JP6662038B2 - 電界効果型トランジスタ及びその製造方法、表示素子、表示装置、システム - Google Patents

Description

本発明は、電界効果型トランジスタ及びその製造方法、表示素子、表示装置、システムに関する。

液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、電子ペーパ等の平面薄型ディスプレイ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＦＰＤ）は、非晶質シリコンや多結晶シリコンを活性層に用いた薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を含む駆動回路により駆動されている。

そして、ＦＰＤの開発においては、ＴＦＴのチャネル領域にキャリア移動度が高く素子間のばらつきの小さい酸化物半導体層を用いた電界効果型トランジスタを含むＴＦＴを作製し、電子デバイスや光デバイス等に応用する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体層として酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ等を用いることが提案されている。

具体的な電界効果型トランジスタの構造としては、例えば、チャネル領域を形成する酸化物半導体層を有すると共に、チャネル領域以外の領域の表面から厚み方向の少なくとも一部に、チャネル領域よりも抵抗率の低い低抵抗領域を有した構造が開示されている。

この電界効果型トランジスタにおいて、酸化物半導体層の所定の領域を低抵抗化させる手法としては、金属膜と酸化物半導体層との反応による手法、プラズマ処理によって低抵抗化する手法、プラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を成膜し、成膜したシリコン窒化膜からの水素拡散等により低抵抗化させる手法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、電界効果型トランジスタにおいて、上記のようにチャネル領域を低抵抗化させることは重要であるが、これに加えて、電界効果型トランジスタの電極間に生じるリーク電流を抑制することも重要である。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、リーク電流を抑制可能な電界効果型トランジスタを提供することを目的とする

本電界効果型トランジスタは、ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、前記ゲート電圧の印加に応じて電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間にチャネルを形成する活性層と、を有するトップゲート型の電界効果型トランジスタであって、前記ゲート電極は、前記活性層上にゲート絶縁層を介して積層され、前記ゲート絶縁層は、前記活性層側の横断面積よりも前記ゲート電極側の横断面積の方が大きい領域を少なくとも１つ備え、前記活性層は、前記チャネルを形成する酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層よりも低い抵抗率を有し、ソース領域及びドレイン領域を形成する酸化物層と、を有し、前記酸化物層は前記酸化物半導体層の前記ゲート絶縁層に覆われていない領域に積層されていることを要件とする。

開示の技術によれば、リーク電流を抑制可能な電界効果型トランジスタを提供できる。

第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。 第１の実施形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その１）である。 第１の実施形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その２）である。 第１の実施形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その３）である。 第１の実施形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図（その４）である。 第１の実施の形態の変形例に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図（その１）である。 第１の実施の形態の変形例に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図（その２）である。 第２の実施の形態におけるテレビジョン装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施の形態におけるテレビジョン装置の説明図（その１）である。 第２の実施の形態におけるテレビジョン装置の説明図（その２）である。 第２の実施の形態におけるテレビジョン装置の説明図（その３）である。 第２の実施の形態における表示素子の説明図である。 第２の実施の形態における有機ＥＬの説明図である。 第２の実施の形態におけるテレビジョン装置の説明図（その４） 第２の実施の形態における他の表示素子の説明図（その１）である。 第２の実施の形態における他の表示素子の説明図（その２）である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
［電界効果型トランジスタの構造］
図１は、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図である。図１を参照するに、電界効果型トランジスタ１０は、基材１１と、活性層１２と、ソース電極１３と、ドレイン電極１４と、ゲート絶縁層１５と、ゲート電極１６とを有するトップゲート型の電界効果型トランジスタである。なお、電界効果型トランジスタ１０は、半導体装置の代表的な一例である。

電界効果型トランジスタ１０では、絶縁性の基材１１上に活性層１２が形成され、活性層１２においてチャネルが形成されるように、活性層１２上にソース電極１３及びドレイン電極１４が形成されている。更に、活性層１２を選択的に覆うように、ゲート絶縁層１５が形成され、ゲート絶縁層１５上にゲート電極１６が形成されている。以下、電界効果型トランジスタ１０の各構成要素について、詳しく説明する。

なお、本実施の形態では、便宜上、ゲート電極１６側を上側又は一方の側、基材１１側を下側又は他方の側とする。又、各部位のゲート電極１６側の面を上面又は一方の面、基材１１側の面を下面又は他方の面とする。但し、電界効果型トランジスタ１０は天地逆の状態で用いることができ、又は任意の角度で配置することができる。又、平面視とは対象物を基材１１の上面の法線方向から視ることを指し、平面形状とは対象物を基材１１の上面の法線方向から視た形状を指すものとする。又、基材１１上の各部位の積層方向に切った断面を縦断面、基材１１上の各部位の積層方向に垂直な方向（基材１１の上面に平行な方向）に切った断面を横断面とする。

基材１１は、活性層１２等を形成する基体となる絶縁性の部材である。基材１１の形状、構造、及び大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。基材１１の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ガラス基材やプラスチック基材等を用いることができる。ガラス基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、無アルカリガラス、シリカガラス等が挙げられる。又、プラスチック基材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等が挙げられる。

活性層１２は、基材１１上の所定領域に形成されている。活性層１２は、酸化物半導体層１２１と、酸化物半導体層１２１の上面の一部に積層された酸化物層１２２及び１２３とを有している。酸化物半導体層１２１はチャネルを形成する層である。酸化物層１２２及び１２３は、酸化物半導体層１２１よりも低い抵抗率を有し、酸化物層１２２はソース領域、酸化物層１２３はドレイン領域を形成する層である。

酸化物半導体層１２１は、ｎ型酸化物半導体からなる層である。ｎ型酸化物半導体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ＩＧＯ（インジウム、ガリウム、及び酸素から構成される半導体）や結晶性ＩＧＺＯ（インジウム、ガリウム、亜鉛、及び酸素から構成される半導体）等が挙げられる。活性層１２の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく、５ｎｍ〜１００ｎｍがより好ましい。

酸化物層１２２及び１２３の材料としては、酸化物半導体層１２１よりも低い抵抗率を有している材料であれば特に制限はなく、適宜選択することができるが、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）等が挙げられる。酸化物層１２２及び１２３の夫々の厚さは、例えば、２０ｎｍ程度とすることができる。但し、酸化物層１２２及び１２３を設けることは必須ではなく、活性層１２を酸化物半導体層１２１のみから構成してもよい。

ソース電極１３及びドレイン電極１４は、基材１１上に形成されている。ソース電極１３及びドレイン電極１４は、活性層１２の一部を被覆し、チャネル領域となる所定の間隔を隔てて形成されている。ソース電極１３及びドレイン電極１４は、ゲート電極１６へのゲート電圧の印加に応じて電流を取り出すための電極である。なお、ソース電極１３及びドレイン電極１４と共に、ソース電極１３及びドレイン電極１４と接続される配線が同一層に形成される。

ソース電極１３、ドレイン電極１４、及び配線の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アルミニウム、金、白金、パラジウム、銀、銅、亜鉛、ニッケル、クロム、タンタル、モリブデン、チタン等の金属、これらの合金、これら金属の混合物等を用いることができる。又、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ガリウム、酸化ニオブ等の導電性酸化物、これらの複合化合物、これらの混合物等を用いてもよい。

ソース電極１３、ドレイン電極１４、及び配線の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、４０ｎｍ〜２μｍが好ましく、７０ｎｍ〜１μｍがより好ましい。

ゲート絶縁層１５は、活性層１２上に形成されている。ゲート絶縁層１５は、活性層１２とゲート電極１６とを絶縁するための層である。ゲート絶縁層１５は、酸化物半導体層１２１の上面の酸化物層１２２及び１２３が形成されていない領域に形成された第１ゲート絶縁層１５１と、第１ゲート絶縁層１５１の上面に積層された第２ゲート絶縁層１５２とを有している。

ゲート絶縁層１５は、活性層１２側の横断面積よりもゲート電極１６側の横断面積の方が大きい領域（所謂オーバーハング形状）を備えている。なお、ゲート絶縁層１５は、活性層１２側の横断面積よりもゲート電極１６側の横断面積の方が大きい領域を、少なくとも１つ備えていればよく、複数備えていてもよい（他のゲート絶縁層についても同様）。

図１の場合には、ゲート絶縁層１５において、第１ゲート絶縁層１５１の横断面積は略一定であり、第２ゲート絶縁層１５２の横断面積も略一定である。そして、第１ゲート絶縁層１５１の横断面積よりも第２ゲート絶縁層１５２の横断面積の方が大きい。そのため、第２ゲート絶縁層１５２の下面外縁部は第１ゲート絶縁層１５１の上面から外側にはみ出ている。

第１ゲート絶縁層１５１及び第２ゲート絶縁層１５２の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、第１ゲート絶縁層１５１の材料としてＳｉＯ_２等、第２ゲート絶縁層１５２の材料としてＰ−ＳｉＮ等を用いることができる。ここで、Ｐ−ＳｉＮとは、プラズマＣＶＤ法により成膜したシリコン窒化膜である。又、第１ゲート絶縁層１５１をシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）とする場合には、例えば、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏｒｔｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）を原料とし、プラズマＣＶＤ法により成膜することができる。

第１ゲート絶縁層１５１の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。第２ゲート絶縁層１５２の平均厚みについても同様である。

ゲート電極１６は、活性層１２上にゲート絶縁層１５（第１ゲート絶縁層１５１及び第２ゲート絶縁層１５２）を介して積層されている。ゲート電極１６は、ゲート電圧を印加するための電極である。ゲート電極１６は、導体層１６１と、酸化物層１６２とを有している。導体層１６１の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ソース電極１３及びドレイン電極１４と同様の材料を用いることができる。導体層１６１の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、４０ｎｍ〜２μｍが好ましく、７０ｎｍ〜１μｍがより好ましい。

酸化物層１６２は、酸化物層１２２及び１２３と同一の材料を用いて酸化物層１２２及び１２３と略同一厚さに形成された層である。但し、酸化物層１６２を設けることは必須ではなく、ゲート電極１６を導体層１６１のみから構成してもよい。

［電界効果型トランジスタの製造方法］
次に、図１に示す電界効果型トランジスタの製造方法について説明する。図２〜図５は、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタの製造工程を例示する図である。

まず、図２（ａ）に示す工程では、ガラス基材等からなる基材１１を準備し、基材１１上に酸化物半導体層１２１を形成する。基材１１の材料や厚さは、前述の通り適宜選択することができる。又、基材１１の表面の清浄化及び密着性向上の点で、酸素プラズマ、ＵＶオゾン、ＵＶ照射洗浄等の前処理が行われることが好ましい。

酸化物半導体層１２１は、例えばスパッタ法等により、形成することができる。酸化物半導体層１２１の材料は、前述の通り適宜選択することができるが、例えば、ＩＧＯや結晶性ＩＧＺＯ等を用いることができる。

次に、図２（ｂ）に示す工程では、酸化物半導体層１２１上に、第１ゲート絶縁層１５１を形成する。第１ゲート絶縁層１５１は、例えば、プラズマＣＶＤ法等により形成することができる。第１ゲート絶縁層１５１の材料や厚さは、前述の通り適宜選択することができる。

次に、図２（ｃ）に示す工程では、第１ゲート絶縁層１５１上に、第２ゲート絶縁層１５２を形成する。第２ゲート絶縁層１５２は、例えば、プラズマＣＶＤ法等により形成することができる。第２ゲート絶縁層１５２の材料や厚さは、前述の通り適宜選択することができる。

次に、図３（ａ）に示す工程では、第２ゲート絶縁層１５２上に、導体層１６１を形成する。導体層１６１は、例えば、真空蒸着法等により形成することができる。導体層１６１の材料や厚さは、前述の通り適宜選択することができる。

次に、図３（ｂ）に示す工程では、導体層１６１上に感光性樹脂からなるレジストを形成し、露光及び現像を行って、ゲート電極１６を形成したい領域を被覆するレジスト層３００を形成する。

次に、図４（ａ）に示す工程では、レジスト層３００に被覆されていない領域の導体層１６１、第２ゲート絶縁層１５２、及び第１ゲート絶縁層１５１をエッチングにより除去する。これにより、第１ゲート絶縁層１５１上に第２ゲート絶縁層１５２が積層されたゲート絶縁層１５が形成される。

導体層１６１、第２ゲート絶縁層１５２、及び第１ゲート絶縁層１５１は、夫々所定のエッチング液を用いたウェットエッチングにより除去することができる。この際、エッチングプロセスを制御することにより、第２ゲート絶縁層１５２を所謂オーバーハング形状とすることができる。すなわち、ゲート絶縁層１５を、活性層１２側の横断面積よりもゲート電極１６側の横断面積の方が大きい領域を備えた形状とすることができる。

次に、図４（ｂ）に示す工程では、図４（ａ）に示すレジスト層３００を剥離した後、酸化物半導体層１２１よりも抵抗率の低い酸化物層１２２及び１２３、並びに１６２を形成する。これにより、導体層１６１上に酸化物層１６２が積層されたゲート電極１６が形成される。酸化物層１２２及び１２３、並びに１６２は、例えば、塗布法により形成することができる。酸化物層１２２及び１２３、並びに１６２の材料や厚さは、前述の通り適宜選択することができる。

酸化物層１２２、１２３、及び１６２は、互いに電気的に独立している。なお、酸化物層１２２及び１２３と酸化物層１６２との間には第１ゲート絶縁層１５１と第２ゲート絶縁層１５２とを加えた分の膜厚差があることに加え、第２ゲート絶縁層１５２がオーバーハング形状となっている。これにより、酸化物層１２２及び１２３と酸化物層１６２とは、容易に断線して独立した状態になる。但し、酸化物層１２２及び１２３と酸化物層１６２との電気的断線については、導体層１６１と酸化物半導体層１２１との間に濡れ性差を作り、ウェット膜状態のときに酸化物層１２２及び１２３を形成する方法を用いてもよい。

次に、図５（ａ）に示す工程では、酸化物層１２２及び１２３上に感光性樹脂からなるレジストを形成し、露光及び現像を行って、ソース領域及びドレイン領域を形成したい領域を被覆するレジスト層３１０を形成する。そして、レジスト層３１０に被覆されていない領域の酸化物層１２２及び１２３、並びに酸化物半導体層１２１をエッチングにより除去する。これにより、酸化物半導体層１２１の上面の一部に積層された酸化物層１２２及び１２３を有する活性層１２が形成される。

次に、図５（ｂ）に示す工程では、図５（ａ）に示すレジスト層３１０を剥離した後、ソース領域となる酸化物層１２２に交差領域を持つようにソース電極１３を、ドレイン領域となる酸化物層１２３に交差領域を持つようにドレイン電極１４を形成する。ソース電極１３及びドレイン電極１４は、例えば、真空蒸着法等により形成することができる。ソース電極１３及びドレイン電極１４の材料や厚さは、前述の通り適宜選択することができる。

以上の工程により、簡便な方法で自己整合型であるトップゲート型の電界効果型トランジスタ１０を作製できる。

このように、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタ１０では、第２ゲート絶縁層１５２がオーバーハング形状であるため、ソース領域及びドレイン領域を形成する酸化物層１２２及び１２３とゲート電極１６とを完全に絶縁することができる。

そのため、ゲート絶縁層１５により離間したソース電極１３とゲート電極１６との間のリーク電流、及びゲート絶縁層１５により離間したドレイン電極１４とゲート電極１６との間のリーク電流を抑制することが可能となり、良好なトランジスタ特性を得ることができる。

又、電界効果型トランジスタ１０は、活性層１２のチャネル領域上に、ゲート絶縁層１５及びゲート電極１６を略同一形状に形成後、活性層１２のゲート絶縁層１５に覆われていない領域に、酸化物半導体層１２１よりも抵抗率の低い酸化物層１２２及び１２３（ソース領域及びドレイン領域）を形成する自己整合型の電界効果型トランジスタである。

これにより、ソース電極１３及びドレイン電極１４とゲート電極１６との交差領域に生じる寄生容量を低減することができる。又、従来用いられていたイオン注入法等とは異なる簡便な製造工程により、抵抗率の低いソース領域及びドレイン領域を安定して形成することができる。

なお、従来用いられていたイオン注入法は、高コストであり、かつ、技術的難易度が高い。又、従来、抵抗率を低くしたい層に接触する層からの水素拡散やドナーとなる元素の拡散によって、抵抗率の低いソース領域及びドレイン領域を形成する方法も開示されている。しかし、この方法は、酸化物半導体層の物性を厳密に制御してチャネル層を形成した後、別の領域の半導体層の物性を改変するという操作が必要である。そのため、抵抗率の低いソース領域及びドレイン領域形成には、プロセス上の困難を伴う。

一方、図２〜図５を参照して説明した製造方法によれば、膜形成後のドーピングや拡散で低抵抗化を図るという不安定な方法ではなく、簡便かつ安定な方法により自己整合型の電界効果型トランジスタ１０を実現できる。

〈第１の実施の形態の変形例〉
第１の実施の形態の変形例では、ゲート絶縁層１５がテーパ部を備えた例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

図６は、第１の実施の形態の変形例に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図（その１）である。

図６（ａ）に示す電界効果型トランジスタ１０Ａは、第２ゲート絶縁層１５２Ａが、活性層１２側がゲート電極１６側よりも拡幅したテーパ部（順テーパ形状）である点が、電界効果型トランジスタ１０（図１参照）と相違する。

第１ゲート絶縁層１５１の横断面積は略一定であり、第２ゲート絶縁層１５２Ａは、第１ゲート絶縁層１５１の横断面積よりも横断面積が大きい領域を備えている。具体的には、第１ゲート絶縁層１５１と第２ゲート絶縁層１５２Ａとの境界部の近傍が、第２ゲート絶縁層１５２Ａの横断面積が第１ゲート絶縁層１５１の横断面積よりも大きい領域である。第２ゲート絶縁層１５２Ａにおいて、テーパ角θ_Ａは６０度以上であることが好ましい。

第２ゲート絶縁層１５２Ａの材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、第２ゲート絶縁層１５２と同様の材料を用いることができる。

図６（ｂ）に示す電界効果型トランジスタ１０Ｂは、第２ゲート絶縁層１５２Ｂが、ゲート電極１６側が活性層１２側よりも拡幅したテーパ部（逆テーパ形状）である点が、電界効果型トランジスタ１０（図１参照）と相違する。

第１ゲート絶縁層１５１の横断面積は略一定であり、第２ゲート絶縁層１５２Ｂは、第１ゲート絶縁層１５１の横断面積よりも横断面積が大きい領域を備えている。具体的には、第２ゲート絶縁層１５２Ｂの全体が、第２ゲート絶縁層１５２Ｂの横断面積が第１ゲート絶縁層１５１の横断面積よりも大きい領域である。第２ゲート絶縁層１５２Ｂにおいて、テーパ角θ_Ｂは６０度以上であることが好ましい。

第２ゲート絶縁層１５２Ｂの材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、第２ゲート絶縁層１５２と同様の材料を用いることができる。

なお、電界効果型トランジスタ１０Ａ及び１０Ｂは、半導体装置の代表的な一例である。

このように、第２ゲート絶縁層が順テーパ形状又は逆テーパ形状であってもよい。この場合にも第１の実施の形態と同様に、ソース電極１３とゲート電極１６との間のリーク電流、及びドレイン電極１４とゲート電極１６との間のリーク電流を抑制することが可能となり、良好なトランジスタ特性を得ることができる。但し、第２ゲート絶縁層のテーパ角は６０度以上であることが好ましく、テーパ角が４５程度以下である場合には、大きなリーク電流が生じ、良好なトランジスタ特性を得ることが困難となる。

図７は、第１の実施の形態の変形例に係る電界効果型トランジスタを例示する断面図（その２）である。

図７に示す電界効果型トランジスタ１０Ｃは、酸化物半導体層１２１の上面の酸化物層１２２及び１２３が形成されていない領域と、ゲート電極１６の導体層１６１との間に、１層のゲート絶縁層１５Ａが積層されている点が、電界効果型トランジスタ１０（図１参照）と相違する。

ゲート絶縁層１５Ａは、全体が、ゲート電極１６側が活性層１２側よりも拡幅したテーパ部（逆テーパ形状）である。つまり、ゲート絶縁層１５Ａの全体が、活性層１２側の横断面積よりもゲート電極１６側の横断面積の方が大きい領域（所謂オーバーハング形状）である。ゲート絶縁層１５Ａにおいて、テーパ角θ_Ｃは６０度以上であることが好ましい。なお、電界効果型トランジスタ１０Ｃは、半導体装置の代表的な一例である。

ゲート絶縁層１５Ａの材料としては、例えば、Ｐ−ＳｉＮを用いることができる。ゲート絶縁層１５Ａの材料としてＰ−ＳｉＮを用いた場合には、例えば、ドライエッチングにより逆テーパ形状とすることができる。

具体的には、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）と三フッ化メタン（ＣＨＦ_３）とアルゴンとの混合ガスを用い、膜厚、ガス圧、ドライエッチング装置の電力量を適宜調整し、逆テーパ形状を形成することができる。ドライエッチング装置としてＳＷＰ（Surface Wave Plasma）型ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置を用いることが、エッチング形状の制御がしやすい点で望ましい。

但し、ＮＬＤ（Neutral Loop Discharge）型ＲＩＥ装置を使用し垂直エッチングを実現させることで側面の膜形成ができないようにさせても、リーク電流を抑制できることはいうまでもない。

このように、逆テーパ形状の１層のゲート絶縁層を設けてもよい。この場合にも第１の実施の形態と同様に、ソース電極１３とゲート電極１６との間のリーク電流、及びドレイン電極１４とゲート電極１６との間のリーク電流を抑制することが可能となり、良好なトランジスタ特性を得ることができる。但し、ゲート絶縁層１５Ａのテーパ角θ_Ｃは６０度以上であることが好ましく、テーパ角が４５程度以下である場合には、大きなリーク電流が生じ、良好なトランジスタ特性を得ることが困難となる。

〈実施例１〉
実施例１では、図１に示すトップゲート型の電界効果型トランジスタを、図２〜図５に示した製造工程により作製した。

（酸化物半導体層１２１の形成）
基材１１上に酸化物半導体層１２１を形成した。具体的には、まず、基材１１として無アルカリガラスを用い、基材１１上に、酸化物半導体層１２１としてＩＧＯ膜をスパッタ法により形成した。

（第１ゲート絶縁層１５１、第２ゲート絶縁層１５２の形成）
次に、酸化物半導体層１２１上に、プラズマＣＶＤ法により、２００ｎｍの厚みになるようにＴＥＯＳを原料としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を成膜して第１ゲート絶縁層１５１を形成した。更に、第１ゲート絶縁層１５１上に、プラズマＣＶＤ法により、１００ｎｍの厚みになるようにシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ）を成膜して第２ゲート絶縁層１５２を形成した。

（導体層１６１の形成）
第２ゲート絶縁層１５２上に、真空蒸着法を用いて導体層１６１としてＡｕ膜を形成した。

（フォトリソグラフィとエッチング）
導体層１６１上に感光性樹脂からなるレジストを形成し、露光及び現像を行って（フォトリソグラフィ法）、ゲート電極１６を形成したい領域を被覆するレジスト層３００を形成した。

次に、レジスト層３００をエッチングマスクとして、レジスト層３００に被覆されていない領域の導体層１６１、第２ゲート絶縁層１５２、及び第１ゲート絶縁層１５１をウェットエッチングにより除去した。

具体的には、まず、第１のエッチング液（製品名：ＡＵＲＵＭ−３０２）を用いて、Ａｕからなる導体層１６１をエッチングした。次に、第２のエッチング液としてバッファードフッ酸（ＨＦ／ＮＨ４Ｆ＝３．５／２０）を用いて、第２ゲート絶縁層１５２（Ｐ−ＳｉＮ）及び第１ゲート絶縁層１５１（ＳｉＯ_２）をエッチングした。この際、エッチングプロセスを制御することにより、第２ゲート絶縁層１５２をオーバーハング形状とした。エッチング後、レジスト層３００を剥離した。

（ソース領域及びドレイン領域の形成）
ビーカーに３．５５ｇの硝酸インジウム（Ｉｎ（ＮＯ_３）_３・３Ｈ_２Ｏ）を秤量し、１，２−プロパンジオール２０ｍＬとエチレングリコールモノメチルエーテル２０ｍＬとを加え室温で混合、溶解させ、酸化物インクを作製し、第１ゲート絶縁層１５１の周囲の酸化物半導体層１２１上に塗布法により酸化物インクの膜を形成した。次いで、乾燥と焼成を行い、酸化インジウム膜を形成した。なお、導体層１６１上にも酸化物膜が形成されるが、酸化物半導体層１２１上に形成された酸化物膜とは互いに電気的に独立していた。

次に、ソース領域及びドレイン領域を形成したい領域を被覆するレジスト層３１０を形成し、レジスト層３１０に被覆されていない領域の酸化物層１２２及び１２３、並びに酸化物半導体層１２１をエッチングにより除去した。これにより、酸化物半導体層１２１の上面の一部に積層された酸化物層１２２（ソース領域）及び酸化物層１２３（ドレイン領域）とを有する活性層１２が形成された。

（ソース電極１３及びドレイン電極１４の形成）
レジスト層３１０を剥離した後、ソース領域となる酸化物層１２２に交差領域を持つようにソース電極１３を、ドレイン領域となる酸化物層１２３に交差領域を持つようにドレイン電極１４を、真空蒸着法を用いてＡｌ膜により形成した。

以上の工程により、図１に示すトップゲート型の電界効果型トランジスタ１０を作製した。

〈比較例１〉
比較例１では、第２ゲート絶縁層１５２を形成しない点、第１ゲート絶縁層１５１が順テーパ形状（テーパ角４５度）である点を除いて、実施例１と同様のトップゲート型の電界効果型トランジスタを作製した。

〈トランジスタ性能評価〉
実施例１及び比較例１で得られた電界効果型トランジスタについて、半導体パラメータ・アナライザ装置（アジレントテクノロジー社製、半導体パラメータ・アナライザＢ１５００）を用いて、トランジスタ性能評価を実施した。具体的には、ソース／ドレイン電圧Ｖｄｓを２０Ｖとし、ゲート電圧をＶｇ＝−３０Ｖから＋３０Ｖに変化させて、電流−電圧特性を評価した。飽和領域において電界効果移動度を算出した。又、トランジスタのオン状態（例えばＶｇ＝２０Ｖ）とオフ状態（例えばＶｇ＝−２０Ｖ）のソース／ドレイン電流Ｉｄｓの比（オン／オフ比）を算出した。

トランジスタ性能評価の結果、実施例１では、ソース電極１３とゲート電極１６との間のリーク電流、及びドレイン電極１４とゲート電極１６との間のリーク電流を抑制することが可能となり、良好なトランジスタ特性を得ることが確認された。これは、第２ゲート絶縁層１５２がオーバーハング形状であるため、ソース領域及びドレイン領域を形成する酸化物層１２２及び１２３とゲート電極１６とを完全に絶縁できたためである。

これに対して、比較例１では、第２ゲート絶縁層１５２が形成されていなく、第１ゲート絶縁層１５１が順テーパ形状（テーパ角４５度）である。そのため、ソース領域及びドレイン領域を形成する酸化物層１２２及び１２３とゲート電極１６とを完全に絶縁することができず、大きなリーク電流が生じ、良好なトランジスタ特性が得られなかった。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを用いた表示素子、表示装置、及びシステムの例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

（表示素子）
第２の実施の形態に係る表示素子は、少なくとも、光制御素子と、光制御素子を駆動する駆動回路とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。光制御素子としては、駆動信号に応じて光出力を制御する素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子、エレクトロクロミック（ＥＣ）素子、液晶素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子等が挙げられる。

駆動回路としては、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを有する限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

第２の実施の形態に係る表示素子は、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを有しているため、基材と電極や配線との密着性に優れており、又、高い電界効果移動度や高いオン／オフ比が得られる。その結果、高品質の表示を行うことが可能となる。

（表示装置）
第２の実施の形態に係る表示装置は、少なくとも、第２の実施の形態に係る複数の表示素子と、複数の配線と、表示制御装置とを有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。複数の表示素子としては、マトリックス状に配置された複数の第２の実施の形態に係る表示素子である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

複数の配線は、複数の表示素子における各電界効果型トランジスタにゲート電圧と画像データ信号とを個別に印加可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

表示制御装置としては、画像データに応じて、各電界効果型トランジスタのゲート電圧と信号電圧とを複数の配線を介して個別に制御可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。その他の部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。

第２の実施の形態に係る表示装置は、第１の実施の形態に係る電界効果型トランジスタを備えた表示素子を有しているため、高品質の画像を表示することが可能となる。

（システム）
第２の実施の形態に係るシステムは、少なくとも、第２の実施の形態に係る表示装置と、画像データ作成装置とを有する。画像データ作成装置は、表示する画像情報に基づいて画像データを作成し、画像データを前記表示装置に出力する。

システムは、第２の実施の形態に係る表示装置を備えているため、画像情報を高精細に表示することが可能となる。

以下、第２の実施の形態に係る表示素子、表示装置、及びシステムについて、具体的に説明する。

図８には、第２の実施の形態に係るシステムとしてのテレビジョン装置５００の概略構成が示されている。なお、図８における接続線は、代表的な信号や情報の流れを示すものであり、各ブロックの接続関係の全てを表すものではない。

第２の実施の形態に係るテレビジョン装置５００は、主制御装置５０１、チューナ５０３、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）５０４、復調回路５０５、ＴＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｔｒｅａｍ）デコーダ５０６、音声デコーダ５１１、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）５１２、音声出力回路５１３、スピーカ５１４、映像デコーダ５２１、映像・ＯＳＤ合成回路５２２、映像出力回路５２３、表示装置５２４、ＯＳＤ描画回路５２５、メモリ５３１、操作装置５３２、ドライブインターフェース（ドライブＩＦ）５４１、ハードディスク装置５４２、光ディスク装置５４３、ＩＲ受光器５５１、及び通信制御装置５５２等を備えている。

主制御装置５０１は、テレビジョン装置５００の全体を制御し、ＣＰＵ、フラッシュＲＯＭ、及びＲＡＭ等から構成されている。フラッシュＲＯＭには、ＣＰＵにて解読可能なコードで記述されたプログラム、及びＣＰＵでの処理に用いられる各種データ等が格納されている。又、ＲＡＭは、作業用のメモリである。

チューナ５０３は、アンテナ６１０で受信された放送波の中から、予め設定されているチャンネルの放送を選局する。ＡＤＣ５０４は、チューナ５０３の出力信号（アナログ情報）をデジタル情報に変換する。復調回路５０５は、ＡＤＣ５０４からのデジタル情報を復調する。

ＴＳデコーダ５０６は、復調回路５０５の出力信号をＴＳデコードし、音声情報及び映像情報を分離する。音声デコーダ５１１は、ＴＳデコーダ５０６からの音声情報をデコードする。ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）５１２は、音声デコーダ５１１の出力信号をアナログ信号に変換する。

音声出力回路５１３は、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）５１２の出力信号をスピーカ５１４に出力する。映像デコーダ５２１は、ＴＳデコーダ５０６からの映像情報をデコードする。映像・ＯＳＤ合成回路５２２は、映像デコーダ５２１の出力信号とＯＳＤ描画回路５２５の出力信号を合成する。

映像出力回路５２３は、映像・ＯＳＤ合成回路５２２の出力信号を表示装置５２４に出力する。ＯＳＤ描画回路５２５は、表示装置５２４の画面に文字や図形を表示するためのキャラクタ・ジェネレータを備えており、操作装置５３２やＩＲ受光器５５１からの指示に応じて表示情報が含まれる信号を生成する。

メモリ５３１には、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ−Ｖｉｓｕａｌ）データ等が一時的に蓄積される。操作装置５３２は、例えばコントロールパネル等の入力媒体（図示省略）を備え、ユーザから入力された各種情報を主制御装置５０１に通知する。ドライブＩＦ５４１は、双方向の通信インターフェースであり、一例としてＡＴＡＰＩ（ＡＴ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ Ｐａｃｋｅｔ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に準拠している。

ハードディスク装置５４２は、ハードディスクと、このハードディスクを駆動するための駆動装置等から構成されている。駆動装置は、ハードディスクにデータを記録すると共に、ハードディスクに記録されているデータを再生する。光ディスク装置５４３は、光ディスク（例えば、ＤＶＤ）にデータを記録すると共に、光ディスクに記録されているデータを再生する。

ＩＲ受光器５５１は、リモコン送信機６２０からの光信号を受信し、主制御装置５０１に通知する。通信制御装置５５２は、インターネットとの通信を制御する。インターネットを介して各種情報を取得することができる。

表示装置５２４は、一例として図９に示されるように、表示器７００、及び表示制御装置７８０を有している。表示器７００は、一例として図１０に示されるように、複数（ここでは、ｎ×ｍ個）の表示素子７０２がマトリックス状に配置されたディスプレイ７１０を有している。

又、ディスプレイ７１０は、一例として図１１に示されるように、Ｘ軸方向に沿って等間隔に配置されているｎ本の走査線（Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、・・・・・、Ｘｎ−２、Ｘｎ−１）、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本のデータ線（Ｙ０、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、・・・・・、Ｙｍ−１）、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されているｍ本の電流供給線（Ｙ０ｉ、Ｙ１ｉ、Ｙ２ｉ、Ｙ３ｉ、・・・・・、Ｙｍ−１ｉ）を有している。そして、走査線とデータ線とによって、表示素子７０２を特定することができる。

各表示素子７０２は、一例として図１２に示されるように、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子７５０と、この有機ＥＬ素子７５０を発光させるためのドライブ回路７２０とを有している。すなわち、ディスプレイ７１０は、いわゆるアクティブマトリックス方式の有機ＥＬディスプレイである。又、ディスプレイ７１０は、カラー対応の３２インチ型のディスプレイである。なお、大きさは、これに限定されるものではない。

有機ＥＬ素子７５０は、一例として図１３に示されるように、有機ＥＬ薄膜層７４０と、陰極７１２と、陽極７１４とを有している。

有機ＥＬ素子７５０は、例えば、電界効果型トランジスタの横に配置することができる。この場合、有機ＥＬ素子７５０と電界効果型トランジスタとは、同一の基材上に形成することができる。但し、これに限定されず、例えば、電界効果型トランジスタの上に有機ＥＬ素子７５０が配置されても良い。この場合には、ゲート電極に透明性が要求されるので、ゲート電極には、ＩＴＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ、Ｇａが添加されたＺｎＯ、Ａｌが添加されたＺｎＯ、Ｓｂが添加されたＳｎＯ_２等の導電性を有する透明な酸化物が用いられる。

有機ＥＬ素子７５０において、陰極７１２には、アルミニウム（Ａｌ）が用いられている。なお、マグネシウム（Ｍｇ）−銀（Ａｇ）合金、アルミニウム（Ａｌ）−リチウム（Ｌｉ）合金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等を用いても良い。陽極７１４には、ＩＴＯが用いられている。なお、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の導電性を有する酸化物、銀（Ａｇ）−ネオジウム（Ｎｄ）合金等を用いても良い。

有機ＥＬ薄膜層７４０は、電子輸送層７４２と発光層７４４と正孔輸送層７４６とを有している。そして、電子輸送層７４２に陰極７１２が接続され、正孔輸送層７４６に陽極７１４が接続されている。陽極７１４と陰極７１２との間に所定の電圧を印加すると発光層７４４が発光する。

又、図１２に示すように、ドライブ回路７２０は、２つの電界効果型トランジスタ８１０及び８２０、コンデンサ８３０を有している。電界効果型トランジスタ８１０は、スイッチ素子として動作する。ゲート電極Ｇは、所定の走査線に接続され、ソース電極Ｓは、所定のデータ線に接続されている。又、ドレイン電極Ｄは、コンデンサ８３０の一方の端子に接続されている。

コンデンサ８３０は、電界効果型トランジスタ８１０の状態、すなわちデータを記憶しておくためのものである。コンデンサ８３０の他方の端子は、所定の電流供給線に接続されている。

電界効果型トランジスタ８２０は、有機ＥＬ素子７５０に大きな電流を供給するためのものである。ゲート電極Ｇは、電界効果型トランジスタ８１０のドレイン電極Ｄと接続されている。そして、ドレイン電極Ｄは、有機ＥＬ素子７５０の陽極７１４に接続され、ソース電極Ｓは、所定の電流供給線に接続されている。

そこで、電界効果型トランジスタ８１０が「オン」状態になると、電界効果型トランジスタ８２０によって、有機ＥＬ素子７５０は駆動される。

表示制御装置７８０は、一例として図１４に示されるように、画像データ処理回路７８２、走査線駆動回路７８４、及びデータ線駆動回路７８６を有している。

画像データ処理回路７８２は、映像出力回路５２３の出力信号に基づいて、ディスプレイ７１０における複数の表示素子７０２の輝度を判断する。走査線駆動回路７８４は、画像データ処理回路７８２の指示に応じてｎ本の走査線に個別に電圧を印加する。データ線駆動回路７８６は、画像データ処理回路７８２の指示に応じてｍ本のデータ線に個別に電圧を印加する。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係るテレビジョン装置５００では、映像デコーダ５２１と映像・ＯＳＤ合成回路５２２と映像出力回路５２３とＯＳＤ描画回路５２５とによって画像データ作成装置が構成されている。

又、上記においては、光制御素子が有機ＥＬ素子の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、液晶素子、エレクトロクロミック素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子であってもよい。

例えば、光制御素子が液晶素子の場合は、上記ディスプレイ７１０として、液晶ディスプレイ用いる。この場合においては、図１５に示されるように、表示素子７０３における電流供給線は不要となる。

又、この場合では、一例として図１６に示されるように、ドライブ回路７３０は、図１２に示される電界効果型トランジスタ（８１０、８２０）と同様な１つの電界効果型トランジスタ８４０のみで構成することができる。電界効果型トランジスタ８４０では、ゲート電極Ｇが所定の走査線に接続され、ソース電極Ｓが所定のデータ線に接続されている。又、ドレイン電極Ｄが液晶素子７７０の画素電極、及びコンデンサ７６０に接続されている。なお、図１６における符号７６２、７７２は、それぞれコンデンサ７６０、液晶素子７７０の対向電極（コモン電極）である。

又、上記実施の形態では、システムがテレビジョン装置の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに画像や情報を表示する装置として上記表示装置５２４を備えていれば良い。例えば、コンピュータ（パソコンを含む）と表示装置５２４とが接続されたコンピュータシステムであっても良い。

又、携帯電話、携帯型音楽再生装置、携帯型動画再生装置、電子ＢＯＯＫ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の携帯情報機器、スチルカメラやビデオカメラ等の撮像機器における表示手段に表示装置５２４を用いることができる。又、車、航空機、電車、船舶等の移動体システムにおける各種情報の表示手段に表示装置５２４を用いることができる。更に、計測装置、分析装置、医療機器、広告媒体における各種情報の表示手段に表示装置５２４を用いることができる。

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 電界効果型トランジスタ
１１ 基材
１２ 活性層
１３ ソース電極
１４ ドレイン電極
１５、１５Ａ ゲート絶縁層
１６ ゲート電極
１２１ 酸化物半導体層
１２２、１２３、１６２ 酸化物層
１５１ 第１ゲート絶縁層
１５２、１５２Ａ、１５２Ｂ 第２ゲート絶縁層
１６１ 導体層

特開２０１３−１３０６１５号公報

Claims (10)

1. ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
   前記ゲート電圧の印加に応じて電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
   前記ソース電極と前記ドレイン電極との間にチャネルを形成する活性層と、
   を有するトップゲート型の電界効果型トランジスタであって、
   前記ゲート電極は、前記活性層上にゲート絶縁層を介して積層され、
   前記ゲート絶縁層は、前記活性層側の横断面積よりも前記ゲート電極側の横断面積の方が大きい領域を少なくとも１つ備え、
   前記活性層は、
   前記チャネルを形成する酸化物半導体層と、
   前記酸化物半導体層よりも低い抵抗率を有し、ソース領域及びドレイン領域を形成する酸化物層と、
   を有し、
   前記酸化物層は前記酸化物半導体層の前記ゲート絶縁層に覆われていない領域に積層されていることを特徴とする電界効果型トランジスタ。
2. 前記ゲート絶縁層は、前記活性層側が前記ゲート電極側よりも拡幅したテーパ部を備え、
   前記テーパ部は、前記領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
3. 前記ゲート絶縁層は、前記ゲート電極側が前記活性層側よりも拡幅したテーパ部を備え、
   前記テーパ部は、前記領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
4. 前記活性層は、ｎ型酸化物半導体からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
5. 前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極に対して自己整合的に前記酸化物層が形成された自己整合型であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電界効果型トランジスタ。
6. 駆動回路と、
   前記駆動回路からの駆動信号に応じて光出力が制御される光制御素子と、
   を有し、
   前記駆動回路は、請求項１乃至５の何れか一項に記載の電界効果型トランジスタにより前記光制御素子を駆動することを特徴とする表示素子。
7. 前記光制御素子は、エレクトロルミネッセンス素子、エレクトロクロミック素子、液晶素子、電気泳動素子、又はエレクトロウェッティング素子であることを特徴とする請求項６に記載の表示素子。
8. 請求項６又は７に記載の表示素子を複数個マトリクス状に配置した表示部と、
   夫々の前記表示素子を個別に制御する表示制御装置と、
   を有することを特徴とする表示装置。
9. 請求項８に記載の表示装置と、
   前記表示装置に画像データを供給する画像データ作成装置と、
   を有することを特徴とするシステム。
10. ゲート電圧を印加するためのゲート電極と、
    前記ゲート電圧の印加に応じて電流を取り出すためのソース電極及びドレイン電極と、
    前記ソース電極と前記ドレイン電極との間にチャネルを形成する酸化物半導体層と、
    を有するトップゲート型の電界効果型トランジスタの製造方法であって、
    前記酸化物半導体層上にゲート絶縁層及び前記ゲート電極を順次積層する工程と、
    前記ゲート電極上の所定領域にレジスト層を形成する工程と、
    前記レジスト層をエッチングマスクとして、前記ゲート絶縁層及び前記ゲート電極をエッチングする工程と、
    前記酸化物半導体層の前記ゲート絶縁層に覆われていない領域に、前記酸化物半導体層よりも低い抵抗率を有するとともにソース領域及びドレイン領域を形成する酸化物層を積層する工程と、
    前記酸化物層と接する前記ソース電極及び前記ドレイン電極を形成する工程と、
    を有し、
    前記エッチングする工程において、前記ゲート絶縁層は、前記酸化物半導体層側の横断面積よりも前記ゲート電極側の横断面積の方が大きい領域を少なくとも１つ備えた形状となることを特徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。

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