非選択時のオフ電流が小さいという特徴をもっており、上記目的にはアモルファスシリコンTFTが適している。   In normal driving of an active matrix circuit, a forward bias voltage (a positive voltage for the N channel type and a negative voltage for the P channel type) is applied at the time of selection, and the reverse voltage is applied at other times of non-selection. If the insulating property between the source and drain of the TFT is insufficient at the time of non-selection, the charge accumulated in the pixel is immediately released, and an image with high contrast cannot be obtained. Therefore, in order to use a TFT as a switching element of an active matrix circuit, a small leak current is required even with reverse bias. A TFT formed from amorphous silicon has a feature of low off-state current when not selected, although the field effect mobility is inferior to that of polycrystalline silicon, and an amorphous silicon TFT is suitable for the above purpose.

また、最近では、TFTのチャネル層に適用し得る材料として、酸化物材料が注目されてきている。   Recently, an oxide material has attracted attention as a material applicable to a TFT channel layer.

たとえば、ZnOを主成分として用いた透明伝導性酸化物多結晶薄膜をチャネル層に用いたTFTの開発が活発に行われている。上記薄膜は、低温で成膜でき、プラスチック板やフィルムなどの基板上に薄膜を形成することが可能である。さらに、ZnO膜を半導体活性層とするTFTにおいては、半導体活性層に光が入射してもZnO膜が可視光に対して透明であるため、半導体活性層は光の影響をほとんど受けない。そのため、ZnO膜を半導体活性層とするTFTは、光が入射しても正常な動作ができなくなるという不具合はほとんど生じない。   For example, TFTs using a transparent conductive oxide polycrystalline thin film containing ZnO as a main component for a channel layer are being actively developed. The thin film can be formed at a low temperature and can be formed on a substrate such as a plastic plate or a film. Further, in a TFT having a ZnO film as a semiconductor active layer, the semiconductor active layer is hardly affected by light because the ZnO film is transparent to visible light even if light enters the semiconductor active layer. Therefore, a TFT having a ZnO film as a semiconductor active layer hardly causes a problem that it cannot operate normally even when light is incident.

金属酸化物半導体をチャネル層に用いた半導体素子としては他にもIn-Ga-Zn-O系のアモルファス酸化物を用いたTFTが報告されている(非特許文献1)。上記薄膜も室温でプラスチックやガラス基板への作成が可能であり、可視光に対して透明であるという特徴を有している。また、アモルファスIn-Ga-Zn-O膜をチャネル層に用いたTFTでは電界効果移動度が10cm2/Vs程度でノーマリーオフ型のトランジスタ特性が得られており、フレキシブルTFT材料として大きな可能性を有している。 As another semiconductor element using a metal oxide semiconductor for a channel layer, a TFT using an In—Ga—Zn—O-based amorphous oxide has been reported (Non-patent Document 1). The thin film can also be formed on a plastic or glass substrate at room temperature, and is characterized by being transparent to visible light. In addition, TFTs using an amorphous In-Ga-Zn-O film for the channel layer have a field-effect mobility of about 10 cm 2 / Vs and normally-off transistor characteristics. have.

従来、薄膜トランジスタのゲート絶縁層としては、SiOを用いることが一般的である。チャネル層に酸化物を適用したトランジスタにおいても、これらのゲート絶縁層を用いた検討が成されている。また、AlやYなどの高誘電率のゲート絶縁層を用いることで、大きなオン電流を有した薄膜トランジスタを実現しようとする試みも行われている。 Conventionally, SiO 2 is generally used as a gate insulating layer of a thin film transistor. Even in a transistor in which an oxide is applied to a channel layer, studies using these gate insulating layers have been made. Attempts have also been made to realize a thin film transistor having a large on-current by using a gate insulating layer having a high dielectric constant such as Al 2 O 3 or Y 2 O 3 .

SiO膜の形成方法としては、CVD法、スパッタ法、熱酸化法等が一般的であるが、低温プロセスが可能であり、且つ優れた特性の酸化膜が得られるという点でスパッタ法が優位であるといえる。またAlやYなどの金属酸化物からなるゲート絶縁層の形成方法としては、現在、量産性に優れたスパッタリング法が主流となっている。
K.Noumra et. al, Nature 432, 488 (2004)
As a method for forming the SiO 2 film, a CVD method, a sputtering method, a thermal oxidation method, etc. are generally used, but the sputtering method is superior in that a low temperature process is possible and an oxide film having excellent characteristics can be obtained. You can say that. Further, as a method for forming a gate insulating layer made of a metal oxide such as Al 2 O 3 or Y 2 O 3 , a sputtering method that is excellent in mass productivity is currently mainstream.
K. Noumra et.al, Nature 432, 488 (2004)

しかし、チャネル層にアモルファスIn-Ga-Zn-O膜を活性層に用いたボトムゲート型構造のTFTにおいて、スパッタ製膜したSiO、AlおよびYを絶縁層に用いたTFTではヒステリシスが大きく、良好なトランジスタ特性を得ることが難しかった。このとき電界効果移動度は、本来アモルファスIn-Ga-Zn-O膜が持つ物性から予測される移動度の60%程度に留まり、またゲートリーク電流も比較的大きな値を示していた。 However, in a bottom gate type TFT using an amorphous In—Ga—Zn—O film as an active layer for the channel layer, sputtered SiO 2 , Al 2 O 3 and Y 2 O 3 were used for the insulating layer. TFT has a large hysteresis and it is difficult to obtain good transistor characteristics. At this time, the field effect mobility was about 60% of the mobility originally predicted from the physical properties of the amorphous In—Ga—Zn—O film, and the gate leakage current also showed a relatively large value.

本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、ゲート絶縁層構造に工夫を加えることにより、電界効果移動度の低下やヒステリシスを防ぐとともに、ゲートリーク電流を低減できる薄膜トランジスタを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a thin film transistor capable of preventing a reduction in field-effect mobility and hysteresis and reducing a gate leakage current by devising a gate insulating layer structure. For the purpose.

本発明者は上記のチャネル層にアモルファスIn-Ga-Zn-O膜を活性層に用いたボトムゲート型構造のTFT素子を断面透過電子顕微鏡(TEM)で観察したところ、絶縁膜中に径が50nm程度の柱状組織が形成されていることが分かった。Y絶縁膜においては、膜中に多結晶相が形成され、この結晶粒が柱状構造をとっていることが確認された。柱状組織はまた、アモルファス構造の膜においても確認され、単位体積辺りに存在する原子数の疎密により柱状組織が形成されていることがわかった。これらは、電界によって加速された大きなエネルギーを持ったスパッタリングガスイオン、およびイオン化されたターゲット材料が基板に垂直に入射するために、絶縁膜中に柱状構造が形成されやすいものと考えられる。 The present inventor observed a bottom gate type TFT element using an amorphous In—Ga—Zn—O film as an active layer in the channel layer as described above with a cross-sectional transmission electron microscope (TEM). It was found that a columnar structure of about 50 nm was formed. In the Y 2 O 3 insulating film, a polycrystalline phase was formed in the film, and it was confirmed that the crystal grains had a columnar structure. A columnar structure was also confirmed in a film having an amorphous structure, and it was found that a columnar structure was formed due to the density of atoms existing per unit volume. In these cases, it is considered that a columnar structure is easily formed in the insulating film because sputtering gas ions having a large energy accelerated by the electric field and the ionized target material are perpendicularly incident on the substrate.

上記断面TEMの結果から、スパッタ製膜した絶縁層を用いたTFTがヒステリシスが大きく、且つ電界効果移動度が低い原因として、活性層と絶縁膜の界面にキャリアのトラップとなるような柱状組織の境界が存在していたことが考えられる。またゲートリーク電流が大きい理由としては、柱状組織の境界に沿ったリークパスが形成されていたことが挙げられる。このゲートリークは素子の電力消費が増えたり、素子の安定動作を妨げたりする原因となるため極力抑える必要がある。また、粒界が基板に垂直に配向していることに起因して、基板に垂直な方向の破壊強度が低いこともわかった。   From the results of the cross-sectional TEM, the TFT using the sputtered insulating layer has a large hysteresis and a low field-effect mobility, and the columnar structure that becomes a trap of carriers at the interface between the active layer and the insulating film. It is possible that there was a boundary. The reason why the gate leakage current is large is that a leak path is formed along the boundary of the columnar structure. This gate leakage increases the power consumption of the device and prevents stable operation of the device, so it must be suppressed as much as possible. It was also found that the fracture strength in the direction perpendicular to the substrate was low due to the grain boundaries being oriented perpendicular to the substrate.

本発明者は、これらの結果に基づいて、さらに鋭意研究を続けたところ、以下の本発明の薄膜トランジスタを発明するに至った。すなわち、本発明の薄膜トランジスタは、半導体層とゲート絶縁層とを積層した構造を備え、前記半導体層が、In、Sn、Znの少なくとも1つを含む酸化物半導体であって、前記ゲート絶縁層は柱状組織を有し、該柱状組織が前記ゲート絶縁層の層厚方向に対して傾斜していることを特徴とするものである。
Based on these results, the present inventor continued further research and came to invent the following thin film transistor of the present invention. That is, the thin film transistor of the present invention has a structure in which a semiconductor layer and a gate insulating layer are stacked, and the semiconductor layer is an oxide semiconductor containing at least one of In, Sn, and Zn, and the gate insulating layer includes It has a columnar structure, and the columnar structure is inclined with respect to the thickness direction of the gate insulating layer.

本発明の表示装置は、上記本発明の薄膜トランジスタを用いたものである。   The display device of the present invention uses the thin film transistor of the present invention.

本発明によれば、ゲート絶縁層において、半導体層と接する面の柱状組織の径が大きくなるため、界面欠陥が減少し、より高い電界効果移動度を持ち、ヒステリシスの小さいTFTを得ることができる。また、リークパスが電界方向に対して傾きを持ち、リークパス自体も長くなるため、リーク電流が低減し、絶縁耐圧が向上する。さらに、層厚方向と柱状組織の方向が一致していないため、機械的強度を高めることができ、耐久性を向上させることができる。   According to the present invention, in the gate insulating layer, since the diameter of the columnar structure on the surface in contact with the semiconductor layer is increased, interface defects are reduced, and a TFT having higher field effect mobility and low hysteresis can be obtained. . Further, since the leak path has an inclination with respect to the electric field direction and the leak path itself becomes long, the leak current is reduced and the withstand voltage is improved. Furthermore, since the layer thickness direction and the columnar structure do not coincide with each other, the mechanical strength can be increased and the durability can be improved.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1(a)、(b)に本発明の電界効果型薄膜トランジスタの一実施形態の断面図を示す。図1に示すように、基板10上にゲート電極11を設け、ゲート電極11上にゲート絶縁層12、チャネル層(半導体層)13、ソース電極14、ドレイン電極15を設けることにより構成される。なおゲート絶縁層12は傾斜した柱状組織からなる構造を有している。   1A and 1B are cross-sectional views showing an embodiment of a field effect thin film transistor of the present invention. As shown in FIG. 1, a gate electrode 11 is provided on a substrate 10, and a gate insulating layer 12, a channel layer (semiconductor layer) 13, a source electrode 14, and a drain electrode 15 are provided on the gate electrode 11. The gate insulating layer 12 has a structure having an inclined columnar structure.

(ゲート絶縁層)
本実施形態の薄膜トランジスタにおいて、ゲート絶縁層12としては、一般的に用いられているSiOの他に、誘電率の高いAlやY、あるいはこれらを積層した膜のいずれを用いてもよい。特にチャネル層がIn−Ga−Zn−O系酸化物薄膜からなるTFTにおいてYをゲート絶縁層として用いると、高い電界効果移動度や低い閾値を持つTFTが得られ、ヒステリシスも小さくすることができる。ゲート絶縁層の層厚はゲート電極とチャネル層もしくは他の電極との間の絶縁性を確保する厚さであることが要求されるが、100nm以上であればよい。
(Gate insulation layer)
In the thin film transistor of this embodiment, as the gate insulating layer 12, in addition to generally used SiO 2 , any one of Al 2 O 3 and Y 2 O 3 having a high dielectric constant or a film in which these are laminated is used. It may be used. In particular, when Y 2 O 3 is used as a gate insulating layer in a TFT in which a channel layer is formed of an In—Ga—Zn—O-based oxide thin film, a TFT having a high field effect mobility and a low threshold can be obtained, and hysteresis is also reduced. be able to. The layer thickness of the gate insulating layer is required to ensure the insulation between the gate electrode and the channel layer or another electrode, but may be 100 nm or more.

ゲート絶縁層の成膜法としては、スパッタ蒸着法、及び電子ビーム蒸着法、原子層蒸着法などの気相法を用いるのがよい。ゲート絶縁層を一般的にPVD(物理的気相成膜)法で作製した場合、ゲート絶縁層は柱状の組織を持ち、特にスパッタ蒸着法において顕著となる。柱状組織の方向は、蒸着源に対する基板の角度を変えることにより調節することができる。この柱状組織の層厚方向に対する角度の調節は、蒸着源に対して基板を平行位置よりも傾けることにより実現できる。なお、柱状組織は、ゲート絶縁層12の層厚方向に対して時計回りに傾いていても、ゲート絶縁層12の層厚方向に対して柱状組織が反時計回りに傾いていてもよい。   As a method for forming the gate insulating layer, it is preferable to use a vapor deposition method such as a sputter deposition method, an electron beam deposition method, or an atomic layer deposition method. When a gate insulating layer is generally manufactured by a PVD (physical vapor deposition) method, the gate insulating layer has a columnar structure, and is particularly noticeable in a sputter deposition method. The direction of the columnar structure can be adjusted by changing the angle of the substrate with respect to the deposition source. The adjustment of the angle of the columnar structure with respect to the layer thickness direction can be realized by tilting the substrate with respect to the vapor deposition source from a parallel position. Note that the columnar structure may be inclined clockwise with respect to the thickness direction of the gate insulating layer 12, or the columnar structure may be inclined counterclockwise with respect to the layer thickness direction of the gate insulating layer 12.

図2(a)は本実施形態で用いた成膜装置における、蒸着源と基板との配置図であり、図2(b)は絶縁膜中の柱状組織の模式図である。   FIG. 2A is a layout diagram of a vapor deposition source and a substrate in the film forming apparatus used in this embodiment, and FIG. 2B is a schematic diagram of a columnar structure in an insulating film.

また成膜中に基板の角度を変えることにより、ゲート絶縁層12の中に2つ以上の異なる傾斜方向を有する柱状組織を形成することも可能である。例えば図1(b)に示すように、ゲート絶縁層12の中に2つ以上の異なる傾斜方向を有する柱状組織を形成されるように、ゲート絶縁層を二つの領域12a、12bから構成する。領域12aは、チャネル層13と界面を構成する側の領域であって、ゲート絶縁層12の層厚方向に対して柱状組織が時計回りに傾いている。一方、領域12bは、基板10及びゲート電極11と界面を構成する側の領域であって、ゲート絶縁層12の層厚方向に対して柱状組織が反時計回りに傾いている。このように、ゲート絶縁層に2つ以上の異なる傾斜方向を有する柱状組織を形成することで、応力に対する耐性を向上させることができる。例えば、基板にフレキシブル基板を用いた場合には、基板が湾曲してゲート絶縁層12にも応力がかかることになるので、このような、2つ以上の異なる傾斜方向を有する柱状組織を有するゲート絶縁層を好適に用いることができる。   It is also possible to form a columnar structure having two or more different inclination directions in the gate insulating layer 12 by changing the angle of the substrate during film formation. For example, as shown in FIG. 1B, the gate insulating layer is composed of two regions 12a and 12b so that a columnar structure having two or more different inclination directions is formed in the gate insulating layer 12. The region 12 a is a region that forms an interface with the channel layer 13, and the columnar structure is inclined clockwise with respect to the layer thickness direction of the gate insulating layer 12. On the other hand, the region 12 b is a region that forms an interface with the substrate 10 and the gate electrode 11, and the columnar structure is inclined counterclockwise with respect to the thickness direction of the gate insulating layer 12. In this manner, by forming a columnar structure having two or more different inclination directions in the gate insulating layer, resistance to stress can be improved. For example, when a flexible substrate is used as the substrate, the substrate is curved and stress is applied to the gate insulating layer 12 as well. Therefore, such a gate having a columnar structure having two or more different inclination directions is used. An insulating layer can be suitably used.

図3は本発明の薄膜トランジスタのゲート絶縁層、半導体層の模式図を示したものである。図3(a)はゲート絶縁層の基板に対して平行な方向の断面の斜視図である。図3(b)はゲート絶縁層および半導体層の界面を示す斜視図である。なお比較のため、図4に、蒸着源に対して基板を平行位置において作製した、薄膜トランジスタのゲート絶縁層、半導体層の模式図を示している。図4(a)はゲート絶縁層の基板に対して平行な方向の断面の斜視図である。図4(b)はゲート絶縁層および半導体層の界面を示す斜視図である。   FIG. 3 shows a schematic diagram of a gate insulating layer and a semiconductor layer of the thin film transistor of the present invention. FIG. 3A is a perspective view of a cross section in a direction parallel to the substrate of the gate insulating layer. FIG. 3B is a perspective view showing an interface between the gate insulating layer and the semiconductor layer. For comparison, FIG. 4 shows a schematic diagram of a gate insulating layer and a semiconductor layer of a thin film transistor in which a substrate is formed in a parallel position with respect to an evaporation source. FIG. 4A is a perspective view of a cross section in a direction parallel to the substrate of the gate insulating layer. FIG. 4B is a perspective view showing an interface between the gate insulating layer and the semiconductor layer.

本実施形態のゲート絶縁層では、図3に示すように、図4の構成に比べて活性層と接する面の柱状組織の径が大きくなるため、界面欠陥密度が減少する。すなわち、より高い電界効果移動度を持ち、ヒステリシスの小さいTFTを実現することができる。また、リークパスが電界方向に対して傾きを持ち、さらにリークパス自体も長くなるため、リーク電流が低減し、絶縁耐圧が向上する。
また、薄膜を積層して構成されるような極めて薄い構造体においては、膜面に垂直な方向が強度的に最も弱いことが分かっている。本実施形態における絶縁層では、層厚方向と柱状構造の方向が一致していないため、機械的強度を高めることができ、耐久性を向上させることができる。
In the gate insulating layer of this embodiment, as shown in FIG. 3, since the diameter of the columnar structure on the surface in contact with the active layer is larger than that in the configuration of FIG. 4, the interface defect density is reduced. That is, a TFT having higher field effect mobility and low hysteresis can be realized. Further, since the leak path has an inclination with respect to the electric field direction, and the leak path itself becomes longer, the leak current is reduced and the withstand voltage is improved.
Further, it has been found that in a very thin structure configured by stacking thin films, the direction perpendicular to the film surface is the weakest in strength. In the insulating layer in the present embodiment, the layer thickness direction and the columnar structure direction do not coincide with each other, so that the mechanical strength can be increased and the durability can be improved.

なお、本発明者らの鋭意検討によると、特に、この柱状構造の層厚方向に対する傾斜角度が5度以上であることが好ましい。このような絶縁層を有したTFTに対して、特に、ヒステリシスが小さく、特性の優れたTFTを実現できる。傾斜角は5度以上であればよいが、傾斜角が90度に近づく、すなわち、チャネル層に対して平行に近づくに従って、図2(c)に示すように、蒸着粒子の飛来方向に対して、B方向の面ではA方向の面よりも蒸着がしにくくなるため、均一な膜成長が困難になる。よって、傾斜角の上限は均一な膜成長が可能な範囲で規定される。   According to the diligent study by the present inventors, it is particularly preferable that the inclination angle of the columnar structure with respect to the layer thickness direction is 5 degrees or more. With respect to a TFT having such an insulating layer, a TFT having particularly small hysteresis and excellent characteristics can be realized. The inclination angle may be 5 degrees or more, but as the inclination angle approaches 90 degrees, that is, as it approaches parallel to the channel layer, as shown in FIG. The surface in the B direction is harder to deposit than the surface in the A direction, so that uniform film growth becomes difficult. Therefore, the upper limit of the tilt angle is defined within a range where uniform film growth is possible.

(チャネル層)
チャネル層の材料としては、Sn、In、Znの少なくとも1種類の元素を含み構成される酸化物や、アモルファスシリコンよりなるチャネル層を適用することが出来る。本実施形態のゲート絶縁層を適用した場合、電界効果移動度の低下原因となっていた、ゲート絶縁層の界面における柱状組織の径が大きくなる。このため、本来大きな電子キャリア移動度を持つIn-Ga-Zn-O系酸化物薄膜およびZnO薄膜をチャネル層に用いることで、電界効果移動度が大きいTFTを実現することができる。また、Inに対するZnの原子数比が65%以下のIn-Ga-Zn-O系酸化物薄膜は室温で安定なアモルファス相を形成するため、本実施形態のゲート絶縁層とより良好な界面が形成され、特に特性の優れたTFTを得ることができる。また場合によっては、上記チャネル層と絶縁膜との間にアモルファスSiO、アモルファスSiNおよびアモルファスSiONなどの中間層が形成されていても良い。これにより、ゲート絶縁層の能力低下を防止することができ、例えばリーク電流を押さえることができ、トランジスタのオン/オフ比も改善できるという効果が得られる。中間層の成膜法としてはスパッタ法、パルスレーザー蒸着法、電子ビーム蒸着法およびプラズマCVD(化学気相成長)法を用いるのが良いが、成膜法は、これらの方法に限られるのものではない。
(Channel layer)
As a material for the channel layer, an oxide including at least one element of Sn, In, and Zn, or a channel layer made of amorphous silicon can be used. When the gate insulating layer of the present embodiment is applied, the diameter of the columnar structure at the interface of the gate insulating layer, which has been a cause of lowering the field effect mobility, is increased. Therefore, by using an In—Ga—Zn—O-based oxide thin film and a ZnO thin film, which originally have a large electron carrier mobility, for a channel layer, a TFT having a high field effect mobility can be realized. In addition, since an In—Ga—Zn—O-based oxide thin film in which the atomic ratio of Zn to In is 65% or less forms a stable amorphous phase at room temperature, a better interface with the gate insulating layer of this embodiment is obtained. A TFT which is formed and has particularly excellent characteristics can be obtained. In some cases, an intermediate layer such as amorphous SiO, amorphous SiN, or amorphous SiON may be formed between the channel layer and the insulating film. As a result, the capability of the gate insulating layer can be prevented from being lowered, for example, leakage current can be suppressed, and the on / off ratio of the transistor can be improved. As a method for forming the intermediate layer, it is preferable to use a sputtering method, a pulse laser deposition method, an electron beam evaporation method, and a plasma CVD (chemical vapor deposition) method, but the film formation method is limited to these methods. is not.

チャネル層に用いる金属酸化物の成膜法としては、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法および電子ビーム蒸着法、などの気相法を用いるのがよい。尚、気相法の中でも、量産性の点からは、スパッタ法が適している。またアモルファスシリコンの成膜法としては、上記蒸着法、スパッタ法の他にプラズマCVD法や熱CVD法等を用いても良い。しかし、成膜法は、これらの方法に限られるのものではない。   As a film forming method of the metal oxide used for the channel layer, it is preferable to use a vapor phase method such as a sputtering method, a pulse laser vapor deposition method and an electron beam vapor deposition method. Of the vapor phase methods, the sputtering method is suitable from the viewpoint of mass productivity. Further, as a method for forming an amorphous silicon film, a plasma CVD method, a thermal CVD method, or the like may be used in addition to the vapor deposition method and the sputtering method. However, the film forming method is not limited to these methods.

特に金属酸化物をチャネル層に適用した薄膜トランジスタにおいては、良好なTFT特性を得るため、チャネル層に10S/cm以下で0.0001S/cm以上の電気伝導度を有した半絶縁性の酸化物膜をチャネル層に適用することが好ましい。このような電気伝導度を得るためには、チャネル層の材料組成にも依存するが、1014〜1018/cm程度の電子キャリア濃度を有した酸化物膜を形成することが好ましい。 In particular, in a thin film transistor in which a metal oxide is applied to a channel layer, a semi-insulating oxide film having an electric conductivity of 10 S / cm or less and 0.0001 S / cm or more is used for the channel layer in order to obtain good TFT characteristics. It is preferable to apply to the channel layer. In order to obtain such electrical conductivity, it is preferable to form an oxide film having an electron carrier concentration of about 10 14 to 10 18 / cm 3 depending on the material composition of the channel layer.

電気伝導度にして10S/cm以上の場合、ノーマリーオフ・トランジスタを構成することができないし、また、オン・オフ比を大きくすることができない。極端な場合には、ゲート電圧の印加によっても、ソース・ドレイン電極間の電流がオン・オフせず、トランジスタ動作を示さない。一方で、絶縁体、すなわち電気伝導度にして0.0001S/cm以下となると、オン電流を大きくすることができなくなる。極端な場合には、ゲート電圧の印加によっても、ソース・ドレイン電極間の電流がオン・オフせず、トランジスタ動作を示さない。   When the electrical conductivity is 10 S / cm or more, a normally-off transistor cannot be formed, and the on / off ratio cannot be increased. In an extreme case, even when a gate voltage is applied, the current between the source and drain electrodes is not turned on / off, and transistor operation is not exhibited. On the other hand, when the insulator, that is, the electric conductivity is 0.0001 S / cm or less, the on-current cannot be increased. In an extreme case, even when a gate voltage is applied, the current between the source and drain electrodes is not turned on / off, and transistor operation is not exhibited.

通常、酸化物の電気伝導度や電子キャリア濃度を制御するためには、成膜時の酸素分圧を制御することで行う。すなわち、酸素分圧を制御することで、主として薄膜中の酸素欠損量を制御し、これにより電子キャリア濃度を制御する。図5には、In−Ga−Zn−O系酸化物薄膜をスパッタ法で成膜した際の、キャリア濃度の酸素分圧依存性の一例を示す図である。実際に、酸素分圧を高度に制御することで、電子キャリア濃度が1014〜1018/cmで半絶縁性を有した酸化膜の半絶縁性膜を得ることができ、このような薄膜をチャネル層に適用することで良好なTFTを作成することができる。図5に示すように典型的には0.005Pa程度の酸素分圧で成膜することで、半絶縁性の薄膜を得ることができる。0.001Pa以下では絶縁となり、一方で0.01Pa以上では電気伝導度が高すぎ、トランジスタのチャネル層としては不適合である。 Usually, in order to control the electrical conductivity and the electron carrier concentration of an oxide, it is performed by controlling the oxygen partial pressure during film formation. That is, by controlling the oxygen partial pressure, mainly the amount of oxygen vacancies in the thin film is controlled, thereby controlling the electron carrier concentration. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the oxygen partial pressure dependence of the carrier concentration when an In—Ga—Zn—O-based oxide thin film is formed by a sputtering method. Actually, by controlling the oxygen partial pressure to a high degree, an oxide semi-insulating film having an electron carrier concentration of 10 14 to 10 18 / cm 3 and having semi-insulating properties can be obtained. A good TFT can be produced by applying to the channel layer. As shown in FIG. 5, typically, a semi-insulating thin film can be obtained by forming a film at an oxygen partial pressure of about 0.005 Pa. At 0.001 Pa or less, insulation is obtained. On the other hand, at 0.01 Pa or more, the electric conductivity is too high, which is not suitable as a channel layer of a transistor.

ソース電極14、ドレイン電極15、ゲート電極11の材料は、良好な電気伝導性とチャネル層への電気接続を可能とするものであれば特にこだわらない。たとえば、In:Sn、ZnOなどの透明導電膜や、Au、Pt、Al、Niなどの金属膜を用いることができる。 The material of the source electrode 14, the drain electrode 15, and the gate electrode 11 is not particularly limited as long as it can provide good electrical conductivity and electrical connection to the channel layer. For example, a transparent conductive film such as In 2 O 3 : Sn or ZnO or a metal film such as Au, Pt, Al, or Ni can be used.

基板10としては、チャネル層等の材料にもよるが、ガラス基板、金属基板、プラスチック基板、プラスチックフィルムなどを用いることができる。   As the substrate 10, a glass substrate, a metal substrate, a plastic substrate, a plastic film, or the like can be used although depending on a material such as a channel layer.

(TFT特性)
図6に本発明の電界効果型トランジスタの典型的な特性を示す。ソース・ドレイン電極間に5V程度の電圧Vdを印加したとき、ゲート電圧Vgを−1V〜5Vの間で掃引すると、ソース・ドレイン電極間の電流Id(μA)を制御する(オンオフする)ことができる。図6(a)はさまざまなVgでのId−Vd特性、図6(b)はVd=6VにおけるId−Vg特性(トランスファ特性)の例である。
(TFT characteristics)
FIG. 6 shows typical characteristics of the field effect transistor of the present invention. When a voltage Vd of about 5 V is applied between the source and drain electrodes, the current Id (μA) between the source and drain electrodes can be controlled (turned on and off) by sweeping the gate voltage Vg between −1 V and 5 V. it can. FIG. 6A is an example of Id-Vd characteristics at various Vg, and FIG. 6B is an example of Id-Vg characteristics (transfer characteristics) at Vd = 6V.

(ヒステリシス)
図7を用いて、ヒステリシスについて説明する。ヒステリシスとは、TFTトランスファ特性の評価において、図7に示すようにVdを固定して、Vgを掃引(上下)させた際に、Idが電圧上昇時と下降時で異なる値を示すことを言う。ヒステリシスが大きいと、設定したVgに対して得られるIdの値がばらついてしまうため、ヒステリシスが小さい素子が好ましい。
(Hysteresis)
The hysteresis will be described with reference to FIG. In the evaluation of TFT transfer characteristics, hysteresis means that when Vd is fixed and Vg is swept (up and down) as shown in FIG. 7, Id shows different values when the voltage rises and when it falls. . If the hysteresis is large, the value of Id obtained with respect to the set Vg varies. Therefore, an element having a small hysteresis is preferable.

図7(a)と図7(b)はそれぞれ、ゲート絶縁層において、柱状組織が層厚方向に平行に成長している場合と、柱状組織が層厚方向に対して傾斜している場合(以下、柱状傾斜膜)のTFTトランスファ特性の一例を示している。柱状組織が層厚方向に平行に成長しているゲート絶縁層を適用した場合には、図7(a)のようなヒステリシス特性を示すが、それに比べて、本実施形態の柱状傾斜層を適用した場合には、図7(b)のようにヒステリシスの小さい素子とすることができる。さらに、柱状傾斜層を絶縁層として適用した場合、On電流が大きく、電界効果移動度も大きなTFT素子を実現することができる。これは、ゲート絶縁層に本実施形態の構造を持つ絶縁層を適用することで、キャリアがトラップされにくいチャネル層/絶縁層界面が実現されているためと考えられる。   7A and 7B, respectively, in the gate insulating layer, the columnar structure grows in parallel to the layer thickness direction, and the columnar structure inclines with respect to the layer thickness direction ( Hereinafter, an example of the TFT transfer characteristic of the columnar inclined film) is shown. When a gate insulating layer in which a columnar structure grows in parallel with the layer thickness direction is applied, the hysteresis characteristic as shown in FIG. 7A is shown. In such a case, an element having a small hysteresis can be obtained as shown in FIG. Further, when the columnar inclined layer is applied as an insulating layer, a TFT element having a large On current and a large field effect mobility can be realized. This is presumably because a channel layer / insulating layer interface in which carriers are not easily trapped is realized by applying an insulating layer having the structure of this embodiment to the gate insulating layer.

上記薄膜トランジスタの出力端子であるドレインに、有機又は無機のエレクトロルミネッセンス(EL)素子、液晶素子等の表示素子の電極に接続することで表示装置を構成することができる。以下に表示装置の断面図を用いて具体的な表示装置構成の例を説明する。   A display device can be formed by connecting a drain which is an output terminal of the thin film transistor to an electrode of a display element such as an organic or inorganic electroluminescence (EL) element or a liquid crystal element. Hereinafter, an example of a specific display device configuration will be described using a cross-sectional view of the display device.

たとえば図9に示すように、基体111上に、上記非晶質酸化物半導体膜112と、ソース電極113と、ドレイン電極114とゲート絶縁層115と、ゲート電極116から構成されるTFTを形成する。そして、ドレイン電極114に、層間絶縁膜117を介して電極118が接続されており、電極118は発光層119と接し、さらに発光層119が電極120と接している。かかる構成により、発光層119に注入する電流を、ソース電極113からドレイン電極114に非晶質酸化物半導体膜112に形成されるチャネルを介して流れる電流値によって制御することが可能となる。したがってこれをTFTのゲート116の電圧によって制御することができる。ここで、電極118、発光層119、電極120は無機もしくは有機のエレクトロルミネッセンス素子を構成する。   For example, as illustrated in FIG. 9, a TFT including the amorphous oxide semiconductor film 112, the source electrode 113, the drain electrode 114, the gate insulating layer 115, and the gate electrode 116 is formed on the base 111. . An electrode 118 is connected to the drain electrode 114 through an interlayer insulating film 117, the electrode 118 is in contact with the light emitting layer 119, and the light emitting layer 119 is in contact with the electrode 120. With this configuration, the current injected into the light-emitting layer 119 can be controlled by the value of current flowing from the source electrode 113 to the drain electrode 114 through the channel formed in the amorphous oxide semiconductor film 112. Therefore, this can be controlled by the voltage of the gate 116 of the TFT. Here, the electrode 118, the light emitting layer 119, and the electrode 120 constitute an inorganic or organic electroluminescence element.

あるいは、図10に示すように、ドレイン電極114が延長されて電極118を兼ねており、これを高抵抗膜121、122に挟まれた液晶セルや電気泳動型粒子セル123へ電圧を印加する電極118とする構成を取ることができる。液晶セルや電気泳動型粒子セル123、高抵抗層121及び122、電極118、電極120は表示素子を構成する。これら表示素子に印加する電圧を、ソース電極113からドレイン電極114に非晶質酸化物半導体膜112に形成されるチャネルを介して流れる電流値によって制御することが可能となる。したがってこれをTFTのゲート電極116の電圧によって制御することができる。ここで表示素子の表示媒体が流体と粒子を絶縁性被膜中に封止したカプセルであるなら、高抵抗膜121、122は不要である。   Alternatively, as shown in FIG. 10, the drain electrode 114 is extended to serve as the electrode 118, and an electrode for applying a voltage to the liquid crystal cell or the electrophoretic particle cell 123 sandwiched between the high resistance films 121 and 122. 118 can be adopted. The liquid crystal cell, the electrophoretic particle cell 123, the high resistance layers 121 and 122, the electrode 118, and the electrode 120 constitute a display element. The voltage applied to these display elements can be controlled by the value of current flowing from the source electrode 113 to the drain electrode 114 through the channel formed in the amorphous oxide semiconductor film 112. Therefore, this can be controlled by the voltage of the gate electrode 116 of the TFT. Here, if the display medium of the display element is a capsule in which a fluid and particles are sealed in an insulating film, the high resistance films 121 and 122 are unnecessary.

上述の2例においてTFTとしては、トップゲートのコプレナー型の構成で代表させたが、本発明は必ずしも本構成に限定されるものではない。例えば、TFTの出力端子であるドレイン電極と表示素子の接続が位相幾何的に同一であれば、スタガ型等他の構成も可能である。   In the above-described two examples, the TFT is represented by a top gate coplanar configuration, but the present invention is not necessarily limited to this configuration. For example, if the connection between the drain electrode, which is the output terminal of the TFT, and the display element are topologically identical, other configurations such as a staggered type are possible.

また、上述の2例においては、表示素子を駆動する一対の電極が、基体と平行に設けられた例を図示したが、本実施形態は必ずしも本構成に限定されるものではない。例えば、TFTの出力端子であるドレイン電極と表示素子の接続が位相幾何的に同一であれば、いずれかの電極もしくは両電極が基体と垂直に設けられていてもよい。   In the two examples described above, an example in which a pair of electrodes for driving the display element is provided in parallel with the base body is illustrated, but the present embodiment is not necessarily limited to this configuration. For example, as long as the connection between the drain electrode, which is the output terminal of the TFT, and the display element are topologically the same, either electrode or both electrodes may be provided perpendicular to the substrate.

さらに、上述の2例においては、表示素子に接続されるTFTをひとつだけ図示したが、本発明は必ずしも本構成に限定されるものではない。例えば、図中に示したTFTがさらに本発明による別のTFTに接続されていてもよく、図中のTFTはそれらTFTによる回路の最終段であればよい。   Furthermore, in the above two examples, only one TFT connected to the display element is illustrated, but the present invention is not necessarily limited to this configuration. For example, the TFT shown in the figure may be further connected to another TFT according to the present invention, and the TFT in the figure may be the final stage of the circuit using these TFTs.

ここで、表示素子を駆動する一対の電極が、基体と平行に設けられた場合、表示素子がEL素子もしくは反射型液晶素子等の反射型表示素子ならば、いずれかの電極が発光波長もしくは反射光の波長に対して透明である必要がある。あるいは透過型液晶素子等の透過型表示素子ならば、両電極とも透過光に対して透明である必要がある。   Here, when a pair of electrodes for driving the display element is provided in parallel with the substrate, if the display element is a reflective display element such as an EL element or a reflective liquid crystal element, any one of the electrodes has an emission wavelength or a reflection wavelength. It must be transparent to the wavelength of light. Alternatively, in the case of a transmissive display element such as a transmissive liquid crystal element, both electrodes need to be transparent to transmitted light.

さらに本実施形態のTFTでは、全ての構成体を透明にすることも可能であり、これにより、透明な表示素子を形成することもできる。また、軽量可撓で透明な樹脂製プラスチック基板など低耐熱性基体の上にも、かかる表示素子を設けることができる。   Furthermore, in the TFT of this embodiment, it is possible to make all the constituents transparent, thereby forming a transparent display element. Further, such a display element can be provided on a low heat-resistant substrate such as a lightweight, flexible and transparent resin plastic substrate.

次に、EL素子(ここでは有機EL素子)と薄膜トランジスタを含む画素を二次元状に配置した表示装置について図11を用いて説明する。   Next, a display device in which pixels including an EL element (here, an organic EL element) and a thin film transistor are two-dimensionally arranged will be described with reference to FIGS.

図11において、181は有機EL層184を駆動するトランジスタであり、182は画素を選択するトランジスタである。また、コンデンサ183は選択された状態を保持するためのものであり、共通電極線187とトランジスタ182のソース部分との間に電荷を蓄え、トランジスタ181のゲートの信号を保持している。画素選択は走査電極線185と信号電極線186により決定される。   In FIG. 11, reference numeral 181 denotes a transistor that drives the organic EL layer 184, and reference numeral 182 denotes a transistor that selects a pixel. The capacitor 183 is for holding a selected state, stores electric charge between the common electrode line 187 and the source portion of the transistor 182, and holds a signal of the gate of the transistor 181. Pixel selection is determined by the scanning electrode line 185 and the signal electrode line 186.

より具体的に説明すると、画像信号がドライバ回路(不図示)から走査電極185を通してゲート電極へパルス信号で印加される。それと同時に、別のドライバ回路(不図示)から信号電極186を通してやはりパスル信号でトランジスタ182へと印加されて画素が選択される。そのときトランジスタ182がONとなり信号電極線186とトランジスタ182のソースの間にあるコンデンサ183に電荷が蓄積される。これによりトランジスタ181のゲート電圧が所望の電圧に保持されトランジスタ181はONになる。この状態は次の信号を受け取るまで保持される。トランジスタ181がONである状態の間、有機EL層184には電圧、電流が供給され続け発光が維持されることになる。   More specifically, an image signal is applied as a pulse signal from a driver circuit (not shown) to the gate electrode through the scanning electrode 185. At the same time, a pixel is selected by applying another pulse signal from another driver circuit (not shown) to the transistor 182 through the signal electrode 186. At that time, the transistor 182 is turned on, and charge is accumulated in the capacitor 183 between the signal electrode line 186 and the source of the transistor 182. As a result, the gate voltage of the transistor 181 is maintained at a desired voltage, and the transistor 181 is turned on. This state is maintained until the next signal is received. While the transistor 181 is ON, voltage and current are continuously supplied to the organic EL layer 184 and light emission is maintained.

この図11の例では1画素にトランジスタ2ヶ、コンデンサー1ヶの構成であるが、性能を向上させるために更に多くのトランジスタ等を組み込んでも構わない。本質的なのはトランジスタ部分に本発明の低温で形成でき透明のTFTであるIn-Ga-Zn-O系のTFTを用いることにより、有効なEL素子が得られる。   In the example of FIG. 11, the configuration includes two transistors and one capacitor per pixel, but more transistors and the like may be incorporated in order to improve performance. Essentially, an effective EL element can be obtained by using an In—Ga—Zn—O TFT which is a transparent TFT and can be formed at a low temperature according to the present invention.

次に本発明の実施例について図面を用いて説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施例は、図1(a)に示すボトムゲート型TFT素子を作製した例である。   This example is an example in which the bottom gate TFT element shown in FIG.

また、In−Ga−Zn−O系のアモルファス酸化物からなるチャネル層と多結晶Y膜からなるゲート絶縁層を有してなる。 Further, a channel layer made of an In—Ga—Zn—O-based amorphous oxide and a gate insulating layer made of a polycrystalline Y 2 O 3 film are provided.

まず、ガラス基板上10(コーニング社製1737)に、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート電極11をパターニング形成した。チャネル長は、50μmで、チャネル幅は、200μmである。電極材質はAuであり、厚さは40nmであった。   First, the gate electrode 11 was formed by patterning on the glass substrate 10 (1737 manufactured by Corning) by the photolithography method and the lift-off method. The channel length is 50 μm and the channel width is 200 μm. The electrode material was Au and the thickness was 40 nm.

次に、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート絶縁層12として、厚さ150nmのY膜をパターニング形成した。 Next, a Y 2 O 3 film having a thickness of 150 nm was formed by patterning as the gate insulating layer 12 by photolithography and lift-off.

本実施例では、アルゴンガスと酸素ガスの混合雰囲気中で高周波スパッタ法により、Y多結晶膜を形成した。 In this example, a Y 2 O 3 polycrystalline film was formed by high-frequency sputtering in a mixed atmosphere of argon gas and oxygen gas.

ターゲット(材料源)としては、2インチサイズのY組成を有する焼結体を用い、投入RFパワーは150Wとしている。成膜時の雰囲気は、全圧0.4Paであり、その際ガス流量比はAr:O=100:5であった。成膜時の基板温度は25℃である。本実施例では、蒸着源であるターゲットに対し、基板を平行位置よりも60度傾けてY膜の成膜を行っている。これにより、ゲート絶縁層において、結晶粒よりなる柱状組織が層厚方向に対して傾きを持つ構造が形成される。実際に上記絶縁層のTEM観察を行ったところ、結晶粒よりなる柱状組織が層厚方向に対し約30度傾いていることを確認した。 As a target (material source), a 2-inch sized sintered body having a Y 2 O 3 composition was used, and the input RF power was 150 W. The atmosphere during film formation was a total pressure of 0.4 Pa, and the gas flow rate ratio was Ar: O 2 = 100: 5. The substrate temperature during film formation is 25 ° C. In this embodiment, the Y 2 O 3 film is formed by tilting the substrate 60 degrees from the parallel position with respect to the target as the vapor deposition source. Thereby, in the gate insulating layer, a structure in which the columnar structure made of crystal grains is inclined with respect to the layer thickness direction is formed. When the TEM observation of the insulating layer was actually performed, it was confirmed that the columnar structure made of crystal grains was inclined by about 30 degrees with respect to the layer thickness direction.

次に、ゲート絶縁層上にチャンネル層13としてアモルファス酸化物膜を形成した。本実施例では、アルゴンガスと酸素ガスの混合雰囲気中で高周波スパッタ法により、In−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を形成した。   Next, an amorphous oxide film was formed as a channel layer 13 on the gate insulating layer. In this example, an In—Zn—Ga—O-based amorphous oxide film was formed by high-frequency sputtering in a mixed atmosphere of argon gas and oxygen gas.

本実施例では、ターゲットとしては、2インチサイズのIn、ZnOおよびGa組成を有する焼結体を用いている。成膜時の雰囲気は、全圧0.4Paであり、その際ガス流量比はAr:O=100:1であった。また、基板温度は25℃である。 In this example, a sintered body having a 2 inch size In 2 O 3 , ZnO, and Ga 2 O 3 composition is used as the target. The atmosphere during the film formation was a total pressure of 0.4 Pa, and the gas flow rate ratio was Ar: O 2 = 100: 1. The substrate temperature is 25 ° C.

得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角 0.5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したIn−Zn−Ga−O系膜はアモルファス膜であることが確認された。   With respect to the obtained film, grazing incidence X-ray diffraction (thin film method, incident angle 0.5 degree) was performed on the film surface, but no clear diffraction peak was detected, and the produced In—Zn—Ga—O-based film was amorphous. It was confirmed to be a membrane.

さらに、分光エリプソ測定を行い、パターンの解析を行った結果、薄膜の平均二乗粗さ(Rrms)は約0.5 nmであり、層厚は約50 nmであることが分かった。蛍光X線(XRF)分析の結果、薄膜の金属組成比はIn : Ga : Zn = 54 : 10 : 36であった。   Furthermore, as a result of spectroscopic ellipsometry measurement and pattern analysis, it was found that the mean square roughness (Rrms) of the thin film was about 0.5 nm and the layer thickness was about 50 nm. As a result of X-ray fluorescence (XRF) analysis, the metal composition ratio of the thin film was In: Ga: Zn = 54: 10: 36.

次に、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン電極15及びソース電極14をパターニング形成した。それぞれ電極材質はAuであり、厚さは40nmである。   Next, the drain electrode 15 and the source electrode 14 were formed by patterning using a photolithography method and a lift-off method. The electrode material is Au and the thickness is 40 nm.

(比較例1)
ゲート絶縁層を除いては上記実施例と同様の構成としている。ゲート絶縁層は、Y2O3膜をスパッタ成膜法により成膜し、厚みは150nmである。このとき蒸着源であるターゲットに対し、基板を平行位置においてY膜の成膜を行っている。上記絶縁膜のTEM観察を行ったところ、結晶粒よりなる柱状組織が層厚方向に対し平行に成長していたことが確認された。
(TFT素子の特性評価)
図6に、室温下で測定したTFT素子の電流−電圧特性の一例を示す。図6(a)はId−Vd特性であり、図6(b)はId−Vg特性である。図6(a)に示すように、一定のゲート電圧Vgを印加し、Vdの変化に伴うソース−ドレイン間電流のIdのドレイン電圧Vd依存性を測定すると、Vd= 6 V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。利得特性を調べたところ、Vd= 4 V印加時におけるゲート電圧VGの閾値は約-0.5 Vであった。また比較例1に比べON電流が大きく、Vg=10 V時には、Id=5.0 × 10-4A程度の電流が流れた。また、出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約14cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られ、比較例1に比べ、約15%高い値が得られた。さらに、ゲートリーク電流は比較例1に比べ約一桁低い値を示しており、トランジスタのオン・オフ比も、108超と高い値を示していた。
(Comparative Example 1)
Except for the gate insulating layer, the structure is the same as in the above embodiment. The gate insulating layer is formed by sputtering a Y 2 O 3 film and has a thickness of 150 nm. At this time, a Y 2 O 3 film is formed on the target as a deposition source in a parallel position with the substrate. As a result of TEM observation of the insulating film, it was confirmed that a columnar structure made of crystal grains was grown in parallel to the layer thickness direction.
(Characteristic evaluation of TFT elements)
FIG. 6 shows an example of current-voltage characteristics of the TFT element measured at room temperature. 6A shows the Id-Vd characteristic, and FIG. 6B shows the Id-Vg characteristic. As shown in FIG. 6A, when a constant gate voltage Vg is applied and the dependence of the source-drain current accompanying the change in Vd on the drain voltage Vd dependency of Id is measured, saturation (pinch-off) occurs at about Vd = 6 V. ) Showed the behavior of a typical semiconductor transistor. When the gain characteristics were examined, the threshold value of the gate voltage VG when Vd = 4 V was applied was about −0.5 V. Further, the ON current was larger than that in Comparative Example 1, and when Vg = 10 V, a current of about Id = 5.0 × 10 −4 A flowed. Further, when the field effect mobility was calculated from the output characteristics, a field effect mobility of about 14 cm 2 (Vs) −1 was obtained in the saturation region, and a value about 15% higher than that of Comparative Example 1 was obtained. Furthermore, the gate leakage current was about an order of magnitude lower than that of Comparative Example 1, and the on / off ratio of the transistor was a high value exceeding 10 8 .

また、本実施例のTFTの特性は、比較例1のTFTに比べて、ヒステリシスが小さいという特徴を有している。図7に、本実施例と比較例のId−Vgを図に記して比較している。図7(a)は比較例1、図7(b)は本実施例のTFT特性の一例である。このようにゲート絶縁層にY柱状傾斜膜を適用することで、TFTのヒステリシスを低減することができる。 Further, the characteristics of the TFT of this example are characterized in that the hysteresis is smaller than that of the TFT of Comparative Example 1. In FIG. 7, Id-Vg of the present example and the comparative example are illustrated and compared. 7A shows an example of the TFT characteristics of Comparative Example 1, and FIG. 7B shows an example of the TFT characteristics of this example. Thus, by applying the Y 2 O 3 columnar inclined film to the gate insulating layer, the hysteresis of the TFT can be reduced.

本実施例は、図8に示すボトムゲート型TFT素子を作製した例である。   This example is an example in which the bottom gate type TFT element shown in FIG. 8 was produced.

また、In−Ga−Zn−O系のアモルファス酸化物からなるチャネル層とYからなるゲート絶縁層とそれらの界面に形成されたアモルファスSiOからなる中間層を有してなる。 In addition, a channel layer made of an In—Ga—Zn—O-based amorphous oxide, a gate insulating layer made of Y 2 O 3, and an intermediate layer made of amorphous SiO formed at the interface between them.

まず、ガラス基板上10(コーニング社製1737)に、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ゲート電極11をパターニング形成した。チャネル長は、50μmで、チャネル幅は、200μmである。電極材質はAuであり、厚さは40nmであった。   First, the gate electrode 11 was formed by patterning on the glass substrate 10 (1737 manufactured by Corning) by the photolithography method and the lift-off method. The channel length is 50 μm and the channel width is 200 μm. The electrode material was Au and the thickness was 40 nm.

次に、アルゴンと酸素の混合ガスを雰囲気とした高周波スパッタ法により、Y組成を有する焼結体をターゲットとし、絶縁層12として用いるY多結晶膜を堆積させた。基板温度は25℃であった。本実施例では、蒸着源であるターゲットに対し、基板を平行位置よりも60度傾けてY膜の成膜を行っている。これにより、ゲート絶縁層において、結晶粒よりなる柱状組織が層厚方向に対して傾きを持つ構造が形成される。実際に上記絶縁層のTEM観察を行ったところ、結晶粒よりなる柱状組織が層厚方向に対し30度傾いていることが確認された。 Next, a Y 2 O 3 polycrystalline film used as the insulating layer 12 was deposited by a high-frequency sputtering method using a mixed gas of argon and oxygen as a target with a sintered body having a Y 2 O 3 composition as a target. The substrate temperature was 25 ° C. In this embodiment, the Y 2 O 3 film is formed by tilting the substrate 60 degrees from the parallel position with respect to the target as the vapor deposition source. Thereby, in the gate insulating layer, a structure in which the columnar structure made of crystal grains is inclined with respect to the layer thickness direction is formed. When the TEM observation of the insulating layer was actually performed, it was confirmed that the columnar structure made of crystal grains was inclined by 30 degrees with respect to the layer thickness direction.

その後、中間層16として、厚さ3nmのアモルファスSiN膜を堆積した。本実施例において、アモルファスSiN膜は、プラズマCVD法により堆積した。   Thereafter, an amorphous SiN film having a thickness of 3 nm was deposited as the intermediate layer 16. In this example, the amorphous SiN film was deposited by the plasma CVD method.

得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角 0.5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したSiN膜はアモルファス膜であることが確認された。   With respect to the obtained film, grazing incidence X-ray diffraction (thin film method, incident angle 0.5 degree) was performed on the film surface. As a result, a clear diffraction peak was not detected, and it was confirmed that the produced SiN film was an amorphous film. It was.

次に、アルゴンと酸素の混合ガスを雰囲気とした高周波スパッタ法により、チャンネル層13として用いるIn−Zn−Ga−O系アモルファス酸化物膜を堆積させた。基板温度は25℃であった。蛍光X線(XRF)分析の結果、薄膜の金属組成比はIn : Ga : Zn = 54 : 10 : 36であることを確認している。   Next, an In—Zn—Ga—O-based amorphous oxide film used as the channel layer 13 was deposited by a high-frequency sputtering method using a mixed gas of argon and oxygen as an atmosphere. The substrate temperature was 25 ° C. As a result of X-ray fluorescence (XRF) analysis, it was confirmed that the metal composition ratio of the thin film was In: Ga: Zn = 54: 10: 36.

得られた膜に関し、膜面にすれすれ入射X線回折(薄膜法、入射角 0.5度)を行ったところ、明瞭な回折ピークは検出されず、作製したIn−Zn−Ga−O系膜はアモルファス膜であることが確認された。   With respect to the obtained film, grazing incidence X-ray diffraction (thin film method, incident angle 0.5 degree) was performed on the film surface, but no clear diffraction peak was detected, and the produced In—Zn—Ga—O-based film was amorphous. It was confirmed to be a membrane.

次に、フォトリソグラフィー法とリフトオフ法により、ドレイン電極15及びソース電極14をパターニング形成した。それぞれ電極材質はAuであり、厚さは40nmである。   Next, the drain electrode 15 and the source electrode 14 were formed by patterning using a photolithography method and a lift-off method. The electrode material is Au and the thickness is 40 nm.

(TFT素子の特性評価)
本実施例の薄膜トランジスタは、Vd= 6 V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。トランジスタのオン・オフ比は、108超であり、電界効果移動度は約12cm2(Vs)-1である。
(Characteristic evaluation of TFT elements)
The thin film transistor of this example showed the behavior of a typical semiconductor transistor that saturates (pinch off) at about Vd = 6 V. The on / off ratio of the transistor is over 10 8 and the field effect mobility is about 12 cm 2 (Vs) −1 .

また本実施例のTFTは、ヒステリシス、ゲートリークともに小さいという特徴がある。特に、ヒステリシスに関しては実施例1よりも小さく、ヒステリシス幅にして約15%低い値を示している。   Further, the TFT of this embodiment has a feature that both hysteresis and gate leakage are small. In particular, the hysteresis is smaller than that of the first embodiment, and the hysteresis width is about 15% lower.

このように、ゲート絶縁層とチャネル層との間にアモルファスSiNからなる中間層を設けることで、高い電界効果移動度を保ったまま、TFTのヒステリシスおよびゲートリークを低減することができる。   Thus, by providing the intermediate layer made of amorphous SiN between the gate insulating layer and the channel layer, it is possible to reduce TFT hysteresis and gate leakage while maintaining high field-effect mobility.

本実施例は、プラスチック基板上に、図1(a)に示すトップゲート型TFT素子を作製した例である。   In this example, a top gate type TFT device shown in FIG. 1A is formed on a plastic substrate.

また、In−Ga−Zn−O系のアモルファス酸化物からなるチャネル層とYからなるゲート絶縁層を有してなる。
製法、構成は実施例1に準じている。但し、基板として、ポリエチレン・テレフタレート(PET)フィルムを用いている。
In addition, a channel layer made of an In—Ga—Zn—O-based amorphous oxide and a gate insulating layer made of Y 2 O 3 are provided.
The production method and configuration are the same as in Example 1. However, a polyethylene terephthalate (PET) film is used as the substrate.

(TFT素子の特性評価)
PETフィルム上に形成したTFTを室温下で測定した。トランジスタのオン・オフ比は、105超である。また、電界効果移動度を算出したところ、電界効果移動度は約6cm2(Vs)-1であった。また、実施例1と同等な良好なヒステリシス特性を有している。
(Characteristic evaluation of TFT elements)
The TFT formed on the PET film was measured at room temperature. The on / off ratio of the transistor is more than 10 5 . Further, when the field effect mobility was calculated, the field effect mobility was about 6 cm 2 (Vs) −1 . Moreover, it has a good hysteresis characteristic equivalent to that of the first embodiment.

次にPETフィルム上に作成した素子を、曲率半径30mmで屈曲させ、同様のトランジスタ特性の測定を行ったが、トランジスタ特性に大きな変化は認められず、Y柱状傾斜膜の破壊強度が十分高いことが確認された。 Next, the device prepared on the PET film was bent with a curvature radius of 30 mm, and the same transistor characteristics were measured, but no significant change was observed in the transistor characteristics, and the breakdown strength of the Y 2 O 3 columnar gradient film was It was confirmed that it was high enough.

本実施例は、図1(a)に示すボトムゲート型TFT素子を作製した例である。
製法、構成は実施例1に準じている。但し、ゲート絶縁層12としてSiO膜、チャネル層13として多結晶ZnO膜を用いている。
This example is an example in which the bottom gate TFT element shown in FIG.
The production method and configuration are the same as in Example 1. However, a SiO 2 film is used as the gate insulating layer 12 and a polycrystalline ZnO film is used as the channel layer 13.

ゲート絶縁層に用いたSiO膜の層厚は100nmであり、SiO組成を有する焼結体をターゲットとし、アルゴンと酸素の混合ガスを雰囲気とした高周波スパッタ法によりゲート電極上に堆積させた。基板温度は25℃であった。本実施例では、蒸着源であるターゲットに対し、基板を平行位置よりも60度傾けてSiO膜の成膜を行っている。これにより、ゲート絶縁層において、柱状組織が層厚方向に対して傾きを持つ構造が形成される。実際に上記絶縁膜のTEM観察を行ったところ、柱状組織が層厚方向に対し約25度傾いていることが確認された。 The thickness of the SiO 2 film used for the gate insulating layer was 100 nm, and was deposited on the gate electrode by a high frequency sputtering method using a sintered body having a SiO 2 composition as a target and a mixed gas of argon and oxygen. . The substrate temperature was 25 ° C. In this embodiment, the SiO 2 film is formed by tilting the substrate by 60 degrees from the parallel position with respect to the target as the vapor deposition source. As a result, in the gate insulating layer, a structure in which the columnar structure is inclined with respect to the layer thickness direction is formed. When the TEM observation of the insulating film was actually performed, it was confirmed that the columnar structure was inclined by about 25 degrees with respect to the layer thickness direction.

またチャネル層に用いたZnO膜の膜厚は50nmであり、ZnO組成を有する焼結体をターゲットとし、アルゴンと酸素の混合ガスを雰囲気とした高周波スパッタ法によりゲート絶縁層上に堆積させた。基板温度は25℃であった。   The ZnO film used for the channel layer had a thickness of 50 nm, and was deposited on the gate insulating layer by a high frequency sputtering method using a sintered body having a ZnO composition as a target and a mixed gas of argon and oxygen. The substrate temperature was 25 ° C.

(比較例2)
ゲート絶縁層を除いては上記実施例と同様の構成としている。ゲート絶縁層は、SiO膜をスパッタ成膜法により成膜し、厚みは100nmである。このとき蒸着源であるターゲットに対し、基板を平行位置においてSiO膜の成膜を行っている。上記絶縁膜のTEM観察を行ったところ、柱状組織が層厚方向に対し平行に成長していたことが確認された。
(Comparative Example 2)
Except for the gate insulating layer, the structure is the same as in the above embodiment. As the gate insulating layer, a SiO 2 film is formed by sputtering, and the thickness is 100 nm. At this time, a SiO 2 film is formed on the target as a vapor deposition source in a parallel position with the substrate. As a result of TEM observation of the insulating film, it was confirmed that the columnar structure was grown in parallel to the layer thickness direction.

(TFT素子の特性評価)
本実施例の薄膜トランジスタは、Vd= 6 V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約60cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られ、比較例2に比べ、約7%高い値が得られた。さらに、ゲートリーク電流は比較例2に比べ約1桁低い値を示しており、トランジスタのオン・オフ比も、10超と高い値を示していた。
また、本実施例のTFTの特性は、比較例2のTFTに比べて、ヒステリシスが小さいという特徴を有している。このようにゲート絶縁層にSiO柱状傾斜膜を適用することで、TFTのヒステリシスを低減することができる。
(Characteristic evaluation of TFT elements)
The thin film transistor of this example showed the behavior of a typical semiconductor transistor that saturates (pinch off) at about Vd = 6 V. When the field effect mobility was calculated from the output characteristics, a field effect mobility of about 60 cm 2 (Vs) −1 was obtained in the saturation region, and a value about 7% higher than that of Comparative Example 2 was obtained. Furthermore, the gate leakage current was about one order of magnitude lower than that of Comparative Example 2, and the on / off ratio of the transistor was a high value exceeding 10 6 .
Further, the characteristics of the TFT of this example are characterized in that the hysteresis is smaller than that of the TFT of Comparative Example 2. Thus, by applying the SiO 2 columnar inclined film to the gate insulating layer, the hysteresis of the TFT can be reduced.

本実施例は、図1(a)に示すボトムゲート型TFT素子を作製した例である。
製法、構成は実施例1に準じている。但し、ゲート絶縁層12としてSiO膜、チャネル層13としてアモルファスSiを用いている。
This example is an example in which the bottom gate TFT element shown in FIG.
The production method and configuration are the same as in Example 1. However, a SiO 2 film is used as the gate insulating layer 12 and amorphous Si is used as the channel layer 13.

ゲート絶縁層に用いたSiO膜の層厚は100nmであり、SiO組成を有する焼結体をターゲットとし、アルゴンと酸素の混合ガスを雰囲気とした高周波スパッタ法によりゲート電極上に堆積させた。基板温度は25℃であった。本実施例では、蒸着源であるターゲットに対し、基板を平行位置よりも60度傾けてSiO膜の成膜を行っている。これにより、ゲート絶縁層において、柱状組織が層厚方向に対して傾きを持つ構造が形成される。実際に上記絶縁膜のTEM観察を行ったところ、柱状組織が層厚方向に対し約30度傾いていることが確認された。 The thickness of the SiO 2 film used for the gate insulating layer was 100 nm, and was deposited on the gate electrode by a high frequency sputtering method using a sintered body having a SiO 2 composition as a target and a mixed gas of argon and oxygen. . The substrate temperature was 25 ° C. In this embodiment, the SiO 2 film is formed by tilting the substrate by 60 degrees from the parallel position with respect to the target as the vapor deposition source. As a result, in the gate insulating layer, a structure in which the columnar structure is inclined with respect to the layer thickness direction is formed. When the TEM observation of the insulating film was actually performed, it was confirmed that the columnar structure was inclined by about 30 degrees with respect to the layer thickness direction.

またチャネル層に用いたアモルファスSi膜の厚みは50nmであり、Siターゲットを用いて、アルゴンと酸素の混合ガスを雰囲気とした高周波スパッタ法により堆積させた。基板温度は25℃であった。   The amorphous Si film used for the channel layer had a thickness of 50 nm, and was deposited by a high frequency sputtering method using a Si target and an atmosphere of a mixed gas of argon and oxygen. The substrate temperature was 25 ° C.

(比較例3)
ゲート絶縁層を除いては上記実施例と同様の構成としている。ゲート絶縁層は、SiO膜をスパッタ成膜法により成膜し、厚みは100nmである。このとき蒸着源であるターゲットに対し、基板を平行位置においてSiO膜の成膜を行っている。上記絶縁層のTEM観察を行ったところ、柱状組織が層厚方向に対し平行に成長していたことが確認された。
(Comparative Example 3)
Except for the gate insulating layer, the structure is the same as in the above embodiment. As the gate insulating layer, a SiO 2 film is formed by sputtering, and the thickness is 100 nm. At this time, a SiO 2 film is formed on the target as a vapor deposition source in a parallel position with the substrate. When the TEM observation of the insulating layer was performed, it was confirmed that the columnar structure had grown in parallel to the layer thickness direction.

(TFT素子の特性評価)
本実施例の薄膜トランジスタは、Vd= 6 V程度で飽和(ピンチオフ)する典型的な半導体トランジスタの挙動を示した。出力特性から電界効果移動度を算出したところ、飽和領域において約0.5cm2(Vs)-1の電界効果移動度が得られた。またゲートリーク電流は比較例3に比べ約1桁低い値を示しており、トランジスタのオン・オフ比も、106超と高い値を示していた。
また、本実施例のTFTの特性は、比較例3のTFTに比べて、ヒステリシスが小さいという特徴を有している。このようにゲート絶縁層にSiO柱状傾斜膜を適用することで、TFTのヒステリシスを低減することができる。
(Characteristic evaluation of TFT elements)
The thin film transistor of this example showed the behavior of a typical semiconductor transistor that saturates (pinch off) at about Vd = 6 V. When the field effect mobility was calculated from the output characteristics, a field effect mobility of about 0.5 cm 2 (Vs) −1 was obtained in the saturation region. Further, the gate leakage current was about one order of magnitude lower than that of Comparative Example 3, and the on / off ratio of the transistor was a high value exceeding 10 6 .
Further, the characteristics of the TFT of this example are characterized in that the hysteresis is smaller than that of the TFT of Comparative Example 3. Thus, by applying the SiO 2 columnar inclined film to the gate insulating layer, the hysteresis of the TFT can be reduced.

本実施例では図10のTFTを用いた表示装置について説明する。TFTの製造工程は実施例1に準じている。上記TFTにおいて、ドレイン電極をなすITO膜の島の短辺を100μmまで延長し、延長された90μmの部分を残し、ソース電極およびゲート電極への配線を確保した上で、TFTを絶縁層で被覆する。この上にポリイミド膜を塗布し、ラビング工程を施す。一方で、同じくプラスチック基板上にITO膜とポリイミド膜を形成し、ラビング工程を施したものを用意し、上記TFTを形成した基板と5μmの空隙を空けて対向させ、ここにネマチック液晶を注入する。さらにこの構造体の両側に一対の偏光板を設ける。ここで、TFTのソース電極に電圧を印加し、ゲート電極の印加電圧を変化させると、ドレイン電極から延長されたITO膜の島の一部である30μm×90μmの領域のみ、光透過率が変化する。またその透過率は、TFTがオン状態となるゲート電圧の下ではソース−ドレイン間電圧によっても連続的に変化させることができる。かようにして、図7に対応した、液晶セルを表示素子とする表示装置を作成する。   In this embodiment, a display device using the TFT of FIG. 10 will be described. The manufacturing process of the TFT is in accordance with Example 1. In the above TFT, extend the short side of the ITO film island forming the drain electrode to 100 μm, leave the extended 90 μm portion, and secure the wiring to the source and gate electrodes, and then cover the TFT with an insulating layer To do. A polyimide film is applied thereon and a rubbing process is performed. On the other hand, an ITO film and a polyimide film are similarly formed on a plastic substrate, and a rubbing process is prepared. The substrate on which the TFT is formed is opposed to the substrate with a 5 μm gap, and a nematic liquid crystal is injected therein. . Further, a pair of polarizing plates is provided on both sides of the structure. Here, when a voltage is applied to the source electrode of the TFT and the applied voltage of the gate electrode is changed, the light transmittance changes only in the 30 μm × 90 μm region that is a part of the island of the ITO film extended from the drain electrode. To do. The transmittance can be continuously changed by the source-drain voltage under the gate voltage at which the TFT is turned on. In this way, a display device having a liquid crystal cell as a display element corresponding to FIG. 7 is produced.

本実施例において、TFTを形成する基板として白色のプラスチック基板を用い、TFTの各電極を金に置き換え、ポリイミド膜と偏光板を廃する構成とする。そして、白色と透明のプラスチック基板の空隙に粒子と流体を絶縁性皮膜にて被覆したカプセルを充填させる構成とする。この構成の表示装置の場合、本TFTによって延長されたドレイン電極と上部のITO膜間の電圧が制御され、よってカプセル内の粒子が上下に移動する。それによって、透明基板側から見た延長されたドレイン電極領域の反射率を制御することで表示を行うことができる。   In this embodiment, a white plastic substrate is used as a substrate for forming a TFT, each electrode of the TFT is replaced with gold, and the polyimide film and the polarizing plate are discarded. And it is set as the structure filled with the capsule which coat | covered the particle | grains and fluid with the insulating film in the space | gap of a white and transparent plastic substrate. In the case of a display device having this configuration, the voltage between the drain electrode extended by the TFT and the ITO film on the upper part is controlled, and thus the particles in the capsule move up and down. Accordingly, display can be performed by controlling the reflectance of the extended drain electrode region viewed from the transparent substrate side.

また、本実施例において、TFTを複数隣接して形成して、たとえば、通常の4トランジスタ1キャパシタ構成の電流制御回路を構成し、その最終段トランジスタのひとつを図9のTFTとして、EL素子を駆動することもできる。たとえば、上述のITO膜をドレイン電極とするTFTを用いる。そして、ドレイン電極から延長されたITO膜の島の一部である30μm×90μmの領域に電荷注入層と発光層からなる有機エレクトロルミネッセンス素子を形成する。こうして、EL素子を用いる表示装置を形成することができる。   In this embodiment, a plurality of TFTs are formed adjacent to each other to form a current control circuit having a normal 4-transistor 1-capacitor configuration, for example, and one of the final stage transistors is set as the TFT in FIG. It can also be driven. For example, a TFT using the above ITO film as a drain electrode is used. Then, an organic electroluminescence element composed of a charge injection layer and a light emitting layer is formed in a 30 μm × 90 μm region which is a part of the island of the ITO film extended from the drain electrode. Thus, a display device using an EL element can be formed.

実施例6の表示素子とTFTとを二次元に配列させる。たとえば、実施例6の液晶セルやEL素子等の表示素子と、TFTとを含めて約30μm×115μmの面積を占める画素を、短辺方向に40μmピッチ、長辺方向に120μmピッチでそれぞれ7425×1790個方形配列する。そして、長辺方向に7425個のTFTのゲート電極を貫くゲート配線を1790本、1790個のTFTのソース電極が非晶質酸化物半導体膜の島から5μmはみ出した部分を短辺方向に貫く信号配線を7425本設ける。そして、それぞれをゲートドライバ回路、ソースドライバ回路に接続する。さらに液晶表示素子の場合、液晶表示素子と同サイズで位置を合わせRGBが長辺方向に反復するカラーフィルタを表面に設ければ、約211 ppiでA4サイズのアクティブマトリクス型カラー画像表示装置を構成することができる。   The display element and TFT of Example 6 are arranged two-dimensionally. For example, the pixel occupying an area of about 30 μm × 115 μm including the display element such as the liquid crystal cell and EL element of Example 6 and the TFT is 7425 × at a pitch of 40 μm in the short side direction and 120 μm in the long side direction. 1790 square array. Then, there are 1790 gate wirings penetrating the gate electrodes of 7425 TFTs in the long side direction, and signals that the source electrodes of the 1790 TFTs protrude 5 μm from the island of the amorphous oxide semiconductor film in the short side direction. Provide 7425 wires. Then, each is connected to a gate driver circuit and a source driver circuit. Furthermore, in the case of a liquid crystal display element, an A4 size active matrix color image display device can be constructed at approximately 211 ppi if a color filter with the same size as the liquid crystal display element is aligned and RGB is repeated on the long side. can do.

また、EL素子においても、ひとつのEL素子に含まれる2TFTのうち第一TFTのゲート電極をゲート線に配線し、第二TFTのソース電極を信号線に配線し、さらに、EL素子の発光波長を長辺方向にRGBで反復させる。こうすることで、同じ解像度の発光型カラー画像表示装置を構成することができる。   Also in the EL element, the gate electrode of the first TFT of the two TFTs included in one EL element is wired to the gate line, the source electrode of the second TFT is wired to the signal line, and the emission wavelength of the EL element is further increased. Is repeated in RGB in the long side direction. In this way, a light emitting color image display device having the same resolution can be configured.

ここで、アクティブマトリクスを駆動するドライバ回路は、画素のTFTと同じ本発明のTFTを用いて構成しても良いし、既存のICチップを用いても良い。   Here, the driver circuit for driving the active matrix may be configured by using the same TFT of the present invention as the pixel TFT, or an existing IC chip may be used.

本発明の薄膜トランジスタは、PETフィルムをはじめとするフレキシブル素材や光透過性基板上に形成することができる。フレキシブル素材の上に形成した場合には、湾曲させた状態でのスイッチングが可能であり、光透過性基板上に形成した場合には、波長400nm以上の可視光・赤外光に対して透明とできる。これらの性質を利用し、本発明の薄膜トランジスタはLCDや有機ELディスプレイのスイッチング素子として応用することができ、フレキシブル・ディスプレイをはじめ、シースルー型のディスプレイ、ICカードやIDタグなどに幅広く応用できる。   The thin film transistor of the present invention can be formed on a flexible material such as a PET film or a light transmissive substrate. When formed on a flexible material, switching in a curved state is possible, and when formed on a light-transmitting substrate, it is transparent to visible and infrared light having a wavelength of 400 nm or more. it can. Utilizing these properties, the thin film transistor of the present invention can be applied as a switching element of an LCD or an organic EL display, and can be widely applied to a flexible display, a see-through display, an IC card, an ID tag, and the like.

本発明の薄膜トランジスタの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the thin-film transistor of this invention. 本発明で用いた製膜装置における、蒸着源と基板、および絶縁膜中の柱状組織の模式図を示す図である。It is a figure which shows the schematic diagram of the columnar structure | tissue in a vapor deposition source, a board | substrate, and an insulating film in the film forming apparatus used by this invention. 本発明の薄膜トランジスタのゲート絶縁層、半導体層の模式図を示したものであり、(a)はゲート絶縁層の基板に対して平行な方向の断面の斜視図、(b)はゲート絶縁層および半導体層の界面を示す斜視図である。1A and 1B are schematic views of a gate insulating layer and a semiconductor layer of a thin film transistor of the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view of a cross section in a direction parallel to the substrate of the gate insulating layer, and FIG. It is a perspective view which shows the interface of a semiconductor layer. 蒸着源に対して基板を平行位置において作製した、ゲート絶縁層、半導体層の模式図を示したものであり、(a)はゲート絶縁層の基板に対して平行な方向の断面の斜視図、(b)はゲート絶縁層および半導体層の界面を示す斜視図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a gate insulating layer and a semiconductor layer produced in a parallel position with respect to a vapor deposition source, (a) is a perspective view of a cross section in a direction parallel to the substrate of the gate insulating layer; (B) is a perspective view showing an interface between a gate insulating layer and a semiconductor layer. In−Ga−Zn−O系アモルファス酸化物膜の電子キャリア濃度と成膜中の酸素分圧の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electron carrier density | concentration of an In-Ga-Zn-O type amorphous oxide film, and the oxygen partial pressure during film-forming. 本発明の薄膜トランジスタのTFT特性を示すグラフである。It is a graph which shows the TFT characteristic of the thin-film transistor of this invention. 本発明の薄膜トランジスタのヒステリシス特性を示すグラフである。It is a graph which shows the hysteresis characteristic of the thin-film transistor of this invention. 本発明の薄膜トランジスタの構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the thin-film transistor of this invention. 本発明に係わる表示装置の一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the display apparatus concerning this invention. 本発明に係わる表示装置の他の例の断面図である。It is sectional drawing of the other example of the display apparatus concerning this invention. 有機EL素子と薄膜トランジスタを含む画素を二次元状に配置した表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the display apparatus which has arrange | positioned the pixel containing an organic EL element and a thin-film transistor two-dimensionally.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板
11 ゲート電極
12 ゲート絶縁層
13 チャネル層
14 ソース電極
15 ドレイン電極
16 中間層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 11 Gate electrode 12 Gate insulating layer 13 Channel layer 14 Source electrode 15 Drain electrode 16 Intermediate layer

Claims (11)

半導体層とゲート絶縁層とを積層した構造を備え、
前記半導体層が、In、Sn、Znの少なくとも1つを含む酸化物半導体であって、
前記ゲート絶縁層は柱状組織を有し、該柱状組織が前記ゲート絶縁層の層厚方向に対して傾斜していることを特徴とする薄膜トランジスタ。
It has a structure in which a semiconductor layer and a gate insulating layer are stacked,
The semiconductor layer is an oxide semiconductor containing at least one of In, Sn, and Zn,
The gate insulating layer has a columnar structure, and the columnar structure is inclined with respect to a layer thickness direction of the gate insulating layer.
前記ゲート絶縁層が、Y2O3、Al2O3、SiO2の少なくともいずれか1つを含む請求項1に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the gate insulating layer includes at least one of Y2O3, Al2O3, and SiO2. 前記ゲート絶縁層の層厚方向に対する、前記柱状組織の傾斜角度が少なくとも5度であることを特徴とする請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタ。   3. The thin film transistor according to claim 1, wherein an inclination angle of the columnar structure with respect to a layer thickness direction of the gate insulating layer is at least 5 degrees. 前記半導体層が、In、Ga及びZnを含む酸化物半導体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the semiconductor layer is an oxide semiconductor containing In, Ga, and Zn. 前記半導体層が、ZnOであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。   The thin film transistor according to claim 1, wherein the semiconductor layer is ZnO. 前記ゲート絶縁層と前記半導体層との間に中間層を有することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an intermediate layer between the semiconductor layer and the gate insulating layer. 前記中間層がアモルファスSi酸化膜、アモルファスSi窒化膜およびアモルファスSi酸窒化膜の少なくともいずれか1つを含む請求項に記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 6 , wherein the intermediate layer includes at least one of an amorphous Si oxide film, an amorphous Si nitride film, and an amorphous Si oxynitride film. 表示素子の電極に、請求項1からのいずれか1項に記載の薄膜トランジスタのソース又はドレイン電極が接続されている表示装置。 The electrodes of the display elements, the display source or drain electrode of the thin film transistor according to any one of claims 1 to 7 is connected to the device. 前記表示素子がエレクトロルミネッセンス素子である、請求項に記載の表示装置。 The display device according to claim 8 , wherein the display element is an electroluminescence element. 前記表示素子が液晶セルである、請求項に記載の表示装置。 The display device according to claim 9 , wherein the display element is a liquid crystal cell. 基板上に前記表示素子及び前記薄膜トランジスタが二次元的に複数配されている請求項から10のいずれか1項に記載の表示装置。 Display device according to any one of claims 8 to the display element and the thin film transistor on the substrate are two-dimensionally a plurality placed 10.
JP2006076841A 2006-03-20 2006-03-20 Thin film transistor and display device Expired - Fee Related JP5084160B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006076841A JP5084160B2 (en) 2006-03-20 2006-03-20 Thin film transistor and display device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006076841A JP5084160B2 (en) 2006-03-20 2006-03-20 Thin film transistor and display device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007258223A JP2007258223A (en) 2007-10-04
JP5084160B2 true JP5084160B2 (en) 2012-11-28

Family

ID=38632190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006076841A Expired - Fee Related JP5084160B2 (en) 2006-03-20 2006-03-20 Thin film transistor and display device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5084160B2 (en)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010010802A1 (en) * 2008-07-24 2010-01-28 独立行政法人科学技術振興機構 P-CHANNEL THIN-FILM TRANSISTOR AND PROCESS FOR PRODUCING THE p-CHANNEL THIN-FILM TRANSISTOR
TWI577027B (en) 2008-07-31 2017-04-01 半導體能源研究所股份有限公司 Semiconductor device and method for manufacturing the same
US9666719B2 (en) 2008-07-31 2017-05-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
US8945981B2 (en) 2008-07-31 2015-02-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4752925B2 (en) 2009-02-04 2011-08-17 ソニー株式会社 Thin film transistor and display device
JP2010245366A (en) 2009-04-08 2010-10-28 Fujifilm Corp Electronic device, method of manufacturing the same, and display device
KR20120102653A (en) * 2009-10-30 2012-09-18 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device and method for manufacturing the same
KR101700154B1 (en) * 2009-11-20 2017-01-26 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Latch circuit and circuit
KR101729933B1 (en) * 2009-12-18 2017-04-25 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Non-volatile latch circuit and logic circuit, and semiconductor device using the same
EP2348531B1 (en) * 2010-01-26 2021-05-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Thin film transistor and method of manufacturing the same
KR20110088390A (en) * 2010-01-26 2011-08-03 삼성전자주식회사 Thin film transistor and manufacturing method of the same
WO2011111529A1 (en) * 2010-03-12 2011-09-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
KR102436902B1 (en) 2010-04-02 2022-08-25 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device
JP2011222767A (en) 2010-04-09 2011-11-04 Sony Corp Thin film transistor, display device, and electronic device
WO2011158703A1 (en) 2010-06-18 2011-12-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
US8508276B2 (en) * 2010-08-25 2013-08-13 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device including latch circuit
WO2013180040A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
KR102293488B1 (en) * 2015-03-12 2021-08-26 주성엔지니어링(주) Thin film transistor substrate and method of manufacturing the same
KR102293486B1 (en) * 2015-03-12 2021-08-26 주성엔지니어링(주) Thin film transistor substrate and method of manufacturing the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0682642A (en) * 1992-03-06 1994-03-25 Fujitsu Ltd Optical circuit device ad its production and multilayered optical circuit formed by using the device
JP2002229480A (en) * 2001-02-07 2002-08-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd Display device, liquid crystal display device and semiconductor device for display device
JP2002289859A (en) * 2001-03-23 2002-10-04 Minolta Co Ltd Thin-film transistor
JP4325479B2 (en) * 2003-07-17 2009-09-02 セイコーエプソン株式会社 Organic transistor manufacturing method, active matrix device manufacturing method, display device manufacturing method, and electronic device manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007258223A (en) 2007-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5084160B2 (en) Thin film transistor and display device
KR101028722B1 (en) Thin-film transistor and display deivce oxide semiconductor and gate dielectric having an oxygen concentration gradient
JP5196813B2 (en) Field effect transistor using amorphous oxide film as gate insulating layer
JP5305630B2 (en) Manufacturing method of bottom gate type thin film transistor and manufacturing method of display device
KR101142327B1 (en) Field effect transistor using oxide film for channel and method of manufacturing the same
JP5354999B2 (en) Method for manufacturing field effect transistor
JP4850457B2 (en) Thin film transistor and thin film diode
JP5196870B2 (en) Electronic device using oxide semiconductor and method for manufacturing the same
JP5177954B2 (en) Field effect transistor
US9768322B2 (en) Metal oxide TFT with improved source/drain contacts and reliability
KR101186858B1 (en) Field-effect transistor using amorphous oxide
JP2009206508A (en) Thin film transistor and display

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20080207

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20090220

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090310

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20100201

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20100630

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120419

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120508

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120709

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120828

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120904

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5084160

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150914

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees