JP2013165108A - 薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタの製造方法、表示装置および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】薄膜トランジスタは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、ゲート電極の一方の側に絶縁膜を介して設けられると共に、ソース電極およびドレイン電極に非対向な領域に設けられ、かつソース電極およびドレイン電極に電気的に接続された酸化物半導体層と、酸化物半導体層に隣接すると共に、ソース電極およびドレイン電極の各々に対向する領域に設けられ、かつ酸化物半導体層よりも電気抵抗率の低い低抵抗酸化物層とを備える。酸化物半導体層の形成をソース電極およびドレイン電極の形成後に行うことができるため、酸素離脱等による格子欠陥の発生が抑制され、酸化物半導体層の劣化が抑制される。低抵抗酸化物層により、酸化物半導体層とソース電極およびドレイン電極との良好な電気的接続が確保される。
【選択図】図1
Description
1.第1の実施の形態(ソース・ドレイン電極形成後に、低抵抗な酸化物膜の一部を高抵抗化することで、チャネルとしての酸化物半導体層を形成する薄膜トランジスタの例)
2.変形例1(高抵抗化処理を保護膜形成時に行う場合の例)
3.第2の実施の形態(酸化物膜の一部を結晶化させることにより酸化物半導体層を形成する薄膜トランジスタの例)
4.適用例(表示装置,電子機器の例)
[構成]
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る薄膜トランジスタ(薄膜トランジスタ10A)の断面構造を表すものである。薄膜トランジスタ10Aは、例えばアクティブマトリクス型の有機EL表示装置(後述)や液晶表示装置の駆動素子として用いられるものである。この薄膜トランジスタ10Aでは、ゲート電極12Aの一面側に、ゲート絶縁膜13を介して酸化物半導体層14Cが配置され、この酸化物半導体層14Cに電気的に接続されるように一対のソース・ドレイン電極15A,15Bが設けられている。
図2〜図6は、薄膜トランジスタ10Aの製造方法を説明するための断面図である。薄膜トランジスタ10Aは、例えば次のようにして製造することができる。
本実施の形態では、薄膜トランジスタ10Aの製造プロセスにおいて、ソース・ドレイン電極15A,15Bに非対向な領域に酸化物半導体層14Cを形成する一方、ソース・ドレイン電極15A,15Bの各々に対向し、かつ酸化物半導体層14Cに隣接する領域に、低抵抗酸化物層14A,14Bを形成する。これにより、酸化物半導体層14Cの形成をソース・ドレイン電極15A,15Bの形成後に行うことができる。ここで、酸化物半導体では、一般に、電極の成膜時やパターニング時に受けるダメージにより酸素が離脱し、これによって格子欠陥を生じるが、本実施の形態のように電極形成後に酸化物半導体層14Cが形成されることで、そのような格子欠陥の発生が抑制され、酸化物半導体層の劣化が抑制される。また、酸化物半導体層14Cに隣接して低抵抗酸化物層14A,14Bが形成されることにより、酸化物半導体層14Cとソース・ドレイン電極15A,15Bとの良好な電気的接続が確保される。
上記第1の実施の形態では、製造プロセスにおいて、酸化物膜14の高抵抗化を、酸化雰囲気における加熱処理あるいはプラズマ処理によって、保護膜16の形成前に行ったが、本変形例のように、高抵抗化処理を、保護膜16の形成過程において行ってもよい。即ち、上述のように、保護膜16は、例えば酸素ガスを用いたスパッタ法、あるいは一酸化二窒素を含むガスを用いたCVD法により、成膜する。このため、図10に示したように、保護膜16の成膜雰囲気(酸素雰囲気)に、酸化物膜14を曝すことにより、酸化物膜14を選択的に酸化することができる。即ち、保護膜16の形成工程が、上記第1の実施の形態における酸化工程(高抵抗化工程)を兼ねることができる。これにより、図11に示したように、保護膜16の形成と同時に、酸化物半導体層14Cおよび低抵抗酸化物層14A,14Bをそれぞれ形成可能となる。
図12は、本開示の第2の実施の形態に係る薄膜トランジスタ(薄膜トランジスタ10B)の断面構造を表すものである。薄膜トランジスタ10Bは、上記第1の実施の形態の薄膜トランジスタ10Aと同様、ボトムゲート構造を有し、ゲート絶縁膜13上において、ソース・ドレイン電極15A,15Bに非対向な領域に酸化物半導体層17Cが形成されたものである。また、この酸化物半導体層17Cに隣接し、かつソース・ドレイン電極15A,15Bに対向する領域には、低抵抗酸化物層17A,17Bが形成されている。
[表示装置]
次に、上記各実施の形態および変形例に係る薄膜トランジスタ(薄膜トランジスタ10A,10B)は、例えば以下に説明するような表示装置および電子機器に適用可能である。図16は、有機ELディスプレイとして用いられる表示装置の周辺回路を含む全体構成を表すものである。このように、例えば基板11上には、有機EL素子を含む複数の画素PXLCがマトリクス状に配置されてなる表示領域30が形成され、この表示領域30の周辺に、信号線駆動回路としての水平セレクタ(HSEL)31と、走査線駆動回路としてのライトスキャナ(WSCN)32と、電源線駆動回路としての電源スキャナ(DSCN)33とが設けられている。
上記表示装置は、例えば図18に示したようなモジュールとして、後述の適用例1〜6などの種々の電子機器に組み込まれる。このモジュールは、例えば、基板11の一辺に、封止用基板60から露出した領域210を設け、この露出した領域210に、水平セレクタ31、ライトスキャナ32および電源スキャナ33の配線を延長して外部接続端子(図示せず)を形成したものである。この外部接続端子には、信号の入出力のためのフレキシブルプリント配線基板(FPC;Flexible Printed Circuit)220が設けられていてもよい。
図19は、テレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル310およびフィルターガラス320を含む映像表示画面部300を有しており、この映像表示画面部300が上記表示装置に相当する。
図20は、デジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部410、表示部420、メニュースイッチ430およびシャッターボタン440を有しており、この表示部420が上記表示装置に相当する。
図21は、ノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体510,文字等の入力操作のためのキーボード520および画像を表示する表示部530を有しており、この表示部530が上記表示装置に相当する。
図22は、ビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部610,この本体部610の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ620,撮影時のスタート/ストップスイッチ630および表示部640を有している。この表示部640が上記表示装置に相当する。
図23は、携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば上側筐体710と下側筐体720とを連結部(ヒンジ部)730で連結したものであり、ディスプレイ740,サブディスプレイ750,ピクチャーライト760およびカメラ770を有している。そして、これらのうちのディスプレイ740またはサブディスプレイ750が、上記表示装置に相当する。
図24は、スマートフォンの外観を表している。このスマートフォンは、例えば、表示部810および非表示部(筐体)820と、操作部830とを備えている。操作部830は、(A)に示したように非表示部820の前面に設けられていてもよいし、(B)に示したように上面に設けられていてもよい。
(1)
ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート電極の一方の側に絶縁膜を介して設けられると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極に非対向な領域に設けられ、かつ前記ソース電極および前記ドレイン電極に電気的に接続された酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に隣接すると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の各々に対向する領域に設けられ、かつ前記酸化物半導体層よりも電気抵抗率の低い低抵抗酸化物層と
を備えた薄膜トランジスタ。
(2)
前記ゲート電極上に、前記絶縁膜を介して、前記酸化物半導体層および前記低抵抗酸化物層が設けられ、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記低抵抗酸化物層上に設けられている
上記(1)に記載の薄膜トランジスタ。
(3)
前記酸化物半導体層および前記低抵抗酸化物層は、互いに同一の酸化物材料からなる
上記(1)または(2)に記載の薄膜トランジスタ。
(4)
前記低抵抗酸化物層は非晶質状態を有し、前記酸化物半導体層は、結晶化された状態を有する
上記(1)〜(3)のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(5)
前記酸化物材料は、前記ソース電極および前記ドレイン電極をパターニングする際に用いる薬液に対して耐性を有する
上記(1)〜(4)のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(6)
前記絶縁膜は、前記ゲート電極と同層に設けられた配線層上に貫通孔を有し、
前記低抵抗酸化物層の一部は、前記貫通孔の内部を覆って形成されている
上記(1)〜(5)のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(7)
前記ソース電極または前記ドレイン電極は、前記貫通孔上に、前記低抵抗酸化物層を介して設けられ、前記配線層と電気的に接続されている
上記(6)に記載の薄膜トランジスタ。
(8)
前記酸化物半導体層、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆って、保護膜が設けられている
上記(1)〜(7)のいずれかに薄膜トランジスタ。
(9)
前記保護膜は酸化シリコン(SiOx)または酸化アルミニウム(AlOX)からなる
上記(8)に記載の薄膜トランジスタ。
(10)
ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を各々形成する工程と、
前記ゲート電極の一方の側に絶縁膜を介して設けられると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極に非対向な領域に設けられ、かつ前記ソース電極および前記ドレイン電極に電気的に接続される酸化物半導体層を形成する工程とを含み、
前記酸化物半導体層を形成する工程では、
前記酸化物半導体層に隣接すると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の各々に対向する領域に、前記酸化物半導体層よりも電気抵抗率の低い低抵抗酸化物層を形成する
薄膜トランジスタの製造方法。
(11)
前記ゲート電極を形成した後、
前記ゲート電極上に、前記絶縁膜を介して、一部が前記低抵抗酸化物層に対応する酸化物膜を成膜し、
成膜した酸化物膜上に、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成し、
前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成した後、前記酸化物膜のうちの前記ソース電極および前記ドレイン電極から露出した選択的な領域に高抵抗化処理を施すことにより、前記酸化物半導体層を形成する
上記(10)に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(12)
前記高抵抗化処理として、酸素雰囲気における加熱処理を行う
上記(11)に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(13)
前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成した後、酸素雰囲気において保護膜を形成する工程を含み、
前記保護膜の形成過程において、前記酸化物膜の前記選択的な領域を酸素雰囲気に曝すことにより、前記高抵抗化処理を行う
上記(11)または(12)に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(14)
前記保護膜として、酸化シリコン(SiOx)または酸化アルミニウム(AlOX)を形成する
上記(13)に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(15)
前記酸化物膜を非晶質状態となるように成膜し、
前記高抵抗化処理として、前記酸化物膜の前記選択的な領域を結晶化させる処理を行う
上記(11)に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(16)
前記酸化物膜は、前記ソース電極および前記ドレイン電極をパターニングする際に用いる薬液に対して耐性を有する
上記(11)〜(15)のいずれかに記載の薄膜トランジスタ。
(17)
前記絶縁膜のうちの前記ゲート電極と同層に設けられた配線層上に貫通孔を形成し、
前記酸化物膜を、前記貫通孔の内部を覆って形成する
上記(11)〜(16)のいずれかに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(18)
前記ソース電極または前記ドレイン電極を、前記貫通孔内または前記貫通孔上に、前記酸化物膜を介して形成することにより、前記ソース電極または前記ドレイン電極を前記配線層と電気的に接続させる
上記(17)に記載の薄膜トランジスタの製造方法。
(19)
ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート電極の一方の側に絶縁膜を介して設けられると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極と非対向な領域に設けられ、かつ前記ソース電極および前記ドレイン電極に電気的に接続された酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に隣接すると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の各々に対向する領域に設けられ、かつ前記酸化物半導体層よりも電気抵抗率の低い低抵抗酸化物層と
を備えた薄膜トランジスタを有する表示装置。
(20)
薄膜トランジスタを有する表示装置を備え、
前記薄膜トランジスタは、
ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート電極の一方の側に絶縁膜を介して設けられると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極と非対向な領域に設けられ、かつ前記ソース電極および前記ドレイン電極に電気的に接続された酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に隣接すると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の各々に対向する領域に設けられ、かつ前記酸化物半導体層よりも電気抵抗率の低い低抵抗酸化物層と
を備えた電子機器。
Claims (20)
- ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート電極の一方の側に絶縁膜を介して設けられると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極に非対向な領域に設けられ、かつ前記ソース電極および前記ドレイン電極に電気的に接続された酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に隣接すると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の各々に対向する領域に設けられ、かつ前記酸化物半導体層よりも電気抵抗率の低い低抵抗酸化物層と
を備えた薄膜トランジスタ。 - 前記ゲート電極上に、前記絶縁膜を介して、前記酸化物半導体層および前記低抵抗酸化物層が設けられ、
前記ソース電極および前記ドレイン電極は、前記低抵抗酸化物層上に設けられている
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記酸化物半導体層および前記低抵抗酸化物層は、互いに同一の酸化物材料からなる
請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記低抵抗酸化物層は非晶質状態を有し、前記酸化物半導体層は、結晶化された状態を有する
請求項3に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記酸化物材料は、前記ソース電極および前記ドレイン電極をパターニングする際に用いる薬液に対して耐性を有する
請求項3に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記絶縁膜は、前記ゲート電極と同層に設けられた配線層上に貫通孔を有し、
前記低抵抗酸化物層の一部は、前記貫通孔の内部を覆って形成されている
請求項2に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記ソース電極または前記ドレイン電極は、前記貫通孔上に、前記低抵抗酸化物層を介して設けられ、前記配線層と電気的に接続されている
請求項6に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記酸化物半導体層、前記ソース電極および前記ドレイン電極を覆って、保護膜が設けられている
請求項2に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記保護膜は酸化シリコン(SiOx)または酸化アルミニウム(AlOX)からなる
請求項8に記載の薄膜トランジスタ。 - ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を各々形成する工程と、
前記ゲート電極の一方の側に絶縁膜を介して設けられると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極に非対向な領域に設けられ、かつ前記ソース電極および前記ドレイン電極に電気的に接続される酸化物半導体層を形成する工程とを含み、
前記酸化物半導体層を形成する工程では、
前記酸化物半導体層に隣接すると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の各々に対向する領域に、前記酸化物半導体層よりも電気抵抗率の低い低抵抗酸化物層を形成する
薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記ゲート電極を形成した後、
前記ゲート電極上に、前記絶縁膜を介して、一部が前記低抵抗酸化物層に対応する酸化物膜を成膜し、
成膜した酸化物膜上に、前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成し、
前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成した後、前記酸化物膜のうちの前記ソース電極および前記ドレイン電極から露出した選択的な領域に高抵抗化処理を施すことにより、前記酸化物半導体層を形成する
請求項10に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記高抵抗化処理として、酸素雰囲気における加熱処理を行う
請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記ソース電極および前記ドレイン電極を形成した後、酸素雰囲気において保護膜を形成する工程を含み、
前記保護膜の形成過程において、前記酸化物膜の前記選択的な領域を酸素雰囲気に曝すことにより、前記高抵抗化処理を行う
請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記保護膜として、酸化シリコン(SiOx)または酸化アルミニウム(AlOX)を形成する
請求項13に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記酸化物膜を非晶質状態となるように成膜し、
前記高抵抗化処理として、前記酸化物膜の前記選択的な領域を結晶化させる処理を行う
請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記酸化物膜は、前記ソース電極および前記ドレイン電極をパターニングする際に用いる薬液に対して耐性を有する
請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記絶縁膜のうちの前記ゲート電極と同層に設けられた配線層上に貫通孔を形成し、
前記酸化物膜を、前記貫通孔の内部を覆って形成する
請求項11に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記ソース電極または前記ドレイン電極を、前記貫通孔内または前記貫通孔上に、前記酸化物膜を介して形成することにより、前記ソース電極または前記ドレイン電極を前記配線層と電気的に接続させる
請求項17に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート電極の一方の側に絶縁膜を介して設けられると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極と非対向な領域に設けられ、かつ前記ソース電極および前記ドレイン電極に電気的に接続された酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に隣接すると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の各々に対向する領域に設けられ、かつ前記酸化物半導体層よりも電気抵抗率の低い低抵抗酸化物層と
を備えた薄膜トランジスタを有する表示装置。 - 薄膜トランジスタを有する表示装置を備え、
前記薄膜トランジスタは、
ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ゲート電極の一方の側に絶縁膜を介して設けられると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極と非対向な領域に設けられ、かつ前記ソース電極および前記ドレイン電極に電気的に接続された酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層に隣接すると共に、前記ソース電極および前記ドレイン電極の各々に対向する領域に設けられ、かつ前記酸化物半導体層よりも電気抵抗率の低い低抵抗酸化物層と
を備えた電子機器。
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