JP6131781B2 - THIN FILM TRANSISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE - Google Patents

THIN FILM TRANSISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE Download PDF

Info

Publication number
JP6131781B2
JP6131781B2 JP2013176951A JP2013176951A JP6131781B2 JP 6131781 B2 JP6131781 B2 JP 6131781B2 JP 2013176951 A JP2013176951 A JP 2013176951A JP 2013176951 A JP2013176951 A JP 2013176951A JP 6131781 B2 JP6131781 B2 JP 6131781B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
layer
electrode
barrier layer
well
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.)
Active
Application number
JP2013176951A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015046499A (en
Inventor
村上 隆昭
隆昭 村上
中川 直紀
直紀 中川
井上 和式
和式 井上
耕治 小田
耕治 小田
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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 Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2013176951A priority Critical patent/JP6131781B2/en
Publication of JP2015046499A publication Critical patent/JP2015046499A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6131781B2 publication Critical patent/JP6131781B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)

Description

この発明は、酸化物半導体層を備えた薄膜トランジスタおよびその製造方法に関するものである。また、この発明は、その薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置に関するものである。   The present invention relates to a thin film transistor including an oxide semiconductor layer and a manufacturing method thereof. The present invention also relates to a liquid crystal display device using the thin film transistor.

近年、InGaZnO系の酸化物半導体をチャネル層に用いた薄膜トランジスタの開発が盛んに行われている。酸化物半導体は、アモルファスシリコンよりも高移動度であり、さらに低温成膜が可能であることから、ガラス基板上に形成され、表示デバイスの画素トランジスタとして用いられている。   In recent years, a thin film transistor using an InGaZnO-based oxide semiconductor for a channel layer has been actively developed. An oxide semiconductor has higher mobility than amorphous silicon and can be formed at a lower temperature. Therefore, the oxide semiconductor is formed over a glass substrate and used as a pixel transistor of a display device.

薄膜トランジスタは、高移動度なほど高速動作が可能になるため、高移動度化を目指した開発が行われている。特許文献1には、酸化物半導体層としてInGaZnO系を用いた井戸型ポテンシャル構造を実現し、2次元電子を用いて高移動度化を図った薄膜トランジスタが開示されている。   Thin film transistors can operate at higher speeds as the mobility becomes higher, and therefore, developments aiming at higher mobility are being carried out. Patent Document 1 discloses a thin film transistor which realizes a well-type potential structure using an InGaZnO system as an oxide semiconductor layer and achieves high mobility using two-dimensional electrons.

特開2011−124360号公報JP 2011-124360 A

しかしながら、特許文献1のように半導体層に井戸型ポテンシャル構造を持つ薄膜トランジスタにおいては、ソース−ドレイン間の電流は井戸層を流れるものの、ソース電極及びドレイン電極により電流として取り出す際には大半が障壁層を経由する。これは、井戸層端面とソース、ドレイン電極との接触面積が、上部障壁層とソース、ドレイン電極との接触面積に比べて格段に小さく、電流のほとんどが上部障壁層経由で取り出されるためである。そのため、薄膜トランジスタの特性は、障壁層の抵抗成分、欠陥準位、表面準位による影響を受け易く、動作が不安定になるなどの問題があった。   However, in a thin film transistor having a well-type potential structure in a semiconductor layer as in Patent Document 1, a current between a source and a drain flows through a well layer, but most of the current is taken out as a current by a source electrode and a drain electrode as a barrier layer. Via. This is because the contact area between the end face of the well layer and the source and drain electrodes is much smaller than the contact area between the upper barrier layer and the source and drain electrodes, and most of the current is extracted via the upper barrier layer. . Therefore, the characteristics of the thin film transistor are easily affected by the resistance component, defect level, and surface level of the barrier layer, and there are problems such as unstable operation.

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、障壁層の抵抗成分、欠陥準位、表面準位の影響を低減した薄膜トランジスタ及びその製造方法ならびに液晶表示装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a thin film transistor, a manufacturing method thereof, and a liquid crystal display device in which the influence of the resistance component, defect level, and surface level of the barrier layer is reduced. It is intended to do.

この発明に係る薄膜トランジスタは、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して第1の障壁層、井戸層、第2の障壁層の順に積層して構成された井戸型ポテンシャル構造の酸化物半導体層と、酸化物半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極とを備えた薄膜トランジスタであって、第1の障壁層、井戸層及び第2の障壁層のうち、井戸層においてソース電極又はドレイン電極との接触面積が最大となり、井戸層は、上面視において第2の障壁層で覆われていない領域を有し、ソース電極又はドレイン電極は、井戸層の上面のうち第2の障壁層で覆われていない領域に接触して形成され、かつ第2の障壁層との間に空隙を有ることを特徴としている。 A thin film transistor according to the present invention includes a gate electrode formed on a substrate, a gate insulating film formed on the gate electrode, a first barrier layer, a well layer, and a second layer on the gate electrode via the gate insulating film. A thin film transistor including a well-type potential-structure oxide semiconductor layer formed by stacking a plurality of barrier layers in order, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer, wherein the first barrier Of the layers, the well layer, and the second barrier layer, the contact area with the source electrode or the drain electrode is maximized in the well layer , and the well layer has a region that is not covered with the second barrier layer in a top view. The source electrode or the drain electrode is formed in contact with a region of the upper surface of the well layer that is not covered with the second barrier layer, and has a gap between the second barrier layer and the well electrode . .

また、この発明に係る薄膜トランジスタの他の態様によれば、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して第1の障壁層、井戸層、第2の障壁層の順に積層して構成された井戸型ポテンシャル構造の酸化物半導体層と、酸化物半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極とを備えた薄膜トランジスタであって、第1の障壁層、井戸層及び第2の障壁層のうち、井戸層においてソース電極又はドレイン電極との接触面積が最大となり、井戸層は、上面視において第2の障壁層で覆われていない領域を有し、ソース電極又はドレイン電極は、井戸層の上面のうち第2の障壁層で覆われていない領域に接触して形成され、第2の障壁層上にエッチングストッパー層をさらに備える、薄膜トランジスタである。
さらに、本発明に係る薄膜トランジスタの他の態様によれば、基板上に形成されたゲート電極と、ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート電極上にゲート絶縁膜を介して第1の障壁層、井戸層、第2の障壁層の順に積層して構成された井戸型ポテンシャル構造の酸化物半導体層と、酸化物半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極とを備えた薄膜トランジスタであって、第1の障壁層、井戸層及び第2の障壁層のうち、井戸層においてソース電極又はドレイン電極との接触面積が最大となり、井戸層は、上面視において第2の障壁層で覆われていない領域を有し、ソース電極又はドレイン電極は、井戸層の上面のうち第2の障壁層で覆われていない領域に接触して形成され、かつ第2の障壁層との間に空隙を有し、記第2の障壁層上にエッチングストッパー層をさらに備える、薄膜トランジスタである。
According to another aspect of the thin film transistor of the present invention, the gate electrode formed on the substrate, the gate insulating film formed on the gate electrode, and the first insulating film on the gate electrode via the gate insulating film A thin film transistor including an oxide semiconductor layer having a well-type potential structure in which a barrier layer, a well layer, and a second barrier layer are stacked in this order, and a source electrode and a drain electrode that are electrically connected to the oxide semiconductor layer In the first barrier layer, the well layer, and the second barrier layer, the contact area with the source electrode or the drain electrode is maximized in the well layer, and the well layer is the second barrier layer in a top view. The source electrode or the drain electrode has an uncovered region, and is formed in contact with a region of the upper surface of the well layer that is not covered with the second barrier layer, and is provided with an etching stopper on the second barrier layer. Further comprising a thin film transistor.
Furthermore, according to another aspect of the thin film transistor according to the present invention, the gate electrode formed on the substrate, the gate insulating film formed on the gate electrode, and the first insulating film on the gate electrode via the gate insulating film. A thin film transistor including an oxide semiconductor layer having a well-type potential structure in which a barrier layer, a well layer, and a second barrier layer are stacked in this order, and a source electrode and a drain electrode that are electrically connected to the oxide semiconductor layer In the first barrier layer, the well layer, and the second barrier layer, the contact area with the source electrode or the drain electrode is maximized in the well layer, and the well layer is the second barrier layer in a top view. The source electrode or the drain electrode is formed in contact with a region not covered with the second barrier layer on the upper surface of the well layer and between the second barrier layer. Have voids, Further comprising an etching stopper layer on the second barrier layer, a thin film transistor.

この発明に係る薄膜トランジスタは、上記のように構成したことにより、障壁層を経由しないキャリアの注入、取り出しを増加させることが可能となる。その結果、障壁層の抵抗成分、欠陥準位、表面準位がキャリアに与える影響が抑制され、高移動度で動作の安定した薄膜トランジスタを得ることが可能となる。   Since the thin film transistor according to the present invention is configured as described above, it is possible to increase the number of carriers injected and extracted without passing through the barrier layer. As a result, the influence of the resistance component, defect level, and surface level of the barrier layer on the carriers is suppressed, and a thin film transistor with high mobility and stable operation can be obtained.

本発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタの上面図である。1 is a top view of a thin film transistor according to a first embodiment of the present invention. 図1中のII−II線における断面図である。It is sectional drawing in the II-II line | wire in FIG. 本発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 1 of this invention. InGaZnO系酸化物半導体層の成膜時圧力とGa組成との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pressure at the time of film-forming of an InGaZnO type oxide semiconductor layer, and Ga composition. InGaZnO系酸化物半導体層の成膜時放電パワーとGa組成との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the discharge power at the time of film-forming of an InGaZnO type oxide semiconductor layer, and Ga composition. 本発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタの半導体層のバンドギャップを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the band gap of the semiconductor layer of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る薄膜トランジスタの変形例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the modification of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る薄膜トランジスタの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る薄膜トランジスタの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る薄膜トランジスタの変形例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the modification of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る薄膜トランジスタの変形例の構造を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the modification of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 3 of this invention. 図12中のXIII−XIII線における断面図である。It is sectional drawing in the XIII-XIII line | wire in FIG. 本発明の実施の形態3に係る薄膜トランジスタの変形例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the modification of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る薄膜トランジスタの変形例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the modification of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る薄膜トランジスタの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る薄膜トランジスタの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る薄膜トランジスタの変形例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the modification of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る薄膜トランジスタの変形例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the modification of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6に係る薄膜トランジスタの製造工程を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the manufacturing process of the thin-film transistor which concerns on Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態7に係る液晶表示装置の画素部の上面図である。It is a top view of the pixel part of the liquid crystal display device which concerns on Embodiment 7 of this invention. 図22中のXXIII−XXIII線における断面図である。It is sectional drawing in the XXIII-XXIII line | wire in FIG. 本発明の実施の形態7に係る液晶表示装置の画素の回路図である。It is a circuit diagram of the pixel of the liquid crystal display device which concerns on Embodiment 7 of this invention.

<実施の形態1>
はじめに、本発明の実施の形態1の薄膜トランジスタの構造について、図を参照しながら説明する。各図においては、同一または同様の構成部分については同じ符号を付している。なお、図は模式的なものであり、示された構成要素の正確な大きさなどを反映するものではない。また、本発明の実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるものであり、本発明はそれらの例示に限定されるものではない。
<Embodiment 1>
First, the structure of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same or similar components are denoted by the same reference numerals. The drawings are schematic and do not reflect the exact size of the components shown. In addition, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components exemplified in the embodiments of the present invention are appropriately changed depending on the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. The present invention is not limited to these examples.

図1は本発明の実施の形態1による薄膜トランジスタ100の上面図である。図2は図1中のII−II線における薄膜トランジスタ100の断面図である。図に示すように、薄膜トランジスタ100は、基板8、ゲート電極1、絶縁層2、半導体層9、ソース電極6、ドレイン電極7により構成される。なお、図1においては、絶縁層2を透視して図示している。また、ゲート電極1のうち、ソース及びドレイン電極6,7により覆われる部分を破線の仮想線で示している。   FIG. 1 is a top view of a thin film transistor 100 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the thin film transistor 100 taken along line II-II in FIG. As shown in the figure, the thin film transistor 100 includes a substrate 8, a gate electrode 1, an insulating layer 2, a semiconductor layer 9, a source electrode 6, and a drain electrode 7. In FIG. 1, the insulating layer 2 is seen through. In addition, a portion of the gate electrode 1 covered with the source and drain electrodes 6 and 7 is indicated by a broken imaginary line.

基板8は、絶縁性材料で形成されたもの、導電性基板上に絶縁性薄膜を形成したものなど、表面が絶縁性であれば材質、構造は問わない。基板8上には、ゲート電極1、絶縁層2、半導体層9、ソース電極6、ドレイン電極7が形成される。   The substrate 8 may be of any material and structure as long as the surface is insulative, such as an insulating material or an insulating thin film formed on a conductive substrate. On the substrate 8, a gate electrode 1, an insulating layer 2, a semiconductor layer 9, a source electrode 6, and a drain electrode 7 are formed.

ゲート電極1は、基板8の上面に導電性材料で形成される。また、ゲート電極1は絶縁層2で覆われる。絶縁層2はゲート絶縁膜とも称する。   The gate electrode 1 is formed of a conductive material on the upper surface of the substrate 8. The gate electrode 1 is covered with an insulating layer 2. The insulating layer 2 is also called a gate insulating film.

半導体層9は、第1の半導体層3、第2の半導体層5、第3の半導体層4により構成される。また、半導体層9は、ゲート電極1上に絶縁層2を介して、第1の半導体層3、第3の半導体層4、第2の半導体層5をこの順に積層して形成される。第3の半導体層4は、第1の半導体層3と第2の半導体層5との間に挟まれており、第1、第2の半導体層3,5よりバンドギャップが狭い。よって、半導体層9は井戸型ポテンシャルを形成する。つまり、第1の半導体層3は障壁層(第1の障壁層とも称する)、第3の半導体層4は井戸層(ポテンシャル井戸層)、第2の半導体層5は障壁層(第2の障壁層とも称する)となる。なお、第1の半導体層3は、井戸層の下に形成されることから下部障壁層とも称する。また、第2の半導体層5は、井戸層の上に形成されることから上部障壁層とも称する。   The semiconductor layer 9 includes a first semiconductor layer 3, a second semiconductor layer 5, and a third semiconductor layer 4. The semiconductor layer 9 is formed by laminating the first semiconductor layer 3, the third semiconductor layer 4, and the second semiconductor layer 5 in this order on the gate electrode 1 with the insulating layer 2 interposed therebetween. The third semiconductor layer 4 is sandwiched between the first semiconductor layer 3 and the second semiconductor layer 5 and has a narrower band gap than the first and second semiconductor layers 3 and 5. Therefore, the semiconductor layer 9 forms a well-type potential. That is, the first semiconductor layer 3 is a barrier layer (also referred to as a first barrier layer), the third semiconductor layer 4 is a well layer (potential well layer), and the second semiconductor layer 5 is a barrier layer (second barrier layer). Also referred to as a layer). The first semiconductor layer 3 is also referred to as a lower barrier layer because it is formed below the well layer. The second semiconductor layer 5 is also called an upper barrier layer because it is formed on the well layer.

半導体層9は、InGaZnO系の酸化物半導体で形成される。半導体層9のポテンシャル井戸を3層構造のInGaZnO系酸化物半導体で実現するには、第1、第2の半導体層3,5のGa組成が、第3の半導体層4のGa組成と比較して少しでも多くなるようにすればよい。   The semiconductor layer 9 is formed of an InGaZnO-based oxide semiconductor. In order to realize the potential well of the semiconductor layer 9 with an InGaZnO-based oxide semiconductor having a three-layer structure, the Ga composition of the first and second semiconductor layers 3 and 5 is compared with the Ga composition of the third semiconductor layer 4. You should try to increase as much as possible.

また、半導体層9においては、第3の半導体層4の膜厚が第1、第2の半導体層3,5の膜厚よりも厚くなるように構成する。つまり、半導体層9を構成する層の中で井戸層である第3の半導体層4の膜厚が最も厚い。例えば、第1の半導体層3の膜厚は0.1um、第3の半導体層4の膜厚は0.3um、第2の半導体層5の膜厚は0.1umとする。   Further, the semiconductor layer 9 is configured such that the film thickness of the third semiconductor layer 4 is larger than the film thicknesses of the first and second semiconductor layers 3 and 5. That is, the third semiconductor layer 4 which is a well layer among the layers constituting the semiconductor layer 9 is the thickest. For example, the thickness of the first semiconductor layer 3 is 0.1 μm, the thickness of the third semiconductor layer 4 is 0.3 μm, and the thickness of the second semiconductor layer 5 is 0.1 μm.

ソース電極6及びドレイン電極7は、導電性材料で形成され、半導体層9を構成する第1の半導体層3、第2の半導体層5、第3の半導体層4の端面(側面)3a,4a,5aと接触し、電気的に接続している。つまり、ソース電極6及びドレイン電極7は、上部障壁層である第2の半導体層5の端面5aの上端部から下部障壁層である第1の半導体層3の端面3aの下端部に渡り、連続して接触するように形成されている。図2においては、第2の半導体層5の上面が全面露出しており、ソース電極6及びドレイン電極7は第2の半導体層5の上面5bに接触していない。   The source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed of a conductive material, and end surfaces (side surfaces) 3 a and 4 a of the first semiconductor layer 3, the second semiconductor layer 5, and the third semiconductor layer 4 constituting the semiconductor layer 9. , 5a and is electrically connected. That is, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are continuous from the upper end portion of the end surface 5a of the second semiconductor layer 5 that is the upper barrier layer to the lower end portion of the end surface 3a of the first semiconductor layer 3 that is the lower barrier layer. And are formed so as to contact each other. In FIG. 2, the entire upper surface of the second semiconductor layer 5 is exposed, and the source electrode 6 and the drain electrode 7 are not in contact with the upper surface 5 b of the second semiconductor layer 5.

図2における半導体層9の紙面奥行き方向の形状が同一の場合、半導体層9を構成する各層とソース電極6及びドレイン電極7との接触面積は、第3の半導体層4の膜厚が最も厚いことから、第3の半導体層4において最大となる。   When the shape of the semiconductor layer 9 in FIG. 2 in the depth direction on the paper is the same, the contact area between each layer constituting the semiconductor layer 9 and the source electrode 6 and the drain electrode 7 is the largest thickness of the third semiconductor layer 4. Therefore, the maximum value is obtained in the third semiconductor layer 4.

次に、本発明の実施の形態1による薄膜トランジスタ100の製造方法について説明する。図3(a)〜(f)は、本発明の実施の形態1による薄膜トランジスタ100の製造フローを模式的に示した模式図である。   Next, a method for manufacturing the thin film transistor 100 according to the first embodiment of the present invention will be described. 3A to 3F are schematic views schematically showing a manufacturing flow of the thin film transistor 100 according to the first embodiment of the present invention.

まず、図3(a)に示すように、ガラス基板8上にパターニングしたゲート電極1とゲート電極1を覆う絶縁層2とを形成する。さらに、スパッタ法を用いて、第1の半導体層3、第3の半導体層4、第2の半導体層5を成膜する。第1の半導体層3、第2の半導体層5、第3の半導体層4を含む半導体層9は、InGaZnO系酸化物半導体層を連続的に成膜して形成される。その際、障壁層である第1、第2の半導体層3,5が、井戸層である第3の半導体層4と比較してGaリッチ組成になるように成膜する。例えば、障壁層である第1、第2の半導体層3,5のGa比率を7%、井戸層である第3の半導体層4のGa比率を5%とする。このようにすることで、第1、第2の半導体層3,5のバンドギャップが第3の半導体層4のバンドギャップより広い井戸型ポテンシャルを形成することができる。   First, as shown in FIG. 3A, a patterned gate electrode 1 and an insulating layer 2 covering the gate electrode 1 are formed on a glass substrate 8. Further, the first semiconductor layer 3, the third semiconductor layer 4, and the second semiconductor layer 5 are formed by sputtering. The semiconductor layer 9 including the first semiconductor layer 3, the second semiconductor layer 5, and the third semiconductor layer 4 is formed by continuously forming an InGaZnO-based oxide semiconductor layer. At this time, the first and second semiconductor layers 3 and 5 that are barrier layers are formed to have a Ga-rich composition as compared with the third semiconductor layer 4 that is a well layer. For example, the Ga ratio of the first and second semiconductor layers 3 and 5 that are barrier layers is 7%, and the Ga ratio of the third semiconductor layer 4 that is a well layer is 5%. In this way, a well-type potential in which the band gap of the first and second semiconductor layers 3 and 5 is wider than the band gap of the third semiconductor layer 4 can be formed.

ここで、InGaZnO系酸化物半導体層のGa比率と成膜時のパラメータとの関係について説明する。図4は、InGaZnO系酸化物半導体層の成膜時の圧力とGa比率との関係を示す実験結果である。図5は、InGaZnO系酸化物半導体層の成膜時の放電パワーとGa比率との関係を示す実験結果である。図より、成膜圧力を高くしたり、放電パワーを高くしたりすることにより、Ga比率が高くなることが分かる。つまり、成膜時の圧力や放電パワーなどのパラメータを変更することで、Gaリッチ組成膜を成膜することができる。このように、InGaZnO系の酸化物半導体層においては、成膜時の条件を変更することで組成を変えることが可能なため、半導体層9を構成する3層の酸化物半導体層を連続成膜工程で実現することができる。   Here, the relationship between the Ga ratio of the InGaZnO-based oxide semiconductor layer and the parameters during film formation will be described. FIG. 4 shows the experimental results showing the relationship between the pressure and the Ga ratio when forming the InGaZnO-based oxide semiconductor layer. FIG. 5 shows the experimental results showing the relationship between the discharge power and the Ga ratio when forming the InGaZnO-based oxide semiconductor layer. From the figure, it can be seen that the Ga ratio increases by increasing the deposition pressure or increasing the discharge power. That is, a Ga-rich composition film can be formed by changing parameters such as pressure and discharge power during film formation. In this manner, in the InGaZnO-based oxide semiconductor layer, the composition can be changed by changing the conditions during film formation. Therefore, the three oxide semiconductor layers constituting the semiconductor layer 9 are continuously formed. It can be realized in the process.

次に、図3(b)に示すように、ゲート電極1の上方に形成したレジスト80をマスクとして、第1の半導体層3、第3の半導体層4、第2の半導体層5の3層の酸化物半導体層をパターニングする。パターニングは、ドライエッチングで行う。パターニングすることで、第1の半導体層3、第3の半導体層4、第2の半導体層5の端面が形成される。   Next, as shown in FIG. 3B, the first semiconductor layer 3, the third semiconductor layer 4, and the second semiconductor layer 5 are formed using the resist 80 formed above the gate electrode 1 as a mask. The oxide semiconductor layer is patterned. Patterning is performed by dry etching. By patterning, the end surfaces of the first semiconductor layer 3, the third semiconductor layer 4, and the second semiconductor layer 5 are formed.

その後、図3(c)に示すように、レジストを除去し、電極となる金属膜81を基板上全面にスパッタ法などにより成膜する。金属膜81は、半導体層9の端面及び上面に接触している。電極となる金属膜81は、Ti、Mo、ITOなどを用いて成膜してもよい。   Thereafter, as shown in FIG. 3C, the resist is removed, and a metal film 81 serving as an electrode is formed on the entire surface of the substrate by sputtering or the like. The metal film 81 is in contact with the end surface and the upper surface of the semiconductor layer 9. The metal film 81 serving as an electrode may be formed using Ti, Mo, ITO, or the like.

次に、図3(d)、(e)に示すように、半導体層9の上にある金属膜81をレジスト82による写真製版技術でエッチングし、ソース電極6及びゲート電極7を形成する。   Next, as shown in FIGS. 3D and 3E, the metal film 81 on the semiconductor layer 9 is etched by photolithography using a resist 82 to form the source electrode 6 and the gate electrode 7.

最後に、図3(f)に示すように、レジスト82を除去する。以上の工程により、第1の半導体層3、第3の半導体層4、第2の半導体層5の端面にソース電極6及びゲート電極7を接触させた薄膜トランジスタを作製することができる。   Finally, as shown in FIG. 3F, the resist 82 is removed. Through the above steps, a thin film transistor in which the source electrode 6 and the gate electrode 7 are in contact with the end surfaces of the first semiconductor layer 3, the third semiconductor layer 4, and the second semiconductor layer 5 can be manufactured.

以上のような構造の薄膜トランジスタ100の動作について、図を参照しながら説明する。図6は、3層構造の半導体層9の平衡状態におけるエネルギーバンド構造を示す模式図である。図6では、ソースとドレイン電極7との間の位置における、ゲート電極1から上方向(図2に示すZ方向)への断面におけるエネルギー状態を示す。横方向は図2のZ方向と一致し、積層された各層を示している。また、縦方向はエネルギーを示している。図中のEcは伝導帯の下端、Evは価電子帯の上端を示している。また、EgはEcとEvの差であるバンドギャップである。井戸層である第3の半導体層4のバンドギャップEgは、障壁層である第1、第2の半導体層3,5のバンドギャップEgより小さい値をとる。   The operation of the thin film transistor 100 having the above structure will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a schematic diagram showing an energy band structure in an equilibrium state of the semiconductor layer 9 having a three-layer structure. FIG. 6 shows an energy state in a cross section from the gate electrode 1 upward (Z direction shown in FIG. 2) at a position between the source and the drain electrode 7. The horizontal direction coincides with the Z direction in FIG. 2 and shows the stacked layers. The vertical direction indicates energy. In the figure, Ec represents the lower end of the conduction band, and Ev represents the upper end of the valence band. Eg is a band gap which is a difference between Ec and Ev. The band gap Eg of the third semiconductor layer 4 that is the well layer is smaller than the band gap Eg of the first and second semiconductor layers 3 and 5 that are the barrier layers.

薄膜トランジスタ100のソース、ドレイン電極6,7間の電流は、伝導帯Ec上に存在する電子の図6の紙面垂直方向への流れとなる。電子は、常にエネルギーの低い方向へ移動しようとするため、図6に示すバンド構造では、バンドギャップEgの狭い第3の半導体層4に集まる。このような状態でソース、ドレイン電極6,7間にバイアスを印加すると紙面垂直方向においてエネルギー勾配が生じる。以下では、一例として、ドレイン電極7に5Vを印加し、ソース電極6を接地電位にした場合について説明する。ソース、ドレイン電極6,7間にバイアスを印加すると、電子はエネルギーの低いドレイン電極7へ向かって移動し、ソース、ドレイン電極6,7間に電流が流れる。本願のように、半導体層9に井戸型ポテンシャル構造を採用した構成においては、バンドギャップの狭い領域の電子がバンドギャップの広い領域の電子と比較して多くなっていることから、井戸層である第3の半導体層4における電子の移動がソース、ドレイン電極6,7間電流の主体となる。   The current between the source and drain electrodes 6 and 7 of the thin film transistor 100 is a flow of electrons existing on the conduction band Ec in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Since electrons always try to move in a direction where energy is low, in the band structure shown in FIG. 6, the electrons gather in the third semiconductor layer 4 having a narrow band gap Eg. When a bias is applied between the source and drain electrodes 6 and 7 in such a state, an energy gradient is generated in the direction perpendicular to the paper surface. Hereinafter, as an example, a case where 5 V is applied to the drain electrode 7 and the source electrode 6 is set to the ground potential will be described. When a bias is applied between the source and drain electrodes 6 and 7, electrons move toward the drain electrode 7 having low energy, and a current flows between the source and drain electrodes 6 and 7. In the configuration in which the semiconductor layer 9 employs the well-type potential structure as in the present application, the number of electrons in the narrow band gap region is larger than that in the wide band gap region. The movement of electrons in the third semiconductor layer 4 becomes the main current between the source and drain electrodes 6 and 7.

次に、バンドギャップの狭い第3の半導体層4に注入される電子について説明する。
ゲート電極1に正バイアスを印加すると、主に、下記(A1)〜(A3)に示す3種類の電子が、井戸層である第3の半導体層4に注入される。
(A1)初めから第2の半導体層5の価電子帯に存在する電子
(A2)ソース電極6及びドレイン電極7を経由して第2の半導体層5の価電子帯に流入する電子
(A3)ソース電極6及びドレイン電極7から第3の半導体層4の価電子帯に、直接、注入される電子
なお、初めから第1の半導体層3に存在する電子はゲート電極1に印加された正バイアスによってゲート電極1側に引き寄せられるので、第1の半導体層3から第3の半導体層4に注入される電子は拡散によるものだけとなる。よって、第1の半導体層3が第3の半導体層4へ注入される電子に与える影響は極微である。
Next, electrons injected into the third semiconductor layer 4 having a narrow band gap will be described.
When a positive bias is applied to the gate electrode 1, mainly three types of electrons shown in the following (A1) to (A3) are injected into the third semiconductor layer 4 which is a well layer.
(A1) Electrons present in the valence band of the second semiconductor layer 5 from the beginning (A2) Electrons flowing into the valence band of the second semiconductor layer 5 via the source electrode 6 and the drain electrode 7 (A3) Electrons directly injected into the valence band of the third semiconductor layer 4 from the source electrode 6 and the drain electrode 7 Note that the electrons present in the first semiconductor layer 3 from the beginning are positive bias applied to the gate electrode 1. Therefore, the electrons injected from the first semiconductor layer 3 into the third semiconductor layer 4 are only due to diffusion. Therefore, the influence of the first semiconductor layer 3 on the electrons injected into the third semiconductor layer 4 is minimal.

上記の3種類の電子のうち、(A1)、(A2)のように第2の半導体層5を経由して井戸層である第3の半導体層4に注入される電子は、第2の半導体層5の膜質の影響を強く受ける。具体的には、第2の半導体層5を経由する際に、一部の電子が第2の半導体層5の欠陥準位や表面準位等にトラップされたり、第2の半導体層5の抵抗成分の影響を受けたりする。その結果、第3の半導体層4に注入される電子が減少する。よって、例えば、第2の半導体層5と第3の半導体層4において、ソース電極6及びドレイン電極7との接触面積が同等であっても、上記(A2)、(A3)により第3の半導体層4に注入される電子の量は同等ではなく、(A3)のほうが多くなる。   Among the above three types of electrons, the electrons injected into the third semiconductor layer 4 that is the well layer via the second semiconductor layer 5 as in (A1) and (A2) are the second semiconductor. It is strongly influenced by the film quality of the layer 5. Specifically, when passing through the second semiconductor layer 5, some electrons are trapped in the defect level, surface level, or the like of the second semiconductor layer 5, or the resistance of the second semiconductor layer 5. It may be affected by ingredients. As a result, electrons injected into the third semiconductor layer 4 are reduced. Therefore, for example, even if the contact areas of the source electrode 6 and the drain electrode 7 in the second semiconductor layer 5 and the third semiconductor layer 4 are the same, the third semiconductor according to (A2) and (A3) above. The amount of electrons injected into the layer 4 is not equal, and (A3) is larger.

ここで、本実施の形態1では、ソース電極6及びドレイン電極が半導体層9の端面に接触し、井戸層である第3の半導体層4の膜厚が障壁層である第2の半導体層5の膜厚より大きい。つまり、第3の半導体層4とソース電極6及びドレイン電極7との接触面積は、第2の半導体層5とソース電極6及びドレイン電極7との接触面積より大きい。   Here, in the first embodiment, the source electrode 6 and the drain electrode are in contact with the end face of the semiconductor layer 9, and the thickness of the third semiconductor layer 4 that is a well layer is the second semiconductor layer 5 that is a barrier layer. Greater than the film thickness. That is, the contact area between the third semiconductor layer 4 and the source electrode 6 and the drain electrode 7 is larger than the contact area between the second semiconductor layer 5 and the source electrode 6 and the drain electrode 7.

よって、ゲート電極1に正バイアスを印加したときに第3の半導体層4へ注入される電子(以降、キャリアとも称する)は、上記(A1)から(A3)の中では(A3)が支配的となる。このように、ソース、ドレイン電極6,7間電流の主体となる第3の半導体層4に、直接かつ最も多く電子を注入することで、電子が第2の半導体層5から受ける影響を低減し、効率よく井戸層に電子を注入することができる。   Therefore, the electrons (hereinafter also referred to as carriers) injected into the third semiconductor layer 4 when a positive bias is applied to the gate electrode 1 are dominated by (A3) among the above (A1) to (A3). It becomes. In this way, by directly and most often injecting electrons into the third semiconductor layer 4 which is the main current between the source and drain electrodes 6, 7, the influence of the electrons from the second semiconductor layer 5 is reduced. Electrons can be efficiently injected into the well layer.

井戸層である第3の半導体層4に注入された電子は、ゲート電極1の正バイアスにより、ゲート電極1側に移動しようとする。しかしながら、第1の半導体層3のバンドギャップが大きく、ポテンシャル障壁となるため、電子は第3の半導体層4に閉じ込められる。この閉じ込められた電子は2次元的に高移動度となる。従って、この高移動度電子を用いることで薄膜トランジスタを高性能化することができる。電子が第3の半導体層4に閉じ込められた状態でソース電極6を接地し、ドレイン電極7に正バイアスを印加すると、ソース、ドレイン電極6,7間に電流が流れる。この場合においても、第3の半導体層4からソース電極6、ドレイン電極7により直接取り出される電子が支配的になる。そのため、第2の半導体層5を経由して取り出す場合のように電子が第2の半導体層5の欠陥準位などの膜特性の影響を受けることがなく、さらにソース、ドレイン電極6,7間の抵抗を低減することができる。   The electrons injected into the third semiconductor layer 4 which is a well layer tend to move to the gate electrode 1 side by the positive bias of the gate electrode 1. However, since the band gap of the first semiconductor layer 3 is large and becomes a potential barrier, electrons are confined in the third semiconductor layer 4. The trapped electrons are two-dimensionally highly mobile. Therefore, high performance of the thin film transistor can be achieved by using the high mobility electrons. When the source electrode 6 is grounded while electrons are confined in the third semiconductor layer 4 and a positive bias is applied to the drain electrode 7, a current flows between the source and drain electrodes 6 and 7. Also in this case, electrons directly taken out from the third semiconductor layer 4 by the source electrode 6 and the drain electrode 7 become dominant. For this reason, electrons are not affected by film characteristics such as defect levels of the second semiconductor layer 5 as in the case of taking out via the second semiconductor layer 5, and further between the source and drain electrodes 6, 7. The resistance can be reduced.

次に、本実施の形態1における、半導体層9への電子の注入の効果を見積もる。図2において、薄膜トランジスタ100の紙面奥行き方向の形状は一様であるものとし、半導体層9とソース電極6及びドレイン電極7との接触部の紙面奥行き方向の長さをW(図1中に図示)とする。また、第1の半導体層3の膜厚を0.1um、第3の半導体層4の膜厚を0.3um、第2の半導体層5を0.1umとする。このとき、下部障壁層である第1の半導体層3とソース電極6及びドレイン電極7との接触部の面積S1、上部障壁層である第2の半導体層4とソース電極6及びドレイン電極7との接触部の面積S2、井戸層である第3の半導体層5とソース電極6及びドレイン電極7との接触部の面積S3は、それぞれ以下の数1で表される。   Next, the effect of electron injection into the semiconductor layer 9 in the first embodiment will be estimated. 2, it is assumed that the shape of the thin film transistor 100 in the depth direction of the paper surface is uniform, and the length of the contact portion between the semiconductor layer 9 and the source electrode 6 and drain electrode 7 in the depth direction of the paper surface is W (illustrated in FIG. 1). ). Further, the thickness of the first semiconductor layer 3 is 0.1 μm, the thickness of the third semiconductor layer 4 is 0.3 μm, and the second semiconductor layer 5 is 0.1 μm. At this time, the area S1 of the contact portion between the first semiconductor layer 3 which is the lower barrier layer and the source electrode 6 and the drain electrode 7, the second semiconductor layer 4 which is the upper barrier layer, the source electrode 6 and the drain electrode 7, The area S2 of the contact portion and the area S3 of the contact portion between the third semiconductor layer 5 which is a well layer and the source electrode 6 and the drain electrode 7 are expressed by the following Equation 1, respectively.

Figure 0006131781
Figure 0006131781

ソース電極6及びドレイン電極7から半導体層9に注入される電子は、ソース電極6及びドレイン電極7と半導体層9との接触面積が大きければ大きいほど多くなる。よって、本実施の形態1のように、第3の半導体層4とソース電極6及びドレイン電極7との接触面積が最大になるように構成することで、ソース、ドレイン6,7間電流の主となる井戸層に障壁層を経由することなく効率的に電子を注入することができる。   The number of electrons injected from the source electrode 6 and the drain electrode 7 into the semiconductor layer 9 increases as the contact area between the source electrode 6 and the drain electrode 7 and the semiconductor layer 9 increases. Therefore, as in the first embodiment, by configuring the third semiconductor layer 4 so that the contact area between the source electrode 6 and the drain electrode 7 is maximized, the main current between the source, drain 6 and 7 can be increased. Thus, electrons can be efficiently injected into the well layer without passing through the barrier layer.

本実施の形態1では、図2において奥行き方向に一様な電極レイアウトを想定した。しかしながら、本実施の形態1においては、井戸層である第3の半導体層4とソース電極6及びドレイン電極7との接触面積が最大になることが本質であり、必ずしも奥行き方向に一様な電極レイアウトである必要はない。   In the first embodiment, a uniform electrode layout in the depth direction in FIG. 2 is assumed. However, in the first embodiment, it is essential that the contact area between the third semiconductor layer 4 which is a well layer and the source electrode 6 and the drain electrode 7 is maximized, and the electrode is not necessarily uniform in the depth direction. It doesn't have to be a layout.

また、本実施の形態1では、ソース電極6とドレイン電極7とが同一形状の電極レイアウトを想定し、第1の半導体層3、第2の半導体層5、第3の半導体層4のうち、第3の半導体層4とソース電極6及びドレイン電極7との接触面積がともに最大となる構成について説明した。しかしながら、必ずしもソース電極6とドレイン電極7とが同一形状である必要はなく、ソース電極6及びドレイン電極7のうち何れか一方の接触面積が最大となるような構成であっても、従来と比較して第3の半導体層4に効率的に電子を注入することができる。つまり、ソース電極6又はドレイン電極7の接触面積が最大となるような構成であれば、従来と比較して第3の半導体層4に効率的に電子を注入することができる。   In the first embodiment, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are assumed to have the same shape, and the first semiconductor layer 3, the second semiconductor layer 5, and the third semiconductor layer 4 are The configuration in which the contact area between the third semiconductor layer 4 and the source electrode 6 and the drain electrode 7 is maximized has been described. However, the source electrode 6 and the drain electrode 7 do not necessarily have the same shape, and even when the contact area of either the source electrode 6 or the drain electrode 7 is maximized, it is compared with the conventional case. Thus, electrons can be efficiently injected into the third semiconductor layer 4. That is, if the contact area of the source electrode 6 or the drain electrode 7 is maximized, electrons can be efficiently injected into the third semiconductor layer 4 as compared with the conventional case.

さらに、実施の形態1では、ソース電極6及びドレイン電極7が上部障壁層である第2の半導体層5の上面5bに接触していない構成について説明した。しかしながら、図7に示す薄膜トランジスタ101のように、ソース電極106及びドレイン電極107が第2の半導体層5の端面だけでなく上面5bにも接触している構成であってもよい。この場合には、第2の半導体層5の膜厚と、ソース電極106又はドレイン電極107が第2の半導体層5の上面5bに接触している接触幅Hとの合計が、第3の半導体層4の膜厚以下となる必要がある。つまり、第3の半導体層4の端面とソース電極106及びドレイン電極107との接触面積が、第1、第2の半導体層3,5とソース電極106及びドレイン電極107との接触面積より大きくなる必要がある。 Further, in the first embodiment, a configuration has been described which is not in contact with the upper surface 5b of the second semiconductor layer 5 source electrode 6 and drain electrode 7 is the upper barrier layer. However, as in the thin film transistor 101 illustrated in FIG. 7, the source electrode 106 and the drain electrode 107 may be in contact with the upper surface 5 b as well as the end surface of the second semiconductor layer 5. In this case, the sum of the film thickness of the second semiconductor layer 5 and the contact width H in which the source electrode 106 or the drain electrode 107 is in contact with the upper surface 5b of the second semiconductor layer 5 is the third semiconductor. It is necessary to be less than the film thickness of the layer 4. That is, the contact area between the end face of the third semiconductor layer 4 and the source electrode 106 and the drain electrode 107 is larger than the contact area between the first and second semiconductor layers 3 and 5 and the source electrode 106 and the drain electrode 107. There is a need.

具体的には、半導体層9の端面とソース電極106及びドレイン電極107との接触面積が数1のとき、第2の半導体層5の上面5bを覆うソース電極106及びドレイン電極107の幅Hが0.2um未満であれば、ソース電極106及びドレイン電極107との接触面積は、第3の半導体層4において最大となる。   Specifically, when the contact area between the end surface of the semiconductor layer 9 and the source electrode 106 and the drain electrode 107 is several 1, the width H of the source electrode 106 and the drain electrode 107 covering the upper surface 5b of the second semiconductor layer 5 is If it is less than 0.2 μm, the contact area between the source electrode 106 and the drain electrode 107 is maximized in the third semiconductor layer 4.

また、本実施の形態1では、3層構造の井戸型ポテンシャルについて説明したが、4層以上であっても差し支えない。   In the first embodiment, a well-type potential having a three-layer structure has been described. However, four or more layers may be used.

以上のように、本発明の実施の形態1は、基板8上に形成されたゲート電極1と、ゲート電極1上に形成されたゲート絶縁膜2と、ゲート電極1上にゲート絶縁膜2を介して第1の障壁層である第1の半導体層3、井戸層である第3の半導体層4、第2の障壁層である第2の半導体層5の順に積層して構成された井戸型ポテンシャル構造の酸化物半導体層9と、酸化物半導体層9と電気的に接続するソース電極6及びドレイン電極7とを備えた薄膜トランジスタであって、第1の障壁層である第1の半導体層3、井戸層である第3の半導体層4及び第2の障壁層である第2の半導体層5のうち、井戸層である第3の半導体層4においてソース電極6又はドレイン電極7との接触面積が最大となることを特徴とする。   As described above, the first embodiment of the present invention includes the gate electrode 1 formed on the substrate 8, the gate insulating film 2 formed on the gate electrode 1, and the gate insulating film 2 on the gate electrode 1. A well type in which a first semiconductor layer 3 as a first barrier layer, a third semiconductor layer 4 as a well layer, and a second semiconductor layer 5 as a second barrier layer are stacked in this order. A thin film transistor including an oxide semiconductor layer 9 having a potential structure, and a source electrode 6 and a drain electrode 7 electrically connected to the oxide semiconductor layer 9, the first semiconductor layer 3 being a first barrier layer Of the third semiconductor layer 4 that is the well layer and the second semiconductor layer 5 that is the second barrier layer, the contact area with the source electrode 6 or the drain electrode 7 in the third semiconductor layer 4 that is the well layer Is maximized.

このように構成することにより、ソース−ドレイン間の電流を取り出す際に、障壁層を経由して移動するキャリア(電子)が減り、障壁層を経由することなく移動するキャリア
(電子)が増える。その結果、障壁層内部の欠陥、界面準位、表面準位などによるキャリアへの影響が低減し、特性が安定した薄膜トランジスタを得ることができる。
With this configuration, when a current between the source and the drain is taken out, the number of carriers (electrons) that move through the barrier layer decreases, and the number of carriers (electrons) that move without passing through the barrier layer increases. As a result, a thin film transistor having stable characteristics can be obtained in which the influence on carriers due to defects in the barrier layer, interface states, surface states, and the like is reduced.

また、本発明の実施の形態1の薄膜トランジスタでは、成膜時の圧力や放電パワーなどでGa組成を制御することが可能なInGaZnO系の酸化物半導体を用いて半導体層9を形成する。よって、成膜条件を変更することで、バンドギャップの異なる層を積層したポテンシャル井戸の構造を容易に形成することができる。また、Ga組成を変えながらバンドギャップの異なる層を連続して成膜することができるので、界面特性の良い半導体層9を形成することができる。   Further, in the thin film transistor of Embodiment 1 of the present invention, the semiconductor layer 9 is formed using an InGaZnO-based oxide semiconductor whose Ga composition can be controlled by the pressure at the time of film formation, discharge power, or the like. Therefore, by changing the film formation conditions, a potential well structure in which layers having different band gaps are stacked can be easily formed. In addition, since layers having different band gaps can be continuously formed while changing the Ga composition, the semiconductor layer 9 having good interface characteristics can be formed.

<実施の形態2>
実施の形態1では、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタについて説明した。しかしながら、本発明はトップゲート構造の薄膜トランジスタにも適用することができる。本発明の実施の形態2の薄膜トランジスタはトップゲート構造であり、実施の形態1で示した薄膜トランジスタとは半導体層に対する電極の配置位置が主に異なる。これ以外の構成は、上述した実施の形態1と同様であるので、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。また、実施の形態2の動作は上述した実施の形態1と同様であるので、以下に説明する実施の形態2においても実施の形態1と同様の効果を奏する。以下、図を用いて本発明の実施の形態2における薄膜トランジスタの構造について説明する。
<Embodiment 2>
In Embodiment 1, a bottom-gate thin film transistor has been described. However, the present invention can also be applied to a top-gate thin film transistor. The thin film transistor of Embodiment 2 of the present invention has a top gate structure, and the arrangement position of the electrode with respect to the semiconductor layer is mainly different from the thin film transistor shown in Embodiment 1. Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment described above, the same reference numerals are assigned to the same elements, and the description thereof is not repeated. In addition, since the operation of the second embodiment is the same as that of the above-described first embodiment, the second embodiment described below also has the same effect as the first embodiment. Hereinafter, the structure of the thin film transistor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図8は、本発明の実施の形態2による薄膜トランジスタ102の断面図である。図に示すように、薄膜トランジスタ102は、基板8、半導体層19、ソース電極16、ドレイン電極17、絶縁層12、ゲート電極11、ソース引き出し電極18a、ドレイン引き出し電極18bにより構成される。   FIG. 8 is a cross-sectional view of the thin film transistor 102 according to the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, the thin film transistor 102 includes a substrate 8, a semiconductor layer 19, a source electrode 16, a drain electrode 17, an insulating layer 12, a gate electrode 11, a source extraction electrode 18a, and a drain extraction electrode 18b.

絶縁性の基板8上には、半導体層19、ソース電極16、ドレイン電極17、絶縁層12、ゲート電極11が形成される。   A semiconductor layer 19, a source electrode 16, a drain electrode 17, an insulating layer 12, and a gate electrode 11 are formed on the insulating substrate 8.

半導体層19は、第1の半導体層13、第2の半導体層15、第3の半導体層14により構成される。また、半導体層19は、基板8の上面に第1の半導体層13、第3の半導体層14、第2の半導体層15をこの順に積層して形成される。第3の半導体層14は、第1の半導体層13と第2の半導体層15との間に挟まれており、第1、第2の半導体層13,15よりもバンドギャップが狭い。よって、半導体層19は井戸型ポテンシャルを形成する。つまり、第1、第2の半導体層13,15は障壁層、第3の半導体層14は井戸層となる。   The semiconductor layer 19 includes a first semiconductor layer 13, a second semiconductor layer 15, and a third semiconductor layer 14. The semiconductor layer 19 is formed by laminating the first semiconductor layer 13, the third semiconductor layer 14, and the second semiconductor layer 15 in this order on the upper surface of the substrate 8. The third semiconductor layer 14 is sandwiched between the first semiconductor layer 13 and the second semiconductor layer 15 and has a narrower band gap than the first and second semiconductor layers 13 and 15. Therefore, the semiconductor layer 19 forms a well-type potential. That is, the first and second semiconductor layers 13 and 15 are barrier layers, and the third semiconductor layer 14 is a well layer.

半導体層19は、InGaZnO系の酸化物半導体で形成される。半導体層19のポテンシャル井戸を3層構造のInGaZnO系酸化物半導体で実現するには、第1、第2の半導体層13,15のGa組成が、第3の半導体層14のGa組成と比較して少しでも多くなるようにすればよい。   The semiconductor layer 19 is formed of an InGaZnO-based oxide semiconductor. In order to realize the potential well of the semiconductor layer 19 with an InGaZnO-based oxide semiconductor having a three-layer structure, the Ga composition of the first and second semiconductor layers 13 and 15 is compared with the Ga composition of the third semiconductor layer 14. You should try to increase as much as possible.

また、半導体層19においては、第3の半導体層14の膜厚が第1、第2の半導体層13,15の膜厚よりも厚くなるように構成する。つまり、半導体層19を構成する層の中で井戸層である第3の半導体層14の膜厚が最も厚い。   In addition, the semiconductor layer 19 is configured such that the thickness of the third semiconductor layer 14 is larger than the thickness of the first and second semiconductor layers 13 and 15. That is, the third semiconductor layer 14 which is a well layer among the layers constituting the semiconductor layer 19 is the thickest.

ソース電極16及びドレイン電極17は、導電性材料で形成され、基板8の上面に形成される。また、ソース電極16及びドレイン電極17は、半導体層19を構成する第1の半導体層13、第2の半導体層15、第3の半導体層14の端面(側面)13a,14a,15aと接触し、電気的に接続している。図8においては、ソース電極16及びドレイン電極17は第2の半導体層15の上面15bに接触していない。   The source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed of a conductive material and are formed on the upper surface of the substrate 8. The source electrode 16 and the drain electrode 17 are in contact with end faces (side surfaces) 13 a, 14 a, 15 a of the first semiconductor layer 13, the second semiconductor layer 15, and the third semiconductor layer 14 constituting the semiconductor layer 19. Are electrically connected. In FIG. 8, the source electrode 16 and the drain electrode 17 are not in contact with the upper surface 15 b of the second semiconductor layer 15.

半導体層19、ソース電極16及びドレイン電極17は絶縁層12で覆われる。また、ソース電極16及びドレイン電極17上の絶縁層12には貫通穴が設けられ、貫通孔内には、ソース電極16と電気的に接続するソース引き出し電極18a、及びドレイン電極17に接触するドレイン引き出し電極18bが形成される。ソース引き出し電極18a及びドレイン引き出し電極18bは、導電性材料で形成される。ソース電極16及びドレイン電極17は、ソース引き出し電極18a及びドレイン引き出し電極18bにより絶縁層12の上面に引き出されている。   The semiconductor layer 19, the source electrode 16 and the drain electrode 17 are covered with the insulating layer 12. Further, the insulating layer 12 on the source electrode 16 and the drain electrode 17 is provided with a through hole, and in the through hole, a source lead electrode 18 a electrically connected to the source electrode 16 and a drain in contact with the drain electrode 17 are provided. A lead electrode 18b is formed. The source lead electrode 18a and the drain lead electrode 18b are formed of a conductive material. The source electrode 16 and the drain electrode 17 are led out to the upper surface of the insulating layer 12 by the source lead electrode 18a and the drain lead electrode 18b.

半導体層19の上方には絶縁層12を介してゲート電極11が形成される。   A gate electrode 11 is formed above the semiconductor layer 19 via an insulating layer 12.

以上のように、本発明の実施の形態2は、基板8上に第1の障壁層である第1の半導体層13、井戸層である第3の半導体層14、第2の障壁層である第2の半導体層15の順に積層して構成された井戸型ポテンシャル構造の酸化物半導体層19と、酸化物半導体層19と電気的に接続するソース電極16及びドレイン電極17と、酸化物半導体層19上に形成されたゲート絶縁膜12と、酸化物半導体層19上にゲート絶縁膜12を介して形成されたゲート電極11とを備えた薄膜トランジスタであって、第1の障壁層である第1の半導体層13、井戸層である第3の半導体層14及び第2の障壁層である第2の半導体層15のうち、井戸層である第3の半導体層14においてソース電極16又はドレイン電極17との接触面積が最大となることを特徴とする。   As described above, the second embodiment of the present invention includes the first semiconductor layer 13 that is the first barrier layer, the third semiconductor layer 14 that is the well layer, and the second barrier layer on the substrate 8. An oxide semiconductor layer 19 having a well-type potential structure configured by stacking second semiconductor layers 15 in order, a source electrode 16 and a drain electrode 17 electrically connected to the oxide semiconductor layer 19, and an oxide semiconductor layer A thin film transistor including a gate insulating film 12 formed on 19 and a gate electrode 11 formed on the oxide semiconductor layer 19 with the gate insulating film 12 interposed therebetween, which is a first barrier layer. Source electrode 16 or drain electrode 17 in the third semiconductor layer 14 that is a well layer among the semiconductor layer 13, the third semiconductor layer 14 that is a well layer, and the second semiconductor layer 15 that is a second barrier layer. The maximum contact area with It is characterized in.

このように構成することにより、ソース−ドレイン間の電流を取り出す際に、障壁層を経由して移動するキャリア(電子)が減り、障壁層を経由することなく移動するキャリア
(電子)が増える。その結果、障壁層内部の欠陥、界面準位、表面準位などによるキャリアへの影響が低減し、特性の安定した薄膜トランジスタを得ることができる。
With this configuration, when a current between the source and the drain is taken out, the number of carriers (electrons) that move through the barrier layer decreases, and the number of carriers (electrons) that move without passing through the barrier layer increases. As a result, the influence on the carriers due to defects in the barrier layer, interface states, surface states, and the like is reduced, and a thin film transistor with stable characteristics can be obtained.

<実施の形態3>
本発明の実施の形態3による薄膜トランジスタの構造について説明する。実施の形態3の薄膜トランジスタは、実施の形態1で示した薄膜トランジスタと比較して、半導体層とソース電極及びドレイン電極との接触部の構造が主に異なる。具体的には、井戸層の上面に障壁層で覆われていない領域を設け、この領域にソース電極及びドレイン電極を接触させた点が主に異なる。これ以外の構成は上述した実施の形態1と同様であるので、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。また、実施の形態3の動作は上述した実施の形態1と同様であるので、以下に説明する実施の形態3に特有の構成とこれに起因する効果の他に、実施の形態1と同様の効果も奏する。以下、図を用いて本発明の実施の形態3における薄膜トランジスタの構造について説明する。
<Embodiment 3>
The structure of the thin film transistor according to the third embodiment of the present invention will be described. The thin film transistor of Embodiment 3 is mainly different from the thin film transistor described in Embodiment 1 in the structure of the contact portion between the semiconductor layer and the source and drain electrodes. Specifically, the main difference is that a region not covered with the barrier layer is provided on the upper surface of the well layer, and the source electrode and the drain electrode are brought into contact with this region. Since the configuration other than this is the same as that of the first embodiment described above, the same reference numerals are given to the same elements, and the description thereof will not be repeated. In addition, since the operation of the third embodiment is the same as that of the above-described first embodiment, in addition to the configuration peculiar to the third embodiment described below and the effects resulting therefrom, it is the same as that of the first embodiment. There is also an effect. Hereinafter, the structure of the thin film transistor according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図9は本発明の実施の形態3による薄膜トランジスタ200の断面図である。図に示すように、薄膜トランジスタ200は、基板8、ゲート電極1、絶縁層2、半導体層29、ソース電極26、ドレイン電極27により構成される。   FIG. 9 is a cross-sectional view of a thin film transistor 200 according to Embodiment 3 of the present invention. As shown in the figure, the thin film transistor 200 includes a substrate 8, a gate electrode 1, an insulating layer 2, a semiconductor layer 29, a source electrode 26, and a drain electrode 27.

半導体層29は、第1の半導体層23、第2の半導体層25、第3の半導体層24により構成される。また、半導体層29は、ゲート電極1上に絶縁層2を介して、第1の半導体層23、第3の半導体層24、第2の半導体層25をこの順に積層して形成される。第3の半導体層24は、第1の半導体層23と第2の半導体層25との間に挟まれており、第1、第2の半導体層23,25よりもバンドギャップが狭い。よって、半導体層29は井戸型ポテンシャルを形成する。つまり、第1の半導体層23は障壁層(第1の障壁層、下部障壁層)、第3の半導体層24は井戸層(ポテンシャル井戸層)、第2の半導体層25は障壁層(第2の障壁層、上部障壁層)となる。   The semiconductor layer 29 includes a first semiconductor layer 23, a second semiconductor layer 25, and a third semiconductor layer 24. The semiconductor layer 29 is formed by stacking the first semiconductor layer 23, the third semiconductor layer 24, and the second semiconductor layer 25 in this order on the gate electrode 1 with the insulating layer 2 interposed therebetween. The third semiconductor layer 24 is sandwiched between the first semiconductor layer 23 and the second semiconductor layer 25 and has a narrower band gap than the first and second semiconductor layers 23 and 25. Therefore, the semiconductor layer 29 forms a well-type potential. That is, the first semiconductor layer 23 is a barrier layer (first barrier layer, lower barrier layer), the third semiconductor layer 24 is a well layer (potential well layer), and the second semiconductor layer 25 is a barrier layer (second barrier layer). Barrier layer, upper barrier layer).

半導体層29は、InGaZnO系の酸化物半導体で形成される。半導体層29のポテンシャル井戸を3層構造のInGaZnO系酸化物半導体で実現するには、第1、第2の半導体層23,25のGa組成が、第3の半導体層24のGa組成と比較して少しでも多くなるようにすればよい。   The semiconductor layer 29 is formed using an InGaZnO-based oxide semiconductor. In order to realize the potential well of the semiconductor layer 29 with an InGaZnO-based oxide semiconductor having a three-layer structure, the Ga composition of the first and second semiconductor layers 23 and 25 is compared with the Ga composition of the third semiconductor layer 24. You should try to increase as much as possible.

また、半導体層29は、上部障壁層である第2の半導体層25の幅が井戸層である第3の半導体層24の幅と比べて狭くなるように構成する。そのため、第3の半導体層24の上面24bの端部の一部は第2の半導体層25に覆われておらず、露出している。なお、半導体層29の幅方向は、ソース電極26とドレイン電極27とを結ぶ方向と平行な方向(図9に示すX方向)とする。また、3層の半導体層23,24,25の膜厚は特に問わず、実施の形態1で示したように井戸型ポテンシャルを構成していればよい。ここでは、第1の半導体層23、第2の半導体層25、第3の半導体層24の膜厚は等しいものとする。   The semiconductor layer 29 is configured such that the width of the second semiconductor layer 25 that is the upper barrier layer is narrower than the width of the third semiconductor layer 24 that is the well layer. Therefore, a part of the end portion of the upper surface 24b of the third semiconductor layer 24 is not covered with the second semiconductor layer 25 but is exposed. The width direction of the semiconductor layer 29 is a direction parallel to the direction connecting the source electrode 26 and the drain electrode 27 (the X direction shown in FIG. 9). Further, the film thicknesses of the three semiconductor layers 23, 24, and 25 are not particularly limited as long as a well-type potential is formed as described in the first embodiment. Here, the film thicknesses of the first semiconductor layer 23, the second semiconductor layer 25, and the third semiconductor layer 24 are the same.

ソース電極26及びドレイン電極27は、導電性材料で形成され、半導体層29を構成する第1の半導体層23、第2の半導体層25、第3の半導体層24の端面(側面)23a,24a,25aと接触し、電気的に接続している。さらに、ソース電極26及びドレイン電極27は、第2の半導体層25の上面25bの一部及び第3の半導体層24の上面24bのうち露出している領域にも接触し、電気的に接続している。よって、ソース電極26及びドレイン電極27は、上部障壁層である第2の半導体層25の上面25bから下部障壁層である第1の半導体層23の端面23aの下端部に渡り、連続して接触するように形成されている。   The source electrode 26 and the drain electrode 27 are formed of a conductive material, and end surfaces (side surfaces) 23 a and 24 a of the first semiconductor layer 23, the second semiconductor layer 25, and the third semiconductor layer 24 constituting the semiconductor layer 29. , 25a and is electrically connected. Further, the source electrode 26 and the drain electrode 27 are in contact with and electrically connected to a part of the upper surface 25 b of the second semiconductor layer 25 and the exposed region of the upper surface 24 b of the third semiconductor layer 24. ing. Therefore, the source electrode 26 and the drain electrode 27 are in continuous contact from the upper surface 25b of the second semiconductor layer 25 that is the upper barrier layer to the lower end portion of the end surface 23a of the first semiconductor layer 23 that is the lower barrier layer. It is formed to do.

上面視において、第3の障壁層24の上面のうち、第2の障壁層25で覆われていない領域であって、ソース電極又はドレイン電極が接触している領域の幅をL3とする。また、第2の半導体層25の上面25bのうち、ソース電極26又はドレイン電極27が接触している領域の幅をL2とする。薄膜トランジスタ200においては、第1の半導体層23、第2の半導体層25、第3の半導体層24の膜厚が等しく、L3>L2となるように構成している。よって、第3の半導体層24とソース電極26及びドレイン電極27との接触面積は、第2半導体層25とソース電極26及びドレイン電極27との接触面積より大きい。   When viewed from above, the width of the region of the upper surface of the third barrier layer 24 that is not covered by the second barrier layer 25 and is in contact with the source electrode or the drain electrode is L3. Further, the width of the region of the upper surface 25b of the second semiconductor layer 25 that is in contact with the source electrode 26 or the drain electrode 27 is L2. In the thin film transistor 200, the first semiconductor layer 23, the second semiconductor layer 25, and the third semiconductor layer 24 have the same film thickness, and L3> L2. Therefore, the contact area between the third semiconductor layer 24 and the source electrode 26 and the drain electrode 27 is larger than the contact area between the second semiconductor layer 25 and the source electrode 26 and the drain electrode 27.

次に、本発明の実施の形態3による薄膜トランジスタ200の製造方法について説明する。図10(a)〜(m)は、本発明の実施の形態3による薄膜トランジスタ200の製造フローを模式的に示した模式図である。   Next, a method for manufacturing the thin film transistor 200 according to the third embodiment of the present invention will be described. FIGS. 10A to 10M are schematic views schematically showing a manufacturing flow of the thin film transistor 200 according to the third embodiment of the present invention.

まず、図10(a)、(b)に示すように、ガラス基板8上にパターニングしたゲート電極1とゲート電極1を覆う絶縁層2とを形成する。さらに、図10(c)に示すように、スパッタ法を用いて、絶縁層2上に第1の半導体層23、第3の半導体層24、第2の半導体層25を成膜する。第1の半導体層23、第3の半導体層24、第2の半導体層25を含む半導体層29は、InGaZnO系酸化物半導体層を連続的に成膜して形成される。第1の半導体層23、第3の半導体層24、第2の半導体層25の3層の成膜では、障壁層である第1、第2の半導体層23,25が、井戸層である第3の半導体層24の組成と比較してGaリッチ組成になるようにする。このようにすることで、第1、第2の半導体層23,25のバンドギャップが第3の半導体層24のバンドギャップより広い井戸型ポテンシャルを形成することができる。   First, as shown in FIGS. 10A and 10B, the patterned gate electrode 1 and the insulating layer 2 covering the gate electrode 1 are formed on the glass substrate 8. Further, as shown in FIG. 10C, a first semiconductor layer 23, a third semiconductor layer 24, and a second semiconductor layer 25 are formed on the insulating layer 2 by sputtering. The semiconductor layer 29 including the first semiconductor layer 23, the third semiconductor layer 24, and the second semiconductor layer 25 is formed by continuously forming an InGaZnO-based oxide semiconductor layer. In the formation of the three layers of the first semiconductor layer 23, the third semiconductor layer 24, and the second semiconductor layer 25, the first and second semiconductor layers 23 and 25 that are barrier layers are well layers. The semiconductor layer 24 is made to have a Ga-rich composition as compared with the composition of the third semiconductor layer 24. By doing so, a well-type potential in which the band gap of the first and second semiconductor layers 23 and 25 is wider than the band gap of the third semiconductor layer 24 can be formed.

実施の形態1で説明したように、InGaZnO系酸化物半導体層のGa比率は、成膜時の圧力や放電パワーなどにより変えることが可能である。具体的には、成膜時の圧力を高くしたり、放電パワーを高くしたりすることによりGa比率を高くすることができる。よって、井戸型ポテンシャルを形成する酸化物半導体層を連続成膜工程で実現することができる。   As described in Embodiment 1, the Ga ratio of the InGaZnO-based oxide semiconductor layer can be changed depending on the pressure at the time of film formation, the discharge power, and the like. Specifically, the Ga ratio can be increased by increasing the pressure during film formation or increasing the discharge power. Thus, an oxide semiconductor layer that forms a well-type potential can be realized by a continuous film formation process.

次に、図10(d)、(e)に示すように、ゲート電極1の上方に形成したレジスト83aをマスクとして、第1の半導体層23、第3の半導体層24、第2の半導体層25の3層の酸化物半導体層をパターニングする。パターニングはドライエッチングで行う。パターニングすることで、第1の半導体層23、第3の半導体層24、第2の半導体層25の端面23a,24a,25aが形成される。   Next, as shown in FIGS. 10D and 10E, the first semiconductor layer 23, the third semiconductor layer 24, and the second semiconductor layer are formed using the resist 83a formed above the gate electrode 1 as a mask. 25 three oxide semiconductor layers are patterned. Patterning is performed by dry etching. By patterning, the end surfaces 23a, 24a, and 25a of the first semiconductor layer 23, the third semiconductor layer 24, and the second semiconductor layer 25 are formed.

次に、図10(f)〜(h)に示すように、レジスト83aを除去した後、レジスト83aより幅の狭い別のレジスト83bを形成し、このレジスト83bをマスクとして、第2の半導体層25をパターニングする。パターニングはドライエッチングで行う。パターニングすることで、第3の半導体層24が若干削れることになるが、完全になくならなければ良い。この工程により、第3の半導体層24を覆う第2の半導体層25の一部が除去され、第3の半導体層24の上面の一部が露出する。   Next, as shown in FIGS. 10F to 10H, after removing the resist 83a, another resist 83b narrower than the resist 83a is formed, and the second semiconductor layer is formed using the resist 83b as a mask. 25 is patterned. Patterning is performed by dry etching. By patterning, the third semiconductor layer 24 is slightly removed, but it is sufficient if it is not completely eliminated. By this step, a part of the second semiconductor layer 25 covering the third semiconductor layer 24 is removed, and a part of the upper surface of the third semiconductor layer 24 is exposed.

その後、図10(i)、(j)に示すように、レジスト83bを除去し、電極となる金属膜84を基板上全面にスパッタ法などにより成膜する。金属膜84は、半導体層29の端面及び第3の半導体層25の上面の露出している領域に接触している。電極となる金属膜84は、Ti、Mo、ITOなどを用いて成膜してもよい。   Thereafter, as shown in FIGS. 10I and 10J, the resist 83b is removed, and a metal film 84 to be an electrode is formed on the entire surface of the substrate by sputtering or the like. The metal film 84 is in contact with the exposed regions of the end surface of the semiconductor layer 29 and the upper surface of the third semiconductor layer 25. The metal film 84 serving as an electrode may be formed using Ti, Mo, ITO, or the like.

次に、図10(k)、(l)に示すように、半導体層29の上にある金属膜84をレジスト85による写真製版技術でエッチングし、ソース電極26及びゲート電極27を形成する。   Next, as shown in FIGS. 10K and 10L, the metal film 84 on the semiconductor layer 29 is etched by photolithography using a resist 85 to form the source electrode 26 and the gate electrode 27.

最後に、図10(m)に示すように、レジスト85を除去する。以上の工程により、第1の半導体層23、第3の半導体層24、第2の半導体層25の端面、第3の半導体層25の上面の露出している領域にソース電極26及びゲート電極27を接触させた薄膜トランジスタを作製することができる。   Finally, as shown in FIG. 10 (m), the resist 85 is removed. Through the above steps, the source electrode 26 and the gate electrode 27 are exposed in the exposed regions of the end surfaces of the first semiconductor layer 23, the third semiconductor layer 24, the second semiconductor layer 25, and the upper surface of the third semiconductor layer 25. A thin film transistor in contact with can be manufactured.

次に、バンドギャップの狭い第3の半導体層24に注入される電子について説明する。実施の形態3の薄膜トランジスタ200においても、ゲート電極1に正バイアスを印加すると、主に、下記(B1)〜(B3)に示す3種類の電子が、井戸層である第3の半導体層24に注入される。
(B1)初めから第2の半導体層25の価電子帯に存在する電子
(B2)ソース電極26及びドレイン電極27を経由して第2の半導体層25の価電子帯に流入する電子
(B3)ソース電極26及びドレイン電極27から第3の半導体層24の価電子帯に、直接、注入される電子
Next, electrons injected into the third semiconductor layer 24 having a narrow band gap will be described. Also in the thin film transistor 200 of the third embodiment, when a positive bias is applied to the gate electrode 1, mainly three types of electrons shown in the following (B1) to (B3) are applied to the third semiconductor layer 24 which is a well layer. Injected.
(B1) Electrons existing in the valence band of the second semiconductor layer 25 from the beginning (B2) Electrons flowing into the valence band of the second semiconductor layer 25 via the source electrode 26 and the drain electrode 27 (B3) Electrons directly injected from the source electrode 26 and the drain electrode 27 into the valence band of the third semiconductor layer 24

本実施の形態3においても、第3の半導体層24とソース電極26及びドレイン電極27との接触面積が、第2の半導体層25とソース電極26及びドレイン電極27との接触面積より大きい。よって、ゲート電極1に正バイアスを印加したときに、第3の半導体層24へ注入される電子は、上記(B1)から(B3)の中では(B3)が支配的となる。このように、ソース、ドレイン電極26,27間電流の主体となる第3の半導体層24に、直接かつ最も多く電子を注入することで、電子が第2の半導体層25から受ける影響を低減し、効率よく井戸層に電子を注入することができる。   Also in the third embodiment, the contact area between the third semiconductor layer 24 and the source electrode 26 and the drain electrode 27 is larger than the contact area between the second semiconductor layer 25 and the source electrode 26 and the drain electrode 27. Therefore, when a positive bias is applied to the gate electrode 1, the electrons injected into the third semiconductor layer 24 are dominant in (B3) from (B1) to (B3). In this way, by directly and most often injecting electrons into the third semiconductor layer 24 which is the main current between the source and drain electrodes 26 and 27, the influence of the electrons from the second semiconductor layer 25 is reduced. Electrons can be efficiently injected into the well layer.

また、電子が第3の半導体層24に閉じ込められた状態でソース電極26を接地し、ドレイン電極27に正バイアスを印加すると、ソース、ドレイン電極26,27間に電流が流れる。この場合においても、第3の半導体層24からソース電極26、ドレイン電極27により直接取り出される電子が支配的になる。そのため、第2の半導体層25を経由して取り出す場合のように電子が第2の半導体層25の欠陥準位などの膜特性の影響を受けることがなく、さらにソース、ドレイン電極26,27間の抵抗を低減することができる。   Further, when the source electrode 26 is grounded in a state where electrons are confined in the third semiconductor layer 24 and a positive bias is applied to the drain electrode 27, a current flows between the source and drain electrodes 26 and 27. Also in this case, electrons directly extracted from the third semiconductor layer 24 by the source electrode 26 and the drain electrode 27 become dominant. Therefore, the electrons are not affected by the film characteristics such as the defect level of the second semiconductor layer 25 unlike the case where the electrons are taken out via the second semiconductor layer 25, and further between the source and drain electrodes 26 and 27. The resistance can be reduced.

次に、本実施の形態3における、半導体層29への電子の注入の効果を見積もる。図9において、薄膜トランジスタ200の紙面奥行き方向の形状は一様であるものとし、半導体層29とソース電極26及びドレイン電極27との接触部の紙面奥行き方向の長さをWとする。第1の半導体層23、第2の半導体層25、第3の半導体層24の膜厚は何れも0.1umとする。さらに、上部障壁層である第2の半導体層25の上面とソース電極26及びドレイン電極27との接触部のX方向の幅L2=5um、井戸層である第3の半導体層24の上面とソース電極26及びドレイン電極27との接触部のX方向の幅L3=10umとする。このとき、下部障壁層である第1の半導体層23とソース電極26及びドレイン電極27との接触部の面積S11、上部障壁層である第2の半導体層25とソース電極26及びドレイン電極27との接触部の面積S12、井戸層である第3の半導体層24とソース電極26及びドレイン電極27との接触部の面積S13は、それぞれ以下の数2で表される。   Next, the effect of injecting electrons into the semiconductor layer 29 in the third embodiment is estimated. In FIG. 9, the shape of the thin film transistor 200 in the depth direction of the paper surface is assumed to be uniform, and the length of the contact portion between the semiconductor layer 29 and the source electrode 26 and drain electrode 27 in the depth direction of the paper surface is W. The film thicknesses of the first semiconductor layer 23, the second semiconductor layer 25, and the third semiconductor layer 24 are all 0.1 um. Further, the width L2 in the X direction of the contact portion between the upper surface of the second semiconductor layer 25 as the upper barrier layer and the source electrode 26 and the drain electrode 27 is 5 μm, and the upper surface and source of the third semiconductor layer 24 as the well layer The width L3 in the X direction of the contact portion between the electrode 26 and the drain electrode 27 is set to 10 μm. At this time, the area S11 of the contact portion between the first semiconductor layer 23 which is the lower barrier layer and the source electrode 26 and the drain electrode 27, the second semiconductor layer 25 which is the upper barrier layer, the source electrode 26 and the drain electrode 27, The area S12 of the contact portion, and the area S13 of the contact portion between the third semiconductor layer 24, which is a well layer, and the source electrode 26 and the drain electrode 27 are expressed by the following formula 2, respectively.

Figure 0006131781
Figure 0006131781

ソース電極26及びドレイン電極27から半導体層29に注入される電子は、ソース電極26及びドレイン電極27と半導体層との接触面積が大きければ大きいほど多くなる。よって、本実施の形態3のように、第3の半導体層24とソース電極26及びドレイン電極27との接触面積が最大になるように構成することで、ソース、ドレイン26,27間電流の主となる井戸層に障壁層を経由することなく効率的に電子を注入することができる。   The number of electrons injected from the source electrode 26 and drain electrode 27 into the semiconductor layer 29 increases as the contact area between the source electrode 26 and drain electrode 27 and the semiconductor layer increases. Therefore, as in the third embodiment, the configuration in which the contact area between the third semiconductor layer 24 and the source electrode 26 and the drain electrode 27 is maximized allows the main current between the source and drain 26 and 27 to be main. Thus, electrons can be efficiently injected into the well layer without passing through the barrier layer.

ここで、半導体層とソース電極及びドレイン電極との接触面積について検討する。上面視における半導体層29の大きさは、製造プロセスにおける写真製版の尤度を確保するため、一般的に、数um〜数十um程度となる。よって、ソース電極26及びドレイン電極27との接触幅L2,L3を数um程度とすることは容易である。一方、半導体層29を構成する各層の膜厚は、通常、50nm以下であり、上面視における半導体層29の大きさと比較すると1〜2桁程度の差がある。以上のことから、実施の形態3の構成は、実施の形態1のように半導体層の膜厚で接触面積を大きくする構成と比較して、半導体層とソース電極及びドレイン電極との接触面積の大きい薄膜トランジスタを容易に短時間で作ることができる。   Here, the contact area between the semiconductor layer and the source and drain electrodes is examined. The size of the semiconductor layer 29 in a top view is generally about several um to several tens of um in order to ensure the likelihood of photolithography in the manufacturing process. Therefore, it is easy to set the contact widths L2 and L3 with the source electrode 26 and the drain electrode 27 to about several um. On the other hand, the film thickness of each layer constituting the semiconductor layer 29 is usually 50 nm or less, and there is a difference of about 1 to 2 digits compared to the size of the semiconductor layer 29 in a top view. From the above, the configuration of the third embodiment has a larger contact area between the semiconductor layer and the source and drain electrodes than the configuration in which the contact area is increased by the thickness of the semiconductor layer as in the first embodiment. A large thin film transistor can be easily formed in a short time.

以上のように、本発明の実施の形態3は、井戸層である第3の半導体層24は、上面視において第2の障壁層である第2の半導体層25で覆われていない領域を有し、ソース電極26又はドレイン電極27は、井戸層である第3の半導体層24の上面のうち第2の障壁層である第2の半導体層25で覆われていない領域に接触して形成されることを特徴とする。   As described above, in the third embodiment of the present invention, the third semiconductor layer 24 that is a well layer has a region that is not covered with the second semiconductor layer 25 that is the second barrier layer in a top view. The source electrode 26 or the drain electrode 27 is formed in contact with a region of the upper surface of the third semiconductor layer 24 that is a well layer that is not covered with the second semiconductor layer 25 that is the second barrier layer. It is characterized by that.

このように構成することにより、井戸層である第3の半導体層24を厚くすること無く、ソース、ドレイン電極26,27間の電流の主となる第3の半導体層24とソース電極26及びドレイン電極27との接触面積を拡大することができる。その結果、プロセス時間の短縮が可能になるとともに、ソース電極26、ドレイン電極27などの配線層の段差を低減することができる。   With this configuration, the third semiconductor layer 24, the source electrode 26, and the drain, which are the main currents between the source and drain electrodes 26, 27, are formed without increasing the thickness of the third semiconductor layer 24, which is a well layer. The contact area with the electrode 27 can be enlarged. As a result, the process time can be shortened, and steps in the wiring layers such as the source electrode 26 and the drain electrode 27 can be reduced.

なお、ソース電極26及びドレイン電極27は、図9に示すように、必ずしも第2の半導体層25の上面に接触している必要はない。第3の半導体層24とソース電極26及びドレイン電極27との接触面積が、第2の半導体層25とソース電極26及びドレイン電極27との接触面積より大きければよい。例えば、図11に示す薄膜トランジスタ201のように、ソース電極126及びドレイン電極127が第2の半導体層25の上面に接触していない構造であってもよい。   The source electrode 26 and the drain electrode 27 are not necessarily in contact with the upper surface of the second semiconductor layer 25 as shown in FIG. The contact area between the third semiconductor layer 24 and the source electrode 26 and drain electrode 27 may be larger than the contact area between the second semiconductor layer 25 and the source electrode 26 and drain electrode 27. For example, a structure in which the source electrode 126 and the drain electrode 127 are not in contact with the upper surface of the second semiconductor layer 25 as in the thin film transistor 201 illustrated in FIG.

また、本発明の実施の形態3の薄膜トランジスタにおいても、紙面垂直方向全てに渡って同一構造である必要はなく、第3の半導体層24の表面にソース電極26及びドレイン電極27が接している箇所が部分的に存在する構成であってもよい。   Further, in the thin film transistor according to the third embodiment of the present invention, it is not necessary to have the same structure in all the directions perpendicular to the paper surface, and the source electrode 26 and the drain electrode 27 are in contact with the surface of the third semiconductor layer 24. May be partially present.

例えば、図12に示す薄膜トランジスタ202のように、第3の半導体層34の表面とソース電極36及びドレイン電極37との接触部は、第2の半導体層35に設けた貫通孔40a,40bにより実現してもよい。貫通孔40a,40bは、図12中に破線の円で示す。また、図12中のXIII−XIII線における薄膜トランジスタ202の断面を図13に示す。このように構成することにより、従来と比較して、第3の半導体層34とソース電極36及びドレイン電極37との接触の接触面積を増やすことができる。   For example, like the thin film transistor 202 shown in FIG. 12, the contact portion between the surface of the third semiconductor layer 34 and the source electrode 36 and the drain electrode 37 is realized by through holes 40 a and 40 b provided in the second semiconductor layer 35. May be. The through holes 40a and 40b are indicated by broken-line circles in FIG. FIG. 13 shows a cross section of the thin film transistor 202 taken along line XIII-XIII in FIG. With this configuration, the contact area of the contact between the third semiconductor layer 34 and the source electrode 36 and the drain electrode 37 can be increased as compared with the conventional case.

また、図14に示す薄膜トランジスタ203のように、第2の半導体層25とソース電極226及びドレイン電極227との間に空隙30a、30bを設け、第2の半導体層25とソース電極226及びドレイン電極227が直接接触しない構造を採用してもよい。空隙30a,30bはそれぞれ0.2〜0.3um程度あればよい。このように構成することで、第3の半導体層24への電子の注入がソース電極226及びドレイン電極227からに限定され、第2の半導体層25の膜質の影響を更に受けにくくなる。   Further, as in the thin film transistor 203 illustrated in FIG. 14, gaps 30 a and 30 b are provided between the second semiconductor layer 25 and the source electrode 226 and the drain electrode 227, so that the second semiconductor layer 25, the source electrode 226, and the drain electrode are provided. You may employ | adopt the structure where 227 does not contact directly. The gaps 30a and 30b may be about 0.2 to 0.3 μm, respectively. With this configuration, the injection of electrons into the third semiconductor layer 24 is limited to the source electrode 226 and the drain electrode 227, and the film quality of the second semiconductor layer 25 is further less affected.

さらに、図15に示す薄膜トランジスタ204のように、ソース電極46及びドレイン電極47が、第3の半導体層44の上面とのみ接触し、第1の半導体層43及び第2の半導体層45に直接接触していない構成であってもよい。具体的には、半導体層49上に絶縁層50を形成し、この絶縁層50に設けた貫通孔50a,50bを介してソース電極46及びドレイン電極47が井戸層である第3の半導体層44の上面に接触するように構成してもよい。貫通孔50a,50bは、第3の半導体層44のうち第2の半導体層45で覆われていない領域の上の絶縁層50に形成される。   Further, as in the thin film transistor 204 illustrated in FIG. 15, the source electrode 46 and the drain electrode 47 are in contact with only the upper surface of the third semiconductor layer 44 and are in direct contact with the first semiconductor layer 43 and the second semiconductor layer 45. The structure which is not carried out may be sufficient. Specifically, the insulating layer 50 is formed on the semiconductor layer 49, and the third semiconductor layer 44 in which the source electrode 46 and the drain electrode 47 are well layers through the through holes 50a and 50b provided in the insulating layer 50. You may comprise so that it may contact the upper surface of. The through holes 50 a and 50 b are formed in the insulating layer 50 above the region of the third semiconductor layer 44 that is not covered with the second semiconductor layer 45.

このような構造を採用することで、第3の半導体層44へのキャリアの注入がソース電極46及びドレイン電極47からに限定され、第2の半導体層45の膜質の影響を受けにくくなるとともに、拡散により第1の半導体層43から第3の半導体層44に注入される電子を抑制することができる。   By adopting such a structure, the injection of carriers into the third semiconductor layer 44 is limited to the source electrode 46 and the drain electrode 47, and is less susceptible to the film quality of the second semiconductor layer 45. Electrons injected from the first semiconductor layer 43 into the third semiconductor layer 44 by diffusion can be suppressed.

<実施の形態4>
実施の形態3では、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタにおいて、井戸層の上面にソース電極及びドレインを直接配置した構造について説明した。しかしながら、本発明はトップゲート構造の薄膜トランジスタにも適用することができる。本発明の実施の形態4の薄膜トランジスタはトップゲート構造であり、実施の形態3で示した薄膜トランジスタとは半導体層に対する電極の配置位置が主に異なる。これ以外の構成は、上述した実施の形態3と同様であるので、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。また、実施の形態4の動作は上述した実施の形態3と同様であるので、以下に説明する実施の形態4においても実施の形態3と同様の効果を奏する。以下、図を用いて本発明の実施の形態4における薄膜トランジスタの構造について説明する。
<Embodiment 4>
In Embodiment 3, the structure in which the source electrode and the drain are directly arranged on the upper surface of the well layer in the bottom-gate thin film transistor has been described. However, the present invention can also be applied to a top-gate thin film transistor. The thin film transistor of Embodiment 4 of the present invention has a top gate structure, and the arrangement position of the electrode with respect to the semiconductor layer is mainly different from the thin film transistor shown in Embodiment 3. Since the configuration other than this is the same as that of the above-described third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is not repeated. Further, since the operation of the fourth embodiment is the same as that of the above-described third embodiment, the same effects as those of the third embodiment are also obtained in the fourth embodiment described below. Hereinafter, the structure of the thin film transistor according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図16は、本発明の実施の形態4による薄膜トランジスタ205の断面図である。図に示すように、薄膜トランジスタ205は、基板8、半導体層59、ソース電極56、ドレイン電極57、絶縁層52、ゲート電極51、ソース引き出し電極18a、ドレイン引き出し電極18bにより構成される。   FIG. 16 is a cross-sectional view of the thin film transistor 205 according to the fourth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the thin film transistor 205 includes a substrate 8, a semiconductor layer 59, a source electrode 56, a drain electrode 57, an insulating layer 52, a gate electrode 51, a source extraction electrode 18a, and a drain extraction electrode 18b.

絶縁性の基板8上には、半導体層59、ソース電極56、ドレイン電極57、絶縁層52、ゲート電極51が形成される。   A semiconductor layer 59, a source electrode 56, a drain electrode 57, an insulating layer 52, and a gate electrode 51 are formed on the insulating substrate 8.

半導体層59は、第1の半導体層53、第2の半導体層55、第3の半導体層54により構成される。また、半導体層59は、基板8の上面に第1の半導体層53、第3の半導体層54、第2の半導体層55をこの順に積層して形成される。第3の半導体層54は、第1の半導体層53と第2の半導体層55との間に挟まれており、第1、第2の半導体層53,55よりもバンドギャップが狭い。よって、半導体層59は井戸型ポテンシャルを形成する。つまり、第1、第2の半導体層53,55は障壁層、第3の半導体層54は井戸層となる。   The semiconductor layer 59 includes a first semiconductor layer 53, a second semiconductor layer 55, and a third semiconductor layer 54. The semiconductor layer 59 is formed by stacking a first semiconductor layer 53, a third semiconductor layer 54, and a second semiconductor layer 55 in this order on the upper surface of the substrate 8. The third semiconductor layer 54 is sandwiched between the first semiconductor layer 53 and the second semiconductor layer 55 and has a narrower band gap than the first and second semiconductor layers 53 and 55. Therefore, the semiconductor layer 59 forms a well-type potential. That is, the first and second semiconductor layers 53 and 55 are barrier layers, and the third semiconductor layer 54 is a well layer.

半導体層59は、InGaZnO系の酸化物半導体で形成される。半導体層59のポテンシャル井戸を3層構造のInGaZnO系酸化物半導体で実現するには、第3の半導体層54のGa組成と比較して、第1、第2の半導体層53,55のGa組成が少しでも多くなるようにすればよい。   The semiconductor layer 59 is formed using an InGaZnO-based oxide semiconductor. In order to realize the potential well of the semiconductor layer 59 with an InGaZnO-based oxide semiconductor having a three-layer structure, the Ga compositions of the first and second semiconductor layers 53 and 55 are compared with the Ga composition of the third semiconductor layer 54. It is enough to increase as much as possible.

また、半導体層59は、上部障壁層である第2の半導体層55の幅が井戸層である第3の半導体層54の幅と比べて狭くなるように構成する。そのため、第3の半導体層54の上面54bの一部は第2の半導体層55に覆われておらず、露出している。なお、半導体層59の幅方向は、ソース電極56とドレイン電極57とを結ぶ方向と平行な方向(図16に示すX方向)とする。また、3層の半導体層53,54,55の膜厚は特に問わず、実施の形態1で示したように井戸型ポテンシャルを構成していればよい。   The semiconductor layer 59 is configured such that the width of the second semiconductor layer 55 that is the upper barrier layer is narrower than the width of the third semiconductor layer 54 that is the well layer. Therefore, a part of the upper surface 54b of the third semiconductor layer 54 is not covered with the second semiconductor layer 55 but exposed. Note that the width direction of the semiconductor layer 59 is a direction parallel to the direction connecting the source electrode 56 and the drain electrode 57 (the X direction shown in FIG. 16). Further, the film thicknesses of the three semiconductor layers 53, 54, and 55 are not particularly limited as long as a well-type potential is formed as described in the first embodiment.

ソース電極56及びドレイン電極57は、導電性材料で形成され、基板8の上面に形成される。また、ソース電極56及びドレイン電極57は、半導体層59を構成する第1の半導体層53、第2の半導体層55、第3の半導体層54の端面(側面)53a,54a,55aと接触し、電気的に接続している。さらに、ソース電極56及びドレイン電極57は、第3の半導体層54の上面54bのうち露出している領域にも接触し、電気的に接続している。よって、ソース電極56及びドレイン電極57は、上部障壁層である第2の半導体層55の端面55aの上端から下部障壁層である第1の半導体層53の端面53aの下端部に渡り、連続して接触するように形成されている。図16においては、ソース電極56及びドレイン電極57は第2の半導体層55の上面55bに接触していない。   The source electrode 56 and the drain electrode 57 are formed of a conductive material and are formed on the upper surface of the substrate 8. The source electrode 56 and the drain electrode 57 are in contact with end faces (side surfaces) 53 a, 54 a, 55 a of the first semiconductor layer 53, the second semiconductor layer 55, and the third semiconductor layer 54 that constitute the semiconductor layer 59. Are electrically connected. Further, the source electrode 56 and the drain electrode 57 are in contact with and electrically connected to the exposed region of the upper surface 54 b of the third semiconductor layer 54. Therefore, the source electrode 56 and the drain electrode 57 are continuous from the upper end of the end surface 55a of the second semiconductor layer 55 that is the upper barrier layer to the lower end portion of the end surface 53a of the first semiconductor layer 53 that is the lower barrier layer. Are formed so as to contact each other. In FIG. 16, the source electrode 56 and the drain electrode 57 are not in contact with the upper surface 55 b of the second semiconductor layer 55.

半導体層59、ソース電極56及びドレイン電極57は絶縁層52で覆われる。また、ソース電極56及びドレイン電極57上の絶縁層52には、貫通穴が設けられ、貫通孔内には、ソース電極56と電気的に接続するソース引き出し電極18a、及びドレイン電極57と電気的に接続するドレイン引き出し電極18bが形成される。ソース引き出し電極18a及びドレイン引き出し電極18bは、導電性材料で形成される。ソース電極56及びドレイン電極57は、ソース引き出し電極18a及びドレイン引き出し電極18bにより絶縁層52の上面に引き出されている。   The semiconductor layer 59, the source electrode 56 and the drain electrode 57 are covered with an insulating layer 52. The insulating layer 52 on the source electrode 56 and the drain electrode 57 is provided with a through hole, and the source lead electrode 18 a and the drain electrode 57 electrically connected to the source electrode 56 are electrically connected to the through hole. A drain lead electrode 18b connected to is formed. The source lead electrode 18a and the drain lead electrode 18b are formed of a conductive material. The source electrode 56 and the drain electrode 57 are drawn to the upper surface of the insulating layer 52 by the source lead electrode 18a and the drain lead electrode 18b.

半導体層59の上方には絶縁層52を介してゲート電極51が形成される。   A gate electrode 51 is formed above the semiconductor layer 59 through an insulating layer 52.

以上のように、本発明の実施の形態4は、基板8上に第1の障壁層である第1の半導体層53、井戸層である第3の半導体層54、第2の障壁層である第2の半導体層55の順に積層して構成された井戸型ポテンシャル構造の酸化物半導体層59と、酸化物半導体層59と電気的に接続するソース電極56及びドレイン電極57と、酸化物半導体層59上に形成されたゲート絶縁膜52と、酸化物半導体層59上にゲート絶縁膜52を介して形成されたゲート電極51とを備えた薄膜トランジスタであって、井戸層である第3の半導体層54は、上面視において第2の障壁層である第2の半導体層55で覆われていない領域を有し、ソース電極56又はドレイン電極57は、井戸層である第3の半導体層54の上面のうち第2の障壁層である第2の半導体層55で覆われていない領域に接触して形成されることを特徴とする。   As described above, the fourth embodiment of the present invention includes the first semiconductor layer 53 that is the first barrier layer, the third semiconductor layer 54 that is the well layer, and the second barrier layer on the substrate 8. An oxide semiconductor layer 59 having a well-type potential structure formed by stacking the second semiconductor layers 55 in this order, a source electrode 56 and a drain electrode 57 electrically connected to the oxide semiconductor layer 59, and an oxide semiconductor layer A third semiconductor layer which is a thin film transistor including a gate insulating film 52 formed on 59 and a gate electrode 51 formed on the oxide semiconductor layer 59 with the gate insulating film 52 interposed therebetween, which is a well layer 54 has a region not covered with the second semiconductor layer 55 which is the second barrier layer in a top view, and the source electrode 56 or the drain electrode 57 is the upper surface of the third semiconductor layer 54 which is a well layer. Is the second barrier layer Characterized in that it is formed in contact with the areas not covered by the second semiconductor layer 55.

このように構成することにより、トップゲート構造の薄膜トランジスタにおいても、井戸層である第3の半導体層54を厚くすること無く、ソース、ドレイン電極56,57間の電流の主となる第3の半導体層54とソース電極56及びドレイン電極57との接触面積を拡大することができる。その結果、プロセス時間の短縮が可能になるとともに、ソース電極56、ドレイン電極57などの配線層の段差を低減することができる。   With this configuration, even in a thin film transistor having a top-gate structure, the third semiconductor that is the main current between the source and drain electrodes 56 and 57 without increasing the thickness of the third semiconductor layer 54 that is a well layer. The contact area between the layer 54 and the source electrode 56 and drain electrode 57 can be increased. As a result, the process time can be shortened, and steps in the wiring layers such as the source electrode 56 and the drain electrode 57 can be reduced.

<実施の形態5>
本発明は、エッチストッパー型の薄膜トランジスタにも適用できる。本発明の実施の形態5の薄膜トランジスタは、実施の形態3で示した薄膜トランジスタと比較して、半導体層上にエッチストッパー層を備える点が主に異なる。これ以外の構成は上述した実施の形態3と同様であるので、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。また、実施の形態5の薄膜トランジスタの動作は上述した実施の形態3と同様であるので、以下に説明する実施の形態5においても実施の形態3と同様の効果を奏する。以下、図を用いて本発明の実施の形態5における薄膜トランジスタの構造について説明する。
<Embodiment 5>
The present invention can also be applied to an etch stopper type thin film transistor. The thin film transistor of the fifth embodiment of the present invention is mainly different from the thin film transistor shown in the third embodiment in that an etch stopper layer is provided on the semiconductor layer. Since the configuration other than this is the same as that of the above-described third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is not repeated. Further, since the operation of the thin film transistor of the fifth embodiment is the same as that of the above-described third embodiment, the same effects as those of the third embodiment are also obtained in the fifth embodiment described below. Hereinafter, the structure of the thin film transistor according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図17は、本発明の実施の形態5による薄膜トランジスタ300の断面図である。図17に示す断面構造は、エッチストッパー型と呼ばれるものである。図に示すように、薄膜トランジスタ300は、基板8、ゲート電極1、絶縁層2、半導体層29、エッチストッパー層となる絶縁層60、ソース電極66、ドレイン電極67により構成される。なお、エッチストッパー層となる絶縁層60は、単にエッチストッパー層とも称する。   FIG. 17 is a cross-sectional view of a thin film transistor 300 according to the fifth embodiment of the present invention. The cross-sectional structure shown in FIG. 17 is called an etch stopper type. As shown in the figure, the thin film transistor 300 includes a substrate 8, a gate electrode 1, an insulating layer 2, a semiconductor layer 29, an insulating layer 60 serving as an etch stopper layer, a source electrode 66, and a drain electrode 67. Note that the insulating layer 60 serving as an etch stopper layer is also simply referred to as an etch stopper layer.

半導体層29の上部には、エッチストッパー層60が設けられている。エッチストッパー層60の幅は、上部障壁層である第2の半導体層25とほぼ同等であり、井戸層である第3の半導体層24より狭い。よって、第3の半導体層24の上面の一部は、第2の半導体層25及びエッチストッパー層60に覆われておらず、露出している。   An etch stopper layer 60 is provided on the semiconductor layer 29. The width of the etch stopper layer 60 is substantially the same as that of the second semiconductor layer 25 that is the upper barrier layer, and is narrower than that of the third semiconductor layer 24 that is the well layer. Therefore, a part of the upper surface of the third semiconductor layer 24 is not covered with the second semiconductor layer 25 and the etch stopper layer 60 and is exposed.

ソース電極66、ドレイン電極67は、半導体層29を構成する第1の半導体層23、第2の半導体層25、第3の半導体層24の端面(側面)と接触し、電気的に接続している。また、ソース電極66及びドレイン電極67は、第3の半導体層24の上面のうち露出している領域にも接触し、電気的に接続している。さらに、ソース電極66及びドレイン電極67は、エッチストッパー層60の端面及び上面の一部にも接触している。よって、ソース電極66及びドレイン電極67は、エッチストッパー層60の上面から下部障壁層である第1の半導体層23の端面の下端部に渡り、連続して接触するように形成されている。   The source electrode 66 and the drain electrode 67 are in contact with and electrically connected to end faces (side surfaces) of the first semiconductor layer 23, the second semiconductor layer 25, and the third semiconductor layer 24 constituting the semiconductor layer 29. Yes. Further, the source electrode 66 and the drain electrode 67 are in contact with and electrically connected to the exposed region of the upper surface of the third semiconductor layer 24. Furthermore, the source electrode 66 and the drain electrode 67 are also in contact with part of the end surface and the upper surface of the etch stopper layer 60. Therefore, the source electrode 66 and the drain electrode 67 are formed so as to continuously contact from the upper surface of the etch stopper layer 60 to the lower end portion of the end surface of the first semiconductor layer 23 that is the lower barrier layer.

ソース電極66、ドレイン電極67は、図17において、紙面垂直方向全てに渡り同一構造である必要はなく、エッチストッパー層60の上面に接している箇所が紙面垂直方向において部分的に存在する構造でもよい。   In FIG. 17, the source electrode 66 and the drain electrode 67 do not have to have the same structure in the entire direction perpendicular to the paper surface, and the portion in contact with the upper surface of the etch stopper layer 60 partially exists in the paper surface vertical direction. Good.

また、必ずしも、ソース電極66、ドレイン電極67がエッチストッパー層60の上面に接触している必要はなく、図18に示す薄膜トランジスタ301のように、ソース電極166、ドレイン電極167がエッチストッパー層60の上面に接触していない構造であっても差し支えない。   Further, the source electrode 66 and the drain electrode 67 are not necessarily in contact with the upper surface of the etch stopper layer 60, and the source electrode 166 and the drain electrode 167 are not necessarily in the etch stopper layer 60 as in the thin film transistor 301 shown in FIG. A structure that does not contact the upper surface may be used.

次に、本発明の実施の形態5による薄膜トランジスタ300の製造方法について説明する。図19(a)〜(j)は、本発明の実施の形態5による薄膜トランジスタ300の製造フローのうち、実施の形態3の薄膜トランジスタの製造フローと異なる工程を抜粋し、模式的に示した模式図である。なお、図19(a)は、図10(e)と同一の工程を示す。   Next, a method for manufacturing the thin film transistor 300 according to the fifth embodiment of the present invention will be described. FIGS. 19A to 19J are schematic diagrams schematically showing extracted steps different from the manufacturing flow of the thin film transistor of the third embodiment in the manufacturing flow of the thin film transistor 300 according to the fifth embodiment of the present invention. It is. FIG. 19A shows the same process as FIG.

まず、図19(a)に示すように、ゲート電極1の上方に形成したレジスト83aをマスクとして、第1の半導体層23、第3の半導体層24、第2の半導体層25の3層の酸化物半導体層により構成される半導体層29をパターニングする。ここでは、パターニングは、PAN系のウェットエッチャントを用いて行ってもよいし、ドライエッチングで行ってもよい。   First, as shown in FIG. 19A, three layers of a first semiconductor layer 23, a third semiconductor layer 24, and a second semiconductor layer 25 are formed using a resist 83a formed above the gate electrode 1 as a mask. The semiconductor layer 29 composed of an oxide semiconductor layer is patterned. Here, the patterning may be performed using a PAN-based wet etchant or may be performed by dry etching.

次に、図19(b)、(c)に示すように、レジスト83a剥離後、半導体層29を覆うようにエッチングストッパー層60を形成する。エッチングストッパー層60は、通常、シリコン酸化膜で形成する。   Next, as shown in FIGS. 19B and 19C, after the resist 83 a is peeled off, an etching stopper layer 60 is formed so as to cover the semiconductor layer 29. The etching stopper layer 60 is usually formed of a silicon oxide film.

次に、図19(d)、(e)に示すように、半導体層29の上方に、除去したレジスト83aより幅の狭い別のレジスト83cを形成する。このレジスト83cをマスクとして、エッチングストッパー層60であるシリコン酸化膜及び第2の半導体層25のパターニングを行う。パターニングはドライエッチングで行う。このとき、第3の半導体層24が若干削れるが、完全になくならなければよい。この工程により、第3の半導体層24を覆う第2の半導体層25及びエッチングストッパー層60の一部が除去され、第3の半導体層24の上面の一部が露出する。   Next, as shown in FIGS. 19D and 19E, another resist 83c having a width smaller than the removed resist 83a is formed above the semiconductor layer 29. Next, as shown in FIG. Using this resist 83c as a mask, the silicon oxide film as the etching stopper layer 60 and the second semiconductor layer 25 are patterned. Patterning is performed by dry etching. At this time, the third semiconductor layer 24 is slightly removed, but it is sufficient that it is not completely eliminated. By this step, a part of the second semiconductor layer 25 and the etching stopper layer 60 covering the third semiconductor layer 24 is removed, and a part of the upper surface of the third semiconductor layer 24 is exposed.

その後、図19(f)、(g)に示すように、レジスト83cを除去し、電極となる金属膜86を基板1上の全面にスパッタ法などにより成膜する。金属膜86は、エッチングストッパー層60、半導体層29の端面及び上面の露出している領域に接触している。電極となる金属膜86は、Ti、Mo、ITOなどを用いて成膜してもよい。   Thereafter, as shown in FIGS. 19F and 19G, the resist 83c is removed, and a metal film 86 to be an electrode is formed on the entire surface of the substrate 1 by sputtering or the like. The metal film 86 is in contact with the exposed regions of the etching stopper layer 60 and the end face and upper surface of the semiconductor layer 29. The metal film 86 serving as an electrode may be formed using Ti, Mo, ITO, or the like.

次に、図19(h)、(i)に示すように、半導体層29の上面の金属膜86をレジスト87による写真製版技術でエッチングし、ソース電極66及びゲート電極67を形成する。最後に、図19(j)に示すように、レジスト87を除去する。   Next, as shown in FIGS. 19H and 19I, the metal film 86 on the upper surface of the semiconductor layer 29 is etched by photolithography using a resist 87 to form the source electrode 66 and the gate electrode 67. Finally, as shown in FIG. 19J, the resist 87 is removed.

以上の工程により、エッチングストッパー層を備え、第1の半導体層23、第3の半導体層24、第2の半導体層25の端面にソース電極66及びゲート電極67を接触させた薄膜トランジスタ300を作製することができる。   Through the above steps, the thin film transistor 300 including the etching stopper layer and having the source electrode 66 and the gate electrode 67 in contact with the end surfaces of the first semiconductor layer 23, the third semiconductor layer 24, and the second semiconductor layer 25 is manufactured. be able to.

本発明の実施の形態5の薄膜トランジスタは、上部障壁層である第2の半導体層25上にエッチングストッパー層60を備え、井戸層である第3の半導体層24は、上面視において第2の障壁層である第2の半導体層25で覆われていない領域を有し、ソース電極66又はドレイン電極67は、井戸層である第3の半導体層24の上面のうち第2の障壁層である第2の半導体層25で覆われていない領域に接触していることが特徴である。   The thin film transistor according to the fifth embodiment of the present invention includes an etching stopper layer 60 on the second semiconductor layer 25 which is an upper barrier layer, and the third semiconductor layer 24 which is a well layer has a second barrier in a top view. The source electrode 66 or the drain electrode 67 has a region that is not covered with the second semiconductor layer 25 that is a layer, and the source electrode 66 or the drain electrode 67 is a second barrier layer of the upper surface of the third semiconductor layer 24 that is a well layer. It is characterized in that it is in contact with a region that is not covered with the semiconductor layer 25.

このように、エッチングストッパー層60を備えた構造とすることで、ソース電極66、ドレイン電極67のパターニング時に第2の半導体層25の上面における欠陥の発生を抑制し、トランジスタのリーク電流を低減することができる。   As described above, the structure including the etching stopper layer 60 suppresses generation of defects on the upper surface of the second semiconductor layer 25 when the source electrode 66 and the drain electrode 67 are patterned, thereby reducing the leakage current of the transistor. be able to.

また、本実施の形態5では、図20に示す薄膜トランジスタ302のように、エッチングストッパー層60及び第2の半導体層25とソース電極266及びドレイン電極267との間に空隙30c,30dを儲け、エッチングストッパー層60及び第2の半導体層25が、ソース電極266及びドレイン電極267と直接接しない構造を採用してもよい。このような構成とすることで、第3の半導体層24への電子の注入がソース電極266、ドレイン電極267からに限定され、第2の半導体層25の膜質の影響を受けにくくなる。   In the fifth embodiment, as in the thin film transistor 302 shown in FIG. 20, the gaps 30c and 30d are provided between the etching stopper layer 60 and the second semiconductor layer 25, the source electrode 266, and the drain electrode 267, and etching is performed. A structure in which the stopper layer 60 and the second semiconductor layer 25 are not in direct contact with the source electrode 266 and the drain electrode 267 may be employed. With such a configuration, the injection of electrons into the third semiconductor layer 24 is limited to the source electrode 266 and the drain electrode 267 and is less affected by the film quality of the second semiconductor layer 25.

さらに、本実施の形態5の薄膜トランジスタの製造方法では、エッチングストッパー層となるシリコン酸化膜のパターニング工程を利用して上部障壁層である第2の半導体層25をエッチングすることができる。よって、新たな工程を追加することなく第3の半導体層24の上面を露出させることが可能になる。   Furthermore, in the method of manufacturing the thin film transistor of the fifth embodiment, the second semiconductor layer 25 that is the upper barrier layer can be etched using the patterning process of the silicon oxide film that becomes the etching stopper layer. Therefore, it is possible to expose the upper surface of the third semiconductor layer 24 without adding a new process.

<実施の形態6>
本発明の実施の形態6の薄膜トランジスタは、実施の形態3と比較して、製造方法が主に異なる。なお、実施の形態6の構成は上述した実施の形態3と同様であるので、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。また、実施の形態6の動作は上述した実施の形態3と同様であるので、以下に説明する実施の形態6に特有の効果の他に、実施の形態3と同様の効果も奏する。以下、図を用いて本発明の実施の形態6における薄膜トランジスタの製造方法について説明する。
<Embodiment 6>
The thin film transistor according to the sixth embodiment of the present invention is mainly different from the third embodiment in the manufacturing method. Since the configuration of the sixth embodiment is the same as that of the above-described third embodiment, the same elements are denoted by the same reference numerals and description thereof is not repeated. Since the operation of the sixth embodiment is the same as that of the third embodiment described above, the same effects as those of the third embodiment can be obtained in addition to the effects peculiar to the sixth embodiment described below. Hereinafter, the manufacturing method of the thin film transistor according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図21(a)〜(d)は、本発明の実施の形態6の薄膜トランジスタの製造フローのうち、実施の形態3の薄膜トランジスタ200の製造フローの製造フローと異なる工程を抜粋し、模式的に示した模式図である。なお、図21(a)は、図10(d)と同一の工程を示す。   FIGS. 21A to 21D schematically show the steps different from the manufacturing flow of the thin film transistor 200 according to the third embodiment out of the manufacturing flow of the thin film transistor according to the sixth embodiment of the present invention. It is a schematic diagram. FIG. 21A shows the same process as FIG.

まず、図21(a)、(b)に示すように、ゲート電極1の上方に形成したレジスト83aをマスクとして、第1の半導体層23、第3の半導体層24、第2の半導体層25の3層の酸化物半導体層をパターニングする。具体的には、レジスト83aをマスクとしてPAN系エッチャントでウェットエッチングを行うことでパターニングする。このとき、Gaリッチ組成のInGaZnO系酸化物半導体層はエッチングレートが早いため、第3の半導体層24のエッチングよりも第2の半導体層25のエッチングが早く進み、図21(c)に示すように、レジスト83aの下部の第2の半導体層25がオーバーエッチングされる。その結果、第3の半導体層24の上面の一部を露出させることが可能になる。   First, as shown in FIGS. 21A and 21B, using the resist 83a formed above the gate electrode 1 as a mask, the first semiconductor layer 23, the third semiconductor layer 24, and the second semiconductor layer 25 are used. These three oxide semiconductor layers are patterned. Specifically, patterning is performed by performing wet etching with a PAN-based etchant using the resist 83a as a mask. At this time, since the etching rate of the Ga-rich composition InGaZnO-based oxide semiconductor layer is high, the etching of the second semiconductor layer 25 proceeds faster than the etching of the third semiconductor layer 24, as shown in FIG. In addition, the second semiconductor layer 25 below the resist 83a is over-etched. As a result, a part of the upper surface of the third semiconductor layer 24 can be exposed.

その後、図21(d)に示すように、レジスト83aを除去すると、実施の形態3の製造フローである図10(i)と同一の状態となる。以降の工程は、実施の形態3と同様である。なお、実施の形態4のトップゲート構造の薄膜トランジスタ205においても同様に、第2の半導体層25のオーバーエッチングにより第3の半導体層54の上面の一部を露出させることができる。   Thereafter, as shown in FIG. 21D, when the resist 83a is removed, the state is the same as that in FIG. 10I, which is the manufacturing flow of the third embodiment. The subsequent steps are the same as those in the third embodiment. Note that in the top gate thin film transistor 205 of Embodiment 4, part of the upper surface of the third semiconductor layer 54 can be exposed by overetching the second semiconductor layer 25 in the same manner.

以上のように、実施の形態6の薄膜トランジスタの製造方法は、井戸層の上層に井戸層と比較してエッチングレートの早い、つまり、エッチングされやすい組成の障壁層を形成し、オーバーエッチングにより井戸層表面を露出させることにより、井戸層の上面にソース電極及びドレイン電極を配置する領域を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法である。このように、ウェットエッチング時のオーバーエッチングを利用することで、図10(g)、(h)に示すような写真製版の工程を追加すること無く、露出させた第3の半導体層24の上面にソース電極26及びゲート電極27を接触させた薄膜トランジスタを作製することが可能となる。   As described above, in the method of manufacturing the thin film transistor according to the sixth embodiment, a barrier layer having a higher etching rate than that of the well layer, that is, a composition that is easily etched, is formed on the upper layer of the well layer. A method for manufacturing a thin film transistor is characterized in that a region for disposing a source electrode and a drain electrode is formed on an upper surface of a well layer by exposing a surface. In this way, by utilizing the over-etching at the time of wet etching, the upper surface of the exposed third semiconductor layer 24 is added without adding a photoengraving process as shown in FIGS. A thin film transistor in which the source electrode 26 and the gate electrode 27 are in contact with each other can be manufactured.

さらに、第1の半導体層23、第2の半導体層25、第3の半導体層24のGa組成が、第3の半導体層24<第1の半導体層23<第2の半導体層25となるように構成してもよい。例えば、井戸層である第3の半導体層24のGa比率を5%、下部障壁層である第1の半導体層23のGa比率を6%、上部障壁層である第2の半導体層25のGa比率を7%とする。Ga組成をこのような大小関係とすることで、第1の半導体層23のオーバーエッチングを抑制することが可能になる。   Further, the Ga composition of the first semiconductor layer 23, the second semiconductor layer 25, and the third semiconductor layer 24 is such that the third semiconductor layer 24 <the first semiconductor layer 23 <the second semiconductor layer 25. You may comprise. For example, the Ga ratio of the third semiconductor layer 24 that is the well layer is 5%, the Ga ratio of the first semiconductor layer 23 that is the lower barrier layer is 6%, and the Ga ratio of the second semiconductor layer 25 that is the upper barrier layer. The ratio is 7%. By setting the Ga composition to such a magnitude relationship, overetching of the first semiconductor layer 23 can be suppressed.

<実施の形態7>
本発明の実施の形態7では、画素への電荷供給のスイッチとして本発明の実施の形態1から6における薄膜トランジスタを適用した液晶表示装置について説明する。本実施の形態では、実施の形態1の薄膜トランジスタ101を備えた液晶表示装置を示すが、実施の形態1から6で説明した各薄膜トランジスタ100,102,200,201,202,203,204,205,300,301,302を備えた構成であっても同様の効果を奏する。
<Embodiment 7>
In Embodiment 7 of the present invention, a liquid crystal display device to which the thin film transistor according to Embodiments 1 to 6 of the present invention is applied as a switch for supplying charges to a pixel will be described. In this embodiment mode, a liquid crystal display device including the thin film transistor 101 of Embodiment Mode 1 is shown, but each of the thin film transistors 100, 102, 200, 201, 202, 203, 204, 205, described in Embodiment Modes 1 to 6 is described. Even the configuration including 300, 301, 302 has the same effect.

図22は、液晶表示装置の画素部の構成を模式的に示した平面図である。図23は、図22の切断面XXIII−XXIIIから見た断面図である。図24は、図22に示す画素の等価回路を示す図である。なお、図22では、画素Pを構成する領域を太線の破線の矩形で示し、薄膜トランジスタ(画素トランジスタとも称する)Tを構成する領域を細線の破線の矩形で示している。   FIG. 22 is a plan view schematically showing the configuration of the pixel portion of the liquid crystal display device. FIG. 23 is a cross-sectional view taken along section XXIII-XXIII in FIG. 24 is a diagram showing an equivalent circuit of the pixel shown in FIG. In FIG. 22, a region constituting the pixel P is indicated by a bold dashed rectangle, and a region constituting the thin film transistor (also referred to as a pixel transistor) T is indicated by a thin dashed rectangle.

図に示すように、本実施の形態7の液晶表示装置は、複数の画素電極94、複数の画素トランジスタT、複数のソース配線90、複数のゲート配線91、複数の補助容量配線92等を備えたアレイ基板と、カラーフィルタ等を備えたカラーフィルタ基板(図示せず)との間に液晶を挟持して構成される。図22においては、ゲート配線91、画素トランジスタTに含まれるゲート電極1、補助容量配線92等を覆うゲート絶縁膜2を透視して図示している。   As shown in the figure, the liquid crystal display device according to the seventh embodiment includes a plurality of pixel electrodes 94, a plurality of pixel transistors T, a plurality of source lines 90, a plurality of gate lines 91, a plurality of auxiliary capacitance lines 92, and the like. A liquid crystal is sandwiched between the array substrate and a color filter substrate (not shown) provided with a color filter or the like. In FIG. 22, the gate insulating film 2 covering the gate wiring 91, the gate electrode 1 included in the pixel transistor T, the auxiliary capacitance wiring 92, and the like is seen through.

ゲート配線91は、互いに平行を成して直線状に延在している。ゲート配線91は自身の延在方向に直交する方向に突出した部分を有しており、その突出部分がゲート電極1を構成している。ソース配線90は、ゲート配線91と直交する方向に、互いに平行を成して直線状に延在している。言い換えると、複数のソース配線90は、ゲート配線91の延在方向に並んでいる。補助容量配線92は、ゲート配線91に隣接して配置され、ゲート配線91と平行に直線状に延在している。補助容量配線92は自身の延在方向に直交する方向に突出した部分を有しており、その突出部分が補助容量電極93を構成している。   The gate lines 91 extend in a straight line in parallel with each other. The gate wiring 91 has a portion protruding in a direction orthogonal to its extending direction, and the protruding portion constitutes the gate electrode 1. The source wiring 90 extends in a straight line parallel to each other in a direction orthogonal to the gate wiring 91. In other words, the plurality of source lines 90 are arranged in the extending direction of the gate line 91. The auxiliary capacitance line 92 is disposed adjacent to the gate line 91 and extends linearly in parallel with the gate line 91. The auxiliary capacitance line 92 has a portion protruding in a direction perpendicular to the extending direction of the auxiliary capacitance wiring 92, and the protruding portion constitutes the auxiliary capacitance electrode 93.

隣接する2本のソース配線90と隣接する2本のゲート配線91とで囲まれた領域に、1つの画素Pが規定される。また、ソース配線90とゲート配線91との交差部付近には、画素トランジスタTが設けられている。各画素Pは、補助容量電極93、画素電極94、画素トランジスタTから構成されている。画素トランジスタTは、図23に断面を示すように、ボトムゲート構造のトランジスタであり、画素電極94への電荷供給のスイッチの役割を担う。画素トランジスタTのドレイン電極107は、コンタクトホール95を介して画素電極94に接続されている。   One pixel P is defined in a region surrounded by two adjacent source lines 90 and two adjacent gate lines 91. A pixel transistor T is provided in the vicinity of the intersection between the source wiring 90 and the gate wiring 91. Each pixel P includes an auxiliary capacitance electrode 93, a pixel electrode 94, and a pixel transistor T. The pixel transistor T is a bottom-gate transistor, as shown in a cross section in FIG. 23, and plays a role of a charge supply switch to the pixel electrode 94. The drain electrode 107 of the pixel transistor T is connected to the pixel electrode 94 through the contact hole 95.

ここで、図24を用いて画素Pについて説明する。各画素Pには少なくとも1つの画素トランジスタTが設けられる。画素トランジスタTは、ゲート配線91とソース配線90との交差点近傍に配置されている。画素トランジスタTのゲート電極1はゲート配線91に接続され、画素トランジスタTのソース電極106はソース配線90に接続されている。画素トランジスタTのドレイン電極107は画素電極94に接続されている。   Here, the pixel P will be described with reference to FIG. Each pixel P is provided with at least one pixel transistor T. The pixel transistor T is disposed in the vicinity of the intersection between the gate line 91 and the source line 90. The gate electrode 1 of the pixel transistor T is connected to the gate wiring 91, and the source electrode 106 of the pixel transistor T is connected to the source wiring 90. The drain electrode 107 of the pixel transistor T is connected to the pixel electrode 94.

画素電極94は、補助容量配線92に設けられた補助容量電極93との組み合わせによって補助容量96を構成している。また、画素電極94は、共通電極との組み合わせによって画素容量97を構成している。共通電極は図示していないが、TN方式等ではカラーフィルタ基板に設けられ、FFS方式、IPS方式等ではアレイ基板に設けられる。   The pixel electrode 94 constitutes an auxiliary capacitor 96 in combination with the auxiliary capacitor electrode 93 provided on the auxiliary capacitor line 92. Further, the pixel electrode 94 forms a pixel capacitor 97 in combination with the common electrode. Although not shown, the common electrode is provided on the color filter substrate in the TN method or the like, and is provided on the array substrate in the FFS method or the IPS method.

以上のように、本実施の形態7においては、実施の形態1〜6で示した薄膜トランジスタを用いて液晶表示装置を構成した。このように、上述の実施の形態1〜6の薄膜トランジスタを応用することで、実施の形態1〜6と同様の効果が得られるので、動作の安定した液晶表示装置を実現することができる。   As described above, in the seventh embodiment, the liquid crystal display device is configured using the thin film transistors described in the first to sixth embodiments. As described above, by applying the thin film transistor according to any of the first to sixth embodiments, the same effect as in the first to sixth embodiments can be obtained, so that a liquid crystal display device with stable operation can be realized.

なお、上述した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上述した実施の形態の範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。   It should be understood that the above-described embodiment is illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the scope of the embodiment described above but by the scope of claims, and includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

1 ゲート電極、2 絶縁層、3 第1の半導体層、4 第3の半導体層、5 第2の半導体層、6 ソース電極、7 ドレイン電極、8 基板、9 半導体層、11 ゲート電極、12 絶縁層、13 第1の半導体層、14 第3の半導体層、15 第2の半導体層、16 ソース電極、17 ドレイン電極、19 半導体層、30a 空隙、30b 空隙、30c 空隙、30d 空隙、40a 貫通穴、40b 貫通穴、52 絶縁層、52a 貫通穴、52b 貫通穴、60 エッチングストッパー層、83a レジスト、80b レジスト、80c レジスト。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gate electrode, 2 Insulation layer, 3 1st semiconductor layer, 4 3rd semiconductor layer, 5 2nd semiconductor layer, 6 Source electrode, 7 Drain electrode, 8 Substrate, 9 Semiconductor layer, 11 Gate electrode, 12 Insulation Layer, 13 first semiconductor layer, 14 third semiconductor layer, 15 second semiconductor layer, 16 source electrode, 17 drain electrode, 19 semiconductor layer, 30a void, 30b void, 30c void, 30d void, 40a through hole 40b through hole, 52 insulating layer, 52a through hole, 52b through hole, 60 etching stopper layer, 83a resist, 80b resist, 80c resist.

Claims (6)

基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極上に前記ゲート絶縁膜を介して第1の障壁層、井戸層、第2の障壁層の順に積層して構成された井戸型ポテンシャル構造の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極とを備えた薄膜トランジスタであって、
前記第1の障壁層、前記井戸層及び前記第2の障壁層のうち、前記井戸層において前記ソース電極又は前記ドレイン電極との接触面積が最大となり
前記井戸層は、上面視において前記第2の障壁層で覆われていない領域を有し、
前記ソース電極又は前記ドレイン電極は、前記井戸層の上面のうち前記第2の障壁層で覆われていない領域に接触して形成され、かつ前記第2の障壁層との間に空隙を有する、
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
A gate electrode formed on the substrate;
A gate insulating film formed on the gate electrode;
An oxide semiconductor layer having a well-type potential structure in which a first barrier layer, a well layer, and a second barrier layer are sequentially stacked on the gate electrode via the gate insulating film;
A thin film transistor including a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer,
Of the first barrier layer, the well layer, and the second barrier layer, the contact area with the source electrode or the drain electrode is maximized in the well layer ,
The well layer has a region not covered with the second barrier layer in a top view;
The source electrode or the drain electrode is formed in contact with a region of the upper surface of the well layer that is not covered with the second barrier layer, and has a gap with the second barrier layer.
A thin film transistor.
基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極上に前記ゲート絶縁膜を介して第1の障壁層、井戸層、第2の障壁層の順に積層して構成された井戸型ポテンシャル構造の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極とを備えた薄膜トランジスタであって、
前記第1の障壁層、前記井戸層及び前記第2の障壁層のうち、前記井戸層において前記ソース電極又は前記ドレイン電極との接触面積が最大となり
前記井戸層は、上面視において前記第2の障壁層で覆われていない領域を有し、
前記ソース電極又は前記ドレイン電極は、前記井戸層の上面のうち前記第2の障壁層で覆われていない領域に接触して形成され、
前記第2の障壁層上にエッチングストッパー層をさらに備える、
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
A gate electrode formed on the substrate;
A gate insulating film formed on the gate electrode;
An oxide semiconductor layer having a well-type potential structure in which a first barrier layer, a well layer, and a second barrier layer are sequentially stacked on the gate electrode via the gate insulating film;
A thin film transistor including a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer,
Of the first barrier layer, the well layer, and the second barrier layer, the contact area with the source electrode or the drain electrode is maximized in the well layer ,
The well layer has a region not covered with the second barrier layer in a top view;
The source electrode or the drain electrode is formed in contact with a region of the upper surface of the well layer that is not covered with the second barrier layer,
An etching stopper layer on the second barrier layer;
A thin film transistor.
基板上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート電極上に前記ゲート絶縁膜を介して第1の障壁層、井戸層、第2の障壁層の順に積層して構成された井戸型ポテンシャル構造の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層と電気的に接続するソース電極及びドレイン電極とを備えた薄膜トランジスタであって、
前記第1の障壁層、前記井戸層及び前記第2の障壁層のうち、前記井戸層において前記ソース電極又は前記ドレイン電極との接触面積が最大となり
前記井戸層は、上面視において前記第2の障壁層で覆われていない領域を有し、
前記ソース電極又は前記ドレイン電極は、前記井戸層の上面のうち前記第2の障壁層で覆われていない領域に接触して形成され、かつ前記第2の障壁層との間に空隙を有し、
前記第2の障壁層上にエッチングストッパー層をさらに備える、
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。
A gate electrode formed on the substrate;
A gate insulating film formed on the gate electrode;
An oxide semiconductor layer having a well-type potential structure in which a first barrier layer, a well layer, and a second barrier layer are sequentially stacked on the gate electrode via the gate insulating film;
A thin film transistor including a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer,
Of the first barrier layer, the well layer, and the second barrier layer, the contact area with the source electrode or the drain electrode is maximized in the well layer ,
The well layer has a region not covered with the second barrier layer in a top view;
The source electrode or the drain electrode is formed in contact with a region of the upper surface of the well layer that is not covered with the second barrier layer, and has a gap between the second barrier layer and the second barrier layer. ,
An etching stopper layer on the second barrier layer;
A thin film transistor.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタを備えた液晶表示装置。 The liquid crystal display device provided with the thin-film transistor of any one of Claims 1-3 . 基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極上に前記ゲート絶縁膜を介して第1の障壁層、井戸層、第2の障壁層を順に積層して井戸型ポテンシャル構造の酸化物半導体層を形成する工程と、
前記ゲート電極上に第1のマスクを形成する工程と、
前記第1のマスクを用いて前記酸化物半導体層をエッチングする工程と、
前記第1のマスクを除去する工程と、
前記基板上にエッチングストッパー層を形成する工程と、
前記エッチングストッパー層上に第2のマスクを形成する工程と、
前記第2のマスクを用いて前記エッチングストッパー層及び前記第2の障壁層をエッチングすることにより、前記井戸層の上面を露出させ、ソース電極又はドレイン電極を接続する領域を形成する工程と、
前記ソース電極又は前記ドレイン電極を前記領域に接触させて形成する工程とを備えた薄膜トランジスタの製造方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film on the gate electrode;
Forming a well-type potential structure oxide semiconductor layer by sequentially stacking a first barrier layer, a well layer, and a second barrier layer via the gate insulating film on the gate electrode;
Forming a first mask on the gate electrode;
Etching the oxide semiconductor layer using the first mask;
Removing the first mask;
Forming an etching stopper layer on the substrate;
Forming a second mask on the etching stopper layer;
Etching the etching stopper layer and the second barrier layer using the second mask to expose an upper surface of the well layer and forming a region connecting the source electrode or the drain electrode;
And a step of forming the source electrode or the drain electrode in contact with the region.
基板上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート電極上に前記ゲート絶縁膜を介して第1の障壁層、井戸層、前記井戸層と比較してエッチングされ易い組成の第2の障壁層を順に積層して井戸型ポテンシャル構造の酸化物半導体層を形成する工程と、
前記ゲート電極上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記酸化物半導体層をエッチングする工程であって、前記マスクの下の前記第2の障壁層の一部を除去するようにオーバーエッチングして前記井戸層の上面を露出させ、ソース電極又はドレイン電極を接続する領域を形成する工程と、
前記マスクを除去する工程と、
前記ソース電極又は前記ドレイン電極を前記領域に接触させて形成する工程とを備えた薄膜トランジスタの製造方法。
Forming a gate electrode on the substrate;
Forming a gate insulating film on the gate electrode;
An oxide having a well-type potential structure in which a first barrier layer, a well layer, and a second barrier layer having a composition that is more easily etched than the well layer are sequentially stacked on the gate electrode through the gate insulating film. Forming a semiconductor layer;
Forming a mask on the gate electrode;
Etching the oxide semiconductor layer using the mask, overetching to remove a portion of the second barrier layer under the mask to expose an upper surface of the well layer; Forming a region connecting the source electrode or the drain electrode;
Removing the mask;
And a step of forming the source electrode or the drain electrode in contact with the region.
JP2013176951A 2013-08-28 2013-08-28 THIN FILM TRANSISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE Active JP6131781B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013176951A JP6131781B2 (en) 2013-08-28 2013-08-28 THIN FILM TRANSISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013176951A JP6131781B2 (en) 2013-08-28 2013-08-28 THIN FILM TRANSISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015046499A JP2015046499A (en) 2015-03-12
JP6131781B2 true JP6131781B2 (en) 2017-05-24

Family

ID=52671794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013176951A Active JP6131781B2 (en) 2013-08-28 2013-08-28 THIN FILM TRANSISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6131781B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102423436B1 (en) * 2015-12-16 2022-07-20 엘지디스플레이 주식회사 Oxide Thin film transistor substrate and Display Device using the same
JP2023007092A (en) 2021-07-01 2023-01-18 シャープディスプレイテクノロジー株式会社 Active matrix substrate and method of manufacturing the same

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3255973B2 (en) * 1991-08-02 2002-02-12 株式会社日立製作所 Semiconductor device
JP5497417B2 (en) * 2009-12-10 2014-05-21 富士フイルム株式会社 THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND APPARATUS HAVING THE THIN FILM TRANSISTOR
JP2011187506A (en) * 2010-03-04 2011-09-22 Sony Corp Thin-film transistor, method of manufacturing the thin-film transistor, and display device
JP5606787B2 (en) * 2010-05-18 2014-10-15 富士フイルム株式会社 Thin film transistor manufacturing method, thin film transistor, image sensor, X-ray sensor, and X-ray digital imaging apparatus
US9385238B2 (en) * 2011-07-08 2016-07-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Transistor using oxide semiconductor
US20140027762A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 Semiconductor Energy Laboratory Co. Ltd. Semiconductor device
JP6283191B2 (en) * 2012-10-17 2018-02-21 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
KR20230152795A (en) * 2012-11-08 2023-11-03 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Display device
KR102264971B1 (en) * 2013-05-20 2021-06-16 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device
US9806198B2 (en) * 2013-06-05 2017-10-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015046499A (en) 2015-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9385188B2 (en) Semiconductor device with termination region having floating electrodes in an insulating layer
JP6437574B2 (en) THIN FILM TRANSISTOR AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME, ARRAY SUBSTRATE, AND DISPLAY DEVICE
TWI469351B (en) Power transistor device with super junction and manufacturing method thereof
US9099554B2 (en) Semiconductor device with low on resistance and method for fabricating the same
JP2012169433A (en) Semiconductor device
WO2014117443A1 (en) Oxide film transistor array substrate and manufacturing method therefor, and display panel
WO2017008331A1 (en) Tft substrate structure and manufacturing method therefor
TWI414023B (en) Method for making a semiconductor device
WO2020218378A1 (en) Semiconductor device, and manufacturing method therefor
CN103258741A (en) Nanowire field effect transistor and forming method thereof
TW201442253A (en) Semiconductor device and its terminal area structure
JP2007258330A (en) Semiconductor device, and its manufacturing method
JP6131781B2 (en) THIN FILM TRANSISTOR, ITS MANUFACTURING METHOD, AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE
TWI559383B (en) Method of forming contact structure of gate structure
KR102224457B1 (en) Display device and method of fabricating the same
KR101033984B1 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2005116649A (en) Vertical gate semiconductor device and its manufacturing method
TWI689098B (en) Multi-trench mosfet and fabricating method thereof
KR102172878B1 (en) Manufacturing method for short channel tft and short channel tft structure
JP6108451B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009176953A (en) Semiconductor device
TWI578540B (en) Thin film transistor and method of manufacturing the same
US20120025196A1 (en) Organic thin film transistor and semiconductor integrated circuit
TWI511294B (en) Semiconduvtor device and methods for forming the same
TWM464821U (en) Semiconductor device and its terminal area structure

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150925

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160923

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161004

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161129

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: 20170321

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170403

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6131781

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250