JP5548500B2 - Method for manufacturing thin film field effect transistor - Google Patents
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Description
本発明は、アモルファス酸化物半導体を用いた薄膜電界効果型トランジスタの製造方法に関し、特に、エッチングストッパ層を設けることなく、TFT特性、面内均一性が良好な薄膜電界効果型トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin film field effect transistor using an amorphous oxide semiconductor, and more particularly to a method for manufacturing a thin film field effect transistor having good TFT characteristics and in-plane uniformity without providing an etching stopper layer. .
現在、電界効果型トランジスタは、半導体メモリ集積回路、高周波信号増幅素子等として広く用いられている。
また、液晶表示装置(LCD)、エレクトロルミネッセンス表示装置(EL)、フィールドエミッションディスプレイ(FED)等の平面薄型画像表示装置(Flat Panel Display:FPD)のスイッチング素子として、電界効果型トランジスタのうち、薄膜電界効果型トランジスタ(以下、TFTともいう)が用いられている。FPDに用いられるTFTは、ガラス基板上に活性層として非晶質シリコン薄膜または多結晶シリコン薄膜が形成されている。
Currently, field effect transistors are widely used as semiconductor memory integrated circuits, high-frequency signal amplifiers, and the like.
In addition, as a switching element of a flat thin image display device (FPD) such as a liquid crystal display device (LCD), an electroluminescence display device (EL), a field emission display (FED), etc., a thin film among field effect transistors Field effect transistors (hereinafter also referred to as TFTs) are used. In a TFT used for FPD, an amorphous silicon thin film or a polycrystalline silicon thin film is formed as an active layer on a glass substrate.
上述の非晶質シリコン薄膜または多結晶シリコン薄膜を活性層に用いるTFTは、比較的高温の熱工程を要する。このため、ガラス基板は用いることができるものの、耐熱性が低い樹脂製の基板を用いることは困難である。
また、FPDについて、より一層の薄型化、軽量化、耐破損性が要求されており、ガラス基板の替わりに軽量で可撓性のある樹脂製の基板を用いることも検討されている。このため、低温での成膜が可能なアモルファス酸化物を用いたTFTの開発が活発に行われている(例えば、特許文献1、2参照)。
A TFT using the above-described amorphous silicon thin film or polycrystalline silicon thin film as an active layer requires a relatively high temperature thermal process. For this reason, although a glass substrate can be used, it is difficult to use a resin substrate having low heat resistance.
Further, the FPD is required to be thinner, lighter, and more resistant to breakage, and the use of a lightweight and flexible resin substrate instead of the glass substrate is also being studied. For this reason, TFTs using amorphous oxides that can be deposited at low temperatures are being actively developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
特許文献1には、半導体素子として、アモルファスZnO基複合半導体を含む活性層を有し、活性層と一部重なるように、ソース電極とドレイン電極が形成されている薄膜電界効果型トランジスタが記載されている。活性層を構成するアモルファスZnO基複合半導体は、x(Ga2O3)y(In2O3)z(ZnO)により表されるものである。
なお、上記x、y、zは、以下の関係を満し、0.75≦x/z≦3.15、かつ0.55≦y/z≦1.70である。
特許文献1において、アモルファスZnO基複合半導体は、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化亜鉛の複合材のターゲットを用いて、通常のスパッタリングにより形成されるものである。ターゲットとしては、例えば、Ga:In:Znが2:2:1のものが用いられる。
Patent Document 1 describes a thin film field effect transistor having an active layer containing an amorphous ZnO-based composite semiconductor as a semiconductor element, and having a source electrode and a drain electrode formed so as to partially overlap the active layer. ing. The amorphous ZnO-based composite semiconductor constituting the active layer is represented by x (Ga2O3) y (In2O3) z (ZnO).
The above x, y, and z satisfy the following relations: 0.75 ≦ x / z ≦ 3.15 and 0.55 ≦ y / z ≦ 1.70.
In Patent Literature 1, an amorphous ZnO-based composite semiconductor is formed by normal sputtering using a composite target of gallium oxide, indium oxide, and zinc oxide. As the target, for example, one having Ga: In: Zn of 2: 2: 1 is used.
特許文献2には、有機電界発光素子に電流を供給する駆動TFTが記載されている。この駆動TFTは、少なくとも基板、ゲート電極、ゲート絶縁膜、活性層、ソース電極およびドレイン電極を有するものであり、活性層とソース電極およびドレイン電極の少なくとも一方との間に活性層よりも電気抵抗が大きい抵抗層が形成されている。なお、抵抗層および活性層は、In−Ga−Zn−O系のアモルファス酸化物半導体により構成されている。
特許文献1の薄膜電界効果型トランジスタは、活性層上に直接ソース電極、ドレイン電極が形成されており、この活性層を保護する層が形成されていない。このため、ソース電極、ドレイン電極を形成するためにエッチングした際、活性層もエッチングされて、薄膜トランジスタの特性不良および特性ムラが生じるという問題点がある。しかも、ソース電極、ドレイン電極のエッチングの条件によっては、活性層が全てエッチングされてしまい、薄膜電界効果型トランジスタとはならず、TFT特性を示さない可能性もある。 In the thin film field effect transistor of Patent Document 1, a source electrode and a drain electrode are directly formed on an active layer, and a layer for protecting the active layer is not formed. For this reason, when etching is performed to form the source electrode and the drain electrode, the active layer is also etched, which causes a problem of defective characteristics and uneven characteristics of the thin film transistor. In addition, depending on the etching conditions of the source electrode and the drain electrode, the active layer is entirely etched, so that the thin film field effect transistor is not obtained and the TFT characteristics may not be exhibited.
また、特許文献2の駆動TFTは、活性層とソース電極およびドレイン電極との間に抵抗層が設けられている。しかしながら、特許文献2の駆動TFTにおいて、抵抗層は活性層と同じ組成である。このため、抵抗層上に直接設けられるソース電極、ドレイン電極を形成するためにエッチングをした際、抵抗層もエッチングされて薄膜トランジスタの特性不良および特性ムラが生じるという問題点がある。また、ソース電極、ドレイン電極のエッチングの条件によっては、抵抗層の下層の活性層までもエッチングされてしまい、薄膜電界効果型トランジスタとはならず、TFT特性を示さない可能性もある。
In the driving TFT of
これらの問題点を解消するには、特許文献3に記載されているように、アモルファス酸化物の活性層上に絶縁膜からなるエッチングストッパ層を設けて、ソース電極・ドレイン電極のエッチング時に活性層までエッチングされることを防止する方法が知られている。しかしながら、この特許文献3に記載されているような方法では、新たにエッチングストッパ層を設ける必要があるために、工程数が増え、製造コストが増大するという新たな課題が生じる。
以上のように、アモルファス酸化物半導体を用いたTFTの製造方法については、工程数を増やさず、TFT特性が良好であり、しかも面内均一性等も良好なTFTを得ることができる安価な製造方法がないのが現状である。
In order to solve these problems, as described in Patent Document 3, an etching stopper layer made of an insulating film is provided on the active layer of amorphous oxide, and the active layer is etched during etching of the source electrode and the drain electrode. There is known a method for preventing the etching until the etching. However, in the method as described in Patent Document 3, since it is necessary to newly provide an etching stopper layer, there arises a new problem that the number of steps increases and the manufacturing cost increases.
As described above, the TFT manufacturing method using an amorphous oxide semiconductor is an inexpensive manufacturing method capable of obtaining a TFT having good TFT characteristics and good in-plane uniformity without increasing the number of steps. There is no current method.
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、TFT特性が良好であり、しかも面内均一性等も良好な薄膜電界効果型トランジスタの安価な製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an inexpensive method for manufacturing a thin film field-effect transistor that eliminates the problems based on the above-described prior art, has good TFT characteristics, and good in-plane uniformity.
上記目的を達成するために、本発明の態様は、基板上に、少なくともゲート電極、絶縁膜、活性層、ソース電極、およびドレイン電極が形成され、前記活性層上に前記ソース電極および前記ドレイン電極が設けられた薄膜電界効果型トランジスタの製造方法であって、エッチング液として、りん酸、酢酸、および硝酸を含む混酸水溶液を用いて、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程を有し、前記活性層は、In、GaおよびZnを含むアモルファス酸化物半導体で構成されるものであり、前記活性層は、Zn濃度が20%未満であり、In濃度が40%以上であり、Ga濃度が37%以上であることを特徴とする薄膜電界効果型トランジスタの製造方法を提供するものである。
ここで、本発明において、Zn濃度とは、酸素原子を除いたアモルファス酸化物半導体膜中に含まれるZn原子量濃度のことを示す。このZn濃度の計算方法としては、Zn濃度=[アモルファス酸化物半導体膜中に含まれるZn原子量/(アモルファス酸化物半導体膜中に含まれるIn原子量+アモルファス酸化物半導体膜中に含まれるGa原子量+アモルファス酸化物半導体膜中に含まれるZn原子量)]を用いることができる。In濃度およびGa濃度についてもZn濃度と同様の定義であり、In濃度およびGa濃度もZn濃度と同様にして求められる。
In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, at least a gate electrode, an insulating film, an active layer, a source electrode, and a drain electrode are formed on a substrate, and the source electrode and the drain electrode are formed on the active layer. A step of forming the source electrode and the drain electrode using a mixed acid aqueous solution containing phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid as an etchant, The active layer is composed of an amorphous oxide semiconductor containing In, Ga, and Zn. The active layer has a Zn concentration of less than 20%, an In concentration of 40% or more, and a Ga concentration of The present invention provides a method for manufacturing a thin film field effect transistor characterized by being 37% or more.
Here, in the present invention, the Zn concentration indicates the concentration of Zn atoms contained in the amorphous oxide semiconductor film excluding oxygen atoms. As a method for calculating the Zn concentration, Zn concentration = [Amount of Zn atom contained in the amorphous oxide semiconductor film / (In atom amount contained in the amorphous oxide semiconductor film + Atom amount contained in the amorphous oxide semiconductor film + The amount of Zn atoms contained in the amorphous oxide semiconductor film) can be used. The In concentration and the Ga concentration are also defined in the same manner as the Zn concentration, and the In concentration and the Ga concentration are obtained in the same manner as the Zn concentration.
この場合、前記活性層は、前記ソース電極および前記ドレイン電極と接する前記活性層上面におけるZn濃度が20%未満であり、In濃度が40%以上であり、Ga濃度が37%以上であることが好ましい。
また、前記ソース電極および前記ドレイン電極は、モリブデンまたはモリブデン合金により構成されることが好ましく、特に、モリブデンが好ましい。
また、前記混酸水溶液は、りん酸を70〜75質量%、酢酸を5〜10質量%、硝酸を1〜5質量%含有することが好ましい。
In this case, the active layer has a Zn concentration of less than 20% on the upper surface of the active layer in contact with the source electrode and the drain electrode, an In concentration of 40% or more, and a Ga concentration of 37% or more. preferable.
The source electrode and the drain electrode are preferably made of molybdenum or a molybdenum alloy, and molybdenum is particularly preferable.
Moreover, it is preferable that the said mixed acid aqueous solution contains 70-75 mass% of phosphoric acid, 5-10 mass% of acetic acid, and 1-5 mass% of nitric acid.
また、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程の前に、前記基板上に前記ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極を覆うように前記基板上に前記絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に前記活性層を形成する工程とを有し、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程において、前記ソース電極および前記ドレイン電極を、前記活性層の一部を覆うように前記基板上に形成することが好ましい。
また、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程の後に、前記活性層、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆うように前記基板上に保護層を形成する工程を有することが好ましい。
A step of forming the gate electrode on the substrate before the step of forming the source electrode and the drain electrode; and a step of forming the insulating film on the substrate so as to cover the gate electrode; Forming the active layer on the insulating film, and in the step of forming the source electrode and the drain electrode, the source electrode and the drain electrode are covered with the active layer so as to cover a part of the active layer. It is preferable to form on a substrate.
It is preferable that after the step of forming the source electrode and the drain electrode, a step of forming a protective layer on the substrate so as to cover the active layer, the source electrode, and the drain electrode.
また別の形態として、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程の前に、前記基板上に前記活性層を形成する工程を有し、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程において、前記ソース電極および前記ドレイン電極を、前記活性層の一部を覆うように前記基板上に形成し、さらに前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程の後に、前記活性層、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆うように前記基板上に前記絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に前記ゲート電極を形成する工程とを有することが好ましい。
さらに、前記各工程は、200℃以下の温度でなされることが好ましい。
In another embodiment, the method includes the step of forming the active layer on the substrate before the step of forming the source electrode and the drain electrode, and the step of forming the source electrode and the drain electrode. The source electrode and the drain electrode are formed on the substrate so as to cover a part of the active layer, and after the step of forming the source electrode and the drain electrode, the active layer, the source electrode, and the drain It is preferable to include a step of forming the insulating film on the substrate so as to cover the electrode and a step of forming the gate electrode on the insulating film.
Further, each step is preferably performed at a temperature of 200 ° C. or lower.
本発明によれば、活性層をIn、GaおよびZnを含むアモルファス酸化物半導体で構成されるものとし、この活性層について、Zn濃度を20%未満とし、In濃度を40%以上とし、Ga濃度を37%以上とすることにより、ソース電極およびドレイン電極を形成するためのりん酸、酢酸、および硝酸を含む混酸水溶液に対して、ソース電極およびドレイン電極と活性層とのエッチングレート比を十分に大きくすることができる。このため、ソース電極およびドレイン電極を形成時における活性層のエッチングが抑制されて、TFT特性が良好であり、面内均一性も良好な薄膜電界効果型トランジスタを安価な製造方法で得ることができる。 According to the present invention, the active layer is composed of an amorphous oxide semiconductor containing In, Ga, and Zn, and the Zn concentration of this active layer is less than 20%, the In concentration is 40% or more, and the Ga concentration Is 37% or more, the etching rate ratio between the source electrode and the drain electrode and the active layer is sufficiently increased with respect to the mixed acid aqueous solution containing phosphoric acid, acetic acid and nitric acid for forming the source electrode and the drain electrode. Can be bigger. Therefore, etching of the active layer during formation of the source electrode and the drain electrode is suppressed, and a thin film field effect transistor having good TFT characteristics and good in-plane uniformity can be obtained by an inexpensive manufacturing method. .
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の薄膜電界効果型トランジスタを詳細に説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る薄膜電界効果型トランジスタの製造方法で形成された薄膜電界効果型トランジスタの一例を示す模式的断面図である。
Hereinafter, a thin film field effect transistor of the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a thin film field effect transistor formed by the method for manufacturing a thin film field effect transistor according to the first embodiment of the present invention.
図1に示す薄膜電界効果型トランジスタ(以下、単に、TFTという)10は、基板12と、ゲート電極14と、ゲート絶縁膜16と、チャネル層として機能する活性層18と、ソース電極20aと、ドレイン電極20bと、保護層22とを有するものである。このTFT10は、ゲート電極14に電圧を印加して、活性層18に流れる電流を制御し、ソース電極20aとドレイン電極20b間の電流をスイッチングする機能を有するアクティブ素子である。図1に示すTFT10は、一般的にトップコンタクト型ボトムゲート構造と呼ばれるものである。
A thin film field effect transistor (hereinafter simply referred to as TFT) 10 shown in FIG. 1 includes a
TFT10においては、基板12の表面12aにゲート電極14が形成されており、このゲート電極14を覆うようにして基板12の表面12aにゲート絶縁膜16が形成されている。このゲート絶縁膜16の表面16aに活性層18が形成されている。この活性層18の一部を覆うようにしてゲート絶縁膜16の表面16aにソース電極20aが形成されている。また、このソース電極20aと対をなすドレイン電極20bが、活性層18の一部を覆うようにしてゲート絶縁膜16の表面16aに、ソース電極20aと対向して形成されている。すなわち、ソース電極20aおよびドレイン電極20bは、活性層18の表面18aの上方をあけて、活性層18の表面18aの一部を覆うようにして形成されている。ソース電極20a、活性層18およびドレイン電極20bを覆うようにして保護層22が形成されている。
In the
基板12は、特に限定されるものではい。基板12には、例えば、YSZ(ジルコニア安定化イットリウム)およびガラス等の無機材料を用いることができる。また、基板12には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ(クロロトリフルオロエチレン)等の合成樹脂等の有機材料も用いることができる。
基板12に、有機材料を用いた場合、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、および低吸湿性等が優れていることが好ましい。
また、基板12に、ガラスを用いる場合、ガラスからの溶出イオンを少なくするため、無アルカリガラスを用いることが好ましい。なお、基板12に、ソーダライムガラスを用いる場合には、シリカ等のバリアコートを施したものを使用することが好ましい。
The
When an organic material is used for the
In addition, when glass is used for the
基板12には、可撓性基板を用いることもできる。この可撓性基板は、厚さを50μm〜500μmとすることが好ましい。これは、可撓性基板の厚さが50μm未満では、基板自体が十分な平坦性を保持することが難しいためである。また、可撓性基板の厚さが500μmを超えると、基板自体の可撓性が乏しくなり、基板自体を自由に曲げることが困難になるためである。
可撓性基板としては、透過率の高い有機プラスチックフィルムが好ましい。この有機プラスチックフィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、またはポリ(クロロトリフルオロエチレン)等のプラスチックフィルムが用いられる。
基板12にプラスチックフィルム等を用いた場合、電気絶縁性が不十分であれば、絶縁層を形成して用いられる。
The
As the flexible substrate, an organic plastic film having a high transmittance is preferable. Examples of the organic plastic film include polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene phthalate (PBT), and polyethylene naphthalate (PEN), polystyrene, polycarbonate, polyethersulfone, polyarylate, polyimide, polycycloolefin, and norbornene. A resin or a plastic film such as poly (chlorotrifluoroethylene) is used.
When a plastic film or the like is used for the
基板12には、水蒸気および酸素の透過を防止するためにその表面または裏面に透湿防止層(ガスバリア層)を設けることができる。
透湿防止層(ガスバリア層)の材料としては、窒化珪素、酸化珪素等の無機物が好適に用いられる。透湿防止層(ガスバリア層)は、例えば、高周波スパッタ法等により形成することができる。
なお、熱可塑性基板を用いる場合には、更に必要に応じて、ハードコート層、アンダーコート層等を設けてもよい。
The
As the material for the moisture permeation preventing layer (gas barrier layer), inorganic materials such as silicon nitride and silicon oxide are preferably used. The moisture permeation preventing layer (gas barrier layer) can be formed by, for example, a high frequency sputtering method.
In addition, when using a thermoplastic substrate, you may provide a hard-coat layer, an undercoat layer, etc. further as needed.
ゲート電極14は、例えば、Al、Mo、Cr、Ta、Ti、Au、またはAg等の金属もしくはそれらの合金、Al−Nd、APC等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)等の金属酸化物導電物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性化合物、またはこれらの混合物を用いて形成される。ゲート電極14としては、TFT特性の信頼性という観点から、Mo、Mo合金またはCrを用いることが好ましい。このゲート電極14の厚さは、例えば、10nm〜1000nmである。
The
ゲート電極14の形成方法は、特に限定されるものではない。ゲート電極14は、例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式等を用いて形成される。これらの中から、ゲート電極14を構成する材料との適性を考慮して適宜形成方法が選択される。例えば、MoまたはMo合金を用いてゲート電極14を形成する場合、DCスパッタ法が用いられる。また、ゲート電極14に、有機導電性化合物を用いる場合、湿式製膜法が利用される。
The method for forming the
ゲート絶縁膜16にはSiO2、SiNx、SiON、Al2O3、YsO3、Ta2O5、もしくはHfO2等の絶縁体、またはそれらの化合物を少なくとも二つ以上含む混晶化合物が用いられる。また、ポリイミドのような高分子絶縁体もゲート絶縁膜16に用いることができる。
ゲート絶縁膜16の厚さは、10nm〜10μmが好ましい。ゲート絶縁膜16は、リーク電流を減らすため、電圧耐性を上げるために、ある程度膜厚を厚くする必要がある。しかしながら、ゲート絶縁膜16の膜厚を厚くすると、TFT10の駆動電圧の上昇を招く。このため、ゲート絶縁膜16の厚さは、無機絶縁体の場合、50nm〜1000nmであることがより好ましく、高分子絶縁体の場合、0.5μm〜5μmであることがより好ましい。
なお、HfO2のような高誘電率絶縁体をゲート絶縁膜16に用いた場合、膜厚を厚くしても、低電圧でのトランジスタの駆動が可能であるため、ゲート絶縁膜16には、高誘電率絶縁体を用いることが特に好ましい。
The
The thickness of the
Note that when a high dielectric constant insulator such as HfO 2 is used for the
ソース電極20aおよびドレイン電極20bは、例えば、Al、Mo、Cr、Ta、Ti、Au、またはAg等の金属もしくはこれらの合金、Al−Nd、APC等の合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)等の金属酸化物導電物質を用いて形成される。
ソース電極20aおよびドレイン電極20bとしては、TFT特性の信頼性および活性層18とのエッチングレート比という観点から、MoまたはMo合金を用いることが好ましく、特にMoが好ましい。なお、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの厚さは、例えば、10nm〜1000nmである。
The
As the
ソース電極20aおよびドレイン電極20bは、上述の膜を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、この膜にレジストパターンを形成し、この膜をエッチングすることにより形成される。
なお、ソース電極20aおよびドレイン電極20bの構成する上述の膜の形成方法は特に限定されるものではない。上述の膜は、例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式等を用いて形成される。
The
Note that there is no particular limitation on the method of forming the above-described film formed by the
例えば、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを、MoまたはMo合金で形成する場合、例えば、DCスパッタ法を用いて、Mo膜またはMo合金膜が形成される。
そして、フォトリソグラフィー法を用いて、Mo膜またはMo合金膜にレジストパターンを形成し、エッチング液により、Mo膜またはMo合金膜をエッチングしてソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する。
エッチング液として、りん酸、酢酸、および硝酸を含む混酸水溶液が用いられる。この混酸水溶液は、例えば、りん酸を70〜75質量%、酢酸を5〜10質量%、硝酸を1〜5質量%を含有し、残部が水である。
For example, when the
Then, using a photolithography method, a resist pattern is formed on the Mo film or the Mo alloy film, and the Mo film or the Mo alloy film is etched with an etchant to form the
As the etching solution, a mixed acid aqueous solution containing phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid is used. This mixed acid aqueous solution contains, for example, 70 to 75% by mass of phosphoric acid, 5 to 10% by mass of acetic acid, 1 to 5% by mass of nitric acid, and the balance is water.
活性層18は、In、GaおよびZnを含むアモルファス酸化物半導体により構成されるものである。この活性層18においては、酸素を除いた原子量全体を100%とした場合において、Zn濃度(Zn/(Zn+In+Ga))が20%未満であり、In濃度(In/(Zn+In+Ga))が40%以上であり、Ga濃度(Ga/(Zn+In+Ga))が37%以上である。
ここでいうZn濃度とは、前述の通り、酸素原子を除いたアモルファス酸化物半導体膜中に含まれるZn原子量濃度のことを示す。このZn濃度の計算方法としては、Zn濃度=[アモルファス酸化物半導体膜中に含まれるZn原子量/(アモルファス酸化物半導体膜中に含まれるIn原子量+アモルファス酸化物半導体膜中に含まれるGa原子量+アモルファス酸化物半導体膜中に含まれるZn原子量)]を用いることができる。In濃度およびGa濃度についてもZn濃度と同様の定義であり、In濃度およびGa濃度もZn濃度と同様にして求められる。
なお、アモルファス酸化物半導体膜中のZn原子量、In原子量およびGa原子量は、XRF(蛍光X線分析)によって求めた値が用いられる。
The
As described above, the Zn concentration herein refers to the concentration of Zn atoms contained in the amorphous oxide semiconductor film excluding oxygen atoms. As a method for calculating the Zn concentration, Zn concentration = [Amount of Zn atom contained in the amorphous oxide semiconductor film / (In atom amount contained in the amorphous oxide semiconductor film + Atom amount contained in the amorphous oxide semiconductor film + The amount of Zn atoms contained in the amorphous oxide semiconductor film) can be used. The In concentration and the Ga concentration are also defined in the same manner as the Zn concentration, and the In concentration and the Ga concentration are obtained in the same manner as the Zn concentration.
Note that values obtained by XRF (fluorescence X-ray analysis) are used as the Zn atomic weight, In atomic weight, and Ga atomic weight in the amorphous oxide semiconductor film.
活性層18におけるZn濃度、In濃度およびGa濃度は、活性層18全体でもよく、活性層18がソース電極20aおよびドレイン電極20bと接触する表面18a部分、または上面における濃度であってもよい。
なお、Zn濃度に関しては、5%以上20%未満にすることが好ましい。Zn濃度が5%未満の場合、酸化物半導体膜のアモルファス性が悪くなり、結晶化しやすくなるためである。
また、In濃度に関しては、40%〜58%であることが好ましく、Ga濃度に関しては、37%〜55%であることが好ましい。
The Zn concentration, In concentration, and Ga concentration in the
The Zn concentration is preferably 5% or more and less than 20%. This is because when the Zn concentration is less than 5%, the amorphous property of the oxide semiconductor film is deteriorated and crystallization is easily caused.
The In concentration is preferably 40% to 58%, and the Ga concentration is preferably 37% to 55%.
上述の混酸水溶液をエッチング液として用いて、MoまたはMo合金からなるソース電極20aおよびドレイン電極20bの形成する際に、活性層18もエッチング液と接触する。この場合、活性層18にエッチング液に対して耐性がないと、活性層18もエッチングされてしまう。このため、本発明では、活性層18がエッチングされないように活性層18の混酸水溶液に対するエッチングレートを低下させている。すなわち、活性層18について、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを構成するMoとのエッチングレート比(選択比)を十分に高くしている。
When the
本発明において、活性層18のZn濃度が20%未満であると、図2に示すように、りん酸、酢酸、および硝酸を含む混酸水溶液に対して、モリブデンとのエッチングレート比が10を超えている。このため、ソース電極20aおよびドレイン電極20b形成時において、活性層18のエッチングが抑制される。
また、活性層18のGa濃度が37%以上であると、図3に示すように、りん酸、酢酸、および硝酸を含む混酸水溶液に対して、モリブデンとのエッチングレート比が10を超えている。このため、ソース電極20aおよびドレイン電極20b形成時において、活性層18のエッチングが抑制される。
また、活性層18のIn濃度が40%以上であっても、図3に示すように、りん酸、酢酸、および硝酸を含む混酸水溶液に対して、モリブデンとのエッチングレート比が10を超えている。このため、ソース電極20aおよびドレイン電極20b形成時において、活性層18のエッチングが抑制される。
In the present invention, when the Zn concentration of the
When the Ga concentration of the
Further, even if the In concentration of the
このように、本発明においては、活性層18の組成を、Zn濃度を20%未満とし、In濃度を40%以上とし、Ga濃度を37%以上として、混酸水溶液に対するソース電極20aおよびドレイン電極20bとのエッチングレート比を十分に高く、例えば、10を超えるものとしている。これにより、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する際、活性層18のエッチングを抑制することができる。
Thus, in the present invention, the composition of the
保護層22は、活性層18、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを大気による劣化を保護する目的、トランジスタ上に作製される電子デバイスと絶縁する目的ために形成されるものである。
本実施形態の保護層22は、例えば、感光性アクリル樹脂が窒素雰囲気で加熱硬化処理されて形成されたものである。
The
The
保護層22は、上述の感光性アクリル樹脂以外に、例えば、MgO、SiO、SiO2、Al2O3、GeO、NiO、CaO、BaO、Fe2O3、Y2O3、Ga2O3またはTiO2等の金属酸化物、SiNx、SiNxOy等の金属窒化物、MgF2、LiF、AlF3、またはCaF2等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも1種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率1%以上の吸水性物質、吸水率0.1%以下の防湿性物質等を用いることもできる。
The
保護層22の形成方法は、特に限定されるものではない。保護層22は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、MBE(分子線エピタキシ)法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法(高周波励起イオンプレーティング法)、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、ガスソースCVD法、コーティング法、印刷法、または転写法を適用できる。
The method for forming the
次に、本実施形態のTFT10の製造方法について図4(a)〜(c)に基づいて説明する。
まず、基板12として、例えば、ガラス基板を用意する。
次に、基板12の表面12aに、例えば、厚さが40nmのモリブデン膜(図示せず)を、DCスパッタ法を用いて成膜する。
次に、モリブデン膜上にレジスト膜(図示せず)を形成し、フォトリソグラフィー法を用い、レジストパターンを形成する。
次に、例えば、りん酸を70〜75質量%、酢酸を5〜10質量%、硝酸を1〜5質量%を含有し、残部が水で構成される混酸水溶液を用いて、モリブデン膜をエッチングする。その後、レジスト膜を剥離する。これにより、図4(a)に示すように、モリブデンからなるゲート電極14が基板12の表面12aに形成される。
Next, a manufacturing method of the
First, for example, a glass substrate is prepared as the
Next, a molybdenum film (not shown) having a thickness of, for example, 40 nm is formed on the
Next, a resist film (not shown) is formed on the molybdenum film, and a resist pattern is formed using a photolithography method.
Next, for example, the molybdenum film is etched using a mixed acid aqueous solution containing 70 to 75% by mass of phosphoric acid, 5 to 10% by mass of acetic acid, 1 to 5% by mass of nitric acid, and the balance being water. To do. Thereafter, the resist film is peeled off. As a result, a
次に、ゲート電極14を覆うようにして、基板12の表面12aの全面に、ゲート絶縁膜16となるSiO2膜(図示せず)を、例えば、200nmの厚さにRFスパッタ法を用いて形成する。
次に、SiO2膜の表面に、活性層18となるIGZO膜(図示せず)を、例えば、50nmの厚さにDCスパッタ法を用いて成膜する。このように、SiO2膜およびIGZO膜を、その順で基板12上に連続して形成する。
Next, an SiO 2 film (not shown) to be the
Next, an IGZO film (not shown) to be the
次に、IGZO膜上にレジスト膜(図示せず)を形成する。そして、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成する。そして、例えば、5%シュウ酸水を用い、IGZO膜をエッチングする。その後、レジスト膜を剥離する。これにより、活性層18が形成される。
再度、SiO2膜/IGZO膜上にレジスト膜(図示せず)を形成する。そして、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成する。そして、例えば、バッファードフッ酸を用いて、SiO2膜をエッチングする。その後、レジスト膜を剥離する。これにより、ゲート絶縁膜16が形成される。このようにして、図4(b)に示すように、活性層18およびゲート絶縁膜16がパターン形成される。
Next, a resist film (not shown) is formed on the IGZO film. Then, a resist pattern is formed using a photolithography method. Then, for example, the IGZO film is etched using 5% oxalic acid water. Thereafter, the resist film is peeled off. Thereby, the
Again, a resist film (not shown) is formed on the SiO 2 film / IGZO film. Then, a resist pattern is formed using a photolithography method. Then, for example, the SiO 2 film is etched using buffered hydrofluoric acid. Thereafter, the resist film is peeled off. Thereby, the
なお、活性層18を構成するIGZO膜は、その組成が、Zn濃度が20%未満であり、In濃度が40%以上であり、Ga濃度が37%以上である。
IGZO膜をDCスパッタ法で形成する場合、上述のIGZO膜の組成となるように予め組成が調整されたターゲットが用いられる。
The composition of the IGZO film constituting the
When the IGZO film is formed by DC sputtering, a target whose composition is adjusted in advance so as to have the composition of the IGZO film is used.
次に、活性層18を覆うにようにして、ゲート絶縁膜16の表面16aにソース電極20aおよびドレイン電極20bとなる、例えば、モリブデン膜(図示せず)を、DCスパッタ法を用いて、圧力0.37Paの条件で、100nmの厚さに形成する。
次に、モリブデン膜上にレジスト膜(図示せず)を形成し、ゲート電極14と同様にフォトリソグラフィー法を用いて、レジストパターンを形成する。そして、例えば、りん酸を70〜75質量%、酢酸を5〜10質量%、硝酸を1〜5質量%を含有し、残部が水で構成される混酸水溶液を用いてモリブデン膜をエッチングする。なお、エッチングは、エッチング時の混酸水溶液の液温が35℃以下で行うことが好ましく、更には液温が15℃〜25℃で行うことがより好ましい。エッチング後、レジスト膜を剥離する。これにより、図4(c)に示すように、活性層18の表面18aの一部を覆うようにして形成されたソース電極20aおよびドレイン電極20bが得られる。
Next, for example, a molybdenum film (not shown) that becomes the
Next, a resist film (not shown) is formed on the molybdenum film, and a resist pattern is formed using a photolithography method in the same manner as the
次に、活性層18、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように、例えば、感光性アクリル樹脂を塗布する。そして、フォトリソグラフィー法を用いて、アクリル樹脂膜をパターン形成する。なお、パターン形成の際のアクリル樹脂の硬化条件は、例えば、温度180℃、30分である。
次に、窒素雰囲気下で、180℃の温度で、ポストアニールを1時間行う。以上のようにして、図1に示すTFT10を形成することができる。
Next, for example, a photosensitive acrylic resin is applied so as to cover the
Next, post-annealing is performed at a temperature of 180 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. As described above, the
本実施形態においては、ソース電極20aおよびドレイン電極20bに対して活性層18のエッチング液におけるエッチングレート比を10以上と高くし、活性層18のエッチング耐性を高めている。これにより、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを形成する際のエッチング時に下地の活性層18のエッチングを低減できる。このため、良好なTFT特性を示すTFT10を面内に均一に形成することができる。
また、本実施形態においては、活性層18上に、活性層18がエッチングをされないように保護するエッチングストッパ層を設けていないため、TFT10の製造プロセスを簡略化できる。これにより、生産効率が向上するとともに、生産コストを下げることもできる。
さらには、活性層18のエッチング耐性を上げることにより、TFT10について、例えば、閾値シフトが抑制され、TFT特性の信頼性が向上する。
In the present embodiment, the etching rate ratio of the
In the present embodiment, since the etching stopper layer for protecting the
Furthermore, by increasing the etching resistance of the
また、TFT10の製造工程においては、レジスト膜の形成、レジストパターン形成、各種膜の形成、保護層22の形成は、いずれも温度が200℃以下でなされる。このように、各工程が200℃以下の温度でなされるため、基板12に、耐熱性が低い、例えば、PET、PEN等を用いることができる。これらのPET、PENは可撓性を有するものであるため、可撓性を有するトランジスタを得ることができる。
In the manufacturing process of the
次に、第2の実施形態について説明する。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る薄膜電界効果型トランジスタの製造方法で形成された薄膜電界効果型トランジスタの他の例を示す模式的断面図である。
なお、本実施形態においては、図1に示す第1の実施形態のTFT10と同一構成物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
Next, a second embodiment will be described.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing another example of a thin film field effect transistor formed by the method of manufacturing a thin film field effect transistor according to the second embodiment of the present invention.
In this embodiment, the same components as those of the
図5に示すTFT10aは、一般的に、トップコンタクト型トップゲート構造と呼ばれるものである。このTFT10aは、図1に示すTFT10に比して、ゲート電極14の配置位置と活性層18ならびにソース電極20aおよびドレイン電極20bの配置位置とが上下で逆になっている点が異なり、それ以外の構成は図1に示すTFT10と同様の構成である。
The
図5に示すTFT10aは、基板12の表面12aに活性層18ならびにソース電極20aおよびドレイン電極20bが形成されている。活性層18ならびにソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うようにして絶縁膜24が基板12上に形成されている。この絶縁膜24の表面24aにゲート電極14が形成されている。このゲート電極14を覆うようにして、絶縁膜24の表面24aに保護層22が形成されている。
なお、絶縁膜24は、活性層18ならびにソース電極20aおよびドレイン電極20bとゲート電極14とを絶縁するためのものである。絶縁膜24は、図1に示すTFT10のゲート絶縁層16と同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。
In the
The insulating
次に、本実施形態のTFT10aの製造方法について説明する。
図6(a)〜(d)は、本発明の第2の実施形態に係る薄膜電界効果型トランジスタの製造方法を工程順に示す模式的断面図である。
なお、TFT10aの製造方法において、図4(a)〜(c)に示す第1の実施形態のTFT10の製造方法と同じ工程については、その詳細な説明は省略する。
Next, a manufacturing method of the
6A to 6D are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing a thin film field effect transistor according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.
In the manufacturing method of the
本実施形態のTFT10aの製造方法においては、まず、基板12として、例えば、ガラス基板を用意する。
次に、基板12の表面12aに、活性層18となるIGZO膜(図示せず)を、例えば、DCスパッタ法を用いて、50nmの厚さに成膜する。
次に、IGZO膜上にレジスト膜(図示せず)を形成し、フォトリソグラフィー法を用いて、レジストパターンを形成する。そして、例えば、5%シュウ酸水を用いてIGZO膜をエッチングする。その後、レジスト膜を剥離する。これにより、図6(a)に示すように、活性層18を基板12の表面12aにパターン形成する。
In the manufacturing method of the
Next, an IGZO film (not shown) to be the
Next, a resist film (not shown) is formed on the IGZO film, and a resist pattern is formed using a photolithography method. Then, for example, the IGZO film is etched using 5% oxalic acid water. Thereafter, the resist film is peeled off. Thereby, as shown in FIG. 6A, the
次に、活性層18を覆うにように基板12の表面12aにソース電極20aおよびドレイン電極20bとなる、例えば、モリブデン膜(図示せず)を100nmの厚さに、DCスパッタ法を用いて0.37Paの条件で形成する。
次に、モリブデン膜上にレジスト膜(図示せず)を形成し、フォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成する。そして、第1の実施形態と成分が同じ混酸水溶液を用いてモリブデン膜をエッチングする。エッチング後、レジスト膜を剥離する。これにより、図6(b)に示すように、活性層18の表面18aの一部を覆うようにして形成されたソース電極20aおよびドレイン電極20bが得られる。
Next, a
Next, a resist film (not shown) is formed on the molybdenum film, and a resist pattern is formed using a photolithography method. Then, the molybdenum film is etched using a mixed acid aqueous solution having the same component as that of the first embodiment. After the etching, the resist film is peeled off. As a result, as shown in FIG. 6B, a
次に、図6(c)に示すように、活性層18、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように、絶縁膜24となる、例えば、厚さが200nmのSiO2膜(図示せず)をRFスパッタ法を用いて形成する。このSiO2膜上にレジスト膜(図示せず)を形成し、フォトリソグラフィー法を用い、レジストパターンを形成する。そして、例えば、バッファードフッ酸を用いてSiO2膜をエッチングして絶縁膜24を形成する。
次に、絶縁膜24の表面24aに、例えば、厚さが40nmのゲート電極14となるモリブデン膜(図示せず)を、DCスパッタ法を用いて成膜する。
次に、モリブデン膜上にレジスト膜(図示せず)を形成し、フォトリソグラフィー法を用い、レジストパターンを形成する。
次に、第1の実施形態と成分が同じ混酸水溶液を用いて、モリブデン膜をエッチングする。その後、レジスト膜を剥離する。これにより、図6(d)に示すように、モリブデンからなるゲート電極14が絶縁膜24の表面24aに形成される。
Next, as shown in FIG. 6C, an SiO 2 film (not shown), for example, having a thickness of 200 nm, becomes an insulating
Next, for example, a molybdenum film (not shown) to be the
Next, a resist film (not shown) is formed on the molybdenum film, and a resist pattern is formed using a photolithography method.
Next, the molybdenum film is etched using a mixed acid aqueous solution having the same components as in the first embodiment. Thereafter, the resist film is peeled off. As a result, the
次に、ゲート電極14を覆うようにして絶縁膜24の表面24aに、例えば、感光性アクリル樹脂を塗布する。そして、フォトリソグラフィー法を用いて、アクリル樹脂膜をパターン形成する。なお、パターン形成の際のアクリル樹脂の硬化条件は、例えば、温度180℃、30分である。
次に、窒素雰囲気下で、180℃の温度で、ポストアニールを1時間行う。以上のようにして、図5に示すTFT10aを形成することができる。
Next, for example, a photosensitive acrylic resin is applied to the
Next, post-annealing is performed at a temperature of 180 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. As described above, the
本実施形態においても、第1の実施形態のTFT10の製造方法と同様の効果を得ることができる。このため、本実施形態においても、良好なTFT特性を示すTFT10aを面内に均一に形成することができる。さらには、TFT特性の信頼性を向上させることもできる。
また、本実施形態においても、エッチングストッパ層を設けていないため、TFT10aの製造プロセスを簡略化できるため、生産効率を向上させることができるとともに、生産コストを下げることもできる。
また、TFT10aの製造工程においても、レジスト膜の形成、レジストパターン形成、各種膜の形成、保護層22の形成は、いずれも温度が200℃以下でなされる。このように、各工程が温度200℃以下でなされるため、PET、PEN等の耐熱性が低い基板12を用いることができる。これにより、可撓性を有するTFTを得ることができる。
Also in this embodiment, the same effect as that of the manufacturing method of the
Also in this embodiment, since the etching stopper layer is not provided, the manufacturing process of the
Also in the manufacturing process of the
本発明は、基本的に以上のようなものである。以上、本発明の薄膜電界効果型トランジスタの製造方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。 The present invention is basically as described above. As mentioned above, although the manufacturing method of the thin film field effect transistor of this invention was demonstrated in detail, this invention is not limited to the said embodiment, Even if it is variously improved or changed in the range which does not deviate from the main point of this invention. Of course it is good.
以下、本発明の薄膜電界効果型トランジスタの製造方法の実施例について、具体的に説明する。
本実施例においては、以下の実施例1、実施例2、比較例1および比較例2に示す活性層を有する図1に示す構成のTFT10を作製し、各実施例1、実施例2、比較例1および比較例2のTFTについて評価した。
Examples of the method for manufacturing a thin film field effect transistor of the present invention will be specifically described below.
In this example, the
実施例1、実施例2、比較例1および比較例2の各TFTは、活性層の組成が異なる以外は、全て上述の図4(a)〜(c)に示す製造方法により製造した。
実施例1、実施例2、比較例1および比較例2の各TFTにおいて、ゲート電極14については、DCスパッタ法により厚さが40nmのモリブデン膜を形成し、このモリブデン膜にフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成し、りん酸を73質量%、酢酸を7質量%、硝酸を3質量%含有し、残部が水である混酸水溶液(液温35℃)を用いてエッチングして形成した。
Each TFT of Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was manufactured by the manufacturing method shown in FIGS. 4A to 4C described above except that the composition of the active layer was different.
In each of the TFTs of Example 1, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2, for the
次に、RFスパッタ法を用いて、ゲート絶縁膜16となる厚さが200nmのSiO2膜を形成する。次に、SiO2膜の表面に、DCスパッタ法を用いて活性層18となる後述する各組成のIGZO膜を50nmの厚さに形成する。このIGZO膜にフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成し、5%シュウ酸水を用いてIGZO膜をエッチングして、活性層18を形成した。
ゲート絶縁膜16については、活性層18形成後、SiO2膜/IGZO膜上にフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成し、バッファードフッ酸を用いてSiO2膜をエッチングして形成した。
Next, a 200 nm thick SiO 2 film to be the
The
活性層18については、DCスパッタ法を用いて、後述する各組成のIGZO膜を50nmの厚さに形成し、このIGZO膜にフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成し、5%シュウ酸水を用いてIGZO膜をエッチングして形成した。
ソース電極20aおよびドレイン電極20bについては、DCスパッタ法を用いて、圧力0.37Paの条件で、モリブデン膜を100nmの厚さに形成する。このモリブデン膜にフォトリソグラフィー法を用いてレジストパターンを形成する。そして、エッチング液として、りん酸を73質量%、酢酸を7質量%、硝酸を3質量%含有し、残部が水である混酸水溶液(液温25℃)を用いてモリブデン膜をエッチングして形成した。
For the
For the
保護層22については、活性層18、ソース電極20aおよびドレイン電極20bを覆うように、感光性アクリル樹脂(PC405G(JSR株式会社製))を塗布して、フォトリソグラフィー法を用いて、アクリル樹脂膜をパターン形成した。パターン形成の際のアクリル樹脂の硬化条件は、温度180℃、30分である。その後、窒素雰囲気下で180℃の温度で、1時間、ポストアニールを行ってTFT10を形成した。
As for the
実施例1においては、活性層として、Zn濃度(Zn/In+Ga+Zn)が14.6%、Ga濃度(Ga/In+Ga+Zn)が41.6%、In濃度(In/In+Ga+Zn)が43.8%であるIGZO膜を用いた。なお、IGZO膜の濃度分析は、前述のようにXRF分析によって行った。
実施例1において、上述のエッチング液(りん酸73質量%、酢酸7質量%および硝酸3質量%の混酸水溶液(液温25℃))による、ソース電極、ドレイン電極を構成するモリブデンとのエッチングレート比(IGZO:Mo)は1:13.8である。実施例1は、図2に示す符号Aに相当するものである。
In Example 1, the active layer has a Zn concentration (Zn / In + Ga + Zn) of 14.6%, a Ga concentration (Ga / In + Ga + Zn) of 41.6%, and an In concentration (In / In + Ga + Zn) of 43.8%. An IGZO film was used. The concentration analysis of the IGZO film was performed by XRF analysis as described above.
In Example 1, the etching rate with the above-described etching liquid (molybdic acid aqueous solution of 73% by mass of phosphoric acid, 7% by mass of acetic acid and 3% by mass of nitric acid (liquid temperature 25 ° C.)) with molybdenum constituting the source electrode and the drain electrode. The ratio (IGZO: Mo) is 1: 13.8. Example 1 corresponds to the symbol A shown in FIG.
実施例2においては、活性層として、Zn濃度(Zn/In+Ga+Zn)が19.2%、Ga濃度(Ga/In+Ga+Zn)が38.8%、In濃度(In/In+Ga+Zn)が42.0%であるIGZO膜を用いた。
実施例2において、上述のエッチング液(りん酸73質量%、酢酸7質量%および硝酸3質量%の混酸水溶液(液温25℃))による、ソース電極、ドレイン電極を構成するモリブデンとのエッチングレート比(IGZO:Mo)は1:10.6である。実施例2は、図2に示す符号Bに相当するものである。
In Example 2, the active layer has a Zn concentration (Zn / In + Ga + Zn) of 19.2%, a Ga concentration (Ga / In + Ga + Zn) of 38.8%, and an In concentration (In / In + Ga + Zn) of 42.0%. An IGZO film was used.
In Example 2, the etching rate with the above-described etching liquid (molybdic acid aqueous solution (liquid temperature 25 ° C.) of 73% by mass of phosphoric acid, 7% by mass of acetic acid and 3% by mass of nitric acid) with molybdenum constituting the source electrode and the drain electrode. The ratio (IGZO: Mo) is 1: 10.6. Example 2 corresponds to the symbol B shown in FIG.
比較例1においては、活性層として、Zn濃度(Zn/In+Ga+Zn)が34.7%、Ga濃度(Ga/In+Ga+Zn)が30.3%、In濃度(In/In+Ga+Zn)が35.0%であるIGZO膜を用いた。
比較例1において、上述のエッチング液(りん酸73質量%、酢酸7質量%および硝酸3質量%の混酸水溶液(液温25℃))による、ソース電極、ドレイン電極を構成するモリブデンとのエッチングレート比(IGZO:Mo)は1:3.1である。比較例1は、図2に示す符号Cに相当するものである。
In Comparative Example 1, the active layer has a Zn concentration (Zn / In + Ga + Zn) of 34.7%, a Ga concentration (Ga / In + Ga + Zn) of 30.3%, and an In concentration (In / In + Ga + Zn) of 35.0%. An IGZO film was used.
In Comparative Example 1, the etching rate with the above-described etching liquid (mixed aqueous solution of phosphoric acid 73 mass%, acetic acid 7 mass% and nitric acid 3 mass% (liquid temperature 25 ° C.)) with molybdenum constituting the source electrode and the drain electrode The ratio (IGZO: Mo) is 1: 3.1. Comparative example 1 corresponds to the symbol C shown in FIG.
比較例2においては、活性層として、Zn濃度(Zn/In+Ga+Zn)が25.1%、Ga濃度(Ga/In+Ga+Zn)が36.5%、In濃度(In/In+Ga+Zn)が38.4%であるIGZO膜を用いた。
比較例2において、上述のエッチング液(りん酸73質量%、酢酸7質量%および硝酸3質量%の混酸水溶液(液温25℃))による、ソース電極、ドレイン電極を構成するモリブデンとのエッチングレート比(IGZO:Mo)は1:9.0である。比較例2は、図2に示す符号Dに相当するものである。
In Comparative Example 2, the active layer has a Zn concentration (Zn / In + Ga + Zn) of 25.1%, a Ga concentration (Ga / In + Ga + Zn) of 36.5%, and an In concentration (In / In + Ga + Zn) of 38.4 %. An IGZO film was used.
In Comparative Example 2, the etching rate with molybdenum constituting the source electrode and the drain electrode by the above-described etching solution (mixed acid aqueous solution of phosphoric acid 73 mass%, acetic acid 7 mass% and nitric acid 3 mass% (liquid temperature 25 ° C.)). The ratio (IGZO: Mo) is 1: 9.0. Comparative example 2 corresponds to the symbol D shown in FIG.
実施例1、実施例2、比較例1および比較例2のトランジスタについて、それぞれ移動度を測定した。その結果、実施例1、2は、移動度が10cm2/Vs以上であり、TFT特性の均一性が良好なTFTを形成することができた。
一方、比較例1は、ソース電極、ドレイン電極の形成時に、活性層が消滅し、TFTを形成することができなかった。比較例2は、TFTは動作したものの、TFT特性の面内均一性が悪かった。
For the transistors of Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2, the mobility was measured. As a result, in Examples 1 and 2, the mobility was 10 cm 2 / Vs or more, and a TFT with good uniformity in TFT characteristics could be formed.
On the other hand, in Comparative Example 1, when the source electrode and the drain electrode were formed, the active layer disappeared and a TFT could not be formed. In Comparative Example 2, although the TFT operated, the in-plane uniformity of the TFT characteristics was poor.
10、10a 薄膜電界効果型トランジスタ(TFT)
12 基板
14 ゲート電極
16 ゲート絶縁膜
18 活性層
20a ソース電極
20bドレイン電極
22 保護層
24 絶縁膜
10, 10a Thin film field effect transistor (TFT)
DESCRIPTION OF
Claims (8)
エッチング液として、りん酸、酢酸、および硝酸を含む混酸水溶液を用いて、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程を有し、
前記活性層は、In、GaおよびZnを含むアモルファス酸化物半導体で構成されるものであり、前記活性層は、Zn濃度が20%未満であり、In濃度が40%以上であり、Ga濃度が37%以上であることを特徴とする薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。 A method of manufacturing a thin film field effect transistor in which at least a gate electrode, an insulating film, an active layer, a source electrode, and a drain electrode are formed on a substrate, and the source electrode and the drain electrode are provided on the active layer. And
Using a mixed acid aqueous solution containing phosphoric acid, acetic acid, and nitric acid as an etchant, and forming the source electrode and the drain electrode,
The active layer is composed of an amorphous oxide semiconductor containing In, Ga, and Zn. The active layer has a Zn concentration of less than 20%, an In concentration of 40% or more, and a Ga concentration of A manufacturing method of a thin film field effect transistor, characterized by being 37% or more.
前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程において、前記ソース電極および前記ドレイン電極を、前記活性層の一部を覆うように前記基板上に形成する請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。 Before the step of forming the source electrode and the drain electrode, the step of forming the gate electrode on the substrate, the step of forming the insulating film on the substrate so as to cover the gate electrode, and the insulation Forming the active layer on the film,
5. The process according to claim 1, wherein in the step of forming the source electrode and the drain electrode, the source electrode and the drain electrode are formed on the substrate so as to cover a part of the active layer. Of manufacturing a thin film field effect transistor.
前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程において、前記ソース電極および前記ドレイン電極を、前記活性層の一部を覆うように前記基板上に形成し、
さらに前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成する工程の後に、前記活性層、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆うように前記基板上に前記絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に前記ゲート電極を形成する工程とを有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜電界効果型トランジスタの製造方法。 Before the step of forming the source electrode and the drain electrode, the step of forming the active layer on the substrate,
In the step of forming the source electrode and the drain electrode, the source electrode and the drain electrode are formed on the substrate so as to cover a part of the active layer,
Further, after the step of forming the source electrode and the drain electrode, a step of forming the insulating film on the substrate so as to cover the active layer, the source electrode, and the drain electrode, and the gate on the insulating film The method of manufacturing a thin film field effect transistor according to claim 1, further comprising a step of forming an electrode.
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