KR20120026005A - Thin film transistor, method of manufacturing the same, and device having the thin film transistor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 산화물 반도체막을 구비한 박막 트랜지스터 및, 그 제조 방법에 관한 것이다. 또, 본 발명은, 그 박막 트랜지스터를 사용한 표시 장치, 이미징 센서 및 X 선 디지털 촬영 장치 등의 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a thin film transistor having an oxide semiconductor film and a method of manufacturing the same. Moreover, this invention relates to apparatuses, such as a display apparatus, an imaging sensor, and an X-ray digital imaging apparatus using the thin film transistor.
최근, In-Ga-Zn-O 계 (IGZO) 의 산화물 반도체 박막을 채널층에 사용한 박막 트랜지스터의 연구?개발이 활발하다. 상기 산화물 박막은 저온 성막이 가능하고, 또한 아모르퍼스 실리콘보다 고이동도를 나타내며, 나아가 가시광에 투명한 점에서, 플라스틱판이나 필름 등의 기판 상에 플렉시블한 투명 박막 트랜지스터를 형성하는 것이 가능하다.Recently, research and development of thin film transistors using oxide semiconductor thin films of In—Ga—Zn—O based (IGZO) as channel layers have been actively conducted. The oxide thin film can be formed at a low temperature, exhibits higher mobility than amorphous silicon, and is transparent to visible light, and thus it is possible to form a flexible transparent thin film transistor on a substrate such as a plastic plate or a film.
표 1 에 각종 트랜지스터 특성의 이동도, 프로세스 온도 등의 비교표를 나타낸다.Table 1 shows a comparison table of mobility of various transistor characteristics, process temperature and the like.
종래의 폴리실리콘 박막 트랜지스터는 100 ㎠/Vs 정도의 이동도를 얻는 것이 가능한데, 프로세스 온도가 450 ℃ 이상으로 매우 높기 때문에, 내열성이 높은 기판만 형성할 수 있어, 저비용, 대면적, 플렉시블화에는 적합하지 않다. 또, 아모르퍼스 실리콘 박막 트랜지스터는 300 ℃ 정도의 비교적 저온에서 형성 가능하기 때문에 기판의 선택성은 폴리실리콘에 비해 넓지만, 겨우 1 ㎠/Vs 정도의 이동도만 얻어져 고정밀 디스플레이 용도에는 적합하지 않다. 한편, 저온 성막이라는 관점에서는 유기 박막 트랜지스터는 100 ℃ 이하에서의 형성이 가능하기 때문에, 내열성이 낮은 플라스틱 필름 기판 등을 사용한 플렉시블 디스플레이 용도 등에 대한 응용이 기대되어 있는데, 이동도는 아모르퍼스 실리콘과 동일한 정도의 결과만 얻어진다.Conventional polysilicon thin film transistors can achieve a mobility of about 100
즉, 300 ℃ 정도 이하의, 비교적 저온에서의 형성이 가능하고, 또한 100 ㎠/Vs 정도 이상의 고이동도를 갖는 박막 트랜지스터를 실현하는 것은 곤란하다.That is, it is difficult to realize a thin film transistor having a relatively low temperature of about 300 ° C. or less and having a high mobility of about 100
트랜지스터의 캐리어 이동도를 향상시키는 방법으로서, 전자 친화력이 상이한 이종 반도체를 접합시켜, 양자 우물을 트랜지스터의 체널로 하여 이용하는 HEMT (High Electron Mobility Transistor : 고전자 이동도 트랜지스터) 구조가 제안되어 있다. 산화물 반도체 박막 트랜지스터에 있어서는 ZnO 를 ZnMgO 사이에 둔 HEMT 구조 디바이스를 제작하여, 140 ㎠/Vs 라는 높은 이동도가 얻어진 문헌 보고가 이루어져 있다 (비특허문헌 1).As a method of improving the carrier mobility of a transistor, there has been proposed a HEMT (High Electron Mobility Transistor) structure in which heterogeneous semiconductors having different electron affinity are bonded to each other and a quantum well is used as a channel of the transistor. In oxide semiconductor thin film transistors, there is a literature report in which a HEMT structure device having ZnO sandwiched between ZnMgO is produced and a high mobility of 140
또, IGZO 계의 산화물 반도체 박막을 사용한 박막 트랜지스터에 있어서, 물리량이 상이한 IGZO 막을 다층 구조로 하여 활성층으로서 사용하는 박막 트랜지스터가 제안되어 있다. 특허문헌 1 에는, 비정질 산화물을 포함하는 활성층이, 제 1 영역과, 제 1 영역보다 게이트 절연막에 가까운 제 2 영역을 포함하는 2 층 구조로 되어 있고, 제 2 영역의 산소 농도가, 제 1 영역의 산소 농도보다 높은 것을 특징으로 하는 전계 효과형 트랜지스터에 대해 기재가 이루어져 있다. 이와 같은 구조로 함으로써, 게이트 절연막측의 활성층의 전기 저항이 높아지기 때문에, 채널이 비정질 산화물의 내부에 형성되어, 리크 전류를 줄이는 것이 가능한 것이 기재되어 있다.Moreover, in the thin film transistor using the IGZO-type oxide semiconductor thin film, the thin film transistor which uses an IGZO film | membrane in which physical quantity differs as a multilayered structure, and uses it as an active layer is proposed. In
또, 특허문헌 2 에는, IGZO 계의 산화물 반도체 박막과, a-Si 박막의 다층 구조로 이루어지는 활성층을 갖는 박막 트랜지스터가 제안되어 있다. 에너지 밴드 갭이 작은 a-Si 막을, 보다 에너지 갭이 큰 IGZO 막 사이에 둠으로써, 층 두께 방향에 대해 활성층 중심의 a-Si 부분에 캐리어가 집중하여, 전계 효과 이동도가 종래의 a-Si 막과 비교하여 상승하였다는 기재가 있다.In addition,
특허문헌 3 에는, 전계 효과 이동도가 높고, 고 ON/OFF 비를 나타내는 아모르퍼스 산화물 반도체를 사용한 전계 효과형 트랜지스터로서, 활성층과 소스/드레인 전극 사이에 Ga 함유율이 활성층의 산화물의 Ga 함유율보다 높은 산화물을 함유하는 저항층을 구비한 구성이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 1 에서는, 활성층의 전자 친화력차에 의해 캐리어 주행층에 캐리어를 공급하는 설계로 되어 있지 않다. 또, 리크 전류를 줄이는 것이 가능하다는 기재가 있지만, 충분한 캐리어 밀도가 얻어지지 않아, 결과적으로 충분한 이동도가 얻어지지 않는다는 문제점이 있다.However, in
비특허문헌 1 에서는 고이동도를 얻기 위해서, 분자선 에피택시법 (MBE 법) 에 의한 에피택셜 성장에 의해, 헤테로 구조 전계 효과 트랜지스터 (HEMT) 를 제작하고 있어, 기판과 반도체막층의 격자 부정합을 매우 작게 할 필요가 있다. 그 때문에 기판 온도를 700 ℃ 초과로 가열할 필요가 있어, 기재의 선택성을 현저하게 저하시킨다는 문제점이 있다.In
특허문헌 2 에서는 양자 우물부인 캐리어 주행층에 산화물 반도체와 비교하여 1 자리수 정도 이동도가 낮은 비정질 실리콘을 이용하고 있기 때문에, 충분한 이동도가 얻어지지 않는다. 또, 산화물 반도체인 IGZO 막과 비산화물인 a-Si 라는 이종 반도체 재료를 접합하고 있어, 양호한 접합 계면이 얻어지지 않는다는 문제점이 있다.In
특허문헌 3 에서는, 활성층이 되는 IGZO 막의 캐리어 농도를 저해하지 않고, On/Off 비를 향상시키는 수단으로서 전극층과 활성층 사이에 저항층을 삽입하는 것이 제안되어 있는데, 전자 친화력에 의한 설계는 고려되지 않고, 저항층으로부터 활성층에 대한 충분한 캐리어의 유입이 없기 때문에, 종래의 IGZO 단막의 이동도를 웃도는 전계 효과 이동도는 얻어지지 않는다는 문제점이 있다.In
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 산화물 반도체, 특히 IGZO 계의 산화물 반도체에 관해서, 저온 (예를 들어 300 ℃ 이하) 에서 제작 가능하고, 높은 전계 효과 이동도를 나타내는 박막 트랜지스터 및, 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. 또, 본 발명은, 채널층에 있어서 높은 전자 이동도를 갖는 박막 트랜지스터를 구비한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.This invention is made | formed in view of the said situation, The thin film transistor which can manufacture at low temperature (for example, 300 degrees C or less) about oxide semiconductor, especially IGZO-type oxide semiconductor, and shows the high field effect mobility, and its It is an object to provide a manufacturing method. Moreover, an object of this invention is to provide the apparatus provided with the thin film transistor which has high electron mobility in a channel layer.
본 발명의 박막 트랜지스터는, 기판 상에, 활성층과, 소스 전극과, 드레인 전극과, 게이트 절연막과, 게이트 전극을 갖는 박막 트랜지스터로서,The thin film transistor of the present invention is a thin film transistor having an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate,
상기 활성층이, 상기 게이트 전극측에 상기 게이트 절연막을 개재하여 배치된, 제 1 전자 친화력을 갖는 제 1 영역과, 상기 게이트 전극에 먼 측에 배치된, 상기 제 1 전자 친화력보다 작은 제 2 전자 친화력을 갖는 제 2 영역을 포함하고,The first layer having a first electron affinity, wherein the active layer is disposed on the gate electrode side via the gate insulating film, and a second electron affinity smaller than the first electron affinity, disposed on a side far from the gate electrode. A second region having:
상기 활성층의 막 두께 방향에 있어서, 상기 제 1 영역을 우물층, 상기 제 2 영역과 상기 게이트 절연막을 장벽층으로 하는 우물형 포텐셜이 구성되어 있고, In the film thickness direction of the active layer, a well type potential having the first region as the well layer, the second region and the gate insulating film as a barrier layer is formed.
상기 활성층이, a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체층이며 (여기서 a, b, c 는, 각각 a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, 또한 a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0 이다.), 상기 제 2 영역의 b/(a + b) 가 상기 제 1 영역의 b/(a + b) 보다 큰 것을 특징으로 한다.The active layer is an oxide semiconductor layer composed of a (In 2 O 3 ) to b (Ga 2 O 3 ) to c (ZnO) (where a, b, and c are each a? 0, b? 0, and c? 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0.), b / (a + b) of the second region is greater than b / (a + b) of the first region. It is characterized by large.
도 1 에 반도체 전자 구조의 파라미터를 나타낸다. 전자 친화력 (χ) 이란, 전자를 하나 부여하는 데에 필요로 하는 에너지를 의미하고, 반도체의 경우에는 전도체 하단 (Ec) 으로부터 진공 준위 (EVac) 까지의 에너지차를 가리킨다. 전자 친화력은 도 1 에 나타내는 바와 같이, 이온화 포텐셜 (I) 과 밴드 갭 에너지 (Eg) 의 차로부터 구하는 것이 가능하다. 이온화 포텐셜 (I) 은 광 전자 분광 측정으로부터, 밴드 갭 에너지 (Eg) 는 투과 스펙트럼 측정 및 반사 스펙트럼 측정으로부터 얻는 것이 가능하다.The parameter of a semiconductor electronic structure is shown in FIG. The electron affinity (χ) means the energy required to give one electron, and in the case of a semiconductor, it refers to the energy difference from the lower end of the conductor (Ec) to the vacuum level (EVac). As shown in FIG. 1, the electron affinity can be determined from the difference between the ionization potential I and the band gap energy Eg. The ionization potential (I) can be obtained from the photoelectron spectroscopy measurement, and the band gap energy (Eg) can be obtained from the transmission spectrum measurement and the reflection spectrum measurement.
즉, 본 발명의 박막 트랜지스터는, 도 2a 에 그 포텐셜 구조를 나타내는 바와 같이, a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체층이 그 게이트 전극측 (도 2a 에 있어서는 게이트 절연막측) 으로부터 막 두께 방향으로 제 1 영역 (A1), 제 2 영역 (A2) 을 포함하고, 제 1 영역 (A1) 의 전자 친화력 (χ1) 이, 제 2 영역의 전자 친화력 (χ2) 보다 크게 우물형 포텐셜을 구성하고, 상기 제 2 영역의 b/(a + b) 를, 상기 제 1 영역의 b/(a + b) 보다 크게 함으로써, 제 1 영역 (A1) 과 제 2 영역 (A2) 의 전자 친화력차를 부여하는 것을 특징으로 한다.That is, in the thin film transistor of the present invention, an oxide semiconductor layer composed of a (In 2 O 3 ) to b (Ga 2 O 3 ) to c (ZnO) has its gate electrode side as shown in FIG. 2A. In the film thickness direction from the gate insulating film side in FIG. 2A, the first region A 1 and the second region A 2 are included, and the electron affinity χ 1 of the first region A 1 is defined as the first region A 1 . By constructing a well type potential larger than the electron affinity (χ 2 ) of the two regions, and making b / (a + b) of the second region larger than b / (a + b) of the first region, the first It is characterized by providing an electron affinity difference between the region A 1 and the second region A 2 .
또한 여기서, 「영역」이란, 막 두께 방향에 있어서의 3 차원적인 영역 (부분) 을 나타내는 것이다. 또한, 산화물 반도체층의 제 1, 제 2 영역은 동종의 재료에 의해 구성되어 있는 것으로 하고 있다. 동종이란, 막을 구성하는 원소종이 동일하고, 카티온 조성비나 산소 농도가 상이한 것, 또는, 구성 원소의 일부에, 상이한 원소가 도프되어 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 서로 Ga/(In + Ga) 가 상이한 IGZO 막은 동종이며, IGZO 막과 Zn 의 일부에 Mg 를 도프한 IGZO 막과는 동종이다.In addition, a "region" shows the three-dimensional area | region (part) in a film thickness direction here. In addition, the 1st, 2nd area | region of an oxide semiconductor layer shall be comprised with the same kind of material. The same kind means that the element species constituting the film are the same, the cation composition ratio and the oxygen concentration being different, or that different elements are doped in a part of the constituent elements. For example, IGZO films having Ga / (In + Ga) different from each other are the same type, and are the same as the IGZO films in which Mg is doped in part of the IGZO film and Zn.
영역 (A1, A2) 에 있어서 b/(a + b) 를 변조함으로써 각 영역간에 포텐셜차 (전자 친화력차) 를 부여시킬 수 있다. 또, 영역 (A1) 의 산소 농도를 영역 (A2) 의 산소 농도보다 크게 함으로써, 추가적인 전자 친화력차를 부여할 수 있다. 본 발명에 있어서는 b/(a + b) 와 산소 농도를 동시에 변조시켜도 된다.Region modulates b / (a + b) in (A 1, A 2) by it is possible to impart a potential difference (the electron affinity difference), the respective inter-region. Further, by increasing the oxygen concentration in the region A 1 than the oxygen concentration in the region A 2 , an additional electron affinity difference can be provided. In this invention, you may modulate b / (a + b) and oxygen concentration simultaneously.
여기서, 상기 제 1, 제 2 영역에 있어서의 카티온 조성비를 변조, 및/또는, 산소 농도 변조에 의한 전자 친화력차는 0.17 eV 이상, 1.3 eV 이하인 것이 바람직하고, 나아가서는, 제 1, 제 2 영역에 있어서의 전자 친화력차가 0.32 eV 이상, 1.3 eV 이하인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the electron affinity difference by modulating the cation composition ratio in the said 1st, 2nd area | region and / or oxygen concentration modulation is 0.17 eV or more and 1.3 eV or less, Furthermore, 1st, 2nd area | region It is preferable that the electron affinity difference in is 0.32 eV or more and 1.3 eV or less.
제 1, 제 2 영역의 전자 친화력차가, 0.17 eV 이상이면, 제 2 영역으로부터 제 1 영역으로 효율적으로 캐리어가 흘러들어, 높은 캐리어 농도와 이동도를 얻을 수 있다.If the electron affinity difference of a 1st, 2nd area | region is 0.17 eV or more, carrier will flow efficiently from a 2nd area | region to a 1st area | region, and high carrier concentration and mobility can be obtained.
또, 본 발명의 박막 트랜지스터에 있어서, 전자 친화력차를 증대시켜 가면 제 1 영역에 공급되는 캐리어량이 상승하여, 이동도가 증대되어 나가는 현상이 관찰된다. 산화물 반도체층 중의 In, Ga, Zn 중 Zn 조성비를 고정한 채로 b/(a + b) 를 변조하여 전자 친화력차를 증대시켜 가면 최대로 대략 1.3 eV 의 전자 친화력차가 얻어진다. 이 이상의 전자 친화력차를 얻기 위해서는 예를 들어, 활성층 중의 Zn 량을 대폭 변조하는 수법이 있지만, Zn 량을 대폭 변조하면 산화물 반도체층에 있어서의 아모르퍼스 구조가 불안정해져, TFT 특성의 불안정성, 불균일성을 초래하는 점에서, 상기 전자 친화력차는 1.3 eV 이하인 것이 바람직하다.Moreover, in the thin film transistor of this invention, when the electron affinity difference increases, the quantity of carrier supplied to a 1st area | region increases, and the phenomenon that mobility increases is observed. The electron affinity difference of approximately 1.3 eV is obtained when modulating b / (a + b) to increase the electron affinity difference while fixing the Zn composition ratio among In, Ga, and Zn in the oxide semiconductor layer. In order to obtain the above electron affinity difference, for example, there is a method of greatly modulating the amount of Zn in the active layer. However, if the amount of Zn is greatly modulated, the amorphous structure in the oxide semiconductor layer becomes unstable, resulting in instability and nonuniformity of the TFT characteristics. In this regard, the electron affinity difference is preferably 1.3 eV or less.
본 발명의 박막 트랜지스터에 있어서는, 산화물 반도체층은 비정질막인 것이 바람직하다.In the thin film transistor of the present invention, the oxide semiconductor layer is preferably an amorphous film.
상기 산화물 반도체층이 비정질인지 여부는, X 선 회절 측정에 의해 확인할 수 있다. 즉, X 선 회절 측정에 의해, 결정 구조를 나타내는 명확한 피크가 검출되지 않은 경우에는, 그 산화물 반도체층은 비정질인 것으로 판단할 수 있다.Whether or not the oxide semiconductor layer is amorphous can be confirmed by X-ray diffraction measurement. That is, when the clear peak which shows a crystal structure is not detected by X-ray diffraction measurement, it can be judged that the oxide semiconductor layer is amorphous.
본 발명의 박막 트랜지스터는, a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체를 활성층에 이용하여, 제 1 영역 (A1) 의 b/(a + b)) 가 0.5 보다 작은 것이 바람직하다.In the thin film transistor of the present invention, an oxide semiconductor composed of a (In 2 O 3 ) to b (Ga 2 O 3 ) to c (ZnO) is used as an active layer, and b / (a +) of the first region A 1 is used. b) is preferably less than 0.5.
더욱 바람직하게는, 제 1 영역 (A1) 의 b/(a + b) 가 0.4 보다 작고, 또한, 제 2 영역 (A2) 의 b/(a + b) 가 0.6 이상인 것이 바람직하다.More preferably not less than, the first region (A 1) b / (a + b) is less than 0.4, and the second area (A 2) b / (a + b) is 0.6 is preferred.
본 발명의 박막 트랜지스터에 있어서는, 상기 기판이 가요성을 갖는 것이 바람직하다.In the thin film transistor of this invention, it is preferable that the said board | substrate has flexibility.
가요성을 갖는 기판으로서는, 포화 폴리에스테르/폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 계 수지 기판, 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 수지 기판, 가교 푸마르산디에스테르계 수지 기판, 폴리카보네이트 (PC) 계 수지 기판, 폴리에테르술폰 (PES) 수지 기판, 폴리술폰 (PSF, PSU) 수지 기판, 폴리아릴레이트 (PAR) 수지 기판, 고리형 폴리올레핀 (COP, COC) 수지 기판, 셀룰로오스계 수지 기판, 폴리이미드 (PI) 수지 기판, 폴리아미드이미드 (PAI) 수지 기판, 말레이미드-올레핀 수지 기판, 폴리아미드 (PA) 수지 기판, 아크릴계 수지 기판, 불소계 수지 기판, 에폭시계 수지 기판, 실리콘계 수지 필름 기판, 폴리벤즈아졸계 수지 기판, 에피술피드 화합물에 의한 기판, 액정 폴리머 (LCP) 기판, 시아네이트계 수지 기판, 방향족 에테르계 수지 기판, 산화규소 입자와의 복합 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 금속 나노 입자, 무기 산화물 나노 입자, 무기 질화물 나노 입자 등의 나노 입자와의 복합 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 금속계?무기계의 나노 화이버 및 마이크로 화이버와의 복합 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 카본 섬유, 카본나노튜브와의 복합 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 유리 페레이크, 유리 화이버, 유리 비즈와의 복합 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 점토 광물이나, 운모 파생 결정 구조를 갖는 입자와의 복합 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 얇은 유리와 상기 단독 유기 재료 사이에 적어도 1 회의 접합 계면을 갖는 적층 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 무기층 (예를 들어, SiO2, Al2O3, SiOxNy) 과 유기층을 교대로 적층함으로써, 적어도 1 회 이상의 접합 계면을 갖는 배리어 성능을 갖는 복합 재료로 이루어지는 기판, 스테인리스 기판, 스테인리스와 이종 금속을 적층한 금속 다층 기판, 알루미늄 기판, 표면에 산화 처리 (예를 들어, 양극 산화 처리) 를 실시함으로써, 표면의 절연성을 향상시킨 산화 피막 형성의 알루미늄 기판 등을 들 수 있다.Examples of flexible substrates include saturated polyester / polyethylene terephthalate (PET) resin substrates, polyethylene naphthalate (PEN) resin substrates, crosslinked fumaric acid diester resin substrates, polycarbonate (PC) resin substrates, and polyether sulfones. (PES) resin substrate, polysulfone (PSF, PSU) resin substrate, polyarylate (PAR) resin substrate, cyclic polyolefin (COP, COC) resin substrate, cellulose resin substrate, polyimide (PI) resin substrate, poly Amideimide (PAI) resin substrate, maleimide-olefin resin substrate, polyamide (PA) resin substrate, acrylic resin substrate, fluorine resin substrate, epoxy resin substrate, silicone resin film substrate, polybenzazole resin substrate, episulfate Composite plastics with a substrate by a feed compound, a liquid crystal polymer (LCP) substrate, a cyanate resin substrate, an aromatic ether resin substrate, and silicon oxide particles Substrates made of composite plastic materials with nanoparticles such as substrates made of materials, metal nanoparticles, inorganic oxide nanoparticles and inorganic nitride nanoparticles, substrates made of composite plastic materials with metal- and inorganic-free nanofibers and microfibers, and carbon fibers , A substrate made of a composite plastic material with carbon nanotubes, a substrate made of a composite plastic material with glass peroxide, glass fibers, glass beads, a substrate made of a composite plastic material with clay minerals or particles having a mica-derived crystal structure A substrate made of a laminated plastic material having at least one bonding interface between the thin glass and the single organic material, an inorganic layer (for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , SiO x N y ) and an organic layer are alternately laminated Thus, the composite having a barrier performance having at least one bonding interface A substrate made of a material, a stainless steel substrate, a metal multilayer substrate in which stainless steels and dissimilar metals are laminated, an aluminum substrate, and an aluminum substrate having an oxide film formed thereon by performing an oxidation treatment (for example, anodizing treatment) on the surface. Etc. can be mentioned.
본 발명의 제 1 박막 트랜지스터의 제조 방법은, 기판 상에, 활성층과, 소스 전극과, 드레인 전극과, 게이트 절연막과, 게이트 전극을 갖는 박막 트랜지스터로서, 상기 활성층이, 상기 게이트 전극측에 상기 게이트 절연막을 개재하여 배치된, 제 1 전자 친화력을 갖는 제 1 영역과, 상기 게이트 전극에 먼 측에 배치된, 상기 제 1 전자 친화력보다 작은 제 2 전자 친화력을 갖는 제 2 영역을 포함하고, 그 활성층의 막 두께 방향에 있어서, 상기 제 1 영역을 우물층, 상기 제 2 영역과 상기 게이트 절연막을 장벽층으로 하는 우물형 포텐셜이 구성되도록, 상기 활성층으로서, a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체층 (여기서 a, b, c 는, 각각 a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, 또한 a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0 이다.) 을 스퍼터법에 의해 성막하는 성막 공정을 포함하고,The manufacturing method of the 1st thin film transistor of this invention is a thin film transistor which has an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a board | substrate, The said active layer has the said gate at the said gate electrode side. An active layer comprising a first region having a first electron affinity disposed through an insulating film and a second region having a second electron affinity smaller than the first electron affinity disposed on a side far from the gate electrode, the active layer In the film thickness direction of a (In 2 O 3 )? B (Ga), as the active layer, a well type potential having the first region as the well layer, the second region and the gate insulating film as a barrier layer is formed. An oxide semiconductor layer composed of 2 O 3 )? C (ZnO), where a, b, and c are each a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0.) is formed by a sputtering method. Together,
그 성막 공정에 있어서, 성막실 내를 제 1 산소 분압/아르곤 분압 하에서 상기 제 1 영역을 성막하고, 상기 성막실 내를 제 2 산소 분압/아르곤 분압 하에서, 제 1 영역의 b/(a + b) 보다 큰 b/(a + b) 가 되는 조성비의 상기 제 2 영역을 성막하는 것을 특징으로 한다.In the film formation step, the first region is formed in the film formation chamber under a first oxygen partial pressure / argon partial pressure, and the inside of the film formation chamber is subjected to b / (a + b) of the first region under a second oxygen partial pressure / argon partial pressure. And forming the second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than).
여기서, 상기 제 2 산소 분압/아르곤 분압을, 상기 제 1 산소 분압/아르곤 분압보다 작게 하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to make said 2nd oxygen partial pressure / argon partial pressure smaller than the said 1st oxygen partial pressure / argon partial pressure.
본 발명의 제 2 박막 트랜지스터의 제조 방법은, 기판 상에, 활성층과, 소스 전극과, 드레인 전극과, 게이트 절연막과, 게이트 전극을 갖는 박막 트랜지스터로서, 상기 활성층이, 상기 게이트 전극측에 상기 게이트 절연막을 개재하여 배치된, 제 1 전자 친화력을 갖는 제 1 영역과, 상기 게이트 전극에 먼 측에 배치된, 상기 제 1 전자 친화력보다 작은 제 2 전자 친화력을 갖는 제 2 영역을 포함하고, 그 활성층의 막 두께 방향에 있어서, 상기 제 1 영역을 우물층, 상기 제 2 영역과 상기 게이트 절연막을 장벽층으로 하는 우물형 포텐셜이 구성되도록, 상기 활성층으로서, a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체층 (여기서 a, b, c 는, 각각 a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, 또한 a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0 이다.) 을 스퍼터법에 의해 성막하는 성막 공정을 포함하고,The manufacturing method of the 2nd thin film transistor of this invention is a thin film transistor which has an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a board | substrate, The said active layer has the said gate at the said gate electrode side. An active layer comprising a first region having a first electron affinity disposed through an insulating film and a second region having a second electron affinity smaller than the first electron affinity disposed on a side far from the gate electrode, the active layer In the film thickness direction of a (In 2 O 3 )? B (Ga), as the active layer, a well type potential having the first region as the well layer, the second region and the gate insulating film as a barrier layer is formed. An oxide semiconductor layer composed of 2 O 3 )? C (ZnO), where a, b, and c are each a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0.) is formed by a sputtering method. Together,
그 성막 공정이, 상기 제 1 영역과, 제 1 영역의 b/(a + b) 보다 큰 b/(a + b) 가 되는 조성비의 상기 제 2 영역을 성막하는 공정을 포함하고, 상기 제 1 영역의 성막 중 및/또는 그 제 1 영역을 성막한 후에, 그 제 1 영역의 성막면에 산소 함유 라디칼을 조사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The film forming step includes the step of forming the first region and the second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than b / (a + b) of the first region, wherein the first region is formed. And depositing oxygen-containing radicals on the film formation surface of the first region after the film formation of the region and / or the first region.
본 발명의 제 3 박막 트랜지스터의 제조 방법은, 기판 상에, 활성층과, 소스 전극과, 드레인 전극과, 게이트 절연막과, 게이트 전극을 갖는 박막 트랜지스터로서, 상기 활성층이, 상기 게이트 전극측에 상기 게이트 절연막을 개재하여 배치된, 제 1 전자 친화력을 갖는 제 1 영역과, 상기 게이트 전극에 먼 측에 배치된, 상기 제 1 전자 친화력보다 작은 제 2 전자 친화력을 갖는 제 2 영역을 포함하고, 그 활성층의 막 두께 방향에 있어서, 상기 제 1 영역을 우물층, 상기 제 2 영역과 상기 게이트 절연막을 장벽층으로 하는 우물형 포텐셜이 구성되도록, 상기 활성층으로서, a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체층 (여기서 a, b, c 는, 각각 a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, 또한 a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0 이다.) 을 스퍼터법에 의해 성막하는 성막 공정을 포함하고,The manufacturing method of the 3rd thin film transistor of this invention is a thin film transistor which has an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a board | substrate, The said active layer has the said gate at the said gate electrode side. An active layer comprising a first region having a first electron affinity disposed through an insulating film and a second region having a second electron affinity smaller than the first electron affinity disposed on a side far from the gate electrode, the active layer In the film thickness direction of a (In 2 O 3 )? B (Ga), as the active layer, a well type potential having the first region as the well layer, the second region and the gate insulating film as a barrier layer is formed. An oxide semiconductor layer composed of 2 O 3 )? C (ZnO), where a, b, and c are each a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0.) is formed by a sputtering method. Together,
그 성막 공정이, 상기 제 1 영역과, 제 1 영역의 b/(a + b) 보다 큰 b/(a + b) 가 되는 조성비의 상기 제 2 영역을 성막하는 공정을 포함하고, 상기 제 1 영역의 성막 중 및/또는 제 1 영역의 성막 후에, 오존 분위기 중에서 그 제 1 영역의 성막면에 자외선을 조사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The film forming step includes the step of forming the first region and the second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than b / (a + b) of the first region, wherein the first region is formed. And during the film formation of the region and / or after the film formation of the first region, irradiating ultraviolet rays to the film forming surface of the first region in an ozone atmosphere.
또한, 본 발명의 제 1 내지 제 3 박막 트랜지스터의 제조 방법에 있어서는, 모두 상기 성막 공정 동안, 성막 기판을 대기에 노출시키지 않는 것이 바람직하다.Moreover, in the manufacturing method of the 1st thru | or 3rd thin film transistor of this invention, it is preferable that all the film-forming board | substrates are not exposed to air | atmosphere during the said film-forming process.
본 발명의 표시 장치는, 본 발명의 박막 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.The display device of the present invention includes the thin film transistor of the present invention.
본 발명 이미지 센서는, 본 발명의 박막 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.The image sensor of the present invention includes the thin film transistor of the present invention.
본 발명의 X 선 센서는, 본 발명의 박막 트랜지스터를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.The X-ray sensor of the present invention includes the thin film transistor of the present invention.
본 발명의 X 선 디지털 촬영 장치는, 본 발명의 X 선 센서를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다. The X-ray digital photographing apparatus of the present invention is characterized by comprising the X-ray sensor of the present invention.
본 발명의 박막 트랜지스터는, a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체층의 제 1 영역이, 보다 전자 친화력이 작은 제 2 영역과 접하고 있고, 제 1 영역의 전도대 하단이 제 2 영역, 및 게이트 절연막을 포텐셜 장벽으로 하는 우물형 포텐셜 구조를 형성한다. 그 결과, 제 1 영역에 대한 전자 캐리어의 유입이 일어나, 제 1 영역의 조성비나 산소 결손량을 변화시키지 않고, 캐리어 밀도를 높일 수 있으므로 높은 이동도를 갖는 것으로 할 수 있다.In the thin film transistor of the present invention, the first region of the oxide semiconductor layer made of a (In 2 O 3 ) to b (Ga 2 O 3 ) to c (ZnO) is in contact with a second region having a smaller electron affinity, The lower end of the conduction band of the first region forms a well type potential structure in which the second region and the gate insulating film are potential barriers. As a result, an electron carrier flows into a 1st area | region, and since a carrier density can be made high without changing the composition ratio and oxygen deficiency amount of a 1st area | region, it can be set as having high mobility.
일반적으로, 산화물 반도체에 있어서는, 캐리어 밀도를 높이기 위해서, 산소 결손량을 늘리는 것이 이루어지는데, 과잉인 산소 결손은 동시에 캐리어에 대한 산란체가 되어, 이동도를 저하시키는 요인이 된다. 본 발명에 있어서는, 우물층이 되는 제 1 영역에 있어서 산소 결손량을 늘릴 필요가 없기 때문에, 우물형 포텐셜 구조에 의한 캐리어의 증대에 더하여 채널층이 되는 제 1 영역 중의 산소 결손에 의한 이동도 저하가 억제되어, 추가적인 이동도의 향상이 가능하다.In general, in an oxide semiconductor, in order to increase the carrier density, the amount of oxygen deficiency is increased. Excess oxygen deficiency simultaneously becomes a scatterer for the carrier, which causes a decrease in mobility. In the present invention, since the oxygen vacancies need not be increased in the first region serving as the well layer, the mobility caused by oxygen vacancies in the first region serving as the channel layer is reduced in addition to the increase of the carrier by the well type potential structure. Is suppressed, and further mobility can be improved.
본 발명의 박막 트랜지스터는 a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체층은, 제 1, 제 2 영역에 있어서 동종의 재료로 형성되어 있기 때문에, 채널층이 되는 제 1 영역이, 이종 재료와 접하고 있는 경우에 비해 계면에서의 결함 밀도가 저감되어, 균일성, 안정성, 신뢰성의 관점에서도 우수한 박막 트랜지스터를 제공할 수 있다. 또 동시에, 채널층이 되는 제 1 영역이 외기에 노출되어 있지 않기 때문에, 시간 경과적이나 소자가 놓여져 있는 환경 하에 의존하는 소자 특성 열화가 저감된다.In the thin film transistor of the present invention, since the oxide semiconductor layer made of a (In 2 O 3 ) to b (Ga 2 O 3 ) to c (ZnO) is formed of the same material in the first and second regions, Compared with the case where the first region serving as the channel layer is in contact with the dissimilar material, the defect density at the interface can be reduced, and a thin film transistor excellent in uniformity, stability and reliability can be provided. At the same time, since the first region serving as the channel layer is not exposed to the outside air, deterioration of device characteristics depending on time and the environment in which the device is placed is reduced.
본 발명에 있어서, 산화물 반도체층이 비정질막이면, 300 ℃ 이하의 저온에서 성막 가능하기 때문에, 플라스틱 기판과 같은 가요성이 있는 수지 기판에 형성하기 쉽다. 따라서 박막 트랜지스터 부착 플라스틱 기판을 사용한 플렉시블 디스플레이에 대한 적용이 보다 용이해진다. 게다가 비정질막은 대면적에 걸쳐서 균일한 막을 형성하기 쉽고, 다결정과 같은 입계가 존재하지 않기 때문에 소자 특성의 편차를 억제하는 것이 용이하다.In the present invention, if the oxide semiconductor layer is an amorphous film, the film can be formed at a low temperature of 300 ° C. or lower, and thus is easily formed on a flexible resin substrate such as a plastic substrate. Therefore, application to a flexible display using a plastic substrate with a thin film transistor becomes easier. In addition, the amorphous film is easy to form a uniform film over a large area, and since there are no grain boundaries such as polycrystals, it is easy to suppress variations in device characteristics.
본 발명의 표시 장치는, 높은 이동도를 갖는 본 발명의 박막 트랜지스터를 구비하고 있으므로, 저소비 전력 또한 고품위인 표시를 실현할 수 있다.Since the display device of the present invention includes the thin film transistor of the present invention having high mobility, display with low power consumption and high quality can be realized.
본 발명의 X 선 센서는, 신뢰성이 우수한 본 발명의 박막 트랜지스터를 구비하기 때문에, S/N 이 높아, 높은 감도 특성을 실현할 수 있다.Since the X-ray sensor of this invention is equipped with the thin film transistor of this invention excellent in reliability, S / N is high and high sensitivity characteristic can be implement | achieved.
본 발명의 X 선 디지털 촬영 장치는, 그 X 선 센서에 높은 이동도를 갖는 트랜지스터를 구비하고 있으므로, 경량이고 플렉시블성을 갖고, 또한 넓은 다이나믹레인지의 화상이 얻어져, 그 고속성으로부터 특히 동영상 촬영에 바람직하다.Since the X-ray digital photographing apparatus of the present invention includes a transistor having a high mobility in the X-ray sensor, an image having a light weight and flexibility and a wide dynamic range can be obtained. Is preferred.
도 1 은, 반도체 전자 구조의 파라미터를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 는, 전자 친화력차에 의한 포텐셜 구조를 나타내는 도면 및 도 2b 는 밴드 갭 에너지 구조를 나타내는 도면이다.
도 3a 는 탑 게이트-탑 콘택트형, 도 3b 는 탑 게이트-보텀 컨택트형, 도 3c 는 보텀 게이트-탑 콘택트형, 도 3d 는 보텀 게이트-보텀 컨택트형의 박막 트랜지스터의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4 는 IGZO 적층막의 (A) 적층 직후, (B) 250 ℃ 어닐 처리 후, (C) 500 ℃ 어닐 처리 후를 나타내는 단면 STEM 이미지이다.
도 5 는 샘플 1 ? 5 에 대한 Tauc 플롯을 나타내는 도면이다.
도 6 은 도 5 로부터 안내된 밴드 갭 에너지의 조성비 의존을 나타내는 도면이다.
도 7 은 샘플 1 ? 5 에 대한 여기광 에너지와 규격화 광 전자 수율을 나타내는 도면이다.
도 8 은 도 7 로부터 구한 이온화 포텐셜의 조성 의존성을 나타내는 도면이다.
도 9 는 전자 친화력의 조성 의존성을 나타내는 도면이다.
도 10a 는 샘플 6, 7, 도 10b 는 샘플 8, 9 에 대한 Tauc 플롯을 나타내는 도면이다.
도 11 은 도 10 으로부터 안내된 밴드 갭 에너지의 산소 분압/아르곤 분압 의존성을 나타내는 도면이다.
도 12a 는 샘플 6, 7, 도 12b 는 샘플 8, 9 에 대한 여기광 에너지와 규격화 전자 수율을 나타내는 도면이다.
도 13 은 도 12 로부터 안내된 이온화 포텐셜의 산소 분압/아르곤 분압 의존성을 나타내는 도면이다.
도 14 는 전자 친화력의 산소 분압/아르곤 분압 의존성을 나타내는 도면이다.
도 15a 는 비저항, 도 15b 는 캐리어 밀도, 도 15c 는 이동도의 Ga/(In + Ga) 의존성을 각각 나타내는 도면이다.
도 16 은 실시형태의 액정 표시 장치의 일부분을 나타내는 개략 단면도이다.
도 17 은 도 16 의 액정 표시 장치의 전기 배선의 개략 구성도이다.
도 18 은 실시형태의 유기 EL 표시 장치의 일부분을 나타내는 개략 단면도이다.
도 19 는 도 18 의 유기 EL 표시 장치의 전기 배선의 개략 구성도이다.
도 20 은 실시형태의 X 선 센서 어레이의 일부분을 나타내는 개략 단면도이다.
도 21 은 도 20 의 X 선 센서 어레이의 전기 배선의 개략 구성도이다.
도 22 는 실시예 및 비교예의 Vg-Id 특성을 나타내는 도면이다.
도 23 은 실시예 1, 2, 3, 비교예 1 에 있어서의 이동도 μ 의 포텐셜 깊이 Δχ 의존성을 나타내는 도면이다.1 is a diagram for explaining parameters of a semiconductor electronic structure.
2A is a diagram showing a potential structure due to an electron affinity difference, and FIG. 2B is a diagram showing a band gap energy structure.
FIG. 3A is a top gate-top contact type, FIG. 3B is a top gate-bottom contact type, FIG. 3C is a bottom gate-top contact type, and FIG. 3D is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a thin film transistor of bottom gate-bottom contact type. to be.
4 is a cross-sectional STEM image showing immediately after (A) lamination of the IGZO laminated film, (B) after 250 ° C. annealing, and (C) after 500 ° C. annealing.
5 shows
FIG. 6 is a diagram showing the composition ratio dependence of the band gap energy guided from FIG. 5.
7 shows
FIG. 8 is a diagram showing the composition dependence of the ionization potential obtained from FIG. 7.
9 is a diagram showing composition dependence of electron affinity.
10A shows Tauc plots for
FIG. 11 is a diagram showing the oxygen partial pressure / argon partial pressure dependency of the band gap energy guided from FIG. 10.
12A is a diagram showing excitation light energy and normalized electron yield for
FIG. 13 is a diagram showing the oxygen partial pressure / argon partial pressure dependency of the ionization potential guided from FIG. 12.
It is a figure which shows oxygen partial pressure / argon partial pressure dependency of electron affinity.
15A is a diagram showing specific resistance, FIG. 15B is carrier density, and FIG. 15C is Ga / (In + Ga) dependency of mobility.
It is a schematic sectional drawing which shows a part of liquid crystal display device of embodiment.
17 is a schematic configuration diagram of electrical wiring of the liquid crystal display of FIG. 16.
18 is a schematic cross-sectional view showing a part of the organic EL display device of the embodiment.
19 is a schematic configuration diagram of electrical wiring of the organic EL display device of FIG. 18.
20 is a schematic cross-sectional view showing a portion of the X-ray sensor array of the embodiment.
FIG. 21 is a schematic configuration diagram of electrical wiring of the X-ray sensor array of FIG. 20.
22 is a diagram illustrating Vg-Id characteristics of the examples and the comparative examples.
FIG. 23 is a diagram showing potential depth Δχ dependence of mobility μ in Examples 1, 2, 3, and Comparative Example 1. FIG.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described with reference to drawings.
<박막 트랜지스터><Thin Film Transistor>
도 3a 내지 도 3d 는, 본 발명의 제 1 ? 제 4 실시형태의 박막 트랜지스터 (1 ? 4) 의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 3a ? 도 3d 의 각 박막 트랜지스터에 있어서, 공통의 요소에는 동일한 부호를 부여하고 있다.3A to 3D show the first? It is sectional drawing which shows typically the structure of the thin film transistors 1-4 of 4th Embodiment. 3a? In each of the thin film transistors of FIG. 3D, the same reference numerals are given to common elements.
본 발명의 실시형태에 관련된 박막 트랜지스터 (1 ? 4) 는, 기판 (11) 상에, 활성층 (12) 과, 소스 전극 (13) 과, 드레인 전극 (14) 과, 게이트 절연막 (15) 과, 게이트 전극 (16) 을 갖고, 활성층 (12) 이, 막 두께 방향으로 우물형 포텐셜을 구성하는 제 1, 제 2 영역 (A1, A2) 을 구비하고 있다 (도 3a ? 도 3d 참조).In the
활성층 (12) 은 a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 나타내는 산화물 반도체층 (IGZO 층) 으로 이루어지고, 제 1 영역 (A1) 은, 우물형 포텐셜 (도 2a 참조) 의 우물부가 되는 제 1 전자 친화력 (χ1) 을 갖는 영역이고, 제 2 영역 (A2) 은, 제 1 영역 (A1) 보다 게이트 전극 (16) 에 먼 측에 배치된, 제 1 전자 친화력 (χ1) 보다 작은 제 2 전자 친화력 (χ2) 을 갖고, 또한 제 1 영역보다 카티온 조성비 b/(a + b) 가 큰 것을 특징으로 하는 영역이다.The
또, 본 발명의 박막 트랜지스터 (1 ? 4) 에 있어서는, 제 1, 제 2 영역은 연속 성막되고, 제 1, 제 2 영역간에 전극층 등의 산화물 반도체층 이외의 층은 삽입되지 않는 것으로 한다.In the
영역 (A1, A2) 에 있어서 b/(a + b) 를 변조함으로써 각 영역간에 포텐셜차 (전자 친화력차) 를 부여시킬 수 있다. 또, 영역 (A1) 의 산소 농도를 영역 (A2) 의 산소 농도보다 크게 함으로써, 추가적인 전자 친화력차를 부여할 수 있어, 포텐셜 우물부에 효율적으로 캐리어를 집중시킬 수 있다. 동시에, 영역 (A1) 의 산소 농도를 높이는 것에 의해 불순물 산란에 의한 이동도의 저하를 억제하여, 추가적인 이동도의 향상이 가능하다. 본 발명에 있어서는 b/(a + b) 와 산소 농도를 동시에 변조시켜도 된다.Region modulates b / (a + b) in (A 1, A 2) by it is possible to impart a potential difference (the electron affinity difference), the respective inter-region. In addition, by making the oxygen concentration in the region A 1 larger than the oxygen concentration in the region A 2 , an additional electron affinity difference can be provided, and the carrier can be efficiently concentrated in the potential well. At the same time, by increasing the oxygen concentration in the region A 1 , a decrease in mobility due to impurity scattering can be suppressed, and further mobility can be improved. In this invention, you may modulate b / (a + b) and oxygen concentration simultaneously.
도 3a 에 나타내는 제 1 실시형태의 박막 트랜지스터 (1) 는, 탑 게이트-탑 콘택트형의 트랜지스터이고, 도 3b 에 나타내는 제 2 실시형태의 박막 트랜지스터 (2) 는, 탑 게이트-보텀 컨택트형의 트랜지스터이며, 도 3c 에 나타내는 제 3 실시형태의 박막 트랜지스터 (3) 는, 보텀 게이트-탑 콘택트형의 트랜지스터이고, 도 3d 에 나타내는 제 4 실시형태의 박막 트랜지스터 (4) 는, 보텀 게이트-보텀 컨택트형의 트랜지스터이다.The
도 3a ? 도 3d 에 나타내는 실시형태는, 게이트, 소스, 드레인 전극의, 활성층 (IGZO 층) 에 대한 배치가 상이한데, 동일 부호가 부여되어 있는 각 요소의 기능은 동일하고, 동일한 재료를 적응할 수 있다.3a? In the embodiment shown in FIG. 3D, the arrangement of the gate, source, and drain electrodes with respect to the active layer (IGZO layer) is different. The functions of the elements denoted by the same reference numerals are the same, and the same material can be adapted.
이하, 각 구성 요소에 대해 상세하게 서술한다.Hereinafter, each component is explained in full detail.
(기판)(Board)
박막 트랜지스터 (1) 를 형성하기 위한 기판 (11) 형상, 구조, 크기 등에 대해서는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 기판의 구조는 단층 구조여도 되고, 적층 구조여도 된다. 기판 (11) 으로서는, 예를 들어, YSZ (이트륨 안정화 지르코늄) 나 유리 등의 무기 재료, 수지나 수지 복합 재료 등으로 이루어지는 기판을 사용할 수 있다. 그 중에서도 경량인 점, 가요성을 갖는 점으로부터 수지 혹은 수지 복합 재료로 이루어지는 기판이 바람직하다. 구체적으로는, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 알릴디글리콜카보네이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리벤즈아졸, 폴리페닐렌설파이드, 폴리시클로올레핀, 노르보르넨 수지, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 등의 불소 수지, 액정 폴리머, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 아이오노머 수지, 시아네이트 수지, 가교 푸마르산 디에스테르, 고리형 폴리올레핀, 방향족 에테르, 말레이미드-올레핀, 셀룰로오스, 에피술피드 화합물 등의 합성 수지로 이루어지는 기판, 이미 서술한 합성 수지 등과 산화규소 입자의 복합 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 이미 서술한 합성 수지 등과 금속 나노 입자, 무기 산화물 나노 입자 혹은 무기 질화물 나노 입자 등과의 복합 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 이미 서술한 합성 수지 등과 카본 섬유 혹은 카본 나노 튜브의 복합 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 이미 서술한 합성 수지 등과 유리 페레이크, 유리 화이버 혹은 유리 비즈와의 복합 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 이미 서술한 합성 수지 등과 점토 광물 혹은 운모 파생 결정 구조를 갖는 입자의 복합 플라스틱 재료로 이루어지는 기판, 얇은 유리와 이미 서술한 어느 것의 합성 수지 사이에 적어도 1 회의 접합 계면을 갖는 적층 플라스틱 기판, 무기층과 유기층 (이미 서술한 합성 수지) 을 교대로 적층함으로써, 적어도 1 회 이상의 접합 계면을 갖는 배리어 성능을 갖는 복합 재료로 이루어지는 기판, 스테인리스 기판 또는 스테인리스와 이종 금속을 적층한 금속 다층 기판, 알루미늄 기판 또는 표면에 산화 처리 (예를 들어 양극 산화 처리) 를 실시함으로써 표면의 절연성을 향상시킨 산화 피막 형성의 알루미늄 기판 등을 사용할 수 있다.There is no restriction | limiting in particular about the shape, structure, size, etc. of the board |
또한, 수지 기판으로서는, 내열성, 치수 안정성, 내용제성, 전기 절연성, 가공성, 저통기성, 및 저흡습성 등이 우수한 것이 바람직하다. 수지 기판은, 수분이나 산소의 투과를 방지하기 위한 가스 배리어층이나, 수지 기판의 평탄성이나 하부 전극과의 밀착성을 향상시키기 위한 언더코트층 등을 구비하고 있어도 된다.Moreover, as a resin substrate, what is excellent in heat resistance, dimensional stability, solvent resistance, electrical insulation, workability, low air permeability, low hygroscopicity, etc. is preferable. The resin substrate may be provided with a gas barrier layer for preventing the permeation of moisture and oxygen, an undercoat layer for improving the flatness of the resin substrate, and the adhesion with the lower electrode.
또, 기판의 두께는 50 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 기판의 두께가 50 ㎛ 이상이면, 기판 자체의 평탄성이 보다 향상된다. 기판의 두께가 500 ㎛ 이하이면, 기판 자체의 가요성이 보다 향상되어, 플렉시블 디바이스용 기판으로서의 사용이 보다 용이해진다. 또한, 기판을 구성하는 재료에 따라, 충분한 평탄성 및 가교성을 갖는 두께는 상이하기 때문에, 기판 재료에 따라 그 두께를 설정할 필요가 있지만, 대체로 그 범위는 50 ㎛ ? 500 ㎛ 의 범위가 된다.Moreover, it is preferable that the thickness of a board | substrate is 50 micrometers or more and 500 micrometers or less. If the thickness of the substrate is 50 µm or more, the flatness of the substrate itself is further improved. If the thickness of the substrate is 500 µm or less, the flexibility of the substrate itself is further improved, and the use as the substrate for a flexible device becomes easier. Moreover, since the thickness which has sufficient flatness and crosslinkability differs according to the material which comprises a board | substrate, it is necessary to set the thickness according to a board | substrate material, but the range is generally 50 micrometers? It becomes the range of 500 micrometers.
(활성층)(Active layer)
활성층 (12) 은 IGZO 막, 보다 상세하게는 a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지고, 제 1, 제 2 전자 친화력 (χ1, χ2) 을 각각 갖는 제 1, 제 2 영역 (A1, A2) 을 구비하고, 제 1 전자 친화력 (χ1) 이 제 2 전자 친화력 (χ2) 보다 크고, 또한 영역 (A2) 에 있어서의 b/a + b 가, 영역 (A1) 에 있어서의 b/(a + b) 보다 큰 것을 특징으로 한다.The
적층 방향으로 우물형 포텐셜을 형성시키기 위해서는, 각 영역간에서 b/(a + b) 를 변조함으로써 각 영역의 전자 친화력차를 부여시킨다. 또, 제 1 영역 (A1) 과 제 2 영역 (A2) 은 포텐셜의 차는 제 2 영역 (A2) 의 산소 농도를, 제 1 영역 (A1) 의 산소 농도보다 낮게 함으로써도 우물형 포텐셜을 형성하는 전자 친화력차를 부여할 수 있다. 각 영역이 공통의 원소 조성비에 의해 구성되어 이루어지는 경우, 산소 농도가 높을수록 전자 친화력이 크다.In order to form the well type potential in the stacking direction, the electron affinity difference of each region is given by modulating b / (a + b) between the regions. The difference between the potentials of the first region A 1 and the second region A 2 is that the potential of the well type is reduced by lowering the oxygen concentration of the second region A 2 to the oxygen concentration of the first region A 1 . The electron affinity difference which forms a can be provided. When each area | region is comprised by the common element composition ratio, the higher the oxygen concentration, the greater the electron affinity.
여기서, 상기 제 1, 제 2 영역에 있어서의 b/(a + b) 를 변조, 및 산소 농도 변조에 의한 전자 친화력차는 0.17 eV 이상, 1.3 eV 이하인 것이 바람직하고, 나아가서는, 제 1, 제 2 영역에 있어서의 전자 친화력차가 0.32 eV 이상, 1.3 eV 이하인 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the electron affinity difference by modulating b / (a + b) in the said 1st, 2nd area | region and oxygen concentration modulation is 0.17 eV or more and 1.3 eV or less, Furthermore, 1st, 2nd It is preferable that the electron affinity difference in a region is 0.32 eV or more and 1.3 eV or less.
제 1, 제 2 영역의 전자 친화력차가, 0.17 eV 이상이면, 제 2 영역으로부터 제 1 영역에 효율적으로 캐리어가 흘러들어, 높은 캐리어 농도와 고이동도를 얻을 수 있다.If the electron affinity difference of a 1st, 2nd area | region is 0.17 eV or more, carrier will flow efficiently from a 2nd area | region to a 1st area | region, and high carrier concentration and high mobility can be obtained.
또, 본 발명의 박막 트랜지스터에 있어서, 전자 친화력차를 증대시켜 가면 제 1 영역에 공급되는 캐리어량이 상승하여, 이동도가 증대되어 나가는 현상이 관찰된다. 산화물 반도체층 중의 In, Ga, Zn 중 Zn 조성비를 고정시킨 채로 b/(a + b) 를 변조하여 전자 친화력차를 증대해 나가면 최대로 대략 1.3 eV 의 전자 친화력차가 얻어진다. 이 이상의 전자 친화력차를 얻기 위해서는 예를 들어, 활성층 중의 Zn 량을 대폭 변조하는 수법이 있는데, Zn 량을 대폭 변조하면 산화물 반도체층에 있어서의 아모르퍼스 구조가 불안정해져, TFT 특성의 불안정성, 불균일성을 초래하기 때문에, 상기 전자 친화력차는 1.3 eV 이하인 것이 바람직하다.Moreover, in the thin film transistor of this invention, when the electron affinity difference increases, the quantity of carrier supplied to a 1st area | region increases, and the phenomenon that mobility increases is observed. When the affinity difference is increased by modulating b / (a + b) while the Zn composition ratio of In, Ga, and Zn in the oxide semiconductor layer is fixed, an electron affinity difference of approximately 1.3 eV is obtained at the maximum. In order to obtain the above electron affinity difference, for example, there is a method of greatly modulating the amount of Zn in the active layer. If the amount of Zn is greatly modulated, the amorphous structure in the oxide semiconductor layer becomes unstable, and the instability and nonuniformity of the TFT characteristics As a result, the electron affinity difference is preferably 1.3 eV or less.
산소 농도의 제어는, 구체적으로는 제 2 영역의 성막시에는 상대적으로 산소 분압이 낮은 조건으로 성막을 하고, 제 1 영역에 대해서는 성막시의 상대적으로 산소 분압이 높은 조건으로 성막을 함으로써, 혹은, 제 1 영역 성막 후에 산소 라디칼이나 오존을 조사하는 처리를 실시하는 것에 의해 막의 산화를 촉진시켜, 제 1 영역 중의 산소 결손량을 저감시키거나 하여 실시할 수 있다.Specifically, the control of the oxygen concentration is performed by forming a film under relatively low oxygen partial pressure when forming the second region, and by forming a film under relatively high oxygen partial pressure when forming the first region, or After the first region film formation, a treatment of irradiating with oxygen radicals and ozone can be performed to promote oxidation of the film to reduce the amount of oxygen vacancies in the first region.
또한, 제 1 영역의 산소 결손량은 극히 적게 하는 것이 바람직하다. 종래 산화물 반도체층을 채널층으로서 사용하는 경우에는, 이동도를 높이기 위해서 캐리어 밀도를 어느 정도 늘릴 필요가 있어, 산소 결손을 의도적으로 형성하는, 즉 산소 농도를 낮게 하는 것이 이루어졌다. 그러나 산소 결손이 많으면 산소 결함 자체가 캐리어에 대한 산란체가 되어 이동도의 저하를 초래한다는 문제가 있었다. 본 발명에서는 채널층으로서의 캐리어는, 제 2 영역으로부터 공급되기 때문에, 제 1 영역의 산소 결손량을 극히 적은 상태로 해도 충분한 캐리어 밀도, 거기에 따르는 이동도가 얻어진다.Moreover, it is preferable to make the oxygen deficiency amount of a 1st area extremely small. In the case of using an oxide semiconductor layer as a channel layer in the related art, it is necessary to increase the carrier density to some extent in order to increase the mobility, thereby intentionally forming oxygen vacancies, that is, lowering the oxygen concentration. However, when there are many oxygen deficiencies, there exists a problem that oxygen defect itself becomes a scatterer with respect to a carrier, and causes the fall of mobility. In the present invention, since the carrier as the channel layer is supplied from the second region, even if the amount of oxygen vacancies in the first region is extremely small, sufficient carrier density and mobility accompanying it are obtained.
본 발명의 박막 트랜지스터는 상기 산화물 반도체층의 제 1 영역 (A1) 의 b/(a + b) 를, 제 2 영역 (A2) 의 b/(a + b) 보다 작은 것으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 영역 (A1) 의 b/(a + b) 가 0.5 이하인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 제 1 영역 (A1) 의 a/a + b 가 0.6 이상이고 또한, 제 2 영역 (A2) 의 b/a + b 가 0.6 이상인 것이 바람직하다.The transistor of the present invention, it is preferred to be smaller than b / (a + b) of the b / (a + b) of the first region (A 1) of the oxide semiconductor layer, a second area (A 2) . It is also, b / (a + b) is less than or equal to 0.5 of the first region (A 1) is preferred. More preferably not less than, the first region and the (A 1) a / a + b is 0.6 or more Further, the 2 b / a + b is 0.6 in the area (A 2) is preferred.
제 1 영역과, 제 2 영역의 b/(a + b) 의 차를 크게 함으로써, 전도대 하단의 에너지차가 커져, 효율적으로 전자 캐리어를 제 1 영역에 국재시키는 것이 가능해진다.By enlarging the difference between b / (a + b) of the first region and the second region, the energy difference at the lower end of the conduction band becomes large, and it is possible to efficiently localize the electron carrier to the first region.
또한, 본 발명에 있어서의 활성층 구성하는 제 1 영역의 Zn/In + Ga (전술한 일반식에 있어서는 2c/(a + b) 에 상당) 는 0.5 이상인 것이 바람직하고, 제 2 영역의 2c/(a + b) 는 0.5 이하인 것이 바람직하다. 2c/(a + b) 가 커짐으로써 광학 흡수단이 장파장측에 시프트되고, 2/(a + b) 가 커짐으로써 밴드 갭이 좁아진다. 그 때문에 제 1 영역에 상대적으로 2c/(a + b) 가 큰 IGZO 층을 배치하고, 제 2 영역에 상대적으로 2c/(a + b) 가 작은 IGZO 층을 배치함으로써 전도대 하단의 에너지차를 얻을 수 있어, 전자 캐리어를 제 1 영역에 국재시키는 것이 가능하다. 2c/(a + b) 를 제어하는 수법은 b/(a + b) 의 차를 크게 한 막에 적용시킴으로써, 보다 깊은 우물형 포텐셜 구조를 형성하는 것이 가능하고, 당연히 b/(a + b) 가 각 영역에서 동일한 경우에 있어서도 사용하는 것이 가능하다.Moreover, it is preferable that Zn / In + Ga (equivalent to 2c / (a + b) in the above-mentioned general formula) of the 1st area which comprises the active layer in this invention is 0.5 or more, and 2c / (of the 2nd area | region a + b) is preferably 0.5 or less. As 2c / (a + b) increases, the optical absorption edge shifts to the long wavelength side, and as 2 / (a + b) increases, the band gap narrows. Therefore, an energy difference at the bottom of the conduction band can be obtained by arranging an IGZO layer having a larger 2c / (a + b) in the first region and an IGZO layer having a smaller 2c / (a + b) in the second region. It is possible to localize the electron carrier to the first region. The method of controlling 2c / (a + b) can form a deeper well-potential structure by applying the difference of b / (a + b) to a film with a large difference, and of course b / (a + b) It is possible to use even when is the same in each area.
또, IGZO 로 이루어지는 산화물 반도체층의 Zn의 일부를, 보다 밴드 갭이 넓어지는 원소 이온을 도프함으로써, 보다 깊은 우물형 포텐셜 구조를 얻을 수 있다. 구체적으로는, Mg 를 도프함으로써 막의 밴드 갭을 크게 하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제 2 영역에만 Mg 를 도프함으로써, 보다 깊은 우물형 포텐셜 구조를 형성할 수 있다. 또, 제 1 영역과, 제 2 영역 사이에, b/(a + b) 및 2c/(a + b) 에 차를 갖게 한 상태에서, 각 영역에 Mg 를 도프함으로써, In, Ga, Zn 만의 조성비를 제어한 계에 비해, 우물 장벽의 높이를 유지한 채로, 전체의 밴드 갭을 넓게 할 수 있다.In addition, a deeper well-type potential structure can be obtained by doping a part of Zn of the oxide semiconductor layer made of IGZO with an element ion having a wider band gap. Specifically, it is possible to enlarge the band gap of the film by doping Mg. For example, a deeper well type potential structure can be formed by doping Mg only in the second region. In addition, only Do, Ga, and Zn can be formed by doping Mg in each region in a state where a difference is provided between b / (a + b) and 2c / (a + b) between the first region and the second region. Compared with the system which controlled the composition ratio, the entire band gap can be widened while maintaining the height of the well barrier.
유기 EL 에 사용되는 청색 발광층은 λ = 450 ㎚ 정도로 피크를 갖는 브로드한 발광을 나타내기 때문에, 만일 IGZO 막의 광학 밴드 갭이 비교적 좁고, 그 영역에 광학 흡수를 갖는 경우에는, 트랜지스터의 임계값 시프트가 일어나 버린다는 문제가 생긴다. 따라서, 특히 유기 EL 구동용으로 사용되는 박막 트랜지스터로서는, 채널층에 사용하는 재료의 밴드 갭이, 보다 큰 것이 바람직하다.Since the blue light emitting layer used for the organic EL exhibits broad light emission having a peak of about λ = 450 nm, if the optical band gap of the IGZO film is relatively narrow and has optical absorption in the region, the threshold shift of the transistor is The problem arises. Therefore, as a thin film transistor especially used for organic electroluminescent drive, it is preferable that the band gap of the material used for a channel layer is larger.
IGZO 에 있어서 b/(a + b) 를 크게 하면 광학 흡수단이 단파장측에 시프트되어, 밴드 갭이 넓어지는데, 그와 동시에 b/(a + b) 가 큰 조성으로 함으로써 전기 전도성이 저하된다. 즉, b/(a + b) 가 큰 IGZO 막을 단독으로 박막 트랜지스터에 사용한 경우에는, 구하는 트랜지스터 특성 (구체적으로는, 수 십 ? 100 ㎠/Vs 를 초과하는 이동도) 은 얻어지지 않는다 (도 15c 참조.). 본 발명에서는, 밴드 갭이 넓고 b/(a + b) 가 큰 IGZO 층 (제 2 영역) 과 상대적으로 벤드 갭이 좁고 b/(a + b) 가 작은 IGZO 층 (제 1 영역) 을 접합한 구조를 사용함으로써, 게이트 절연막과 활성층으로 이루어지는 우물형 포텐셜이 형성되어, 제 1 영역에 캐리어를 국재화시키는 것이 가능해진다.In IGZO, when b / (a + b) is made large, the optical absorption end is shifted to the short wavelength side, and the band gap is widened. At the same time, the electrical conductivity is lowered by the composition having a large b / (a + b). In other words, when the IGZO film having a large b / (a + b) is used alone in the thin film transistor, the transistor characteristics (specifically, mobility exceeding several tens to 100
제 1 영역의 캐리어 밀도는 제 2 산소 결손량 제어나 카티온 도프에 의해 임의로 제어할 수 있다. 캐리어 밀도를 늘리고자 할 때에는 제 2 영역의 산소 결손량을 늘리거나, 또는 상대적으로 가수가 큰 카티온이 되기 쉬운 재료 (예를 들어 Ti, Zr, Hf, Ta 등) 를 도프하면 된다. 단, 가수가 큰 카티온을 도프하는 경우에는, 산화물 반도체막의 구성 원소 수가 증가하기 때문에, 성막 프로세스의 단순화, 저비용화의 면에서 불리한 점에서, 산소 농도 (산소 결손량) 에 의해, 캐리어 밀도를 제어하는 것이 바람직하다.The carrier density of a 1st area | region can be arbitrarily controlled by 2nd oxygen deficiency amount control or cation dope. In order to increase the carrier density, the amount of oxygen deficiency in the second region may be increased or a material (for example, Ti, Zr, Hf, Ta, etc.) tending to become a relatively large valence cation may be doped. However, when doping cation having a large valence, since the number of constituent elements of the oxide semiconductor film increases, the carrier density is changed by the oxygen concentration (oxygen deficiency amount) in view of simplification and low cost of the film forming process. It is desirable to control.
또한, 300 ℃ 이하의 온도에서 성막이 가능하다는 점에서, 산화물 반도체층은 비정질인 것이 바람직하다. 예를 들어, 비정질 IGZO 막은 기판 온도 200 ℃ 이하에서 성막 가능하다.In addition, since it is possible to form into a film at the temperature of 300 degrees C or less, it is preferable that an oxide semiconductor layer is amorphous. For example, an amorphous IGZO film can be formed at a substrate temperature of 200 deg.
활성층 (12) 의 토탈의 막 두께 (총 막 두께) 는 10 ? 200 ㎚ 정도인 것이 바람직하다.The film thickness (total film thickness) of the total of the
(소스?드레인 전극)(Source? Drain Electrode)
소스 전극 (13) 및 드레인 전극 (14) 은 모두 높은 도전성을 갖는 것이면 특별히 제한 없고, 예를 들어 Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, Ag 등의 금속, Al-Nd, 산화주석, 산화아연, 산화인듐, 산화인듐주석 (ITO), 산화아연인듐 (IZO) 등의 금속 산화물 도전막 등을, 단층 또는 2 층 이상의 적층 구조로서 사용할 수 있다.The
소스 전극 (13) 및 드레인 전극 (14) 은 모두, 예를 들어 인쇄 방식, 코팅 방식 등의 습식 방식, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등의 물리적 방식, CVD, 플라스마 CVD 법 등의 화학적 방식 등 중에서 사용하는 재료와의 적성을 고려하여 적절하게 선택한 방법에 따라 성막하면 된다.Both the
소스 전극 (13) 및 드레인 전극 (14) 을, 상기 금속에 의해 구성하는 경우, 성막성, 에칭이나 리프트 오프법에 의한 패터닝성 및 도전성 등을 고려하면, 그 두께는, 10 ㎚ 이상, 1000 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하고, 50 ㎚ 이상, 100 ㎚ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.In the case where the
(게이트 절연막)(Gate insulating film)
게이트 절연막 (15) 으로서는, 높은 절연성을 갖는 것이 바람직하고, 예를 들어 SiO2, SiNx, SiON, Al2O3, Y2O3, Ta2O5, HfO2 등의 절연막, 또는 이들 화합물을 적어도 2 개 이상 함유하는 절연막 등으로 구성할 수 있다.As the
게이트 절연막 (15) 은, 인쇄 방식, 코팅 방식 등의 습식 방식, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등의 물리적 방식, CVD, 플라스마 CVD 법 등의 화학적 방식 등 중에서 사용하는 재료와의 적성을 고려하여 적절하게 선택한 방법에 따라 성막하면 된다.The
또한, 게이트 절연막 (15) 은 리크 전류의 저하 및 전압 내성의 향상을 위해서 충분한 두께를 가질 필요가 있는 한편, 두께가 지나치게 크면 구동 전압의 상승을 초래한다. 게이트 절연막 (15) 의 두께는, 재질에 따라 다르기도 하지만, 10 ㎚ ? 10 ㎛ 가 바람직하고, 50 ㎚ ? 1000 ㎚ 가 보다 바람직하고, 100 ㎚ ? 400 ㎚ 가 특히 바람직하다.In addition, the
(게이트 전극)(Gate electrode)
게이트 전극 (16) 으로서는, 높은 도전성을 갖는 것이면 특별히 제한 없고, 예를 들어 Al, Mo, Cr, Ta, Ti, Au, Ag 등의 금속, Al-Nd, 산화주석, 산화아연, 산화인듐, 산화인듐주석 (ITO), 산화아연인듐 (IZO) 등의 금속 산화물 도전막 등을, 단층 또는 2 층 이상의 적층 구조로서 사용할 수 있다.The
게이트 전극 (16) 은, 예를 들어 인쇄 방식, 코팅 방식 등의 습식 방식, 진공 증착법, 스퍼터링법, 이온 플레이팅법 등의 물리적 방식, CVD, 플라스마 CVD 법 등의 화학적 방식 등 중에서 사용하는 재료와의 적성을 고려하여 적절하게 선택한 방법에 따라 성막하면 된다.The
게이트 전극 (16) 을, 상기 금속에 의해 구성하는 경우, 성막성, 에칭이나 리프트 오프법에 의한 패터닝성 및 도전성 등을 고려하면, 그 두께는, 10 ㎚ 이상, 1000 ㎚ 이하로 하는 것이 바람직하고, 50 ㎚ 이상, 200 ㎚ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.In the case where the
(박막 트랜지스터의 제조 방법)(Method for Manufacturing Thin Film Transistor)
도 3a 에 나타내는 탑 게이트-탑 콘택트형의 박막 트랜지스터 (1) 의 제조 방법에 대해 간단하게 설명한다. 기판 (11) 을 준비하고, 기판 (11) 상에 활성층 (IGZO 막) (12) 을, 제 2 영역 (A2), 제 1 영역 (A1) 의 순서로 스퍼터법 등의 성막 수법에 의해 성막한다. 이어서 활성층 (12) 을 패터닝한다. 패터닝은 포토리소그래피 및 에칭에 의해 실시할 수 있다. 구체적으로는, 잔존시키는 부분에 포토리소그래피에 의해 레지스트 패턴을 형성하고, 염산, 질산, 묽은 황산, 또는 인산, 질산 및 아세트산의 혼합액 등의 산용액에 의해 에칭함으로써 패턴을 형성한다.The manufacturing method of the top gate-top contact type
다음으로, 활성층 (12) 위에 소스?드레인 전극 (13, 14) 을 형성하기 위한 금속막을 형성한다. 이어서 금속막을 에칭 또는 리프트 오프법에 의해 소정 형상으로 패터닝하고, 소스 전극 (13) 및 드레인 전극 (14) 을 형성한다. 이 때, 소스?드레인 전극 (13, 14) 및 도시되지 않은, 이들 전극에 접속하는 배선을 동시에 패터닝하는 것이 바람직하다.Next, a metal film for forming the source and drain
소스?드레인 전극 (13, 14) 및 배선을 형성한 후, 게이트 절연막 (15) 을 형성한다. 게이트 절연막 (15) 은 포토리소그래피 및 에칭에 의해 소정 형상으로 패터닝 형성된다.After the source and drain
게이트 절연막 (15) 을 형성한 후, 게이트 전극 (16) 을 형성한다. 전극막을 성막 후, 에칭 또는 리프트오프법에 의해 소정 형상으로 패터닝하여, 게이트 전극 (16) 을 형성한다. 이 때, 게이트 전극 (16) 게이트 배선을 동시에 패터닝하는 것이 바람직하다.After the
이상의 순서에 따라, 도 3A 에 나타내는 박막 트랜지스터 (1) 를 제작할 수 있다.According to the above procedure, the
(활성층의 성막 공정)(Film Formation Step of Active Layer)
다음으로, 활성층의 성막 공정에 대해, 보다 상세하게 설명한다. 활성층 (12) 의 토탈의 막 두께 (총 막 두께) 는 10 ? 200 ㎚ 정도가 바람직하고, 각 영역은 대기 중에 노출되지 않고 연속하여 성막되는 것이 바람직하다. 대기 중에 노출되지 않고 연속하여 성막됨으로써, 결과적으로, 보다 우수한 트랜지스터 특성을 얻을 수 있다. 또, 성막 공정 수를 삭감할 수 있기 때문에, 제조 비용도 저감할 수 있다.Next, the formation process of an active layer is demonstrated in detail. The film thickness (total film thickness) of the total of the
여기서, 도 3c, 도 3d 에 나타내는 바와 같은 보텀 게이트형의 박막 트랜지스터 제조시에 대하여 설명한다. 이미 서술한 바와 같이, 보텀 게이트형의 박막 트랜지스터의 제조시에는 제 1 영역 (A1), 제 2 영역 (A2) 의 순서로 성막한다. 또한, 탑 게이트형의 박막 트랜지스터의 제조시에는, 활성층은, 제 2 영역 (A2), 제 1 영역 (A1) 의 순서로 성막하게 된다.Here, a description will be given of the production of a bottom gate type thin film transistor as shown in FIGS. 3C and 3D. As described above, the film is formed in the order of the first region A 1 and the second region A 2 when the bottom gate type thin film transistor is manufactured. In the manufacture of the top gate thin film transistor, the active layer is formed in the order of the second region A 2 and the first region A 1 .
먼저, 제 1 영역 (A1) 을 성막한다. 여기서, 예를 들어, 제 1 영역 (A1) 으로서, Ga/(In + Ga) = 0.25, Zn/(In + Ga) = 0.5 인 IGZO 막을 막 두께 10 ㎚ 가 되도록 형성한다.First, the first region A 1 is formed. Here, for example, an IGZO film having Ga / (In + Ga) = 0.25 and Zn / (In + Ga) = 0.5 is formed as the first region A 1 so as to have a film thickness of 10 nm.
상기와 같은 금속 원소의 조성비가 되도록 성막하는 수법으로서, 스퍼터 성막이면 In, Ga, Zn, 또는 이들 산화물 혹은 이들 복합 산화물의 타겟을 조합하여 사용한 공스퍼터여도 되고, 미리, 성막한 IGZO 막 중의 금속 원소의 조성비가 상기가 되는 복합 산화물 타겟의 단독 스퍼터여도 된다. 성막 중의 기판 온도는 기판에 따라 임의로 선택해도 되는데, 플렉시블 기판을 사용하는 경우에는 기판 온도는 보다 실온에 가까운 것이 바람직하다.As a method of forming a film so as to have a composition ratio of the metal element as described above, a sputter film may be In, Ga, Zn, or a co-sputter using a combination of these oxides or targets of these complex oxides, or the metal element in the previously formed IGZO film. The sputter | spatter of the complex oxide target whose composition ratio of which is mentioned above may be sufficient. Although the board | substrate temperature in film-forming may be arbitrarily selected according to a board | substrate, when using a flexible board | substrate, it is preferable that board | substrate temperature is closer to room temperature.
제 1 영역의 캐리어 밀도를 높이는 경우에는, 성막시의 성막실 내의 산소 분압을 상대적으로 낮게 하여, 막 중의 산소 농도를 낮게 한다. 예를 들어 성막시의 산소 분압/아르곤 분압을 0.005 로 한다. 반대로 전자 캐리어 밀도를 낮게 하는 경우에는, 성막시의 성막실 내의 산소 분압을 상대적으로 높게 하거나 (예를 들어, 성막시의 산소 분압/아르곤 분압을 0.05 로 한다.), 성막 중 또는 성막 후에 산소 라디칼을 조사하거나, 오존 분위기 중에서 그 성막 기판 표면에 자외선을 조사하거나 하여 막 중의 산소 농도를 높인다.In the case of increasing the carrier density of the first region, the oxygen partial pressure in the film formation chamber during film formation is relatively low, and the oxygen concentration in the film is lowered. For example, the oxygen partial pressure / argon partial pressure at the time of film-forming is set to 0.005. On the contrary, when the electron carrier density is lowered, the oxygen partial pressure in the deposition chamber at the time of film formation is relatively high (for example, the oxygen partial pressure / argon partial pressure at the time of film formation is set to 0.05), or oxygen radical during or after film formation. Is irradiated with ultraviolet rays to the film formation substrate surface in an ozone atmosphere to increase the oxygen concentration in the film.
다음으로, 제 2 영역의 성막을 실시한다. 제 2 영역의 성막은, 제 1 영역의 성막 후, 일단 성막을 정지시켜, 성막실 내의 산소 분압 및 타겟에 가하는 전력을 변경한 후, 성막을 재개하는 방법이어도 되고, 성막을 정지시키지 않고 성막실 내의 산소 분압 및 타겟에 가하는 전력을 신속하게 또는 완만하게 변경하는 방법이어도 된다. 또, 타겟은 제 1 영역 성막시에 사용한 타겟을 그대로 이용하여 투입 전력을 변화시키는 수법이어도 되고, 제 1 영역으로부터 제 2 영역으로 성막을 전환할 때에, 제 1 영역 성막에 사용한 타겟에 대한 전력 투입을 정지시켜, 상이한 타겟에 전력 인가를 실시하는 수법이어도 되고, 제 1 영역의 성막에 사용한 타겟에 더하여, 다시 복수의 타겟에 추가로 전력 인가를 실시하는 수법이어도 된다.Next, film formation of the second region is performed. The film formation in the second region may be a method of stopping film formation once after changing the oxygen partial pressure in the film formation chamber and the power applied to the target after film formation in the first region, and then restarting the film formation. The method of changing the partial pressure of oxygen and the electric power applied to a target quickly or gently may be sufficient. In addition, the target may be a method of changing the input power by using the target used for the first region film formation as it is, and power input to the target used for the first region film formation when switching the film formation from the first region to the second region. The method of applying power to different targets may be stopped, or a method of applying power to a plurality of targets in addition to the target used for film formation in the first region may be used.
여기서, 제 2 영역으로서 예를 들어 금속 원소의 조성비가 Ga/(In + Ga) = 0.75, Zn/(In + Ga) = 0.5 인 IGZO 막을 막 두께 30 ㎚가 되도록 형성한다.Here, as the second region, for example, an IGZO film having a composition ratio of a metal element of Ga / (In + Ga) = 0.75 and Zn / (In + Ga) = 0.5 is formed so as to have a thickness of 30 nm.
성막 중의 기판 온도는 기판에 따라 임의로 선택해도 되는데, 플렉시블 기판을 사용하는 경우에는 기판 온도는 보다 실온에 가까운 것이 바람직하다.Although the board | substrate temperature in film-forming may be arbitrarily selected according to a board | substrate, when using a flexible board | substrate, it is preferable that board | substrate temperature is closer to room temperature.
제 2 영역의 캐리어 밀도를 높이는 경우에는, 성막시의 성막실 내의 산소 분압을 상대적으로 낮게 하여, 막 중의 산소 농도를 낮게 한다. 예를 들어 성막시의 산소 분압/아르곤 분압을 0.005 로 한다. 반대로 전자 캐리어 밀도를 낮게 하는 경우에는, 성막시의 성막실 내의 산소 분압을 상대적으로 높게 하거나 (예를 들어 성막시의 산소 분압/아르곤 분압을 0.05 로 한다.), 성막 중 또는 성막 후에 산소 라디칼을 조사하거나, 오존 분위기 중에서 그 성막 기판 표면에 자외선을 조사하거나 하여 막 중의 산소 농도를 높인다. 본 발명의 실시형태에 있어서는, 제 2 영역의 산소 농도보다, 제 1 영역의 산소 농도가 높은 것이 보다 바람직하다.In the case of increasing the carrier density in the second region, the oxygen partial pressure in the film formation chamber during film formation is relatively low, and the oxygen concentration in the film is lowered. For example, the oxygen partial pressure / argon partial pressure at the time of film-forming is set to 0.005. On the contrary, when the electron carrier density is lowered, the oxygen partial pressure in the deposition chamber at the time of film formation is relatively high (for example, the oxygen partial pressure / argon partial pressure at the time of film formation is 0.05), or oxygen radicals are formed during or after film formation. The surface of the film formation substrate is irradiated with ultraviolet rays in an ozone atmosphere to increase the oxygen concentration in the film. In embodiment of this invention, it is more preferable that the oxygen concentration of a 1st area | region is higher than the oxygen concentration of a 2nd area.
또한, 산소 라디칼의 조사 또는 오존 분위기 중에서의 자외선 조사에 의해 막 중의 산소 농도를 높이기 위해서는, 제 1 영역 및 제 2 영역의 성막 중 및 성막 후의 양방에서 실시해도 되고, 제 2 영역 성막 후에만 실시해도 된다. 또, 산소 라디칼 조사시의 기판 온도는 기판에 따라 임의로 선택해도 되는데, 플렉시블 기판을 사용하는 경우에는 기판 온도는 보다 실온에 가까운 것이 바람직하다.In addition, in order to raise the oxygen concentration in a film | membrane by irradiation of an oxygen radical or ultraviolet irradiation in an ozone atmosphere, you may carry out in the film formation of a 1st area | region and a 2nd area | region, and after film-forming, and may carry out only after 2nd area | region film formation. do. Moreover, although the board | substrate temperature at the time of oxygen radical irradiation may be arbitrarily selected according to a board | substrate, when using a flexible board | substrate, it is preferable that board | substrate temperature is closer to room temperature.
게다가 산화물 반도체층 형성 후에 어닐 처리를 실시해도 된다. 어닐시의 분위기는 막에 따라 임의로 선택하는 것이 가능하고, 어닐 온도는 기판에 따라 임의로 선택해도 되는데, 플렉시블 기판을 사용하는 경우에는 보다 저온 (예를 들어 200 ℃ 이하) 에서 어닐하는 것이 바람직하다. 한편, 높은 내열성을 갖는 기판을 사용하는 경우에는, 500 ℃ 가까운 고온에서 어닐 처리를 실시해도 된다.In addition, annealing may be performed after the oxide semiconductor layer is formed. Although the atmosphere at the time of annealing can be arbitrarily selected according to a film | membrane, and annealing temperature may be arbitrarily selected according to a board | substrate, When using a flexible substrate, it is preferable to anneal at lower temperature (for example, 200 degrees C or less). On the other hand, when using the board | substrate which has high heat resistance, you may perform annealing treatment at high temperature near 500 degreeC.
또한, 도 4 는, Ga/(In + Ga) = 0.75 의 IGZO 막과 Ga/In + Ga) = 0.25 의 IGZO 막을 5 층 적층한 적층막의 단면 STEM 이미지로서, 동 도 4a 는, 적층 직후 (어닐 처리 전), 동 도 4b 는 어닐 온도 250 ℃ 에서 처리한 것, 동 도 4c 는 어닐 온도가 500 ℃ 에서 처리한 것을 나타낸다. 도 4 로부터, 500 ℃ 에서 어닐 처리되어도 적층 구조를 유지하고 있는 것을 확인할 수 있다.4 is a cross-sectional STEM image of a laminated film obtained by laminating five layers of an IGZO film with Ga / (In + Ga) = 0.75 and an IGZO film with Ga / In + Ga) = 0.25, and FIG. 4A is immediately after lamination (annealed). Before the treatment), FIG. 4B shows that the annealing temperature was treated at 250 ° C., and FIG. 4C shows that the annealing temperature was treated at 500 ° C. FIG. It can be seen from FIG. 4 that the laminated structure is maintained even when annealed at 500 ° C.
또한, 본 발명자들은, IGZO 층에 대해, 전자 친화력을 카티온의 조성비 및/또는 산소 농도에 의해 변화시킬 수 있는 것, 및 우물형 포텐셜 구조로 함으로써, 에너지 갭이 작은 IGZO 층을 우물층으로서 사용하는 것이 가능한 것을 이하의 실험을 실시하여 확인하였다.In addition, the present inventors use an IGZO layer having a small energy gap as a well layer by changing the electron affinity with respect to the composition ratio and / or oxygen concentration of a cation, and making a well-type potential structure with respect to an IGZO layer. It was confirmed by performing the following experiment that it is possible to do.
전자 친화력 (χ) 은 전술한 바와 같이 이온화 포텐셜 (I) 과 밴드 갭 에너지 (Eg) 의 차로 결정된다. 밴드 갭 에너지 (Eg) 는, 광의 반사율 투과율 측정을 실시하고, Tauc 플롯을 이용하여 산출할 수 있다. 여기서 밴드 갭 에너지 (Eg) 는 직접 천이의 값을 가리키는 것으로 한다. 또, 이온화 포텐셜 (I) 은, 광 전자 분광 측정으로부터 구할 수 있다.The electron affinity χ is determined by the difference between the ionization potential I and the band gap energy Eg as described above. Band gap energy Eg can measure the reflectance transmittance of light, and can calculate it using a Tauc plot. Here, band gap energy Eg shall directly point to the value of transition. In addition, ionization potential (I) can be calculated | required from photoelectron spectroscopy measurement.
(전자 친화력 (χ) 의 카티온 조성비 의존)(Depending on cation composition ratio of electron affinity (χ))
카티온 조성비가 상이한 샘플 1 ? 5 를 제작하고, 상기 각 측정을 실시하여 전자 친화력 (χ) 의 카티온 조성비에 대한 의존성을 조사하였다.
먼저, IGZO 막을 측정 대상으로 하여, 카티온 조성비가 상이한 IGZO 막 샘플 1 ? 5 를 제작하였다. 샘플 1 ? 5 는, 카티온 조성비로서 Ga/(In + Ga) 가 상이한 IGZO 막을 각각 기판 상에 성막한 것이다. 어떠한 샘플도 기판으로서 합성 석영 유리 기판 (코바렌트 마테리얼사 제조, 품번 T-4040) 을 사용하였다.First, an
샘플 1 은, 기판 상에, Ga/(In + Ga) = 0, Zn/(In + Ga) = 0.5 의 IGZO 막을 100 ㎚ 두께가 되도록 성막시킨 것이다. 성막시의 산소 분압/아르곤 분압 = 0.01 로 하여, In2O3 타겟, Ga2O3 타겟 및 ZnO 타겟을 사용한 공스퍼터 (co-sputter) 에 의해 실시하였다. 또한, 성막시의 기판 온도는 실온으로 하여, 성막시의 성막실 내 압력은 배기 밸브의 개도를 자동 제어함으로써 항상 4.4 × 10-1 Pa 를 유지하였다.
샘플 2 ? 5 는, Ga/(In + Ga) 의 값이 상이한 점을 제외하고, 샘플 1 과 동일한 제작 순서로 제작하였다. 샘플 2 는, Ga/(In + Ga) = 0.25, 샘플 3 은, Ga/(In + Ga) = 0.5, 샘플 4 는, Ga/(In + Ga) = 0.75, 샘플 5 는, Ga/(In + Ga) = 1 로 하였다.
또한, 각 샘플 1 ? 5 에 있어서의 Ga/(In + Ga) 및 Zn/(In + Ga) 의 제어는 In2O3, Ga2O3, ZnO 의 각 타겟에 투입하는 전력값을 조정함으로써 실시하였다.Also, for each
각 샘플 1 ? 5 에 대해, 반사율 투과율 측정을 실시한 결과로부터 얻은, Tauc 플롯을 도 5 에 나타낸다. Ga/(In + Ga) 가 커지면 커질수록 밴드 갭 에너지도 커지고 있는 것을 알 수 있다.Each
도 6 은, 도 5 에 나타내는 Tauc 플롯으로부터 도출한 각 샘플의 밴드 갭 에너지를 나타내는 것이다. 이 결과로부터 Ga/(In + Ga) 를 0 내지 1 로 크게 하면 밴드 갭 에너지가 1.2 ? 1.3 eV 정도 커지는 것이 명백해졌다.FIG. 6 shows the band gap energy of each sample derived from the Tauc plot shown in FIG. 5. From these results, if Ga / (In + Ga) is increased from 0 to 1, the band gap energy is 1.2? It became clear that it was about 1.3 eV.
도 7 은, 각 샘플 1 ? 5 에 대한 광 전자 분광 측정에 의한 여기광 에너지와 규격화 광 전자 수율을 나타낸다. 도 7 의 그래프에 있어서, 각각 곡선의 상승의 여기광 에너지, 즉 광 전자 방출을 시작하는 에너지값이 이온화 포텐셜을 의미하는 것이 된다.7 shows each
도 8 은, 도 7 의 그래프로부터 구한 각 샘플 1 ? 5 의 이온화 포텐셜을 나타내는 그래프이다. 도 8 로부터 Ga/(In + Ga) 가 0.5 부근에서 이온화 포텐셜이 최대치를 취하고, 그곳으로부터 멀어짐에 따라 이온화 포텐셜은 작아지고 있는 것이 명백하다.FIG. 8 shows each
앞서 구한 밴드 갭 에너지 (Eg) 와 이온화 포텐셜 (I) 의 차로부터 각 샘플 1 ? 5 의 전자 친화력 (χ) 을 구하였다. 다음에 나타내는 표 2 는, 각 샘플의 조성비, 산소 분압/아르곤 분압, 에너지 갭 (Eg), 이온화 포텐셜 (I) 및 전자 친화력 (χ) 을 일람으로 한 것이다.From the difference between the band gap energy (Eg) and the ionization potential (I) obtained above, each
도 9 는, 상기 결과로부터 얻어진 전자 친화력의 Ga/(In + Ga) 의존성을 나타내는 것이다. 전자 친화력 (χ) 은, Ga/(In + Ga) 가 0.25 부근에서 최대값을 취하고, 그로부터 멀어짐에 따라 작아지는 것을 알 수 있고, Ga/(In + Ga) 를 0.25 에서 1 로 크게 하면 전자 친화력이 1.2 ? 1.3 eV 정도 작아지는 것을 알 수 있다.Fig. 9 shows Ga / (In + Ga) dependence of electron affinity obtained from the above result. It can be seen that the electron affinity (χ) decreases as Ga / (In + Ga) takes a maximum value near 0.25 and moves away from it, and when Ga / (In + Ga) is increased from 0.25 to 1, the electron affinity 1.2? It can be seen that it is as small as 1.3 eV.
이상과 같이, Ga/In + Ga 를 변화시킴으로써 전자 친화력을 변화시킬 수 있는 것이 명확해졌다. 따라서, IGZO 로 이루어지는 산화물 반도체층에 있어서, 예를 들어, 영역 (A1, A2) 의 산소 농도 변조를 실시하지 않았던 경우에, 영역 (A1) 의 Ga/(In + Ga) 를 0.25 로 하고, 영역 (A2) 의 Ga/In + Ga 를 0.75 로 함으로써, 영역 (A1, A2) 의 포텐셜차 0.48 eV 의 우물형 구조로 할 수 있는 것을 알 수 있다.As mentioned above, it became clear that electron affinity can be changed by changing Ga / In + Ga. Therefore, in the oxide semiconductor layer made of IGZO, for example, when the oxygen concentration modulation of the regions A 1 and A 2 is not performed, the Ga / (In + Ga) of the region A 1 is set to 0.25. By setting Ga / In + Ga of the region A 2 to 0.75, it can be seen that a well structure having a potential difference of 0.48 eV of the regions A 1 and A 2 can be obtained.
(전자 친화력 (χ) 의 산소 농도 의존)(Dependence of Oxygen Concentration of Electron Affinity (χ))
산소 농도가 상이한 샘플 6 ? 9 를 제작하여, 동일한 측정을 실시한 전자 친화력 (χ) 의 산소 농도에 대한 의존성을 조사하였다.Samples with
샘플 6 ? 9 는, 상기와 동일하게 IGZO 막을 측정 대상으로 하고, 동일한 제작 순서 및 동일한 기판 상에 성막하여 얻었다. 샘플 6 은, Ga/(tn + Ga) = 0.75, Zn/(In + Ga) = 0.5 이고, 성막시의 산소 분압/아르곤 분압 = 0 으로 하였다. 샘플 7 은, 샘플 6 에 있어서, 성막시의 산소 분압/아르곤 분압 = 0.01 로 하였다. 샘플 8 은, Ga/(In + Ga) = 0.25, Zn/(In + Ga) = 0.5 이고, 성막시의 산소 분압/아르곤 분압 = 0 으로 하였다. 샘플 9 는, 샘플 8 에 있어서, 성막시의 산소 분압/아르곤 분압 = 0.01 로 하였다. 제작 샘플 6 내지 9 의 조성비, 산소 분압/아르곤 분압, 후술하는 에너지 갭 등을 표 3 에 나타낸다.
각 샘플 6 ? 9 에 대하여, 반사율 및 투과율 측정을 실시한 결과의 Tauc 플롯을 도 10a 및 도 10b 에 나타낸다. 도 10a 는 Ga/(In + Ga) 가 0.75 인 샘플 6 및 7 에 대해, 도 10b 는 Ga/(In + Ga) 가 0.25 인 샘플 8, 9 에 대한 Tauc 플롯이다. 어느 경우도, 성막시의 산소 분압/아르곤 분압을 바꾸어도, 밴드 갭 에너지 (Eg) 는 크게 변화되지 않은 것을 알 수 있다.Each
도 11 은, 도 10a 및 도 10b 에 나타내는 Tauc 플롯으로부터 도출한 각 샘플의 밴드 갭 에너지를 산소 분압/아르곤 분압을 가로축에 플롯한 것이다. 이 결과로부터, 산소 분압/아르곤 분압을 변화시켜도 밴드 갭 에너지의 변화는 거의 없는 것이 명백해졌다.FIG. 11 plots the band gap energy of each sample derived from the Tauc plots shown in FIGS. 10A and 10B on the horizontal axis of oxygen partial pressure / argon partial pressure. From this result, it became clear that even if the oxygen partial pressure / argon partial pressure was changed, there was almost no change in the band gap energy.
도 12a 는 샘플 6, 7 에 대해, 도 12b 는 샘플 8, 9 에 대한 광 전자 분광 측정에 의한 여기광 에너지와 규격화 광 전자 수율을 나타내고, 도 13 은, 도 12a 및 도 12b 의 그래프로부터 구한 각 샘플의 이온화 포텐셜을 나타내는 것이다. 도 13 에 나타내는 결과로부터, Ga/(In + Ga) 의 값이 상이한 경우에도 성막시의 산소 분압/아르곤 분압이 커짐에 따라 이온화 포텐셜이 커지고 있는 것을 알 수 있었다.FIG. 12A shows
앞서 구한 밴드 갭 에너지 (Eg) 와 이온화 포텐셜 (I) 의 차로부터 각 샘플 6 ? 9 의 전자 친화력 (χ) 을 구하였다 (표 3 참조).From the difference between the band gap energy (Eg) and the ionization potential (I) obtained above, each
도 14 는, 상기 결과로부터 얻어진, 전자 친화력의, 성막시의 산소 분압/아르곤 분압 의존성을 나타내는 것이다. 전자 친화력 (χ) 은, 성막시의 산소 분압/아르곤 분압이 커질수록 커지는 것이 명백해졌다. 성막시의 산소 분압/아르곤 분압을 0 에서 0.01 로 크게 하면 Ga/(In + Ga) 의 값이 0.75, 0.25 어느 경우에도 전자 친화력이 0.2 eV 정도 커지는 것을 알 수 있었다.Fig. 14 shows the oxygen partial pressure / argon partial pressure dependence of electron affinity at the time of film formation obtained from the above result. It became clear that electron affinity (χ) became larger as oxygen partial pressure / argon partial pressure at the time of film-forming increased. It was found that when the oxygen partial pressure / argon partial pressure at the time of film formation was increased from 0 to 0.01, the electron affinity increased by about 0.2 eV even in the case where the value of Ga / (In + Ga) was 0.75, 0.25.
이상과 같이, 성막시의 산소 분압/아르곤 분압을 변화시킴으로써, 전자 친화력을 변화시킬 수 있는 것, 보다 상세하게는, 산소 분압/아르곤 분압을 크게 함으로써 전자 친화력을 크게 할 수 있는 것이 명확해졌다.As mentioned above, it became clear that the electron affinity can be changed by changing the oxygen partial pressure / argon partial pressure at the time of film-forming, More specifically, it is clear that the electron affinity can be enlarged by increasing oxygen partial pressure / argon partial pressure.
따라서, IGZO 로 이루어지는 산화물 반도체층에 있어서, 예를 들어, 영역 (A1), 영역 (A2) 의 b/(a + b) 를 변조함으로써 부여된 전자 친화력차에 추가로, 영역 (A1) 성막시의 산소 분압/아르곤 분압을, 영역 (A2) 성막시의 산소 분압/아르곤 분압보다 크게 함으로써, 보다 큰 전자 친화력차를 얻을 수 있다.Accordingly, in the oxide semiconductor layer made of IGZO, for example, area (A 1), in addition to the electron affinity difference giving modulating b / (a + b) of the area (A 2), area (A 1 ) by the oxygen partial pressure / argon partial pressure during the film formation, the area (a 2) greater than the oxygen partial pressure / argon partial pressure during the film formation, it is possible to obtain a larger electron affinity difference.
또한, 일반적으로 성막시의 산소 분압/아르곤 분압이 큰 경우에는 막 중의 산소 농도가 높고, 반대로 성막시의 산소 분압/아르곤 분압이 작은 경우에는 산소 농도가 낮아지므로, 상기 결과는 막 중의 산소 농도가 높아짐에 따라 전자 친화력이 커지는 것을 의미한다.In general, when the oxygen partial pressure / argon partial pressure at the time of film formation is large, the oxygen concentration in the film is high. On the contrary, when the oxygen partial pressure / argon partial pressure at the time of film formation is small, the oxygen concentration decreases. As it increases, it means that the electron affinity increases.
본 실험에 있어서는, 막 내의 산소 농도를 높이는 수법으로서, 성막시의 산소 분압/아르곤 분압을 크게 한다는 방법을 채용했지만, 그 밖에, 성막면에 산소 라디칼을 조사시키는, 오존 분위기 중에서 성막면에 자외선을 조사하는 등의 방법을 채용해도 동일하게 막 내의 산소 농도를 높일 수 있다.In this experiment, as a method of increasing the oxygen concentration in the film, a method of increasing the oxygen partial pressure / argon partial pressure at the time of film formation was employed, but ultraviolet rays were applied to the film forming surface in an ozone atmosphere in which oxygen radicals were irradiated onto the film forming surface. Even if a method such as irradiation is employed, the oxygen concentration in the film can be increased in the same manner.
상기 서술한 Ga/(In + Ga) 의 변조와 막 중 산소 농도의 변조는 동시에 적용하는 것이 가능하고, 예를 들어, 제 1 영역 (A1) 을, Ga/(In + Ga) = 0.25 의 조성비, 또한 막 중 산소 농도가 높은 (성막시의 산소 분압/아르곤 분압 = 0.01) IGZO 막 (표 3 에 있어서의 샘플 9) 으로 하고, 제 2 영역 (A2) 을, Ga/(In + Ga) = 0.75 부근의 조성비, 또한 막 중 산소 농도가 낮은 (성막시의 산소 분압/아르곤 분압 = 0) IGZO 막 (표 3 에 있어서의 샘플 6) 사이에 둔 구조로 함으로써, 조성비만, 혹은 산소 농도만을 변조한 경우 보다 깊은 우물형 장벽 구조 (전자 친화력차 (Δχ) = 0.65) 를 얻을 수 있다.The above-described modulation of Ga / (In + Ga) and the modulation of oxygen concentration in the film can be applied simultaneously. For example, the first region A 1 is applied to Ga / (In + Ga) = 0.25. The composition ratio and the oxygen concentration in the film (high oxygen partial pressure / argon partial pressure = 0.01 at the time of film formation) were used as the IGZO film (
여기서, IGZO 막에 있어서의 캐리어 농도, 이동도에 대해 실시한 실험에 대하여 설명한다. 캐리어 농도 및 이동도는, 홀 효과 및 비저항의 측정에 의해 구할 수 있다.Here, an experiment performed on the carrier concentration and the mobility in the IGZO film will be described. Carrier concentration and mobility can be calculated | required by the measurement of a hall effect and a specific resistance.
도 15a ? 도 15c 는, 산소 분압/아르곤 분압을 변화시켜 제작한 IGZO 막 중의 비저항, 캐리어 밀도, 이동도의 Ga/(In + Ga) 의존성을 각각 나타내는 것이다. 도 15 중에 있어서, ● 는 산소 분압/아르곤 분압이 0.01, ■ 는 산소 분압/아르곤 분압이 0.005, ▲ 는 산소 분압/아르곤 분압이 0 인 샘플에 대한 데이터이다.15A? Fig. 15C shows Ga / (In + Ga) dependence of specific resistance, carrier density, and mobility in IGZO films prepared by varying the oxygen partial pressure / argon partial pressure. In Fig. 15,? Is the oxygen partial pressure / argon partial pressure is 0.01, ■ is the oxygen partial pressure / argon partial pressure is 0.005, and ▲ is the data for the sample whose oxygen partial pressure / argon partial pressure is zero.
측정에 제공된 샘플은, 상기와 동일한 방법으로 제작한 것이다. 홀 효과 및 비저항의 측정에는 홀 측정 장치 (토요 테크니카 제조, 홀 효과?비저항 측정 장치 Resitest 8300) 를 사용하였다.The sample provided for the measurement is produced by the same method as the above. Hall measurement apparatus (Toyo Technica make, Hall effect resistivity measuring apparatus Resitest 8300) was used for the measurement of a Hall effect and a specific resistance.
도 15b) 로부터 Ga/(In + Ga) 또는 산소 분압/아르곤 분압을 변화시킴으로써 캐리어 밀도를 독립적으로 제어할 수 있는 것을 알 수 있다. 예를 들어, Ga/(In + Ga) 를 일정하게 하고, 산소 분압/아르곤 분압만을 변화시킴으로써, 막의 밴드 갭을 변화시키지 않고 막 중의 캐리어 농도만을 임의로 조정할 수 있다. 단, 산소 분압/아르곤 분압이 0 일 때, Ga/(In + Ga) 를 변화시킴으로써, 캐리어 농도는 임의로 제어할 수 있지만, 도 15c 에 나타내는 바와 같이 이동도는 낮은 상태인 채로 되어 있는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터, 단순히 산소 결손량을 증가시켜 캐리어 농도를 증가시키는 것 만으로는 구하는 이동도의 향상은 얻어지지 않는 것을 알 수 있었다.It can be seen from FIG. 15B) that the carrier density can be independently controlled by changing Ga / (In + Ga) or oxygen partial pressure / argon partial pressure. For example, by making Ga / (In + Ga) constant and changing only the oxygen partial pressure / argon partial pressure, it is possible to arbitrarily adjust only the carrier concentration in the film without changing the band gap of the film. However, when oxygen partial pressure / argon partial pressure is 0, by changing Ga / (In + Ga), carrier concentration can be controlled arbitrarily, but it turns out that mobility remains low as shown to FIG. 15C. have. From this result, it was found that the mobility obtained by simply increasing the oxygen deficiency amount to increase the carrier concentration cannot be obtained.
다음으로, IGZO 의 단층막과 적층 구조의 캐리어 농도, 이동도를 비교한 결과에 대해 설명한다.Next, the result of having compared the carrier concentration and mobility of IGZO monolayer film and laminated structure is demonstrated.
적층 구조로서, 기판 상에, 샘플 7 의 조성비 (0.25) - 산소 분압/아르곤 분압 (0.01) 의 IGZO 막을 10 ㎚ 성막한 후, 연속하여 샘플 6 의 조성비 (0.75) - 산소 분압/아르곤 분압 (0) 을 50 ㎚ 성막한 홀 소자를 제작하였다.As a laminated structure, a 10 nm IGZO film having a composition ratio (0.25)-oxygen partial pressure / argon partial pressure (0.01) of
단막으로서, 각각 샘플 7 (IGZO-0.25-0.01), 샘플 6 (IGZO-0.75-0) 의 각각의 단막의 홀 소자를 준비하였다.As a single film, the Hall element of each single film of Sample 7 (IGZO-0.25-0.01) and Sample 6 (IGZO-0.75-0) was prepared, respectively.
각 영역의 단막의 캐리어 농도와 비교하여, 혹은 단막을 적층한 경우의 단순평균으로부터 예상되는 캐리어 농도치와 비교하여, 적층 구조는 캐리어 밀도가 증대되고, 이동도가 증대되었다. 이것은 우물형 포텐셜이 형성되어, 우물층에 전자가 이동한 것을 의미한다.Compared with the carrier concentration of the monolayers in each region, or compared with the carrier concentration values expected from the simple average when the monolayers were laminated, the carrier structure had increased carrier density and increased mobility. This means that a well potential is formed, and electrons move in the well layer.
이상에 있어서 설명한 본 발명의 박막 트랜지스터의 용도는 특별히 한정되는 것은 아닌데, 예를 들어 전기 광학 장치로서의 표시 장치 (예를 들어 액정 표시 장치, 유기 EL (Electro Luminescence) 표시 장치, 무기 EL 표시 장치 등) 에 있어서의 구동 소자로서 바람직하다.The use of the thin film transistor of the present invention described above is not particularly limited, but for example, a display device as an electro-optical device (for example, a liquid crystal display device, an organic EL (Electro Luminescence) display device, an inorganic EL display device, etc.) It is suitable as a drive element in the present invention.
게다가 본 발명의 전자 소자는, 수지 기판을 사용한 저온 프로세스로 제작 가능한 플렉시블 디스플레이 등의 디바이스, CCD (Charge Coupled Device), CM0S (Complementary Metal Oxide Semiconductor) 등의 이미지 센서, X 선 센서 등의 각종 센서, MEMS (Micro Electro Mechanical System) 등, 여러 가지의 전자 디바이스에 있어서의 구동 소자 (구동 회로) 로서 바람직하게 사용되는 것이다.In addition, the electronic device of the present invention is a device such as a flexible display that can be produced by a low temperature process using a resin substrate, image sensors such as CCD (Charge Coupled Device), CM0S (Complementary Metal Oxide Semiconductor), various sensors such as X-ray sensors, It is used suitably as a drive element (drive circuit) in various electronic devices, such as MEMS (Micro Electro Mechanical System).
본 발명의 박막 트랜지스터를 사용한 본 발명의 표시 장치 및 센서는, 모두 낮은 소비 전력에 의해 양호한 특성을 나타낸다. 또한, 여기서 말하는 「특성」이란, 표시 장치의 경우에는 표시 특성, 센서의 경우에는 감도 특성이다.Both the display device and the sensor of the present invention using the thin film transistor of the present invention exhibit good characteristics with low power consumption. In addition, "characteristic" here is a display characteristic in the case of a display apparatus, and a sensitivity characteristic in the case of a sensor.
<액정 표시 장치><Liquid Crystal Display Device>
도 16 에, 본 발명의 전기 광학 장치의 일 실시형태의 액정 표시 장치에 대해, 그 일부분의 개략 단면도를 나타내고, 도 17 에 그 전기 배선의 개략 구성도를 나타낸다.In FIG. 16, the schematic sectional drawing of the one part is shown about the liquid crystal display device of one Embodiment of the electro-optical device of this invention, and the schematic block diagram of the electrical wiring is shown in FIG.
도 16 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 액정 표시 장치 (5) 는, 도 3A 에 나타낸 탑 게이트형의 박막 트랜지스터 (1) 와 트랜지스터 (1) 의 패시베이션층 (54) 으로 보호된 게이트 전극 (16) 상에 화소 하부 전극 (55) 및 그 대향 상부 전극 (56) 사이에 둔 액정층 (57) 과, 각 화소에 대응시켜 상이한 색을 발색시키기 위한 RGB 컬러 필터 (58) 를 구비하고, TFT (10) 의 기판 (11) 측 컬러 필터 (58) 상에 각각 편광판 (59a, 59b) 을 구비한 구성이다.As shown in FIG. 16, the liquid
또, 도 17 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 액정 표시 장치 (5) 는, 서로 평행한 복수의 게이트 배선 (51) 과, 그 게이트 배선 (51) 과 교차하는, 서로 평행한 데이터 배선 (52) 을 구비하고 있다. 여기서 게이트 배선 (51) 과 데이터 배선 (52) 은 전기적으로 절연되어 있다. 게이트 배선 (51) 과, 데이터 배선 (52) 의 교차부 부근에, 박막 트랜지스터 (1) 가 구비되어 있다.In addition, as shown in FIG. 17, the liquid
박막 트랜지스터 (1) 의 게이트 전극 (16) 은, 게이트 배선 (51) 에 접속되어 있고, 박막 트랜지스터 (1) 의 소스 전극 (13) 은 데이터 배선 (52) 에 접속되어 있다. 또, 박막 트랜지스터 (1) 의 드레인 전극 (14) 은 게이트 절연막 (15) 에 형성된 컨택트홀 (19) 을 개재하여 (컨택트홀 (19) 에 도전체가 매립되어) 화소 하부 전극 (55) 에 접속되어 있다. 이 화소 하부 전극 (55) 은, 접지된 대향 전극 (56) 과 함께 콘덴서 (53) 를 구성하고 있다.The
도 16 에 나타낸 본 실시형태의 액정 장치에 있어서는, 탑 게이트형의 박막 트랜지스터를 구비하는 것으로 했는데, 본 발명의 표시 장치인 액정 장치에 있어서 사용되는 박막 트랜지스터는 탑 게이트형에 한정되지 않고, 보텀 게이트형의 박막 트랜지스터여도 된다.In the liquid crystal device of the present embodiment shown in FIG. 16, it is assumed that a thin film transistor of a top gate type is provided, but the thin film transistor used in the liquid crystal device which is the display device of the present invention is not limited to the top gate type. May be a thin film transistor.
본 발명의 박막 트랜지스터는 높은 이동도를 갖기 때문에, 액정 표시 장치에 있어서 고정밀, 고속 응답, 고콘트라스트 등의 고품위 표시가 가능해져, 대화면화에도 적합하다. 또, 활성층의 IGZO 가 비정질인 경우에는 소자 특성의 편차를 억제할 수 있어, 대화면에서 불균일이 없는 우수한 표시 품위가 실현된다. 게다가 특성 시프트가 적기 때문에, 게이트 전압을 저감할 수 있고, 나아가서는 표시 장치의 소비 전력을 저감할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 반도체층으로서 저온 (예를 들어 200 ℃ 이하) 에서의 성막이 가능한 비정질 IGZO 막을 이용하여 박막 트랜지스터를 제작할 수 있기 때문에, 기판으로서는 수지 기판 (플라스틱 기판) 을 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 표시 품질이 우수한 플렉시블 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.Since the thin film transistor of the present invention has high mobility, high-definition display such as high precision, high speed response, high contrast, and the like in a liquid crystal display device can be achieved, which is suitable for large screen. In addition, when the IGZO of the active layer is amorphous, variations in device characteristics can be suppressed, and excellent display quality without unevenness on a large screen is realized. In addition, since the characteristic shift is small, the gate voltage can be reduced, and further, power consumption of the display device can be reduced. In addition, according to the present invention, since a thin film transistor can be produced using an amorphous IGZO film capable of film formation at low temperature (for example, 200 ° C. or less) as a semiconductor layer, a resin substrate (plastic substrate) can be used as the substrate. Therefore, according to this invention, the flexible liquid crystal display device excellent in display quality can be provided.
<유기 EL 표시 장치><Organic EL display device>
도 18 에, 본 발명의 전기 광학 장치의 일 실시형태의 액티브 매트릭스 방식의 유기 EL 표시 장치에 대해, 그 일부분의 개략 단면도를 나타내고, 도 19 에 전기 배선의 개략 구성도를 나타낸다.18, the schematic sectional drawing of a part is shown about the organic electroluminescent display apparatus of the active matrix system of one Embodiment of the electro-optical device of this invention, and the schematic block diagram of an electrical wiring is shown in FIG.
유기 EL 표시 장치의 구동 방식에는, 단순 매트릭스 방식과 액티브 매트릭스 방식의 2 종류가 있다. 단순 매트릭스 방식은 저비용으로 제작할 수 있는 장점이 있지만, 주사선을 1 개씩 선택하여 화소를 발광시키는 점에서, 주사선 수와 주사선 근처의 발광 시간은 반비례한다. 그 때문에 고정밀화, 대화면화가 곤란하다. 액티브 매트릭스 방식은 화소마다 트랜지스터나 캐패시터를 형성하기 때문에 제조 비용이 높아지는데, 단순 매트릭스 방식과 같이 주사선 수를 늘릴 수 없다는 문제는 없기 때문에 고정밀화, 대화면화에 적합하다.There are two types of driving methods of the organic EL display device, a simple matrix method and an active matrix method. The simple matrix method has an advantage of being able to be manufactured at low cost. However, the number of scan lines is inversely proportional to the light emission time near the scan lines in that the pixels are emitted by selecting the scan lines one by one. Therefore, high precision and large screen are difficult. Since the active matrix method forms transistors and capacitors for each pixel, the manufacturing cost is high. However, the active matrix method is suitable for high precision and large screen because there is no problem that the number of scanning lines cannot be increased like the simple matrix method.
본 실시형태의 액티브 매트릭스 방식의 유기 EL 표시 장치 (6) 는, 도 3A 에 나타낸 탑 게이트형의 박막 트랜지스터 (1) 가, 패시베이션층 (61a) 을 구비한 기판 (60) 상에, 구동용 (1a) 및 스위칭용 (1b) 으로서 구비되고, 그 트랜지스터 (1a 및 1b) 상에 하부 전극 (62) 및 상부 전극 (63) 에 끼워진 유기 발광층 (64) 으로 이루어지는 유기 발광 소자 (65) 를 구비하고, 상면도 패시베이션층 (61b) 에 의해 보호된 구성으로 되어 있다.In the active matrix organic
또, 도 19 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 유기 EL 표시 장치 (7) 는, 서로 평행한 복수의 게이트 배선 (66) 과, 그 게이트 배선 (66) 과 교차하는 서로 평행한 데이터 배선 (67) 및 구동 배선 (68) 을 구비하고 있다. 여기서 게이트 배선 (66) 과 데이터 배선 (67), 구동 배선 (68) 은 전기적으로 절연되어 있다. 스위칭용 박막 트랜지스터 (1b) 의 게이트 전극 (16a) 은, 게이트 배선 (66) 에 접속되어 있고, 스위칭용 박막 트랜지스터 (1b) 의 소스 전극 (13b) 은 데이터 배선 (67) 에 접속되어 있다. 또, 스위칭용 박막 트랜지스터 (1b) 의 드레인 전극 (14b) 은 구동용 박막 트랜지스터 (1a) 의 게이트 전극 (16a) 에 접속됨과 함께, 콘덴서 (69) 를 사용함으로써 구동용 박막 트랜지스터 (1a) 를 온 상태로 유지한다. 구동용 박막 트랜지스터 (1a) 의 소스 전극 (13a) 은 구동 배선 (68) 에 접속되고, 드레인 전극 (14a) 은 유기 EL 발광 소자 (65) 에 접속된다.As shown in FIG. 19, the organic
도 18 에 나타낸 본 실시형태의 유기 EL 장치에 있어서는, 탑 게이트형의 박막 트랜지스터 (1a 및 1b) 를 구비하는 것으로 했는데, 본 발명의 표시 장치인 유기 EL 장치에 있어서 사용되는 박막 트랜지스터는, 탑 게이트형에 한정되지 않고, 보텀 게이트형의 박막 트랜지스터여도 된다.In the organic EL device of the present embodiment shown in FIG. 18, it is assumed that the top gate type
본 발명의 박막 트랜지스터는 높은 이동도를 갖기 때문에 저소비 전력이고 또한 고품위인 표시가 가능해진다. 또, 본 발명에 의하면, 반도체층으로서 저온 (예 200 ℃ 이하) 에서의 성막이 가능한 비정질 IGZO 막을 이용하여 박막 트랜지스터를 제작할 수 있기 때문에, 기판으로서 수지 기판 (플라스틱 기판) 을 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 표시 품질이 우수하고 플렉시블 유기 EL 표시 장치를 제공할 수 있다.Since the thin film transistor of the present invention has high mobility, display of low power consumption and high quality is possible. In addition, according to the present invention, since a thin film transistor can be manufactured using an amorphous IGZO film capable of film formation at low temperature (for example, 200 ° C. or less) as a semiconductor layer, a resin substrate (plastic substrate) can be used as the substrate. Therefore, according to this invention, it is excellent in display quality and can provide a flexible organic electroluminescence display.
또한, 도 18 에 나타낸 유기 EL 표시 장치에 있어서, 상부 전극 (63) 을 투명 전극으로 하여 탑 이미션형으로 해도 되고, 하부 전극 (62) 및 TFT 의 각 전극을 투명 전극으로 함으로써 보텀 이미션형으로 해도 된다.In addition, in the organic EL display device shown in FIG. 18, the
<X 선 센서><X-ray sensor>
도 20 에, 본 발명의 센서의 일 실시형태인 X 선 센서에 대해, 그 일부분의 개략 단면도를 나타내고, 도 21 에 그 전기 배선의 개략 구성도를 나타낸다.20, the schematic sectional drawing of the part is shown about the X-ray sensor which is one Embodiment of the sensor of this invention, and the schematic block diagram of the electrical wiring is shown in FIG.
도 20 은, 보다 구체적으로는 X 선 센서 어레이의 일부를 확대한 개략 단면도이다. 본 실시형태의 X 선 센서 (7) 는 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터 (1) 및 캐패시터 (70) 와, 캐패시터 (70) 상에 형성된 전하 수집용 전극 (71) 과, X 선 변환층 (72) 과, 상부 전극 (73) 을 구비하여 구성된다. 박막 트랜지스터 (1) 상에는 패시베이션막 (75) 이 형성되어 있다.20 is a schematic cross-sectional view showing an enlarged portion of the X-ray sensor array more specifically. The
캐패시터 (70) 는 캐패시터용 하부 전극 (76) 과 캐패시터용 상부 전극 (77) 사이에 절연막 (78) 을 둔 구조로 되어 있다. 캐패시터용 상부 전극 (77) 은 절연막 (78) 에 형성된 컨택트홀 (79) 을 개재하여, 박막 트랜지스터 (1) 의 소스 전극 (13) 및 드레인 전극 (14) 의 어느 일방 (도 20 에 있어서는 드레인 전극 (14)) 과 접속되어 있다.The
전하 수집용 전극 (71) 은, 캐패시터 (70) 에 있어서의 캐패시터용 상부 전극 (77) 상에 형성되어 있고, 캐패시터용 상부 전극 (77) 에 접하고 있다. X 선 변환층 (72) 은 아모르퍼스 셀렌으로 이루어지는 층으로, 박막 트랜지스터 (1) 캐패시터 (70) 를 덮도록 형성되어 있다. 상부 전극 (73) 은 X 선 변환층 (72) 상에 형성되어 있고, X 선 변환층 (72) 에 접하고 있다.The
도 21 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 X 선 센서 (7) 는, 서로 평행한 복수의 게이트 배선 (81) 과, 게이트 배선 (81) 과 교차하는, 서로 평행한 복수의 데이터 배선 (82) 을 구비하고 있다. 여기서 게이트 배선 (81) 과 데이터 배선 (82) 은 전기적으로 절연되어 있다. 게이트 배선 (81) 과 데이터 배선 (82) 의 교차부 부근에, 박막 트랜지스터 (1) 가 구비되어 있다.As shown in FIG. 21, the
박막 트랜지스터 (1) 의 게이트 전극 (16) 은, 게이트 배선 (81) 에 접속되어 있고, 박막 트랜지스터 (1) 의 소스 전극 (13) 은 데이터 배선 (82) 에 접속되어 있다. 또, 박막 트랜지스터 (1) 의 드레인 전극 (14) 은 전하 수집용 전극 (71) 에 접속되어 있고, 나아가 이 전하 수집용 전극 (71) 은, 접지된 대향 전극 (76) 과 함께 캐패시터 (70) 를 구성하고 있다.The
본 구성의 X 선 센서 (7) 에 있어서, X 선은 도 21 중, 상부 (상부 전극 (73) 측) 로부터 조사되어, X 선 변환층 (72) 과 전자-정공쌍을 생성한다. 이 X 선 변환층 (72) 에 상부 전극 (73) 에 의해 고전계를 인가해 둠으로써, 생성된 전하는 캐패시터 (70) 에 축적되어, 박막 트랜지스터 (1) 를 순차 주사함으로써 판독 출력된다.In the
본 발명의 X 선 센서는, 온 전류가 높고, 신뢰성이 우수한 박막 트랜지스터 (1) 를 구비하기 때문에, S/N 이 높고, 감도 특성이 우수하기 때문에, X 선 디지털 촬영 장치에 사용한 경우에 광다이나믹 레인지의 화상이 얻어진다. 특히 본 발명의 X 선 디지털 촬영 장치는, 정지 화면 촬영만 가능한 것이 아니고, 동영상에 의한 투시와 정지 화면의 촬영이 1 대로 실시할 수 있는 X 선 디지털 촬영 장치에 사용하는 것이 바람직하다. 또한 박막 트랜지스터에 있어서의 활성층의 IGZ0 가 비정질인 경우에는 균일성이 우수한 화상이 얻어진다.Since the X-ray sensor of the present invention has a
또한, 도 20 에 나타낸 본 실시형태의 X 선 센서에 있어서는, 탑 게이트형의 박막 트랜지스터를 구비하는 것으로 했는데, 본 발명의 센서에서 사용되는 박막 트랜지스터는 탑 게이트형에 한정되지 않고, 보텀 게이트형의 박막 트랜지스터여도 된다.In addition, in the X-ray sensor of this embodiment shown in FIG. 20, the top gate type thin film transistor was provided, but the thin film transistor used by the sensor of this invention is not limited to a top gate type, but is a bottom gate type A thin film transistor may be sufficient.
실시예 1Example 1
보텀 게이트형 박막 트랜지스터에 대해 실시예 1, 2, 3, 비교예 1, 2 를 제작하여, 이동도를 비교하였다. 표 4 는, 각 트랜지스터의 Ga/(In + Ga) 성막시의 산소 분압/아르곤 분압 및 이동도를 나타내는 표이다.Example 1, 2, 3, and Comparative Examples 1 and 2 were produced about the bottom gate type thin film transistor, and the mobility was compared. Table 4 is a table showing oxygen partial pressure / argon partial pressure and mobility at the time of Ga / (In + Ga) film formation of each transistor.
<실시예 1>≪ Example 1 >
보텀 게이트, 탑 콘택트형의 박막 트랜지스터를 실시예 1 로서 제작하였다. 기판으로서, SiO2 산화막 100 ㎚ 가 표면 상에 형성된 고농도 도프된 p 형 실리콘 기판 (미츠비시 마테리얼사 제조) 을 사용하였다. 산화물 반도체층은 IGZO 로 이루어지는 것으로 하고, 먼저, 제 1 영역 (A1) 으로서, Ga/(In + Ga) = 0.25, Zn/(In + Ga) = 0.5 인 InGaZnO 막을 5 ㎚ 스퍼터 성막한 후, 제 2 영역 (A2) 으로서, Ga/(In + Ga) = 0.75, Zn/(In + Ga) = 0.5 의 IGZO 막을 30 ㎚ 스퍼터 성막하였다. 산화물 반도체층은 각 영역간에서 대기 중에 노출되지 않고 연속하여 성막을 실시하였다. 각 영역의 스퍼터는, In2O3 타겟, Ga2O3 타겟, ZnO 타겟을 사용한 공스퍼터 (co-sputter) 에 의해 실시하였다. 각 영역의 막 두께 조정은 성막 시간의 조정에 의해 실시하였다. 각 영역의 상세한 스퍼터 조건은 이하와 같다.A bottom gate and top contact thin film transistor were fabricated as Example 1. As the substrate, a heavily doped p-type silicon substrate (manufactured by Mitsubishi Material Corporation) having a SiO 2 oxide film of 100 nm formed on the surface thereof was used. The oxide semiconductor layer is made of IGZO. First, a 5 nm sputter film is formed on the InGaZnO film having Ga / (In + Ga) = 0.25 and Zn / (In + Ga) = 0.5 as the first region (A 1 ). the second area as (a 2), Ga / ( in + Ga) = 0.75, Zn / (in + Ga) = 0.5 was deposited in the sputtering 30 ㎚ IGZO film. The oxide semiconductor layer was formed continuously without being exposed to the atmosphere between the regions. Sputtering of each area was carried out by the In 2 O 3 target, Ga 2 O 3 target, sputtering ball (co-sputter) using a ZnO target. The film thickness of each region was adjusted by adjusting the film formation time. The detailed sputtering conditions of each area are as follows.
(제 1 영역 (A1) 의 스퍼터 조건)(Sputter condition of the first area A 1 )
도달 진공도 ; 6 × 10-6 PaAttained vacuum degree; 6 × 10 -6 Pa
성막 압력 ; 4.4 × 10-1 PaDeposition pressure; 4.4 × 10 -1 Pa
성막 온도 ; 실온Film formation temperature; Room temperature
산소 분압/아르곤 분압 ; 0.02Oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.02
In2O3, Ga2O3, ZnO 타겟의 투입 전력비 ; 43.0 : 38.0 : 19.0Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO targets; 43.0: 38.0: 19.0
(제 2 영역 (A2) 의 스퍼터 조건)(Sputter condition of the second area A 2 )
도달 진공도 ; 6 × 10-6 PaAttained vacuum degree; 6 × 10 -6 Pa
성막 압력 ; 4.4 × 10-1 PaDeposition pressure; 4.4 × 10 -1 Pa
성막 온도 ; 실온Film formation temperature; Room temperature
산소 분압/아르곤 분압 ; 0.005Oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.005
In2O3, Ga2O3, ZnO 타겟의 투입 전력비 ; 14.7 : 67.8 : 17.5Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO targets; 14.7: 67.8: 17.5
스퍼터에 의한 산화물 반도체층의 적층 후, 메탈 마스크를 개재한 진공 증착법에 의해, Ti (10 ㎚)/Au (40 ㎚) 로 이루어지는 오믹 컨택트를 적층막 상에 형성하였다.After lamination of the oxide semiconductor layer by sputtering, an ohmic contact made of Ti (10 nm) / Au (40 nm) was formed on the laminated film by a vacuum deposition method via a metal mask.
이상에 의해, 채널 길이 180 ㎛, 채널 폭 1 ㎜ 의 보텀 게이트형 박막 트랜지스터 (1) 의 실시예 1 을 얻었다.As a result, Example 1 of the bottom gate type
<실시예 2><Example 2>
소자 구성은 실시예 1 과 동일하고, 산화물 반도체층의 조성만이 상이하다. 먼저, 제 1 영역 (A1) 으로서, Ga/(In + Ga) = 0.375, Zn/(In + Ga) = 0.5 인 IGZO 막을 5 ㎚ 스퍼터 성막한 후, 제 2 영역 (A2) 으로서, Ga/(In + Ga) = 0.625, Zn/(In + Ga) = 0.5 의 IGZO 막을 30 ㎚ 스퍼터 성막하였다. 산화물 반도체층은 각 영역간에서 대기 중에 노출되지 않고 연속하여 성막을 실시하였다. 각 영역의 스퍼터는, In2O3 타겟, Ga2O3 타겟, ZnO 타겟을 사용한 공스퍼터 (co-sputter) 에 의해 실시하였다. 각 영역의 막 두께 조정은 성막 시간의 조정에 의해 실시하였다. 각 영역의 상세한 스퍼터 조건은 이하와 같다.The device configuration is the same as that in Example 1, and only the composition of the oxide semiconductor layer is different. First, as the first region (A 1) As, Ga / (In + Ga) = 0.375, Zn / (In + Ga) = 0.5 the IGZO film after the
(제 1 영역 (A1) 의 스퍼터 조건)(Sputter condition of the first area A 1 )
도달 진공도 ; 6 × 10-6 PaAttained vacuum degree; 6 × 10 -6 Pa
성막 압력 ; 4.4 × 10-1 PaDeposition pressure; 4.4 × 10 -1 Pa
성막 온도 ; 실온Film formation temperature; Room temperature
산소 분압/아르곤 분압 ; 0.02Oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.02
In2O3, Ga2O3, ZnO 타겟의 투입 전력비 ; 39.5 : 50.0 : 18.0Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO targets; 39.5: 50.0: 18.0
(제 2 영역 (A2) 의 스퍼터 조건)(Sputter condition of the second area A 2 )
도달 진공도 ; 6 × 10-6 GPaAttained vacuum degree; 6 × 10 -6 GPa
성막 장력 ; 4.4× 10-1 PaFilm formation tension; 4.4 × 10 -1 Pa
성막 온도 ; 실온Film formation temperature; Room temperature
산소 분압/아르곤 분압 ; 0.005Oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.005
In2O3, Ga2O3, ZnO 타겟의 투입 전력비 ; 20.5 : 61.0 : 17.0Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO targets; 20.5: 61.0: 17.0
<실시예 3><Example 3>
소자 구성은 실시예 1 과 동일하고, 산화물 반도체층의 조성 및, 산소 농도가 상이하다. 먼저, 제 1 영역 (A1) 으로서, Ga/(In + Ga) = 0.0, Zn/(In + Ga) = 0.5 인 IGZO 막을 5 ㎚ 스퍼터 성막한 후, 제 2 영역 (A2) 으로서, Ga/(In + Ga) = 1.0, Zn/(In + Ga) = 0.5 인 IGZO 막을 30 ㎚ 스퍼터 성막하였다. 산화물 반도체층은 각 영역간에서 대기 중에 노출되지 않고 연속하여 성막을 실시하였다. 각 영역의 스퍼터는, In2O3 타겟, Ga2O3 타겟, ZnO 타겟을 사용한 공스퍼터 (co-sputter) 에 의해 실시하였다. 각 영역의 막 두께 조정은 성막 시간의 조정에 의해 실시하였다. 각 영역의 상세한 스퍼터 조건은 이하와 같다.The device configuration is the same as that in Example 1, and the composition of the oxide semiconductor layer and the oxygen concentration are different. First, as the first region (A 1) As, Ga / (In + Ga) = 0.0, Zn / (In + Ga) = 0.5 the IGZO film after the
(제 1 영역 (A1) 의 스퍼터 조건)(Sputter condition of the first area A 1 )
도달 진공도 ; 6 × 10-6 PaAttained vacuum degree; 6 × 10 -6 Pa
성막 압력 ; 4.4 × 10-1 PaDeposition pressure; 4.4 × 10 -1 Pa
성막 온도 ; 실온Film formation temperature; Room temperature
산소 분압/아르곤 분압 ; 0.067Oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.067
In2O3, Ga2O3, ZnO 타겟의 투입 전력비 ; 55.0 : 0.0 : 13.0Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO targets; 55.0: 0.0: 13.0
(제 2 영역 (A1) 의 스퍼터 조건)(Sputter condition of the second area A 1 )
도달 진공도 ; 6 × 10-6 PaAttained vacuum degree; 6 × 10 -6 Pa
성막 압력 ; 4.4 × 10-1 PaDeposition pressure; 4.4 × 10 -1 Pa
성막 온도 ; 실온Film formation temperature; Room temperature
산소 분압/아르곤 분압 ; 0.005Oxygen partial pressure / argon partial pressure; 0.005
In2O3, Ga2O3, ZnO 타겟의 투입 전력비 ; 0.0 : 60.0 : 15.0Input power ratio of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO targets; 0.0: 60.0: 15.0
<비교예 1>Comparative Example 1
실시예 1 의 산화물 반도체의 성막에 있어서, 층 두께 방향의 조성 및 산소 변조를 실시하지 않고, 투입 전력비를 31.5 : 61.0 : 20.0, 산소 분압/아르곤 분압을 0.002 의 조건 하에서, IGZO 막만을 45 ㎚ 성막하고, 그 이외에는 실시예 1 과 동일한 방법으로 박막 트랜지스터를 제작한 것을 비교예 1 로 하였다. 이것은 종래의 In : Ga : Zn = 1 : 1 : 1 조성 (Ga/(In + Ga) = 0.5) 의 IGZO 단막을 활성층에 갖는 트랜지스터로, 층 두께 방향으로 우물형 포텐셜 구조가 형성되어 있지 않은 경우인 것이다.In the film formation of the oxide semiconductor of Example 1, only IGZO film is 45 nm formed under the conditions of the input power ratio of 31.5: 61.0: 20.0 and the oxygen partial pressure / argon partial pressure of 0.002 without performing composition in the layer thickness direction and oxygen modulation. In addition, the thin film transistor was produced in the same manner as in Example 1 as Comparative Example 1. This is a transistor having a conventional IGZO monolayer having a composition of In: Ga: Zn = 1: 1: 1 (Ga / (In + Ga) = 0.5) in an active layer, and a well type potential structure is not formed in the layer thickness direction. It is
<비교예 2>Comparative Example 2
실시예 1 의 산화물 반도체층의 성막에 있어서, 제 1 영역을 성막하고, 제 2 영역을 성막하지 않았던 것 이외는 실시예 1 과 동일한 방법으로 박막 트랜지스터를 제작한 것을 비교예 2 로 하였다. 비교예 2 는, 층 두께 방향으로 우물형 포텐셜 구조가 형성되어 있지 않은 것 이외에, 캐리어 공급층이 되는 제 2 영역이 구조 중에 포함되지 않는 경우인 것이다.In the film formation of the oxide semiconductor layer of Example 1, a thin film transistor was produced in the same manner as in Example 1 except that the first region was formed and the second region was not formed. The comparative example 2 is a case where the 2nd area | region used as a carrier supply layer is not contained in a structure except that the well type potential structure is not formed in the layer thickness direction.
상기 실시예 1, 2, 3 및 비교예 1, 2 에 대해, 반도체 파라미터?애널라이저 4156C (아지렌트테크놀로지사 제조) 를 이용하여, 트랜지스터 특성 (Vg-Id 특성) 및 이동도 (μ) 의 측정을 실시하였다. 측정 결과를 도 22 에 나타냈다. Vg-Id 특성의 측정은, 드레인 전압 (Vd) 을 10 V 로 고정시키고, 게이트 전압 (Vg) 을 -15 V ? + 15 V 의 범위 내에서 변화시켜, 각 게이트 전압 (Vg) 에 있어서의 드레인 전류 (Id) 를 측정하는 것에 의해 실시하였다.For Examples 1, 2, and 3 and Comparative Examples 1 and 2 described above, measurement of transistor characteristics (Vg-Id characteristics) and mobility (μ) were carried out using a semiconductor parameter analyzer 4156C (manufactured by Azirent Technologies). Was carried out. The measurement result was shown in FIG. In the measurement of the Vg-Id characteristic, the drain voltage Vd is fixed at 10 V, and the gate voltage Vg is set at -15 V? It changed by the range of + 15V, and implemented by measuring the drain current Id in each gate voltage Vg.
표 4 에 나타내는 바와 같이, 우물형 포텐셜 구조를 갖는 실시예 1, 2, 3 에 있어서는 20 ㎠/Vs 이상의 이동도가 얻어지고, 특히 실시예 3 에 있어서는 이동도 57.4 ㎠/Vs 로 높은 값이 얻어졌다. 한편, 층 두께 방향으로 조성?산소 농도 변조가 없는 비교예 1 에 대해서는, 종래의 IGZO 단막의 트랜지스터로서 평균적인 값인, 11 ㎠/Vs 정도의 이동도가 얻어졌다. 또, 제 2 영역을 성막하지 않았던 비교예 2 에 대해서는 트랜지스터 구동했지만, 이동도가 0.029 ㎠/Vs 로 적층 TFT 소자와 비교하여 크게 저감되었다. 이것은, 제 2 영역이 캐리어 공급층이기 때문에, 캐리어 공급층을 갖지 않는 비교예 2 에 있어서는, 충분한 캐리어 농도가 얻어지지 않았던 것을 의미하고 있다.As shown in Table 4, in Examples 1, 2, and 3 having a well type potential structure, mobility of 20
도 23 에 실시예 1, 2, 3, 비교예 1 에 있어서의 이동도 (μ) 의 포텐셜 깊이 (Δχ) 의존성을 나타낸다. 여기서 Δχ 는, b/(a + b) 의 변조에 추가로, 산소 농도 변조에 의한 전자 친화력차가 대략 0.1 eV 라고 하여 산출하고 있다. 포텐셜 깊이 (Δχ) 를 증대시켜 가면 이동도가 증대되어 가는 현상을 알 수 있다. 이 도면으로부터, 대체로 Δχ = 0.17 eV 이상으로 함으로써, IGZO 단막의 이동도의 거의 배인 20 ㎠/Vs 이상의 이동도가 얻어져, 저소비 전력 또한 고품위의 표시 장치 혹은, 고감도의 X 선 센서 등을 제공 가능해진다. 따라서 본 발명의 트랜지스터에 있어서 제 1, 제 2 영역의 전자 친화력차는 0.17 eV 이상인 것이 바람직하다. 23 shows the potential depth Δχ dependence of mobility μ in Examples 1, 2, 3, and Comparative Example 1. FIG. Δχ is calculated as an electron affinity difference due to oxygen concentration modulation is approximately 0.1 eV in addition to the modulation of b / (a + b). If the potential depth (Δχ) is increased, the mobility increases. From this figure, by setting Δχ = 0.17 eV or more, the mobility of 20
1, 2, 3, 4 박막 트랜지스터
11 기판
12 산화물 반도체층
13 소스 전극
14 드레인 전극
15 게이트 절연막
16 게이트 전극
A1 산화물 반도체층의 제 1 영역
A2 산화물 반도체층의 제 2 영역1, 2, 3, 4 thin film transistor
11 boards
12 oxide semiconductor layer
13 source electrode
14 drain electrode
15 gate insulating film
16 gate electrode
First region of the A 1 oxide semiconductor layer
Second region of the A 2 oxide semiconductor layer
Claims (17)
상기 활성층이, 상기 게이트 전극측에 상기 게이트 절연막을 개재하여 배치된, 제 1 전자 친화력을 갖는 제 1 영역과, 상기 게이트 전극에 먼 측에 배치된, 상기 제 1 전자 친화력보다 작은 제 2 전자 친화력을 갖는 제 2 영역을 포함하고,
상기 활성층의 막 두께 방향에 있어서, 상기 제 1 영역을 우물층, 상기 제 2 영역과 상기 게이트 절연막을 장벽층으로 하는 우물형 포텐셜이 구성되어 있고,
상기 활성층이, a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체층이며 (여기서 a, b, c 는, 각각 a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, 또한 a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0 이다.),
상기 제 2 영역의 b/(a + b) 가 상기 제 1 영역의 b/(a + b) 보다 큰 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.A thin film transistor having an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a substrate,
The first layer having a first electron affinity, wherein the active layer is disposed on the gate electrode side via the gate insulating film, and a second electron affinity smaller than the first electron affinity, disposed on a side far from the gate electrode. A second region having:
In the film thickness direction of the active layer, a well type potential having the first region as the well layer, the second region and the gate insulating film as a barrier layer is formed.
The active layer is an oxide semiconductor layer composed of a (In 2 O 3 ) to b (Ga 2 O 3 ) to c (ZnO) (where a, b, and c are each a? 0, b? 0, and c? 0, also a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0.,
And b / (a + b) of the second region is larger than b / (a + b) of the first region.
상기 제 1 영역의 전자 친화력과, 상기 제 2 영역의 전자 친화력의 차가, 0.17 eV 이상, 1.3 eV 이하인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.The method of claim 1,
The difference between the electron affinity of the first region and the electron affinity of the second region is 0.17 eV or more and 1.3 eV or less.
상기 제 1 영역의 전자 친화력과, 상기 제 2 영역의 전자 친화력의 차가, 0.32 eV 이상, 1.3 eV 이하인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.The method of claim 2,
The difference between the electron affinity of the first region and the electron affinity of the second region is 0.32 eV or more and 1.3 eV or less.
상기 산화물 반도체층이 비정질인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.The method of claim 1,
And the oxide semiconductor layer is amorphous.
상기 산화물 반도체층에 있어서, 상기 제 1 영역의 b/(a + b) 가 0.5 보다 작은 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.The method of claim 1,
The oxide semiconductor layer of claim 1, wherein b / (a + b) of the first region is smaller than 0.5.
상기 산화물 반도체층에 있어서, 상기 제 1 영역의 b/(a + b) 가 0.4 보다 작고, 또한 상기 제 2 영역의 b/(a + b) 가 0.6 이상인 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.The method of claim 5, wherein
In the oxide semiconductor layer, the thin film transistor wherein b / (a + b) of the first region is smaller than 0.4 and b / (a + b) of the second region is 0.6 or more.
상기 산화물 반도체층에 있어서, 상기 제 1 영역의 산소 농도가, 상기 제 2 영역의 산소 농도보다 큰 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.The method of claim 1,
The oxide semiconductor layer, wherein the oxygen concentration in the first region is greater than the oxygen concentration in the second region.
상기 기판이 가요성을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터.The method of claim 1,
And the substrate has flexibility.
상기 활성층이, 상기 게이트 전극측에 상기 게이트 절연막을 개재하여 배치된, 제 1 전자 친화력을 갖는 제 1 영역과, 상기 게이트 전극에 먼 측에 배치된, 상기 제 1 전자 친화력보다 작은 제 2 전자 친화력을 갖는 제 2 영역을 포함하고, 그 활성층의 막 두께 방향에 있어서, 상기 제 1 영역을 우물층, 상기 제 2 영역과 상기 게이트 절연막을 장벽층으로 하는 우물형 포텐셜이 구성되도록, 상기 활성층으로서, a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체층 (여기서 a, b, c 는, 각각 a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, 또한 a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0 이다.) 을 스퍼터법에 의해 성막하는 성막 공정을 포함하고,
그 성막 공정에 있어서, 성막실 내를 제 1 산소 분압/아르곤 분압 하에서 상기 제 1 영역을 성막하고, 상기 성막실 내를 제 2 산소 분압/아르곤 분압 하에서, 제 1 영역의 b/(a + b) 보다 큰 b/(a + b) 가 되는 조성비의 상기 제 2 영역을 성막하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.As a manufacturing method of a thin film transistor which has an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a board | substrate,
The first layer having a first electron affinity, wherein the active layer is disposed on the gate electrode side via the gate insulating film, and a second electron affinity smaller than the first electron affinity, disposed on a side far from the gate electrode. And a second region having a film having a well type potential in which the first region is a well layer, the second region and the gate insulating film are barrier layers in the film thickness direction of the active layer. an oxide semiconductor layer composed of a (In 2 O 3 ) to b (Ga 2 O 3 ) to c (ZnO), where a, b, and c are each a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, and c + a ≠ 0.).
In the film formation step, the first region is formed in the film formation chamber under a first oxygen partial pressure / argon partial pressure, and the inside of the film formation chamber is subjected to b / (a + b) of the first region under a second oxygen partial pressure / argon partial pressure. And forming the second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than).
상기 제 2 산소 분압/아르곤 분압을, 상기 제 1 산소 분압/아르곤 분압보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.The method of claim 9,
The second oxygen partial pressure / argon partial pressure is made smaller than the first oxygen partial pressure / argon partial pressure.
상기 활성층이, 상기 게이트 전극측에 상기 게이트 절연막을 개재하여 배치된, 제 1 전자 친화력을 갖는 제 1 영역과, 상기 게이트 전극에 먼 측에 배치된, 상기 제 1 전자 친화력보다 작은 제 2 전자 친화력을 갖는 제 2 영역을 포함하고, 그 활성층의 막 두께 방향에 있어서, 상기 제 1 영역을 우물층, 상기 제 2 영역과 상기 게이트 절연막을 장벽층으로 하는 우물형 포텐셜이 구성되도록, 상기 활성층으로서, a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체층 (여기서 a, b, c 는, 각각 a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, 또한 a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0 이다.) 을 스퍼터법에 의해 성막하는 성막 공정을 포함하고,
그 성막 공정이, 상기 제 1 영역과, 제 1 영역의 b/(a + b) 보다 큰 b/(a + b) 가 되는 조성비의 상기 제 2 영역을 성막하는 공정을 포함하고, 상기 제 1 영역의 성막 중 및/또는 그 제 1 영역을 성막한 후에, 그 제 1 영역의 성막면에 산소 함유 라디칼을 조사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.As a manufacturing method of a thin film transistor which has an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a board | substrate,
The first layer having a first electron affinity, wherein the active layer is disposed on the gate electrode side via the gate insulating film, and a second electron affinity smaller than the first electron affinity, disposed on a side far from the gate electrode. And a second region having a film having a well type potential in which the first region is a well layer, the second region and the gate insulating film are barrier layers in the film thickness direction of the active layer. an oxide semiconductor layer composed of a (In 2 O 3 ) to b (Ga 2 O 3 ) to c (ZnO), where a, b, and c are each a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, and c + a ≠ 0.).
The film forming step includes the step of forming the first region and the second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than b / (a + b) of the first region, wherein the first region is formed. And depositing an oxygen-containing radical on the film formation surface of the first region after the film formation of the region and / or the first region is formed.
상기 활성층이, 상기 게이트 전극측에 상기 게이트 절연막을 개재하여 배치된, 제 1 전자 친화력을 갖는 제 1 영역과, 상기 게이트 전극에 먼 측에 배치된, 상기 제 1 전자 친화력보다 작은 제 2 전자 친화력을 갖는 제 2 영역을 포함하고, 그 활성층의 막 두께 방향에 있어서, 상기 제 1 영역을 우물층, 상기 제 2 영역과 상기 게이트 절연막을 장벽층으로 하는 우물형 포텐셜이 구성되도록, 상기 활성층으로서, a (In2O3)?b (Ga2O3)?c (ZnO) 로 이루어지는 산화물 반도체층 (여기서 a, b, c 는, 각각 a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, 또한 a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, c + a ≠ 0 이다.) 을 스퍼터법에 의해 성막하는 성막 공정을 포함하고,
그 성막 공정이, 상기 제 1 영역과, 제 1 영역의 b/(a + b) 보다 큰 b/(a + b) 가 되는 조성비의 상기 제 2 영역을 성막하는 공정을 포함하고, 상기 제 1 영역의 성막 중 및/또는 제 1 영역의 성막 후에, 오존 분위기 중에서 그 제 1 영역의 성막면에 자외선을 조사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.As a manufacturing method of a thin film transistor which has an active layer, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a gate electrode on a board | substrate,
The first layer having a first electron affinity, wherein the active layer is disposed on the gate electrode side via the gate insulating film, and a second electron affinity smaller than the first electron affinity, disposed on a side far from the gate electrode. And a second region having a film having a well type potential in which the first region is a well layer, the second region and the gate insulating film are barrier layers in the film thickness direction of the active layer. an oxide semiconductor layer composed of a (In 2 O 3 ) to b (Ga 2 O 3 ) to c (ZnO), where a, b, and c are each a ≥ 0, b ≥ 0, c ≥ 0, and a + b ≠ 0, b + c ≠ 0, and c + a ≠ 0.).
The film forming step includes the step of forming the first region and the second region having a composition ratio of b / (a + b) larger than b / (a + b) of the first region, wherein the first region is formed. And irradiating the film formation surface of the first region in an ozone atmosphere during the film formation of the region and / or after the deposition of the first region.
상기 성막 공정 동안, 성막 기판을 대기에 노출시키지 않는 것을 특징으로 하는 박막 트랜지스터의 제조 방법.The method according to any one of claims 9 to 12,
And a film forming substrate is not exposed to the atmosphere during the film forming process.
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