JP7467976B2 - Thin film transistor, its manufacturing method, and semiconductor device including the same - Google Patents

Thin film transistor, its manufacturing method, and semiconductor device including the same Download PDF

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
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Description

本発明は、薄膜トランジスタ、その製造方法、ならびにそれを備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a thin-film transistor, a method for manufacturing the same, and a semiconductor device including the same.

近年、非接触型のタグとしてRFID(Radio Frequency IDentification)技術を用いた無線通信システムの開発が進められている。RFIDシステムでは、リーダ/ライタと呼ばれる無線送受信機とRFIDタグとの間で、無線通信が行われる。 In recent years, wireless communication systems that use RFID (Radio Frequency Identification) technology as contactless tags have been developed. In RFID systems, wireless communication is carried out between a wireless transceiver called a reader/writer and an RFID tag.

RFIDタグは、物流管理、商品管理、万引き防止などの様々な用途での利用が期待されており、交通カードなどのICカード、商品タグなど一部で導入が始まっている。RFIDタグは、ICチップと、リーダ/ライタとの無線通信するためのアンテナを有している。タグ内に設置されたアンテナが、リーダ/ライタから送信される搬送波を受信し、ICチップ内の駆動回路が動作する。 RFID tags are expected to be used for a variety of purposes, including logistics management, product management, and shoplifting prevention, and are already being introduced in some IC cards such as transportation cards and product tags. RFID tags have an IC chip and an antenna for wireless communication with a reader/writer. The antenna installed inside the tag receives the carrier wave transmitted from the reader/writer, which activates the drive circuit inside the IC chip.

RFIDタグは、あらゆる商品やシーンでの使用が期待されている。そのためには製造コストの低減が必要不可欠であり、真空や高温を使用する製造プロセスから脱却し、塗布・印刷技術を用いた安価なものが検討されている。 It is expected that RFID tags will be used in a wide variety of products and situations. To achieve this, it is essential to reduce manufacturing costs, and studies are underway to move away from manufacturing processes that use vacuums and high temperatures and to develop cheaper ones that use coating and printing techniques.

例えば、ICチップ内の駆動回路には、成形性に優れた有機半導体を半導体層として用いた薄膜トランジスタ(以下、TFTという)の利用が提案されている。有機半導体をインクとして利用することで、インクジェット技術等によりフレキシブル基板上に直接回路パターンを形成することが可能になる(例えば、特許文献1参照)。本技術を用いることで、いわゆるロールツーロールプロセスの適用が可能となり、製造コストを低減したICチップの製造が可能となることが期待されている。 For example, the use of thin-film transistors (hereinafter referred to as TFTs) that use organic semiconductors with excellent formability as the semiconductor layer has been proposed for the driving circuits in IC chips. By using organic semiconductors as ink, it becomes possible to form circuit patterns directly on flexible substrates using inkjet technology or the like (see, for example, Patent Document 1). The use of this technology makes it possible to apply the so-called roll-to-roll process, and it is expected that it will become possible to manufacture IC chips at reduced manufacturing costs.

特開2011-187750公報JP 2011-187750 A

しかしながら、塗布・印刷技術を用いたTFTや、それを用いた回路パターンのサイズは、塗布・印刷技術の加工精度に依存する。そしてそのようなTFTは、いわゆるシリコン半導体で形成されるトランジスタよりも面積が大きいという課題が存在する。 However, the size of TFTs made using coating and printing techniques, and the circuit patterns that use them, depend on the processing accuracy of the coating and printing techniques. Furthermore, such TFTs have the problem that they are larger in area than transistors made from so-called silicon semiconductors.

例えば、特許文献1に記載の技術では、TFTの構成要素であるドレイン電極、ソース電極をフォトリソ技術で加工・形成し、それらの間に有機半導体インクをインクジェット法により供給することで、有機半導体層を形成している。ここで、インクジェット法で形成される有機半導体層のサイズは、フォトリソ技術で加工・形成される各電極の最小加工寸法と比べて大きい。そのため、TFT1個あたりの面積は有機半導体層の面積に依存することとなり、チップ面積が大きくなる。 For example, in the technology described in Patent Document 1, the drain electrode and source electrode, which are components of a TFT, are processed and formed by photolithography, and an organic semiconductor ink is supplied between them by an inkjet method to form an organic semiconductor layer. Here, the size of the organic semiconductor layer formed by the inkjet method is larger than the minimum processing dimensions of each electrode processed and formed by photolithography. Therefore, the area per TFT depends on the area of the organic semiconductor layer, resulting in a large chip area.

また、一般的にTFTでは、電気的な要求特性から、チャネル幅に対してチャネル長が短いものを使用することが多い。例えば、特許文献1に記載のTFTでは、チャネル長が5μm、チャネル幅が50μm~100μmのものを用いている。この場合、チャネル幅とチャネル長の長さが10倍以上の違いとなり、比較的円形に近い有機半導体層に対して無駄となる面積が大きくなる。 In addition, in general, TFTs often use a channel length that is short relative to the channel width due to the required electrical characteristics. For example, the TFT described in Patent Document 1 uses a channel length of 5 μm and a channel width of 50 μm to 100 μm. In this case, the difference between the channel width and the channel length is 10 times or more, and the wasted area is large for the organic semiconductor layer, which is relatively close to a circle.

また、殊に塗布技術を用いる有機半導体においては、その半導体層の結晶性やナノワイヤにおけるネットワークの形成状態により、各半導体素子のばらつきが無機結晶系の半導体素子に比べて大きくなってしまうという課題が存在する。このため、1組の半導体素子において相対ばらつきが小さいことを利用するカレントミラー回路や差動対などの特性を安定させることが難しく、アナログ回路の設計が困難であった。 In addition, organic semiconductors, particularly those that use coating techniques, have the problem that the variability between individual semiconductor elements is greater than that of inorganic crystalline semiconductor elements, due to the crystallinity of the semiconductor layer and the state of network formation in the nanowires. This makes it difficult to stabilize the characteristics of current mirror circuits and differential pairs that take advantage of the small relative variability in a pair of semiconductor elements, making it difficult to design analog circuits.

そこで本発明は、面積が小さく製造コストが抑制され、かつ隣接するチャネル間の相対ばらつきが小さいTFTおよびそれを用いた半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a TFT that has a small area, reduces manufacturing costs, and has small relative variation between adjacent channels, and a semiconductor device using the same.

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、
少なくとも2つのチャネル領域を有する薄膜トランジスタであって、
基材と、
ドレインもしくはソースとなる少なくとも3つの電極と、
少なくとも2つのゲート電極と、
前記少なくとも2つのゲート電極のいずれにも接するゲート絶縁層と、
前記少なくとも2つのチャネル領域に跨がる島状の半導体層と、
を有することを特徴する薄膜トランジスタである。
The present invention has been made in view of the above problems,
1. A thin film transistor having at least two channel regions,
A substrate;
At least three electrodes serving as drains or sources;
at least two gate electrodes;
a gate insulating layer in contact with each of the at least two gate electrodes;
an island-shaped semiconductor layer spanning the at least two channel regions;
The thin film transistor is characterized by having

本発明により、面積が小さく、製造コストを低減し、かつ隣接するチャネル間の相対ばらつきが小さいTFT、およびTFTを用いた半導体装置が提供される。 The present invention provides a TFT that is small in area, reduces manufacturing costs, and has small relative variations between adjacent channels, and a semiconductor device that uses the TFT.

本発明の実施の形態1に係るTFTを示した模式平面図FIG. 1 is a schematic plan view showing a TFT according to a first embodiment of the present invention; 図1に示した平面図のA-Bの断面を示した模式断面図FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross section taken along line AB of the plan view shown in FIG. 1. 本発明の実施の形態2に係るTFTを示した模式平面図FIG. 11 is a schematic plan view showing a TFT according to a second embodiment of the present invention; 本発明の実施の形態3に係るTFTを示した模式平面図FIG. 11 is a schematic plan view showing a TFT according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態4に係るTFTを示した模式平面図FIG. 11 is a schematic plan view showing a TFT according to a fourth embodiment of the present invention; 本発明の実施の形態5に係るTFTを示した模式平面図FIG. 13 is a schematic plan view showing a TFT according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るTFTの製造方法の一例を示した模式断面図1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a TFT according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施の形態に係るTFTの製造方法の一例を示した模式断面図1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a TFT according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施の形態6に係る半導体装置を示した模式平面図FIG. 13 is a schematic plan view showing a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態6に係る従来の形態の半導体装置を示した模式平面図FIG. 13 is a schematic plan view showing a conventional semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention; 本発明の実施の形態7に係る半導体装置を示した模式平面図FIG. 13 is a schematic plan view showing a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態8に係る半導体装置を示した模式平面図FIG. 13 is a schematic plan view showing a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態9に係る半導体装置を示した模式平面図FIG. 13 is a schematic plan view showing a semiconductor device according to a ninth embodiment of the present invention.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)を説明する。なお、図面は模式的なものである。また、本発明は以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。 Below, a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as "embodiment") will be described with reference to the attached drawings. Note that the drawings are schematic. Furthermore, the present invention is not limited to the embodiment described below.

なお、以下において、マルチゲートTFTとは、1つの半導体層に対し複数のゲート電極および複数のチャネル領域を有する薄膜トランジスタ(TFT)を意味する。 In the following, a multi-gate TFT refers to a thin-film transistor (TFT) that has multiple gate electrodes and multiple channel regions for one semiconductor layer.

<薄膜トランジスタ>
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るTFTを模式的に示した概略平面図であり、図2は図1で示した概略平面図のA-Bの断面を示す概略断面図である。
<Thin film transistor>
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic plan view showing a TFT according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross section taken along line AB of the schematic plan view shown in FIG.

図1および図2では、PET(ポリエチレンテレフタラート)等からなるフィルム基材10の上に、2つのゲート電極200および201と、それらの両方に接するゲート絶縁層50と、ソースもしくはドレインとなる3つの電極110、111および112と、2つのチャネル領域300および301と、それらのチャネル領域に跨がる島状の半導体層400とを有するTFTが形成されている。 In Figures 1 and 2, a TFT is formed on a film substrate 10 made of PET (polyethylene terephthalate) or the like, the TFT having two gate electrodes 200 and 201, a gate insulating layer 50 in contact with both of them, three electrodes 110, 111, and 112 that serve as source or drain, two channel regions 300 and 301, and an island-shaped semiconductor layer 400 that spans the channel regions.

上記の如き構成とすることにより、ゲート電極200と、ソースもしくはドレインとなる電極110および111と、半導体層400のうちチャネル領域300にかかる部分とから形成されるTFT(これをTFT-Rと称する)と、ゲート電極201と、ソースもしくはドレインとなる電極111および112と、半導体層400のうちチャネル領域301にかかる部分とから形成されるTFT(これをTFT-Lと称する)とが、電極111を介して直列接続した形状となる。この状態は、1つの島状をなす半導体層400でカバーされる領域に2個のTFTが形成された状態である。つまり、本実施の形態1にかかるTFTは、2個のTFTの集合体であるといえる。 With the above configuration, a TFT (called TFT-R) formed of the gate electrode 200, the electrodes 110 and 111 serving as the source or drain, and the portion of the semiconductor layer 400 that overlaps with the channel region 300, and a TFT (called TFT-L) formed of the gate electrode 201, the electrodes 111 and 112 serving as the source or drain, and the portion of the semiconductor layer 400 that overlaps with the channel region 301 are connected in series via the electrode 111. In this state, two TFTs are formed in an area covered by the semiconductor layer 400 that forms an island. In other words, the TFT according to the first embodiment can be said to be an assembly of two TFTs.

本実施の形態1によれば、2個のTFTがそれぞれ独立して島状半導体層を有する場合に比べ、TFTを形成するために必要な面積がほぼ半分で済む。その結果、チップ面積の縮小や、製造コストの低減が可能となる。 According to the first embodiment, the area required to form the TFTs is roughly half that required when two TFTs each have their own island-shaped semiconductor layer. As a result, it is possible to reduce the chip area and manufacturing costs.

ここで、図1に示したように、面積効率の観点からは、半導体層400は、各チャネル領域における幅方向の両端部(チャネル領域300と電極110との境界、チャネル領域300と電極111との境界、チャネル領域301と電極111との境界、およびチャネル領域301と電極112との境界)を全て包含することが好ましい。また、ソース電極とドレイン電極の間にある半導体層のうち、ゲート電極により導電状態が制御されない領域が存在するとリーク電流の増加等が懸念される。そこで、そのリーク電流を抑制するためには、ゲート電極200および201は、その平面形状が、島状の半導体層400から少なくとも2方向に突き出した形状であることが望ましい。 Here, as shown in FIG. 1, from the viewpoint of area efficiency, it is preferable that the semiconductor layer 400 encompasses both ends in the width direction of each channel region (the boundary between the channel region 300 and the electrode 110, the boundary between the channel region 300 and the electrode 111, the boundary between the channel region 301 and the electrode 111, and the boundary between the channel region 301 and the electrode 112). In addition, if there is a region of the semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode whose conductive state is not controlled by the gate electrode, there is a concern that the leakage current may increase. Therefore, in order to suppress the leakage current, it is preferable that the planar shape of the gate electrodes 200 and 201 protrudes in at least two directions from the island-shaped semiconductor layer 400.

本実施の形態1では、ゲート電極がチャネル領域に対して基板側に存在する、いわゆるボトムゲート構造を示したが、所望の特性や効果が得られる限りにおいては、ゲート電極がチャネル領域に対して基板と反対側に存在する、いわゆるトップゲート構造でも良い。また、同様に、本実施の形態1では、半導体層がソース電極およびドレイン電極に対して基板と反対側で接する、いわゆるボトムコンタクト型の構成を示したが、所望の特性や効果が得られる限りにおいては、半導体層がソース電極およびドレイン電極に対して基板側に存在する、いわゆるトップコンタクト型の構成でも良い。 In the first embodiment, a so-called bottom gate structure is shown in which the gate electrode is on the substrate side of the channel region, but as long as the desired characteristics and effects are obtained, a so-called top gate structure in which the gate electrode is on the opposite side of the substrate to the channel region may be used. Similarly, in the first embodiment, a so-called bottom contact type configuration is shown in which the semiconductor layer is in contact with the source electrode and drain electrode on the opposite side of the substrate, but as long as the desired characteristics and effects are obtained, a so-called top contact type configuration in which the semiconductor layer is on the substrate side of the source electrode and drain electrode may be used.

TFT-RとTFT-Lとは必ずしも直列接続である必要は無く、2つのTFTの間に配置した電極111を他の配線に接続し、2つのTFTを並列接続とした構成であってもよい。 TFT-R and TFT-L do not necessarily need to be connected in series; the electrode 111 placed between the two TFTs may be connected to another wiring, and the two TFTs may be connected in parallel.

本実施の形態1におけるゲート電極の数は2つであり、ドレインもしくはソースとなる電極の数は3つであるが、それらの電極の数を増やしても良い。例えば、ゲート電極の数を3つ(またはそれ以上)、ドレインもしくはソースとなる電極の数を4つ(またはそれ以上)とすることで、3つ(またはそれ以上)のTFTが含まれる構成としてもよい。 In the first embodiment, the number of gate electrodes is two, and the number of drain or source electrodes is three, but the number of these electrodes may be increased. For example, the number of gate electrodes may be three (or more), and the number of drain or source electrodes may be four (or more), resulting in a configuration including three (or more) TFTs.

それぞれのゲート電極の電気的接続については特に限定しないが、TFTの制御性と回路への適用性の観点から、電気的に独立していることが望ましい。2つ以上の電極が電気的に独立していることは、ばらつきの小さい複数のTFTチャネルを個別に制御できるという観点から特に望ましい。また、3個以上のゲート電極を含むTFTにおいて、一部のゲート電極を電気的に接続してチャネルを並列接続とし、それ以外の電極を電気的に独立させることで、電気的に独立したゲート電極がそれぞれ形成するチャネル幅の総和によるサイズ比率を持った、TFTの対を得ることができる。このTFT対の電気的特性はサイズ比率に比例するため電気的特性の制御が容易であり、殊にカレントミラー回路などに代表される、電流比を用いる回路構成において特性の良好な回路を形成できる。 Although there are no particular limitations on the electrical connection of each gate electrode, it is desirable that they are electrically independent from the viewpoint of controllability of the TFT and applicability to circuits. Having two or more electrodes electrically independent is particularly desirable from the viewpoint of being able to individually control multiple TFT channels with little variation. In addition, in a TFT that includes three or more gate electrodes, some of the gate electrodes can be electrically connected to connect the channels in parallel, and the remaining electrodes can be electrically independent, thereby obtaining a pair of TFTs with a size ratio based on the sum of the channel widths formed by the electrically independent gate electrodes. Since the electrical characteristics of this TFT pair are proportional to the size ratio, the electrical characteristics are easy to control, and a circuit with good characteristics can be formed, particularly in a circuit configuration that uses a current ratio, such as a current mirror circuit.

島状の半導体層400の平面形状は、円形であることが好ましい。後述のように、島状の半導体層は、TFTの製造コストを削減する観点から、いわゆる塗布・印刷法を用いて形成することが望ましい。さらに、半導体層を形成するために使用される材料の使用量を最小限に抑制するためには、TFTなどの素子を形成する部分にのみ半導体層を塗布・印刷することが好ましい。かかる観点から、インクジェット法が特に好ましく用いられる。そして、半導体層の平面形状が円形であることは、インクジェット法での形成に特に適した構成である。 The planar shape of the island-shaped semiconductor layer 400 is preferably circular. As described below, from the viewpoint of reducing the manufacturing cost of the TFT, it is desirable to form the island-shaped semiconductor layer using a so-called coating/printing method. Furthermore, in order to minimize the amount of material used to form the semiconductor layer, it is preferable to coat/print the semiconductor layer only on the portions where elements such as TFTs are to be formed. From this viewpoint, the inkjet method is particularly preferably used. And the fact that the planar shape of the semiconductor layer is circular is a configuration that is particularly suitable for formation by the inkjet method.

なお、ここでいう円形は真円形状に限られるものではない。すなわち、半導体層の平面形状は、半導体インクの液滴の平面投影形状に近ければ、真円形状でなくても構わない。半導体インクの液滴の自由落下により半導体層が形成されることから、当該液滴の平面投影形状は常に真円となるとは限らない。そこで、プロセスとしての再現性が良好であり、形状や特性のばらつきが所望の範囲である限りにおいては、真円から崩れた円形であることは何ら問題ない。 Note that the circle referred to here is not limited to a perfect circle. In other words, the planar shape of the semiconductor layer does not have to be a perfect circle as long as it is close to the planar projection shape of the semiconductor ink droplets. Because the semiconductor layer is formed by the free fall of the semiconductor ink droplets, the planar projection shape of the droplets is not always a perfect circle. Therefore, as long as the process is reproducible and the variation in shape and characteristics is within the desired range, there is no problem if the shape is a deviation from a perfect circle.

本実施の形態1において、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極に用いられる材料は、一般的に電極として使用されうる導電材料であればいかなるものでもよい。例えば、酸化錫インジウム(ITO)、金、銀、銅、アルミニウム、ポリシリコン、導電性ポリマー、炭素材料などが挙げられる。これらの電極材料は、単独で用いてもよいが、複数の材料を積層または混合して用いてもよい。 In the first embodiment, the materials used for the gate electrode, source electrode, and drain electrode may be any conductive material that can be generally used as an electrode. Examples include indium tin oxide (ITO), gold, silver, copper, aluminum, polysilicon, conductive polymers, and carbon materials. These electrode materials may be used alone, or multiple materials may be stacked or mixed.

本実施の形態1では、基材としてPETからなるフィルムを例示したが、基材は、少なくとも電極系が配置される面が絶縁されていればいかなる材質のものでもよい。例えば、シリコンウエハ、ガラス、ポリイミドなどが挙げられる。また、基材は、複数の材料が積層されたものであってもよい。なお、ロールツーロール等の安価な製造プロセスへの適用を踏まえると、基材はフィルム等のフレキシブル性に優れたものの方が好ましく、更に絶縁性や保護性など所望の機能性・特性が確保できる限りにおいては、極力薄いことが好ましい。 In the first embodiment, a film made of PET is exemplified as the substrate, but the substrate may be made of any material as long as at least the surface on which the electrode system is disposed is insulated. Examples include silicon wafer, glass, polyimide, etc. The substrate may also be a laminate of multiple materials. In consideration of application to inexpensive manufacturing processes such as roll-to-roll, it is preferable for the substrate to be a highly flexible material such as a film, and further, it is preferable for the substrate to be as thin as possible as long as the desired functionality and characteristics such as insulation and protection can be ensured.

本実施の形態1において、ゲート絶縁層に含まれる材料は、所望の絶縁性が得られる限りにおいて、特に限定されない。例えば、酸化シリコン、アルミナ、ポリイミドなどが挙げられる。ロールツーロール等の安価な製造プロセスへの適用を踏まえ、塗布法や印刷法などに適用可能な材料である方が好ましい。 In the first embodiment, the material contained in the gate insulating layer is not particularly limited as long as the desired insulating properties are obtained. Examples include silicon oxide, alumina, polyimide, and the like. Considering application to inexpensive manufacturing processes such as roll-to-roll, a material that can be applied to coating methods, printing methods, and the like is preferable.

本実施の形態1において、半導体層400に含まれる材料は、所望の電気的特性が得られ、安価な製造プロセスが適用可能で、加工性に優れる限りにおいては特に限定されない。中でも、半導体層に含まれる材料が、有機半導体、グラフェンおよびカーボンナノチューブ(CNT)から選ばれる1つ以上であることが、高い電気的特性を実現し、且つ塗布による形成が容易となる点で、より好ましい。特に、CNTが好ましく、CNTそのものの分散性といった加工性の観点から、表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したCNTがいっそう好ましい。 In the present embodiment 1, the material contained in the semiconductor layer 400 is not particularly limited as long as it provides the desired electrical characteristics, is applicable to an inexpensive manufacturing process, and has excellent processability. In particular, it is more preferable that the material contained in the semiconductor layer is one or more selected from organic semiconductors, graphene, and carbon nanotubes (CNTs), in that high electrical characteristics are realized and formation by coating is easy. In particular, CNTs are preferable, and from the viewpoint of processability such as the dispersibility of the CNTs themselves, CNTs having a conjugated polymer attached to at least a part of the surface are even more preferable.

また、複数のCNTがネットワーク状に構成されることで、単体のCNTを製造・配置することや複数のCNTを配向させる場合に比べて、電気的特性と製造の簡便さを両立できることから、より好ましい。複数のCNTがネットワーク状に構成される様子は、原子間力顕微鏡(AFM)や透過電子顕微鏡(TEM)により観察することができる。 In addition, by configuring multiple CNTs into a network, it is possible to achieve both electrical properties and ease of manufacturing, which is more preferable than manufacturing and arranging individual CNTs or orienting multiple CNTs. The state in which multiple CNTs are configured into a network can be observed using an atomic force microscope (AFM) or a transmission electron microscope (TEM).

更に、CNTは、TFTの特性ばらつきを抑制する点、および、複数のチャネル間に跨るリーク電流経路を抑制する点から、半導体型CNTを80重量%以上含むことがより好ましい。さらに好ましくは、半導体型CNTを90重量%以上含むことであり、特に好ましくは、半導体型CNTを95重量%以上含むことである。 Furthermore, in order to suppress the variation in the characteristics of the TFTs and to suppress the leakage current paths across multiple channels, it is more preferable that the CNTs contain 80% by weight or more of semiconducting CNTs. Even more preferable is that the CNTs contain 90% by weight or more of semiconducting CNTs, and particularly preferable is that the CNTs contain 95% by weight or more of semiconducting CNTs.

以上説明した本実施の形態1に係るTFTは、2つのチャネル領域に跨がる島状の半導体層400を有するため、TFT-RとTFT-Lとで半導体層が共通化される。そのため、TFT-RとTFT-Lとがそれぞれ独立した半導体層を有する場合と比べて、半導体層に起因するTFT間の特性ばらつきが減少する。また、TFT-RとTFT-Lとの物理的な距離が近いことから、半導体層以外に起因するTFT特性のばらつきが減少する。結果として、電気的特性の相互ばらつきが少ないTFTを形成することが可能となる。 The TFT according to the first embodiment described above has an island-shaped semiconductor layer 400 that spans two channel regions, so the semiconductor layer is shared between TFT-R and TFT-L. Therefore, compared to when TFT-R and TFT-L each have an independent semiconductor layer, the characteristic variation between TFTs caused by the semiconductor layer is reduced. In addition, because the physical distance between TFT-R and TFT-L is short, the variation in TFT characteristics caused by factors other than the semiconductor layer is reduced. As a result, it is possible to form TFTs with less mutual variation in electrical characteristics.

本実施の形態1に係るTFTを、半導体回路の中でアナログ回路といわれる回路への適用することにより、回路としての動作安定性や、歩留まり向上につなげることも可能となる。より具体的には、例えば、カレントミラー回路の基準電流生成部と電流ミラー部のTFTを同一の島状の半導体層内とすることや、差動増幅回路の差動入力部に使用するTFTを同一の島状の半導体層内とすることなどが挙げられる。 By applying the TFT according to the first embodiment to a semiconductor circuit known as an analog circuit, it is possible to improve the operational stability of the circuit and the yield. More specifically, for example, the TFTs of the reference current generating section and the current mirror section of a current mirror circuit can be located in the same island-shaped semiconductor layer, or the TFTs used in the differential input section of a differential amplifier circuit can be located in the same island-shaped semiconductor layer.

(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係るTFTを模式的に示した概略平面図である。この実施の形態2に係るTFTは、ゲート電極201の幅が実施の形態1の場合に比べて小さいこと、およびソースもしくはドレインとなる電極の1つである電極112の、ゲート電極が走る方向の幅が小さいこと以外は、実施の形態1に係る構成と同様である。かかる構成により、本実施の形態2におけるTFT-Lのチャネル長およびチャネル幅は、実施の形態1におけるものとは異なる。このように、本発明の効果を得られる限りにおいて、2つのTFTを構成する各要素の形状、チャネル長、チャネル幅等が異なっていても良い。
(Embodiment 2)
3 is a schematic plan view showing a TFT according to a second embodiment of the present invention. The TFT according to the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment, except that the width of the gate electrode 201 is smaller than that of the first embodiment, and the width of the electrode 112, which is one of the electrodes serving as the source or drain, in the direction in which the gate electrode runs is smaller. Due to this configuration, the channel length and channel width of the TFT-L in the second embodiment are different from those in the first embodiment. Thus, the shape, channel length, channel width, etc. of each element constituting the two TFTs may be different as long as the effects of the present invention can be obtained.

(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3に係るTFTを模式的に示した概略平面図である。この実施の形態3に係るTFTは、ソースもしくはドレインとなる電極110の、ゲート電極が走る方向の幅が小さいこと以外は図1と同様の構成である。
(Embodiment 3)
4 is a schematic plan view showing a TFT according to a third embodiment of the present invention. The TFT according to the third embodiment has the same structure as that shown in FIG. 1, except that the width of the electrode 110 serving as the source or drain in the direction in which the gate electrode runs is smaller.

TFT-Rのチャネル幅は、ゲート電極200と電極110の接触面の長さと、ゲート電極200と電極111の接触面の長さとのうち小さい方の値となる。本実施の形態3の場合は、電極110とゲート電極200が接している辺の長さとなる。 The channel width of TFT-R is the smaller of the length of the contact surface between gate electrode 200 and electrode 110 and the length of the contact surface between gate electrode 200 and electrode 111. In the case of the third embodiment, it is the length of the side where electrode 110 and gate electrode 200 are in contact.

半導体層400の平面上の大きさは、チャネル幅のうちの最大値(最大チャネル幅Wm)に応じた大きさとすることが望ましい。本実施の形態3では、半導体層400の平面上の大きさは最大チャネル幅Wmを覆い尽くすことができる範囲で、かつ大きすぎることがない、適度な大きさである。 It is desirable that the size of the semiconductor layer 400 on a plane corresponds to the maximum value of the channel width (maximum channel width Wm). In the third embodiment, the size of the semiconductor layer 400 on a plane is an appropriate size that can completely cover the maximum channel width Wm, but is not too large.

2つのゲート電極間の距離のうちの最大値(最大距離dm)は、最大チャネル幅Wmより小さいことが好ましい。これにより、同一の島状の半導体層400内に所望のTFTを含めることが可能となり、TFT面積の縮小によるチップ面積の縮小および製造コストの低減が可能となる。 It is preferable that the maximum distance between the two gate electrodes (maximum distance dm) is smaller than the maximum channel width Wm. This makes it possible to include the desired TFTs in the same island-shaped semiconductor layer 400, and thus reduces the chip area and manufacturing costs by reducing the TFT area.

(実施の形態4)
図5は、本発明の実施の形態4に係るTFTを模式的に示した概略平面図である。この実施の形態4は、ゲート電極201が折れ曲がりを有する場合以外は実施の形態3に係る構成と同様である。本実施の形態4では、折れ曲がりを有するゲート電極201を含む側のTFT(TFT-L)の最大チャネル幅Wmは、図5中に示したように、チャネル領域301の左右の端部の長さのうち短い側(電極111もしくは電極112がそれぞれチャネル領域301と接する辺の長さの総和のうち短い側)となる。なお、図5に示した例では、ゲート電極201が直角の折れ曲がりを有する場合を述べたが、直角に限定されるものではなく、所望の電気的特性や形状が得られる限りにおいてはその折れ曲がりの角度は限定しないとともに、折れ曲がり箇所の数も特に限定はしない。また、折れ曲がりは直線による角に限定されず、円弧やサイクロイド曲線状であってもよい。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a schematic plan view showing a TFT according to the fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment has the same configuration as the third embodiment except that the gate electrode 201 has a bend. In the fourth embodiment, the maximum channel width Wm of the TFT (TFT-L) on the side including the gate electrode 201 having a bend is the shorter side of the lengths of the left and right ends of the channel region 301 (the shorter side of the sum of the lengths of the sides of the electrode 111 or the electrode 112 that are in contact with the channel region 301) as shown in FIG. 5. In the example shown in FIG. 5, the gate electrode 201 has a right-angle bend, but this is not limited to a right angle, and the angle of the bend is not limited as long as the desired electrical characteristics and shape are obtained, and the number of bends is not particularly limited. In addition, the bend is not limited to a straight angle, and may be an arc or a cycloid curve.

(実施の形態5)
図6は、本発明の実施の形態5に係るTFTを模式的に示した概略平面図である。この実施の形態5は、ゲート電極200および201、ソースもしくはドレインとなる電極110、111および112、ならびに島状の半導体層400の形状が異なる以外は実施の形態1と同様の構成である。
(Embodiment 5)
6 is a schematic plan view showing a TFT according to a fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment has the same configuration as the first embodiment, except that the shapes of the gate electrodes 200 and 201, the electrodes 110, 111, and 112 serving as the source and drain, and the island-like semiconductor layer 400 are different.

本実施の形態5では、ゲート電極200と201が共に折れ曲がりを有し、また、半導体層400が楕円形状を有する。TFT-RとTFT-Lとを比較すると、チャネル幅はTFT-Lの方が長い。したがって最大チャネル幅Wmは図6に図示されるとおりとなる。一方、上記2つのTFTのチャネル間の距離は、図6にdmで示した箇所が最大値となる。よって本実施の形態5に係るTFTはWm>dmの関係を有し、面積効率が良く、結果チップ面積が小さく、製造コストが低減された半導体装置の提供が可能となる。なお、本実施の形態5では、ゲート電極が2個でTFTが2つ配置された場合を示したが、ゲート電極が3つ以上存在する場合であっても、それぞれのゲート電極が独立して所望の形状をとれば良く、それぞれのゲート電極同士の相関関係は特に限定しない。 In this fifth embodiment, both the gate electrodes 200 and 201 have a bend, and the semiconductor layer 400 has an elliptical shape. Comparing the TFT-R and TFT-L, the channel width of the TFT-L is longer. Therefore, the maximum channel width Wm is as shown in FIG. 6. On the other hand, the distance between the channels of the two TFTs is maximum at the point indicated by dm in FIG. 6. Therefore, the TFT according to this fifth embodiment has a relationship of Wm>dm, and it is possible to provide a semiconductor device with good area efficiency, a small chip area, and reduced manufacturing costs. In this fifth embodiment, the case where two gate electrodes and two TFTs are arranged is shown, but even if three or more gate electrodes are present, it is sufficient that each gate electrode independently has a desired shape, and the correlation between each gate electrode is not particularly limited.

また半導体層400については、図面上下方向に楕円の長軸がある場合を示したが、ゲート電極やソース・ドレイン電極の形状、半導体層の塗布・印刷方法などにより適切な方法にて所望の範囲に半導体層が形成される限りにおいては、材料や形成方法は特に限定しないが、TFTのチャネルとなる領域をカバーし、円形に準じる形とすることで、製造コストの低減と半導体層の効率使用が実現できることから、より好ましい。 As for the semiconductor layer 400, the drawing shows a case where the long axis of the ellipse is in the vertical direction, but the material and method of formation are not particularly limited as long as the semiconductor layer is formed in the desired area by an appropriate method depending on the shape of the gate electrode and source/drain electrodes, the coating/printing method of the semiconductor layer, etc. However, it is more preferable to cover the area that will become the channel of the TFT and form it in a shape similar to a circle, as this reduces manufacturing costs and allows for efficient use of the semiconductor layer.

(実施の形態6)
図8(a)は、本発明の実施の形態6に係る半導体装置のレイアウトを模式的に示した概略平面図である。図8(b)は本構成を回路図で示したものである。
(Embodiment 6)
Fig. 8(a) is a schematic plan view showing a layout of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention, and Fig. 8(b) is a circuit diagram showing this configuration.

この実施の形態6は、それぞれ2個のゲート電極と3個のソースまたはドレインとなる電極を有するマルチゲートTFTを2個用いてNANDゲートを構成したものである。2個のTFTは、それぞれp型TFT500、n型TFT510であり、CMOS回路を構成する。p型TFT500における2個のゲート電極は、互いに独立した電位を有する。n型TFT510においても同様に、2個のゲート電極は、互いに独立した電位を有する。 In this sixth embodiment, a NAND gate is constructed using two multi-gate TFTs, each having two gate electrodes and three source or drain electrodes. The two TFTs are a p-type TFT 500 and an n-type TFT 510, respectively, and constitute a CMOS circuit. The two gate electrodes in the p-type TFT 500 have potentials independent of each other. Similarly, the two gate electrodes in the n-type TFT 510 have potentials independent of each other.

p型TFT500およびn型TFT510を同一基板上に作製する方法は特に限定しないが、例として半導体材料に直接不純物を加える方法、イオン注入やドーピングペーストにより不純物を注入・拡散する方法、オーバーコート材によりチャネル領域を覆ってキャリアとなる材料を導入する方法が知られている。特にオーバーコート材によるキャリア導入を行うことは、低温プロセスを適用しやすい点、真空プロセスが不要になる点などから、ロールツーロールへの適用が容易となり、より好ましい。 The method for fabricating the p-type TFT 500 and the n-type TFT 510 on the same substrate is not particularly limited, but examples include a method of directly adding impurities to the semiconductor material, a method of injecting and diffusing impurities using ion implantation or doping paste, and a method of introducing a carrier material by covering the channel region with an overcoat material. In particular, introducing the carrier using an overcoat material is more preferable because it is easier to apply low-temperature processes and does not require a vacuum process, making it easier to apply to roll-to-roll.

本実施の形態6では、TFT2個と配線との接続により半導体装置が構成されている点、およびp型TFTとn型TFTを同一基材上に形成する点を除いては、実施の形態1と同様である。TFTの構成は、実施の形態2~5のいずれかに示す形態であってもよい。また、所望の電気的特性を確保できる限りにおいては、ゲート電極、ソースまたはドレインとなる電極の形状は限定されない。 The sixth embodiment is similar to the first embodiment, except that the semiconductor device is constructed by connecting two TFTs to wiring, and that a p-type TFT and an n-type TFT are formed on the same substrate. The TFT configuration may be any of the configurations shown in the second to fifth embodiments. In addition, the shapes of the electrodes that become the gate electrode, source, or drain are not limited as long as the desired electrical characteristics can be ensured.

p型TFT500において、片方のゲートは入力1である配線530に接続され、もう片方のゲートは入力2である配線531に接続される。入力1および入力2の配線はそれぞれ独立した電位により制御される。3個のドレインまたはソースとなる電極のうち、2つのゲート電極に挟まれる1つのドレイン電極は2個のチャネルの共通端子であり、出力である配線536に接続される。その他2個のソース電極は、どちらも電源である配線540に接続される。 In the p-type TFT 500, one gate is connected to wiring 530, which is input 1, and the other gate is connected to wiring 531, which is input 2. The wiring for input 1 and input 2 are each controlled by independent potentials. Of the three drain or source electrodes, one drain electrode sandwiched between two gate electrodes is a common terminal for the two channels and is connected to wiring 536, which is the output. The other two source electrodes are both connected to wiring 540, which is a power source.

n型TFT510において、片方のゲートは入力1である配線530に接続され、もう片方のゲートは入力2である配線531に接続される。入力1および入力2の配線はそれぞれ独立した電位により制御される。3個のドレインまたはソースとなる電極のうち、1つのドレイン電極は出力である配線536に接続される。2つのゲート電極に挟まれる1つのソースまたはドレインとなる電極は2個のチャネルの共通端子であって、出力側チャネルのソース、GND側チャネルのドレインとなる。残りの1つのソース電極はGNDである配線545に接続される。 In the n-type TFT 510, one gate is connected to wiring 530, which is input 1, and the other gate is connected to wiring 531, which is input 2. The wiring for input 1 and input 2 are each controlled by independent potentials. Of the three drain or source electrodes, one drain electrode is connected to wiring 536, which is the output. The one source or drain electrode sandwiched between the two gate electrodes is a common terminal for the two channels, and serves as the source of the output channel and the drain of the GND channel. The remaining source electrode is connected to wiring 545, which is GND.

上記の如き構成とすることにより、p型TFTチャネル2個の並列接続およびn型TFTチャネル2個の直列接続を有する、2入力1出力のNANDゲート回路が形成される。 By configuring as above, a two-input, one-output NAND gate circuit is formed, which has two p-type TFT channels connected in parallel and two n-type TFT channels connected in series.

図9(a)は、従来の方式との比較のために、図8(a)と電気的に同等となる回路を1つのゲート電極と2つのソースまたはドレインとなる電極のみを持つシングルゲートTFTを用いて形成したレイアウトを模式的に示した概略平面図である。回路図は図9(b)であり、これはマルチゲートTFTを用いた場合の図8(b)と同一である。図9(a)に示す従来の形態においては、p型半導体層とn型半導体層がそれぞれ2個ずつ配置され、p型TFT501と502のソース電極はどちらも電源電極541に、ドレイン電極はどちらも出力電極537に接続され、n型TFT511のソース電極はGND電極546に、n型TFT512のドレイン電極は出力電極537に接続される。n型TFT511のドレイン電極とn型TFT512のソース電極は共通端子として配線538に接続される。したがって、p型TFT501、502のソース電極およびドレイン電極は並列の構成に、n型TFT511、512のソース電極およびドレイン電極は直列の構成になる。 Figure 9(a) is a schematic plan view showing a layout in which a circuit electrically equivalent to that shown in Figure 8(a) is formed using a single-gate TFT having only one gate electrode and two source or drain electrodes, for comparison with the conventional method. The circuit diagram is shown in Figure 9(b), which is the same as Figure 8(b) when a multi-gate TFT is used. In the conventional form shown in Figure 9(a), two p-type semiconductor layers and two n-type semiconductor layers are arranged, and the source electrodes of p-type TFTs 501 and 502 are both connected to the power supply electrode 541, the drain electrodes of p-type TFTs 501 and 502 are both connected to the output electrode 537, the source electrode of n-type TFT 511 is connected to the GND electrode 546, and the drain electrode of n-type TFT 512 is connected to the output electrode 537. The drain electrode of n-type TFT 511 and the source electrode of n-type TFT 512 are connected to the wiring 538 as a common terminal. Therefore, the source and drain electrodes of the p-type TFTs 501 and 502 are configured in parallel, and the source and drain electrodes of the n-type TFTs 511 and 512 are configured in series.

ここで、図8(a)と図9(a)は論理的に等価な回路構成であるが、本例おけるTFTと周辺の配線を合わせた面積は、図8(a)では図9(a)の半分以下となり、マルチゲートTFTを用いることで回路面積を大きく削減することができる。また、半導体層そのものの面積も半分となることから、基材や半導体層の材料コストを大きく低減できる。さらに、集積化による半導体装置の取れ数の増加、製造装置の小型化などの観点からも、マルチゲートTFTを用いた回路構成が有利である。さらに、直列接続においては共通電極の配線引き回しが不要になるため、配線レイアウトの設計自由度を高める観点からも好ましい。 Here, FIG. 8(a) and FIG. 9(a) are logically equivalent circuit configurations, but the combined area of the TFT and surrounding wiring in this example is less than half that of FIG. 9(a) in FIG. 8(a), and the use of multi-gate TFTs allows for a significant reduction in circuit area. In addition, the area of the semiconductor layer itself is also halved, allowing for a significant reduction in material costs for the substrate and semiconductor layer. Furthermore, a circuit configuration using multi-gate TFTs is advantageous from the standpoint of increasing the number of semiconductor devices that can be obtained through integration and miniaturizing manufacturing equipment. Furthermore, since there is no need to route wiring for the common electrode in a series connection, this is also preferable from the standpoint of increasing the design freedom of the wiring layout.

本実施の形態6ではNAND回路の例を示したが、半導体装置中の少なくとも1つ以上のTFTが2個以上のゲート電極と3個以上のソースまたはドレイン電極を含み、かつゲート電極のうち少なくとも2つの電位が、それぞれ独立に制御される限りにおいて、回路構成は特に限定されない。例えば、NOR回路やインバータ回路、クロックドインバータ回路、フリップフロップ回路、およびその複合ゲートなどが挙げられる。 In the sixth embodiment, an example of a NAND circuit is shown, but the circuit configuration is not particularly limited as long as at least one TFT in the semiconductor device includes two or more gate electrodes and three or more source or drain electrodes, and the potentials of at least two of the gate electrodes are independently controlled. Examples include a NOR circuit, an inverter circuit, a clocked inverter circuit, a flip-flop circuit, and composite gates thereof.

なお、本実施の形態6について、入出力電極の例として、電源配線、GND配線、入力1、入力2、出力の端子を挙げたが、回路として所望の電気的特性が得られる限りにおいて、各入出力電極の接続先は限定されるものではない。例えば、電源配線、GND配線はそれぞれGND配線、負電源配線と置き換えることもできる。 In this embodiment 6, the power supply wiring, GND wiring, input 1, input 2, and output terminals are given as examples of input/output electrodes, but as long as the desired electrical characteristics of the circuit are obtained, there are no limitations on where each input/output electrode is connected. For example, the power supply wiring and GND wiring can be replaced with GND wiring and negative power supply wiring, respectively.

(実施の形態7)
図10(a)は本発明の実施の形態7に係る半導体装置のレイアウトを模式的に示した概略平面図である。また、図10(b)は本形態の半導体装置および周辺回路の回路図であり、カレントミラー回路590が本実施の形態7に係る半導体装置、すなわち図10(a)の半導体装置と対応する。電源ライン600、電流源601、負荷R602は、本実施の形態7に係る半導体装置を制御する周辺回路部品である。
(Seventh embodiment)
Fig. 10(a) is a schematic plan view showing a layout of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention. Fig. 10(b) is a circuit diagram of the semiconductor device and peripheral circuits of this embodiment, in which a current mirror circuit 590 corresponds to the semiconductor device according to the seventh embodiment, i.e., the semiconductor device in Fig. 10(a). A power supply line 600, a current source 601, and a load R L 602 are peripheral circuit components that control the semiconductor device according to the seventh embodiment.

この実施の形態7は、2個のゲート電極と、3個のソースまたはドレインとなる電極とを有するp型TFTを用いて、1出力のカレントミラー回路を構成したものである。 In this seventh embodiment, a single-output current mirror circuit is constructed using a p-type TFT having two gate electrodes and three source or drain electrodes.

本実施の形態7では、TFT2個と配線との接続により半導体装置が構成されていることを除いては、実施の形態1と同様である。TFTの構成はこれに限定されるものではなく、実施の形態2~5のいずれかに示す形態であってもよい。 The seventh embodiment is similar to the first embodiment, except that the semiconductor device is configured by connecting two TFTs to wiring. The configuration of the TFT is not limited to this, and may be any of the configurations shown in the second to fifth embodiments.

p型TFT503において、1組の隣り合う2個のゲート電極は、共通の電気的配線である配線580により電気的に接続されている。2つのゲート電極間に挟まれるソース電極は共通電極である。なお、共通電極とは、1つの電気的配線によって、TFTのチャネル2個以上のソースまたはドレイン電極を兼ねる電極である。両チャネルの外側の2個のドレイン電極は互いに異なる電気的配線に接続されている。また、そのうち一方のドレイン電極は、ダイオード接続を構成するために層間ビア550を通じてゲート電極の配線に接続される。 In the p-type TFT 503, a pair of adjacent gate electrodes are electrically connected by a common electrical wiring 580. The source electrode sandwiched between the two gate electrodes is a common electrode. The common electrode is an electrode that serves as the source or drain electrodes of two or more TFT channels by a single electrical wiring. The two outer drain electrodes of both channels are connected to different electrical wiring. One of the drain electrodes is connected to the gate electrode wiring through an interlayer via 550 to form a diode connection.

上記の如き構成とすることにより、p型TFTチャネル2個を用いたカレントミラー回路となる。このカレントミラー回路の共通電極を電源配線542に接続、ダイオード接続側のドレイン電極を入力である配線570を介して電流源601に接続し、出力である配線571を負荷602を介してGND配線に接続することで、電流源601の電流が負荷電流にミラーリングされる。この時のTFTのオン電流560は、TFTのチャネル2か所において、共にソース電極からドレイン電極、すなわち共通ソース電極から外側のドレイン電極に向かって流れる。 The above configuration results in a current mirror circuit using two p-type TFT channels. The common electrode of this current mirror circuit is connected to the power supply wiring 542, the drain electrode on the diode connection side is connected to the current source 601 via the input wiring 570, and the output wiring 571 is connected to the GND wiring via the load 602, so that the current of the current source 601 is mirrored to the load current. At this time, the on-current 560 of the TFT flows from the source electrode to the drain electrode in both of the two TFT channels, that is, from the common source electrode to the outer drain electrode.

本実施の形態7で示したカレントミラー回路や、差動対回路のように、2個のチャネルの相対ばらつきが小さい必要がある回路を作製する際には、マルチゲートTFT上の複数のチャネルを使用することが、半導体層の粒子径、膜厚、ネットワーク構造に起因するばらつきや、チャネル長、チャネル幅に代表される加工精度の位置的なばらつきを抑制する観点から好ましい。 When fabricating a circuit in which the relative variation between two channels needs to be small, such as the current mirror circuit or differential pair circuit shown in the seventh embodiment, it is preferable to use multiple channels on a multi-gate TFT from the viewpoint of suppressing variations due to the particle size, film thickness, and network structure of the semiconductor layer, and positional variations in processing accuracy, such as channel length and channel width.

本実施の形態7ではp型TFTチャネル2個を用いたカレントミラー回路の例を示したが、n型TFTを用いても同様のカレントミラー回路を構成することができる。この場合、TFTのチャネルを流れるオン電流の向きはp型TFTの場合とは逆になり、ドレイン電極からソース電極、すなわち外側のドレイン電極から共通ソース電極に向かって流れる。 In the seventh embodiment, an example of a current mirror circuit using two p-type TFT channels has been shown, but a similar current mirror circuit can also be configured using n-type TFTs. In this case, the direction of the on-current flowing through the TFT channel is opposite to that in the case of a p-type TFT, and flows from the drain electrode to the source electrode, i.e., from the outer drain electrode to the common source electrode.

(実施の形態8)
図11(a)は本発明の実施の形態8に係る半導体装置のレイアウトを模式的に示した概略平面図である。また、図11(b)は本実施の形態8に係る半導体装置および周辺回路の回路図であり、カレントミラー回路591が本実施の形態8に係る半導体装置、すなわち図11(a)の半導体装置と対応する。電源ライン603、電流源604、負荷R605~606は、本実施の形態8に係る半導体装置を制御する周辺回路部品である。
(Embodiment 8)
Fig. 11(a) is a schematic plan view showing a layout of a semiconductor device according to an eighth embodiment of the present invention. Fig. 11(b) is a circuit diagram of the semiconductor device according to the eighth embodiment and peripheral circuits, in which a current mirror circuit 591 corresponds to the semiconductor device according to the eighth embodiment, i.e., the semiconductor device in Fig. 11(a). A power supply line 603, a current source 604, and loads R L 605-606 are peripheral circuit components that control the semiconductor device according to the eighth embodiment.

この実施の形態8は、6個のゲート電極と、7個のソースまたはドレインである電極を有するp型マルチゲートTFT504とを用いて、2出力のカレントミラー回路を構成したものである。 In this eighth embodiment, a two-output current mirror circuit is configured using a p-type multi-gate TFT 504 having six gate electrodes and seven source or drain electrodes.

本実施の形態8では、カレントミラー元になるTFTのチャネルとカレントミラー先となるTFTのチャネルとが、それぞれチャネル2個分の並列接続となること、カレントミラー先が2個の出力となることを除いては、実施の形態7と同様である。 This embodiment 8 is the same as embodiment 7, except that the channel of the TFT that is the current mirror source and the channel of the TFT that is the current mirror destination are each connected in parallel for two channels, and the current mirror destination has two outputs.

p型TFT504において、6個のゲート電極は全て配線581により電気的に接続されており、隣り合う2つのゲート電極間に挟まれるドレインまたはソースとなる電極はそれぞれ共通電極である。ドレインとなる共通電極は3個あり、それぞれ入力となる配線572、出力1となる配線573、出力2となる配線574に接続される。これらのドレイン電極は互いに直接接続されておらず、電気的に独立である。また、入力となる配線572に接続されるドレイン電極は、ダイオード接続を構成するために層間ビア551を通じてゲート電極の配線581にも接続される。 In the p-type TFT 504, all six gate electrodes are electrically connected by wiring 581, and the drain or source electrodes sandwiched between two adjacent gate electrodes are each a common electrode. There are three common drain electrodes, which are connected to wiring 572 as input, wiring 573 as output 1, and wiring 574 as output 2, respectively. These drain electrodes are not directly connected to each other and are electrically independent. In addition, the drain electrode connected to wiring 572 as input is also connected to wiring 581 of the gate electrode through an interlayer via 551 to form a diode connection.

ソースとなる電極は、共通電極として2個とチャネルの両外側に単独で2個、合わせて4個あり、全て電源配線543に接続される。 There are four source electrodes in total: two common electrodes and two separate electrodes on either side of the channel, all connected to the power supply wiring 543.

上記の如き構成とすることにより、p型TFTチャネル6個を用いたカレントミラー回路となる。入力である配線572を電流源に接続し、出力1、出力2である配線573、574を、それぞれ負荷605、606を介してGND配線に接続することで、電流源604の電流が負荷電流にミラーリングされる。この時のTFTのオン電流561は、TFTのチャネル2か所において、共にソース電極からドレイン電極、すなわち共通ソース電極から外側のドレイン電極に向かって流れる。 The above configuration results in a current mirror circuit using six p-type TFT channels. The input wiring 572 is connected to a current source, and output 1 and output 2 wirings 573 and 574 are connected to GND wiring via loads 605 and 606, respectively, so that the current of the current source 604 is mirrored to the load current. At this time, the TFT on-current 561 flows from the source electrode to the drain electrode in both of the two TFT channels, that is, from the common source electrode to the outer drain electrode.

本実施の形態8ではp型TFTチャネル6個を用いたカレントミラー回路の例を示したが、n型TFTを用いても同様のカレントミラー回路を構成することができる。この場合、TFTのチャネルを流れるオン電流の向きはp型TFTの場合とは逆になり、ドレイン電極からソース電極、すなわち外側のドレイン電極から共通ソース電極に向かって流れる。 In this embodiment 8, an example of a current mirror circuit using six p-type TFT channels has been shown, but a similar current mirror circuit can also be configured using n-type TFTs. In this case, the direction of the on-current flowing through the TFT channel is opposite to that in the case of a p-type TFT, and flows from the drain electrode to the source electrode, i.e., from the outer drain electrode to the common source electrode.

(実施の形態9)
図12(a)は本発明の実施の形態9に係る半導体装置のレイアウトを模式的に示した概略平面図である。また、図12(b)は本実施の形態9に係る半導体装置および周辺回路の回路図であり、カスコード型のカレントミラー回路592が本実施の形態9に係る半導体装置、すなわち図12(a)の半導体装置と対応する。電源ライン607、電流源608、負荷R609は、本形態の半導体装置を制御する周辺回路部品である。この実施の形態9は、4個のゲート電極と、5個のソースまたはドレイン電極を有するp型マルチゲートTFT505とを用いて、1出力のカスコード型のカレントミラー回路を構成したものである。
(Embodiment 9)
Fig. 12(a) is a schematic plan view showing a layout of a semiconductor device according to a ninth embodiment of the present invention. Fig. 12(b) is a circuit diagram of the semiconductor device and peripheral circuits according to the ninth embodiment, in which a cascode-type current mirror circuit 592 corresponds to the semiconductor device according to the ninth embodiment, i.e., the semiconductor device in Fig. 12(a). A power supply line 607, a current source 608, and a load R L 609 are peripheral circuit components that control the semiconductor device of this embodiment. In this ninth embodiment, a cascode-type current mirror circuit with one output is configured using a p-type multi-gate TFT 505 having four gate electrodes and five source or drain electrodes.

本実施の形態9では、カレントミラー元になるTFTのチャネルとカレントミラー先となるTFTのチャネルが、それぞれチャネル2個分の直列接続であることを除いては、実施の形態7と同様である。 The ninth embodiment is the same as the seventh embodiment, except that the channel of the TFT that is the current mirror source and the channel of the TFT that is the current mirror destination are each connected in series with two channels.

p型TFT505において、4個のゲート電極のうち、外側の2本は配線582により電気的に接続されており、内側の2本は配線583により電気的に接続される。 In the p-type TFT 505, of the four gate electrodes, the two on the outside are electrically connected by wiring 582, and the two on the inside are electrically connected by wiring 583.

内側の配線583に接続される2つの隣り合うゲート電極間に挟まれるソース電極は共通電極であり、電源配線544に接続される。外側のゲート電極と内側のゲート電極に挟まれる電極2つはそれぞれ共通電極であり、内側のゲート電極が作るチャネルのドレイン電極と、外側のゲート電極とが作るチャネルのソース電極である。これらの2つの電極は電気的に独立しており、異なる電位を持つ。このうち、カレントミラー元となる側は、ダイオード接続を構成するため、配線ビア553および配線583を通じて内側の2個のゲート電極に接続される。 The source electrode sandwiched between two adjacent gate electrodes connected to the inner wiring 583 is a common electrode, and is connected to the power supply wiring 544. The two electrodes sandwiched between the outer gate electrode and the inner gate electrode are each a common electrode, the drain electrode of the channel created by the inner gate electrode, and the source electrode of the channel created by the outer gate electrode. These two electrodes are electrically independent and have different potentials. Of these, the side that is the source of the current mirror is connected to the two inner gate electrodes through wiring via 553 and wiring 583 to form a diode connection.

最も外側にある2つの電極は、それぞれ外側のゲート電極が作るチャネルのドレイン電極であり、カレントミラー元となる側の電極は入力配線575に、カレントミラー先となる側の電極は出力配線576に接続される。また、カレントミラー元となる側の電極は、ダイオード接続を構成するため、配線ビア552および配線582を通じて外側の2個のゲート電極に接続される。 The two outermost electrodes are drain electrodes of the channels created by the outer gate electrodes, with the electrode that is the source of the current mirror connected to input wiring 575 and the electrode that is the destination of the current mirror connected to output wiring 576. The electrode that is the source of the current mirror is connected to the two outer gate electrodes through wiring via 552 and wiring 582 to form a diode connection.

上記の如き構成とすることにより、p型TFTチャネル4個を用いたカスコード型のカレントミラー回路となる。入力となる配線575を電流源に接続し、出力となる配線576を負荷を介してGND配線に接続することで、電流源の電流が負荷電流にミラーリングされる。この時のTFTのオン電流562は、内側のTFTチャネル2か所において、共にソース電極からドレイン電極、すなわち共通ソース電極から外側のドレイン電極に向かって流れる。 The above configuration results in a cascode-type current mirror circuit using four p-type TFT channels. The input wiring 575 is connected to a current source, and the output wiring 576 is connected to a GND wiring via a load, so that the current of the current source is mirrored to the load current. At this time, the TFT on-current 562 flows from the source electrode to the drain electrode in both of the two inner TFT channels, that is, from the common source electrode to the outer drain electrode.

本実施の形態9ではp型TFTチャネル4個を用いたカレントミラー回路の例を示したが、n型TFTを用いても同様のカレントミラー回路を構成することができる。この場合、TFTのチャネルを流れるオン電流の向きはp型TFTの場合とは逆になり、ドレイン電極からソース電極、すなわち外側のドレイン電極から共通ソース電極に向かって流れる。 In the present embodiment 9, an example of a current mirror circuit using four p-type TFT channels has been shown, but a similar current mirror circuit can also be configured using n-type TFTs. In this case, the direction of the on-current flowing through the TFT channel is opposite to that in the case of a p-type TFT, and flows from the drain electrode to the source electrode, i.e., from the outer drain electrode to the common source electrode.

<薄膜トランジスタの製造方法>
次に、本発明の実施の形態に係るTFTの製造方法について、実施の形態1に係る半導体装置を製造する方法を例にして、図7を用いて詳細に説明する。
<Method of Manufacturing Thin Film Transistor>
Next, a method for manufacturing a TFT according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 7, taking as an example a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment.

まず、図7(a)に示すように、PETフィルムからなる基材10に、ゲート電極200およびゲート電極201となる、例えば金属を成膜し、レジスト塗布、露光、現像、エッチングと、いわゆるフォトリソプロセスを用いて、所望の形状に加工する。なお、ゲート電極200およびゲート電極201の材料や成膜方法、フォトリソの各工程の詳細条件は、所望の形状が得られる限りにおいては、特に限定しない。 First, as shown in FIG. 7(a), a film of, for example, metal is formed on a substrate 10 made of a PET film to become the gate electrodes 200 and 201, and the film is processed into a desired shape using a so-called photolithography process including resist coating, exposure, development, and etching. Note that the materials and film formation methods of the gate electrodes 200 and 201, and the detailed conditions of each photolithography process are not particularly limited as long as the desired shape is obtained.

次に、図7(b)に示すように、ゲート絶縁層50となる絶縁膜を成膜する。ゲート絶縁層50においても、特に材料・成膜方法は問わないが、例えば、塗布による成膜を行うことで、安価に製造できるメリットを有する。なお、ゲート絶縁層50は、半導体素子部のみ残るように、例えばフォトリソプロセスを用いて加工してもよいし、加工せず、全面にゲート絶縁層が残ったままとしてもよい。ただし、本製造方法例では省略するが、いずれかの工程において、ゲート電極200およびゲート電極201への電気的接続を行うための工程は必要となる。 Next, as shown in FIG. 7B, an insulating film that will become the gate insulating layer 50 is formed. The gate insulating layer 50 can be formed of any material or by any method, but for example, forming the film by coating has the advantage of being inexpensive to manufacture. The gate insulating layer 50 can be processed, for example, by a photolithography process so that only the semiconductor element portion remains, or it can be left unprocessed and the gate insulating layer can remain on the entire surface. However, in one of the steps, a step for electrically connecting the gate electrode 200 and the gate electrode 201 is required, although this is omitted in this example of the manufacturing method.

続いて、図7(c)に示すように、ソース電極もしくはドレイン電極110、111、112を成膜し、例えば、前述のフォロリソプロセスを用いて、所望の形状に加工する。ここでも、例えば、電極材料として塗布可能な材料を用いることで、より安価に製造できるメリットを有するが、材料、成膜方法、加工方法は、所望の形状および特性が得られる限りにおいては、特に限定しない。 Next, as shown in FIG. 7(c), the source electrode or drain electrode 110, 111, 112 is formed and processed into the desired shape, for example, by using the above-mentioned photolithography process. Here again, for example, using a coatable material as the electrode material has the advantage of enabling cheaper manufacturing, but the material, film formation method, and processing method are not particularly limited as long as the desired shape and characteristics can be obtained.

次に、図7(d)に示すように、半導体層を形成する。なお、半導体層は、塗布法により形成することで形成すべき領域にのみ半導体層を形成することが可能となる。塗布法としては、具体的にはインクジェット方式、ノズル塗布方式、スクリーン印刷方式、オフセット印刷方式、ドロップキャスト塗布方式が挙げられるが、特定の領域に、必要最低限の半導体層の領域を形成するにあたっては、インクジェット方式が好ましい。 Next, as shown in FIG. 7(d), a semiconductor layer is formed. By forming the semiconductor layer by a coating method, it is possible to form the semiconductor layer only in the area where it is to be formed. Specific examples of coating methods include the inkjet method, nozzle coating method, screen printing method, offset printing method, and drop cast coating method. However, when forming the minimum necessary area of the semiconductor layer in a specific area, the inkjet method is preferred.

インクジェット法による半導体層の形成を行う場合、半導体層の塗布・印刷は、必要に応じて溶媒などを追加した半導体材料を含む半導体インクをインクジェットヘッドから吐出することにより行う。この際、吐出された半導体インクは、着地する地点の表面エネルギーや半導体インクの粘度、インクジェットヘッドの動作スピードなど様々な要素により形状が変化することとなる。製造プロセスの制御性の観点からは、半導体層の形状はTFT間において比較的均一であることが望ましく、半導体インクの着地によって形成される半導体層は半導体インクの液滴の平面投影形状に近いことが好ましい。 When forming a semiconductor layer using the inkjet method, the semiconductor layer is applied and printed by ejecting, from an inkjet head, a semiconductor ink containing a semiconductor material to which a solvent or the like has been added as necessary. In this case, the shape of the ejected semiconductor ink changes depending on various factors such as the surface energy at the landing point, the viscosity of the semiconductor ink, and the operating speed of the inkjet head. From the viewpoint of controllability of the manufacturing process, it is desirable for the shape of the semiconductor layer to be relatively uniform between TFTs, and it is preferable for the semiconductor layer formed by the landing of the semiconductor ink to be close to the planar projection shape of the semiconductor ink droplets.

本製造方法の例ではソース電極やドレイン電極を形成した後に半導体を形成しているが、ソース電極やドレイン電極を形成する前に半導体層を形成してもよく、この順序は特に限定しない。 In this example of the manufacturing method, the semiconductor is formed after the source and drain electrodes are formed, but the semiconductor layer may be formed before the source and drain electrodes are formed, and this order is not particularly limited.

製造プロセスの温度は特に限定されるものではないが、形成される薄膜トランジスタにおいて所望の電気的特性や形状が得られる限りにおいては、ロールツーロールや塗布プロセスの適用容易性という観点から、できる限り低温であることが望ましい。特にプロセス温度を200℃以下とすることで、PETやPP(ポリプロピレン)などの安価でフレキシブル性の高い基材を適用することが可能となる。なお、ここでの製造プロセスの温度とは、製造時に基材および薄膜トランジスタが形成される領域における最高温度を指す。また、基材のガラス転移温度が200℃以下であることが好ましい。前記ガラス転移温度は、熱機械分析(TMA)法によって分析される。 The temperature of the manufacturing process is not particularly limited, but it is desirable to set it as low as possible from the viewpoint of ease of application of roll-to-roll and coating processes, so long as the desired electrical characteristics and shape of the thin-film transistors to be formed can be obtained. In particular, by setting the process temperature at 200°C or less, it becomes possible to apply inexpensive and highly flexible substrates such as PET and PP (polypropylene). Note that the manufacturing process temperature here refers to the maximum temperature in the region where the substrate and thin-film transistors are formed during manufacturing. In addition, it is preferable that the glass transition temperature of the substrate is 200°C or less. The glass transition temperature is analyzed by thermomechanical analysis (TMA).

以上により、本発明の実施の形態1に示した構成でのTFTや、そのTFTを用いたチップの製造が可能となり、TFT面積が小さいことによりチップ面積が小さく、安価な製造コストで高機能あるいは高性能な回路を実現できる。 As a result of the above, it is possible to manufacture TFTs with the configuration shown in embodiment 1 of the present invention and chips using those TFTs, and because the TFT area is small, the chip area is also small, making it possible to realize highly functional or high-performance circuits at low manufacturing costs.

以下、本発明の実施例の一つを具体的に示す。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 One specific example of the present invention is shown below. Note that the present invention is not limited to the following example.

<実施例1>
(1)半導体溶液の作製
純度が95%のCNT1(CNI社製、単層CNT)を1.5mgと、ドデシル硫酸ナトリウム(和光純薬工業社製)を1.5mgとを、30mlの水中に加え、氷冷しながら超音波ホモジナイザーを用いて、出力を250Wとして3時間超音波撹拌し、溶媒に対するCNT複合体濃度が0.05g/lのCNT複合体分散液を得た。得られたCNT複合体分散液を、遠心分離機(日立工機社製、CT15E)を用いて、21000Gで30分間遠心分離した後、上澄みの80体積%を取り出すことによって半導体溶液Aを得た。
Example 1
(1) Preparation of Semiconductor Solution 1.5 mg of CNT1 (manufactured by CNI, single-walled CNT) with a purity of 95% and 1.5 mg of sodium dodecyl sulfate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added to 30 ml of water, and ultrasonic stirring was performed for 3 hours with an output of 250 W using an ultrasonic homogenizer while cooling on ice, to obtain a CNT composite dispersion with a CNT composite concentration of 0.05 g/l relative to the solvent. The obtained CNT composite dispersion was centrifuged at 21000 G for 30 minutes using a centrifuge (manufactured by Hitachi Koki, CT15E), and then 80 volume % of the supernatant was removed to obtain semiconductor solution A.

(2)ゲート絶縁層材料の作製
メチルトリメトキシシラン(以下、MTMSiという)を61.29g(0.45mol)、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(以下、β-EpETMSiという)を12.31g(0.05mol)、およびフェニルトリメトキシシラン(以下、PhTMSiという)を99.15g(0.5mol)用いて、203.36gの容量の沸点が170℃のプロピレングリコールモノブチルエーテルに溶解させた。これに、水を54.90g、リン酸を0.864g、撹拌しながら加えた。得られた溶液を、バス温を105℃として2時間加熱し、内温を90℃まで上昇させて、主として副生するメタノールからなる成分を留出した。次に、バス温を130℃として2.0時間加熱し、内温を118℃まで上昇させて、主として水とプロピレングリコールモノブチルエーテルからなる成分を留出せしめた後、室温まで冷却し、固形分濃度が26.0質量%のゲート絶縁層材料Aを得た。
(2) Preparation of Gate Insulation Layer Material 61.29 g (0.45 mol) of methyltrimethoxysilane (hereinafter referred to as MTMSi), 12.31 g (0.05 mol) of β-(3,4-epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilane (hereinafter referred to as β-EpETMSi), and 99.15 g (0.5 mol) of phenyltrimethoxysilane (hereinafter referred to as PhTMSi) were dissolved in propylene glycol monobutyl ether having a volume of 203.36 g and a boiling point of 170°C. 54.90 g of water and 0.864 g of phosphoric acid were added to this while stirring. The resulting solution was heated for 2 hours at a bath temperature of 105°C, and the internal temperature was raised to 90°C, and a component mainly consisting of by-produced methanol was distilled off. Next, the bath temperature was set to 130° C. and the mixture was heated for 2.0 hours, the internal temperature was raised to 118° C., and components mainly consisting of water and propylene glycol monobutyl ether were distilled out. The mixture was then cooled to room temperature, and a gate insulating layer material A having a solid content concentration of 26.0 mass % was obtained.

(3)半導体素子の作製
本例では、実施の形態1で示したように、2個のゲート電極および3個のソースまたはドレインとなる電極を含み、1チャネルあたりL/W=10/1200umとなるマルチゲートTFTを作製した。
(3) Fabrication of Semiconductor Element In this example, as shown in the first embodiment, a multi-gate TFT was fabricated which included two gate electrodes and three electrodes serving as source or drain, and had an L/W of 10/1200 μm per channel.

厚さ1mmのガラス製基板を用い、抵抗加熱法により、厚さ100nmのアルミニウム薄膜を真空蒸着した。その上にフォトレジスト(商品名「LC100-10cP」、ローム・アンド・ハース(株)製)をスピンコート塗布(1000rpm×20秒)し、100℃で10分加熱乾燥した。作製したフォトレジスト膜をパラレルライトマスクアライナー(キヤノン(株)製PLA-501F)を用いて、マスクを介してパターン露光した後、2.38重量%水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液であるELM-D(商品名、三菱ガス化学(株)製)で30秒間撹拌しながら現像し、次いで水で30秒間洗浄した。その後、混酸(商品名SEA-5、関東化学(株)製)で6分間エッチング処理した後、水で30秒間洗浄した。AZリムーバ100(商品名、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製)に2分間浸漬してレジストを剥離し、水で30秒間洗浄後、120℃で20分間加熱乾燥することでゲート電極を形成した。 A 100 nm thick aluminum thin film was vacuum-deposited on a 1 mm thick glass substrate by resistance heating. A photoresist (product name "LC100-10cP", manufactured by Rohm and Haas Co., Ltd.) was spin-coated (1000 rpm x 20 seconds) on top of the substrate and dried by heating at 100°C for 10 minutes. The photoresist film thus produced was pattern-exposed through a mask using a parallel light mask aligner (PLA-501F manufactured by Canon Inc.), and then developed with ELM-D (product name, manufactured by Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd.), a 2.38 wt% aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide, for 30 seconds while stirring, and then washed with water for 30 seconds. The film was then etched with mixed acid (product name SEA-5, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) for 6 minutes, and then washed with water for 30 seconds. The resist was removed by immersing the substrate in AZ Remover 100 (product name, manufactured by AZ Electronic Materials Co., Ltd.) for 2 minutes, washed with water for 30 seconds, and then heated and dried at 120°C for 20 minutes to form a gate electrode.

その後、ゲート絶縁層となるゲート絶縁層材料Aを基板上に滴下し、スピンコーターで200rpm/5秒間回転の後、700rpm/15秒間回転させることにより均一に塗布し、一定の熱処理を加えるアニール処理を加えることで絶縁層を硬化させ、厚さ350nmのゲート絶縁層を得た。更に、パラレルライトマスクアライナーを用いて、マスクを介してパターン露光した後、所定の位置のゲート絶縁層をELM-Dで40秒ディップ現像し、水で30秒洗浄することでコンタクトホール部分の電極を露出させた。 Gate insulating layer material A, which will become the gate insulating layer, was then dropped onto the substrate and rotated with a spin coater at 200 rpm for 5 seconds, followed by 700 rpm for 15 seconds to coat the substrate evenly. The insulating layer was then hardened by applying a certain amount of heat to the substrate through an annealing process, resulting in a gate insulating layer with a thickness of 350 nm. Furthermore, after pattern exposure through a mask using a parallel light mask aligner, the gate insulating layer in a specified position was developed by dip development in ELM-D for 40 seconds, and then washed with water for 30 seconds to expose the electrode in the contact hole.

次に、抵抗加熱法により、厚さ60nmの金薄膜を真空蒸着した。その上にフォトレジストをスピンコート塗布(1000rpm×20秒)し、100℃で10分加熱乾燥した。作製したフォトレジスト膜を、パラレルライトマスクアライナーを用いて、マスクを介してパターン露光した後、自動現像装置(滝沢産業(株)製AD-2000)を用いてELM-Dで30秒間撹拌しながら現像し、次いで水で30秒間洗浄した。その後、AURUM-302(商品名、関東化学(株)製)で6分間エッチング処理した後、水で30秒間洗浄した。AZリムーバ100に2分間浸漬してレジストを剥離し、水で30秒間洗浄後、120℃で20分間加熱乾燥することでソース電極、ドレイン電極を形成した。 Next, a 60 nm-thick gold thin film was vacuum-deposited by resistance heating. A photoresist was spin-coated (1000 rpm x 20 seconds) on top of it, and dried by heating at 100°C for 10 minutes. The photoresist film thus produced was pattern-exposed through a mask using a parallel light mask aligner, and then developed with ELM-D using an automatic developing device (Takizawa Sangyo Co., Ltd. AD-2000) while stirring for 30 seconds, and then washed with water for 30 seconds. After that, the film was etched for 6 minutes with AURUM-302 (product name, Kanto Chemical Co., Ltd.), and then washed with water for 30 seconds. The resist was peeled off by immersion in AZ Remover 100 for 2 minutes, washed with water for 30 seconds, and then dried by heating at 120°C for 20 minutes to form source and drain electrodes.

次に、CNTを含む半導体溶液A 1μLをインクジェット法によりソース電極とドレイン電極の間に滴下し、30℃で10分風乾した後、ホットプレート上で窒素気流下、150℃、30分の熱処理を行い、p型FETの半導体層およびn型FETの半導体層を形成した。 Next, 1 μL of semiconductor solution A containing CNTs was dropped between the source electrode and the drain electrode by the inkjet method, and the solution was air-dried at 30°C for 10 minutes. After that, the solution was heat-treated at 150°C for 30 minutes under a nitrogen stream on a hot plate to form a semiconductor layer for a p-type FET and a semiconductor layer for an n-type FET.

以上の工程を経て、2個のゲート電極と、3個のソースまたはドレインとなる電極とを含む半導体素子を同一条件で3基板、合計21対作製した。1対における素子面積は直径360μmの円形にあたる101736平方μmであり、これをチャネル長W=1200μmで割ると、チャネル長1μmあたりの長さは84.78μmとなる。 Through the above process, a total of 21 pairs of semiconductor elements each containing two gate electrodes and three source or drain electrodes were fabricated on three substrates under the same conditions. The element area for one pair is 101,736 square μm, which corresponds to a circle with a diameter of 360 μm. Dividing this by the channel length W = 1,200 μm gives a length per 1 μm of channel length of 84.78 μm.

(4)半導体素子の評価
本素子中の2つのチャネル部分それぞれにおけるTFTのVg(ゲート電圧)-Id(ドレイン電流)特性を、半導体パラメータアナライザ(Keysight Technology社製 B1500A)を用いて測定し、2つのTFTの特性差について評価を行った。
(4) Evaluation of Semiconductor Element The Vg (gate voltage)-Id (drain current) characteristics of the TFT in each of the two channel portions of the element were measured using a semiconductor parameter analyzer (Keysight Technology B1500A), and the characteristic difference between the two TFTs was evaluated.

21対の相対ばらつきを10%単位の度数分布としたとき、累積度数分布が90%を超えるばらつきの値は+110%であり、最大ばらつきは+160%であった。 When the relative variation of the 21 pairs was expressed as a frequency distribution in 10% increments, the variation value where the cumulative frequency distribution exceeded 90% was +110%, and the maximum variation was +160%.

なお、ここでの相対ばらつきの値は、ゲート電圧Vg=5V、ドレイン電流Vd=5Vにおけるドレイン電流Idの値について、2個のTFTにおける値の大きい側を値の小さい側で割った値をパーセンテージ表示としたものである。 The relative variation value here is the value obtained by dividing the larger value of the drain current Id for two TFTs by the smaller value when the gate voltage Vg = 5V and the drain current Vd = 5V, and is expressed as a percentage.

<比較例1>
実施例1に示した基板と同一の基板3枚に、1個のゲート電極と2個のソースまたはドレインとなる電極を含み、1チャネルあたりL/W=10/1400umとなるシングルゲートTFTを合計19個作製した。本比較例1において、特に明確な差異を記載しない項目においては、実施例1と同一である。
<Comparative Example 1>
A total of 19 single-gate TFTs each including one gate electrode and two source or drain electrodes and each having an L/W of 10/1400 μm per channel were fabricated on three substrates identical to those shown in Example 1. In this Comparative Example 1, the items in which no particular clear difference is noted are the same as those in Example 1.

1対における素子面積は直径300μmの円形2個分にあたる141300平方μmであり、これをチャネル長W=1400μmで割ると、チャネル長1μmあたりの長さは100.94umとなる。 The element area for one pair is 141,300 square μm, which is equivalent to two circles with a diameter of 300 μm. When this is divided by the channel length W = 1,400 μm, the length per 1 μm of channel length is 100.94 um.

これらの19個の半導体素子について、それぞれTFTのVg-Id特性を半導体パラメータアナライザ(Keysight Technology社製 B1500A)を用いて測定し、物理的配置が隣接している2個の半導体素子15対について、2つのTFTの特性差について評価を行った。 The Vg-Id characteristics of the TFTs of each of these 19 semiconductor elements were measured using a semiconductor parameter analyzer (Keysight Technology B1500A), and the difference in characteristics between the two TFTs was evaluated for 15 pairs of two semiconductor elements that were physically adjacent to each other.

21対の相対ばらつき10%単位の度数分布としたとき、累積度数分布が90%を超えるばらつきの値、および最大ばらつきは共に+500%超であった。 When the relative variation of the 21 pairs was frequency-distributed in 10% increments, the variation value where the cumulative frequency distribution exceeded 90% and the maximum variation were both greater than +500%.

実施例1と比較例1におけるチャネル長1μmあたり長さの比より、18.2%の面積効率の向上が得られた。さらに隣接TFTにおける相対ばらつきも、実施例1の結果が比較例1より優れた結果であることが示された。 The ratio of channel length per 1 μm in Example 1 and Comparative Example 1 showed an improvement in area efficiency of 18.2%. Furthermore, the relative variation in adjacent TFTs was also shown to be superior in Example 1 to Comparative Example 1.

10 基材
50 ゲート絶縁層
110、111、112 ソースもしくはドレイン電極
200、201 ゲート電極
300、301 チャネル領域
400 半導体層
Wm TFTのチャネル幅最大値
dm TFTのチャネル間スペースの最大値
500、503、504、505 マルチゲートp型TFT
501、502 シングルゲートp型TFT
510 マルチゲートn型TFT
511、512 シングルゲートTFT
580、581、582、583 ゲート配線
571、572、575 入力配線
530、532 入力1配線
531,533 入力2配線
536、537、576 出力配線
538 配線
573 出力1配線
574 出力2配線
540、541、542、543、544 電源配線
545、546 GND配線
550、551、552、553 層間ビア
560、561、562 チャネルオン電流
590、591 カレントミラー回路
592 カスコード型カレントミラー回路
600、603、607 電源ライン
601、604、608 電流源
602、605、606、609 負荷
10 Substrate 50 Gate insulating layer 110, 111, 112 Source or drain electrode 200, 201 Gate electrode 300, 301 Channel region 400 Semiconductor layer Wm Maximum channel width dm of TFT Maximum inter-channel space of TFT 500, 503, 504, 505 Multi-gate p-type TFT
501, 502 Single gate p-type TFT
510 Multi-gate n-type TFT
511, 512 Single gate TFT
580, 581, 582, 583 Gate wiring 571, 572, 575 Input wiring 530, 532 Input 1 wiring 531, 533 Input 2 wiring 536, 537, 576 Output wiring 538 Wiring 573 Output 1 wiring 574 Output 2 wiring 540, 541, 542, 543, 544 Power supply wiring 545, 546 GND wiring 550, 551, 552, 553 Interlayer vias 560, 561, 562 Channel on current 590, 591 Current mirror circuit 592 Cascode type current mirror circuit 600, 603, 607 Power supply lines 601, 604, 608 Current sources 602, 605, 606, 609 Load

Claims (14)

少なくとも2つのチャネル領域を有する薄膜トランジスタであって、
基材と、
ドレインもしくはソースとなる少なくとも3つの電極と、
少なくとも2つのゲート電極と、
前記少なくとも2つのゲート電極のいずれにも接するゲート絶縁層と、
前記少なくとも2つのチャネル領域に跨がる島状の半導体層と、
を有し、
前記薄膜トランジスタのチャネル幅のうちの最大値Wmと、前記2つ以上のゲート電極間の距離のうちの最大値dmが、Wm>dmの関係を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。
1. A thin film transistor having at least two channel regions,
A substrate;
At least three electrodes serving as drains or sources;
at least two gate electrodes;
a gate insulating layer in contact with each of the at least two gate electrodes;
an island-shaped semiconductor layer spanning the at least two channel regions;
having
A thin film transistor, wherein a maximum value Wm of a channel width of the thin film transistor and a maximum value dm of a distance between the two or more gate electrodes satisfy a relationship of Wm>dm .
少なくとも2つのチャネル領域を有する薄膜トランジスタであって、1. A thin film transistor having at least two channel regions,
基材と、A substrate;
ドレインもしくはソースとなる少なくとも3つの電極と、At least three electrodes serving as drains or sources;
少なくとも2つのゲート電極と、at least two gate electrodes;
前記少なくとも2つのゲート電極のいずれにも接するゲート絶縁層と、a gate insulating layer in contact with each of the at least two gate electrodes;
前記少なくとも2つのチャネル領域に跨がる島状の半導体層と、an island-shaped semiconductor layer spanning the at least two channel regions;
を有し、having
前記半導体層は複数のカーボンナノチューブがネットワーク状に構成された形状を有することを特徴とする薄膜トランジスタ。The semiconductor layer is a thin film transistor having a shape in which a plurality of carbon nanotubes are arranged in a network shape.
前記薄膜トランジスタのチャネル幅のうちの最大値Wmと、前記2つ以上のゲート電極間の距離のうちの最大値dmが、Wm>dmの関係を有する請求項2に記載の薄膜トランジスタ 3. The thin film transistor according to claim 2 , wherein a maximum value Wm of the channel width of the thin film transistor and a maximum value dm of the distance between the two or more gate electrodes satisfy the relationship Wm>dm . 前記島状の半導体層の平面形状が円形である請求項1~3のいずれかに記載の薄膜トランジスタ 4. The thin film transistor according to claim 1, wherein the island-shaped semiconductor layer has a circular planar shape . 前記半導体層は少なくとも有機半導体、グラフェンおよびカーボンナノチューブから選ばれる1つ以上の材料を含有する請求項1に記載の薄膜トランジスタ The thin film transistor according to claim 1 , wherein the semiconductor layer contains at least one material selected from the group consisting of an organic semiconductor, graphene, and a carbon nanotube . 前記半導体層は、表面の少なくとも一部に共役系重合体が付着したカーボンナノチューブを含有する請求項1~5のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。 The thin-film transistor according to any one of claims 1 to 5, wherein the semiconductor layer contains carbon nanotubes having a conjugated polymer attached to at least a portion of the surface. 前記基材がフレキシブル性を有する請求項1~6のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。 A thin-film transistor according to any one of claims 1 to 6, wherein the substrate is flexible. 前記薄膜トランジスタに含まれる全てのゲート電極のうち、少なくとも2つのゲート電極が電気的に互いに独立している請求項1~7のいずれかに記載の薄膜トランジスタ 8. The thin film transistor according to claim 1, wherein at least two of all the gate electrodes included in the thin film transistor are electrically independent from each other . 請求項1~8のいずれかに記載の薄膜トランジスタを含む半導体装置。 A semiconductor device including a thin-film transistor according to any one of claims 1 to 8. 請求項8に記載の薄膜トランジスタを含む半導体装置であって、
前記薄膜トランジスタのゲート電極のうち少なくとも2つの電位が、それぞれ独立に制御される半導体装置。
A semiconductor device including the thin film transistor according to claim 8,
The semiconductor device is configured such that the potentials of at least two of the gate electrodes of the thin film transistors are independently controlled.
少なくとも2つのチャネル領域を有する薄膜トランジスタであって、
基材と、
ドレインもしくはソースとなる少なくとも3つの電極と、
少なくとも2つのゲート電極と、
前記少なくとも2つのゲート電極のいずれにも接するゲート絶縁層と、
前記少なくとも2つのチャネル領域に跨がる島状の半導体層と、
を有する薄膜トランジスタ
を含む半導体装置であって、
前記薄膜トランジスタに含まれる全てのゲート電極のうち、少なくとも1組の隣り合う2つのゲート電極が共通の電気的配線によって接続され、
前記隣り合う2つのゲート電極の内側に挟まれた1つのドレインまたはソース電極は共通電極であって、
前記隣り合う2つのゲート電極の外側に配置される2つのドレインまたはソース電極が互いに異なる電気的配線に接続され、
前記2つのゲート電極によって制御される2つのチャネル領域に流れるオン電流が、
前記共通電極から、前記外側に配置される2つのドレインまたはソース電極に向かって流れる、または、
前記外側に配置される2つのドレインまたはソース電極から、前記共通電極に向かって流れる
半導体装置。
1. A thin film transistor having at least two channel regions,
A substrate;
At least three electrodes serving as drains or sources;
at least two gate electrodes;
a gate insulating layer in contact with each of the at least two gate electrodes;
an island-shaped semiconductor layer spanning the at least two channel regions;
A thin film transistor having
A semiconductor device comprising:
Among all the gate electrodes included in the thin film transistor, at least one pair of adjacent two gate electrodes are connected by a common electrical wiring;
One drain or source electrode sandwiched between the two adjacent gate electrodes is a common electrode,
Two drain or source electrodes disposed outside the two adjacent gate electrodes are connected to different electrical wirings;
An on-current flowing through two channel regions controlled by the two gate electrodes is
from the common electrode towards the two outer drain or source electrodes; or
A semiconductor device in which current flows from the two drain or source electrodes disposed on the outside toward the common electrode.
少なくとも2つのチャネル領域を有する薄膜トランジスタの製造方法であって、
前記薄膜トランジスタは、請求項1~8のいずれかに記載の薄膜トランジスタであり、
前記島状の半導体層を塗布法により形成することを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
1. A method for manufacturing a thin film transistor having at least two channel regions, comprising the steps of:
The thin film transistor is a thin film transistor according to any one of claims 1 to 8,
The method for producing a thin film transistor is characterized in that the island-shaped semiconductor layer is formed by a coating method.
前記塗布法は、前記半導体層を含む材料をインクジェット方式、ノズル塗布方式、スクリーン印刷方式、オフセット印刷方式、またはドロップキャスト塗布方式のいずれか1種によって形成する請求項12に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 12, wherein the coating method is one of an inkjet method, a nozzle coating method, a screen printing method, an offset printing method, and a drop cast coating method, in which the material containing the semiconductor layer is formed. 前記基材のガラス転移温度が200℃以下である請求項12または13に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The method for manufacturing a thin-film transistor according to claim 12 or 13, wherein the glass transition temperature of the substrate is 200°C or less.
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