JPWO2016056204A1 - 薄膜トランジスタ基板、薄膜トランジスタ基板の製造方法、及び、表示パネル - Google Patents

薄膜トランジスタ基板、薄膜トランジスタ基板の製造方法、及び、表示パネル Download PDF

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Abstract

基板(10)と、基板(10)上に配置された第1の薄膜トランジスタ(1)及び第2の薄膜トランジスタ(2)とを備え、第1の薄膜トランジスタ(1)は、第1のゲート電極(21)と、チャネルとして用いられる第1の酸化物半導体層(41)とを備え、第2の薄膜トランジスタ(2)は、第2のゲート電極(22)と、チャネルとして用いられる第2の酸化物半導体層(42)とを備え、第1の酸化物半導体層(41)を構成する第1の酸化物半導体材料は、第2の酸化物半導体層(42)を構成する第2の酸化物半導体材料と移動度が異なる。

Description

本開示は、薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を備えた薄膜トランジスタ基板及びその製造方法、並びに、薄膜トランジスタ基板を備える表示パネルに関する。
液晶を利用した液晶表示装置又は有機EL(Electro Luminescence)を利用した有機EL(OLED:Organic Light−Emitting Diode)表示装置等のアクティブマトリクス方式の表示装置には、駆動素子又はスイッチング素子として薄膜トランジスタが用いられている。
また、表示装置において、マトリクス状に配置された画素から構成される表示素子と、表示素子を駆動するための駆動回路とが同一基板上に形成された薄膜トランジスタ基板が使用されている。当該薄膜トランジスタ基板の駆動回路及び表示素子内の各画素において、薄膜トランジスタが用いられる。ここで、駆動回路用の薄膜トランジスタと、各画素内の発光素子駆動用の薄膜トランジスタとで要求される特性が異なる。すなわち、駆動回路用の薄膜トランジスタでは、表示素子の高速な駆動を可能にするために、チャネルにおけるキャリアの移動度が高いことが要求される。一方、各画素内の発光素子駆動用の薄膜トランジスタでは、発光素子に応じた電流を供給できるような特性が供給される。そこで、駆動回路には、低温ポリシリコンをチャネルとして用いる薄膜トランジスタを、各画素内には、アモルファスシリコンをチャネルとして用いる薄膜トランジスタを、それぞれ備える薄膜トランジスタ基板が提案されている(非特許文献1)。
T. Kaitoh, T. Miyazawa, H. Miyake, T. Noda, T. Sakai, Y. Owaku and T. Saitoh, IDW Dig., 2007, p.481
非特許文献1に記載された薄膜トランジスタ基板において、画素の寸法を変更する場合には、画素の寸法及び発光素子に供給する電流に合わせて各画素で用いられているアモルファスシリコンのキャリアの移動度を調整する必要がある。当該移動度の調整は、熱処理によって行い得るが、熱処理によって、アモルファスシリコンの一部が結晶化することがある。ここで、アモルファスシリコンと一部結晶化したシリコンとは、移動度が大きく異なる。したがって、非特許文献1に記載された薄膜トランジスタ基板の各画素におけるアモルファスシリコンの移動度を熱処理によって調整する場合に、移動度にばらつきが発生し得る。これにより、各画素の輝度にばらつきが発生する。
本開示は、チャネルとして用いられる半導体層の移動度が異なる複数の薄膜トランジスタを備える薄膜トランジスタ基板において、移動度のばらつきを抑制しながら、広範囲に亘って移動度を調整し得る薄膜トランジスタ基板等を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、薄膜トランジスタ基板の一態様は、基板と、前記基板上に配置された第1の薄膜トランジスタ及び第2の薄膜トランジスタとを備え、前記第1の薄膜トランジスタは、第1のゲート電極と、チャネルとして用いられる第1の酸化物半導体層とを備え、前記第2の薄膜トランジスタは、第2のゲート電極と、チャネルとして用いられる第2の酸化物半導体層とを備え、前記第1の酸化物半導体層を構成する第1の酸化物半導体材料は、前記第2の酸化物半導体層を構成する第2の酸化物半導体材料と移動度が異なる。
チャネルとして用いられる半導体層の移動度が異なる複数の薄膜トランジスタを備える薄膜トランジスタ基板であって、半導体層の移動度を広い範囲に亘って精度よく調整できる薄膜トランジスタ基板を実現できる。
図1は、実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板の断面図である。 図2Aは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法における各工程の断面図である。 図2Bは、実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法における各工程の断面図である。 図3は、InSiOの移動度とアニール時間との関係を示すグラフである。 図4は、シリコンの移動度と熱処理温度との関係を示すグラフである。 図5は、ZnONの移動度と窒素濃度との関係を示すグラフである。 図6は、InWOの移動度とWOの濃度との関係を示すグラフである。 図7は、実施の形態2に係る薄膜トランジスタ基板の断面図である。 図8Aは、実施の形態2に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法における各工程の断面図である。 図8Bは、実施の形態2に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法における各工程の断面図である。 図9は、実施の形態3に係る薄膜トランジスタ基板の断面図である。 図10Aは、実施の形態3に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法における各工程の断面図である。 図10Bは、実施の形態3に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法における各工程の断面図である。 図10Cは、実施の形態3に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法における各工程の断面図である。 図11は、実施の形態4に係る薄膜トランジスタ基板の断面図である。 図12Aは、実施の形態4に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法における各工程の断面図である。 図12Bは、実施の形態4に係る薄膜トランジスタ基板の製造方法における各工程の断面図である。 図13Aは、実施の形態5に係る表示パネルの平面図である。 図13Bは、図13AのY−Y’線における実施の形態5に係る表示パネルの断面図である。 図14は、実施の形態5に係る表示パネルの一例である有機EL表示装置の一部切り欠き斜視図である。 図15Aは、図14に示す有機EL表示装置における画素の回路構成を示す回路図である。 図15Bは、画素内の駆動トランジスタの移動度と、チャネル寸法との関係を示す回路図である。 図15Cは、画素内の駆動トランジスタの移動度と、チャネル寸法との関係を示す回路図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、工程(ステップ)、工程の順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)及び下方向(鉛直下方)を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに密着して配置されて2つの構成要素が接する場合にも適用される。
(実施の形態1)
以下、実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100及びその製造方法について、図面を用いて説明する。
[1−1.薄膜トランジスタ基板の構成]
まず、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の構成について、図1を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の断面図である。
図1に示すように、薄膜トランジスタ基板100は、基板10と、基板10上に配置された第1の薄膜トランジスタ1及び第2の薄膜トランジスタ2とを備える。第1の薄膜トランジスタ1及び第2の薄膜トランジスタ2は、ともに、チャネル保護型でボトムゲート型のTFTであり、また、トップコンタクト構造が採用されている。
以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の各構成要素について詳述する。
基板10は、絶縁材料からなる絶縁基板であり、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス又は高耐熱性ガラス等のガラス材料で構成されるガラス基板である。
なお、基板10は、ガラス基板に限らず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の樹脂材料からなる樹脂基板等であってもよい。また、基板10は、リジッド基板ではなく、フレキシブルガラス基板又はフレキシブル樹脂基板等のシート状又はフィルム状の可撓性を有するフレキシブル基板であってもよい。フレキシブル樹脂基板としては、例えば、ポリイミドやポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のフィルム材料の単層又は積層で構成された基板を用いることができる。なお、基板10の表面にアンダーコート層を形成してもよい。
第1の薄膜トランジスタ1は、第1のゲート電極21、ゲート絶縁層30、第1の酸化物半導体層41、チャネル保護層50、第1のソース電極61S、第1のドレイン電極61D及び保護層70を備える。また、第2の薄膜トランジスタ2は、第2のゲート電極22、ゲート絶縁層30、第2の酸化物半導体層42、チャネル保護層50、第2のソース電極62S、第2のドレイン電極62D及び保護層70を備える。
第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22は、金属等の導電性材料又はその合金等からなる導電膜の単層構造又は多層構造の、所定形状に形成された電極であり、基板10上に配置される。第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22の膜厚は、例えば、20nm〜500nmである。
第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22の材料としては、例えば、モリブデン、アルミニウム、銅、タングステン、チタン、マンガン、クロム、タンタル、ニオブ、銀、金、プラチナ、パラジウム、インジウム、ニッケル、ネオジム等の金属、又は、これらの中から選ばれる金属の合金(モリブデンタングステン等)が用いられる。
なお、第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22の材料は、これらに限るものではなく、酸化インジウムスズ(ITO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)等の導電性金属酸化物、又は、ポリチオフェンやポリアセチレン等の導電性高分子材料等を用いることもできる。
ゲート絶縁層30は、第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22と第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42との間に配置される。本実施の形態において、ゲート絶縁層30は、第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22の上方に位置するように配置される。例えば、ゲート絶縁層30は、基板10上に第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22を覆うように成膜される。ゲート絶縁層30の膜厚は、例えば、50nm〜500nmである。
ゲート絶縁層30は、電気絶縁性を有する材料から構成され、一例として、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、シリコン酸窒化膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜又は酸化ハフニウム膜等の単層膜、あるいは、これらの膜を複数積層した積層膜である。
第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42は、それぞれ第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22の上方において、ゲート絶縁層30上に配置される。第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42は、所定形状で形成されている。例えば、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42は、ゲート絶縁層30上に島状に形成される。本実施の形態において、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42は、それぞれ第1の薄膜トランジスタ1及び第2の薄膜トランジスタ2のチャネルとなる。つまり、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42は、ゲート絶縁層30を挟んで、それぞれ第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22と対向するチャネル領域を含む半導体層である。第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42の膜厚は、例えば、30nm〜300nmである。
第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42は、ともに、酸化物半導体材料であるInSiOを主成分として含む層である。また、第1の酸化物半導体層41を構成する第1の酸化物半導体材料は、第2の酸化物半導体層42を構成する第2の酸化物半導体材料とキャリアの移動度が異なる。本実施の形態では、第1の酸化物半導体材料の方が、第2の酸化物半導体材料より移動度が高くなるように、第1の酸化物半導体層41に熱処理が施される。なお、第1の酸化物半導体材料の移動度は特に限定されないが、例えば、10cm/Vs以上となるように調整されてもよい。また、第2の酸化物半導体材料の移動度も特に限定されないが、10cm/Vs未満となるように調整されてもよい。
チャネル保護層50は、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42の上に配置される。具体的には、チャネル保護層50は、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42を覆うようにゲート絶縁層30上に成膜される。チャネル保護層50の膜厚は、例えば、50nm〜500nmである。
本実施の形態において、チャネル保護層50は、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42のチャネル領域を保護する保護膜として機能する。具体的には、チャネル保護層50は、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42の上方に形成するソース電極及びドレイン電極をエッチングによってパターニングする際に、各酸化物半導体層がエッチングされることを防止するエッチストッパ層として機能する。これにより、ボトムゲート型TFTにおいて、各酸化物半導体層のバックチャネル側のプロセスダメージを低減することができる。また、本実施の形態において、チャネル保護層50は、ゲート絶縁層30上の全面に形成された層間絶縁層である。
チャネル保護層50は、電気絶縁性を有する材料から構成され、一例として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜又は酸化アルミニウム膜等の単層膜、あるいは、これらの積層膜である。
シリコン酸化膜は、シリコン窒化膜と比べて成膜時における水素の発生が少ない。したがって、チャネル保護層50としてシリコン酸化膜を用いることによって、水素還元による酸化物半導体層の性能劣化を抑制できる。さらに、チャネル保護層50として酸化アルミニウム膜を形成することによって、上層で発生する水素や酸素を酸化アルミニウム膜によってブロックすることができる。これらのことから、チャネル保護層50としては、例えば、シリコン酸化膜、酸化アルミニウム膜及びシリコン酸化膜の3層構造の積層膜を用いるとよい。
なお、チャネル保護層50の材料としては、上記のような無機物に限るものではなく、有機物を主成分とする材料を用いてもよい。
また、チャネル保護層50には、当該チャネル保護層50の一部を貫通するように開口部(コンタクトホール)が形成されている。このチャネル保護層50の開口部を介して、第1の酸化物半導体層41と第1のソース電極61S及び第1のドレイン電極61Dとが接続され、また、第2の酸化物半導体層42と第2のソース電極62S及び第2のドレイン電極62Dとが接続されている。
第1のソース電極61S及び第1のドレイン電極61D、並びに、第2のソース電極62S及び第2のドレイン電極62Dは、チャネル保護層50の上方に少なくとも一部が位置し、かつ、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42の一方と接続されるように所定形状で形成される。具体的には、第1のソース電極61Sと第1のドレイン電極61Dとは、チャネル保護層50上においては基板10に水平な方向(基板水平方向)に離間して互いに対向して配置されており、かつ、チャネル保護層50に形成された開口部を介して第1の酸化物半導体層41に接続されている。また、第2のソース電極62Sと第2のドレイン電極62Dとは、チャネル保護層50上においては基板10に水平な方向(基板水平方向)に離間して互いに対向して配置されており、かつ、チャネル保護層50に形成された開口部を介して第2の酸化物半導体層42に接続されている。チャネル保護層50上における各ソース電極及び各ドレイン電極の膜厚は、例えば、100nm〜500nmである。
第1のソース電極61S及び第1のドレイン電極61D、並びに、第2のソース電極62S及び第2のドレイン電極62Dは、導電性材料又はその合金等からなる導電膜の単層構造又は多層構造の電極である。各ソース電極及び各ドレイン電極の材料には、例えば、アルミニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、銀、銅、チタン又はクロム等が用いられる。一例として、各ソース電極及び各ドレイン電極は、モリブデンタングステン膜(MoW膜)で形成される単層構造の電極である。
保護層70は、各ソース電極及び各ドレイン電極上に配置される絶縁膜である。具体的には、保護層70は、各ソース電極及び各ドレイン電極を覆うようにチャネル保護層50上に成膜される。保護層70の膜厚は、例えば、50nm〜500nmである。
保護層70は、電気絶縁性を有する材料から構成され、一例として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜又は酸化アルミニウム膜等の単層膜、あるいは、これらの積層膜である。
[1−2.薄膜トランジスタ基板の製造方法]
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の製造方法について、図2A及び図2Bを用いて説明する。図2A及び図2Bは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の製造方法における各工程の断面図である。図2A及び図2Bの左側に高移動度の第1の酸化物半導体層41がチャネルとして用いられる第1の薄膜トランジスタ1(高移動度領域)の各工程における断面図を示し、右側に低移動度の第2の酸化物半導体層42がチャネルとして用いられる第2の薄膜トランジスタ2(低移動度領域)の各工程における断面図を示す。
まず、図2Aの断面図(a)に示すように基板10を準備し、基板10の上方に所定形状の第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22を形成する。例えば、基板10上に導電膜をスパッタ法によって成膜し、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて導電膜を加工することにより、所定形状の第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22を形成する。なお、第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22を形成する前に、基板10の表面にシリコン酸化膜等のアンダーコート層を形成してもよい。
次に、図2Aの断面図(b)に示すように、第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22の上にゲート絶縁層30を形成する。本実施の形態では、基板10の全面にゲート絶縁層30を形成したが、ゲート絶縁層30を、第1の薄膜トランジスタ1及び第2の薄膜トランジスタ2の領域だけに部分的に形成してもよい。なお、基板10の表面にアンダーコート層が形成されている場合には、アンダーコート層上にゲート絶縁層30を形成する。
ゲート絶縁層30は、例えば、シリコン酸化膜である。この場合、シランガス(SiH)及び亜酸化窒素ガス(NO)を導入ガスに用いて、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によってシリコン酸化膜を成膜することができる。なお、亜酸化窒素ガスの希釈ガスとしてアルゴン(Ar)を添加してもよい。これにより効率的にガスが分解され、良質なシリコン酸化膜が形成され、かつ、亜酸化窒素ガスの使用量を抑えることができる。
ゲート絶縁層30は、単層膜でもよいが、積層膜としてもよい。例えば、ゲート絶縁層30として、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜とを順に成膜した積層膜を用いることができる。シリコン窒化膜は、例えば、シランガス(SiH)、アンモニアガス(NH)及び窒素ガス(N)を導入ガスに用いて、プラズマCVD法によって成膜することができる。
次に、図2Aの断面図(c)に示すように、基板10の上方に第2の酸化物半導体膜42aを成膜する。具体的には、ゲート絶縁層30上に、InSiOを主成分として含む酸化物半導体から構成される第2の酸化物半導体膜42a(InSiO膜)をスパッタリングによって成膜する。
具体的には、スパッタリングターゲットとして、In及びSiを含む酸化物半導体(In−Si−O)を用いて、真空チャンバー内に不活性ガスとしてアルゴン(Ar)ガスを流入するとともに反応性ガスとして酸素(O)を含むガスを流入し、所定のパワー密度の電圧をターゲット材に印加する。これにより、ゲート絶縁層30上にInSiO膜からなる第2の酸化物半導体膜42aを成膜することができる。
次に、図2Aの断面図(d)に示すように、基板10の上方から、第2の酸化物半導体膜42aの一部の領域を熱処理する。具体的には、第1の薄膜トランジスタ1が形成される高移動度領域における第2の酸化物半導体膜42aにランプからの光200を照射して熱処理を行う。なお、ここで、光200を出射する光源は、ランプに限られない。例えば、光源はレーザ光源等であってもよい。本実施の形態においては、例えば、150℃の熱源として作用する光200を10分間照射することによって、高移動度領域の第2の酸化物半導体膜42aの移動度を2cm/Vs程度から15cm/Vs程度まで高移動度化することができる。ここで、当該熱処理について図3及び図4を用いて説明する。図3は、InSiOの移動度とアニール時間との関係を示すグラフである。図4は、シリコンの移動度と熱処理温度との関係を示すグラフである。
図3に示すように、InSiOの移動度は、アニール時間に応じて漸増する。このように、InSiOの移動度がアニール時間に応じて急激に変化しない理由は、InSiOは熱処理が施されてもアモルファス状態を維持するからである。したがって、InSiOにおいては、熱処理によって移動度を精度よく調整することができる。一方、図4に示すように、シリコンでは、熱処理温度に対して移動度が急激に変化する。これは、図4に示すように、シリコンの構造が、熱処理温度に応じて、アモルファス状態から、微結晶状態及び多結晶状態に変化する為である。例えば、シリコンがアモルファス状態である熱処理温度においては、熱処理温度に応じて移動度はなだらかに変化するが、シリコンが多結晶状態に変化する熱処理温度付近においては、熱処理温度に応じて移動度が急変する。したがって、シリコンにおいては、移動度を精度よく調整することが難しい。
以上に述べたように、InSiOのようなアモルファス酸化物半導体をチャネルとして用いることにより、移動度を広範囲に亘って精度よく調整することができる。本実施の形態では、第2の酸化物半導体膜42aを、熱処理により高移動度化して、第1の酸化物半導体膜41aへと変化させることができる。
次に、図2Aの断面図(e)に示すように、第1の酸化物半導体膜41a及び第2の酸化物半導体膜42aを所定の形状に加工することによって、所定形状の第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42を形成する。
例えば、第1の酸化物半導体膜41a及び第2の酸化物半導体膜42aは、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて所定形状の第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42に加工することができる。具体的には、まず、第1の酸化物半導体膜41a及び第2の酸化物半導体膜42a上にレジストを形成して、少なくとも第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22に対向する位置にレジストを残すように当該レジストを加工する。そして、レジストが形成されていない領域の第1の酸化物半導体膜41a及び第2の酸化物半導体膜42aをエッチングによって除去する。これにより、第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22に対向する位置を含むように島状の第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42を形成することができる。
なお、ウェットエッチングを行う場合、エッチング液としては、例えば、リン酸(HPO)、硝酸(HNO)、酢酸(CHCOOH)及び水を混合した薬液を用いればよい。
次に、図2Bの断面図(a)に示すように、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42の上にチャネル保護層50を形成する。本実施の形態では、各酸化物半導体層を覆うようにしてゲート絶縁層30上の全面にチャネル保護層50を成膜した。
チャネル保護層50は、例えば、シリコン酸化膜である。この場合、シランガス(SiH)及び亜酸化窒素ガス(NO)を導入ガスに用いて、プラズマCVD法によってシリコン酸化膜を成膜することができる。
次に、図2Bの断面図(b)に示すように、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42の一部を露出させるように、チャネル保護層50にコンタクトホールを形成する。具体的には、フォトリソグラフィ法及びエッチング法によってチャネル保護層50の一部をエッチング除去することによって、各酸化物半導体層のソースコンタクト領域及びドレインコンタクト領域となる領域上にコンタクトホール(開口部)を形成する。
例えば、チャネル保護層50がシリコン酸化膜である場合、反応性イオンエッチング(RIE)法によるドライエッチング法によってシリコン酸化膜にコンタクトホールを形成することができる。この場合、エッチングガスとしては、例えば、四フッ化炭素(CF)及び酸素ガス(O)を用いることができる。
次に、図2Bの断面図(c)に示すように、チャネル保護層50上に、チャネル保護層50に形成したコンタクトホールを埋めるようにして、導電膜60aを成膜する。本実施の形態では、チャネル保護層50上の全面を覆うようにスパッタリング法によってMoW膜を成膜した。
次に、図2Bの断面図(d)に示すように、導電膜60aを所定の形状に加工することによって、所定形状の第1のソース電極61S、第1のドレイン電極61D、第2のソース電極62S及び第2のドレイン電極62Dを形成する。
本実施の形態では、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法によって、MoW膜をパターニングする。これにより、所定形状の第1のソース電極61S、第1のドレイン電極61D、第2のソース電極62S及び第2のドレイン電極62Dを形成することができる。なお、MoW膜のエッチング液としては、例えば、過酸化水素水(H)及び有機酸を混合した薬液を用いることができる。
次に図2Bの断面図(e)に示すように、各ソース電極及び各ドレイン電極の上に保護層70を形成する。本実施の形態では、各ソース電極及び各ドレイン電極を覆うようにしてチャネル保護層50上の全面に保護層70を成膜した。
保護層70は、例えば、シリコン酸化膜である。この場合、シランガス(SiH)及び亜酸化窒素ガス(NO)を導入ガスに用いて、プラズマCVD法によってシリコン酸化膜を成膜することができる。
以上のようにして、図1に示す構成の薄膜トランジスタ基板100を製造することができる。
[1−3.効果等]
以上のように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100は、基板10と、基板10上に配置された第1の薄膜トランジスタ1及び第2の薄膜トランジスタ2とを備える。そして、第1の薄膜トランジスタ1は、第1のゲート電極21と、チャネルとして用いられる第1の酸化物半導体層41とを備える。また、第2の薄膜トランジスタ2は、第2のゲート電極22と、チャネルとして用いられる第2の酸化物半導体層42とを備える。ここで、第1の酸化物半導体層41を構成する第1の酸化物半導体材料は、第2の酸化物半導体層42を構成する第2の酸化物半導体材料と移動度が異なる。
これにより、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100では、チャネルとして用いられる半導体層が、酸化物半導体から構成されるため、当該半導体層の移動度を広い範囲に亘って、精度よく調整することができる。
また、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の製造方法は、基板10を準備する第1の工程と、基板10の上方に、第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22を形成する第2の工程と、基板10の上方に、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42を形成する第3の工程と、第1のゲート電極21と、第1のゲート電極21によってチャネルが形成される第1の酸化物半導体層41を備える第1の薄膜トランジスタ1を形成する第4の工程と、第2のゲート電極22と、第2のゲート電極22によってチャネルが形成される第2の酸化物半導体層42を備える第2の薄膜トランジスタ2を形成する第5の工程とを含み、第1の酸化物半導体層41を構成する第1の酸化物半導体材料は、第2の酸化物半導体層42を構成する第2の酸化物半導体材料と移動度が異なる。
これにより、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の製造方法では、チャネルとして用いられる半導体層が、酸化物半導体から構成されるため、当該半導体層の移動度を広い範囲に亘って、精度よく調整することができる。
また、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の製造方法は、第2の酸化物半導体材料から構成される第2の酸化物半導体膜42aを成膜する工程と、第2の酸化物半導体膜42aの一部の領域を熱処理する工程とを含む。さらに、当該製造方法は、第2の酸化物半導体膜42aの一部の領域をパターニングして第1の酸化物半導体層41を形成する工程と、第2の酸化物半導体膜42aの一部の領域以外の領域をパターニングして第2の酸化物半導体層42を形成する工程とを含む。
これにより、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の製造方法では、酸化物半導体膜の成膜工程は一回に抑えながら、相異なる移動度を有する二つの酸化物半導体層を形成することができる。また、熱処理温度はガラスの融点以下の比較的低い温度ですむため、レーザ加熱等の比較的複雑で寸法の大きい設備を用いる方法は必要なく、ランプ加熱等の比較的単純で寸法の小さい設備を用いる方法を採用することができるため、熱処理のための設備を簡素化できる。
なお、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100の相異なる移動度を有する二つの酸化物半導体層は、一つの酸化物半導体材料から構成される酸化物半導体膜の一部を熱処理することによって形成されたが、相異なる移動度を有する二つの酸化物半導体層の形成方法はこれに限られない。
例えば、第1の酸化物半導体層41を構成する第1の酸化物半導体材料と、第2の酸化物半導体層42を構成する第2の酸化物半導体材料とが、互いに異なる元素構成を有していてもよい。これにより、二つ移動度の異なる酸化物半導体層を得ることができる。例えば、InOとTiOとのモル比が1:0.035であるスパッタリングターゲットを用いて成膜されたInTiOの移動度は、32cm/Vsとなる。また、InOとWOとのモル比が1:0.012であるスパッタリングターゲットを用いて成膜されたInWOの移動度は、30cm/Vsとなる。また、InOとSiOとのモル比が1:0.047であるスパッタリングターゲットを用いて成膜されたInSiOの移動度は、17cm/Vsとなる。その他のInOベースの酸化物半導体材料としては、In、InTiO、InZnO、Sn−InZnO、InGaO、Hf−InZnO、Si−InZnO、Zr−InZnO、InSnO、InGaZnO等を用いることができる。また、酸化物半導体として、ZnON(酸窒化亜鉛)等のInOベース以外の酸化物半導体材料を用いてもよい。
また、第1の酸化物半導体層41を構成する第1の酸化物半導体材料と、第2の酸化物半導体層42を構成する第2の酸化物半導体材料とが、同一の元素構成を有し、かつ、互いに元素比が異なってもよい。例えば、酸化物半導体材料の元素構成としてZnONを用いる場合、元素構成を変えずに、窒素の濃度を変えることで移動度を調整することができる。図5は、ZnONの移動度と窒素濃度との関係を示すグラフである。図5に示すように、窒素濃度が増えるにしたがって、ZnONの移動度が上昇する。なお、移動度の異なるZnONから構成される酸化物半導体膜を形成するには、異なる窒素濃度を有する二つのZnON膜を成膜してもよいし、窒素濃度が同一であるZnON膜の一部の窒素濃度を調整してもよい。例えば、ZnON膜に窒素プラズマを照射することで、窒素濃度を上昇させることができる。また、ZnON膜に酸素プラズマを照射して、窒素濃度を低下させることもできる。また、ZnON膜をアニールして窒素原子を放出させることにより、窒素濃度を低下させることもできる。また、酸化物半導体材料の元素構成としてInWOを用いる場合、元素構成を変えずに、WOの濃度を変えることで移動度を調整することができる。図6は、InWOの移動度とWOの濃度との関係を示すグラフである。ここで、WOの濃度とは、InWO膜を成膜する際に使用されるスパッタリングターゲットに含まれるInOに対するWOの重量比である。図6に示すように、WOの濃度が増えるにしたがって、InWOの移動度が低下する。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係る薄膜トランジスタ基板100a及びその製造方法について、図面を用いて説明する。
上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100では、一つの酸化物半導体膜だけを成膜する構成が採用されたが、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aでは、二つの相異なる酸化物半導体膜を成膜する構成が採用される。
以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100a及びその製造方法について、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100及びその製造方法との相違点を中心に説明し、共通する構成及び製造工程については、説明を省略する。
[2−1.薄膜トランジスタ基板の構成]
まず、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aの構成について、図7を用いて説明する。図7は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aの断面図である。
図7に示すように、薄膜トランジスタ基板100aは、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100と同様に、基板10と、基板10上に形成された第1の薄膜トランジスタ1a及び第2の薄膜トランジスタ2aとを備える。第1の薄膜トランジスタ1a及び第2の薄膜トランジスタ2aは、ともに、チャネル保護型でボトムゲート型のTFTであり、また、トップコンタクト構造が採用されている。
以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aの各構成要素について、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100との相違点を中心に詳述する。
第1の薄膜トランジスタ1aは、上記第1の薄膜トランジスタ1と同様に、第1のゲート電極21、ゲート絶縁層30、第1の酸化物半導体層41、チャネル保護層50、第1のソース電極61S、第1のドレイン電極61D及び保護層70を備え、さらに、第2の酸化物半導体層42を備える。また、第2の薄膜トランジスタ2aは、上記第2の薄膜トランジスタ2と同様に、第2のゲート電極22、ゲート絶縁層30、第2の酸化物半導体層42、チャネル保護層50、第2のソース電極62S、第2のドレイン電極62D及び保護層70を備える。
上述のとおり、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aは、第1の薄膜トランジスタ1aの第1の酸化物半導体層41上に、第2の酸化物半導体層42を備える点において、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100と相違する。また、本実施の形態では、酸化物半導体材料として、ZnONを用いる例を示す。
本実施の形態では、第1の酸化物半導体層41は、第1のゲート電極21の上方において、ゲート絶縁層30上に所定形状で形成される。また、第2の酸化物半導体層42は、第2のゲート電極22の上方、及び、第1の酸化物半導体層41上に所定形状で形成される。本実施の形態において、第1の薄膜トランジスタ1aのチャネルは第1の酸化物半導体層41に形成され、第2の薄膜トランジスタ2aのチャネルは第2の酸化物半導体層42に形成される。第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42の膜厚は、例えば、それぞれ30nm〜300nmである。
第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42は、ともに、酸化物半導体材料であるZnONを主成分として含む層である。第1の酸化物半導体層41を構成する第1の酸化物半導体材料は、第2の酸化物半導体層42を構成する第2の酸化物半導体材料と移動度が異なる。本実施の形態では、第1の酸化物半導体材料の方が、第2の酸化物半導体材料より移動度が高くなるように、第1の酸化物半導体材料の窒素濃度を、第2の酸化物半導体材料より高くしている。
本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aのその他の構成要素については、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100の構成要素と同様である。
[2−2.薄膜トランジスタ基板の製造方法]
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aの製造方法について、図8A及び図8Bを用いて説明する。図8A及び図8Bは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aの製造方法における各工程の断面図である。図8A及び図8Bの左側に高移動度の第1の酸化物半導体層41がチャネルとして用いられる第1の薄膜トランジスタ1a(高移動度領域)の各工程における断面図を示し、右側に低移動度の第2の酸化物半導体層42がチャネルとして用いられる第2の薄膜トランジスタ2a(低移動度領域)の各工程における断面図を示す。
以下、各層の形成方法が、上記実施の形態1と同様であるものについては、詳細な形成方法の説明を省略する。
まず、図8Aの断面図(a)及び(b)に示すように、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100と同様に、基板10の上方に、第1のゲート電極21及び第2のゲート電極22、並びに、ゲート絶縁層30を形成する。
次に、図8Aの断面図(c)に示すように、基板10の上方に第1の酸化物半導体膜41aを成膜する。具体的には、ゲート絶縁層30上に、ZnONを主成分として含む酸化物半導体から構成される第1の酸化物半導体膜41a(ZnON膜)をスパッタリングによって成膜する。
より具体的には、スパッタリングターゲットとして、亜鉛(Zn、純度:99.99%以上)を用いて、真空チャンバー内に不活性ガスとしてアルゴン(Ar)ガスを流入するとともに反応性ガスとして窒素(N)、酸素(O)を含むガスを流入する。なお、反応性ガスに亜酸化窒素(NO)が含まれてもよい。そして、パワー密度が0.18〜0.36W/cmとなるように、電圧をターゲット材に印加する。これにより、ゲート絶縁層30上にZnON膜からなる第1の酸化物半導体膜41aを成膜することができる。なお、スパッタリングターゲットは、純粋な亜鉛に限られない。例えば、スパッタリングターゲットは、1%以下のアルミニウム(Al)又は錫(Sn)を含む亜鉛でもよい。
また、第1の酸化物半導体膜41aの成膜条件としては、反応性ガスとして酸素(O)及び窒素(N)を用いる場合、酸素と窒素との流量比は、1:100〜10:100にすればよい。この流量比を調整することによって、第1の酸化物半導体膜41a(ZnON膜)の窒素濃度及び移動度を変更することができる。また、基板温度は、例えば、室温に設定すればよい。
次に、図8Aの断面図(d)に示すように、第1の酸化物半導体膜41aを所定の形状に加工することによって、所定形状の第1の酸化物半導体層41を高移動度領域に形成する。
例えば、第1の酸化物半導体膜41aは、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて所定形状の第1の酸化物半導体層41に加工することができる。具体的には、まず、第1の酸化物半導体膜41a上にレジストを形成して、少なくとも第1のゲート電極21に対向する位置にレジストを残すように当該レジストを加工する。そして、レジストが形成されていない領域の第1の酸化物半導体膜41aをエッチングによって除去する。これにより、第1のゲート電極21に対向する位置を含むように島状の第1の酸化物半導体層41を形成することができる。
なお、ウェットエッチングを行う場合、エッチング液としては、例えば、シュウ酸を用いればよく、エッチング時の温度は40℃でよい。
次に、図8Aの断面図(e)に示すように、基板10の上方に第2の酸化物半導体膜42aを成膜する。具体的には、ゲート絶縁層30上に第1の酸化物半導体層41を覆うように、ZnONを主成分として含む酸化物半導体から構成される第2の酸化物半導体膜42a(ZnON膜)をスパッタリングによって成膜する。成膜の具体的な方法は、第1の酸化物半導体膜41aの成膜方法と同様であるが、第1の酸化物半導体膜41aより、第2の酸化物半導体膜42aの方が、窒素密度及び移動度が低くなるように成膜される。
次に、図8Aの断面図(f)に示すように、第2の酸化物半導体膜42aを所定の形状に加工することによって、所定形状の第2の酸化物半導体層42を形成する。第2の酸化物半導体層42は、第2のゲート電極22に対向する位置を含むように島状に形成される。また、第2の酸化物半導体層42は、第1の酸化物半導体層41上にも、第1の酸化物半導体層41と同様の形状に形成される。具体的な形成方法は、第1の酸化物半導体層41の形成方法と同様である。
次に、図8Bの断面図(a)〜(e)に示すように、上記実施の形態1と同様に、チャネル保護層50、第1のソース電極61S、第1のドレイン電極61D、第2のソース電極62S、第2のドレイン電極62D及び保護層70を形成する。
以上のようにして、図7に示す構成の薄膜トランジスタ基板100aを製造することができる。
[2−3.効果等]
以上のように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aでも、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100と同様に、チャネルとして用いられる半導体層が、酸化物半導体から構成されるため、当該半導体層の移動度を広い範囲に亘って、精度よく調整することができる。
また、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aは、第1のゲート電極21の上方に第1の酸化物半導体層41が配置され、第1の薄膜トランジスタ1aが、第1の酸化物半導体層41上に配置された第2の酸化物半導体層42を備える。ここで、第2の酸化物半導体層42を構成する第2の酸化物半導体材料の移動度は、第1の酸化物半導体層41を構成する第1の酸化物半導体材料より、移動度が低い。すなわち、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aの第1の薄膜トランジスタ1aは、バックチャネル側に、第1の酸化物半導体層41より移動度の低い第2の酸化物半導体層42を備える。
これにより、本実施の形態では、第1の薄膜トランジスタ1aのボトムゲート電極側のチャネルは移動度の高い半導体層が配置されるため、オン電流が高い。また、第2の薄膜トランジスタ2aのボトムゲート電極側のチャネルは移動度の低い半導体層が配置されるため、オン電流は低い。また、第1の薄膜トランジスタ1aのバックチャネル側に、移動度の低い半導体層が配置されるため、バックチャネル側におけるリーク電流を抑制することができる。
また、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aの製造方法でも、上記実施の形態1に係る製造方法と同様に、チャネルとして用いられる半導体層が、酸化物半導体から構成されるため、当該半導体層の移動度を広い範囲に亘って、精度よく調整することができる。
また、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100aの製造方法では、第1のゲート電極21の上方に第1の酸化物半導体材料から構成される第1の酸化物半導体膜41aを成膜する工程と、第1の酸化物半導体膜41aをパターニングして第1の酸化物半導体層41を形成する工程とを含む。また、当該製造方法は、第1の酸化物半導体層41上、及び、第2のゲート電極22の上方に、第2の酸化物半導体材料から構成される第2の酸化物半導体膜42aを成膜する工程と、第2の酸化物半導体膜42aをパターニングして、第1の酸化物半導体層41上、及び、第2のゲート電極22の上方に、第2の酸化物半導体層42を形成する工程とを含む。ここで、第2の酸化物半導体材料は、第1の酸化物半導体材料より移動度が低い。
これにより、本実施の形態では、第1の薄膜トランジスタ1aのボトムゲート電極側のチャネルは移動度の高い半導体層が配置されるため、オン電流が高い。また、第2の薄膜トランジスタ2aのボトムゲート電極側のチャネルは移動度の低い半導体層が配置されるため、オン電流は低い。また、第1の薄膜トランジスタ1aのバックチャネル側に、移動度の低い半導体層が形成されるため、バックチャネル側におけるリーク電流を抑制することができる。
なお、本実施の形態では、第1の酸化物半導体層41上に、第2の酸化物半導体層42を形成する構成としたが、第1の酸化物半導体層41上に、第2の酸化物半導体材料以外の、第1の酸化物半導体材料より移動度が低い酸化物半導体材料を用いた酸化物半導体層を形成してもよい。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3に係る薄膜トランジスタ基板100b及びその製造方法について、図面を用いて説明する。
上記各実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板は、ボトムゲート型のTFTを備えたが、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100bは、ボトムゲート型のTFT及びトップゲート型のTFTを備える。
以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100b及びその製造方法について、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100及びその製造方法との相違点を中心に説明し、共通する構成及び製造工程については、説明を省略する。
[3−1.薄膜トランジスタ基板の構成]
まず、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100bの構成について、図9を用いて説明する。図9は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100bの断面図である。
図9に示すように、薄膜トランジスタ基板100bは、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100と同様に、基板10と、基板10上に形成された第1の薄膜トランジスタ1b及び第2の薄膜トランジスタ2bとを備える。第1の薄膜トランジスタ1bは、トップゲート型のTFTであり、また、チャネル保護型でトップコンタクト構造が採用されている。一方、第2の薄膜トランジスタ2bは、チャネル保護型でボトムゲート型のTFTであり、また、トップコンタクト構造が採用されている。
以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100bの各構成要素について、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100との相違点を中心に詳述する。
第1の薄膜トランジスタ1bは、上記第1の薄膜トランジスタ1と同様に、第1のゲート電極21、ゲート絶縁層30、第1の酸化物半導体層41、チャネル保護層50、第1のソース電極61S、第1のドレイン電極61D及び保護層70を備え、さらに、第2の酸化物半導体層42及び絶縁層80を備える。また、第2の薄膜トランジスタ2bは、上記第2の薄膜トランジスタ2と同様に、第2のゲート電極22、ゲート絶縁層30、第2の酸化物半導体層42、チャネル保護層50、第2のソース電極62S、第2のドレイン電極62D及び保護層70を備え、さらに、第1の酸化物半導体層41及び絶縁層80を備える。また、本実施の形態では、上記実施の形態2に係る薄膜トランジスタ基板100aと同様に、酸化物半導体材料としてZnONを用いる例を示す。
絶縁層80は、第1の薄膜トランジスタ1b側においては、第1のゲート電極21上に配置され、第2の薄膜トランジスタ2b側においては、チャネル保護層50上に配置される。絶縁層80の膜厚は、例えば、50nm〜500nmである。
絶縁層80は、具体的には、第1のゲート電極21と、その上方に設けられる導電膜60aとの間を絶縁するための層間絶縁層である。
絶縁層80は、電気絶縁性を有する材料から構成され、一例として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜又は酸化アルミニウム膜等の単層膜、あるいは、これらの積層膜である。
本実施の形態では、第1の薄膜トランジスタ1b及び第2の薄膜トランジスタ2bの両方において、ゲート絶縁層30上に第2の酸化物半導体層42及び第1の酸化物半導体層41が、下から順に配置されている。そして、第1の薄膜トランジスタ1bにおいては、第1の酸化物半導体層41の上方に、チャネル保護層50を介して、第1のゲート電極21が配置されている。一方、第2の薄膜トランジスタ2bにおいては、第2の酸化物半導体層42の下方に、ゲート絶縁層30を介して、第2のゲート電極22が配置されている。
第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42は、それぞれ、上記実施の形態2に係る薄膜トランジスタ基板100aのそれらと同様の構成を有する。
本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100bのその他の構成要素については、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100の構成要素と同様である。
[3−2.薄膜トランジスタ基板の製造方法]
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100bの製造方法について、図10A、図10B及び図10Cを用いて説明する。図10A、図10B及び図10Cは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100bの製造方法における各工程の断面図である。図10A、図10B及び図10Cの左側に高移動度の第1の酸化物半導体層41がチャネルとして用いられる第1の薄膜トランジスタ1b(高移動度領域)の各工程における断面図を示し、右側に低移動度の第2の酸化物半導体層42がチャネルとして用いられる第2の薄膜トランジスタ2b(低移動度領域)の各工程における断面図を示す。
以下、各層の形成方法が、上記実施の形態1と同様であるものについては、詳細な形成方法の説明を省略する。
まず、図10Aの断面図(a)に示すように、基板10を準備し、基板10の上方の低移動度領域に第2のゲート電極22を形成する。
次に、図10Aの断面図(b)に示すように、第2のゲート電極22の上にゲート絶縁層30を形成する。本実施の形態では、第2のゲート電極22を覆うように、基板10上の全面にゲート絶縁層30を形成した。
次に、図10Aの断面図(c)に示すように、基板10の上方に第2の酸化物半導体膜42aを成膜する。具体的には、ゲート絶縁層30上に、ZnONを主成分として含む酸化物半導体から構成される第2の酸化物半導体膜42a(ZnON膜)をスパッタリングによって成膜する。成膜の具体的な方法は、上記実施の形態2における第2の酸化物半導体膜42aの成膜方法と同様である。
次に、図10Aの断面図(d)に示すように、基板10の上方に第1の酸化物半導体膜41aを成膜する。具体的には、第2の酸化物半導体膜42a上に、ZnONを主成分として含む酸化物半導体から構成される第1の酸化物半導体膜41a(ZnON膜)をスパッタリングによって成膜する。成膜の具体的な方法は、上記実施の形態2における第1の酸化物半導体膜41aの成膜方法と同様である。
次に、図10Aの断面図(e)に示すように、第2の酸化物半導体膜42a及び第1の酸化物半導体膜41aを所定の形状に加工することによって、所定形状の第2の酸化物半導体層42及び第1の酸化物半導体層41を形成する。加工の具体的な方法は、上記実施の形態2における第1の酸化物半導体膜41a及び第2の酸化物半導体膜42aの加工方法と同様である。
次に、図10Aの断面図(f)に示すように、第1の酸化物半導体層41上にチャネル保護膜50aを成膜する。本実施の形態では、各酸化物半導体層を覆うようにしてゲート絶縁層30上の全面にチャネル保護膜50aを成膜した。
次に、図10Bの断面図(a)に示すように、チャネル保護膜50a上に導電膜21aを成膜する。例えば、チャネル保護膜50a上に導電膜をスパッタ法によって成膜する。
次に、図10Bの断面図(b)に示すように、導電膜21aを所定の形状に加工することによって、所定形状の第1のゲート電極21を高移動度領域における第1の酸化物半導体層41の上方に形成する。例えば、第1のゲート電極21は、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて導電膜21aを加工することにより、所定形状の第1のゲート電極21を形成する。
次に、図10Bの断面図(c)に示すように、高移動度領域のチャネル保護膜50aの第1のゲート電極21に覆われていない部分を除去して、チャネル保護層50を形成する。具体的には、エッチング法によって高移動度領域のチャネル保護膜50aのうち第1のゲート電極21に覆われていない部分をエッチング除去することによって、チャネル保護層50を形成する。
例えば、チャネル保護膜50aがシリコン酸化膜である場合、反応性イオンエッチング(RIE)法によるドライエッチング法によってシリコン酸化膜をエッチング除去することができる。この場合、エッチングガスとしては、例えば、四フッ化炭素(CF)及び酸素ガス(O)を用いることができる。
次に、図10Bの断面図(d)に示すように、高移動度領域に酸素プラズマ210を照射する。これにより、第1の酸化物半導体層41の露出部に酸素欠陥が生じ低抵抗化されるため、第1のゲート電極21の端面と半導体部の低抵抗化された部分の端面とが面一なセルフアライン構造とすることができる。
次に、図10Cの断面図(a)に示すように、第1のゲート電極21、第1の酸化物半導体層41及びチャネル保護層50の上に、絶縁層80を形成する。本実施の形態では、第1のゲート電極21、第1の酸化物半導体層41及びチャネル保護層50を覆うようにしてゲート絶縁層30上の全面に絶縁層80を成膜した。
絶縁層80は、例えば、シリコン酸化膜である。この場合、シランガス(SiH)及び亜酸化窒素ガス(NO)を導入ガスに用いて、プラズマCVD法によってシリコン酸化膜を成膜することができる。
次に、図10Cの断面図(b)に示すように、第1の酸化物半導体層41の一部を露出させるように、絶縁層80及びチャネル保護層50にコンタクトホールを形成する。具体的には、フォトリソグラフィ法及びエッチング法によって絶縁層80及びチャネル保護層50の一部をエッチング除去することによって、第1の酸化物半導体層41のソースコンタクト領域及びドレインコンタクト領域となる領域上にコンタクトホール(開口部)を形成する。
次に、図10Cの断面図(c)に示すように、絶縁層80及びチャネル保護層50に形成したコンタクトホールを埋めるようにして、導電膜60aを成膜する。本実施の形態では、チャネル保護層50上の全面を覆うようにMoW膜を成膜した。
次に、図10Cの断面図(d)に示すように、導電膜60aを所定の形状に加工することによって、所定形状の第1のソース電極61S、第1のドレイン電極61D、第2のソース電極62S及び第2のドレイン電極62Dを形成する。
次に、図10Cの断面図(e)に示すように、各ソース電極及び各ドレイン電極の上に保護層70を形成する。本実施の形態では、各ソース電極及び各ドレイン電極を覆うようにして絶縁層80上の全面に保護層70を成膜した。
以上のようにして、図9に示す構成の薄膜トランジスタ基板100bを製造することができる。
[3−3.効果等]
以上のように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100bでも、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100と同様に、チャネルとして用いられる半導体層が、酸化物半導体から構成されるため、当該半導体層の移動度を広い範囲に亘って、精度よく調整することができる。
また、第1の薄膜トランジスタ1bのトップゲート電極側のチャネルは移動度の高い半導体層が配置されるため、オン電流が高い。また、第2の薄膜トランジスタ2bのボトムゲート電極側のチャネル側は移動度の低い半導体層が配置されるため、オン電流は低い。
なお、本実施の形態では、第1の薄膜トランジスタ1bにおいて、第1の酸化物半導体層41の下方に、第2の酸化物半導体層42を配置したが、第2の酸化物半導体層42以外の酸化物半導体層を配置してもよい。同様に、第2の薄膜トランジスタ2bにおいて、第2の酸化物半導体層42の上方に、第1の酸化物半導体層41を配置したが、第1の酸化物半導体層41以外の酸化物半導体層を配置してもよい。
また、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100bの製造方法でも、上記実施の形態1に係る製造方法と同様に、チャネルとして用いられる半導体層が、酸化物半導体から構成されるため、当該半導体層の移動度を広い範囲に亘って、精度よく調整することができる。
(実施の形態4)
次に、実施の形態4に係る薄膜トランジスタ基板100c及びその製造方法について、図面を用いて説明する。
本実施の形態では、上記各実施の形態以外の構成例として、ボトムゲート型及びバックゲート型のTFTを備える薄膜トランジスタ基板100cについて説明する。
以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100c及びその製造方法について、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100及びその製造方法との相違点を中心に説明し、共通する構成及び製造工程については、説明を省略する。
[4−1.薄膜トランジスタ基板の構成]
まず、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100cの構成について、図11を用いて説明する。図11は、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100cの断面図である。
図11に示すように、薄膜トランジスタ基板100cは、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100と同様に、基板10と、基板10上に形成された第1の薄膜トランジスタ1c及び第2の薄膜トランジスタ2cとを備える。第1の薄膜トランジスタ1cは、ボトムゲート型のTFTであり、また、チャネル保護型でトップコンタクト構造が採用されている。一方、第2の薄膜トランジスタ2cは、チャネル保護型でバックゲート型のTFTであり、また、トップコンタクト構造が採用されている。
以下、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100cの各構成要素について、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100との相違点を中心に詳述する。
第1の薄膜トランジスタ1cは、上記第1の薄膜トランジスタ1と同様に、第1のゲート電極21、ゲート絶縁層30、第1の酸化物半導体層41、チャネル保護層50、第1のソース電極61S、第1のドレイン電極61D及び保護層70を備え、さらに、第2の酸化物半導体層42及び絶縁層80を備える。また、第2の薄膜トランジスタ2cは、上記第2の薄膜トランジスタ2と同様に、第2のゲート電極22、ゲート絶縁層30、第2の酸化物半導体層42、チャネル保護層50、第2のソース電極62S、第2のドレイン電極62D及び保護層70を備え、さらに、第1の酸化物半導体層41及び絶縁層80を備える。本実施の形態では、上記実施の形態2及び3に係る薄膜トランジスタ基板100a及び100bと同様に、酸化物半導体材料としてZnONを用いる例を示す。
第1の薄膜トランジスタ1cにおいて、第2の酸化物半導体層42は、第1の酸化物半導体層41上に配置される。また、絶縁層80は、第1のソース電極61S及び第1のドレイン電極61Dを覆うように、チャネル保護層50上の全面に配置される。
第2の薄膜トランジスタ2cにおいて、第1の酸化物半導体層41は、第2の酸化物半導体層42の下に配置される。また、絶縁層80は、第2のソース電極62S及び第2のドレイン電極62Dを覆うように、チャネル保護層50上の全面に配置される。また、第2のゲート電極22は、絶縁層80の上であって、第2のソース電極62S及び第2のドレイン電極62Dの間隙の上方に配置される。
絶縁層80は、上記実施の形態3に係る絶縁層80と同様に、電気絶縁性を有する材料から構成され、一例として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜又は酸化アルミニウム膜等の単層膜、あるいは、これらの積層膜である。
第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42は、それぞれ、上記実施の形態2及び3に係る薄膜トランジスタ基板100a及び100bのそれらと同様の構成を有する。
本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100cのその他の構成要素については、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100の構成要素と同様である。
[4−2.薄膜トランジスタ基板の製造方法]
次に、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100bの製造方法について、図12A及び図12Bを用いて説明する。図12A及び図12Bは、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100cの製造方法における各工程の断面図である。図12A及び図12Bの左側に高移動度の第1の酸化物半導体層41がチャネルとして用いられる第1の薄膜トランジスタ1c(高移動度領域)の各工程における断面図を示し、右側に低移動度の第2の酸化物半導体層42がチャネルとして用いられる第2の薄膜トランジスタ2c(低移動度領域)の各工程における断面図を示す。
以下、各層の形成方法が、上記実施の形態1と同様であるものについては、詳細な形成方法の説明を省略する。
まず、図12Aの断面図(a)に示すように、基板10を準備し、基板10の上方の高移動度領域に第1のゲート電極21を形成する。
次に、図12Aの断面図(b)に示すように、第1のゲート電極21の上にゲート絶縁層30を形成する。本実施の形態では、第1のゲート電極21を覆うように、基板10上の全面にゲート絶縁層30を形成した。
次に、図12Aの断面図(c)に示すように、基板10の上方に第1の酸化物半導体膜41aを成膜する。具体的には、ゲート絶縁層30上に、ZnONを主成分として含む酸化物半導体から構成される第1の酸化物半導体膜41a(ZnON膜)をスパッタリングによって成膜する。成膜の具体的な方法は、上記実施の形態2における第1の酸化物半導体膜41aの成膜方法と同様である。
次に、図12Aの断面図(d)に示すように、基板10の上方に第2の酸化物半導体膜42aを成膜する。具体的には、第1の酸化物半導体膜41a上に、ZnONを主成分として含む酸化物半導体から構成される第2の酸化物半導体膜42a(ZnON膜)をスパッタリングによって成膜する。成膜の具体的な方法は、上記実施の形態2における第2の酸化物半導体膜42aの成膜方法と同様である。
次に、図12Aの断面図(e)に示すように、第1の酸化物半導体膜41a及び第2の酸化物半導体膜42aを所定の形状に加工することによって、所定形状の第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42を形成する。加工の具体的な方法は、上記実施の形態2における第1の酸化物半導体膜41a及び第2の酸化物半導体膜42aの加工方法と同様である。
次に、図12Aの断面図(f)に示すように、第2の酸化物半導体層42上にチャネル保護層50を成膜する。本実施の形態では、各酸化物半導体層を覆うようにしてゲート絶縁層30上の全面にチャネル保護層50を成膜した。
次に、図12Bの断面図(a)に示すように、チャネル保護層50上に所定形状の第1のソース電極61S、第1のドレイン電極61D、第2のソース電極62S及び第2のドレイン電極62Dを形成する。具体的には、上記実施の形態1で、図2Bの断面図(b)〜(d)を用いて説明したように、チャネル保護層50にコンタクトホールを形成し、当該コンタクトホールを埋めるように導電膜を形成し、当該導電膜を所定の形状に加工することにより形成する。
次に、図12Bの断面図(b)に示すように、チャネル保護層50の上に、絶縁層80を形成する。本実施の形態では、各ソース電極及び各ドレイン電極を覆うようにしてチャネル保護層50上の全面に絶縁層80を成膜した。
絶縁層80は、例えば、シリコン酸化膜である。この場合、シランガス(SiH)及び亜酸化窒素ガス(NO)を導入ガスに用いて、プラズマCVD法によってシリコン酸化膜を成膜することができる。
次に、図12Bの断面図(c)に示すように、低移動度領域に第2のゲート電極22を形成する。具体的には、第2のゲート電極22は、絶縁層80の上であって、第2のソース電極62S及び第2のドレイン電極62Dの間隙の上方に形成される。第2のゲート電極22は、例えば、絶縁層80上にスパッタ法によって成膜された導電膜を、フォトリソグラフィ法及びウェットエッチング法を用いて所定の形状に加工することによって形成される。
次に、図12Bの断面図(d)に示すように、絶縁層80上に保護層70を形成する。本実施の形態では、第2のゲート電極22を覆うように、絶縁層80上の全面に保護層70を成膜した。
以上のようにして、図11に示す構成の薄膜トランジスタ基板100cを製造することができる。
[4−3.効果等]
以上のように、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100cでも、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100と同様に、チャネルとして用いられる半導体層が、酸化物半導体から構成されるため、当該半導体層の移動度を広い範囲に亘って、精度よく調整することができる。
また、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100cでは、第1の薄膜トランジスタ1cは、第1の酸化物半導体層41の上方に配置された第2の酸化物半導体層42を備え、第2の薄膜トランジスタ2cは、第2の酸化物半導体層42の下方に配置された第1の酸化物半導体層41を備える。また、第1のゲート電極21は、第1の酸化物半導体層41の下方に配置され、第2のゲート電極22は、第2の酸化物半導体層42の上方に配置される。
これにより、本実施の形態では、第1の薄膜トランジスタ1cのボトムゲート電極側のチャネルは移動度の高い半導体層が配置されるため、オン電流が高い。また、第2の薄膜トランジスタ2cのバックゲート側のチャネルは移動度の低い半導体層が配置されるため、オン電流は低い。また、第1の薄膜トランジスタ1cのバックチャネル側に、移動度の低い半導体層が配置されるため、バックチャネル側におけるリーク電流を抑制することができる。
また、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100cの製造方法でも、上記実施の形態1に係る製造方法と同様に、チャネルとして用いられる半導体層が、酸化物半導体から構成されるため、当該半導体層の移動度を広い範囲に亘って、精度よく調整することができる。
また、本実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板100cの製造方法は、第1の酸化物半導体膜41aを成膜する工程と、第1の酸化物半導体膜41a上に、第2の酸化物半導体膜42aを成膜する工程と、第1の酸化物半導体膜41a及び第2の酸化物半導体膜42aをパターニングして、第2のゲート電極22が形成される位置の下方と第1のゲート電極21の上方との各々に、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42を形成する工程とを含む。
これにより、本実施の形態では、第1の薄膜トランジスタ1cのボトムゲート電極側のチャネルは移動度の高い半導体層が配置されるため、オン電流が高い。また、第2の薄膜トランジスタ2cのバックゲート側のチャネルは移動度の低い半導体層が配置されるため、オン電流は低い。また、第1の薄膜トランジスタ1cのバックチャネル側に、移動度の低い半導体層が形成されるため、バックチャネル側におけるリーク電流を抑制することができる。
(実施の形態5)
次に、実施の形態5に係る表示パネル500について、図13A及び図13Bを用いて説明する。図13Aは、本実施の形態に係る表示パネル500の平面図であり、図13Bは、図13AのY−Y’線における本実施の形態に係る表示パネル500の断面図である。
図13A及び図13Bに示すように、本実施の形態に係る表示パネル500は、上記各実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板と、薄膜トランジスタ基板の上に設けられた表示素子510とを備える。ここでは、薄膜トランジスタ基板として、上記実施の形態1に係る薄膜トランジスタ基板100を用いる例について説明する。
表示素子510は、基板10上の内部領域(画素領域)10aに対応して設けられている。表示素子510としては、例えば、有機EL表示素子又は液晶表示素子を用いることができる。
ゲート駆動回路310及びソース駆動回路320の各駆動回路は、薄膜トランジスタ基板100において表示素子510が設けられていない周辺領域10bに設けられている。ゲート駆動回路310及びソース駆動回路320には、表示素子510を駆動する駆動トランジスタが形成されている。また、複数の画素の各画素内には、駆動する表示素子510を選択的に切り替えるスイッチングトランジスタ、及び、発光素子等を駆動する駆動トランジスタが形成されている。
図14は、本実施の形態に係る表示パネル500の一例である有機EL表示装置の一部切り欠き斜視図である。本実施の形態における薄膜トランジスタ基板100は、有機EL表示装置のアクティブマトリクス基板として用いることができる。
図14に示すように、有機EL表示装置である表示素子510は、基板10と、基板10においてマトリクス状に配置された複数の画素520と、複数の画素520のそれぞれに対応して形成された有機EL素子530と、画素の行方向に沿って形成された複数の走査線(ゲート線)540と、走査線540に直交し、画素520の列方向に沿って形成された複数の映像信号線(ソース線)550とを備える。なお、図示していないが、映像信号線550に並行して電源線(電流供給線)が形成されている。また、走査線540は、図13Aに示すゲート駆動回路310に接続され、映像信号線550は、図13Aに示すソース駆動回路320に接続されている。
有機EL素子530は、図14に示すように、基板10上に順次積層された、陽極531、有機EL層532及び陰極(透明電極)533を有する。なお、陽極531は、実際には画素520に対応して複数形成される。また、有機EL層532も画素520に対応して複数形成されるとともに、それぞれ、電子輸送層、発光層、正孔輸送層等の各層が積層されて構成されている。
図15Aは、図14に示す有機EL表示装置における画素520の回路構成を示す回路図である。
図15Aに示すように、各画素520は、直交する走査線540と映像信号線550とによって区画されており、駆動トランジスタ571と、スイッチングトランジスタ572と、コンデンサ(キャパシタンス)580と、有機EL素子530とを備える。
駆動トランジスタ571は、有機EL素子530を駆動するトランジスタである。駆動トランジスタ571において、ゲート電極がコンタクトホールを介してスイッチングトランジスタ572のドレイン電極と接続され、ドレイン電極が電源線(不図示)に接続され、ソース電極が有機EL素子530の陽極に接続されている。
また、スイッチングトランジスタ572は、複数の画素520の中から発光させる画素を選択的に切り替える、すなわち複数の画素520の中から映像信号電圧を供給する画素520を選択するためのトランジスタである。スイッチングトランジスタ572において、ゲート電極は走査線540に接続され、ソース電極は映像信号線550に接続され、ドレイン電極はコンデンサ580及び駆動トランジスタ571のゲート電極に接続されている。
この構成において、走査線540にゲート信号が入力され、スイッチングトランジスタ572がオン状態になると、映像信号線550を介して供給された映像信号電圧がコンデンサ580に書き込まれる。コンデンサ580に書き込まれた映像信号電圧は、1フレーム期間を通じて保持され、この保持された映像信号電圧により、駆動トランジスタ571のコンダクタンスがアナログ的に変化し、発光階調に対応した駆動電流が有機EL素子530のアノードからカソードへと流れて有機EL素子530が発光する。
ここで、表示パネル500において、基板10の周辺領域10bに設けられた各駆動回路に形成された駆動トランジスタは、高速な駆動が要求される。したがって、各駆動回路に形成された駆動トランジスタとして、チャネルとして用いられる酸化物半導体層の移動度が高い第1の薄膜トランジスタ1を用いる。また、内部領域10a内のスイッチングトランジスタも、高速な駆動が要求される場合がある。この場合には、当該スイッチングトランジスタとして、第1の薄膜トランジスタ1を用いてもよい。また、基板10上の内部領域10a内の有機EL素子530を駆動するための駆動トランジスタは、上記駆動回路内の駆動トランジスタほど高速な駆動が要求されない。そのため、有機EL素子530を駆動するための駆動トランジスタとして、チャネルとして用いられる酸化物半導体層の移動度が低い第2の薄膜トランジスタ2を用いる。なお、内部領域10a内のスイッチングトランジスタに対して高速な駆動が要求されない場合には、内部領域10a内の全ての薄膜トランジスタとして第2の薄膜トランジスタ2を用いてもよい。
ここで、本実施の形態に係る表示パネル500の効果について図面を用いて説明する。図15B及び図15Cは、画素520内の駆動トランジスタ571の移動度と、チャネル寸法との関係を示す回路図である。図15B及び図15Cにおいて、駆動トランジスタ571のチャネル長L及びチャネル幅Wを模式的に示している。
本実施の形態に係る表示パネル500における画素520内の駆動トランジスタ571では、チャネルとして酸化物半導体が用いられるため、その移動度を精度よく調整することができる。そのため、画素の寸法及び有機EL素子に供給する電流に応じた適切な移動度を有する薄膜トランジスタを形成することができる。一方、例えば、駆動トランジスタ571に用いられる半導体層の移動度が適切な移動度に比べて小さ過ぎる場合には、有機EL素子に適切な電流を供給するために、チャネル幅(W)を広くする必要がある。この場合には、チャネル幅を広くするために、駆動トランジスタ571のチャネル幅方向の寸法が大きくなり、図15Bに示すように、駆動トランジスタ571が画素520内に収まらない。また、駆動トランジスタ571に用いられる半導体層の移動度が適切な移動度に比べて大き過ぎる場合には、有機EL素子に適切な電流を供給するために、チャネル長(L)を長くしてチャネルの抵抗を大きくする必要がある。この場合には、チャネル長を長くするために、駆動トランジスタ571のチャネル長方向の寸法が大きくなり、図15Bに示すように、駆動トランジスタ571が画素520内に収まらない。
以上のように、本実施の形態に係る表示パネル500では、チャネルとして酸化物半導体が用いられるため、その移動度を精度よく調整することができる。そのため、画素の寸法及び有機EL素子に供給する電流に応じた適切な移動度を有する薄膜トランジスタを形成することができる。
(その他変形例等)
以上、薄膜トランジスタ及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記各実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記各実施の形態では、薄膜トランジスタ基板上に移動度が相異なる二つの酸化物半導体層をそれぞれチャネルとして用いる二つの薄膜トランジスタが設けられる例を示したが、移動度が相異なる三つ以上の酸化物半導体層をそれぞれチャネルとして用いる三つ以上の薄膜トランジスタが設けられてもよい。
また、上記実施の形態3及び4に係る薄膜トランジスタ基板100b及び100cは、第1の酸化物半導体層41及び第2の酸化物半導体層42の二つの半導体層を備えたが、第1の酸化物半導体層41と第2の酸化物半導体層42との間に、さらに、酸化物半導体から構成される層を備えてもよい。また、第1の酸化物半導体層41と第2の酸化物半導体層42との間において、移動度が徐々に変化する構成が用いられてもよい。
また、上記各実施の形態に係る薄膜トランジスタ基板を、有機EL表示装置に適用する例について説明したが、上記各実施の形態及び変形例における薄膜トランジスタ基板は、液晶表示装置等の他の表示装置、薄膜トランジスタを用いたその他様々な電子機器等にも適用することもできる。
この場合、有機EL表示装置(有機ELパネル)や液晶表示装置等の表示装置は、フラットパネルディスプレイとして利用することができる。例えば、有機EL表示装置は、テレビジョンセット、パーソナルコンピュータ又は携帯電話等、あらゆる電子機器の表示パネルとして利用することができる。
その他、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
ここに開示された技術は、薄膜トランジスタ基板及び薄膜トランジスタ基板の製造方法として有用であり、薄膜トランジスタを用いた有機EL表示装置等の表示パネル又は薄膜トランジスタを用いたその他様々な電子機器等において広く利用することができる。
1、1a、1b、1c 第1の薄膜トランジスタ
2、2a、2b、2c 第2の薄膜トランジスタ
10 基板
10a 内部領域
10b 周辺領域
21 第1のゲート電極
21a、60a 導電膜
22 第2のゲート電極
30 ゲート絶縁層
41 第1の酸化物半導体層
41a 第1の酸化物半導体膜
42 第2の酸化物半導体層
42a 第2の酸化物半導体膜
50 チャネル保護層
50a チャネル保護膜
61S 第1のソース電極
61D 第1のドレイン電極
62S 第2のソース電極
62D 第2のドレイン電極
70 保護層
80 絶縁層
100、100a、100b、100c 薄膜トランジスタ基板
200 光
210 酸素プラズマ
310 ゲート駆動回路
320 ソース駆動回路
500 表示パネル
510 表示素子
520 画素
530 有機EL素子
531 陽極
532 有機EL層
533 陰極(透明電極)
540 走査線(ゲート線)
550 映像信号線(ソース線)
571 駆動トランジスタ
572 スイッチングトランジスタ
580 コンデンサ(キャパシタンス)

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板上に配置された第1の薄膜トランジスタ及び第2の薄膜トランジスタとを備え、
    前記第1の薄膜トランジスタは、第1のゲート電極と、チャネルとして用いられる第1の酸化物半導体層とを備え、
    前記第2の薄膜トランジスタは、第2のゲート電極と、チャネルとして用いられる第2の酸化物半導体層とを備え、
    前記第1の酸化物半導体層を構成する第1の酸化物半導体材料は、前記第2の酸化物半導体層を構成する第2の酸化物半導体材料と移動度が異なる
    薄膜トランジスタ基板。
  2. 前記第1の酸化物半導体層は、前記第1のゲート電極の上方に配置され、
    前記第1の薄膜トランジスタは、前記第1の酸化物半導体層上に配置された第3の酸化物半導体層を備え、
    前記第3の酸化物半導体層を構成する第3の酸化物半導体材料は、前記第1の酸化物半導体材料より移動度が低い
    請求項1に記載の薄膜トランジスタ基板。
  3. 前記第3の酸化物半導体材料は、前記第2の酸化物半導体材料である
    請求項2に記載の薄膜トランジスタ基板。
  4. 前記第1の薄膜トランジスタは、前記第1の酸化物半導体層の下方に配置された第4の酸化物半導体層を備え、
    前記第2の薄膜トランジスタは、前記第2の酸化物半導体層の上方に配置された第5の酸化物半導体層を備え、
    前記第1のゲート電極は、前記第1の酸化物半導体層の上方に配置され、
    前記第2のゲート電極は、前記第2の酸化物半導体層の下方に配置される
    請求項1に記載の薄膜トランジスタ基板。
  5. 前記第4の酸化物半導体層は、前記第2の酸化物半導体材料から構成され、
    前記第5の酸化物半導体層は、前記第1の酸化物半導体材料から構成される
    請求項4に記載の薄膜トランジスタ基板。
  6. 前記第1の酸化物半導体材料と、前記第2の酸化物半導体材料とは、互いに元素構成が異なる
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板。
  7. 前記第1の酸化物半導体材料と、前記第2の酸化物半導体材料とは、元素構成が同一であり、かつ、互いに元素比が異なる
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の薄膜トランジスタ基板と、
    前記薄膜トランジスタ基板上に配置された表示素子と、
    前記表示素子内にマトリクス状に配置された複数の画素と、
    前記薄膜トランジスタ基板上に配置された、前記表示素子を駆動するための駆動回路とを備える表示パネルであって、
    前記第1の酸化物半導体材料は、前記第2の酸化物半導体材料より、移動度が高く、
    前記第1の薄膜トランジスタは、前記複数の画素の各画素内に配置され、かつ、発光させる画素を選択的に切り替えるスイッチングトランジスタ、及び、前記駆動回路における駆動トランジスタの少なくとも一方であり、
    前記第2の薄膜トランジスタは、前記複数の画素の各画素内に配置され、かつ、前記各画素内の発光素子を駆動する駆動トランジスタである
    表示パネル。
  9. 薄膜トランジスタ基板の製造方法であって、
    基板を準備する第1の工程と、
    前記基板の上方に、第1のゲート電極及び第2のゲート電極を形成する第2の工程と、
    前記基板の上方に、第1の酸化物半導体層及び第2の酸化物半導体層を形成する第3の工程と、
    前記第1のゲート電極、及び、前記第1のゲート電極によってチャネルが形成される前記第1の酸化物半導体層を備える第1の薄膜トランジスタを形成する第4の工程と、
    前記第2のゲート電極、及び、前記第2のゲート電極によってチャネルが形成される前記第2の酸化物半導体層を備える第2の薄膜トランジスタを形成する第5の工程とを含み、
    前記第1の酸化物半導体層を構成する第1の酸化物半導体材料は、前記第2の酸化物半導体層を構成する第2の酸化物半導体材料と移動度が異なる
    薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  10. 前記第3の工程は、
    前記第2の酸化物半導体材料から構成される第2の酸化物半導体膜を成膜する工程と、
    前記第2の酸化物半導体膜の一部の領域を熱処理する工程と、
    前記第2の酸化物半導体膜の前記一部の領域をパターニングして前記第1の酸化物半導体層を形成する工程と、
    前記第2の酸化物半導体膜の前記一部の領域以外の領域をパターニングして前記第2の酸化物半導体層を形成する工程とを含む
    請求項9に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  11. 前記第3の工程は、
    前記第1のゲート電極の上方に前記第1の酸化物半導体材料から構成される第1の酸化物半導体膜を成膜する工程と、
    前記第1の酸化物半導体膜をパターニングして前記第1の酸化物半導体層を形成する工程と、
    前記第1の酸化物半導体層上、及び、前記第2のゲート電極の上方に、前記第2の酸化物半導体材料から構成される第2の酸化物半導体膜を成膜する工程と、
    前記第2の酸化物半導体膜をパターニングして、前記第1の酸化物半導体層上、及び、前記第2のゲート電極の上方に、前記第2の酸化物半導体層を形成する工程とを含み、
    前記第2の酸化物半導体材料は、前記第1の酸化物半導体材料より移動度が低い
    請求項9に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
  12. 前記第3の工程は、
    前記第2の酸化物半導体材料から構成される第2の酸化物半導体膜を成膜する工程と、
    前記第2の酸化物半導体膜上に、前記第1の酸化物半導体材料から構成される第1の酸化物半導体膜を成膜する工程と、
    前記第1の酸化物半導体膜及び前記第2の酸化物半導体膜をパターニングして、前記第1のゲート電極が形成される位置の下方と前記第2のゲート電極の上方との各々に、前記第1の酸化物半導体層と前記第2の酸化物半導体層とを形成する工程とを含む
    請求項9に記載の薄膜トランジスタ基板の製造方法。
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