JP6821982B2 - 薄膜トランジスタ、表示装置及び薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Description
まず、酸化物半導体の特性について説明する。表1は、酸化物半導体の抵抗及び水素濃度を示す。
次に、本発明の実施の形態2に係るトップゲート型の酸化物半導体TFTについて説明する。図11は、本発明の実施の形態2のトップゲート型酸化物半導体TFTの概略断面図である。図12は本発明の実施の形態2のトップゲート型酸化物半導体TFTの概略平面図である。本実施の形態は、ゲート絶縁膜3が二つの異なる形状を有する点で、実施の形態1と異なる。そのため、ここでは主にゲート絶縁膜3の違いについて説明し、その他の点については省略する。
図18は、本発明の実施の形態3のトップゲート型酸化物半導体TFTの概略断面図である。図19は、本発明の実施の形態3のトップゲート型酸化物半導体TFTの概略平面図である。本実施の形態は、第一ゲート絶縁膜31が酸化物半導体層2と同一の平面形状である点が、実施の形態2と異なる。そのため、ここでは、主にゲート絶縁膜3の製造工程の違いについて説明し、その他の点については省略する。
図24は、本発明の実施の形態4のトップゲート型酸化物半導体TFTの概略断面図である。本実施の形態は、チャネル領域21とソース領域22との境界及びチャネル領域21とドレイン領域23との境界が、ゲート電極4の下ではなく、外にある点で実施の形態1と異なる。
本実施の形態は、実施の形態1から実施の形態4までで説明したTFTを使用した表示装置に関する。図25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示す説明図である。図25を使用して、本実施の形態の表示装置の全体構成例及び画素回路110(図26参照)の構成例について説明する。絶縁性の基板1の上に、有機EL素子114(図26参照)を含む複数の画素PXLCがマトリクス状に配置された表示領域100が形成されている。表示領域100の周辺に、信号線駆動回路としての水平セレクタ(HSEL)101、走査線駆動回路としてのライトスキャナ(WSCN)102及び電源線駆動回路としての電源スキャナ(DSCN)103が設けられている。HSELはHorizontal Selectorの略であり、水平セレクタを意味する。WSCNはWrite Scannerの略であり、ライトスキャナを意味する。DSCNはDigital Scannerの略であり、電源スキャナを意味する。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2 酸化物半導体層
21 チャネル領域
22 ソース領域
23 ドレイン領域
24 レジストパターン
3 ゲート絶縁膜
31 第一ゲート絶縁膜
32 第二ゲート絶縁膜
4 ゲート電極
41 レジストパターン
42 レジストパターン
5 層間絶縁膜
62 ソース側コンタクトホール
63 ドレイン側コンタクトホール
72 ソース電極
73 ドレイン電極
82 ソース領域側のゲート絶縁膜の端からソース領域とチャネル領域との境界までの距離
83 ドレイン領域側のゲート絶縁膜の端からドレイン領域とチャネル領域との境界までの距離
84 ソース領域側のゲート電極の端からソース領域側のゲート絶縁膜の端までの距離
85 ドレイン領域側のゲート電極の端からドレイン領域側のゲート絶縁膜の端までの距離
86 ゲート電極のゲート絶縁膜と接する界面におけるチャネル長方向の長さ
87 ゲート絶縁膜の酸化物半導体層と接する界面におけるチャネル長方向の長さ
88 ゲート電極の第二ゲート絶縁膜と接する界面におけるチャネル長方向の長さ
89 第二ゲート絶縁膜の第一ゲート絶縁膜と接する界面におけるチャネル長方向の長さ
100 表示領域
101 水平セレクタ
102 ライトスキャナ
103 電源スキャナ
110 画素回路
111 サンプリング用トランジスタ
112 駆動用トランジスタ
113 保持容量素子
114 有機EL素子
115 接地配線
Claims (13)
- 絶縁性の基板と、
前記基板上に設けられており、チャネル領域と該チャネル領域よりも抵抗の低いソース領域及びドレイン領域とを含む酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極と前記ゲート絶縁膜と前記酸化物半導体層との上に設けられた膜中に水素を含有する層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記ソース領域と導通するソース電極と、
前記層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記ドレイン領域と導通するドレイン電極と、
を有する薄膜トランジスタにおいて、
前記ゲート絶縁膜は、一層又は二層からなり、
少なくとも前記ゲート絶縁膜のいずれかの層は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極と離れた位置にある、パターン化ゲート絶縁膜であり、
前記パターン化ゲート絶縁膜の下面のチャネル長方向の長さは、前記ゲート電極の下面のチャネル長方向の長さよりも大きく、
前記パターン化ゲート絶縁膜の上面のチャネル長方向の端部は、前記ゲート電極の下面のチャネル長方向の端部と離れており、
前記パターン化ゲート絶縁膜の下面のチャネル長方向の長さは、前記チャネル領域のチャネル長方向の長さよりも大きく、
前記ソース領域側の前記ゲート電極の端から前記ソース領域側の前記ゲート絶縁膜のうち最も小さい形状を有する最小ゲート絶縁膜の端までの距離が、前記ドレイン領域側の前記ゲート電極の端から前記ドレイン領域側の前記最小ゲート絶縁膜の端までの距離と等しく、
前記チャネル領域と前記ソース領域との境界及び前記チャネル領域と前記ドレイン領域との境界は、前記ゲート電極の下にあり、
前記ソース領域及び前記ドレイン領域の水素濃度は前記チャネル領域の水素濃度よりも高い
ことを特徴とする薄膜トランジスタ。 - 前記酸化物半導体層において、
前記ソース領域側の前記パターン化ゲート絶縁膜の端から、前記ソース領域と前記チャネル領域との境界までの距離と、
前記ドレイン領域側の前記パターン化ゲート絶縁膜の端から、前記ドレイン領域と前記チャネル領域との境界までの距離と、
が等しい
ことを特徴とする請求項1に記載の薄膜トランジスタ。 - 前記ゲート絶縁膜のいずれかの層は、少なくとも一部に酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ランタン膜、酸化タンタル膜の少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項2に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁膜または前記パターン化ゲート絶縁膜は、50nm以上の膜厚を有することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の薄膜トランジスタ。
- 前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか一つに記載の薄膜トランジスタ。
- それぞれが薄膜トランジスタを含む複数の画素を有し、
前記薄膜トランジスタは請求項1から請求項5のいずれか一つに記載の薄膜トランジスタであることを特徴とする表示装置。 - 前記表示装置が有機ELディスプレイであることを特徴とする請求項6に記載の表示装置。
- 絶縁性の基板の上に島状パターンを有する酸化物半導体層を形成する工程と、
前記基板及び前記酸化物半導体層の上にゲート絶縁膜を成膜する工程と、
前記ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の上に水素を含んだ雰囲気中で層間絶縁膜を成膜する工程と、
前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記層間絶縁膜の上に前記コンタクトホールを介してソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記層間絶縁膜を成膜した後にアニールを行う工程とを含む薄膜トランジスタの製造方法において、
前記基板の上に前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極と、レジストとをこの順番で成膜し、
成膜した前記ゲート絶縁膜と、前記ゲート電極と、レジストとを前記基板の表面に対して法線の方向からの平面視で一つ以上の形状に形成するとともに、前記ゲート絶縁膜のうち最も小さい形状を有する最小ゲート絶縁膜のチャネル長方向の長さが完成時の前記ゲート電極のチャネル長方向の幅よりも長くなるように形成し、
形成した前記レジストの端部を後退させ、
前記ゲート電極を形成する工程では、端部を後退させた前記レジストをマスクに使用することにより、前記ゲート絶縁膜の少なくとも一部のパターンを形成するパターンを後退させてエッチングを行い、
前記層間絶縁膜を成膜する工程で、前記最小ゲート絶縁膜で覆われていない前記酸化物半導体層へ前記水素を拡散させてソース領域及びドレイン領域を形成し、前記最小ゲート絶縁膜に覆われている前記酸化物半導体層へは前記水素の拡散を抑制してチャネル領域を形成し、
前記アニールを行う工程で、前記ソース領域及び前記ドレイン領域から横方向へ水素を拡散させ、前記チャネル領域と前記ソース領域との境界及び前記チャネル領域と前記ドレイン領域との境界を前記ゲート電極の下に移動させる
ことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記ゲート絶縁膜を成膜する工程で、該ゲート絶縁膜を単一の形状に形成し、
前記層間絶縁膜を成膜する工程で、前記ゲート絶縁膜で覆われていない前記酸化物半導体層へ前記水素を拡散させて前記ソース領域及び前記ドレイン領域を形成し、前記ゲート絶縁膜に覆われている前記酸化物半導体層へは前記水素の拡散を抑制してチャネル領域を形成し、
前記アニールを行う工程で、前記ソース領域及び前記ドレイン領域から横方向へ水素を拡散させ、前記チャネル領域と前記ソース領域との境界及び前記チャネル領域と前記ドレイン領域との境界を前記ゲート電極の下に移動させる
ことを特徴とする請求項8に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記ゲート絶縁膜を、前記酸化物半導体層と接する第一ゲート絶縁膜と前記ゲート電極と接する第二ゲート絶縁膜との二層で形成し、
前記第二ゲート絶縁膜を形成する工程で、前記第二ゲート絶縁膜のチャネル長方向の長さを前記ゲート電極のチャネル長方向の幅よりも長く形成し、
前記層間絶縁膜を成膜する工程で、前記第二ゲート絶縁膜で覆われていない前記酸化物半導体層へ前記水素を拡散させて前記ソース領域及び前記ドレイン領域を形成し、前記第二ゲート絶縁膜に覆われている前記酸化物半導体層へは前記水素の拡散を抑制してチャネル領域を形成し、
前記アニールを行う工程で、前記ソース領域及び前記ドレイン領域から横方向へ水素を拡散させ、前記チャネル領域と前記ソース領域との境界及び前記チャネル領域と前記ドレイン領域との境界を前記ゲート電極の下に移動させる
ことを特徴とする請求項8に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記ゲート絶縁膜を前記酸化物半導体層と接する第一ゲート絶縁膜と前記ゲート電極と接する第二ゲート絶縁膜の二層で形成し、
前記第一ゲート絶縁膜は前記酸化物半導体層と同一形状の島状パターンを形成し、
前記第二ゲート絶縁膜を形成する工程で、前記第二ゲート絶縁膜のチャネル長方向の長さを前記ゲート電極のチャネル長方向の幅よりも長く形成し、
前記層間絶縁膜を成膜する工程で、前記第二ゲート絶縁膜で覆われていない前記酸化物半導体層へ前記水素を拡散させて前記ソース領域及び前記ドレイン領域を形成し、前記第二ゲート絶縁膜に覆われている前記酸化物半導体層へは前記水素の拡散を抑制して、チャネル領域を形成し、
前記アニールを行う工程で、前記ソース領域及び前記ドレイン領域から横方向へ水素を拡散させ、前記チャネル領域と前記ソース領域との境界及び前記チャネル領域と前記ドレイン領域との境界を前記ゲート電極の下に移動させる
ことを特徴とする請求項9に記載の薄膜トランジスタの製造方法。 - 前記ゲート絶縁膜の少なくとも一部は、原子層堆積法で形成されることを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか一つに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
- 前記アニールを行う工程は、300℃から400℃の温度で行うことを特徴とする請求項8から請求項12のいずれか一つに記載の薄膜トランジスタの製造方法。
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