JP5294651B2 - インバータの作製方法及びインバータ - Google Patents
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Description
Ids=(W・Ci・μ/2L)・(Vgs−Vth)2 (1)
ここでLはチャネル長(単位:μm)、Wはチャネル幅(μm)、Ciはゲート絶縁膜容量(F/cm2)、μは電界効果移動度(cm2/Vs)、Vthは閾値電圧(V)である。
本発明の第1の実施形態によるインバータの断面図の一部を図3に示す。
本発明の第2の実施形態である表示装置の断面図の一部を図4に示す。
本発明において、上記電磁波とは、ラジオ波、マイクロ波等の高周波及び、紫外線、可視光線、赤外線、x線、γ線などの光も含むものである。
本発明においては、各種材料における抵抗率や比熱、特定の波長における吸収係数の違いを利用する誘導加熱を行うことで、選択加熱を行うことが可能である。
A:前記第1のトランジスタのソース電極の構成材料と前記第2のトランジスタのソース電極の構成材料とが互いに異なる構成。
B:前記第1のトランジスタのドレイン電極の構成材料と前記第2のトランジスタのドレイン電極の構成材料とが互いに異なる構成。
C:前記第1のトランジスタのゲート電極の構成材料と前記第2のトランジスタのゲート電極の構成材料とが互いに異なる構成。
そして、熱処理工程は、電磁波の照射による加熱工程を含むことが好ましいものである。
また、本発明の実施形態においては、前記インバータは、下記D乃至Fの少なくとも何れか一種の構成を有することが好ましい。
D:前記第1のトランジスタのソース電極の構成材料の物性と前記第2のトランジスタのソース電極の構成材料の物性とが互いに相違する構成。
E:前記第1のトランジスタのドレイン電極の構成材料の物性と前記第2のトランジスタのドレイン電極の構成材料の物性とが互いに相違する構成。
F:前記第1のトランジスタのゲート電極の構成材料の物性と前記第2のトランジスタのゲート電極の構成材料の物性とが互いに相違する構成。
そして、前記物性が抵抗率、比熱、及び吸光係数から選択される少なくとも一種であることが好ましい。
第1の実施形態に示したように厚さが異なるチャネル層を作製した後、任意の製造工程において熱処理を施す際に、第2の実施形態に記載した方法のように第1のチャネル層と第2のチャネル層の加熱処理条件に違いを付ける。
0.7<|(Vth(Ld)−Vth(Dr))/Vdd|<2・・・(2)
つまり、この式(2)は第1及び第2のトランジスタの閾値電圧の差が電源電圧の70%以上200%以下となるような電源電圧を供給されて動作することを示す。
チャネル層には酸化物半導体材料が用いられる。具体的には、ZnO、In2O3、Ga2O3等、及びこれらの混晶や非晶質固溶体など(In−Zn−O、In−Ga−Zn−Oなど)を用いることができる。つまり、In、Ga、Znから選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体を用いることができる。
ソース・ドレイン電極に用いられる材料は、チャネル層がn型半導体の場合、チャネル層に対する電子の注入障壁が十分小さいことが必要である。p型半導体の場合にはホールの注入障壁が十分小さいことが必要である。例えば、Al・Cr・W・Ti・Auなどの金属や、Al合金、WSi等のシリサイドなどが利用可能である。また、透明導電性酸化物や、キャリア濃度が大きな透明酸化物半導体も用いることができる。酸化インジウム錫(ITO)・酸化インジウム亜鉛(IZO)や、In−Ga−Zn−O膜などがこれにあたる。
ゲート電極に用いられる材料は、上記ソース・ドレイン電極と同様の材料群から選択して用いられる。各種金属薄膜、導電性酸化物薄膜、導電性有機物薄膜などが利用できる。これらの各種材料における抵抗率や、比熱や、特定の波長における吸収係数などの物性の違いを利用して選択加熱に用いることができる。なお、ソース・ドレイン電極の材料によってもチャネル部の選択加熱が達成できる。
試料1(チャネル層厚d=30nm、熱処理なし)
W=40μm:μ=6.5、Vth=+3.5
W=800μm:μ=2.0、Vth=+3.4
試料2(チャネル層厚d=30nm、熱処理あり)
W=40μm:μ=9.3、Vth=−0.23
W=200μm:μ=7.8、Vth=+1.4
試料3(チャネル層厚d=60nm、熱処理なし)
W=40μm:μ=6.0、Vth=+2.1
W=200μm:μ=4.2、Vth=+1.5
試料4(チャネル層厚d=60nm、熱処理あり)
W=40μm:μ=9.7、Vth=−10.1
W=200μm:μ=15、Vth=−3.0
試料1及び3のTFTはいずれもE型であり、試料4のTFTはともにD型TFTである。
実施例1と類似の作製法であるが、両チャネル層の膜厚を異なる膜厚に調整する工程を踏まず、同一基板上に2種類のTFT作製する。すなわち、両TFTのチャネルが30nmと同じ膜厚で、加熱処理条件も同じ作製法にて同一基板上に2種類のTFTを作製する。すると飽和負荷E/Eインバータが作製できる。その工程を図10に示す。
特許文献2に開示されているチャネル層形成法をもとにした、上記実施例1と類似のE/Dインバータ作製法を考える。特許文献2に開示されている方法ではVthはZnO成膜雰囲気への一酸化窒素濃度によって制御される。2種類のVthを有するTFTを同一基板上に作製する場合、第1のチャネル層と第2のチャネル層のそれぞれを得るためにはドーピング濃度の異なる別々なチャネル層成膜工程が必要である。
実施例3と類似の作製法であるが、両チャネル層の膜厚を60nmとし、第1のチャネル層401の選択的加熱を行わず、かつ両TFTのチャネルとも加熱処理工程を踏まず同一基板上に2種類のTFTを作製する。すると、実施例1における比較例1−1と同様に、4回のフォトリソグラフィー工程を用いて飽和負荷E/Eインバータを作製することができる。
実施例4と類似の作製法であるが、第1のチャネル層401の選択的加熱を行わず、両TFTのチャネルとも加熱処理工程を踏まず同一基板上に2種類のTFTを作製する。すると飽和負荷E/Eインバータが作製できる。
実施例4と類似の作製法であるが、両チャネルを異なる膜厚に調製する工程を踏まず、両TFTのチャネルとも30nmと同じ膜厚で、加熱処理条件のみ違えて同一基板上に2種類のTFTを作製する。すると飽和負荷E/Eインバータが作製できる。
200 ゲート電極
201、202 第1及び第2のゲート電極
300 ゲート絶縁膜
400 チャネル層となるアモルファスIGZO膜
401、402 第1及び第2のチャネル層
500 ドレイン電極
501、502 第1及び第2のドレイン電極
600 ソース電極
601、602 第1及び第2のソース電極
801、802 第1及び第2のTFTが形成される領域
900 TFT
901、902 第1及び第2のTFT
Claims (10)
- 同一基板上に形成され、チャネル層がIn、Ga、Znから選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体からなるインバータの作製方法であって、
前記インバータは複数の薄膜トランジスタを有するエンハンスメント−ディプリーション(E/D)インバータであり、
前記チャネル層の膜厚が互いに異なる第1のトランジスタと第2のトランジスタと、を形成する工程と、
前記第1及び第2のトランジスタのチャネル層のうち、少なくとも1つを熱処理する熱処理工程と、
を含み、
前記熱処理工程は、前記第1のトランジスタのチャネル層と前記第2のトランジスタのチャネル層のいずれか一方に、他方より多くの熱量を与える工程であることを特徴とするインバータの作製方法。 - 前記熱処理工程は、接触加熱又は電磁波の照射によってチャネル層の一部の領域を局所的に加熱する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のインバータの作製方法。
- 前記インバータは、
前記第1のトランジスタのソース電極の構成材料と前記第2のトランジスタのソース電極の構成材料とが互いに異なる構成、
前記第1のトランジスタのドレイン電極の構成材料と前記第2のトランジスタのドレイン電極の構成材料とが互いに異なる構成、及び
前記第1のトランジスタのゲート電極の構成材料と前記第2のトランジスタのゲート電極の構成材料とが互いに異なる構成、
のうち、少なくともいずれか一種の構成を有し、
前記熱処理工程は、電磁波の照射による加熱工程を含むことを特徴とする請求項1に記載のインバータの作製方法。 - 前記インバータは、
前記第1のトランジスタのソース電極の構成材料の物性と前記第2のトランジスタのソース電極の構成材料の物性とが互いに相違する構成、
前記第1のトランジスタのドレイン電極の構成材料の物性と前記第2のトランジスタのドレイン電極の構成材料の物性とが互いに相違する構成、及び
前記第1のトランジスタのゲート電極の構成材料の物性と前記第2のトランジスタのゲート電極の構成材料の物性とが互いに相違する構成、
のうち、少なくともいずれか一種の構成を有し、
前記物性が抵抗率、比熱、及び吸光係数から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項3に記載のインバータの作製方法。 - 前記第1及び第2のトランジスタのチャネル層の膜厚を異ならしめるべく、前記チャネル層をエッチングするエッチング工程を含むことを特徴とする、請求項1に記載のインバータの作製方法。
- 前記第1及び第2のトランジスタのチャネル層の膜厚を異ならしめるべく、
前記第1のトランジスタのチャネル層を成膜する工程と第2のトランジスタのチャネル層を成膜する工程の回数又は時間を異ならしめること
を特徴とする、請求項1に記載のインバータの作製方法。 - 同一基板上に形成され、チャネル層がIn、Ga、Znから選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体からなるインバータの作製方法であって、
前記インバータは複数の薄膜トランジスタを有するエンハンスメント−ディプリーション(E/D)インバータであり、
第1のトランジスタのチャネル層と、第2のトランジスタのチャネル層となる共通の堆積膜を形成する工程と、
前記第1のトランジスタのチャネル層と前記第2のトランジスタのチャネル層と、のいずれか一方に、より多くの熱量を与えて熱処理する熱処理工程と、
を含むことを特徴とするインバータの作製方法。 - 前記熱処理工程は、接触加熱又は電磁波の照射によってチャネル層の一部の領域を局所的に加熱する工程を含むことを特徴とする請求項7に記載のインバータの作製方法。
- 前記インバータは、
前記第1のトランジスタのソース電極の構成材料と前記第2のトランジスタのソース電極の構成材料とが互いに異なる構成、
前記第1のトランジスタのドレイン電極の構成材料と前記第2のトランジスタのドレイン電極の構成材料とが互いに異なる構成、及び
前記第1のトランジスタのゲート電極の構成材料と前記第2のトランジスタのゲート電極の構成材料とが互いに異なる構成、
のうち、少なくともいずれか一種の構成を有し、
前記熱処理工程は、電磁波の照射による加熱工程を含むことを特徴とする請求項7に記載のインバータの作製方法。 - 前記インバータは、
前記第1のトランジスタのソース電極の構成材料の物性と前記第2のトランジスタのソース電極の構成材料の物性とが互いに相違する構成、
前記第1のトランジスタのドレイン電極の構成材料の物性と前記第2のトランジスタのドレイン電極の構成材料の物性とが互いに相違する構成、及び
前記第1のトランジスタのゲート電極の構成材料の物性と前記第2のトランジスタのゲート電極の構成材料の物性とが互いに相違する構成、
のうち、少なくともいずれか一種の構成を有し、
前記物性が抵抗率、比熱、及び吸光係数から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項9に記載のインバータの作製方法。
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