WO2011105343A1 - 半導体装置およびその製造方法ならびに表示装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a semiconductor device including a thin film transistor (TFT) using an oxide semiconductor, a manufacturing method thereof, and a display device.
- TFT thin film transistor
- Patent Documents 1 to 3 TFTs using an oxide semiconductor layer containing indium (In), zinc (Zn), gallium (Ga), or the like have been actively developed (for example, Patent Documents 1 to 3).
- a TFT using an oxide semiconductor layer has a characteristic of high mobility.
- the first and second sacrificial layers are conductive layers.
- the first and second sacrificial layers are semiconductor layers.
- a display device includes the above-described semiconductor device.
- the steps b and c include a step of forming an oxide semiconductor film on the insulating layer, a step of forming an oxide film on the oxide semiconductor film, and an etching rate of the oxide film.
- the oxide semiconductor film and the oxide film are wet-etched using an acid-based etchant such that the etching rate of the oxide semiconductor film is higher than the etching rate of the oxide semiconductor film. Forming a sacrificial layer from the oxide film.
- the step z1 includes a step z2 of performing wet etching using an acid-based etching solution in which an etching rate of the oxide film is 3 to 20 times that of the oxide semiconductor film. To do.
- the steps b and c include a step of forming an oxide semiconductor film on the insulating layer, a step of forming an oxide film on the oxide semiconductor film, and the oxide semiconductor by dry etching.
- the step f includes a step f1 of wet-etching the sacrificial layer using an acid-based etchant such that an etching rate of the sacrificial layer is higher than an etching rate of the oxide semiconductor layer.
- the step f1 includes a step f2 of performing wet etching using an acid-based etching solution in which an etching rate of the sacrificial layer is 60 times or more of an etching rate of the oxide semiconductor layer.
- the step f includes a step f3 of performing wet etching using an alkaline etching solution.
- FIG. (A)-(c) is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device 100.
- FIG. (A)-(c) is a figure explaining the manufacturing process of the semiconductor device 100.
- FIG. (A) And (b) is a figure explaining the other manufacturing process of the semiconductor device 100.
- FIG. (A) is a graph showing the gate voltage-drain current characteristics of the TFT 10
- (b) is a graph showing the gate voltage-drain current characteristics of the TFT manufactured without forming the island-like sacrificial layer 40.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention.
- the first sacrificial layer 41a and the second sacrificial layer 41b are selected from the group consisting of Zn, Ga, Mg (magnesium), Ca (calcium), and Sr (strontium). And an oxide containing at least one element.
- the sacrificial layer 41 includes, for example, zinc oxide (ZnO).
- ZnO zinc oxide
- the sacrificial layer 41 is made of, for example, gallium oxide (Ga 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), strontium oxide (SrO), or alkaline earth.
- the sacrificial layer 41 is separated into the source electrode side and the drain electrode side, it may be a conductive layer, an insulating layer, or a semiconductor layer.
- the first, second and third electrodes 51, 52a and 52b have a laminated structure of, for example, Ti (titanium) / Al (aluminum) / Ti, Al / Ti, or Cu (copper) / Ti.
- the second insulating layer 22 is, for example, silicon dioxide or silicon nitride.
- the pixel electrode 53 is a transparent electrode made of, for example, ITO (Indium Tin Oxide).
- the oxide semiconductor layer 31 and the island-like sacrificial layer 40 are formed by wet etching using an acid-based etching solution E1.
- the island-shaped sacrificial layer 40 has a shape that is pushed into the oxide semiconductor layer 31 due to a difference in selectivity. That is, the island-like sacrificial layer 40 is located inside the oxide semiconductor layer 31 as viewed from above the substrate.
- a region A1 where a second electrode (source electrode) 52a and an oxide semiconductor layer 31 described later contact, and a third electrode (drain electrode) 52b and the oxide semiconductor layer 31 are formed on the surface of the oxide semiconductor layer 31, a region A1 where a second electrode (source electrode) 52a and an oxide semiconductor layer 31 described later contact, and a third electrode (drain electrode) 52b and the oxide semiconductor layer 31 are formed.
- a contact area A2 is formed on the surface of the oxide semiconductor layer 31 .
- the etching solution E1 acid system which will be described later for example, 5% mainly phosphoric acid (H 3 PO 4) (volume concentration) following a mixed acid (e.g. phosphoric acid (H 3 PO 4), It may be an aqueous solution of acetic acid (an acid having CH 3 COOH) and nitric acid (HNO 3 ), a 5% (volume concentration) oxalic acid ((COOH) 2 ) aqueous solution, an aqueous acetic acid solution or an aqueous hydrochloric acid (HCl) solution.
- the acid-based etching solution E2 is preferably an acid-based etching solution in which the etching rate of the island-shaped sacrificial layer (sacrificial layer 41) 40 is higher than the etching rate of the oxide semiconductor layer 31, and the etching rate of the island-shaped sacrificial layer 40 is oxidized.
- An acid-based etching solution that is 60 times or more the etching rate of the physical semiconductor layer 31 is more preferable.
- a second insulating layer (passivation layer) 22 is formed by a known method. Thereafter, a contact hole to the drain electrode 52b is formed by a known method. Thereafter, as shown in FIG. 1, a pixel electrode 53 is formed by a known method using a transparent electrode such as ITO.
- the second insulating layer 22 can be formed by, for example, an inorganic material such as silicon dioxide or silicon nitride, an organic material such as an acrylic resin, or a combination thereof.
- the thickness of the second insulating layer 22 is, for example, 600 nm to 1000 nm.
- the thickness of the pixel electrode 53 is, for example, 50 nm to 200 nm.
- the island-shaped sacrificial layer 40 having a slightly smaller planar shape than the oxide semiconductor layer 31 can be formed depending on the shape of the photoresist 61 as shown in FIG. Thereafter, the photoresist 61 is removed.
- the TFT when the sacrificial layer 41 is an insulating layer or a semiconductor layer, the TFT includes not only the second electrode (source electrode) 52a and the third electrode (drain electrode) 52b, but also the regions A1 and A2 as well as the side surfaces of the oxide semiconductor layer 31. However, since they are in contact with each other, the TFT 10 is preferable to the TFT 10 ′.
- the alkaline etching solution E3 is, for example, a 2.38% (volume ratio) aqueous tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution
- the oxide semiconductor layer 31 was not dissolved.
- the etching rate of the sacrificial layer 41 (41 ') was 5 nm / min or less.
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Abstract
本発明の半導体装置(100)は、絶縁層(21)上に形成されたIn、ZnおよびSnからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体層(31)と、酸化物半導体層(31)上に互いに間隙をあけて形成された第1および第2犠牲層(41a)および(41b)と、第1犠牲層(41a)の上面および酸化物半導体層(31)の上面に接触して形成された第2電極(52a)と、第2犠牲層(41b)の上面および酸化物半導体層(31)の上面に接触して形成された第3電極(52b)とを有する。第1および第2犠牲層(41a)および(41b)は、Zn、Ga、Mg、CaおよびSrからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物を含有する。
Description
本発明は、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)を備える半導体装置およびその製造方法、ならびに表示装置に関する。
近年、インジウム(In)、亜鉛(Zn)またはガリウム(Ga)などを有した酸化物半導体層を用いたTFTの開発が盛んに行われている(例えば特許文献1から3)。酸化物半導体層を用いたTFTは、移動度が高いという特性を有する。
しかしながら、ボトムゲート構造を有するTFTでは、ソース・ドレイン電極の形成のためのエッチング工程において、その下方にある酸化物半導体層がダメージを受けやすい。このため、TFTのチャネル領域として酸化物半導体層を用いると、TFT特性のゲート電圧-ドレイン電流特性において、ドレイン電流をゲート電圧で制御出来なくなる現象が起きる等の問題が生じ、安定したTFT特性を得ることが難しいという問題がある。
これに対し、例えば特許文献3には、酸化物半導体層のチャネル領域上に、チャネル領域を保護する絶縁層(以下、保護層という)を形成することが提案されている。これにより、例えばソース・ドレイン電極の形成のためのエッチング工程において生じる酸素欠損による酸化物半導体層のチャネル領域の低抵抗化が防止され、オフ電流の小さなTFT特性を実現できる。
しかしながら、特許文献3に記載されているTFTの製造方法によると、CVD(Chemical Vapor Deposition)または高周波スパッタ法(RF-スパッタ法)によって二酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(SiNX)から保護層を形成している。従って、保護層の形成のスループットが小さい。また、保護層の形成のためにフォトマスクが必要なのでフォトマスク数が増加し、製造コストが増大するという問題がある。
本発明は上記課題に鑑みたものであり、その目的は、酸化物半導体層を用いたTFTにおいて、製造工程数および製造コストの増大をおさえつつ、良好なTFT特性を安定して実現することにある。
本発明による半導体装置は、絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成された第1電極と、前記第1電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたIn、ZnおよびSnからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上に互いに間隙をあけて形成された第1および第2犠牲層と、前記第1犠牲層の上面および前記酸化物半導体層の上面に接触して形成された第2電極と、前記第2犠牲層の上面および前記酸化物半導体層の上面に接触して形成された第3電極と、を有し、前記第1および第2犠牲層は、Zn、Ga、Mg、CaおよびSrからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物を含有する。
ある実施形態において、前記酸化物半導体層は、In、ZnおよびGaを含むアモルファス酸化物層である。
ある実施形態において、前記第1および第2犠牲層は、酸化亜鉛を含む。
ある実施形態において、前記第1および第2犠牲層は、アルカリ土類金属、遷移金属、Al等の土類金属、Sb、Bi等のVB族元素、及びGe、Sn、Pb等のIVB族元素を含む。
ある実施形態において、前記第1および第2犠牲層は、導電層である。
ある実施形態において、前記第1および第2犠牲層は、半導体層である。
本発明による表示装置は、上述の半導体装置を有する。
本発明による半導体装置の製造方法は、第1電極と前記第1電極上に絶縁層とが形成された絶縁基板を用意する工程aと、前記絶縁層上にIn、ZnおよびSnからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体層を形成する工程bと、前記酸化物半導体層の少なくともチャネル領域となる部分を覆うZn、Ga、Mg、CaおよびSrからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物を含有する犠牲層を形成する工程cと、前記犠牲層上に導電膜を形成する工程dと、前記導電膜をパターニングすることによってソース電極およびドレイン電極を形成する工程eと、前記犠牲層のうち前記ソース電極および前記ドレイン電極に覆われていない部分を除去することによって前記ソース電極に接続された第1犠牲層と、前記ドレイン電極に接続された第2犠牲層とを形成する工程fとを包含する。
ある実施形態において、前記工程bおよびcは、前記絶縁層上に酸化物半導体膜を形成する工程と、前記酸化物半導体膜上に酸化物膜を形成する工程と、前記酸化物膜のエッチングレートが前記酸化物半導体膜のエッチングレートより大きくなるような酸系のエッチング液を用いて、前記酸化物半導体膜および前記酸化物膜をウェットエッチングすることにより、前記酸化物半導体膜から前記酸化物半導体層、前記酸化物膜から前記犠牲層を形成する工程z1とを包含する。
ある実施形態において、前記工程z1は、前記酸化物膜のエッチングレートが前記酸化物半導体膜のエッチングレートの3倍以上20倍以下である酸系のエッチング液を用いてウェットエッチングする工程z2を包含する。
ある実施形態において、前記工程bおよびcは、前記絶縁層上に酸化物半導体膜を形成する工程と、前記酸化物半導体膜上に酸化物膜を形成する工程と、ドライエッチングによって前記酸化物半導体膜および前記酸化物膜をエッチングすることにより、前記酸化物半導体膜から前記酸化物半導体層、前記酸化物膜から前記犠牲層を形成する工程y1とを包含する。
ある実施形態において、前記工程fは、前記犠牲層のエッチングレートが前記酸化物半導体層のエッチングレートより大きくなるような酸系のエッチング液を用いて、前記犠牲層をウェットエッチングする工程f1を包含する。
ある実施形態において、前記工程f1は、前記犠牲層のエッチングレートが前記酸化物半導体層のエッチングレートの60倍以上である酸系のエッチング液を用いてウェットエッチングする工程f2を包含する。
ある実施形態において、前記工程fは、アルカリ系のエッチング液を用いてウェットエッチングする工程f3を包含する。
本発明によると、酸化物半導体層を用いたTFTにおいて、製造工程数および製造コストの増大をおさえつつ、良好なTFT特性を安定して実現することができる。
図面を参照して本発明による実施形態における半導体装置およびその製造方法を説明する。ただし、本発明は例示する実施形態に限定されない。
図1は、本発明による実施形態の半導体装置100の模式的な断面図である。
図1に示すように、半導体装置100は、絶縁基板(例えばガラス基板)11上にTFT10を有する。TFT10は、第1電極(ゲート電極)51と、第1電極51上に形成された第1絶縁層(ゲート絶縁層)21と、第1絶縁層21上に形成された酸化物半導体層31とを備える。TFT10は、酸化物半導体層31上に互いに間隙をあけて形成された第1および第2犠牲層41aおよび41bを有する。さらに、TFT10は、第1犠牲層41aの上面および酸化物半導体層31の上面に接触して形成された第2電極(ソース電極)52aを有し、第2犠牲層41bの上面および酸化物半導体層31の上面に接触して形成された第3電極(ドレイン電極)52bとを有する。さらに、TFT10は、第2電極52aおよび第3電極上52b上に第2絶縁層22を有し、第3電極52bに接続された画素電極53を有する。
第1絶縁層21は、例えば、二酸化シリコン(SiO2)または窒化シリコン(SiNx)またはこれらの積層構造から形成されている。
酸化物半導体層31は、In、ZnおよびSn(スズ)からなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む。酸化物半導体層31は、例えばIn、GaおよびZnの元素を含有するアモルファス金属酸化物半導体層(a-IGZO層)である。
第1犠牲層41aおよび第2犠牲層41b(あわせて「犠牲層41」という場合がある)は、Zn、Ga、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)およびSr(ストロンチウム)からなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物を含有する。犠牲層41は、例えば酸化亜鉛(ZnO)を含む。また、犠牲層41は、酸化亜鉛(ZnO)の他、例えば酸化ガリウム(Ga2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、または、これらにアルカリ土類金属若しくは遷移金属もしくはAl等の土類金属、Sb、Bi等のVB族元素、及びGe、Sn、Pb等のIVB族元素がドープされたもので形成され得る。犠牲層41は、ソース電極側およびドレイン電極側に分離するので導電層であってもよいし、絶縁層であってもよいし、半導体層であってもよい。
第1、第2および第3電極51、52aおよび52bは、例えばTi(チタン)/Al(アルミ)/Ti、Al/Ti、または、Cu(銅)/Tiの積層構造を有する。第2絶縁層22は、例えばニ酸化シリコンまたは窒化シリコンである。画素電極53は、例えばITO(Indium Tin Oxide)の透明電極である。
半導体装置100は、例えば液晶表示装置や有機EL(Electro Luminescence)表示装置などの表示装置に用いられる。
次に、図2および図3を参照して、TFT10の製造方法を具体的に説明する。
図2(a)に示すように、絶縁基板(例えばガラス基板)11に第1電極(ゲート電極)51を形成する。第1電極(ゲート電極)51は、例えば、Ti(チタン)/Al(アルミ)/Ti、Al/Ti、または、Cu(銅)/Tiの積層構造を有する。第1電極51の厚さは、例えば200nm~600nmである。
図2(b)に示すように、第1電極51上に第1絶縁層(ゲート絶縁層)21を形成する。第1絶縁層21は、例えば、二酸化シリコンまたは窒化シリコンから形成され得る。第1絶縁層21の厚さは、例えば10nm~500nmである。
次に、酸化物半導体膜(例えばa-IGZO膜)30および酸化物膜(例えば酸化亜鉛膜)39をDCスパッタ法(直流スパッタ法)により成膜し、フォトリソグラフィによってフォトレジスト61を形成する。酸化物半導体膜30の厚さは、例えば10nm~100nmである。酸化物膜39の厚さは、例えば、20nm以上100nm以下が好ましく、40nm以上あれば酸化膜39の結晶が下部酸化物半導体を空隙無く覆えること、及び生産性の観点から40nm以上70nm以下がより好ましい。フォトレジスト61を裏面露光で形成するとフォトマスクを使用しないので製造コストが削減され得る。
この後、酸化物半導体膜30および酸化物膜39をパターニングする。パターニングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって行われる。
ウェットエッチングで酸化物半導体膜30および酸化物膜39をパターニングする方法を述べる。
図2(c)に示すように、酸系のエッチング液E1を用いたウェットエッチングによって酸化物半導体層31および島状犠牲層40が形成される。島状犠牲層40は、選択比の違いによって、酸化物半導体層31より中に押し込まれたような形状を有する。すなわち、基板の上方から見て島状犠牲層40は酸化物半導体層31の内側に位置する。酸化物半導体層31の表面に、後述する第2電極(ソース電極)52aと酸化物半導体層31とが接触する領域A1、および、第3電極(ドレイン電極)52bと酸化物半導体層31とが接触する領域A2が形成される。酸系のエッチング液E1は、酸化物膜39のエッチングレートが酸化物半導体膜30のエッチングレートより大きい酸系のエッチング液が好ましく、酸化物膜39のエッチングレートが酸化物半導体膜30のエッチングレートの3倍以上20倍以下であることがより好ましい。酸化物膜39のエッチングレートが酸化物半導体膜30のエッチングレートの3倍以上20倍以下であるエッチング液を用いることにより、十分な面積を有する領域A1およびA2をより確実に得られる。領域A1とA2との距離は5μm以上15μm以下とすれば良い。これは、第2電極(ソース電極)52aと酸化物半導体層31とのオーバーラップを予め適当に取ることにより実現できる。具体的には、酸系のエッチング液E1は、後述する例えば、リン酸(H3PO4)を主成分とする5%(体積濃度)以下の混酸(例えばリン酸(H3PO4)、酢酸(CH3COOH)および硝酸(HNO3)を有する酸)水溶液、5%(体積濃度)のシュウ酸((COOH)2)水溶液、酢酸水溶液または塩酸(HCl)水溶液であってもよい。
その後フォトレジスト61は除去される。
次に、図3(a)に示すように、島状犠牲層40上に導電膜(図示されていない)を形成する。続いて導電膜を例えばドライエッチングによりパターニングし、第2電極52aおよび第3電極52bを形成する。この時、ドライエッチングによる酸化物半導体層31へのダメージを島状犠牲層40により防ぐことができ、酸化物半導体層31のチャネル領域の低抵抗化を防ぐことができる。
次に、図3(b)に示すように、酸系のエッチング液E2、または、アルカリ系のエッチング液E3により、島状犠牲層40のうち第2電極52aおよび第3電極52bに覆われていない部分をウェットエッチングによって除去し、第1犠牲層41aおよび第2犠牲層41bを形成する。これにより、第1犠牲層41aおよび第2犠牲層41bを分離するとともに、酸化物半導体層31のうち第1犠牲層41aと第2犠牲層41bとの間に位置する部分が露出する。
酸系のエッチング液E2は、島状犠牲層(犠牲層41)40のエッチングレートが酸化物半導体層31のエッチングレートより大きい酸系のエッチング液が好ましく、島状犠牲層40のエッチングレートが酸化物半導体層31のエッチングレートの60倍以上である酸系のエッチング液がより好ましい。島状犠牲層40のエッチングレートが酸化物半導体層31のエッチングレートの60倍以上である酸系のエッチング液を用いることにより、島状犠牲層40をエッチングして第1犠牲層41aおよび第2犠牲層41bを形成し、同時に酸化物半導体層31がエッチングされるのを最小限に留めることができる。従って、エッチングレートの差は大きいほどより好ましく、上限値は、特に限定されるものではなく、エッチング処理時間などを考慮して適宜決めればよい。具体的に、酸系のエッチング液E2は、例えば後述する0.2%(体積濃度)の硝酸(HNO3)水溶液であってもよい。酸系のエッチング液E2を用いた場合、酸化物半導体層31の一部も若干エッチングされる場合があるのでエッチング処理時間を制御し、十分な厚さを有する酸化物半導体層31が残るようにする。アルカリ系のエッチング液E3として、例えばアンモニア(NH3)およびアンモニア水溶液、2-アミノエタノール水溶液、2.38%(体積比率)の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液、水酸化ナトリウム(NaOH)水溶液または水酸化カリウム(KOH)水溶液が好ましい。島状犠牲層40(犠牲層41)はアルカリ系のエッチング液E3には溶解するが、酸化物半導体層31はアルカリ系のエッチング液E3にはほとんど溶解しない。
次に、図3(c)に示すように、公知の方法で第2絶縁層(パシベーション層)22を形成する。その後、公知の方法でドレイン電極52bへのコンタクトホールを形成する。その後、図1に示すように公知の方法で例えばITO等の透明電極により画素電極53を形成する。第2絶縁層22は、例えば二酸化シリコンや窒化シリコンの無機材料、または、例えばアクリル樹脂の有機材料、若しくはこれらを組み合わせて形成され得る。第2絶縁層22の厚さは、例えば600nm~1000nmである。画素電極53の厚さは、例えば50nm~200nmである。
上記の方法では、酸化物半導体膜30および酸化物膜39のパターニングをウェットエッチングで行ったが、ドライエッチングによって行うこともできる。図4(a)および(b)は、酸化物半導体膜30および酸化物膜39のパターニングをドライエッチングで行った場合の製造工程を説明する模式的な断面図である。なお、簡単のため、図2および図3と同様の構成要素には同じ参照符号を付し、重複する説明を避ける。
上述したように、図2(b)に示した酸化物半導体膜30、酸化物膜39およびフォトレジスト61を形成した後、図4(a)に示すように、酸化物半導体膜30および酸化物膜39に対して同時にドライエッチングを行い、酸化物半導体層31および島状犠牲層40’を得る。ドライエッチングには、例えば、アルゴン(Ar)およびメタン(CH4)、アルゴンおよび四フッ化炭素(CF4)、または、四フッ化炭素および酸素(O2)を用いることができる。上述のウェットエッチング処理とは異なり、島状犠牲層40’は、酸化物半導体層31と略同じ平面形状を有する。なお、ドライエッチングを行う場合でもフォトレジスト61の形状により、図2(c)に示したように酸化物半導体層31よりひと回り小さい平面形状を有する島状犠牲層40を形成することもできる。その後フォトレジスト61は除去される。
次に、上述した製造工程を経て、図4(b)に示すTFT10’が得られる。TFT10’は、酸化物半導体層31上に互いに間隙をあけて形成された第1犠牲層41a’および第2犠牲層41b’を有する。TFT10’は、TFT10とは異なり、酸化物半導体層31の側面で第2電極(ソース電極)52aおよび第3電極(ドレイン電極)52bと接続している構造を有する。
第1犠牲層41a’および第2犠牲層41b’(あわせて「犠牲層41’」という場合がある)は、上述の犠牲層41と同じ材料から形成され得る。
特に犠牲層41が絶縁層または半導体層の場合、TFTは、第2電極(ソース電極)52aおよび第3電極(ドレイン電極)52bと、酸化物半導体層31の側面のみではなく領域A1およびA2とでも接触するので、TFT10’よりTFT10の方が好ましい。
犠牲層41(41’)は、例えば酸化亜鉛から形成される。酸化亜鉛は両性酸化物であり、容易に酸およびアルカリに溶解するのでウェットエッチングにより処理ができる。酸化亜鉛は、アモルファス酸化物と同じくDCスパッタ法によって形成でき、成膜レートも大きい。従って、CVD法またはRF-スパッタ法によらないで成膜できるので、酸化物半導体膜30および酸化物膜39の連続成膜が可能となり、例えば二酸化シリコンから犠牲層41(41’)を形成するよりもスループットが大きい。また、酸化亜鉛の他、例えば上述の酸化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、または、これらにアルカリ土類金属若しくは遷移金属もしくはAl等の土類金属、Sb、Bi等のVB族元素、及びGe、Sn、Pb等のIVB族元素がドープされたものも同様にDCスパッタ法によって形成できる。酸化物半導体層31および島状犠牲層40(40’)は、図示されていない半導体装置のソースバスラインとゲートバスラインが交差する領域に形成されてもよい。
次に、上記方法で使用するエッチング液E1~E3について説明する。
本発明者は、各エッチング液E1~E3に対する酸化物半導体層31および島状犠牲層40(40’)のエッチングレートを調べた。
酸化物半導体層31の材料はa-IGZO、犠牲層41(41’)の材料は酸化亜鉛とした。
酸系のエッチング液E1として、例えば液温25℃の5%(体積濃度)のシュウ酸((COOH)2)水溶液を用いてウェットエッチング処理をした場合、酸化物半導体層31のエッチングレートは、60nm/minであった。一方、犠牲層41(41’)のエッチングレートは、300nm/minであった。従って、犠牲層41(41’)のエッチングレートは酸化物半導体層31のエッチングレートの5倍である。同様に、例えば液温25℃のリン酸(H3PO4)を主成分とする5%(体積濃度)以下の混酸(例えば、リン酸(H3PO4)、酢酸(CH3COOH)および硝酸(HNO3)を有する酸)水溶液を用いてウェットエッチング処理をした場合、酸化物半導体層31のエッチングレートは、75nm/minであった。一方、犠牲層41(41’)のエッチングレートは、500nm/minであった。従って、犠牲層41(41’)のエッチングレートは酸化物半導体層31のエッチングレートの6.66倍である。
酸系のエッチング液E2として、例えば液温25℃の0.5%(体積濃度)の硝酸(HNO3)水溶液を用いてウェットエッチング処理をした場合、酸化物半導体層31のエッチングレートは、5nm/minであった。一方、犠牲層41(41’)のエッチングレートは、300nm/minであった。従って、犠牲層41(41’)のエッチングレートは酸化物半導体層31のエッチングレートの60倍である。
アルカリ系のエッチング液E3として、例えば2.38%(体積比率)の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液とした場合、酸化物半導体層31は、溶解しなかった。一方、犠牲層41(41’)のエッチングレートは、5nm/min以下であった。
エッチング液E1~E3が好適に使用されることを確認できた。
次に、TFT10(または、TFT10’)のTFT特性について説明する。
図5(a)は、TFT10(または、TFT10’)のゲート電圧-ドレイン電流特性を示すグラフであり、図5(b)は、島状犠牲層40(40’)を形成しないで製造されたTFTのゲート電圧-ドレイン電流特性を示すグラフである。
図5(a)に示すように、TFT10(または、TFT10’)は、良好なON/OFF特性を有し、閾値電圧(Vth)を所望の範囲に制御することができる。
上述したように第2電極52aおよび第3電極52bは、フッ素または塩素等のハロゲンガスを用いたドライエッチングによって形成される。従って、島状犠牲層40を形成しない場合、酸化物半導体層31の一部がドライエッチングのガス中に暴露される。その際、酸化物半導体層31のチャネル領域にもダメージが加わりTFT特性は悪化する(図5(b))。これは、プラズマ状態のハロゲンガス中に酸化物半導体層31のチャネル領域が暴露されることによって、酸化物半導体層31が有するアモルファス金属酸化物から例えば酸素の離脱が生じ、チャネル領域の低抵抗化によってオフ電流が大きくなったからと考えられる。
酸化物半導体層31の少なくともチャネル領域上に島状犠牲層40を形成し、この状態で第2電極52aおよび第3電極52bを形成するためのドライエッチングを行う。これにより、チャネル領域が直接エッチング雰囲気(例えばプラズマ種、高速中性子または2次電子)に暴露されることなく、チャネル領域中に過剰なキャリアの発生を防ぐことができるので良好なトランジスタ特性を得ることができる。
本発明の適用範囲は極めて広く、TFTを備えた半導体装置、あるいは、そのような半導体装置を有するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。例えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置や有機EL表示装置に用いることができる。このような表示装置は、例えば携帯電話や携帯ゲーム機の表示画面や、デジタルカメラのモニタ一等に利用され得る。従って、液晶表示装置や有機EL表示装置が組み込まれた電子機器全てに本発明を適用できる。
10 TFT
11 絶縁基板
21、22 絶縁層
31 酸化物半導体層
41、41a、41b、41’、41a’、41b’ 犠牲層
51 ゲート電極
52a ソース電極
52b ドレイン電極
53 画素電極
100 半導体装置
11 絶縁基板
21、22 絶縁層
31 酸化物半導体層
41、41a、41b、41’、41a’、41b’ 犠牲層
51 ゲート電極
52a ソース電極
52b ドレイン電極
53 画素電極
100 半導体装置
Claims (14)
- 絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成された第1電極と、
前記第1電極上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されたIn、ZnおよびSnからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上に互いに間隙をあけて形成された第1および第2犠牲層と、
前記第1犠牲層の上面および前記酸化物半導体層の上面に接触して形成された第2電極と、
前記第2犠牲層の上面および前記酸化物半導体層の上面に接触して形成された第3電極と、を有し、
前記第1および第2犠牲層は、Zn、Ga、Mg、CaおよびSrからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物を含有する、半導体装置。 - 前記酸化物半導体層は、In、ZnおよびGaを含むアモルファス酸化物層である請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1および第2犠牲層は、酸化亜鉛を含む請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記第1および第2犠牲層は、アルカリ土類金属、遷移金属、土類金属、VB族元素、または、IVB族元素を含む請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第1および第2犠牲層は、導電層である請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第1および第2犠牲層は、半導体層である請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。
- 請求項1から6のいずれかに記載の半導体装置を有する表示装置。
- 第1電極と前記第1電極上に絶縁層とが形成された絶縁基板を用意する工程aと、
前記絶縁層上にIn、ZnおよびSnからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物半導体層を形成する工程bと、
前記酸化物半導体層の少なくともチャネル領域となる部分を覆うZn、Ga、Mg、CaおよびSrからなる群から選択される少なくとも1つの元素を含む酸化物を含有する犠牲層を形成する工程cと、
前記犠牲層上に導電膜を形成する工程dと、
前記導電膜をパターニングすることによってソース電極およびドレイン電極を形成する工程eと、
前記犠牲層のうち前記ソース電極および前記ドレイン電極に覆われていない部分を除去することによって前記ソース電極に接続された第1犠牲層と、前記ドレイン電極に接続された第2犠牲層とを形成する工程fとを包含する半導体装置の製造方法。 - 前記工程bおよびcは、前記絶縁層上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上に酸化物膜を形成する工程と、
前記酸化物膜のエッチングレートが前記酸化物半導体膜のエッチングレートより大きくなるような酸系のエッチング液を用いて、前記酸化物半導体膜および前記酸化物膜をウェットエッチングすることにより、前記酸化物半導体膜から前記酸化物半導体層、前記酸化物膜から前記犠牲層を形成する工程z1とを包含する請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程z1は、前記酸化物膜のエッチングレートが前記酸化物半導体膜のエッチングレートの3倍以上20倍以下である酸系のエッチング液を用いてウェットエッチングする工程z2を包含する請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程bおよびcは、前記絶縁層上に酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記酸化物半導体膜上に酸化物膜を形成する工程と、
ドライエッチングによって前記酸化物半導体膜および前記酸化物膜をエッチングすることにより、前記酸化物半導体膜から前記酸化物半導体層、前記酸化物膜から前記犠牲層を形成する工程y1とを包含する請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程fは、前記犠牲層のエッチングレートが前記酸化物半導体層のエッチングレートより大きくなるような酸系のエッチング液を用いて、前記犠牲層をウェットエッチングする工程f1を包含する請求項8から11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程f1は、前記犠牲層のエッチングレートが前記酸化物半導体層のエッチングレートの60倍以上である酸系のエッチング液を用いてウェットエッチングする工程f2を包含する請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記工程fは、アルカリ系のエッチング液を用いてウェットエッチングする工程f3を包含する請求項8から13のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2013214701A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Samsung Display Co Ltd | 半導体装置、薄膜トランジスタアレイパネル及びこれを含む表示装置、並びに薄膜トランジスタの製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008041695A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Canon Inc | 酸化物のエッチング方法 |
| JP2008141113A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-19 | Canon Inc | エッチング方法、パターン形成方法、薄膜トランジスタの製造方法及びエッチング液 |
| JP2009253204A (ja) * | 2008-04-10 | 2009-10-29 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 酸化物半導体を用いた電界効果型トランジスタ及びその製造方法 |
| JP2009290223A (ja) * | 1997-03-04 | 2009-12-10 | Lg Display Co Ltd | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 |
| JP2010003820A (ja) * | 2008-06-19 | 2010-01-07 | Fujifilm Corp | 電磁波検出素子 |
| JP2010032765A (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | Tftアレイ基板およびそれを用いた液晶表示装置 |
Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP5616038B2 (ja) * | 2008-07-31 | 2014-10-29 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
| JP2012146956A (ja) * | 2010-12-20 | 2012-08-02 | Canon Inc | チャネルエッチ型薄膜トランジスタとその製造方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009290223A (ja) * | 1997-03-04 | 2009-12-10 | Lg Display Co Ltd | 薄膜トランジスタ及びその製造方法 |
| JP2008041695A (ja) * | 2006-08-01 | 2008-02-21 | Canon Inc | 酸化物のエッチング方法 |
| JP2008141113A (ja) * | 2006-12-05 | 2008-06-19 | Canon Inc | エッチング方法、パターン形成方法、薄膜トランジスタの製造方法及びエッチング液 |
| JP2009253204A (ja) * | 2008-04-10 | 2009-10-29 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 酸化物半導体を用いた電界効果型トランジスタ及びその製造方法 |
| JP2010003820A (ja) * | 2008-06-19 | 2010-01-07 | Fujifilm Corp | 電磁波検出素子 |
| JP2010032765A (ja) * | 2008-07-29 | 2010-02-12 | Mitsubishi Electric Corp | Tftアレイ基板およびそれを用いた液晶表示装置 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013214701A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Samsung Display Co Ltd | 半導体装置、薄膜トランジスタアレイパネル及びこれを含む表示装置、並びに薄膜トランジスタの製造方法 |
| US9553201B2 (en) | 2012-04-02 | 2017-01-24 | Samsung Display Co., Ltd. | Thin film transistor, thin film transistor array panel, and manufacturing method of thin film transistor |
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