JP6500203B2 - Thin film transistor and method of manufacturing thin film transistor - Google Patents

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Description

本発明は、薄膜トランジスタ及び薄膜トランジスタの製造方法に関し、より詳しくは、酸化物半導体を利用した薄膜トランジスタ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a thin film transistor and a method of manufacturing the thin film transistor, and more particularly, to a thin film transistor using an oxide semiconductor and a method of manufacturing the same.

一般に、液晶表示装置又は有機EL(Electro Luminescense)表示装置等のアクティブマトリクス方式のディスプレイは、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を複数備える。   Generally, an active matrix display such as a liquid crystal display device or an organic electro luminescence (EL) display device includes a plurality of thin film transistors (TFTs).

近年、薄膜トランジスタの半導体層(チャネル層)の材料として酸化物半導体を用いることが提案されている。酸化物半導体は、移動度が高く、低温で大面積基板への成膜が可能であるなど、優れた特性を有することが知られている。このため、酸化物半導体をチャネル層に用いた酸化物半導体TFTの開発が盛んに行われている。酸化物半導体の一例として、InGaZnO(非特許文献1)、又は、InSiO(非特許文献2)などがある。   In recent years, it has been proposed to use an oxide semiconductor as a material of a semiconductor layer (channel layer) of a thin film transistor. An oxide semiconductor is known to have excellent properties such as high mobility and film formation on a large-area substrate at low temperature. Therefore, development of an oxide semiconductor TFT using an oxide semiconductor for a channel layer is actively conducted. As an example of the oxide semiconductor, InGaZnO (Non-Patent Document 1), InSiO (Non-Patent Document 2), or the like can be given.

H.Omura,H.Kumomi,K.Nomura,T.Kamiya,M.Hirano and H.Hosono, J.Appl.Phys., 105, 93712(2009)H. Omura, H. Kumomi, K. Nomura, T. Kamiya, M. Hirano and H. Hosono, J. Appl. Phys., 105, 93712 (2009) N.Mitoma,S.Aikawa,X.Gao,T.Kizu,M.Shimizu,M.-F.Lin,T.Nabatame and K.Tsukagozhi, Appl.Phys.Lett., 104,102103(2014)N. Mitoma, S. Aikawa, X. Gao, T. Kizu, M. Shimizu, M.-F. Lin, T. Nabatame and K. Tsukagozhi, Appl. Phys. Lett., 104, 102103 (2014)

酸化物半導体としてInSiOを用いたTFTは、酸素との結合エネルギーが大きい珪素(Si)を酸化インジウム(InO)中に添加させて特性の安定化を図ったものであるが、発明者らによる追実験により、InSiOを用いたTFTであっても、水素に対する耐性(水素耐性)はIGZOを用いたTFTと同程度であることが明らかとなった。したがって、InSiOを用いたTFTであっても、水素の影響を抑制するような対策を講じることが必要となる。   The TFT using InSiO as the oxide semiconductor is made by adding silicon (Si) having a large binding energy with oxygen into indium oxide (InO) to stabilize the characteristics, but the inventors added From the experiments, it has become clear that even in the TFT using InSiO, the resistance to hydrogen (hydrogen resistance) is comparable to that of the TFT using IGZO. Therefore, even in a TFT using InSiO, it is necessary to take measures to suppress the influence of hydrogen.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、特性が安定した高い信頼性を有する薄膜トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and it is an object of the present invention to provide a thin film transistor having stable characteristics and high reliability, and a method of manufacturing the same.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極と対向する酸化物半導体層と、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間に配されたゲート絶縁層と、前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を備え、前記酸化物半導体層は、少なくともインジウムと珪素を含む酸化物で構成され、第1領域と当該第1領域よりも前記ゲート絶縁層に近い領域である第2領域とを有し、前記第1領域は、前記第2領域よりも珪素濃度が高いことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a thin film transistor according to one aspect of the present invention is provided between a gate electrode, an oxide semiconductor layer facing the gate electrode, and the gate electrode and the oxide semiconductor layer. And a gate insulating layer, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer, wherein the oxide semiconductor layer is formed of an oxide containing at least indium and silicon, and a first region And a second region which is a region closer to the gate insulating layer than the first region, wherein the first region has a silicon concentration higher than that of the second region.

本発明によれば、優れたTFT特性を維持しつつ優れた水素耐性を有するので、特性が安定した高い信頼性を有する薄膜トランジスタを実現することができる。   According to the present invention, since it has excellent hydrogen resistance while maintaining excellent TFT characteristics, it is possible to realize a thin film transistor having stable characteristics and high reliability.

実施の形態に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the thin-film transistor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における基板準備工程の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the board | substrate preparatory process in the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法におけるアンダーコート層形成工程の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the undercoat layer formation process in the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法におけるゲート電極形成工程の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the gate electrode formation process in the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法におけるゲート絶縁層形成工程の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the gate insulating layer formation process in the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における酸化物半導体層形成工程の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the oxide semiconductor layer formation process in the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における保護層形成工程の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the protective layer formation process in the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法におけるコンタクトホール形成工程の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the contact hole formation process in the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on embodiment. 実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法におけるソース・ドレイン電極形成工程の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the source-drain electrode formation process in the manufacturing method of the thin-film transistor which concerns on embodiment. 珪素濃度が3.3at%のInSiO膜をチャネル層に用いたTFTの電流−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of TFT which used the InSiO film | membrane whose silicon concentration is 3.3 at% for a channel layer. 珪素濃度が5.5at%のInSiO膜をチャネル層に用いたTFTの電流−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of TFT which used the InSiO film | membrane whose silicon concentration is 5.5 at% for a channel layer. 珪素濃度が6.8at%のInSiO膜をチャネル層に用いたTFTの電流−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of TFT which used the InSiO film | membrane whose silicon concentration is 6.8 at% as a channel layer. 珪素濃度が8.6at%のInSiO膜をチャネル層に用いたTFTの電流−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of TFT which used the InSiO film | membrane whose silicon concentration is 8.6 at% for a channel layer. 珪素濃度が9.6at%のInSiO膜をチャネル層に用いたTFTの電流−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic of TFT which used the InSiO film | membrane whose silicon concentration is 9.6 at% for a channel layer. InSiO膜の珪素濃度とキャリア移動度と関係(珪素濃度依存)を示す図である。It is a figure which shows the silicon concentration of an InSiO film | membrane, and carrier mobility (silicon concentration dependence). InSiO膜の珪素濃度とInSiO膜のシート抵抗との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the silicon concentration of InSiO film | membrane, and the sheet resistance of InSiO film | membrane. 水素によって酸化物半導体膜にキャリアが発生するメカニズムを説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for describing a mechanism in which carriers are generated in an oxide semiconductor film by hydrogen. 酸化物半導体膜に水素が侵入しても酸化物半導体膜に含有する珪素によってキャリアが発生しないメカニズムを説明するための図である。13 is a diagram for describing a mechanism by which carriers contained in silicon in the oxide semiconductor film are not generated even if hydrogen intrudes into the oxide semiconductor film. 実施の形態に係る有機EL表示装置の一部切り欠き斜視図である。It is a partially cutaway perspective view of the organic electroluminescence display which concerns on embodiment. 図7に示す有機EL表示装置における画素回路の電気回路図である。FIG. 8 is an electric circuit diagram of a pixel circuit in the organic EL display device shown in FIG. 7. 変形例1に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a thin film transistor according to Modification Example 1; 変形例2に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a thin film transistor according to a modification 2; 変形例3に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a thin film transistor according to Modification 3; 変形例4に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a thin film transistor according to Modified Example 4;

<本発明の一態様の概要>
詳細は後述するが、発明者らの追実験により、InSiO膜の珪素濃度とTFT特性又は水素耐性との関係を調査した結果、InSiOを用いたTFTには、InSiOにおける珪素濃度を高くすると、ON電流の低下がみられるものの、水素に対する耐性が向上するという特徴があることを突き止めた。
<Outline of one embodiment of the present invention>
The details will be described later, but as a result of investigating the relationship between the silicon concentration of the InSiO film and the TFT characteristics or hydrogen resistance according to the additional experiments of the inventors, when the silicon concentration in InSiO is increased in the TFT using InSiO Although the decrease in current was observed, it was found that the resistance to hydrogen was improved.

本発明の一態様に係る薄膜トランジスタは、このような特徴を利用したものであり、ゲート電極と、前記ゲート電極と対向する酸化物半導体層と、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間に配されたゲート絶縁層と、前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を備え、前記酸化物半導体層は、少なくともインジウムと珪素を含む酸化物で構成され、第1領域と当該第1領域よりも前記ゲート絶縁層に近い領域である第2領域とを有し、前記第1領域は、前記第2領域よりも珪素濃度が高い。   The thin film transistor according to one embodiment of the present invention utilizes such characteristics, and is provided between a gate electrode, an oxide semiconductor layer facing the gate electrode, and the gate electrode and the oxide semiconductor layer. A gate insulating layer, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer, wherein the oxide semiconductor layer is made of an oxide containing at least indium and silicon, There is one region and a second region which is a region closer to the gate insulating layer than the first region, and the first region has a silicon concentration higher than that of the second region.

上記構成によれば、InSiOからなる酸化物半導体層におけるバックチャネル側の領域(ゲート絶縁層から離間した第1領域)の方が酸化物半導体層におけるフロントチャネル側の領域(ゲート絶縁層に近い第2領域)よりも珪素濃度が高い。   According to the above configuration, the region on the back channel side (the first region separated from the gate insulating layer) in the oxide semiconductor layer made of InSiO is closer to the region on the front channel side (the gate insulating layer) in the oxide semiconductor layer. Silicon concentration is higher than 2).

これにより、酸化物半導体層のバックチャネル側の領域での水素耐性が向上するので、バックチャネル側からの水素の影響を抑制することができる。   Thus, hydrogen resistance in the region on the back channel side of the oxide semiconductor layer is improved, so that the influence of hydrogen from the back channel side can be suppressed.

さらに、珪素濃度の高いInSiO膜は高いシート抵抗を有する。したがって、酸化物半導体層のバックチャネル側の領域の珪素濃度を高くすることで抵抗値を大きくすることができる。これにより、バックチャネルにおけるOFFリーク電流を低減することができ、優れたオフ特性を得ることができる。   Furthermore, InSiO films with high silicon concentration have high sheet resistance. Therefore, the resistance value can be increased by increasing the silicon concentration in the region on the back channel side of the oxide semiconductor layer. As a result, the off leak current in the back channel can be reduced, and excellent off characteristics can be obtained.

一方、酸化物半導体層のフロントチャネル側の領域ではバックチャネル側の領域と比べて珪素濃度が低く保たれているため、ON電流が低下せずに優れたオン特性を維持することができる。   On the other hand, in the region on the front channel side of the oxide semiconductor layer, the silicon concentration is kept low as compared to the region on the back channel side, so that the excellent ON characteristics can be maintained without a decrease in ON current.

このように、InSiOからなる酸化物半導体層において、バックチャネル側の領域をフロントチャネル側の領域よりも珪素濃度を高くすることで、優れたTFT特性を維持させつつ優れた水素耐性を確保することができるので、特定が安定した高い信頼性を有するTFTを実現することができる。   As described above, in the oxide semiconductor layer made of InSiO, by maintaining the silicon concentration higher in the region on the back channel side than in the region on the front channel side, excellent hydrogen resistance is maintained while maintaining excellent TFT characteristics. As a result, it is possible to realize a TFT having high reliability, which is stable in particular.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記酸化物半導体層は、前記第1領域として形成された第1半導体層と、前記第2領域として形成された第2半導体層とを有する積層構造であるとよい。   Further, in the thin film transistor according to one aspect of the present invention, the oxide semiconductor layer has a stacked structure including a first semiconductor layer formed as the first region and a second semiconductor layer formed as the second region. It is good.

この構成により、珪素濃度が相対的に高い第1半導体層によって水素耐性を確保することができる。また、酸化物半導体層を積層構造とすることによって、スパッタなどによる連続成膜によって第2半導体層と第1半導体層とを形成することができる。これにより、液晶ディスプレイ用途等のシリコンTFTの製造ライン設備(既存設備)を利用することができ、製造コスト及び製造タクトを抑えることができる。   According to this configuration, hydrogen resistance can be secured by the first semiconductor layer having a relatively high silicon concentration. In addition, when the oxide semiconductor layer has a stacked structure, the second semiconductor layer and the first semiconductor layer can be formed by continuous film formation by sputtering or the like. This makes it possible to use silicon TFT manufacturing line equipment (existing equipment) for liquid crystal displays and the like, and to suppress manufacturing costs and manufacturing tact time.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記第1半導体層の珪素濃度は、6.5at%以上であるとよい。   In the thin film transistor according to one aspect of the present invention, the silicon concentration of the first semiconductor layer is preferably 6.5 at% or more.

これにより、第1半導体層において、実効的な水素耐性を確保することができる。したがって、バックチャネル側からの水素の進入を効果的に抑制できる。   Thereby, effective hydrogen resistance can be secured in the first semiconductor layer. Therefore, the entry of hydrogen from the back channel side can be effectively suppressed.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記第1半導体層の珪素濃度は、11.7at%以上であるとよい。   In the thin film transistor according to one aspect of the present invention, the silicon concentration of the first semiconductor layer is preferably 11.7 at% or more.

これにより、第1半導体層における水素耐性が劇的に向上する。したがって、バックチャネル側からの水素の進入を一層抑制できる。   This dramatically improves the hydrogen tolerance in the first semiconductor layer. Therefore, the entry of hydrogen from the back channel side can be further suppressed.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記第2半導体層の珪素濃度は、6.5at%未満であるとよい。   In the thin film transistor according to one aspect of the present invention, the silicon concentration of the second semiconductor layer is preferably less than 6.5 at%.

これにより、フロントチャネル側に位置する第2半導体層の抵抗値を小さくできるので、ON電流を容易に維持することができる。   As a result, the resistance value of the second semiconductor layer located on the front channel side can be reduced, so that the ON current can be easily maintained.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記酸化物半導体層の珪素濃度は、前記酸化物半導体層に含有される水素濃度よりも高いとよい。   In the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, the silicon concentration of the oxide semiconductor layer is preferably higher than the hydrogen concentration contained in the oxide semiconductor layer.

これにより、さらに水素の影響を抑制することができるので、安定した特性を有するTFTが得られる。   Thus, the influence of hydrogen can be further suppressed, so that a TFT having stable characteristics can be obtained.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記1半導体層の膜厚は、5nm以上であるとよい。   In the thin film transistor according to one aspect of the present invention, the thickness of the one semiconductor layer is preferably 5 nm or more.

これにより、水素の進入を抑制できる効果を十分に発揮させることができる。したがって、安定した特性を有するTFTを得ることができる。   Thereby, the effect which can suppress the approach of hydrogen can be exhibited enough. Therefore, a TFT having stable characteristics can be obtained.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記第2半導体層の膜厚は、15nm以上であるとよい。   In the thin film transistor according to one aspect of the present invention, the thickness of the second semiconductor layer is preferably 15 nm or more.

これにより、フロントチャネル側に位置する抵抗値の小さい第2半導体層を十分確保できるので、ON電流を一層容易に維持することができる。   As a result, since the second semiconductor layer with a small resistance value located on the front channel side can be sufficiently secured, the ON current can be more easily maintained.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記酸化物半導体層の膜厚は、20nm以上であるとよい。   In the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, the thickness of the oxide semiconductor layer is preferably 20 nm or more.

これにより、十分なチャネル領域を確保できるので、優れた特性を有するTFTを実現できる。また、酸化物半導体層の加工プロセス(パターニング)が十分可能になる。さらに、酸化物半導体層の膜厚を20nm以上にすることで、第1半導体層の膜厚を20nm以上にすることが可能となるので、アニール処理等によって水素が拡散する場合であっても、珪素濃度が高い第1半導体層によって、酸化物半導体層に水素が混入することを効果的にブロックできる。   As a result, a sufficient channel region can be secured, and a TFT having excellent characteristics can be realized. In addition, the processing (patterning) of the oxide semiconductor layer is sufficiently possible. Further, by setting the thickness of the oxide semiconductor layer to 20 nm or more, the thickness of the first semiconductor layer can be set to 20 nm or more. Therefore, even in the case where hydrogen diffuses due to the annealing process, The first semiconductor layer having a high silicon concentration can effectively block hydrogen from being mixed in the oxide semiconductor layer.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記酸化物半導体層における珪素濃度は、前記ゲート絶縁層側とは反対側の界面に近づくにつれて連続的に増加しているとよい。   Further, in the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, the silicon concentration in the oxide semiconductor layer may be continuously increased as it approaches an interface opposite to the gate insulating layer side.

これにより、酸化物半導体層の組成が連続的に変化するので、酸化物半導体層のバルク中の欠陥を抑制することができる。また、酸化物半導体層におけるゲート絶縁層側とは反対側の界面における欠陥(界面準位)を低減することができる。したがって、さらに優れた特性を有するTFTが得られる。   Thus, the composition of the oxide semiconductor layer changes continuously, so that defects in the bulk of the oxide semiconductor layer can be suppressed. In addition, defects (interface states) in the interface on the opposite side to the gate insulating layer side in the oxide semiconductor layer can be reduced. Therefore, a TFT having more excellent characteristics can be obtained.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記ゲート電極、前記ゲート絶縁層及び前記酸化物半導体層が、この順番で基板上に積層されており、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記酸化物半導体層の上方に形成されるとよい。   In the thin film transistor according to one aspect of the present invention, the gate electrode, the gate insulating layer, and the oxide semiconductor layer are stacked in this order on a substrate, and the source electrode and the drain electrode are oxidized. It may be formed above the object semiconductor layer.

この構成により、シリコンTFTの製造ライン設備(既存設備)との整合性が高くなるので、製造コストを抑えることができる。   With this configuration, the consistency with the silicon TFT manufacturing line equipment (existing equipment) is enhanced, and therefore the manufacturing cost can be suppressed.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、さらに、前記酸化物半導体層上に保護層を備えるとよい。   In the thin film transistor according to one embodiment of the present invention, a protective layer may be further provided over the oxide semiconductor layer.

これにより、酸化物半導体層のバックチャネル側の領域におけるプロセスダメージを低減することができる。例えば、酸化物半導体層のバックチャネル側の表面がエッチング工程で曝されなくなる。このため、面内で均一な特性を有するTFTを得ることができる。   Accordingly, process damage in the region on the back channel side of the oxide semiconductor layer can be reduced. For example, the surface on the back channel side of the oxide semiconductor layer is not exposed in the etching step. Therefore, a TFT having uniform characteristics in the plane can be obtained.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタにおいて、前記酸化物半導体層、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極が、この順番で基板上に積層されており、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記ゲート絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して前記酸化物半導体層に接続されているとよい。   In the thin film transistor according to one aspect of the present invention, the oxide semiconductor layer, the gate insulating layer, and the gate electrode are stacked in this order on a substrate, and the source electrode and the drain electrode are the gate. The oxide semiconductor layer may be connected to the oxide semiconductor layer through a contact hole formed in the insulating layer.

この構成により、TFTサイズを小さくすることができるので高精細化が可能となる。   With this configuration, the TFT size can be reduced, and high definition can be achieved.

また、本発明の一態様に係る薄膜トランジスタの製造方法は、ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極と対向する酸化物半導体層を形成する工程と、前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間にゲート絶縁層を形成する工程と、前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを含み、前記酸化物半導体層は、少なくともインジウムと珪素を含む酸化物で構成され、第1領域と当該第1領域よりも前記ゲート絶縁層に近い領域である第2領域とを有し、前記第1領域は、前記第2領域よりも珪素濃度が高い。   In the thin film transistor manufacturing method according to one aspect of the present invention, a step of forming a gate electrode, a step of forming an oxide semiconductor layer facing the gate electrode, a step of forming the gate electrode and the oxide semiconductor layer Between the step of forming a gate insulating layer and the step of forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer, the oxide semiconductor layer containing at least indium and silicon oxide A first region and a second region which is a region closer to the gate insulating layer than the first region, and the first region has a silicon concentration higher than that of the second region.

これにより、バックチャネル側からの水素の影響を抑制でき、かつ、ON電流の低下を抑制して優れたTFT特性を維持することができる。したがって、安定した特性を有するTFTを歩留まりよく製造することができる。   As a result, the influence of hydrogen from the back channel side can be suppressed, and a reduction in the ON current can be suppressed to maintain excellent TFT characteristics. Therefore, a TFT having stable characteristics can be manufactured with high yield.

<実施の形態>
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程(ステップ)、工程の順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
Embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Each embodiment described below shows one specific example of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps (steps), order of steps, etc. shown in the following embodiments are merely examples, and the scope of the present invention is defined. is not. Therefore, among the components in the following embodiments, components that are not described in the independent claims indicating the highest concept of the present invention are described as optional components.

なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成部材については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。   Each drawing is a schematic view and is not necessarily strictly illustrated. Further, in the drawings, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions will be omitted or simplified.

(薄膜トランジスタの構造)
まず、実施の形態に係る薄膜トランジスタ1について、図1を用いて説明する。図1は、実施の形態に係る薄膜トランジスタの構成を模式的に示す断面図である。なお、図1は、TFTアレイ基板を示しており、図1には2つの薄膜トランジスタ1が図示されている。
(Structure of thin film transistor)
First, the thin film transistor 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the thin film transistor according to the embodiment. FIG. 1 shows a TFT array substrate, and two thin film transistors 1 are shown in FIG.

図1に示すように、薄膜トランジスタ1は、酸化物半導体層をチャネル層とするボトムゲート型の酸化物半導体TFTである。また、本実施の形態における薄膜トランジスタ1は、チャネル保護型であって、トップコンタクト構造が採用されている。   As shown in FIG. 1, the thin film transistor 1 is a bottom gate oxide semiconductor TFT in which an oxide semiconductor layer is used as a channel layer. Further, the thin film transistor 1 in the present embodiment is a channel protection type, and a top contact structure is adopted.

薄膜トランジスタ1は、基板10と、アンダーコート層20と、ゲート電極30と、ゲート絶縁層40と、酸化物半導体層50と、保護層60と、ソース電極70S及びドレイン電極70Dとを備える。   The thin film transistor 1 includes a substrate 10, an undercoat layer 20, a gate electrode 30, a gate insulating layer 40, an oxide semiconductor layer 50, a protective layer 60, and a source electrode 70S and a drain electrode 70D.

以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の各構成部材について詳述する。   Hereinafter, each component of the thin film transistor 1 according to the present embodiment will be described in detail.

基板10は、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス及び高耐熱性ガラス等のガラス材料からなるガラス基板である。基板10は、ガラス基板に限るものではなく、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリウレア、ポリアセタール、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート等のプラスチック材料からなるプラスチック基板(樹脂基板)等であってもよい。   The substrate 10 is, for example, a glass substrate made of a glass material such as quartz glass, non-alkali glass, and high heat resistance glass. The substrate 10 is not limited to the glass substrate, and, for example, polyimide, polyamide, polyamide imide, polyester, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polyurea, polyacetal, polyether ketone, polyether ether ketone, polyether imide, poly arylate, etc. It may be a plastic substrate (resin substrate) made of a plastic material or the like.

なお、基板10は、リジッド基板ではなく、可撓性を有するフレキシブル基板(フィルム基板)であってもよい。また、ガラス基板を支持基板として、その上にポリイミドなどのプラスチック材料を形成した形態であってもよい。   The substrate 10 may not be a rigid substrate, but may be a flexible substrate (film substrate) having flexibility. Alternatively, a glass substrate may be used as a supporting substrate, and a plastic material such as polyimide may be formed thereon.

アンダーコート層20は、基板10上に形成されている。アンダーコート層20を形成することによって、基板10(ガラス基板)の中に含まれるナトリウム及びリン等の不純物又は大気中から透過される水分等が、酸化物半導体層50に進入することを抑制することができる。また、アンダーコート層20は、レーザアニール等の高温熱処理プロセスにおいて、基板10への熱の影響を緩和させる役割も担う。   The undercoat layer 20 is formed on the substrate 10. By forming the undercoat layer 20, impurities such as sodium and phosphorus contained in the substrate 10 (glass substrate) or moisture and the like transmitted from the air are prevented from entering the oxide semiconductor layer 50. be able to. The undercoat layer 20 also plays a role of alleviating the influence of heat on the substrate 10 in a high temperature heat treatment process such as laser annealing.

アンダーコート層20は、酸化物絶縁層又は窒化物絶縁層を用いた単層絶縁層又は積層絶縁層である。一例として、アンダーコート層20としては、窒化シリコン(SiN)、酸化シリコン(SiO)、酸窒化シリコン(SiO)又は酸化アルミニウム(AlO)等の単層膜、あるいは、これらの積層膜を用いることができる。アンダーコート層20の膜厚は、例えば、100nm〜2000nm程度である。なお、アンダーコート層20は、必ずしも形成する必要はない。 The undercoat layer 20 is a single layer insulating layer or a laminated insulating layer using an oxide insulating layer or a nitride insulating layer. As an example, the undercoat layer 20 may be a single layer film of silicon nitride (SiN x ), silicon oxide (SiO y ), silicon oxynitride (SiO y N x ), aluminum oxide (AlO x ) or the like, or A laminated film can be used. The film thickness of the undercoat layer 20 is, for example, about 100 nm to 2000 nm. The undercoat layer 20 need not necessarily be formed.

ゲート電極30は、基板10の上方に位置し、例えば、基板10の上方に形成される。本実施の形態において、ゲート電極30は、アンダーコート層20上に所定形状でパターン形成される。ゲート電極30は、導電性材料によって構成され、単層構造又は多層構造からなる。導電性材料としては、例えば、金属又は合金を用いることができる。金属又は合金としては、例えば、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、又はモリブデンタングステン(MoW)等を用いることができる。ゲート電極2の膜厚は、例えば、20nm〜500nm程度である。   The gate electrode 30 is located above the substrate 10, and is formed, for example, above the substrate 10. In the present embodiment, the gate electrode 30 is patterned on the undercoat layer 20 in a predetermined shape. The gate electrode 30 is made of a conductive material, and has a single layer structure or a multilayer structure. As the conductive material, for example, a metal or an alloy can be used. As the metal or alloy, for example, molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), tungsten (W), tantalum (Ta), niobium (Nb), nickel (Ni), titanium (Ti), chromium ( Cr) or molybdenum tungsten (MoW) or the like can be used. The film thickness of the gate electrode 2 is, for example, about 20 nm to 500 nm.

ゲート絶縁層40は、ゲート電極30と酸化物半導体層50との間に配される。本実施の形態において、ゲート絶縁層40は、少なくともゲート電極30の上方に形成される。具体的には、ゲート絶縁層40は、ゲート電極30を覆うようにアンダーコート層20上の全面に形成されている。   The gate insulating layer 40 is disposed between the gate electrode 30 and the oxide semiconductor layer 50. In the present embodiment, the gate insulating layer 40 is formed at least above the gate electrode 30. Specifically, the gate insulating layer 40 is formed on the entire surface of the undercoat layer 20 so as to cover the gate electrode 30.

ゲート絶縁層40は、電気絶縁性材料によって構成され、単層構造又は多層構造からなる。電気絶縁性材料としては、例えば、酸化シリコン(SiO)、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiO)、酸化アルミニウム(AlO)、酸化タンタル(TaO)を用いることができる。本実施の形態において、ゲート絶縁層40は、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜である。ゲート絶縁層40の膜厚は、TFTの耐圧等を考慮して設計することができ、例えば、50nm〜500nm程度である。 The gate insulating layer 40 is made of an electrically insulating material, and has a single layer structure or a multilayer structure. As the electrically insulating material, for example, silicon oxide (SiO y ), silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiO y N x ), aluminum oxide (AlO z ), tantalum oxide (TaO w ) may be used. it can. In the present embodiment, the gate insulating layer 40 is, for example, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film. The film thickness of the gate insulating layer 40 can be designed in consideration of the withstand voltage of the TFT and the like, and is, for example, about 50 nm to 500 nm.

酸化物半導体層50は、ゲート絶縁層40上に所定形状で形成される。酸化物半導体層50は、チャネル層として用いられ、ゲート電極と対向している。つまり、酸化物半導体層50は、ゲート絶縁層40を挟んでゲート電極30と対向する領域(チャネル領域)を含む半導体層である。   The oxide semiconductor layer 50 is formed on the gate insulating layer 40 in a predetermined shape. The oxide semiconductor layer 50 is used as a channel layer and faces the gate electrode. That is, the oxide semiconductor layer 50 is a semiconductor layer including a region (channel region) opposed to the gate electrode 30 with the gate insulating layer 40 interposed therebetween.

酸化物半導体層50の材料には、例えば、透明アモルファス酸化物半導体(TAOS:Transparent Amorphous Oxide Semiconductors)が用いられる。具体的には、少なくともインジウム(In)と珪素(Si)を含む酸化物で構成される。本実施の形態において、酸化物半導体層50は、インジウム(In)、珪素(Si)及び酸素(O)を含有し、InSiO(ISO)によって構成されている。透明アモルファス酸化物半導体は、移動度が大きいという特質を有するだけではなく、低温成膜が可能であるため、基板10の材料としてプラスチック材料を利用する場合に有用である。   For example, a transparent amorphous oxide semiconductor (TAOS) is used as a material of the oxide semiconductor layer 50. Specifically, it is composed of an oxide containing at least indium (In) and silicon (Si). In the present embodiment, the oxide semiconductor layer 50 contains indium (In), silicon (Si) and oxygen (O), and is made of InSiO (ISO). The transparent amorphous oxide semiconductor not only has the property of high mobility, but is also useful when utilizing a plastic material as the material of the substrate 10 because low temperature film formation is possible.

酸化物半導体層50は、第1領域と当該第1領域よりもゲート絶縁層40に近い領域である第2領域とを有し、第1領域は、第2領域よりも珪素濃度が高くなっている。つまり、酸化物半導体層50は、ゲート絶縁層40側の領域よりも、ゲート絶縁層40側とは反対側(保護層60側)の領域の方が、珪素濃度が高くなっている。具体的には、酸化物半導体層50におけるゲート絶縁層40から離間した領域(第1領域)が、酸化物半導体層50におけるゲート絶縁層40に近い領域(第2領域)よりも珪素濃度が高くなっている。   The oxide semiconductor layer 50 has a first region and a second region which is a region closer to the gate insulating layer 40 than the first region, and the first region has a silicon concentration higher than that of the second region. There is. That is, in the oxide semiconductor layer 50, the silicon concentration is higher in the region on the side opposite to the gate insulating layer 40 side (the protective layer 60 side) than in the region on the gate insulating layer 40 side. Specifically, the region (first region) in the oxide semiconductor layer 50 which is separated from the gate insulating layer 40 has a higher silicon concentration than the region (second region) in the oxide semiconductor layer 50 closer to the gate insulating layer 40. It has become.

本実施の形態において、酸化物半導体層50は、積層構造であり、例えば、酸化物半導体層50におけるゲート絶縁層40から遠い方の第1領域として形成された第1半導体層51と、酸化物半導体層50におけるゲート絶縁層40に近い方の第2領域として形成された第2半導体層52との2積層構造である。具体的には、酸化物半導体層50は、第2半導体層52と、第2半導体層52の上に形成された第1半導体層51とからなる。   In this embodiment, the oxide semiconductor layer 50 has a stacked structure, and for example, the first semiconductor layer 51 formed as a first region far from the gate insulating layer 40 in the oxide semiconductor layer 50, and an oxide This is a two-layered structure with the second semiconductor layer 52 formed as a second region closer to the gate insulating layer 40 in the semiconductor layer 50. Specifically, the oxide semiconductor layer 50 includes the second semiconductor layer 52 and the first semiconductor layer 51 formed on the second semiconductor layer 52.

第1半導体層51は、第2半導体層52よりも珪素濃度(Si濃度)が高い高珪素濃度層である。第1半導体層51は、酸化物半導体層50における保護層60側(相対的にゲート絶縁層40から遠い方)の層であって、本実施の形態では、酸化物半導体層50の上層(上部領域)である。   The first semiconductor layer 51 is a high silicon concentration layer having a silicon concentration (Si concentration) higher than that of the second semiconductor layer 52. The first semiconductor layer 51 is a layer on the protective layer 60 side (relatively far from the gate insulating layer 40) in the oxide semiconductor layer 50, and in the present embodiment, the upper layer (upper part of the oxide semiconductor layer 50). Area).

一方、第2半導体層52は、第1半導体層51よりも珪素濃度(Si濃度)が低い低珪素濃度層である。第2半導体層52は、酸化物半導体層50におけるゲート絶縁層40側(相対的にゲート絶縁層40に近い方)の層であって、本実施の形態では、酸化物半導体層50の下層(下部領域)である。   On the other hand, the second semiconductor layer 52 is a low silicon concentration layer having a silicon concentration (Si concentration) lower than that of the first semiconductor layer 51. The second semiconductor layer 52 is a layer on the gate insulating layer 40 side (relatively close to the gate insulating layer 40) in the oxide semiconductor layer 50, and in the present embodiment, the lower layer of the oxide semiconductor layer 50 Lower region).

このように、酸化物半導体層50では、第1半導体層51の珪素濃度が第2半導体層52の珪素濃度よりも高くなっている。詳細は後述するが、珪素濃度の高い第1半導体層51を用いることで、上層の第1半導体層51において優れた水素耐性を実現することができる。これにより、バックチャネル側(保護層60側)からの水素の影響を抑制することができる。さらに、珪素濃度の高いInSiO膜は高いシート抵抗を有するので、バックチャネルにおけるOFFリーク電流を低減することもできる。   Thus, in the oxide semiconductor layer 50, the silicon concentration of the first semiconductor layer 51 is higher than the silicon concentration of the second semiconductor layer 52. Although the details will be described later, excellent hydrogen resistance can be realized in the upper first semiconductor layer 51 by using the first semiconductor layer 51 having a high silicon concentration. Thereby, the influence of hydrogen from the back channel side (the protective layer 60 side) can be suppressed. Furthermore, since the InSiO film having a high silicon concentration has a high sheet resistance, the off leak current in the back channel can also be reduced.

第1半導体層51の珪素濃度は、6.5at%以上であるとよく、好ましくは、11.7at%以上である。これにより、第1半導体層51における水素耐性が劇的に向上するので、バックチャネル側からの水素の影響を一層抑制できる。   The silicon concentration of the first semiconductor layer 51 may be 6.5 at% or more, preferably 11.7 at% or more. As a result, the resistance to hydrogen in the first semiconductor layer 51 is dramatically improved, so that the influence of hydrogen from the back channel side can be further suppressed.

また、第2半導体層52の珪素濃度は、6.5at%未満であるとよい。これにより、フロントチャネル側に位置する第2半導体層52の抵抗値を小さくできるので、ON電流を容易に維持することができる。   Further, the silicon concentration of the second semiconductor layer 52 may be less than 6.5 at%. Thus, the resistance value of the second semiconductor layer 52 located on the front channel side can be reduced, and the ON current can be easily maintained.

一例として、第1半導体層51の珪素濃度は、11.7at%であり、第2半導体層52の珪素濃度は、6.5at%であるが、これに限るものではない。   As an example, the silicon concentration of the first semiconductor layer 51 is 11.7 at%, and the silicon concentration of the second semiconductor layer 52 is 6.5 at%, but it is not limited thereto.

第1半導体層51と第2半導体層52とは同一元素で構成されており、いずれもInSiO(InSiO膜)からなる。なお、第1半導体層51及び第2半導体層52において、珪素は化学的に結合した状態で混入されている。   The first semiconductor layer 51 and the second semiconductor layer 52 are made of the same element, and both are made of InSiO (InSiO film). In the first semiconductor layer 51 and the second semiconductor layer 52, silicon is mixed in a chemically bonded state.

第1半導体層51の膜厚は5nm以上であるとよい。これにより、第1半導体層51によって酸化物半導体層50における水素耐性を十分に発揮させることができる。したがって、水素の進入を効果的に抑制することができる。   The film thickness of the first semiconductor layer 51 may be 5 nm or more. Thus, the first semiconductor layer 51 can sufficiently exhibit hydrogen resistance in the oxide semiconductor layer 50. Therefore, the entry of hydrogen can be effectively suppressed.

第2半導体層52の膜厚は、15nm以上であるとよい。これにより、フロントチャネル側に位置する抵抗値の小さい第2半導体層52を十分確保できるので、ON電流を一層容易に維持することができる。   The film thickness of the second semiconductor layer 52 may be 15 nm or more. As a result, since the second semiconductor layer 52 with a small resistance value located on the front channel side can be sufficiently secured, the ON current can be more easily maintained.

また、酸化物半導体層50のトータル膜厚は20nm以上であるとよい。これにより、十分なチャネル領域を確保できるので、優れた特性を有するTFTを実現できる。また、酸化物半導体層50の膜厚を20nm以上にすることで、酸化物半導体層50の加工プロセスが十分可能になる。つまり、酸化物半導体層50のスパッタ等による成膜とフォトリソグラフィ法及びエッチング法等によるパターニングとを容易に行うことができる。   The total film thickness of the oxide semiconductor layer 50 may be 20 nm or more. As a result, a sufficient channel region can be secured, and a TFT having excellent characteristics can be realized. In addition, by setting the film thickness of the oxide semiconductor layer 50 to 20 nm or more, the processing process of the oxide semiconductor layer 50 can be sufficiently performed. That is, film formation by sputtering or the like of the oxide semiconductor layer 50 and patterning by photolithography and etching can be easily performed.

さらに、第1半導体層51の膜厚を20nm以上にすることによって、アニール処理等によって水素が拡散する場合であっても、珪素濃度が高い第1半導体層51によって、酸化物半導体層50に水素が混入することを効果的にブロックできる。例えば、保護層60側から拡散してくる水素によるダメージを抑制することができる。   Furthermore, by setting the film thickness of the first semiconductor layer 51 to 20 nm or more, even if hydrogen diffuses due to annealing or the like, the first semiconductor layer 51 having a high silicon concentration causes hydrogen to be added to the oxide semiconductor layer 50. Can be effectively blocked. For example, damage due to hydrogen diffused from the protective layer 60 side can be suppressed.

また、酸化物半導体層50全体の珪素濃度は、少なくとも酸化物半導体層50全体に含有される水素濃度よりも高くなっているとよい。これにより、水素の影響を一層抑制することができる。   Further, the silicon concentration in the entire oxide semiconductor layer 50 is preferably higher than the hydrogen concentration contained in at least the entire oxide semiconductor layer 50. Thereby, the influence of hydrogen can be further suppressed.

保護層60は、酸化物半導体層50の上に形成される。保護層60は、ソース電極70S及びドレイン電極70Dを形成するときのエッチング処理において、酸化物半導体層50のチャネル領域がエッチングされてしまうことを防止するためにチャネル領域を保護するチャネルエッチングストッパ(CES)層として機能する。これにより、ボトムゲート型TFTにおいて、酸化物半導体層50のバックチャネル側のプロセスダメージを低減することができる。また、本実施の形態において、保護層60は、基板10上の全面に形成された層間絶縁層である。   The protective layer 60 is formed on the oxide semiconductor layer 50. The protective layer 60 is a channel etching stopper (CES) that protects the channel region to prevent the channel region of the oxide semiconductor layer 50 from being etched in the etching process for forming the source electrode 70S and the drain electrode 70D. Functions as a layer). Accordingly, in the bottom gate TFT, process damage on the back channel side of the oxide semiconductor layer 50 can be reduced. Moreover, in the present embodiment, the protective layer 60 is an interlayer insulating layer formed on the entire surface of the substrate 10.

保護層60は、絶縁性を有する絶縁材料によって構成される。保護層60の材料としては、例えば、酸化物又は酸窒化物を主成分とする材料を用いることができる。酸化物又は酸窒化物を主成分とする材料としては、例えば、酸化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム、又は、酸化イットリウムなどの無機物を用いることができる。なお、酸化シリコンは窒化シリコンと比べて水素含有量が少ない。したがって、保護層60として酸化シリコンを用いることによって、水素による酸化物半導体層50の特性低下を抑制できる。また、保護層60は、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。積層構造とする場合、酸化アルミニウムは水素や酸素をブロックする作用を有するため、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化シリコンの3層積層構造とするのがよい。   The protective layer 60 is made of an insulating material having an insulating property. As a material of the protective layer 60, for example, a material containing an oxide or an oxynitride as a main component can be used. As a material containing an oxide or an oxynitride as a main component, for example, an inorganic substance such as silicon oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, or yttrium oxide can be used. Silicon oxide has a lower hydrogen content than silicon nitride. Therefore, by using silicon oxide as the protective layer 60, deterioration in characteristics of the oxide semiconductor layer 50 due to hydrogen can be suppressed. The protective layer 60 may have a single-layer structure or a laminated structure. In the case of a stacked structure, aluminum oxide has a function of blocking hydrogen and oxygen, and thus, for example, a three-layer stacked structure of silicon oxide, aluminum oxide, and silicon oxide is preferable.

なお、保護層60の材料は、無機物に限るものではなく、有機物を主成分とする材料であってもよい。   The material of the protective layer 60 is not limited to the inorganic material, and may be a material containing an organic matter as a main component.

また、保護層60には、当該保護層60の一部を貫通するように開口部(コンタクトホール)が形成されている。この保護層60の開口部を介して、酸化物半導体層50とソース電極70S及びドレイン電極70Dとが接続されている。   In addition, an opening (contact hole) is formed in the protective layer 60 so as to penetrate a part of the protective layer 60. The oxide semiconductor layer 50 is connected to the source electrode 70S and the drain electrode 70D through the opening of the protective layer 60.

ソース電極70S及びドレイン電極70Dは、保護層60上に所定形状で形成されている。ソース電極70S及びドレイン電極70Dは、間隔をあけて基板水平方向に対向するように配置され、それぞれ保護層60に形成された開口部を介して酸化物半導体層50に電気的に接続されている。   The source electrode 70S and the drain electrode 70D are formed on the protective layer 60 in a predetermined shape. The source electrode 70S and the drain electrode 70D are arranged to face each other in the horizontal direction of the substrate at an interval, and are electrically connected to the oxide semiconductor layer 50 through the openings formed in the protective layer 60, respectively. .

ソース電極70S及びドレイン電極70Dは、それぞれ導電性材料によって構成されており、単層構造又は多層構造からなる。導電性材料としては、例えば、金属又は合金を用いることができる。金属又は合金としては、例えば、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、銅(Cu)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、又はモリブデンタングステン(MoW)等を用いることができる。本実施の形態では、ソース電極70S及びドレイン電極70Dは、MoW/Al/MoWの三層構造によって形成されている。ソース電極70S及びドレイン電極70Dの膜厚は、例えば、100nm〜500nm程度とすることができる。   The source electrode 70S and the drain electrode 70D are each made of a conductive material, and have a single layer structure or a multilayer structure. As the conductive material, for example, a metal or an alloy can be used. As the metal or alloy, for example, aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W), copper (Cu), titanium (Ti), chromium (Cr), molybdenum tungsten (MoW) or the like can be used. . In the present embodiment, the source electrode 70S and the drain electrode 70D are formed by a three-layer structure of MoW / Al / MoW. The film thickness of the source electrode 70S and the drain electrode 70D can be, for example, about 100 nm to 500 nm.

また、ソース電極70S及びドレイン電極70Dの配置位置は、図1に示す位置に限るものではなく、ソース電極70S及びドレイン電極70Dと酸化物半導体層50とが電気的に接続される位置であればよい。   Further, the arrangement position of the source electrode 70S and the drain electrode 70D is not limited to the position shown in FIG. 1, and it is a position at which the oxide semiconductor layer 50 is electrically connected to the source electrode 70S and the drain electrode 70D. Good.

なお、図示しないが、ソース電極70S及びドレイン電極70Dを覆うように保護層60状にパッシベーション層が形成されていてもよい。パッシベーション層9の膜厚は、例えば、20nm以上1000nm以下とすることができる。パッシベーション層9は、例えば、酸化シリコン又は窒化シリコン等の無機材料からなる絶縁膜であり、例えば、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)等によって成膜することができる。   Although not shown, a passivation layer may be formed in a protective layer 60 so as to cover the source electrode 70S and the drain electrode 70D. The film thickness of the passivation layer 9 can be, for example, 20 nm or more and 1000 nm or less. The passivation layer 9 is, for example, an insulating film made of an inorganic material such as silicon oxide or silicon nitride, and can be formed, for example, by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) or the like.

(薄膜トランジスタの製造方法)
次に、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2A〜図2Hを用いて説明する。図2A〜図2Hは、実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造方法における各工程の構成を模式的に示す断面図である。
(Method of manufacturing thin film transistor)
Next, a method of manufacturing the thin film transistor 1 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 2A to 2H. 2A to 2H are cross-sectional views schematically showing configurations of respective steps in the method of manufacturing the thin film transistor according to the embodiment.

本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の製造方法は、基板10を準備する基板準備工程と、アンダーコート層20を形成するアンダーコート層形成工程と、ゲート電極30を形成するゲート電極形成工程と、ゲート絶縁層40を形成するゲート絶縁層形成工程と、第1半導体層51と第2半導体層52とを含む酸化物半導体層50を形成する酸化物半導体層形成工程と、保護層60を形成する保護層形成工程と、保護層60にコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、ソース電極70S及びドレイン電極70Dを形成するソース・ドレイン電極形成工程とを含む。なお、その後、必要に応じて、パッシベーション層を形成するパッシベーション層形成工程を含んでいてもよい。   In the method of manufacturing the thin film transistor 1 according to the present embodiment, a substrate preparing step of preparing the substrate 10, an undercoat layer forming step of forming the undercoat layer 20, a gate electrode forming step of forming the gate electrode 30, and a gate A gate insulating layer forming step of forming the insulating layer 40, an oxide semiconductor layer forming step of forming the oxide semiconductor layer 50 including the first semiconductor layer 51 and the second semiconductor layer 52, and a protection of forming the protective layer 60 A layer forming step, a contact hole forming step of forming a contact hole in the protective layer 60, and a source / drain electrode forming step of forming the source electrode 70S and the drain electrode 70D are included. After that, if necessary, a passivation layer forming step of forming a passivation layer may be included.

以下、本実施の形態における薄膜トランジスタ1の製造方法の各工程について詳細に説明する。   Hereafter, each process of the manufacturing method of the thin-film transistor 1 in this Embodiment is demonstrated in detail.

まず、図2Aに示すように、基板10を準備する。例えば、基板10としてガラス基板を準備する。   First, as shown in FIG. 2A, the substrate 10 is prepared. For example, a glass substrate is prepared as the substrate 10.

次に、図2Bに示すように、基板10上にアンダーコート層20を形成する。プラズマCVD等によって、基板10上に、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜又は酸化アルミニウム膜等で構成されるアンダーコート層20を形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, the undercoat layer 20 is formed on the substrate 10. An undercoat layer 20 composed of a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, an aluminum oxide film or the like is formed on the substrate 10 by plasma CVD or the like.

次に、図2Cに示すように、基板10の上方に所定形状のゲート電極30を形成する。本実施の形態では、アンダーコート層20上に金属膜(ゲート金属膜)をスパッタによって成膜した後、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて金属膜を加工することにより、所定形状にパターニングされたゲート電極30を形成した。   Next, as shown in FIG. 2C, a gate electrode 30 having a predetermined shape is formed above the substrate 10. In the present embodiment, after forming a metal film (gate metal film) on the undercoat layer 20 by sputtering, the metal film is processed using a photolithography method and a wet etching method to be patterned into a predetermined shape. The gate electrode 30 was formed.

次に、図2Dに示すように、ゲート電極30を覆うようにゲート絶縁層40を形成する。ゲート絶縁層40の形成方法としては、例えば、プラズマCVD法などを用いることができる。一例として、ゲート絶縁層40としてシリコン窒化膜をプラズマCVD法によって成膜する場合、シランガス(SiH)、アンモニアガス(NH)及び窒素ガス(N)を導入ガスに用いることでシリコン窒化膜を成膜することができる。 Next, as shown in FIG. 2D, a gate insulating layer 40 is formed to cover the gate electrode 30. As a method of forming the gate insulating layer 40, for example, plasma CVD can be used. As an example, when forming a silicon nitride film as the gate insulating layer 40 by plasma CVD, the silicon nitride film can be formed by using silane gas (SiH 4 ), ammonia gas (NH 3 ) and nitrogen gas (N 2 ) as the introduced gas. Can be deposited.

次に、図2Eに示すように、少なくともゲート電極30と対向するように、ゲート絶縁層40の上方に所定形状の酸化物半導体層50を形成する。本実施の形態では、ゲート絶縁層40上に、第1半導体層51と第2半導体層52とを含む酸化物半導体層50を島状に形成する。   Next, as illustrated in FIG. 2E, an oxide semiconductor layer 50 having a predetermined shape is formed above the gate insulating layer 40 so as to face at least the gate electrode 30. In this embodiment, the oxide semiconductor layer 50 including the first semiconductor layer 51 and the second semiconductor layer 52 is formed in an island shape on the gate insulating layer 40.

具体的には、ゲート絶縁層40上に、珪素濃度の低いInSiO膜を成膜し、続いて珪素濃度の高いInSiO膜を成膜し、その後、所定形状の酸化物半導体層50となるように、珪素濃度の低いInSiO膜と珪素濃度の高いInSiO膜との積層膜を加工する。   Specifically, an InSiO film having a low silicon concentration is formed on the gate insulating layer 40, and then an InSiO film having a high silicon concentration is formed, and thereafter, an oxide semiconductor layer 50 having a predetermined shape is formed. A stacked film of a low silicon concentration InSiO film and a high silicon concentration InSiO film is processed.

InSiO膜の成膜方法としては、例えば、スパッタリング法を用いることができる。例えば、インジウム、珪素及び酸素を含むターゲット材を用いて、真空チャンバー内に不活性ガスとしてアルゴン(Ar)ガスを流入するとともに反応性ガスとして酸素(O)を含むガスを流入し、所定のパワー密度の電圧をターゲット材に印加することによって、InSiO膜を成膜することができる。この場合、組成の異なるInSiO膜(Si濃度の異なるInSiO膜)を成膜する方法としては、例えば、組成の異なるInSiO(Si濃度の異なるInSiO)からなるターゲットを用いて同一チャンバー内で順次成膜する方法、又は、InとSiOのターゲットを用いて、それぞれのターゲットに印加する電力比率を変化させて同時にスパッタ成膜することで組成を制御する方法等が考えられる。 As a film formation method of the InSiO film, for example, a sputtering method can be used. For example, using a target material containing indium, silicon and oxygen, argon (Ar) gas is flowed into the vacuum chamber as an inert gas and a gas containing oxygen (O 2 ) is flowed as a reactive gas. An InSiO film can be formed by applying a power density voltage to the target material. In this case, as a method of forming InSiO films (InSiO films having different Si concentrations) having different compositions, for example, films are sequentially formed in the same chamber using targets made of InSiO having different compositions (InSiO having different Si concentrations). Alternatively, it is conceivable to control the composition by simultaneously performing sputtering film formation by changing the power ratio applied to each target using In 2 O 3 and SiO 2 targets.

また、積層膜の加工方法としては、例えば、フォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いることができる。具体的には、まず、組成の異なるInSiO膜の積層膜上に所定形状のレジストを形成し、レジストが形成されていない領域の積層膜をウェットエッチングによって除去することで、第2半導体層52と第1半導体層51とからなる島状の酸化物半導体層50を形成することができる。   Further, as a method of processing a stacked film, for example, a photolithography method and an etching method can be used. Specifically, first, a resist having a predetermined shape is formed on a laminated film of InSiO films different in composition, and the laminated film in a region where the resist is not formed is removed by wet etching to form the second semiconductor layer 52 An island-shaped oxide semiconductor layer 50 including the first semiconductor layer 51 can be formed.

次に、図2Fに示すように、酸化物半導体層50を覆うように保護層60を形成する。保護層60は、例えば、酸化物又は酸窒化物を主成分とする材料からなり、プラズマCVD法を用いて形成することができる。なお、保護層60として、酸化アルミニウム又は酸化イットリウムを形成する場合、スパッタリング法を用いて形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 2F, a protective layer 60 is formed to cover the oxide semiconductor layer 50. The protective layer 60 is made of, for example, a material containing an oxide or an oxynitride as a main component, and can be formed using a plasma CVD method. When aluminum oxide or yttrium oxide is formed as the protective layer 60, the protective layer 60 may be formed by sputtering.

その後、必要に応じて熱処理(アニール処理)を施すことによって、酸化物半導体層50内に存在する酸素欠陥を補完することができ、TFT特性を安定化させることができる。例えば、大気中(酸素雰囲気中)で、300℃〜350℃の温度で1時間の熱処理を行えばよい。   Thereafter, by performing heat treatment (annealing treatment) as necessary, oxygen defects present in the oxide semiconductor layer 50 can be complemented, and TFT characteristics can be stabilized. For example, heat treatment may be performed at a temperature of 300 ° C. to 350 ° C. for one hour in the air (in an oxygen atmosphere).

熱処理の方法としては、例えば、ホットプレート、炉、レーザー照射又は赤外線照射を用いることができる。また、上記の熱処理は、エネルギーを付与することによる酸化物半導体層の安定化処理を兼ねている。安定化処理の方法としては、熱処理に限らず、例えば、紫外線照射又はX線照射でも同様の効果を得ることができる。なお、酸化物半導体層50の酸素欠陥を補完するための熱処理(酸化物半導体層50を安定化させるための工程)は、ソース電極70S及びドレイン電極70Dを形成した後、又は、その後のパッシベーション層を形成した後に行ってもよい。   As a method of heat treatment, for example, a hot plate, a furnace, laser irradiation or infrared irradiation can be used. In addition, the above heat treatment serves also as stabilization treatment of the oxide semiconductor layer by applying energy. The method of the stabilization treatment is not limited to the heat treatment, and the same effect can be obtained by, for example, ultraviolet irradiation or X-ray irradiation. Note that heat treatment for complementing oxygen defects in the oxide semiconductor layer 50 (step for stabilizing the oxide semiconductor layer 50) is performed after the source electrode 70S and the drain electrode 70D are formed, or after the passivation layer is formed. It may be done after forming.

次に、図2Gに示すように、酸化物半導体層50の一部を露出させるように、保護層60にコンタクトホールCH(開口部)を形成する。具体的には、フォトリソグラフィ法及びエッチング法によって保護層60の一部をエッチング除去することによって、酸化物半導体層50におけるソース電極70S及びドレイン電極70Dとの接続部分上に開口部を形成する。例えば、保護層60がシリコン酸化膜である場合、反応性イオンエッチング(RIE)法によるドライエッチング法によってシリコン酸化膜にコンタクトホールCHを形成することができる。この場合、エッチングガスとしては、例えば、四フッ化炭素(CF)及び酸素ガス(O)を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 2G, a contact hole CH (opening) is formed in the protective layer 60 so as to expose a part of the oxide semiconductor layer 50. Specifically, an opening is formed over a connection portion of the oxide semiconductor layer 50 with the source electrode 70S and the drain electrode 70D by etching away part of the protective layer 60 by a photolithography method and an etching method. For example, when the protective layer 60 is a silicon oxide film, the contact holes CH can be formed in the silicon oxide film by a dry etching method by a reactive ion etching (RIE) method. In this case, for example, carbon tetrafluoride (CF 4 ) and oxygen gas (O 2 ) can be used as the etching gas.

次に、図2Hに示すように、保護層60に形成したコンタクトホールCHを介して酸化物半導体層50に接続するソース電極70S及びドレイン電極70Dを形成する。本実施の形態では、例えば、保護層60に形成したコンタクトホールCHを埋めるようにして保護層60上に金属膜(ソースドレイン金属膜)を成膜した後に、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法により金属膜を加工することにより、所定形状にパターニングされたソース電極70S及びドレイン電極70Dを形成した。このウェットエッチングの際に、保護層60がエッチング保護層として機能する。   Next, as shown in FIG. 2H, the source electrode 70S and the drain electrode 70D connected to the oxide semiconductor layer 50 through the contact holes CH formed in the protective layer 60 are formed. In the present embodiment, for example, a metal film (source / drain metal film) is formed on the protective layer 60 so as to fill the contact holes CH formed in the protective layer 60, and then metal is formed by photolithography and wet etching. By processing the film, the source electrode 70S and the drain electrode 70D patterned in a predetermined shape were formed. During the wet etching, the protective layer 60 functions as an etching protective layer.

なお、図示しないが、全体を覆うようにパッシベーション層を形成してもよい。例えば、保護層60、ソース電極70S及びドレイン電極70Dの上に、プラズマCVD等によって窒化シリコン又は酸化シリコン等からなるパッシベーション層を形成してもよい。   Although not shown, a passivation layer may be formed to cover the whole. For example, a passivation layer made of silicon nitride, silicon oxide, or the like may be formed on the protective layer 60, the source electrode 70S, and the drain electrode 70D by plasma CVD or the like.

(作用効果)
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1の作用効果について、本発明の一態様に至った経緯も含めて説明する。
(Action effect)
Next, the operation and effect of the thin film transistor 1 according to the present embodiment will be described, including the background to one aspect of the present invention.

代表的な酸化物半導体であるInGaZnO(IGZO)を用いたTFTでは、水素の影響を受けやすく、TFT作製時のプロセス中又はTFT作製後の駆動中において、TFT特性が変動してしまうという課題がある。   A TFT using InGaZnO (IGZO), which is a typical oxide semiconductor, is susceptible to hydrogen, and has the problem that the TFT characteristics fluctuate during the process of manufacturing the TFT or during driving after manufacturing the TFT. is there.

一方、酸化物半導体としてInSiOを用いたTFTは、酸素との結合エネルギーが大きい珪素(Si)を酸化インジウム中に添加させて特性の安定化を図ったものである。   On the other hand, in a TFT using InSiO as an oxide semiconductor, silicon (Si) having a large binding energy to oxygen is added to indium oxide to stabilize the characteristics.

発明者らは、InSiOを用いたTFTを実現するにあたり、InSiO膜の珪素濃度とTFT特性との関係、及び、InSiO膜の珪素濃度と水素耐性との関係についての追実験を行った。   The inventors conducted additional experiments on the relationship between the silicon concentration of the InSiO film and the TFT characteristics, and the relationship between the silicon concentration of the InSiO film and hydrogen resistance, in order to realize the TFT using InSiO.

具体的には、発明者らは、まず、珪素濃度が3.3at%、5.5at%、6.8at%、8.6at%、9.6at%の組成の異なる5種類のInSiO膜(単層膜)をチャネル層とするTFTを作製し、TFT特性を評価した。その結果を図3A〜図3E及び図4に示す。図3A〜図3Eは、InSiO膜の珪素濃度とTFTの電流−電圧特性との関係(珪素濃度依存)を示す図である。また、図4は、InSiO膜の珪素濃度とキャリア移動度と関係(珪素濃度依存)を示す図である。   Specifically, the inventors first made five types of InSiO films (silicon single crystals having different compositions of 3.3 at%, 5.5 at%, 6.8 at%, 8.6 at%, and 9.6 at%). A TFT having a layer film as a channel layer was produced, and the TFT characteristics were evaluated. The results are shown in FIGS. 3A to 3E and FIG. 3A to 3E are diagrams showing the relationship between the silicon concentration of the InSiO film and the current-voltage characteristic of the TFT (depending on the silicon concentration). FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the silicon concentration of the InSiO film and the carrier mobility (depending on the silicon concentration).

図3A〜図3Eに示すように、InSiO膜中の珪素濃度が増加するにしたがって、ON電流が低下することが分かった。また、図3A〜図3Eに示すように、InSiO膜中の珪素濃度が低い場合はオンオフ比が高くなっているが、InSiO膜中の珪素濃度が増加するにつれてオンオフ比が低下することも分かる。   As shown in FIGS. 3A to 3E, it was found that the ON current decreased as the silicon concentration in the InSiO film increased. Further, as shown in FIGS. 3A to 3E, it is also understood that the on / off ratio is high when the silicon concentration in the InSiO film is low, but the on / off ratio decreases as the silicon concentration in the InSiO film increases.

また、図4に示すように、InSiO膜中の珪素濃度が増加するにしたがって、キャリア移動度も低下するという傾向がみられた。特に、珪素濃度が5.5at%以下のTFTにおいては、キャリア移動度が17cm/Vs以上という優れた性能を示すことが分かり、非特許文献2で示されているTFT特性とほぼ同等の性能を再現することができた。 Further, as shown in FIG. 4, it was found that the carrier mobility also decreased as the silicon concentration in the InSiO film increased. In particular, it can be seen that in TFTs having a silicon concentration of 5.5 at% or less, the carrier mobility exhibits excellent performance of 17 cm 2 / Vs or more, and performance substantially equivalent to the TFT characteristics shown in Non-Patent Document 2 Was able to reproduce.

さらに、本発明者らは、酸化物半導体膜として珪素濃度が0.1at%、3.3at%、6.5at%、11.7%の組成の異なる4種類のInSiO膜(30nm)をガラス基板(6インチウェハ)に成膜し、これらのInSiO膜に対して、酸化シリコン膜(SiO膜)を介して水素を含有する窒化シリコン膜(SiN:H)を成膜し、水素に対する耐性を評価した。その結果を図5に示す。   Furthermore, the present inventors used as the oxide semiconductor film a glass substrate with four types of InSiO films (30 nm) having different compositions of silicon at 0.1 at%, 3.3 at%, 6.5 at%, and 11.7%. A film is formed on a 6-inch wafer, and a silicon nitride film (SiN: H) containing hydrogen is formed on these InSiO films via a silicon oxide film (SiO film), and the resistance to hydrogen is evaluated did. The results are shown in FIG.

図5は、InSiO膜の珪素濃度とInSiO膜のシート抵抗との関係(珪素濃度依存)を示す図であり、InSiO膜の珪素濃度と水素耐性との関係を示している。つまり、図5では、窒化シリコン膜の水素の影響を受けて低抵抗化した後のInSiO膜のシート抵抗を示している。なお、図5では、比較のために、酸化物半導体層としてIGZO膜を用いた場合についても図示している。また、図5における各InSiO膜のシート抵抗は、いずれもウェハ上の9点のシート抵抗の平均値である。   FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the silicon concentration of the InSiO film and the sheet resistance of the InSiO film (depending on the silicon concentration), and shows the relationship between the silicon concentration of the InSiO film and the hydrogen resistance. That is, FIG. 5 shows the sheet resistance of the InSiO film after resistance reduction due to the influence of hydrogen of the silicon nitride film. Note that FIG. 5 also illustrates a case where an IGZO film is used as the oxide semiconductor layer for comparison. Further, the sheet resistance of each InSiO film in FIG. 5 is an average value of sheet resistances of nine points on the wafer.

図5に示すように、珪素濃度が0.1at%、3.3at%のInSiO膜については、いずれも、窒化シリコン成膜後に、シート抵抗が1kΩ前後まで下がることが分かった。また、珪素濃度が3.3at%のInSiO膜は、IGZO膜と同程度の水素ダメージを受けることが分かった。   As shown in FIG. 5, it was found that the sheet resistance of the InSiO films having a silicon concentration of 0.1 at% and 3.3 at% decreased to about 1 kΩ after forming the silicon nitride film. In addition, it was found that the InSiO film having a silicon concentration of 3.3 at% receives the same level of hydrogen damage as the IGZO film.

これに対して、InSiO膜における珪素濃度が6.5at%以上になると、窒化シリコン成膜後にシート抵抗が2kΩ前後までしか下がらず、シート抵抗の低下が抑制されて水素耐性が向上することが分かった。   On the other hand, it has been found that when the silicon concentration in the InSiO film is 6.5 at% or more, the sheet resistance decreases only to about 2 kΩ after forming the silicon nitride film, and the reduction in the sheet resistance is suppressed to improve the hydrogen resistance. The

さらに、珪素濃度が11.7at%以上になると、窒化シリコン成膜後でもシート抵抗が26kΩ前後までしか下がらず、シート抵抗の低下が著しく抑制されて水素耐性が劇的に向上することが分かった。   Furthermore, it was found that when the silicon concentration is 11.7 at% or more, the sheet resistance decreases only to about 26 kΩ even after the silicon nitride film formation, the reduction in the sheet resistance is remarkably suppressed, and the hydrogen resistance is dramatically improved. .

ここで、酸化物半導体膜における水素の影響と珪素による水素耐性向上作用とについて、図6A及び図6Bを用いて説明する。図6Aは、水素によって酸化物半導体膜にキャリアが発生するメカニズムを説明するための図であり、図6Bは、酸化物半導体膜に水素が侵入しても酸化物半導体膜に含有する珪素によってキャリアが発生しないメカニズムを説明するための図である。   Here, the influence of hydrogen and the action of improving the hydrogen resistance by silicon in the oxide semiconductor film are described with reference to FIGS. 6A and 6B. FIG. 6A is a diagram for describing a mechanism in which carriers are generated in the oxide semiconductor film by hydrogen, and FIG. 6B is a diagram illustrating carriers contained in silicon in the oxide semiconductor film even if hydrogen intrudes into the oxide semiconductor film. It is a figure for demonstrating the mechanism which does not occur.

図6Aに示すように、水素が拡散して酸化物半導体膜中に水素が侵入すると、水素は酸化物半導体膜においてドナーとして作用する。つまり、酸化物半導体膜を構成する金属と酸素とが結合している状態のものに、侵入した水素が結合(Metal−O−H(i))し、水素から電子が放出する。その結果、酸化物半導体膜のシート抵抗が低下すると考えられる。   As illustrated in FIG. 6A, when hydrogen diffuses and penetrates into the oxide semiconductor film, the hydrogen acts as a donor in the oxide semiconductor film. That is, intruding hydrogen bonds (Metal-O-H (i)) to a metal in a state where oxygen and an oxide semiconductor film are bonded to each other, and electrons are released from hydrogen. As a result, the sheet resistance of the oxide semiconductor film is considered to be reduced.

一方、珪素濃度が高いInSiO膜で水素耐性が向上したのは、図6Bに示すように、酸化物半導体膜中に珪素を含有させることで、水素の終端サイトが酸素から珪素へと変化(Metal−O−Si−H)したからであると推察される。ここで、一般的に、Si−H結合は、電気的に不活性であることが知られている。このため、珪素を含むInSiO膜では珪素が水素を補足することになるので水素からキャリアが放出されない。その結果、酸化物半導体膜のシート抵抗が低下しなくなると推察される。   On the other hand, the improvement in hydrogen resistance of the InSiO film having a high silicon concentration is due to the fact that hydrogen is contained in the oxide semiconductor film, as shown in FIG. 6B, the hydrogen termination site changes from oxygen to silicon (Metal It is guessed that it is because -O-Si-H). Here, in general, Si-H bonds are known to be electrically inactive. For this reason, in the InSiO film containing silicon, since silicon will capture hydrogen, carriers are not released from hydrogen. As a result, it is presumed that the sheet resistance of the oxide semiconductor film does not decrease.

このようなメカニズムから、図5において、InSiO膜における珪素濃度が0.1at%、3.3at%の場合にシート抵抗が大きく低下するのは、窒化シリコンから拡散する水素の量よりもInSiO膜中に存在する珪素の量が少なかったからであると考えられる。   From such a mechanism, in FIG. 5, when the silicon concentration in the InSiO film is 0.1 at% and 3.3 at%, the sheet resistance is greatly reduced because the amount of hydrogen diffused from silicon nitride is in the InSiO film It is believed that the amount of silicon present in the

一方、InSiO膜における珪素濃度が6.5at%になるとシート抵抗の低下が抑制されるのは、InSiO膜中に存在する珪素が多く存在するからであると考えられる。特に、11.7at%になると、シート抵抗の低下が劇的に抑制されるのは、窒化シリコンから拡散する水素の量に対してInSiO膜中に存在する珪素の量が十分足りているからであると考えられる。   On the other hand, when the silicon concentration in the InSiO film is 6.5 at%, the reduction in sheet resistance is suppressed because the silicon present in the InSiO film is present in large amounts. In particular, at 11.7 at%, the decrease in sheet resistance is dramatically suppressed because the amount of silicon present in the InSiO film is sufficient relative to the amount of hydrogen diffused from silicon nitride. It is believed that there is.

以上の追実験により、本発明者らは、InSiOを用いたTFTには、InSiO膜の珪素濃度が高くなるにつれてON電流が低下する一方で水素耐性が向上することを突き止めた。特に、InSiO膜における珪素濃度が11.7at%以上になると、水素耐性が劇的に向上することを見出した。   As a result of the above-mentioned additional experiments, the inventors have found that, in the TFT using InSiO, as the silicon concentration of the InSiO film increases, the ON current decreases while the hydrogen resistance improves. In particular, it has been found that the hydrogen resistance is dramatically improved when the silicon concentration in the InSiO film is 11.7 at% or more.

そこで、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1では、酸化物半導体層50をInSiOによって構成し、酸化物半導体層50の珪素濃度を、ゲート絶縁層40から離間した領域(第1領域)の方がゲート絶縁層40に近い領域(第2領域)よりも高くなるようにしている。   Therefore, in the thin film transistor 1 according to the present embodiment, the oxide semiconductor layer 50 is made of InSiO, and the silicon concentration of the oxide semiconductor layer 50 is the gate of the region (first region) separated from the gate insulating layer 40. It is made to be higher than the region (second region) near the insulating layer 40.

これにより、酸化物半導体層50のバックチャネル側の領域(第1半導体層51)における水素耐性が向上するので、バックチャネル側(保護層60側)から酸化物半導体層50に進入してくる水素の影響を抑制することができる。例えば、保護層60側から拡散してくる水素によるダメージを抑制することができる。   Thus, the hydrogen resistance in the region (first semiconductor layer 51) on the back channel side of the oxide semiconductor layer 50 is improved, so hydrogen entering the oxide semiconductor layer 50 from the back channel side (the protective layer 60 side) Can reduce the influence of For example, damage due to hydrogen diffused from the protective layer 60 side can be suppressed.

さらに、酸化物半導体層50のバックチャネル側の領域(第1半導体層51)の珪素濃度を高くすることで、酸化物半導体層50のバックチャネル側の領域における抵抗率を大きくすることができる。これにより、バックチャネルにおけるOFFリーク電流を低減することができ、優れたオフ特性を得ることができる。   Further, by increasing the concentration of silicon in the region (first semiconductor layer 51) on the back channel side of the oxide semiconductor layer 50, the resistivity in the region on the back channel side of the oxide semiconductor layer 50 can be increased. As a result, the off leak current in the back channel can be reduced, and excellent off characteristics can be obtained.

一方、酸化物半導体層50のフロントチャネル側の領域(第2半導体層52)ではバックチャネル側の領域と比べて珪素濃度が低く保たれている。このため、ON電流は低下しないので、優れたオン特性を維持することができる。   On the other hand, in the region on the front channel side of the oxide semiconductor layer 50 (the second semiconductor layer 52), the silicon concentration is maintained lower than the region on the back channel side. Therefore, since the ON current does not decrease, excellent ON characteristics can be maintained.

このように、InSiOからなる酸化物半導体層50において、バックチャネル側の領域をフロントチャネル側の領域よりも珪素濃度を高くすることで、優れたTFT特性を維持させしつつ、優れた水素耐性を確保することができるので、特性が安定した高い信頼性を有するTFTを実現することが可能となり、高い歩留まりでTFTを得ることができる。   As described above, in the oxide semiconductor layer 50 made of InSiO, by making the region on the back channel side higher in silicon concentration than the region on the front channel side, excellent hydrogen resistance is maintained while maintaining excellent TFT characteristics. Since it can be ensured, it becomes possible to realize a TFT with stable characteristics and high reliability, and it is possible to obtain the TFT with a high yield.

また、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ1において、酸化物半導体層50(第1半導体層51)に接する絶縁層は、酸化珪素膜(SiO)等の珪素化合物であるとよい。   In the thin film transistor 1 according to the present embodiment, the insulating layer in contact with the oxide semiconductor layer 50 (the first semiconductor layer 51) may be a silicon compound such as a silicon oxide film (SiO).

これにより、酸化物半導体層50と絶縁層との格子整合が高くなるので、酸化物半導体層50と絶縁層との界面準位を良化することができる。したがって、高ロバスト性を有し、さらに信頼性の高い薄膜トランジスタを実現することができる。   Thus, lattice matching between the oxide semiconductor layer 50 and the insulating layer is increased, so that the interface state between the oxide semiconductor layer 50 and the insulating layer can be improved. Therefore, a highly reliable thin film transistor having high robustness can be realized.

<表示装置>
次に、上記の実施の形態に係る薄膜トランジスタ1を表示装置に適用した例について、図7及び図8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。
<Display device>
Next, an example in which the thin film transistor 1 according to the above embodiment is applied to a display device will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. In the present embodiment, an application example to an organic EL display device will be described.

図7は、実施の形態に係る有機EL表示装置の一部切り欠き斜視図である。また、図8は、図7に示す有機EL表示装置における画素回路の電気回路図である。なお、画素回路は、図8に示す構成に限定されるものではない。   FIG. 7 is a partially cutaway perspective view of the organic EL display device according to the embodiment. 8 is an electric circuit diagram of the pixel circuit in the organic EL display device shown in FIG. The pixel circuit is not limited to the configuration shown in FIG.

上述の薄膜トランジスタ1は、有機EL表示装置におけるアクティブマトリクス基板のスイッチングトランジスタSwTr及び駆動トランジスタDrTrとして用いることができる。   The thin film transistor 1 described above can be used as the switching transistor SwTr and the driving transistor DrTr of the active matrix substrate in the organic EL display device.

図7に示すように、有機EL表示装置100は、複数個の薄膜トランジスタが配置されたTFT基板(TFTアレイ基板)110と、下部電極(反射電極)である陽極131、EL層(発光層)132及び上部電極(透明電極)である陰極133からなる有機EL素子(発光部)130との積層構造により構成される。   As shown in FIG. 7, the organic EL display device 100 includes a TFT substrate (TFT array substrate) 110 in which a plurality of thin film transistors are arranged, an anode 131 which is a lower electrode (reflection electrode), and an EL layer (light emitting layer) 132. And it is comprised by the laminated structure with the organic EL element (light emission part) 130 which consists of the cathode 133 which is upper electrode (transparent electrode).

本実施の形態におけるTFT基板110には、上記の薄膜トランジスタ1が用いられている。TFT基板110には複数の画素120がマトリクス状に配置されており、各画素120には画素回路が設けられている。   The thin film transistor 1 described above is used for the TFT substrate 110 in the present embodiment. A plurality of pixels 120 are arranged in a matrix on the TFT substrate 110, and each pixel 120 is provided with a pixel circuit.

有機EL素子130は、複数の画素120の各々に対応して形成されており、各画素120に設けられた画素回路によって各有機EL素子130の発光の制御が行われる。有機EL素子130は、複数の薄膜トランジスタを覆うように形成された層間絶縁層(平坦化膜)の上に形成される。   The organic EL element 130 is formed corresponding to each of the plurality of pixels 120, and the light emission control of each organic EL element 130 is performed by the pixel circuit provided in each pixel 120. The organic EL element 130 is formed on an interlayer insulating layer (planarizing film) formed to cover a plurality of thin film transistors.

また、有機EL素子130は、陽極131と陰極133との間にEL層132が配置された構成となっている。陽極131とEL層132との間にはさらに正孔輸送層が積層形成され、EL層132と陰極133との間にはさらに電子輸送層が積層形成されている。なお、陽極131と陰極133との間には、その他の機能層が設けられていてもよい。EL層132をはじめ陽極131と陰極133との間に形成される機能層は、有機材料によって構成された有機層である。   In addition, the organic EL element 130 has a configuration in which the EL layer 132 is disposed between the anode 131 and the cathode 133. A hole transport layer is further stacked between the anode 131 and the EL layer 132, and an electron transport layer is further stacked between the EL layer 132 and the cathode 133. Another functional layer may be provided between the anode 131 and the cathode 133. The functional layer formed between the anode 131 and the cathode 133 including the EL layer 132 is an organic layer made of an organic material.

各画素120は、それぞれの画素回路によって駆動制御される。また、TFT基板110には、画素120の行方向に沿って配置される複数のゲート配線(走査線)140と、ゲート配線140と交差するように画素120の列方向に沿って配置される複数のソース配線(信号配線)150と、ソース配線150と平行に配置される複数の電源配線(図7では省略)とが形成されている。各画素120は、例えば直交するゲート配線140とソース配線150とによって区画されている。   Each pixel 120 is driven and controlled by the respective pixel circuit. Further, on the TFT substrate 110, a plurality of gate wirings (scanning lines) 140 arranged along the row direction of the pixels 120 and a plurality of pixels arranged along the column direction of the pixels 120 so as to intersect the gate wirings 140. Source wiring (signal wiring) 150 and a plurality of power supply wirings (not shown in FIG. 7) arranged in parallel with the source wiring 150 are formed. Each pixel 120 is partitioned by, for example, orthogonal gate wiring 140 and source wiring 150.

ゲート配線140は、各画素回路に含まれるスイッチングトランジスタのゲート電極と行毎に接続されている。ソース配線150は、スイッチングトランジスタのソース電極と列毎に接続されている。電源配線は、各画素回路に含まれる駆動トランジスタのドレイン電極と列毎に接続されている。   The gate wiring 140 is connected to the gate electrode of the switching transistor included in each pixel circuit and for each row. The source wiring 150 is connected to the source electrode of the switching transistor and for each column. The power supply wiring is connected to the drain electrode of the drive transistor included in each pixel circuit for each column.

図8に示すように、画素回路は、スイッチングトランジスタSwTrと、駆動トランジスタDrTrと、対応する画素120に表示するためのデータを記憶するキャパシタCとで構成される。本実施の形態において、スイッチングトランジスタSwTrは、画素120を選択するためのTFTであり、駆動トランジスタDrTrは、有機EL素子130を駆動するためのTFTである。   As shown in FIG. 8, the pixel circuit is configured of a switching transistor SwTr, a driving transistor DrTr, and a capacitor C that stores data to be displayed on the corresponding pixel 120. In the present embodiment, the switching transistor SwTr is a TFT for selecting the pixel 120, and the driving transistor DrTr is a TFT for driving the organic EL element 130.

スイッチングトランジスタSwTrは、ゲート配線140に接続されるゲート電極G1と、ソース配線150に接続されるソース電極S1と、キャパシタC及び第2薄膜トランジスタDrTrのゲート電極G2に接続されるドレイン電極D1と、酸化物半導体層(図示せず)とを備える。スイッチングトランジスタSwTrは、接続されたゲート配線140及びソース配線150に所定の電圧が印加されると、当該ソース配線150に印加された電圧がデータ電圧としてキャパシタCに保存される。   The switching transistor SwTr includes a gate electrode G1 connected to the gate wiring 140, a source electrode S1 connected to the source wiring 150, a drain electrode D1 connected to the capacitor C and the gate electrode G2 of the second thin film transistor DrTr, and oxidation. And an object semiconductor layer (not shown). In the switching transistor SwTr, when a predetermined voltage is applied to the connected gate line 140 and source line 150, the voltage applied to the source line 150 is stored in the capacitor C as a data voltage.

駆動トランジスタDrTrは、スイッチングトランジスタSwTrのドレイン電極D1及びキャパシタCに接続されるゲート電極G2と、電源配線160及びキャパシタCに接続されるドレイン電極D2と、有機EL素子130の陽極131に接続されるソース電極S2と、酸化物半導体層(図示せず)とを備える。駆動トランジスタDrTrは、キャパシタCが保持しているデータ電圧に対応する電流を電源配線160からソース電極S2を通じて有機EL素子130の陽極131に供給する。これにより、有機EL素子130では、陽極131から陰極133へと駆動電流が流れてEL層132が発光する。   The driving transistor DrTr is connected to the gate electrode G2 connected to the drain electrode D1 of the switching transistor SwTr and the capacitor C, the drain electrode D2 connected to the power supply wiring 160 and the capacitor C, and the anode 131 of the organic EL element 130. A source electrode S2 and an oxide semiconductor layer (not shown) are provided. The driving transistor DrTr supplies a current corresponding to the data voltage held by the capacitor C from the power supply wiring 160 to the anode 131 of the organic EL element 130 through the source electrode S2. Thereby, in the organic EL element 130, a drive current flows from the anode 131 to the cathode 133, and the EL layer 132 emits light.

なお、上記構成の有機EL表示装置100では、ゲート配線140とソース配線150との交差点に位置する画素120毎に表示制御を行うアクティブマトリクス方式が採用されている。これにより、各画素120におけるスイッチングトランジスタSwTr及び駆動トランジスタDrTrによって、対応する有機EL素子130が選択的に発光し、所望の画像が表示される。   In the organic EL display device 100 configured as described above, an active matrix method is employed in which display control is performed for each pixel 120 located at the intersection of the gate wiring 140 and the source wiring 150. As a result, the corresponding organic EL element 130 selectively emits light by the switching transistor SwTr and the driving transistor DrTr in each pixel 120, and a desired image is displayed.

以上、本実施の形態における有機EL表示装置100では、スイッチングトランジスタSwTr及び駆動トランジスタDrTrとして特性が安定した高い信頼性を有する薄膜トランジスタ1を用いているので、信頼性に優れた有機EL表示装置を実現できる。   As described above, in the organic EL display device 100 according to the present embodiment, since the thin film transistor 1 having stable characteristics and high reliability is used as the switching transistor SwTr and the driving transistor DrTr, an organic EL display device excellent in reliability is realized. it can.

<変形例>
以上、本発明に係る薄膜トランジスタについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。
<Modification>
Although the thin film transistor according to the present invention has been described above based on the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、上記実施の形態において、酸化物半導体層50は、第2半導体層52と第1半導体層51との2層構造としたが、これに限るものではなく、図9に示すように、例えば、3層構造にしてもよい。この場合、珪素濃度が低い第2半導体層52の下に、第2半導体層52よりも珪素濃度が高い第3半導体層53を形成することができる。これにより、珪素濃度が高い第3半導体層53によって、ゲート絶縁層40側からの水素の影響も抑制することができる。   For example, although the oxide semiconductor layer 50 has a two-layer structure of the second semiconductor layer 52 and the first semiconductor layer 51 in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. , And may have a three-layer structure. In this case, the third semiconductor layer 53 having a silicon concentration higher than that of the second semiconductor layer 52 can be formed under the second semiconductor layer 52 having a low silicon concentration. Thus, the influence of hydrogen from the gate insulating layer 40 side can be suppressed by the third semiconductor layer 53 having a high silicon concentration.

また、酸化物半導体層50は、明確に複数層に分かれた積層構造でなくてもよく、厚み方向に珪素の濃度勾配を有するものであってもよい。この場合、例えば、酸化物半導体層50における珪素濃度は、ゲート絶縁層40側とは反対側の界面(酸化物半導体層50と保護層60との界面)に近づくにつれて連続的に増加するように構成することができる。これにより、酸化物半導体層50と保護層60との界面における欠陥を低減することができるので、さらに優れた特性を有するTFTを実現することができる。   In addition, the oxide semiconductor layer 50 may not have a stacked structure clearly divided into a plurality of layers, and may have a concentration gradient of silicon in the thickness direction. In this case, for example, the silicon concentration in the oxide semiconductor layer 50 is continuously increased as it approaches the interface (the interface between the oxide semiconductor layer 50 and the protective layer 60) opposite to the gate insulating layer 40 side. It can be configured. Thus, defects at the interface between the oxide semiconductor layer 50 and the protective layer 60 can be reduced, so that a TFT with more excellent characteristics can be realized.

また、上記実施の形態では、ゲート電極30、ゲート絶縁層40及び酸化物半導体層50が下から上にこの順で基板10上に積層されたボトムゲート型の薄膜トランジスタについて説明したが、これに限らない。例えば、図10に示すように、酸化物半導体層50、ゲート絶縁層40及びゲート電極30が下から上にこの順で基板10上に積層されたトップゲート型の薄膜トランジスタであってもよい。この場合、ソース電極70Sは、ゲート絶縁層40に形成されたコンタクトホールを介して酸化物半導体層50のソース領域(低抵抗化領域)に接続される。また、ドレイン電極70Dは、ゲート絶縁層40に形成されたコンタクトホールを介して酸化物半導体層50のドレイン領域(低抵抗化領域)に接続される。このように、トップゲート型の薄膜トランジスタにすることによって、TFTサイズを小さくすることができるので高精細化が可能となる。   Further, in the above embodiment, the bottom gate thin film transistor is described in which the gate electrode 30, the gate insulating layer 40, and the oxide semiconductor layer 50 are stacked on the substrate 10 in this order from the bottom to the top. Absent. For example, as illustrated in FIG. 10, a top gate thin film transistor may be employed in which the oxide semiconductor layer 50, the gate insulating layer 40, and the gate electrode 30 are stacked on the substrate 10 in this order from bottom to top. In this case, the source electrode 70S is connected to the source region (resistance reduction region) of the oxide semiconductor layer 50 through the contact hole formed in the gate insulating layer 40. Further, the drain electrode 70D is connected to the drain region (resistance reduction region) of the oxide semiconductor layer 50 through the contact hole formed in the gate insulating layer 40. As described above, by using top gate thin film transistors, the size of the TFT can be reduced, and high definition can be achieved.

また、上記の実施の形態では、チャネル保護型の薄膜トランジスタとしたが、図11に示すように、本発明は、チャネルエッチ型の薄膜トランジスタに適用してもよい。あるいは、図12に示すように、本発明は、寄生容量を低減した低容量型ボトムゲート構造の薄膜トランジスタに適用してもよい。図12における薄膜トランジスタでは、保護層60及び酸化物半導体層50を覆うように絶縁層80が形成されており、ソース電極70S及びドレイン電極70Dは、絶縁層80に形成されたコンタクトホールを介して酸化物半導体層50に接続されている。   Further, although the channel protective thin film transistor is used in the above embodiment, as shown in FIG. 11, the present invention may be applied to a channel etch thin film transistor. Alternatively, as shown in FIG. 12, the present invention may be applied to a low capacitance bottom gate thin film transistor with reduced parasitic capacitance. In the thin film transistor in FIG. 12, the insulating layer 80 is formed to cover the protective layer 60 and the oxide semiconductor layer 50, and the source electrode 70S and the drain electrode 70D are oxidized through the contact holes formed in the insulating layer 80. It is connected to the object semiconductor layer 50.

なお、図9、図10、図11及び図12において、基板10上にアンダーコート層20を形成してもよいし、全体を覆うようにパッシベーション層を形成してもよい。   In FIGS. 9, 10, 11, and 12, the undercoat layer 20 may be formed on the substrate 10, or a passivation layer may be formed to cover the whole.

また、上記の実施の形態では、n型チャネルの薄膜トランジスタとしたが、p型チャネルの薄膜トランジスタであってもよい。   In the above embodiment, although the n-type thin film transistor is used, it may be a p-type thin film transistor.

また、上記実施の形態では、薄膜トランジスタを用いた表示装置として有機EL表示装置について説明したが、これに限らない。例えば、上記実施の形態における薄膜トランジスタは、液晶表示装置等の他の表示装置にも適用することもできる。   Although the organic EL display device has been described as a display device using thin film transistors in the above embodiment, the present invention is not limited to this. For example, the thin film transistor in the above embodiment can also be applied to other display devices such as a liquid crystal display device.

その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。   In addition, an embodiment obtained by applying various modifications that those skilled in the art would think to each embodiment and modification, and components and functions in each embodiment and modification can be arbitrarily made without departing from the spirit of the present invention. The form realized by combining is also included in the present invention.

本発明に係る薄膜トランジスタは、有機EL表示装置等のディスプレイ等、また、ディスプレイを用いた、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ、タブレット端末、携帯電話及びスマートフォン等、薄膜トランジスタを有する様々な電気機器に広く利用することができる。なお、ディスプレイは、複数のピクセルを含み、各ピクセルは複数のサブピクセルを含む。サブピクセルは、表示素子(有機ELディスプレイの場合は、有機EL素子)と、表示素子を駆動する駆動回路とを含む。一般に、各駆動回路は、少なくとも、選択トランジスタと駆動トランジスタを含む。この選択トランジスタ及び駆動トランジスタとして、上記の薄膜トランジスタを利用することができる。   The thin film transistor according to the present invention is widely used in various electric devices having a thin film transistor, such as a display such as an organic EL display device, a television set, a personal computer, a tablet terminal, a mobile phone and a smartphone using the display. be able to. Note that the display includes a plurality of pixels, and each pixel includes a plurality of sub-pixels. The sub-pixel includes a display element (an organic EL element in the case of an organic EL display) and a drive circuit for driving the display element. In general, each drive circuit includes at least a select transistor and a drive transistor. The thin film transistors described above can be used as the selection transistor and the drive transistor.

1 薄膜トランジスタ
10 基板
20 アンダーコート層
30、G1、G2 ゲート電極
40 ゲート絶縁層
50 酸化物半導体層
51 第1半導体層
52 第2半導体層
60 保護層
70S、S1、S2 ソース電極
70D、D1、D2 ドレイン電極
80 絶縁層
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
SwTr スイッチングトランジスタ
DrTr 駆動トランジスタ
C キャパシタ
Reference Signs List 1 thin film transistor 10 substrate 20 undercoat layer 30, G1, G2 gate electrode 40 gate insulating layer 50 oxide semiconductor layer 51 first semiconductor layer 52 second semiconductor layer 60 protective layer 70S, S1, S2 source electrode 70D, D1, D2 drain Electrode 80 Insulating layer 100 Organic EL display 110 TFT substrate 120 Pixel 130 Organic EL element 131 Anode 132 EL layer 133 Cathode 140 Gate wiring 150 Source wiring 160 Power supply wiring SwTr switching transistor DrTr driving transistor C capacitor

Claims (11)

ゲート電極と、
前記ゲート電極と対向する酸化物半導体層と、
前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間に配されたゲート絶縁層と、
前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、を備え、
前記酸化物半導体層は、少なくともインジウムと珪素を含む酸化物で構成され、第1領域と当該第1領域よりも前記ゲート絶縁層に近い領域である第2領域とを有し、
前記第1領域と前記第2領域とは、同じ組成であり、
前記第1領域は、前記第2領域よりも珪素濃度が高
前記酸化物半導体層は、前記第1領域として形成された第1半導体層と、前記第2領域として形成された第2半導体層とを有する積層構造であり、
前記第1半導体層の珪素濃度は、6.5at%以上であり、
前記第2半導体層の珪素濃度は、6.5at%未満であり、
前記1半導体層の膜厚は、5nm以上である、
薄膜トランジスタ。
A gate electrode,
An oxide semiconductor layer facing the gate electrode;
A gate insulating layer disposed between the gate electrode and the oxide semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer;
The oxide semiconductor layer includes an oxide containing at least indium and silicon, and includes a first region and a second region which is a region closer to the gate insulating layer than the first region.
The first region and the second region have the same composition,
Wherein the first region, the silicon concentration than the second region rather high,
The oxide semiconductor layer has a stacked structure including a first semiconductor layer formed as the first region and a second semiconductor layer formed as the second region,
The silicon concentration of the first semiconductor layer is 6.5 at% or more.
The silicon concentration of the second semiconductor layer is less than 6.5 at%,
The film thickness of the one semiconductor layer is 5 nm or more.
Thin film transistor.
前記第1領域と前記第2領域とは、InSiOによって構成されている、  The first region and the second region are made of InSiO.
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。  The thin film transistor according to claim 1.
前記第1半導体層の珪素濃度は、11.7at%以上である、
請求項1又は2に記載の薄膜トランジスタ。
The silicon concentration of the first semiconductor layer is 11.7 at% or more.
The thin film transistor according to claim 1 .
前記酸化物半導体層の珪素濃度は、前記酸化物半導体層に含有される水素濃度よりも高い、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
The silicon concentration of the oxide semiconductor layer is higher than the hydrogen concentration contained in the oxide semiconductor layer.
The thin film transistor according to any one of claims 1 to 3 .
前記第2半導体層の膜厚は、15nm以上である、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
The film thickness of the second semiconductor layer is 15 nm or more.
The thin film transistor according to any one of claims 1 to 4 .
前記酸化物半導体層の膜厚は、20nm以上である、
請求項1〜のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
The film thickness of the oxide semiconductor layer is 20 nm or more.
The thin film transistor according to any one of claims 1 to 4 .
前記ゲート電極、前記ゲート絶縁層及び前記酸化物半導体層が、この順番で基板上に積層されており、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記酸化物半導体層の上方に形成される、
請求項1〜のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
The gate electrode, the gate insulating layer, and the oxide semiconductor layer are stacked in this order on a substrate,
The source electrode and the drain electrode are formed above the oxide semiconductor layer,
The thin film transistor according to any one of claims 1 to 6 .
さらに、前記酸化物半導体層上に保護層を備える、
請求項に記載の薄膜トランジスタ。
Furthermore, a protective layer is provided on the oxide semiconductor layer,
The thin film transistor according to claim 7 .
前記酸化物半導体層、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極が、この順番で基板上に積
層されており、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記ゲート絶縁層に形成されたコンタクトホールを介して前記酸化物半導体層に接続されている、
請求項1〜のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ。
The oxide semiconductor layer, the gate insulating layer, and the gate electrode are stacked in this order on a substrate,
The source electrode and the drain electrode are connected to the oxide semiconductor layer through a contact hole formed in the gate insulating layer.
The thin film transistor according to any one of claims 1 to 6 .
ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極と対向する酸化物半導体層を形成する工程と、
前記ゲート電極と前記酸化物半導体層との間にゲート絶縁層を形成する工程と、
前記酸化物半導体層に電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを含み、
前記酸化物半導体層は、少なくともインジウムと珪素を含む酸化物で構成され、第1領域と当該第1領域よりも前記ゲート絶縁層に近い領域である第2領域とを有し、
前記第1領域と前記第2領域とは、同じ組成であり、
前記第1領域は、前記第2領域よりも珪素濃度が高
前記酸化物半導体層は、前記第1領域として形成された第1半導体層と、前記第2領域として形成された第2半導体層とを有する積層構造であり、
前記第1半導体層の珪素濃度は、6.5at%以上であり、
前記第2半導体層の珪素濃度は、6.5at%未満であり、
前記1半導体層の膜厚は、5nm以上である、
薄膜トランジスタの製造方法。
Forming a gate electrode;
Forming an oxide semiconductor layer facing the gate electrode;
Forming a gate insulating layer between the gate electrode and the oxide semiconductor layer;
Forming a source electrode and a drain electrode electrically connected to the oxide semiconductor layer,
The oxide semiconductor layer includes an oxide containing at least indium and silicon, and includes a first region and a second region which is a region closer to the gate insulating layer than the first region.
The first region and the second region have the same composition,
Wherein the first region, the silicon concentration than the second region rather high,
The oxide semiconductor layer has a stacked structure including a first semiconductor layer formed as the first region and a second semiconductor layer formed as the second region,
The silicon concentration of the first semiconductor layer is 6.5 at% or more.
The silicon concentration of the second semiconductor layer is less than 6.5 at%,
The film thickness of the one semiconductor layer is 5 nm or more.
Method of manufacturing a thin film transistor
前記第1領域と前記第2領域とは、InSiOによって構成されている、  The first region and the second region are made of InSiO.
請求項10に記載の薄膜トランジスタの製造方法。  The manufacturing method of the thin-film transistor of Claim 10.
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