JP6358595B2 - 薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Description
以下、実施の形態1に係る薄膜トランジスタ1及びその製造方法について、図面を用いて説明する。
まず、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の構成について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の断面図である。
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法について、図面を用いて説明する。以下では、まず、当該製造方法の全工程の概要について説明した後、薄膜トランジスタ1の閾値シフトを抑制するための工程及び閾値シフトに与える影響の大きい工程における、閾値シフトを抑制するための諸条件について詳細に説明する。
まず、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法の全工程の概要について、図2A及び図2Bを用いて説明する。図2A及び図2Bは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法における各工程の断面図である。
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法におけるアンモニアプラズマ処理条件について、図3を用いて詳細に説明する。図3は、ゲートに正バイアスを与えた場合の閾値シフト(ΔVth)と各処理条件との関係を、実験計画法によって求めた結果を示す要因効果図である。ここで、図3には、図1に示す薄膜トランジスタ1と同様の薄膜トランジスタのゲート絶縁層30の上面に対するアンモニアプラズマ処理の各処理条件(要因)を変えて実験を繰り返した場合の閾値シフトを示す。また、図3において、一点鎖線によって、全実験結果の平均閾値シフトを表す。なお、当該実験においては、酸化物半導体層がIGZOから構成される(すなわち、IGZOをチャネルとして用いる)薄膜トランジスタを用いた。これは、発明者らが、インジウムを含む酸化物半導体をチャネルとして用いる薄膜トランジスタにおいては、アンモニアプラズマ処理等と閾値シフトとの関係に関して、添加されるインジウム以外の金属元素に依存せず、ほぼ同様の傾向を示すことを見出したためである。したがって、IGZOをチャネルとして用いる薄膜トランジスタのみならず、IWO及びその他のインジウムを含む酸化物半導体をチャネルとして用いる薄膜トランジスタにおいても図3に示す関係と同様の関係が得られると推測される。
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法における酸化物半導体膜40aの成膜条件について、図4を用いて詳細に説明する。図4は、ゲートに正バイアスを与えた場合の閾値シフト(ΔVth)と各成膜条件との関係を、実験計画法によって求めた結果を示す要因効果図である。ここで、図4には、図1に示す薄膜トランジスタ1と同様の薄膜トランジスタの酸化物半導体膜の各成膜条件(要因)を変えて実験を繰り返した場合の閾値シフトを示す。また、図4において、一点鎖線によって、全実験結果の平均閾値シフトを表す。なお、当該実験においても、上記図3と同様に、酸化物半導体層がIGZOから構成される薄膜トランジスタを用いた。
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法における絶縁層50の成膜条件について、図5を用いて詳細に説明する。図5は、ゲートに正バイアスを与えた場合の閾値シフト(ΔVth)と成膜温度との関係を、実験計画法によって求めた結果を示す要因効果図である。ここで、図5には、図1に示す薄膜トランジスタ1と同様の薄膜トランジスタの絶縁層の各成膜条件(要因)を変えて実験を繰り返した場合の閾値シフトを示す。また、図5において、一点鎖線によって、全実験結果の平均閾値シフトを表す。なお、当該実験においても、上記図3と同様に、酸化物半導体層がIGZOから構成される薄膜トランジスタを用いた。
以上のように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法は、酸化物半導体膜40aをチャネルとして用いる薄膜トランジスタ1の製造方法である。そして、当該製造方法では、基板10の上方に、少なくともインジウムを含み、移動度が10cm2/Vsより高い酸化物半導体膜40aを、スパッタリングにより成膜する工程を含む。ここで、酸化物半導体膜40aを成膜する工程において、成膜圧力が0.2Pa以上、0.45Pa以下であり、導入ガス中の酸素分圧が1%以上、10%以下であり、スパッタリングのパワー密度が0.09W/cm2以上、0.364W/cm2以下であり、酸化物半導体膜40aの膜厚が50nm以上、120nm以下となるように成膜する。
次に、実施の形態2に係る薄膜トランジスタ2及びその製造方法について、図面を用いて説明する。上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ1では、チャネル保護型の構成が採用されたが、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ2では、チャネルエッチ型の構成が採用される。
まず、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ2の構成について、図6を用いて説明する。図6は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ2の断面図である。
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ2の製造方法について、図7を用いて説明する。図7は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ2の製造方法における各工程の断面図である。
以上のように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ2の製造方法は、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ1の製造方法と同様のアンモニアプラズマ処理条件、酸化物半導体膜40aの成膜条件を用いる。また、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ2の製造方法において、酸化物半導体膜40a上に成膜される保護層70の成膜温度は、上記実施の形態1に係る製造方法の絶縁層50の成膜温度と同じく、245℃以上、300℃以下である。
次に、実施の形態3に係る薄膜トランジスタ3及びその製造方法について、図面を用いて説明する。上記実施の形態1及び2に係る薄膜トランジスタ1及び2では、ボトムゲート型の構成が採用されたが、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ3では、トップゲート型の構成が採用される。
まず、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ3の構成について、図8を用いて説明する。図8は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ3の断面図である。
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ3の製造方法について、図9A及び図9Bを用いて説明する。図9A及び図9Bは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ3の製造方法における各工程の断面図である。
以上のように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ3の製造方法は、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ1の製造方法と同様の成膜条件で、酸化物半導体層40が成膜される。また、酸化物半導体層40上に成膜される絶縁膜32aの成膜温度は245℃以上、300℃以下である。
次に、上記各実施の形態に係る薄膜トランジスタを表示装置に適用した例について、図10を用いて説明する。なお、本実施の形態では、有機EL表示装置への適用例について説明する。
以上、薄膜トランジスタ及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
10 基板
20、G1、G2 ゲート電極
20a、60a 導電膜
30 ゲート絶縁層
30a ゲート絶縁膜
31 プラズマ処理層
31a プラズマ処理膜
32a 絶縁膜
40 酸化物半導体層
40a 酸化物半導体膜
50 絶縁層
50a 絶縁膜
60S、S1、S2 ソース電極
60D、D1、D2 ドレイン電極
70 保護層
100 有機EL表示装置
110 TFT基板
120 画素
130 有機EL素子
131 陽極
132 EL層
133 陰極
140 ゲート配線
150 ソース配線
160 電源配線
200 アンモニアプラズマ
Claims (5)
- 酸化物半導体膜をチャネルとして用いる薄膜トランジスタの製造方法であって、
基板の上方に、少なくともインジウムを含み、移動度が10cm2/Vsより高い前記酸化物半導体膜を、スパッタリングにより成膜する工程と、
前記酸化物半導体膜の少なくとも一部の上に、245℃以上、300℃以下の成膜温度で絶縁膜を成膜する工程と、
前記絶縁膜にアンモニアプラズマ処理を行う工程とを含み、
前記酸化物半導体膜を成膜する工程において、
成膜圧力が0.2Pa以上、0.45Pa以下であり、
導入ガス中の酸素分圧が1%以上、10%以下であり、
前記スパッタリングのパワー密度が0.09W/cm2以上、0.364W/cm2以下であり、
前記酸化物半導体膜の膜厚が50nm以上、120nm以下となるように成膜し、
前記アンモニアプラズマ処理を行う工程において、
処理時間は、30秒以上、150秒以下であり、
圧力は、40Pa以上、133Pa以下であり、
前記アンモニアプラズマ処理のパワー密度は、0.145W/cm 2 以上、0.364W/cm 2 以下であり、
アンモニア流量は、0.091sccm/cm 2 以上、0.273sccm/cm 2 以下である
薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記アンモニアプラズマ処理を行う工程において、
前記処理時間は、40秒以上であり、
前記圧力は、117Pa以下であり、
前記アンモニアプラズマ処理のパワー密度は、0.154W/cm 2 以上であり、
前記アンモニア流量は、0.211sccm/cm 2 以下である
請求項1に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記絶縁膜を成膜する工程において、250℃以上の成膜温度で成膜する
請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記酸化物半導体膜を成膜する前に、前記基板の上方に、ゲート絶縁層を成膜する工程と、
前記ゲート絶縁層にアンモニアプラズマ処理を行う工程をさらに含み、
前記酸化物半導体膜を成膜する工程において、
前記アンモニアプラズマ処理が行われた前記ゲート絶縁層上に前記酸化物半導体膜を成膜する
請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記酸化物半導体膜を成膜する工程において、
前記成膜圧力は、0.42Pa以下であり、
前記酸素分圧は、7%以下であり、
前記スパッタリングのパワー密度は、0.145W/cm2以上であり、
前記膜厚が65nm以上となるように成膜する
請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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